LEDを複数つなぐとき、直列と並列どちらがいい？

電源の電圧に余裕があれば直列が基本です。5V以下で直列にする電圧がないときは、1個ずつに抵抗を入れて並列にします。

並列にしたLEDに抵抗1本ではだめ？

だめです。VFの低いLEDに電流が集まり、明るさがばらつき、そのLEDが先に傷みます。1個ずつに抵抗を入れます。

定電流回路はいつ使う？

明るさをそろえたいとき、VFの大きいLEDを電源ぎりぎりまで直列にするとき、電源の電圧が変わるときに使います。

ULN2003AでLEDを点けるときの抵抗は？

（電源−VFの合計−約0.9V）÷電流で計算します。12Vで赤3個・10mAなら510Ωです。

TLC5940が熱くなるのはなぜ？

LEDの電源からVFを引いた残りがICの熱になるからです。LEDの電源をVFの最大値＋1Vほどに下げると、熱が減ります。

LEDを複数点ける回路｜直列・並列・定電流・ドライバICの選び方

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LEDを複数点けるときは、直列にした列に1本ずつ抵抗を入れ、その列を並列に並べるのが基本です。12V・赤色なら1列3個で、明るさをそろえるなら定電流回路、マイコンで点け消しするならドライバICを使い、選び方は早見表にまとめました。

LEDを1個点ける計算ができたら、次は「たくさん点けたい」です。看板やイルミネーション、表示パネル、機械の状態ランプなど、LEDを何個も並べる場面はよくあります。

ところが、1個のときと同じ考えで何個もつなぐと、「一部だけ暗い」「抵抗が熱い」「マイコンが不安定」といった失敗が出ます。この記事では、直列・並列・定電流・ドライバICの4つを、数字つきで順に説明します。

結論：LEDを複数点ける方法は4つ

LEDを複数点ける方法は、直列・並列・定電流・ドライバICの4つです。最初は「直列にした列に、1本ずつ抵抗」を基本に考えます。

方法	どんな形	向いているとき
直列	LEDを1本道に並べ、列に抵抗1本	電源の電圧に余裕がある。数個〜数十個
並列	LED1個ずつに抵抗を入れて枝分かれ	電源が5V以下で、直列にする電圧がない
定電流	トランジスタ2個で電流を一定に	明るさをそろえたい。電源の電圧が変わる
ドライバIC	ULN2003A・TLC5940 など	マイコンで点け消し・明るさを1個ずつ変えたい

どれか1つを選ぶというより、組み合わせて使います。たとえば「3個の直列の列を10列つなぎ、各列をULN2003Aで点け消しする」という形です。

つまり、まずは直列＋抵抗で考え、足りないところを定電流やドライバICで補う、という順番です。

この記事で作るもの：12Vで赤色LEDを30個点ける回路

例として、12Vの電源で赤色LEDを30個点ける回路を作ります。3個を直列にした列を10列並べ、1列ごとに620Ωの抵抗を入れます。合計の電流は約97mAです。

1列の計算は、前の記事のLED1個の計算と同じ式です。違うのは、VFを直列にした個数ぶん足すところだけです。

12Vで赤色LED（VF約2.0V）を3個、10mAなら、（12−2.0×3）÷0.010＝600Ωです。売っている抵抗の値（E24系列）の大きい側に丸めて620Ω。実際の電流は 6.0÷620＝約9.7mA です。

30個ぜんぶでは、9.7mA×10列＝約97mA。電源から出る電力は 12V×0.097A＝約1.16W です。

つまり、何個つなぐときも「1列ぶんを計算して、列の数を掛ける」が基本です。

直列と並列の違い：直列は電圧、並列は電流が足し算

直列にすると、同じ電流が全部のLEDを通り、VFが足し算になります。並列にすると、どの列にも同じ電圧がかかり、電流が足し算になります。

直列で赤色LEDを3個つなぐと、VFは 2.0＋2.0＋2.0＝6.0V。電源12Vの残り6.0Vが抵抗にかかります。電流は1本道なので、どこも同じ約9.7mAです。

