LED点灯回路の設計



　　●ＬＥＤについて知る
　　　　　LEDを点灯させるにおいて、まずどのようなLEDを選定すれば
　　　　　いいか迷うところです。何色がいいのか？明るさは？何個点灯
　　　　　させるか？様々な条件があると思います。
　　　　　では、LEDを選定するにあたり、表記に何が書いてあるのかを
　　　　　見てみましょう。

　　　　　表記例）

　　　　　Color ：このLEDの色の表記。青色。
　　　　　IV　　：明るさの表記、ミリカンデラ。この数値が大きいほど明るい。
　　　　　　　　　ちなみに5000mcdは５cd（カンデラ）とも表記されます。
　　　　　IF　　：電流値。この値の電流で使ってくださいということ。
　　　　　　　　　（MAX）と書いてあるのは最大値で、この数値の電流まで流すと
　　　　　　　　　明るいですが、寿命が短くなったり、すぐ破損したりします。
　　　　　VF 　：定格電圧。このLEDを点灯させるのに使う電圧です。

　　　　　以上の事から読み取れることは、3.4Vの電圧をかけ、20mAの電流を
　　　　　流すと5000mcdの明るさで光る青色のLEDということですね。

　　　　　
　　●LEDの点灯回路の作成
　　　　　例として先ほどの青色LEDを３つ点灯させる回路を作ってみましょう。

　　　　　そのまま車の電源に繋ぐと・・・一瞬で焼け焦げます（＾＾；）
　　　　　では抵抗を使い、電流を制限して点灯する回路をつくります。
　　　　　何Ωの抵抗を使えばいいか？ですが、電圧をどのように分け合うのか、
　　　　　図で見てみましょう。（直列回路と並列回路→直列回路の電圧を参照）

　　　　　

　　　　　車のバッテリーは12V（国産乗用車）といわれますが、実際にかかる
　　　　　電圧は、充電電圧の14.4Vくらいまでかかることがあるので、車の
　　　　　電源電圧は14.4Vで計算します。

　　　　　各LEDに必要な電圧は3.4V。それが３つで10.2Vになります。
　　　　　そうすると、直列回路では電圧を分け合うので、
　　　　　14.4V − 10.2V ＝ 4.2V
　　　　　抵抗にかかる電圧が4.2Vだということがわかります。
　　　　　流したい電流は20mA。
　　　　　ここで抵抗値を求める式、抵抗＝電圧÷電流を使います。
　　　　　ちなみに20mAはAに単位を直して0.02Aで計算します。

　　　　抵抗にかかる電圧(V)÷流したい電流値(A)＝抵抗値(Ω)
　　　　　に数字を入れると、

　　　　4.2V÷0.02A＝210Ωになり、

　　　　　210Ωの抵抗を入れれば20mAの電流を流す事ができます。
　　　　　抵抗は＋極側に繋ぐのが一般的ですが、−側でも問題無い様です。
　　　　　LEDの極性も気をつけて出来上がる回路は下図のとおり。

　　　　　

　　　　　でもまだまだ終わりじゃない。抵抗にも様々な消費電力の物があります。
　　　　　どれを使えばいいかは次の式で求めます。

　　　　　電流×電圧＝消費電力

　　　　　今回求める方式でいうと

　　　　　流す電流(A)×抵抗にかかる電圧(V)＝消費電力(W)

　　　　　これに数字を入れて、

　　　　　0.02A×4.2V＝0.084W

　　　　　になるわけで、

　　　　　1/6W抵抗（0.166･･･W）や
　　　　　1/4W抵抗（0.25W）を使えばOKって事です。

　　　　　でも、210Ωの抵抗は売ってないと思うので、１つ上の抵抗値の
　　　　　220Ωを使いましょうね。

　　　　　ここで注意。もしもLEDが１個だと・・・。

　　　　　

