LEDをAC100Vで点灯できますか？

質問

お世話になります。

LEDを直列にして、家庭コンセントの交流100Vを電源として使いたいのですが、AC100V÷LEDのMax電圧で可能でしょうか？

（例えばLEDのMax電圧が4.5Vとすれば、AC100V÷LEDのMax電圧4.5＝22～23個で問題無いでしょうか・・・）

よろしくお願い致します。

回答No.6

inara1

ANo.2です。
電流制限抵抗を 3.3kΩ とした場合のLED電流と抵抗の消費電力をシミュレーションしてみました（添付画像）。シミュレーションに使ったLEDの動作電圧は 3.7V@20mA です。砲弾型LEDの最大電流（絶対最大定格）は普通30mA程度なので、ピーク電流が30mA程度となるように電流制限抵抗の値を決めています。このようにAC100Vを直結してLEDを点灯させると、LEDは交互に光って連続発光しないので、LEDの平均電流は 10mA 程度にしかできません（直流で駆動すれば「ピーク電流＝平均電流」なので平均電流 30mAで光らせることが可能です）。

「回答番号：No.5」で示した抵抗の消費電力は間違っていました。回路シミュレーションでは、LEDが30個のとき 0.85W、LEDが20個のとき 1.38W でした。したがって、抵抗の許容電力は2W程度で良いでしょう。3.3kΩ・1/4Wの抵抗9本を以下のように直並列接続すれば、3.3kΩ・2.25W の抵抗になります。

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　├───┬──┐
　3.3kΩ　3.3kΩ　3.3kΩ
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　├───┬──┐
　3.3kΩ　3.3kΩ　3.3kΩ
　├───┴──┘
　├───┬──┐
　3.3kΩ　3.3kΩ　3.3kΩ
　├───┴──┘
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「回答番号：No.5」のような回路で実際にLEDを8個点灯させたことがあります（LEDを動かすとチラツキがやや目立ちました）。ちょっと実験するために作ったため、AC100Vの配線がむき出しで危険だったので、実験後すぐにバラしてしまいましたが、感電や漏電にはくれぐれも注意してください。

回答No.5

inara1

ANo.2です。
　AC100V ─┬─┐
　　　　　　　　 ▽ 　△ LED
　　　　　　　　 ├─┤
　　　　　　　　 ▽ 　△ LED
　　　　　　　　 ├─┤
　　　　　　　　 ▽ 　△ LED
　　　　　　　　 ├─┘
　　　　　　　　 R 電流制限抵抗
　AC100V ─┘

＞点灯させたいLEDは砲弾型の白色5φで、数量は20～30個ほどです
白色LEDなら動作電圧は3.6V程度なので、ＬＥＤが20個～30個の範囲なら、電流制限抵抗は一律 3.3kΩ とすればいいです（計算方法は省略します）。

ただし、抵抗の発熱量がかなり大きいので、許容電力が1/4Wの3.3kΩの抵抗１本だけではダメです。抵抗 R の平均発熱量は、1.62W（LEDが３０個のとき）から 2.36W （LEDが２０個のとき）なので、許容電力が 4W くらいの抵抗を使うべきです。許容電力が1/4Wの3.3kΩの抵抗16本を、以下のように直並列接続すれば、 許容電力 4W・3.3kΩの抵抗を作ることができます。

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　├───┬──┬───┐
　3,3kΩ　3,3kΩ　3,3kΩ　3,3kΩ
　├───┴──┴───┘
　├───┬──┬───┐
　3,3kΩ　3,3kΩ　3,3kΩ　3,3kΩ
　├───┴──┴───┘
　├───┬──┬───┐
　3,3kΩ　3,3kΩ　3,3kΩ　3,3kΩ
　├───┴──┴───┘
　├───┬──┬───┐
　3,3kΩ　3,3kΩ　3,3kΩ　3,3kΩ
　├───┴──┴───┘
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回答No.4

mtaka2

直列にしたLEDは、100Vで直接駆動できますが、以下の点に注意する必要があります。
・商用電源の交流100Vは、実効値が100Vであり、ピークは141Vです。
　ピーク時の電圧を基準に直列に繋ぐLEDの個数を計算する必要があります。

・LEDは逆電圧の耐圧が低いので、交流に直結すると容易に壊れます。
　逆向きにLEDを並列に繋いだペアを作ることで、互いに保護されて強得れないようになります。

・(100V駆動に限りませんが)LEDを定電圧駆動にする場合は、かならず電流制限抵抗を通す必要があります。
　(抵抗無しに直接つなぐと、LEDの特性のばらつきがそのまま電流の変動につながります。ちょっとした電圧の上昇とか、ちょっとVfの低いLEDの接続で、多大な電流が流れてLEDの破壊の可能性が高くなります。)

http://park15.wakwak.com/~ja1cvf/diy/led-zaclamp/led-zaclamp.html
あたりが参考になるでしょうか。

