LED 모듈 드라이버 회로를 만들어 보았다.

정체를 알 수 없는 LED 보드를 켜기 위한 드라이버 회로를 만들어 보았다. 

교류를 커패시터로 전류를 제한하여 이 전류를 정류해서 LED 모듈에 가하는 방식이다. 

저렴한 LED 모듈 드라이버가 이러한 방식을 사용하고 있다. 

블로그 방문자께서 보내주신 LED 모듈이다. 총 3종류인데 2개는 Daylight 색상인 것 같고, 하나는 White 색상인 것 같다. 

LED 모듈이 LED 몇개가 직렬연결되어있는지 알아보기 위한 회로를 꾸며 보았다. 

국제기어드모터 에서 구매한 기어헤드 K6G30C(30배 감속기) 와 180V 40W DC 모터이다. DC 모터는 돌리는 속도에 따라 발전되는 전압이 달라지므로 다양한 직류전압원을 만들 수 있다. 

실험에 사용된 DC 모터이다. DC180V 용 이지만, 세게 돌려주면 DC300V 까지도 나온다. 영구자석형 DC 모터이므로 돌리는 방향에 따라 발생하는 전압의 극성도 바뀐다. 

손잡이는 U 볼트를 구부려서 만들었다. 

간이용 손 발전기이다. 

첫 번째 LED 모듈을 180V 손발전기로 전원을 가해 보았더니 47.59V 가 걸린다. 화이트 LED 하나에 보통 3V 가 걸리므로 이것은 LED 16개가 직렬로 연결된것이 5개가 병렬로 연결된 48V 용 모듈이라는 결론을 내릴 수 있었다. 

다른 종류의 LED 모듈에도 전원을 가해보니 47.38V 가 나온다. 이것도  LED 16개가 직렬로 연결된것이 5개가 병렬로 연결된 모듈로 추정할 수 있다. 

가운데 부분은 LED 가 고장났는지 켜지지 않는다. 직렬로 연결된 회로에서는 중간에 하나라도 단선이 발생하면 전체가 점등되지 않는다. 

고장난 LED 를 판별하는 방법은, 전압을 가한 상태에서 각 LED 의 전압을 재면 전원전압에 가까운 값(또는 유난히 높은 값)이 걸린 LED 가 있는데 이 LED 가 단선된 LED 이다.  

다른 모듈도 46.91V 가 걸린 것으로 보아 위와 동일한 형태의 연결을 가진 LED 보드라고 볼 수 있다. 

LED 보드에 흐르는 전류를 측정하기 위한 션트저항을 만들어 보았다. 

0.1Ω 8W 시멘트저항에 악어클립 4개를 연결했다. 0.1Ω 이므로 [걸린전압] * [10] 을 하면 흐르는 전류를 구할 수 있게 된다. 

멀티미터에 전류를 측정하는 기능이 있지만, 갑자기 과전류가 흐르게 되면 멀티미터가 망가지므로 이러한 회로를 만들었다. 

이렇게 되면 부하에 과전류가 흘러도 저항만 어떻게 될 뿐, 멀티미터는 안전하다. 다만 정확성은 조금 떨어지는 단점이 있다. 

전체적인 연결 상태이다. LED 모듈에 48V 가 걸릴 것이므로 커패시터에 걸릴 전압을 먼저 구해본다. 

LED 모듈 측은 유효전력에 대한 전압이고, 커패시터에 걸린 전압은 진상무효전력에 대한 전압이다. 이 둘 사이는 벡터상에서 직각 관계이므로 √(220² - 48²) = 214.7V 가 나온다. 즉 커패시터에 214V 가 걸렸을 때 흐르는 전류가 LED 에 흐르는 전류라고 보면 된다. 

커패시터에 교류를 가했을 때 흐르는 전류 I 는 2πfCV 이므로 2*3.14*60*0.0000025*214 = 0.201588 = 200mA 이다. 직류로 바뀌기 전 교류측의 전류이다. 

파워서플라이에서 떼어낸 노이즈 필터용 인덕터를 거쳐서 2.5㎌ 커패시터에 연결되고, 이 전류가 정류되어 평활용 커패시터를 거쳐 LED 에 가해지게 된다. 

LED 에 흐르는 전류를 측정하기 위한 션트 저항도 연결했다. 

