정전압
과 정전류
방식의 LED Driver
비교 및 디밍제어에 적합한 방식
1. 디밍제어에 적합한 LED Driver 개요
…최근들어, 모든 빌딩에는 LED조명이 설치되고 있고, 효율적인 조명관리 및 에너지 절감을 위해 조명 디밍제어를 하고 있다. 그 대표적인 디밍제어 방식이 DALI 프로토콜을 적용한 DALI Dimming Module과 무선디밍제어방식이 채택되고 있다. 그러나 간혹 설계 단계에서 검토가 되지 않아, 현장에서 디밍제어가 불가능한 정전류방식의 SMPS가 장착된 LED등기구가 설치되고 있어, 당초 설계도면에서 적용된 디밍제어가 구현되지않는 사태가 발생하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 디밍제어가 가능한 정전압 또는 정전류정전압(CCCV)방식의 SMPS를 장착한 LED조명이 납품 공급되어야 한다. 이러한 사항에 대해 여기 기본적인 LED 조명의 원리와 정전압과 정전류 방식에 대한 디밍제어 자료를 소개한다.
2. LED란? LED(Light Emitting Diode) : 발광다이오드 순방향으로 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자
발광 다이오드는 반도체를 이용한 PN 접합이라고 불리는 구조로 만들어져 있다.
발광은 PN 접합에서 전자가 가지는 에너지가 직접 빛 에너지로 변환되기 때문에
거시적으로 열이나 운동에너지를 필요로 하지 않는다. 전극으로부터 반도체에
주입된 전자와 정공은 다른 에너지밴드 (전도대나 원자가대)를 흘러 PN 접합부
부근에서 밴드를 넘어 재결합한다. 재결합할 때 거의 밴드간격에 상당한 에너지가 광자, 즉 빛으로 방출된다.
전류의 양에 대하여 빛의 세기가 결정되며 최대 정격전류를 넘으면 소자가 파손되어 수명이 짧아지거나 심할 경우 사용할 수 없게 된다.
정전압으로 구동하면 소자의 격차나 소자 온도에 의한 순방향 강하 전압의 변동으로 전류도 변하므로 기본적으로 전류량을 제어하는 사용법이 추천된다.
발광 다이오드의 순방향 강하 전압보다 높은 접압을 발생하는 직류 전원을 사용해서 직렬로 저항이나 정전류 다이오드를 연결하여 직류를 제한하는 방법이 잘 행해진다.
3. LED 등기구
…LED 등기구 구성 : 등기구 + LED Converter(LED Driver) + LED기판 …LED Converter(LED Driver or SMPS) : Switched Mode Power Supply
-LED등기구에 설치되어 있는 LED Chip에 전원을 공급하기 위한 장치로서 AC입력을 받아 LED를 구동할 수 있는 DC로 변환 출력해 주는 장치이며, DC전압이나 전류가 일정한 양으로 LED에 전원을 공급을 해주어야 LED의 발광다이오드가 효율적인 빛을 발생시킨다. 이러한 일정한 전압과 전류를 공급해주기 위해, 정전압방식과 정전류방식의 SMPS(LED Driver)가 필요하다.
…LED 등의 수명은 LED Converter의 전해콘덴서에 의해서 좌우 됨.
- 고 사양의 국산 Long Life 콘덴서를 사용할 경우
사용환경이 105°C ---> 10,000 시간 , 95°C ---> 20,000 시간, 85°C ---> 40,000 시간, 75°C ---> 80,000 시간
10°C 낮아질 때 마다 수명은 2배로 늘어날 수 있음.
…LED 등기구 구성 : 등기구 + LED Converter(LED Driver) + LED기판
…LED 배열 및 세트에 따라 LED Converter 전압 전류 결정 : 10직렬 4병렬 (ex : 3.7V * 10 = 37V, 10mA *10 * 4 = 400mA)
4. LED Dimming(PWM 제어 방식)
PWM(Pulse Width Modulation) : 펄스폭 변조일반적인 LED 등기구의 경우 Dimming 을 할 때, 일정한 DC전압의 파형에서 PWM 방식으로 (펄스폭으로) 디밍을 조정하게 되면, 전류의 양이 조정되어 LED의 출력(전압과 조도)를 감소시켜주게 된다.
반면에 PWM제어는 ON,OFF시간을 조정해서 출력를 제어하는 것이다. 가령 1ms동안 ON을 해주고 그다음 1ms동안은 OFF를 해주면 평균적으로 12V x 1ms/2ms = 6V를 준것처럼 되어 출력이 감소된다. 여기서 전체 주기에 대한 On시간을 Duty ratio라고 합니다.
PWM 제어(전류의 양을 제한 방식)방식은 정전류 방식의 SMPS에는 정전류를 유지하려는 특성 때문에, 이 PWM방식의 디밍제어는 호환이 안되며, 정전압 또는 정전류정전압(CCCV:정전압보상회로가 포함된 정전류방식)방식과 호환됨.
5. 디밍제어에 따른 정전압 및 정전류 방식의 비교
6. 결론
LED 등기구의 디밍제어(DALI Dimming Module, Wireless Dimming Module 및 0-10V DC Dimming Module을 적용하는 디밍제어방식)를 위해서는 LED등기구내의 SMPS(LED Driver)는 정전압방식 또는 정전류정전압방식의 SMPS로 구성되어야 한다.