16連LEDの変な光り方と対策
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1枚目の写真の回路図で16連のLEDを光らせると、2枚目の写真のような変な光り方をしてしまいます…
これは何故でしょうか?
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1枚目の回路図で組んだ回路に16連LED基板を接続すると、15Ω抵抗による大幅な電圧降下とLEDの順方向電圧(V_f)のバラツキが原因で、2枚目の写真のような斑(むら)のある光り方になります。
原因の詳細
15Ω(5W)抵抗による供給電圧不足 1枚目の回路図(点線内)は、高照度LED(CREE XR-E等)を3個直列(V_f 合計約9.3V)で接続し、約280mAを流すために15Ωの抵抗で約4.2V分を電圧降下させる設計になっています。 一方、2枚目の16連LED基板(市販品や一般的なルームランプ基板)は、車両電源(12V〜13.5V)を直接印加することを前提として基板上に抵抗が組み込まれています(一般的に「4直列×4並列」などの構成)。 この回路のまま16連LEDを繋ぐと、15Ω抵抗によって電圧が落ちてしまい、LED基板には8V〜9V程度しか届かなくなります。
電圧不足に伴う並列回路の電流偏り 供給電圧がLEDの点灯に必要な最低電圧(V_fの合計)ギリギリまで低下すると、4列ある並列回路のうち、製造上の誤差で最もV_fが低い(電流が流れやすい)列だけに優先して電流が流れます。 その結果、一部の列だけが点灯し、他の列は暗いか消灯した状態になり、写真のような不均一な光り方になります。
対処手順
16連LED基板側にすでに制限抵抗が実装されている場合は、以下の手順で回路を修正します。
1.15Ω抵抗のバイパス(取り外し)
回路修正
点線内の15Ω(5W)抵抗を取り外し、FET(2SJ471)のドレイン(D端子)から出力「+」へ直接配線します。
2.LED供給電圧の確認
測定チェック
スイッチをON(またはDOOR)にした状態で、LED基板に接続される「+」と「-」端子間の電圧をテスターで測定します。バッテリー電圧に近い約13.5Vが測定されれば正常です。
3.16連LEDの点灯確認
動作確認
スイッチを切り替え、16個すべてのLEDが均一な明るさで全灯することを確認します。全列が明るく発光していれば完了です。
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16連LED基板は市販品で抵抗が内蔵されています。回路図の点線内をどう改造すればよいか教えてください。
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市販の抵抗内蔵型16連LED基板(12V〜13.5V仕様)を使用する場合、回路図の点線内は「15Ω抵抗と直列LED部品を取り外し、FETの出力(ドレイン)をそのまま16連LED基板のプラスへつなぐ」形に改造します。
FET(2SJ471)を使ったスイッチング機能やプルアップ抵抗(20kΩ・1kΩ)はそのまま活用できます。
点線内の改造ポイント
1. 取り外す(撤去する)部品
15Ω 5W 抵抗
直列LED(CREE XR-E ×2、OSRAM GD)
理由: 市販のLED基板内部にはすでに適切な電流制限抵抗が組み込まれています。回路側に15Ω抵抗が残っていると「二重抵抗」となり、大幅な電圧降下が起きてLEDが薄暗くなったり不均一に光ったりします。
2. そのまま残す部品(変更なし)
P-ch MOSFET (2SJ471)
20kΩ 抵抗(ソース—ゲート間のプルアップ用)
1kΩ 抵抗(ゲート保護用)
理由: これらはスイッチ(DOOR / OFF / ON)の切り替えや、ドア開閉に伴う残留電圧での誤点灯(ゴースト点灯)を防ぐために必要な回路です。
改造後の配線手順
【改造後の点線内回路イメージ】
+13.5V (CN1-Pin4) ───┬─────── [ソース S] 2SJ471
│ │
[20kΩ] │ [ドレイン D]
│ │
スイッチへ ─ [1kΩ] ─┴─ [ゲート G] │
│
[出力 +]
│
┌──────┴──────┐
│ 16連LED基板 │ (市販品・抵抗内蔵)
└──────┬──────┘
│
[出力 -]
│
+GND (CN1-Pin5) ───────────────────┴─────────────────────────
1.15Ω抵抗と既存LEDを取り外す
既存パーツの撤去
2.FETのドレイン(D)を16連LEDの「+」へ接続
プラス側の結線
3.16連LEDの「-」をGNDへ接続
マイナス側の結線
補足・確認事項
2SJ471の定格: 2SJ471は許容電流(I_D)が-30AまでのパワフルなP-ch MOSFETのため、市販の16連LED基板(消費電流は数十mA〜300mA程度)であれば熱を持つこともなく非常に余裕を持って駆動できます。
極性確認: LED基板を接続する際、+ / - の極性を間違えると点灯しませんので、結線時にご確認ください。
