<第1回パワーLED講座> 三留(みとめ)先生のパワーLED講座

■パワーLED講座1 LEDの問題点 順電圧のばらつき■

エンジニアの皆さま こんにちは。
レボックス株式会社の三留です。 
 
パワーLED講座第一回目です。


質問にもなるべく答えていければとおもっていますが、忙しい時も多々ありますので、

回答まだか?とメールでお願いします、電話はご勘弁願います。
 
■ LEDの問題点 ■

LEDの問題点はいくつかあります。

 

これは砲弾型(20mA位の電流のLED)でもパワーLEDでも同じ問題です。

 


・Vf(順電圧)のばらつきがある

・温度変化に弱い

・発熱する

・色調のばらつきがおおい


などなど・・・


発熱するに関しては最近はだいぶ少なくなりましたが、熱はまったくでないんですよね?

といった質問がよくありました。。
 
なんとなく20mA品位のイメージが根強くのこっているのでしょうか・・・?
 
パワーLED(0.5Wとか1Wとか・・)なるものが登場してから熱との戦いに突入しております。

 
いまでも3W5W10Wとどんどんとパワーのあるものが登場してきているので、
 
基板の素材やら筐体の素材やら放熱性の良いものがどんどん開発されています。
 
3W LEDでも100mm角くらいの大きさあればそんなに熱くならないのですけど、

それでは市場では受け入れてもらえません。

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-Vf(順電圧のばらつき)  温度変化ー
 

LEDのデータシートみるとどこのメーカーのもので
もこのような特性のグラフがあります。
 
これは一定の電流を流した時に、環境温度が変化する
とどれだけ順電圧が変化するかのグラフです。

これをみると0.5V位変化してます。−30℃〜80℃なので、
こんな変化はあまりないとは思いますが・・同じランクのLEDを購入しても
そのパッケージの中で順電圧の特性も違ったりします。


順電圧のランクも分けられているメーカーも多々ありますが、

TYP 3.5V  MAX ---  あれ?マックス値が空欄になっている?ってこともあります。
 
では実際空欄なので10Vも20Vもいくことはないのですが、
購入ランクによっては大きくばらついている可能性もあります。


この状態でとりあえずLEDを光らせてみます。


とりあえず光らせたいので、やっぱり思いつくのは制限抵抗を使った回路です。

非常にシンプルでお金もかからない。


2


 

こんな感じの回路です。
電流を計算するのには、オームの法則で

ある程度予測できます。。
 
 
  
データシートを見て順電圧が3.6Vで、
電源電圧が5Vだったとすると、

 LEDで3.6V消費されるので制限抵抗の電圧は、
5V−3.6V=1.4Vとなります。


ここに300mAを流したいとするのであれば、
R=V/Iで約4.7オームを実装すれば約300mA流れることになります。

が・・・・


先ほどの周囲温度に対する順電圧変化のグラフを見ると、

温まると順電圧が低下してしまうことになります。
 
この回路図で言うと3.6Vだった順電圧が3.5、、3.4、、、3.3Vと変化して
しまうことになりますので、仮に3.3Vまで低下してしまうと、
抵抗の電圧が1.7Vになってしまいます。
 

これをまたオームの法則で計算すると。
1.7V÷4.7Ω=362mA となってしまいます。


60mAも多く流れてしまいました・・・・0.3V順電圧の変化するためには温度変化も
大きく必要ではありますが、このような定電圧駆動では電流をあまり安定させることができない
ことがわかります。
 
しかし定電圧駆動が NG というわけではありません。
安価でシンプルでよいところもあります。
 
実使用する環境変化がある程度予測できれば、最高予測温度だろうところで
電流を調整すればよいと思います。
 
あとは、温度があまり上がらないような回路パターンを作ったり
少し放熱の良い基板の素材を使ったり・・・。
 
案件によっては予算が足りない、納期もないってこともありますでしょうから、
はじめから定電圧回路はだめと決め付けずに候補に入れておくべきだと思います。


この定電圧方式でも、細かく光を安定させることもできます。(これはいずれ・・・)


では環境変化に強くするにはどうしたら良いのですか?ってことですが、定電流回路で駆動します。

抵抗一個のようなシンプルさはありませんが、順電圧が変動しても一定の電流を流すことができます。

(電流一定=一定照度  ではないのでこの辺もいずれ・・)


次回は定電圧駆動で光らせた時にどんだけ照度変化をしているかグラフで見てみます。

  

次回も お楽しみに!!
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「三留先生のパワーLED講座」は、2010年に 高度職業能力開発促進センター
(通称:ポリテクセンター)にて 弊社三留が講師を務めた際、使用した

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