LED 회로

단순 LED(발광 다이오드) 회로 다이어그램

전자제품에서 LED 회로 또는 LED 드라이버는 발광 다이오드(LED)에 전력을 공급하기 위해 사용되는 전기 회로입니다.회로는 LED를 필요한 밝기로 점등할 수 있는 충분한 전류를 공급해야 하지만 LED가 손상되지 않도록 전류를 제한해야 합니다.LED의 전압 강하는 광범위한 작동 전류에 걸쳐 거의 일정하므로 인가 전압이 조금만 증가하면 전류가 크게 증가합니다.저전력 인디케이터 LED에는 매우 간단한 회로가 사용됩니다.보다 복잡한 전류 소스 회로는 조명을 위해 고전력 LED를 구동할 때 올바른 전류 조절을 위해 필요합니다.

기본 회로

LED를 구동하는 가장 간단한 회로는 직렬 저항을 통과하는 것입니다.이것은 많은 가전제품에서 표시기와 디지털 디스플레이에 일반적으로 사용됩니다.그러나 이 회로는 에너지가 열로 저항기에서 소산되기 때문에 에너지 효율이 높지 않습니다.표시된 기본 회로에서는 전자가 음전하를 띠기 때문에 전류가 반대 방향으로 흐릅니다.

LED는 의도된 동작전류에서 지정된 전압강하를 가진다.옴의 법칙과 키르히호프의 회로 법칙은 공급 전압에서 LED 전압 강하를 뺀 후 원하는 작동 전류로 나누어 적절한 저항 값을 계산하는 데 사용됩니다.충분히 높은 공급전압을 사용하면 하나의 저항으로 직렬로 여러 LED에 전력을 공급할 수 있습니다.

공급전압이 LED 순방향전압에 가깝거나 같으면 저항기의 적절한 값을 계산할 수 없으므로 다른 전류제한 방법을 사용합니다.

전원 고려 사항

LED의 전압 대 전류 특성은 모든 다이오드와 유사합니다.전류는 쇼클리 다이오드 방정식에 따른 전압의 지수 함수이며, 작은 전압 변화로 인해 전류의 큰 변화가 발생할 수 있습니다.전압이 임계값 이하이면 전류가 흐르지 않고 LED가 소등됩니다.전압이 너무 높으면 전류가 최대 정격을 초과하여 과열되고 LED가 파괴될 수 있습니다.

LED 드라이버는 변동 부하에 대응하도록 설계되어 있어 필요한 밝기에 도달하는 충분한 전류를 공급하면서 유해한 수준의 전류가 흐르지 않도록 합니다.드라이버는 정전류(CC) 또는 정전압(CV)입니다.정전류 드라이버는 부하가 고정되어 있거나 회로 내의 고정 개수의 LED와 같이 알려진 경우에 사용됩니다.CC 드라이버에서는 전류가 그대로 유지되는 동안 전압이 변화합니다.CC 드라이버는 고출력 LED와 함께 사용되어 휘도와 효율을 극대화합니다.CV 드라이버는 LED 회로의 전기 부하를 알 수 없거나 예를 들어 가변 개수의 LED 램프 고정 장치가 설치될 수 있는 조명 회로와 같이 변동하는 경우에 사용됩니다.

LED가 가열되면 전압 강하가 감소합니다(밴드 갭^[1] 감소).이로 인해 전류가 증가할 수 있습니다.

MOSFET 드라이버

내부 LED 소자와 드라이버 회로가 노출된 가정용 LED 전구.

능동형 정전류 조절기는 일반적으로 고출력 LED에 사용되며, 광범위한 입력 전압에 걸쳐 광출력을 안정시켜 배터리의 수명을 늘릴 수 있습니다.활성 정전류는 일반적으로 가장 단순한 전류 ^[2]제한 장치인 고갈 모드 MOSFET(금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터)를 사용하여 조절됩니다.저드롭아웃(LDO) 정전류 레귤레이터를 사용하면 총 LED 전압을 전원 전압의 높은 비율로 할 수 있습니다.

