LEDの持続時間

ちょっと計算の仕方が分からないので質問させてもらいます．
1.2V 1600mAのニッケル水素電池3本を直列につないで
定格3.5V 20mAの青色LEDを接続すると何時間くらい点灯し続けますか？
できればその計算式も教えてもらいたいです．
よろしくお願いします．

No.4 ベストアンサー 回答者： anisol 回答日時： 2001/07/07 02:20

オフラインでしこしこ書いてたらまったく同じような内容の回答がされちゃいましたが(書くの遅すぎ？)、まあせっかく書いたので。

　参考URLのIF-VF特性のグラフを見てみてください。順電圧が3.5Vから3.0Vに0.5V低下しただけで、順電流は約20mAから約6mAと3倍以上変化しているのがわかると思います(縦軸は対数スケールであることに注意)。LEDに限らず、ダイオードはこのように順電圧の増加に対し、指数関数的に流れる電流が増加します。逆にいえば電流の変化に対してダイオード両端の電圧はほとんど変化しません(この性質によって、たとえば青色LEDの順電圧はいつも約3.5V、などと考えることができます。)だからニッケル水素電池を直接LEDにつなぐと、電池の放電にしたがってLEDの明るさが大きく変わるばかりか、ニカド電池やニッケル水素電池の満充電時の電圧は1.4V近くあるため、LEDに50mA以上の電流が流れてLEDの最大定格を超えてしまいます(順電圧以上の電圧をかけると電源をショートさせたのと同じことになる、といったのはそういう意味です)。電流制限抵抗をつなぐと、このダイオードの性質の影響を少なくすることができます。抵抗の値は大きければ大きいほど(電池の本数が多ければ多いほど)、電源にとっては負荷は単なる抵抗と同じに近づくので、電池の放電で大きく明るさが変化する、というようなことはなくなるわけです。

　電池の本数が6本というのは適当に言ったのですが、ものの本※には「目安として少なくともVF以上の電圧が抵抗の両端にかかるようにする」とあったので(ただしLEDの並列接続での話)そう外してもいないと思います。正確な電流制限抵抗の効果はIF-VF特性のグラフを直線スケールに直して、図式法で求めることができますが面倒でしょう。

　電流制限抵抗よりもっと望ましいのは、定電流ダイオード(CRD)を使うことです。これなら電池の放電に対して確実に明るさを一定にできます。電池の本数も4本ぐらいでいいみたいです。秋月電子では白色LEDを買うとCRDがついてました。

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参考URL：http://www.toyoda-gosei.co.jp/led/html/29.html

この回答へのお礼

ご丁寧な説明ありがとうございます．
おかげさまで理解することができました．
LED，電子回路の奥の深さを痛感いたしました．

お礼日時：2001/07/07 05:50

No.3 回答者： tocoche 回答日時： 2001/07/07 00:37

１．２Ｖのニッケル水素電池でも、満充電時は１．４Ｖぐらい出ています。

　すると５Ωの抵抗では（４．２－３．５）／５＝　１４０ｍＡの電流でＬＥＤが切れる恐れがありますので、電圧変化の影響が大きくならないよう、電池を多くしたほうがいいと思います。
電圧変化：（（１．４×ｎ）－３．５）／（（１．２×ｎ）－３．５）：　ｎは電池の本数　　とすると
ｎ＝３のとき７倍、ｎ＝４のとき１．６倍、ｎ＝６のとき１．３倍となります。

「電池を多くすると抵抗にかかる電圧ばかり増えてなんだかもったいない」というひとには、抵抗のかわりに定電流ダイオードを使うことをおすすめします。　定電流ダイオードを使うと電圧が変動しても、一定の電流をＬＥＤに流してくれます。　定電流ダイオードは電圧降下：０．２Ｖでも電流が流れますが、定電流効果を出すには少し余裕をもって、電池４本がいいと思います。

定電流ダイオードってどこで買うのか？　残念ながら私は単体で買ったことがありません。　秋月電子の高輝度ＬＥＤに付いてきたものを使ってました。

この回答へのお礼

ありがとうございます．
さっそく秋葉にいって定電流ダイオードを買ってきたいと思います．
今まで，抵抗だけで調節していたので，定電流ダイオードの存在を初めて知りました．(恥ずかしながら・・・)
質問して良かったと思います．

お礼日時：2001/07/07 05:56

No.2 回答者： anisol 回答日時： 2001/07/05 23:44

ちょっと注意を。

電源にLEDを直接つないではいけません。
LEDは要はダイオードなので、LEDの順電圧以上の電圧をかけると、電源をショートさせたのと同じことになります。
電流制限抵抗を入れましょう。その場合、特に青色LEDは順電圧が高いので、1.2Vの電池3本では不足です。4本以上、6本ぐらいは必要だと思います。電源電圧が決まったら、
電流制限抵抗の値=(電源電圧-LEDの順電圧(この場合3.5V))/(順電流(この場合20mA))
で電流制限抵抗を決めます。
電源電圧が充分に高い場合、下の式が適用できます。
そうでない場合、…ちょっと今わかりません。ごめんなさい。

この回答へのお礼

ありがとうございます．
3.6vの電源に対して定格3.5VのLEDをつなげるので
(3.6-3.5)/0.02＝5
で本当は5オームの抵抗を入れなければならないということは
知っているのですが，
電池が4本以上，6本くらいは必要というのが理解できませんでした．
もし電池を6本でこのLEDを点灯させるには185オームの抵抗が必要になりますよね．
実際のところ電池3本でもLEDは点灯するのですがやはり問題があるのでしょうか？

お礼日時：2001/07/06 22:24

No.1 回答者： denden_kei 回答日時： 2001/07/05 22:29

単純計算では、

1600mAh/20mA=80hour, 80時間ということになります。
細かい要素を無視した計算ですが...。

この回答へのお礼

ありがとうございます．
やっぱりその計算式でいいですよね．
自分でも約80時間かなとも思ったのですが，想像していた時間より短かったので
自信がなかったです．

お礼日時：2001/07/06 22:18