Application Note

Light Emitting Diode

GaN 系 LED の並列接続回路について

目次
1. 概要 ................................................................................... 2
2. GaN 系 LED の並列接続回路 ................................ 2
3. まとめ ................................................................................ 4

本書内に記載する型番 NSCW215 は、弊社製品の型番であり、商標権を有する可能性のある他社製品といかなる関連性・類似性を有するものではありません。

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1. 概要
弊社の製品カタログには、表１に示されるように製品毎に定格電流駆動における順電圧の値を記載しています。表１によると、NSCW215 の 20mA のときの順電圧は、Typ．で 3.6V、Max．では 4.0V となります。つまり、同じ製品であっても順電圧－順電流特性は、仕様の範囲内で変化します。したがって、同じ製品に同じ電圧をかけたとしても必ずしも同じだけの電流が流れるというわけではなく、電流値が異なれば光度も異なってきます。
よって、並列接続回路を用いる際には、このことに十分留意しておかなければなりません。
本書では GaN 系 LED を並列接続回路に用いる際の注意点について述べます。
表 1. NSCW215 の順電圧（IF=20mA）

Light Emitting Diode

順電圧 VF [V]
Typ.

Max.

3.64.02. GaN 系 LED の並列接続回路
順電圧の異なるＬＥＤを用いて並列接続回路を設計したときに、どのようなことが起こるのでしょうか。例として、図 1 のような回路を考えます。

I1I2

LED1
VF=3.2V@20mA

LED2
VF=3.8V@20mA

I1 + I 25V

R190Ω

VD1VR1R290Ω

VD2VR2

図 1. 回路例 1
電源電圧は 5Ｖとします。左側の LED1 は 20mA のときの順電圧値が 3.2V、右側の LED2 は 20mA のときの順電圧値が 3.8V であったとします。それぞれの抵抗は 90Ω であったとします。このとき、左側の回路にかかる電圧は以下のように計算できます。
仮にＩ1 を 10mA とすると、
VR1 ＝ 10mA×90Ω ＝ 0.9V
VD1 ＝ 5V－0.9V ＝ 4.1V
10mA のときの順電圧値を、この LED の順電圧－順電流特性を示すグラフ（図 2）で確認すると 3.06V なので、VD1＝3.06V となるはずです。よって、Ｉ1 を 10mA とした仮定は間違っていることになります。

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図 2. 順電圧-順電流特性
仮定を変更してＩ1 を 15mA と仮定すると、
VR1 ＝ 15mA×90Ω ＝ 1.35V
VD1 ＝ 5V－1.35V ＝ 3.65V
15mA のときの順電圧値を、この LED の順電圧－順電流特性を示すグラフで確認すると 3.14V なので、VD1＝3.14V となり、Ｉ1 を 15mA とした仮定はやはり間違っていることになりますが、先程 10mA と仮定したときよりもその誤差が少なくなっていることがわかります。
このようにしてＩ1 の値を変えて計算を繰り返していくと、Ｉ1 を 20mA と仮定したときに VD1＝3.2V となり、このLED は 20mA の順電圧値が 3.2V であることが判っているのでＩ1＝20mA ということになります。同様に、右側に流れる電流値Ｉ2 を求めると、Ｉ2＝15mA ということになります。
次に、コストダウンのため、図 3 に示すように、抵抗を 2 つから 1 つに減らした回路を考えてみます。

I1 + I25V

I1I2

LED1
VF=3.2V@20mA

LED2
VF=3.8V@20mA

VD1VD2

図 3. 回路例 2This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
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図 1 と同じように電源電圧は 5V とし、左側の LED1 は 20mA のときの順電圧値が 3.2V、右側の LED2 は20mA のときの順電圧値が 3.8V であったとします。このとき、左側を流れる電流値Ｉ1 を 20mA とすると、順電圧値は 3.2V。よって、
VD1 ＝ 3.2V
このとき、VD1＝VD2 なので、VD2 ＝ 3.2V
右側を流れる電流値Ｉ2 はグラフより 2mA。つまり、右側は左側の 10 分の 1 しか電流が流れないということになります。同じ図 3 で、右側を流れる電流値Ｉ2 を 20mA としてみます。

Light Emitting DiodeVD1 ＝ VD2 ＝ 3.8V
左側を流れる電流値Ｉ1 はグラフからは読みとれないほど電流値が高くなり、絶対最大定格を上回る可能性が十分あります。この場合、左右の LED の光度は著しく異なり、また、絶対最大定格を超えた場合には、製品として使用できません。

3. まとめ
同じ順電圧－順電流特性を持つ LED を並列に接続すると同じ光度を得ることができますが、上記のように順電圧－順電流特性が異なっている場合は、光度も異なります。 その場合、図 1 のように抵抗を用いて LED に加わる電圧を調整することにより、その光度差を軽減することができます。 図 1 は同じ抵抗を用いているので完全に同じ光度にはなっていませんが、この左右の抵抗値を上手く調節して、双方の LED に流れる電流値を同じにすることができれば、論理的には、同じ光度にすることができます。
また、日亜化学工業では、ある程度の幅にＶｆを分割するサービスを行っていますが、幅を狭めるほど歩留まりが悪化し、コスト高を招く可能性もあり、回路設計との組み合わせが、均一な光度のアプリケーション製造へのポイントとなると思われます。

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