LED電球の入力電流と消費電力の関係について

質問

市販のLED電球を買いました。
パッケージを見ると、「定格消費電力0.8W」「定格入力電流0.009A」となっており、オームの法則P=IEが成り立っていないように見えますが、これはなぜでしょうか？電源電圧のAC100VをLEDが点灯するのに要する数ボルト(?)に落とす回路が入っていて、その中で「何か」が起きているのでしょうか？（当方、理系の学校は出ていますが機械屋のため電気にはあまり詳しくありません。）

回答No.6

cwdecoder · ベストアンサー

No.2です。あくまでも素人の知識です。

>LEDを実用的に点灯するためには抵抗だけで電圧を下げただけではダメで、定電流回路（だったかな？）がないといけないらしく、
>多分その中にコンデンサなどが入っているらしいです。

電圧が一定なら低電流回路をわざわざ入れる必要はありません。
東芝のLED電球を分解して回路図を起こした人がいます。
https://blogs.yahoo.co.jp/qnapd/28681542.html
ページの中ほどに起こした回路図が載っています。
左のブリッジダイオードは全波整流を行いますがその直後にチョークコイルとコンデンサが入っています。これはチョークインプット型平滑回路と呼ばれており、ここでも位相の遅れが発生します。

お礼

最初に「力率」というものを提示し、また実機の回路を解析された例を発見して下さり、簡潔な説明をしていただけましたのでベストアンサーとしたいと思います。他にもご回答を下さった皆さんも、有難うございました。

補足

そのwebサイトを拝見した所、
＞AC100Vをブリッジダイオードとコンデンサで直流にし、それをトランス（インダクタンス）と ICで スイッチング制御して、LEDに流れる電流を制限しているのかな。
と書かれているので、やはり定電流回路ではないでしょうか。いずれにせよコンデンサとトランスがあれば力率に影響するのは当然ですね。

回答No.7

sirasak

回答頂いたLED電球を分解した記事の回路図を、私見では、
AC100V入力のC1(0.1uF)で力率改善とノイズ防止を兼用して、
ブリッジ整流後チョークコイル820uFと6.2uFの平滑回路で
DC100数Ｖを作ってからスイッチングＩＣに供給しているように見えます。
回路上で位相遅れが出るのをC1で力率改善していると思います。

人の残像効果を利用して小電力で輝度を大きくできるスイッチングICから
LEDをパルス点灯して能率良く必要な輝度を上げていると思います。
効率が必要でない場合でない場合はＤＣだけで良いので、
なるほど市販LED電球はそうなっているのかと勉強になりました。
ありがとうございます。

補足

回路の中身までの話になるとサッパリ分からないので情けないですが、コンデンサやコイル、トランスも入ってるので力率が変わるのは理解できました。LED電球は単なる点灯電圧を合わせるだけではダメで、結構難しいものだと知りました。

回答No.5

fujiyama32

＞オームの法則P=IEが成り立っていないように見えますが、
＞これはなぜでしょうか？
直流回路の場合は、P=I×Eが成り立ちますが、交流回路には
力率：cosθ(％)と称する係数があり、次のように計算します。
P=I×E×[cosθ(％)／100(％)]
ただしcosθ≦1.0(1.0または1.0より小)
また、抵抗器(ヒータ・白熱電球など)の場合1.0ですが、モーター
(扇風機)などは0.8とか、小型モーターになりますと0.6程度の機種
もあります。
なお、P=I×E×[cosθ(％)／100(％)]で計算した値は有効電力(単位：W)
と称します。

更に、P=I×Eで計算された値は「皮相電力(単位：VA)」と称しています。
通常は電源トランスなどの必要容量を検討する場合に用います。

示された写真のLEDランプの力率は
P=I×E×[cosθ(％)／100(％)]
の式を次のよう変換して計算できます。
cosθ(％)＝{P／[I×E]}×100(％)
cosθ(％)＝{有効電力(W)／[定格入力電流(A)×電源電圧(V)]}×100(％)
cosθ(％)＝{0.8／[0.009×100]}×100(％)
cosθ(％)＝88.9(％)
と計算できます。

