KR20100010094U - LED Lighting system combined with thermoelectric device - Google Patents

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Abstract

본 고안은 LED(Light Emitter Diode) 조명장치의 조명효율을 올리기 위한 냉각 시스템에 관련한 고안으로 일반 가전기기에 사용되는 소 전력, 저 휘도 타입의 LED의 경우는 자체 발열 온도가 그다지 높지않아 제품 적용상에 문제가 없으나 실내나 야외에 적용하는 LED의 경우는 고 전력, 고 휘도 방식이 대부분이며 따라서 그에 따른 LED 자체의 발열 온도로 인해 LED의 수명이나 밝기 등의 효율상의 문제가 있어왔다. 본 고안은 이러한 문제점을 해소하기 위해 열전소자인 펠티어(Peltier) 효과 소자를 적용하여 LED 조명장치의 발광 효율을 개선한 고안이다.This invention is related to the cooling system to increase the lighting efficiency of LED (Light Emitter Diode) lighting device. In case of low power and low luminance type LEDs used in general home appliances, the self-heating temperature is not so high. In the case of LEDs applied indoors or outdoors, most of them have high power and high brightness. Therefore, there is a problem in efficiency of LED life and brightness due to the heat generated temperature of the LED itself. The present invention is to improve the luminous efficiency of the LED lighting device by applying a Peltier (Peltier) effect element of the thermoelectric element to solve this problem.

LED, 조명장치, 열전소자, 발광효율 LED, lighting device, thermoelectric element, luminous efficiency

Description

열전소자와 결합된 엘이디 조명장치{LED Lighting system combined with thermoelectric device} LED lighting system combined with thermoelectric device

본 고안은 실내 및 야외에 사용되는 LED 조명장치의 냉각시스템과 관련한 고안으로 고 전력, 고휘도 방식의 LED 조명장치의 경우는 장시간 사용시 자체 열의 발생으로 발광효율이 떨어지고 수명도 단축되게 된다. 따라서 이러한 문제점을 개선하기 위해 열전소자인 펠티어(Peltier) 효과 소자를 적용하여 LED 조명장치의 발광 효율을 개선한 고안이다.The present invention is related to the cooling system of the LED lighting device used indoors and outdoors. In the case of a high power, high brightness LED lighting device, the luminous efficiency is lowered and the life is shortened due to the generation of its own heat when used for a long time. Therefore, in order to improve such a problem, the Peltier effect device, which is a thermoelectric device, is applied to improve the luminous efficiency of the LED lighting device.

본 고안과 관련된 배경기술로는 최근 LED 조명장치의 사용이 확대되고 있으나 조명용으로의 사용시엔 LED 조명장치에는 상당한 열이 발생하며 이러한 열을 방출하는 수단으로 히트싱크만 구성하거나 열전소자인 펠티어(Peltier) 효과 소자를 적용하는 사례가 있었으나 그 효과가 미비하여 LED 조명장치의 효율이 낮았다.Background Art Related to the present invention is the recent increase in the use of the LED lighting device, but when used for lighting, the LED lighting device generates a considerable amount of heat and as a means of releasing such heat only heat sink or Peltier (thermoelectric element) ) There was a case of applying an effect element, but the effect of the LED lighting device was low because the effect was insignificant.

상기한 바와 같이 LED 조명장치의 열 발산을 억제하여 동일 소비전력 대비 최대의 발광효율을 유지함과 동시에 LED 조명장치의 수명을 오래 유지할 수 있게 하기 위함이며 동시에 LED의 특성상 0도 이하의 저온에서는 적절한 밝기를 출력하는데 상당한 시간을 요함으로 저온 환경에서는 프리 히팅기능을 부여하여 주변 온도환경에 무관하게 최적의 발광효율을 유지하기 위함이다.As described above, the heat dissipation of the LED lighting device is suppressed to maintain the maximum luminous efficiency compared to the same power consumption and to maintain the life of the LED lighting device for a long time. In order to maintain optimal luminous efficiency regardless of the surrounding temperature environment, the preheating function is provided in a low temperature environment because it requires a considerable time to output the data.

