실습: LED 리본 다루기 1부 - 가정용 언더 캐비닛 조명 만들기

편집자 주: LED 조명은 재미있고 성취감을 바로 느낄 수 있는 소재이기 때문에 DIY에 적합한 프로젝트입니다. 2부로 구성된 이 시리즈의 1부에서는 언더 캐비닛 조명을 구현하는 방법을 설명합니다. 2부에서는 전자 레인지 조명을 색온도에 맞게 교체하는 방법을 소개합니다.

다양한 기존 응용 제품의 백열 전구 및 형광등 조명을 LED가 대체하고 있지만 언더 캐비닛 조명은 선택의 폭이 넓지 않습니다. 하지만 SMT LED로 공급되는 사전 용접된 긴 스트립 및 리본은 작고 가벼우며 소비 전력량도 낮기 때문에 DIY 애호가가 맞춤형 조명 응용 제품을 만드는 데 적합합니다.

LED 스트립에는 다른 장점도 있습니다. 가위로 쉽게 자를 수 있고 접착면이 있어서 거의 모든 곳에 부착할 수 있기 때문에 작업이 용이합니다. 또한 LED는 12V 전원 공급 장치로 작동하므로 작업이 안전합니다.

이 기사에서는 5미터 길이의 LED 리본, RF 원격 제어 조광, 저전압 커넥터 및 12V 스위칭 전원 공급 장치를 사용하여 주방의 언더 캐비닛 조명을 만드는 프로젝트를 소개합니다. 이렇게 완성된 콤팩트한 조명 시스템은 실용적(매일 사용하는 공간의 휘도 향상)이면서도 보기에도 좋은 카운터를 만들어 줍니다.

배우자의 부탁으로 시작되는 DIY 프로젝트

다른 여러 프로젝트와 마찬가지로 이 프로젝트는 배우자의 부탁으로 시작되었습니다. 이전에 살던 집에서 만들었던 언더 캐비닛 조명이 새로 이사온 집에는 없어, 주방 카운터에 더 밝은 조명이 필요했습니다. 10여 년 전에 했던 이전 프로젝트의 경우 각 스트립에 약 1인치 간격으로 LED를 배치한 1피트짜리 캡슐형 LED 스트립을 사용해야 했습니다.

맞춤형 조명 컨트롤러는 업체에서 작성한 특수 코드($90)가 포함된 저가형 마이크로 컨트롤러를 기반으로 한 PCM 모터 제어기를 사용했으며 랩톱 전원 공급 장치로 12V 전원을 공급했습니다. 이 기존 시스템에는 필요한 전류보다 10배 이상의 용량을 가진 배선과 커넥터가 사용되어 과잉 설계된 배선이 사용되었습니다.

10년이 지난 지금은 어떻게 바뀌었을까요?

먼저 이제 많은 공급업체가 다양한 형태의 기성품 LED 언더 캐비닛 조명을 제공하고 있습니다. 이러한 제품들은 크게 두 가지 범주로 나뉩니다.

• 대형 매장에서 판매되는 저렴한 LED 언더 캐비닛 조명 시스템에는 LED 수가 너무 적어서 밝고 균일한 조명을 제공하지 못하며 조광 제어 기능도 부족합니다.
• 일부 조명 전문 매장에서 판매하는 멋진 조명 기구는 고가인 경우가 대부분입니다.

엔지니어 또는 제작자의 입장에서 적절한 가격의 언더 캐비닛 조명이 없다는 점에서, 이번 프로젝트는 매우 매력적인 DIY 프로젝트입니다.

LED로 시작

SMT LED의 출현은 조명 응용 제품의 가능성을 크게 확장시켰습니다. 매우 흥미로운 개발 상품 중 하나로는 릴에 감긴 5미터 리본으로 공급되는 JKL Components의 ZFS-155000-CW LED 플렉스 리본과 같은 LED 스트립 및 리본을 들 수 있습니다(그림 1). 폭이 15밀리미터인 이 리본에는 1200개의 LED가 마운트되어 있습니다.

