交流電源でLEDライトを点灯させるには

質問

直流用（そもそもLEDに交流用はない？）のLEDライトが手元にあります。交流電源を利用してこれを点灯させたいのですが、調べると「逆電圧がかかって壊れる」とあり、そのままでは使えないようですね。

交流電源でも壊れずに使えるようにする方法や直流に変える手ごろな方法はなにかないでしょうか？　
よーく見るとライトが高速点滅（交流の周期？）したとしても、とりあえず点くのであれば妥協案としてそれもヨシと考えています。

素人感覚ですが、「整流ダイオードで電気の向きを一定方向にして壊れないようにする」なんて考えもありましたが、よくよく考えてみたら電流の流れは直流交流で変わらないのではないか…と。

売られているAC-DCコンバーターを使えば良さそうですが、目的の割には値段も高く、また大きさも大きく使い道に適していません。

今手元にある「解決策に関係あるかな？」という部品は
整流ダイオード・固定/半固定/可変抵抗・コンデンサー・FET・フォトリレー・LEDライト…
型や容量などは複数ありどれが適しているのか、どれも使い道が無いのか判断できないので省略します。ちょっとした基盤を作るだけで解決するのであれば製作したいと思っています。

回答No.8

m_and_dmp · ベストアンサー

NO.7 です。
だいぶ煮詰まってきましたね。
最後のアドバイスです。
ネットで見たら、測定した人がいて、オートバイの発電機の出力周波数はエンジン回転数が4500rpm のとき450Hz らしいです。コンデンサは整流器出力の残留交流分を低減するためのもので、周波数が高いと小容量ですみます。オーディオアンプでは所要電流1Aあたり1000μF と言われたものですが、周波数が10倍なら100μFで十分です。オートバイのランプ電源ではもっと小容量で良いと思います。手持ちのコンデンサをつけてみて、容量不十分と感じたら増量したら良いと思います。
抵抗はオートバイで使用することを考えると耐熱性・耐候性の優れたタイプがおすすめです。ホーロー抵抗、セメント抵抗が良いでしょう。どちらも巻線抵抗で、ホーローまたはセメントでおおわれています。少々水がかかっても平気です。
セメント抵抗は秋月電子通商で入手できます。「セメント抵抗 秋月電子」で検索してください。5W型が30円、10W型が50円と安価ですが、送料600円くらいかかります。ケミコンも秋月電子通商で入手できます。
配線に使う絶縁電線は、耐熱性のものを使用してください。安価なビニル線を使用すると炎天下で被覆が溶けて芯線が車体に接触し、ショートする恐れがあります。耐熱電線は自動車修理工場で入手できます。

お礼

長らくお付き合いくださいありがとうございました。
コンデンサの容量が足りなくとも破裂はしないだろうとの回答も他に頂けていたので、そこまで神経質に考えなくとも大丈夫みたいですね。

回答No.9

mink6137

逆電圧破壊を防ぎ、交流電源のまま簡単に点灯させる方法です。

その１；
ＬＥＤと整流ダイオードを逆並列接続し、電流制限抵抗を介して交流電源につなぐ。
交流の半サイクルだけ点灯します。

その２；２個のＬＥＤを逆並列接続し、電流制限抵抗を介して交流電源につなぐ。
正の半サイクルで片方が点灯し、負の半サイクルで他方が点灯する。

＞交流電源でも壊れずに使えるようにする方法や直流に変える手ごろな方法はなにかないでしょうか？

お礼

整流ダイオードが活躍するようですね。ブリッジ接続して全波整流して直流を取り出してみようと考えています。

回答No.7

m_and_dmp

NO.5 です。
とりあえず交流直流問わずブリッジを組んでおけば大丈夫かな？なんて安直な考えでいたりしますが、
＞＞＞安全サイドの良いアイディアだと思います。電源が交流だった場合（コンデンサ付き）、直流に変換したとき電圧が上昇しますが、直流の場合は、コンデンサ付きでもコンデンサなしでも出力電圧は変わらず、ダイオードブリッジの電圧降下により、電源電圧より約1.2V～1.4V 電圧が下がります。