스위치 모드 전원 장치는 LED 손전등과 가정용 LED 램프에 사용됩니다.전원 MOSFET는 일반적으로 LED 드라이버 스위칭에 사용됩니다.이는 고휘도 LED를 구동하는 효율적인 솔루션입니다.Supertex HV9910B 등의 집적회로(IC) 칩은 ^[2]추가 회로 없이 MOSFET를 직접 구동하기 위해 널리 사용됩니다.이 MOSFET 기반의 슈퍼텍스 IC 칩은 LED 램프를 사용한 솔리드 스테이트 조명에서 가장 일반적인 LED 드라이버입니다.2008년에는 2008년 하계 ^[3]올림픽 기간 동안 베이징 국립수영센터의 솔리드 스테이트 조명을 제어하는 데 사용되었다.

직렬 저항기

직렬 저항기는 LED 전류를 안정화하는 간단한 방법이지만, 저항기에서 에너지가 낭비됩니다.

미니어처 인디케이터 LED는 일반적으로 전류 제한 저항을 통해 저전압 DC에서 구동됩니다.2mA, 10mA 및 20mA의 전류가 일반적입니다.초저전류 LED를 구동함으로써 서브mA 표시기를 만들 수 있습니다.효율은 낮은 ^[4]전류에서 감소하는 경향이 있지만, 100μA에서 작동하는 표시기는 여전히 실용적입니다.

코인 셀 전동 키링형 LED 조명에서는 일반적으로 셀 자체의 저항이 유일한 전류 제한 장치입니다.

직렬 저항기가 내장된 LED를 사용할 수 있습니다.이는 인쇄 회로 기판의 공간을 절약할 수 있으며 설계자가 의도한 방법 이외의 방법으로 시제품을 제작하거나 PCB를 장착할 때 특히 유용합니다.그러나 저항 값은 제조 시 설정되므로 LED의 명암을 설정하는 주요 방법 중 하나가 제거됩니다.

직렬 저항 값은 다이오드의 전압 강하에 의해 공급 전압이 오프셋된다는 점을 고려할 때 옴의 법칙에서 얻을 수 있으며, 이는 유용한 전류 범위에 걸쳐 거의 변동되지 않습니다.

R={V_{power}-V_{led}-V_{switch} \over I_{led}}

R={V_{power}-V_{led}-V_{switch} \over I_{led}}

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d d d d \

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R

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}

\

over I_{

led

}

또는

R={V_{power}-V_{led}-V_{switch} \over I_{led}}

I_{led}}={V_{power}-V_{led}-V_{switch} \over R

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I_{led}}={V_{power}-V_{led}-V_{switch} \over R

I_{led}}={V_{power}-V_{led}-V_{switch} \over R

-

I_{led}}={V_{power}-V_{led}-V_{switch} \over R

I_{led}}={V_{power}-V_{led}-V_{switch} \over R

-

I_{led}}={V_{power}-V_{led}-V_{switch} \over R

I_{led}}={V_{power}-V_{led}-V_{switch} \over R

I_{led}}={V_{power}-V_{led}-V_{switch} \over R

여기서:

R

{\

displaystyle

R

}

은

R

저항(옴 단위)으로, 일반적으로 다음으로 높은 저항 값으로 반올림됩니다.

V_{power}

V_{power}

V_{power}

V_{power}

V_{power}

\

displaystyle V_{power}

는

V_{power}

전원 공급 전압(예: 9V 배터리)입니다.

V_{led}

l

V_{led}

\

displaystyle

V _ {

led

} the

V_{led}

、 LED 데이터

V_{f}

에 V f \

displaystyle

V _ {

f

}로

V_{f}

V_{f}

되는 LED 전방 전압 강하(볼트 단위)입니다.일반적으로 LED의 정방향 전압은 1.8~3.3V입니다.LED 색상에 따라 다릅니다.빨간색 LED는 일반적으로 약 1.7~2.0볼트의 전압 강하와 광주파수 모두 밴드갭에 따라 증가하므로 파란색 LED는 약 3~3.3볼트의 전압 강하가 발생할 수 있습니다.

V_{switch}

V_{switch}

w

V_{switch}

V_{switch}

h {

display

style

V _ { switch

V_{switch}

} is

V_{switch}

、（ A ; ,style v v v V

_

{ switch } ）。스위치가 없는 경우 0V, 기계식 스위치인 경우 0V, BJT 트랜지스터의

V_{CE(sat)}

0V

V_{CE(sat)}

BJT 트랜지스터의 경우

CE(Sat( ))

를

V_{CE(sat)}

V_{CE(sat)}

합니다.

