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締切り済みの質問

シリーズレギュレート(直列制御)について

お世話になります。
いままでパワーLEDの調光に直列制御方式で工作をしていましたが、秋月電子さんのLEDユニットを3個並列に接続して点灯させたところボリューム抵抗が焦げました。

今回使用したLED 白色LEDユニットOSPR3XW3-W4XME1C1E
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-04160/
いつも使用している回路
http://okwave.jp/qa/q7027026.html
http://okwave.jp/qa/q7160872.html
前回使用した10WLED
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-04477/

LEDユニットを3個並列接続した合計電流より流れる10WLED(1400mA)を同じ回路で点灯させましたが、問題なく調光できました。セメント抵抗は1Ωのままですので12Vの時は800mAの電流までです。
なので、同じに考えて800mA(LEDの電流)流せればと、思ったのですが・・・
電源は鉛バッテリーですので、フル充電時は13.5Vていどになるので、14Vで試すと電流も1A程度になります。3個並列で最大は1.2Aですので「まあ、良しか」と思ったのですが、だめでした。
10W(1.4A)の時は同じ条件でも問題なく調光できます。

現在は、出力に5Ωのセメント抵抗を付けました。これで調光できますが、なんとなく暗い感じがします。電流も回路全体の電流は600mA程度なのでLEDには500mA以下かと思います。


そこで、質問です。
1.LEDユニット3個並列(1A)と10W(1.4A)の接続でなぜLEDユニットの並列接続の時にボリュームが焦げたのでしょうか。
2.直列制御方式は電流を制御するのですよね。なぜボリュームが焦げたのでしょうか。対策が有れば教えていただけますか?

分かりづらい、質問ですがお願いいたします。

投稿日時 - 2012-03-10 14:37:25

QNo.7353855

困ってます

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回答(15)

ANo.15

1年半前の質問ですね。

>簡単に秋葉原に行けなくなりました
秋月は通販もやっていますよ。

>電流が100mAとなっていますが大丈夫でしょうか?
LM2940CT-12の出力電流は1Aくらいは取れます。100mAとは何の電流でしょうか。

最終的な回路はANo.10だったでしょうか。今見てみると、ANo.10の回路図に間違いがありました。R2の10kΩは間違いで、最大電流が600mAなら、R2は1Ωのセメント抵抗です。

投稿日時 - 2013-10-05 16:29:13

ANo.14

新しい結果が出たら教えてください。

投稿日時 - 2012-04-18 21:53:07

ANo.13

何か回答しないと補足できないかもしれないので質問します。その後どうなりましたか?

投稿日時 - 2012-04-17 20:48:44

補足

すみません、ちょっと忙しくて秋葉原にいけていないので・・・・
必ず作成しますので、ちょっと待っていただけますか。
早く作りたくてムズムズしているのですが。
会社で使っている電気スタンドもハロゲンタイプをLEDに改造したのですが、まだ調光させていないのと全開で発光させていないので是非とも組み込みたいのです。

投稿日時 - 2012-04-17 23:02:34

お礼

inara1様
ご無沙汰しております。
ご指導いただいた後、転職致しまして簡単に秋葉原に行けなくなりました。さみしいです。
ICの件ですが、ちょっと気付いたのですが電流が100mAとなっていますが大丈夫でしょうか?
すみません、よろしくお願い致します。

投稿日時 - 2013-10-01 09:53:37

ANo.12

>他の方法も試してから、報告させて戴きます
他の方法も試すのですか。楽しみにしています。

投稿日時 - 2012-04-10 19:00:23

お礼

はい、ちょっと時間が掛かるかもしれませんが作成します。

先ほど手持ちのパーツと秋月の3LED(白色LEDユニットOSPR3XW3-W4XME1C1E)を12V(セメント抵抗1Ω)で点灯させたら350mAのところを700mA流れてしまいました。LEDは破損しませんでしたので良かったです。(実は何ヶ月も700mA近くで電気スタンドとして発光させていました。結構明るいです)
このLEDの規格が10V 350mAなので電圧を10Vにするとキッチリ350mAになりました。
なので、3端子レギュレーターを9Vのを取り付けて点灯させました。電流もそこそこできれいに明るく光りました。
セメント抵抗を1Ωで電源電圧をLEDの電圧に近づけたほうがLEDの規格通りに発光させることができることが判りました。