並列で5Vの電源にLEDを3列つなぐと、どの列にも5Vがかかります。1列 (5−2.0)÷300＝10mA なので、電源から出る電流は 10＋10＋10＝30mA。個数に比例して増えます。

直列にできる個数の決め方：VFの最大値で確かめる

直列にできる個数は、VFの最大値で計算しても、狙いの電流の8割以上流れる個数までが目安です。12Vで赤色LED・10mAなら3個です。

LEDのVFには個体差があります。赤色LEDのデータシートでは、代表値1.9V・最大値2.3V（10mAのとき）という例があります。直列にする個数が増えるほど、この差が積み重なります。

12Vで赤色LEDを1〜5個直列にしたときの電流を、ふつうの個体（VF 2.0V）と、VFが最大の個体（2.3V）で比べると、次のようになります。

個数	抵抗（E24）	ふつうの個体	VFが最大	割合
1個	1000Ω	10.0mA	9.7mA	97%
2個	820Ω	9.8mA	9.0mA	93%
3個	620Ω	9.7mA	8.2mA	85%
4個	430Ω	9.3mA	6.5mA	70%
5個	200Ω	10.0mA	2.5mA	25%

3個なら、VFが最大の個体でも8.2mA（85%）流れます。4個では6.5mA（70%）、5個では2.5mA（25%）まで下がり、明るさが目に見えてばらつきます。

つまり、直列の個数は「VFの代表値で電源ぎりぎり」まで詰めず、VFの最大値で計算して余裕を残します。

直列を増やすほど、ばらつきに弱くなる

同じ12Vでも、直列を5個にすると、VFが大きい個体では2.5mAしか流れません。3個までなら8割以上流れます。

グラフの青い棒がふつうの個体、オレンジの棒がVFが最大の個体です。1〜3個では差が小さく、4個から急に開きます。

実物では、全部が最大値の個体ということはまれです。ただ、買った袋の中にVFの大きいものが混ざると、その列だけ暗くなります。最大値で確かめておけば、どの個体が来ても明るさの差が小さく済みます。

つまり、個数は「最大値で8割」で決める。この3ステップで、どの電源でも個数が決まります。

10個を点けるなら：電源の電圧で形が変わる

赤色LEDを10個点けるとき、5Vなら1個ずつ10列（合計100mA）、12Vなら2個直列×5列（49mA）、24Vなら5個直列×2列（19mA）です。

電源	形	抵抗	1列の電流	合計の電流	電源の電力
5V	1個ずつ×10列	300Ω×10本	10.0mA	100mA	0.50W
12V	2個直列×5列	820Ω×5本	9.8mA	49mA	0.59W
24V	5個直列×2列	1500Ω×2本	9.3mA	19mA	0.45W

5Vでは、赤色LEDを2個直列にすると抵抗に1.0Vしか残らず、VFが最大の個体で電流が4mAまで下がります。そのため1個ずつに抵抗を入れて並列にします。

12Vなら3個まで直列にできますが、10個は3で割り切れないので、2個×5列にしました（3個×3列＋1個でもかまいません）。24Vなら5個直列でも、VFが最大の個体で8.3mA流れます。

電源の電圧が高いほど、直列にできる個数が増え、合計の電流が減ります。電流が減ると、電線やコネクタ、電源の負担が軽くなります。

つまり、LEDの個数が多いときは、電源の電圧を上げて直列を増やすと、電流を小さくできます。

電流と発熱の合計：光らない電力は抵抗の熱になる

電源から出た電力のうち、LEDで使われなかった分は抵抗の熱になります。30個・12Vの例では、約1.16Wのうち約0.58Wが抵抗の熱です。

LEDの電力は VF×電流、抵抗の電力は電流×電流×抵抗値で計算します。合計すると、電源の電圧×合計の電流と同じになります。

形	電源の電力	うちLED	うち抵抗	抵抗1本	選ぶ定格
10個・5V	0.50W	0.20W	0.30W	30mW	1/8W以上
10個・12V	0.59W	0.20W	0.39W	78mW	1/4W以上
10個・24V	0.45W	0.19W	0.26W	131mW	1/2W以上
30個・12V	1.16W	0.58W	0.58W	58mW	1/8W以上

