LED 칼라에 대한 적정 저항값 구하기

LED는 8파이, 3파이 또는 사각, 라운드 등의 외형보다는 LED 색( 적색,녹색,황색,오렌지색, 청색)을 발광하는 칩의 종류와 개수에 따라서 인입되는 적정 전압(V)과 전류(A)를 결정해야 한다.

LED는 밝기에 따라 일반휘도 고휘도로 나뉘고, 발광칩 색상에 따라서 적색, 노란색, 녹록, 백색, 청색등 다양하게 분류된다. 전자소자의 부품명을 구글링하면 데이터시트를 찾을 수 있다. 데이터시트에는 전기적 특성, 외형치수등 부품을 활용하는데 필요한 많은 정보가 있다. LED소자 데이터시트에서 발췌하여 필요한 정보를 찾는 방법을 알아보면 다음과 같다.

데이터시트 상의 많은 정보가 있지만 LED를 사용할 때 꼭 확인해야 하는 정보는 전압(Forward Voltage)과 전류(Forward Current)이다. 약자로 Vf와 If로 파라메터에 표현되어 있는 경우도 있고 제조사마다 제각각이다. 위에 발췌된 데이터시트의 내용을 바탕으로 적색 LED를 켜기 위한 적정 저항값을 계산해 보자.

아두이노를 이용하여 LED를 컨트롤한다고 가정하면, 아두이노 공급전원(DC 5V)과 LED 데이터시트상 Vf=2.0V, If=20mA을 대입하여 옴의 법칙(R=V/I)을 이용하여 150ohm을 계산할 수 있다.

저항값의 증가와 감소 변화에 따라서 LED로 향하게 되는 전압(V)값이 변화되면서 밝기의 변화가 생긴다. 일정 범위를 넘어 2.6V 이상이 되면 LED칩에 과전압이 공급되어 내부 칩이 파손된다. 따라서 다양한 색상의 LED를 사용하는 회로에선 각각의 LED색상의 특성에 따라서 발광칩을 보호하기 위한 저항을 장착한다. LED칼라에 따른 적정저항값을 구하기 위해서 데이터시트의 Vf와 If, 공급전원(V)을 이용하여 계산하면 되고, 구한 저항치수 근처의 저항을 구매하여 장착하면 된다.

고정저항을 구입할 때는 회로상에 흐르는 전력을 감안하여 최소한의 전력(W)과 필요로하는 오차율(J급, F급)을 감안하여 저항값을 선택하여야 한다. 전격전력(power rating, W)값이 클수록, 오차율이 작은 정밀급일 수록 전자부품 단가가 급격하게 증가하기 때문이다. led와 관련해선 보통 20mA일때 커봐야 3.4V인 경우가 대부분이기 때문에 0.02*3.4=0.068W를 견딜수 있는 고정저항을 사용하면된다. 그래서 쉽게 수할수 있는 1/4W J급 고정저항을 많이 사용하고 J급 표준저항치수 중 계산값과 가까운 저항값을 선택하여 사용하면 된다. 

실제로 아두이노 키트를 이용하여 led를 컨트롤하는 실험을 진행할 때 220~330ohm의 저항을 많이 사용한다. 데이터값을 찾아서 계산하고 적정 저항값을 찾아 사용하면 좋지만 데이터시트가 없을 경우엔 500ohm 정도의 가변저항을 이용하여 높은 저항값에서 시작하여 낮은 저항값으로 천천히 변화시키며 led의 적정밝기를 찾기도 한다. 저항값이 너무 높으면 led 밝기가 어두워지고 너무 낮으면 led칩이 타버릴 수도 있으니 100ohm 이하로 떨어지지 않도록 주의해야 한다.