その他、3WLEDの規格が3.8V700mAでバッテリーは3.7V(フル充電で約4V)を使用して電流がキッチリ700mAになりました。電圧が高くなると規格以上の電流が流れるようです。
規格全開で使っても壊れることは無いと思いますが発光量があまり変わらないのと省エネなのでボリュームを50%から60%で使っています。

基準電圧ICが気になるので、試して報告させていただきます。

投稿日時 - 2012-04-10 23:09:00

ANo.11

3種類の方法を書きましたが、どの方法でもいいと思います。結果が出たらまた補足してください(ときどき見に来ますので)。

投稿日時 - 2012-03-22 20:29:28

お礼

ご連絡遅くなりました。
秋葉原に行く時間が無く手持ちで有った「3端子レギュレータ」で組んでみました。
電圧が12V以上にならないので計算が楽で全開に電流を流せました。

3端子レギュレーターの欠点は熱くなる事と多少の損失が有る為電圧が13V以上必要でした。
車で使用する場合はLEDを破損させないので安心ですが、ソーラーパネルで12V鉛バッテリーを充電させて使用する場合は不向きに思いました。

ただ実際は電流を最大(近く)にした時と、8割程度の時ではあまり明るさに違いが無かったと思います。計測器で厳密に調べれば変わるかも知れませんが。

他の方法も試してから、報告させて戴きます。

投稿日時 - 2012-04-09 13:07:43

ANo.10

3端子レギュレータを使って電源電圧自身を定電圧化する回路を添付します。
この回路では3端子レギュレータが発熱するので、放熱器(ヒートシンク)を取付ける必要があります。16x25x16mm程度の小型のもので構いません。3端子レギュレータの裏面全体に放熱グリースを薄く塗って、M3のネジで放熱器にしっかり固定してください。3端子レギュレータの放熱フィン(穴のあいた金属部分)はGND端子につながっているので、そこと接触しているヒートシンクが、GND以外の配線に接触しないように注意してください。

LM2940CT-12 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00165/
放熱器(ヒートシンク) http://akizukidenshi.com/catalog/c/cheatsink/
放熱グリース http://akizukidenshi.com/catalog/c/cheat2/

投稿日時 - 2012-03-18 09:57:07

お礼

お返事遅くなり申し訳ありません。
すごく丁寧な回路図ありがとうございます。
電圧が変動する車でも全開に発光させる事が出来ます。
千石さんも秋月さんもよく行く店舗ですので助かります。
さっそく、会社帰りに秋葉原によって来ます。

いつも、分かりやすい回路図と説明をありがとうございます。

投稿日時 - 2012-03-21 12:41:02

ANo.9

ANo.8に間違いがありました。訂正します。
【誤】 CA間電圧 = 1.25V*(1+R1/R2)
【正】 CA間電圧 = 2.5V*(1+R1/R2)

なお、ANo.7の3端子レギュレータは、ほとんど発熱しないので放熱器は必要ありません。ANo.8の基準電圧ICも放熱器は必要ありません。

投稿日時 - 2012-03-17 19:19:02

ANo.8

基準電圧ICを使た回路を添付します。
NJM431が基準電圧ICです。R1とR2の比を変えることでC(カソード)-A(アノード)間の電圧を変えることができます(CA間電圧=1.25V*(1+R1/R2))。添付図の抵抗値では、C-A間電圧は約11Vになります。この電圧は電源電圧を基準とした電圧なので、負電圧3端子レギュレータを使った回路と同じ動作になります。基準電圧ICは手元にあるので動作確認しました。

