回路中におけるLEDの並列接続について

Question

検索してもズバリ答えのあるサイトが見つからないので質問させていただきます。
見づらくて申し訳ないですが以下回路例です。
■：抵抗　○：LED

――■―■―○―○―○―○――

このような回路で問題なく動作しているとします。■は同スペックとします。
これを

――■┬○―○―○―○┬――　のように、
　　　　└○―○―○―○┘　　　LEDだけ並列に接続しました。

回答は、
(1)Vfを実測した上で各列が等しくなるように組んだとき、動作・寿命（電池・LED）等には問題ありますか？
(2)列ごとに偏りがあった場合、動作・寿命（電池・LED）等はどうなりますか？
の二つお願いします。

キルヒホッフの法則からして、動作には問題ないとは思うのですが、
理論上と実際がどうなのか知りたいです。
偏りがあった場合、光量がちがう以外には不具合ないとは思うのですが。。。

わかる方がいましたら、回答をお願いします。

mtaka2 · Accepted Answer

素子の特性を考えれば、「綿密なＶｆ測定と改良をすれば可能」なんて断じて言えません。
厳密に測定したところで、並列にするそれぞれの直列LED群の合計Vfを「厳密に一致させる」なんて不可能です。
また、たまたま今は揃っていても、経年変化で今後Vfがずれてくることもあります。

で、Vfがずれてると、電流がバランスよく分配されなくなります。(Vfが低い方に多くの電流が流れる)
直列LED群ごとの電流はばらばらで、その電流を制御することができません。

人間の視覚上は、ちょっとぐらい流れる電流がずれても明るさの違いはわかりません。たぶん電流が1～2割ぐらい違っても、明るさの違いは認識できないでしょう。
でも、寿命の点では、多く電流を流しているLED群の方が確実に早く劣化します。

ネット上で、よく「電圧をぴったりと合わせれば抵抗は不要」なんて記述を見かけますが、はっきりいって論外ですね。

どういう配線にしようとしているのかわかりませんが、たった抵抗1本をケチるために、それだけのリスクを追うというのは割に合わないです。
直列LED群のそれぞれに抵抗を入れるのであれば、個々の抵抗に流れる電流は減りますから、耐電力の少ない小型の抵抗が使えるようになります。
抵抗を通さずに並列に接続しようとしている配線部分に、代わりに抵抗を仕込んだ配線にすることはそう難しくないと思います。

OM2006oga · Answer

回答とはずれますが、私の経験を述べさせていただきます。私の趣味は登山です。ＬＥＤのヘッドランプを山に持って行ったのですが、電源スイッチがオン／オフボタン形式になっていて、リックの中でボタンが何かに押されてスイッチがオンになってしまい、いざ使用する時には乾電池内の電気はゼロ、ということが数回ありました。それ故電源スイッチが回転式である古いヘッドランプの白熱ランプを取り除いて、秋葉原で購入した６０円／個の白色ＬＥＤ２個をパラに、直結（シリーズ抵抗などはなし）で取り付けました。電源は１．５Ｖ単３乾電池２本です。一度山で使用しましたがＯＫでした。ただし明るさは白熱ランプの時と同じくらいだったのですが、他の人のＬＥＤヘッドランプがもっと明るいので、ＬＥＤを３個に改造しようと考えています。なお、登山者の中にはＬＥＤヘッドランプの乾電池をはずして持って行き、使用する時に乾電池を入れるという涙ぐましい努力をしている人もいます。質問とは大幅にずれた内容で失礼しました。

xs200 · Answer

#3への回答です。
簡単にするために
　　Ｒ　Ｄ１
――■┬○┬――
　　　└○┘　　　
　　　　Ｄ２
こうしましょう。
データシートからIfは20mA, Vfは3.0Vとします。
ところが実際にはIf=20mAの時のD1のVfは3.0V, D2のVfは3.2Vでした。
D1およびD2にかかる電圧は並列ですから3.0Vにしかなりません。
もしVfが3.0Vの時にD2のIfが2mAだとすると40-2=38mAの電流がD1に流れてしまいます。こうしてD1が破壊されます。D1が破壊されると、次に全電流がD2に流れます。今度はD2が破壊されます。
実際には非線形ですからこうなりませんが簡単に説明するとこんな感じです。
ですので電流制限素子は外せません。繰り返しになりますがLEDは電流で制御することを理解してください。
Vf-If, 温度, MTBFなど特性がクローンみたいに同じならいいでしょうが、そんなものはありません。また選別する手間をかけるなら抵抗1本入れる方が早いです。

