½½¶óÀ̵å 1 - Seoul Semiconductor

ACRICHE LIGHTING DESIGN GUIDE
- MR16 –
솔루션 파트
Contents
Contents
Table of contents
1. MR16 개요 - 재래광원
2. 재래 MR16 대체용 LED 요구사항
3. Target 설정
4. Optical, Thermal, Electrical 선택고려사항
5. Supply Chain
6. Standard
I.I. MR16
MR16 개요
개요 - 재래광원
재래광원
1. MR (Multifaceted Reflector) 램프
MR의 의미는 “다면체 반사판”을 나타내는데, 이는 다면체 구조를
가지는 압축유리의 반사판 표면에 각 면에 대해서 균일하게 반사
물질이 코팅되어 있는 형태로, 이러한 각 면들은 광학적으로 필라
멘트에서 나오는 빛을 모아주거나 집광시키는 특성을 가지고 있다.
어떤 MR 램프 반사판이 다면체가 아닌 매끄러운 구조로 되어있지
만, 아직까지 이를 통칭해서 MR 램프라고 부른다.
MR은 원래 슬라이드 프로젝터의 광원용으로 개발되어졌던것으로, 현재는
직접조명용으로 Track lighting, recessed ceiling lights, desk lamps,
pandent fixtures, landscape lighting, retail display lighting에 사용되어 지
고 있다.
MR16 램프의 반사판은 알루미늄이나 다이크로익 (Dichroic)이 코팅되어 있으며,
다이크로익으로 코팅되어진 램프의 경우 가시광선은 전방으로 향하고, 적외선
영역의 열은 후면으로 흡수되어진다. 하지만 알루미늄으로 코팅되어진 램프의
경우는 가시광선과 적외선을 모두 전면으로 방출시킨다. 어떤 MR16 램프의 경우
전면에 유리커버가 있는데, 이는 램프가 파괴되었을 때, 파편을 막아주기 위한
역할도 한다.
MR 램프는 크기가 다른데, 이는 램프의 최대 지름에 따라 결정된다. 대부분 MR램프라 하면, MR16을 이야기 하는데, 여기서 숫자 16은
MR 램프 바깥면 최대 지름치수를 나타내는데, 계산은 16/8 인치(inches) 즉 2 인치가 되며 이는 램프의 외곽 지름이 5 cm정도인 것을
의미하며 이를 구분한다. MR8 램프의 경우 8/8 인치로 지름이 2.5 cm이고, MR11은 11/8 인치로 지름이 3.5 cm인 램프를 의미한다.
2. MR16 램프를 사용함에 있어서 어떠한 장점이 있는가?
2.1 크기(Size)
MR16의 크기는 작다. 2-Inch인 5cm 지름을 가지고 있어 유연하게 사용되어 질수 있다. 특히 공간적 제약이나, 미적 고려를
해야하는 곳에는 쉽게 사용할수 있다. 예를 들어, 핀홀 다운라이트(Pinhole downlight)와 같은 1¼ Inch(3cm)의 아파쳐를 가지는
곳에도 사용되어진다.
2.2 색온도 특성
MR16은 일반적으로 2800K에서 3200K의 색온도를 가지며, 다이크로닉 코팅을 한 제품은 이보다 높은 4700K까지 가능하단.
이는 일반적 백열전구의 색온도보다 높다. 이유는 필라멘트가 컨펙트하여 온도가 높기 때문이다.
2.3 색재현성(CRI)
MR16의 CRI는 95-100이다.
2.4 광 조절(Beam Control)
MR16에 사용된 저전압의 필라멘트는 반사판을 사용하여 광조절을 쉽게 만들어 줍니다. MR16은 7도에서 60도까지를 가지고
있어, 조명디자이너들이 설계하기에 매우 유용하다.
3. MR16 램프를 사용함에 있어서 어떠한 단점이 있는가?
MR16 램프는 정상적으로 사용하지 않을 경우, 위험한 사항이 발생할 수 있으므로 사용시 항상 주의해야 한다.
3.1 에너지 효율 특성
형광등과 같은 높은 효율의 광원이 아니므로 전체조명을 위한 응용에는 적합하지 않다. 국부조명에 적합하다.
3.2 온도 특성
필라멘트의 온도가 적어도 260℃까지 올라가고 점등되는 동안 할로겐재생사이클을 한다. 높은 고온으로 인해 화상의 위험이
있으며, 특히, 박물관과 같은 곳에서 사용할 때, 열에 손상 받을 수 있는 것들의 주의가 요구된다.
3.3 필라멘트 취급 요망
가압되어진 필라멘트램프 표면을 손으로 만질 경우 램프 구동시 파손의 문제가 발생할 수 있다.
2.
