유비쿼터스 LED 조명 제어

 

유비쿼터스 LED 조명 제어

 

 

리콤의 RCD-24 드라이버에 내장되어 있는 디밍 기능을 사용한다면 방열판의 사이즈를 줄이고, 조명의 미적 감각은 높이며, LED 램프도 장기간 동안 손상 없이 사용할 수 있습니다. 열을 감지하는 센서인 써미스터를 방열판에 부착해서 방열판의 온도가 미리 정한 온도 이상으로 올라가는 경우에는 LED로 출력되는 전류를 감소시키는 방법으로 밝기를 조절하고 결과적으로 온도도 조절하는 방법입니다.

 

글: Reinhard Zimmermann / Recom  Electronic GmbH

자료 제공: 파워센터(주) / www.PowerCenter.co.kr

 

 

 

우리는 에너지 절약형 형광램프를 통해서 필라멘트를 사용하는 백열전구가 얼마나 많은 전기를 소모하지는 알게 되었습니다. 그리고 수십 배나 수명이 길어진 LED 램프를 통해서 소비전력이 많은 백열전구와 수명이 짧은 삼파장 램프가 소리 없는 혁명에 의해서 서서히 역사의 뒷길로 사라져 가고 있는 것을 목격하고 있습니다.

 

필라멘트를 사용한 백열등은 도입 된지가 대략 100년이 지났으며 저렴한 가격 때문에 가정 및 사무실에서 조명용으로 무수히 많이 사용이 되었습니다. 하지만 일반적인 LED 의 수명이 5만 시간 이상이므로 동일한 기간 동안 백열전구를 사용하려면 수십 회에 걸쳐서 전구를 구입하고 설치해야 하는 단점이 부각되기 시작했습니다.

 

이러한 문제는 인건비가 저렴한 시기에는 그다지 중요한 문제가 아닐 수 있었으나 수득 수준이 올라가고 편리한 생활을 추가하면서 중요한 요인으로 작용을 하고 있는 것입니다. 게다가 백열전구는 효율이 낮기 때문에 누진세를 적용하고 있는 대부분의 선진 국가의 경우에는 더 많은 전기료를 지불해야 하는 비효율적인 제품으로 인식되어지기 시작하고 있습니다.

 

고출력 LED 의 경우에도 5만 시간의 수명이 보장되며 저온 상태에서 작동된다면 두 배까지의 수명도 보장이 됩니다.

 

물론, 백열전구를 대체하기 위해 이미 오래 전부터 효율이 높은 삼파장 램프나 형광등이 널리 사용되고는 있지만 이러한 제품들도 역시 수명이 그다지 길지 못하다는 단점이 있어서 정부에서도 적극적으로 LED 램프 설치를 권장하고 있는 상황입니다. 특히 백화점이나 쇼핑센터, 그리고 공장과 같이 높은 위치에 설치된 조명이나 사람의 접근이 어려운 간접 조명이 손상된 경우에는 더 많은 인력과 시간 그리고 장비가 필요하게 되며. 이는 결국 비용과 기회의 손실로 이어지기 마련입니다.

 

그림 1. 고출력 LED 의 경우에도 5만 시간의 수명이 보장되며 저온 상태에서 작동된다면 두 배까지의 수명도 보장이 됩니다.

 

삼파장이나 형광등과 LED 램프의 차이점은 결국 수명에서 벌어지기 때문입니다. 예를 들어 온도센서를 추가해서 LED 램프의 온도를 80°C 이하로 제어하면 쉽게 LED 램프의 수명을 10만 시간까지 증가시킬 수 있게 됩니다. 10만 시간은 12년에 해당되는 시간이므로 LED 램프를 사용하면 오랜 시간 동안 유지관리가 필요 없게 된다는 것을 의미하며 이러한 작은 차이가 관리비용의 혁신적인 변화를 가져오게 되는 것입니다.

 

 

온도 관리를 통한 LED 램프의 온도 조절

 

LED는 필라멘트나 할로겐램프에 비해서 5내지 6정도의 발광 효율을 가지고 있습니다. 그러나 에너지 소모의 70% 정도가 열로 변환되기 때문에 관심을 기울일 필요가 있습니다. 이러한 열 발생은 LED 패키지 내에 있는 LED 고갈 층에서 발생되며 이렇게 좁고 한정된 공간에서 외부 공간으로 열을 방출하는 것을 열 관리 기술이라고 합니다.

