KR101643571B1 - 과전압, 과전류, 써지 및 전원 공급 보호 기능을 갖는 선박 엘이디 조명 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 선박의 불안정한 전력으로 인해 발생되는 과전압, 과전류, 써지(Surge)로부터의 엘이디 및 전원공급이 보호되면서, 장시간 항해에 따라 발생될 수 있는 온도변화, 풍량 등으로 인한 진동, 방수, 염분 등에 견딜 수 있고, 고조파함유율(THD)를 낮추어 조명이 안정적으로 동작될 수 있는 36W급 선박 엘이디 조명에 관한 것이다.
본 발명의 선박 엘이디 조명은, 적어도 한개 이상의 엘이디 모듈, 방열판, 확산커버, 글로브, 반사판, 전원회로, 반사판 체결 브라켓 및 고정 브라켓을 포함하되, 상기 전원회로는, 입력되는 교류전원에 병렬로 구성되어 전원으로부터 인가되는 순간 과전압 또는 써지 전류 중에서 순간 과전압 또는 써지 전류를 감쇄하는 회로 및 과전류를 감지하여 정격전류로 조절 또는 제한하는 회로를 포함한다.

Description

과전압, 과전류, 써지 및 전원 공급 보호 기능을 갖는 선박 엘이디 조명{LED lamp for ships}

본 발명은 선박 엘이디(LED) 조명에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박의 불안정한 전력으로 인해 발생되는 과전압, 과전류, 써지(Surge)로부터의 엘이디 및 전원공급이 보호되면서, 장시간 항해에 따라 발생될 수 있는 온도변화, 풍량 등으로 인한 진동, 방수, 염분 등에 견딜 수 있고, 고조파함유율(THD)를 낮추어 조명이 안정적으로 동작될 수 있는 선박 엘이디 조명에 관한 것이다.

일반적으로 선박의 거주구역 혹은 기관실, 갑판 구역 등의 천장 또는 벽면에는 선내를 조명할 수 있는 조명등이 설치되어 있다. 그러나 선박용 일반조명으로 사용되던 백열전구는 기관실 진동 탓에 가느다란 필라멘트가 쉽게 파괴됐다. 내진성 백열전구를 도입하기도 했지만 장거리 항해 후엔 다수의 조명을 새것으로 교체하여 유지보수 비용이 많이 들었다. 특히, 형광등의 경우 전력소비량이 많아 길게는 수 십일 씩 운항하는 무역선에서 사용하기 불리하다.

한편, 21세기 들어 LED 조명의 개발과 보급이 확산되고 활성화되면서 선박용 LED 조명에 대한 관심 또한 높아져 왔는데, 종래의 선박용 등기구는 기존 등기구의 모양을 그대로 모방하고 광원만 LED로 바꾼 제품들이 대부분이며, 이는 선박용이라는 특수상황을 감안하지 않은 불완전한 제품으로 각종 해상용 형식승인을 획득할 수 없어 실제 적용이 불가능한 문제점이 있었다.

특히, 선박용 LED 조명과 같이 해양에서 사용하는 등기구는 선박의 진동과 파도의 영향 등으로 조명의 중량이 가벼워야 하기 때문에 LED 칩이 집적되는 만큼, 육상의 등기구와 같은 방열량을 확보하기 위해 기존의 방열구조와 차별화되는 독자적인 방열설계가 필요하다.

본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 선박의 불안정한 전력으로 인해 발생되는 과전압, 과전류, 써지(Surge)로부터의 엘이디 및 전원공급이 보호되면서, 장시간 항해에 따라 발생될 수 있는 온도변화, 풍량 등으로 인한 진동, 방수, 염분 등에 견딜 수 있고, 고조파함유율(THD)를 낮추어 조명이 안정적으로 동작될 수 있는 36W급 선박 엘이디 조명을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명의 선박 엘이디 조명은, 일측이 개방되어 내측에 수용부를 형성하는 하우징, 상기 하우징의 타측 배면에 위치하고, 외부전원과 접속되기 위한 전원소켓의 중공이 적어도 한개 이상 형성되며, 양끝단이 수직으로 연장되어 볼트에 의해 상기 하우징과 결합되는 고정 브라켓, 구동전원을 공급하는 전원회로, 엘이디 모듈, 다수개의 통공이 형성되며, 일측에 위치한 상기 엘이디 모듈에 구비된 단자가 상기 통공을 통해 타측에 위치한 상기 전원회로에 구비된 단자와 전기적으로 연결됨으로서 상기 전원회로 및 상기 엘이디 모듈을 고정시키는 엘이디 방열판 및 상기 하우징의 일측에 결합되며, 상기 엘이디 모듈에서 발광되는 빛을 외부로 확산시켜 방출하는 확산커버를 포함하되, 상기 전원회로는, 입력되는 교류전원에 병렬로 구성되어 상기 교류전원으로부터 인가되는 순간 과전압과 써지전류를 감쇄하는 회로 및 과전류를 감지하여 정격전류로 조절 또는 제한하는 회로가 포함될 수 있다.

상기 하우징에는, 측면 테두리를 따라 복수개의 결합홈이 형성되고, 상기 확산커버에는, 측면 테두리를 따라 상기 결합홈에 끼움 결합되기 위한 복수개의 결합턱이 구비될 수 있다.

