KR101799488B1

KR101799488B1 - 조명 장치

Info

Publication number: KR101799488B1
Application number: KR1020127009854A
Authority: KR
Inventors: 레도우아네 에데아네; 로베르투스 레오나르두스 토우사인; 베르트란드 요한 에드워드 혼텔레; 데니스 요하네스 안토니우스 클라에센스; 에티에네 니콜라스 카탈리인트제 파울루스 마리에 에버슨; 홍 지앙; 필립 루이스 줄마 바엘
Original assignee: 필립스 라이팅 홀딩 비.브이.
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2017-11-20
Also published as: KR20120067360A; CN102598855B; RU2554080C2; EP2478743A1; TW201127199A; BR112012005830A2; EP2478743B1; CA2774227C; US20120169246A1; CN102598855A; US9167652B2; RU2012115478A; CA2774227A1; JP2013505531A; WO2011033415A1; JP5647250B2

Abstract

조명 장치(1)는 적어도 하나의 저전력 광원(50); 전자 트랜스포머(ET)로부터 AC 저전압을 수취하기에 적합한 전력 입력 단(20); 입력 단의 출력(29)에 접속된 입력(31)을 갖는 전력 버퍼 단(30); 광원을 구동하고 전력 버퍼 단으로부터 전력 공급을 수취하는 드라이버(40)를 포함한다. 전력 입력 단은 비교적 낮은 주파수에서 전력 버퍼 단을 충전하는 출력 전류 펄스를 생성하고, 각각의 출력 전류 펄스 동안, 전력 입력 단은 입력 전류를 끌어내고, 입력 전류는 항상 전자 트랜스포머의 최소 로드 요구치보다 높은 전류 크기를 갖는다.

Description

조명 장치{ILLUMINATION DEVICE}

본 발명은 일반적으로 조명 분야에 관한 것이다.

조명 분야에서, 조명 목적으로 많은 다양한 타입의 광원이 개발되어 왔다. 애플리케이션에 따라, 각 타입의 광원은 특정 이점 및 단점을 가질 수 있다. 임의의 경우, 각 타입의 광원은 특정한 사양(specification)을 가지며 이러한 광원용 전원(또는 드라이버)이 특정한 사양을 충족시키기 위하여 개발되어 왔다.

조명 목적의 광원으로서 고전력 LED가 최근 개발되었다. 광원으로서 LED를 이용하는 조명 장치에 대한 드라이버가 개발되고 있지만, 기존 조명 장치 내의 광원에 대한 교체(리트로피트(retrofit))로서 LED를 사용하려는 요구가 존재하며, 이 경우, 램프로의 전기 입력 신호는 기존(LED가 아닌) 광원의 특정한 사양을 충족시키도록 조정된(adapted) 기존 드라이버에 의해 생성된다. 이것은 몇 가지 문제점 및/또는 어려움을 유발한다.

본 발명은 구체적으로 할로겐 램프, 예를 들어, GU5.3 피팅 핀(fitting pin)을 갖는 MR16, 12V 할로겐 램프 등의 저전압 램프의 경우의 리트로피트 문제에 관한 것이고; 다른 예는 MR11 램프 또는 G4 또는 G9 핀 구성이다. 그러나, 본 발명의 원리는, 디밍가능성에 관한 한, 전원(mains)에서 동작하는 램프의 경우에 적용될 수 있다.

저전압 조명 시스템의 경우, 정상 전원 (일반적으로 유럽에서 230 VAC @ 50 Hz)은 안전안 저전압으로 변압된다. 이 목적으로 사용되는 트랜스포머의 대부분은 전원 주파수보다 높은 비교적 높은 스위칭 주파수에서 동작하는 전자 스위치 모드 전원으로서 구현되고, 더 높은 주파수는 더 작은 트랜스포머 사이즈를 초래한다. 이러한 타입의 트랜스포머는 LED와 협동는데 어려움이 있다는 문제가 있다. 일반적으로, 트랜스포머 동작은 불안정할 수 있고, 따라서, 광 플리커를 유발할 수 있다.

본 발명의 목적은 이들 문제를 극복하거나 적어도 감소시키는 것이다.

