LTspiceでLEDの簡易モデルをつくる-電気系ものづくりブログ

LTspiceには、LEDのSPICEモデルが元々いくつか入っています。しかし、「ちょうど良さそうなのがない」、「個別のモデルを入れようにも、入手できない」なんてことも多いです。

そんな時、それほど厳密でなくて良いので、できるだけ簡単に、使いたいLEDのモデルをサクッと作ってしまいたい！と思ったりします。

そこで、今回は「ダイオードの簡易モデルを使った、カンタンなLEDの記述」について、やっていきたいと思います。

ダイオードの簡易モデル

LTspiceのダイオードのモデルには、「半導体の物性に基づくモデル」と「折れ線近似による簡易モデル」の２種類があります。

「半導体の物性に基づくモデル」は、半導体物性の特性に基づくモデルなので、動作が正確です。しかし、複雑で分かりにくいのが難点で、モデルをつくるのは大変です。

一方、「折れ線近似による簡易モデル」は、「どの電圧から導通状態となるか」「導通状態での抵抗値」などといった、ダイオードの動きからモデル化します。

そのため、「折れ線近似による簡易モデル」は使う側の人間からすると、とても分かりやすく、モデルをつくるのが簡単です。

しかし、単純なモデルなので、正確性に欠きます。とはいえ、案外これで十分なことも多いのでないかと思います。また、単純なモデルなので、シミュレーションを高速に実行できます。

ちなみに、LTspiceでは（他のSPICEでも？）、簡易モデルを示すパラメータ（Ronなど）を記述すると、自動で「簡易モデル」として処理されます。

LEDの簡易モデルをつくるのに必要なパラメータは、主に下記３つです。

これらのパラメータは、LEDのI-Vカーブから求めます。

ダイオードが導通状態になり始める電圧をVfwd、そこから曲線で表す範囲をEpsilon、だいたい直線とみなせる領域での傾きをRonとします。

今回は、「OS5OAA5111A」というオレンジ色LEDの簡易モデルを作ってみます。

データシートに、I-Vカーブが載っていたので、ここからパラメータを算出していきます。

導通し始める電圧は1.8V程度と読み取れるので、Vfwd=1.8。

ほぼ直線状となった領域でのΔVとΔIより、導通状態での抵抗値は

導通開始電圧1.8Vから2.4Vまでを、なめらかな曲線で表すことにすると、Epsilon＝2.4-1.8＝0.6となります。

まとめると、このようになります。

パラメータ

それでは実際に、LTspiceでシミュレーションしてみます。

上図のように回路図をかき、SPICE Directive（ツールバーの「.op」のアイコン）に、

.model OS5OAA5111A D(Vfwd=1.8 Ron=3.636 Epsilon=0.6)

と記述します。

シミュレーションを実行すると、このようなグラフが得られました。

形はそれっぽいグラフになっています。しかし、データシートのグラフと比べると、若干電流の立ち上がりが早い（増え方が大きい）です。

とはいえ、データシートの表をみると、電流が20mAのときのVfは2.1V(typ)となっていて、シミュレーション結果でも同様に電流20mAの時の電圧は2.1Vとなっています。

こだわって、もう少しパラメータを精査するのもアリですが、通常使用する領域はこのあたりなので、「だいたい合っている」とみなして良いかな？と思います。