상기 하우징 및 확산커버의 결합부위에는, 링형상의 가스켓을 추가로 더 구비할 수 있다.

상기 고정 브라켓은, 상기 외부전원과 접속되기 위한 전원소켓의 중공이 형성되고, 양끝단이 상기 하우징 측으로 수직 연장되며, 상기 수직 연장된 부위에는 관통홀이 형성된 본체 플레이트, 상기 본체 플레이트를 상기 하우징 양측에 각각 고정 결합시키기 위한 슬라이드 핸들, 사이드 플레이트, 스프링 및 볼트를 포함할 수 있다.

상기 고정 브라켓은, 상기 스프링과 결합된 볼트가 상기 하우징 내부에서 상기 하우징, 상기 본체 플레이트, 상기 사이드 플레이트를 관통하여 상기 슬라이드 핸들과 결합될 수 있다.

상기 고정 브라켓은, 선박의 천정 등에 매달 수 있도록 고정시키는 마운틴 브라켓을 추가로 더 포함할 수 있다.

상기 고정 브라켓은, 상기 스프링과 결합된 볼트가 상기 하우징 내부에서 상기 하우징, 상기 본체 플레이트, 상기 마운틴 브라켓 및 상기 사이드 플레이트를 관통하여 상기 슬라이드 핸들과 결합될 수 있다.

상기 고정 브라켓은, 상기 마운틴 브라켓이 상기 하우징 양측에 나사 결합될 수 있다.

상기 전원회로는, 상용전원을 통해 입력되는 교류전원을 전원공급장치에 전달하는 교류 안정화 모듈, 상기 교류 안정화 모듈로부터 전달되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 전원공급장치 및 상기 전원공급장치로부터 출력되는 구동전원을 상기 엘이디 모듈에 공급하는 직류 안정화 모듈을 포함할 수 있다.

상기 교류 안정화 모듈은, 과전압 및 써지를 감쇄하는 전류 제한부, 입력되는 교류전원의 전류를 감지하는 전류 감지부 및 상기 전류 감지부로부터의 감지 신호에 따라 교류전원의 전류를 제어하여 상기 전원공급장치로 출력하는 전류 제어부를 포함할 수 있다.

상기 전류 제한부는, 입력되는 교류전원에 병렬로 구성되어 전원으로부터 인가되는 순간 과전압 또는 써지 전류 중에서 초기 순간 과전압 또는 써지 전류를 감쇄하는 써지흡수기, 상기 써지흡수기의 후방에 구성되어 입력되는 교류전원에 병렬로 구성되며, 전원으로부터 인가되는 순간 과전압 또는 써지 전류 중에서 후기 순간 과전압 또는 써지전류를 흡수하는 바리스터 및 입력되는 교류전원의 노이즈를 제거하는 라인필터를 포함할 수 있다.

상기 전류 제한부는, 입력되는 교류전원(AC_L, AC_N)에 병렬로 구성되는 3개의 써지흡수기(Ab1~Ab3)와, 각각의 써지흡수기의 후방에 구성되고 입력되는 교류전원에 병렬로 적어도 한개 이상 구성되는 바리스터(MOV1~MOV10) 및 노이즈를 제거하는 한개의 라인필터(Line Filter)를 포함하는 10KV/5KA급 회로일 수 있다.

상기 전류 제한부는, 입력되는 교류전원(AC_L, AC_N)에 병렬로 적어도 한개 이상 구성되는 바리스터(MOV1~MOV18) 및 노이즈를 제거하는 두개의 라인필터(Line Filter)를 포함하는 15KV/7.5KA급 회로일 수 있다.

상기 전류 제어부는, 병렬로 구성된 적어도 두개 이상의 콘덴서(커패시터)로 구성될 수 있다.

상기 전원공급장치는, 플라이백 컨버터(Flyback converter)로 설계되며, 원스테이지 역률보정 회로(one-stage PFC) 및 LC 직렬 공진필터를 포함할 수 있다.

상기 직류 안정화 모듈은, 복수의 구동전원 라인들과 연결되는 출력단들 각각에 대응되게 형성되어 상기 구동전원 라인들의 연결상태를 감지하는 구동전원 감지부 및 상기 구동전원 감지부로부터 전송되는 감지신호에 따라 상기 엘이디 모듈로 구동전원 출력 여부를 제어하는 구동전원 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 선박 엘이디 조명은, 엘이디 모듈이 고정된 방열판이 하우징에 안착된 상태로 결합되고, 확산커버가 하우징과 맞물리는 형태로 밀착하여 결합되며, 상기 확산커버와 하우징의 결합부위에 가스켓이 구비됨으로써 풍량 등으로 인한 진동에 강하고, 방수, 염분 등에 견딜 수 있게 된다. 또한, 조립오차 없이 쉽고 빠르게 결합할 수 있으며, 원터치형 엘이디 조명 교체방식으로 유지보수가 간편하다.

더불어, 상용전원으로부터 입력되는 교류전원을 정류하고 노이즈를 제거하며, 낙뢰, 번개 등의 자연현상에 의한 써지와, 외부전기 작업이나 불안정한 전력공급 등의 원인에 의한 과전압 및 과전류 등으로부터 전원회로를 안정적으로 보호하고 정격수명을 유지시킬 수 있게 된다.

