[슬기로운 직생] 인천광역시 연수구 '옥외 LED 등외'

[슬기로운 직생] 인천광역시 연수구 '옥외 LED 등외' - 중국식당 '차이앤'

에스오에스데이터랩 2025. 7. 4. 19:04

슬기로운 '직생'이란?

'직접생산확인증명서' 는 중소기업이 중소기업자간 경쟁제품을 가지고 공공구매 시장에 입찰하기위해 반드시 받아야하는 증명서입니다. 적합/부적합 판정 조사관으로 현장 방문한 제조/서비스 공장의 주변 맛집과 유적 등을 탐방하는 생활입니다. '재미있고 즐겁게 일을 즐기자'는 의미입니다.

현장조사 세부제품은 ?

'전기' 제품군에 속하는'LED 등 세트' 입니다. 이 정도면 규모가 있는 회사일 것 같습니다.

제품군	경쟁제품군	세부제품군
전기	옥외조명및설비	LED가로등기구, LED터널용등기구, LED보안등기구, LED경관조명기구, LED투광등기구, 탐조등
	각종등	LED 램프

뭔 LED옥외등 종류가 이렇게 많나요...

모양과 사용처는 달라도 공정과 설비는 유사합니다. 제조전에 설계있다!

Q. LED 등기구 설계방법은? to Gemini

LED 등기구 설계는 단순히 부품을 조립하는 것을 넘어, 광학, 열 관리, 전기전자, 기구 설계 등 다양한 공학적 지식이 융합되어야 하는 복합적인 과정입니다. 여기서는 LED 등기구 설계의 주요 단계를 일반적인 관점에서 설명해 드리겠습니다.

LED 등기구 설계의 주요 단계

1. 설계 목표 및 요구사항 정의 (Conceptual Design & Specification)

용도 및 환경 분석: 어떤 공간(실내/실외, 주거/상업/산업 등)에서 사용될지, 습기/먼지/온도 등 환경 조건은 어떤지 파악합니다. (예: 방수, 방진 등급 필요 여부)
광학적 요구사항:
- 밝기(루멘, lm): 필요한 총 광량.
- 광효율(lm/W): 에너지 효율 목표.
- 색온도(CCT, K): 따뜻한 백색(2700K~3000K), 주백색(4000K), 주광색(5000K~6500K) 등.
- 연색성(CRI, Ra): 빛이 얼마나 자연색에 가깝게 표현하는지 (보통 Ra 80 이상 권장).
- 배광 분포: 빛이 어떻게 퍼질지 (협각/광각, 균일 확산 등).
- 눈부심(UGR): 실내 조명 시 특히 중요.
전기적 요구사항:
- 입력 전압: AC 220V, DC 12V/24V 등.
- 전력(W): 소비 전력 목표.
- 역률(PF): 높은 역률(0.9 이상)이 에너지 효율에 유리.
- THD(총 고조파 왜곡): 전력 품질 관련.
기구적 요구사항:
- 크기 및 형태: 설치 공간, 디자인 고려.
- 무게: 설치 용이성 및 안전성.
- 설치 방식: 매립형, 노출형, 펜던트형 등.
- 내구성 및 재질: 수명, 환경 저항성.
수명(Life Span): L70/B10 등 수명 기준.
예산 및 생산성: 제조 비용, 양산성 고려.

2. 핵심 부품 선정 (Component Selection)