특히, 본 발명은 LED 및 전자 트랜스포머 사이의 호환성을 개선하는 것이 목적이다.

특히, 본 발명은 광원으로서 하나 이상의 LED을 포함하고 전자 트랜스포머와 신뢰성있게 협동할 수 있는 조명 장치를 제공하는 것이 목적이다.

본 발명은, 정확하게 동작하기 위하여 전자 트랜스포머가 최소 로드(최소 출력 전류)를 필요로 하고 LED가 이러한 최소 로드를 제공할 수 없다는 인식에 기초한 것이다. 일반적으로, 전자 트랜스포머의 최소 로드 요구치는 20 W 내지 60 W의 범위 내에 있지만, LED는 일반적으로 더 낮은 로드를 제공한다(저전력은 실제로 LED의 중요한 이점으로 여겨지며, 더 높은 전력의 램프를 이들을 이용하여 먼저 대체하는 중요한 이유로서 여겨진다).

하나의 중요한 양태에서 본 발명에 따른 LED 드라이버에는 전력 입력 단 및 전력 버퍼 단이 제공된다. 전력 입력 단은 표준 전자 트랜스포머에 접속하기 위한 것이며, 비교적 짧은, 즉, 전원 주기보다 짧은, 하이 레벨 전류 펄스를 끌어내도록 설계된다. 이들 펄스 사이에는 트랜스포머로부터 끌어낸 전류가 없어, 전류 트랜스포머는 오프로 간주될 수 있다. 펄스 동안, 전류 레벨은 전자 트랜스포머의 최소 로드 요구치를 충족하기에 충분하도록 높다. 전력 버퍼 단은 전자 트랜스포머로부터 끌어낸 전원을 버퍼링하는 것이다. 전력 버퍼 단에 비교적 낮은 전력 로드를 제공하면서 LED 드라이버 자체에는 전력 버퍼 단으로부터 전력이 공급된다. LED 드라이버에 의해 전력 버퍼 단으로부터 끌어낸 전력은 전력 버퍼 단에 의해 전력 입력 단으로부터 끌어낸 전력에 의해 보상되어야 하며, 이것은 하이 레벨 전류 펄스의 듀티 사이클을 적절하게 조정함으로써 이루어진다.

따라서, 본 발명에 따른 드라이버는 2단 설계를 갖는다. 제1 단은 공급 트랜스포머의 로드 요구치를 충족하도록 설계되지만, 제2 단은 LED의 공급 요구치에 따라 LED를 공급하도록 설계된다. 더 유리한 세부 사항은 종속 청구범위에 기재된다.

WO2009/079924는 할로겐 트랜스포머로부터 제공되는 12V AC 전력을 수취하는 LED 드라이버를 개시한다. 이 드라이버는 정류기 및 12V AC 입력 전압의 피크에 의해 충전된 버퍼 커패시터를 포함한다. LED에 의한 저전력 소비의 경우, 이 드라이버는 또한 낮은 트랜스포머 전류만을 요구할 것이다. 임의의 경우, 종래의 솔루션의 중요한 단점은 램프로의 피크 전류가 정의되지 않고 트랜스포머로부터 끌어낸 피크 전류가 정의되지 않아 트랜스포머로부터 도출된 전류가 트랜스포머를 정확하게 동작시키기에 너무 낮거나 높을 수 있다는 것이다.

본 발명의 이들 및 다른 양태, 특징 및 이점이 도면을 참조한 하나 이상의 바람직한 실시예의 다음의 설명에 의해 더 설명되며, 이들 도면에서 동일한 참조 번호는 동일 또는 유사한 부분을 가리킨다.
도 1은 본 발명에 따라 구현되는 조명 장치의 개략 블록도.
도 2는 전력 입력 단 및 전력 버퍼 단을 나타내는 개략적인 블록도.
도 3은 전류 및 전압의 몇 개의 파형을 개략적으로 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 LED 램프를 개략적으로 나타내는 도면.
도 5는 LED 드라이버를 나타내는 개략적인 블록도.
도 6a 내지 6c는 도 1의 조명 장치의 변형을 나타내는 개략 블록도.

