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» 2016年01月29日 10時30分 UPDATE

Design Ideas ディスプレイとドライバ:LEDを光センサーとして使用した自動点灯回路

LEDに光を照射すると、大きな起電力が発生する。この光起電力効果を利用し、LEDを光センサーとして使う自動点灯回路を紹介する。

[Howard Myers,EDN Japan]

 LEDに光を照射すると、大きな起電力が発生する(光起電力効果)。図1に示したのは、その光起電力効果を活用した回路の例である。LEDの発明から30年以上がたち、その発光効率は着実に向上してきた。そうした高効率の製品の1つが、図1で使用している米Avago Technologiesの赤色LED「HLMP-EG30-NR000」(D1)である。光起電力効果の小さい赤色LEDでも機能するが、当然、起電力は小さくなる。

図1 LEDの光起電力効果を活用した回路例 図1 LEDの光起電力効果を活用した回路例 (クリックで拡大)
LEDによって光を検知し、LED自身を自動的にオン/オフする。光センサーを使うことなく、このようなことが行える

 LEDは、オフィスや実験室のような適度な明るさの下では光起電流によって発光し、周囲が暗いときには発光しない。この回路は、光センサーではなく、LEDによって周囲の明るさを検出し、LED自身のオン/オフを自動制御する。具体的には、LEDの周囲が暗くなるとオン(点灯)になり、明るくなるとオフになるように構成してある。この処理は、LED自身と、オペアンプ(IC1)、単安定(ワンショット)マルチバイブレーター(IC2A)、スイッチ(Q1)によってLEDの電流を制御することで実現する。

 図1の回路の場合、周囲が明るいと、D1は4.7MΩの抵抗R3の両端に50mV〜100mVの電位差を発生させる。オペアンプIC1はコンパレーターとして機能し、D1によって生成された電圧と、約50mVの基準電圧を比較する。この基準電圧は、IC1の2番端子に接続している分圧抵抗R1とR2によって設定する。

 周囲が暗くなると、D1の生成電圧が低くなる。基準電圧の50mVを下回ると、オペアンプの出力電圧がローレベルまで低下し、IC2Aのトリガーとなる。これによりIC2Aがパルス(ハイ)を出力し、それによってトランジスタQ1がオンになる。その結果、IC2Aの出力がローになるまでの約3ミリ秒の間、LEDが点灯する。

 暗い室内では、このサイクルが200Hzで繰り返され、LEDが点滅する。なお、点滅が速くなると、LEDは点灯し続けているように見える。

 この回路の消費電流は、明るい場所では、主として分圧回路部分の電流3.6V/(160kΩ+2.2kΩ)=22μAとなる。点灯時に数ミリアンペアを消費するLEDを使った場合でも、1Ahrの電池によって数カ月間、動作するだろう。また、R1とR2の値を大きくすれば、常時消費される電流を減らすことができる。その場合、基本的に十分に明るい環境で使用するのであれば、1Ahrのリチウムイオン電池の保管寿命くらいまで使い続けることが可能である。


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※本記事は、2008年7月29日にEDN Japan臨時増刊として発刊した「珠玉の電気回路200選」に掲載されたものです。著者の所属や社名、部品の品番などは掲載当時の情報ですので、あらかじめご了承ください。
「珠玉の電気回路200選」:EDN Japanの回路アイデア寄稿コラム「Design Ideas」を1冊にまとめたもの。2001〜2008年に掲載された記事の中から200本を厳選し、5つのカテゴリに分けて収録した。



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