Hot Tech - LED 조명 수명 연장 기술
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▲ 유원동 상무 (주)엘이디파워
기술개발 개요
최근 모든 건물의 조명은 수명이 길다는 장점을 가진 LED조명으로 설치되고 있다.
내부에 들어가는 대부분의 부품은 수명이 길어서 장시간 사용이 가능하지만, 전원을 공급하는 SMPS의 전해 캐패시터로 인해 전체적인 수명이 저하되는 문제점을 갖고 있다.
이 수명에 대한 문제를 조명 제조업체나 사용하는 담당자도 인식하고 있으며, 대규모의 에너지사업을 진행할 때는 정기적으로 SMPS를 교체하는 예산을 책정하여 관리하기도 한다.
(주)엘이디파워(이하 엘이디파워)에서는 기존 부품 중 수명에 영향을 주는 전원 공급장치 내 전해 캐패시터를 제거하여 LED PAKAGE 동등 이상의 수명을 구현할 수 있도록 개발하였다.
기존 조명의 문제점
LED조명의 수명은 제품발열로 인하여 약 50,000시간인 데에 반해 SMPS의 수명은 약 20,000시간도 되지 않는 경우가 많다.
미국 에너지국(DOE, Depart-ment of Energy)의 2012년도 보고서에 따르면 미국 내 판매되고 있는 LED 조명의 약 1/4 가량이 1,000 시간 이내에 고장이 난다는 문제점이 있으며, 이러한 고장은 주로 SMPS의 전해 캐패시터의 소손으로 발생된다.
그림 2와 같이 LED 조명을 구성하는 부품들이 장시간의 수명을 갖고 있는 반면 유독 전해 캐패시터만이 짧은 수명을 갖고 있다.
모든 부품이 50,000시간 이상을 사용할 수 있음에도 약 20,000시간 정도밖에 사용하지 못하는 문제점을 갖고 있으며, 전해 캐패시터는 외부적 환경에 따라서 수명에 영향을 받을 수 있다.
이를 개선해 LED조명의 궁극적 목적인 장시간 사용할 수 있는 제품을 개발하게 되었다.
기술의 상세 내용 및 파급 효과
전원 기술은 통상 AC 직결형, 비절연형, 절연형의 3가지로 크게 나뉜다.
엘이디파워에서 개발한 제품은 절연형 전원공급장치 내의 전해 캐패시터를 제거하는 기술로 대부분의 조명 생산 제품의 70% 비중을 차지한다.
또한 AC 직결형 및 비절연형은 경우는 1차와 2차가 구분되어 있지 않는 구조이므로, 안전장치가 반드시 필요한 문제와 용량이 작아 큰 용량의 제품에는 사용이 어려운 부분이 있다.
하지만 출력전류용량이 낮은 전해 캐패시터나 다른 수명 특성이 좋은 제품은 대체가 가능했다.
더불어 절연형 전원공급장치는 1, 2차 구조가 분리가 되어 있어 절연구조가 탁월한 반면에 전류용량이 높아 고용량(470㎌) 전해 캐패시터를 반드시 사용해 왔다.
또한, 각종 기술논문에서도 AC 직결형 및 비절연형의 전해 캐패시터에 대한 논문은 확인하였으나, 절연형의 경우는 논문을 찾을 수 없었다.
결국 비절연형의 경우처럼 C용량을 줄일 수 있다면 전해 캐패시터를 제거할 수 있다는 아이디어 창출하여 해당 기술을 개발하게 되었다.
엘이디파워는 수명에 문제가 되었던 전해 캐패시터를 제거한 전원공급장치를 개발함으로써 기존 조명의 고질적인 문제인 수명에 대한 부분을 개선해 LED Pakage 수명의 동등 이상 사용할 수 있도록 하였다.
엘이디파워가 개발한 기술은 국내 최초이며, 세계 최초로 해외 수출을 하기 위해서 PCT(Patent Cooperation Treat) 출원을 하였다.
