원리
LED에 왜 저항을 다는가
LED는 전압이 아니라 전류로 밝기가 정해지는 다이오드입니다. 순방향 전압(Vf) 부근에서 전류가 지수 함수로 급격히 늘기 때문에, 전원에 LED를 바로 연결하면 0.1 V만 높아도 전류가 몇 배로 뛰어 순식간에 타 버립니다. 직렬 저항은 '남는 전압'을 받아 내면서 전류를 거의 일정하게 붙잡아 주는 가장 간단한 전류 제한 장치입니다. 전원 전압에서 LED 전압을 뺀 나머지가 저항에 걸리고, 옴의 법칙으로 그 전압을 원하는 전류로 나누면 저항값이 나옵니다.
R = (Vs − n × Vf) / If P_R = If² × R 효율 ≈ (n × Vf) / Vs
계산 예
- 5 V 전원, 빨강 LED(Vf 2.0 V) 1개, 10 mA: R = (5 − 2.0) / 0.01 = 300 Ω. 300 Ω은 E24에 있는 값이라 그대로 쓰면 되고, 저항 전력은 0.01² × 300 = 30 mW라 0603(1/10 W) 칩으로 충분합니다.
- 12 V 전원, 흰색 LED(Vf 3.1 V) 3개 직렬, 20 mA: R = (12 − 9.3) / 0.02 = 135 Ω. E24에 135 Ω은 없으므로 한 단계 위인 150 Ω을 쓰면 전류는 18 mA, 저항 전력은 약 49 mW입니다. 2배 여유를 두면 0603(100 mW)이 경계라 0805(1/8 W)를 고르면 마음이 편합니다.
이 계산기는 표준값을 '가장 가까운 값'이 아니라 '바로 위 값'으로 추천합니다. 아래 값을 고르면 전류가 목표보다 커지기 때문입니다. 대신 가장 가까운 값도 함께 보여 주므로 밝기를 조금 더 원하면 그쪽을 택해도 됩니다.
주의
자주 하는 실수
- 여러 LED를 병렬로 묶고 저항 하나만 쓰기: LED마다 Vf가 조금씩 달라 Vf가 가장 낮은 LED로 전류가 몰립니다. 병렬로 구성할 때는 가지마다 저항을 따로 다세요.
- 헤드룸이 거의 없는 설계: 예를 들어 3.3 V 전원에 Vf 3.1 V 흰색 LED를 달면 저항에 0.2 V밖에 안 걸려, LED 편차나 전원 변동에 전류가 크게 흔들립니다. 계산기의 'Vf ±0.1 V일 때 전류 범위'를 꼭 확인하세요.
- MCU 핀 전류 한도 무시: GPIO 하나가 낼 수 있는 전류와 포트 전체 합계에는 한도가 있습니다. 데이터시트 값을 확인하고, 넘으면 트랜지스터로 구동하세요.
- PWM 밝기 조절 시 평균 전류로 계산: 저항은 켜져 있는 순간의 피크 전류를 기준으로 정해야 합니다.
- 저항 정격을 딱 맞추기: 칩 저항 정격은 보통 70 °C 기준이고 그 이상에서는 줄어듭니다. 소비 전력의 2배 이상 정격을 권합니다.
실무
KEMI 실무 팁
상태 표시용 LED는 생각보다 적은 전류로도 충분히 밝습니다. 요즘 고효율 칩 LED는 1~5 mA면 실내에서 눈에 잘 띄므로, 20 mA를 습관적으로 흘리면 전력만 낭비하고 눈부시기만 합니다. 배터리 제품이라면 LED 전류부터 줄이는 것이 가장 쉬운 절전입니다. 반대로 조명용·파워 LED처럼 수백 mA 이상을 흘리거나 직렬 개수가 많아 헤드룸이 작다면, 저항 대신 정전류 LED 드라이버를 쓰는 편이 효율과 안정성 모두에서 낫습니다. 저항은 LED의 애노드 쪽에 두든 캐소드 쪽에 두든 전기적으로 같으니 배선이 편한 쪽을 택하세요. 회로 단계에서 이런 판단이 어렵다면 KEMI 회로설계 의뢰로 전원부부터 함께 검토해 드립니다.