KR20140145485A - Smps가 없는 led 조명시스템 - Google Patents

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KR20140145485A
KR20140145485A KR1020130067994A KR20130067994A KR20140145485A KR 20140145485 A KR20140145485 A KR 20140145485A KR 1020130067994 A KR1020130067994 A KR 1020130067994A KR 20130067994 A KR20130067994 A KR 20130067994A KR 20140145485 A KR20140145485 A KR 20140145485A
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이명범
음희찬
이정일
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    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F21S9/02—Lighting devices with a built-in power supply; Systems employing lighting devices with a built-in power supply the power supply being a battery or accumulator

Abstract

본 발명에 의한 LED 조명시스템은, 교류전원에 연결되어 에너지를 충전하고, 충전된 에너지를 방전하는 에너지 저장 장치 및 방전된 에너지를 제공받아 발광 동작을 수행하는 다수개의 LED 조명을 포함하는 발광부를 포함한다.

Description

SMPS가 없는 LED 조명시스템{LED ILLUMINATION SYSTEM WITHOUT SMPS}
본 발명은 조명시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED 조명시스템에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 PN 접합에 순방향으로 전류를 흐르게 하여 빛을 발생시키는 반도체 소자이다. LED는 전기에너지를 빛에너지로 변환하는 효율이 높고, 긴 수명을 가지며, 소비 전력이 적고, 유지 및 보수 비용을 크게 절감할 수 있어 차세대 조명용 소자로 주목받고 있다.
LED는 칩의 형태로 형성되므로, 이를 패키징하고 LED 조명에 적용하는데 다양한 요소의 결합이 요구된다. 예컨대, 복수개로 배치된 LED들에 적합한 전원을 공급하는 전원장치가 요구되며, 효율적인 발광 구조를 위해 추출되는 광을 유도하는 장치가 요구된다.
LED 조명은 일반적으로 직류로 구동되기 때문에, LED 조명은 SMPS(Switching Mode Power Supply) 등을 사용하여 상용전원인 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 LED조명을 구동시킨다. 하지만, SMPS는 변압기와 대용량 커패시터를 사용함에 따라 LED 조명의 소형화 및 IC집적화가 어려울 뿐만 아니라 전력변환에 따른 손실이 많이 발생한다. 특히, 상기 대용량 커패시터는 SPMS의 출력전압에 포함되어 있는 리플 성분을 제거하기 위하여 사용되지만, LED보다 수명이 매우 짧아 LED 조명의 큰 장점인 긴 수명을 방해한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, SMPS가 제거된 LED 조명을 포함하는 LED 조명시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 LED 조명시스템은, 교류전원에 연결되어 에너지를 충전하고, 상기 충전된 에너지를 방전하는 에너지 저장 장치 및 상기 방전된 에너지를 제공받아 발광 동작을 수행하는 다수개의 LED 조명을 포함하는 발광부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 에너지 저장 장치와 상기 발광부 사이에 연결되고, 상기 각각의 LED 조명에 흐르는 전류 및 전압을 측정하며, 측정결과와 미리 설정된 기준값을 비교하고, 비교결과에 따라 상기 방전된 에너지를 상승 또는 하강시켜 상기 각각의 LED 조명에 분산시키는 전력 제어부를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 에너지 저장 장치는 상기 충전된 에너지를 방전하는 배터리 및 상기 교류전원을 제공받아 상기 배터리를 충전시키는 배터리 충전회로를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 교류전원이 상기 에너지 저장 장치에 공급되는 경우 상기 배터리는 에너지를 충전하는 동시에 상기 충전된 에너지를 상기 발광부로 방전한다.
