KR20090078927A - 온도제어 콘트롤러 내장 파워발광다이오드 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차세대 조명용으로 사용되는 한 개 또는 다수개의 파워 발광다이오드(엘이디)모듈에서 온도센서와 열전반도체를 내장하여 온도를 감지, 냉각 및 보온을 해주어 파워 발광다이오드(엘이디)의 성능과 수명의 개선에 목적이 있다.

그러나, 주위온도 및 파워 발광다이오드 점등시 발생하는 발영현상에 취약하다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 냉각팬부착, 냉각펌프 사 용 냉각수 및 냉매사용등의 방법등을 사용하였으나, 소음이 발생하고, 구조가 복잡하며, 설치공간의 제약이 있고, 비용이 많이 소요되는 일방적인 냉각구조로 설계되었다. 또한 보온기능이 없어, 동절기 및 낮은 외부온도에서의 사용이 제약을 받는다.

본 발명은 열전반도체를 사용하여 무소음, 무진동, 소형화의 목적을 달성하고, 온도의 변화시 열전반도체를 전류의 방향을 제어하여 냉각 및 보온을 하여 온도를 일정하게 유지시키는 온도제어 콘트롤러 내장 파워 발광다이오드(엘이디)모듈을 제공하고자 한다.

파워 발광다이오드, 온도센서, 열전반도체, 냉각기능, 보온기능, 가로등, 무영등

Description

온도제어 콘트롤러 내장 파워발광다이오드 모듈{Temp Controller Power Light Emitting Diode Module}

본 발명은 온도제어 콘트롤러 내장 파워 발광다이오드(엘이디)모듈에 관한것으로, 한 개 또는 다수개의 파워 발광다이오드(엘이디)모듈에 온도센서와 열전반도체, 온도제어 콘트롤러회로를 내장하여, 파워 발광다이오드(엘이디)모듈에 전압 인가시 발생하는 열 및 파워 발광다이오드(엘이디)모듈의 외부온도를 감지하여, 냉각 및 보온을 하여 파워 발광다이오드(엘이디)모듈를 항상 상온에 가까운 온도로 유지시켜 파워 발광다이오드(엘이디)의 성능과 수명에 안정성을 유지하는 온도제어 콘트롤러 내장 파워 발광다이오드(엘이디)모듈 관한 것이다.

발광다이오드는 적은 소비 전력과 긴 수명의 장점으로 광고판, 인테리어 조명에 사용되었다. 그러나 낮은 휘도 때문에 기정용 및 가로등 및 의료용 무영등 같은 특수조명에 사용이 제한적이 였으나, 고휘도의 파워 발광다이오드(엘이디)도 개발되어 가로등 및 의료용 조명에 적용 사용되고 있다.

고휘도의 파워 발광다이오드(엘이디)의 장점은 기존의 백열등 및 형광물질 을 사용하는 형광등에 비해 우수한 에너지 효율과 수명도 50000시간 이상 사용이 가능 하여, 친환경적이여 특수분야의 조명에 사용이 확대 되고 있다.

그러나, 고휘도 파워 발광다이오드(엘이디)는 전압을 인가하여 점등시 매우 많은 열을 발생하여, 파워 발광다이오드(엘이디)의 휘도를 떨어지고, 주변의 부품에 영향을 미쳐 오동작을 발생하고, 파워 발광다이오드(엘이디) 및 전자 부품등의 고정 납땝부를 녹임으로 파워 발광다이오드(엘이디) 및 전자 부픔등의 이탈되는 박리현상을 발생시킨다. 그리고, 신호등 및 가로등 같이 야외에 설치되는 조명은 동절기 산간지방등 외부 온도가 낮은 경우도 파워 발광다이오드(엘이디) 및 전자부품등의 오동작을 발생 할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 냉각팬부착, 냉각펌프 사용 냉각수 및 냉매사용등의 방법등을 사용하였으나, 소음이 발생하고, 구조가 복잡하며, 설치공간의 제약이 있고, 비용이 많이 소요되는 일방적인 냉각구조로 설계되었다. 또한 보온기능이 없어, 동절기 및 낮은 외부온도에서의 사용이 제약을 받는다.

본 발명은 열전반도체(14)를 사용하여, 높은 발열시 냉각기능을 동절기 낮은 외부 온도시 보온기능을 사용하여 항상 상온에 가까운 온도로 유지시켜 파워 발광다이오드(엘이디)의 수명을 오래도록 유지 할 수 있도록 함은 물론 휘도가 변하지 않고 고휘도를 유지하여, 절전효과을 극대화하기 위함이다.

