USB 전원을 이용한 LED 비상조명등을 만들어 보았다.

USB 전원을 이용한 LED 비상조명등을 만들어 보았다. 

USB 전원이 공급되는 동안에는 5.5V 1F 슈퍼커패시터가 충전이 되고, USB 전원이 차단되면 슈퍼커패시터에 저장된 전하에 의해서 LED 가 켜지는 방식이다. 

주요 재료는 고장난 가전제품에서 떼어낸 부속들이다. 

위의 사진은 슈퍼커패시터가 충전되는 모습이다. 겉으로는 표시가 나지 않는다. 

커패시터는 10Ω 저항을 통해서 충전이 되는데, 커패시터에 저장된 전하가 없는 경우 직류에서의 저항값이 0 인 셈이 되므로 USB 전원을 가한 직후에는 10Ω 의 부하가 걸린 것이 되어 500mA 가 흐르게 된다. 이 전류는 점점 줄어들어서 커패시터의 충전이 완료되면 멈춘다. 

커패시터의 충전시간은 시정수를 이용해서 추정할 수 있는데, 1F 의 커패시터에 10Ω의 저항이 연결된 상태이므로 10s 가 시정수가 된다. 시정수는 커패시터에 전원 전압의 62.8% 까지 충전되는 시간을 말하는데, 시정수의 시간이 또 다시 흐르면 남은 37.2% 의 62.8% 가 추가로 충전(23.3%)이 되어 86.1% 가 충전이 되고, 또 다시 시정수의 시간이 흐르면 남은 13.9%의 62.8% (8.7%) 가 충전이 되는 현상이 반복되어 시정수의 5배 시간이 흐르면 정상상태의 약 99% 정도로 충전이 이루어진다. 

여기서는 시정수가 10 이므로, 50초가 지나면 전원 전압의 99% 까지 충전이 되고, 약 1분이 지나면 전원전압까지 충전되어 전류가 멈춘다고 볼 수 있다. 

커패시터의 용량을 늘리면 충전해야 할 시간이 늘어나지만, 전원 차단시 LED가 켜지는 시간도 늘어난다. 

USB 전원을 차단하니, 슈퍼커패시터에 저장된 전하에 의해서 LED 가 켜지는 것을 볼 수 있다. LED 7개가 병렬로 연결된 상태인데, 약 2분 정도 불이 켜지는 것을 볼 수 있었다. LED 의 불이 꺼졌더라도, 약 2V 이상의 전압이 남아있으므로 DC-DC 컨버터 등을 이용하면 남은 전하를 뽑아서 사용할 수도 있다. 

주요 재료는 10Ω 2W 저항(컴퓨터 파워서플라이에서 채취; 5W 가 적합) 1k 저항 2개, 다이오드(1N5819), C1815 NPN 트랜지스터, E13009 NPN 트랜지스터(컴퓨터 파워서플라이에서 채취), 슈퍼커패시터 5.5V 1F, LED 모듈(LED 손전등에서 채취) 이다. 

USB 전원이 공급되면 C1815 의 Base 에 연결된 1k 저항으로 전류가 흐르게 되고, 전원측에서 다이오드를 지난 부분에 연결된 1k 저항을 GND 에 연결시킨 셈이 된다. C1815 의 컬렉터와 E13009 의 Base는 같이 연결되어 있으므로 E13009 의 Base에도 0V 가 걸리게 되어 LED 는 꺼진 상태가 된다. 

USB 전원이 차단되면 C1815 의 Base 에 공급되는 전류도 차단되므로 E13009 의 Base 에는 슈퍼커패시터에 충전된 전류가 흘러서 도통이 된다. 따라서 같이 연결된 LED 는 슈퍼커패시터에 저장된 전하에 의해서 점등된다. 

위의 장치에서 LED 를 버저로 바꾸면, 전원차단시 한동안 울리는 경보장치로 이용할 수도 있다. 

방 안의 전등에서 전원을 끌어온다면, 방의 불을 껐을 때 한동안 켜지는 취침등으로 이용이 가능하다.