2. 재래
재래 MR16
MR16 대체용
대체용 LED
LED 요구사항
요구사항
1. ANSI의 MR16 구분
2. Lamp제조업체별 빔 각도 명명법
ANSI
Designation
Lamp Abbreviation*
(wattage MR16 / Beam Angle)
Beam Angle
(degrees)
GE
OSRA
M
SYLVANI
A
Philips
USHIO
BAB
20MR16/40°
ESX
20MR16/10°
7
VNSP
*
*
*
EXN
50MR16/40°
8
*
NSP
SP
*
EXT
50MR16/15°
10
*
NSP
SP
*
12
*
*
*
Narrow
EXZ
50MR16/25°
FPA
65MR16/15°
13
*
*
*
Narrow
15
NSP
*
*
*
FPB
65MR16/40°
20
SP
*
*
Medium
FPC
65MR16/25°
22
*
*
*
Medium
EYC
75MR16/40°
23
*
*
*
Medium
EYF
75MR16/15°
24
*
*
NFL
Medium
EYJ
75MR16/25°
25
NFL
NFL
*
*
* Data taken from ANSI C78.379-1994 Annex B
28
*
*
*
Medium
30
NFL
*
*
*
35
*
FL
*
*
36
*
*
FL
Wide
38
*
*
FL
Wide
39
*
*
*
Wide
40
FL
FL
*
*
55
WFL
*
*
*
60
*
VWFL
WFL
Super Wide
VNSP: Very narrow spot (8도이하)
NSP: Narrow spot (8-15도)
SP: Spot (8-20도)
NFL: Narrow flood (24-30도)
FL: Flood (35-40도)
WFL: Wide flood (55-60도)
VWFL: Very wide flood (60도 또는 그 이상)
* Lamp manufacturer does not offer beam angle
3. 조명디자이너들이 MR16 Lamp를 선정하는 방법
3.1 필요한 조도와 조명효과를 얻기위한 빔각도(Beam angle)와 중앙 빔촉광(Center beam candlepower_CBCP)을
결정하고 MR16을 선택.(같은 형태의 MR16이라도 빔각도와 중앙빔촉광이 업체마다 제품에따라 다를수 있다.)
3.2 CCT를 선택.
(MR16의 CCT는 같은 업체, 같은 제품이라도 실제로는 색의 차이가 발생할수 있다.)
3.3 어플리케이션에 따라, 다양한 빛의 형태 칼라등을 요구한다. 이에 맞게 실제 설치후 선택해야한다.
4. LED가 적용된 MR16 요구사항
4.1 MR16과 동일한 빔각도와 중앙의 빔촉광을 가져야함.
(빔각도는 7도 – 60도 사이에서 결정)
4.2 2800 – 3200K의 색온도를 가져야하며, 4200K의 색온도도 필요함.
4.3 색재현성(CRI)은 국내는 70이상, 미국은 75이상되어야 함.(KS, Energy star에 근거)
4.4 소비전력당 광속은 아래를 참조 결정함.
스펙상
실측 (점등후 1H)
제조사
소비
전력
(W)
CCT
(K)
lm
Efficacy
(lm/W)
지
향
각
CCT
(K)
lm
Efficacy
(lm/W)
1
오스람
20
3000
320
16
36
2848
210
10.5
2
오스람
(ST)
35
3000
900
25.7
38
2951
310
8.9
3
오스람
(ES)
35
3000
900
25.7
36
2911
620
17.7
4
오스람
50
3000
1250
25
36
2834
557
11.1
No
Type
MR16
3.
3. Target설정
Target설정
1. 재래 MR16대체 Target설정
재래 lamp 광원
Base
GU5.3
GU10
E11
수명
[hr]
2000~
6000
Importance
Critical
Potentially
Important
색온도
[K]
2750~
3050
A3 4W
AN4 4W
W
lm
lm/W
lm
lm
20
150
7.5
215(CW)
145(WW)
200
35
250
7.1
-
-
50
400
8.0
-
-
Characteristic
Unit
A3 4W
AN4 4W
200(CW)
120(WW)
200
Luminous Flux
Lumens (lm)
Electrical Power consumption
Watts (W)
4W
Beam Angle
Degree
36
Lifetime
Hours
Operating temperatures
℃
Operating humidity
% RH
Color temperature
K
CRI
Manufacturability
Ease of installation
Form factor
Residential indoor : 25,000h
Residential Outdoor: 35,000h
All Commercial : 35,000h
2800-3200K
70(국내), 75(미국)
2. Led 개수 선정방법
- 먼저 Target 제품의 Lumen을 선정한다.
- 실제 Led가 구현하기위해 필요한 Lumen 계산법
실 필요 Lumens = Target Lumens/(Optical Efficiency * Thermal Efficiency)
- Led의 개수 선정
Led 개수 = 실 필요 Lumens / Led당 Lumens
ex) 1. MR16 20W를 선정하였으며, Target Lumen은 150lm이다.
2. 실 필요 Lumens = Target Lumens/(Optical Efficiency * Thermal Efficiency)
= 150 lm / (91% *85%) = 193.9 lm
3. Led 개수 = 실 필요 Lumens / Led당 Lumens
= 193.9 lm / 215lm = 1 Leds
(AW3220 = 215lm)
3 Heat sink의 외부 온도를 선정
- KS고효율 기자재 규격에 근거하여 선정
: LED 램프 캡(베이스) – 90도, LED 램프 몸체 – 70도, LED 램프발광면 – 60도 초과하지 않아야함.(Ta = 25도)
* 참고자료
- 광, 열, 전기 시스템의 효율
System
Efficiency
Type
Optical
91%
Light
Thermal
85%
Light
Electrical
87%
Power
4.
