MCU를 이용한 형광등과 AC LED 조명 제어 보드 설계

Abstract

현재 다양한 조명들이 있으며 각각의 조명에는 그 특성에 적합한 구동 회로가 필요하다. 구동 회로에서 조광 범위 조정은 최근 생활수준의 향상으로 인해 일반 가정 및 사무실에 각 구성원 간의 시력 보호, 능률 향상, 실내 분위기 조성을 위하여 반드시 필요한 기능으로 부각되고 있다. 또한 에너지 절약을 위해 절전 기능을 강조함에 따라 필요한 곳에 필요한 밝기만 유지하는 역할이 더욱 중요해 지고 있다. 최근에는 MCU(Micro-Controller Unit)를 이용하여 회로 구성이 쉽고 보호 기능 구현 및 제어가 간편한 조명 제어가 도입되고 있다. 본 논문에서는 이러한 추세에 맞추어 기존의 형광등과 최근의 AC LED(Light Emitting Diode) 구동용 제어 보드를 MCU를 이용하여 조광 범위 조정이 가능하게 각각 구현 하였다. 형광등 안정기에는 소형·경량화, 고역률 및 절전 기능이 필요하다. 이를 위해 본 논문에서는 MCU를 이용하여 형광등 안정기를 제안하였다. 제안된 형광등 안정기는 PFC(Power Factor Correction)기능을 넣어 0.97의 역률을 나타낼 수 있었다. MCU를 이용하여 안정기를 구성할 경우 기존 아날로그 방식에 비해 회로 보호 기능의 추가가 용이하여 안정기의 안정성이 향상 되었다. 또한 주파수 가변을 통한 조광 범위 조절기능을 추가함으로써 에너지 절감이 가능하였다. AC LED는 차세대 조명등 램프로서 세계 최초로 국내 기업에서 개발 되었다. 그 구조는 서로 역방향으로 연결된 한 쌍의 다이오드가 다수 연결된 구조이다. 기존의 조명과 달리 AC LED는 친환경적이고 반영구적인 장점이 있다. AC LED의 조광기로서 기존의 위상 제어(phase control)방식을 이용한 형광등 전용 조광기의 사용이 고려되었으나 조광 범위가 AC LED와는 맞지 않고, 조광 시 많은 저주파 고조파를 발생시켜 고조파 규제 대응에 미흡한 것으로 판단되었다. 따라서 저주파 고조파를 발생 시키지 않는 AC LED에 적합한 친환경적인 AC LED 조광기 개발이 필요하고, 개발한 AC LED 조광기의 조광 범위도 사용자 편의성을 위해 0〜100 [%] 조정이 가능한 것이 필요하다. 또한 상용 전원에 직접 연결하여 사용되기 때문에 이로 인해 발생 되는 플리커(flicker) 문제를 개선하는 것도 필요하다. 플리커 문제는 전압 변동이 심한 나라에서는 심각하게 발생하는 것으로 사용자의 눈을 매우 피로하게 한다. 따라서 전압 변동에도 AC LED의 밝기를 유지해 주는 플리커 개선 기능이 AC LED 조광기에 포함되는 것이 반드시 필요하다. 이를 위해 본 논문에서는 사용자 편의성이 높은 AC LED 조광기를 제안하고 부가 기능으로 플리커 개선 기능을 추가하였다. AC LED 조광기는 PWM(pulse width modulation) 방식을 사용하여 기존 방식의 조광 범위가 좁은 문제를 해결하였고 저주파 고조파 발생도 없어 고조파 함유율이 작은 장점을 가지고 있다