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2014年 11月 16日

検証、LEDによる電飾とスイッチングダイオード

最初に注意書きで申し訳ありません。
この記事に記載した検証テストは当方の理解のために行なっており、用語や数値には誤りがある可能性があります。また、この記事に基づいて実施された結果生じた損害に対し当方はいかなる責任も負えません。

さて、
Nゲージ車輌をLEDで電飾する場合、順方向耐電流20mA程度のLEDをNゲージの走行用電源であるDC12Vで使うために抵抗や定電流ダイオード(CRD)を直列で入れます。
なお、LEDは電圧オーバーで壊れると思われがちですが、実際には電流オーバー(過電流)で壊れるようです。
これはまあ、普通に知られているのですが、問題は逆耐圧で、Nゲージは直流2線式なので走行方向によってLEDに逆電圧(光らない方向の電圧)がかかることになります。
LEDやCRDはこの逆電圧に対する耐性が低く、普通のLEDで4Vくらい、高輝度LEDで9Vくらいで壊れるそうですから12Vの逆電圧をかけたら一発で破損してしまいます。
これを防ぐにはスイッチングダイオードを直列に入れて逆電圧がかからないようにしてやればいいのですが、このスイッチングダイオード、いつでも必ず要るのか?、という疑問があります。例えばKATOの電気機関車用LEDライトユニットにはダイオードは付いていません。
メーカーの説明文などでは2個以上のLEDを逆向きにつないで電源がどちらの極性でも必ずどれかのLEDが点灯するように接続すればスイッチングダイオードはいらない、と書かれています。前照灯と尾灯がある車輌とか機関車のように前後にLEDがある場合ですね。
ですが、これはあくまで理屈なので、実際にNゲージではどうなるのか検証してみようと思います。
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まず、電流制限のための20mAの定電流ダイオード(CRD)です。他にも560Ωくらいの抵抗とか、使えるものがあります。
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これをLEDの片方の足に直列につなぎます。LEDもCRDも極性があるので、逆向きにつなぐと最悪の場合壊れます。私は面倒なので3Vくらい電圧をかけて光らせて向きを確認していますが・・・(^^)
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順方向にDC12Vかけてもちゃんと壊れずに光ります。しかし・・・
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逆極性にして電圧を上げていくと8V付近でLEDがパンクします。臭い~
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そこでマイッチング(古っ)・・・じゃなくてスイッチングダイオードを・・・
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こんな風につなぐと・・・(実はこの絵はLEDが逆向きなのは秘密です)
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順方向電圧12Vで点灯OK
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逆電圧12Vでは当然光りません。
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また順方向電圧12Vで点灯OK。つまり、LEDは壊れなくなりました。ここまでは順当で問題ないのですが・・・
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スイッチングダイオードを使わず、定電流ダイオードのみLEDにつないだものを2組用意して・・・
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2個が逆向きになるように電源につなぎます。
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DC12Vで左側が点灯
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極性を切り替えると右側が点灯
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また極性を切り替えると左が点灯。つまり、スイッチングダイオードが無くてもLEDは壊れません。これは一般の説明文に書かれている通り、電流は流れやすい順方向のLEDを通るので逆方向のLEDは通らず、壊れない、ということで良いようです。
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で、試しにこのLEDの組み合わせを実際の動力ユニットに取り付けて走らせてみたのですが・・・
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走らせると12Vでは速すぎてカメラで捉えきれませんでした。わはは
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しかたがないので電線をつないで、右点灯
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逆極性で左点灯。これでは先程のテストと同じなんですが、実際に走らせてもLEDは壊れませんでした。つまり、LEDが逆向きに2個あればスイッチングダイオードは無くてもいきなり壊れることはありません。
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もう一つ検証してみたかったこと。動力車にLED+CRDが1組しかなかったらどうなるか?最初の例のようにLED+CRD単体なら壊れますが、動力ユニットに取り付けたら?・・・例えば1灯式の蒸気機関車のような例です。実はこれを一番やってみたかったのです。
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結果として、12Vで逆走させても壊れませんでした。これはモーターのコイルが導体なので逆電圧時には電流がモーターを流れ、LEDは壊れない、ということなのでしょう。
結局、LED2個が逆向きに使われているか、動力車に取り付けられている場合、スイッチングダイオードは無くてもLEDは壊れない、という結論になります。
た・だ・し、トレーラーの前照灯と尾灯のような場合、スイッチングダイオード無しだと何かの原因で「片方が壊れたらもう一方も壊れる」ことになります。接触不良の場合も同じですので、スイッチングダイオードはできるだけ付けておいた方が無難、ですね。動力車の場合もモーターの慣性による逆起電力とか(大きなフライホイール付きの場合など)は検証していませんので、特に1灯式の場合は注意が必要です。
いずれにしても、この記事によって実施された結果に対し当方はいかなる責任も負えませんので、宜しくお願い致します。
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by nari-masa | 2014-11-16 08:01 | 電気制御 | Comments(8)
Commented by トータン at 2014-11-16 08:51 x
いろいろな実験ありがとう御座います 判ったような やはり判らないような・・・(vv; しかし覚えられない爺さんですので又電飾するときには初心者になってしまいます あのLEDが燃え尽きる瞬間の綺麗な緑色の瞬間はとても綺麗な気がします(^^; でも、臭いですね~
Commented by nari-masa at 2014-11-16 09:25
トータンさん こちらもコメントありがとうございます。
確かに電気の話を説明するのは難しいです。自分も必ずしも良く分かっていないので(^^;;
ただ、ネット情報そのまま受け売りはしたくないので、実証してみたかったのです。
まあ、結論は「スイッチングダイオードはあったほうが安心」ということでしょうか。
LED、逆電圧で壊れるときはそれほど光らないんですよ。ちょっとだけ光るので切れたことはわかるのですが。
Commented by ノブえもん at 2014-11-16 12:41 x
nari-masa様
こんにちは♪