I_{led}

I_{led}

{

displaystyle

I _ {

I_{led}

led }는

I_{led}

LED의 전류(암페어)입니다.최대 전류는 LED 데이터시트에 표시되어 있습니다.예를 들어 20mA(0.020A)는 많은 소형 LED에서 공통입니다.많은 회로는 전력을 절약하거나 표준 저항 값을 사용하거나 밝기를 낮추기 위해 권장되는 최대 전류보다 적은 속도로 LED를 작동합니다.

(위의) 대수식을 사용하여 $V_{switch}$ $V_{switch}$ $V_{switch}$ $V_{switch}$ $V_{switch}$ h { $displaystyle$ V _ { $switch$ } is $V_{switch}$ ,0 이라고 $V_{switch}$ 하면 저항은 다음과 같이 계산됩니다.

예 1 (

V_{power}

V_{power}

V_{power}

r

V_{power}

{

displaystyle V

_ {

power

} / 9 V ,

V_{led}

l

V_{led}

\

displaystyle

V _ {

led

} =

V_{led}

I_{led}

. 8 V ,

I_{led}

I_{led}

\

displaystyle I

_ {

led

} =

I_{led}

5 mA :

R

{\

displaystyle

R

}

=

R

(9V - 1.8V) / 5mA = (9 - 1.8) / 0.005 = 1440Ω으로 반올림한 다음 (일반 저항 값당) 1.5KΩ 저항으로 반올림합니다.

예2(

V_{power}

V_{power}

V_{power}

V_{power}

{\

displaystyle V_{power}/

5V,

V_{led}

V_{led}

d

V_{led}

{

displaystyle V_{led

})=

V_{led}

R

1.8V,

R

{\

displaystyle

R}= 1K옴):

I_{led}

I_{led}

{

displaystyle

I _ {

led

} =

I_{led}

( 5 V - 1 . 8 V ) / 1 K = ( 5 - 1 . 8 ) / 1000 = 0 . 0032 ( 3.2 mA )

LED 어레이

연속 LED의 개요

병렬 LED의 개요

여러 LED의 문자열은 보통 직렬로 연결됩니다.하나의 구성에서 소스 전압은 개별 LED 전압의 합보다 크거나 같아야 합니다.일반적으로 LED 전압의 합계는 전원 전압의 약 3분의 2입니다.각 스트링에 대해 하나의 전류제한저항을 사용할 수 있다.

병렬 동작도 가능하지만 문제가 더 발생할 수 있습니다.병렬 LED는 분기 전류와 유사한 광출력을 가지려면 순방향 전압(V_f)이 밀접하게 일치해야 합니다.제조 공정의 변화로 인해 일부 유형의 LED를 ^[5]병렬로 연결할 때 만족스러운 작동을 얻기가 어려울 수 있습니다.

LED 디스플레이

LED는 대부분의 경우 각 LED(또는 각 줄의 LED)를 개별적으로 켜거나 끌 수 있도록 배치되어 있습니다.

다이렉트 드라이브는 가장 이해하기 쉬운 접근 방식입니다. 다수의 독립된 단일 LED(또는 단일 문자열) 회로를 사용합니다.예를 들어, 시계가 7 세그먼트 디스플레이에 "12:34"로 표시될 때, 시계가 직접 적절한 세그먼트를 켜고 다른 무언가가 표시될 때까지 켜진 상태로 두도록 디지털 시계를 설계할 수 있습니다.

그러나 멀티플렉스 디스플레이 기술은 하드웨어 비용이 낮기 때문에 직접 드라이브보다 더 자주 사용됩니다.예를 들어, 디지털 클럭을 설계하는 대부분의 사용자는 클럭이 7 세그먼트 디스플레이에 "12:34"로 표시되었을 때, 어느 순간에 어느 한 자리수의 적절한 세그먼트(segment)가 점등하고, 그 외의 자리수는 모두 어둡게 하도록 설계하고 있습니다.이 시계는 1분 내내 "12:34"를 "계속" 표시하고 있다는 착각을 일으킬 정도로 빠르게 숫자를 스캔합니다.그러나 각 "on" 세그먼트는 실제로 초당 여러 번 빠르게 펄스 온/오프됩니다.

