IC:LM317を使った定電流回路について

質問

自動車のルームランプのLED化を検討中です。

LM317を使用した（可変）定電流回路を使用したいと考えます。
LEDを並列接続する場合、ショップによっては1列ごとにICを使用する
回路が書かれていたり、1つのICで並列のLEDを点灯させるかのように
書かれているところもあります。

(1)これは、どちらがどうなのでしょうか？
　VF3.8Vの白色LEDを8～9個点灯させたいと考えています。
　特に停車時に数時間点灯させるために、電源は12Vと考えています。

http://www.tommy-bright.com/diy4.shtml
http://www.audio-q.com/kousaku4.htm

(2)また、念のため整流ダイオードを付けようと思うのですが、
　このような回路の場合どこに付けるのが良いのでしょうか？

(3)可変抵抗を使用し調光したいのですが、どの様なものを使えば
　よろしいでしょうか？
　固定抵抗で定格動作させる事を前提とします。

このキットを使います、
http://www.interq.or.jp/www-user/ecw/manu/d-0002.pdf
キットは半固定ですが、できればスイッチ付きのボリュームを使いたいと考えます。

宜しくお願いいたします。

回答No.3

inara

LM317を使ったキットについての補足です。
このキットに２Ｗの可変抵抗をつければ問題ないと思います。ただしLED３個直列は無理です（以下に説明しています）。

このキットは最大電流が62.5mAですので、LEDを2直列×3列=6個 までしか駆動できません。最大電流を増やすには、20Ωの固定抵抗をもっと小さくします。10Ωなら125mAまで流せるので、LEDを2直列×6列=12個 まで駆動できます。その場合、可変抵抗と固定抵抗の消費電力の合計は最大でも156mWですので、結構熱くなるかもしれませんが、2Wの可変抵抗なら問題ないと思います。

LM317は入出力間の電圧降下が比較的大きいＩＣで、データシート [1] の６ページにあるDropout Voltageのグラフから分かりますが、電流を100mA流したとき、1.7Vくらい消費します。したがって電源電圧が 12Vなら、LM317のVout端子に出てくる電圧は最大で 12-1.7 = 11.3V になります。さらに、可変抵抗と固定抵抗の両端の電圧は常に 1.25Vになります（そうなるようにLM317は動作している）。したがって、負荷の＋側の電圧はさらに下がって、11.3-1.25= 10.05Vになります。このキットは定電流動作するので、抵抗は必要なくLEDを直結できますが、さきほどコメントしたように、Vf=3.8VのLEDを３個直列では、この電圧を完全に超えてしまうのでダメです。２個直列なら 7.6Vですので十分駆動できます。

２個直列のときは、LM317のVout端子の電圧は 7.6 + 1.25 = 8.85V になります。LM317のVin端子の電圧は12Vですから、Vin-Vout = 3.15Vになります。もし、２個直列にしたLEDを５組並列接続して、合計10個のLEDを点灯させるとき、LM317に流れる電流は20mA×5=100mAとなりますので、LM317の消費電力は 3.15(V)×0.1(A)=0.315(W)になります。LM317Tの熱抵抗は50℃/W（1Ｗの電力消費で50℃温度が上がる）ですので、LM317Tは周囲より15.8℃温度が上がります。周囲温度が25℃なら、41℃ですので、ちょっと暖かい程度です。

[1] LM317データシート　http://www.national.com/JPN/ds/LM/LM317.pdf

補足

噛み砕いたご説明、大変感謝いたします。

LM317のキットを使用して、LEDを点灯させるのに適した固定抵抗に変更し、そこへ可変抵抗を取り付ける予定でした。

その場合の可変抵抗は、2Wの物で、あまりかんばしくはないが、「まあよろしい」という事ですね？

キット使用では３個直列は無理というのは、承知しておりました。

というのは、最初の質問にあるURLのショップHPには「LM317が動作するのに、３V以上の電圧が必要」と書いてあり、
3.8VＸ3＋3V＞12Vということになるからです。
ショップによってはもっと必要（4～5V）と言う所も・・・。

http://www.tommy-bright.com/diy4.shtml
http://www.audio-q.com/kousaku4.htm

ただ、白色LEDの実際の電圧は少し低めのようなので、大丈夫かな？などと勝手に判断しております。
http://www.audio-q.com/kousaku.htm　　（下の方です）

ですが、inaraさんのご説明と違いますね。
Dropout Voltageのグラフを見てもよく判らないのですが（すみません）そのグラフには100mAの曲線は書いてないような気がするのですが・・・。
25℃で1.7Vというのは、200mAではありませんか？(間違っていたら済みません）となると、100mAではもっと温度は低いということになり、
好都合ですが。
ただ、左上のΔV OUT=100mVというのはどういう意味なんでしょうか？

３個直列と書いたのは、１２V電源に対して抵抗のみでということです、仮にキットを使わなかったとして、です
最初に書いていなかったのですが、使いたいLEDの定格電流は30mAとなりますので、12-11.4＝0.6V　0.6÷0.03＝20Ωと考えていました。
念のための整流ダイオードを入れると、丁度１２Vになりますねｗ

バッテリーの劣化までは考えていませんでした。

>LM317の消費電力は 3.15(V)×0.1(A)=0.315(W)になります。

ですよね、キット説明書にもそう書いてありました。
でも　http://www.tommy-bright.com/diy4.shtml　のjavaの計算機では違う結果が出ました。
ICの電力：1.5Wと出ました。

