シリーズレギュレート（直列制御）について

質問

お世話になります。
いままでパワーLEDの調光に直列制御方式で工作をしていましたが、秋月電子さんのLEDユニットを３個並列に接続して点灯させたところボリューム抵抗が焦げました。

今回使用したLED　白色ＬＥＤユニットＯＳＰＲ３ＸＷ３－Ｗ４ＸＭＥ１Ｃ１Ｅ
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-04160/
いつも使用している回路
http://okwave.jp/qa/q7027026.html
http://okwave.jp/qa/q7160872.html
前回使用した１０WLED
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-04477/

LEDユニットを３個並列接続した合計電流より流れる１０WLED(1400mA)を同じ回路で点灯させましたが、問題なく調光できました。セメント抵抗は１Ωのままですので１２Vの時は８００ｍAの電流までです。
なので、同じに考えて８００ｍA(LEDの電流)流せればと、思ったのですが・・・
電源は鉛バッテリーですので、フル充電時は13.5Vていどになるので、１４Vで試すと電流も１A程度になります。3個並列で最大は１．２Aですので「まあ、良しか」と思ったのですが、だめでした。
１０W(１．４A)の時は同じ条件でも問題なく調光できます。

現在は、出力に５Ωのセメント抵抗を付けました。これで調光できますが、なんとなく暗い感じがします。電流も回路全体の電流は600mA程度なのでLEDには500mA以下かと思います。

そこで、質問です。
１．LEDユニット3個並列(１A)と１０W(１．４A)の接続でなぜLEDユニットの並列接続の時にボリュームが焦げたのでしょうか。
２．直列制御方式は電流を制御するのですよね。なぜボリュームが焦げたのでしょうか。対策が有れば教えていただけますか？

分かりづらい、質問ですがお願いいたします。

回答No.15

inara1

1年半前の質問ですね。

＞簡単に秋葉原に行けなくなりました
秋月は通販もやっていますよ。

＞電流が１００ｍAとなっていますが大丈夫でしょうか？
LM2940CT-12の出力電流は1Aくらいは取れます。100mAとは何の電流でしょうか。

最終的な回路はANo.10だったでしょうか。今見てみると、ANo.10の回路図に間違いがありました。R2の10kΩは間違いで、最大電流が600mAなら、R2は1Ωのセメント抵抗です。

回答No.14

inara1

新しい結果が出たら教えてください。

回答No.13

inara1

何か回答しないと補足できないかもしれないので質問します。その後どうなりましたか？

お礼

inara1様
ご無沙汰しております。
ご指導いただいた後、転職致しまして簡単に秋葉原に行けなくなりました。さみしいです。
ICの件ですが、ちょっと気付いたのですが電流が１００ｍAとなっていますが大丈夫でしょうか？
すみません、よろしくお願い致します。

補足

すみません、ちょっと忙しくて秋葉原にいけていないので・・・・
必ず作成しますので、ちょっと待っていただけますか。
早く作りたくてムズムズしているのですが。
会社で使っている電気スタンドもハロゲンタイプをLEDに改造したのですが、まだ調光させていないのと全開で発光させていないので是非とも組み込みたいのです。

回答No.12

inara1

＞他の方法も試してから、報告させて戴きます
他の方法も試すのですか。楽しみにしています。

お礼

はい、ちょっと時間が掛かるかもしれませんが作成します。

先ほど手持ちのパーツと秋月の3LED(白色ＬＥＤユニットＯＳＰＲ３ＸＷ３－Ｗ４ＸＭＥ１Ｃ１Ｅ)を12V(セメント抵抗1Ω)で点灯させたら350mAのところを700mA流れてしまいました。LEDは破損しませんでしたので良かったです。(実は何ヶ月も700mA近くで電気スタンドとして発光させていました。結構明るいです)
このLEDの規格が10V 350mAなので電圧を10Vにするとキッチリ350mAになりました。
なので、3端子レギュレーターを9Vのを取り付けて点灯させました。電流もそこそこできれいに明るく光りました。
セメント抵抗を1Ωで電源電圧をLEDの電圧に近づけたほうがLEDの規格通りに発光させることができることが判りました。