LED 조명장치의 최대의 발광 효율을 유지하기 위해 본 고안에서는 LED 발광 유닛에 온도센서를 구비하고 상기한 온도센서로부터 감지한 온도 값을 이용하여 기 설정된 온도 값의 범위에 따라 열전소자에 인가하는 전압 값 이나 극성을 조정하여 최종 LED 조명장치에 결합 구성된 열전소자에 냉각 혹은 보온작용을 제어함으로써 LED 조명장치가 최적의 발광효율을 출력할 수 있도록 하는 온도 피드백 방식 전압제어 장치이다. In order to maintain the maximum luminous efficiency of the LED lighting device, the present invention includes a temperature sensor in the LED light emitting unit, and the voltage applied to the thermoelectric element according to the preset temperature value using the temperature value detected by the temperature sensor. It is a temperature feedback type voltage control device that enables the LED lighting device to output the optimal luminous efficiency by controlling the cooling or warming effect on the thermoelectric element that is combined with the final LED lighting device by adjusting the value or polarity.

상기한 바와 같이 실내외용 LED조명장치는 고 전력, 고 휘도 방식이 대부분이며 따라서 그에 따른 LED 자체의 발열 문제로 인해 LED의 수명이나 밝기 등의 효율상의 문제가 있어왔다. 본 고안은 이러한 문제점을 해소하기 위해 열전소자인 펠티어(Peltier) 효과 소자를 적용하여 LED 조명장치의 발광 효율을 개선하였으며 동시에 극저온 환경에선 LED 조명장치가 최적의 발광특성을 가지게 하기 위해 사전 히팅기능을 부여하여 환경에 무관하게 최적의 발광 효율을 유지할 수 있도록 하였으며 동시에 LED 조명장치의 수명도 길게 할 수 있다.As described above, indoor and outdoor LED lighting devices have high power and high brightness, and thus, there are problems in efficiency such as lifetime or brightness of LEDs due to heat generation problems of LEDs. The present invention improves the luminous efficiency of the LED lighting device by applying the Peltier effect element, which is a thermoelectric element, and at the same time, the pre-heating function is applied to make the LED lighting device have the optimum luminous characteristics in the cryogenic environment. It is possible to maintain optimal luminous efficiency regardless of environment and at the same time, it can extend the life of LED lighting device.

도 1은 본 고안의 시스템 구성도를 나타내는 것으로 LED 조명장치(100)와 전원 유닛(20), 온도검출부(40), 비교기 및 제어부(30), 직류출력 변환기(30), 스위칭 부(60)을 주요 구성으로 한다. 1 shows a system configuration diagram of the present invention, the LED lighting device 100, the power unit 20, the temperature detector 40, the comparator and the controller 30, the DC output converter 30, the switching unit 60 Is the main configuration.

