定電流ダイオードの落とし穴。

○15mAの定電流ダイオードのE-153っていうのを買ってみた。

　秋月電子通商で５個￥150で買ったんだけど、スペック表もオマケにくれたので読んでみたら、「肩特性。」っていう項目があって、4.3V以下では定電流特性が出ないことが判明。

　使わなくなった無線ルーターのリチウムイオン電池3.7Vを白色LEDにつなげたら4mAしか流れない。しかも５本並列でつなげたら13.5mAしか流れてくれず計算が合わない。テスターが壊れているのか、それとも何か他に理由があるのか、謎だらけで訳がわかりません。一本あたり13.5÷5=2.7mAってことなのかな。

　10mAタイプのE-103だと3.5Vから定電流特性が得られるって書いてあったので改めて買ってきたんだけど、こいつも２本並列3.7Vで6.4mAしか流れない。計算上は一個あたり3.2mAってことになり、５本並列にすれば16mAってことになるはず。

　なので手元にある１０本の定電流ダイオードを全部並列接続にすれば計算上29.5mAのはずが、実際接続してみたら17.5mAしか流れず計算がまったく合わない。並列につなぐと一個あたりの電流値が減るのか、LEDに必要な電流を流すためには定電流ダイオードばっかりやたらと必要になる。本数増えると接続不良とかも増えそうだし、LED自体の価格よりも定電流ダイオードの方が高くつく。

　今のところ試験的にボルトナットで圧着接続しているので、接続不良は考えにくい。謎です。ε～(;@_@)

　多分LEDを直列につないで電源電圧を高くしておけば定電流特性を発揮してくれるのかも。しかし、そうなると電源自体から見直さないといけないので厄介だな。ラジコンのパックバッテリーとかに7.2Vのものがあるけど、果たして7.2Vなら定電流特性がきちんと発揮されるのかどうか。秋月でもらった特性表は10Vでの測定値だけど、実使用条件ではアテにならない。

　そもそもLEDっていうのは個体差があるので直列につなぐとそれぞれにかかる電圧がバラつく傾向があるので面倒臭い。あれこれつないで抵抗値特性の近い個体を直列につなげばいいのかな。電圧が多少バラついても電流自体は同じ量しか流れないので、そんなに神経質にならなくても良いのかも知れないけど。

　定電流ダイオードっていうのは容量によって「肩特性。」が異なるので、低い電圧では容量の小さなものを複数並列接続しないと定電流特性が出ないんだね。こんな落とし穴があるとは思わなかた。LED自体の抵抗値が大きいから定電流ダイオードにかかる電圧が低いとか、そんな理由なのかしら。それなら並列につないで計算が合わないツジツマが合うような気がするんだけど。

　秋月電子通商だと定電流ダイオードは
0.1mA
0.5mA
10mA
15mA
の４種類しか販売していないので、0.5mAタイプで試すとなると計算上は４０個必要になる。果たして0.5mAタイプであれば計算通りに電流が流れるのかどうか、やってみないとわからないし、まとめ買い割引がなければ￥1200ってことになる。

　一個￥50のLEDを燈すのに定電流ダイオードだけで￥1200も必要って、何だかややこしい。ここまでややこしいと発熱があってもパワーLEDを使うとか、電源自体を見直す方が正解かも知れない。

　LEDも短時間であれば定電流ダイオードなんて要らないんだけど、自転車のライトみたいに数時間以上点灯させておくとなるとLEDっていうのは自己発熱で抵抗値が下がって（注＊）、電流が過剰に流れるようになって勝手に壊れてしまう。100均のLEDライトとかって多分長時間点灯には向かないんじゃないかな。ボタン電池を使うタイプなら大きな電流が流れないからLED自体は壊れないんだろうけど、当然電池自体の容量が少ないから自転車のライトとしては使いづらい。


注＊：LEDには半導体が用いられていて、半導体というのは熱温度係数熱抵抗係数が普通の導体とは逆の「負。（マイナス）」の特性を持っているため。温度が上昇すると抵抗値が下がる性質がある。


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　関係ないけど寝ぼけて結線してたらラジオペンチで親指の先を突っついちゃって内出血。痛い。作業は寝ぼけてやらないようにしましょう、安全第一です。




　◇追記：

　定電流ダイオードをLEDと直列につなぐと、LEDの抵抗値の大きさによって定電流ダイオードにかかる電圧が低下して定電流特性が発揮されないということらしい。

　しかも定電流ダイオードを並列につなぐと、LEDとの抵抗の比率が更に大きくなって定電流ダイオードにかかる電圧が下がって一個当たりの電流値が更に低下してしまうということらしい。

　電流が充分に得られないのは定電流ダイオードの容量云々の問題ではなく、単に端子電圧が充分にかからないと定電流ダイオードっていうのはマトモに働かないってことらしい。秋葉原のダイオード屋はアテにならない。

　要するにLEDの電流制限をするには定電流ダイオードではダメらしい。容量の小さな定電流ダイオードであっても、端子電圧自体に違いはないので表記されている電流値は得られないと思う。

　ちなみに15ｍAと10mAタイプの定電流ダイオードを５本づつ計１０本並列につないだ場合には、LEDには3.2V、定電流ダイオードには0.5Vの電圧がかかっていました。一応この状態ならそれなりに明るくて一晩中点灯させておいてもLEDが破壊したりはしなかったので、とりあえず１灯だけならこれで安定的に光らせることが出来るんだけど、ちょっと自転車のライトとしては暗いかな。

