以前にebay.comから購入した幾つかのLEDがあるのだが、型番が不明な為に抵抗の値が計算出来ない。
そこで、壊れない程度の安全マージン考慮した抵抗の値を調べる方法が無いか調べてみた。
購入したLEDは、「50pcs F3 3mm White Round Superbright LED Light LED lamp」。
下記は、その時のメモ。
○抵抗の大きさを計算する為には、「順電圧(Vf)」・「順電流(If)」が必要。
○「順電流(If)」をそのまま計算値に使用すると、安全マージンが無いのでLEDの寿命が短くなる。
○「LEDドライバモジュール」を利用すれば、抵抗の計算等が必要無く安定したLED点灯回路が出来る。
○「Arduino UNO」のデジタルIOは、LOW=0V,HIGH=5Vで入出力出来る。その内6本はPWM制御が可能。
○「Arduino UNO」のデジタル出力の最大負荷は、40mA。
○「Arduino UNO」の3.3V出力ピンの最大負荷は、150mA。
○「Arduino UNO」の5V出力ピンの最大負荷は、50mA。
○「Arduino UNO」のI/Oピンの出力電圧は、出力電流によって変わってしまう特性を持つ。
例) 20mAなら4.4V、40mAなら3.9V
手順としては、
①写真等を参考にして、考えられそうな型番のLEDのデータシートを複数ダウンロードする。(「秋月電子通商」のサイトは非常に便利)
②ダウンロードしたデータシートの中で、Vf値・If値をそれぞれメモする。
今回の場合では、下記の6種類を候補とした。(購入したLED名の「Superbright」とは高輝度という意味なので、この時点で「LEBWL34A06AA00」もしくは「OSPW3131P」ではないかと予想出来るのだが...)
品名 | 型番 | Vf(V) | If(mA) |
---|---|---|---|
高輝度3mm白色LED | LEBWL34A06AA00 | 2.8 - 3.6 | 20 |
超高輝度3mm白色LED | OSW54K3131A | 3.1 | 20 |
超高輝度3.1mm白色LED | SLP-WB89A-51 | 3.8 - 4.5 | 20 |
超高輝度LED白色3mm | OSWT3166B | 3.4 | 20 |
超高輝度白色LED3mm | OSWT3131A | 3.4 | 20 |
3mmハイパワー白色LED | OSPW3131P | 3.3 | 50 |
③②の結果から、どの型番であったとしても壊れないであろう最小のVf値とIf値を取得する。
今回の場合では、Vfの最小値は2.8(V)、Ifの最小値は20(mA)となる。
Ifの安全マージンを30%とすると、
20(mA) × 0.7 = 14(mA)
「Arduino UNO」の出力電圧特性を考慮すると、14(mA)の場合には電源電圧は4.5(V)前後となる。
従って、仮の抵抗値として、
(電源電圧 4.5(V) - LEDに加える電圧 2.8(V)) ÷ LEDに流したい電流(14mA) ≒ 電流制限抵抗 121.42(Ω)
という計算結果となった。
実際に回路を作成し、LEDが点灯する事を確認した。
また、電流制限抵抗・LEDにかかる電圧・電流をテスターにて計測した所、下記の結果となった。
尚、個体によるバラつきを考慮する為に、5個の個体について計測した。
電流制限抵抗:130.0(Ω)
個体 | 電圧(V) | 電流(mA) |
---|---|---|
A | 3.06 | 11.30 |
B | 2.99 | 11.62 |
C | 3.01 | 11.49 |
D | 3.02 | 11.46 |
E | 3.03 | 11.46 |
平均値 | 3.022 | 11.466 |
結果、計算値よりも電圧が高く、電流が小さくなっていた。
そこで、今度は「Arduino UNO」の出力電圧特性を考慮しないで電流制限抵抗を計算。
(電源電圧 5.0(V) - LEDに加える電圧 2.8(V)) ÷ LEDに流したい電流(14mA) ≒ 電流制限抵抗 157.14(Ω)
回路の電流制限抵抗を交換し、再度テスターにて計測。
電流制限抵抗:159.0(Ω)
個体 | 電圧(V) | 電流(mA) |
---|---|---|
F | 2.98 | 10.01 |
G | 2.99 | 9.97 |
H | 2.97 | 10.11 |
I | 2.91 | 10.38 |
J | 2.97 | 10.09 |
平均値 | 2.964 | 10.112 |
結果、電圧は多少下がったが、電流も下がってしまった。
おまけとして、電流制限抵抗を150(Ω)としても計測してみた。
また、ついでに抵抗の電圧についても計測。
電流制限抵抗:149.1(Ω)
個体 | 抵抗の電圧(V) | LED電圧(V) | 電流(mA) |
---|---|---|---|
K | 1.49 | 2.96 | 9.64 |
L | 1.5 | 2.95 | 9.62 |
M | 1.49 | 2.96 | 9.54 |
N | 1.48 | 2.96 | 9.57 |
O | 1.46 | 2.98 | 9.44 |
平均値 | 1.484 | 2.962 | 9.562 |
上記の結果から、抵抗の電圧+LED電圧が4.446(V)となっている。
抵抗の電圧+LED電圧≒電源電圧なので、やはり「Arduino UNO」の出力電圧特性により、5.0(V)にはならないようだ。