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LED 전류제한 저항 고르기
마지막 갱신: 2026-10-04
LED 저항 계산은 공식 하나로 끝납니다. R = (Vs − Vf) / I. 그런데 이 공식에 들어가는 Vf와 Vs는 고정값이 아닙니다. Vf는 같은 품번이라도 부품마다, 온도마다 다르고, 전원 전압도 허용 범위 안에서 움직입니다. 그래서 '계산은 맞았는데 어떤 보드는 어둡고 어떤 보드는 너무 밝은' 일이 생깁니다. 이 글은 공식을 최악 조건으로 검증하는 방법, 저항의 전력 여유, LED를 여러 개 쓸 때의 배치, 그리고 저항으로는 안 되고 정전류 드라이버가 필요한 경계를 숫자로 정리합니다.
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공식과 세 변수
LED는 전압이 아니라 전류로 밝기가 정해지는 소자입니다. Vf(순방향 전압) 근처에서 전류가 지수적으로 급증하기 때문에, 전압원에 바로 연결하면 전류가 제한되지 않습니다. 직렬 저항은 남는 전압(Vs − Vf)을 받아 전류를 정합니다. 세 변수는 다음과 같습니다.
| LED 색 | Vf 대략 범위 | 비고 |
|---|---|---|
| 빨강·주황·노랑(AlGaInP) | 1.8 ~ 2.4V | 전형값 2.0V 안팎 |
| 황록(GaP, 구형 녹색) | 2.0 ~ 2.4V | 효율 낮음, 요즘은 드묾 |
| 녹색(InGaN, 선명한 녹색) | 2.8 ~ 3.6V | 파랑·흰색과 같은 계열 |
| 파랑·흰색(InGaN) | 2.8 ~ 3.6V | 전형값 3.0~3.2V |
| 적외선(IR) | 1.2 ~ 1.6V | 리모컨·센서용 |
범위는 대략적인 업계 값이고, 설계에는 반드시 사용하는 품번의 데이터시트에서 전형값(typ)과 최대값(max)을 가져옵니다. 전류는 데이터시트의 절대최대 정격(소형 표시용은 흔히 20~30mA)이 아니라 필요한 밝기로 정합니다. 요즘 고효율 칩 LED는 실내 표시등 용도로 2~5mA면 충분히 밝은 경우가 많고, 체감 밝기는 전류에 비례해 늘지 않으므로 10mA를 5mA로 줄여도 생각만큼 어두워지지 않습니다. 전원 전압은 공칭값이 아니라 허용 범위로 봅니다. 예를 들어 USB 2.0 포트의 VBUS는 4.75~5.25V 범위로 규정되어 있습니다.
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실전 예 — USB 5V 흰색 표시등
USB 5V에서 흰색 LED(Vf 전형 3.0V, 범위 2.8~3.4V)를 10mA로 켭니다. 공칭 계산은 R = (5 − 3.0) / 0.010 = 200Ω, E24에 200Ω이 있으니 그대로 씁니다. 이제 최악 조건을 넣습니다.
| 조건 | Vs | Vf | 전류 |
|---|---|---|---|
| 공칭 | 5.00V | 3.0V | 10.0mA |
| 가장 밝은 경우 | 5.25V | 2.8V | 12.3mA |
| 가장 어두운 경우 | 4.75V | 3.4V | 6.8mA |
전류가 6.8~12.3mA로 약 1.8배 벌어집니다. 표시등이라면 허용 가능한 수준이고, 최대 12.3mA도 LED 정격 안입니다. 같은 LED를 3.3V 전원에서 켜면 어떻게 될까요? 공칭 계산은 R = (3.3 − 3.0) / 0.010 = 30Ω인데, Vf가 2.8V인 부품은 16.7mA, 3.4V인 부품은 거의 켜지지 않습니다. 여유 전압(Vs − Vf)이 작을수록 Vf 편차가 전류 편차로 그대로 증폭되기 때문입니다. 전류의 상대 변화는 대략 ΔVf / (Vs − Vf)이므로, 여유 전압이 0.3V일 때 Vf가 0.2V 흔들리면 전류는 67% 흔들립니다. 실무 기준으로 여유 전압은 최소 1V, 가능하면 Vf 편차의 5배 이상을 확보하고, 그게 안 되면 더 높은 전원 레일을 쓰거나 정전류 방식으로 갑니다.