その他、3WLEDの規格が3.8V700mAでバッテリーは3.7V(フル充電で約4V)を使用して電流がキッチリ700mAになりました。電圧が高くなると規格以上の電流が流れるようです。
規格全開で使っても壊れることは無いと思いますが発光量があまり変わらないのと省エネなのでボリュームを50%から60%で使っています。

基準電圧ICが気になるので、試して報告させていただきます。

回答No.11

inara1

3種類の方法を書きましたが、どの方法でもいいと思います。結果が出たらまた補足してください（ときどき見に来ますので）。

お礼

ご連絡遅くなりました。
秋葉原に行く時間が無く手持ちで有った「3端子レギュレータ」で組んでみました。
電圧が１２V以上にならないので計算が楽で全開に電流を流せました。

3端子レギュレーターの欠点は熱くなる事と多少の損失が有る為電圧が１３V以上必要でした。
車で使用する場合はLEDを破損させないので安心ですが、ソーラーパネルで１２V鉛バッテリーを充電させて使用する場合は不向きに思いました。

ただ実際は電流を最大(近く)にした時と、8割程度の時ではあまり明るさに違いが無かったと思います。計測器で厳密に調べれば変わるかも知れませんが。

他の方法も試してから、報告させて戴きます。

回答No.10

inara1

3端子レギュレータを使って電源電圧自身を定電圧化する回路を添付します。
この回路では3端子レギュレータが発熱するので、放熱器（ヒートシンク）を取付ける必要があります。１６ｘ２５ｘ１６ｍｍ程度の小型のもので構いません。3端子レギュレータの裏面全体に放熱グリースを薄く塗って、M3のネジで放熱器にしっかり固定してください。3端子レギュレータの放熱フィン（穴のあいた金属部分）はGND端子につながっているので、そこと接触しているヒートシンクが、GND以外の配線に接触しないように注意してください。

LM2940CT-12　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00165/
放熱器（ヒートシンク）　http://akizukidenshi.com/catalog/c/cheatsink/
放熱グリース　http://akizukidenshi.com/catalog/c/cheat2/

お礼

お返事遅くなり申し訳ありません。
すごく丁寧な回路図ありがとうございます。
電圧が変動する車でも全開に発光させる事が出来ます。
千石さんも秋月さんもよく行く店舗ですので助かります。
さっそく、会社帰りに秋葉原によって来ます。

いつも、分かりやすい回路図と説明をありがとうございます。

回答No.9

inara1

ANo.8に間違いがありました。訂正します。
【誤】　CA間電圧 = 1.25V*(1+R1/R2）
【正】　CA間電圧 = 2.5V*(1+R1/R2）

なお、ANo.7の3端子レギュレータは、ほとんど発熱しないので放熱器は必要ありません。ANo.8の基準電圧ICも放熱器は必要ありません。

回答No.8

inara1

基準電圧ICを使た回路を添付します。
NJM431が基準電圧ICです。R1とR2の比を変えることでC（カソード）－A（アノード）間の電圧を変えることができます（CA間電圧=1.25V*(1+R1/R2））。添付図の抵抗値では、C-A間電圧は約11Vになります。この電圧は電源電圧を基準とした電圧なので、負電圧3端子レギュレータを使った回路と同じ動作になります。基準電圧ICは手元にあるので動作確認しました。

NJM431　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00431/

（共通部品）
2SA1015　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00882/
2SJ334　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-02846/
可変抵抗(VR） 100kΩB　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-00248/
セメント抵抗　http://akizukidenshi.com/catalog/c/csreg/

回答No.7

inara1

3端子レギュレータを使った回路図を添付します。
3端子レギュレータ（TA79010S）によって一定電圧（10V）が作られ、その電圧を可変抵抗（VR）で分圧し、MOS-FET（2SJ334）のゲート(G)－ソース（S）間に印加しているので、電源電圧が変動してもLED電流は一定に保持されます。