컴퓨터 파워서플라이에서 떼어낸 리액터이다. 전류제한용 커패시터는 초기에 완전 방전되어 있으므로 커패시터 양단이 단락 상태와 같게 된다. 이런 상태에서 전압을 가하게 되면 순간적으로 매우 큰 전류가 흐르게 되는데, 이 때 과전류에 취약한 반도체 정류소자가 손상되므로 전단에 리액터를 연결해 주는 것이 좋다. 

또한, 커패시터를 이용한 전류 제한회로는 고주파 노이즈가 있는 경우 계산값보다 큰 전류가 흐르게 되므로 LED 모듈이 망가질 수 있다. 따라서 노이즈를 차단하고 돌입전류를 줄이기 위해서 리액터를 연결했다. 

전류제한용 커패시터이다. 냉장고 컴프레셔에서 떼어냈다. 그 오른쪽에는 컴퓨터 파워서플라이에서 떼어낸 브릿지 다이오드가 있다. 

LED 모듈의 플리커 현상을 줄이기 위한 커패시터이다. 200V 560㎌ 이다. 이것도 컴퓨터용 파워서플라이에서 떼어냈다. 

멀티탭에 연결한 상태이다. 이 상태에서 스위치를 올리면 LED 모듈이 켜지게 된다. 

LED 모듈이 켜진 상태에서 전류를 보니 약 140mA 가 흐른다. 교류측에서는 계산상으로 200mA 인데, 직류측에서는 거의 2/3 정도가 되었다. 교류측을 정확히 측정하지 않았으므로 커패시터가 경년변화에 의해 용량이 줄었을 가능성도 있다. 

LED 16개가 직렬로 연결된 것 5개가 병렬로 연결된 상태이므로 LED 하나당 28mA 가 흐르고 있다. LED 의 밝기가 기대한 밝기에 미치지 못하고 있으므로 전류를 올려보기로 했다. 

LED 하나당 걸리는 전압은 2.968V 이다. 전체 모듈에 걸린 전압은 47.4V 이다. 

LED 전용 안정기로 컨트롤되는 모듈의 LED 전압을 재 보니 약 3.2V가 나오는 것을 봐서 정격전류에 미치지 못한 값이라는 결론을 내릴 수 있었다. 

다른 LED 모듈들도 테스트를 해 보았다. 이것도 전류는 140mA 가 흐른다. 

LED 개당 걸리는 전압은 2.9V 정도이다. 

또 다른 모듈도 전류를 측정해 보니 140mA 가 나온다. 

이것은 LED 하나에 2.8V 가 걸린다. 전류용량이 약간 큰 놈이라고 할 수 있다. 

그래서 전류를 올려보기로 했다. 

냉장고 컴프레셔에서 떼어낸 2.5㎌ 커패시터 대신 모터 기동용으로 사용되는 7㎌ 커패시터를 연결해 보았다. 

LED 모듈에 전원을 가해 보았더니 이제서야 기대한 밝기로 켜진다. 정격인지 아닌지 알 수 없지만 이 정도면 상용 LED 모듈 정도의 밝기라고 할 수 있다. 

LED 모듈에 흐르는 전류는 400mA 이다. LED 하나에는 약 80mA 가 흐른다고 할 수 있다. 

LED 하나에 80mA 정도가 흘렀을 때, 나타나는 전압이다. 2.967V 이다.

같은 상태에서 다른 LED 의 전압을 측정해 보니 2.997V 가 측정된다. LED 마다 약간씩 전압이 다른 것으로 보아, 모든 LED 에 과전압이 걸리지 않게 하기 위해 LED 하나당 80mA 정도가 되도록 전류를 흘리면 될 것 같다. 

7㎌ 커패시터를 연결해서 모듈을 점등해 보니 LED 가 약간 따듯해졌다. 상용 LED 방등 정도의 열이 발생하는 것으로 미루어 7㎌ 커패시터로 전류제한을 해서 이 모듈들을 점등하면 다양한 용도로 활용할 수 있을 것 같다. 

48V 400mA 의 정전류 장치가 있다면 이 LED 모듈을 활용하기에 알맞을 듯 하다. 

LED 모듈을 쇠톱으로 잘라서 보조배터리로 이용 가능한 소형 조명등을 만들어 보아야겠다.