LED 패키지: 위에서 정의한 광학적 요구사항(밝기, 색온도, 연색성, 효율)에 맞는 제조사의 고품질 LED 칩 또는 모듈을 선택합니다. (예: Samsung, LG Innotek, Lumileds, Nichia, Cree 등)
LED 드라이버 (컨버터):
- 선택한 LED 패키지의 전기적 특성(순방향 전압, 전류)에 맞는 정전류/정전압 드라이버를 선택합니다.
- 고효율, 고역률, 낮은 THD, 필요한 보호 기능(과전압, 과전류, 단락 보호)을 갖춘 드라이버를 선정합니다.
- 디밍 기능(PWM, 0-10V, DALI 등)이 필요하면 해당 기능이 있는 드라이버를 선택합니다.
히트싱크: 선택한 LED의 발열량에 따라 적절한 재질(알루미늄 압출, 다이캐스팅 등)과 표면적을 가진 히트싱크를 설계하거나 선정합니다. 열 저항 값이 낮은 것이 중요합니다.
광학 렌즈/확산판:
- 렌즈: 빛을 특정 각도로 집중시킬 때 (예: 스포트라이트, 가로등) 사용하며, 재질(PMMA, PC, 실리콘 등)과 형태(원형, 타원형)를 결정합니다.
- 확산판: 빛을 넓게 균일하게 퍼뜨리고 눈부심을 줄일 때 (예: 평판 조명) 사용하며, 투과율과 확산율을 고려합니다.
PCB (Printed Circuit Board): LED 칩의 발열을 히트싱크로 효과적으로 전달하기 위해 열전도율이 높은 MCPCB(Metal Core PCB)를 주로 사용합니다.
하우징 및 기타 부품: 등기구의 외형을 형성하고 내부 부품을 보호하며, 설치 및 미관을 고려하여 재질(알루미늄, PC, 철 등)과 디자인을 결정합니다. 방수/방진 등급이 필요하다면 실링(Sealing) 처리 등을 고려합니다.

3. 열 관리 설계 (Thermal Design)

가장 중요하고 어려운 부분 중 하나입니다. LED는 열에 취약하여 과도한 열은 LED의 밝기 저하, 색 변화, 수명 단축을 초래합니다.
열 경로 분석: LED 칩 -> PCB -> 히트싱크 -> 주변 공기로 열이 효율적으로 전달되도록 설계합니다.
히트싱크 계산 및 시뮬레이션: LED의 발열량과 목표 junction 온도(Tj)를 기반으로 필요한 히트싱크의 열 저항()을 계산하고, CFD(Computational Fluid Dynamics) 시뮬레이션 등을 통해 열 흐름을 분석하고 최적화합니다.
열전도성 재료 사용: 열전도성 구리스, 패드 등을 사용하여 부품 간의 열 접촉 저항을 최소화합니다.

4. 광학 설계 (Optical Design)

배광 시뮬레이션: 광학 설계 소프트웨어(예: ASAP, ZEMAX, TracePro, LightTools)를 사용하여 LED 패키지의 광원 데이터(IES 파일 등)를 기반으로 렌즈/확산판을 설계하고, 원하는 배광 분포(Beam Angle)가 나오는지 시뮬레이션합니다.
눈부심 제어: 반사판, 루버, 확산판 등을 활용하여 눈부심(UGR)을 최소화하고 균일한 조도 분포를 만듭니다.

5. 전기 회로 설계 (Electrical Design)

LED 드라이버와의 연결: LED 칩들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 드라이버의 출력 전압 및 전류 범위에 맞춥니다.
안전 규격 준수: 전기 안전 규격(KS, CE, UL 등)을 준수하도록 회로를 설계하고, 필요한 보호 장치(퓨즈, 서지 보호 장치)를 적용합니다.
EMI/EMC 대책: 전자파 간섭(EMI) 및 전자파 적합성(EMC) 규제를 준수하기 위한 필터 및 접지 설계를 포함합니다.

6. 기구 설계 (Mechanical Design)

3D 모델링: CAD 소프트웨어(예: SolidWorks, CATIA, AutoCAD)를 사용하여 등기구의 전체적인 구조를 설계하고 3D 모델링을 진행합니다.
조립성 및 유지보수성: 부품 간의 조립 용이성, 생산성, 그리고 향후 유지보수(예: 드라이버 교체)를 고려하여 설계합니다.
환경 저항성: 방진, 방수(IP 등급), 충격 저항 등 외부 환경 요인에 대한 내구성을 고려한 설계를 합니다.

7. 프로토타입 제작 및 테스트 (Prototyping & Testing)

시제품 제작: 설계된 도면을 바탕으로 실제 작동하는 프로토타입을 제작합니다.
성능 평가:
- 광학 성능: 휘도, 조도, 색온도, 연색성, 배광 분포 등을 측정합니다.
- 열 성능: LED 접합부 온도(Tj), 히트싱크 온도 등을 측정하여 설계값이 적절한지 확인합니다. (열화상 카메라, 열전대 사용)
- 전기적 성능: 전력 소비량, 역률, THD, 효율 등을 측정합니다.
- 안전성 시험: 절연 내력, 누설 전류, EMC 등 안전 규격 시험을 수행합니다.
- 신뢰성 시험: 고온/저온 시험, 습도 시험, 진동 시험 등을 통해 극한 환경에서의 성능과 수명을 평가합니다.

