LEDの抵抗値の計算方法



当社の下記商品を例に、DC12VでLEDを点灯する際の基礎的な抵抗値の求め方をご紹介します。

※所々、用語が出てきますので初心者の方は、はじめにLED関連用語集をご覧頂けますと理解しやすいかと思います。


5mm赤色LED (15° 20-25cd)100本セット

型番:S5R15-A
発光色:赤色
順電圧:Min2.0v Max2.2v
順電流:20mA
光度:Min20,000mcd Max25,000mcd
波長:Min620nm Max630nm
半減角:15°
Tsod:260℃ for 5 Seconds

抵抗には様々な種類・抵抗値があるので、
使用する条件に合った抵抗を選ぶ必要があります。
必要な抵抗値を求めるには「順電圧」と「順電流」の部分が必要となります。

まず、「順電圧値」は2.0V〜2.1Vとなっています。
これは最小で2.0V、最大で2.1Vの順電圧値のLEDが選別され、パッケージングされているという意味です。
LED一つにつき、この電圧をかけることで点灯します。
それ以下の電圧では微弱に光るか点灯せず、それ以上の電圧では過剰に電流が流れ、LEDがダメージを受け破損してしまいます。

「順電流値」はLEDに流せる順方向の電流値で、この値以上の電流値での使用はLEDの寿命を縮めます。

上記の理由により、LEDにとっては大きすぎるDC12Vを、抵抗を使用しLEDに流れる電流値を制御する必要があります。

各仕様を把握したところで、必要になる「抵抗値」を求めます。
計算式はオームの法則より下記のとおりです。

(電源電圧−順電圧値)÷流したい電流値(A)=抵抗値(Ω)

上の式に「12V車両(最大14.4V)、2.0VのLED1個に20mAの電流を流す」という条件を当てはめると下記のようになります。

(14.4V-2.0V)÷0.02A=620(Ω)

※車やオートバイの12V車ではエンジンを始動すると電圧が上がる為、
 14.4Vと想定して計算(個体差がある為、実際にテスターで計測することをお勧めします)
※電流値はmAをA単位に換算(1A=1,000mA)

上記の計算により620Ωの抵抗を入れればいいということが分かりました。

直列に繋ぐLEDの個数を増やす場合は、下記(例として3個)のようにLEDの本数分だけ電源電圧から順電圧の合計を引きます。

(14.4-(2.0+2.0+2.0))÷0.02=420

420Ωと計算が出ましたが、この値の抵抗は一般に流通していませんので、
一つ上の値で430Ωがあるのでそちらを選びましょう。
この際、420Ω以下の抵抗を選びますと、14.4vの時にLEDに20mA以上の電流が流れる事となりますので、
LED素子の寿命が縮まる恐れがあります。




■直列に繋ぐことができる個数

LEDは色や種類によって電圧値が違う為、12V車(エンジン始動時14.4V程度)の場合
それぞれ下記表の数が直列に繋ぐことができる数の目安となります。
条件によっては下記の直列数でもLEDの電圧を確保できない(光が暗くなる)場合がありますので、
その場合はLEDの数を1個減らすなどしてください。

(2V前後)赤・黄色など  (3V前後)白・青など 
5個 3個


※上記表の数以上のLEDを点灯させる場合は、同じ直列回路を複数作り並列に繋いでいきます。




■消費電力の計算

必要な抵抗値が分かったら、次に消費電力、W(ワット)数の計算をします。
抵抗の定格電力を超えた電力で使用した場合、抵抗が発火する可能性もあるので
こちらの計算も非常に重要です。

計算式はこちらもオームの法則より下記の通りとなります。

使用する抵抗値×電流値×電流値=消費電力

上の式に前項の条件「DC14.4V3個の赤色LED20mAの電流を430Ωの抵抗を使い流す」を当てはめると下記のようになります。

430(Ω)×0.02(A)×0.02(A)=0.172W

抵抗の定格電力は1/2W, 1/4W など様々ありますが、この場合は1/4W(=0.25W)の抵抗で対応できます。

一般的な20mA駆動のLEDを複数直列にした構成であれば、抵抗の消費電力はさほど気にしなくても構いませんが、
LEDを1個や2個など少数で点灯させる場合、抵抗にかかる負担が増えますので注意が必要です。

前述の2Vの赤色LED1本を620Ωの抵抗で点灯させますと、抵抗の消費電力は

620*0.02*0.02=0.248W

となり、1/4W抵抗の限界ギリギリとなります。これにより抵抗の発熱が増えてLEDにも悪影響を及ぼします。
こういった場合は容量の大きな1/2W以上の定格を持つ抵抗をお選びください。

※安全マージンを考えると求められたW数の倍の値をクリアした抵抗を使うことが望ましいです。
 抵抗の発熱も抑えられ、LEDにとっても良好な環境となります。




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