도 1은 본 발명에 따라 구현되는, 전자 트랜스포머(ET)에 접속되는 조명 장치(1)의 개략 블록도로, 전자 트랜스포머(ET)는 본선(mains; M)에 접속된다. 조명 장치(1)는 전력 입력 단(20), 전력 버퍼 단(30), LED 드라이버 단(40) 및 마지막으로 하나 이상의 LED(50)를 포함하는 3단 설계를 갖는다. 더 상세히 설명하는 바와 같이, 전력 입력 단(20)의 메인 태스크는 특히 트랜스포머(ET)의 공급 요구치를 고려하여 버퍼(30)를 채운 상태로 유지하는 것이고, 드라이버(40)의 메인 태스크는 LED의 요구사항을 고려하여 버퍼로부터 얻은 전력으로 LED를 구동하는 것이다. 따라서, 이러한 요구 사항은 서로 충돌할 수 있지만, 이들은 상이한 전류 회로로 나타내기 때문에 충돌하지 않는다. 정상 상태에서 전력 버퍼(30)의 콘텐츠는 평균적으로 일정하다. 하나의 특정한 구현예에서, LED 회로에 의해 제어가 결정되는데, 예를 들어, 디밍(dimming)의 경우, 전력을 버퍼로부터 얻는 레이트를 결정하는 LED 전력이 설정되고, 전력 입력 단의 태스크는 이에 따라 그 버퍼 충전 레이트를 조정한다. 또 다른 특정 구현예에서, 전원 회로에 의해 제어가 결정되는데, 예를 들어, 디밍의 경우, 전력을 버퍼에 입력하는 레이트를 결정하는 본선 전력이 설정되고, LED 드라이버 단의 태스크는 이에 따라 자신의 버퍼 소모 레이트 및 따라서 LED 전력을 조정한다.

LED 드라이버(40)는 전력 버퍼 단(30)의 전력 출력(39)에 접속된 전력 입력(41)을 갖는다. LED 드라이버(40)는 특정한 조정이 필요하지 않은, 종래의 표준 자율(autonomous) 드라이버일 수 있으며, 따라서, 더 많은 설명은 생략한다. 예를 들어, 드라이버의 전력 입력(41)이 적절한 전압 레벨의 정전압원에 접속될 때 정확하게 동작할 수 있는 임의의 드라이버가 드라이버(40)로서 사용될 수 있다.

일반적으로 하나 이상의 커패시터를 포함할 수 있는 전력 버퍼 단(30)은 전력 입력 단(20)의 전력 출력(29)에 접속된 버퍼 입력(31)을 갖고, 전력 입력 단은 전자 트랜스포머(ET)에 접속된 전력 입력을 갖는다. 아키텍쳐에 관한 한, 조명 장치(1)는 바람직하게 트랜스포머 출력에 접속된 표준 접속기 소켓(CS)과의 결합을 위한 램프 접속기(10)를 포함하는 완전한 램프 유닛으로서 구현된다. 그러나, 램프(50) 및 드라이버(40)의 조합으로 구성되는 표준 램프 유닛이 사용될 수 있는데, 이 유닛에는 램프 접속기(10)와 유사하고 접속기(CS)에 결합될 수 있는 램프 접속기가 제공되고, 전력 입력 단(20) 및 전력 출력 단(30)의 조합은, 그것의 입력에 램프 접속기(10)와 유사하고 접속기(CS)에 결합될 수 있는 램프 접속기가 제공되고 그것의 출력에 소켓(CS)과 유사한 표준 접속기 소켓이 제공되는 중간 전원 장치(60)로서 구현된다.

도 2는 전력 입력 단(20) 및 전력 버퍼 단(30)의 소정 양태들을 조금 더 상세하게 나타내는 개략 블록도이다.

전력 버퍼 단(30)은 일반적으로 출력 단자(38, 39)에 병렬로 접속된 커패시터(32)를 포함한다.

