LEDの直列と並列の違い

2021年1月22日

みなさんこんにちは、電源設計課の藤田です。
今回は、LEDの直列と並列についてお話しします。

家庭用照明、道路灯、ディスプレイのバックライトなど、今や様々なところでLED照明が使われています。この照明用にLEDを使用する場合、複数個を同時に駆動して明るさの仕様を満たすことが多くあります。その場合、直列と並列をどのように組み合せて接続すればよいかが問題となります。

皆さんは接続方法の違いによる特徴をご存知でしょうか？以下にLEDの直列と並列のメリット・デメリットについてご説明させていただきたいと思います。

28灯のLEDを駆動する場合を例にとりご説明します。主に考えられる接続方法は下記６通りとなります。

①　14個のLEDを直列に接続した列を2つ並列に接続する方法（14直×2並）
②　7直×4並
③　4直×7並
④　2直×14並
⑤　28直×1並
⑥　1直×28並

図1．LEDの直列、並列

上記のように、複数のLEDを接続する場合、複数通りの接続方法がありますので、どの接続の組合せを選択するかを検討する際のポイントを見ていきましょう。

＜直列接続＞

直列接続の最大のメリットは、1列に接続したすべてのLEDの明るさを均一にできることです。全LEDに対して同じ電流を供給できるからです。しかも、1つの出力で複数のLEDを駆動できます。従って、単純な構成の回路で済むというメリットもあります。

デメリットは、駆動電圧が高くなることです。14個のLEDを直列に接続した場合、LEDの順方向電圧降下（V_F）を4Vとすると、駆動電圧は4V×14個の56Vに達します。28個ならば112Vです。一般的に駆動電圧が高いLEDドライバICは、一部の半導体メーカーを除き、選択肢は少ない状況です。さらにデメリットとして、1つのLEDがオープンモードで故障した場合、直列接続したすべてのLEDが点灯できなくなる点も挙げられます。

＜並列接続＞

並列接続のメリットは大きく2つあります。1つは、低い電圧で数多くのLEDを駆動できることです。例えば、2直×14並であれば、4V×2個＝8Vの駆動電圧で28個のLEDを駆動できることになります。もう1つは、1列が何らかの理由でオープンモードで故障しても、ほかの列は点灯し続けられることがあげられます。つまり、故障に強い回路を組むことが可能となります。

一方でデメリットは2つあります。第1に、並列に接続した複数の列の供給電流を同じ値に制御するのが難しいことです。列によって、LEDの明るさにムラが生じてしまいます。第2に、駆動回路が複雑になることです。並列数が14であれば、14個の列に対する配線が必要になります。さらに、回路構成によってはすべての列に対して個別に電圧/電流制御をかけなければならず、コスト増を招くことになります。

＜まとめ＞

以上から、直列接続と並列接続のメリット・デメリットを整理すると下表となります。

表１．LED直列接続と並列接続のメリット、デメリット

LEDの配列だけでも思考することが多々ありますが、LEDドライブ回路を設計する際には、入出力条件に応じて昇圧、降圧、昇降圧など、全体回路としての最適設計が必要となります。

弊社では、数多くの電源回路設計の実績があり、総合的な最適化を念頭に設計に当たっております。製品でも回路でも、何か困ったことがあれば、是非ご相談ください。

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