일 실시예에서, 상기 교류전원이 상기 에너지 저장 장치에 공급되지 않는 경우 상기 배터리에 충전된 에너지를 상기 발광부로 방전한다.
일 실시예에서, 상기 배터리는 리튬인산철(LiFePO4)전지이다.
본 발명에 의한 LED 조명시스템은, 교류전원에 연결되어 에너지를 충전하고, 상기 충전된 에너지를 방전하는 에너지 저장 장치, 상기 방전된 에너지를 제공받아 발광 동작을 수행하는 다수개의 LED 조명을 포함하는 발광부 및 조명 버튼 조작에 따라 상기 에너지 저장 장치와 상기 발광부 사이를 연결하거나 차단하는 조명 스위치를 포함하는 경로 제어부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 경로 제어부는 상기 방전된 에너지와 미리 설정된 임계값을 비교하고, 비교결과에 따라 과전류를 판단하여 상기 조명 스위치와 상기 발광부 사이를 차단하는 과전류 보호회로를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 경로 제어부와 상기 발광부 사이에 연결되고, 상기 각각의 LED 조명에 흐르는 전류 및 전압을 측정하며, 측정결과와 미리 설정된 기준값을 비교하고, 비교결과에 따라 상기 방전된 에너지를 상승 또는 하강시켜 상기 각각의 LED 조명에 분산시키는 전력 제어부를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 에너지 저장 장치는 상기 충전된 에너지를 방전하는 배터리 및 상기 교류전원을 제공받아 상기 배터리를 충전시키는 배터리 충전회로를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 교류전원이 상기 에너지 저장 장치에 공급되는 경우 상기 배터리는 에너지를 충전하는 동시에 상기 충전된 에너지를 상기 발광부로 방전한다.
일 실시예에서, 상기 교류전원이 상기 에너지 저장 장치에 공급되지 않는 경우 상기 배터리에 충전된 에너지를 상기 발광부로 방전한다.
일 실시예에서, 상기 배터리는 리튬인산철(LiFePO4)전지이다.
본 발명의 일 실시예에 의한다면, SMPS를 제거하여 충전 또는 방전이 가능한 에너지 저장 장치로 대체함으로써 LED 조명은 수명이 더욱더 연장되고, 전력변환에 따른 손실이 더욱더 줄어든다는 효과가 제공된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 의한다면, LED 조명은 SMPS를 제거함으로써 소형화 및 IC 집적화가 가능하다는 효과가 제공된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 의한다면, LED 조명시스템은 리튬인산철(LiFePO4)전지를 사용함으로써 과충전에도 화재나 폭발 위험성이 없고, 약 10년간 수명보증이 가능하다는 효과가 제공된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 의한다면, 에너지 저장 장치는 SMPS 기능을 수행할 뿐만 아니라, 정전시 비상용 전원 기능을 수행할 수 있다는 효과가 제공된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 의한다면, LED 조명시스템은 조명 스위치를 에너지 저장 장치와 LED 조명사이에 배치함으로써 LED 조명을 오프 시킬 때의 전력손실을 줄일 수 있다는 효과가 제공된다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명시스템에 대한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치에 대한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명시스템에 대한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 제어부에 대한 구성을 나타낸 블록도이다.
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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명시스템을 설명한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명시스템에 대한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치에 대한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명시스템은 에너지 저장 장치(10) 및 발광부(20)를 포함한다. 또한, 전력제어부(30)를 더 포함할 수 있다.
에너지 저장 장치(10)는 교류전원에 연결되어 에너지를 충전하고, 충전된 에너지를 발광부(20)에 방전한다. 에너지 저장 장치(10)로부터 방전되는 에너지는 직류일 수 있다. 교류전원은 RMS 값이 220V이며, 60Hz의 주파수를 가진 일반 가정용 전원일 수 있으며, 일정한 주기를 가지고 다른 위상으로 맥류하는 전원일 수 있다.
