LEDの直列・並列回路の消費電力の違い

 

 

LEDの直列・並列接続時の消費電力の違い

LEDを直列および並列に接続する際の消費電力の違いについて、初心者の方にもわかりやすく解説します。

直列接続の場合

直列接続では、複数のLEDを一列に並べて接続します。

この場合、各LEDには同じ電流が流れます。

例えば、2VのLEDを5個直列に接続し、各LEDに20mA（0.02A）の電流を流すとします。

このとき、電源電圧は 2V × 5個 = 10V が必要となります。

消費電力は、電源電圧と全体の電流の積で求められ、10V × 0.02A = 0.2W となります。

 

並列接続の場合

並列接続では、各LEDが独立した経路を持ち、それぞれに電流が流れます。

例えば、2VのLEDを5個並列に接続し、各LEDに20mAの電流を流すとします。

この場合、電源電圧は各LEDの順方向電圧である 2V で十分ですが、

全体の電流は各LEDの電流の合計となり、20mA × 5個 = 100mA（0.1A） となります。

消費電力は、2V × 0.1A = 0.2W となります。

 

電源電圧12Vの場合の比較

電源電圧が12Vで、2VのLEDを5個使用する場合を考えます。

 

直列接続

5個のLEDを直列に接続すると、各LEDの順方向電圧が積み重なり、必要な電圧は 2V × 5個 = 10V となります。

このとき、電源電圧12VからLEDが必要とする10Vを引いた 残りの2V を電流制限抵抗で消費させます。

各LEDに 20mA（0.02A） の電流を流す場合、消費電力の計算は次の通りです。

• 各LEDの消費電力: 2V × 0.02A = 0.04W
• 5個のLEDの合計消費電力: 0.04W × 5個 = 0.2W
• 電流制限抵抗の消費電力: 2V × 0.02A = 0.04W
• 全体の消費電力: 0.2W + 0.04W = 0.24W

 

並列接続

各LEDに 個別の電流制限抵抗 を設けて並列に接続すると、各LEDの順方向電圧は同じ 2V で統一されますが、それぞれに電流が流れます。

電源電圧 12V から各LEDの順方向電圧 2V を引いた 10V を 各抵抗で消費 させます。

各LEDに 20mA（0.02A） の電流を流す場合、消費電力の計算は次の通りです。

• 各LEDの消費電力: 2V × 0.02A = 0.04W
• 5個のLEDの合計消費電力: 0.04W × 5個 = 0.2W
• 各抵抗の消費電力: 10V × 0.02A = 0.2W
• 5個の抵抗の合計消費電力: 0.2W × 5個 = 1.0W
• 全体の消費電力: 0.2W + 1.0W = 1.2W

 

直列接続と並列接続の比較

接続方式	必要な電源電圧	1個のLEDの消費電力	5個のLEDの合計消費電力	抵抗の合計消費電力	全体の消費電力
直列	12V	0.04W	0.2W	0.04W	0.24W
並列	12V	0.04W	0.2W	1.0W	1.2W

このように、直列接続は 全体の電流を抑えることができ、消費電力を低くする ことが可能です。一方、並列接続では 電流制限抵抗が多く必要となり、結果として電力損失が増える ため、効率面では直列接続が有利と言えます。

この比較をもとに、LED回路を設計する際は 電源の効率と消費電力のバランス を考慮することが重要です。

 

 

 

まとめ

直列接続の場合、全体の電流が少なくて済むため、消費電力を抑えることができます。

一方、並列接続では各LEDに個別の電流制限抵抗が必要となり、全体の電流が増加し、結果として消費電力も増加します。

そのため、電源の効率や電力消費を考慮する場合、直列接続が有利 と言えます。