LED回路用の定電圧ダイオード

質問

回路上のLEDが不点灯となった時のことを考えて
バイパス用の定電圧ダイオードを設置しようと思っています。
LED１個の順電圧が3.5Vのものを2個直列の場合と
順電圧が2.1Ｖのものを３個直列の場合で、それぞれ
何V仕様の定電圧ダイオードを選択すればよいでしょうか？
また、LEDには20mA荷電するのですが、定電圧ダイオードは
3.5×2×0.02=0.14Wとなる計算から、200mW定格のもので
大丈夫でしょうか？

回答No.4

soramist · ベストアンサー

ANO.2です。

前回の回答で、「考慮すべき条件が３つある」と記載しましたが、もう一つ考慮すべき条件を忘れておりました。
それは、「LEDのバラツキ」です。

わたしは、3.5V定格のLEDを数百個実測した経験がありますが、20mA流した条件で、最大±0.2Vくらいのバラツキがありました。
これを考慮に入れなければなりません。
つまり無作為に購入した3.5V LEDを２個直列に使えば、「最大 7.4Vになる可能性がある」ということです。
勿論、実測を行って動作電圧を精密に確認していれば、それを基準にして差し支えありません。
ここでは一応、ランダムに購入した 3.5V LED を使用するものとして考えます。

1.ツェナーのバラツキ
　松下の1W型ツェナー MAZシリーズのデータシートです。
http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf2/AND7000/AND7000CJ819.pdf

　MAZ2082(公称8.2V）で±0.5Vのバラツキがあるようです。
　つまり、公称電圧8.2Vのものを注文しても、最悪、7.7Vのものを入手してしまう
　可能性があります。

2.正常動作時、ツェナーに電流を流さないための最低電圧の確保
　このツェナーの電圧は、40mA（定格）流したときの値です。
　しかし、ここではLED正常動作時には、ツェナーに電流を流すわけには行きません。

　上記資料 3ページの[IZ-VZ]を見てください。
　MAZ2082に、ほとんど電流を流さない電圧は、約8.0Vと読み取れます。
　つまり、公称電圧に[0.2V]の余裕を持たせる必要があることになります。
　（幸いなことに、2082は勾配が立っています。これが2051だと、電流を流さない条件は、
　かなり厳しいことになります）

3.温度変化の影響
　同資料 4ページの[SZ-IZ]を見てください。
　MAZ2082は、4mV/℃の温度係数を持っています。
　周囲温度が0℃での使用も考えるなら、ツェナー電圧は
　　　25℃x4mV/℃=0.1V
　低くなる可能性があります。

4.まとめ
　(A)MAZ2082をLED3.5Vx2の回路に使うことの適否
　　　8.2-0.5-0.2-0.1=7.4V(ZD)=7.4V(LED)　
　ギリギリの設計です。

　もう１ランク上げて、MAZ2091を使うのが望ましいでしょう。
　この場合、LEDオープン時には、（電源レギュレーションが悪ければ）
　　　9.1(±0.6)-7.0(±0.4)=約2.1V(±)
　だけ、跳ね上がる可能性があります。
　ただし、LEDおよびツェナーの実働電圧を精密に測定して、動作条件の確認ができれば、
　8.2Vツェナーが使える可能性もあり、この場合、昇圧は1V程度に抑えられます。

　(B)素性の知れないツエナーしか、入手できない場合
　極めて大雑把な考え方になりますが、大まかに言って、2V以上のマージンを見ておけば
　よいと思います。

2.1Vx3直の回路にも、ほぼこの考え方が適用されると考えます。

以上、ご質問の趣旨に対しお答えしました。

しかし、ここで一番問題なのは、電源のレギュレーションについて、全く触れられていないことです。
電源は、１回路の断線が問題になるほど、不安定な回路なのでしょうか？
（この点を詰めないで、上記の検討をするのは全く見当違い、という気もします）

