LEDの使い方 基礎知識・抵抗計算

LEDとはLightEmittingDiode(ライトエミッティングダイオード)の略で発光ダイオードのことを言います。
ここではLED使用にあたって最低限必要な知識について触れたいと思います。

LEDを直接12Vで繋いでしまっては過電流により壊れてしまいます。
抵抗やCRD(定電流ダイオード)を入れて電流を制限し、LEDを保護する必要があります。
また、LEDには電球と違い極性(+−)があります。
逆に繋いでしまうとこれまた壊れてしまいます。
LED アノード 長い方がプラス(+)
カソード 短い方がマイナス(−)


抵抗値はオームの法則を用いて求めます。

E=IR
つまり
電圧(V)=電流(A)×抵抗(Ω)

車やバイクの場合、ここで入力電圧を12Vで計算しがちなんですが、車やバイクはオルタネーターが作動するのでエンジン始動後は14V強の電圧になります。
アドレスV125ならエンジン回転を上げていくと15Vを超えたりします。
なので念のためマージンを取って15Vで計算します。(一般的には14.7Vとか)

さらにここでもう一つ注意が必要です。
そのまま15Vをオームの法則に代入するのは間違いで、抵抗にかかる電圧で計算しなければなりません。

上記例の場合、LEDそれぞれの定格(Vf)が3Vで3つの直列接続なので
3V×3個=9V
LED全体が消費する電圧が求められる。

次に入力電圧が15Vなので先ほどのLED全体の消費電圧9Vを引くと
15V-9V=6V
抵抗にかかる電圧が求められる。

この回路に20mAの電流を流してLEDを発光させたい場合は
20mA=0.02A
つまり
6V/0.02A=300Ωとなる。

同様に30mA流したければ30mA=0.03Aなので
6V/0.03A=200Ωとなる。

ここで一段落ですが、抵抗には「1W」「1/2W」「1/4W」など種類があります。
これは使用する回路の消費電力によって適切なものを選定しなければなりません。
もし抵抗のキャパシティを超えて使用すると発熱、ひどければ発火などということもあります。
その際はもちろん抵抗もせっかく作った回路もお亡くなりになります。

で、W数ですが、
消費電力(W)=電圧(V)×電流(A)
これで求められます。

別式1 消費電力(W)=電圧(V)×{電圧(V)/抵抗(Ω)}
別式2 消費電力(W)=電流(A)二乗×抵抗(Ω)

先ほどの例では
回路図全体で 15V×0.02A=0.3W
抵抗のみで 6V×0.02A=0.12W
となります。

別式1では15V×(15V/750Ω)=0.3W
別式2では0.02A×0.02A=0.0004A 0.0004A×750Ω=0.3W
当たり前ですが、いずれも0.3Wになります。

ちなみに抵抗のみの消費電力は上記別式中の
15Vを6Vにして750Ωを300Ωにして計算すると求めれます。

消費電力=0.3Wということは
1/4W抵抗では0.25Wなので容量オーバーになります。
なので1/2W抵抗すなわち0.5Wを選べばよいということです。

CRD(定電流ダイオード)でLEDを光らせる

CRD(定電流ダイオード)とは順方向に電圧をかけた場合に電圧に関わらず一定の電流を流すもの。
ただし、CRDには抵抗と違い極性があります。逆に繋いでしまうと電流制限を行わないためLEDがお亡くなりになります。
CRD(定電流ダイオード) 少しわかりにくいですが右側の帯が
カソードマークです。

CRDにはカソードマークが入っているのでそれを必ずマイナス側に繋ぎます。
ちなみに整流ダイオードやスイッチングダイオード(逆流防止に使われる半導体)にも同様にカソードマークが入っています。

CRDの一番のメリットは抵抗と違い計算をしなくてもよいことです。

10mA流したければ10mAのCRDを繋ぐだけでいいし、15mA流したければこれもまた同じ。
25mA流したければ10mAと15mAのCRDを並列に繋げばいい。
とっても単純明快な代物です。

ただし、抵抗の様に種類が沢山ありません。私は10mAと15mAのものしか使った事がありません。
並列の組み合わせで使えばほとんどの場合問題ないかと思いますが。

ただ注意としては動作可能最低電位差なるものが存在するということです。
それは何かと言うとCRD自体にかかる電圧がいくらか必要ということで、これが規定値に達していなければ動作しません。
だから抵抗で制御する時よりCRDの方が直列に繋げるLEDの数は減ります。

抵抗とCRD(定電流ダイオード)の違い まとめ

抵抗 CRD
電圧の変動 電流も変動する 電流はほぼ一定に保つ
動作可能最低電位差 無し 有り
ラインナップ 多くの種類があり豊富 10mA・15mA
値の計算 必要あり 必要なし
値段 安価 非常に高価(抵抗の10倍くらい)
直列LED接続数 多い 少ない

上記の様にそれぞれ一長一短ありますので使用目的により使い分けるといいです。





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