4. Thermal,
Thermal, Optical,
Optical, Electrical선택시
Electrical선택시 고려사항
고려사항
1. Led에서의 광손실
1.1 Thermal Loss
LED의 경우 Junction Temperature에 따라서 광량이 저하된다.
일반적으로 Spec 상에 표기되는 광량은 Tj=25도에서의 광량이며
Tj에 따른 LED 광량 저하 율은 spec 상에 표기 되어 있다. (그림 1. 참고)
따라서 LED 조명기기 제작 시 Module에 실장 된 LED의 Tj를 고려하여
광량을 산출해야 한다.
Ex) P4 Cool White LED 4ea를 Module에 실장 후
Tj=90℃, 82%
Tj 측정 시 90도라면,
실제 광량은 100lm*4ea*0.82 (Tj=90℃에서 발광효율) =328lm임.
1.2 Optical Loss
LED를 이용한 대부분의 조명 기기는 배광 Pattern을 변경하기 위하여
Secondary Optics를 사용한다.
일반적으로 Secondary Optics의 효율은 85~90%이다. 또한 Reflector와 같은
조명 기기의 Fixture에 의해서도 광의 손실이 일어난다.
그러나 LED조명이 일반 CFL과 같은 재래 조명 대비 발광 Pattern이 좁아 Fixture
에 맞는 부분이 상대적으로 적기 때문에 Fixture에 의한 손실은 재래 광원대비 적
다.
그림1. Junction Temperature vs Relative Light Output
1.3 Electrical Loss
LED 조명 기기에 사용되는 대부분의 Driver 효율은 100%를 만족하지 못한다.
이런 Driver의 효율은 전반적인 조명기기의 Efficacy의 저하에 영향은 주기 때문
에 LED 조명 System 설계 시 이를 고려해야 한다. Driver의 효율은 주로 80~90%
이며 90%이상이 되려면 Cost가 높아진다.
또한 Output load에 따라서 Converter의 효율의 차이가 나는데 고효율, 저 Cost
의 Driver 설계를 위해서는 최소 Output Load가 50%이상이 되어야 한다. (그림2.
참고)
그림2. Efficiency vs Output Load
2. Heat sink의 설계
- Heat sink를 통해 Tj를 낮추면 Life time, Luminous flux의 감소를 최소화 할수 있다.
- Heat sink의 설계시 고려 사항
: Heat sink의 재질
Heat sink의 각도, 핀 두께, 간격
Relative Light Output [%]
Tj 에 따른 광 출력 예
100
Life time
80
Luminous flux
Allowable current
60
∝
1
Tj
40
20
0
20
Pure White
40
60
80
100
120
140
Heat sink를 통해 Tj를 낮추는 것이 중요
o
Junction Temperature, TJ [ C]
조건
1. Ambient 온도 : 25℃
2. Bulb 용 힛싱크 디자인
- Ø 60 기준 설계
3. heat source :
A3 size [ 3.4W ] 2ea
Heat sink : Al6061
4. T monitor point :
- heat source
Heat sink fin 간격 및 두께
Heat sink 재질
2.1 Heat sink의 재질별 시뮬레이션
- 시뮬레이션 조건 : MR16 Ø 49 기준 설계
heat source는 A3 (3.4W) 1pcs
Ambient temp는 25℃
MR16
175
o
Junction Temperature [ C ]
200
150
125
100
75
50
0.1
1
10
100
열전도도
정션온도
비고
0.76
158.00
RTP LCP_3499-3X
1.50
138.30
-
3.00
124.10
-
5.00
116.50
-
10.00
109.20
Coolpoly_LCP_d5506
20.00
104.50
Coolpoly_LCP_e2
50.00
101.10
100.00
99.79
ALDC 12
200.00
99.08
AL 1100,
Epoxy/Carbon Fiber Composite
1000
Thermal conductivity [W/mK]
열전도도 : 0.76
열전도도 : 10
열전도도 : 100
Note : 상온 구동 조건에서 열전도도 10 w/mK의 이상의 자재 적용시 정션 온도가 110 oC를 넘지 않을 것으로 사료되며,
MR16의 구조의 경우 힛 소스가 중앙에 위치하여 전도 열의 이동 경로가 짧게 설계 되어 있어 유효 방열 면적을 효율적으로 사용하고 있음.
단, Polymer 표면 구조상 접합면의 계면 조건을 최적화 시키는 것이 중요함.
