三留先生のパワーLED講座 第6回目 定電圧点灯について

エンジニアの皆さま こんにちは。

レボックス株式会社 三留です。  

 

今回は、LEDの点灯方法について お話します。

実際にLEDを点灯させる目的は さまざまと思います。

 
しかし 回路的には主に以下の回路になります。

◆LED点灯方法

 ・定電圧点灯
    電圧を一定にして抵抗で電流を制限する回路。

 ・定電流点灯
    電流を一定にする回路。

 ・パルス点灯
    DUTY比を制御して明るさを変えることができる回路。

今回から それぞれ説明していきます。

今回は 定電圧回路です。

第1回と第2回の講座とかぶる部分があるのですが、
新しく付け加えたりした部分が多く 実際に測定を
しながらの レポートになっていますので 以前の内容を含めて
さらに お役に立てるのではないかと思います。
 
では、さっそく、、

 

 定電圧1.jpg

 

こちらは、定電圧で駆動する回路です。もっとも簡単な点灯方式です。    制限抵抗の計算は、電源電圧から順電圧を引いて、抵抗間にかかる電圧を導き出します。 ここまででれば、流したい電流をオームの法則に当てはめれば抵抗値が算出できます。    回路が簡単という利点もありますが、欠点もあります。 温度変化によるLED順電圧が変化してしまうということです。    この順電圧が変わることにより、抵抗間にかかる電圧が変動します。 抵抗値は一定なので電圧が変動すると電流が変化してしまいます。    LEDは温度が高いと順電圧が低くなりますので、 抵抗間の電圧が高くなり電流が増えていきます。 抵抗のW数にも注意が必要です。    ローパワーLEDではあまり抵抗のW数は考えなくてよかったですが、 流れ得る電流が 10倍以上となるため抵抗での発熱も大きくなります。    この事例の場合は、抵抗に1.4V 電流が0.3Aなので、 抵抗部分で0.42wの発熱が発生することがわかります。 定格が1w以上の抵抗を使わなくてはなりません。   ◆ 実際に温度と順電圧を測定してみます。 ◆

  測定方法 :: データロガーで順電圧と温度測定。テスターで電流値測定。
     定電圧2.jpg
 
抵抗間の電圧測定、LED間の電圧測定、LEDの温度測定。 実際にデータを取得しながら見てみます。 (エアーギターがあるように エアー計測実験となりすみません)。 

  実際に計測すると このような定電圧の駆動の場合は、電流が安定しません。
  電流が安定しないということは、LEDの照度も変動してしまいます。 点灯すると、LEDの温度は上がっていきます。
  LEDの温度が上がっていく時、LEDの順電圧は下がっていき、 抵抗間の電圧が増えていきます。    この抵抗間の電圧が上がることで、流れる電流が増えてしまいます。 逆に、LEDが冷えるとLED順電圧は上がり

抵抗間の電圧が下がり、電流値も下がります。
   
 定電圧3.jpg  

通常のアプリケーションであれば必ず温度変化が生れるので、 このような定電圧の駆動方式はグラフからみても不安定といえます。    しかし回路が単純ということもあり実際に使用されている例は
非常に多くこのような回路が悪いわけではありません。    このような回路での設計の場合は、想定できる最高温度、または、
製品仕様書にうたっている使用温度範囲の最高温度でテストを行い、
この温度で定格を超えないようにする必要があります。

これを怠ると、定格を超えた電流がながれますのでLEDの破壊などを 招きます。
  実際に 軽く息を吹きかけた(すこし冷却してみた)だけでも 電圧(上図の@A間の電圧)が変化していくのがわかります
     ◆ ここで一つ 定電圧回路の 悪い例を 実験してみます ◆
   下記の図を説明します。   ・LED1 と LED2 は 順電圧が異なるLED(色が違う)を配置しています。 ・電流測定は ピン1と2の間にテスター@ ピン3と4の間にテスターA。 ・電源VCCを投入して テスター@とAの電流の差を比較する。     定電圧4.jpg 
   
実験のようにLEDを並列点灯させる場合、 ひとつの電流制限抵抗で一括して 電流を制御した場合、

各LEDの順電圧が揃っていないと、
順電圧の低い方に電流が多く流れてしまいます。    テスター@とAの電流値を比較してみると、、 テスターAの方(LED2)に多く電流が流れていました。      ◆では 複数個のLEDを点灯させるためにはどうしたらよいでしょうか。◆  
定電圧で複数個のLEDを点灯する場合は、下記のような回路を使います。
  
定電圧5.jpg
 
実験でも行ったとおり、並列接続で抵抗を一括して電流を制御すると、
順電圧の違いで低い方に 電流が多く流れてしまいます。   ですので並列の場合はこのように、LEDそれぞれに電流制限抵抗を入れます。
実際は順電圧によって制限抵抗を変えるなどという面倒なことは行いません。
  電圧を上げれるのであれば右のように直列に接続した方が
全体的な電流を抑えることができます。
 
複数個のLEDを点灯させる時は、直列回路の方が一般的となります。 今回の講座は ココまでです。 ---------------------------------------------------------------------------    今回 パワーLED講座第6回は、 LEDの定電圧駆動の お話いたしました。


次回 第7回は 実際にLEDが点灯される施工環境も考慮し、
  ● 「配線による電圧降下を考慮する」 ● 「さまざまな気温変化を考慮する」
  LEDの定電圧点灯(駆動)の施工環境下でも
    ● 「照度を安定させる方法」    など お話したいと思います。    次回も お楽しみに!! ----------------------------------------------------------------------
「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 テキストを用いてお届けしています。 -----------------------------------------------------------------------

         

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