LED조명의 조광제어 구성 및 원리

LED조명의 조광제어 구성 및 원리

 

 

 

1. LED조명의 조광제어 구성 및 원리

1) 조광제어 시스템의 기본 구성

시스템은 크게 입력부(감지·제어 요청) → 중앙제어부(연산·신호 변환) → 출력부(드라이버·조명) 형태로 구성됩니다.

구분	주요 구성 요소	역할 및 설명
입력부 (Input)	스위치 / 터치패드	사용자가 직접 밝기나 씬(Scene)을 조절하는 인터페이스
	조도 센서 (Daylight Sensor)	외부 자연광 유입량을 감지하여 실내 밝기를 자동 보정
	인체감지 센서 (PIR/MW)	재실 여부를 감지하여 점등/소등 또는 Dimming 수준 전환
제어부 (Control)	조광 제어기 (Controller)	입력 신호를 받아 프로토콜에 맞게 변환 및 출력 제어
	게이트웨이 / 메인 서버	빌딩제어(BMS) 연동, 스케줄링, 통신 네트워크 관리
출력부 (Output)	디밍 안정기 / LED 드라이버	제어 신호에 따라 LED로 공급되는 전력/전압/전류 제어
	LED 등기구	제어된 전력에 따라 최종 광량을 방출하는 부하

 

2) 조광제어의 주요 제어 원리

LED 조광은 입력 전원이나 제어 신호를 다루는 방식에 따라 여러 방식으로 나뉩니다.

① 위상 제어 방식 (Phase Cut Control)

교류(AC) 전원의 위상각 일부를 컷오프하여 등기구로 전달되는 유효 전력을 줄이는 방식입니다.

• 위상제어(Leading Edge / Triac): AC 파형의 앞부분을 차단합니다. 전통적인 백열등/유도성 부하에 주로 쓰입니다.
• 후상제어(Trailing Edge / FET): AC 파형의 뒷부분을 차단합니다. LED 및 전자식 안정기 제어 시 소음과 서지 전압이 적어 안정적입니다.

② PWM 방식 (Pulse Width Modulation)

직류(DC) 전원의 스위칭 주기를 고속(수백 Hz~수 kHz)으로 ON/OFF하여 점등 시간의 비율(Duty Cycle)을 조절하는 방식입니다.

• 원리: 전류의 크기는 일정하게 유지하되, 켜져 있는 시간의 비율에 따라 눈이 느끼는 평균 밝기가 달라집니다.
• 특징: 색온도 변화가 적고 조광 범위가 넓으나, 주파수가 낮을 경우 플리커(Flicker) 현상이 발생할 수 있습니다.

③ CCR 방식 (Continuous Current Reduction / Analog 0-10V)

LED로 흐르는 직류 전류의 크기(A) 자체를 직접 조절하는 아날로그 제어 방식입니다.

• 원리: 제어선에서 0~10V(또는 1~10V) 아날로그 신호를 받아, 10V일 때 최대 전류(100%), 1V일 때 최소 전류(10%)를 공급합니다.
• 특징: 회로가 단순하고 플리커 위험이 없으나, 저전류 구간에서 LED의 색온도 변화나 광량 불균일이 나타날 수 있습니다.

 

3) 통신 프로토콜에 따른 분류

프로토콜	통신 방식	특징 및 용도
0-10V / 1-10V	아날로그 (1대1 방식)	배선이 단순하고 가격이 저렴하나, 등기구 개별 주소 지정이 불가
DALI (Digital Addressable Lighting Interface)	양방향 디지털 (개별 주소 부여)	등기구별 개별 제어 및 상태 피드백 가능, 스마트 빌딩 표준
DMX512	고속 디지털 (초당 44회 업데이트)	무대 조명, 경관 조명, RGBW 연출 등 빠른 응답속도가 필요한 곳에 사용
Zigbee / Bluetooth Mesh	무선 통신	배선 공사 부담이 없어 리모델링 및 스마트홈 환경에 유리

 

 

2.조광제어방식

1)독립장치 제어방식

< Fig01. 독립장치 제어방식 >

 

• 조명 기구별로 조광제어장치를 부착하고 외부제어장치의 도움 없이 독립적으로 조광제어를 수행하는 방식
• 각각 독립적으로 동작하는 LED센서 등을 사용하여 건물 복도에 설치된 LED조광시스템
• 각각의 LED 조명기구는 부착된센서의 신호에 따라 독립적으로 동작
• 따라서 보행자의 움직임에 따라 순차적으로 조명이 켜짐

 

2)구역조광 제어방식

< Fig02. 구역조광 제어방식 >

 

