LED栽培の回路図

LED栽培の回路図
室内でLED栽培をしてみようと考えています。どうせなら自作してみようと考え、回路設計を試みましたが、何分ノウハウが全くないので、困っています（添付画像）。

例えば順電圧1.8～1.9V(20mA)のLEDを使用し、適当なアダプタ（出力15V/1A)を使用するとします。
以下のように考えましたが、この考え方でよろしいでしょうか？

（回路図の説明）
15Vだと8個直列に繋ぐと個々のLEDには1.875V 電圧がかかります。これで電圧に関しては1.8～1.9Vの範囲内に収まります。仮にこのとき20mA 電流が流れるとすると、アダプタは電流は1Aまで出力できるので、1÷20mA = 50で、50個まで並列つなぎできるということになります。


またコンデンサや抵抗など他パーツを、適所に使用したほうがいいのでしょうか？
アダプタは家に余っているものを適当に使用したいと思っていますが、選び方などありますでしょうか？
他に何か留意点などありましたら、ぜひともご教授ください。

あとLEDは連続照明するよりも、パルス駆動のほうが成長にはいいらしいです。後々はそれも試してみたいと思っていますが、何か良いアドバイスなどありますでしょうか？

よろしくお願いします。

No.10 回答者： inara1 回答日時： 2010/11/07 10:54

この質問はこのままにしておいて、正常動作しないときに追加質問してください。

ときどき見に来ます。

この回答へのお礼

ありがとうございます。そうさせていただきます。近くに店がないのでパーツ購入と組み立てとで、少し時間がかかってしまいますが、随時ご報告させていただきます。

お礼日時：2010/11/07 16:21

No.9 回答者： inara1 回答日時： 2010/11/06 18:06

発光時間 a と発光周期 b の正しい式を添付します

a = 200μs、b = 400μs、C = 0.01μF のとき、計算では R1 = 0 、R2 = 28.9kΩ になりますが、R1 = 0 だと NE555 の 7pin に大電流が流れるので、R1 ≧1kΩとしてください。R1 = 1kΩ、R2 = 27kΩ、C = 0.01μF のとき a = 187μs、b = 381μs になります。 0.01μF は [4] のような積層フィルムコンデンサが良いでしょう（極性はありません）。

[4]　0.01μF（積層フィルムコンデンサ）　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-03201/

ACアダプタはここ（http://akizukidenshi.com/catalog/c/c15v/）から選ぶといいです。最大出力電流が 3A というのもありますが、その80%くらいの電流（2.4A）未満で使ったほうが良いようです。

この回答へのお礼

何から何まで本当にありがとうございます。少し時間がかかるかもしれませんが、一度これで組み立ててみます。素晴らしいアドバイス本当に助かりました。

お礼日時：2010/11/06 21:54

No.8 回答者： inara1 回答日時： 2010/11/06 14:43

DIPスイッチを使って、点灯するLEDの数を変える回路を添付します（赤色LEDでの例）。

極力簡単にするため、ロジックICは使わない回路にしました。

点線で囲んだ回路が１つのユニットになります。このユニッには10列（A～J）のLEDがあり、DIPスイッチによって、発光パターンを11種類変えられます。
　　（１）　DIPスイッチの 1・2・3・4 を全てOFF → 全てのLEDが消灯
　　（２）　DIPスイッチの 1 をON、2・3・4 をOFF → A列だけ点灯
　　（３）　DIPスイッチの 2 をON、1・3・4 をOFF → B列とC列（2列）が点灯
　　（４）　DIPスイッチの 3 をON、1・2・4 をOFF → Ｄ列～F列（3列）が点灯
　　（５）　DIPスイッチの 4 をON、1・2・3 をOFF → G列～J列（4列）が点灯
　　　　　　　　・・・・
　　（１１）　DIPスイッチの1・2・3・4 をON → 全列（10列）点灯
このユニットを複数接続すれば、１つのDIPスイッチで複数のユニットの発光パターンを変えられます（同じパターンになりますが）。
ULN2002というのはオープンコレクタ型のインバータで、ULN2002の入力が15Vのときに出力が0Vになり（LEDが点灯）、入力がオープンまたは0VのときはLEDは点灯しません。赤色LEDと青色LEDでそれぞれのユニットを作り、別のDIPスイッチで異なる発光パターンとすれば、いろいろな比率で発光させることができます。

DIPスイッチ 4P　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-00586/
トランジスタアレイ ULN2002AN （5個入り200円）　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-04027/

青色LEDは、動作電圧が3V～3.6Vと大きいので、直列接続できるLEDの数は3個程度になります。電流制限抵抗は以下の式で計算できます。
　　抵抗（Ω） = ( 15V - 直列数×3V )/動作電流(A)
動作電流が 20mA = 0.02A 、直列数 3 のとき、R = 300Ωになります。動作電流が大きなLEDを使うと、出力電流の大きなACアダプタが必要になるだけでなく、電流制限抵抗の発熱も大きくなります。、電流制限抵抗の発熱量は
　　発熱量(W) = LEDの動作電流(A)^2×抵抗値（Ω）
で計算できます。動作電流が 150mA = 0.15A 、直列数 3 のとき、R = 40Ωになりますが、この抵抗の発熱量は 0.9W と大きいので、許容電力が 2W 程度のものが必要となります。