計算機が間違っているのでしょうか？

回答No.2

inara

>これではダメなんですか？
LED以外に、抵抗で電圧を食うし、トランジスタもコレクタ-エミッタ間の電圧が（0.5V～1V程度）ないとちゃんと動作しません。抵抗で食われる電圧は抵抗(R)×電流(I)ですから、50Ωに100mA(0.1A)流すと、5Vの電圧降下が発生します。それにバッテリーもへたってくれば12Vを下回りますから余裕を持たせたほうがいいです。LEDのVfが3.8Vなら、直列は２個が限界です。3個で11.4Vですが、残りの電圧 0.6V では抵抗も入れられないし、トランジスタの動作も危ないです。直列は２個にして、並列数を増す方向で数を稼いでください。

>2Wの可変抵抗を見つけましたが、それではダメでしょうか？
たぶんそれは接点を通らない部分の許容電力だと思います。私はそのような可変抵抗は使ったことがないのですが、すぐ壊れるようなことはないと思いますので使ってみてもいいと思います。だけどスイッチ付の可変抵抗なら、ON/OFFにするたびに抵抗の接点を動かすことになるので、結構劣化すると思います（いつも固定なら比較的長持ちするでしょうが）。

回答No.1

inara

【LEDの接続法について】
複数のLEDの接続法ですが、以下の長所・短所があります。

　　　　　　　　　　　　　【短所】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　【長所】
（各列抵抗接続）　　LEDが断線するとその列が全部消灯　　　　　　　　　　　同一列のLEDは同じ電流なので輝度バラツキが小さい
（格子状接続）　　　並列接続されたLEDのVfのばらつきの影響が大きい　　１個のLEDが断線しても他は消えない

抵抗の全消費電力はどちらもほぼ同じです。格子状接続のほうは抵抗が１個で済みますが、消費電力が0.51Wなので1Wタイプを使わないと焦げ臭くなります（あるいは、240Ωの抵抗を５本並列接続にすれば普通の抵抗（1/4W）で済みますが、そうすると「各列抵抗接続」と同じ抵抗数になってしまいます。「各列抵抗接続」のほうは、抵抗１個の消費電力は0.096Wなので1/4Wタイプの抵抗で十分です。

白色LEDのVfは3.8Vなので、直列接続は２個が限界です（３個だと11.4Vになって電源電圧に近すぎる）。２個直列にしたのを４～５列で構成するなら、必要な電流は20mA×4～5=80mA～100mAとなります。

【半固定抵抗について】
キットの回路ですが、半固定VRには負荷電流が流れるので、接点の劣化が気になります。写真を見ると、資料 [1] のような多回転タイプで、完全密封構造らしいですが、このような使い方はあまりお勧めできないです。スイッチ付の可変抵抗は接点の信頼性が良くないと思います（安物しか知りませんが）。できれば以下のような回路にして、可変VRに大きな電流が流れないようにしたほうがいいと思います（ただし定電流特性はキットの回路より劣ります）。この回路では、接点（VRの←）に流れる電流は最大で1mA程度です。可変抵抗GND側に回し切ったときの負荷電流はゼロ（正確にゼロではありません）、反対にまわし切ったとき、ほぼ100mAとなるようにしてあります。

　１２V　─SW┬─────────┬──┐
　　　　　　　　4.7k　　　　　　　　　ic↓負荷　　↑保護ダイオード
　　　　　　　　├──┬─┐　　　　　　├──┘　
　　　　　　　　│　　10k　 │　　　　　　C
　　　　　　　TL431─┤　VR←──B　　2SC2210
　　　　　　　　│　　10k　 │　　　　　　E
　　　　　　　　├──┘　R1　　　　　　│
　　　　　　　　│　　　　　 │　　　　　　R2
　　　０V──┴────┴────┘

VR = 10kΩ（SWがスイッチ）、R1 = 1.5kΩ、R2= 40Ω（10Ωを４本直列）
B/C/E：トランジスタのベース/コレクタ/エミッタ（2SC2210のデータシートは[3]）

【保護ダイオードについて】
上の回路に入れておきました。LEDは逆電圧に弱いので、電源の極性を間違えたときや静電気による破壊を防ぐために、回路図にあるように、LEDの極性と逆向きに入れておいてください。

【LM317を使った回路について】
LM317を使って定電流化しても、電流設定抵抗を可変抵抗にすれば、キットの回路と同じように負荷電流が可変抵抗に流れます。可変抵抗に流れる電流を減らすためにトランジスタを使うと上の回路と変わりなくなってしまいますね。かといって可変電圧回路にすれば、LEDを壊す恐れもありますし。

[1]　多回転ポテンシュンメータ　http://www.sengoku.co.jp/modules/sgk_cart/image.php
[2]　TL431データシート　http://www.onsemi.com/pub/Collateral/TL431-D.PDF
[3]　2SC2120データシート　http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/Transistor/2SC2120_ja_datasheet_020130.pdf

お礼

ご回答どうもありがとうございます。

すみません、キットのURLが間違っていました。
http://www.interq.or.jp/www-user/ecw/manu/d0007.pdf
です。

＞３個だと11.4Vになって電源電圧に近すぎる
これではダメなんですか？
LM317を使った場合はICの必要とする電圧（３V）を足すと、
12Vを超えてしまいすが、
仮に、普通に抵抗を使用した場合も、元電圧に近過ぎるのはダメでしょうか？

＞可変VRに大きな電流が流れないようにしたほうがいいと

すみません、電気の事がよく判らないのですが。
2Wの可変抵抗を見つけましたが、それではダメでしょうか？
そう言う問題ではない？