電子工作の知恵袋

 
 

 

PixiModule UART
USB-UART変換ケーブル




 

    *コンテンツはお客様ご自身のご判断と責任においてご利用ください。
     また、掲載内容を他に流用・転載することは一部・全てを問わず固くお断りいたします。
     引用する場合はリンク表示にてお願いいたします。
     


電子工作の知恵袋


LEDの異常 その1 
熱い・燃える・煙がでる・壊れる

     


    最近は、車のインテリアやエクステリアでLEDをコーディネートする方が多く見受けられますが、そういう方のブログなどで、「LEDや電線が燃えた」、「配線を入れていたダッシュボードから煙がでた」、 「LEDが壊れた」 などのトラブルを見ることが多くなってきました。
    自分でLEDや制御パーツを買ってきて配線・電源投入したところ、
      
     触れないほど熱い!
     煙がでる
     燃える
     一瞬ピカ!と光って消えたまま
     最初から不点灯

      
    いずれも、LEDを扱ったことのある方ならば、ほとんどの方が経験した、またはこれからすることと思います。
    本章では、よくある症例の原因をわかりやすく解説していきます。





    LEDが触れないほど熱くなる・燃える・煙がでる


    これは、大きく分けて、放熱の問題と回路の問題の2つに分かれます。
    放熱の問題は、LEDや制限抵抗または定電流ダイオードが発する熱をうまく発散できていないことが原因で、その多くは、密閉空間にそれらを押し込めてしまっているか、ヒートシンクなどの放熱用部品などを使っていないことがあげられます。
    抵抗などをテープでぐるぐる巻きにしている場合で、抵抗で数W消費するような場合はあっという間に煙を出して燃えてしまうこともあります。
    電子部品ですから発熱はどうしてもおこるものですが、熱は勝手に無に帰るわけではありません。
    何も対策しないと、どんどん蓄熱してしまい、温度が高くなっていきます。
    必ず放熱経路の確保を考えて配置しましょう。


    さて、回路の問題の場合は、LEDに流れている電流が、許容される定格電流値を大きく超えていることが原因で、例えば30mAが最大定格電流のLEDに100mAや200mA流している場合などで発生します。
    最大定格電流が30mAなのに、その数倍以上もの電流が流れてしまえば、LEDが焼け付いてしまうのも当然といえば当然ですね。
    電流が流れすぎる原因はいくつか考えられますが、主なものは以下となります。



     (考えられる原因1) 制限抵抗が小さすぎる

      まずはLEDを使用する場合の基本的な接続回路図です。
      LEDの基本回路

      LEDを使用する場合は必ずこの形になるように配線します。

      *ピカピカさせたりするための制御モジュールやオンオフスイッチなどは、この基本配線のどこかに割り込んだ形で直列につなぐことになります。もちろん制御モジュールの説明書に従って配線しましょう。制御モジュールの内部回路によっては、割り込ませる位置や配線極性が決まっているものが多くあります。どこにでも適当に割り込ませてもよいというものではありません。

      さて、この回路図にある「制限抵抗」は通常以下の式をもとに算出します。

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

      例として、よくある車のバッテリー12V、LEDは青色で順方向電圧は4V、直列につなぐLEDのNは2ケ
      LEDに流したい電流値はLED最大定格電流値30mA(=0.03A)の半分15mAとします。

       制限抵抗値=(12−4×2)÷0.015≒266Ω

      つまり、この回路の場合は、266Ωの抵抗を入れることでLEDは定格内で快適に使用できることになります。
      このときのLEDで消費する電力を求めると。

       LED N個の全消費電力値=LEDの順方向電圧×N×LEDに流れる電流
                       =4×2×0.015=0.12W

      LED一個当たりでは 0.12÷2=0.06W ときわめて低い消費電力となります。
      今度は、LEDをより明るくしたいなどで抵抗値を266Ωより小さくしてみましょう。
      途中の計算は省きますが、以下のようになります。


      制限抵抗値

      LEDに流れる電流値

      LED 1ケで消費する電力値

      266Ω

      0.015A

      0.06W

      133Ω

      0.030A

      0.12W

      40Ω

      0.1A

      0.4W

      10Ω

      0.4A

      1.6W

      青・黄文字が常温で使用できる値で、赤字などはLEDが熱く触れないほどになります。
      つまり制限抵抗値が低すぎるという状態です。
      この赤字の状態になると、LEDは本来の色を発色せず、フィラメントランプのように赤色を発色し始めます。
      もうすぐ焼き切れるというサインです。


      *LEDの最大使用可能電力はおおよそLEDの順方向電圧×最大定格電流となります。
      これは、LEDの発熱を十分に発散できる状態での許容値と考えてください。
      LEDを密閉空間に押し込めた場合や、密集して配置した場合などは放熱が間に合わずLEDの温度がどんどん上昇していきます。また、周囲温度が高い場合は、許容できる電力値はどんどん下がっていきます。おおよそ、80度で常温の半分と考えましょう。夏の暑い昼間の車の中で定格電流いっぱいのLEDを点灯させ続けると、寿命が数十分の一になったり、あっというまに壊れることもよくあります。



