今回はLEDの故障と安全性などに関する話です。
まず赤色LEDを抵抗器を使わず乾電池にそのまま接続して焼損させた模様の動画です。
電流制限をしていないので過電流状態になりLEDがあっさり焼き切れてしまいました。
- 電飾工作の基本
乾電池に直接つなぐのは危ないですね！
でもコイン電池だと直接つないでも平気なのはなぜか？コイン電池には内部抵抗が入っているからなんです。以前の記事でコイン電池の内部抵抗を測ってみたことがあったけど興味があれば自分で測ってみてね。
ただし内部抵抗が入っているといってもVFが低い赤とかオレンジだと過電流になったりします。白とか青とかピンクなどのVF3.0V以上のものなら大抵は問題なし。
■ ショート故障とオープン故障 ■
LEDの故障状態にはショート故障とオープン故障というものがあります。
簡単に言うとショート故障は点灯しないけど電気が流れる状態、オープン故障は点灯しないし電気も流れない状態。そしてLEDの故障は大部分がオープン故障だと言われています。
故障の原因は過電流とか静電気とか経年劣化とか熱とか色々ですが、そもそも寿命があります。製品のデータシートにもおおよその寿命が書いてありますね。
■ 並列接続での故障 ■
（例）抵抗器1個にLED3個のLEDを接続する場合
VFが同じ赤色LED3個は問題がなければほぼ均一に点灯。電流を3つに分けている状態です。
LEDの1つにショート故障が発生した場合、壊れたLEDに電流が集中して流れ込むため全てが消灯。これは実際にショート故障したLEDを使っています。
足を片方外してオープン故障と同じような状態にしました。オープン故障のLEDには電流が流れなくなり、その分が他の2個に行くため点灯しているLED1個あたりの電流が増える。電圧、抵抗、VF次第で過電流になる恐れがある。
可能ならば並列に接続する時はそれぞれに抵抗器を付けた方がいいです。
■ 直列接続での故障 ■
（例）赤色LED3個を直列接続
LEDにショート故障が発生。故障したLEDのVFがかなり小さくなっているのでその分だけ抵抗器にかかる電圧が上がり、電流も増えます。こんな場合に、抵抗器ではなくCRDを付けていれば電圧の上昇に対応できます。
オープン故障した場合はそのライン全てが消灯します。オープンというのは要するにどこかで断線しているようなものです。ツェナーダイオードで迂回路を作っておくことで残りの正常なLEDを点灯させることもできます。
直列でも並列でも故障すれば過電流になる恐れがあるので、定格ギリギリで使うのは良くないということがわかると思います。故障によって電流が増えれば結果として1個あたりの消費電力も大きくなります。消費電力が抵抗器の定格の半分以下になるように使うのはこんな時のためでもあります。
とにかく、LEDでも抵抗でも余裕を持って使いましょう。
■ 過電流による破壊 ■
実際にどの程度の過電流で壊れるのかはモノによる、状況によるとしか言いようがないです。あっという間に焼損するものもあれば、光り方はおかしいけどなかなか壊れないものなど色々あります。最大定格を超えて使えば確実にLEDの寿命を縮めるでしょう。
私が電飾製作をしていてLEDを過電流で壊してしまうような状況はまず間違いなく電流制限をうっかり忘れて電源に直に接続してしまった場合で、それ以外で壊したことは皆無です。
■ データシートを確認する ■
通販サイトだとLEDのデータシートが見れたりするので絶対最大定格（Absolute Maximum Rating）などをチェックしましょう。最大定格の欄には下記の項目があるはずなので確認しましょう。
IF
普通の砲弾型LEDなどは順方向電流IFの絶対最大定格は30ｍAのものが多いですが、この絶対最大定格を超えてはいけません。故障で電流が増えたりすることを考えれば、最大でも20ｍA以下に抑えて使ったほうがいいでしょう。
VR
LEDのアノードとカソードを逆に接続してしまった場合、どの程度の電圧まで耐えられるのかを示しているのが逆耐圧（VR）です。一般的な3mmLEDだと大抵は５V程度。
PD
LEDで許容できるの消費電力。
例えばVF2.0の赤色LEDに10ｍAを流すなら、 2.0 x 0.01 ＝ 0.02W（20ｍW）。
Tsol
はんだ付け温度のことです。「260℃/5sec」と書いてあれば260度で5秒以内まで。
VF
電圧の幅が記載されていますが、測定の条件として大抵はIF＝20ｍAになってます。
パッケージ等でIF=20ｍA VF3.0～3.2Vとなっていれば20ｍAの電流が流れるようにした時、3.0～3.2VのVF値になるということです。実際にはもっと低い電圧からでも点灯します。
いろいろ書きましたが、プラモデルの電飾改造でLEDを数個使う程度ならば抵抗器の許容損失の半分以下で使う、電流を10ｍA以下に抑えて使うようにしていれば、これらの故障が発生した場合でも大抵は許容範囲に収まることが計算してみればわかります。
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