전원공급장치의 수명 증대는 다음 세 가지에 중점을 두고 개발하였다.
먼저, 기존 제품의 전기적 특성과 동등 또는 성능에 향상된 전해 캐패시터가 제거된 전원공급장치의 개발을 목표로 하였다.
또한, 기존 제품과의 생산원가 차이가 5% 내외로 발생하도록 하여 경쟁력 있는 제품 판매가 가능하도록 했다.
마지막으로 고장 예상 수명의 증대를 목표로 개발하였다(SGS 시험원 64,420시간 수명 검증, 40W 실내조명 기준).
엘이디파워는 독자적으로 개발한 IC를 통하여 기존 전해 캐패시터가 수행하였던 기능을 구축했다.
기존 조명의 전해 캐패시터는 LED 입력 전압전류 리플 안정화, 2차측 전류정보를 1차측에 안정적으로 전달, LED 입력 전류를 일정하게 공급 등의 역할을 했다.
기존 2차측에서 안정화 및 전류정보를 처리했던 부분을 자체적으로 개발한 IC를 통해 출력이 고정되어 전해 캐패시터를 제거했다.
전기적, 광학적 특성 향상으로 고조파 함유율 저하, 광속유지율, 역율 등의 성능이 향상되었다.
즉, 전해 캐패시터를 제거하여 기대수명을 기존 조명 대비 약 3배 이상 사용할 수 있도록 개발하였다.
기존 전해 캐패시터는 LED 부하의 안정적인 전원을 공급하기 위해서 대용량의 전해 캐패시터를 사용한다.
엘이디파워가 개발한 기술은 1차측에서 안정적인 전력을 만들어 공급하여 기존 방식의 2차측의 신호를 받을 필요가 없어 전해 캐패시터를 제거하고도 전력과 광학적 특성의 향상을 확인할 수 있었다.
엘이디파워는 개발을 통해 수명에 문제를 갖고있었던 전해 캐패시터를 제거하여 사용 중간에 전원공급 장치를 교체하지 않아도 되므로, LCC(수명주기 비용) 원가보고서에 따르면 10년 동안 15% 이상의 비용절감의 효과를 보는 것으로 확인할 수 있었다.
현재까지 저가의 중국제품 외에 고가의 품질을 위주로 하는 제품이 많이 수입되고 있다.
유지보수와 광학적 특성을 고려하여 수입이 되고 있는데, 엘이디파워가 개발한 기술을 통해 수명연장 및 전력품질 향상이 실현되어 수입대체 효과를 기대해볼 수 있다.
조달청의 G-PASS기업(한국 정부조달 시장 납품을 통해 기술성과 신뢰성을 인정받고 해외시장에 대한 수출 경쟁력을 갖춘 기업으로, 조달청에서 해외조달 시장진출을 지원하는 기업) 사업을 통하여 해외판매 및 해외조달 시장 진출도 목표로 하고 있다.
대부분의 업체들이 하자보증 기간을 2~3년으로 계약하고 있지만, 엘이디파워는 수명연장 기술을 통하여 업계 최초로 하자보증 기간을 5년으로 계약하여 진행하고 있다.
정부가 탈원전 정책을 전면에 내놓은 가운데, 대체에너지에 대한 기대와 관심은 날이 갈수록 커져 가고 있다.
LED 조명은 녹색 에너지와 탈원전 정책에 수반하여 기존 조명을 대체하여 사용되고 있다.
엘이디파워는 LED 조명 전문업체로서 신재생 에너지 보급의 확대를 통한 지구 온난화의 주범인 온실가스를 줄이는 데 공헌하고 있다.
21세기 에너지 기후 변화시대, 경제와 환경의 조화를 요구하는 녹색 패러다임 변화의 물결 속에서 지속 가능한 경제성장을 실현하는 데 앞장설 것이다.
또한, 앞으로도 지속적인 기술개발을 통하여 LED 조명의 궁극적인 목적인 장수명, 고효율 제품을 개발하도록 노력할 것이다.