一応１つ前の回答で頂いたダイオードの方法でもう一度調べてみることにします。
＞＞＞先の回答では説明が不正確でした。
オートバイの電気配線は1本で、帰路は車体だと思います。
一回目の測定は、その一本の配線にダイオードを直列に接続し、ダイオードアウトに赤テスター棒を、黒テスター棒を車体に接触させます。テスターのレンジは直流の30Vとします。
二回目の測定では、ダイオードの向きとテスター棒の赤・黒を逆にします。
電源が直流だった場合、一回目の測定で10V前後の電圧が表示され、二回目の測定では0V か、非常に低い値になります。一回目の測定で0V か低い値になり、二回目の測定でマイナスの電圧が測定された場合は、電源の線がマイナス、車体がプラスということになります。何れにしても直流です。
電源が交流だった場合、一回目の測定でも二回目の測定でも等しく10V 前後の値になると思います。
この測定で、直流とわかった場合、配線がプラス、車体がマイナスなら良いのですが、逆の場合はナンバー灯に配線するときプラスマイナスを間違えないようにきをつけてください。

LEDの並列直列問題は、覗き込むと３つチップがあるのは分かりますが直列か並列かは判断できませんでしたので、大事をとって大きい抵抗値から徐々に変えて試してみようと思います。
＞＞＞そうですね。30Ωあたりから始めると良いと思います。
または、LDE が並列なら、3.2V で点灯しますので、乾電池直列3本(4.5V) に適当な抵抗を直列に接続してナンバー灯に加えると点灯します。LED 3個直列なら動作電圧は9.6V になるので4.5V では点灯しません。そのようにして確かめることもできます。

自動車用のLED ライトは12V または6V を直接加えて動作するように内部に抵抗を内蔵したものが多いと思います。もしかしたらお手持ちのナンバー灯も抵抗内蔵かもしれません。
しかし、調べる手立てがないならば、貴殿のおっしゃるとおり、高い抵抗から始め、必要な明るさになるまで抵抗値を下げていくのが良いと思います。

お礼

動作電圧から直列か並列かを推測できましたね。完全に盲点でした。

電池3本（4本）の直列では点灯せず（充電池なので1.2V）9V電源からとったところ点灯しました。どうやら直列のようですね。
またこれは感覚的な推測ですが、挟んだ抵抗値に対する明るさからして既にライト筐体内部に抵抗が入っていそうな雰囲気でした。

手持ちのコンデンサーを引っ張り出してみたら最大でも120μF（35V 105℃）、抵抗も1/2W物など力不足の物ばかりでしたので、計算して並列接続対応など調整してみようと思います。

回答No.6

sailor

確かに小型の２輪車などではフライホイールマグネットからの交流をそのままライトやスモール等に使用している車種がありますねぇ。LEDについては逆方向の電圧がかかる（逆方向耐圧超えて）と破損しますので交流のままでは使用できません。それから、文面からだけではLEDの扱いをどの程度までおわかりなのか判りかねますので、質問をさせていただきますが、LEDは通常の電球のように一定の電圧をかければそれでOKではないということをご存知ですか？自動車用の12V用とか指定されているものは、LEDと12Vの電圧をかけたときにLED自体に流れる電流を制限するための回路（一番単純なのは抵抗器一つかCRDという定電流ダイオード）がついているのですが、こんかいおつかいのLEDそのようなものなのか、それとも単体部品としてのLEDなのかで扱いがかなり異なってきます。事の序でですので、単体のLEDについてかんたんに説明しておきます。LEDというのは名前の通りでダイオードの一種ですので、電球のような抵抗性の負荷とは電流の流れ方が大きくことなります。LEDの特性表を見るとVFとかIFとかVrとかの値が記入されていると思いますが、VFと言うのは順方向電圧で、この電圧以上の電圧がかかると電流が流れ始めるという電圧で、この電圧以下では電圧をかけてもLEDは点きません。IFというのはLEDに流せる電流の大きさです。Vrは許容できる最大の逆方向電圧です。電球と違うのはVFを超えるまでは電流が流れず、VFを超えた途端に電源が供給できる範囲で一気に電流が流れ出してしまうのです。なので何らかの方法で電流の大きさを制限しないと過電流でLEDは壊れます。そのため、単に直流か交流かだけだはなく、使用する電圧に合わせて電流を制限する必要があるのです。まぁ、一番簡単なのは抵抗を入れる方法ですが、電源電圧からVFの値を引いた値から計算します。抵抗＝電圧／電流ですから、この計算はかんたんにできるでしょう。例えばVFが3.0Vで電源電圧が12Vで0.1Aの電流を流したい（流せる電流はLEDの定格を超えてはならないのは当然ですが、パワーLEDなどでは放熱の状況でもことなります）なら必要な抵抗の値は12Vー3Vで9Vを0.1Aで割った値で９０Ωとなります。この抵抗を入れないとLEDは壊れます。それからこの抵抗にはLEDに流れるのと同じだけの電流が流れますので、ふつうのVRなどは使えません。必ず十分な電力容量を持ったものが必要です先程の計算で出した値であれば、抵抗では9Vの電圧降下があり0.1Aの電流が流れるので0.9Wの電力が消費されることになるので、少なくても2W程度の電力容量の抵抗が必要です。まぁ、もともと自動車用として作られたLED電球のようなものではこのような処理は不要ですがので、単純に整流用のダイオードを入れて適当なケミコンで平滑化するだけで良いでしょう。それからケミコンの容量が小さくても許容電圧が電源電圧よりも高い（通常１．５～2倍程度の余裕を見る）ものであれば破裂の心配はありません。容量は小さくても問題はないのですが、ある程度の容量がないとエンジン回転が低いときにちらつきが目立つかもしれません。