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저항 전력과 디레이팅
저항이 소비하는 전력은 P = I² × R = (Vs − Vf) × I입니다. 저항의 정격 전력은 IEC 60115 계열 규격에 따라 특정 주위 온도(흔히 70°C)까지 보장되고, 그 위에서는 직선으로 줄어듭니다. 실무에서는 상온 정격의 50% 이하로 쓰는 것을 기본으로 합니다. 표시등 몇 mA에서는 문제가 안 되지만, 전압이 높아지면 금방 경계에 닿습니다.
차량용 12V 전원에서 빨간 LED(Vf 2.0V)를 10mA로 켜는 경우를 봅시다. 공칭 12V 기준으로 R = 10 / 0.01 = 1kΩ, 전력 0.1W입니다. 그런데 차량 전원은 충전 중 14.4V 안팎까지 오릅니다. 14.4V에서는 전류 12.4mA, 저항 전력 0.154W가 되어 0805(1/8W = 0.125W)는 정격 초과, 1206(1/4W)도 62%로 50% 기준을 넘습니다. 해결책은 1206 510Ω 두 개를 직렬로 나누는 것입니다. 각 저항은 14.4V에서 약 0.075W(정격의 30%)만 부담하고, 발열도 두 곳으로 분산됩니다. 차량 전원에는 이와 별도로 ISO 7637-2, ISO 16750-2에서 다루는 과도 전압이 있으므로, 저항 계산과 별개로 전원 입력단 보호가 필요합니다.
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LED를 여러 개 쓸 때 — 직렬은 되고 병렬은 안 된다
- 병렬 + 저항 하나는 금지: LED 여러 개를 병렬로 묶고 저항 하나를 공유하면, Vf가 가장 낮은 LED로 전류가 몰립니다. 게다가 LED는 온도가 오르면 Vf가 낮아지므로(대략 −2mV/°C), 전류를 많이 먹는 LED가 더 뜨거워지고 더 많이 먹는 양의 되먹임이 생깁니다. 병렬이 필요하면 LED마다 저항을 따로 둡니다.
- 직렬은 전류가 같다: 직렬 연결된 LED는 같은 전류가 흐르므로 밝기가 고르고 저항 하나로 충분합니다. 대신 Vs가 Vf 합계 + 여유 전압보다 커야 합니다.
- 직렬 예: 12V에서 흰색 LED 3개(Vf 3.0V × 3 = 9.0V)를 20mA로 켜면 R = 3.0 / 0.02 = 150Ω. 그런데 Vf가 모두 2.8V 쪽이면 합계 8.4V로 전류 24mA(정격 초과 가능), 모두 3.4V 쪽이면 10.2V로 12mA입니다. 직렬 개수가 늘수록 Vf 편차가 합산되어 여유 전압이 상대적으로 줄어들므로, 이런 구성은 전류를 15mA로 낮춰 잡거나 정전류 방식을 씁니다.
- 다채널 표시: 같은 색이라도 Vf 등급(bin)이 다른 릴이 섞이면 밝기가 달라 보입니다. 외관 품질이 중요한 제품은 같은 bin으로 발주하거나 정전류 드라이버를 씁니다.
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MCU 핀으로 직접 구동할 때
MCU GPIO의 데이터시트에는 핀당 절대최대 전류(흔히 20~25mA)와 별개로, 출력 전압(VOH·VOL)을 보증하는 조건 전류(흔히 4~8mA)가 있습니다. 전류를 많이 흘릴수록 핀 출력이 전원 레일에서 멀어지므로, 계산에는 Vs 대신 해당 전류에서의 VOH를 넣습니다. 예를 들어 3.3V MCU에서 빨간 LED를 5mA로 켤 때 그 전류에서 VOH가 3.1V라면 R = (3.1 − 2.0) / 0.005 = 220Ω입니다. 포트 전체(또는 전원 핀 전체)의 합계 전류 한도도 있으니 LED가 여러 개면 합계를 확인합니다. 한도를 넘거나 여유 전압이 부족하면 트랜지스터나 MOSFET으로 스위칭하고, LED 전원은 더 높은 레일에서 가져옵니다.
PWM 디밍과 저항
PWM으로 밝기를 조절하는 경우 저항은 '켜져 있는 순간의 전류(피크)'를 정하고, 평균 밝기는 듀티비가 정합니다. 따라서 저항은 최대 밝기 기준으로 계산하고, 디밍은 소프트웨어로 합니다. PWM 주파수는 깜빡임이 보이지 않도록 수백 Hz 이상으로 둡니다.
