LED를 직렬로 연결하는 이유, 병렬보다 좋은 이유는?
핵심 한 줄: LED는 전류에 민감한 소자라 직렬 연결이 전류를 균일하게 유지하고, 효율적이며 수명을 연장시켜줍니다. 병렬 연결보다 직렬 연결이 조명 설계에서 더 안정적이고 안전한 이유를 살펴봅니다.
1) LED의 기본 특성
- LED는 다이오드 구조로 한 방향으로만 전류가 흐를 때 발광합니다.
- 정전류 소자라서 일정한 전류가 흐를 때 가장 안정적인 빛을 냅니다.
- 전류가 조금만 달라져도 밝기 차이, 발열, 수명 차이가 발생합니다.
2) 직렬 연결의 원리
- 직렬 회로에서는 전체 LED에 동일한 전류가 흐릅니다.
- LED마다 전압 강하가 누적되므로, 전체 전압은 합산됩니다.
- 예: LED 10개 × 3V = 약 30V, 전류는 동일하게 유지됩니다.
3) 직렬 연결의 장점
- 전류 균일성: 모든 LED가 같은 전류를 받아 밝기가 일정합니다.
- 효율성: 큰 전류가 필요 없으므로 발열이 줄고 배선 손실이 적습니다.
- 수명 향상: 특정 LED에만 과부하가 걸리지 않아 전체 수명이 길어집니다.
- 설계 단순화: 정전류 드라이버 하나로 여러 LED를 안정적으로 구동할 수 있습니다.
4) 병렬 연결의 문제점
- LED마다 특성이 조금씩 달라 전류 분배가 불균형해집니다.
- 일부 LED에 과전류가 흘러 과열·수명 단축 문제가 생깁니다.
- 밝기 차이가 발생해 전체 조명 품질이 떨어질 수 있습니다.
5) 직렬 연결의 단점과 보완책
- 단점: LED 한 개가 끊어지면 전체 회로가 꺼집니다.
- 보완: 여러 개의 직렬 그룹을 병렬로 배치하여 일부가 고장 나도 나머지는 점등되도록 설계합니다.
- 또는 바이패스 회로(우회 다이오드)를 넣어 특정 LED가 망가져도 전류가 흐르도록 합니다.
6) 실제 조명 설계 예시
- 가정용 LED 전구: 220V AC → 정류 → 약 310V DC → LED 100개 직렬 (3V × 100)
- 고출력 가로등: 직렬 그룹 여러 개를 병렬로 연결해 안정성과 효율 확보
- 태양광 조명: 배터리 전압(DC)에 맞게 LED를 직렬로 묶고 정전류 회로로 제어
7) 요약
- LED는 정전류 소자 → 직렬 연결이 가장 안정적
- 직렬 연결은 밝기 균일, 발열 감소, 수명 연장에 유리
- 병렬 연결은 전류 불균형 문제 발생
- 단점은 직렬 그룹 병렬 설계나 바이패스로 보완 가능
8) 마무리
LED 조명을 직접 만들거나 선택할 때, 내부 구조가 직렬 중심인지 확인하면 조명의 안정성과 수명을 예측할 수 있습니다. 단순히 빛만 보는 것이 아니라 내부 전기적 원리를 이해하면, 더 효율적이고 안전한 선택을 할 수 있습니다.
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