대표적인 일렉트로닉스 회로-옵토 & 포토 IC 응용회로

LED 구동회로, 포토커플러/포토릴레이응용회로등 옵토 & 포토 IC 응용회로 1 기본적인 LED 구동회로 표시용 LED의 선택기준으로는 색(적, 황, 녹, 청, 백 등), 크기(Ø3, Ø5 등) 몰드(착색투명, 착색확산, 무색투명, 유백 확산 등), 발광 반값각 등이 있다. LED의 구동회로 예를 그림 1(a)에 나타낸다. LED의 구 동전류 IF는 다음과 같은 식으로 구한다. 그림 1(b)는 순방향전압-전류 특성이다. 같은 IF라면 VF의 값은 적색이 가장 작고 청색이 가장 큰 값이다. 이것은 빛의 발광파장에 따른 에너지값이 적＜황＜청의 순서로 커지게 되 어 있기 때문이다. 색이 다른 LED를 나열하여 사용하는 경 우, 각 LED의 명도가 같아지도록 IF를 결정한다. 엄밀하게는 비시감도 곡선에 의한 색에 대한 눈의 감도차 보정, 발광 반 값각 등도 고려해야 한다. 2 백색 LED를 건전지 1∼2개로 구동할 수 있는 회로 백색 LED의 구동전압은 3.6V 정도이므로 일반 건전지로 구동하려면 승압회로가 필요하다. 그럴 때 사용되는 것이 TL499A이다. TL499A는 출력전압이 가변되는 레귤레이터 IC이다. 압력이 올라갈 때에는 스위칭-레귤레이터로, 압력이 내려갈 때에는 시리즈 레귤레이터로 동작하고 그 동작 모드 는 입력전압에서 자동적으로 전환된다. 입력전압범위는 1.1 ∼10V(스위칭 동작 시), 35V 최대(시리즈 동작 시), 출력전 압범위는 2.9∼30V, 최대출력전류는 100mA이다. 백색 LED를 사용한 회중전등의 회로 예를 그림 2에 나타 낸다. 전지 1∼2개를 직렬로 하여 사용한다. 4번 핀은 피크 스위칭 전류 Ipeak의 제어 핀으로, R1＝500Ω인 경우 약 200mA이다. 출력전류를 크게 하고 싶은 경우에는 이 저항값 을 작게 하고 Ipeak를 증가시킨다. 출력전압범위는 100㏀의 반 고정 저항기에 의해 조정한다. 3 7세그먼트 LED 표시기의 구동회로 7세그먼트 LED 표시기는 0∼9의 숫자를 표시하기 위해 사용한다. 구동방식에 따라‘스태틱 구동’과‘다이내믹 구동’ 이 있다. 전자는 하나의 LED 표시기에 하나의 구동회로를 접속하여 항상 점등하는 구동방식이다. 동작원리는 간단하지 만 자릿수에 따라 회로가 대규모로 된다. 후자는 n자리 표시 기의 각 자리를 시분할하여 1/n 시간만 구동하면서 표시하는 자리를 순차 전환하고 눈의 잔상을 이용하여 n자리의 숫자를 표시하는 방식이다. 동작원리는 전자보다 복잡하지만 자릿수 가 증가해도 부품 수는 별로 증가하지 않는다. 그림 3은 스태틱 구동방식 1자리 분의 회로 예이다. 표시 자릿수가 적은 경우에 적합하다. BCD(2진화 10진수)에서 표 현된 0∼9의 데이터를 표시용 7세그먼트 데이터로 변환하는 표준 로직 IC를 사용했다. 그림 3(a)에 나타난 74LS47은 출 력단자가“L”액티브로 오픈 컬렉터이므로 애노드 코먼의 LED 표시기를 구동할 수 있다. 컬렉터에 흘리는 최대 전류는 24mA이다. 한편, 그림 3(b)에 나타난 74HC4511은“H”액 티브이고 최대 구동전류가 20mA이므로 캐소드 코먼의 LED 표시기를 구동할 수 있다.

· 드라이버 출력 a∼g가“L”일 때 LED가 점등. · 저항 R의 값은 LED의 순방향전류 IF＝(VCC－VF－VOL)/R이 적당한 크기로 되도록 정한다. · 이 그림의 상수인 경우, IF＝(5－2.1－0.25)/330≒8mAtyp. · 상위 자리의 BI/RBO를 하위 자리의 RBI로 데이지 체인 접속 하면 제로 서프리스(필요 없는 자리의 제로 소등). · BI/RBO＝“L”로 하면 블랭크(전 세그먼트 소등). · LT＝“L”로 하면 램프 테스트(전 세그먼트 점등). · 그 이외의 경우, 이 그림과 같이 RBI와 LT를“H”로, BI/RBO 를 오픈으로 한다.	· 드라이버 출력 a∼g가“H”일 때 LED가 점등. · 저항 R의 값은 LED의 순방향전류 IF＝(VOH－VF)/R이 적당한 크기로 되도록 정한다. · 이 그림의 상수인 경우, IF＝(4.34－2.1)/330≒7mAtyp. · LE＝“H”로 하면 BCD 입력을 래치. · BI＝“L”로 하면 블랭크(전 세그먼트 소등). · LT＝“L”로 하면 램프 테스트(전 세그먼트 점등). · 그 이외의 경우, 이 그림과 같이 BI와 LT를“H”로, LE를“L”로 한다.
(a) 74LS47과 애노드 코먼 LED	(b) 74HC4511과 캐소드 코먼 LED
그림 3.(1) 7세그먼트 LED 표시기의 구동회로

