こんにちはみなさん。電子工作の初心者ですが、先日

質問

こんにちはみなさん。
電子工作の初心者ですが、先日トレス台を自作したのですが、組み込んだLEDが頻繁に切れるので原因を調査しております。
　まず、LEDが切れるタイミングですが、決まってその日はじめて電源を入れた時です。前回から数時間経て電源を入れる場合、かなりの確率で切れ、ます。更に、切れる場所も一定ではないため、配線が原因とも思えません。

　まずは部品構成から。

電源：24V
LED：8個直列で32並列。+側に10mアンペアCRD。GNDに整流ダイオード。

　LEDは秋月で購入した3mm砲弾型で、一個あたり3Vで駆動と計算して制作しました。

　ここで疑問がいくつか。
まずCRD自体が4Vほど使うらしいですが、直列の8個は全て点灯してます。これは定格が20のところを10で使ってるからかな？とか考えてますが、間違いないでしょうか？

　それと本質問の本題になりますが、整流とCRDをかましてあるから、突入電流が原因とは考えにくいです。したがって、頻繁にLEDが切れる原因は静電気と考えて問題ないでしょうか？

　私が考えている対策は、ツェナーダイオードを使って10Kくらいの抵抗にスイッチを入れた瞬間の過剰電流を逃がそうか？というものですが、みなさんはどうおもわれますか？

　どなたか教えてくださいませ。

回答No.5

xpopo · ベストアンサー

回答NO.2です。回答へのお礼ありがとうございます。
　お礼のコメントについて以下に回答いたします。

＞しかし接続はまちがってないような気がするんです。なんだろなぁ、配線の関係で私が+だと思ってる極性が実は-だったとか？(笑）。

回答＞＞CRDの極性ですが一応、テスタのダイオードモードで確認されましたか？CRDの極性はテスタのダイオードモードで確認する場合、添付図に示すように通常のダイオードとは逆になりますのでご注意を！

＞でもそれだとLEDが点灯しないハズですし…。

回答＞＞CRDは基本構造がJFETとおなじでアノードがドレインになり、カソードがJFETのゲートとソースに接続されてます。そういう構造ですのでカソード側からアノード方向へは電流が流れます。その時の電圧ドロップは0.7V程度になります。電流は制限がかからず沢山流れてしまいます。
　一方、本来の使い方であるアノードからカソード方向へ電流を流す場合、アノードとカソードに加わる電圧が肩電圧Vk（10mAのCRDの場合、約3.5V）を超えるまでは電流がほとんど流れません。肩電圧Vkを超えると電流が流れ始め、電圧をそれ以上上げても一定の電流、この場合は10mAとなって電流は増えません。このように、アノードからカソードへ電流を流すにはVk以上の電圧が必要になるのでテスタのダイオードモードで計るとその場合、テスタのダイオードテスト時にテスタ内部で発生させてる電圧は最大で1.5V程度しかないため電流が流せないのです。

＞　ちなみにアンペアが10減るとボルトは0.2減るんですか？ほぉぉ。

　LEDの電流と電圧降下（VF）の関係はこちら（http://yahoo.jp/box/klmb-t）に示したような特性になります。図で縦軸がLEDの電流でスケールは１ｍAから100mAになってます。横軸はVFです。

お礼

ありがたいことです。初心者にここまで詳しく教えてくれるなんて。
どうもです。

　しかし物事ってのは全てそうかもしれませんが、初心のころってのは大事でしょうね。疑問に答えてくれる人がいるっていうのは、その後にその初心者がのびる可能性が大いにあります。

　とりあえずブレッドボードで私の配線を再現し、CRDを逆につないだりいろいろテストし、最後にLED１個とCRDと言う組み合わせをつくってみました。これでCRDが効いてなかったら確実に破裂する状況ですが、無事破裂もせず元気に点灯しておりました。
　極性はまちがいなく接続されているようです。おそらく直列のLED数が多すぎたためCRDが機能せず、いわば抵抗もまったくない生の接続状態になっているところへ突入電流でLED切れを起こしたのかな？と考えています。

　配線を変えてみます。直列６に作り変えますわ。

　皆さんありがとうございました。

回答No.4

noname#215107

謎が多くて、実物を触らないとわからないかもしれません。

解決にはならないかもしれませんが個別の注意事項を挙げます。

(1)
CRD(定電流ダイオード)は、その名は付いていますが決してダイオードではありません。その実体はJ型FET(電界効果トランジスタ)のソースとゲートをつないだ構造となっています。3本足のJ-FETがお手元にあれば、ソースとゲートをはんだ付けしてつなぐと、特性がCRDに近ければCRDとして機能します。つまり、負帰還を使った定電流回路なのです。FETはドレインからソースへ電流を流すのに使いますが、構造上、逆向きにも電流を流すことができます。
もしCRDを逆向きにすると、ゲートに電圧がかかっていることになり、ソース-ドレイン間はONになったままです。つまり、CRDを逆向きにつなぐと、電流は流れ放題ということです。

(2)
LEDのVfが本当に3Vかどうか確認してください。LEDの両端をひとつずつ測定してみてください。

(3)
青色や、紫外線LEDなど、光の振動数が高い(=光エネルギーが高い)光を発するLEDは静電気に弱いようです。(詳しくは知りませんが薄膜または細い構造部分があるのでしょうね。)
ただし、部品箱に放り込んでいるのではなく、すでに回路に組み込んでいるので、その影響は少ないのではないかと思います。