――■┬○―○―○―○┬――
　　　└○―○―○―○┘　　　
でLEDを1個はずして電流値がどうなるか実験してみてください。

xs200 · Answer

VfのばらつきでLEDが壊れることがあるので並列にしたいのならこうしてください。■を定電流源にすると安定します。LED1つに抵抗1つなんて効率の悪いことはしません。

―┬■―○―○―○―○┬――　
　┴■―○―○―○―○┴

LEDが電流駆動であることを理解していれば
――■┬○―○―○―○┬――
　　　　└○―○―○―○┘　　　
はできません。

LEDの寿命は長いので全部直列にしたいですが、必要な電圧が高くなるし、並列にすれば電流制限素子が増えるし、どう設計するかでしょう。

それから大手企業であれば、LEDメーカーがVfをそろえてくれるサービスをしてくれます。

noname#81590 · Answer

理論的に問題があります。Vfの電流特性は電流が大きくなればVfが大きくなる方向でしょうからバランスする方向でいいのですが、温度特性は温度が上がるとVfが小さくなる方向だったんじゃないかな。そうするとこれはアンバランスを増幅する方向です。

　Vfの合計がわずかでも違えば、Vf合計が高い列はまったく電流が流れないはずです。実際には点灯して電流が流れた側は電流によってVfが大きくなり、2列のVfは等しくなります。ただそのとき流れる電流にはばらつきが生じ、つまり輝度にもばらつきが生じます。このような製品は、輝度バランスにも、歩留まりにも、経時変化にも不安があります。

　ところが、私がこのような製品を見た事がありますよ。先祖が二股電球を発明した電器メーカーの自動車部品で、これに類することをやっていました。ばらつきが出るのではないかと問うと、大丈夫だよとにやにやしていました。わが社のLEDは非常に特性が揃っている、とでも言うんでしょう。

ORUKA1951 · Answer

ありえない回路ですが、なにか目的があるのですか？
　発光ダイオードは基本的に非線形素子ですからキルヒホッフの法則はつかわないと思いますが・
　そもそもLEDは順電圧で、制限抵抗によって電流を制限してつかうものです。ですからひとつひとつのLEDに個別に直列に抵抗を接続して、それをひとつの素子として使うものです。
　LED自体をひとつの制限抵抗に直列に接続するとひとつ飛んだらみな消灯します。LEDは電圧検知器だと考えると電圧計を直列に繋ぐようなものです。
(1)Vfを実測した上で各列が等しくなるように組んだとき、動作・寿命（電池・LED）等には問題ありますか？
　動作に問題あります。(説明済み)
　寿命（親亀こけたら皆こけた・・最短の寿命のもの）
(2)列ごとに偏りがあった場合、動作・寿命（電池・LED）等はどうなりますか？
　ひとつひとつについて(1)と同じ、悪いことにひとつの列が流れなくなったら、残ったほうに過大な電流が流れるのでは？
[理由]、抵抗に流れる電流が減るので抵抗による電圧降下(E=IR)が小さくなり、結果的にLEDの両端電圧は上昇する(オームの法則)

 何の目的の回路ですか？・・それによったら異なる回答になるかも

回路中におけるLEDの並列接続について

素子の特性を考えれば、「綿密なＶｆ測定と改良をすれば可能」なんて断じて言えません。

回答とはずれますが、私の経験を述べさせていただきます。

#3への回答です。

VfのばらつきでLEDが壊れることがあるので並列にしたいのならこうしてください。

理論的に問題があります。

ありえない回路ですが、なにか目的があるのですか？

この回答への補足

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　理論的に問題があります。