市販の9V乾電池でLEDを光らせる

質問

電気の知識が乏しいため質問したいのですが、市販の9Vブロック型アルカリ電池で、赤色の5mmLEDを50個ほど点灯させることは可能でしょうか。またその際、だいたい何時間くらい点灯させることができるでしょうか。
回答にいたるまでの簡単な考え方も教えていただけると幸いです。

回答No.6

tadys

赤色LEDということなので、Vf＝1.9Vとして10mA流すとするとLED50個の消費電力は0.95Wになります。
9Vの電池から0.95Wを取り出すには100mAの電流が必要です。
実際には100mAも流すと電池の端子電圧が低下するのでもっと沢山の電流が必要になります。
電流が増えると端子電圧が低下してさらに電流が増えるという悪循環になります。
さらに、LEDのドライブ回路により損失が発生するのでもっと沢山の電流が必要になります。
ドライブ回路を工夫すると効率を90%ぐらいには出来るでしょう。

こちらの資料によると9Vの電池から100mAを取り出すと寿命は1.8時間程度です。（終止電圧7.2Vの場合）
http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf2/AAC4000/AAC4000CJ26.pdf

端子電圧の低下とドライブ回路の効率を考えると良くて50分程度、ドライブ回路を抵抗や定電流ダイオードで済ませたら30分は持たないんじゃないかな。

お礼

回答ありがとうございます。

エネルギーのロスをできるだけ少なくすることが大事ですね。
それでも数時間がせいぜいというのは、ちょっと残念でもありました。

回答No.5

ungi4

赤色LEDは必要な電圧が他の色に比べて低く、実力で1.5V程度で足りるものが多いです。
電源が9Vなら
LED 5個と電流制限抵抗を直列接続したものを１本として、
これを10本並列接続すればLEDは計50個です。

LED を点灯させる電流は、モノや明るさにもよりますが、仮に5mAとしましょう。

LED5個と抵抗1個を直列に繋いだ１本に5mAを流す為の抵抗値は
R=E/I=(9-(1.5x5))/0.005=1.5/0.005=300[Ω]
全電流は10本並列なので、0.05[A]x10[本]=0.05[A]

これで一応点灯はできます。ただし乾電池は
電圧が徐々に下がります(正しく言うと内部抵抗が大きくなっていく)
上の設計だと電圧が下がるに従い暗くなり、7Vだと完全に消えます。
(実際はLEDの特性のバラツキなどの要件により異なります)

006P(直方体型9V乾電池の名称です)には、1.5Vの乾電池セルが6個、直列に繋げられて
容器に収められています。あの小ささに6個なので、容量は小さく、大電流にはあまり向きません。

http://einstlab.web.fc2.com/Battery/006P.html
の実測データによると、180Ω(つまり9V時に50mA)で放電させると6.56時間で7Vまで下がります。

LEDの繋ぎ方を、5x10 でなく 4x12(2個あまる)として、電池電圧がもっと下がってもいいように
変更すると、合計電流は増えるものの点灯時間は少しは延長できると思います。

お礼

回答ありがとうございます。

わかりやすく解説していただき、ありがとうございます。参考になりました。

回答No.4

noname#215107

赤色LEDの場合Vfが２．１V程度だと思いますので４個直列で点灯できます。
例えば、それを12組並列につなげば、4×１２＝48個となりますが、
低消費電流の高輝度LEDを使うとして、仮に５ｍA流せばよいとすると、5×12＝60mA流す必要があります。
LEDのVF合計2.１×4＝８．４V程度。
一方、９Vの００６P電池は、内部抵抗が大きく、なんと２０Ω以上あります。
LEDのVfを考慮せず60ｍAの電流を流そうとすれば、電池の電圧が7.8V以下に下がるため、LED点灯に必要なVｆに達せずLEDを繋いでも点灯しない計算になります。