 

LED 사용자의 대부분은 커다란 사이즈의 방열판을 사용하는 것을 꺼려하고 또한 설치될 지역의 LED 주변 온도를 예측하는 것도 간단하지 않기 때문에 가끔씩은 너무 높은 온도에 의해서 LED의 수명이 급격이 저하되는 경우가 발생하게 됩니다.

 

하지만 이렇게 설치될 위치의 주변온도를 예측하기 힘든 경우에나 소형의 방열판을 사용해야 하는 경우에도 적절한 LED 드라이버를 사용한다면 열 관리 문제로 부터 LED 램프를 안전하게 보호할 수 있습니다. 예를 들어 리콤의 RCD-24 드라이버에 내장되어 있는 디밍 기능을 사용한다면 방열판의 사이즈를 줄이고, 조명의 미적 감각은 높이며, LED 램프도 장기간 동안 손상 없이 사용할 수 있습니다.

 

열을 감지하는 센서인 써미스터를 방열판에 부착해서 방열판의 온도가 미리 정한 온도 이상으로 올라가는 경우에는 LED로 출력되는 전류를 감소시키는 방법으로 밝기를 조절하고 결과적으로 온도도 조절하는 방법입니다. 대개의 경우 밝은 조명의 밝기 변화는 인간의 눈으로 감지하기 어렵기 때문에 이러한 방법을 이용하면 LED 램프의 수명을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 방열판의 사이즈를 획기적으로 줄일 수 있게 되는 것입니다.

 

 

LED  드라이버가 실질적으로 LED 램프의 수명을 결정하게 됩니다.

 

그림 2. 방열판에 서미스터를 연결하면 LED 드라이버의 디밍 기능과 연계해서 공급전류 제어 및 온도 제어가 가능합니다.

 

LED 램프는 3.6VDC 정도의 순방향 전압이 공급되어야 동작을 하게 됩니다. 이런 동작 전압은 시리즈로 연결된 개별 LED 마다 차이가 있으며 동일한 파워를 공급해도 밝기에 차이를 보이게 됩니다. 낮은 스레시홀드를 보이는 LED는 높은 스레시홀드의 LED 보다 더 많은 전류를 소모하며 더 밝은 빛을 발산합니다. 그러므로  시리즈로 연결된 LED 램프의 밝기를 동일하게 유지하려면 리콤의 ‘LightLine’ 시리즈와 같은 LED 드라이버를 사용해서 개별 LED 마다  동일한 전류를 공급해야 같은 밝기로 점등이 이루어지게 됩니다.

 

LED 드라이버의 수명은 사용된 부품의 품질과 관련이 많으며, 특히 고품질의 콘덴서를 사용해야 LED의 수명도 늘릴 수 있습니다. 아무리 좋은 시스템을 구성해도 가장 약한 부분이 빠르게 파손된다면 결국 전체 제품을 사용할 수 없기 때문에 가장 취약한 연결고리가 되는 부품의 품질을 높이고 잘 관리하는 것은 LED 드라이버의 수명과 직접적인 연관성을 가지게 되는 것입니다.

 

리콤은 유럽에서 제시하는 규격인 ATE 및 HALT(Highly Accelerated Lifetime Testing) 품질 규격을 준수하는 제조사입니다. 리콤에서는 높은 품질 조건을 만족하는 LED 드라이버 개발을 위해 오스트리아에 소재한 리콤의 내후성 테스트 실험실에서 개발 전 과정에 걸쳐 오랜 기간 동안 다양한 테스트를 실시했습니다. 이러한 결과로 리콤은 단순히 계산된 MTBF(mean time between failure) 수치만 제공하는 것이 아니라 7만 시간 이상의 예상 수명을 갖춘 RACD12 & RACD20 시리즈 AC LED 드라이버를 개발하게 되었습니다. 7만 시간은 일일 8시간 LED 드라이버를 사용하는 경우 약 25년의 수명이 예상된다는 것을 의미하며,  25°C 상온 조건이라면 연속적으로 8년간 사용이 가능하다는 것을 보여주는 것입니다. 리콤의 AC 드라이버는 미국 조명인증인 UL8750 인증 및 CE 인증을 마친 제품이며 리콤에서는 제조된 모든 AC/DC 및  DC/DC LED 드라이버에 5년간의 보증기간을 제시하고 있습니다.