今回のLED接続テスト!
ありがとうございます(^▽^)

KATO等の一部の製品では、nari-masa様のテスト同様に「ヘッドライトとテールライトのLEDを互いに逆接し、ワンウェイのスイッチング・ダイオードは省略」してあり、不思議に思ったものです
それぞれ片方向のみ点灯反応する仕組みでは、「念の為」にスイッチング・ダイオードを入れましょう♪という事なのですね!
私はストラクチャ工作等で、抵抗を入れたつもりで直に電源に接続してしまい、眩い光とともに燃え尽かせてしまったことが多々あります(^▽^ヾ
Commented by nari-masa at 2014-11-16 14:53
ノブえもんさん こんにちは。コメントありがとうございます。
私も初めの頃は何度かLEDを逝かせてしまいました。この頃になってようやく手の内に入ってきた感じがします。やはり他人の書いたものを読んだだけではダメですね。何ごとも自分の手でやってみないと身につかないようです。
KATO基板の場合はLEDが2個付いているので片側だけ接触不良ということはありませんし、どうせ片側壊れたら基板ごと交換なのでスイッチングダイオード不要なのでしょうね。
マイクロエースの旧型機関車は特に接触不良が多いので、ダイオードはあったほうが無難です。
Commented by がおう☆ at 2014-11-16 15:35 x
nari-masa様
いつも拝見だけで、コメントは初めてでございます。ブログにもお越しくださいまして、ありがとうございました。
今後ともよよしくお願い申し上げます。

nari-masa様のブログは、参考になる記事の連載にいつも目が離せません。
このLED関係も手持ちの古い車両の電球交換などで、必須の情報なのですが、私にはまだまだチンプンカンプンのようです。
情報は氾濫すれど、やはり実際にテスト・失敗をすることも重要なんでしょうか?でもこうやって情報を公開していただけるのは有難いことだと思います。
Commented by nari-masa at 2014-11-16 16:12
がおう☆様、お越しいただきましてありがとうございます。
やはり他人の書いたもの、特に技術情報は最初はなかなか理解できません。それは自分で手を動かしているとだんだん分かるようになる部分もあるのではないかと思うのです。
このBlogには、できるだけ受け売りの情報は載せたくないので可能な限り実証することにしています。しかし、それがかえって情報の幅を狭めてしまうこともあるので、なかなか難しいですね。
今後とも宜しくお願い致します。
Commented by ミズ at 2014-11-16 21:45 x
nari-masaさん、今晩は。
この様な「検証」はとても嬉しい次第です。
でも、“頭が石”な小生は全て理解したかというと・・・(笑)
よく説明と写真を読み返してみたいと思います。
Commented by nari-masa at 2014-11-16 22:17
ミズさん こんばんは。いつもありがとうございます。
電気系は眼に見えないのでなかなか理解しにくいですね。
最後は実際にやってみて、うまくいったら正しかったと納得するしかないような気がします。
まあ、LEDに関してはそれほど難しく考えなくても良さそうです(ということが最近分かってきました)。


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