더욱이, 고조파함유율(THD)을 매우 낮추어 전원회로 및 엘이디 조명의 안정성을 향상시켰으며, 무효전력의 소비를 최소화한 PFC 회로와 PWM 회로설계로 전력손실을 방지하고, 정전, 전원의 불안정 또는 기타의 원인으로 인하여 발생되는 역전압, 역전류를 방지한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박 엘이디 조명의 외부 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선박 엘이디 조명의 분해도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고정 브라켓의 분해도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 선박 엘이디 조명의 전원회로에 대한 내부 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 교류 안정화 모듈의 내부 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 10KV/5KA급 과전압, 과전류 및 써지 보호 모듈의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 15KV/7.5KA급 과전압, 과전류 및 써지 보호 모듈의 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 36W급 전원공급장치(SMPS)의 회로도이다.
도 9는 도 4에 도시된 직류 안정화 모듈의 내부 구성도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 36W급 선박 엘이디 조명에 대한 시험을 한국조명연구원에 의뢰하여 실시한 후의 결과를 나타낸 도표이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박 엘이디 조명의 외부 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선박 엘이디 조명의 분해도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고정 브라켓의 분해도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 선박 엘이디 조명은 엘이디 조명을 선박의 천정 등에 매달 수 있도록 고정하는 고정 브라켓(100), 다수의 부품이 수용되는 공간을 형성하는 하우징(200), 전원회로(미도시), 엘이디 방열판(400), 엘이디 모듈(500), 상기 하우징(200)의 상측에 결합되는 확산커버(600) 및 상기 하우징(200)과 확산커버(600)의 결합부위의 기밀을 유지하기 위한 가스켓(300)을 포함하여 구성된다.

먼저, 본 발명의 고정 브라켓(100)은 선박 엘이디 조명을 지지하는 본체 플레이트(110), 선박의 천정 등에 매달 수 있도록 고정시키는 마운틴 브라켓(120), 상기 본체 플레이트(110)를 상기 하우징(200) 양측에 각각 고정 결합시키기 위한 슬라이드 핸들(130), 사이드 플레이트(140), 스프링(150), 볼트(160)를 포함한다.

상기 본체 플레이트(110)는 외부전원과 접속되기 위한 전원소켓의 중공(112)이 형성되고, 양끝단이 하우징(200) 측으로 수직 연장되며, 상기 수직 연장된 부위에는 관통홀(미도시)이 형성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 본체 플레이트(110)는 상기 본체 플레이트(110)의 수직 연장된 부위의 외측으로는 슬라이드 핸들(130)과 사이드 플레이트(140)가 구비되고, 스프링(150)과 결합된 볼트(160)가 하우징(200) 내부에서 상기 하우징(200), 본체 플레이트(110), 사이드 플레이트(140)를 관통하여 슬라이드 핸들(130)과 결합되는 구조를 갖는다.

또한, 상기 사이드 플레이트(140)와 상기 본체 플레이트(110) 사이에 마운틴 브라켓(120)이 삽입되어 상기 볼트(160)에 의해 하우징(200) 내부에서 상기 하우징(200), 본체 블레이트(110), 마운틴 브라켓(120), 사이드 플레이트(140)를 관통하여 슬라이드 핸들(130)과 결합될 수도 있으며, 마운틴 브라켓(120) 만이 하우징의 양측에 나사결합될 수도 있다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 고정 브라켓(100)은 본체 플레이트(110) 및 마운틴 브라켓(120)이 하우징(200)의 양측으로 용이하게 착탈 결합하는 구조를 가짐으로써, 선박에 설치가 용이하며, 풍량 등으로 인한 진동에도 강한 장점이 있다.

하우징(200)은 일측이 개방되어 있으며, 타측 중앙에는 외부전원과 접속되기 위한 전원소켓의 중공(210)이 형성된다. 또한, 하우징(200)은 상기 확산커버(600)와 체결되기 위해 측면을 따라 복수개의 결합홈(미도시)이 형성된다. 상기 하우징(200)은 직육면체 형상으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 아니하며 필요에 따라 다양한 형상으로 구현될 수도 있다.

전원회로는 외부에서 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 엘이디 모듈(500)에 공급한다. 특히, 본 발명의 전원회로는 입력되는 교류전원에 병렬로 구성되어 전원으로부터 인가되는 순간 과전압 또는 써지전류를 감쇄하는 회로 및 과전류를 감지하여 정격전류로 조절 또는 제한하는 회로가 포함되어 과전압, 과전류, 써지 및 전원 공급 보호 기능을 갖는다.

엘이디 모듈(500)은 상기 엘이디 방열판(400)에 체결되어 빛을 발생시키는 것으로, 기판의 상면에 복수개의 엘이디가 부착되어 독립적인 단위모듈의 형태로 설계될 수 있다.