2.2 Heat sink의 반사판 각도에 따른 시뮬레이션
- 시뮬레이션 조건 : MR16 Ø 49 기준 설계
heat source는 A3 (3.4W) 1pcs
30
o
Thermal resistance [ C/W ]
Ambient temp는 25℃
PCB
LED
Θ
렌즈
판
렌즈판 채택
0
10
20
30
측정 포인트
온도
온도
온도
온도
hot source
77.7
79.6
78.8
75.4
top base
75.3
77.1
76.0
73.1
wall
73.2
75.0
73.6
71.4
inside air
57.3
61.5
59.8
59.0
ambient
25.0
25.0
25.0
25.0
20
10
각도
렌즈판 비채택
with plate
w/o plate
0
-10
0
10
20
30
40
o
angke [ ]
with plate
angle
angle
angle
angle
측정 포인트
온도
온도
온도
온도
hot source
83.0
86.7
85.7
81.4
top base
80.5
84.2
82.9
79.1
wall
78.5
82.1
80.6
77.4
inside air
66.4
69.6
68.2
67.2
ambient
25.0
25.0
25.0
25.0
w/o plate
Note :
각도 증가에 따라 대류 열전달이 증대되어
방열효율이 증가. 렌즈판 제거 시 힛싱크 표면의
대류 열전달 계수가 미소 상승되나, P.C의
낮은 열저항에 불구 하고, 렌즈판에 전달된 열량이
렌즈 표면에서 방열되어 방열 측면에서 유리하게
작용됨.
2.3 Heat sink의 핀의 두께, 간격에 따른 시뮬레이션
- 시뮬레이션 조건 : MR16 Ø 49 기준 설계
heat source는 A3 (3.4W) 1pcs
Ambient temp는 25℃
TYPE 1
thickness
1
1
1
1
2
2
pitch
1
3
4
5
2
4
측정 포인트
온도
온도
온도
온도
온도
온도
hot source
79.2
75.4
77.4
78.5
77.0
77.4
top base
76.7
72.9
74.9
75.9
74.5
74.8
wall
75.2
71.2
73.2
72.1
72.9
71.6
inside air
65.1
61.9
63.5
64.2
63.3
63.5
ambient
25.0
25.0
25.0
25.0
25.0
25.0
TYPE 2
thickness
1
1
1
pitch
1
3
5
측정 포인트
온도
온도
온도
hot source
76.9
78.9
81.9
top base
74.4
76.4
79.3
wall
72.9
74.8
75.0
inside air
63.6
64.7
67.1
ambient
25.0
25.0
25.0
TYPE 1
fin
pitch
렌즈판
TYPE 2
렌즈판
o
Thermal resistance [ C/W ]
30
Type 1
Type 2
20
10
0
온도분포
0
1
2
3
4
5
6
pitch [ mm ]
Note : 핀에 대한 열전달량을 증대 시키지 위하여 핀의 두께 증가는 효율성이 없음.
핀 간격은 Type 1에서 유속의 증대를 위하여 3 mm 가 최적이며,
상부 디자인시 유속이 없는 부분에 대하여는 열전달을 시키는 면적을
확보 하는 것이 바람 직함.
유속분포
결론 : 하부 반사경의 각도는 30도,
핀 두께 1 mm
핀 간격 3 mm
상부 디자인시 유속 없는 부분은 힛싱크로 열 전달 면적을 증대.
참조 : 힛싱크 면적, fin 높이에 따른 전도도별 열 특성
220
H=05 mm
H=10 mm
H=15 mm
H=18 mm
H=20 mm
H=30 mm
o
Junction Temperature [ C]
200
180
160
열전도도 : 0.76 열 분포 : 5mm fin
열전도도 : 0.76 열 분포 : 30mm fin
열전도도 : 385 열 분포 : 5mm fin
열전도도 : 385 열 분포 : 30mm fin
140
120
100
80
Fin 높이별
60
0.1
1
10
100
1000
Thermal Conductivity [W/mK]
220
2
900 mm
2
1600 mm
2
2500 mm
2
3600 mm
2
4900 mm
o
Junction Temperature [ C]
200
180
160
140
120
100
80
60
0.1
Heat sink 바닥 면적 별
1
10
100
Thermal Conductivity [W/mK]
1000
3. Secondary Optic 설계
- Secndart Optic을 통해 지향각을 조정하며, 광량을 확보한다.