お礼

どうやら交流と思っていた電源でしたが、「球をLEDに変えるだけ」の事例がいくつか見つかり、また電源も交流・直流・半波整流・全波整流・はたまた既に直流化された（改造された）車体～などネット上に投稿された情報だけでは判断が難しく困惑しています。　今のところ「交流」という判断で調べを進めています。

LEDの知識は電装系DIYをする人、人並みでしょうか。LEDライトを裏から覗くとLEDチップの他に四角い小さい部品が見えます。恐らく抵抗かなと思っています。（カーボン抵抗くらいしか見慣れないもので…）
LEDライトの筐体の大きさやそこから出ている線からして、「これがLEDライトだから直流電源に繋いで使ってね～」という物のように思えます。汎用品です。

コンデンサーの情報もありがとうございます。手元には静電容量の大きいものはあまりないので、場合によっては複数つなげないといけないか等と考えていたところです。ハッキリと点滅してしまうのはマズイとして、高速点滅によってLEDの寿命が極端に減るのであれば考えようですが、その辺は実際に組んでいて判断しようと思います。

回答No.5

m_and_dmp

NO.4 です。
交流だったのですね。
ダイオードブリッジとケミコンで直流化し、ナンバー灯の定格電流になるように直流出力とナンバー灯の間に直列に抵抗を入れます。
貴補足に則り、
交流電圧=10.5V
ナンバー灯の定格電力=5W
とします。
回路構成はつぎのようになります。
交流電源とダイオードブリッジの間に直列に0.47Ω～1Ωほどの抵抗を接続します。
ダイオードブリッジの出力に並列に1000μF のケミコンを接続します。
ケミコンの耐圧は25V で良いと思います。
ケミコンは、最高使用温度が85℃のものと105℃のものがありますが、105℃の製品の方が良いと思います。
直流に変換された後の電圧は、無負荷で入力交流電圧のおよそ1.4倍の15Vくらいになると思います。ナンバー灯を接続して、電流が流れるとそれよりやや低くなります。計算の都合上、14Vになるものとします。
ナンバー灯に使用されるLED は白色（色なし）だと思います。単体の白色LEDの動作電圧は製品によって大きな違いはなく、およそ3.2V です。
ナンバー灯には必要な光量を得るため複数のLED が使われているかもしれません。複数のLED が並列に接続されているなら、大きいLED が1個と考えて差し支えなく、動作電圧は変わらず3.2V です。
ナンバー灯の定格電力は5W なので、
電流 = 5W/3.2V = 1.56A になります。
直流出力とLED の間に直列に入れる抵抗の値は、
抵抗値 = (電源電圧 - LED の動作電圧)/電流
= (14V - 3,2V)/1.56A = 6.92Ω となります。
抵抗の消費電力 = 抵抗にかかる電圧 x 抵抗に流れる電流
=(14V - 3,2V) x 1.56A =16.8W になります。
10W型の抵抗を3本直列にして使用するとして、
6.92Ω/3 = 2.3Ω の抵抗3本が必要です。
2.3Ωは市販品に無いので、2.4Ωにします。

ナンバー灯に直列に接続された複数のLED が使用されている場合は、数が2個なら
動作電圧 = 2 x 3.2V = 6.4V
定格電力は5Wだから
電流 = 5W/6.4V = 0.78A
直流出力とナンバー灯の間に直列に入れる抵抗の値は、
抵抗値 = (14V - 6.4V)/0.78A = 9.7Ω
抵抗の消費電力 = 5.9W
10W 型、10Ωの抵抗を使用すると良いと思います。