또한, 에너지 저장 장치(10)는 배터리 충전회로(12), 배터리(14) 및 제어부(16)를 포함할 수 있다. 또한, 표시부(18)를 더 포함할 수 있다.
배터리 충전회로(12)는 교류전원을 제공받아 배터리(14)를 충전시킨다. 배터리(14)는 배터리 충전회로(12)에 연결된다. 배터리(14)는 배터리 충전회로(12)으로부터 제공되는 에너지에 상응하여 충전되고, 충전된 에너지를 방전한다. 방전된 에너지는 발광부(20)에 제공된다. 즉, 에너지 저장 장치(10)에 교류전원과 발광부(20) 모두 연결된 경우 배터리(14)는 충전과 방전을 동시에 수행할 수 있다. 또한, 배터리(14)는 충전 또는 방전이 가능한 2차 전지 일 수 있으며, 다수의 소용량 2차 전지 셀로 구성되거나 하나의 대용량 2차 전지 셀로 구성될 수 있다.
2차 전지는 리튬-이온(Lithium-Ion)전지, 니켈-카드뮴(Nickel- Cadmium)전지 및 니켈-금속-수소(Nickel Metal-Hydride)전지 중 어느 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예에서, 리튬-이온 전지는 리튬-이온-망간(Lithium-Ion-Manganese)전지, 리튬-이온-코발트(Lithium-Ion-Cobalt)전지, 리튬-철-인산(Lithium-Iron-Phosphate)전지, 리튬-망간-코발트-산화(Lithium-Manganese -Cobalt-Oxide)전지, 리튬-티탄(Lithium-titanate)전지, 리튬-니켈-코발트-알루미늄-산화(Lithium- Nickel -Cobalt-Aluminum-Oxide)전지 및 리튬-이온-폴리머(Lithium-Ion- Polymer)전지 중 어느 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 배터리(14)는 리튬인산철(LiFePO4)전지로 이루어질 수 있다. 리튬인산철(LiFePO4)전지는 과충전에도 화재나 폭발 위험성이 없고, 충방전 사이클이 2,000 사이클이며, 약 10년간 수명보증이 가능하며, 2000회 충방전 이후에도 70%이상의 저장용량이 유지된다. 이에 더하여, 리튬인산철(LiFePO4)전지는 자연방전율이 낮고, 온도에 영향을 받지 않으며, 유지보수가 필요 없고, 납 및 카드뮴 등 중금속을 포함하지 않는다는 장점이 있다.
제어부(16)는 배터리(14)에 연결된다. 제어부(16)는 배터리(14)의 상태를 모니터링하고, 모니터링결과에 따라 배터리(14)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(16)는 배터리(14)의 안정성 확보를 위해 배터리(14)의 전압, 전류 및 온도 상태를 모니터링하고, 배터리(14)의 최적 상태를 위해 배터리(14)의 충전 잔량(SOC, State of Charge), 잔존 수명(SOH, State of Health), 셀 배런싱 및 냉각 상태를 모니터링 하여 배터리(14)의 충전 또는 방전을 제어한다.
표시부(18)는 제어부(16)에 연결될 수 있다. 표시부(18)는 제어부(16)로부터 배터리(14) 상태 정보를 제공받고, 제공받은 배터리(14) 상태 정보를 표시할 수 있다. 표시부(18)는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panlen), LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diode)및 EPD(Electric Paper Display)중에서 어느 하나를 포함할 수 있다.
발광부(20)는 에너지 저장 장치(10)에 연결된다. 발광부(20)는 에너지 저장 장치(10)로부터 방전된 에너지를 제공받고, 방전된 에너지에 상응하여 발광 동작을 수행하는 다수개의 LED 조명을 포함한다. 또한, 이러한 LED 조명들은 에너지 저장 장치(10)로부터 약 7m 이내에 배치되어야 저항 손실을 줄일 수 있다. 또한, 하나의 LED 조명은 적어도 하나의 LED를 포함할 수 있다.
이와 같이, 에너지 저장 장치(10)에 다수개의 LED 조명들이 연결됨에 따라 종래 각 LED 조명 내에 포함되었던 SMPS를 제거할 수 있다. 따라서, 각 LED 조명을 소형화 시킬 수 있다.
전력 제어부(30)는 에너지 저장 장치(10)와 발광부(20) 사이에 연결된다. 전력 제어부(30)는 각각의 LED 조명에 흐르는 전압 및 전류를 측정하며, 측정결과와 미리 설정된 기준값을 비교하고, 비교결과에 따라 방전된 에너지를 승압 또는 감압시키며, 승압 또는 감압된 방전된 에너지를 각각의 LED 조명에 분산시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명시스템은 상용전원, 즉 일반 가정용 전원인 교류전원이 에너지 저장 장치(12)에 공급되는 경우 배터리(14)는 에너지를 충전하는 동시에 충전된 에너지를 발광부(20)로 방전한다. 또한, 비상상항에서 교류전원이 에너지 저장 장치(12)에 공급되지 않는 경우, 즉 정전된 경우 배터리(14)에 충전된 에너지를 발광부(20)로 방전한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치(10)는 평상시에 SMPS 기능을 수행하고, 정전시 비상용 전원 기능을 수행할 수 있다.
