LEDの消費電力について

質問

電気素人です。
現在直面しているのですが、300個のLED（3インチップ5050パッケージ　0.24W）をDC１２Vで駆動します。
330オームの抵抗をつけていると聞いていますが、
300個の消費電力が0.24×300＝72Wになると思いますが、
660オームの抵抗にすると36Wになるので消費電力が下がるといわれました。
勝手な想像なのですが、抵抗自体が電流、電圧に抵抗を掛けるので、
電流量、電圧は下がると思いますが、
抵抗自体が電力を消費してしまうのではないでしょうか？
話をした人はオームの法則通りだと言います。
本当にそれで正しいのでしょうか？

それと3インチップなので1チップだけを点灯させるようにすれば0.08Wになる。
1インチップタイプだと0.24Wになる？
そのように聞きましたが3インの1チップだけ使用するのは問題が無いのでしょうか？

もう一つ質問があります。
例えばDC12Vの負荷が100Wの時、
１次側のAC100Vは同じく100Wの消費電力で良いのでしょうか？

一回で質問が3つになってしまいますが、
部分的だけでもご教授いただければ幸いです。
よろしくお願いします。

回答No.5

Nebusoku3

１）LEDが点灯する電圧は1.8V～2.1V程度です。(2Vとしておきます）　電流を決めるのは抵抗と電源電圧で、概算ですが、次のようになります。

●抵抗330Ωの場合の電流を　I1　として
I1 = (12 - 2)/330 = 10/330 = 1/33
消費される電力は　電流の２乗　掛ける　抵抗値　なので
I^2 * R = 1/33 * 1/33 * 330 =　10/33　（W)
これが300個あるので
10/33 * 300 = 1000/11 (W)

●抵抗660Ωの場合の電流を　I2　として
I2 = (12 - 2)/660 = 10/660 = 1/66
消費される電力は　電流の２乗　掛ける　抵抗値　なので
I^2 * R = 1/66 * 1/66 * 660 =　10/66　（W)
これが300個あるので
10/66 * 300 = 1000/22 (W)

330オームの時の電力と比較すると抵抗での損失は半分ですね。
実はLEDでの損失は大きく変わりませんので全体の消費電力（熱になってしまう部分）は殆どが抵抗での損失になります。　

２）3インの1チップだけ使用するのは問題が無いのでしょうか？
１チップ内のLEDが独立点灯できる方式になっていれば問題ないです。逆に3個あれば１個だけ点灯させ2個は予備として使う事も出来ます。　その際、合計電力が　0.24W　であれば　1/3　の　0.08W　になります。　
1インチップタイプの消費電力が 0.24W　であれば　0.24W、0.08W　であれば　0.08W　の消費電力ですね。
3インの1チップとは単に1個のパッケージに3個のLEDが入っていると思えばいいです。1個が　0.08W　の場合も有るし、それ以上の場合も有るので仕様で確認するしかないですね。

３）１次側のAC100Vは同じく100Wの消費電力で良いのでしょうか？
スイッチング　レギュレーターの場合は概算で効率が　80%以上は見込めるので　125W～100W　の範囲の消費電力と思います。　自分であれば1.5倍の　150W以上の容量の電源を使います。　それをディレイティング（信頼性のための余裕を持たせる方法）とよびます。
参考になればいいのですが。

お礼

詳しいご説明をありがとうございました。
お礼が送れてすみませんでした。

抵抗値が倍になると電力は半分になるのですね。
660オームを1.2ｋオームにすればさらに半分という事ですね。
全体の消費電力と明るさを下げる事が目標ですので、
それで行けそうです。
当然明るさも半減してしまいますね。
明るさとの比率も同じになっていれば良いのですが。

回答No.4

中村 拓男（@tknakamuri）

>例えばDC12Vの負荷が100Wの時、
>１次側のAC100Vは同じく100Wの消費電力で良いのでしょうか？

まあ、だいたい、２～５割増しになります。

お礼

回答ありがとうございました。
お礼が送れてすみませんでした。

一時側は2～5割とは計算方法とかもあるのでしょうか？

回答No.3

中村 拓男（@tknakamuri）

テープライト の類かな？

3 in 1 5050 は独立の R, G, B LED が１個づつ入った
６ピンモジュール。順電圧は 3V くらいなので
12ボルトだと、おそらく３本つつ直列 + 抵抗 という構成
じゃないかと思います。

製品の仕様が不明なので、あくまで想像です。

想像通りなら　3 in 1 の１個だけを点灯すると色が付きます。

テープライトでは抵抗は交換できないと思いますが、
交換すれば大きい抵抗ほど消費電力は下がるでしょう。
電圧は同じで、電流は下がりますから供給電力が
下がります。

抵抗の消費電力は抵抗値に比例、電流値の
２乗に比例しますが、抵抗を増やしても電流の減りが勝つので
抵抗の消費電力は減ります。

お礼

分かりやすいご説明をありがとうございます。
抵抗の消費電力も抵抗値を上げれば下がると言う事ですね。
抵抗器を交換、又は足してみたいと思います。

回答No.2

unagi-pie

3インチップ1パッケージなLEDは身近に見てもなく構造も知らないのですが
3チップで0.24Wなら１チップあたりの定格は3.2V25mA程度でしょうか。

＞抵抗自体が電力を消費してしまうのではないでしょうか？
そうです。0.24W とは LED の部分での消費で、
抵抗器にも電流が流れ電圧がかってるので別途消費します。
ちなみに抵抗器の代わりに CRD(定電流ダイオード)を使っても同様です。