電源の容量は、合計の電流に余裕を持たせて選びます。目安として、合計の1.5〜2倍の電流を出せる電源にしておくと安心です。30個・12Vの例なら、約0.2A 以上出せる12Vの電源です。

つまり、LEDをたくさん点けるときは「合計の電流→電源の容量」と「抵抗1本の電力→定格」の2つを確かめます。

なぜ定電流回路が要る？抵抗だとVFで電流が大きく変わる

抵抗で電流を決めると、VFの合計が電源に近いほど、電流が大きく変わります。12Vで白色LED3個・抵抗110Ωなら、VFが代表値で約19mA、少し大きい個体（3.6V）ばかりだと約11mAです。

白色LEDはVFが約3.3V（最大4.0V）と大きいので、3個直列で9.9V。12Vの電源では、抵抗に2.1Vしか残りません。抵抗の電圧が小さいほど、VFの差がそのまま電流の差になります。

このようなときは、抵抗の代わりに定電流回路を使います。定電流回路は、VFの合計が変わっても、電圧に余裕がある間は同じ電流（ここでは20mA）を流し続けます。

ただし、定電流回路も魔法ではありません。電源の電圧からVFの合計を引いた残りが小さくなりすぎると、電流を保てなくなります。グラフで、右端の電流が急に下がっているところです（線は形をわかりやすくしたイメージです）。

つまり、VFの大きいLEDを電源ぎりぎりまで直列にするときや、明るさをそろえたいときは、定電流回路が効きます。

トランジスタ2個の定電流回路：電流≒0.6V÷Rs

トランジスタ2個と抵抗2本で、定電流回路が作れます。電流は、0.6V÷Rs で決まります。Rs＝30Ωなら約20mAです。

Q1はLEDの電流の通り道で、蛇口の役目です。Q1の下に入れたRsに電流が流れると、Rsに電圧が出ます。もう1つのトランジスタQ2は、そのRsの電圧を見張っています。

Rsの電圧が約0.6V（トランジスタのベースとエミッタの間の電圧）に近づくと、Q2が電流を流し始めます。Q2は、R1からQ1のベースへ行くはずの電流を横取りするので、Q1が絞られます。こうして、Rsの電圧が約0.6Vで落ち着き、電流は 0.6V÷Rs になります。

部品	この記事の値	役目
Q1・Q2	2N3904（小信号のNPNトランジスタ）	Q1は電流の通り道、Q2は見張り役
Rs	30Ω	電流を電圧に変える。0.6V÷30Ω＝20mA
R1	4.7kΩ	Q1のベースに電流を送る

0.6Vは目安の値です。トランジスタの種類や温度で0.55〜0.7Vほど変わるので、電流も±1割ほど変わります。抵抗で決めるより、VFの影響をずっと受けにくいのが利点です。

つまり、定電流回路は「Rsの電圧を約0.6Vに保つ」しくみです。電流を変えたいときは、Rsを変えます。

定電流のしくみ：増えたら絞る、を自動でくり返す

定電流回路は、電流が増えようとすると自動で絞り、減ろうとすると開く、をくり返して電流を一定にします。

電流が減ろうとしたときは逆で、Rsの電圧が下がるとQ2が電流を吸わなくなり、Q1のベースの電流が増えてQ1が開きます。

つまり、Q2がRsの電圧を見張っているので、電流が自動でそろいます。

定電流回路の部品を決める3ステップ

12Vで白色LED3個に20mA流すなら、Rs＝30Ω、Q1にかかる電圧は1.5V（熱は30mW）、R1＝4.7kΩです。

Q1に残る電圧が0.3V（目安）より小さくなると、Q1が飽和して、電流を絞る余地がなくなります。VFが3.6Vの個体ばかりでも 12−10.8−0.6＝0.6V 残るので、この例はまだ定電流のままです。

