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