LED 구동기술 - 콘덴서 = 고효율, 고신뢰성
LED 구동기술 - 콘덴서 = 고효율, 고신뢰성
LED 조명은 최근 지시등의 상당부분을 대체하고 산업용, 가정용 일반 조명에까지 조금씩 확대되는 등 그 사용 범위가 넓어지면서 2015년 경에는 형광등 시장을 추월할 수 있을 것으로 전망되고 있다.
LED 조명은 백열등보다 경제적인 광원이지만 아직은 형광등 등기구보다 다섯 배 정도 비싸다. 가격이 2~3배 정도까지 낮아지면 경쟁력을 갖게 될 것으로 전망되지만, 그 이전에 어느 정도 규모의 시장이 성장할 것으로 예측되는데, 이는 선진국의 경우 환경적 요인과 에너지 절감 등을 위해 국가적 차원에서 사용을 적극 장려하는 추세이기 때문이다.
LED 조명에서 가장 중요한 것은 신뢰성의 구현이다. 그러나 전해 콘덴서의 수명은 일반적으로 3,000~1만 6,000 시간 밖에 안돼 전원부 수명이 LED 등기구의 5만 시간이라는 반영구적인 수명을 사실상 보장해 주지 못하는 단점이 있다.
국내의 신생 LED 기업 가운데 하나인 루미네이처(Luminature)사에서 이러한 문제들을 해결하기 위한 기술을 개발했다. 이 회사의 김진숙 사장은 자사 제품의 성능이 “세계적인 LED 등기구 업체들의 제품에 비해 전혀 손색이 없다”고 자신한다. “루미네이처의 기술은 AC-DCPS(AC-Direct Control Power Supply) 방식을 채택하여 맥류로 LED를 구동하기 때문에 콘덴서가 필요 없다. 또한 전계효과 트랜지스터(FET)와 같은 스위칭 소자와 트랜스포머, 인덕터 등도 사용할 필요가 없으므로 손쉽게 소형화 및 경량화를 구현할 수 있다.”
전원부 기술
전원입력부(LED 구동회로)에서는 일반적으로 가정용이나 산업용으로 쓰이는 교류를 직류로 변환해 주는 SMPS와 열 특성에 민감한 LED에 일정한 구동 조건을 유지해 주기 위해 IC 드라이버를 사용한다. 그러나 현재 SMPS의 최고 효율은 85퍼센트, 드라이버의 효율은 90퍼센트 이상인 제품이 없기 때문에, LED 패키지에 공급 가능한 수준은 전원의 75퍼센트 정도에 불과하다.
루미네이처의 LED 구동 방식은 광효율 70lm/W 이상의 고효율 LED 등기구를 구현한다.
LED 조명기구의 효율 향상을 위해 루미네이처는 LED 구동부에 SMPS에 사용되는 페라이트 트랜스포머를 채용하지 않고 교류(AC) 전원을 직접 연결하여 구동하는 방법을 택했다. 또한 트랜스포머에 전력을 전달하기 위한 스위칭 회로도 필요 없으므로 이에 대한 부하가 매우 낮다. 따라서 AC 전원을 직접 브릿지 정류하고, 이 맥류를 기본으로 부하 추종성 전류제한 회로를 채택하여 전력손실 요인을 극소화했다.
브릿지 정류를 통해 맥류 성분은 정전류(CRD: Current Regurative Diode) 소자 대신 저항 트랜지스터로 기존의 CRD 회로를 보완, 개선하는 회로를 개발하여 시정수 값으로 입력전원의 전류를 제한함으로서 효율을 극대화하며, DC 변환효율을 95퍼센트 이상으로 구현하는 동시에 90퍼센트 이상의 역률을 충족시키는 고효율 전원회로를 개발했다. 이러한 회로를 역률개선 (PFC) IC를 사용하지 않고 트랜지스터와 저항소자만으로 구현해냈다.
광원부 기술
루미네이처의 LED 구동 방식이 갖는 큰 특징은 LED의 직렬 어레이를 적정한 전압으로 결선한 뒤 이를 트랜스포머 등을 제공하지 않고 직접 구동한다는 점이다. 덕분에 전압의 작은 변이에 따른 광량 변동이나 LED에 인가되는 전압과 밝기가 정비례하지 않아 발생하는 문제 등을 상용 수준으로 적용할 수 있도록 해결했다. 이처럼 효율 낭비를 가져오는 전류제한 저항을 없애 광효율을 극대화함으로써 광효율 70lm/W 이상의 고효율 LED 등기구를 개발한 것이다.
확산판 기술
빛이 단방향으로만 나오는 LED를 이용하면 반사판이 필요 없으므로 광학손실을 10퍼센트 미만으로 줄일 수 있다. 따라서 광효율 70lu/W 정도인 루미네이처의 고효율 LED 등기구를 사용할 경우 광효율 80lu/W의 형광등(전체적 효율은 64lm/W)을 사용할 때보다도 장기적 측면에서 보다 경제적이다.
또한 루미네이처에서는 발광 표면의 균일한 휘도를 유지하여 글래어에 의한 눈부심을 최소화 시키는 반사판과, 기존 확산판에 비해 높은 투광성을 유지하는 산란시트 소재를 사용하여 기존의 아크릴 도광판이나 LED용 확산시트보다 LED 조명에 보다 최적화된 확산판(광원시트)을 개발했다.
시장진출 계획
루미네이처에서는 일차적으로 현재 가장 많은 사용이 예상되는 20W 2구 형광등을 대체할 수 있는 동일 규격 제품을 개발한 뒤 광기술 연구소 등의 연구기관을 통해 그 신뢰성을 인증 받은 뒤 제품화할 계획이다. 2010년 10월 현재 루미네이처의 기술은 여러 샘플 테스트의 진행 후 제품화 단계의 마지막 고비인 양산성 검토 단계에 있다고 한다.
