新湘南電鐵 横濱工廠archive

shinshonan.exblog.jp
ブログトップ
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。
c0207199_18133013.jpg
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。
c0207199_7203479.jpg
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・・・(^^)
c0207199_18134390.jpg
順方向にDC12Vかけてもちゃんと壊れずに光ります。しかし・・・
c0207199_18135012.jpg
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~
c0207199_18135623.jpg
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・・・
c0207199_1814185.jpg
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)
c0207199_1814787.jpg
順方向電圧12Vで点灯OK
c0207199_18141371.jpg
逆電圧12Vでは当然光りません。
c0207199_18141929.jpg
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・・・
c0207199_18142458.jpg
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・・・
c0207199_18143226.jpg
2個が逆向きになるように電源につなぎます。
c0207199_18143910.jpg
DC12Vで左側が点灯
c0207199_18144515.jpg
極性を切り替えると右側が点灯
c0207199_18145174.jpg
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。
c0207199_1814588.jpg
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・・・
c0207199_1815575.jpg
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
c0207199_18151218.jpg
しかたがないので電線をつないで、右点灯
c0207199_18151898.jpg
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。
c0207199_18152495.jpg
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。
c0207199_1815317.jpg
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。
[PR]

by nari-masa | 2014-11-16 08:01 | 電気制御


<< ”旧”湘南電鐡の保存車輌(機関車編)      ”旧”湘南電鐡の保存車輌(電車編) >>