LED照明 は、さまざまな用途に使われています。しかし、そのLED照明が目的通りに動作するためには、適切なLEDドライバが必要です。しかし、一般的に使われているLEDドライバーは、一長一短があります。
購入を検討する際、どのようにスペックを絞り込んでいけばよいのでしょうか。この記事では、LEDの動作原理やLEDプリント基板の設計などにも触れながら、この疑問を解決していきます。また、LED駆動回路の製造手順や注意点についても触れています。
LED照明用のLEDドライバーを選ぶ際に必要な要素
LEDの動作原理やLED駆動回路の製造工程などを見ていく前に、LEDドライバーを選ぶ際の重要なポイントをご紹介します。
1.Efficiency
LEDドライバーを選ぶ際に重要なのは、「効率」です。効率はパーセンテージで表され、LEDに電力を供給するためにドライバーが必要とする入力電力の量を示します。頻繁に使用するLEDドライバの効率は80-85%程度ですが、より多くのLEDを駆動できるUL Class 1 LEDドライバは高効率です。
2.力率
LED照明に使用するLEDドライバーを選ぶ際のもう一つのポイントは、ドライバーの力率です。力率は、ドライバーの電気ネットワークにかかる実際の電力負荷の量を知ることができます。ほとんどの場合、力率は-1〜1の間にあり、力率が1に近ければ近いほど、そのLEDドライバーの効率は高くなります。一般的な力率の基準は0.9以上となっています。万が一、ドライバの仕様書に電力の記載がない場合は、その製品の力率が低いことを意味します。この小さな力率は0.9以下であることが望ましい。
3.電力要件。入出力の電圧・電流とワット数
最初に、あなたのライトの必要電圧を慎重に検討する必要があるかもしれません。12ボルトを必要とするLEDライトの場合は、12ボルト用のドライバーの使用を検討してください。24ボルトが必要な場合は、24ボルト用のドライバーを使用するなど、さまざまな工夫が必要です。つまり、LEDライトの仕様範囲内の出力を実現するために、ドライバーを工夫するのです。
次に、ライトを使用する場所の電圧を考慮しなければなりません。 ドライバーはその場所の入力電圧に耐えて、必要な入力電圧に降圧しなければなりません。一般家庭では120ボルトが主流ですが、企業では277ボルト以上が必要です。LEDドライバーには、さまざまな電圧に対応できるものがたくさんあります。つまり、LEDドライバーを選ぶ際には、LEDの入力電流を考慮することも忘れてはいけません。
最後に、LEDライトのワット数を考慮に入れてください。LEDドライバーの最大ワット数は、LEDライトのワット数よりも大きいものを選んでください。LEDドライバーの最大ワット数を超えるLED照明とLEDドライバーを組み合わせることは絶対にしないでください。
4.Dimming
定電圧、定電流のLEDとドライバーで調光機能を実現することは可能です。ただし、製品のデータシートには調光可能であることが明記されていなければならない。しかし、そのような仕様が見当たらない場合は、そのデバイスが調光可能ではない可能性が高い。内部ドライバで構成されている商業用および家庭用のLEDについても同様である。調光可能な外付けドライバーは、外付けの調光器がないと動作しません。
5.Safety
LEDドライバーの世界では、IPレーティングと呼ばれるものがあり、ドライバーの筐体が提供する環境保護をユーザーに知らせます。1桁目は固体からの保護、2桁目は水からの保護を表しています。例えば、IP67のLEDドライバーは、一時的な液体の浸漬や粉塵に対して保護されています。したがって、ドライバーを選ぶ際には、安全に使用できるか、いくつかの安全保護機能を備えているかどうかが重要である。
LEDの動作原理
発光ダイオード（Light Emitting Diode、略してLED）は、最近では多くの場所で使用されている発明品である。その動作原理は、決して難しいものではありません。LEDは、2つのリードを持つ光源用半導体で構成されている。それは、起動時に光を発するp-n接合ダイオードである。リードに適切な電圧をかけると、電子がデバイス内の電子ホールと再結合します。この結合により、エネルギーが光子の形で放出されます。このプロセスはエレクトロルミネッセンスとして知られています。光の色は、半導体のエネルギーバンドギャップによって決まる。
つまり、LEDの動作原理は量子論によるものだ。この理論は、電子がエネルギーの高いレベルから低いレベルに移動すると、エネルギーが光子から放出されるというものです。