정류기(22)를 포함할 수 있는 전력 입력 단(20)은 바람직하게 컨버터로서 구현된다. 도 2는 부스트 컨버터 설계를 나타내지만, 전력 입력 단(20)은 또한 벅 부스트 컨버터(buck-boost converter), SEPIC 컨버터, 등으로서 구현될 수 있고, 이들 모든 구현에서, 트랜스포머(ET)의 출력 전압보다 높은 출력 전압(및 따라서 전력 버퍼 단(30)의 동작 전압)을 얻을 수 있다. 도시된 실시예에서, 전력 입력 단(20)은 입력(21)(또는 정류기(22))과 출력(29) 사이에 접속된 인덕터(26) 및 다이오드(27)의 일련의 구성을 포함한다. 제어가능한 스위치(23)는 인덕터(26)와 다이오드(27) 사이의 노드에서 출력 단자(28, 29)에 병렬로 접속된다. 제어가능한 스위치(23)는 제어 장치(24)에 의해 도전(ON) 또는 비도전(OFF)으로 제어된다.

동작은 다음과 같다. 스위치(23)가 온이면, 트랜스포머는 인덕터(26)를 충전하는데 사용되는 크기가 증가하는 전류를 제공한다. 스위치(23)가 오프이면, 인덕터(26)는 커패시터(32)에 크기가 감소하는 전류를 제공하여 인덕터(26)로부터 커패시터로 에너지를 전달한다.

장치의 동작은 소정 신호의 파형을 나타내는 그래프인 도 3을 참조하여 더 상세히 설명한다. 제어 장치(24)는 비교적 높은 주파수(도 3, 곡선(41))에서 스위치(23)를 스위칭한다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 달성되는 출력 전압은 이 HF 스위칭의 듀티 사이클에 의존한다. 도 3은 트랜스포머(ET)의 출력 전압, 즉, 전력 입력 단(20)에 대한 입력 전압(V_in)(곡선(42))을 나타낸다. 필터 커패시터가 입력(21)에서 사용되지 않는 한, 트랜스포머로부터 끌어낸 전류(I_ET)(곡선(43))은 일반적으로 인덕터(26) 내의 전류에 비례하고, 이 경우, 인덕터 전류의 리플은 트랜스포머 전류에서 평활화될 것이다. 제어 장치는 출력 전류가 입력 전압에 비례하도록 설정될 수 있지만, 제어 장치는 (비록 어느 정도의 HF 리플이 있더라도) 출력 전류를 일정하게 유지하도록 설정될 수도 있다.

제어 장치(24)는 비교적 낮은 주파수에서 설계되어 스위칭 모드 및 오프 모드가 번갈아 나오도록, 즉, HF 스위칭 기간과 스위칭이 발생하지 않고 스위치(23)가 오프로 남아 있는 기간이 번갈아 나오도록 설계된다. 제어 장치(24)는 제1 기간(t1) 동안 스위칭 모드에 있고 제2 기간(t2) 동안 그것의 오프 모드에 있고, 전체 스위칭 기간은 T=t1+t2이다. 이 LF 스위칭에 대한 듀티 사이클(D)는 t1/T로 정의된다.

트랜스포머(ET)에 관한 한, 듀티 사이클(D)에서 트랜스포머가 로딩되고, 즉, 트랜스포머가 로딩된 기간(t1) 및 트랜스포머가 로딩되지 않은 기간(t2)이 번갈아 나온다. 트랜스포머가 로딩되는 기간(t1) 동안, 트랜스포머(ET)는 전자 트랜스포머의 최소 로드 요구치(I_min)보다 항상 높은 크기(I_ET)를 갖는 비교적 높은 전류를 제공한다. 이 점에서, 다른 타입의 트랜스포머가 최소 로드 요구치에 대하여 상이한 값을 가질 수 있음에 유의해야 한다. 조명 장치(1)는 특정한 트랜스포머 타입과 관련된 알려진 최소 로드 요구치를 고려하여 특정한 타입의 트랜스포터와 협동하도록 설계될 수 있지만, 조명 장치(1)가 복수의 타입의 트랜스포머와 협동하도록 설계되는 것도 가능하고, 이 경우, 조명 장치(1)는 상이한 트랜스포머 타입들과 관련된 알려진 최소 로드 요구치들 중 가장 높은 값을 고려할 수 있다.

