LEDの省エネ、長寿命、耐久性、柔軟な設計により、LEDは現在、屋内および屋外の照明機器の白熱灯や蛍光灯に急速に取って代わっています。しかし、正しいLEDの選択は、設計方程式の一部にすぎません。ソリッドステート照明設計が完全な効率、耐久性、および耐用年数を達成するためには、使用するLEDとアプリケーション要件を一致させる適切な電源を選択する必要があります。この記事では、電源を選択する際に役立つ提案と考慮事項について説明します。

関連背景紹介

LEDの電源電圧がダイオードの順方向電圧降下以上になると（通常は2〜3Vの領域）、LEDは光を生成し始めます。完全な明るさに必要な電流はデバイスごとに異なりますが、1W LED（通常、照明アプリケーションで最小サイズ）の場合、通常は350mAです。白熱灯とは異なり、LEDは非線形デバイスです。これは、電源電圧がダイオードの順方向電圧を超えると、通過電流が電源電圧とともに指数関数的に増加することを意味します。何らかの形の現在の規制がなければ、LEDチップは高価な単安定フラッシュ電球になります。

これを防ぐために、電源は適切な電流で適切な電圧を提供する必要があります。最も簡単な方法は、選択したLEDの順方向電圧より大きい出力電圧を持つ電源を選択し、電流制限抵抗を使用して、電流をLEDメーカーが指定した最大値に制限することです。この方法の欠点は、LED照明の主な利点の1つである高効率が、電流制限デバイスによって消費される電力の影響を受けることです。

この方法のもう1つの問題は、LED接合部の温度が順方向電圧に影響を与えることです。電源の出力電圧は固定されているため、電流制限デバイスの両端の電圧が変化すると、電流も変化します。変化する電流は、放出される光の量に影響し、LEDの信頼性を低下させます。最良の方法は、定電流源でLEDを駆動することです。このようにして、電流をLEDメーカーが指定した最大値に設定して、最大の効率と信頼性を実現したり、必要な正確な明るさを実現したり、LEDまたは周囲温度が変化したときの接合部温度の影響を排除したりできます。

照明アプリケーションでは、LEDを使用する利点の1つは、明るさを簡単に変更できることです。これは、LEDを流れる電流を変更することで実現できますが、LEDを最大電流未満で実行すると、効率が低下し、色がわずかに変化する可能性があります。したがって、より良い方法は、電流をゼロと最大値の間でパルス化して、放出される平均光を変更することです。これがパルスが人間の目でフラッシュとして見られるのを避けるのに十分な高い周波数で行われている限り、これは調光を達成するための最良の方法です。電流パルスは通常、固定周波数で実行され、全電流に対するゼロの比率が変化します。これはパルス幅変調（PWM）方式です。

パワーを選択

照明アプリケーション用に選択された電源のタイプは、いくつかの要因に基づいています。まず、アプリケーションが実行される環境を検討します。アプリケーションは屋内ですか、屋外ですか？電源には防水性が必要ですか、それとも特別なIP定格が必要ですか？電源は伝導冷却または対流冷却のみを使用できますか？

次に、全体的な電力要件を定義します。単一のランプは小さな電源を必要とするだけかもしれませんが、複雑なシステムは数百ワットの電力を供給する必要があるかもしれません。さらに、他の機能が必要ですか？たとえば、電源は単純な定電圧モードまたは定電流モードで動作する必要があり、アプリケーションは調光を必要としますか？

法律や規制は重要です

さて、今は規制を検討する時です。システム全体が特定の高調波電流範囲内で動作する必要がありますか？照明安全基準に準拠する必要がありますか、それともITE電力で十分ですか？そして、このエネルギーに敏感な時代に、電源はどのようにしてローカルまたは地域の基準を効果的に満たすことができますか？

特定の効率と力率補正レベルを満たす製品に対して、一部の地方政府機関が割引やその他の補助金を提供することも重要です。製品はこれらの場所で販売されていますか？同様に、電源をオフにしたときの消費電力の要件を含め、設計基準が要件を満たしているかどうかを理解することが重要です。

安全基準

照明システムに適用できるさまざまな規格があります。国際的には、IEC61347のパート1は照明制御デバイスの一般的な安全要件をカバーしており、パート2およびセクション13（2）はLEDモジュール電源に適用できます。米国にはUL8750、ヨーロッパにはEN61347があり、どちらも章にちなんで名付けられたIEC形式です。

調和電流

照明アプリケーションは通常、EN61000-3-2の要件を満たすために高調波電流放出を必要とし、照明カテゴリはクラスCです。このカテゴリには、25 Wを超える有効入力電力に対する制限のセットが1つあり、25 W以下の制限には別のセットがあります。ただし、この規格では25W以下の放電照明についてのみ言及しています。

25Wを超える制限を満たすには、通常、力率補正が必要です。制限は絶対値ではなくアンペア数のパーセンテージとして計算されるため、ITEタイプの電源ではなく、照明アプリケーション専用の電源を使用することをお勧めします。ただし、照明負荷が電源装置の全負荷定格の40〜50％を超えている限り、ITE電源装置はその制限に達する可能性があります。

XP PowerのIP67 DLEシリーズは、LED照明アプリケーション向けに設計された電源シリーズです。このシリーズの製品には、EN61347およびUL8750安全規制に準拠する15、25、35、および60ワットモデルが含まれています。

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XP Powerの15〜60ワットDLEシリーズのLED電源の例。

LED構成

一部の照明アプリケーションは、1つのLEDのみを使用する場合があります。この種類の使用電力は通常約1W、順方向電圧は2〜3Vの範囲、順方向電流は約350mAです。これにより明るい光源が生成されますが、LEDが単一の照明器具または照明器具のグループ内のある種のアレイで使用され、より明るく均一な光源を生成する可能性が高くなります。 LEDは通常、4つの構成のいずれかで使用されます。 LEDを直列、並列、またはマトリックス（直列と並列の組み合わせ）に構成して、単一の電源からLEDを駆動します。 4番目の構成は複数のチャネルを使用し、複数の電源が必要です。