- Secndart Optic 고려사항
: Led와 결합시의 형태, 지향각, 광손실
3.1 Secondary Optic의 종류와 특성
Reflector type
Collimator type
Fresnel Lens type
3.2 Lens type 별 비교 Simulation Result (A3 PKG 120도 기준)
10도 Target
Efficiency
30도 Target
Efficiency
Cost
비고
Reflector type
81.5%
81.61%
60%(R/F) +
30%(Cover)
투명 cover 별도 필요
Cover에 의한 추가 광손실
Collimator type
84.7%
83.52%
100%
Fresnel Lens type
74.65%
74.6%
Lens type
지향각
얇은 lens 구현 가능
3.2.1 Secondary Optic A3 PKG Reflector type 시뮬레이션
1) module type
Aluminum coating
30.0 φ mm
31.0 φ mm
14.0 mm
14.0 mm
13.0 φ mm
13.0 φ mm
광 효율 : 81.50%
광 효율 : 81.61%
2) 지향각
13deg
0
30deg
0
1 .0
330
1 .0
30
330
30
0 .8
0 .8
0 .6
0 .6
300
60
60
300
0 .4
0 .4
0 .2
0 .2
0 .0
0 .0
270
90
270
90
0 .2
0 .2
0 .4
0 .4
0 .6
240
120
0 .6
240
120
0 .8
0 .8
1 .0
1 .0
210
150
180
210
150
180
3.2.2 Secondary Optic A3 PKG Collimator type 시뮬레이션
1) module type
Poly Carbonate
32.0 φ mm
33.3 φ mm
12.0 φ mm
14.0 φ mm
13.0 mm
8.0 mm
18.0 φ mm
18.0 φ mm
광 효율 : 84.07%
2) 지향각
광 효율 : 83.52%
14deg
30deg
0
0
1 .0
330
1 .0
30
0 .8
300
0 .6
60
0 .4
0 .4
0 .2
0 .2
270
90
0 .0
0 .2
0 .2
0 .4
0 .4
0 .6
240
120
0 .8
1 .0
330
30
0 .8
0 .6
0 .0
14.0 mm
6.0 mm
0 .6
300
60
270
90
240
120
0 .8
210
150
180
1 .0
210
150
180
3.2.3 Secondary Optic A3 PKG Fresnel type 시뮬레이션
1) module type
18.0 mm
9.7 mm
광 효율 : 74.65%
2) 지향각
광 효율 : 74.60%
14deg
30deg
0
0
1 .0
330
1 .0
30
0 .6
300
0 .6
60
0 .4
0 .4
0 .2
0 .2
270
90
0 .0
0 .2
0 .2
0 .4
0 .4
0 .6
240
120
0 .6
300
60
270
90
240
120
0 .8
0 .8
1 .0
30
0 .8
0 .8
0 .0
330
210
150
180
1 .0
210
150
180
4 Elctrical 고려사항
4.1 고장형태에 따른 해결방법
고장형태
미점등/휘도감소
Acriche 잔광현상
전기적 문제 형태
문제 해결 방법
과 전압
Zener Diode, TVS, MOV사용
과 전류
PTC, NTC사용
절연파괴
Pcb Pattern거리 확보, 절연코팅, 기구적방법
Acriche 잔광현상
접전용 S/W연결, 저항사용
4.2 Over voltage protection
4.2.1 Over voltage 발생원인
: ESD(Electrostatic discharge), Lighting surge, Transient voltage, Switching of load in power circuits, etc...
Item
Zener diode
TVS
MOV
Direction
Uni-directional
Bi-directional
Bi-directional
Supply voltage
DC
DC/AC
DC/AC
Response time
수십 ps
수십 ps
10-20 ns
Symbol
I
I
IPP
Vc
I-V characteristic
Vc
V
V
IPP
Application
Fig 1
. TVS : Transient Voltage Suppressor
. MOV : Metal Oxide Varistor(Variable Resistor)
Fig 2
Fig 3
4.2.1.1 Zender diode protection
Over voltage
Clamp voltage
Vz
Zener diode
DC
LED
+
-
Over current
bypass
(a) Zener diode I-V 특성
(b) LED 보호 동작
Fig 1. Example of zener protection
- 동작원리
▪ 전원단으로부터 over voltage가 인가될 경우 zener 항복작용으로 인해 over current는 zener diode를 통해
bypass되고 LED에는 Vz만큼의 regulated 전압만이 인가되어 LED를 보호함
▪ Zener diode protection은 LED를 over voltage로부터 보호하는 가장 간단하며 기본적인 선택이므로 모든
외부의 over voltage로부터 LED를 완벽하게 보호하지는 못함 -> 추가 보호회로의 구성이 필요
- Zener diode 선택시 고려사항
▪ LED의 VF보다 높은 Vz값을 갖는 소자 사용
▪ LED의 VF, IF 및 사용전압을 고려 적절한 정격전력을 갖는 소자 선택
▪ 빠른 bypass 동작을 위해 낮은 제너 저항을 갖는 소자 선택
▪ LED의 구동 전류가 클 경우 가능한 높은 전류밀도는 갖는 소자 선택
▪ Low leakage current
4.2.1.2 TVS protection
I
Over voltage
IPP
LED breaking voltage
TVS clamping voltage
Vc V BR V RWM
