三留先生のパワーLED講座 第7回目 定電圧点灯について-2

前回(第6回)は パワーLEDの定電圧点灯についてお話しました。

 

今回は その続きで 実際に施工の現場では ケーブルの引き回しによる

ケーブルの長さや 気温の変化などのような環境変化も考慮に入れた

定電圧点灯の設計についてお話いたします。

 

  ◆まず最初に 配線の長さによる電圧降下を計算してみます。◆     

定電圧6.jpg    
配線の長さを考慮して設計します。

例として配線長が10mで配線の太さは0.2sq、電流値を0.35A流そうとすると 大本の電圧はどの程度にすれば良いか計算で算出します。  
まずは配線の仕様書に掲載されている配線の導体抵抗を見てみます。
 
ちょっと 見難くて申し訳ないのです。上図右上の配線仕様書の一部です。  ほとんどの場合 導体抵抗は、1kmの長さで何Ωか書かれています。    この数値を利用して、1mの長さの抵抗値を算出します。
仮に100Ω/kmとすると、100Ω÷1000mで1mの抵抗値が0.1Ωと分かります。
 
今回の例は、電源から10m離れたところにLEDがある状態ですので、 電流の流れで考えると往復で20mと言うことになります。   20m分の抵抗値は、0.1Ω×20mで2Ωと算出できます。 ここでオームの法則で、配線にかかる電圧を算出します。    この電圧が電圧降下分です。0.35A×2=0.7V 
0.7vが配線にかかる電圧と分かります。
  この結果から、大本の電源の電圧を12.7Vに上げないと、 LED基板で予測した0.35Aが
流れないということになります。
  この電流値が大きくなると電圧降下も大きくなります。

仮に1A流す場合は、2Vの電圧降下が発生するので、
電源電圧は14Vにしなくてはなりません。
  建築関連のLED照明では、電源と光源が離れることが多いのが現状です。

20m30mは良くある話で、50m時には100mはなれることもあります。
  この電圧降下を少なくするためには、
  @配線を太くする。 ALEDの直列数を上げて電流値を下げる
  などの方法があります。  
  ◆ LEDの周囲の気温の変化時について ◆
 

定電圧7.jpg

こちらは定電圧駆動時の環境変化に対するLEDの照度変化のグラフです。
1月の寒い時期に測定したものです。
  測定方法は、暖房の効いた部屋で測定を開始して、 その後暖房をOFFにして
そのまま朝まで連続測定をしました。   
ゆっくりとした温度変化が取れました。
ピンク色がLEDの照度グラフです。紺色は環境温度です。
  温度がさがると順電圧が上がり照度がさがります。
逆に環境温度が上がると順電圧は下がるため
流れる電流が多くなり照度が上がっていきます。
  環境温度の最低温度が17℃最高温度が23℃です。

最低温度時の照度は32900luxで最高温度時の照度は34600luxでした。
1℃あたり約283lux変化していることとなります。

1晩の温度変化は6℃でこの間に1700lux照度がかわっています。   
人間が目で見た分には、分かりづらいですが、
カメラでの検査などの場合は この変化は違いがはっきりしてしまいます。

対処方法としては、定電流駆動、そして温度管理をすることが大切となります。
    
◆ 定電圧で 照度を安定させる方法とは・・ ◆
    定電圧8.jpg
 
定電圧駆動でも光量を安定させる方法があります。
 
上図のような構成にすることで フォトダイオードで光の強さを 監視して電源回路にその情報を常に送り
出力の電圧を変化させて一定の照度を確保する方法です。
(PD=フォトダイオード=照度センサー)
 
 
◆ 次回は定電流回路です ◆ 
 
定電圧駆動では、電流値が安定しないことが 今回の実験でわかりました。 つまり 電流値が 
安定しないため照度も安定しません。
 
この電流を安定させるためには定電流駆動をする必要があります。 
定電流回路の特徴は、名前の通り電流が安定します。

電圧の変化、温度の変化によるVFの変化、Vfのばらつきが多いLEDでも 一定の電流で駆動することができます。
駆動回路としては、定電流ダイオードによる駆動、
LM317などの電圧ICで駆動、LEDドライバをつかった駆動などがあります。 それぞれについてお話していきますので
 
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 テキストを用いてお届けしています。
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