LED 드라이버 완벽 가이드

LED 드라이버의 기본 이해

LED 드라이버는 LED의 안정적인 동작을 위한 전원 공급 장치입니다. LED의 전압-전류 특성을 고려하여 적절한 전력을 공급하고 보호 기능을 제공합니다.

동작 원리

기본 기능

• 정전류/정전압 제어
• 과전류/과전압 보호
• 온도 보상
• 디밍 제어

특징

• 고효율 (85-95%)
• 역률 보정
• EMI 대책
• 수명 보장

LED의 전기적 특성

기본 파라미터

1. 순방향 전압 (Vf)

일반적 범위:
- 적색: 1.8-2.2V
- 녹색: 2.8-3.2V
- 청색/백색: 3.0-3.4V

2. 정격 전류 (If)

출력별 전류:
- 저출력: 20-150mA
- 중출력: 350-700mA
- 고출력: 700mA-3A

V-I 특성

• 지수함수적 특성
• 온도 의존성
• 순방향 전압 편차
• 전류 포화 구간

드라이버 종류와 특징

1. 정전류형(CC) 드라이버

장점

• 안정된 광출력
• LED 수명 연장
• 직렬 연결 유리
• 높은 신뢰성

응용

• 고출력 LED
• 실외 조명
• 스포트라이트
• 터널 조명

2. 정전압형(CV) 드라이버

장점

• 간단한 구조
• 낮은 비용
• 병렬 연결 용이
• 범용성 높음

응용

• LED 스트립
• 장식 조명
• 간접 조명
• 사인 조명

3. 하이브리드형 드라이버

특징

• CC/CV 자동 전환
• 넓은 부하 범위
• 높은 호환성
• 과부하 보호

응용

• 복합 조명
• 상업용 조명
• 디밍 필수 조명
• 특수 조명

LED 연결 설계

직렬 연결

계산 공식

총 전압 = LED 개수 × Vf
총 전류 = If
총 전력 = 총 전압 × 총 전류

설계 고려사항

• SELV 제한 (60V)
• 전압 여유율 20%
• 전류 리플 제한
• 개방 보호

병렬 연결

계산 공식

총 전압 = Vf
총 전류 = LED 개수 × If
총 전력 = 총 전압 × 총 전류

설계 고려사항

• 전류 균등 분배
• 열 관리
• 단락 보호
• 전류 제한 저항

디밍 설계

1. PWM 디밍

특징

• 선형적 광출력
• 색온도 유지
• 넓은 디밍 범위
• 정밀 제어

설계 공식

실효 전류 = 최대 전류 × 듀티비
최소 주파수 = 200Hz (깜빡임 방지)

2. 아날로그 디밍

특징

• 간단한 구현
• 낮은 EMI
• 경제적
• 부드러운 변화

설계 공식

출력 전류 = 최대 전류 × 제어 신호
최소 전류 = 정격의 10%

3. DALI/0-10V 디밍

특징

• 디지털 제어
• 양방향 통신
• 그룹 제어
• 장거리 제어

설계 요구사항

• 프로토콜 호환성
• 노이즈 내성
• 절연 설계
• 보호 회로

보호 회로 설계

입력단 보호

1. 과전압 보호

서지 내량: 2-4kV
클램프 전압: 입력 전압의 120%
응답 시간: <100ns

2. EMI 필터

Common Mode: Y커패시터
Differential Mode: X커패시터
차단 주파수: 150kHz-30MHz

출력단 보호

1. 과전류 보호

트립 레벨: 정격의 120%
지연 시간: 100-500ms
자동 복귀 여부 검토

2. 단락 보호

검출 전압: 0.5V 이하
차단 시간: <100μs
히스테리시스: 10-20%

열 설계

방열 계산

1. 전력 손실

손실 = 입력 전력 × (1 - 효율)
발열량 = 손실 × 발열 계수

2. 방열 저항

R_th = (T_max - T_amb) / P_loss
여기서,
T_max: 최대 허용 온도
T_amb: 주위 온도
P_loss: 손실 전력

수명 예측

수명 계산식

L70 = L0 × e^(-B × T)
L0: 기준 수명
B: 열화 계수
T: 동작 온도

효율 최적화

손실 저감

1. 스위칭 손실

• 주파수 최적화
• 소프트 스위칭
• 스너버 회로
• 게이트 드라이브

2. 도통 손실

• 동선 최적화
• 병렬 소자
• 동기 정류
• 저온 동작

역률 개선

PFC 설계

역률 = 실제 전력 / 피상 전력
목표: 0.9 이상
고조파: THD < 15%

신뢰성 설계

수명 요소

1. 전해 커패시터

• 리플 전류 제한
• 온도 관리
• 과전압 마진
• 수명 계산

2. 반도체 소자

• 정격 여유
• 방열 설계
• 서지 보호
• 열사이클 고려

환경 요소

1. 방수/방진

• IP 등급 선정
• 실링 설계
• 방열 구조
• 결로 대책

2. EMC 대책

• EMI 필터
• PCB 패턴
• 차폐 설계
• 접지 구성

결론

LED 드라이버 설계는 전기적 특성뿐만 아니라 열, 보호, 신뢰성 등 다양한 요소를 종합적으로 고려해야 합니다. 정확한 계산과 적절한 여유 설계를 통해 안정적이고 효율적인 드라이버를 구현할 수 있습니다.

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