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定電流ダイオード(CRD) その2 使い方

 

    定電流ダイオード CRD(Current Regulative Diode)の基本は その1 である程度分かっていただけたと思います。

    でも、実際にどうやって使えばいいのよ!という方も多いのではないでしょうか。

    このページでは、LEDと組み合わせるとき、どのように接続すればいいのかを、具体例をあげて説明したいと思います。

     

     

     

    1.基本の構成

    LEDとCRDを接続するもっとも基本的な構成は以下のようなものです。

     

    LEDとCRDを直列にする。

    ただこれだけですが、電圧がCRDの許容範囲に入っていれば、この構成を守る限りだいたいはうまく光ります。

    多少バッテリーの電圧が変化してもLEDに流れる電流はほぼ一定に保たれ輝度もほぼ一定となります。

    ここでいう電圧の許容範囲とは、以下のように言い換えることができます。

     

      CRDの肩特性電圧値 < LEDが光った時のCRD両端電圧 < CRDの最高使用電圧

     

    この左側の肩特性電圧値は、その1にある特性グラフのd点の電圧です。

    CRDはこの電圧以下だと、定電流になりません。

    もっと正確にいうと、この肩特性電圧値でも電流が小さくなっていますので、既に定電流域ではありません。

    あくまで目安ということで考えてください。

    この肩特性電圧値より数V以上高いCRD両端電圧で使うことをお勧めします。

    次に、右側のCRDの最高使用電圧はCRDが壊れない電圧ということで制限してあります。

     

    さて、式としては簡単なのですが、問題はCRDの両端電圧です。

    どう考えれば良いのでしょうか?

    実際につないでテスターで測定するという方法がありますが、もし耐えられないような電圧だったら壊れてしまうかもしれません。

     

     

    上記のような基本構成の場合は、CRDの両端電圧は以下の式で求めることができます。

     

       CRD両端電圧=電源電圧−LEDの順方向電圧

     

     

    では、具体的に回路に値を入れて説明してみます。

     

     

    (例1)LED(順方向電圧Vf=3.5V)1ケ 9V乾電池 

       CRD(肩特性電圧値4V 最高使用電圧25V)の場合

      

      CRD両端電圧=9−3.5=5.5V

     

      4V < 5.5V < 25V

     

    ぎりぎりですが、許容範囲に入りましたので使えそうです。

     

     

     

    (例2)LED(順方向電圧Vf=3.5V)2ケ直列 9V乾電池 

       CRD(肩特性電圧値4V 最高使用電圧25V)の場合

     

      CRDの両端電圧=9−3.5×2=2V

     

      4V < 2V < 25V ・・・・・?

     

    式を満足できなくなってしまいました。

    こういう場合、定電流は見込めません。

    うす暗くLEDが光り、バッテリーの少しの電圧変化で大きく輝度が変化することになります。

     

     

     

     

    (例3)LED 2ケ 車の12Vバッテリー

       CRD(肩特性電圧値4V 最高使用電圧25V)の場合

     

    今度は、乾電池から車のバッテリーに変えてみます。

     

      CRDの両端電圧=12−3.5×2=5V

     

      4V < 5V < 25V 

     

    肩特性電圧値と両端電圧がぎりぎりですが、なんとか使えそうに思えます。

    しかし、車のバッテリーは10V〜16Vまで簡単に変化しますので、10〜11Vのときは式を満足できません。

    10〜11Vは電圧変動に合わせてLEDの輝度も変化することになってしまいます。

     

     

     

     

    (例4)LED(順方向電圧Vf=3.5V)1ケ 9V乾電池 

       CRD(肩特性電圧値4V 最高使用電圧25V) 2ケ並列 の場合

     

      CRDの両端電圧=9−3.5=5.5V

       

      4V < 5.5V < 25V

     

    回路が違うのに、(例1)と同じ値になりました。

    CRDは並列に接続して使用することが可能な素子で、LEDに流れる電流はCRD D2とCRD D3の値を足した定電流となります。

    CRD D2が10mA、CRD D3が20mAならば、合計して30mAの電流がLEDに流れます。

    ただし、D2とD3両方が式を満足することが条件です。

    どちらかが、式を満足できないとLEDを定電流で駆動できないか壊れることになります。

     

     

    2.耐電圧を上げる

    最近のCRDはかなり最高使用電圧(耐電圧)が高くなっていますが、どうしてもCRDの耐電圧を更に高くしたいという時もあります。

    1ケで何とかしようとするのは無理でも、次のような回路構成にすると耐電圧を高くすることが可能です。

     

     

     

    方法は上記回路図のようにCRDと並列にツェナーダイオードを接続していきます。

    ただし、以下の2式を同時に満足することが絶対条件です。

    各CRDや各ツェナーダイオードは同じ仕様のものを使うことを前提とすると

     

      (1)1ケあたりのCRDの最高使用電圧値 > 1ケあたりのツェナーダイオードのツェナー電圧値

      (2)全ツェナーダイオードのツェナー電圧の合計値 > バッテリー電圧値−D5の順方向電圧

     

    例えば、バッテリー電圧が100V、CRDの最高使用電圧が70V、ツェナーダイオードのツェナー電圧が60V、D5の順方向電圧を3.5Vとすると

     

      70V>60V・・・・OK

      60x2V>100V−3.5V・・・・OK

     

    この場合は、使えそうです。

    もし、どちらかの式が一瞬でも満足できない場合は、全ての素子があっという間に壊れていくことになります。

     

    尚、上記は電圧にだけ着目しましたが、実際はツェナーダイオードに流れる電流値や発熱量も考えなければなりません。

     

     

     

     

    3.輝度を変化させる

    CRDは定電流素子でLEDに接続すれば輝度をほぼ一定に保ってくれます。

    しかし、逆に考えると輝度を変化させることが苦手な素子ということでもあります。

    そういう場合は、わざと変化させる回路が必要となります。

    たとえば、PWM方式やCRDの並列回路をスイッチする方式です。

     

    CRDは比較的高速作動できる素子で、パルスでオンオフする場合にも使用することができます。

    そのため、PWM(パルス幅)を使うことで、見掛け上の明るさを自由に変更することができるようになります。

    つまり、定電流で輝度変化はPWMという、最強の組み合わせになるわけです。

     

     

    他の輝度変化の方法にはCRDの接続構成を変化させる方法があります。

    ノイズの問題でPWM方式が使用できない場合や簡単に済ませたい場合などに有効です。

    実際にLEDと接続する場合は、LEDの基本知識も必要です。

    あまりご存じない方は、LEDの基本もご覧になることをお勧めします。

     


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