　　　　11V÷0.02A＝550Ωになりますが、

　　　　　消費電力を計算すると・・・

　　　　　0.02A×11V＝0.22W

　　　　　になり、

　　　　　1/6W抵抗（0.166･･･W）は許容を超えるので使用不可
　　　　　1/4W抵抗（0.25W）…もギリギリで発熱しそうなので却下。
　　　　　1/2W抵抗（0.5W）を使えばいいでしょう。

　　　　　
　　●CRDの使い方

　　　　　CRDは電源電圧の変動に関わらず一定の電流が流せる便利なパーツ。
　　　　　例として、先程と同じ青色LEDを３個点灯させる回路を作ってみましょう。

　　　　　よく使われるCRDは10mA流せるものと15mA流せる物があります。
　　　　　それぞれの流したい電流に合わせて組み合わせる事で、様々な電流が流せます。
　　　　　組み合わせ方は下の図で見てみましょう。

　　　　　
　　　　　
　　　　　これを抵抗の代わりに＋側に繋いで点灯回路が作れます。
　　　　　20mAを流すなら、
　　　　　
　　　　　
　　　　　
　　　　　のように点灯回路が作成できます。
　　　　　
　　　　　
　　●たくさん点灯する方法は？

　　　　　ではここで、たくさん点灯させる回路の作り方について考えます。
　　　　　４個点灯する場合、先程までの考え方ですと、
　　　　　
　　　　　
　　　　　
　　　　　原理はこうなりますが、車の電源電圧は常に変動しています。
　　　　　発進加速時やエアコン使用時などは、10〜13Vくらいまで
　　　　　電圧が下がったりします。そうすると点灯しなかったり、暗く
　　　　　なったり、明るさのバラつきがでたりします。
　　　　　では、どうすればいいか？ですが、こんな感じにすると・・・
　　　　　
　　　　　
　　　　　
　　　　　これなら4個点灯できます。
　　　　　
　　　　　このように、青や白などの３V前後のLEDなら４個以上、
　　　　　赤や黄などの２V前後のLEDなら6個以上を点灯させる場合は
　　　　　青や白→3個以下　赤や黄→５個以下に抑えた回路を並列で繋ぎ
　　　　　点灯させるといいでしょう。
　　　　　
　　●もっとたくさん点灯する方法は？

　　　　　僕も、ちょこちょこ光り物をつけはじめると欲が出るもので…。
　　　　　もっとたくさん点灯する回路の作り方！では、アンダーネオン
　　　　　のような１列に並べたいときの回路をつくってみます。
　　　　　
　　　　　使用するのは先程から例に出している青色LEDを使ったとして、
　　　　　２１個を並べた回路を作っていきます。
　　　　　
　　　　　まずは、３×７で並べて見ると…
　　　　　
　　　　　
　　　　　
　　　　　これじゃかっこよく１列にLEDを並べられないですよね（＾＾：）
　　　　　ここで、格子接続する回路に換えてみます。
　　　　　
　　　　　
　　　　　
　　　　　実はこれでも同じく点灯します。どちらかといえば
　　　　　こちらのほうが明るさのばらつきが出にくいらしい。
　　　　　これを横一列に置き換えると、
　　　　　
　　　　　
　　　　　
　　　　　・ ・・！？　なんで抵抗が３０Ωに替わっているかって？
　　　　　それは直列回路と並列回路の項で説明した"合成抵抗"で計算したからです。
　　　　　210Ωの抵抗を並列で7個並べた時の合成抵抗は、
　　　　　
　　　　　合成抵抗　＝　１÷｛（1÷210Ω）×７列｝≒　30Ω
　　　　　
　　　　　・・・となるからです。抵抗を７個も１ヵ所に付けたら邪魔だし（笑）
　　　　　１個で済めばコンパクト。ただし、消費電力の計算は忘れずに！！
　　　　　
　　　　　20mA　×　7列分　＝　140mA
　　　　　
　　　　　0.14A(合成抵抗の電流)　×　4.2V(抵抗にかかる電圧)　＝　0.588W
　　　　　
　　　　　1/2W抵抗（0.5W）でもオーバーしてしまいますので、
　　　　　この場合は1W抵抗を使えばOKですね。
　　　　　
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