NJM431 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00431/

(共通部品)
2SA1015 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00882/
2SJ334 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-02846/
可変抵抗(VR) 100kΩB http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-00248/
セメント抵抗 http://akizukidenshi.com/catalog/c/csreg/

投稿日時 - 2012-03-17 15:26:48

ANo.7

3端子レギュレータを使った回路図を添付します。
3端子レギュレータ(TA79010S)によって一定電圧(10V)が作られ、その電圧を可変抵抗(VR)で分圧し、MOS-FET(2SJ334)のゲート(G)-ソース(S)間に印加しているので、電源電圧が変動してもLED電流は一定に保持されます。

ここで使っている3端子レギュレータは+電圧を発生させる普通のものでなく、負電圧の3端子レギュレータです。TA79010Sは-10Vを発生させるものです(79で始まる型番が負電圧レギュレータで、その後に続く数字が出力電圧)。負電圧の3端子レギュレータは、普通、負電圧電源の安定化に使われますが、添付図のように、レギュレータのINとGND端子を逆にして正電圧を加えると、電源電圧(GND)と出力端子(OUT)間の電圧を一定にさせることができます。MOS-FET(2SJ334)はpチャネルのFETなので、ソース(S)を基準として、ゲート(G)に負の電圧を印加することでLEDに流れる電流を制御しています。そのために負電圧用の3端子レギュレータを使っています。

TA79010Sが手元になかったのでTA79005S(-5Vを発生させる)を使って動作確認しました。ゲート(G)-ソース(S)間電圧が5V程度あればLEDに充分な電流が流せるので、79010でなくてもいいと思います。TA79010Sは千石電商にはありますが、秋月電商には置いてないようです。3端子レギュレータは入力側に0.1μF、出力側に数μFのコンデンサを入れてください。出力側のコンデンサに電解コンデンサを使う場合は極性に注意してください。

TA79010S(負電圧レギュレータ) http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/search.php?toku=&cond8=or&dai=&chu=&syo=&cond9=&k3=0&list=2&pflg=n&multi=&code=35AS-2TFT
0.1μF http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-02211/
10μF
 積層セラミック(極性なし) http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-05103/
 電解コンデンサ(極性あり) http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-03116/

投稿日時 - 2012-03-17 15:10:25

ANo.6

3端子レギュレータを使って12V固定にしてもいいです。その場合、低損失型(LDOタイプ)のもの(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00165/)を使ってください。普通の3端子レギュレータは、入力電圧と出力電圧の差が、最小で1.5Vくらいあるので、バッテリー電圧が12Vのときの出力電圧は10.5Vに落ちてしまいます(出力電圧を12Vに保持させるにはバッテリー電圧は13.5V以上必要)。低損失型の3端子レギュレータは入力電圧と出力電圧の差が、最小で0.5Vと小さいので、バッテリー電圧が12Vのときでも出力電圧は11.5Vまでしか下がりません(出力電圧を12Vに保持させるにはバッテリー電圧が12.5V以上であればいい)。

ただし、3端子レギュレータの出力を調光回路の電源とした場合、バッテリー電圧が高いほど3端子レギュレータが発熱します。バッテリー電圧が14Vのとき、発熱量(W)は (14V-12V)*電流(A) となります。1Aの電流だと発熱量が2Wになるので、3端子レギュレータに放熱器をつけなければなりません。それでもいいのなら3端子レギュレータでバッテリー電圧を12Vに落とすのがいいと思います。

基準電圧ICを使う方法というのは、ボリュームに印加する電圧だけを定電圧化するものです。この電圧が一定なら、電流制御用の2SJ334のゲート電圧が一定になるので、電源電圧の変動を受けにくくなります。基準電圧ICというのは、3端子レギュレータと同じ機能(入力電圧が変動しても出力電圧を一定に保つ)ですが、出力電圧の精度が高く(個体バラツキが小さい)、温度変化の影響も受けにくく、消費電流が小さいという特長がある反面、大きな出力電流が取り出せない欠点がありますが、ボリュームに流れる電流は非常に小さいので、ボリュームに印加する電圧を定電圧化する用途には適しています。