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정전류 드라이버가 필요한 경우
- 고출력 LED: 1W급(350mA)부터는 저항 손실이 수백 mW~W 단위가 되고, 밝기 편차가 그대로 드러납니다. 스위칭 방식 LED 드라이버가 정석입니다.
- 전원 변동이 큰 경우: 배터리 방전(리튬 4.2→3.3V)이나 차량 전원처럼 Vs가 크게 움직이면 저항 방식은 밝기가 계속 변합니다.
- 여유 전압이 작은 경우: 위 3.3V 흰색 LED 예처럼 Vs − Vf가 1V 미만이면 저항으로는 일정한 전류를 만들 수 없습니다.
- 효율이 중요한 경우: 저항 방식의 손실 비율은 (Vs − Vf) / Vs입니다. 5V에서 흰색 LED면 전력의 40%가 저항에서 열이 됩니다.
- 간단한 리니어 정전류: 트랜지스터 두 개 전류원(I ≈ 0.6V / R), 또는 LM317을 정전류로 쓰는 방법(I = 1.25V / R)이 있습니다. 다만 LM317 방식은 LED 외에 약 3~4V의 여유 전압이 필요하므로 저전압 회로에는 맞지 않고, 이때는 전용 리니어 LED 드라이버 IC를 씁니다.
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자주 하는 실수
- Vf를 색만 보고 가정한다: '녹색이니까 2V'는 구형 GaP LED 이야기입니다. 요즘 선명한 녹색은 InGaN이라 3V대입니다.
- 공칭 전압으로만 계산한다: 최대 전압·최소 Vf 조건에서 전류와 저항 전력이 최대가 됩니다.
- 절대최대 정격 전류로 설계한다: 20mA 정격 LED를 20mA로 쓰면 여유가 없고 수명·발열에 불리합니다. 필요한 밝기의 최소 전류로 잡습니다.
- 병렬 LED에 저항 하나를 쓴다: 전류 쏠림과 열 폭주의 원인입니다.
- 역전압을 잊는다: LED의 역방향 내압은 흔히 5V 정도로 낮습니다. 교류나 극성이 바뀔 수 있는 입력에는 역방향 보호 다이오드를 둡니다.
- MCU 핀 VOH 강하를 무시한다: 전류가 클수록 핀 전압이 떨어져 계산보다 어둡습니다.
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실무 체크리스트
- 데이터시트에서 Vf typ·max와 정격 전류를 확인했는가?
- 전류는 필요한 밝기 기준으로 정했는가(표시등은 2~10mA부터 시작)?
- 최대 Vs·최소 Vf에서 전류가 정격 안인가?
- 최소 Vs·최대 Vf에서도 충분히 밝은가?
- 여유 전압(Vs − Vf)이 1V 이상인가?
- 최대 조건의 저항 전력이 정격의 50% 이하인가?
- 병렬 LED마다 저항이 따로 있는가?
- MCU 직접 구동이면 핀당·포트 합계 전류와 VOH를 확인했는가?
- 1W급 이상이거나 전원 변동이 크면 정전류 드라이버를 검토했는가?
FAQ
저항을 LED 앞에 두나요, 뒤에 두나요?
직렬 회로이므로 전류는 같고 어느 쪽이든 동작합니다. 다만 LED를 MCU 핀이나 스위치로 켜고 끄는 회로에서는 배선 정리와 ESD 관점에서 핀 쪽에 저항을 두는 경우가 많습니다.
계산값이 E24에 없으면 위로 올리나요, 아래로 내리나요?
보통 큰 쪽(전류가 줄어드는 쪽)을 고릅니다. 밝기 차이는 거의 보이지 않고 최대 전류 조건에 여유가 생깁니다.
RGB LED는 저항 하나로 되나요?
안 됩니다. 빨강(약 2V)과 녹색·파랑(약 3V)의 Vf가 달라 색마다 저항을 따로 계산해야 합니다. 공통 애노드·공통 캐소드 여부에 따라 저항 위치도 확인하십시오.
LED 스트립(12V)은 저항이 필요 없나요?
일반적인 12V 스트립은 LED 3개 직렬 + 저항이 구간마다 이미 들어 있어 전원만 연결하면 됩니다. 대신 정격 전압보다 높은 전원을 쓰면 그 내장 저항 계산이 깨집니다.
함께 보기
이 문서는 KEMI가 실제 설계·발주 업무에서 쓰는 기준을 정리한 것입니다. 실제 제작 시에는 부품 데이터시트와 제조 사양이 우선합니다.