数が3個なら
動作電圧 = 3 x 3.2V = 9.6V
定格電力は5Wだから
電流 = 5W/9.6V = 0.52A
直流出力とナンバー灯の間に直列に入れる抵抗の値は、
抵抗値 = (14V - 9.6V)/0.52A = 8.5Ω
抵抗の消費電力 = 2.3W
5W 型、9.1Ωの抵抗を使用すると良いと思います。

数が4個なら
動作電圧 = 4 x 3.2V = 12.8V
以下省略

数が5以上では、14Vの電源では点灯しません。

以上ですが、ナンバー灯の定格入力電力が5W ではないときは、実際の定格入力電力をもとに計算しなおしてください。

お礼

一通りの計算式を乗せていただきありがとうございます。とても助かります。　　

自信をもって交流だと答えましたが、実はその後LEDライトを球だけ交換している例が数件見つかり困惑しています。

とりあえず交流直流問わずブリッジを組んでおけば大丈夫かな？なんて安直な考えでいたりしますが、一応１つ前の回答で頂いたダイオードの方法でもう一度調べてみることにします。　

LEDの並列直列問題は、覗き込むと３つチップがあるのは分かりますが直列か並列かは判断できませんでしたので、大事をとって大きい抵抗値から徐々に変えて試してみようと思います。

回答No.4

m_and_dmp

NO.2 です。
・・・オートバイのナンバー灯です。発電された交流電源が使用されているようなんですが、
>>>オートバイのナンバー灯の電源は、6V または12Vの鉛バッテリだと思います。オートバイのエンジンはかけず、キーをひねってヘッドライトが点く状態にしたとき、ナンバー灯は点灯しますか？点灯するならバッテリ電源なので直流です。エンジンをかけなければ、ヘッドライト・ナンバー灯が点灯しない仕組みになっていると、直流・交流の判断はできません。
推測でこれからの作業を進めることはリスクがありますので、直流か交流かつぎのような方法で確認してください。
ナンバー灯が点灯している状態で、ナンバー灯に配線されている線の電圧をテスターで測定して、何ボルト来ているか確かめてください。アナログテスターなら、とりあえず、直流30Vレンジで測定します。電源が直流なら6Vまたは12Vに近い値を示します。もし、電源が交流なら、テスターの針がゼロを中心に細かく振動します。電圧を読み取ることはできません。そうなったら、レンジを交流30V に変えて再測定してください。
デジタルテスターの場合、オートレンジなら直流なのか交流なのか表示されると思います。直流レンジと交流レンジがある場合、直流レンジで交流を測定するとどういう結果になるかわかりません。（テスターが壊れることはありません。）
交流か直流か判断ができないときは、整流用ダイオードを直列に接続して、電圧を測定します。
電源が直流ならダイオードが順方向なら電圧を表示します。逆方向ならゼロまたは負の方向にわずかに振れます。電源が交流ならダイオードの向きがどちらでも等しい電圧を表示します。
まず、直流か、交流か確認した後、つぎのことを考えることにしましょう。

お礼

実際に今朝電圧を計ってみました。

まず電源についてですが、今回取り出すナンバー灯電源は交流になります。「キーオン時には点灯せずエンジン回転数に応じて明るくなるので交流である」という古典的（？）な調べ方でしたので今まで「恐らく」交流だろう～という認識でしたが、判断方法の工程としてはとりあえずそれで問題ないようですね。

関係ありませんがヘッドライトも点灯方法はナンバー灯と同じで、またネット上では同じ車種（HONDA GROM JC61）で「ヘッドライトの直流化」というネタが多く出ているので間違いなく直流です。
ナンバー灯に関してはヘッドライトに比べると取り上げられている件数は少ないものの、「直流化しないとライトが壊れる」という話は出ているので、こちらもほぼ間違いなく交流かと思います。

以下、電圧を計測した結果です。デジタルテスターを用いています。

・エンジン始動後　約10.3V　（直流電圧を計測してみたところ約8.1V周辺を表示）

・約1分後オイルが温まりエンジン回転数が下がり測定
約7.4～7.5V周辺（交流電圧で測定）

・エンジンの回転数を上げて測定
約10.5V　（それ以上は電圧が上がらない雰囲気でした）

電装関連は詳しくありませんが、ジェネレーターで発電した電気をレギュレーターに送り、一定電圧を超えたら電圧を押えて熱として逃がすという働きをしているものかと思います。

今考えている方法は

整流ダイオードをブリッジ接続した上で、出力電圧０V状態がなくなる（脈動）ように出力された＋－線に電解コンデンサーを並列接続。LEDナンバー灯のワット数など詳細情報が分からないのですが仮に５ｗとして1000μF程度のコンデンサーを使用（静電容量の選択はこれもまたyoutubeの情報なので目安ですが）。手持ちのコンデンサーに適したものが無ければコンデンサーを複数並列に繋いで容量確保。（破裂したら怖いので余裕を持たせた静電容量を選びたいところ）

