전자회로 아이디어: (5)

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다양한 발광색의 LED군을 단일전원으로 구동

휴대기기에서는 발광색이 다른 복수의 LED를 탑재하고 있다. 사용하는 LED의 개수는 발광색에 따라 다르다. 예를 들면, 디스플레이의 백 라이트에는 백색 LED, 키패드의 조명에는 녹색 LED, 전원 관련의 표시에는 적색 LED를 사용한다.
이러한 LED군을 구동하려면 일반적으로는 2가지 전원전압이 필요하게 된다. 즉 적색과 녹색이라고 하는 표준 LED용과, 순방향 전압이 높은 백색 LED용으로 두가지이다. 게다가 키패드나 인디케이터의 용도에서는 전류제한저항이 필요하다.
여기서는 발광색이 다른 복수의 LED군을 단일전원으로 구동하는 회로를 소개한다. 물론 전류제한저항은 사용하지 않는다. 특성이 다른 LED군에 전류 레귤레이터 IC(IC1)를 도입함으로써 단일전원에 의한 구동을 실현한다. 4종류의 LED군을 구동하는 회로를 그림 1에 나타낸다. 순방향 전압이 다른 LED에 대해서, 트랜지스터 Q1~Q4로 구성한 커런트미러 회로를 사용하여 부하의 밸런스를 확보한다. 전류제한용의 밸러스트 저항이 필요없게 될 뿐만 아니라, 공통의 조정점(IC1의 ADJ 단자)에 의해 휘도를 조정할 수 있다.


[그림 1] LED의 종류, 접속 개수를 선택하지 않는 구동회로
스위칭 레귤레이터 IC1과 외부 부착부품으로 구성했다.

트랜지스터 Q2~Q4는 다이오드 접속된 트랜지스터 Q1에 흐르는 전류를 미러링한다. 다만, Q1의 전류를 결정하는 LED군(D3~D5)의 구동전압은 그 이외 LED군의 구동전압과 동일하든지, 혹은 높을 필요가 있다. 그 이유는 구동전압이 낮으면 그 이외의 LED군에서 전압의 여유도가 낮아져 정상적으로 동작하지 않기 때문이다. Q1의 LED군의 구동전압은 간단하게 높일 수 있다. 순방향 전압이 2.8~3.7V로 큰 백색 LED나, 그 외의 순방향 전압이 비교적 높은 LED를 채용하면 된다. 이렇게 하면, LED군에 있어서 전압 부족의 문제를 해결할 수 있다. 같은 특성의 트랜지스터로 구성한 커런트미러 회로를 실현하면 종류나 접속수에 의존하지 않고 모든 LED에 동일한 전류를 공급할 수 있다. 게다가, 단일전원구동과 공통의 조정점에서 휘도 조정을 실현할 수 있다.
기준(Q1에 접속한) LED군과 미러링한 전류가 흐르는 LED군의 구동 전력차는 대응하는 커런트미러 트랜지스터에서 소비된다. 그 전력 PMAX(트랜지스터)는,
PMAX(트랜지스터)=(VOUT-300mV-VLEDs)×ILEDMAX
로 된다. 다만, ILEDMAX는 모든 LED군에 흐르는 전류의 총합. 전류검출저항 R2=300mV/ILEDMAX이다.
 


[그림 2] 소비전력을 저감할 수 있는 LED 구동회로
그림 1의 회로를 개량하여, 전류검출저항에 OP 앰프를 접속함으로써 회로 전체의 소비전력을 저감시켰다.

커런트미러 회로를 사용하지 않고 같은 LED를 다수 구동하는 경우는 소비전력이 낮은 OP 앰프를 전류검출저항에 접속함으로써 전류검출저항이나 ballast 저항에서 소비하는 전력을 저감할 수 있다(그림 2). 그림 2의 회로는 저항값을 삭감하고, 그 결과 저항에 있어서의 전력손실을 줄임으로써 효율을 개선하고 있다. 전류검출신호에 대한 이득을 약 16까지 증강시키면 R2나 밸러스트 저항의 값을 1/16로 줄일 수 있다. 통상, R2나 밸러스트 저항 R5, R6은 15Ω 정도. 따라서 이러한 저항에 있어서의 전력손실은 각각 (20 mA)2×15Ω=18 mW로 된다. 이득을 높임으로써 R2=R5=R6=0.931Ω으로 하면 이러한 저항에 있어서의 전력손실을 1.12mW까지 저감할 수 있다. OP 앰프의 소비전류는 최대라고 해도 겨우 20μA이다. 소비전력은 100μW에 지나지 않는다.

 

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