お礼

３番は興味深いお話ですね。
すでに組んである場合は静電気の影響は少ないのですか？なるほど。

　J-FETについてすこし勉強してみます。

　しかし電子工作ってのは奥が深いですね。世間にどんな部品があるのか、すこしづつ勉強して試していきます。

　多分マイコンやるでしょうね私はｗ

回答No.3

xpopo

回答NO.2です。補足です。

対策ですが、回答NO.1の方の案のとおりLEDの8個直列を6個直列に変更するか電源電圧を27Vに上げるかだと思います。

補足

no２様の補足にて、全ての回答者様へ途中経過を報告します。

今、ブレッドボードにて、CRDの両足にテスターを当て、LED８個から一個ずつLEDを減らす実験を行いましたが、電圧が著しく(１個につき約倍の場合もあり)増えていった現象を発見しました。

　なんでしょうこれ？

今後いろいろと勉強していきます。

　いや～しかし電子工作って面白いですねぇ？
これは多分はまりそうです。おそらく年末までにはマイコンいじりはじめてるでしょうねぇｗ

回答No.2

xpopo

今晩は。

まず、原因として静電気は可能性は非常に低いと考えた方がよいと思いますが．．．。

一番疑わしいのはCRDの極性を間違えて逆に使用している場合です。

CRDの極性が正しく接続されてる場合はCRDによって流れる電流はその定格値である10mAまでしか電流は流れません。しかもこの電流値はお使いのLEDの絶対最大定格の半分の値ということですので尚更壊れる可能性はとても低いと考えられます。

CRDの極性が正しい場合はCDRに必要な電圧（肩特性の電圧）Vkは電流が10mAのCRDの場合3.5Vとなってます（こちらのCRDの場合：　http://akizukidenshi.com/download/E-103.pdf）。
また、LEDのVFは３V品（IF=20mA）を使われてるということですがIFが10mAに減った場合、VFの減少は0.2V程度です。ですからLEDに10mA流すのに必要な電圧Vｎは整流ダイオードのVFを0.6Vととして

　　Vn＝3.5V＋（3V－0.2V）×8＋0.6V＝26.5V

必要になります。しかし、電源電圧は24Vですので電圧が足りません。あと2.5V足らないことになります。この電圧をLED8本で均等に分担するとLED１本あたり　2.5V／8＝0.31V　ずつそれぞれのVFを減らさなければなりません。VFが0.3Vも減らすにはLEDの電流を1mA程度に減らさなければならなくなってしまいます。電流が１ｍAまで減ってしまえばさすがに暗すぎるので分かると思います。

もし、CRDが逆に接続されると、CRDでロスする電圧は0.7V程度かそれ以下の値と非常に小さな値になります。この場合には　Vn　はLEDの順方向降下電圧をVFLEDとすると

　Vn＝0.7V＋VFLED×８＋0.6V＝24V

が成り立ちます。この式から　VFLED　を求めると

　VFLED＝（24V－0.7V－0.6V）／8＝2.84V

になります。この電圧はLEDにだいたい10mA程度流した時のVFに相当します。

ただこの場合、電流はCRDが逆極性につながれてるので10mA一定にはコントロールしてくれません。
LEDに電流が流れ始めるとすべてのLED（８×32＝256個）に電流が流れて発熱が始まります。通電開始時点での総発熱量は約　10mA×2.84V×256＝7270mW＝７．２WにもなりますのでLEDはどんどん発熱して素子温度が上昇します。その結果、LEDのVFはどんどん下がってゆきます。VFが下がるとLEDの電流は急激に増加してゆきます。そのうちに電流が定格の２０ｍAを大きく超えてしまいLEDが壊れ始めます。

ということですのでCRDの極性を確認した方が良さそうです。CRDのアノードが電源の＋側になるように接続するのが正しい極性です。（添付図参照）

お礼

おお！数式までどうもありがとうございます！

しかし接続はまちがってないような気がするんです。なんだろなぁ、配線の関係で私が+だと思ってる極性が実は-だったとか？(笑）。
でもそれだとLEDが点灯しないハズですし…。

　CRDの件はもう少し調べてみます。なにか初心者にありがちな勘違いが私の中にあるのかもしれません。

　ちなみにアンペアが10減るとボルトは0.2減るんですか？ほぉぉ。

　すごく勉強になりました。

回答No.1

koujikuu

LED*8 だと　3V*8=24V になり CRD にほとんど電圧がかから無い為定電流効果が働かず
流れても2-3mA程度です

CRDの逆接続による、過電流が怪しいです

CRD 4V + 逆接続防止ダイオード 1V + LED 3V*6 = 23V LED 6ヶ程度が妥当では？

参考に

http://akizukidenshi.com/download/E-103.pdf
http://www.audio-q.com/crd.htm
http://www.ele-lab.com/led_trouble2.html

お礼

回答ありがとうございます。
今回路を調べましたが、青がカソードですよね？これでいいはずなんだけどなぁ。

　ブレッドボード使って調べてみます。

　資料ありがとうございます。舐め回すようにして読んでます。
しかしCRDの不具合ってのありえそうな話ですねぇ。電流もしらべられるテスター買うかなぁ。