4 DC 입력 포토커플러 인터페이스 그림 4는 포토커플러를 사용한 가장 기본적인 입력회로이 다. 내장 LED에 흐르는 순방향전류는 통상적으로 10mA 정 도 선택하지만 감도가 높은 경우도 있으므로 특성을 조사해 두지 않으면 전기를 낭비해버린다. 한편, 경년열화도 고려해 야 하므로 순방향전류 값에 고민하게 된다. 전압이 5V 이하로 낮을 때는 LED의 순방향전압에 의한 드롭을 고려하여 저항값을 결정한다. 또 전압이 높아지면 이 전류 제한저항에서 소비하는 전력이 문제된다. 또한 밀집해 서 배치했을 경우, 장시간 ON되어 있으면 발열하여 저항이 나 기판이 타는 등의 트러블이 발생한다. 24V계인 경우는 전 류를 적게 하여 3.3k∼4.7㏀으로 선택한다. R2는 OFF 시의 입력을 안정시키기 위한 일종의 풀업 저항 이다. 이것이 없으면 신호 OFF 시 배선 케이블의 부유용량 등에서 인접신호의 펄스가 뛰어들어 오동작의 원인이 된다. D1, C1은 노이즈 대책을 위한 부품이다. C1은 고주파 노이즈 가 돌아다니는 환경에서 유효하다. R3는 2차 측 풀업 저항으 로, 고속전송이 필요한 경우 값을 작게 해야 한다. 일반적인 기기제어에서는 4.7k∼22㏀ 정도일 것이다. 1차 측에 연결 된 스위치의 채터링을 제거할 때는 R4와 C2를 부가한다. 이 경우, 슈미트 입력 게이트에서 받아 둔다. 〈〉 TLP626 등의 AC 입력 대응형 포토커플러는 반대 방향으 로 병렬 접속한 LED가 들어있어 정부(＋, －) 어느 쪽의 입 력전류에서도 비추도록 되어 있다. 이것을 사용하면 그림 5 와 같은 회로에서 입력 교류신호에 따른 출력이 얻어진다. 단, 출력은 입력 교류신호의 2배인 주파수의 펄스이다. 그림 5(b)와 같이 약간 큰 콘덴서 C3를 부가하여 펄스를 라 운딩시키면 스위치 SW가 ON인 동안 ⓑ점에 H 레벨의 신호 가 얻어진다. 이 경우, OFF 시의 응답이 늦어지게 된다. AC100V(50/60Hz)를 입력할 때에는 전류제한 저항 대신 콘덴서(C1)의 직렬 리액턴스를 사용할 경우 발열을 피할 수 있다. 5 AC100V 입력의 포토커플러 인터페이스 TLP626 등의 AC 입력 대응형 포토커플러는 반대 방향으 로 병렬 접속한 LED가 들어있어 정부(＋, －) 어느 쪽의 입 력전류에서도 비추도록 되어 있다. 이것을 사용하면 그림 5 와 같은 회로에서 입력 교류신호에 따른 출력이 얻어진다. 단, 출력은 입력 교류신호의 2배인 주파수의 펄스이다. 그림 5(b)와 같이 약간 큰 콘덴서 C3를 부가하여 펄스를 라 운딩시키면 스위치 SW가 ON인 동안 ⓑ점에 H 레벨의 신호 가 얻어진다. 이 경우, OFF 시의 응답이 늦어지게 된다. AC100V(50/60Hz)를 입력할 때에는 전류제한 저항 대신 콘덴서(C1)의 직렬 리액턴스를 사용할 경우 발열을 피할 수 있다. 6 10Mbps의 펄스 전송이 가능한 차동입력 포토커플러 인터페이스 서보 모터 드라이버의 위치제어 펄스 등 고속 펄스를 전송 하고 싶을 때는 차동신호를 사용한다. 그림 6(a)는 EIA-422용 드라이버 IC와 리시버 IC를 사용 한 회로이다. 그러나 고속 포토커플러를 사용하여 그림 6(b) 와 같이 하면 리시버 IC를 사용하지 않아도 된다. 그라운드 라인의 배선도 필요 없다. R1은 케이블 터미네이터를 겸한 전류제한저항으로, D1에 서 역 전압 드라이버일 때에도 전류를 흘린다. 여기서 예로 든 6N137은 오픈 컬렉터 출력이므로 고속전송 시에는 R3를 작게 해두어야 한다. 메이커의 샘플 회로에서는 330Ω이 사용되고 있다. 로직 IC 레벨에서 출력이 얻어지는 포토 IC(TLP555 등)를 이용 하면 이 풀업 저항이 필요 없게 된다.  7 포토 TRIAC 커플러에 의한 300W 히터 제어회로 TRIAC(트라이액) 커플러는 LED와 포토 TRIAC을 집적 화한 것으로, AC 부하 제어에 사용된다. 커플러 단체에서는 0.1∼2A 정도까지 제어할 수 있는 것이 있다. 