8. 인증 및 양산 준비 (Certification & Mass Production)

각국 인증 획득: 설계 목표에 따라 필요한 국가 및 국제 인증(KC, CE, UL, PSE 등)을 획득합니다.
생산 공정 최적화: 대량 생산을 위한 공정(조립, 테스트, 포장)을 최적화하고 품질 관리 계획을 수립합니다.

설계 시 고려할 주요 사항

열 관리의 중요성: LED 수명과 성능의 핵심은 열 관리입니다. 아무리 좋은 LED를 사용해도 열 관리가 실패하면 기대 수명을 채우지 못합니다.
드라이버와 LED의 매칭: 드라이버의 출력 특성과 LED의 전기적 특성이 정확히 일치해야 안정적인 구동이 가능합니다.
광 효율 극대화: 광학 손실을 최소화하고, 고효율 부품을 사용하여 에너지 효율을 높이는 것이 중요합니다.
생산성 및 비용: 아무리 좋은 설계라도 생산성이 낮거나 비용이 너무 높으면 상업성이 떨어집니다. 초기 설계 단계부터 이 부분을 고려해야 합니다.
안전 및 규제 준수: 각국의 전기 안전 규제와 환경 규제를 철저히 준수해야 합니다.

LED 등기구 설계는 이처럼 다양한 분야의 전문 지식을 요구하며, 각 단계에서 여러 번의 반복적인 시뮬레이션과 테스트를 통해 최적의 결과를 찾아가는 과정입니다. 만약 특정 종류의 LED 등기구(예: 가로등, 평판 조명 등) 설계를 고려하고 계신다면, 더 구체적인 조언을 드릴 수 있습니다.

Q. LED등기구 설계를 도와주는 도구들은? to Gemini

LED 등기구 설계를 위해서는 다양한 종류의 소프트웨어(SW)와 하드웨어 도구들이 필요합니다. 각 설계 단계별로 필요한 주요 도구들을 소개해 드리겠습니다.

1. 기구 설계 (Mechanical Design) - CAD 소프트웨어

LED 등기구의 외형, 내부 부품 배치, 조립 구조 등을 설계하는 데 사용됩니다.

SolidWorks: 범용적으로 가장 많이 사용되는 3D CAD 소프트웨어 중 하나입니다. 직관적인 인터페이스와 강력한 피처 기반 모델링 기능을 제공하여 복잡한 등기구 구조 설계에 적합합니다.
CATIA: 자동차, 항공우주 등 고정밀 산업에서 많이 사용되는 고급 CAD/CAM/CAE 소프트웨어입니다.
Inventor (Autodesk): 오토데스크의 기계 설계 및 3D CAD 소프트웨어로, SolidWorks와 유사한 기능을 제공합니다.
AutoCAD: 2D 도면 작성에 주로 사용되지만, 3D 모델링 기능도 제공합니다. 주로 초기 컨셉 스케치나 상세 도면 작업에 활용될 수 있습니다.
Fusion 360 (Autodesk): 클라우드 기반의 CAD/CAM/CAE 통합 솔루션으로, 스타트업이나 개인 설계자에게 접근성이 좋습니다.

2. 광학 설계 (Optical Design) - 시뮬레이션 소프트웨어

LED에서 나오는 빛이 원하는 형태로 확산되거나 집중되도록 렌즈, 반사경, 확산판 등을 설계하고 시뮬레이션하는 데 사용됩니다.

