コモンアノードとコモンカソード: 究極の比較

1. はじめに

LED ディスプレイの核となるコンポーネントは発光ダイオード (LED) です。LED は標準ダイオードと同様に順方向導通特性を持ち、正 (アノード) と負 (カソード) の両方の端子を持っています。長寿命、一貫性、エネルギー効率など、LED ディスプレイに対する市場の需要が高まるにつれて、共通カソードおよび共通アノード構成の使用がさまざまな用途で普及してきました。これら 2 つのテクノロジーをより深く理解できるように、この記事では、それらの関連知識の詳細な概要を説明します。

2. 共通カソードと共通アノードの主な違い

共通カソード設定では、すべての LED カソード (マイナス端子) が共通の接続を共有し、各アノードは電圧によって個別に制御されます。対照的に、共通アノード構成では、すべての LED アノード (正端子) が共有ポイントに接続され、個別のカソードは電圧制御によって管理されます。どちらの方法も、異なる回路設計シナリオで使用されます。

消費電力:

共通アノード ダイオードでは、共通端子が高電圧レベルに接続されており、高電圧が必要な場合は常にアクティブのままです。一方、コモンカソードダイオードでは、コモン端子がグランド（GND）に接続され、特定のダイオードのみが高電圧を受けて動作するため、消費電力が効果的に削減されます。この消費電力の削減は、画面温度の低下に役立つため、長期間使用される LED にとって特に有益です。

回路の複雑さ:

一般に、実際のエンジニアリング用途では、コモンカソードダイオード回路はコモンアノードダイオード回路よりも複雑になる傾向があります。共通アノード構成では、駆動のために多くの高電圧ラインが必要ありません。

3. コモンカソード

3.1 コモンカソードとは

共通カソード構成とは、LED のマイナス端子 (カソード) が一緒に接続されていることを意味します。共通カソード回路では、すべての LED またはその他の電流駆動コンポーネントのカソードが共有点 (「グランド」(GND) または共通カソードと呼ばれることが多い) に接続されます。

3.2 カソード共通の動作原理

電流の流れ:
コモンカソード回路では、制御回路の 1 つ以上の出力端子が高電圧を供給すると、対応する LED またはコンポーネントのアノードが作動します。この時点で、電流が共通の陰極 (GND) からこれらの活性化されたコンポーネントの陽極に流れ、コンポーネントが点灯したり、それぞれの機能を実行したりします。

制御ロジック:
制御回路は、出力端子の電圧レベル (高または低) を変更することによって、各 LED またはその他のコンポーネントの状態 (オンまたはオフ、またはその他の機能状態) を調整します。コモンカソード回路では、通常、高レベルはアクティブ化 (点灯または機能の実行) を示し、ローレベルは非アクティブ化 (点灯または機能の実行なし) を示します。

4. コモンアノード

4.1コモンアノードとは何ですか

共通アノード構成とは、LED のプラス端子 (アノード) が一緒に接続されていることを意味します。このような回路では、すべての関連コンポーネント (LED など) のアノードが共通のアノード点に接続され、各コンポーネントのカソードが制御回路の異なる出力端子に接続されます。

4.2 共通陽極の動作原理

電流制御:
共通アノード回路では、制御回路の 1 つまたは複数の出力端子が低電圧を供給すると、対応する LED またはコンポーネントのカソードと共通アノードの間に経路が作成され、電流がアノードからカソードに流れることができます。コンポーネントが点灯したり、その機能を実行したりします。逆に出力端子の電圧が高いと電流が流れず発光しません。

電圧分布:
共通アノード LED ディスプレイのようなアプリケーションでは、すべての LED アノードが一緒に接続されているため、同じ電圧源を共有します。ただし、各 LED のカソードは独立して制御されるため、制御回路からの出力電圧と電流を調整することで各 LED の輝度を正確に制御できます。

5. アノードコモンの利点

5.1 高い出力電流容量

コモンアノード回路の構造は比較的複雑ですが、出力電流容量は高くなります。この特性により、コモンアノード回路は、送電線や高出力 LED ドライバーなど、高出力を必要とするアプリケーションに適しています。

5.2 優れた負荷分散

共通アノード回路では、すべてのコンポーネントが共通のアノード点を共有するため、出力電流はコンポーネント間でより均等に分配されます。この負荷分散機能は、不一致の問題を軽減し、回路の全体的な効率と安定性を向上させるのに役立ちます。

5.3 柔軟性と拡張性

共通アノード回路設計により、回路構造全体を大幅に調整することなく、コンポーネントを柔軟に追加または削除できます。この柔軟性と拡張性は、複雑なシステムや大規模なアプリケーションにおいて明らかな利点をもたらします。