이를 위해 파워 발광다이오드(엘이디)(11)가 부착된 메탈인쇄회로기판(12) 뒷면에 온도센서(13)와 열전반도체(14)를 부착하여, 온도를 감지, 마이크로 프로세스(22)에서 인식하여 온도의 변화시 열전반도체를 전류의 방향을 제어하여 냉각 및 보온을 하여 온도를 일정하게 유지시키는 온도제어 콘트롤러 내장 파워 발광다이오드(엘이디)모듈을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따르면, 한 개 또는 다수의 파워 발광다이오드(엘이디)(11)는 발열효과를 높이기 위하여 알루미늄 소재의 메탈인쇄회로기판(12)에 부착된다.

메탈인쇄회로기판(12)뒤면에는 온도센서(13)와 열전반도체(14)를 부착한고 메탈인쇄회로기판(12)와 열전반도체(14) 부착면 반대편에는 방열효과를 높이기 위한 알루미늄 방열판(15)을 부착하는 구조로 구성한다.

온도센서(13)의 온도를 감지하고 분석, 열전반도체(14)를 제어하는 마이크로 프로 세스(22) 및 증폭부(26), 열전반도체제어회로부(24), 전원부(21)등을 파워 발광다이오드(엘이디)(11)가 부착되어 있는 메탈인쇄회로기판(12) 앞면에 파워 발광다이오드(엘이디)(11) 사이의 공간에 적절히 배치한다.

상기 본 발명의 구성과 같이, 온도센서(13)는 메탈인쇄회로기판(12)의 표면의 온도를 측정하여, 증폭부(26)에 전달하고, 증폭부(26)는 마이크로 프로세스(22)가 인식 할 수 있는 온도데이터로 변환하여 전달하는 역할을 담당한다.

마이크로 프로세스(22)은 입력된 온도데이터를 분석하여 마이크로 프로세스(21)내부에 설정되어 있는 온도데이터와 비교 분석하여, 열전반도체제어회로부(24)의 전류방향을 제어하여, 일정온도 상승시 냉각기능을 일정온도 하강시 보온기능을 동작하여 파워 발광다이오드(엘이디)(11)모듈의 온도를 상시 상온에 가까운 온도로 유지한다.

전원부는 마이크로 프로세스(22), 열전반도체제어회로부(24), 온도센서(13) 및 증폭부(22)에 전원을 공급하는 역할을 담당한다.

열전반도체(14)는 동적인 부분이 없는 냉/온소자로 냉매순환식과 달리 기계적인 작동부분이 필요없고, 서로 다른 P-Type, N-Type의 열전반도체 소자를 이용하여 모듈로 구성한 후 여기에 전류를 흘려주면 Peitier 효과에 의한 열전반도체(14)소자 양단의 흡열 또는 발열 현상에 의해 온도를 제어 할 수 있는 고체 냉각소자이다. 이 방법은 공간적으로 제한이 있거나 신뢰성이 요구되는 부분 또한 프레온냉매를 쓸 수 없는 여러 부속품에 쓰이고 있습니다. 열전반도체(14)는 전류에 위해 작동되 며, 전류의 방향에 따라 냉각기와 히터로 변경사용이 가능합니다.

Peitier 효과는 이중재료의 양단에 직류전류를 인가하면 일단에 발열하고, 타단이 흡열하는 현상으로 1834년 Jean Peitier에 의해 발견되었으며 열전반도체(14)에 의한 냉각을 가능케 하는 기본 개념이 되고 있습니다.

열전반도체(14)의 특징과 장점으로는 냉매를 사용하지 않아 친환경적이며, 정확한 온도조절이 가능하고, 반영구적이다. 또한 전류의 방향으로 흡열과 발열을 조절 할 수 있으며, 기계적인 작동이 없으므로 무소음 무진동이다. 그리고 다수개의 열전반도체(14)사용시 국부냉각 및 전 방향 냉각이 가능하고, 냉각 속도가 빠르다.

열전반도체(14)의 사용분야는 냉온정수기, 차량용 냉장고등에 사용되고 있 으며, 신뢰성을 인정 받았다.

상기와 같은 본 발명으로, 파워 발광다이오드(엘이디)모듈에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각하고, 동절기 산간지방등 외부 온도가 낮은 경우에 보온을 하여, 항상 상온에 가까운 온도로 유지시켜 파워 발광다이오드(엘이디)모듈의 고휘도를 일정하게 발산할 수 있음은 물론 파워 발광다이오드(엘이디)모듈의 수명을 오래도록 유지할 수 있도록 할 수 있고 종래에 비해 소형화가 가능하여 설치공간의 제약이 적으며, 절전효율을 향상시킬 수 있게 됨으로서 소비전력을 더욱 더 절감할 수 있음은 물론 교체비용과 보수비용을 절감할 수 있는 매우 큰 효과를 가진다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명인 온도제어 콘트롤러 내장 파워 발광다이오드(엘이디)모듈의 외형도이고, 도 2는 온도제어 콘트롤러 내장 파워 발광다이오드(엘이디)모듈의 측면도고, 도 3은 온도제어 콘트롤러 내장 파워 발광다이오드(엘이디)모듈의 내부회로 구성도이다.