電流制限抵抗の設計についてですが、LEDを増やして抵抗にかかる電圧を低く設定すると、それだけ消費電力的な効率が高くなりますが、そのかわり電圧の変動に弱くなります。

たとえば、Vf=4.5VのLEDを22個使い、電流制限抵抗を2kΩにすると、
実効電源電圧100Vの時抵抗には141V-4.5×22=42Vがかかるので、約20mAになります。
この回路で、電源電圧が実効110Vになったとすると、ピーク155Vになりますから、抵抗には56Vかかりますので電流は28mAになります。

ところが、LEDを30個使って、電流制限抵抗を330Ωにすると、
実効100Vの時、抵抗には6Vがかかるので、この場合は約20mAになります。
ところが、電源電圧が実効110Vになると、抵抗には20Vがかかって、電流が60mAも流れることになります。

補足

お礼が遅くなりまして申し訳御座いませんでした。

正直、数式を見るとチンプンカンプンでが、張って頂いたURLもとても参考になりそうです！

実に細かくご説明下さり、誠に有難うございます！

回答No.3

gootera

補足します。コンデンサーを直列接続して電流制限したほうが無難です。ＬＥＤの数に関係なく電流が一定なので定電流となり便利です、発熱も気にしなくて済みますし、途中ショートでも他に影響がありません。抵抗で電流制限するのも一つの方法ですがワット数と発熱の問題がありますので。

補足

お礼が遅くなりまして申し訳御座いませんでした。

＞コンデンサーを直列接続
とは、LED一つ一つに対して電解コンデンサーを並列接続という事でしょうか？？

また、その場合は耐圧が160～400Vの100uF～470uF位でokでしょうか！？

どうぞ宜しくお願い致します！

回答No.2

inara1

AC100Vに直結してLEDを点灯させるには、過去の質問（http://sanwa.okwave.jp/qa4185159.html）の回答No.2の２番目の図のように結線すればいいです（以下の回路）。

　AC100V ─┬─┐
　　　　　　　　 ▽ 　△ LED
　　　　　　　　 ├─┤
　　　　　　　　 ▽ 　△ LED
　　　　　　　　 ├─┤
　　　　　　　　 ▽ 　△ LED
　　　　　　　　 ├─┘
　　　　　　　　4kΩ
　AC100V ─┘

逆向きのLEDの対（▽と△）が互いに保護ダイオードになっているので、AC100Vを加えてもLEDは壊れません。LEDは多少ちらついて見えます（50Hzまたは60Hz周期で交互に点灯する）。これは６個のLED（Vf = 3.6V）を点灯するものですが、LEDの数や明るさを変えるときは抵抗値を変える必要があります。

抵抗（4kΩ）の発熱が2Wと大きいので普通の抵抗（1/6W～1/4W）は使えません。1/6W～1/4Wの抵抗で合成抵抗を作れば２Wの抵抗を作ることができます。McVITIE_Sさんの手持ちの抵抗の種類（抵抗値とワット数）と、点灯させたいLEDの数と型番を教えてもらえれば必要な回路を紹介します。

補足

お礼が遅くなりまして申し訳御座いませんでした。

なるほど！！
元々電子系はかじる程度の知識しかないのですが、そういった繋ぎ方があったんですね！
（ちらつきは交流周期の特性でなので、その辺は踏まえています）

現在手持ちの抵抗器はカーボン抵抗器(1/4W）だけですが、市販されている範囲での購入は可能です。

LEDは、百均で購入して必要なくなった照明器（照明器1個に並列接続で4個使われており、同種類の照明器の8個から外した）物なので、スペックは不明なのです。
その照明器具の電源は、単三乾電池×3個使用＝4.5～5.0V程なので耐圧の上限は5.0V程度であると・・・。（砲弾型の白色5φで、使用時は無点灯のLEDはありませんでした）

点灯させたいLEDの数量は20～30個ほどです。

万が一壊れてしまっても、元々は処分するつもりでしたので、・・・。

ご教授、お願い致します。

回答No.1

aatw

LEDは直流電源で動作するので無理です。
AC100ボルトから
1.5から4.5ボルト程度に整流・降圧させて使いましょう。
また耐圧の点でもLEDを直列につないでも抵抗が低いので
すべて一瞬で壊れてしまうと思います。

大量のLEDを点灯させるには電流のほうが必要です。
基本は並列接続します。
直列だとどれか一個壊れると全部消えます。

お礼

お礼が遅くなりまして申し訳御座いませんでした。

LEDは半導体なので、交流でも問題ないと思っていました・・・。

確かに直列接続ですと、１個の不具合で全消灯してしまいますよね！

御回答、有難うございました。