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마일러 컨덴서형 LED 조명의 장점
* 장수명 고효율의 고체 컨덴서(마일러 커패시터)형 LED 조명 솔루션 제공 *
고체 컨덴서 전원기술은 SMPS LED 조명의 효율(90%이상)과 AC 직결형의 장수명(10만시간)을 동시에 만족하고
있으며 반도체 소자를 이용한 Linear 구동방식과 기존 SMPS LED 조명의 문제점인 전해 콘덴서(수명: 1천시간)를
전해액을 사용하지 않는 고체 컨덴서(10만시간, 마일러 컨덴서)를 채용하여 냉동창고(영하 40℃)의 극한 환경에서도
반영구적인 수명과 고신뢰성을 확보하였다. 또한 120Hz의 구동 주파수를 가지는 AC 직결형 LED 조명보다 높은
240Hz로 설정하여 인간의 플리커 인지 능력 밖에 있을 뿐만 아니라 점멸의 반복을 통한 시인성 개선 효과로
동일 조도에서 SMPS 엘이디 조명보다 20% 밝게느끼는 시인성 개선(Broca-Sulzer Effect) 효과를 기대할 수 있다.
* SMPS LED 조명의 기술적 특정
SMPS(Switching Mode Power Supply)는 가장 진보된 전원 기술 중의 하나로 50W 이상의 전원 에서는 효율과 역률이
높아서 매우 우수하지만 스위칭 방식에 의한 전자파가 발생하여 EMI 필터 등의 부수적인 회로가 필요하며 부피 및 무게가
크고 무거우며 가격이 고가일 수 밖에 없다. 이의 대안으로 최근에는 Flyback 방식 으로 LED Driver를 개발하고 있으나,
이 또한 AC 전력의 공급에 따른 Ripple 제어가 쉽지 않아 효율을 높이고자 하는경우 노이즈 플리커가 발생하여
저품질 조명이 될 수 밖에 없다.
또한 LED 조명 불량 원인의 73% 이상이 SMPS의 주요 부품인 전해 컨덴서에 의해 발생하는데 주변 온도가 높은
경우 전해액의 증발 속도(10℃ 증가시 2배)가 빨라져서 액체컨덴서의 수명이 더욱 단축 되며 영하(ex-20℃) 에서는
전해액이 동결하여 오동작이나 고장이 다수 발생하는 단점이 있다.
해외 P사 SMPS 부품수 80여개, 전해 컨덴서 3개 이상
* AC직결형 조명의 기술적 특정
AC 직결형 드라이버(AC Direct Driver)는 SMPS와 같은 정전압/정전류 구동과 달리 펄스 구동(1초에 120번 점멸)을
하게 되는데 이에 따라 한 주기내에 상당한 구간에서 미점등이 발생하게 되며 구동 방식에 따라 45%~70% 사이의
LED 이용효율을 나타내며 이를 개선하기 위하여 몇몇 업체에서 평활 컨덴서를 이용한 해결책을 제시하고 있다.
특히 LED 이용 효율은 전원 효율과 서로 반비례 하게 되는데 53%일 경우 전원효율 90%이상, 70%일 경우 전원효율
65%를 나타내므로 30W 이하의 저효율의 조명에 적합하다.
미국 DOE AC 직결형 점등패턴
* 기술 상세 자료
- 구동 주파수와 퍼센트 플리커에 따른 스트로브 효과
AC 직결형 구동의 특성상 입력원 주파수(60Hz)의 2배인 120Hz의 깜빡 거림이 존재하고 한 주기 내에서 60% 정도
켜지게 되는데 아래 그림과 같이 점멸하고 있는 조명의 주파수와 운동하고 있는 물체(기계기구)의 주기가 동기화되는
정도에 따라서 정지 영상처럼 보일 수 있는데 이를 스트로브 현상이라고 한다.
점멸광의 점멸 주기와의 동기화 정도에 따른 스트로브 효과
조명의 스트로브 영향의 적합성을 판단 하기 위한 기준으로 구동 주파수와 퍼센트 플리커의 관계를 이용한 공식에 따르면
구동 주파수가 높을 수록 또는 퍼센트 플리커가 낮을 수록 적합한 조명으로 판단 된다.
자료 출처: Flicker Parameters for Reducing Stroboscopic Effects from Solid-state Lighting Systems May 2012 Lighting Research Center
- 플리커 인덱스 개선효과(Flicker Index)
LED 조명의 광품질에서 가장 큰 이슈로 대두되고 있는 부분이 플리커인데 미국이나 유럽에서 미국 에너지국(DOE)의
규정에 따라 150Hz 이상(혹은, 플리커 인덱스(Flicker Index) < 구동주파수*0.001)로 구동하도록 명문화하려는
연구가 진행중이다.
- LED 이용 효율과 조명 효율
무전해 컨덴서형인 AC 직결형 조명의 가장 큰 약점이 LED 이용효율(=On/(On+Off), 즉, 낮은 광효율인데 구동전압을
높게 설정하면 전원효율은 좋아지나 LED 이용효율이 떨어지고 구동전압을 낮추면 전원효율이 떨어진다.
LED 이용효율이 떨어지면 동일한 출력을 내기 위해 LED의 수량을 늘리거나 인가 전류를 높여야 하는데 전자는
제조원가가 상승하고 후자는 소비전력과 광출력이 선형인 백열등과 달리 LED 조명은 정격의 2배를 인가할 때 광출력은
1.6~1.8배를 내타내어 약 20~40%의 손실을 가져온다.
소비 전력에 따른 광효율 변화
- 시인성 개선 효과(Broca-Sulzer Effect)
1900년대 부터 DC 구동 대비 펄스광 조사의 시인성 개선효과에 대한 연구 결과가 발표되고 있는데 Broca-Sulzer 효과
(1902)에 따르면 카메라 플래시처럼 피크광에 노출되면 일정강도의 광에 노출될 때보다 몇 배 높게 인식된다.
즉 아래 그림과 같이 펄스광의 점등 시간을 달리하면 시감이 느끼는 순간 응답곡선이 증가하게 되어 실제 광량보다 높게
인식된다. 펄스 제어 조명의 시인성 개선 관련 최근 연구결과들 중
Tianjin University의 Key Laboratory of Opto-electronics Information and Technical Science의 연구 결과를
보면 75Hz와 100Hz 80% 점등, 20%소등 제어에서 펄스 구동이 DC에 비하여 1.2배의 시인성 개선 효과를 나타내었다.