     (考えられる原因2) 定電流ダイオードのピンチオフ電流値が大きすぎる

      定電流ダイオードは、最大電流値を制限する電子部品で、最近では比較的簡単に明るさを一定にしてくれるため制限抵抗の代わりによく使用されるようになりました。

      この場合は原因1と根本的には同じで、定電流ダイオードのピンチオフ電流値(電流制限値)が大きすぎLEDの最大定格電流値以上に流してしまうと原因1と同じようになってしまいます。
      また、よくあるのは定電流ダイオードを並列にすることで制限電流値を大きくしてしまい原因1と同じ結果になってしまったというケースもあります。

       


     (考えられる原因3) 電源電圧が高すぎる

      これは、LEDの特性をよくわかっていない初心者の方が陥りやすい原因です。

      例えば、9Vで光るように設定されているLEDや制限抵抗のモジュールに12Vの電圧を印加してみます。
      LEDの順方向電圧は4V 、直列にするLEDは2ケ 、LEDの最大定格電流は30mA、制限抵抗値は50Ωとすると、9Vの電源電圧でLEDに流れる電流は0.02A(=20mA)となり、ちょうど良い設定となります。

      さて、このLEDモジュールに12Vを印加すると、流れる電流はいくらになるでしょうか。

       LEDに流れる電流=(12−4×2)÷50=0.08A

      電源電圧は12V/9V=1.33倍になっただけなのに、電流は0.08A/0.02A=4倍になってしまいました。
      もし車のバッテリーに直に接続し、(バッテリ電圧は10V〜16Vまで簡単に変動しますので)16Vの電源電圧となったとすると、流れる最大電流はなんと8倍の0.16Aとなります。
      この状態になると電流は大幅に定格オーバーとなりますので、LEDはあっという間に壊れてしまうでしょう。
      9Vで光るLEDモジュールをそのまま車のバッテリーに接続することがいかに危険かということかわかると思います。
      LEDを組み込んだ回路の場合、流れる電流は電源電圧に比例しないということをよく覚えておきましょう。




    ●抵抗や定電流ダイオード(CRD)が触れないほど熱い・煙がでる・燃える

      LEDが熱くなるのは過電流が原因とお話しをしましたが、実は制限抵抗や定電流ダイオードにも同じことが言えます。
      抵抗や定電流ダイオードが熱くなる場合は、電流値を下げるようにするか、消費する電力に対応できる大型の抵抗や定電流ダイオードを使用しましょう。


       

       


    さて、本章では「熱い」について、よくある原因のいくつかを説明しました。
    最近は車のドレスアップなどによくLEDを使うこともあり、初心者でも使えるよう工夫された商品も発売されていますが、それでも何も考えずに使えるわけではありません。
    とりあえず配線してみようなどと安易に考えずに、事前に机上で光らせてみるなどの予備実験をしたうえで問題がないかどうかを確認してみてはいかがでしょうか。




面倒なLED点滅制御もこれ1つで解決

 

LED制御モジュールシリーズ

     


     

カテゴリ
電子工作の知恵袋 最新情報

  

 

 




  

おすすめ商品
写真 名称 番号 売価(税込)
プログラマブルLED制御モジュール 直列接続対応 8ch x 25V0.6A
プログラマブルLED制御モジュール 直列接続対応 8ch x 25V0.6A

ユーザーが自由にLED点消灯のコンビネーションをプログラムできるプログラム機能搭載。LEDの直列接続対応8ch×25V0.6Aドライバを内蔵したLED制御専用の高機能・高出力ドライブモジュールです。LEDイルミネーションをはじめとしたオリジナルなLED点滅制御を行いたい方に最適です。
041-1 2,990円
UART(5V)-USB変換ケーブルCN
UART(5V)-USB変換ケーブルCN

041−1専用通信ケーブルです。USBをLED制御モジュール用UART5Vに変換します。
063-1 2,590円
LED φ3 砲弾 赤 スタンレー電気 FR3863X
LED φ3 砲弾 赤 スタンレー電気 FR3863X


710-1 98円
LED φ3 砲弾 黄 スタンレー電気 FY3863X
LED φ3 砲弾 黄 スタンレー電気 FY3863X


710-2 98円
LED φ3 砲弾 黄緑 スタンレー電気 YPY3863X
LED φ3 砲弾 黄緑 スタンレー電気 YPY3863X


710-3 98円
LED黄スタンレー電気MAY3368S
LED黄スタンレー電気MAY3368S


701 98円
LED 超高輝度 φ5 砲弾 赤 OptoSupply OS5RKA5111A
LED 超高輝度 φ5 砲弾 赤 OptoSupply OS5RKA5111A


711-1 98円
LED 超高輝度 φ5 砲弾 緑 OptoSupply OSG58A5111A
LED 超高輝度 φ5 砲弾 緑 OptoSupply OSG58A5111A


711-2 98円
LED 超高輝度 φ5 砲弾 青 OptoSupply OSB56A5111A
LED 超高輝度 φ5 砲弾 青 OptoSupply OSB56A5111A


711-3 98円
LED 超高輝度 φ5 砲弾 白 OptoSupply OSW5DK5111A
LED 超高輝度 φ5 砲弾 白 OptoSupply OSW5DK5111A


711-4 108円
定電流ダイオード 18mA 40V 表面実装
定電流ダイオード 18mA 40V 表面実装

CRD(定電流ダイオード)SMD 18mAタイプ
750-2 119円