[ LED 동작 및 구동 개론 ] 일반 조명의 원리와 구조

■ 백열전구, 할로겐 램프의 원리와 구동
■ 플라즈마 이용 조명의 원리와 구동

 

 

 

 

 

▶ 백열전구, 할로겐 램프의 원리와 구동

 

 

   ▷ 일반 조명의 종류

 

   열저항  :  백열전구, 할로겐 램프

   저온 플라즈마  :  형광램프

   고온 플라즈마  :  HID 램프

    LED  :  LED 램프

 

  

 

   ▷ 백열 전구의 구조와 구동

   

   1802년 부터 22명의 발명가들이 백열전구의 구조 개발 및 특허를 신청

 

   1892년 General Electric 회사가 세워지게 되어 백열등의 대규모 상용화 시대가 열림

 

   백열등은 전기선에 많은 전류를 통과시킬 때 발생하는 열로 인해 발광하고

   전기선의 공기 노출을 막기 위해 유리로 진공을 유지한다

 

   가정집이나 일반 건물로 공급되는 교류전기를 ( 한국의 경우 240 Vac ) 그대로 사용하도록

   필라멘트의 굵기와 길이가 만들어진

 

 

 

   ▷ LED 백열전구의 Dimming 구동 방안

< TRIAC Dimmer 에서 나오는 전압 파형 >

   

   이미 백열전구가 설치된 공간에는 기존의 백열전구 Dimming 장치가 설치가 되어 있다

 

   백열전구의 Dimming 은 대부분 TRIAC Dimmer를 사용하고 있으므로, 기존의 TRIAC Dimmer에

   LED 백열전구의 구동이 호환되도록 만들어야 한다

 

   TRIAC Dimmer에서 나오는 전압의 파형을 이해하고 이러한 파형이 LED 백열등에서

   Dimmer 제어가 되도록 하는 것이 중요하다

 

 

   ▷ 할로겐 램프

 

   백열등은 텅스텐 전극을 전기 가열하여 빛을 내는 구조이다 

 

   하지만 높은 온도로 가열하게 되면 얇은 텅스텐 필라멘트가 타버리고

   수명도 짧고 100[Watt] 이상의 출력을 내기가 어렵다

 

   이러한 단점을 보완해서 나온 것이 할로겐 램프이다

< 할로겐 램프의 원리 >

   

   할로겐 햄프의 장점은 오랜 시간 사용이 가능하고 높은 온도에서도 사용 가능하다

 

 

 

 

 

▶ 플라즈마 이용 조명의 원리와 구동

 

   ▷ 플라즈마 이용 조명

< 플라즈마의 원리 >

   

   저온 플라즈마는 대기압의 약 1만분의 1 정도되는 아주 낮은 압력에서 발생이 되는데,

   가스원자 상호 간의 거리가 먼 상태에서 발생하기 때문에 플라즈마 반응 시 온도가 낮음

 

   고온 플라즈마는 대기압의 십 분의 1 정도의 압력에서 발생하고, 가스원자 상호 간의

   거리가 좁은 상태에서 발생하기 때문에 플라즈마 반응 시 고온의 열이 발생한다

   - 전기 공급 차단 시 곧바로 상호 간의 치고받는 힘이 약하게 되어 플라즈마 상태는 사라진다

 

 

   ▷ 플라즈마 전원 장치

 

   플라즈마 전원 장치의 특징은 Ignition과 Maintain이다

 

   가스원자 밖으로 자유롭게 된 전자는 전지장에 의해 다른 가스원자와 충돌하는데

   충돌로 의해 발생된 자유전자는 또 다른 가스원자와 충돌하여 많은 양의 플라즈마가 발생한다

   이때, Ignition 을 위한 전기장보다 훨씬 낮은 전기장을 공급해 Maintain Stage로 플라즈마가 작동

 

   이러한 기하급수적 플라즈마 팽창을 Plasma Cascade라고 부른다

 

 

 

   ▷ 형광 램프

 

   형광등은 Glow Discharge 라는 낮은 온도의 플라즈마에 의해 작동된다

 

   형광등 양쪽 끝 단에 위치한 전극에 의해 UV 플라즈마를 발생시킨다

   형광등 내부 벽면에는 UV에 의해 빛을 내는 형광물질이 코딩이 되어 있는데

   형광등 튜브 전체적으로 Uniform 한 빛을 내게 된다

 

   60년대 초기에는 Starter를 이용해 플라즈마를 발생시키고, 이후 안전기로 플라즈마를 유

      

 

   현재는 자기식 안정기, 전자식 안정기 사용

  

   자기식 안정기,

   Transformer 를 이용하여 플라즈마를 생성시키는 필라멘트가 가열되어 플라즈마를 생성

   플라즈마 생성 시 자동으로 Transformer 의 전원을 차단하여 필라멘트를 식혀 더 이상의

   플라즈마를 생성 되지 않게 하고 유지만 시키는 방식이다

 

   전자식 안정기,

   Transistor 를 이용하여 높은 주파수로 약 1[kV] 이상의 전압이 초기에 아주 짧게 걸리게 한다

   대부분의 형광등에서 사용되며, 필라멘트가 Heating 되는 것이 아닌 Cold Cathode 를 사용한다

 

 

 

   ▷ 플라즈마 Arc 램프

   

   가로등 같은 고출력의 램프는 주로 플라즈마 Arc 원리를 이용한 램프를 사용한다

 

   형광램프와 같이 Ignition과 Maintain 두 가지의 원리를 이용한다

 

   메탈램프를 켜면 천천히 조도가 올라감 → 플라즈마를 정상적으로 발생 시킬 때까지 안정화되는 시간