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LED 조명의 주요 5가지 조광 방식
2024년 7월 12일
LED의 발광 원리는 기존 조명과 다릅니다. LED는 PN 접합을 통해 빛을 방출합니다. 동일한 전력을 사용하는 LED 광원이라도 사용하는 칩이 다르고 전류 및 전압 파라미터도 다릅니다. 따라서 내부 배선 구조와 회로 구성도 제조사마다 다르며, 이에 따라 디밍 드라이버에 대한 요구 사항도 달라집니다. 이러한 배경 지식을 바탕으로, 이제 LED 디밍 제어 방식 5가지에 대해 자세히 알아보겠습니다.
1. 1-10V 디밍: 1-10V 디밍 장치에는 두 개의 독립적인 회로가 있습니다. 하나는 조명 장비의 전원을 켜거나 끄는 데 사용되는 일반 전압 회로이고, 다른 하나는 조명 장비에 기준 전압을 제공하고 디밍 레벨을 알려주는 저전압 회로입니다. 0-10V 디밍 컨트롤러는 일반적으로 형광등의 디밍 제어에 사용되었습니다. 그러나 최근에는 LED 드라이버 모듈에 상시 전원 공급 장치가 추가되고 전용 제어 회로가 내장되어 있어 0-10V 디머로도 다양한 LED 조명을 제어할 수 있게 되었습니다. LED 조명하지만 적용상의 단점 또한 매우 분명합니다. 저전압 제어 신호는 추가적인 배선이 필요하므로 시공 요구 사항이 크게 증가합니다.
2. DMX512 디밍: DMX512 프로토콜은 USITT(미국 연극기술협회)에서 콘솔에서 디머를 제어하기 위한 표준 디지털 인터페이스로 처음 개발되었습니다. DMX512는 아날로그 시스템을 뛰어넘는 성능을 제공하지만, 아날로그 시스템을 완전히 대체할 수는 없습니다. DMX512는 단순성, 신뢰성(올바르게 설치 및 사용 시), 그리고 유연성 덕분에 예산이 허용하는 경우 최적의 프로토콜로 선택됩니다. 실제 적용 사례에서 DMX512 제어 방식은 일반적으로 전원 공급 장치와 컨트롤러를 함께 설계하는 것입니다. DMX512 컨트롤러는 8~24개의 라인을 제어하며 LED 램프의 RGB 라인을 직접 구동합니다. 그러나 건물 조명 프로젝트에서는 DC 라인의 전력 손실 문제로 인해 컨트롤러를 약 12미터 거리에 설치해야 하고, 제어 버스를 병렬 방식으로 구성해야 하는 경우가 많습니다. 따라서 컨트롤러 배선이 복잡해지고, 경우에 따라 설치가 불가능한 경우도 있습니다.
3. 트라이액 디밍: 트라이액 디밍은 백열등과 에너지 절약형 램프에 오랫동안 사용되어 왔으며, LED 디밍에도 가장 널리 사용되는 방식입니다. SCR 디밍은 물리적 디밍의 일종으로, AC 0상부터 입력 전압을 새로운 파형으로 분할합니다. SCR이 켜지기 전까지는 전압 입력이 없습니다. 작동 원리는 입력 전압 파형을 도통각을 통해 절단하여 접선 형태의 출력 전압 파형을 생성하는 것입니다. 접선 원리를 적용하면 출력 전압의 실효값을 낮출 수 있어 일반 부하(저항 부하)의 전력 소모를 줄일 수 있습니다. 트라이액 디머는 높은 조정 정확도, 고효율, 소형, 경량, 간편한 원격 제어 등의 장점을 가지고 있어 시장을 선도하고 있습니다.
4. PWM 디밍: 펄스 폭 변조(PWM) 기술은 인버터 회로 스위치의 온/오프 제어를 통해 아날로그 회로를 제어합니다. 펄스 폭 변조 기술의 출력 파형은 원하는 파형을 대체하는 동일한 크기의 펄스들의 연속입니다.
사인파를 예로 들면, 이러한 일련의 펄스의 등가 전압을 사인파로 만들고, 출력 펄스를 가능한 한 매끄럽고 저차 고조파가 적도록 만드는 것입니다. 필요에 따라 각 펄스의 폭을 조정하여 출력 전압이나 출력 주파수를 변경함으로써 아날로그 회로를 제어할 수 있습니다. 간단히 말하면, PWM은 아날로그 신호 레벨을 디지털 방식으로 인코딩하는 방법입니다.
고해상도 카운터를 사용하여 구형파의 점유율을 변조함으로써 특정 아날로그 신호의 레벨을 인코딩합니다. PWM 신호는 여전히 디지털 신호인데, 이는 주어진 순간에 DC 전원이 완전히 공급되거나 완전히 차단되기 때문입니다. 전압 또는 전류 소스는 시뮬레이션된 부하에 반복적인 온/오프 펄스 형태로 인가됩니다. 전원이 켜져 있을 때는 DC 전원 공급 장치가 부하에 연결되고, 꺼져 있을 때는 전원 공급 장치가 차단됩니다.
빛과 어둠의 주파수가 100Hz를 초과하면 사람의 눈은 LED의 깜빡임이 아닌 평균 밝기를 인식하게 됩니다. PWM(펄스 폭 변조)은 밝은 시간과 어두운 시간의 비율을 조절하여 밝기를 제어합니다. PWM 주기에서 100Hz 이상의 깜빡임 주파수로 인해 사람의 눈이 인지하는 밝기는 누적되는 과정이기 때문에 밝은 시간이 전체 주기에서 차지하는 비율이 커집니다. 이 비율이 클수록 사람의 눈에는 더 밝게 느껴집니다.
5. DALI 디밍: DALI 표준은 최대 64개의 유닛(각각 독립적으로 주소 지정 가능), 16개의 그룹 및 16개의 장면을 포함하는 DALI 네트워크를 정의합니다. DALI 버스에 연결된 다양한 조명 유닛은 장면 제어 및 관리를 위해 유연하게 그룹화할 수 있습니다. 실제 적용 사례에서 일반적인 DALI 컨트롤러는 최대 40~50개의 조명을 제어하며, 이 조명들은 16개의 그룹으로 나뉘어 일부 동작을 병렬로 처리할 수 있습니다. DALI 네트워크에서는 초당 30~40개의 제어 명령을 처리할 수 있습니다. 즉, 컨트롤러는 각 조명 그룹에 대해 초당 2개의 디밍 명령을 처리해야 합니다.