IT
IR
IR
IT
VRWM V BR Vc
LED operating voltage
V
DC or AC
t
TVS
LED operating voltage
TVS clamping voltage
LED breaking voltage
IPP
(a) TVS I-V 특성
(b) TVS clamping
(c) TVS protection circuit
Fig 2. Example of TVS protection
- 동작원리
▪ Zener diode가 양방향으로 결합된 구조로 avalanche breakdown을 이용한 protection 소자
▪ AC 연결단에서는 bi-directional 소자, DC 연결단에서는 uni-directional 소자를 사용해도 무방
- TVS 선택 고려사항
▪ LED의 VF보다 높은 VBR값을 갖는 소자 사용
▪ LED의 VF, IF 및 사용전압을 고려 적절한 정격전력을 갖는 소자 선택
▪ LED의 파괴전압이하의 clamping 전압값(Vc)을 갖는 소자를 선택
(LED 파괴전압이상의 Vc를 갖는 소자 사용시 외부 over voltage로부터 LED를 보호하지 못함)
LED
load
4.2.1.3 MOV protection
I
Fuse
V
(a) MOV I-V 특성
DC or AC
(b) MOV 등가 모델
MOV
(c) MOV protection circuit
Fig 3. Example of MOV protection
- 동작원리
▪ TVS와 동일한 over voltage 기능을 수행
▪ 정상 동작시에는 절연체(capacitor)로 수백 MΩ 이상의 절연 저항값을 가지나, 순간 over voltage가 인가시
수 mΩ 이하의 도체가 되어 over current를 bypass함
- MOV 선택 고려사항
▪ LED의 VF보다 높은 VB값을 갖는 소자 사용
▪ LED의 VF, IF 및 사용전압을 고려 적절한 정격전력을 갖는 소자 선택
▪ MOV의 정격을 초과하는 전류 유입을 방지하기 위해 fuse 사용 권장
LED
load
4.2.2 Over Current protection
4.2.2.1 PTC(Positive Temperature Coefficient) resistor protection
Resistance
Current
- 동작 원리
▪ 소자의 온도 상승시 저항값이 크게 증가하는 특성을 가진 소자
▪ PTC에 정격보다 큰 전류가 흐를 경우 자기발열 작용으로 저항값이 크게 증가하여 전류를 억제하는 기능을 수행함
▪ LED에 직렬로 연결하여 LED에 흐르는 과전류를 억제함
PTC
LED
load
DC or AC
Time
Temp (℃)
(a) PTC 연결
(b) 저항-온도 특성(R-T특성)
Fig 4. Example of PTC protection
- PTC 선택 고려사항
▪ LED의 최대 전압, 최대 전류, 최대 Ta를 고려하여 PTC를 선정
▪ PTC의 전류 억제 반응시간이 빠른 소자 선정
(c) 전류 감쇠 특성
4.2.2.2 NTC(Negative Temperature Coefficient) resistor protection
- 동작원리
▪ In-rush current로부터 LED를 보호하기 위해 사용
▪ In-rush current는 power supply의 boost 동작, initial power-up 동작시 발생할 수 있으며, 적절한 보호대책이
없으면 LED가 파괴될 수 있음
▪ LED에 직렬로 연결하여 in-rush current를 억제
LED
load
In-rush current
In-rush current level
NTC
LED current
Time
(a) PTC 연결
(b) In-rush current 억제 특성
Fig 5. Example of NTC protection
- NTC 선택 고려사항
▪ NTC는 크게 두 종류(high resistance and low resistance)가 있으며 이중 in-rush current 보호용으로 low
resistance NTC를 주로 사용
▪ NTC의 최대허용 전류/전력
4.3 절연내력 강화방법
4.3.1 절연 내력 저하 원인
PCB의 Cu Pattern이 PCB의 Edge 또는 PCB Hole 에 가까이 있을 경우 Metal Heat sink 또는 PCB의 Metal부분과의 거리가 가까워지면서
고전압 인가 시 방전이 발생하여 Heat sink와 단자간에 전류가 통할 수 있다.
① PCB Edge에서의 방전
③ PCB Edge에서의 방전
( PCB Pattern ↔ PCB Metal)
② PCB Hole에서의 방전
(PCB Pattern ↔ Metal Heat sink)
( PCB Pattern ↔ PCB Metal)
Cu Pattern
PCB Metal
Heat sink
PCB 절연 층
그림 1. 절연 내력 저하 요인 분석
Wire 연결 PCB Hole
4.3.2 절연 내력 향상 방안
① PCB 의 Pattern 설계 시 PCB edge 또는 hole로부터 일정 간격 유지
절연 내력을 높이기 위해서 PCB의 Cu Pattern을 PCB의 edge나 PCB hole로부터 일정 간격을 유지해주는 방법.
최소 5mm이상의 간격을 유지해 주는 것이 4kV이상의 결과를 얻을 수 있으며 이는 고객 설계 사양에 따라 변경
될 수 있음.
② PCB에 절연 물질 도포
주로 Cu Pattern이 가까운 PCB의 edge나 hole에서 방전이 일어나기 때문에 이 부분을 절연 물질로 도포해주면
그림1. 도포 방법 예시
( 방전이 되는 부분을 절연 물질로 도포)
절연 내력 향상.도포 Material 선정 시 내열성 및 내 화학 성이 우수하며 LED 봉지재에 영향을 주는
부산물 (Gas 등)이 생성되지 않는 재료를 선정하는 것이 좋음. (그림1. 참고)
③ 절연 물질로 만든 Case에 PCB를 실장 하여 Heat sink와 절연 시키는 방법
절연 물질로 case를 만들어 PCB를 그 안에 실장 함으로써 Heat sink와 완전히 절연을 유지시켜 주는 방법.