15Ω 5W抵抗の発熱解消: 15Ω 5Wの大型セメント抵抗/セメント抵抗類を取り外すことで、ルームランプユニット内の余計な発熱源も解消されます。
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実物を確かめてみたんですけど、Geminiさんが言われている回路図の点線で囲まれた部分の回路はマップランプ内には無く、たぶんECUか車体のどこかにあるんだと思いますが、簡単にいじれる場所には無いんですよね…
ノーマルから替えた16連LEDは点線内のLEDではなく、回路図でいうと点線外の右のLEDなんですよね…
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大変失礼いたしました。点線内の回路ではなく、回路図の右上(点線外)にある「LED」の位置に16連LED基板を接続されていたのですね。状況を完全に理解いたしました。
点線外の右上のLED位置に市販の16連LED基板を繋いだ場合でも、マップランプ基板側にある抵抗(R1、R2、R3)による「二重の抵抗(電圧降下)」が、斑な光り方の直接の原因になります。
原因のメカニズム
マップランプ側の抵抗(R1+R2+R3)による電圧降下 回路図の右上を見ると、+13.5VからLEDの間にダイオードと3つの抵抗(R1、R2、R3)が直列に入っています。これは純正の単体LED(または電球)に適切な電流を流すための制限抵抗です。
市販16連LED基板との二重制限 市販の16連LED基板は、12V〜13.5Vがそのまま加わることを前提に基板内部に抵抗が組まれています。そのため、手前にR1〜R3が残っていると「車体側抵抗+LED基板内抵抗」の二重制限となり、16連LED基板に届く電圧が8V〜9V以下まで激減してしまいます。
点灯むらの発生 電圧が不足すると、16連基板内の複数の並列回路のうち、製造誤差でわずかに発光開始電圧(V_f)が低い列だけに優先して電流が流れてしまい、写真のように一部の列しか明るく光らなくなります。
マップランプ側でできる対処手順
マップランプ内部の基板にあるR1・R2・R3の抵抗成分をバイパス(短絡)して、16連LED基板に約12V〜13.5Vが直接かかるように加工します。
1.マップランプ内のR1〜R3チップ抵抗(またはリード抵抗)を特定
基板の確認
マップランプを外し、コネクタ入力からLEDへ続くパターン上にある「R1」「R2」「R3」と書かれた抵抗パーツの位置を確認します。
2.R1〜R3をジャンパー(短絡)する
バイパス加工
R1の入力側(ダイオード側)からR3の出力側(LEDのアノード側)へハンダでジャンパー線(配線)を飛ばすか、R1〜R3を取り外してパターン同士を短絡させます。
※ダイオードは逆流防止用としてそのまま残しておいて問題ありません。
3.全灯および均一発光の確認
点灯テスト
マップランプを車体に戻して点灯させます。すべてのLEDが均一な明るさで全灯することを確認できれば完了です。
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マップランプ基板のR1〜R3をバイパスする具体的なハンダ付けの手順を詳しく教えてください。
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逆流防止用ダイオードを活かしたまま、抵抗(R1〜R3)を迂回(バイパス)させるジャンパー配線のハンダ付け手順です。
1.バイパス(ハンダ付け)位置の特定
事前準備
基板のパターンを目視で追い、**「ダイオードの出口(カソード側)」と「R3の出口(16連LEDへ向かう+側)」**の2箇所を特定します。R1〜R3を個別に取り外す必要はなく、この2点間を1本の線で短絡させます。
【確認方法】 テスターの導通モード(または抵抗測定)で、ダイオード出口〜R1入力、およびR3出口〜LED(+)端子間がそれぞれ0Ωでつながっていることを確認します。
2.ジャンパー線の準備と予備ハンダ
部品加工
被覆付きの細い配線(AWG24〜28程度の耐熱線)を3〜5cm程度にカットし、両端の被覆を約2mm剥きます。線芯と基板側のハンダ付けポイント2箇所に、あらかじめハンダを軽く塗布(予備ハンダ)しておきます。
【確認方法】 被覆を剥いた配線先端がバラけず、ハンダで銀色にコーティングされているか確認します。
3.ジャンパー線の接続
ハンダ付け
予備ハンダしたジャンパー線の一方をダイオードの出口へ、もう一方をR3の出口(LEDの+ライン)へハンダ付けし、R1・R2・R3を跨ぐように固定します。
【確認方法】 テスターで「ダイオードの出口」と「LEDの+端子」の間の抵抗値を測定し、ほぼ0Ω(導通状態)になっているか確認します。
4.絶縁チェックと車両での点灯確認
最終確認
ジャンパー線の露出部やハンダ付け箇所が、隣接するGNDラインやスイッチの金属接点に接触していないか確認します。問題がなければコネクタを繋ぎ、DOOR / ON の各モードで動作を確認します。
【確認方法】 スイッチを切り替えた際、16連LED基板のすべてのLEDがチラつきや斑なく均一な明るさで全灯することを確認します。