LTspiceでLED調光回路

LEDの調光回路について聞かれたので、30分ぐらいで簡単な回路を設計し、シミュレーションしました。
効率はかなり悪いですが、折角なのでそのLED調光回路のシミュレーションについて書いておきます。
可変抵抗で電流を調整し、カレントミラー回路でその電流をコピーするという構成です。
各LEDに流す電流は2-20mAで電源は5Vの安定化されたACアダプターで作ることにします。

【2009/04/30】シミュレーションに使うトランジスタモデルを変更しました。

003_20090430011019.png 004_20090430011019.png


○要求仕様
求められた使用は以下のようなもの。


  • 電源はACアダプタで安定化された5V

  • LEDの順電流の可変範囲は2-20mA

  • LEDは白色(VF=3.5Vぐらい)

  • 並列数は9個

  • 1つの可変抵抗で調光



あとは、作る人がさほど電子工作が得意でなくても何とか作れるように部品点数が少ないというところでしょうか。

○カレントミラー
LEDの数が2この場合の回路をfig.1に示します。
R2は2kΩの可変抵抗で、この可変抵抗のつまみを回したときLED(D1)に流れる順電流がどのように変化するかシミュレーションしました。LEDのモデルQTLP690Cはおそらく赤LEDのモデルですが、トランジスタがが飽和しない範囲でなら(LEDの順電圧が3.5V程度を下回っている範囲でなら)何色のLEDでも挙動は、大きくは変わらないはずです。


001_20090430011006.png
fig.1: LED数2のスケマティック

002_20090430011007.png
fig.2: 可変抵抗R2の値とD1の順電流の関係


トランジスタのSPICEモデルは数理設計研究所さんのSpice Modelの物を使わせていただきました。
2SC1815のかわりにLTspice付属の2N3904のSPICEモデルを使うことにしました。

カレントミラー回路でQ1の電流が、Q2やQ3にコピーされます。LEDの順電圧特性にばらつきがってもほぼ同じ電流が流れることが期待できます。

○多LED化
出力がカレントミラー方式なので、簡単に並列化できます。fig.3,4にLEDの数を9個にした場合のシミュレーション結果を示します。


003_20090430011019.png
fig.3: LED数9のスケマティック

004_20090430011019.png
fig.4: 可変抵抗R2の値とD1の順電流の関係(並列数を増やしても変化していないことが分かる)


○関連エントリ


○参考URL


○付録
このエントリで使用したLTspiceのシミュレーション用ファイルを添付します。ファイル名末尾の".txt"を削除して、"_"を"."に変更すれば使えるはずです。


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tag: LTspice トランジスタ LED カレントミラー 直流動作点解析 可変抵抗 定電流 

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No title

次回はPWM調光ですね!

Re: No title

のさん、こんにちは。
言われてみれば、単純にDuty比で明るさを制御するというのもいいですね。
発振回路にICを使うのを躊躇しなければ、むしろ部品点数も少なくなるかもしれません。

No title

>トランジスタのSPICEモデルは数理設計研究所さんのSpice Modelの物を使わせていただきました。

ここの 2SC1815 のモデルはアーリー電圧 Vaf=6 となっていて、明らかにおかしいのですが、修正したうえでお使いですか?

(ちなみにコンプリの 2SA1015 のモデルでは Vaf=100 となっている)

Re: No title

pcm1723さん、ご指摘ありがとうございます。

> >トランジスタのSPICEモデルは数理設計研究所さんのSpice Modelの物を使わせていただきました。
>
> ここの 2SC1815 のモデルはアーリー電圧 Vaf=6 となっていて、明らかにおかしいのですが、修正したうえでお使いですか?
>
> (ちなみにコンプリの 2SA1015 のモデルでは Vaf=100 となっている)

正直、全く検討しておりませんでした。
たしかにVAF=6Vは変ですね。60Vのtypoなのか何か他の特性をうまくごまかすために、あえて変な値にしたのか・・・。

さしあたって、Vafだけ100に変更してシミュレーションしてみたところ、この回路ではVaf=6のときと大差ない結果となりました。(まだ記事には反映していません。)
やはり、LTspice付属の2N2222のモデルを使うほうが無難でしょうか?

No title

私としては、このモデルは「2SC1815」の名前が付いていますが、アーリー電圧を修正しても、他のパラメータは妥当な値なのかどうか判断が付かないので、単純に「使わない」というのが結論です。

NPN トランジスタとしては 2N2222 は Ic が 800 mA と少し大きいので、普通は「小信号汎用 NPN トランジスタ」としては Ic=200 mA の LTSpice 付属の 2N3904 を使っています。 (PNP は 2N3906 を使用)

Re: No title

pcm1723さん、ありがとうございます。
なるほど、2N3094ですか。
現状、私のシミュレーションは細かいトランジスタの特性の違いを見るレベルのものではないので、当面は2N3094/2N3906で行こうと思います。
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