그림 1: SMT LED 리본은, JKL Components의 이 2열 ZFS-155000-CW LED 플렉스 리본처럼 맞춤형 언더 캐비닛 조명의 설계를 간편하게 수행할 수 있게 해줍니다. (이미지 출처: JKL Components)

이러한 연속 LED 리본에는 SMT LED 및 SMT 저항기가 2열로 통합되어 있어서 간단한 12V 전원 공급 장치로 조명을 밝힐 수 있습니다. 이 리본의 LED 2열은 1열 LED 리본보다 두 배 밝습니다. 리본은 개별적으로 유연한 연질 LED 스트립으로 만들어지며 납땜으로 하나의 긴 리본으로 연결됩니다. 또한 두께가 매우 얇아 콤팩트하여 캐비닛 밑에 거의 보이지 않게 설치할 수 있습니다.

이러한 리본의 멋진 특징 중 하나는 가위만으로도 원하는 길이로 자를 수 있다는 점입니다. 리본에는 25밀리미터(mm) 간격으로 절단선이 인쇄되어 있어서 긴 리본을 매우 다양한 크기로 잘라서 활용할 수 있습니다. 이 기사에서 소개하는 언더 캐비닛 조명 프로젝트에서는 릴에서 90센티미터(cm)로 자른 스트립을 사용하며 이는 5개의 스트립을 충분히 만들 수 있는 길이입니다. 5미터 스트립의 전류 소비는 4.3A이므로 90cm 스트립에는 약 774mA가 필요합니다. 넉넉하게 1A로 간주하겠습니다.

LED 스트립은 기본적으로 연질 인쇄 회로 기판입니다. 12V 전원 트레이스가 스트립 전체에 장착된 SMT LED에 전류를 공급합니다. 스트립을 자르면 스트립 양쪽 끝에 구리 패드가 노출되어 배선을 할 수 있습니다. 구리 패드는 쉽게 납땜할 수 있지만 납땜 전에 플럭스를 사용하십시오.

양쪽 끝에 패드가 있으므로 짧은 전선을 사용하여 다른 스트립에 손쉽게 배선할 수 있습니다. 이 프로젝트에서는 이 특징을 활용하여 간편하게 배선합니다.

많은 장점이 있는 알루미늄 기판

LED 스트립 밑면의 접착면을 사용해 캐비닛 밑면에 스트립을 바로 부착할 수 있습니다. 하지만 이 경우 몇 가지 단점이 있습니다.

• 캐비닛 밑면에 바로 부착하면 LED 장애 발생 시 교체하기가 어렵습니다.
• 목재 및 플라스틱 캐비닛의 경우 스트립을 직접 부착하면 LED의 열 방출이 안 됩니다.
• 캐비닛 사이의 간격 부분에는 LED 스트립의 지지 공간이 없습니다.

알루미늄 막대를 개별 LED 스트립의 기판으로 사용하면 이 세 가지 문제가 모두 해결됩니다. 36 X 1.25인치, 두께 1/8인치의 막대 5개를 이 프로젝트의 LED 스트립 기판으로 사용합니다. LED 스트립 밑면은 접착제에 의해 대부분 절연되므로, 3M의 1205와 같은 1인치 폭의 앰버 폴리마이드 테이프 절연층을 알루미늄에 적용했습니다. 이를 통해 단락 발생을 방지하는 추가적인 절연이 제공되며, 교체가 필요할 경우 알루미늄에서 LED 리본을 더 쉽게 제거할 수 있게 됩니다.

알루미늄 막대의 마운팅에도 좋은 아이디어가 필요합니다. 가장 쉬운 방법은 알루미늄 막대에 마운트 구멍을 뚫는 것입니다. 하지만 쳐지는 것을 방지하려면 여러 개의 구멍이 필요합니다. 이 프로젝트에서 사용한 방식은 알루미늄 막대의 클립 역할을 하는 얕은 “Z” 단면이 있는 드릴 가공된 알루미늄 압출품을 사용하는 것입니다. 이 압출품은 액자 매장에서 무거운 사진을 거는 행어로 판매되는데 본 프로젝트의 용도로도 아주 적합합니다.

