개요: 이 글은 고휘도 LED에 흐르는 전류를 레귤레이팅하는 단순한 회로를 설명한다. 설계에는 LED 전류를 정밀하게 제어할 수 있는 상용 고집적 스텝다운 스위칭 레귤레이터(MAX5035)가 포함된다. MAX5035 DC-DC 컨버터는 125kHz의 고정 주파수와 7.5V ~ 76V의 넓은 입력 전압 범위에서 동작하므로 특히 자동차용 애플리케이션에 적합하다. 휘도 제어를 위해 이 컨버터는 아날로그(선형 디밍) 또는 저주파 듀티 사이클 변조(PWM 디밍)를 구현한다. 고휘도 LED의 배경 최근 수년 사이에 고휘도(HB) LED는 다양한 애플리케이션에서 광원으로 각광받고 있다. HB LED는 수만 사이클(최대 100,000 시간)을 동작할 수 있는 견고하고 신뢰할 수 있는 소자이다. 이 소자의 동작 수명은 기존의 백열 전구 및 할로겐 램프에 비해 몇 배가 더 길다. 이에 따라 HB-LED 애플리케이션은 자동차용 조명, 공용 및 상용 표지판, 건축용 조명 등에 사용되고 있다. HB LED는 순방향으로 바이어스가 가해질 때 흰색, 적색, 녹색 및 청색 빛을 생성하도록 특별히 처리되는 PN 접합 소자이다. (이 밖에 황색 및 기타 여러 색도 구현이 가능하다.) LED는 PN 접합 소자이므로 기존의 다이오드와 유사한 V-I 특성을 보이지만, 접합 사이에 더 높은 전압 강하가 존재한다. 순방향 전압이 VF 도달할 때까지 작은 전류가 LED를 흐른다. 이 전압은 적색 LED의 2.5V에서부터 청색 LED의 약 4.5V에 이르기까지 다양하다. VF에 도달하면 기존 다이오드와 마찬가지로 전류가 급격히 증가한다. 따라서 설계자는 손상 가능성을 방지하기 위해 전류 제한을 사용해야 한다. 전류 제한은 3가지 방법을 이용해 구현할 수 있으며, 각각 장점과 단점이 있다 (표 1). 표 1. 전류 제한 방법의 비교 전류 제한 방법 장점 단점 직렬 소자의 전력 손실¹ 저항 저렴 단 하나의 대형 부품 전류를 정밀하게 제어할 수 없음 전원 전압에 따라 전류가 다소 변동 저항에 높은 소비 전력이 존재하므로, 일정한 크기를 유지해야 함 2.8W 능동 선형 제어 선형 제어 루프 회로가 LED 전류를 정밀하게 제어 전류 제어를 통한 디밍 조정 가능 진폭 제어 또는 저주파 PWM을 통한 디밍 조정 가능 LED 특성의 자동 온도 보상 가능 간단한 저항 전류 리미터보다 가격이 높음 동일한 전원 전압의 경우 저항 리미터와 거의 같은 전력 소비 능동 통과 소자의 기계적 방열판이 필요할 수 있음 2.8W 스위칭 레귤레이터 제어 제어 루프가 LED 전류를 정밀하게 제어 진폭 제어 또는 저주파 PWM을 통한 디밍 가능 LED 특성의 자동 온도 보상 가능 넓은 입력 전압 범위에서 효율적 동작 가능 기계적 방열이 거의 불필요하므로 비용과 복잡성을 낮춤 다른 방법을 사용할 때, 높은 입력 전압과 큰 LED 전류로 인해 매우 큰 손실을 초래할 수 있는 애플리케이션에서 LED에 전원 공급 저항 및 선형 제어 방법보다 높은 비용 EMI 완화를 위해 신중한 설계 필요 능동 회로는 더 많은 공간이 필요할 수 있지만, 다른 방법은 방열을 위해 더 많은 하드웨어와 물리적 공간이 필요할 수 있음 <0.8W ¹VF = 4V, ILED = 350mA 및 VIN = 12V일 경우의 백색 LED를 가정한다. HB LED를 위한 스위칭 전원장치 HB-LED 전원장치(그림 1)는 한 개의 고정 주파수, 출력 전류가 1A로 정격 지정된 고집적 PWM 스위칭 컨버터 (MAX5035)를 기반으로 한다. 유사한 소자인 (MAX5033)는 500mA로 정격 지정된다. 이러한 인덕터 기반의 벅레귤레이터 IC는 한 개의 LED나 직렬로 연결된 LED 스트링에 흐르는 전류를 최대 12V의 총 전압으로 정밀하게 제어한다. MAX5035 스위칭 주파수는 125kHz이고 입력 전압 범위는 76V까지 확장되며, 이보다 더 높은 입력 전압은 입력 커패시터와 다이오드에 대해서 더 높은 정격을 필요로 한다. 따라서 회로는 넓은 입력 전압 범위에서 LED 전류를 일정하게 유지한다. 표 2에 이러한 회로의 설계 규격을 요약해 놓았다. 그림 1. 제어 전압을 0V에서 3.9V로 변동시키면, MAX5035 LED 전류 드라이버는 LED_A와 LED_K 단자 사이에서 거의 350mA에서 0mA까지의 출력 전류를 생성한다. 표 2. 