따라서, 종래의 SMPS를 가지는 LED 조명장치보다 SMPS를 제거하여 충전 또는 방전이 가능한 에너지 저장 장치로 대체함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명시스템은 수명이 더욱더 연장되고, 전력변환에 따른 손실이 더욱더 줄어든다는 효과가 제공된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명시스템은 SMPS를 제거함으로써 소형화 및 IC 집적화가 가능하다는 효과가 제공된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명시스템은 리튬인산철(LiFePO4)전지를 사용함으로써 과충전에도 화재나 폭발 위험성이 없고, 약 10년간 수명보증이 가능하다는 효과가 제공된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치는 SMPS 기능을 수행할 뿐만 아니라, 정전시 비상용 전원 기능을 수행할 수 있다는 효과가 제공된다.
제2 실시예
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명시스템에 대한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 제어부에 대한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명시스템은 에너지 저장 장치(10) 및 발광부(20) 및 경로 제어부(40)를 포함한다. 또한, 전력 제어부(30)를 더 포함할 수 있다. 다만, 아래에서는 상술한 에너지 저장 장치(10) 및 발광부(20)에 관한 중복되는 부분은 설명의 간명성을 위하여 생략한다.
경로 제어부(40)는 조명 스위치(42)를 포함할 수 있다. 조명 스위치(42)는 에너지 저장 장치(10)와 발광부(20) 사이에 연결된다. 조명 버튼과 조명 스위치(42)는 도 3에 도시된바와 같이 한 개씩 구비될 수 있지만, 각 LED 조명 당 하나의 조명 버튼과 조명 스위치(42)가 구비될 수 있다.
조명 스위치(42)는 조명 버튼과 연결되어 사용자의 조명 버튼 조작에 따라 에너지 저장 장치(10)와 발광부(20) 사이를 연결하거나 차단하여 방전된 에너지의 경로를 제공한다. 즉, 조명 버튼 조작에 의해 조명 스위치(42)가 단락되면 에너지 저장 장치(10)에서 제공하는 방전된 에너지는 조명 스위치(42)를 통하여 발광부(10)에 제공된다. 또한, 조명 버튼 조작에 의해 조명 스위치(42)가 개방되면 에너지 저장 장치(10)에서 제공하는 방전된 에너지는 조명 스위치(42)에 의해 차단되어 발광부(20)에 제공되지 않는다. 또한, 조명 버튼은 키패드(Key Pad), 키버튼(Key Button), 터치스크린(Touch Screen) 및 터치키(Touch Key) 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 경로 제어부(40)는 과전류 보호회로(44)를 더 포함할 수 있다. 과전류 보호회로(44)는 조명 스위치(42)와 발광부(20) 사이에 연결된다. 과전류 보호회로(44)는 방전된 에너지와 미리 설정된 임계값을 비교하고, 비교결과에 따라 과전류를 판단하여 조명 스위치(42)와 발광부(20) 사이를 연결하거나 차단할 수 있다. 즉, 과전류 보호회로(44)는 방전된 에너지가 미리 설정된 임계값을 초과하면 과전류라 판단하여 조명 스위치(42)와 발광부(20) 사이의 방전된 에너지의 경로를 차단한다.
전력 제어부(30)는 경로 제어부(40)와 발광부(20) 사이에 연결된다. 전력 제어부(30)는 각각의 LED 조명에 흐르는 전압 및 전류를 측정하며, 측정결과와 미리 설정된 기준값을 비교하고, 비교결과에 따라 방전된 에너지를 승압 또는 감압시키며, 승압 또는 감압된 방전된 에너지를 각각의 LED 조명에 분산시킨다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명시스템은 조명 스위치를 에너지 저장 장치와 LED 조명 사이에 배치함으로써 LED 조명을 오프 시킬 때의 전력손실을 줄일 수 있다는 효과가 제공된다.
10 : 에너지 저장 장치 12 : 배터리 충전회로
14 : 배터리 16 : 제어부
18 : 표시부 20 : 발광부
30 : 전력 제어부; 40 : 경로 제어부
42 : 조명 스위치 44 : 과전류 보호회로