温度にも注意します。Q2のベースとエミッタの電圧は、温度が1℃上がるごとに約2mV下がる（目安）ので、30℃上がると電流は約1割減ります。明るさが少し落ちる方向なので、LEDを傷める心配はありません。

つまり、Rs（電流）→Q1の余裕と熱→R1、の順に決めれば、定電流回路の部品がそろいます。

ドライバIC①ULN2003A：マイコンでLEDの列を点け消しする

ULN2003Aは、トランジスタ（ダーリントン）のスイッチが7回路入ったICです。マイコンの端子は約1mAの合図を出すだけで、12VのLEDの列を点け消しできます。12V・赤3個・10mAなら、抵抗は510Ωです。

マイコンの端子から直接LEDに電流を流すと、1本で数mA〜20mAほど、全部の端子の合計にも上限があります（品種で違うのでデータシートで確かめます）。LEDの列が多いときや、12Vの列を点け消ししたいときは、間にドライバICを入れます。

ピン	名前	つなぐ先
1〜7	1B〜7B（入力）	マイコンの端子（各回路に2.7kΩが入っている）
8	E（GND）	GND
9	COM	モーター・リレーのときに電源へ。LEDだけならつながなくてよい
10〜16	7C〜1C（出力）	LEDの列の下側（カソード側）

出力（C）はGND側のスイッチなので、LEDの列は「+12V → 抵抗 → LED → 出力」の向きにつなぎます。ICのスイッチがオンのときも、出力とGNDの間に約0.9V残る（100mAのときの代表値）ので、計算に入れます。（12−2.0×3−0.9）÷0.010＝510Ω、電流は10.0mAです。

7回路すべてで10mA流しても、ICの熱は 7×0.9V×10mA＝約63mW（多めの見積もり）。DIPの熱抵抗66.7℃/Wを掛けると、温度上昇は約4℃です。1回路の上限（ピークで500mA）にも、まだ十分な余裕があります。

つまり、ULN2003Aは「マイコンの小さな合図で、LEDの列のGND側をON・OFFするスイッチ7つ」です。

ドライバIC②TLC5940：16個の明るさを1個ずつ変える

TLC5940は、定電流の出力が16回路入ったICです。電流は抵抗1本（R(IREF)）で決まり、2.0kΩなら約19.5mA。明るさは1個ずつ4096段階で変えられます。

2.0kΩなら 1.24÷2000×31.5＝約19.5mA です。16回路とも同じ電流の上限になり、そこから各LEDの明るさを、マイコンからのシリアル通信で4096段階に変えます。

注意したいのは熱です。定電流ICは、LEDの電源の電圧からVFを引いた残りを、IC自身の熱にします。赤色LEDを1個ずつ16回路、LEDの電源を5Vにすると、ICに 5−2.0＝3.0V かかり、3.0V×19.5mA×16＝約0.94W。熱抵抗36.7℃/W（HTSSOPを基板にはんだ付けした値）を掛けると、約34℃上がります。

LEDの電源を3.3Vにすると、ICにかかるのは1.3Vで、熱は約0.41W（約15℃）に減ります。データシートの電流の値は出力の電圧1Vで規定されているので、「VFの最大値（2.3V）＋1V＝3.3V」なら足ります。白・青のLED（VF最大4.0V）なら、LEDの電源は5Vにします。