교류(100V~220V)를 입력으로 하여 LED 유닛(10)에 직류전원을 공급하기 위한 전원 유닛(20)은 통상 9V 내외의 직류전압을 출력하며 전력 효율이 높고 프리볼트가 가능한 SMPS(Switching Mode Power Supply)방식을 이용한다. LED조명장치(100)에 부설된 온도 감지용 온도센서(15)로 부터 온도 값을 검출하기 위한 온도 검출 부(40)에서 온도 값을 전압으로 변환하며 이 변환된 전압 값은 비교기 및 제어부(30)에서 입력된 전압 값을 이용하여 어느 범위의 온도인가를 검출하게 되는데 예를 들면 0도 씨 이하, 0도 ~ 25도, 25도 ~50도, 50도 ~75도, 75도 이상 등의 온도 범위 값을 비교기에서 산출한 후 제어부에서 각 온도 범위별로 직류출력변환기(50)를 제어하거나 스위칭 부(60)을 제어하게 된다. 상기한 비교기 및 제어부(30)의 제어를 받는 직류출력변환기(50)는 LED조명장치(100)에 부설된 열전소자 유닛(12)에 인가하는 직류 전압 값을 조정하게 되며 통상적으로 DC-DC 변환기를 사용하며 이러한 DC-DC 변환기는 출력전압을 실 시간 조정할 수 있음으로 열전소자 유닛(12)의 냉각온도도 실 시간 제어가 가능하게 된다. 그리고 직류출력변환기(50) 후단의 스위칭 부(60)은 직류출력변환기(50)의 출력 직류전압의 극성을 조 정하는 장치로 LED조명장치(100)에 부설된 온도 감지용 온도센서(15)로 부터 온도 값이 0도 씨 이하의 저온 상태일 경우 상기한 비교기 및 제어부(30)의 제어출력 "H"를 받아 스위칭 부(60)의 스위치가 (B, B')단자로 연결되게 하여 열전소자 유닛(12)에 역 전압을 인가하여 LED유닛(10) 쪽으로 + 온도를 전달하여 극저온 환경에서의 LED 발광효율을 올리게 된다. 펠티어(Peltier) 효과를 이용한 열전소자는 인가하는 전압의 극성에 따라 한쪽 면은 가열되고 다른 한쪽 면은 냉각됨으로 상기한 역 바이어스 상태에서는 열전소자 유닛(12)의 상부 면이 가열, 하부면은 냉각되는 형태가 되는 것이다. 통상의 LED 조명장치용 LED 유닛은 자체의 온도가 낮으면 정상적 밝기를 유지하는데 소요되는 길어 이러한 리딩 타임을 줄이기 위한 목적이다. The power supply unit 20 for supplying DC power to the LED unit 10 by inputting alternating current (100V to 220V) typically outputs a DC voltage of about 9V, and has high power efficiency and free volt switching mode SMPS. Supply method is used. The temperature detection unit 40 for detecting the temperature value from the temperature sensor temperature sensor 15 installed in the LED lighting device 100 converts the temperature value into a voltage, and the converted voltage value is converted into a comparator and a controller 30. Using the voltage value input from), it detects which range of temperature it is, for example, below 0 degrees, 0 degrees ~ 25 degrees, 25 degrees ~ 50 degrees, 50 degrees ~ 75 degrees, 75 degrees or more After the range value is calculated by the comparator, the controller controls the DC output converter 50 or the switching unit 60 for each temperature range. The DC output converter 50 under the control of the comparator and the control unit 30 adjusts the DC voltage value applied to the thermoelectric element unit 12 installed in the LED lighting device 100 and is typically a DC-DC converter. Since the DC-DC converter can adjust the output voltage in real time, the cooling temperature of the thermoelectric element unit 12 can also be controlled in real time. The switching unit 60 at the rear end of the DC output converter 50 is a device for adjusting the polarity of the output DC voltage of the DC output converter 50 as the temperature sensor 15 installed in the LED lighting device 100. When the temperature value is 0 degrees C or less, the thermoelectric element is connected to the (B, B ') terminals of the switch 60 by receiving the control output "H" of the comparator and the controller 30 as described above. The reverse voltage is applied to the unit 12 to transfer the + temperature toward the LED unit 10 to increase the LED luminous efficiency in the cryogenic environment. The thermoelectric element using the Peltier effect is heated on one side and cooled on the other side according to the polarity of the applied voltage. In the reverse bias state, the upper surface of the thermoelectric element 12 is heated and the lower surface is cooled. It will become a form. The LED unit for a conventional LED lighting device is a long it takes to maintain the normal brightness when the temperature is low, the purpose is to reduce this reading time.