Zemax OpticStudio (Ansys Zemax): 광학 시스템 설계 분야의 표준으로 불리는 강력한 소프트웨어입니다. 렌즈, 반사경, 도파관 등 다양한 광학 부품을 설계하고 광선 추적, 최적화, 공차 분석 등을 수행할 수 있습니다.
TracePro (Lambda Research Corporation): 조명, 디스플레이, 광학 센서 등 다양한 분야에서 광선 추적 및 광학 시뮬레이션에 널리 사용됩니다. 특히 CAD 모델과의 연동이 용이하여 등기구 설계에 많이 활용됩니다. (SolidWorks RayViz도 TracePro의 광선 추적 엔진을 사용합니다.)
LightTools (Synopsys): 복잡한 광학 시스템, 특히 조명 및 디스플레이 백라이트 설계에 강점을 가진 시뮬레이션 소프트웨어입니다.
DIALux / Relux: 조명 설계 전문 소프트웨어로, 실제 공간에 조명 기구를 배치했을 때의 조도 분포, 균제도, 눈부심(UGR) 등을 시뮬레이션하여 조명 환경을 평가합니다. LED 등기구 자체의 광학 설계보다는 최종 설치 환경에서의 검증에 주로 사용됩니다.
RSoft Photonic Device Tools (Synopsys): LED 소스 자체의 구조(LED chip 내부) 및 추출 효율 최적화 등 미세한 광학 시뮬레이션에 특화되어 있습니다.

3. 열 관리 설계 (Thermal Design) - CFD (Computational Fluid Dynamics) 소프트웨어

LED 칩에서 발생하는 열이 등기구 외부로 효과적으로 방출되는지 시뮬레이션하고 히트싱크 설계를 최적화합니다.

ANSYS Fluent / CFX: 범용적인 CFD 소프트웨어로, 공기 흐름 및 열 전달 시뮬레이션에 매우 강력한 기능을 제공합니다.
Simcenter FLOEFD (Siemens PLM): CAD 임베디드 CFD 소프트웨어로, 설계 초기 단계부터 CAD 환경에서 쉽게 열 유동 해석을 수행할 수 있어 설계 반복 시간을 줄일 수 있습니다. LED 모듈을 위한 특화된 기능도 제공합니다.
COMSOL Multiphysics: 다양한 물리 현상(열, 유체, 전기 등)을 통합하여 시뮬레이션할 수 있는 다중 물리 시뮬레이션 소프트웨어입니다.
Flotherm (Mentor Graphics - Siemens EDA): 전자 장비의 열 관리 및 냉각 시스템 설계에 특화된 CFD 소프트웨어입니다.

4. 전기 회로 설계 (Electrical Design) - EDA 소프트웨어

LED 드라이버 회로, PCB(Printed Circuit Board) 설계 등에 사용됩니다.

Altium Designer: PCB 설계 및 전자 회로 설계를 위한 통합 솔루션으로, 전문가들 사이에서 널리 사용됩니다.
OrCAD / PSpice (Cadence): 회로 설계(Schematic Capture), 시뮬레이션(PSpice), PCB 레이아웃 기능을 제공합니다.
KiCad: 오픈 소스 EDA 소프트웨어로, 무료이면서도 강력한 기능을 제공하여 개인 개발자나 소규모 팀에 유용합니다.
Eagle (Autodesk): PCB 설계 소프트웨어로, 비교적 쉽게 사용할 수 있어 취미 개발자나 교육용으로 많이 사용됩니다.

5. 기타 도구 및 장비

스펙트로라디오미터 (Spectroradiometer): LED 등기구의 광량(루멘), 색온도(CCT), 연색성(CRI), 스펙트럼 분포 등을 정확하게 측정하는 장비입니다.
적분구 (Integrating Sphere): 등기구에서 방출되는 총 광속(Total Luminous Flux, 루멘)을 측정하는 데 사용됩니다.
열화상 카메라 (Thermal Camera): 등기구 작동 중 각 부품의 온도 분포를 시각적으로 확인하여 열 문제점을 파악하는 데 유용합니다.
열전대 (Thermocouple) 및 데이터 로거: 특정 지점의 온도를 지속적으로 모니터링하고 기록하는 데 사용됩니다.
전력 분석기 (Power Analyzer): 등기구의 전력 소비량(W), 역률(PF), THD 등을 측정합니다.
오실로스코프 (Oscilloscope) 및 멀티미터 (Multimeter): 회로 전압, 전류, 파형 등을 측정하여 전기적 특성을 분석합니다.
3D 프린터: 설계한 등기구 하우징이나 특정 부품의 시제품을 빠르게 제작하여 형상 및 조립성 등을 검토하는 데 활용될 수 있습니다.