[ 전자 ] LED 회로 설계 및 선정하는 방법

LED 회로 설계는 어떻게 해야 될까? 

LED의 저항 값은 어떻게 구할까?

무엇을 보고 저항과 LED를 선정해야되는 건가?

LED란?(기본원리)

 - LED (발광 다이오드, Light Emitting Diode)는 전류가 흐를 때, 특정한 전압 이상에서 빛을 내는 특성

 - 일반적인 다이오드처럼 한 방향( 순방향 Forward Bias )으로만 양극( Anode ) -> 음극( Cathode) 전류가 흐르며, 순방향 전압 (VF) 이상이 되면 빛을 발산함.  

 

 

LED 선정 방법

- ABSOLUTE MAXIMUM RATING  기본으로 확인 필수 특히 IF 를 확인을 해야 됨

특성	설명
순방향 전압 (VF:​Forward Voltage)	빛을 내기 위해 필요한 최소 전압 양극 + ( Anode ) -> 음극- ( Cathode)
순방향 전류 (IF:Forward Current)	정상적으로 동작할 때 흐르는 전류
역전압 (VR:Reverse Voltage)	손상 없이 견딜 수 있는 최대 역방향 전압  음극+ ( Cathode) -> 양극- ( Anode )

 

- 예시 :  APG1608 SURKC/T

IF 20mA을 기준으로 밝기 및 값이 선정되어 있음

APG1608SURKC/T - 순방향 전압 ( Forward Voltage )

APG1608SURKC/T - 절대치 ABSOLUTE MAXIMUM RATING

사진 및 자료 출처 : Datasheet

기본 설계 ( 저항 선정 하는 법 )

 - Vin( 입력 전압 ) : 3.3V

 - LED  VF : 2.1 V

 - LED  IF : 20mA = 0.02A

= R 값은?

 R = 3.3V -  2.1 / 0.02A = 60 R

즉 : 20mA을 기준으로 할 때 60R 이 필요하다.

• 저항 값이 높을수록 밝기가 작아짐 (mA 값이 줄어듬)  I = V/R
• 저항 값이 낮을수록 밝기가 높아짐  (mA 값이 늘어남)  I = V/R

R값 구하는 공식

 

기본 설계

저항의 위치는 VCC / GND?

 - 결론부터 말하면 어느 위치에 놓아도 전류 조절은 가능

하지만 일반적으로 전원 쪽(V+ 쪽)에 저항을 배치하는 것이 권장함.

 

- VCC 쪽 배치하는 경우 (일반적인 방식)

• LED에 일정한 전류가 흐르도록 제어하기 쉬움.
• 전압 변동이 있어도 LED 보호가 용이함.
• 대부분의 회로 설계에서 일반적으로 사용됨.

- GND 쪽 배치하는 경우

• 저항이 GND와 가까워 회로를 배선할 때 배치가 유리할 수 있음.
• 일부 트랜지스터 기반 스위칭 회로에서 유용할 수 있음.

저항 배치에 따른 영향성

직렬연결 (전압을 더 높여야 함)

장점: 한 개의 저항으로 모두 조절가 

- Vin( 입력 전압 ) : 12V
 - LED 1 ( VF : 2.1 V / IF : 20mA = 0.02A )

 - LED 2 ( VF : 2.1 V / IF : 20mA = 0.02A )

 - LED 3 ( VF : 2.1 V / IF : 20mA = 0.02A )

= R 값은?
 R = 12V -  ( 2.1 + 2.1 + 2.1) / 0.02A = 285 R

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Q. 만약 LED VF 값이 다르고 IF 값은 같을 경우 

 - LED 1 ( VF : 3.3 V / IF : 20mA = 0.02A )

 - LED 2 ( VF : 2.1 V / IF : 20mA = 0.02A )

 - LED 3 ( VF : 3.7 V / IF : 20mA = 0.02A )

= R 값은?

 R = 12V -  ( 3.3 + 2.1 + 3.7) / 0.02A = 145 R

-------------------------------------------------------------------

Q. 만약 LED VF 값이 같고 IF 값은 다를 경우 

- LED 1 ( VF : 2.1 V / IF : 10mA = 0.01A )

 - LED 2 ( VF : 2.1 V / IF : 20mA = 0.02A )

 - LED 3 ( VF : 2.1 V / IF : 30mA = 0.03A )

= R 값은?

= 사용하지 않을 것을 관장한다!

= IF 같이 다를 때는 병렬연결을 추천함.

- 아니면 IF 값이 가장 낮은 것을 기준으로 저항을 정한다.

 

직렬 공식

 

LED 직렬 연결

병렬 연결 (각 LED에 별도 저항 필요 / 각 LED 마다 계산 )

 장점: 하나가 고장 나도 나머지는 살아 있다.

 - Vin( 입력 전압 ) : 12V
 - LED 1 ( VF : 2.1 V / IF : 20mA = 0.02A )

 - LED 2 ( VF : 3.3 V / IF : 20mA = 0.02A )

 - LED 3 ( VF : 2.1 V / IF : 30mA = 0.03A )

= R 값은?
R 1 ( LED 1  ) = 12V -  (2.1) / 0.02A = 495 R

R 2 ( LED 2  ) = 12V -  (3.3) / 0.02A = 435 R

R 3 ( LED 3  ) = 12V -  (2.1) / 0.03A = 330 R

병렬 연결

 

Q. 입력 전압과  LED의 순방향 전압(VF)이 같을 경우

- 저항 없이 직접 연결 : 저항이 없어 과전류로 손상 위험이 큼!

- 낮은 값의 직렬 저항 사용 : 5 ~ 10 R

•  Vin( 입력 전압 ) : 3.3 V 
• LED 1 ( VF : 3.3 V / IF : 20mA = 0.02A )
• Vin : 3.3V - VF 3.3 / 0.02A = 0 R 
• 이론적으로는 0R이지만 실제 오차가 있음

- 저항 대신 일정한 전류를 공급

• 정전류 회로 : NPN 트랜시버 와 저항이용
• 전류레귤레이터 사용

- 추천: 부스트 컨버터 (Step-up Converter) IC를 추가해서  전압을 놓여준다. 

 

마무리

- LED 회로 설계에 있어도 색에 따라서 주의해야 된다. 작은 실수로 인해서 동작하지 않는 경우가 많으므로 특히 전원을 확인하다 그리고 저항 배치에 따라서 LED 회로를 수정하는 것이 쉬워진다.