열 방출이 잘 되지 않는 Material을 사용할 경우 LED PKG의 Tj를 고려하여 그 두께를 최소화 함으로써 열 방출이
원활하게 진행될 수 있도록 설계 필요. (그림2. 참고)
그림2. PCB Case Concept 예시
4.4 Acriche(A3) 잔광 현상 개선 방안
4.4.1 현상
:Acriche가 적용된 조명 모듈(bulb, MR, PAR etc.)을 건물내 설치 후 조명 통합 스위치를 off 시켰을 때 Acriche가
완전히 off 되지않고 미약하게 발광
4.4.2 원인
:스위치를 건물내 380Vac 3상 4선 중 N상에 연결하고, 조명 모듈의 케이스(heak sink)를 건물 내 F.G.(flame ground)에
연결한 경우 발생
→ 대부분의 건물내에서 조명 모듈의 케이스를 건물 내 F.G.에 연결함. F.G.는 대부분 N상에 연결됨
→ 이 경우 스위치가 off 되어도 조명 모듈의 케이스에 연결된 F.G에 의해 Acriche에 상 전압이 유기되어 잔광이 발생
(Acriche 상 유기전압 ~ 130Vac)
Acriche
Acriche 인가전압
인가전압 시험
시험 diagram
diagram
일반적인
일반적인 전기
전기 공급
공급 방식
방식 (380V
(380V 3상
3상 4선식)
4선식)
잔광발생
S/W
. 3상 4선식 Y결선의 상간 전압 – 380Vac
. 상(R, S, T)과 N간 전압 – 220Vac
4.4.3 개선방안
4.4.3.1 S/W를 L(R)상에 연결 또는 L-N 두 접점용 S/W 연결
S/W
S/W
- L(R)상에 S/W 연결이 어려울 경우 L-N 두 접점용 S/W사용
- S/W를 L상에 연결하여 S/W off시 아크리치에
잔여전압이 인가되지 않도록 함
4.4.3.2 저항을 이용한 아크리치 잔여 전압 분배
L(R)
Rp
Ra
N
MCPCB 절연저항을 증가시켜 Acriche에 인가되는 잔여전압을
MCPCB 절연저항으로 분압시켜 잔광 제거(S/W off시)
B)
아크리치 양단에 병렬로 Rp 연결하여 Acriche에 인가되는
잔여전압을 분압시켜 잔광 제거(S/W off시)
: 수 MΩ 이상
Acriche 내부저항
220Vac
Rm
A)
MCPCB 절연저항
5.
5. SUPPLY
SUPPLY CHAIN
CHAIN
1. 서울반도체 Supply Chain
Ledlink(Taiwan)
IMS(USA)
Carclo(EU)
Gaggione(EU)
Khatod(EU)
LEDIL(EU)
Polymer Optics(EU)
Microblock(Taiwan)
LENS
DRIVER IC
Kaieryue Electronics Technology(China)
Microchip(USA)
National Semiconductor(USA)
Wai Tat Electronics(China)
Shenzhen Likeda(China)
Donghaw IND(Korea)
SSC
Green Optics(Korea)
Pttc(Taiwan)
Fela(EU)
Sekonix(Korea)
PCB
Xingtongbu Technology(China)
CCI(Taiwan)
Inno Flex(Korea)
DDP(USA)
Fujipoly(USA)
Ceramtec(EU)
Fischer Elektronic(EU)
Jindingli(China)
Yongshenkeji(China)
GK Technik(EU)
HEATSINK
2. Supply Chain WEB Site
SOLUTION
COMPANY
WEB SITE
Microblock(Taiwan)
www.mblock.com.tw
Microchip(USA)
www.microchip.com
National Semiconductor(USA)
www.national.com
Wai Tat Electronics(China)
www.wtel.com.cn
Pttc(Taiwan)
www.pttc.com.tw
Fela(EU)
www.fela.de
GK Technik(EU)
www.elektronik-von-gk.de
Xingtongbu Technology(China)
www.toppcb.cn
Inno Flex(Korea)
www.inno-flex.co.kr
Ledlink(Taiwan)
www.ledlink-optics.com
IMS(USA)
www.imslighting.com
Carclo(EU)
www.carclo-optics.com
Gaggione(EU)
www.lednlight.com
Khatod(EU)
www.khatod.com
LEDIL(EU)
www.ledil.fi
Polymer Optics(EU)
www.polymer-optics.co.uk
Kaieryue Electronics Technology(China)
www.kaieryue.cn.alibaba.com
Shenzhen Likeda(China)
www.ledlens.cn
Donghaw IND(Korea)
www.dwled.com
Green Optics(Korea)
www.greenopt.com
Sekonix(Korea)
www.sekonix.com
CCI(Taiwan)
www.ccic.com.tw
DDP(USA)
www.datadisplay.com
Fujipoly(USA)
www.fujipoly.com
Ceramtec(EU)
www.ceramtec.de
Fischer Elektronic(EU)
www.fischerelektronik.de
Jindingli(China)
www.kitili.com
Yongshenkeji(China)
www.szyongsen.cn
DRIVER IC
PCB
LENS
HEATSINK
6.
