ふたたび電球色LEDについて

職場の同僚からLEDの点灯回路について質問があったので，ついでに回路を示して回答します。

前照灯にLEDを使用する場合，下記の回路にする，と言うことが模型の本によく書かれています。一見，うまくいくようですし，実際，Nゲージの車両に適用して，うまく動作するようです。ところが，これはぎりぎりセーフというのが実情で，HOゲージ用の大容量パワーパックや昔のレオスタット式のパワーパックを使用した場合，最大出力電圧が16Vとか，12V以上の電圧が出るので，LEDが壊れる可能性があります。これは，車両を逆転させたとき（レールに流す電流の極性を反転させたとき），LEDに過大な逆電圧がかかるためです。図1中のシリコンダイオードDiが電流を阻止し，電流が流れないようにしているのはよいのですが，逆電圧をこのダイオードが100％負担するわけではなく，半分くらいはLEDが負担するため，LEDの逆耐電圧（大体4～6Vくらいしかない）を超えてしまってLEDが壊れるためです。

 

　　　　図1 間違った回路　　　　　

 正しくは，図2の通りとなります。ちょっとわかりにくいですが，シリコンダイオードをLEDにパラに，逆向きに接続するのがミソです。こうすることによって逆向きの電圧がかかった場合，LEDのアノード=カソード間にかかる電圧はシリコンダイオードの順方向電圧0.6Vだけで，十分に安全です。シリコンダイオードは特に整流用の500V，1Aというような大きなものは不要で，スイッチングダイオードと呼ばれる小信号用のダイオードで十分です。小生は東芝の1S1588を使っていますが，これ，実はオーディオマニアには有名なダイオードで，たくさん買い込んであるのです。現在は製造中止です。この回路はLEDを交流で点灯させるために考案された回路で，シリコンダイオードの逆耐圧を300V以上のものとすれば，家庭用のAC100Vを使ってLEDを点灯させることも可能です。

　　　　図2 正しい回路

電流制限抵抗Rの値は次のように決めます。 LEDはシリコンダイオード同様，P-N接合部分を順方向（P→N）に流すと，両電極間の電圧Vdは電流によらずほぼ一定の電圧となりますので（定電圧特性という），LEDの発光色にもよるが，大体2～3Vくらいの値となります。したがって，下式により，抵抗を決めます。電流値は5～20mA（抵抗値で言うと200Ω～5kΩ）と言ったところで，LEDの明るさに比例するので，実験して決める。昔の赤色LEDの場合は10mA以上流さないと暗いですが，最近の高輝度LEDの場合は非常に明るいので，電流は小さくてもいいです。また，使用するパワーパックが昔ながらの電圧制御タイプ（レオスタット式，トランジスタ式）などの場合は通常走行するスピードくらいでは暗いので，抵抗を小さめにしないといけないし，逆にDCCなど，PWM方式（パルス式）のパワーパックの場合は低速でも十分明るいので，抵抗値は大きめにします。残念ながら，最適な抵抗値というのはなく，小生は1kΩを基準としています。ちなみにKATOのLEDユニットを点検したら220Ωが使われていました。

 

次に，両運車やテールライトつきの場合は，シリコンダイオードの代わりにLEDを使えば逆電圧の保護となるので簡単です。まさに一石二鳥とはこのことです。この場合，逆方向の電圧は約2Vとなりますが，LEDの保護として使えます。 もし，両運でそれぞれ前後にテールライトをつける場合は図4の回路を2組用意することになります。

　　　　　　　　図3 両運の場合　　　　　　　　　　　　図4 テールライトつきの場合

と，ここまで書きましたが，どうやら最近，図1の回路でシリコンダイオードを使わず，直接LEDを1個使っただけ，と言う回路があるらしいです。LEDはダイオードなので，逆向きは点灯しないのと，結構，規格上の逆耐圧が低くても実際は-12VくらいへっちゃらというLEDがあるらしいので，こんな回路で使っているようですが，電気屋としては推奨しません。