그림 1의 회로 매개변수 Parameter Value Minimum Input Voltage (V) 7.5 (with most single LEDs) Maximum Input Voltage (V) 30 (limited by D1, C8, and C9) Maximum Output Current (mA) 350 (VCONTROL= 0V) Maximum Output Voltage (V) 12 (350mA output, internally limited by MAX5035) Control Voltage Range (VCONTROL) (V) 0 (full current) to 3.9 (fully dimmed) LED 전류의 제어는 그림 1 회로의 제어 단자에 전압을 인가함으로써 가능해진다(그림 2). 그림 3은 이러한 제어 기법이 효율적임을 보여준다. 그림 2. LED_A와 LED_K 단자 사이에 직접 전류계(ammeter)를 연결하여 구현한 그림 1의 회로에 대한 LED 전류와 제어 전압 비교 그림 3. 1개, 2개 및 3개의 녹색 350mA LED를 직렬로 구동하는 그림 1의 회로에 대한 효율과 LED 전류 비교 제어 전압은 전류 감지 전압과 합해지고, 병렬로 연결된 3개의 전류 감지 저항을 통해 나누어져, IC의 피드백 단자(FB)에 인가된다. 그러면 IC의 내부 제어 루프는 FB 핀의 전압을 약 1.22V에서 일정하게 유지한다. 따라서 제어 전압과 전류 감지 전압(R1 및 R5에 의해 조정)의 합계는 언제나 1.22V가 되어야 하므로, 제어 전압이 더 높으면 전류는 더 낮아진다. 다음의 방정식을 이용하여, 위의 예제 이외의 다른 출력 전압과 제어 전압을 설계할 수 있다. 여기에서 VREF는 1.22V이고, RSENSE(R2, R3 및 R4의 병렬 등가)는 5Ω이다. 많은 경우, 저주파수(50Hz ~ 200Hz)에서 전류를 펄싱하고 펄스 폭을 제어하여 LED를 디밍하는 방식은 장점을 제공한다(그림 4). LED는 각 펄스에서 동일한 밝기로 빛을 비추지만, 펄스 폭을 좁히면 눈은 디밍을 인식한다. 게다가 LED 전류가 변함에 따라 빛의 스펙트럼이 달라지는 진폭 변조에 의한 디밍과 달리, 빛의 스펙트럼이 일정하게 유지된다. 그림 4. 데이터는 그림 1의 회로에서 저주파 PWM 디밍에 대한 제어와 LED 전류 파형을 보여준다. Ch1: VCONTROL, Ch3: ILED. 부하 전압(직렬로 구동되는 3개의 녹색 LED)은 약 9.5V이다. 용량이 작은 출력 커패시터로 대체하면 잔류 전류를 감소시킬 수 있다. 그림 4는 0V에서 약 3.9V에 이르는 범위의 구형파 제어 파형에 응답하며 100Hz에서 펄싱되는 LED 전류를 보여준다. 이와 같은 저주파 PWM 디밍의 경우, 일반적인 효율은 그림 2에 보이는 선형 전류 방법보다 높다. 그림 5. 그림 1의 회로에 대한 PCB 레이아웃 결론 그림 1의 IC(MAX5035 또는 MAX5033)는 고휘도 LED를 구동하기 위해 정전류 소스를 발생시키는 효율적이고 저렴한 방법을 제공한다. 이와 같은 회로 설계의 장점 몇 가지를 요약하면 다음과 같다. 고주파 스위칭(125kHz)으로 소형 리액티브 부품(L1 및 C2) 사용 넓은 입력 전압 범위에서 고효율 구현 출력 적응 전압(최대 12V)이 직렬로 연결된 3의 녹색 HB LED를 구동 기계적 방열판 불필요 자동차용 HB-LED 애플리케이션에 사용할 수 있도록 전압 범위를 76V까지 확장 가능 24V 표지판 및 건축용 조명 애플리케이션에 사용 가능 전류 감지 저항 R2, R3 및 R4의 값을 변경하여 출력 전류를 1A까지 확장 가능 고집적 전원 IC에 온칩 스위칭 전원 MOSFET 내장 어 입력을 통한 LED 전류의 선형 진폭 변조(선형 디밍) 제어 입력을 통한 저주파 PWM 디밍 이와 유사한 글이 CMP의 Automotive DesignLine 웹사이트에 게재된 바 있다. 의견을 보내주세요! 위 내용이 도움이 되셨나요? 여러분의 의견을 기다립니다 — Maxim은 보내주신 정정이나 제안사항을 반영하고 있습니다. 이 페이지를 평가하고 의견을 보내주십시오. 자동 업데이트 관심있는 분야의 애플리케이션 노트가 나올 때 자동으로 업데이트 받고 싶으세요? 그렇다면 EE-Mail™을 신청하십시오. 추가 정보   APP 3668: Jun 02, 2006 MAX16801 고휘도 LED 드라이버를 위한 오프라인 및 DC-DC PWM 컨트롤러 전체 데이터 시트 (PDF, 592kB) 무료 샘플 MAX16802 고휘도 LED 드라이버를 위한 오프라인 및 DC-DC PWM 컨트롤러 전체 데이터 시트 (PDF, 592kB) 무료 샘플 MAX5033 500mA, 76V, 고효율 MAXPower 스텝 다운 DC-DC 컨버터 전체 데이터 시트 (PDF, 676kB) 무료 샘플 MAX5035 1A, 76V, 고효율 MAXPower 스텝 다운 DC-DC 컨버터 전체 데이터 시트 (PDF, 448kB) 무료 샘플   다운로드, PDF 형식 (78kB)  AN3668, AN 3668, APP3668, Appnote3668, Appnote 3668