5.4 簡略化した回路設計

一部のアプリケーションでは、共通アノード回路により回路全体の設計が簡素化されます。たとえば、LED アレイや 7 セグメント ディスプレイを駆動する場合、共通のアノード回路により、より少ないピンと接続で複数のコンポーネントを制御できるため、設計の複雑さとコストが削減されます。

5.5 さまざまな制御戦略への適応性

共通アノード回路はさまざまな制御戦略に対応できます。制御回路の出力信号とタイミングを調整することにより、コモンアノード回路の各コンポーネントを正確に制御して、さまざまなアプリケーション要件を満たすことができます。

5.6 システムの信頼性の向上

共通アノード回路の設計は、負荷バランスと最適化された電流分布を重視しており、システム全体の信頼性に貢献します。長期の動作や高負荷条件においても、共通アノード回路は安定した性能を維持し、故障率とメンテナンスコストを削減します。

6.一般的なアノードセットアップのヒント

共通アノード電圧が安定しており、接続されているすべてのコンポーネントを駆動するのに十分な高さであることを確認してください。

コンポーネントの損傷や性能の低下を避けるために、制御回路の出力電圧と電流範囲を適切に設計してください。

LEDの順方向電圧降下特性を考慮し、十分な電圧マージンを確保した設計を行ってください。

7. カソードコモンのメリット

7.1 高出力機能

共通のカソード回路により、複数の電子デバイスの出力信号を組み合わせることができ、その結果、より高い出力電力が得られます。これにより、コモンカソード回路は高出力出力シナリオで特に有利になります。

7.2 多用途性

カソードコモン回路は入出力端子を自由に接続できるため、さまざまな電子機器に柔軟に適用できます。この多用途性により、電子工学の分野で幅広い用途にコモンカソード回路が提供されます。

7.3 調整の容易さ

回路内の抵抗やトランスなどのコンポーネントを調整することにより、コモンカソード回路の動作状態と出力信号強度を簡単に変更できます。この調整の容易さにより、コモンカソード回路は出力信号の正確な制御が必要なアプリケーションで普及しています。

7.4 消費電力の制御

LED ディスプレイ用途では、コモンカソード回路により電圧を正確に分配でき、消費電力を効果的に削減できます。これは、共通カソード回路により各 LED の特定の要件に応じた直流電圧の供給が可能になり、分圧抵抗が不要になり、不必要な電力損失と発熱が低減されるため実現されます。たとえば、コモンカソード技術は、明るさやディスプレイ性能に影響を与えることなく、LED チップの動作電圧を 4.2 ～ 5 V から 2.8 ～ 3.3 V に下げることができ、ファインピッチ LED ディスプレイの消費電力を 25% 以上直接削減します。

7.5 ディスプレイのパフォーマンスと安定性の向上

消費電力が削減されるため、コモンカソード回路により画面全体の温度が下がります。 LED の安定性と寿命は温度に反比例します。したがって、画面温度が低いほど、LED ディスプレイの信頼性が向上し、寿命が長くなります。さらに、共通カソード技術により PCB コンポーネントの数が削減され、システムの統合と安定性がさらに向上します。

7.6 正確な制御

LED ディスプレイや 7 セグメント ディスプレイなど、複数の LED またはその他のコンポーネントの正確な制御が必要なアプリケーションでは、共通のカソード回路により各コンポーネントの独立した制御が可能になります。この精密な制御機能により、コモンカソード回路は表示性能と機能性の両方で優れています。

8. 一般的なカソードセットアップのヒント

カソードコモン 7 セグメント ディスプレイを使用する場合は、表面への直接接触を避け、ピンの取り扱いには注意してください。はんだ付けの品質を確保するため、はんだ付け温度と時間には注意してください。また、動作電圧と電流が一致していることを確認し、共通カソードを適切に接地し、マイクロコントローラーの駆動能力と遅延制御を考慮してください。さらに、コモンカソード 7 セグメント ディスプレイの正常な動作と寿命の延長を保証するために、保護フィルム、アプリケーション シナリオとの互換性、およびシステム統合の安定性に注意してください。

9. 共通カソードと共通アノードを識別する方法

9.1 LED ピンを観察します。

一般に、LED の短いピンがカソード、長いピンがアノードです。マイクロコントローラーが長いピンを相互に接続する場合、共通のアノード構成が使用されます。長いピンがマイクロコントローラーの IO ポートに接続されている場合、コモンカソード構成が使用されています。

9.2 電圧と LED ステータス

同じ LED で同じポート出力電圧の場合、「1」で LED が点灯し、「0」で LED が消灯する場合、コモンカソード構成を示します。それ以外の場合は、共通アノード構成です。

要約すると、マイクロコントローラーが共通カソード構成を使用するか共通アノード構成を使用するかを判断するには、LED の接続方法、LED のオン/オフ状態、およびポート出力電圧を調べる必要があります。 LED やその他のディスプレイ コンポーネントを適切に制御するには、正しい構成を特定することが不可欠です。

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