전원 및 조광 방법 선택

LED를 선택한 후 다음 단계는 전원 소스를 선택하는 것입니다. LED 릴 전체의 전력 소비가 5A 미만이므로 TDK-Lambda의 LS75-12 12V, 75W 전원 공급 장치와 같은 소형 스위칭 공급 장치로 충분합니다. 스위칭 공급 장치는 효율이 높기 때문에 열 발산이 많지 않습니다. 전원 공급 장치를 주방 전자 레인지 위의 캐비닛 안쪽에 마운팅하고 전자 레인지와 동일한 AC 전원 콘센트에 연결할 것이기 때문에 이 점이 중요합니다.

스위칭 전원 공급 장치는 안정적인 12V 전력을 공급하지만 조광 기능은 없습니다. 10년 전 만든 언더 캐비닛 조명의 경우 조광을 위해 맞춤 설계가 필요했습니다. 하지만 이제는 그렇게 복잡하지 않습니다. 이제 12V 응용 제품에 적합한 저렴한 기성 원격 제어 조광 모듈을 바로 구입할 수 있습니다.

사례: JKL Components의 ZCTR-08 무선 LED 리모컨(그림 2). 이 2-피스 세트에는 전원 공급 장치와 LED 사이에 배치되는 작은 인라인 PWM 컨트롤러와 온/오프 및 조광 제어 버튼이 있는 소형 핸드헬드 RF 제어 모듈이 포함됩니다.

그림 2: ZCTR-08은 12V LED 조명 시스템의 조광을 위해 설계된 RF 기반 LED 리모컨입니다. (이미지 출처: JKL Components)

이 컨트롤러는 적외선 통신이 아니라 RF를 사용하므로 수신부를 직접 향하여 송신할 필요가 없으며, 이에 따라 캐비닛 내부 전원 공급 장치 옆에 조광 모듈을 설치할 수 있습니다.

다소 복잡한 배선

집마다 주방 구조가 다르므로 언더 캐비닛 조명 시스템마다 배선도가 달라야 합니다. 이 프로젝트의 경우 2개의 90cm LED 스트립을 가운데 전자 레인지의 한쪽에 설치하고 3개는 반대쪽에 설치합니다. 전원 공급 장치와 조광 모듈은 전자 레인지 위에 설치합니다.

각 스트립의 소비 전류량은 1A 미만이므로 메인 전력 분배 트리의 다리 하나에 약 2A가 흐르고 다른 쪽은 약 3A가 흐릅니다. 결과적으로 배선 분배 계획에는 설치품 양쪽에 하나씩 접속함을 공급하기 위해 더 두꺼운 케이블이 필요하게 됩니다. 두꺼운 케이블은 주방 벽 반대쪽 끝에서 캐비닛 아래에 설치된 접속함으로 들어갑니다. 접속함에서 나오는 더 가는 케이블이 주방 양쪽의 개별 LED 스트립에 전원을 공급합니다.

설치품 한 쪽에는 위에서 언급한 LED 스트립의 내부 배선 기능을 사용하여 두 개의 LED 스트립이 나란히 연결되므로 접속함에서 케이블을 더 배선할 필요가 없습니다

전기 접속함의 경우 Hammond Manufacturing의 1590B 다이캐스트 인클로저 두 개를 사용했습니다. 이러한 응용 제품에는 이러한 인클로저가 적합합니다. 작고 견고하며 저렴할 뿐만 아니라 수공구로 구멍을 뚫거나 가공하기가 용이하기 때문입니다. 스텝 드릴로 뚫은 중간 크기 구멍이 전원 공급 장치의 두꺼운 케이블이 들어가는 지점이 되며, 인클로저 한 쪽에 뚫은 작은 구멍은 LED 스트립에 전원을 공급하는 더 가는 케이블 두 개의 배출구가 됩니다(그림 3). 인클로저 내부의 단자 스트립이 두꺼운 전원 케이블을 두 개의 가는 분배 케이블로 연결합니다.