• 구역 조광 관리기 또는 지역 조광 관리기를 기반으로 다수LED조명기기를 연동하여 조명을 제어하는 방식
• 조명기기들 간의 연속적인 동작에 대한 제어가 필요한 경우 적용
• 연결된 다수의LED조명모듈을 순차적으로 동작시키기 위한 제어 정보를 유지하는Scene데이터베이스를 조광관리기에 내장하고 센서 데이터를 기반으로 조명을 제어

 

3)중앙조광 제어방식

< Fig03. 중앙조광 제어방식 >

 

• 조광관리기를 계층적으로 구성한 방식
• 이러한 대규모 응용에서는 조광관리기를 구역, 지역, 중앙 조광 관리기로 계층적으로 구분하여 구축
• 중앙집중 제어방식의 장점은 조광시스템의 전반적인 동작 상황을 한 곳에서 관리 및 모니터링할 수 있다는 것
• 구역 조광관리기(ZDM)은 가장 작은 범위에서 센서를 사용하여 동체의 움직임을 관리
• 지역 조광관리기(LDM)은 중규모의 범위를 관리하는 조광관리기
• 중앙 조광관리기(CDM)는 조광시스템 전체를 관리하기위한 용도

 

 

3. LED조명의 특징

1)LED조명의 장점

• 저전력소비
• LED조명은 기존 광원에 비해 전력효율이 매우 좋고 저전력으로 동작이 가능
• 소비전력이 일반 형광등의1/2이하 수준으로 알려져 있는데 네온등이나 형광등이 40%정도의 조명 효율을 가지는 것에 비해 LED조명은 80%이상의 조명효율을 제공
• 수명이 길다광원의 수명이 기존 조명장치에 비해 5배 이상 길다. 현재는 5만 시간 이상의 수명을 제공
• 빛의 지향성이 매우 높음
• 광원의 모든방향으로 빛이 산란되는 기존 광원에 비해 빛의 지향성이 높음
• 우수한 지향성은 특히 의료기기나 시험기기를 위한 조명장치로 적합
• 내구성이 좋음
• LED칩은 일반적으로 에폭시 플라스틱 수지로 포장되기 때문에 형광등과 같은 유리를 사용한 기기보다 내구성이 훨씬 뛰어남
• 조명기기에 대한 유지보수 비용을 줄일수 있음
• 환경 친화적기존의 형광등 또는 네온등은 수은과 납 성분이 포함된 반면 LED는 이러한 성분이 없고 또한 동작중에 CO2와 같은 가스 및 자외선 또는 유해전자파를 배출하지 않음
• 광색이 뚜렷하고 색 재현성이 우수RGB LED조합에 따른 색온도 및 연색성의 동적인 제어가 가능함
• 소형화 및 경량화
• 광원 및 전체 조명시스템의 소형화, 경향화, 박형화가 가능
• 반도체를 사용하므로 광원의 크기가 매우 작고 따라서 작은 공간에도 조명기기및 제어장치를 설치할 수 있음
• 점소등이 빠르다
• 점등과 소등 동작이 수 나노초에 이루어 지므로 기존의 조명기기에 비해 매우 빠른 동작이 가능
• 고속의 반복 동작 및 펄스동작이 가능
• 자외선 파장대 방출이 없다
• LED조명의 경우, 자외선을 방출하지 않기 때문에 조명장치가 벌레를 꾀지 않음
• 일반적인 상용LED조명장치는 벌레들이 좋아하는 파장대인 400~320[]에 해당하는 자외선을 거의 배출하지 않는다.
• 조명기구의 발열량이 적다
• 조명기구 전체적으로 발열량이 적음
• 기존의 조명장치에 비해 인가되는 전력의 많은 부분이 빛으로 방출되기 때문에 기기에서 발생하는 열이 적음

 

2)LED 조명의 단점

• 가격이 비싸다조명용LED칩 기존 조명 소자에 비해 가격이 비싸다
• 주변 부속품이 고가LED조명기기를 구성하는 주요 부품중에서 특히 방열시스템을 비롯한 주변 부품의 값이 고가
• 단색 파장의 빛을 발산
• LED는 단색 파장의 빛을 발산하는 소자를 사용하기 때문에 다양한 스펙트럼의 빛을 발생하지 않음
• 따라서 물체의 색감을 드러나게 하는 연색성이 좋지 않고 비교적 차가운 느낌을 주는 경향
• 빛의 확산이 어렵다
• LED조명은 빛이 확산되지 않음LED의 경우 광원에서 방출된 빛은 일정한 방향으로만 진행하는 속성 따라서 방출된 빛을 산란시켜 줄 부가적인 반사장치들이 필요