蛇足かもしれませんが、3V以上のマージンが取れるなら、定電流ダイオードを使うべきです。
定電流ダイオードを使えば、他回路がオープンになっても、正常動作回路には全く影響がありません。
勿論、定電流ダイオードの定格は、LEDショートの場合に対しても十耐えられる容量を見込んでおくことが必要です。

参考URL：

http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf2/AND7000/AND7000CJ819.pdf

お礼

回答ありがとうございます。

LEDの順電圧値を確認してみると、3.1～3.7Vくらいのばらつきが
ありました。
ダイオードのVz値は、20mA時ではほとんどばらついていないものの、
5mA時ではかなりばらついているようですので、早速、6.8～9.1Ｖの
もので現物確認をしてみたいと思います。

定電圧ダイオードを使いこなすのはなかなか難しそうですけど
がんばってみます。
いろいろと詳しく教えていただきありがとうございました。

回答No.3

ruto

例として3.5VのLEDを2個直列にし、これを２台並列に繋ぐ場合、
ツエナーダイオードが７Vのものがあったとして、正常時ツエナーには8.5mA以下にしておく必要がある。一つの回路がダウンするとダイードには２８.５ｍA流れ２００ｍW近くになる。正常時ツエナーに8.6ｍA以上流れると、過負荷になる。ツエナーダイオードの電圧を上げると、LEDがオープンすると、他の正常なLEDに過電流が流れる。
　以上のことから、１回路毎に制限抵抗を入れた方が問題がない。

お礼

回答ありがとうございます。
回路オープン時に定電圧ダイオードにかかる負荷の考慮が
必要なのですね。
ありがとうございました。

回答No.2

soramist

W数の計算はこの通りでOKです。

>LED１個の順電圧が3.5Vのものを2個直列の場合と順電圧が2.1Ｖのものを３個直列の場合で、それぞれ何V仕様の定電圧ダイオードを選択すればよいでしょうか？

大雑把には、前者が定格8Vクラス、後者が7VクラスのものでOKと思うのですが、詳細、明日メーカー資料を検討してご回答します。
（考えるべきは、1.ツェナーのバラツキ　2.正常動作時、ツェナーに電流を流さないための最低電圧の確保　3.温度変化の影響）

その前に下記、補足ください。
　1.なぜ、LEDが故障したとき、定電圧ダイオードでバックアップしなければならないのですか？
　　（LEDの故障には、オープンモード（開放）とショートモード（短絡）がある。
　　定電圧ダイオードは、オープンモードの故障には対応するが、ショートモードには
　　全く意味をなさない）

　2.定電圧ダイオードを入れたとしても、定電圧ダイオードとLED電圧との差電圧までは、
　　回路電圧が跳ね上がります。
　　何Vupまでなら、許容できるのですか？

　3.回路は、定電流ダイオード方式ですか、抵抗方式ですか？

　4.電源は大体何Vくらいを考えておられるのですか？
　　（3. 4.は、参考まで・・）

補足

早速の回答ありがとうございます。

>1.なぜ、LEDが故障したとき、定電圧ダイオードでバックアップしなければならないのですか？
・完全に書き忘れていましたが、LED2個直列のものを2台並列にしており、LEDオープン故障時の保護用です。

>2.定電圧ダイオードを入れたとしても、定電圧ダイオードとLED電圧との差電圧までは、
　　回路電圧が跳ね上がります。
　　何Vupまでなら、許容できるのですか？
・特に数値はまだ決めていませんが、できる限り低く抑えたいです。

>3.回路は、定電流ダイオード方式ですか、抵抗方式ですか？
・抵抗使用です。

>4.電源は大体何Vくらいを考えておられるのですか？
・DC12～15Vとなりそうです。

以上、回路にはあまり詳しくないのですが補足させていただきます。
よろしくお願いします。

回答No.1

char2nd

回路にかける電圧によって違いますよ。詳しくはこちらのサイトを。

http://www.audio-q.com/crd.htm

お礼

このサイトはいろいろ勉強になりますね。
ありがとうございます。