Claims (13)

  1. 교류전원에 연결되어 에너지를 충전하고, 상기 충전된 에너지를 방전하는 에너지 저장 장치; 및
    상기 방전된 에너지를 제공받아 발광 동작을 수행하는 다수개의 LED 조명을 포함하는 발광부를 포함하는 LED 조명시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치와 상기 발광부 사이에 연결되고, 상기 각각의 LED 조명에 흐르는 전류 및 전압을 측정하며, 측정결과와 미리 설정된 기준값을 비교하고, 비교결과에 따라 상기 방전된 에너지를 상승 또는 하강시켜 상기 각각의 LED 조명에 분산시키는 전력 제어부를 더 포함하는 LED 조명시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는,
    상기 충전된 에너지를 방전하는 배터리; 및
    상기 교류전원을 제공받아 상기 배터리를 충전시키는 배터리 충전회로를 포함하는 LED 조명시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 교류전원이 상기 에너지 저장 장치에 공급되는 경우 상기 배터리는 에너지를 충전하는 동시에 상기 충전된 에너지를 상기 발광부로 방전하는 LED 조명시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 교류전원이 상기 에너지 저장 장치에 공급되지 않는 경우 상기 배터리에 충전된 에너지를 상기 발광부로 방전하는 LED 조명시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 배터리는 리튬인산철(LiFePO4)전지인 LED 조명시스템.
  7. 교류전원에 연결되어 에너지를 충전하고, 상기 충전된 에너지를 방전하는 에너지 저장 장치;
    상기 방전된 에너지를 제공받아 발광 동작을 수행하는 다수개의 LED 조명을 포함하는 발광부; 및
    조명 버튼 조작에 따라 상기 에너지 저장 장치와 상기 발광부 사이를 연결하거나 차단하는 조명 스위치를 포함하는 경로 제어부를 포함하는 LED 조명시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 경로 제어부는,
    상기 방전된 에너지와 미리 설정된 임계값을 비교하고, 비교결과에 따라 과전류를 판단하여 상기 조명 스위치와 상기 발광부 사이를 차단하는 과전류 보호회로를 더 포함하는 LED 조명시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 경로 제어부와 상기 발광부 사이에 연결되고, 상기 각각의 LED 조명에 흐르는 전류 및 전압을 측정하며, 측정결과와 미리 설정된 기준값을 비교하고, 비교결과에 따라 상기 방전된 에너지를 상승 또는 하강시켜 상기 각각의 LED 조명에 분산시키는 전력 제어부를 더 포함하는 LED 조명시스템.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는,
    상기 충전된 에너지를 방전하는 배터리; 및
    상기 교류전원을 제공받아 상기 배터리를 충전시키는 배터리 충전회로를 포함하는 LED 조명시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 교류전원이 상기 에너지 저장 장치에 공급되는 경우 상기 배터리는 에너지를 충전하는 동시에 상기 충전된 에너지를 상기 발광부로 방전하는 LED 조명시스템.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 교류전원이 상기 에너지 저장 장치에 공급되지 않는 경우 상기 배터리에 충전된 에너지를 상기 발광부로 방전하는 LED 조명시스템.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 배터리는 리튬인산철(LiFePO4)전지인 LED 조명시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101716254B1 (ko) * 2016-04-11 2017-03-14 인성 엔프라 주식회사 비상유도표식의 조명시스템

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KR101716254B1 (ko) * 2016-04-11 2017-03-14 인성 엔프라 주식회사 비상유도표식의 조명시스템

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