ボリュームに印加する電圧を定電圧化するのに3端子レギュレータを使ってもいいです。その場合、発熱はほとんどないので放熱器は必要ありません。具体的な回路は明日まで待ってください(平日は仕事なので)。基準電圧ICを使う方法と3端子レギュレータを使う方法を紹介します。

投稿日時 - 2012-03-16 18:14:26

お礼

3端子レギュレーターは確かに電圧降下もありますし熱も持ちますね。
車で5VタイプをUSB電電として使用していますが、けっこうヒートシンクが熱くなりますね。

基準電圧ICというものがあるのですね。
すごく気になります。
せっかくのお休みに、すみません。

よろしくお願いいたします。

投稿日時 - 2012-03-16 21:03:20

ANo.5

>この抵抗を小さくすると必要以上の電流が流れる事になるのでは
その通りですが、0.6Ωピッタリの抵抗値にしても、トランジスタ(2SA1015)のバラツキによって、電流リミットが働く電流は0.9A~1.1Aとばらつきが出るので、確実に1Aの電流まで流すのであれば、抵抗値を少し小さくしておくということです。そうすると、おっしゃるとおり、電流リミット値は1Aを少し越えてしまいますが、LEDは最大電流を少々超えてもすぐに壊れるわけではないので、「最大電流を少々超えてもいいから、なるべく明るくしたい」のであれば抵抗値を0.6Ωより少し小さくします。逆に、「最大電流は絶対超えたくない」のであれば、抵抗値を0.6Ωより少し大きくします。LEDに流れる正確な電流は、セメント抵抗の両端の電圧をテスター等で測定すれば
  LED電流(A) = 抵抗の両端の電圧(V)/抵抗値(Ω)
で計算できるので、抵抗値をいろいろ変えてみて、ボリュームを最大にしたときのLED電流の最大値を測定し、最適な抵抗値を決めると良いと思います。

>電圧が13.5Vなど高くなった時は電流量が多くなりました
この回路は「定電流回路」ですが、定電流なのは、「LEDの動作電圧が変わっても」という意味で、電源電圧が変わるとLED電流は少し変化します。「基準電圧発生IC」というのを使うと、電源電圧の変動に対するLED電流の変動を抑えることができます。追加部品は、基準電圧発生IC1個と抵抗1本だけです。ご要望があればその回路も添付します。

投稿日時 - 2012-03-13 07:06:33

お礼

ご連絡ありがとうございます。
1.4AのLEDのセメント抵抗に1Ωを並列に2個付け0.5Ωにしましたが実際は1A程度でした。
これでinarai1様の「以下」の意味が分かりました。
実際に、1.4A流しましたが見た感じで、明るさに変化があまり無かったので安全と、バッテリーの消耗を考え、今回は「これで良し」にしました。

LED電流(A) = 抵抗の両端の電圧(V)/抵抗値(Ω)
この計算を、実際に試して見ます。

電圧の変化による回路の件は、私ですと3端子レギュレーターとコンデンサー2個(秋月さんの説明書とおり)なのですが「基準電圧発生IC1個と抵抗1本」が気になります。

お手数で無ければ、参考の為に教えて戴きたいのですが。

3端子レギュレータを使って12V固定にすれば、安心して計算できますね。
レギュレータを忘れていました。

よろしくお願い致します

投稿日時 - 2012-03-14 10:52:07

ANo.4

>と言う事は0.6Ω以上の抵抗を選択すれば良いということ
ANo.3で訂正しましたが、「0.6Ω以下」の抵抗とするのが正解です。

セメント抵抗の発熱量(消費電力)は以下で計算してください。
  発熱量(W)=0.6*最大電流(A)
許容電流が1A(セメント抵抗値は0.6Ω)なら発熱量は0.6Wになりますが、余裕を見て、その倍の 1W 以上の許容電力の抵抗を使ってください。許容電流が 1.4A(セメント抵抗値は 0.3Ω )なら、発熱量は0.84W になりますが、余裕を見て、その倍の 2W 以上の許容電力の抵抗を使ってください。

