◆鉄道模型、先頭車の室内灯だけ暗い現象の検証「Ｅ２３１－５００系（山手線）」

気のせいではなく、実際に暗くなっているようで、その原因は単純な事ではなさそうです。

さて、昨日の記事、

2020.03.24.の記事（ご参考）
◆鉄道模型、なぜ先頭車だけ暗い！？「Ｅ２３１－５００系（山手線）」に自作室内灯を追加！

で、記しましたとおり、先頭車の室内灯だけが暗い現象・・・気のせいだと思いたかったのですが、残念ながらそうではなく、ヘッドライトやテールライトを装備している車両は、他の車両と比べて室内灯が暗く、瞬きも多いようです。しかし、これまで自作室内灯を装備させた全ての編成がそうではないので、他に何か原因があるようにも思えます。

・該当車両を徹底的にクリーニング
・線路を徹底的にクリーニング

によって、幾分かは症状が改善されましたが、それでもやはり室内灯の明るさと瞬きに差が見られます。

写真下側は基本セットの３両ですが、上側の編成右の先頭車はヘッドライトスイッチＯＮ、左の先頭車はヘッドライトスイッチＯＦＦの状態、真ん中は動力車です。右の先頭車のヘッドライトスイッチをＯＦＦにすると室内灯は明るくなり、その状態が下の編成となります。ヘッドライトと室内灯で電力を分配している事が、室内灯が暗くなる原因のひとつになっているのではないかと思います。ヘッドライト基板と室内灯は並列に接続しているので、理論上は他の車両と同じ明るさになると思っているのですが、現実が理論と異なるのは茶飯事です。

使用した白色テープＬＥＤは、１２Ｖ用で１ユニット辺り、ＬＥＤが３個、チップ抵抗１５０オームが１個、直列接続されています。

チップ抵抗の抵抗値をより小さい値に変更すればＬＥＤの輝度は上がりますが、最大で１２Ｖの電圧がかかる事によるＬＥＤへの負担を考えなければなりません。

しかし、テープＬＥＤは最大１２Ｖでの使用に耐えれるように設計されているので、抵抗の値を安易に小さくするのは間違っており、行なってはならない事です。正確には１個あたりのＬＥＤの順方向電流の値と、絶対最大定格の値を調べた上で、テープＬＥＤの１ユニット辺りに対して１５０オームの抵抗がどれだけ余裕を持っているかを把握し、抵抗の値を、ＬＥＤの絶対最大定格を超えないギリギリまで攻めるという方法でなら、抵抗値を小さくする事が可能ですが、使用しているテープＬＥＤの詳細な仕様が分からないので、感覚（例えば、白色ＬＥＤは、３Ｖの２０ｍＡだろうというような感覚）だけで抵抗値を小さくする事は安易にできません。

ヘッドライトと並列に接続されているのに、室内灯が暗い事実。しかし、テープＬＥＤの抵抗値は安易に変更してはならない・・・他に電圧を下げている物がありました。それは、ブリッジダイオードです。自作ＬＥＤ室内灯の極性を統一させるブリッジダイオードで電圧降下が起こっており、その電圧降下分だけ抵抗値を小さくする事は可能でしょう。

使用しているブリッジダイオードに１２Ｖの電圧を加えたとき、どのくらい電圧降下が起こっているか測定してみました。

ＴＯＭＩＸさんのパワーユニット「Ｎ－１０００－ＣＬ」のＤＣ出力で測定

ブリッジダイオード無し：１２．１５Ｖ（写真左上）
ブリッジダイオード有り：１１．５５Ｖ（写真右上）

１２．１５Ｖ－１１．５５Ｖ＝０．６Ｖ

ブリッジダイオード経由で０．６Ｖの電圧降下が起こっているようです。

ＬＥＤ３個とチップ抵抗１５０オームの直列接続に１２Ｖの電圧を加えた場合、３個の直列ＬＥＤにかかっている電流を算出してみます。

１２Ｖ÷抵抗１５０オーム＝０．０８０Ａ

ブリッジダイオードの電圧降下分を加味し、最大１１．５５Ｖの電圧が３個の直列ＬＥＤにかかると考えると最低限必要な抵抗値は・・・

１１．５５Ｖ÷０．０８０Ａ＝１４４．３７５オーム

元々チップＬＥＤに装備されている１５０オームの抵抗値と・・・たいして変わりません。

ブリッジダイオードによる電圧降下が０．６Ｖの時点で、計算する前から気付いてましたが、ＬＥＤテープに標準装備されている１５０オームの抵抗を変更する必要はなく、これを小さな抵抗値に変更するのは危険です。

・・・では、なぜ先頭車だけ室内灯が暗いのか・・・それ以前にブリッジダイオードは、先頭車以外の他の車両にも使われており、他の車両はそれほど室内灯は暗くありません。