8×8×8 LED CUBE 製作記(11) -- LEDの明るさと電流値

制御基板の部品配置を決め、前回はそれを組み込むボックスの大きさも決まったので、いよいよ基板に部品をはんだ付けしていこうと思います。

ただ、部品点数約200点、はんだ付け箇所約500箇所という結構長い道のり。

先ずは基板そのものから作ることに。使うのはブレッドボードパターンのユニバーサル基板なんだけど、幅が足りないので継ぎ足して必要な大きさを確保する必要があるので。

カットした2枚のユニバーサル基板を並べて、それをアクリル板と両面テープとで一体化して・・・・・みたいな工作をし、そこにシフトレジスタや大量の抵抗、ピンソケット等をはんだ付け。

まだ途中だけど、取り敢えずこんな感じに。

制御基板途中

トランジスタのベース抵抗値を決めるには、LEDに流す電流から決めていく必要が

さて、ここからトランジスタを並べていこうとして、トランジスタ周りの抵抗値を(はんだ付けしてしまう前に)もう一度検討しておいた方がいいかも、って気になってきた。

トランジスタのベース抵抗を決めるためには、LED1個に流す電流値を先に決める必要がある。

この値は、トランジスタ2N2222とシフトレジスタ74HC595の最大電流容量を考慮して8mAと決め、電源電圧5Vに対してLEDの電流制限抵抗値を220Ωとしました。

実際、上の基板の写真で、ズラッと並んでいる青色の抵抗が、その220Ω。

さて、抵抗は(大量にあるのがこの値だったので)220Ωとしたけれど、LEDに流れる8mAという電流値はどうなのか?

1つのLayerに属する64個のLEDが同時に点灯した時、そこに流れる電流は8×64=512mA。2N2222の定格値600mAに対して、これはちょっと余裕が少ないのではという危惧が。

もう一つは、LEDの明るさ。よく、LEDに流す電流を20mA程度で設定しているのを見かけますが、あれはLEDを(照明目的等で)明るく点灯させようとした時の値。

今回のLED CUBEのように、(超高輝度の)LED自体を “直視” する場合は、とてもじゃないけど明る過ぎて見ることが出来ない。

さらに、下段で点灯したLEDが明る過ぎると、その光が上のLEDも透過して、そちらも点灯しているように見えてしまうという弊害もあるんです。

では、8mAでの明るさはどうなのかというと、実は改めて確認はしていません。

LED10個を並列に並べて5Vの電圧をかけ、電流値を測ってみる

ということで、実際の明るさを確認すると共に、本当に5V、220Ωの組合せで、電流は8mAになるのか(LEDの実際のVF値はいくつなのか)ってのも調べてみようと思います。

キューブに使ったのと同じブルーのLED10個に、10本の220Ωの抵抗を接続し、この10セットをブレッドボード上に並列に並べ、そこに電圧をかけて、その時の電流値を測定します。

先ずは5V。この時の電流値は90mA(10mA単位ですが、80→90に切り替わった直後なので)になっているので、1本当たりのLEDには9mAの電流が流れていることになります。

LEDの電流(5V)

LEDの明るさはどうかというと、これは明る過ぎるかも。LEDを直視していると眼が疲れてくる。

さて、5V、220Ωの組合せで、電流が9mAという状態を計算式に当てはめてみると、

 抵抗(Ω)=(電源電圧-VF)÷電流値(A) → VF=電源電圧-抵抗×電流
⇒ VF=5V-220Ω×0.009A≒3V

となります。

ブルーLEDのカタログ上のVF値は、大概「3.0V~3.2V」となので、この値は妥当なところ。

キューブの電源電圧は4Vに変更した方がいいかも

さてさて、抵抗値は220Ωと決めて既に基板に(64個も)はんだ付けしてしまったので変更できないとして、このままではLEDには9mAの電流が流れて、明る過ぎるし、トランジスタも危ない。

ということで、電源電圧を下げていってみます。

4.5Vでは、下の通り70mA(1個当たり7mA)となって数値的には悪くない感じになりますが、LEDの明るさとしてはもう少し暗くてもいいような気がする。

LEDの電流(45V)

続けて4Vまで下げてみると、電流は50mA(1個当たり5mA)となります。

LEDの電流(4V)

これでも明るさ的には十分過ぎるように感じる。また、64個のLEDを想定した時、総電流は320mAとなるので、2N2222の定格値の約半分と、こちらも安心感がある。

ということで、LED CUBEの駆動電圧として当初は5Vと想定していたけど、ここで4Vに変更することにしました。

さて、次回はこの条件でトランジスタのベース抵抗の値を決めていきます。


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