엘이디 방열판(400)은 상기 하우징(200)의 상단과 대응되는 크기로 형성되며, 적어도 한개 이상의 통공(410)이 형성되어 상기 통공(410)을 통해 엘이디 모듈(500)이 엘이디 방열판(400)을 관통하여 전원회로와 연결된다. 즉, 엘이디 모듈(500)이 엘이디 방열판(400)의 상부에 위치하고, 전원회로가 엘이디 방열판(400)의 하부에 위치하며, 상기 통공(410)을 통해 상기 엘이디 모듈(500)에 구비된 단자가 엘이디 방열판(400)을 관통하여 하부에 위치한 상기 전원회로에 구비된 단자와 전기적으로 연결됨으로써 상기 전원회로 및 엘이디 모듈(500)은 엘이디 방열판(400)에 고정된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 선박용 엘이디 조명은 전원회로가 조명 내에 구비되고, 전원회로에 구비된 단자와 상기 엘이디 모듈(500)에 구비된 단자를 연결하는 것에 의해 복수의 전원회로와 엘이디 모듈(500)을 전기적으로 연결할 수 있기 때문에 배선구조를 현저하게 간소화 할 수 있으며, 엘이디 모듈(500) 및 전원회로가 엘이디 방열판(400)에 고정됨으로써 풍량 등으로 인한 진동에도 강한 장점이 있다.

엘이디 방열판(400)은 본체의 외둘레를 따라 일정간격으로 끼움홈(420)이 형성되어 상기 하우징(200)의 내부에 형성된 각각의 끼움턱(미도시)에 의해 하우징(200)과 고정 결합된다. 상기 엘이디 방열판(400)의 재질은 열전도가 우수한 특수 알루미늄 합금 소재가 바람직하다.

확산커버(600)는 상기 하우징(200) 내부가 외부와 밀폐되도록 상기 하우징(200)과 결합되며, 엘이디 모듈(500)에서 발광되는 빛을 외부로 확산시켜 방출한다. 따라서 엘이디 모듈(500)의 전면부로 방사된 빛은 확산커버(600)에 의해 빛이 균일해지게 되어 안정된 면발광을 하게 되므로 점발광에서 오는 눈부심 현상이 줄어들게 된다. 이러한 확산커버(600)는 투명 또는 반투명의 합성수지로서, 폴리카보네이트(PC)가 바람직하다.

또한, 상기 확산커버(600)는 상기 하우징(200)에 끼움 결합되기 위해 측면을 따라 복수개의 결합턱(610)이 구비되어 상기 하우징(200)의 결합홈(미도시)에 끼움 결합된다. 이때, 결합턱(610)은 기 설정된 간격으로 구비됨으로써, 결합홈과 결합턱의 접촉면의 밀착압력이 균일하게 발생되도록 하여 방수효율을 향상시킬 수 있다.

더불어 확산커버(600)와 하우징(200)의 결합부위에는 선박 내의 습기나 바닷물로부터 방수효율을 더욱 높이기 위하여 내부로 물이 유입되지 않도록 가스켓(300)이 구비된다.

이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 선박 엘이디 조명의 조립방법에 대하여 설명한다.

먼저, 엘이디 방열판(400)의 통공(410)에 엘이디 모듈(500)의 연결단자를 끼워 상기 엘이디 방열판(400)의 타측에 위치하는 전원회로와 연결한다. 이어서, 엘이디 방열판(400)을 하우징(200)에 안착시켜 끼움 결합하고, 확산커버(600)와 하우징(200)을 끼움 결합함으로써 조립하여 완성한다.

따라서, 엘이디 방열판(400)이 하우징(200)에 안착된 상태로 끼움 결합되며, 확산커버(600)가 하우징(200)과 맞물리는 형태로 완벽하게 밀착하여 결합됨으로써, 풍량등으로 인한 진동에 강하고, 방수, 염분 등에 견딜 수 있게 된다. 또한, 조립오차 없이 쉽고 빠르게 결합할 수 있어, 유지보수가 간편하다.

이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 선박 엘이디 조명의 전원회로에 대하여 설명한다.

본 발명의 선박 엘이디 조명에 사용되는 36W급 전원회로를 개발하기 위해서는 LED 구동 전압에 맞는 출력 전압 및 전류를 제어하고, 외부에서 발생되는 이상 동작 및 이상 전압전류가 발생할 경우 전원회로를 보호할 수 있는 10KV/5KA급 보호회로 또는 15KV/7.5KA급 보호 회로가 구성되어야 한다.

이를 위해, 본 발명은 36W급 전원공급장치 회로에 높은 효율을 구현하고자 원-스테이지(One-stage) 방식을 적용하였고, 회로의 크기를 작게 하기 위하여 플라이백(Flyback) 방식을 이용하여 설계하였다. 또한, 교류 안정화 모듈을 통해 교류 공급전원을 정류하고, 노이즈를 제거하도록 구성하였으며, PWM 제어를 통한 커런트 모드(Current mode) 방식을 채용하여 일정한 출력을 발생하도록 설계함으로써, 과전압과 과전류 및 써지(surge)에 대하여 전원공급장치 및 LED 모듈을 보호할 수 있도록 설계하였다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 선박 엘이디 조명의 전원회로에 대한 내부 블록도이며, 도 5는 도 4에 도시된 교류 안정화 모듈의 내부 구성도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 10KV/5KA급 과전압, 과전류 및 써지 보호 모듈의 회로도이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 15KV/7.5KA급 과전압, 과전류 및 써지 보호 모듈의 회로도이다. 또한, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 36W급 전원공급장치(SMPS)의 회로도이고, 도 9는 도 4에 도시된 직류 안정화 모듈의 내부 구성도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전원회로(700)는 상용전원을 통해 입력되는 교류전원을 전원공급장치(720)에 전달하기 위한 교류 안정화 모듈(710), 교류 안정화 모듈(710)로부터 전달되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 전원공급장치(720) 및 상기 전원공급장치(720)로부터 출력되는 구동전원을 엘이디 모듈(500)에 공급하는 직류 안정화 모듈(730)을 포함한다.