그리고 0도 씨 이상의 상온에서는 스위칭 부(60)의 제어입력 단자가 "L"를 계속 유지함으로 열전소자 유닛(12)에 정상적인 순방향 바이어스가 되어 LED 유닛(10) 쪽으로 냉각기능을 수행하게 된다. In addition, the control input terminal of the switching unit 60 maintains " L " at room temperature of 0 degrees Celsius or more, thereby providing a normal forward bias to the thermoelectric element unit 12 to perform a cooling function toward the LED unit 10.

LED조명장치(100)에 부설된 온도 감지용 온도센서(15)로 부터 온도 값이 0도~25도의 일반 상온상태일 경우는 LED유닛(10)이 정상적인 최적의 밝기를 유지함으로 별도의 냉각기능을 수행할 필요가 없다. 따라서 직류출력변환기(50)는 비교기 및 제어부(30)의 특정의 제어신호를 받아 직류출력을 하지 않게 된다. 이러한 직류출력을 하지 않게 하는 방법은 직류출력변환기(50) 내부의 DC-DC변환기의 제어 IC의 기능을 디스에이블하면 된다. 그리고 LED조명장치(100)에 부설된 온도 감지용 온도센서(15)로 부터 온도 값이 25도~50도의 상태일 경우는 직류출력변환기(50)는 비교기 및 제어부(30)의 특정의 제어신호를 받아 약 2V의 직류 전압을 출력하며 이때 스위칭 부는 앞서 언급한 바와 같이 제어입력 단자가 "L" 상태임으로 열전소자 유닛(12)에 순 바이어스를 인가하여 냉각기능을 수행한다.  If the temperature value from the temperature sensing temperature sensor 15 installed in the LED lighting device 100 in the normal room temperature state of 0 degrees to 25 degrees, the LED unit 10 maintains the normal optimum brightness, thereby providing a separate cooling function. There is no need to do this. Therefore, the DC output converter 50 does not receive the DC output by receiving a specific control signal from the comparator and the controller 30. In order to prevent such DC output, the function of the control IC of the DC-DC converter in the DC output converter 50 may be disabled. When the temperature value is 25 degrees to 50 degrees from the temperature sensing temperature sensor 15 installed in the LED lighting device 100, the DC output converter 50 controls a specific control signal of the comparator and the controller 30. Receives a DC voltage of about 2V and at this time, the switching unit performs a cooling function by applying a forward bias to the thermoelectric element unit 12 as the control input terminal "L" state as described above.

LED조명장치(100)에 부설된 온도 감지용 온도센서(15)로 부터 온도 값이 50도~75도의 상태일 경우는 직류출력변환기(50)는 비교기 및 제어부(30)의 특정의 제어신호를 받아 약 2.5V의 직류 전압을 출력하며 이때 스위칭 부는 앞서 언급한 바와 같이 제어입력 단자가 "L" 상태이므로 열전소자 유닛(12)에 순 바이어스를 인가하여 냉각기능을 수행한다. 마찬가지로 온도 감지용 온도센서(15)로 부터 온도 값이 75도 이상의 경우는 직류출력변환기(50)가 3V 직류 전압을 출력하여 더욱더 냉각온도를 올리게 된다. 통상의 펠티어(Peltier) 효과를 이용한 열전소자는 인가하는 전압 값이 높을수록 냉각 온도가 상승됨으로 이러한 원리를 이용하여 상기한 바와 같이 LED유닛(10)의 온도가 올라갈수록 냉각온도를 더욱 올리는 방식인 온도 피드백 방식의 전압 제어장치를 이용하여 최적의 LED 발광효율을 유지할 수 있게 되는 것이다.  When the temperature value is 50 degrees to 75 degrees from the temperature sensing temperature sensor 15 installed in the LED lighting device 100, the DC output converter 50 sends a specific control signal of the comparator and the controller 30. It receives a DC voltage of about 2.5V and at this time, the switching unit performs a cooling function by applying a forward bias to the thermoelectric element unit 12 because the control input terminal is in the "L" state as mentioned above. Similarly, when the temperature value is greater than 75 degrees from the temperature sensor temperature sensor 15, the DC output converter 50 outputs a 3V DC voltage to increase the cooling temperature even more. In the thermoelectric device using the conventional Peltier effect, the cooling temperature is increased as the voltage value applied is increased. Thus, as the temperature of the LED unit 10 increases as described above, the cooling temperature is further increased. It is possible to maintain the optimal LED luminous efficiency by using a temperature feedback voltage control device.