상술한 바와 같이, 전력 입력 단(20)은 버퍼 단에 의해 로딩된다. LED 전력은 LED 구동 회로에서 결정되는 것으로 가정한다. 이것은 예를 들어 LED 드라이버(40)는 사용자가 LED(50)를 디밍하도록 하는 사용자 입력(미도시)을 갖기 때문이거나 상이한 표본 및/또는 타입의 LED가 풀 파워 조건하에서 상이한 전류 요구사항을 갖기 때문일 수 있다. LED 드라이버(40)에 관한 한, 버퍼(30)는 정전압원으로서 동작하고 드라이버는 정상적으로 자율적으로 동작한다. LED 드라이버(40) 자체는 듀티 사이클 동작을 실행하여 LED의 광 출력의 세기를 변경(디밍)할 수 있다. 따라서, 드라이버(40)에 의해 요구되는 전력이 변할 수 있다. 따라서, LED 드라이버(40)는 버퍼(30)에 대한 전력 출력 레이트를 결정한다. 특히, LED가 디밍 상태에서 동작할 때, LED에 의해 소비되는 평균 전력이 낮고, 따라서, 버퍼(30)로부터 얻은 평균 전력이 낮다. 전력 입력 단(20)은 전력 출력, 즉, 버퍼(30)에 대한 전력 입력 레이트를 조정함으로써 평균 전력을 보상해야 한다. 정확한 설정을 위한 크리테리움(criterium)은 버퍼 콘텐츠를 평균적으로 일정하게 유지되는 것이다. 이것은 버퍼 전압을 측정함으로써 평가된다. 이 때문에, 이 실시예에서, 전력 입력 단(20)은 커패시터(32)에 걸친 전압에 실질적으로 대응하는 전력 입력 단(20)의 출력 전압을 측정하는 전압 센서(25)를 더 포함할 수 있다. 대안으로, 전력 버퍼 단(30)은 전력 입력 단(20)으로 측정 신호를 피드백하는 출력 전압 센서를 포함할 수 있다. 임의의 경우, 예를 들어 적절하게 프로그래밍된 마이크로프로세서로서 구현될 수 있는 제어 장치(24)는 스위치(23)의 타이밍을 제어하여 당업자에게 명백한 바와 같이 충분히 큰 시간 스케일 상에서 적어도 평균적으로 측정된 전압을 실질적으로 일정하게 유지한다.

따라서, 제어 장치(24)는 듀티 사이클(D)을 조정하여 버퍼(30)에서의 전압을 유지하고, 이는 트랜스포머(ET)로부터 얻은 평균 전력이 LED에 의해 소비된 평균 전력을 따른다는 것을 의미한다. 드라이버(40) 및 제어 장치(24)의 스위칭 주파수 및 드라이버(40) 및 제어 장치(24)에서 적용되는 듀티 사이클은 상호 독립적이며, 입력 측에서의 전류 거동은 출력측에서의 전류 거동과 별개임에 유의해야 한다.

제어 장치는 스위칭 모드와 오프 모드 사이에서 교번하는 상이한 제어 방식을 적용할 수 있다는 것에 유의한다. 예를 들어, 제어 장치(24)는 출력 전압 센서(25)에만 기초하여 모드에 대한 스위칭을 결정할 수 있는데, 제어 장치(24)는 출력 전압이 소정의 미리 정의한 제1 임계치 이하로 떨어졌다는 것을 제어 장치(24)가 알았을 때 스위칭 모드로 진입하고 출력 전압이 제1 임계치보다 높은 소정의 미리 정의된 제2 임계치에 도달했다는 것을 제어 장치(24)가 알았을 때 오프 모드로 진입하고, 이 경우, 전체 스위칭 기간(T)이 변할 수 있다. 그러나, 제어 장치(24)는 도시된 바와 같이 트랜스포머(ET)의 출력 전압과 동기하여 동작하는 것이 바람직하고, 제어 장치(24)는 예를 들어 제로 크로싱에서 제1 위상값에서 스위칭 모드로 진입하고 출력 전압이 소정의 미리 정의된 임계치에 도달했을 때 오프 모드로 들어가고, 이 경우, 전체 스위칭 기간(T)은 일정하다. 제어 장치(24)는 입력 전압 기간 동안 스위칭 모드로 2회 이상 진입할 수 있지만, 제어 장치(24)는 입력 전압 기간(또는 1/2 기간) 동안 단 한번 스위칭 모드로 진입하는 것이 바람직하다.