セメント抵抗は秋月電商だとここ(http://akizukidenshi.com/catalog/c/csreg/)にあるだけですが、ちょうど0.3Ωがなくても、0.1Ω・5W と 0.2Ω・5W を直列接続すればいいです(5W だとオーバスペックですが安全な方向なのでいいでしょう)。0.6Ω なら、0.5Ω と0.1Ω を直列にするとかいろいろ方法がありますが、0.6Ω の代わりに 0.5Ω だけでも良いです。許容電流は正確に合わせる必要はないので、±20%くらいの誤差があっても構いません(0.6Ω なら 0.48Ω~0.72Ω の抵抗、0.3Ω なら 0.24Ω~0.36Ω の抵抗)。

今回の調光回路は意外な落とし穴があったので、これから紹介するときは、ここの質問を紹介することにします。

投稿日時 - 2012-03-10 18:58:15

お礼

すみません。「06Ω以下」と言う事は0.5Ω0.4Ωなど数字が小さくなる方向ですか?
この抵抗を小さくすると必要以上の電流が流れる事になるのでは。
基礎知識が全然無いもので・・・

実際に試して分かった事ですが電圧を12Vで動作させる時は最大電流値での計算で大丈夫なのですが、電圧が13.5Vなど高くなった時は電流量が多くなりました。
電源電圧が不安定な時(車やソーラーパネル等の発電装置を利用してのバッテリーを使用する場合)はセメント抵抗の数値を考慮したほうが良さそうです。
引き続き、色んなタイプのLEDを調光してみます。
ありがとうございました。

投稿日時 - 2012-03-12 13:22:00

ANo.3

間違いがありました。
【誤】LEDユニットを並列接続したときは、トータルの電流/0.6 < R(Ω)となるようなセメント抵抗にしてください。
【正】LEDユニットを並列接続したときは、トータルの許容電流/0.6 > R(Ω)となるようなセメント抵抗にしてください。

投稿日時 - 2012-03-10 17:31:43

ANo.2

>ボリュームを右に全開にまわして、ちょっとすると電流が急に大きくなり焦げ臭い匂いが漂ってくる
やはりそうですか。そういうことはまず起こらないと思っていたのですが。ボリュームを右に回しきると電流は増えないので電流リミットは働かないし、ボリュームを右に回しきらないうちに電流リミットが働くと、ボリュームの抵抗が残っているので過大電流は流れないと考えていました。しかし、ボリュームを右に回しきった状態で、何らかの原因でLED電流が増えると、電流リミットが働いて、ボリュームに過大電流が流れることはありますね(こちらの設計ミスでした)。

>LEDユニットを3個並列に繋いでもトータルの消費電流で計算する
はい。LEDユニットを並列接続したときは、トータルの電流/0.6 < R(Ω)となるようなセメント抵抗にしてください。抵抗値は正確でなくてもいいです(LEDの許容電流を少しでも超えたからといってすぐにLEDが壊れるわけではないので)。

>ちなみに、300mAのLEDでも10KΩは入れたほうが安全か
これは、セメント抵抗値によります。ボリュームを右に回しきったときに、偶然、電流リミットがかかるような抵抗値にした場合には、同じことが起こりえますので、念のために入れておいたほうがいいです。

>10kΩは1/4Wなど小さな抵抗で良いでしょうか
10kΩの抵抗が消費する電力は、12V^2/1000Ω=144/10000=14.4mWとわずかなので、1/4Wなどの小型の抵抗でいいです。この消費電力は、電流リミットが働いたときの値で、ボリュームを回すとLEDの明るさが変わる範囲(電流リミットが働かない)での消費電力はほとんどゼロです。この抵抗は10kΩ~100kΩの範囲のものでいいです(精度は必要ありません)。

