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LED電流制限抵抗計算ツール

LED の正しい電流制限抵抗を計算してください。正確な値、最も近いE24規格、実際の電流、および消費電力が表示されます。

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公式

R=Vs−VfIfR = \frac{V_s - V_f}{I_f}
Vs— 電源電圧 (V)
Vf— LED フォワード電圧 (V)
If— 希望する順電流 (A)

仕組み

LED抵抗カリキュレータは、LEDを安全に駆動するための電流制限抵抗値と電力定格を決定します。これは、インジケータ回路、バックライト、およびディスプレイの設計に不可欠です。電子機器エンジニア、愛好家、組み込み開発者はこのツールを使用して、目標輝度を実現しながらLEDの焼損を防ぎます。ビシェイ社のLEDアプリケーションノート80099によると、電流リミッタなしで20mAでLEDを動作させると、50ミリ秒以内に 接合温度が150℃を超え、すぐに故障するということです。R = (Vsupply-Vf) /If という式は、オームの法則とキルヒホッフの電圧の法則から導き出されます。LEDの順方向電圧 (Vf) は色によって異なります。赤色/黄色LEDは1.8～2.2V (GaAsP)、緑色LEDは2.0～2.4V (GaP)、青色/白色LEDは2.8～3.6V (InGaN) を示します。抵抗器の消費電力 P = I²R は、信頼性の高い動作のためには、抵抗器の定格の 50% 未満に抑える必要があります。MIL-HDBK-217Fのガイドラインに従い、温度上昇を40°C未満に抑えるには、1/4Wの抵抗の消費電力が125mW以下でなければなりません。

計算例

12 V の自動車用電源の白色 LED インジケータ用の電流制限回路を設計します。仕様:Cree PLCC4 白色 LED (Vf = 代表値 3.2 V、If = 公称値 20 mA、絶対最大値 30 mA)。ステップ 1: 抵抗の計算 — R = (12 V-3.2 V) /20 mA = 440 Ω。E24 の標準値 (470 Ω) を使用してください。ステップ 2: 実際の電流を確認する — (12 V-3.2 V) /470 Ω = 18.7 mA (仕様内) の場合。ステップ 3: 電力の計算 — P = (8.8 V) ²/470 Ω = 165 mW。ステップ4: 抵抗定格の選択 — 1/2 W の抵抗 (500 mW) を使用すると 33% のディレーティングが可能になり、車載温度範囲 (-40°C～+85°C) で信頼性の高い動作が保証されます。ステップ5: 電圧トランジェントを考慮する — 自動車システムでは、ISO 7637-2に従って14.4Vの充電と40Vのロードダンプスパイクが見られます。14.4 ボルトの場合:23.8 mA の場合 (許容範囲内)。ロードダンプ保護用に TVS ダイオードを追加してください。

実践的なヒント

  • ✓Lumileds AN1149によると、350mAを超える高出力LEDには定電流ドライバー（TI TPS92512など、93％の効率）を使用してください。抵抗器は、これらの電流では入力電力の20〜40％を熱として浪費します
  • ✓LED電流を最大値の50～ 70% まで低減して寿命を延長 — 日亜化学工業のデータによると、L70の寿命は定格電流の 50% で10万時間、100% で3万時間
  • ✓複数のLEDの場合は、個々の抵抗を並列に接続するのではなく、直列に接続してください。直列接続により、すべてのLEDに同じ電流が流れるため、Vfの不一致による輝度の変動がなくなります。

よくある間違い

  • ✗さまざまなLEDカラーのVf値を使用する — 赤色LED (Vf = 2.0V) 用に設計された回路は、青色LED (Vf = 3.2V) を 60% オーバードライブし、20mAではなく32mAになります。
  • ✗計算された消費電力と同じ電力定格を抵抗器で選択した場合、1/4W（250mW）の抵抗で150mWの消費電力が発生すると、表面温度が100°C以上になり、初期故障が発生します
  • ✗LED電流許容値を無視 — データシートVfは標準値、20mAで±0.3Vの変動により固定抵抗を使用すると電流が± 15% 変化する

よくある質問

いいえ — Vf は 1.8 V (赤外線) から 3.6 V (青/白) まで変化します。5ボルトの150 Ω 抵抗器は、赤色LED (Vf = 2.0V) では20mAですが、青色LED (Vf = 3.2V) ではわずか9mAです。各色について再計算してください。つまり、20 mA の電流が等しい場合は R_red = 150 Ω, R_blue = 90 Ω です。
過電流はLEDの効率を低下させ、経年劣化を加速させます。Cree社の信頼性データによると、定格電流の2倍で動作するとLEDの寿命が 75% 短くなり、接合部温度が40℃上昇しますが、定格電流が3倍になると、ほとんどのLEDは熱暴走から数秒以内に故障します。
LEDのVfは約-2mV/℃（負の温度係数）低下します。25℃から85℃に上昇すると、Vfは約120mV低下し、固定抵抗を使用した場合の電流は6～ 12% 増加します。高精度のアプリケーションには、定電流ドライバを使用するか、NTC サーミスタ補償を組み込んでください。
はい。ただし、オン・セミコンダクターAN-8037によると、PWM調光の方がエネルギー効率が15〜20％高くなります。抵抗器が電流を 20 mA から 5 mA (輝度 25%) に低下させても、抵抗の電力は消費されます。25% のデューティ・サイクルの PWM では、平均消費電力を 75% 削減しながら、体感と同じ輝度が得られます。
標準5ミリインジケータLED: 10〜20ミリアンペア高輝度 5 ミリメートル:20-30 ミリアンペア。SMD 0805/1206:10-20 mA。ハイパワー LED (Cree XP-G3、Lumileds Luxeon): 350 mA～3 A。熱管理を確保 — ハイパワー LED には、熱抵抗が 5 °C/W 未満のヒートシンクが必要です。
標準の赤/緑LED (Vf = 2.0 V、If = 10 mAはGPIOに安全) の場合:R = (5-2) /0.01 = 300 Ω, 9.1 mAには330 Ω 標準値を使用してください。青/白 (Vf = 3.2 V) の場合:R = (5-3.2)/0.01 = 180 Ω. ArduinoピンソースはATmega328Pデータシートによると最大20mAで、この制限を下回ってください。すべてのピンの合計電流は 200 mA を超えないようにしてください。
光度は、5～ 50% の範囲の電流にほぼ直線的に変化します。クリーのデータシートによると、5 mA = 輝度 30%、10 mA = 55% の明るさ、20 mA = 100% の明るさ。定格電流が 75% を超えると、熱損失により効率が低下します。30 mA では、150% ではなく 140% の輝度しか得られない可能性があります。ディスプレイの場合、5～10 mA で快適な表示が得られ、屋外インジケータには 20 mA 以上が必要です。
直列構成のみ。並列構成では使用できません。シリーズ:R = (電源電圧-N×Vf) /If。ここで、n は LED の数。12Vで直列に接続された3つの赤色LEDの場合:R = (12-3×2.0) /0.02 = 300 Ω. 共用抵抗を使った並列LEDは電流ホギングの原因となります。Vfが最小のLEDは (製造上の許容誤差により) 過剰な電流を流し、過熱し、さらにVfを下げて故障します。Kingbrightのアプリケーションノートによると、抵抗器を個別に使用するか、対応するLEDアレイを使用してください。

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