また回路を工夫して、昇圧回路や定電流回路を組んだ場合でも、００６Pでは容量が少なすぎるため、点灯時間は数分ではないかと思います（←持続時間については、計算による根拠はありません）

お礼

回答ありがとうございます。

9V電池は内部抵抗が大きいのですね。
9V電池のことをはじめて調べ、中に電池が6個入っているものだと知り少し驚きました。

回答No.3

inara1

赤色LEDに流す電流を20mA程度とした場合、添付図のような配線で48個を光らせることができます。

「赤色LED4個と47Ωの抵抗を直列に接続したもの」を12本並列に接続して電源電圧を9Vとすれば、それぞれのLEDに20mA程度の電流が流れます。「赤色LED4個と47Ωの抵抗を直列に接続したもの」には20mAの電流が流れ、これが12本あるので、電源から流れ出す電流は12×20mA=240mAになります。

電源に9Vのアルカリ電池を使った場合、ここ
http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf2/AAC4000/AAC4000CJ26.pdf
の1ページ目にある「定電流連続放電（20℃±2℃）」のグラフを見ると、横軸の電流が240mAのところ（曲線の右下端）で0.3時間（18分）から1.3時間くらいになっているので、電池の持ちはこれくらいの時間になります。

グラフに書かれた「7.2V」などの数値は、「電池の電圧がその電圧にまで下がったときに電池がカラになったことにする」という意味です。電池の電圧が9Vから7.2Vまで下がるとLEDは暗くなりますが、6Vまで下がるとほとんど光らなくなるので、そのときを電池寿命とするなら1時間20分くらいは点するはずです。このグラフは周囲温度が20℃付近のもので、低温になると電池寿命はもっと短くなるので、屋内で光らせたときの目安と考えてください。

お礼

回答ありがとうございます。

想像よりも持ち時間は短かったです。具体的なデータを示していただきありがとうございます。

回答No.2

remokon

頭の中で考えると、こうなります。
内容を保証するものではありません。

LEDに必要な電圧が3Vとします。

9Vの電池で3Vが必要なLEDを直列に繋ぐとすると、

・9Vの電池に3VのLEDが一個　→　9-3 = 6Vが無駄になる。具体的には電流制限抵抗を流れる電流が熱になって逃げる。

・9Vの電池に3VのLEDが二個　→　9-6 = 3Vが無駄になる。具体的には電流制限抵抗を流れる電流が熱になって逃げる。

・9Vの電池に3VのLEDが三個　→　ピッタリですが、電池の電圧が少しでも9Vを下回ると、LEDが全く光らなくなります。

電流制限抵抗の説明は割愛します。

以上の結果、LED二個直列がいいかもしれません。

この二個直列を一組として、25組みを用意し、それらを並列に繋げば50個のLED点灯となります。

持続時間については、電池にmAhやAhという単位で数字が書かれている場合があります。例えばLEDが10mAなら、25 * 10 = 250mAが流れます。その数字がx[mAh]で、期待できる持続時間をy[h]とすると、

　x[mAh] = y[h] * 250[mA]

です。

なお、机上の計算と実際は異なります。実際は半分、と考えて下さい。

お礼

回答ありがとうございます

2つ直列を25組ですか。参考になります。
また、電池の持続時間についても計算式を教えていただき、ありがとうございます。

回答No.1

Saturn5

結論からいうとできるけどちょっと難しいです。

ＬＥＤは製品によって定格電圧の幅が違います。
たとえば、２．４－２．８Ｖとか、３．２－３．６Ｖとかの製品があります。
電圧その範囲内になっていれば点灯可能ですので、可能と言えば可能です。
しかし、ＬＥＤは電球などと比べて電圧の許容範囲が低いのが通例です。
ですから、９Ｖ電池のような不安定な電源で、その範囲の安定した電圧を
作ることが難しいのです。

お礼

回答ありがとうございます

電池でLEDを光らせるのは思ったより難しいようですね。ありがとうございます。