サルにもわかるLED講座②（LEDの電流制限）

LEDが省電力と言われる所以は極めて少ない必要電流によるところが多く、例えばポジション球などに使われるウェッジ球は12V 5W程度のものが多いです。ウェッジ球の電流を計算すると5/12=0.42A=420mA。
一般的なLEDは定格2.5V、20mAのものが多く、消費電力にすると2.5x0.02=0.05Wでウェッジ球の12V 420mA 5Wに比べると約1/100の電力消費ということになり、数字だけでもかなり省電力なのがわかります。
しかし、定格2.5VのLEDはそのままでは車の12V電源には使えません。ここでは抵抗を使って簡単にLEDにかける電圧電流をレギュレーション（減衰）させる方法論について記します。

例①）

+12V・----[LED]---------・-

LED＝2.5V 20mA定格

上記のような配線をした場合、LEDの両端に12Vが掛かってLEDが死にます。
これを防ぐために抵抗を入れて電流を制限させてやる必要が有ります。

例②）

+12V・----[LED]----[抵抗]-----・-

上記の場合、LED側に2.5V、抵抗側に9.5Vの比率になれば総和として12Vになるわけです。
直列の場合は電圧はLED側と抵抗側との総和ですが電流は一定なので、抵抗側に流れる電流を定格の20mAを流してやればちょうど良いことになります。
9.5Vかかっている抵抗側に20mA流すために必要な抵抗値はオームの法則を用いて...

R=V/I=9.5/0.02=475Ω

となります。

また、定電流ダイオード（CRD)と言う素子を使って電流を制限させてやる方法もあります。
CRDとは電圧に関係なしに一定の電流しか流さない素子の事を言います。ちょうど一定温度以上になると勝手に電源を切るサーモスタットの原理とよく似ています。

車のようにエンジン停止状態と高速走行時で11.8～14.4V程も電圧変動がある場合、電圧変動によって抵抗側にかかる電圧が変動し、結果的に過電流でLEDを壊してしまう事になりかねません。

例③）

例②の電源電圧が14.4Vになった場合
I=V/R=(14.4-2.5)/475=25mA
20mA→25mAで+5mA増大。

次回詳しくは説明しますが、抵抗側にかかる電圧が少ないほど電源電圧変動による電流変動が大きくなります。

ではなぜ、CRDを使わないのか？
答えはCRDは高い（下手すっと安売りのLEDより高い）。そして世の中に出回っているLED用のCRD（もともとLED用ではないのだが）は15mAと10mA用しか存在せず、きっちり20mA流したいときに、組み合わせが面倒だからです。

また、一般に使うLED用の抵抗には1/6W、1/4W、1/2W、1Wタイプというのがあり、素材もカーボン皮膜や金属皮膜とあります。
タイプとは抵抗で消費する電力に応じて決まります。
例えば例②の場合だと抵抗にかかる電圧が9.5V、電流が20mA流れます。抵抗の消費電力を計算するとW=IV=9.5x0.02=0.19Wになります。
一番小さい1/6W(=0.167W)タイプだとオーバーで1/4W(=0.25W)タイプだとアンダーになります。LEDが複数以上であれば抵抗側にかかる電圧が低くなるので、当然抵抗で消費する電力も少なくなります。
ならば1/4Wで良いかというとそうでもなくて、余裕をもって30%くらい消費電力を上乗せしてするのがセオリーです。
素材はカーボンよりも金属皮膜の方が耐久性は高いです。

次回予告：並列と直列