저전압, 고효율의 초강력 백색광원의 설계 기법

 
고휘도 백색 LED 램프의 설계 기술

국제테크노정보연구소 기술정보분석팀

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최근, 고휘도 백색 LED가 광원으로서 각광을 받고 있다. 발광효율은 전구에 비해 낮지만, 전류 소모가 아주 적고, 구입도 용이하다는 특징 때문에 아이디어 응용 제품이 속속 등장하고 있다.
본고에서는 고휘도 백색 LED를 광원으로 사용하기 위한 구동회로의 설계 방법과, 그 설계 사례로 42개의 백색 LED 소자를 사용하여 출력 2W, 효율 90%를 달성한 초강력 백색 LED 램프, 그리고 더욱 개량시킨 전지 2개로 작동하는 초절전 저전압 고휘도 LED 램프의 시제품에 대한 설계수법과 동작원리, 시험제작까지 할 수 있도록 모든 회로와 부품 공개, 시제품 제작 사진을 자세히 소개한다.
설계를 보완하여 개선된 시제품에서는 고휘도 백색 LED를 14개 사용하고 있지만, 옥외 사용시에도 충분한 밝기이다. AAM형 소형 니켈수소전지를 만충전에서 약 1시간 50분 사용 가능하고, 약 모드에서는 약 70시간 사용 가능하며. 태양전지로 충전 가능하기 때문에 여러 용도로 아이디어를 살려 응용 설계가 가능한 초절전형 램프이다. 옥내용이라면 LED 7개 정도로도 충분한 밝기이며, AAM형 알칼리전지일 경우 지속시간은 약 4시간이다. 또, 전지의 수명이 다할 때까지 일정한 밝기를 유지한다.
이와 같은 본격적인 고휘도 LED 램프장치는 고가이고, 아직 일반화되지 않고 있지만, 전구를 사용한 것과 비교하면 반사경이 불필요하며, 얇고 소형 설계가 가능하므로 포켓에 넣어도 자연스럽게 휴대하고 다닐 수 있다. 게다가, 밝기도 기존 전구에 뒤지지 않기 때문에 가까운 장래에 일반적인 제품이 될 것으로 생각되므로, 많은 아이디어 창출을 기대한다.

■ 주요내용

    42개의 LED 소자를 사용하여 출력 2W, 효율 90%를 달성한
1. 고휘도 백색 LED에 의한 고효율 램프의 설계

 ■ 설계와 시제품 제작 방침
 ■ 고휘도 LED 구동회로의 블록도 구성과 해설
    □ 정전력 출력에 의한 LED의 정전류 구동
    □ 고휘도 LED 구동회로의 동작 해설
 ■ 회로의 원리와 해설
    □ 초퍼형 콤퍼레이터, 배전압 펄스 출력회로, 그외 연구사항
 ■ 전원전압에 대한 입출력 특성
    □ 특성의 고찰, 전원 임피던스의 영향 특성
 ■ 고휘도 백색 LED 램프의 설계
    □ 설계 순서, 설계할 때의 주의점, 부품 배치에 대한 주의점
 ■ 사용 부품에 대해
    □ 발진회로, PWM 콤퍼레이터, 기준전압원(Vref),
    □ 배전압 펄스 출력회로, 출력 FET, 저항 RS,
    □ 출력정류회로, 백색 고휘도 LED, 코일

    AAM 건전지×2개 구동으로 장시간 동작을 실현한
2. 고휘도 백색 LED 램프의 설계

 ■ 하이게인화 방법의 검토
    □ 4011UB를 74HCU04로 치환한 결과
    □ 개선을 위한 발상의 전환
 ■ 아날로그 스위치를 사용하지 않는 방법
 ■ 편리성을 고려하여 결정한 회로
    □ 회로의 동작 해설, 회로의 특성
 ■ 사용한 주요 부품의 소개
 ■ 설계한 시제품의 사용 소감


 

 

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