鉄道模型レイアウトの照明LEDと抵抗の発熱について

質問

鉄道模型レイアウトの建物や電柱に照明を組み込んでいますが、抵抗が触れないくらい熱く発熱してどうすればいいのか悩んでおります。電気関係はまったくのど素人です。電源は家庭用コンセントAC100Vからとり、１２V３Aのトランスから４７０Ωの抵抗と3.3V～3.5Vの20mAを直列に配線したものを、並列に配線しております。３Aのトランスにしたのは、将来的にLED１５０個配線すれば、ちょうど3Aになる？？という素人考えです。しかし現在はまだ１０個しか配線できていないので、触れない位、熱くなっているのは、１０個配線した一つ一つに０.3Aもの電流が流れているからなのでしょうか？　この場合LEDにも0.3Aが流れているのでしょうか？

回答No.2

mtaka2 · ベストアンサー

トランスの「12V3A」の3Aは定格であり、必ずそれだけの電流が流れるわけではありません。
「12Vの電圧で出力し、最大3Aまで流せる」という意味で、負荷が小さければ、それだけ流れる電流も少なくなります。

確認ですが、
> 3.3V～3.5Vの20mA
これは、発光ダイオードの定格ですね。

発光ダイオードは、その特性として「ダイオードにかかる電圧は一定になる」(上記3.3～3.5V)になるような挙動を示します。
そのため、電圧駆動で光らせる場合は、電流制限抵抗で求める電流が流れるように調整します。このとき、電源電圧から発光ダイオードの順方向電圧を引いた残りの電圧が抵抗にかかります。

つまり、今回の場合、
発光ダイオード1本あたり3.4V×20mA=0.06Wの電力を消費しているのに対し、
抵抗の方は0.15Wの電力を消費しているのです。
この消費した電力は全て熱に変わります。

発熱を減らすためには、トランスの電圧を下げるか、発光ダイオードを何本か直列に繋いでください。

例えば、発光ダイオード3本と100Ωを直列に繋いで、これに12Vをかければ、12-(3.4×3)で、抵抗には1.8Vがかかります。
発光ダイオードは3本はそれぞれそれぞれ0.6Wを消費し、抵抗の消費は0.03Wで済みます。

あと、交流を整流せずに直接接続しているのだとしたら、
・そのままだと発光ダイオードには逆方向への電圧もかかることになりますので、あまり良くありません。
・トランス出力の「12V」は交流の実効電圧ですので、実際にはピークで17V近い電圧が出ています。
・交流でそのまま駆動すると、発光ダイオードは秒50回ないし60回の点滅をします。見る人が見ればちかちかするのがわかると思います。
ので、トランスの出力を整流・平滑させてからLEDに繋いだほうがいいかと思います。

ANo.1さんへ
・発光ダイオードは順方向で発光します。
・普通のダイオードの順方向電圧降下は0.2V～0.6Vぐらいですが、発光ダイオードの電圧降下は赤や緑で2V程度、白や青で3～4Vぐらいになります。

お礼

早々の返答をいただきありがとうございます。トランスを確認してところ、鉄道模型メーカーで発売している、変換アダプターというので、直流に変換しておりました。とても参考になりました。ありがとうございました。

回答No.1

usokoku

発光ダイオードは最近の技術(私はST管とナス球しかなかった頃)なのでとんでもない内容を答えているかもしれません。

たしか、逆方向へ電圧を加えることで発光したと記憶しています。
したがって、順方向へはダイオードとしての性能、つまり、0.7Vの順方向への電圧差がでるもののほぼショーとされた状態になります。
交流を加えている様なので、3.3-0.7 = 2.6Vが470Ωの抵抗にかかっているので、
W = IE = E*E/R = 2.6*2.6/470 = (計算間違いをするので計算しません)ワットと電力が消費されていますので、常に熱くなるのは当然でしょう。

交流をブリッジダイオードを通すなどして、直流にしてから繋ぐようにしてください。

お礼

早々に回答をしていただき、ありがとうございました。直流に変換して繋いでみます。ありがとうございました。