なお、追加する10kΩの抵抗は、基板の配線を変更して取り付ける必要はありません。ボリュームの3つの端子の真ん中の端子に10kΩを直結すればいいです。また何かありましたら質問してください。最近、パワーLED調光の質問が多いので、KODAKDEさんの質問をよく紹介しています。

投稿日時 - 2012-03-10 17:29:26

お礼

ありがとうございます。

早速、10kならたくさんあるので試して見ます。
セメントの0.6や0.5などは手持ちがないので、秋葉原に行ってきます。

今までは1Ωを基準に電流計を見ながら実際に抵抗を付け替えていました。
inarai1様の計算方法でいきます。
ゲート電圧(0.6V)÷LED消費電流=セメント抵抗
1A流したいLEDの場合
0.6V/1A=0.6Ω
と言う事は0.6Ω以上の抵抗を選択すれば良いということですね。

定電流方式ハイパワーLEDドライバモジュールなどを流用して調光する方法を聞いたのですが、パルスで調整するので気持ち的にはシリーズレギュレート方式のほうが安定して発光してそうです。

ちなみに、LED照明の照度を測る計測機器はパルスの周波数により、以前の計測機器だと正常に計測できないそうです。たしか50hz以下だと無理だそうです。
LED対応の計測器が出てきたそうです。

私も知り合いに聞かれた時に、このページを紹介しています。
本当に、ありがとうございました。

投稿日時 - 2012-03-10 18:21:27

ANo.1

前の質問でお答えした者です。
ちょっと状況がよく分かりませんが、LEDの合計電流は1.4Aで、ボリュームが焦げたときのセメント抵抗は1Ωだったのでしょうか。ボリューム焦げたのは、ボリュームを右にほとんど回しきったところで、電流リミットが働いたためだと思います。

この回路は、ボリュームを右に回すほどLED電流が増えますが、LEDによって最大電流が決まっているので、それ以上の電流を流せないように、セメント抵抗とトランジスタ(2SA1015)を使った電流リミッタを入れています。具体的には、セメント抵抗の抵抗値R1(Ω)にLED電流I(A)をかけた R1*I が 0.6 以上になると、2SA1015がONになり、MOS-FET(2SJ334)のゲート電圧を上げて、LEDにそれ以上の電流を流さないようにしています。しかし、その電流リミットが働いたときに、ボリューム(VR)が右に回しきった位置(回路図では可動接点が下端にある)に非常に近くになっていると、ボリュームの可動接点とGND(0V)間の抵抗値が低い状態になっているので、添付図の左側に示したように、赤い線の経路で、大きな電流が流れて、ボリュームの可動接点が焦げる可能性があります。

これを防ぐには、添付図の右側に示したように、可動接点に過大電流が流れないように、10kΩ程度の抵抗を入れるのが良いです。こうすれば、電流リミッタが働いて2SA1015がONになっても、ボリュームの可動接点に大きな電流が流れません。

なお、セメント抵抗R1の抵抗値が大きいと、LEDに流せる最大電流が下がってしまうので、合計1.4Aまで流すのであれば、R1 < 0.6V/1.4A = 0.42Ωとしてください(添付回路では0.3Ωにしています)。

投稿日時 - 2012-03-10 15:38:30

お礼

inarai1様
ありがとうございます。
おっしゃるとおり、動作検証でボリュームを右に全開にまわして、ちょっとすると電流が急に大きくなり焦げ臭い匂いが漂ってくるのです。
10WLEDの時に1Ωにしたのは、節電と安全性で考えたのですが試しに0.42Ωで組んでみます。

LEDユニットを3個並列に繋いでもトータルの消費電流で計算するのですよね。

ちなみに、300mAのLEDでも10KΩは入れたほうが安全でしょうか?
10kΩは1/4Wなど小さな抵抗で良いでしょうか。

この回路を分かっていたようで、勉強不足でした。

本当に、感謝しています。
ありがとうございました。

投稿日時 - 2012-03-10 16:56:16

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