ＬＥＤ用 抵抗と定電流Ｄの長短所

質問

自動車でＡＣＣから電源を取ってＬＥＤを(1)直列に３個繋ぐ事、(2)並列で３個繋ぐ事、もしくは(3)２組の直列３個を並列に繋ぐ（合計６個）事を考えています。
それぞれの場合　制限抵抗を用いることも、定電流ダイオードを用いる事も出来ると思いますが、この際の長所、短所をそれぞれ教えてください。
　室内灯（(1)か(2)の方法）と荷室灯（(3)の方法）を作ろうと思っておりますので、宜しくお願い致します。

回答No.4

IQ-Engine · ベストアンサー

乱暴なまとめかたかも知れませんが、次のようなメリットとデメリットがあります。

◆制限抵抗方式
　メリット：非常に安価
　デメリット：ＬＥＤの自己発熱による電流増加や周囲の温度変化、電圧変動の影響を受けやすい。
　課題：定電流化が必要（熱暴走対策）
◆ＣＲＤ（定電流ダイオード）方式
　メリット：電圧変動に強い
　デメリット：やや高価。自己発熱などで温度上昇すると電流が下がる傾向がある。電流が下がるとＬＥＤの照度が下がる。
　課題：電流設定の自由度は低い（並列接続による設定だけ）

◆参考
　ＬＥＤには赤色、青色、緑色、白色など、何種類かが存在し、それぞれに定格電圧（順方向電圧）が異なりますが、仮にＬＥＤの定格電圧を１．９Ｖ、電流を２０ｍＡとしましょう。ただし、電流はＬＥＤの「電圧－電流特性」で見た定格電圧を印加したときの値ですから、定格電流という意味ではありません。また、個々の部品の実際の誤差を考慮しないものとします。
　尚、自動車のバッテリーは定格で１２Ｖですが、ＡＣＣはオルタネーターからレギュレーターを通過してくる電源系統も考慮しなくてはならないので、エンジンがかかっている時は１２Ｖより高めです。仮にＡＣＣを１４．５Ｖとしましょう。

＞(1)直列に３個繋ぐ事
　この場合のＬＥＤの電圧降下は１．９Ｖ×３個で５．７Ｖになります。１４．５Ｖの電源にこのＬＥＤ回路を接続したい場合、１４．５Ｖ－５．７Ｖ＝８．８Ｖを何らかの方法で電圧降下させなければなりません。
　これを制限抵抗器（以下Ｒ）で行う場合は８．８Ｖ÷０．０２Ａ＝４４０ΩのＲが必要であることが分かります。ただし、Ｅ２４シリーズに４４０Ωはありませんから、４３０Ωに１０Ωを加えるか、６．８ｋΩに４７０Ωを並列接続して等価回路とするなどの工夫が必要です。Ｅ２４シリーズの前後値で代用する場合、４３０Ωと４７０Ωがありますが、４３０Ωの場合、８．８Ｖ÷４３０Ω≒２０．４６ｍＡ（照度は強くなる）、４７０Ωの場合、８．８Ｖ÷４８０Ω≒１８．３３ｍＡ（照度は弱くなる）となりますので４３０Ωでも実用域と考えられます。ただし、Ｒ値が低ければ低いほど電流が増すことに注意してください。ＬＥＤはそれ自体の温度が上がると電圧降下は減少し、逆にＲにかかる電圧が上昇します。結果として電流が増加しＬＥＤは益々発熱し熱暴走を招きます。こうしてＬＥＤが臨終することもあります。
　ＣＲＤ（定電流ダイオード）はその名の通り一定の電流を流すダイオードですが、「電圧－電流特性」により概ね４．５Ｖ以上でないと定格電流を得られません。ですから、５．７Ｖ＋４．５Ｖ＝１０．２Ｖ以上の電源電圧が必要ということになります。希望する電流はＣＲＤを並列接続することによって得られますから、定格電流１０ｍＡのＣＲＤなら２個で２０ｍＡが得られます。ただし、定格電流の大きなＣＲＤほど、定格電流を保証する電圧の範囲が狭くなる傾向があります。