도 2 본 고안의 온도 테이블 및 제어전압구성을 나타내는 실시 예로서 본 고안에서는 온도의 제어 범위를 5단계 정도로 하였으나 LED발광 효율을 더욱 높이기 위해 온도의 제어 범위를 더욱 세밀하게도 할 수 있으며 그 기본 구성은 동일하며 다만 비교부 및 제어부의 변경에 의해서 가능하다.2 is an embodiment showing the temperature table and the control voltage configuration of the present invention, but the control range of the temperature is about 5 stages in the present invention, but in order to further increase the LED light emitting efficiency, the control range of the temperature can be further refined. The same is possible by changing the comparator and the controller.

상기한 바와 같이 온도 범위의 설정은 적용 LED유닛(10)의 전기적 특성이나 LED 조명장치 내에 구성된 열 전달을 위한 열전도체(제 1, 제2)의 특성 그리고 열 방출을 위한 방열판(14) 등의 종합적인 특성에 따라 변경될 수 있으며 앞서 언급한 바와 같이 온도 범위도 여러 단계로 조정할 수가 있다. As described above, the setting of the temperature range may include the electrical characteristics of the applied LED unit 10 or the characteristics of the heat conductors (first and second) for heat transfer configured in the LED lighting device, and the heat sink 14 for heat dissipation. Depending on the overall characteristics, the temperature range can be adjusted in several steps as mentioned above.

도 1 본 고안의 시스템 구성도1 is a system configuration diagram of the present invention

도 2 본 고안의 온도 테이블 및 제어전압2 is a temperature table and control voltage of the present invention

Claims (2)

열전소자를 이용한 LED조명장치의 냉각 장치에 있어 LED조명장치에 부설된 온도 감지를 위한 온도센서; 온도센서로부터의 온도 값을 전기적 신호로 변환키 위한 온도 검출부; 온도 검출부로 부터의 전기적 변환 값을 이용하여 열전소자에 인가하는 전압 혹은 극성을 제어하는 값을 만들기 위한 비교부 및 제어부;A temperature sensor for sensing the temperature attached to the LED lighting device in the cooling device of the LED lighting device using the thermoelectric element; A temperature detector for converting a temperature value from the temperature sensor into an electrical signal; A comparator and a controller configured to control a voltage or polarity applied to the thermoelectric element by using the electrical conversion value from the temperature detector; 상기한 비교부 및 제어부의 제어신호를 받아 직류 출력 값을 조정하여 출력하는 직류출력변환기와 극성을 조정하기 위한 스위칭 부를 주요 구성으로 하는 것을 특징으로 하는 열전소자와 결합된 엘이디 조명장치. LED lighting device combined with a thermoelectric element, characterized in that the main configuration comprises a DC output converter for adjusting the DC output value by receiving the control signal of the comparison unit and the control unit and a switching unit for adjusting the polarity. 청구항 1항에 있어 피드백되는 온도에 리니어하게 작용하도록 비교부 및 제어부의 온도 제어 범위를 세밀화한 방식을 특징으로 하는 열전소자와 결합된 엘이디 조명장치. The LED lighting device combined with a thermoelectric element according to claim 1, wherein the temperature control range of the comparator and the control unit is refined to linearly act on the feedback temperature.
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KR20190067412A (en) * 2017-12-07 2019-06-17 현대모비스 주식회사 Automotive room temperature sensor
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