위대한 미국 사업가이자 전구 발명가 인 Thomas Alva Edison은“우리는 전기를 너무 싸게 만들어 부자 만 촛불을 태울 것입니다”라고 말한 적이 있습니다. 이것은 오늘날 확실히 그럴 것입니다. 작은 집에서 포장 도로, 큰 산업에 이르기까지 해가지면 AC 조명이 환경을 비추는 것을 볼 수 있습니다. 초기 조명 시스템은 백열등, CFL (Compact Fluorescent Light Bulb) 등과 같은 다양한 종류의 전구를 사용했지만 오늘날 LED 조명 기술의 발전으로 이러한 백열등 및 CFL 전구는 LED 조명으로 빠르게 대체되고 있습니다. 글로벌 LED 조명 시장은 2018 년에 미화 4557 억 달러 규모로 장기적인 성장을 보였습니다.
LED 조명은 백열등보다 거의 90 % 효율이 높고 다른 AC 전구보다 수명이 더 긴 것으로 알려져 있지만 여전히 한 가지 문제가 있습니다. 즉, LED 조명은 DC 전압으로 구동 되지만 모든 주 전원 공급 장치는 AC입니다. 이로 인해 설계자 는 AC-DC 컨버터 유형에 불과한 LED 드라이버 라는 추가 구성 요소를 사용하게 되었습니다. 이 드라이버는 주전원에서 AC 전원을 적절한 DC 전압으로 변환하여 LED 조명에 전원을 공급합니다. 그러나 이후 외부 드라이버 모듈없이 AC 주전원에 직접 연결할 수있는 AC 드라이버 없는 LED 전구 가 도입되었습니다. 이 기사에서는 무인 LED 시스템 과 시간 경과에 따른 진화 에 대해 자세히 알아 봅니다.
왜 무인 LED 시스템인가?
전통적인 고전력 AC-DC 스위칭 LED 드라이버 의 주요 문제 는 이와 관련된 전력 손실입니다. 이러한 전통적인 AC LED 드라이버는 스위칭 토폴로지 와 저항을 사용하여 LED 전류를 제어합니다.이 스위칭은 열을 발생시켜 시스템의 효율성을 감소시킵니다. 또한이 추가 회로는 전구의 전체 비용을 증가시킵니다. 이것이 이전 기사에서 저비용 LED 드라이버 시스템에 대해 논의하고 성능을 테스트하기 위해 구축 한 이유입니다.
AC LED 드라이버의 또 다른 큰 문제는 깜박임 효과입니다. 우리 중 대부분은 오래된 LED 드라이버 회로에 깜박임 효과가 있음을 알았습니다. 최대의 경우 이러한 기존 AC LED 드라이버 회로는 전력선 주파수의 두 배에서 하프 사인파를 사용합니다. 즉, 50Hz 주파수 전력선에서 사람의 눈으로 감지 할 수있는 거의 100 번의 긋기를 생성하며 유해합니다. 이것은 제거되어야합니다. 따라서 스위칭 토폴로지를 사용하는 기존 AC-DC 컨버터 대신 수동 부품을 거의 사용하지 않는 최신 기술이 도입되었습니다.
무인 AC LED 조명-작동
무인 LED 시스템에는 AC LED 조명 엔진 이라고하는 것이 있습니다. 그러나 AC LED 조명 엔진은 무엇입니까? 일반적으로 엔진은 한 형태의 에너지를 다른 형태로 변환하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 모터 엔진은 연료에 의해 생성 된 열을 샤프트의 움직임으로 변환하는 데 사용됩니다. 마찬가지로 AC LED 조명 엔진은 전기 에너지를 빛의 루멘으로 변환 하는 데 사용됩니다.
AC LED 조명 엔진은 모든 전기 연결과 함께 LED 칩이 장착 된 기계식 설비 또는 회로 기판입니다. AC 소켓에 쉽게 고정 할 수있는 기성품 형태의 광원입니다. LED 전구가 다른 기존 램프를 직접 대체 할 수 있도록 도와줍니다.
이 AC LED의 개발에는 여러 단계가 있습니다. 표준 LED를 직렬로 연결하여 LED의 결합 된 순방향 전압과 최대 AC 입력 전압을 일치시키는 것으로 시작했습니다. 드라이버없이 LED를 켜는 것이 좋은 생각처럼 들리지만 성공하지 못했습니다. 이 설계에는 큰 단점이 있습니다. AC는 모든 사이클에 대해 양극에서 음극으로 극성을 변경하므로 모든 양극 사이클에서 LED가 순방향 바이어스 (켜짐)되지만 모든 음극 사이클에서 LED가 역 바이어스되어 꺼집니다.
1 세대 무인 LED
그렇다면 해결책은 무엇입니까? 이때 아래 이미지와 같이 LED의 각 부분을 역 병렬 쌍으로 교체 한 1 세대 무인 AC LED 조명 이 도입되었습니다.
위 이미지에서 LED는 역 병렬 방식으로 연결되어 있습니다. 모든 포지티브 사이클에서 쌍의 한 쪽은 순방향 바이어스이고 다른 쪽은 역방향 바이어스이지만 네거티브 사이클에서는 상태가 변경되고 다른 LED가 켜집니다. 여기서 전류는 단일 고전력 저항 R1에 의해 제한됩니다.