ここで使っている3端子レギュレータは＋電圧を発生させる普通のものでなく、負電圧の3端子レギュレータです。TA79010Sは-10Vを発生させるものです（79で始まる型番が負電圧レギュレータで、その後に続く数字が出力電圧）。負電圧の3端子レギュレータは、普通、負電圧電源の安定化に使われますが、添付図のように、レギュレータのINとGND端子を逆にして正電圧を加えると、電源電圧（GND）と出力端子（OUT）間の電圧を一定にさせることができます。MOS-FET（2SJ334）はpチャネルのFETなので、ソース（S）を基準として、ゲート(G)に負の電圧を印加することでLEDに流れる電流を制御しています。そのために負電圧用の3端子レギュレータを使っています。

TA79010Sが手元になかったのでTA79005S（-5Vを発生させる）を使って動作確認しました。ゲート(G)－ソース（S）間電圧が5V程度あればLEDに充分な電流が流せるので、79010でなくてもいいと思います。TA79010Sは千石電商にはありますが、秋月電商には置いてないようです。3端子レギュレータは入力側に0.1μF、出力側に数μFのコンデンサを入れてください。出力側のコンデンサに電解コンデンサを使う場合は極性に注意してください。

TA79010S（負電圧レギュレータ）　http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/search.php?toku=&cond8=or&dai=&chu=&syo=&cond9=&k3=0&list=2&pflg=n&multi=&code=35AS-2TFT
0.1μF　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-02211/
10μF
　積層セラミック（極性なし）　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-05103/
　電解コンデンサ（極性あり）　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-03116/

回答No.6

inara1

3端子レギュレータを使って12V固定にしてもいいです。その場合、低損失型（LDOタイプ）のもの（http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00165/）を使ってください。普通の3端子レギュレータは、入力電圧と出力電圧の差が、最小で1.5Vくらいあるので、バッテリー電圧が12Vのときの出力電圧は10.5Vに落ちてしまいます（出力電圧を12Vに保持させるにはバッテリー電圧は13.5V以上必要）。低損失型の3端子レギュレータは入力電圧と出力電圧の差が、最小で0.5Vと小さいので、バッテリー電圧が12Vのときでも出力電圧は11.5Vまでしか下がりません（出力電圧を12Vに保持させるにはバッテリー電圧が12.5V以上であればいい）。

ただし、3端子レギュレータの出力を調光回路の電源とした場合、バッテリー電圧が高いほど3端子レギュレータが発熱します。バッテリー電圧が14Vのとき、発熱量（Ｗ）は (14V-12V)*電流(A) となります。1Aの電流だと発熱量が2Wになるので、3端子レギュレータに放熱器をつけなければなりません。それでもいいのなら3端子レギュレータでバッテリー電圧を12Vに落とすのがいいと思います。

基準電圧ICを使う方法というのは、ボリュームに印加する電圧だけを定電圧化するものです。この電圧が一定なら、電流制御用の2SJ334のゲート電圧が一定になるので、電源電圧の変動を受けにくくなります。基準電圧ICというのは、3端子レギュレータと同じ機能（入力電圧が変動しても出力電圧を一定に保つ）ですが、出力電圧の精度が高く（個体バラツキが小さい）、温度変化の影響も受けにくく、消費電流が小さいという特長がある反面、大きな出力電流が取り出せない欠点がありますが、ボリュームに流れる電流は非常に小さいので、ボリュームに印加する電圧を定電圧化する用途には適しています。

ボリュームに印加する電圧を定電圧化するのに3端子レギュレータを使ってもいいです。その場合、発熱はほとんどないので放熱器は必要ありません。具体的な回路は明日まで待ってください（平日は仕事なので）。基準電圧ICを使う方法と3端子レギュレータを使う方法を紹介します。

お礼

3端子レギュレーターは確かに電圧降下もありますし熱も持ちますね。
車で5VタイプをUSB電電として使用していますが、けっこうヒートシンクが熱くなりますね。

基準電圧ICというものがあるのですね。
すごく気になります。
せっかくのお休みに、すみません。

よろしくお願いいたします。