먼저, 교류 안정화 모듈(710)은 상용전원으로부터 인가된 교류전원에서 발생하는 순간 과전류, 과전압 또는 써지 전류를 감쇄하고 흡수하여 전원회로(700)를 보호하며, 출력전압의 전류를 일정하게 조정한다. 이를 위해, 교류 안정화 모듈(710)은 도 5에 도시된 바와 같이, 과전압 및 써지를 감쇄하는 전류 제한부(712), 입력되는 전류를 감지하는 전류 감지부(714) 및 전류 감지부(714)로부터의 감지 신호에 따라 교류전원의 전류를 제어하여 출력하는 전류 제어부(716)를 포함한다.

전류 제한부(712)는 10KV/5KA급에서는, 도 6에 도시된 바와 같이 입력되는 교류전원(AC_L, AC_N)에 병렬로 구성되는 3개의 과전압보호용 써지흡수기(Ab1~Ab3, Surge Absorber)와, 각각의 써지흡수기 후방에 구성되고 입력되는 교류전원에 병렬로 적어도 한개 이상 구성되는 과전압보호용 바리스터(MOV1~MOV10, Varistor) 및 노이즈를 제거하는 한개의 라인필터(Line Filter)를 포함한다.

써지흡수기(Ab1~Ab3)는 전원으로부터 인가되는 순간 과전압 또는 써지 전류 중에서 초기 순간 과전압 또는 써지 전류를 감쇄하고, 바리스터(MOV1~MOV10)는 전원으로부터 인가되는 순간 과전압 또는 써지 전류 중에서 후기 순간 과전압 또는 써지 전류를 흡수하여 전원회로의 회로를 보호한다.

상기 써지 전류는 아주 짧은 시간이지만 흐르는 시간에 따라 파형과 진폭이 변화하는데 초기에는 파형이 높고 진폭이 작으나, 시간이 흐를수록 파형이 낮고 진폭이 크게 되면서 후기로 갈수록 잔류성분이 크게 된다. 따라서, 써지흡수기(Ab1~Ab3)는 바리스터(MOV1~MOV10)보다 반응속도가 빠르므로 바리스터(MOV1~MOV10)의 전방에 구성하여 교류 안정화 모듈(710)에 입력되는 써지 전류를 먼저 감쇄하고, 써지흡수기(Ab1~Ab3)에서 감쇄하지 못하고 흐르는 써지 전류를 바리스터(MOV1~MOV10)가 흡수한다. 즉, 입력되는 써지전류 중에서 초기의 튀는 써지 전류 즉 피크가 높고 주기가 짧은 써지 전류는 써지흡수기(Ab1~Ab3)가 감쇄하고, 후기의 피크가 낮고 주기가 길게 늘어지는 써지 전류는 바리스터(MOV1~MOV10)가 흡수하여 교류 안정화 모듈(710)로 입력되는 써지전류를 완벽하게 감쇄 및 흡수한다.

15KV/7.5KA급에서는 도 7에 도시된 바와 같이 입력되는 교류전원(AC_L, AC_N)에 병렬로 적어도 한개 이상 구성되는 과전압보호용 바리스터(MOV1~MOV18, Varistor) 및 노이즈를 제거하는 두개의 라인필터(Line Filter)를 포함한다.

전류 감지부(716)는 교류 안정화 모듈(710)로 입력되는 교류전원의 전류를 감지하여 이에 대한 감지 신호를 전류 제어부(714)에 전송한다. 특히, 전류 감지부(716)는 낙뢰, 번개 등의 자연현상, 외부전기 작업 또는 불안정한 전력공급 등의 원인에 의해 상용전원으로부터 과전류가 입력되면, 과전류의 입력을 감지하여 이에 대한 감지 신호를 전류 제어부(714)에 전송한다.

전류 제어부(714)는 전류 감지부(716)로부터 입력되는 감지 신호를 근거로 하여 전원공급장치(720)로 출력되는 교류전원의 전류값을 제어한다. 예를 들어, 전류 제어부(714)는 상용전원으로부터 과전류가 입력되었다는 감지 신호가 전류 감지부(716)로부터 전송되면, 입력되는 과전류를 정격전류로 조절 또는 제한하여 전원공급장치(720)로 출력한다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 전류 제어부(714)는 전류 제한부(712)의 후방에 구성되며, 전류 제한부(712)에서 인가된 교류전류(AC_L, AC_N)에 대하여 엘이디 모듈의 적절한 부하 용량에 부합할 수 있도록 전압을 강하하고 미세 조절하여 전원공급장치(720)에 전류를 공급한다. 이를 위해, 전류 제어부(714)는 병렬로 구성된 다수개의 콘덴서(C1, C2 또는 C3, C4)로 구성된다.

