最近、プロジェクトに取り組んでいたときに、手持ちのコンポーネントが不足しているという問題に直面し、複雑なコンポーネントの取り付けを検討しなくても済むようにプロジェクトを簡素化したいと考えました。
私が取り組んでいるプロジェクトは非常にシンプルで、誰もが最近持ち歩いているUSBパワーパックから、またはUSB電源から駆動する5V USB電源ランプです。 アーティセンDCH5。順方向電圧降下が5Vの範囲内にあるため、1つのLEDを簡単に動作させることができることはわかっていますが、少しチャレンジングなことを加えたいと考え、キャンプ中に本を読んだりテント内を移動したりするのに十分な明るさが欲しかったので、4つのLEDの設計を設定しました。
LEDの直列接続と並列接続
通常、複数の LEDについて システムに直列に接続すると、各LEDに一定の電流が流れるため、LEDがより均一に点灯し、LEDが電流を独占して焼き切れるのを防ぐことができますが、この設定ではLEDの順方向電圧降下も蓄積され、使用可能な5V電源をすぐに超えてしまいます。より低いVfのLEDも使用でき、1.2Vf程度でも機能しますが、可視スペクトルLED、ましてや白色LEDでこれほど低い順方向電圧を見つけることは非常に困難です。手元にあるLEDは約3.2Vfなので、計画していたように4個を直列に接続しても動作しません。
Linear Tech LT3491のようなLEDブースト ドライバーを使用する場合は、ソースがサポートするよりも高いVfで動作できます。5V電源から20Vを超える電圧を出力するものもかなりありますが、この非常に単純なプロジェクトにICを追加することは避けたいと考えていました。私が使用しているLEDは、 CREE C513A ファミリーの部品と非常によく似ていますが、直径3 mmのバリエーションがあります。
並列と直列
LEDを並列接続する
ブースト ドライバーを使用したくなかったので、LEDを並列に駆動するしかありませんでした。LEDを並列に駆動すると、電圧が並列に蓄積されないため、順方向電圧を低く抑えることができますが、全体的なワット数を同様に維持するために電流源の消費量は増加します。LEDを並列に駆動する場合、LEDの内部抵抗が一致しない状況が発生する可能性があります。内部抵抗が一致しないと、電力は抵抗が最も少ない経路を取ろうとするため、1つのLEDが電源からの電流を独占することになります。電力を独占すると、LEDの寿命が短くなり、すぐにまたはすぐに切れてしまう可能性があります。
これに対処する方法の1つは、事前にLEDをチェックし、内部値ごとに分類することです。部品を分類したり、最も近い部品と照合したりするには、定電流電源と適切なマルチメーターを使用します。手元にあるLEDについては、定格20mAで動作させる予定だったので、電流源をそこに固定し、部品がそれを超えないように3.6Vで過電圧制限を入力しました。実際の電圧をある程度の精度と解像度で測定するには、電源と同じLEDのプラスとマイナスのポイントにマルチメーターを接続します。
定電流電源をオンにすると、LEDが点灯し、電源は必要に応じてLEDの電圧を調整します。LEDはダイオード デバイスなので、温度が上昇するにつれて特性が少し安定します。そのため、出力電圧が一定値付近で安定するまで待ちました。1枚の紙に、テストしたコンポーネントをテープで貼り付け、テストの結果の値を書きました。20mAで最も近い安定した電圧を持つ4つのLEDを選択しました。このプロセス全体を簡素化するために、一部のサプライヤー、たとえば Cree は、順方向電圧と色温度によって部品を分類することを提案し、可能な限り一貫性のある結果を得られるようにしています。
簡単なテストを実行します。
測定の結果、いくつか興味深い詳細が見つかりました。私は同じメーカーの同じ箱入りのLEDを大量に使用していましたが、それらは異なる生産ロットからのものである可能性がありますが、手元にあるものからそれを識別するのは簡単ではありません。3.2Vの順方向電圧降下が仕様に指定されているLEDを測定したところ、20mAで2.991Vから3.127Vの範囲になりました。つまり、部品間で10分の1ボルト以上のばらつきがあり、20mAで予想される3.2Vの降下を示すLEDはありませんでした。電流を30mAに上げると、予想される仕様に近づくほど低下したことがわかりました。つまり、おそらく計画していたよりも強く駆動できるでしょうが、現時点では私の設計ではそれは必要ありません。この範囲の電圧降下では、内部抵抗は156オームから149オームまで変化することがわかります。この範囲はかなり狭いですが、電流が増加するにつれて差異はより顕著になり、システムの問題につながる可能性があります。
高度に科学的なドキュメントが実践されています。
プロジェクトやシステムでLEDを使用する場合は、特に何らかのインテリジェント ドライバーICを使用せずに並列で駆動する場合は、できるだけ正確に特性評価するようにしてください。部品をビニングすることで、より耐久性と安定性に優れた高品質のシステムを作成できます。