つまり、定電流ICは「LEDの電源を、VFの最大値＋1Vほど」にすると熱が小さく済みます。

どの方法を選ぶ？早見表

迷ったら直列＋抵抗。明るさのばらつき、点け消し、1個ずつの明るさ、の必要に応じて、定電流やドライバICへ進みます。

こんなとき	選ぶ方法	理由
数個〜10個・明るさは固定	直列＋抵抗（足りなければ並列）	抵抗1本で簡単。部品が少ない
電源が5V以下	1個ずつに抵抗（並列）	直列にする電圧がない
明るさをそろえたい	定電流（トランジスタ2個）	VFのばらつき・電源の変化に強い
マイコンで列ごとに点け消し	ULN2003A など	マイコンの端子は約1mAで済む
1個ずつ明るさを変えたい	TLC5940 など定電流IC	16回路・4096段階
数十個以上・電池で長く使う	LED用の昇圧DC-DC	効率がよい（この記事では扱わない）

電池で動かす場合や、LEDが数十個を超える照明では、抵抗や定電流回路の熱がもったいなくなります。そのときはLED用のDC-DCコンバータ（スイッチングで電圧を変える電源）を検討します。

つまり、方法は「個数・電源の電圧・点け消しや明るさの必要」の3つで選びます。

ブレッドボードで1列を組んで、電流を確かめる

まずは1列（12V・620Ω・赤3個）をブレッドボードで組み、抵抗の両端の電圧をテスターで測ります。6.0V÷620Ω≒9.7mAなら計算どおりです。

ブレッドボードは、縦に並んだ5つの穴が中でつながっています。抵抗は中央の溝をまたいで挿し、LEDは「長い足が左」で、となりの列へ1個ずつずらして挿していきます。

1個だけ光らないときは、その LED の向きか、足が同じ列に入っていないかを見ます。全部光らないときは、どこか1か所が切れています（直列は1本道なので、1か所切れると全部消えます）。

つまり、1列を組んで電流が計算どおりなら、あとは同じ列を増やすだけです。

よくある失敗3つ：並列に抵抗1本・直列にしすぎ・マイコンから直接

LEDを複数点けるときの失敗は、並列に抵抗1本で済ませる、直列にしすぎる、マイコンの端子から直接たくさん点ける、の3つが代表です。

失敗1：並列のLEDに抵抗1本

LEDを並列にして抵抗を1本で済ませると、VFの少し低いLEDに電流が集まります。そのLEDだけが明るく熱くなり、先に傷みます。並列にするときは、1個ずつ（1列ずつ）に抵抗を入れます。

失敗2：直列にしすぎる

12Vに赤色LEDを5個直列にすると、VFが最大の個体では約2.5mAしか流れません。点かない・暗い列が出ます。VFの最大値で計算して、8割以上流れる個数までにします。

失敗3：マイコンの端子から直接たくさん点ける

マイコンの端子1本ずつには電流の上限があり、全部の端子の合計にも上限があります。上限を超えると、マイコンが熱くなったり動きが不安定になったりします。LEDの列が多いときは、ULN2003Aのようなドライバやトランジスタを間に入れます。

つまり、光らない・明るさがばらつく・熱いときは、この3つをまず疑います。

VF（順方向電圧）	LEDを光らせたときにLEDにかかる電圧。赤は約2.0V、白・青は約3.3V
直列	1本道につなぐこと。同じ電流が全部を通り、電圧は足し算
並列	枝分かれさせてつなぐこと。電圧は同じで、電流は足し算
列（ストリング）	直列にしたLEDと抵抗のひとまとまり。この記事では「列」と呼ぶ
定電流回路	電圧が少し変わっても、同じ電流を流し続ける回路
ドライバIC	LEDなどに電流を流す役目を引き受けるIC。マイコンは合図を出すだけになる
トランジスタ	小さな電流で大きな電流をON・OFFしたり絞ったりする部品
熱抵抗（℃/W）	1Wの熱で何℃温度が上がるかを表す数字