LEDプリント基板の設計計算
プリント基板の製造には、小さなパッドや高密度の回路パッドへの対応など、さまざまな課題があります。しかし、このような問題を回避するために、プリント基板の設計計算を行う方法があります。最も一般的なLEDプリント基板の設計計算は、LEDの電力と抵抗器の電力を計算することです。
LEDの電力を計算するには、マルチメーターが必要になります。その後、メーカーのデータシートを見て、LEDユニットの電圧を調べます。あるいは、LEDの色から電圧を推定することでもできます。LEDの電力を計算するには、LEDの電圧とLEDの電流を掛け合わせます。その結果（ワット）が、LEDが使用するエネルギー量となります。LEDプリント基板の設計では、抵抗器の使用が必須となります。抵抗器の電力を計算する最も一般的な式は、簡単に理解できます。電圧（V-ボルト）と電流（I-アンペア）の積で電力（ワット）が求められます。
LED駆動回路の製造方法
LED駆動回路の製造は、イメージされているような大変な作業ではありません。まず、以下の必須アイテムを用意します。
単三電池と単三電池ホルダー4個
小型のソルダーレス・ブレッドボード
NPNスイッチングトランジスター
5mmの赤色LED
ジャンパー線（2インチと1インチの2種類
1kΩ抵抗
330Ω抵抗器
ラジオシャック
上記の機器をすべて組み立てた後、以下の手順でLED駆動回路を完成させます。
1.電池ホルダーから取り出した5mmのLEDを、ソルダーレス・ブレッドボードのプラス（＋）ストリップに取り付けます。
2.電池ホルダーの黒いLEDを、ブレッドボードのマイナス（-）側の穴に慎重に取り付けます。
3.1KΩの抵抗を挿入します。F1とF6の穴に抵抗器を挿入します。
4.次に、330Ωの抵抗をJ15とプラス側の任意の穴に挿入します。
5.LED1の挿入を行います。負極をH15の穴に、正極をH12の穴に挿入します。
6. 上記の手順が完了したら、LED2を挿入します。ここでは、正極を穴111に、負極を穴I6に入れます。
7.トランジスタのリード線3本を挿入します。ここでは、エミッタを穴G10に、コレクタを穴G12に、ベースを穴G11に入れます。
8.トランジスタのエミッタを、1インチのジャンパワイヤでグランドに接続します。片方の端は穴F10に、もう片方の端はブレッドボードの左側にある近くの穴に接続します。
9.次に、2インチのジャンパーワイヤーを使ってスイッチを接続します。
10.次に、4本の単三電池を電池ホルダーにセットします。
11.スイッチをAの位置にします。ここで、LED1がLED2よりも少し明るくなっていることに気づくでしょう。これは、コレクターに過大な電流が流れているためです。
12.おめでとうございます。これで、LED駆動回路の完成です。
注意すべきセキュリティの問題
LED駆動回路を作る上で、何よりも大切なのは安全性です。自分や近くにいる人が怪我をしないようにするためです。作業を始める前に、電源と実験装置の状態を確認する必要があります。なるべく、接続部やワイヤーケーブルの緩みがないようにしましょう。ON/OFFボタンをよく理解し、露出した金属はすべて生きていると考えてください。
作業環境に関しては、詰め込み型の作業環境を避けつつ、研究室の出口のドアを意識するようにしてください。宝石類、ゆったりとした服、金属製の時計などを身につけて作業しないこと。首にチェーンをかけていると、回転する機械がチェーンを掴んでしまうことがあるので避けてください。常に手袋を着用し、研究室には応急処置キットと緊急連絡先が用意されていることを確認してください。髪の毛が長い場合は、後頭部で結ぶようにしましょう。
以上の安全対策を守ることで、自分と周りの人の安全を確保することができます。上記のガイドラインは、決してすべてを網羅しているわけではありません。他にも様々な安全対策がありますので、ご参考にしてください。
まとめ
大げさな言い方になりますが、LEDドライバーは私たちが日常的に使用しているLED照明の「心臓」の役割を果たしています。だからこそ、できる限りスペックが高く、品質の高いものを選びたいものです。LED照明の電源供給を目的としたハイクラスのLEDドライバーをお求めの場合は、当社とのコミュニケーションをお選びください。私たちは、最も専門的な観点から合理的なアドバイスを提供します。
私はあなたとの接触を確立することを楽しみにしています。