＞(2)並列で３個繋ぐ事
　この場合のＬＥＤの電圧降下は１．９Ｖですが、２０ｍＡ×２個＝４０ｍＡの電流を要します。
　Ｒを使用する場合は１４．５Ｖ－１．９Ｖ＝１２．６Ｖの電圧降下を必要としますから、１２．６Ｖ÷０．０４Ａ＝３１５Ωが必要です。Ｅ２４シリーズでは３００Ωか３３０Ωあるいは等価回路で代用します。しかし、１２．６Ｖの印加電圧に４０ｍＡの電流では実に５０４ｍＷとなりますから、１Ｗ級の定格耐電力を有するＲが必要です。セメント抵抗あたりを選択する必要がありそうです。ますます熱暴走対策が重要となります。
　ＣＲＤは１２．６Ｖの印加電圧でも許容範囲なので十分な動作が期待できます。

＞(3)２組の直列３個を並列に繋ぐ（合計６個）事
　この場合、ＬＥＤの電圧降下は合計で５．７Ｖ、電流は合計で４０ｍＡ。つまり、先の（１）と（２）の最大値と言えます。
　Ｒを使用する場合は８．８Ｖ÷０．０４Ａ＝２２０Ωで、定格耐電力は８．８Ｖ×０．０４ｍＡ＝０．３５２Ｗで１／２Ｗ級以上である必要があります。（２）よりＲの発熱は軽減されることが期待できます。
　ＣＲＤの場合は、印加電圧が５．７Ｖ確保できますので、実用域といえます。

お礼

ケースに分けてご返答いただきありがとう御座いました、よく分りました。また、参考の部分もまさに参考になります。

回答No.3

shirt

どのパターンも直列最高3個と言う事は12Vでは破損してしますので抵抗などで電圧、電流の制限は必要ですね。それもふまえて、
(1)は　作るのが簡単
(2)は　コスト又は電流などの計算が(1)よりは難しいが各LEDごとに明るさかえるなどできる。
(3)は(2)と同じ様なものと考えてもらえればいいと思います。
たぶんΩの法則知ってれば簡単なものだと思います。
ちょっと工夫して他には無い様なもの作ってくださいね。

お礼

アドバイスありがとう御座いました。
配線をどうやって隠す（外観を良くする為）かを工夫しながら作ってみます。

回答No.2

myeyesonly

こんにちは。

故障について
◎断線の場合
並列
１個断線した場合、他の回路に影響を及ぼさない。
直列
１個断線した場合、全回路消灯する。

◎LEDショートの場合
定電流ダイオード
直列でも並列でも、LEDに流れる電流が一定に保たれる。
制限抵抗
直列の場合、１個がショートすると他のLEDの分担電圧が上昇し、他の素子を過電圧破損する可能性が高い。
LEDショートに備えた十分なワット数をとっておかないと、ショート時に焼けて火災の原因になる。

故障の仕方
◎定電流ダイオード
ショートが多いと思います。
◎抵抗
ショートする事はあまりなく、大抵断線します。
ただし、焼損による事が多く、断線するまで相当な発熱があります。
◎LED
ショートも断線もあります。

いずれの素子でも消費電力を満足したとして、制御素子はかなり発熱すると思います。
十分な放熱対策を。
作った物を車内などに設置する様な用途では、この発熱対策は馬鹿になりません。
わずかな発熱でも熱が蓄積して最悪、火災なんて事もありますし、素子の寿命には大きく影響します。

定電流ダイオードとLEDの回路では、最悪両素子ショートという状況が起き得るので、電源ラインに計算値より少し大きめのヒューズを入れて、電源ショートによる火災発生、他回路への影響の阻止対策が不可欠と思います。
もちろん、抵抗回路でもあった方がいいけど。

お礼

ケース毎の返答ありがとう御座いました。よく分りました。
低電流なのであまり発熱のことは気にしていませんでした。配線もさることながら、熱のこもらぬように配置します。ありがとう御座いました。

回答No.1

p-21

抵抗を使う場合コスト的に有利です
乾電池を電源とする場合は
使用するにつれて電源の電圧が落ちてきますから
その分だけだんだん暗くなってきますが
定電流ダイオードの場合は
電源電圧の低下による暗くなる度合い
は少なくなります
簡単に言えば電池を最後まで暗さを気にせず
使い切る事が出来るもの　という事になります

しかし車のバッテリーの場合は
一応電源電圧の低下と言う心配は無いので
安いほうを使えばいいかと・・・

定電流ダイオードの電流値定格はけっこうバラツキ
があります

お礼

早々にご返答ありがとう御座いました。