이 기술의 확장으로 일부 마이크로 컨트롤러가 출력 핀을 트라이스테이트할 수 있기 때문에 래치를 사용하지 않고도 더 많은 수의 LED를 구동할 수 있습니다.N핀의 경우 n-n² LED를 구동할 수 있습니다.

LED를 구동하기 위해 집적회로 기술을 사용한 것은 1960년대 후반으로 거슬러 올라갑니다.1969년 Hewlett-Packard는 HP Model 5082-7000 Numeric Indicator, 초기 LED 디스플레이 및 집적회로 기술을 사용한 최초의 LED 장치를 발표했습니다.그 개발은 하워드 C가 주도했다.보든과 제럴드 P.HP Associates 및 HP Labs의 Pighini는 1962년부터 ^[6]1968년까지 실용적인 LED에 관한 연구개발(R&D)에 종사했습니다.최초의 지능형 LED 디스플레이로 디지털 디스플레이 기술의 혁명이 되어 닉시 튜브를 대체하고 이후 LED ^[7]디스플레이의 기반이 되었습니다.

극성

백열전구가 전기극성에 관계없이 켜지는 것과 달리 LED는 올바른 전기극성으로만 켜집니다.p-n 접점의 전압이 올바른 방향으로 흐르면 상당한 전류가 흐르고 장치가 전방 바이어스라고 합니다.전압이 잘못된 극성일 경우 장치는 역편향되어 전류가 거의 흐르지 않으며 빛이 방출되지 않는다고 합니다.LED는 교류전압으로 동작할 수 있지만 양의 전압으로만 점등되므로 AC전원 주파수로 LED가 점등 및 소등됩니다.

대부분의 LED는 역내압 정격이 낮기 때문에 이 임계값을 초과하는 역내압에 의해 손상됩니다.손상의 원인은 전압 자체가 아니라 다이오드 고장으로 인한 과전류입니다.역파괴전압보다 큰 AC전원으로부터 직접 구동되는 LED는 다이오드(또는 다른 LED)를 역병렬로 배치하여 보호할 수 있습니다.

일반적으로 제조원은 제품 데이터시트에 있는 LED의 극성을 확인하는 방법을 조언합니다.단, 표면 실장 디바이스의 ^[8]^[9]극성 마킹은 표준화되어 있지 않습니다.

펄스 동작

많은 시스템이 주기적으로 또는 간헐적으로 전원을 공급하여 LED를 점등 및 소등합니다.깜박임 속도가 사람의 깜박임 퓨전 임계값보다 크고 LED가 눈에 대해 정지되어 있는 한 LED는 계속 켜져 있는 것처럼 보입니다.펄스의 온/오프 비율을 변경하는 것을 펄스 폭 변조라고 합니다.경우에 따라서는 PWM 기반 드라이버가 정전류 ^[4]^[10]또는 정전압 드라이버보다 효율적입니다.

대부분의 LED 데이터 시트는 연속 작동에 안전한 최대 DC 전류를 지정합니다.LED 컨트롤러가 펄스를 충분히 짧게 유지한 후 LED가 냉각될 때까지 LED의 전원을 끄면 짧은 펄스에 안전한 높은 최대 펄스 전류를 지정하는 경우가 많습니다.

조도 센서로서의 LED

휴대 전화 IrDA

발광 외에 LED를 광검출 시 포토다이오드로서 사용할 수 있다.이 기능은 주변광 검출 및 양방향 ^[11]^[12]^[13]통신을 포함한 다양한 애플리케이션에서 사용할 수 있습니다.

포토다이오드로서 LED는 그것이 방출하는 지배적인 파장과 같거나 그보다 짧은 파장에 민감합니다.예를 들어 녹색 LED는 파란색 빛과 일부 녹색 빛에 민감하지만 노란색 또는 빨간색 빛에는 민감하지 않습니다.

이 LED 실장은 회로에 ^[11]약간의 변경을 가한 설계에 추가할 수 있습니다.LED는 이러한 회로에 다중화할 수 있어 ^[11]^[13]발광과 감지에 다른 시간에 사용할 수 있다.

「」를 참조해 주세요.

줄 도둑 - 1.5V 배터리 및 전압 부스터 회로를 사용하여 LED 전원 공급
플랑크-아인슈타인 관계 - 밴드 갭과 광자 주파수 사이의 관계
쇼클리 다이오드 방정식 - 순방향 전압과 전류 사이의 관계

레퍼런스

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