LED電球設計のための基礎知識
SaeXa さん
2015/08/12
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目的に合ったLED電球を作成したい。
市販品を改良したい。
と、誰もが思うことです。
LED電球の設計に関する基礎的な内容をまとめました。
自分のための覚書ですが、誰かの役に立てばうれしいです。
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電気知識 基礎の基礎
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LED電球の設計にあたり、電気の基礎の基礎ともいうべき「オームの法則」について整理しておきます。 オームの法則とは、抵抗R に 電圧V をかけると 電流I が流れる関係を表したもので、式では V ＝ I R と、表されます。
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LED球を自作するにあたり、LEDの特性を調べました。 日亜のNSPW500BS をサンプルにしました。 基本的なところさえわかれば、他のLEDでも応用が利くのではないかと思っています。
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ＬＥＤ電球設計のための覚書です。 順方向電圧Vf=3.4Ｖ 標準電流値Id=20mAのLEDを使用することを想定して設計していきます。 13.8Vの電圧をかけた場合、回路には20mAの電流が流れるように抵抗値を求めます。 13.8Vの電圧に対し、順方向電圧Vfが3.4Vですから、抵抗R1にかかる電圧は、 13.8-3.4＝10.4 で、10.4Vかかることになります。 R=V/I（抵抗値＝電圧÷電流） の式に当てはめれば、 R1=10.4V / 0.02A=520Ω と、なります。
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ＬＥＤ電球設計のための覚書です。 順方向電圧Vf=3.4Ｖ 標準電流値Id=20mAのLEDを使用することを想定して設計していきます。 ウィンカー用のようにシングルフェラメントの電球に変わるものは、図のように簡単回路です。 詳しくは、「LED電球の設計方法－抵抗（シングルフェラメント）編 」をご覧ください。 http://minkara.carview.co.jp/userid/2460000/car/1987570/3325687/note.aspx
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ＬＥＤ電球設計のための覚書です。 電圧がかかり電流が流れれば熱を発生します。抵抗を熱で壊さないように耐電力値内で使用する必要があります。 電力は、 W=VI（電力＝電圧×電流） で、求められます。 電圧13.8V LED順方向電圧3.4V 標準電流20mA(0.02A)の回路で計算していきます。 回路全体の消費電力Ｗは、 W=13.8V×0.02A＝0.276W になります。
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ＬＥＤ電球設計のための覚書です。 自動車の電気回路の電圧は状態によって変化します。 12ボルトの自動車の場合、10.5V(放電状態）から14.4V(バッテリーの限界値)といわれています。 電圧が変われば、電流の量も変わり、電球の明るさも変わってきます。逆に言うと、電流が一定になれば、明るさも一定になるということでもあります。 電流を一定にする部品としてＣＲＤ（定電流ダイオード）があります。 これは、ＣＲＤ（定電流ダイオード）を使用した回路です。
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PWMとは Pulse Width Modulation の略です。 Pulse Width Modulationを直訳すれば、信号幅変調となります。 ごく簡単にいえば高速でオンとオフを繰り返し、オンの時間とオフの時間の比率で動作を制御しようとするものです。 FET（電界効果トランジスタ）を用いてLEDを制御する回路で試験を行います。
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LEDドライバとは、LEDを点灯するための駆動装置のこと。 光源用途ではパワーが大きいので、安全で電力効率の良い駆動が求められます。 このために開発された専用ICがLEDドライバです。 専用ICを使用することによって、素人でも電流の大きなLEDが扱いやすくなっています。 LEDドライバーの基本的な内容を押さえていきます。
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応用編 制作事例
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リアフォグ用の電球をＬＥＤで組みます。 法令では「他の交通を妨げないもの」「35W以下であること」となっています。 スペースの制約もあるので、小さな光度で効果的な配光にしたいと思います。 リアフォグを”リアスポット”と表現しているものを見た覚えがあります。 この”リアスポット”の考え方でLED電球を制作します。
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エアコンアンプの照明をLED電球に交換してから、光量不足と照明ムラが気になっていました。 原因は電圧違いでした。 なので、 １２V用LED電球を５V用にリメイクしました。
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