그림 3: 단순하며 사용이 쉬운 전기 분배 박스 역할을 하는 다이캐스트 Hammond Manufacturing 1590B 인클로저. 이 그림에는 주방 캐비닛 아래쪽에 볼트 고정된 알루미늄 인클로저가 나와 있습니다. 두꺼운 케이블이 무선 LED 조광 모듈에 연결되며 2개의 가는 케이블이 JST 커넥터를 통해 LED 스트립 2개에 전원을 공급합니다. (이미지 출처: Steve Leibson)

전체 시스템 구성도에 LED 스트립으로 공급되는 12V 전원이 표시되어 있습니다(그림 4).

그림 4: LED 조명 프로젝트 시스템 구성도에 12V 전원 공급 장치에서 LED 스트립으로 연결되는 시스템의 전체 배선도가 표시되어 있습니다. 전원은 위에서 가장 왼쪽의 LED 스트립을 통과하여 직렬로 배선된 두 번째 LED 스트립으로 흐릅니다. (이미지 출처: Steve Leibson)

전원 공급 장치에서 분배 박스로 이어지는 두꺼운 전원 케이블의 길이는 약 10피트입니다. 이 거리 도중 전압 강하를 방지하기 위해 12게이지 빨간색/검은색 스피커선을 사용했습니다. 이 응용 제품에는 약간 과할 수 있지만 준비된 선이 있어 사용했습니다.

접속함에서 LED 스트립으로의 연결에는 약간 복잡한 선택이 필요합니다. 90cm LED 스트립은 교체가 쉽도록 설계되었습니다. 즉, 전기 설계 역시 커넥터를 사용하여 쉽게 분해 조립이 가능해야 함을 의미합니다.

두 접속함과 LED 스트립 사이의 커넥터 대부분은 1A 미만을 전송하지만 직렬로 배선된 두 개의 LED 스트립에는 하나의 커넥터를 통해 거의 2A가 필요합니다. 이 프로젝트에는 이 요구 사항을 초과하는 3A 전류 등급을 가진 안정적이고 저렴한 커넥터 및 JST의 RCY 계열이 필요합니다. 이 프로젝트에서는 JST SYR-02T RCY 커넥터 리셉터클, SYM-001T-P0.6 수 접점, SYP-02T-1 RCY 커넥터 플러그 및 SYF-001T-P0.6 암 접점에 기반한 케이블 조립품을 사용합니다. 위의 그림 3에서 이 콤팩트한 밝은 빨간색의 커넥터를 볼 수 있습니다. JST의 RCY 커넥터는 일반적으로 많은 취미 및 제작자 응용 제품에서 저전압 배터리 전원 연결용으로 널리 사용됩니다.

Adafruit의 2880 케이블 세트처럼 신뢰할 수 있고, 저렴하며, 사전 배선된 커넥터 및 케이블 조립품은 많은 취미 및 제작자 응용 제품의 저전압 배터리 전원 연결에 널리 사용되고 있습니다. 이 프로젝트에도 적합했습니다.

조명 점등

구멍을 뚫고, 모든 부품을 제자리에 체결하고, 배선하는 데 거의 하루가 걸렸습니다. 하지만 위의 계획이 모두 순조롭게 진행되었고 예기치 못한 상황은 거의 발생하지 않았습니다. 설치품은 전체적으로 콤팩트하고 눈에 거의 보이지 않습니다. RF 리모컨의 온/오프 스위치를 처음 누르자마자 5개의 LED 스트립이 즉시 켜졌고 계획했던 대로 밝기 조절도 가능했습니다.

그림 5: 완성된 조명 시스템은 밝고 균일한 조명을 제공하며 배선과 설비는 거의 보이지 않습니다. (이미지 출처: Steve Leibson)

무엇보다 배우자가 최종 결과물에 매우 만족했습니다.

결론

앞서 살펴본 것처럼 LED 리본은 매우 콤팩트하고, 설치가 쉬운 방법으로 풍부한 조명을 제공할 수 있는 다용도 제품입니다. 특히 긴 거리에 조명을 비출 때 우수합니다.

이 2부 시리즈의 1부에 사용한 LED 리본은 5m 스풀이며 90cm 길이로 5개를 절단하여 사용했습니다. 2부에서는 나머지 LED 리본을 사용하여 전자 레인지 조명을 언더 캐비닛 LED의 색온도에 맞게 교체하는 방법을 소개하겠습니다.