도 1와 도 2에서 도시된 바와 같이, 파워 발광다이오드(엘이디)(11)가 부착 되는 메탈인쇄회로기판(12), 온도센서(13), 열전반도체(14), 방열판(15)등이 일체형 구조로 소형화 한다.

냉각기능은 파워 발광다이오드(엘이디)(11)에 점등 전원이 투입시 발생하는 열을 온도센서(13)에서 감지하여, 증폭부(26)에 전달하고, 증폭부(26)에서는 마이크로 프로세스(22)가 인식 할 수 있는 온도데이터로 변환하여 전달하고, 이 온도데이터는 마이크로 프로세스(22)내부에 저장되어 있는 온도데이터와 비교, 분석하여 일정온도 상승시 열전반도체제어회로부(24)에서 열전반도체(14)에 순방향전류를 인가하며, 메탈인쇄회로기판(12)에 부착되어 있는 열전반도체(14)면은 흡열을 하여 메탈인쇄회로기판(12)를 냉각해주며, 반대로 방열판이 부착되어 있는 열전반도체(14)면은 발열을 하여 방열 판에 열을 전달한다.

마이크로 프로세스(22)는 열전반도체(14)에 순방향전류를 공급하여 냉각기능 사용시도 온도센서(13)의 온도를 계속 감지하여 적정온도로 떨어지면 열전반도체(14)에 순방향전류를 공급을 정지하여, 냉각기능을 중지한다.

마이크로 프로세스(22)는 상기 동작을 연속적으로 실행하여 파워 발광다이오드(엘이디)모듈의 온도를 일정하게 유지 한다.

보온기능은 외부온도에 의해 메탈인쇄회로기판(12)의 온도가 하강시 온도센서(13)에서 감지하여, 증폭부(26)에 전달하고, 증폭부(26)에서는 마이크로 프로세스(21)가 인식 할 수 있는 온도데이터로 변환하여 전달하고, 이 온도데이터는 마이크로 프로세스(22)내부에 저장되어 있는 온도데이터와 비교, 분석하여 일정온도 상승시 열전반도체제어회로부(24)에서 열전반도체(14)에 역방향전류를 인가하며, 메탈인쇄회로기판(12)에 부착되어 있는 열전반도체 (14)면은 발열을 하여 메탈인쇄회로기판(12)를 냉각해주며, 반대로 방열판 이 부착되어 있는 열전반도체(14)면은 흡열을 한다.

마이크로 프로세스(22)는 상기 동작을 연속적으로 실행하여 파워 발광다이오드(엘이디)모듈의 온도를 일정하게 유지 한다.

도 1은 본 발명품인 온도제어 콘트롤러 내장 파워발광다이오드 모듈의 구조도.

도 2는 본 발명품인 온도제어 콘트롤러 내장 파워발광다이오드 모듈의 측면도.

도 3은 본 발명품인 온도제어 콘트롤러 내장 파워발광다이오드 모듈의 블록도.

<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>

11:파워발광다이오드

12:메탈인쇄회로기판

13:온도센서

14:열전반도체

15:방열판

16:온도센서고정핀

21:전원부

22:마이크로 프로세스

23:파워발광다이오드모듈

24:열전반도체제어회로부

25:열전반도체

26:증폭부

27:온도센서

Claims (3)

1. 파워 발광다이오드모듈의 냉각 및 보온장치에 있어서, 파워 발광다이오드 가 고정되는 일정형상의 메탈인쇄회로기판 후면에 온도센서 및 열전반도체 가 부착하고, 열전반도체의 다른 면에는 방열판을 부착하여 일체형구조, 온 도제어 콘트롤러 내장 파워발광다이오드 모듈.
2. 메탈인쇄회로기판 후면에 부착한 온도센서에서 온도를 감지하여, 일정온도에 으르게 되면 온도 정보를 마이크로 프로세스에 전당하여, 열전반도체제어회로부를 제어하여 냉각 및 보온기능을 작동시켜, 일정온도를 유지 시켜주는 특징으로 온도제어 콘트롤러 내장 파워발광다이오드 모듈.
3. 동절기 및 실외에 설치 되어 있는 특수조명(가로등)의 보온 기능을 특징으로 하는 온도제어 콘트롤러 내장 파워발광다이오드 모듈.

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