회로의 긍정적 인 측면은 효율성입니다. 효율성이 매우 높습니다. 회로를 통과하는 동상 전류 및 전압 파형은 높은 역률을 생성합니다. 그러나 위에서 언급 한 긍정적 인 측면에도 불구하고 1 세대 무인 LED 조명 엔진은 실패했습니다. 이는 플리커 지수가 좋지 않고 LED가 필요한 것보다 두 배나 많기 때문입니다. 사람의 눈으로 쉽게 감지 할 수있는 플래시 효과를 생성하고 사용 된 LED의 절반이 주어진 시간에 꺼져 있습니다.
2 세대 무인 LED
이러한 단점에서 2 세대 무인 AC LED 엔진이 개발되었습니다. 이번에 는 LED 수를 줄이는 것이 목표입니다. AC가 DC로 변환되는 경우에만 가능합니다. 따라서 브리지 정류 다이오드 는 2 세대 무인 AC LED 조명 엔진에 포함됩니다. 정류기 다이오드를 제외하고 회로의 모든 것은 변경되지 않습니다.
저항 R1이 LED 전류를 제어하기 전과 같습니다. 이제 각각의 네거티브 및 포지티브 사이클이 LED를 통과하여 두 사이클 동안 켜진 상태를 유지합니다.
3 세대 무인 LED
효율성 을 높이고 향상된 깜박임 지수 를 얻기 위해 3 세대 AC LED 엔진이 도입되었습니다. 스위칭 컨트롤러가 회로에 추가되어 전원 라인 전압이 LED 전압과 동일한 특정 레벨까지 LED를 개별적으로 제어 할 수 있습니다. 전류 제한 기능은 통합 스위칭 컨트롤러에서도 사용할 수 있으며 외부 구성 요소를 사용하여 재구성 할 수 있습니다. 이러한 회로는 거의 80 %의 효율과.30 ~ 0.35의 깜박임 지수를 제공 할 수 있습니다.
4 세대 무인 LED
4 세대 무인 AC LED 엔진에서는 컨트롤러가 제거되고 수동 부품이 사용되어 제조 비용을 보상합니다. 또한 높은 역률과 향상된 플리커 지수로 효율성이 우수합니다.
이 회로 는 용량 적으로 제한된 전류 펄스와 저항 적으로 제한된 전류 펄스 인 두 개의 독립적 인 전류 펄스로 작동합니다. 이러한 전류 펄스는 LED 스트링이 라인 전압의 절반주기 당 2 개의 전류 펄스를 얻는 방식으로 LED 스트링에 공급됩니다. 아래 이미지는 4 세대 저전력 무인 AC LED 조명 엔진 회로입니다.
위의 회로의 작동은 매우 흥미 롭습니다. 입력 AC의 첫 번째 반주기 동안 전류는 저항 R1을 통과하고 결국 커패시터 C1을 충전하고 두 번째 LED 스트링을 통해 브리지 정류기 다이오드로 다시 돌아가 커패시터 C2와 저항 R2를 충전합니다. 네거티브 피크 동안 커패시터 C4는 C1과 C2를 그에 따라 방전하고 두 번째 스트링에 전류를 푸시합니다. 따라서 각 사이클에서 LED 스트링을 켜는 데 필요한 전류가 저항을 통해 완전히 흐르지 않습니다. 총 전류의 거의 40 ~ 50 %가 저항을 통과하여 열 방출을 줄여 효율을 최대 90 %까지 높입니다.
LED의 입력 파형과 입력 AC 전압은 아래 이미지에서 볼 수 있습니다.
위의 그래프는 시간에 따른 입력 전압, 왼쪽 LED 스트링 전류 및 오른쪽 LED 스트링 전류의 세 가지 플롯을 보여줍니다. 230V 라인 전압에서 LED 스트링이 번갈아 켜집니다. 밀리 초 범위에서 매우 빠른 전환입니다.
무인 LED 조명 기술의 장점
1.이 무인 LED 조명은 제조가 더 쉽습니다. 비용이 절감되고 매우 낮은 유지 보수가 필요합니다.
2. 플리커 인덱스가 향상되어 높은 베이 조명에서 사용할 수 있습니다. 또한 사무실, 방, 교육 분야에서 무인 AC LED 조명을 사용하고 있습니다.
3. LED 드라이버를 제거하면 모양 변경 기능이 활성화됩니다. LED 제품은 다양한 모양과 크기로 만들 수 있습니다.
4. 쉽고 빠른 설치는 무인 AC LED 조명의 또 다른 큰 특징입니다.
무인 LED 조명 제조업체
무인 AC LED 조명은 오늘날 핫케익처럼 판매되고 있습니다. 제조업체마다 다른 종류의 무인 AC LED 기술을 생산하고 있습니다. 중국은 무인 AC LED 조명의 주요 공급 업체 중 하나입니다. 그러나 순방향 전압이 매우 높고 루멘이 높은 LED도 여러 회사에서 제조되고 있습니다. 높은 순방향 전압 LED는 무인 AC LED 시스템에서 적은 부품 수를 제공합니다. 이 부문에서 인기있는 무인 AC LED 제조업체 는 Cree, LUMILEDS, SAMSUNG, NMB Technologies, Opulent 등입니다.