6. Standard
Standard
1. KS 규격
▶ 일반 사양 - AC LED의 경우 KSC7651(안정기 내장형)에 해당
KS C 7651 (안정기 내장형)
KS C 7652 (안정기 외장형)
KS C 7653 (매입 형 등 기구)
적용범위
정격 220V 60Hz, 정격 전력 60W
정격 50V 이하 (12V, 24V, 48V)
정격 220V 60Hz
초기광속
(100시간 Aging 후 측정)
정격 광속의 95%이상
정격 광속의 95%이상
정격 광속의 95%이상
광속 유지 율
(2000h Aging 후 측정)
초기 광속 측정값의 90%이상
초기 광속 측정값의 90%이상
초기 광속 측정값의 90%이상
절연 저항
4000Vrms 1분 인가 시
500Vrms 1분 인가 시
졀연 내력
4MΩ 이상
2MΩ 이상
역률
0.9 이상 (5W 초과)
0.85 이상 (5W 이하)
0.9 이상 (5W이하)
0.85 이상 (5W 이하)
0.9 이상 (5W 초과)
0.85 이상 (5W 이하)
캡 온도
∆ts =120℃ 이하
(램프 준비단계와 안정화 후의 온도 차)
∆ts =120℃ 이하
(램프 준비단계와 안정화 후의 온도 차)
KS C IEC 60598-2-2 2.8 적합
연색성
70 이상
70 이상
70 이상
THD
(전류 고조파 함유 율)
KS C IEC61000-3-2에 따름 [*]
KS C IEC61000-3-2에 따름 [*]
KS C IEC61000-3-2에 따름 [*]
KS C IEC 60598-2-2 2.14 적합
▶ KS규격 광 효율 기준
KS C 7651
(안정기 내장형)
KS C 7652
(안정기 외장형)
KS C 7653
(매입 형 등 기구)
초기광속
(100시간 Aging 후 측정)
정격 광속의 95%
이상
정격 광속의 95%
이상
정격 광속의 95%이상
광속 유지 율
(2000h Aging 후 측정)
초기 광속 측정값
의 90%이상
초기 광속 측정
값의 90%이상
초기 광속 측정값의 90%이상
광효율 lm/W(초기 광속 & 2000h aging 후에도 만족해야 함)
구분
색온도
광효율 lm/W
광효율 lm/W
10W
이하
10W~
30W
30W~
60W
60W~
100W
100W
이상
F 6500
6530±510
50
55
50
55
60
65
70
F 5700
5665±335
50
55
50
55
60
65
70
F 5000
5028±283
50
55
50
55
60
65
70
F 4500
4503±243
45
50
45
50
55
60
65
F 4000
3985±275
45
50
45
50
55
60
65
F 3500
3465±245
45
50
45
50
55
60
65
F 3000
3045±175
40
45
40
45
50
55
60
F 2700
2725±145
40
45
40
45
50
55
60
▶ 고효율 기자재 광 효율 기준
항 목
5W 이하
5W 초과 10W 이하
10W 초과 15W 이하
초 광 속
광효율(lm/W) × 표시 입력전력(W) 이상일 것
광속유지율
초광속의 90% 이상
광 효 율
50 lm/W
55 lm/W
58 lm/W
역율
0.9이상
전류고조파함유율
40%이하
연색성
75이상
15W 초과
60 lm/W
2. Energy Star
▶ 일반 사양
조건
기준
Minimum Light Output
최소 125lm per lineal foot을 내야 하며 하기와 같은 식으로 계산한다. (1ft=12inch)
Color Spatial Uniformity
모든 지향 Pattern에서 평균 CIE좌표에서 0.004 이내 (CIE1976 u`v`좌표 기준)
Color Maintenance
Lifetime 내 좌표 변화 0.007이내(CIE1976 u`v`좌표 기준)
Power Factor
Residential≥0.7
Commercial≥0.9
Output Operating Frequency
≥120Hz
Color Rendering Index (CRI)
Min75 (Indoor luminaires)
Lumen Depreciation of LED Light
Sorces(L70)
Residential indoor : 25,000h Residential Outdoor: 35,000h
All Commercial : 35,000h
▶ CIE
기존 Fluorescent lamp에서 기준한 CCT에서 비어 있는 부분을 사용 가능하도록 4500K & 5700K 추가됨.
CFL의 7-step MacAdam ellipses와 overlap 되도록 사각형으로 짜여짐.
조건
CCT
(Correlated Color
Temperature)
기준
Nominal CCT (Fluorescent lamp)
CCT(K)
2700K
2725 ± 145
3000K
3045 ± 175
3500K
3465 ± 245
4000K
3985 ± 275
4500K
4503 ± 243
5000K
5028 ± 283
5700K
5665 ± 355
6500K
6530 ± 510