 

 

다양한 제품군

 

리콤의 LightLine 시리즈는 3W~60W 출력의 AC/DC 및 DC/DC LED 드라이버로 구성되어 있습니다. 리콤의 전 LED 드라이버는 300mA 에서 4.2A까지의 정전류 출력 제품이며 5 년의 보증기간이 제공됩니다. 리콤에서는 고객의 요청 사양에 따라서 제품 개발을 하고 있으며 지속적으로 새로운 개념의 제품을 구상하고 있습니다.

 

교류 전원을 사용하는 LED 드라이버의 경우 230VAC 또는 110VAC 입력전원이 필요합니다. 리콤은 전 세계 시장에서 필요한 수요에 즉각 대처하기 위해서 90VAC-264VAC까지의 입력전압을 허용하는 제품을 공급하고 있습니다.  소비되는 전력은 LED의 개수와 관련이 있습니다.

 

그림 3. 리콤의 LightLine 시리즈는 3W~60W 출력의 AC/DC 및 DC/DC LED 드라이버로 구성되어 있으며 보증기간은 5년입니다.

 

예를 들어 3개의 1watt LED를 사용한다면 저렴한 가격의 3watt 드라이버인 RACD03 제품이 적절합니다. 또한 LED 를 직렬 및 병렬도 연력해서 밝기를 높이는 경우라면 60watts 제품이 필요하면 이 경우 60W LED 드라이버로는 가장 작은 RACD60 드라이버가 적합합니다. 리콤의 제품들은 개방형인 오픈 프레임 형태나 몰딩이 되어있는 형태로 공급이 가능하며 개방형의 경우에는 정전류 출력을 사용자가 조정할 수도 있습니다.

 

 

아이패드를 이용한 유비쿼터스(Ubiquitous) 조명 제어

 

그림 4. 아이패드와 같은 무선기기를 이용해서 LED 조명과 가전기기 제어가 급격히 증가할 것입니다.

 

아트 조명의 필요성이 증가하면서 최근에서 다양한 방법으로 조명을 예술작품이나 건물 조명으로 적용하는 사례가 증가하고 있습니다. 이러한 고객들의 요구에 부응하기 위해서 리콤에서는 CREE 및 유통업체인 ARROW와 공동으로 특별한 LED 조명을 선보였습니다.

 

“Powering the Lighting Revolution” 이라는 주제로 개최된 금번 세미나 및 제품 시연에서는 애플사의 아이패드(iPad) 앱을 이용해서 320watt LED 조명 시스템을 원격 제어했습니다. WEMC 컨트롤러에 WLAN 라우터를 연결하고 아이패드로 조명을 제어했으며 데모용 프로그램인 “m.erge”를 이용해 디밍 제어를 했습니다.

 

8개의 릴레이 출력으로 조명을 표현하는 스크린과 블라인드의 조명을 제어하면서, DMX 인터페이스를 이용해서 LED 스테이지 조명의 칼라 믹스 기능이 적용된 환상 비디오는 리콤 및 국가별 대리점(www.PowerCenter.co.kr)의 홈페이지에서 시청이 가능합니다.

 

 

결론

 

그림 5. 유비쿼터스를 이용한 조명 제어 사례

 

기존의 램프를 LED 램프로 변경하는 계획은 이미 국가적인 발전 어젠다가 되어버린 에너지를 절약 차원에서만 접근하는 하는 것이 아니라, 개인이나 기업에서도 관리비용을 줄여서 결과적으로는 조명을 유지하는데 필요한 전체적인 비용을 감소시켜야 한다는 전략적인 측면에서도 고려가 되어야 합니다. 그리고 LED 드라이버 제조사들은 다양한 내후성 테스트를 거쳐서 적합한 인증기준을 준수하고 결과적으로 장수명인 제품을 시장에 공급함으로 인해서 LED 조명 분야의 혁신을 완성시키는 일에 일조를 해야 할 것입니다.

 

Source : epnc.