전류 제어부(714)는 콘덴서를 주축으로 교류입력 전압을 강하하기 위한 부품으로 콘덴서의 용량에 따라 강하하는 전압 값을 조절할 수 있으며, 강하 전압을 미세 조정하기 위하여 콘덴서 등 다수개의 콘덴서로 구성된다. 전류 제어부(714)에 인가된 교류 전류는 콘덴서(C1)에서 저장되어 충전되고, 콘덴서(C1)에서 충전되고 남는 여분의 전류는 콘덴서(C2)에 저장되어 충전된다. 즉, 전류 제어부의 콘덴서가 Cn개 인 경우에는 콘덴서(C1)콘덴서(C2)콘덴서(Cn) 순으로 순차적으로 충전되며, 충전된 교류 전류가 일정값 이상이 되면 콘덴서에 충전된 전류는 전압이 강하되고 미세 조절되어 방전하게 되며, 교류 안정화 모듈(710)의 후방에 연결되는 전원공급장치(720)로 전류가 흐르게 된다.

이에 따라, 교류 안정화 모듈(710)은 상용전원으로부터 입력되는 교류전원을 정류하고 노이즈를 제거하며, 낙뢰, 번개 등의 자연현상에 의한 써지와, 외부전기 작업이나 불안정한 전력공급 등의 원인에 의한 과전압 및 과전류 등으로부터 전원회로를 안정적으로 보호하고 정격수명을 유지시킬 수 있게 된다. 또한, 커런트 모드(Current Mode)로 회로를 제어하여 전원공급장치(720)로 일정한 출력을 발생시킨다.

전원공급장치(Switching Mode Power Supply, SMPS)는 교류 안정화 모듈(710)로부터 인가되는 상용전원(예를 들어, 220V 또는 110V의 교류전원)을 엘이디 모듈(500)의 엘이디를 구동하기 위한 구동전원(예를 들어, 직류전원)으로 변환하여 출력한다. 본 발명의 실시예에 따른 36W급 전원공급장치(SMPS)의 회로도는 도 8과 같다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 36W급 전원공급장치는 플라이백 컨버터로 설계되었다. 플라이백 컨버터는 다른 컨버터들에 비해서 소자의 개수가 적고, 변압기의 권선비를 바꿈으로써 출력 전압을 가변시키기가 용이하며, 변압기로 인해 전원과 부하가 전기적으로 절연되는 장점이 있다. 또한, 90% 이상의 역률을 위해 자체적으로 역률보정과 정전압 출력 특성을 가지는 원스테이지 역률보정 회로(one-stage PFC)가 포함되었다. 더불어, LC 공진필터를 적용하여 출력측의 리플 성분을 크게 저감시켰다.

직류 안정화 모듈(730)은 전원공급장치(720)로부터 출력되는 직류의 구동전원을 엘이디 모듈(300)로 전송시킨다. 이러한 직류 안정화 모듈(730)은 도 9에 도시된 바와 같이, 구동전원 감지부(732)와 구동전원 제어부(734)를 포함할 수 있다. 구동전원 감지부(732)는 복수의 구동전원 라인들과 연결되는 출력단들 각각에 대응되게 형성되어 구동전원 라인들과의 연결상태를 감지하고, 이에 대한 감지신호를 구동전원 제어부(734)에 전송한다. 구동전원 제어부(734)는 구동전원 감지부(732)로부터 전송되는 감지신호에 따라 구동전원의 출력 여부를 제어한다. 또한, 구동전원 제어부(734)는 전원공급장치(720)에서 인가되는 직류의 과전압 또는 과전류를 방지하면서 전원 출력의 직류레벨을 안정화한다. 이러한 직류 안정화 모듈(730)은 전원공급장치(720)에 포함되어 구현될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 선박 엘이디 조명은, 선박의 불안정한 전력으로 인해 발생되는 과전압, 과전류, 써지(Surge)로부터의 엘이디 및 전원회로가 보호되면서, 장시간 항해에 따라 발생될 수 있는 온도변화, 풍량 등으로 인한 진동, 방수, 염분 등에 견딜 수 있고, 고조파함유율(THD)를 낮추어 조명이 안정적으로 동작될 수 있다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 36W급 선박 엘이디 조명을 개폐시험, 서지내성(과전압/과전류 방지효율), SMPS 역률, 외곽 밀폐 보호 등급(IP65), 진동시험, 점등특성, LED 조명 내부 온도 시험을 한국조명연구원에 의뢰하여 실시한 후의 결과를 나타낸 도표이다.

도표에 나타난 바와 같이, 본 발명의 선박 엘이디 조명은 조명기구효율이 86% 이상인 것으로 나타났으며, 개폐시험 및 써지내성에 적합하고, SMPS 역률이 0.94 이상이며, 조도가 8,540 이상이고, 광효율이 86lm/W 이상인 것으로 나타났다. 또한, 외곽 밀폐 보호 등급인 IP65인증규격에 적합하며, 내진율 시험 결과 및 LED 불량률 시험 결과에 적합하여 풍량 등으로 인한 진동에 강하고, 방수, 염분 등에 견딜 수 있음을 확인할 수 있다. 더불어, 구동시 조명 내부 온도가 42도 이하인 것으로 나타나 열을 효율적으로 방출시키는 구조로 설계되었음을 확인할 수 있다.