No.7 回答者： inara1 回答日時： 2010/11/06 09:12

青色LED（CT-L1030BC）は動作電流が 20mA でなく 150mA ですが、このLEDで正しいでしょうか。

これを使うと、15V電源のとき、LEDを3個直列にして、電流制限抵抗を 40Ω とする構成になります（4個直列+20Ωだと Vf のばらつきの影響が大きい）。この１回路で 150mA の電流が必要なので、出力電流 1A のACアダプタを使った場合、それを6回路並列にした、計 18個の LED しか点灯できません。赤色LEDは、出力電流 1A の同じACアダプタを使った場合、7個直列の回路を50回路分、計350個の LED が点灯できます。

赤だけ点灯、赤：青＝１０：１の割合で点灯、赤：青＝５：１で点灯の３パターンをディップスイッチ等で切り替えられる回路は今考えていますが、LEDを直列にした回路ごとにトランジスタを入れる構成になるので、配線がかなり複雑になりますが大丈夫ですか？トランジスタはこれ（http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00881/）を使えば20個入りで100円と安価です。またデジタルICも使います。ここ（http://www.sengoku.co.jp/）で売っているものになりますが部品の入手は大丈夫でしょうか。

青色LED（CT-L1030BC）は、150mA の電流を流したときの光束は 4 lm ～ 7 lm とばらつきがありますが、この光束と波長（457nm～460nm）から計算すると、1秒間に出てくる光子数は 1.2×10^17個～2.2×10^17個 になります。

赤色LED（SDL-5N3KR-A）は主波長が 660nm と、赤色LEDとしてはかなり長波長ですね（植物育成に適しているようですが）。指向角度（30度）と正面光度（0.9cd～2.5cd）から、光束は 0.27 lm ～ 0.75 lm になります。この光束と波長（660nm）から、1秒間に出てくる光子数は 1.8×10^17個～5×10^17個 になります。

明るさのばらつきが大きいので正確な比率は出ませんが、光子数を同じにするには、赤色LED(20mA)が1個に対して、青色LED（150mA）が2個という比率になると思います。

ここの青色LED（http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-01322/）は、 20mA での光束（計算値）は　4.5 lm ～ 7.6 lm と、CT-L1030BC とほぼ同じです（波長が470nmと少し長い）。これを使えば、出力電流 1A のACアダプタを使った場合、3個直列の回路を50回路分、計150個点灯できます。

No.6 回答者： inara1 回答日時： 2010/11/05 06:15

＞正確には光量子束密度の比率

光子数ですね。赤と青のLEDの型番は分かりますか。データシートにLEDの光束（ルーメン単位）が出ていれば光子数を計算して、必要なLEDの個数比を出してみます。

この回答へのお礼

何から何までありがとうございまう。ＳＤＬ－５Ｎ３ＫＲ-A
以下のサイトにある　ＳＤＬ－５Ｎ３ＫＲ-A（赤色LED),ＣＴ－Ｌ１０３０ＢＣ（青色LED)を使用しようと思っています。もしくは他にお勧めのLEDパーツはありますか？

http://www.temkon.com/led/led-2/led-2.htm

よろしくお願いします。

お礼日時：2010/11/05 18:19

No.5 回答者： inara1 回答日時： 2010/11/04 19:47

＞パルスは周期 400us, パルス幅 200us

そのようなパルスを作るための R1 と R2 と C の計算式を後でお知らせします（ANo.3 の式に間違いがありましたので修正します）。平日は仕事で時間が取れないので土曜まで待ってください。

＞赤だけ点灯、赤：青＝１０：１の割合で点灯、赤：青＝５：１で点灯の３パターンをディップスイッチ等で切り替えられるようにしたい
この比率はLEDの個数の比率ですね？
青色LEDの動作電圧は 3.4V から 3.6V と、赤色LEDよりもかなり大きいので、直列接続でのLED数は4個になります。発光数の比ををディップスイッチ等で切り替えられるようにすることは可能です。少しお時間を下さい。

この回答へのお礼

＞この比率はLEDの個数の比率ですね？
正確には光量子束密度の比率だそうです。今回は単純に個数の比率で考えようと思っています。

何かとご丁寧にありがとうございます。お手数をおかけしますが、よろしくお願いします。

お礼日時：2010/11/04 23:05

No.4 回答者： KEN_2 回答日時： 2010/11/03 20:55

ANo.1 です。

細部の追加補足説明します。
1.LEDの色により発育状況が異なるようです。
>順電圧1.8～1.9V(20mA)のLEDを使用し・・・
から推定して、赤色LEDと思われます。
LEDは赤色よりも光源は赤色光と青色光の合成が良いそうですので、白色LED使用がよさそうです。
注意点；
赤・橙色：Vf；1.9Vから1.95V
白・青色：Vf；3.1Vから3.3V　と電圧とバラつきを注意してください。
（白色LEDでは、３個か４個の直列接続となります。）
下記の「【質問】14.4V電源で・・」を参照ください。
http://www.audio-q.com/kousaku.htm#m-5

