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LEDの回路 その1 基本回路

 

    本章では、LEDの回路の基本中の基本形を説明します。ご自分でDIYするような場合は、しっかりと頭に入れておきましょう。





    ●LEDの基本回路


      LEDを光らせるためには、必ずこの回路が基本になるという回路が存在します。

      <LED点灯の基本回路>
      LEDの基本回路


      よくみる回路なので、なんだと思うかもしれませんが、LEDのすべての回路はこの形から出発しています。
      世の中のLED点灯回路は、この基本回路を2つ3つと直列、または並列に接続したものや、スイッチなどを取り付けたものなど、すべてこの基本回路から派生しています。
      回路中の要素は3つのみのシンプル構成です。


      1.電源


        LEDを光らせるためのエネルギー供給源で、乾電池1.5Vから家庭用交流100Vまであります。(交流電源の場合は、整流した電圧を使います)
        必要な電源電圧(=LEDを点灯させることのできる電圧) は、使用するLEDの種類や数によって決定します。

         (LEDの順方向電圧×N + 1〜3V) < 必要な電源電圧

           *1〜3Vは制限抵抗用の電圧余裕代です。最低1V程度

        最初に電源電圧が決まっている場合なども、上の式にあてはめて、予定している直列LEDの個数でLEDが点灯するかどうかを検証します。

         


      2.制限抵抗


        LEDの基本でも述べたように、LEDは必ず制限抵抗を入れる必要があります。
        LEDは、ある一定電圧(順方向電圧Vf)を超えると燃えるまでほぼ無制限に電流が流れる性質があります。
        よって、無制限に電流が流れないように必ず制限抵抗を直列に接続する必要があります。


          *よく、DIYセンターなどで乾電池2ケにLEDを直に接続しているような外国製?の懐中電灯がありますが、いつ壊れてもおかしくない製品で、ローコスト&低電圧で光らせるためとはいえ相当危い商品です。


        この制限抵抗は定電流ダイオードや定電流回路に置き換えることができます。



      3.LED


        LEDは電流と極性さえ間違えなければ、ほぼ間違いなく光る半導体です。
        最近のLEDは、数十mAで目が焼けるほどのまぶしいものも多くなっています。
        これは、昔からあるPN接合だけで光らせるタイプとは種類の異なる方式のLEDで、照明用として使用することのできる大型パワーLEDなども販売されています。






    ●LED基本回路の制限抵抗の決め方


      基本回路の制限抵抗は、LEDに適切な電流を流すために必要な重要部品です。
      抵抗の値は以下の式によって算出します。

       抵抗値=(電源電圧−LEDの順方向電圧×N)÷LEDに流したい電流値

      注意する点として、車のバッテリーのように電源電圧が変動する場合は、電源の最大電圧で算出します。

        *この場合、電源電圧の変動幅が大きい場合は、最低電圧のときにLEDが暗い・光らないなどが起こります。電源電圧が変動しても一定の明るさにしたい場合は、定電流ダイオードなどの素子や回路を使用することで解消できることがあります。



      LEDの順方向電圧Vfは、LEDの仕様書に記載されているので、それを参考にします。
      一般的には、昔のインジケータ用赤・橙・緑・黄などのLEDは1.5V前後で、青LEDや照明用などに多く使われる白色をはじめとする超高輝度・超超高輝度タイプと呼ばれるものは3〜4Vが多いようです。
      LEDに流したい電流値は、どんな値でもよいわけではなく、LEDの最大定格電流の50%〜70%程度とします。
      もし、30mAが最大電流のLEDの場合は、おおよそ15mA〜20mAです。
      理由としては、常に目いっぱいの電流だとLEDが常に全力疾走の状態となるため、寿命が短くなるためです。
      通常、算出された抵抗値とぴったり同じ値の抵抗は売っていないため、最も近い値のものを選んで使用します。


      次に制限抵抗器に必要な電力値を算出します。
      まずは、下記の式で制限抵抗で消費(発生)する電力(熱)を算出します。

       制限抵抗の消費電力値=LEDに流したい電流値×抵抗値

      実際の抵抗器に必要な定格電力値はこの消費電力値の2倍以上のものを選択します。
      理由は、LEDと同じで、触れないほど熱くなるような抵抗器は常に全力疾走状態となるため寿命が短くなるためです。
      当然ですが、同じ発熱ならば小型より大型の抵抗器のほうが温度は低くなります。
      抵抗の温度が、触れないほど熱いと基板・電線や周辺部品に悪影響を及ぼすので、できる限り余裕を持った抵抗を使用しましょう。

     

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