이에 따라, 선실내부의 객실, 조타실, 침실 등의 조명등으로 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 중화학 공장, 발전소 작업실, 지하 벙커조명, 지하철역사, 냉동창고 등의 조명등으로 활용 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.

100 : 고정 브라켓 110 : 본체 플레이트
112, 210 : 전원소켓의 중공 120 : 마운틴 브라켓
130 : 슬라이드 핸들 140 : 사이드 플레이트
150 : 스프링 160 : 볼트
200 : 하우징 300 : 가스켓
400 : 엘이디 방열판 410 : 통공
420 : 끼움홈 500 : 엘이디 모듈
600 : 확산커버 610 : 결합턱
700 : 전원회로 710 : 교류 안정화 모듈
712 : 전류 제한부 714 : 전류 제어부
716 : 전류 감지부 720 : 전원공급장치
730 : 직류 안정화 모듈 732 : 구동전원 감지부
734 : 구동전원 제어부

Claims (16)

1. 일측이 개방되어 내측에 수용부를 형성하는 하우징;
   상기 하우징의 타측 배면에 위치하고, 교류전원과 접속되기 위한 전원소켓의 중공이 적어도 한개 이상 형성되며, 양끝단이 수직으로 연장되어 볼트에 의해 상기 하우징과 결합되는 고정 브라켓;
   상기 교류전원을 입력받아 구동전원을 출력하는 전원회로;
   상기 구동전원에 의해 구동되는 엘이디 모듈;
   다수개의 통공이 형성되며, 일측에 위치한 상기 엘이디 모듈에 구비된 단자가 상기 통공을 통해 타측에 위치한 상기 전원회로에 구비된 단자와 전기적으로 연결됨으로서 상기 전원회로 및 상기 엘이디 모듈을 고정시키는 엘이디 방열판; 및
   상기 하우징의 일측에 결합되며, 상기 엘이디 모듈에서 발광되는 빛을 외부로 확산시켜 방출하는 확산커버를 포함하되,
   상기 전원회로는,
   상기 교류전원을 입력받아 안정화시켜 출력하는 교류 안정화 모듈;
   상기 교류 안정화 모듈에서 출력된 전력을 직류전력으로 변환하여 출력시키는 전원 공급장치; 및
   상기 직류전력을 안정화시켜 상기 구동전원을 생성하여 상기 엘이디 모듈에 공급하는 직류 안정화 모듈을 포함하고,
   상기 교류 안정화 모듈은,
   상기 교류전원의 순간 과전압 및 써지 전류를 감쇄하여 출력할 수 있는 전류 제한부;
   상기 교류전원의 전류를 감지하여 상기 교류전원의 전류가 과전류일 경우 감지 신호를 출력하는 전류 감지부; 및
   상기 감지 신호에 응답하여, 상기 전류 제한부에서 출력된 전력의 전류를 상기 전원 공급장치에서 수용되는 정력 전류로 제한하여 상기 전원 공급장치로 출력할 수 있는 전류 제어부를 포함하며,
   상기 교류전원은 제1 라인(AC_L), 제2 라인(AC_N) 및 제3 라인(GND)을 통해 상기 전류 제한부로 입력되고,
   상기 전류 제한부는,
   상기 제1 라인(AC_L) 및 상기 제2 라인(AC_N) 사이를 연결하여, 상기 교류전원의 순간 과전압 또는 써지 전류 중에서 초기 순간 과전압 또는 써지 전류를 감쇄할 수 있는 제1 써지흡수기(Ab1);
   상기 제1 써지흡수기(Ab1)의 후방에 배치되고 상기 제1 써지흡수기(Ab1)와 함께 상기 제1 라인(AC_L) 및 상기 제2 라인(AC_N) 사이를 병렬로 연결하여, 상기 교류전원의 순간 과전압 또는 써지 전류 중에서 후기 순간 과전압 또는 써지 전류를 감쇄할 수 있는 제1, 제2 및 제3 바리스터들(MOV1, MOV2, MOV3);
   상기 제1, 제2 및 제3 바리스터들(MOV1, MOV2, MOV3)의 후방에 배치되고 상기 제1 라인(AC_L) 및 상기 제2 라인(AC_N) 사이를 연결하여, 상기 교류전원의 노이즈를 제거하는 라인필터(Line Filter);
   상기 라인필터(Line Filter)의 후방에 배치되고 상기 제1 라인(AC_L) 및 상기 제3 라인(GND) 사이를 연결하여, 상기 교류전원의 순간 과전압 또는 써지 전류 중에서 초기 순간 과전압 또는 써지 전류를 감쇄할 수 있는 제2 써지흡수기(Ab2);
   상기 제2 써지흡수기(Ab2)의 후방에 배치되고 상기 제2 써지흡수기(Ab2)와 함께 상기 제1 라인(AC_L) 및 상기 제3 라인(GND) 사이를 병렬로 연결하여, 상기 교류전원의 순간 과전압 또는 써지 전류 중에서 후기 순간 과전압 또는 써지 전류를 감쇄할 수 있는 제4, 제5 및 제6 바리스터들(MOV4, MOV5, MOV6);
   상기 제4, 제5 및 제6 바리스터들(MOV4, MOV5, MOV6)의 후방에 배치되고 상기 제2 라인(AC_N) 및 상기 제3 라인(GND) 사이를 연결하여, 상기 교류전원의 순간 과전압 또는 써지 전류 중에서 초기 순간 과전압 또는 써지 전류를 감쇄할 수 있는 제3 써지흡수기(Ab3);
   상기 제3 써지흡수기(Ab3)의 후방에 배치되고 상기 제3 써지흡수기(Ab3)와 함께 상기 제2 라인(AC_N) 및 상기 제3 라인(GND) 사이를 병렬로 연결하여, 상기 교류전원의 순간 과전압 또는 써지 전류 중에서 후기 순간 과전압 또는 써지 전류를 감쇄할 수 있는 제7, 제8 및 제9 바리스터들(MOV7, MOV8, MOV9); 및
   상기 제7, 제8 및 제9 바리스터들(MOV7, MOV8, MOV9)의 후방에 배치되고 상기 제1 라인(AC_L) 및 상기 제2 라인(AC_N) 사이를 병렬로 연결하여, 상기 교류전원의 순간 과전압 또는 써지 전류 중에서 후기 순간 과전압 또는 써지 전류를 감쇄할 수 있는 제10 바리스터(MOV10)를 포함하고,
   상기 전류 제어부는
   상기 제10 바리스터(MOV10)의 후방에 배치되고, 상기 제1 라인(AC_L) 및 상기 제2 라인(AC_N) 사이를 연결하는 제1 콘덴서(C1); 및
   상기 제10 바리스터(MOV10)의 후방에 배치되고, 상기 제2 라인(AC_N) 및 상기 제3 라인(GND) 사이를 연결하는 제2 콘덴서(C2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압, 과전류, 써지 및 전원 공급 보호 기능을 갖는 선박 엘이디 조명.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 하우징에는,
   측면 테두리를 따라 복수개의 결합홈이 형성되고,
   상기 확산커버에는,
   측면 테두리를 따라 상기 결합홈에 끼움 결합되기 위한 복수개의 결합턱이 구비된 것을 특징으로 하는 과전압, 과전류, 써지 및 전원 공급 보호 기능을 갖는 선박 엘이디 조명.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 하우징 및 확산커버의 결합부위에는,
   링형상의 가스켓을 추가로 더 구비하는 것을 특징으로 하는 과전압, 과전류, 써지 및 전원 공급 보호 기능을 갖는 선박 엘이디 조명.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 고정 브라켓은,
   상기 교류전원과 접속되기 위한 전원소켓의 중공이 형성되고, 양끝단이 상기 하우징 측으로 수직 연장되며, 상기 수직 연장된 부위에는 관통홀이 형성된 본체 플레이트,
   상기 본체 플레이트를 상기 하우징 양측에 각각 고정 결합시키기 위한 슬라이드 핸들, 사이드 플레이트, 스프링 및 볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압, 과전류, 써지 및 전원 공급 보호 기능을 갖는 선박 엘이디 조명.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 고정 브라켓은,
   상기 스프링과 결합된 볼트가 상기 하우징 내부에서 상기 하우징, 상기 본체 플레이트, 상기 사이드 플레이트를 관통하여 상기 슬라이드 핸들과 결합되는 것을 특징으로 하는 과전압, 과전류, 써지 및 전원 공급 보호 기능을 갖는 선박 엘이디 조명.
   
