[PROJ] Dimmable WS2812S RGB LED 모듈 제작 - (1)

Matter 관련 블로그 포스팅을 이제 본격적으로 시작해보려고 한다

가장 직관적으로 이해하기 쉬운 endpoint인 On/Off Light부터 시작해보려고 하는데, 이왕 시작하는 거 색상 변경 및 밝기 변경(dimmable) 모두 가능한 모듈 하나로 소스코드만 요리조리 수정하면서 포스팅하는게 쉬울 것 같아 집에 있는 RGB LED 모듈들을 살펴봤는데...

 

내가 가진 것 뿐만 아니라 시중에 판매중인 WS2812 모듈들은 대부분 LED 전원(VDD)과 제어 회로 전원(VCC)가 하나로 묶인 상품들이라 LED의 밝기를 따로 제어할 수 있는 방법이 없다 (ㅠㅠ)

 

커뮤니티 등에서는 RGB 제어값을 scaling하라고 하는데, 어떻게 보면 RGB 각 LED의 밝기값을 곱해서 줄이는 것이니 맞는 말이긴 한데.. 엄밀히 말하면 LED 자체의 밝기를 변화시키는 건 아니다

 

WS2812S 데이터시트(datasheet)를 보자

WS2812S.PDF

0.81MB

데이터시트에서는 명확히 VCC와 VDD가 핀아웃이 나뉘어있음을 알 수 있다

VCC, VDD 모두 동일한 동작 전압 범위를 가지기 때문에 간단한 breakout 보드들은 굳이 나눠놓지 않는 것 같다 (어차피 소모 전류 자체도 극히 적기도 하고..)

프로젝트 목표

WS2812S 여러개가 장착된 보드를 제작하되, LED 전원과 제어 회로 전원을 분리하여 인가할 수 있도록 설계

제어 회로는 상시로 3.3~5V 수준의 전원을 인가하고, LED 전원은 PWM 제어가 가능한 LED Current Driver의 전원을 인가받도록 설계

LED 색상 변경, 밝기 변경이 가능한 하나의 모듈로 Matter의 여러 Endpoint들에 대한 예시를 블로그에 포스팅

회로도 작성 및 PCB 아트웍은 Altium Designer 22.11.1 프로그램을 활용

1. 회로도 그리기

제어 회로 전원 (VCC) 쪽에 decoupling cap(0.1uF)들을 붙여주는 것 외에는 그다지 설계가 어려운 회로가 아니다 (전원단 노이즈를 대비해 전원 입력단에 ferrite bead를 장착할 수 있게 1604 패키지를 하나 추가해줬다)

 

WS2812S 16개에 병렬 타입 전원 연결 (어차피 LED ground랑 circuit ground가 분리되지 않아서 전원 직렬 연결은 힘들다)

 

LED 개수 확장을 고려해서 DOUT도 핀헤더로 빼줬다

2. PCB Artwork

PCB는 최대한 컴팩트하되, 손으로 납땜해야되니 WS2812간 간격은 충분히 줘야한다

보드 사이즈는 3.4cm x 4.6cm 로, 손바닥에 얹을 수 있을 정도로는 조그맣게 디자인 완료~

3. 보드 제작 (수납)

샘플 PCB는 역시 중국이 짱 (납기도 5박6일 수준이니 무난)

5장 기준 25,000원이니 가격도 무난무난 (5장 샘플 주문했는데, 보드 크기가 작다보니 Bare PCB 8장을 받았다.. 어디 쓸 일도 없는데 ㅋㅋ)

Bare PCB

인두기로 요리조리 조져주면

테스트 보드 제작 완성!

4. LED Driver 수배

LEDParts라는 회사의 LPD-1500 (AMC7150 LED 드라이버 모듈) 제품을 선택했다

출력전류가 최대 1.5A로 차고 넘치고, PWM 신호를 인가해 출력을 조절할 수 있다

※ 무엇보다도 가격이 2만원대로 무난해서 선택 ㅎㅎ 나중에 LED 제품을 따로 만들어야된다면 PWM 입력 가능한 LED 드라이버 IC를 수배해봐야된다

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테스트용 MCU 소스코드는 다음 글에서 계속~

To be continued...

[시리즈]

[PROJ] Dimmable WS2812S RGB LED 모듈 제작 - (1)

[PROJ] Dimmable WS2812S RGB LED 모듈 제작 - (2)