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LEDの基本 その8  
直列接続

     

    LEDを使う場合、直列接続で使うことも最近は多くなってきました。

    直列接続とは以下の回路のようにLEDを複数個以上直列配線した接続をいい、使用するLEDのVfより何倍もの高電圧の電源を使用する場合に使用します。。

     

    (直列回路)

     




     

     

    この接続方法は、高電源電圧で何個ものLEDを点灯させたいときに、最も無駄なく電源電圧を利用できる方法の一つです。

    直列接続されたLEDすべてに同じ値の電流が流れるので、並列接続に比べLED発光輝度のばらつきが小さくなります。
    さらには、抵抗器に分圧される電圧値が電源電圧よりはるかに低くすることができるため、小さな電力定格値の抵抗器が一つで済むというメリットもあります。

     

    直列接続の場合の計算式は以下が基本です。 
     
     E : 電源電圧値(V)   Vf : LEDの順方向電圧値(V)   I : LEDおよび制限抵抗器に流れる(流したい)電流値(A)   
     R : 制限抵抗器の抵抗値(Ω)   N : 直列接続するLEDの数

     E = (Vf × N) + (I × R)

     

    それでは、基本式を使って実際に設計を行ってみましょう。


    1.直列接続するLEDの個数を決定する


    たとえば、スタンレー電気 FR3863X  を例にとると 仕様書からVf=1.9V(20mA時)となります。
    また、電源電圧は車のバッテリー電圧の12Vで考えてみましょう。
    上記の式を満足するようにLEDの個数と抵抗値を決定します。

    決め方の順番は、まずLEDを何個まで直列にできるかを考えます。

     E > (Vf × N)

    を満足する最大のNを決定します。
    もし、電源電圧Eが12V、使用するLEDのVfが1.9Vであれば、

     12 > (1.9 × 1)   1ケ OK
     12 > (1.9 × 2)   2ケ OK
     12 > (1.9 × 3)   3ケ OK
     12 > (1.9 × 4)   4ケ OK
     12 > (1.9 × 5)   5ケ OK
     12 > (1.9 × 6)   6ケ OK
     12 < (1.9 × 7)   7ケ NG

    最大6ケまでは直列できることがわかります。(ここがポイント→式が不等式であらわされていることに注意)
    今回は、LEDの直列個数は6ケとします。
    もちろん、6ケ以下であれば3ケでも1ケでもOKです。


    2.制限抵抗値を求める


    LEDの個数が決まったところで、次に決めるのは制限抵抗値です。
    基本式を変形した以下の式で算出します。

     R = {E−(Vf×N)}÷I

    LEDで消費した電源電圧の残り電圧分が抵抗に印加されると考えます。
    上記のここがポイントとあるのは、この残り電圧値が抵抗に必ず必要だからですね。
    LEDだけですべて電源電圧を使い切ってしまうと、LEDに大電流が流れたり、点灯しなかったりとLEDの個体差(ばらつき)の影響が非常に大きく出てきてしまいます。
    LEDだけで電源電圧を使い切らないようにしましょう。(できれば1V程度は抵抗に印加)

    さて、I はLEDに流したい電流値を指定します。
    とはいうものの、流したい電流値というのは実はかなり迷う点ですが、一番簡単な考え方はLEDの定格電流値をあてはめるという考え方です。
    定格電流値というのは、メーカーがLEDの輝度やVfをその電流値で測定しましたよ という値のことで、流したい電流の目安となる値です。
    メーカーは仕様書でその値を開示していますのでインターネット等で入手可能です。
    今回は、わかりやすく定格電流値を20mA(=0.02A)とします。
    尚、大量生産するような品質や寿命が重要な場合は、LEDの寿命を長くするために、定格電流値の1/2〜2/3程度の電流値とすることもあります。(当然輝度は暗くなります)

     {12−(1.9×6)}÷0.02 = 30Ω

    制限抵抗値は30Ωを選択すればよいという結果となりました。




     

    直列接続は、電源電圧が高く多くのLEDを同時に点消灯させたい場合に有効な手法です。
    もし、並列接続で同じことをする場合は、LED1ケに抵抗器1ケ(510Ω 0.5W)を各々配線しなければならなくなり、抵抗器の総発熱量は直列接続の数倍以上になります。

    高電圧(LED Vfの何倍もの電源電圧)でLEDを駆動する場合は、直列接続で考えましょう。

    ただし、直列接続は、直列された回路の一部が何らかの原因でオープン(途切れる、配線が外れる)になるとすべてのLEDが点灯しなくなる、電源電圧が想定より低くなるとLEDが点灯しない可能性がある、数百Vなどの高電圧の電源電圧で利用する場合は危険(感電、焼損、火事等)なのでその点は要注意です。

     

     

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