POWER LED DRIVER CIRCUIT
【イントロ】
御多分にもれず、最近の流行りで室内灯とかの車内照明用電球をLED化する作業をぼちぼちと始めている
が、最近の欧州車は駆動がPWMだったり、球切れ検出機能が付いてたり、駆動する電圧自体も14Vを越える時があるなど、昔のクルマではあまり経
験しな
かったような事も多く、単純に電流制限抵抗だけで高輝度なLEDを点灯させていると、最初の頃は想定どうりに点灯していたものが、ほんの数日で劣
化して突
然点滅を始めたり、いきなり破損して二度と灯かなくなってにしまう現象を体験した。 駆動する電流を大幅に小さくすれば大半のトラブルは避けられ
るのでは
あるが、同じ個数ならギリギリまで明るくしたいし、頻繁にイッてしまったLEDを交換するなんてのも嫌なので、ちゃんと定電流回路を組み定格目一
杯ドライ
ブはしてるが、なるべく壊れないように配慮している。 特に1Wとかの「パワーLED」と呼ばれるタイプは交換となるとコストも大きいし放熱器を
剥がして 交換するのも非常に大変なのでなるべく少ない部品で安定して駆動できる回路を採用したいところである。
【基本方針】
大別すれば高輝度を得るための方針は以下の何れかになると思う
超高輝度のパワーLED少数使用する 小型で高輝度のLEDを多数使用する
上記何れの方針をとるかで、回路設計の方針も異なってくる。
基本方針１の場合、一個当たり
20mA弱程度の物までしか入手できないCRD（定電流ダイオード）を10数個も並列接続して300mAを越える定電流回路を構成するのは、あまりにも非
経済的 だし単細胞思考すぎて技術センスを疑われてしまう？ので、ちょっとだけエレクトロニクスな知恵を使った回路を提案することにしよう。
【案１】３端子レギュレーターIC使用
比較的入手が容易な「低ドロップ３端子レギュレーター」を使った回路を紹介する、5Vやそれ以上の電圧の３端子レ
ギュレーターでも作れないこともないが、下の回路図でのRsで消費される電力がバカにならなくなってくるし、LEDをシリーズで３本駆動するのは困難で２
本点灯することさえも難しくなってしまう、そこでここでは入手が簡単な3.3Vの３端子レギュレターを使ってパワーLED(〜0.5W程度まで)を１〜２
個直列接続して駆動するのに適した回路を下に示す。
TA48M033F
はごく普通の低ドロップ3.3V用の３端子レギュレーター(0.5A)であり、定格電流が満たせるのであれば同等品で構わない。この回路のRsに常に
3.3Vが掛かるように動作するので結果として、約（3.3/Rs）アンペアの電流が駆動電流Icとして流れることになる。
言い換
えると定電流動作するためには、３端子レギュレーター内部のドロップ電圧(最小でも0.6v程度)と、Rsでの電圧降下の3.3ボルトの合計3.9ボルト
を12ボルト電源から差し引いたものが負荷LEDに供給される訳である。この回路動作の条件は、LED点灯時両端の準方向電圧の合計が8V以下であること
と、デバイスが破損しないようにRsを6.8Ω以上に設定することである。 電流設定によっては抵抗で結構な量の発熱をするので部品の選定と
その実装には 注意されたし。
【案２】低電圧、低ドロップ３端子レギュレーターIC使用
上記の案１の回路で1WクラスのパワーLEDを点灯させた場合、LEDで消費される電力よりも定電流回路でロスる電力のほうが大きくなってしまい利用
効率が悪い。 そこで同様な発想でもっと少ないロスながらパワーLEDを３個直列接続して点灯できる回路を紹介する。
案１でも書いたように、レギュレターICの出力電圧は低いほうが小さい抵抗値Rsで大くの電流を流すことができる、市販の可変電圧レギュレーターを調
べてみると一番ポピュラーなLM317 な
ら1.25Vから出力電圧を設定できるが、残念なことにデバイス内部でのドロップ電圧Vdoは３ボルト以上必要なので、電源電圧はLEDの点灯電圧プラス
4.2ボルト以上あることが必要条件だ。 パワーLEDの順方向電圧を3.4Vで計算してみると(Vf×3本＋Vdo) =
(3.4×3+4.2) = 14.4ボルト以上の電源が必要となり、３本点灯だとギリギリ足りない計算となってしまう。
そこで、もっと低ドロップの石がないかと探してみたら、あった！BCD
Semiconductor社のLDOシリーズ にAZ1117-ADJという石が出ていてVdo=1.15Vというスペック
これなら電源電圧とLEDの点灯電圧に2.4V以上の電位差があればOKな計算なので３本点灯がイケそうだ、おまけに秋
月電子通商で格安で売ってる 。 ということで早速デバイスを購入し実験した回路はコレ。 実装上の都合からRcは１〜４本の抵抗で構成した合
成抵抗値です、この値の抵抗を４本パラという意味ではないので注意すること。 詳細は下表を参照のこと。
LED駆動電流
Rc(合成抵抗値)
コメント
約22mA 56Ω 1/16W
型56Ωチップ抵抗一本でOK
約47mA 28Ω 1/32W
型56Ωチップ抵抗２本並列で構成可
約90mA 14Ω 1/8W型
56Ωを4本並列で構成
約270mA 4.5Ω 1/6W型
18Ωを4本並列で構成
約330mA 3.75Ω 1/6W
型15Ωを4本並列で構成
プ
リント基板化する場合にはAZ1117-ADJにサーマルパッドを付けるなどして放熱にも配慮することが必要。 自作する場合にはある程度の面積の銅箔