그 이상의 부하 를 제어하고 싶은 경우에는 TRIAC을 외장한다. 그림 7에 포 토 TRIAC 커플러를 사용한 회로 예를 나타낸다. 이 커플러는 주로 전력 제어회로에 사용되고 회로에서는 외부의 TRIAC을 제어함으로써 300W의 부하를 ON/OFF할 수 있다. 트리거 LED 전류 IF를 10mA 흘리면 TLP560G의 TRIAC이 ON되고 SM6GZ47의 트리거 전류 IT가 흘러 ON 된다. 따라서 SM6GZ47의 트리거 모드는 Ⅰ/Ⅲ으로 된다. 이 모드에서는 IGT＝30mA, VGT＝1.5V가 트리거 조건이므로 필요한 IT는 다음과 같은 식으로 구한다. IT ＝ IGT＋VGT/RG ·······································(1) 이 때, SM6GZ47의 단자간 전압 VT[V]는 다음과 같다. VT＝ITRT＋VGT＋VT(max) ＝ 0.062×100＋1.5＋3＝10.7V ···················(2) 여기서, VT(max) : 최대 첨두 ON 전압[V] 따라서 IF＝10mA일 때, AC 라인 전압 약 11V 이상에서 TRIAC이 턴 온 한다.  8 AC 입력 포토커플러에 의한 상용 교류전원의 제로 크로스 검출 1차 측 LED가 역 병렬 접속된 AC 입력 대응의 포토커플 러를 사용하면 그림 8과 같이 상용 교류전원의 제로 크로스 검출회로를 간단히 구성할 수 있다. 이 회로는 전원의 전압변 동을 ±10%로 할 경우, 피크에서 200× 2×1.1≒311V의 고전압이 R1에 인가되거나 위험한 핫 라인을 포토커플러까지 직접 끌어들여야 한다는 결점이 있다. 그림 9는 직렬저항 R1을 2개로 분할함으로써 부품 1개가 증가하지만 다음과 같은 메리트가 있다. · 저임피던스의 핫 라인을 받은 단자에 정리할 수 있다. · 대전력에서 고저항의 저항기는 구하기 어렵지만, R1의 저항값을 반으로 할 수 있으므로 구하기 쉬운 부품을 사 용할 수 있다. · 저항에 인가되는 전압을 저감할 수 있어 저항기의 내전 압 규격에 대해 마진을 크게 확보할 수 있다. · 발열을 분산시킬 수 있다.  9 상용 교류전원에 동기한 톱니파 생성회로 ① 그림 10은 그림 9를 바탕으로 커런트 밀러 회로에 따라 상 용 교류전원에 동기한 톱니파를 생성하는 회로이다. 파형의 경사는 R8에서 조정할 수 있다. 콘덴서의 양단전압을 그대로 톱니파 출력하고 있으므로 고임피던스로 받을 필요가 있다. 실제 측정 파형을 그림 11에 나타낸다.  10 상용 교류전원에 동기한 톱니파 생성회로 ② 그림 10의 회로는 입력주파수에 의해 톱니파의 피크 전압 이 변화한다. 입력주파수가 고정되어 있으면 괜찮지만 대폭 변화하는 경우 상태불량이 발생한다. 그래서 피크 전압을 일 정하게 유지하도록 제어회로를 추가한 것이 그림 12이다. R9, C4에서의 톱니파를 평균화하여 IC1b에서 비교하고 커 런트 밀러 회로에 피드백을 걸고 있다. 이 회로는 상용 50/ 60Hz 및 항공기 설비용 400Hz에서의 사용을 전제로 하고 있어 40∼400Hz의 범위에 대응한다. 주파수범위가 넓으므 로 그림 10의 상수를 일부 변경했다. 출력은 IC1a에 의해 버 퍼되고 있으므로 저임피던스의 톱니파 출력이 얻어진다. C4 의 코먼을 ＋5V 측으로 하고 있는 것은 전원 투입 시 피크 전 압이 제로에서 상승하기 때문이다.  11 포토 릴레이에 의한 NCU 회로 포토 릴레이는 적외 LED와 수광 포토 다이오드, 2개의 MOSFET로 구성된다. 2개의 MOSFET는 소스 코먼에서 접 속하고 있어 AC 부하도 제어할 수 있다. 따라서 메커니컬 릴 레이 반도체화용으로 폭넓게 사용되고 있다. 그림 13은 NCU 회로에 응용한 예이다. NCU는 전화기나 모뎀 및 전화 회선을 인터페이스하는 회로이다.

[출처] LED 구동회로, 포토커플러/포토릴레이응용회로등|작성자 맥가이심

출처: http://www.icbanq.com/elecinfo_net_new/Elec_TechInfo_Main.aspx