なお、LEDランプの内部には半導体回路が組み込まれていますが
原理的な回路のみですと力率が悪いので、力率を改善する回路を
合わせて組み合わせている機種が多くなっています。

補足

力率のことは考えていませんでした。力率が関係するのはモーターがある回路だけと思い込んでいたのですが、コイルやコンデンサが存在する回路でも力率を考慮しないといけないのですね。LEDを実用的に点灯するためには抵抗だけで電圧を下げただけではダメで、定電流回路がないといけないらしく、多分その中にコンデンサなどが入っているのでしょう。

回答No.4

sirasak

「定格消費電力0.8W」と言うことは、AC100Ｖ電圧で電流が0.008Aなのに、「定格入力電流0.009A」となっているのは0.008A/0.009A=0.89%の力率で、0.9Wの電力で0.8WしかLED電球が消費しないのだと思います。
残り0.1Wは位相遅れで発電所の電力無駄になるが、ユーザーは0.8Wの電気代しか払わないはず。
沢山の電気を使う所には電力会社から力率改善を要求される。
電源がDCでは完全にオームの法則P=IEが成り立つのですが、
電源がACの場合には回路中にコイルやコンデンサーがある場合に位相が遅れたりして無駄な電力が生じてそれを力率と言います。
電源電圧のAC100VをDC数ボルト(?)に落とす回路がスイッチング回路の場合に高周波トランスなどで位相遅れが出てもコンデンサーで改善しているはず。
LED点灯回路も種々あるはずで、単純にダイオード整流と抵抗だけの照明器具の場合に力率が関係するのか？とか疑問になります。
私も機械系のため強電は詳しくなく間違いあるかもの参考意見です。

補足

交流の場合は力率を考慮するのを忘れてました。LEDを実用的にするにはただ単に抵抗で電圧を下げればよいというものではなく、ある電圧以上にならないようにするには定電流回路が必要で、恐らくその中にコンデンサが入っているのでしょう。

回答No.3

yuki_n_y

内部にダイオードブリッジ回路等が入っていて
ACをDCにするほどではないですが、ACに方向性を持たせている回路等の
消費(抵抗)が0.001A
定格消費電力0.8W割る100Vは0.008A
入力電流0.009A、入口の一般100Vの電流値、これに時間をかけると電気代等が出てきます

「LEDランプ構造」で調べると良く分かると思います

補足

付属する回路の消費電流があるとしても、パッケージに書かれているのはLED機器全体としての入力電流であり消費電力であると思います。ので、単純な足し算ではなく、他の方が言われるように力率というものが効いているのだと思います。

回答No.2

cwdecoder

私は理系の学校を出たわけでも電気、電子関係の職業でもないので、以下は一般的な知識です。

交流の場合、オームの法則に少しアレンジする必要があります。
単相交流の場合、
消費電力＝電圧✕電流✕力率 となります。
力率は０～１の間の値を取り、これは負荷回路のコイル成分やコンデンサ成分によって変動します。これは電圧に対する電流の位相の差を示す値で、LED電球に内蔵された整流回路や降圧回路のコイル成分や容量成分、整流ダイオードが持つ逆電圧時の容量成分も影響します。

補足

力率のことは考えていませんでした。力率が関係するのはモーターがある回路だけと思い込んでいたのですが、コイルやコンデンサが存在する回路では力率を考慮しないといけないのですね。LEDを実用的に点灯するためには抵抗だけで電圧を下げただけではダメで、定電流回路（だったかな？）がないといけないらしく、多分その中にコンデンサなどが入っているらしいです。

回答No.1

kuro804

おはようございます。
おそらく電圧はＡＣ定格１００Ｖの正弦波なのでしょうが．．．
消費電流の波形が正弦波ではないのでしょう。
ＬＥＤそのものは直流で動作しますので、内部に交流から直流に変換する回路がはいっています。
このため、入力の電流波形が正弦波ではなくなるのが原因でしょう。
以上、７割程度の確信でーす。

補足

LEDは文字通りダイオードなので、交流を直流に整流しなくても点灯することは可能だとは思いますが？？たとえ波形が正弦波でなくなったとしても実効値で考えればオームの法則は成り立たないとおかしいですよね。