テープをタブにハンダ付けするとかヒートシンクに「固まるグリス」等で張り付けるなどの小細工が必須だろう。 特にパワーLEDを１〜２本直列で点灯させ
るとAZ1117-ADJ側がかなり発熱するので、大電流LEDの場合は３個直列で点灯させるのがオススメ。
予
備実験したところ、AZ1117-ADJの入出力に付けた0.1uFのパスコンが無い状態では動作が不安定で発振してしまうようで、定数で設定した電流の
半分の実効値しか流れなかった、やはり横着しないでパスコンは付けておくべし。 当然ながらパスコンを付ければ設計通りの定電流動作をした。
【案３】PNPトランジスタ使用
上記と類似コンセプトの回路をディスクリート半導体で実現すると下のようなカンジになる、LEDの点灯電圧と電源電圧の差は2V以上あれば十分動作す
るだろう。
2SA1403
はエミッタフォロワーとして動作しているのでPNP型の2SA1837などの同IcクラスでHFEが高ければ特にこの石でなくても構わない、回路動作的に
は小信号Siダイオード２本ぶんの電圧降下（約1.3V）をベース接地のトランジスタでフォローする動作をする、このときＶBE 間
にはほぼダイオード１本ぶんの電位差（約0.6V）があり両者が丁度打ち消されるので、Rcの両端にはダイオード約１本ぶんの電位差が生じる。 ここRc
を流れる電流は(Rc両端の電圧/Rcの抵抗値)で決まるが、Rc両端の電圧は約0.6ボルト程度でほぼ一定になるため、Rcの値を変えるとLEDに流す
電流を変更することができる、Rcで消費される電力は僅かなので1/6Wの小型抵抗でも構わない。 下表にRcの値とLED駆動電流Icの例を示す。
LED駆
動電流
Rc抵抗
値
コメント
約18mA
33Ω
一
般的なLEDの定格≒20mA
約50mA 12Ω
約100mA 5.6Ω 一般的な0.5Wの
LED向け
約300mA 1.8Ω HFE不足で電流が
足りないのならベースに挿入されている10kΩ→3.3kΩに変更する
【案４】多数LEDの同時駆動
基本方針2で多数のLEDを使う場合、LED複数個を直列接続して点灯させれば、全部のLEDを個別パラレルに駆
動する場合と比較してトータルでの消費電力も低減できるし、同じ回路を多数作成する手間も低減される。 このような場合にCRDを電流制限抵抗代わ--
BG--りに直
列挿入するのが一番簡単なのだが、CRDが正常な定電流動作になる領域で動作するためには、定格18mAのCRDならその両端に４V以上掛かるようにする
必要がある。 しかし一般に白色LEDの点灯時の順方向電圧は3.3〜3.6V程なので、CRDを使う場合12V電源で白色LEDを３本直列にしてしまう
と
LED順方向電圧の合計は3.6x3=10.8ボルトになり、残りの電圧（約3V）ではCRDが十分安定な定電流動作ができなくなってしまい定格どおりの
輝度が得られなかったり、エンジンの回転数で輝度が変化したりしてしまう状態になってしまうケースが多い、一ダースとか多数のLEDを点灯させる場合には
２本直列か３本直列かの差は全体での駆動回路の必要数に大きく響いてくる、従ってこのような場合にはシステムトータルで可能な限りシンプルに（少ない部品
点数で）定電流動作する回路であることが望ましいということになる。
下
の回路図の左側の囲われてない部分は、回路図右側ブロック内の定電流駆動回路のための基準電圧を作る回路であり、小信号シリコンダイオード３本ぶんの電圧
降下（2V弱）をPNPトランジスタのエミッタフォロワーで受けてバッファーしている。 この電圧を基に右側の四角で囲まれた各駆動ブロックで各３本の
LED（総計１ダース）を駆動するというアイディアである。 LEDを駆動する電流を決めるＲcの値は案３とほぼ同じ要領で計算できる筈で、
Rc＝33Ω なら20mA弱の駆動電流が得られると思う。
必要に応じて右側のブロック数は増減しても構わないスケーラブルな回路なので小型LEDを大量に点灯させたい向きには、右側のブロックをどんどん増殖さ
せてトライして貰いたい。
LEDの直列数が少ない場合に右側の駆動トランジスタの発熱量が多くなるので、電流制御トランジスタ2SA950の放熱に注意するのと回路図左側の基準
電圧生成用トランジスタに温度的な影響を与えないように実装することが望ましい。
【おまけ】
最後に特に方針とは余り関係なくて、単に愛車に搭載するため たまたま手持ちの部品でできるように造った約
70mA駆動回路があったので、ついでに掲載しておこう。 回路的にはごく普通のエミッタ接地電流増幅動作なので、電源電圧とLEDの点灯電圧の差は１V
以上あればほぼ定電流動作をする、前出の案１〜３のように２端子接続ではなく３端子接続になる点が異なる。
さらに、最近増えてきた「3チップLED」と呼ばれる３個入りの直列LED向けに、この回路をアレンジしたものとシミュレーション結果を掲載する、少々
電源電圧が変動しても大きく電流が変化する事はなく、最大でも定格の20mAを超えてない事がわかる。
上記の記事における情報は、確実な性能及び動作等の一切を保証するものではありません。
従って本情報に基づいて実施した際に、動作しない、もしくは、期待した性能が得られない、燃えた、壊れた等の障害が発生したり、火災や事故が生じる
可能性もあります。万が一に事故等が発生したと
しても、当方は一切の責務において関知しないものであります。 従って実際に実験等を行う際は、あくまでも各自、個人の責任において行
ってください、特に腕に自信の無い方は絶対にトライしないで下さい。