>またコンデンサや抵抗など他パーツを、適所に使用したほうがいいのでしょうか？
最低限でも電流制限抵抗は適切な値を挿入してください。

2.適当なアダプタ（出力15V/1A)
>アダプタは家に余っているものを適当に使用したいと思っていますが、選び方などありますでしょうか？
負荷による電圧変化が大きいのと、定格電流1Aで常時使用すると発熱しますので7割～８割程度以下の電流で使ってください。

3.>何か留意点などありましたら、ぜひともご教授ください。
先の「◆ LEDの配線方法」を良く熟知して検討ください。
http://www.audio-q.com/kousaku4.htm

4.>LEDは連続照明するよりも、パルス駆動のほうが成長にはいいらしいです。後々はそれも試してみたいと思っていますが、何か良いアドバイスなどありますでしょうか？
白色LEDの照射光によるパルス光照射でも、生育がうまくいくのか
時間幅200μｓ前後の短い間隔の明暗周期をつけても良いようですね。
パルス点灯をさせる回路を紹介されていますが、初心者には難解な部分もあるので、LED照明部分のみでも先に実現されたらと考えます。

下記にノウハウを紹介したサイトがあります。ご検討ください。
LED栽培　 植物栽培用光源　
http://www.sasrc.jp/kougen.htm
http://www.sasrc.jp/pulse.htm
http://www.agriphotonics.com/

この回答へのお礼

ありがとうございます。赤(波長：660nm)と青（波長：45nm)がいいみたいですね。サイトのご紹介ありがとうございます。勉強させていただきます。

お礼日時：2010/11/04 22:59

No.2 回答者： inara1 回答日時： 2010/11/03 09:17

LEDを8個直列にして15VのACアダプタにつなぐと、LED の VF のばらつきや、ACアダプタの出力電圧の変化によって、LED に流れる電流が設計値から大きくはずれてしまいます。

添付図の右側のように、LEDを8個でなく、 7 個直列にして、さらに直列に 100Ω の抵抗を入れてACアダプタにつないでください。こうすれば、VF がばらついても、ACアダプタの出力電圧の変化しても、LEDに流れる電流は大きく変化しません。

添付図のグラフは、VF が 1.9V の LED と 1.8V のLEDを使った場合に、ACアダプタの電圧に対するLED電流の変化をシミュレーションしたものです。左図のように抵抗を入れない場合、ACアダプタの電圧が正確に15Vであっても、LED電流はそれぞれ 15mA と 45mA とかなり変わります。8個のLEDの VF が 1.8V から 1.9V の範囲でばらついているとき、LED電流は 15mA から 45mA の範囲になります。駆動電流の定格が 20mA の LED は普通、30mA以上の電流を流してはいけない（劣化する）ので、左側の回路は良くありません。右側の回路では、ACアダプタの電圧が16V近くになっても、LED の VF が変動しても、LED電流は 30mA を超えることがありません。VF は周囲温度が高くなると小さくなるので、右側の回路は温度変動にも強い回路です。

ACアダプタの出力電流が 1A と書いてあるものでも、実際に 1A の電流を取り出したとき出力電圧がかなり下がるものがあります。実際に電流を取り出したときの電圧が何Vになるか分かればいいのですが、分からないときは、定格電流の半分(0.5A)くらいの出力電流に抑えておいたほうがいいです。添付図の右側の回路を25回路並列にすれば 0.5A の電流になります。

パルス駆動の効果については分かりませんが、トランジスタを何個か使えばパルス駆動にすることはできます。発光時間と発光間隔（時間）はどれくらいでしょうか？

この回答へのお礼

たいへんご丁寧なコメントありがとうございます。とても勉強になります。パルス駆動の時間間隔ですが、周期 400us, パルス幅 200us です。よろしくお願いします。

お礼日時：2010/11/03 20:31

No.1 回答者： KEN_2 回答日時： 2010/11/03 09:04

問題点を挙げると、

１.LEDに電流制限抵抗がありません。
２.電源が15Vであれば、LEDの８個直列接続は５個か６個として電流制限抵抗が必要です。
３.LEDの白や青のVfは、ばらつきが大きく『LEDには1.875V 電圧・・・・』は要注意です。

下記のサイトは適切な解説がありますので参照してください。
◆ LED実験室
http://www.audio-q.com/kousaku.htm
◆ LEDの配線方法
http://www.audio-q.com/kousaku4.htm
　

この回答へのお礼

なるほど、とても勉強になりました。サイト勉強させていただきます。ありがとうございました。

お礼日時：2010/11/03 20:27