別の案として（その前に光るようにする事が大前提ですが）LEDにしたことで相当明るくなる（多少光量が落ちても保安基準を満たすなら）のであれば抵抗などを挟んでLEDのワット数を下げて（ワット数はそもそも下げられるのかどうか…）コンデンサーの容量を減らす…などなど。

という事を考えています。

回答No.3

m_and_dmp

NO.2 、誤り訂正です。
誤：・・・・・具体的な高等は難しいです。
正：・・・・・具体的な回答は難しいです。

回答No.2

m_and_dmp

バッテリを使用した卓上LEDライトですか？
電源の仕様（何ボルト、何ミリアンペア）がわからないと具体的な高等は難しいです。
バッテリは1.5V(アルカリ電池など）が3本のことが多いです。そうなら、交流100V から直流4.5V に変換する装置があれば良いのですが、最も安価なのは、USBチャージャーを使うことです。5V 1AのUSBチャージャーはAmazonで306円で販売されています。
USBチャージャーの他に、USBケーブル（充電用）と抵抗器1コが必要です。
USBケーブルを切断し、被覆を剥がすと、赤い線と黒い線あると思います。赤がプラス、黒がマイナスです。これらの線（プラス、マイナスどちらでも良いですが、一方の線には抵抗器を直列に接続）をLEDライトのバッテリホルダのプラス端子とマイナス端子にはんだ付けします。
抵抗器の抵抗値は電流により違ってきます。バッテリで動作させたときの電流が0.5A だったとして、抵抗値は、(5V - 4.5V)/0.5A = 1Ω になります。
LEDチャージャーを使わないでDC 4.5V を作るには、5V 1A ほどの容量のトランス、整流用ダイオード4コ、10V 100μF ほどのケミコンおよび抵抗器1コが必要です。
効率を無視して、ただ点灯するだけで良いなら、AC 100V を4個の整流用ダイオードをブリッジ接続して直流（脈流)に変換し、抵抗器1個を使用して電圧が4.5Vになるように調節します。普通、ブリッジ出力にケミコンをつけますが、少々チラチラするくらい構わないということでしたら、ケミコンはつけなくて良いです。チラチラがひどくなっても構わなければ整流用ダイオードも1個で半波整流でもかまいません。
ケミコンをつけないときの出力電圧の実効値は、100V、半波整流の場合はその1/2ほどになりますので、抵抗器で電圧を4.5V に調節します。
100V の場合は、(100V - 4.5V)/0.5A = 47.75Ω(入手できる最も近い値は47Ω)になります。抵抗器の許容損失は50W 以上ということになります。この方法は少々非現実的ですね。

お礼

具体的な回答ありがとうございます。

現状をもう少し書きますとオートバイのナンバー灯です。発電された交流電源が使用されているようなんですが、物理的な問題（理由は長くなるので割愛）でライトを変える必要があり、その代替え品が直流用のLEDになります。ナンバー灯へ流れる電流や電圧はまだ計っていませんが、点灯させたいLEDはおまけとしてついてきたような物で、定格電圧や何V逆電圧をかけると壊れるのか等の情報が分かりません。　

先ほどから調べており、ブリッジダイオードで点灯させる方法は見つかりました。ただ「常に点滅している」からか使い続けるとLEDが壊れるという意見も見つけました。
一見点滅しているようには見えない高速点滅であれば妥協できるかなとも思っていましたが。「電気が点く瞬間が一番負荷がかかる」という理由かなと。

その出力電圧の変動を少なくするのがおっしゃっているコンデンサーの役割かと思いますが、まだどう接続してどの種類のコンデンサーを使えばいいのか～等は引き続き検索中です。

回答No.1

Higurashi777

まずはLEDライトの仕様確認（定格電圧と必要な電流量）が必要です。
仕様が確認できたら、その仕様にあったACアダプタを購入するのが一番手っ取り早い方法です。
参考（一例）
https://www.akiba-led.jp/product-list/84
https://www.diylabo.jp/annex/annex-03-3.html

以上、ご参考まで。

お礼

ご回答ありがとうございます。
点灯させたいLEDライトは付属してきたおまけのようなライトなので、規格等の情報はないようです。「一般的な電圧内（商品からして１２V前後）で使ってね」というようなLEDです。