＞話をした人はオームの法則通りだと言います。
実はそうです。
例えば直列接続の抵抗器+抵抗器で一方の抵抗値を半分にしても全体の消費は半分にならないのですが、
LED +抵抗器の場合は事情が違います。

LED には「電流が変わっても端子の電圧がほぼ同じ」という
特性があるからです。(Vf「順方向電圧降下」で現わされます)
(普通のダイオードにはこういう特性があります)

LED と抵抗器を直列につなぎ全体に 12V かければ
LED 部分が約 3.2V、抵抗器部分が 12-3.2=8.8V となります。

抵抗値が 330Ωなら
電流 I= E/R = 8.8V/330Ω = 0.0267A = 26.7mA
LED 部分の消費電力は 3.2Vx26.7mA → 85.4mW
抵抗器部分の消費電力は 8.8Vx26.7mA → 234.9mW
全体の消費電力 85.4mW + 234.9mW = 320.3mW

これが抵抗値660Ωの場合は
電流 I= E/R = 8.8V/330Ω = 0.0133A = 13.3mA
LED 部分の消費電力は 3.2Vx13.3mA → 42.7mW
抵抗器部分の消費電力は 8.8Vx13.3mA → 117.4mW
全体の消費電力 42.7mW + 117.4mW = 160.1mW
と、半分になります。

尚、これは LED 1個あたりの数字です。3チップ(3個)で単純に 3倍とすると、
LED部分 85.4mW x3チップ x300個 → 76.86W
抵抗器部分(330Ωの場合) 234.9mW x3 x300 → 211.4W
抵抗器部分(660Ωの場合) 117.4mW x3 x300 → 105.7W

すごい消費ですね。抵抗器での消費はほぼ全部熱になるので大電力に耐える
大型の抵抗器が要るし、放熱も要るかも知れません。

3チップに対して抵抗器をどうつなぐんでしょうね。
LED 1個に抵抗器1個が基本形ですが、電源電圧が高い時は抵抗器での消費電力が多くて
無駄な熱になるし抵抗器も大電力用の大型で値段も高く損が増えます。

例えば LED 3個と抵抗器 1個、とすると、
この場合、抵抗器にかかる電圧は、12V- (Vf 3.2V x 3個分= 9.6V ) = 2.4V 、
電流 25mA とすれば抵抗値は 96Ω、抵抗器での消費電力 0.06W なので、
個数が減るだけでなく小型品で済みます。
もっとも、複合型LEDでは内部接続の都合上、そうつなげられない場合もありますが。

＞例えばDC12Vの負荷が100Wの時、
＞１次側のAC100Vは同じく100Wの消費電力で良いのでしょうか？
電源装置(ACアダプタなど)での変換効率が100%ならそういう事ですが、
現実にはそうはいかず、ACアダプタだと効率30%程度、スイッチング電源でも80%程度で
これを加味する必要があります。
ACアダプタタイプなら 100W x 効率分 1/0.3 → 300W、
スイッチングタイプなら 100W x 効率分 1/0.7 → 143W
という事です。
しかしこれはギリギリな数字で、発熱、放熱、安全性を考えると1.5倍程度は
余力がある方がいいです。

ところで、抵抗器は 660Ωという品物は多分ない(630Ωの次は 670Ω)ので
どちらを選ぶ事になります。

＞3インの1チップだけ使用するのは
LED は半導体で静電気に比較的弱いので使わない端子に手やモノが触れるような状況なら
絶縁か、近くの影響のない端子につないでおくといいです。
もっとも、使わないチップが壊れても使うチップまで影響しませんけど。

お礼

細かく説明をして頂きましてありがとうございました。
お礼が送れてすみませんでした。

抵抗値を変えてもLEDは点灯するんですね。
使用するLEDは３インで各20mAですのでパッケージでは60mA になります。
1チップが0.24Wと聞いております。
取り扱いは3つのパッケージを直列にしてそれに抵抗器を付けます。

回答No.1

noname#215107

抵抗の値を大きくすれば消費電力は下がりますが、
LEDに流してもよい適正な電流値に合わせて、抵抗値を決めているので、抵抗値が大きすぎると、LEDにも抵抗にも全く電流が流れなくなる場合があります。（消費電力が下がる、ではなくほとんどゼロになってしまう。）

LEDには順方向電圧Vfの特性があり、たとえばVf＝２VのLEDに１Vの電圧をかけても電流は流れません。

Vfが２VのLEDは、電流を制限する能力を持っていないのでいやでも２V下げようとします。
Vf２VのLEDを点灯させるには、２V以上の電源を使って、なおかつ、LED自体にはちょうど２Vの電圧がかかるように制限抵抗の値を決めなければなりません。

たとえば電源電圧が１０VでVf＝２VのLEDを直列に３個点灯させたい場合、３つのLEDに６Vかかるようにしないといけません。
LEDには適正な電流値Ifが決められていて、If＝２０mAの場合、電源電圧１０VからLED３つのVf合計の６Vを差し引いた、４Vを抵抗で処理しないといけません。
ここでオームの法則を使います。必要な抵抗R＝E／I＝４／０．０２＝２００Ωということになります。LEDによって特性が違うので、VfやIfの値をその都度データシートで調べて計算する必要があります。

お礼

細かくご説明いただきましてありがとうございます。
お礼が送れてすみませんでした。