　LEDの取説では抵抗を直列に接続して使うことを推奨しているんだけど、これって電力の何割かを熱に変換しているってことになるので、折角のLEDの効率の良さが失われてしまって、何となく気に入らない。抵抗を入れても電球に比べれば圧倒的に効率は良いんだけど、何だか気分が悪い。そもそも電源電圧自体に5Vとか必要になるし、そんな電圧の電源ってないし。

　20mAタイプのLEDの場合、3.7Vのリチウムイオン電池を直結すると、最初から26mAくらい電流が流れて、みるみるうちに電流値が上がってゆく。Φ５㎜のLEDのエポキシ封止形式の場合、パワーLEDみたいな放熱能力がないので一体どうやったら抵抗を使わずに熱破壊を起こさないように充分な電流が流せるのかはわからない。

　100均とかで売っているボタン電池を４個程度直列に使うタイプのLEDライトっていうのは、ボタン電池自体の内部抵抗が大きいので、充分な電圧と破壊しない電流が両立出来るので合理的で非常に明るい。ただ、もちろん点灯時間が短くて電池は使い捨てになるので自転車のライトには使えない。

　要するに、LED自体に充分な放熱能力があって、リチウムイオン電池の電圧(3.7V)を直結しておいても壊れないLEDがあれば簡単で良いのにな。そんなに難しいこととも思えないんだけどな。

　あと、狭角15度のLEDの場合。前方に集められる光とは別に、先端部分から光が横にもれてしまっている。特に45度付近で円錐状に光がもれていて、これも前方に集められると効率が良くなりそう。適宜なフレネルレンズとかをドーナツ状に切れば集められそうな気もするんだけど、屈折っていうのは色分散が起きるのが厄介。

　反射鏡なら色分散は原理的に起きないんだけど、前方45度程度に拡がる光を反射で集めるっていうのも設計が難しそう。

　白色LEDの場合、特に蛍光剤が熱に弱いらしくて、他の単色LEDの場合は乾電池を直結しておいても明るさが急激に落ちたりはしない傾向があるみたい。黄色のLEDは2.4V駆動のものが多いらしいので、これだとニッケル水素充電池２本を直結して使っても簡単には壊れたりもせず、それなりの明るさも得られる。

　赤色LEDの場合は一応3.0V駆動ということになっているんだけど、2.4V直結でも結構明るさを発揮してくれる。ただ、赤色だと自転車の前照灯としては不適切で、やっぱり尾灯として使うべき。色が赤いと対向車としての認識がないので、下手こくと正面衝突の危険性もあって無灯火と同じくらい危険。

　となると、現状では黄色のLEDをニッケル水素充電池直結で使って、ある程度LEDがヘタれてきたら交換できるようにしておくっていうのも良さそう。




　◇続追記：

　そういえば以前「LEDの抵抗値は１キロオームくらいある。」とか書いてしまった記憶があるんだけど、どこに書いたのかをまるきり忘れてしまた。実際には3.7vで0.025Aなので148オームとかでした、どっかで一桁間違えたんだろうな、LEDなので電流を流し続けるとむしろ発熱でみるみる抵抗値は下がってゆきます。

　で、定電流ダイオードをLEDと直列に接続すると、LEDの方の抵抗値が大きいために定電流ダイオードの方にかかる端子電圧が不充分なので、充分に電流が流れない。

　しかも、定電流ダイオードを並列に接続しても、ますますLEDとの抵抗値の差が大きくなってしまうらしくて電流値が二倍にはならずに、定電流ダイオードを並列に増やせば増やす程電流が増えなくなってしまう。

　15mAの定電流ダイオード一個をLEDに直列に接続した場合、実際には3.9mAしか流れず、定電流ダイオードを二個並列にしてLED一個と直列接続した場合には7mAしか電流が流れなくなってしまう。

　この傾向は定電流ダイオードを並列に接続する数を増やせば増やす程顕著になり、10mAタイプと15mAタイプの定電流ダイオードを５本づつ全部並列にしても17.5mAしか電流が流れてくれない。

　なので結論から言うと、一個のLEDに対して一個の定電流ダイオードを直列に接続して、これの数をたくさん並列に接続するのが最も充分な電流と明るさを得られることになるんだと思う。

　LED一個当たりに流れる電流が小さい方がLEDも長持ちするので、この接続方法の方が信頼性も得られるのではないかと思う。本当のところはやってみないとわからないけど。

　今手元にLED１０個と定電流ダイオード１０個があるので、全て１セットずつ直列に接続しようかと思っているところ。LED一個当たりはそんなに明るくはないのだけれど、全体としては39mA程度流れてくれることになるので、定電流ダイオードを用いた接続方法では、これが最も明るく光らせることになるみたい。

　LED自体も取り扱いが面倒臭いけど、定電流ダイオードの特性もかなりややこしい。秋月電子通商のLEDには抵抗を直列に接続することを勧めているんだけど、回路図では電源電圧が５Vや12Vになっているので、実質的にはニッケル水素充電池とかリチウムイオン電池で使う回路図ではない。

　多分パワーLEDだったら放熱対策をしっかり行っていれば定電圧ダイオードで電圧だけ制御しておけば安定して光らせることが出来るんだろうけど、パワーLEDっていうのは封止材に耐熱シリコンゴムを用いているらしくて、触ると壊れるとか、湿度に弱いだとか随分取り扱いが面倒臭いらしいので、価格的には若干不利だけど熱カチオン硬化型エポキシ樹脂封止材型（一般的に言う「砲弾型」）で何とかしたいところ。


Ende;