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電飾工作の基礎 定電流ダイオードの使い方 [電飾工作の基本]

今回はLED電飾改造における便利アイテムの定番、定電流ダイオードの解説です。

接続方式ごとの安全性について書く予定でしたがこちらを先にしました。


IMG_6629.JPG


■ LEDの故障 ■


私は滅多にないのだけれど、電飾改造中に様々な理由でLEDが故障してしまうことがあります。

主な故障の原因として次の3つが挙げられます。


・抵抗器などを付け忘れた、あるいは抵抗のサイズが合っていないことによる過電流

・半田付けの際に手際が悪くて熱を加えすぎた

・プラスマイナスを逆に付けてしまった



今回は過電流対策を紹介します。



■ 過電流を防ぐ簡単な方法 ■



過電流を防ぐ最も簡単な方法は、抵抗器の代わりに定電流ダイオード(CRD)を使うことです。

このCRDは電圧が変化しても一定の電流しか流さないという特徴があります。

 

とりあえず赤色LEDをCRDで電流制限して点灯させてみます。

 

IMG_6627.JPG

 

電源12Vで赤色LEDを1個を点灯させるために10mAのCRDを使いました。
赤色LEDのVFは2.0なので12-2.0=10VがCRDにかかっています。テスターで測定すると10.5mAが実際に流れていました。それではLEDの数を増やしてみましょう。
 
IMG_6628.JPG
 
LEDを2個、3個と増やしても電流値は10.5mAのままでしたが4個目だと少し下がって9.5mAでした。抵抗器なら抵抗器にかかる電圧が変化すれば当然に電流も変化しますが、簡単に言えばCRDは電圧の変化を吸収することができるので条件を満たしていれば一定の電流を流すことが出来ます。
 

しかし、CRDはどんな状況でも狙い通りの電流を確実に流せるわけではありません。


例えば今回のテストで使ったCRDは10mAのものですが、実際にきっちり10mAを流すためにはCRD自体にも一定の電圧が必要で、それを下回れば電流値も小さくなります。先程のテストで4個目のLEDを追加したら少し電流が下がったのはこの必要な電圧を少し下回ったからです。(電圧がかなり低かったとしてもCRDの動作自体は可能です。)


また、CRDに十分な電圧があっても電流には少し幅があるので、狙い通りピッタリというよりも想定の範囲内の電流に制限できるものと考えたほうが良さそうです。



CRD自身にかかる電圧の変化を吸収するというものなので、例えばアダプターを5Vから12Vに変えた場合でも対応できる範囲の電圧であれば使用できます。電源を変えることもLEDを増やすことも結局は電流制限をするためのCRDにかかる電圧の変化に他なりません。




■ CRDを使う時の注意 ■


CRDも抵抗器と同じようにLEDの前後どちらにつけても構いませんが、抵抗器と決定的に違うのはCRDには極性があるということです。CRDには青い線が書いてありますがこれはカソードマークといってマイナス側につなぐことを意味します。逆につないで電源ONするとあっさり壊れたりするので注意。


またCRDにも守らなければいけない定格があります。

今回の製品はE-103というものですが、これだと最高使用電圧は30V、定格電力0.3Wとなっています。先程の例で電力を計算するとLED1個の時は 10V ✕ 0.01A = 0.1W となります。



■ 電飾改造におけるCRD ■


実際にプラモデルの電飾改造でCRDを使うのはどんな場面でしょうか?


抵抗値を計算するのが面倒、ちょうどいいサイズの抵抗器が手元にない、人にすすめられたから、アダプターを間違えても大丈夫だから、などなど人によっていろいろな理由があるようです。


抵抗の計算方法わかんねーけどとりあえずCRD付けとけば大丈夫だから!という人もいるんじゃないかな。



私の場合はCRDが最も活躍するのはブレッドボードの上です。

製作中は何種類ものLEDを取っ替え引っ替え点灯させてパーツに合わせてみたりするので、LEDを変えても同じ電流値でテストできるCRDは便利です。


しかし実際の電飾改造にCRDを使うことはありません。私の電飾改造はマイコンがメインなのですが、マイコンは動作電圧が5.5Vまでと決まっていて大抵の場合USBの5Vを電源として使うので、電圧の変化を気にする必要がないからです。プラグの形状などからも誤って12Vのアダプターを接続するなんてことも考えられません。

LEDを複数直列接続にして使うこともほぼないです。


実際のところ、この誤ったアダプターを接続してしまうという事故は結構あるようです。以前の記事にも書いたようにアダプターは電圧がぜんぜん違うものでもプラグの規格が同じなら差し込んで電気を流すことが出来てしまうので、うっかり電圧が高いものを使ってしまえば回路を壊すこともあるでしょう。

 

 

電飾初心者はまずCRDを使ってみるのもいいのかなと思います。

理由はやはり手軽だからですね。抵抗の計算は難しくないはずですが、実際に必要な抵抗器を何種類も買い揃えようとすると必要以上に大量購入するはめになったりします。使い切れない数の抵抗器に部屋のスペースを奪われるのも嫌ですからね。


この電飾工作の基礎シリーズもそろそろ終りが近いです。

多分あと1~2回。


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青い森のヨッチン

抵抗やLEDが過電流で壊れるときってショートしたようなスパーク音とかはしないものなのですか?壊れるなら静かに安全に壊れてくれればいいのですが・・・
by 青い森のヨッチン (2019-06-29 17:12) 

電子ラモス

LEDが過電流で壊れる瞬間には音はありません。短時間で焼損するほどの過電流の場合は電流が流れた瞬間からもう光り方がおかしいので一目瞭然です。LEDに抵抗を付けずにわざと焼損させた動画を撮影済みなので次の安全性に関する記事で公開する予定です。
by 電子ラモス (2019-06-29 21:46) 

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