LED ストリップライトの内部回路図と電圧情報

2023年4月14日 Waveform Lighting

この記事では、LED ストリップライトの内部回路と動作について説明します。この情報は技術的な議論を目的としており、LED ストリップの定期的な使用に関心のある一般的なユーザーには必要ありません。

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LED ストリップの指定された電圧。 12V または 24V - 主に以下によって決定されます。

1) 使用される LED およびコンポーネントの指定された電圧、および

2) LED ストリップ上の LED の構成。

LED は通常 3 ボルトのデバイスです。これが意味することは、LED のプラスとマイナスの間に 3 ボルトの電圧差を加えると、LED が点灯するということです。

複数の LED を連続して (直列に) 並べるとどうなりますか? この場合、個々の LED 電圧が合計されます。

したがって、直列の 3 つの LED には 9 ボルト (3 ボルト x 3 つの LED) の順方向電圧が必要であり、直列の 6 つの LED には 18 ボルト (3 ボルト x 6 つの LED) の順方向電圧が必要です。

LED ストリップが過電流モードにならないようにするには、LED に加えて、1 つまたは複数の電流制限抵抗も必要です。抵抗器も LED と直列に配置され、その抵抗値も約 3 ボルトを消費するように計算されます。

したがって、3 つの LED を直列に接続すると、LED に 9 ボルト、抵抗器に 3 ボルトが必要になり、12 ボルトになります。

6 個の LED を直列に接続すると、LED に 18 ボルト、抵抗器 (x2) あたり 3 ボルトが必要になるため、24 ボルトになります。

これらは、LED ストリップ上の LED の各グループの「ビルディングブロック」です。 LED ストリップ上での配置方法は、下の図で視覚化できます。

LED を並列にするとどうなりますか? 電圧は同じままですが、電流は各並列回路に均等に分割されます。したがって、それぞれが 24 ボルトで 50 mA を消費する 3 つの並列グループがある場合、総消費電力は 150 mA で、これも 24 ボルトで発生します。

これら 3 つの LED と 6 つの LED の 2 つの例は、典型的な 12 ボルトと 24 ボルトの LED ストリップがどのように構成されているかを示しています。 LED ストリップは 3 ボルトの LED デバイスを使用し、3 つまたは 6 つの LED の複数の並列ストリングを持つように構成されているためです。

指定された電圧を正確に供給する必要がありますか?

12 ボルトは正確に 12.0 ボルトを意味するのか、それとも 11.9 ボルトでも機能するのか疑問に思われるかもしれません。良いニュースは、LED ストリップに供給される電力にかなりの余裕があることです。

以下は、電圧に応じて LED を通過する電流の量を示す LED データシートのグラフです。

たとえば、3.0V の場合、この特定の LED は約 120mA を消費することがわかります。電圧を 2.9V に下げると、LED の電流はわずかに少なくなり、約 80 mA になります。電圧を 3.1V に上げると、LED はさらに多く、約 160 mA を消費します。

12V LED ストリップには 3 つの LED と直列の抵抗があるため、12V の代わりに 11V を供給することは、各 LED の電圧を 0.25V 下げることに少し似ています。

LED は 2.75V でも動作しますか? 上記のチャートを参照すると、消費電流が LED あたり 120 mA から約 40 mA に低下することがわかります。

これはかなりの低下ですが、LED はかなり低い輝度レベルではありますが、問題なく動作します。

12V の LED ストリップに 10V だけを供給したらどうなるでしょうか? この場合、LED あたりの電圧をそれぞれ 0.5V 下げています。チャートを参照すると、2.5V で、LED はほとんど電流を消費しません。

この電圧レベルでは、非常に暗い LED ストリップが表示される可能性があります。

LED ストリップの定格よりも低いすべての電圧は安全です。常に電流が少なくなるため、損傷や過熱の可能性が回避されます。しかし、12V を超える電圧レベルはどうでしょうか?

12V LED ストリップに 12.8V を供給する方法を見てみましょう。これにより、LED あたりの電圧が 0.20V 増加します。

LED は現在 3.2V で駆動されており、チャートは 200mA の電流を示しています。

たまたま、メーカーの最大電流定格が 200 mA です。これ以上高くすると、LED を損傷する危険があります。

また、各 LED には異なる定格があり、製造時の固有のばらつきが、特定の LED ストリップに許容される実際の電圧範囲に影響を与える可能性があることに注意してください。

12V の LED ストリップの場合、10V ～ 12.8V の狭い範囲で暗い状態からオーバードライブ状態になる可能性があることを示しました。

定格電圧からわずかに異なる電圧を供給することは可能ですが、LED に損傷を与えないように注意して正確に行う必要があります。

LEDストリップの調光についてはどうですか？

上で見たように、LED ストリップを調光する 1 つの方法は、入力電圧を定格レベル以下に調整することです。しかし、実際には、パワーエレクトロニクスはこのように電圧出力を下げるのが得意ではありません。

推奨される方法は、PWM (パルス幅変調) と呼ばれるものを使用することです。この場合、LED は高速でオン/オフされます。オン時間とオフ時間の比率 (デューティサイクル) を調整することで、LED ストリップの光出力の見かけの明るさを調整できます。

12V LED ストリップの場合、これは、PWM サイクルのどの部分にあるかに応じて、常に完全な 12V または 0V を受信していることを意味します。

同様に、LED が「オン」状態の場合、デューティサイクルに関係なく、同じ量の電流が流れることもわかっています。これは、明るさが変化しても色温度の一貫性を一定に保つ必要がある LED ストリップライトにとって、追加の利点です。