6. 제 4항에 있어서,
   상기 고정 브라켓은,
   선박의 천정 등에 매달 수 있도록 고정시키는 마운틴 브라켓을 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압, 과전류, 써지 및 전원 공급 보호 기능을 갖는 선박 엘이디 조명.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 고정 브라켓은,
   상기 스프링과 결합된 볼트가 상기 하우징 내부에서 상기 하우징, 상기 본체 플레이트, 상기 마운틴 브라켓 및 상기 사이드 플레이트를 관통하여 상기 슬라이드 핸들과 결합되는 것을 특징으로 하는 과전압, 과전류, 써지 및 전원 공급 보호 기능을 갖는 선박 엘이디 조명.
   
8. 제 6항에 있어서,
   상기 고정 브라켓은,
   상기 마운틴 브라켓이 상기 하우징 양측에 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 과전압, 과전류, 써지 및 전원 공급 보호 기능을 갖는 선박 엘이디 조명.
   
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 제 1항에 있어서,
    상기 전원공급장치는,
    플라이백 컨버터(Flyback converter)로 설계되며,
    원스테이지 역률보정 회로(one-stage PFC) 및 LC 직렬 공진필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압, 과전류, 써지 및 전원 공급 보호 기능을 갖는 선박 엘이디 조명.
    
16. 제 1항에 있어서,
    상기 직류 안정화 모듈은,
    복수의 구동전원 라인들과 연결되는 출력단들 각각에 대응되게 형성되어 상기 구동전원 라인들의 연결상태를 감지하는 구동전원 감지부 및
    상기 구동전원 감지부로부터 전송되는 감지신호에 따라 상기 엘이디 모듈로 구동전원 출력 여부를 제어하는 구동전원 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압, 과전류, 써지 및 전원 공급 보호 기능을 갖는 선박 엘이디 조명.

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