도 4는 드라이버 전자 회로(20, 30, 40)를 하우징하고 소켓으로의 접속을 위한 접속 핀(111)을 갖는 제1 하우징 부(110) 및 하나 이상의 LED를 수용하는 제2 하우징부를 포함하는 본 발명에 따른 램프 유닛(100)의 바람직한 물리적 구현을 개략적으로 나타낸다.

상술한 예에서, 본선(M) 및 전자 트랜스포머(ET)는 고정 전력을 제공하고 LED(50)는 LED 드라이버(40)에 의해 디밍되는 것으로 가정하였다. 이 경우, 사용자가 LED 드라이버(40)를 제어하여 LED(50)의 전력 소비를 감소시켜 LED 드라이버(40)에 의해 요구되는 전력을 감소시킬 때, 전력 입력 단(20)의 제어는 전원으로부터 전력 입력 단(20)에 의해 끌어낸 전력을 제어하여 조명 장치의 입력 전력이 조명 장치의 출력 전력으로 맞춰지도록 한다. 평형 조건에서 전력 입력 단(20)으로부터 전력 버퍼 단(30)으로 전달되는 전력의 평균량은 전력 버퍼 단(30)으로부터 LED 드라이버(40)로 전달되는 전력의 평균량과 동일하다. 그러나, 그 자체가 알려진 디밍가능한 전원을 이용하여, 본선 전력을 설정함으로써 LED 전력이 결정되도록 할 수도 있다. 이전의 실시예와 반대로, 버퍼(30)에 대한 전력 입력 레이트는 전원에 의해 조절된다. 특히, 전원이 디밍 상태에서 동작할 때, 버퍼(30)에 입력되는 평균 전력이 낮다. LED 드라이버(40)는 그것이 버퍼로부터 빼내는 전력을 조정하고 이어서 그것의 전력 출력을 조정함으로써 평균 전력을 보상해야 한다. 이것은 LED 출력 전력이 입력에서 제공된 전력으로 맞춰진다는 것을 의미한다. 정확한 설정의 크리테리움은 버퍼 콘텐츠가 평균적으로 일정하게 유지된다는 것이다. 이것은 버퍼 전압을 측정함으로써 평가될 수 있다. 도 5는 비교적 간단한 솔루션을 이 요구에 제공하는 LED 드라이버(40)의 실시예를 개략적으로 나타내는 개략적인 블록도이다.

이 실시예에서, 전압 센서(45)는 입력(41) 양단에 접속되어 전력 버퍼 단(30)의 출력 전압에 실질적으로 대응하는 드라이버(40)의 입력 전압을 감지한다. 대안으로, 전력 버퍼 단(30)은 측정 신호를 드라이버(40)로 공급하는 출력 전압 센서를 포함한다.

도 5는 벅 컨버터로서 LED 드라이버(40)를 도시하지만, 다른 설계가 또한 가능하다. 도시된 실시예에서, LED 드라이버(40)는 입력(41)과 LED(50) 사이에 접속된 제어가능한 스위치(43) 및 인덕터(46)의 일련의 구성을 포함한다. 다이오드(47)는 스위치(43) 및 인덕터(46) 사이의 노드에서 LED(50)에 병렬로 접속된다. 제어가능한 스위치(43)는 예를 들어 적절하게 프로그래밍되는 마이크로프로세서로서 구현될 수 있는 제어 장치(44)에 의해 도전성(온) 또는 비도전성(오프)으로 제어된다. 전압 센서(45)는, 당업자에게 명백한 바와 같이, 충분히 큰 시간 스케일에서 스위치(43)의 타이밍을 제어하여 적어도 평균적으로 측정 전압이 실질적으로 일정하도록 유지하는 제어 장치(44)에 대한 측정 신호를 생성한다. 벅 컨버터는 흔히 알려졌으므로 그 기능의 상세한 설명은 여기에서 생략한다. 전력 버퍼 단(30)으로부터 얻은 전력은 제어가능한 스위치(43)가 스위칭되는 듀티 사이클에 의존하고, 이 듀티 사이클이 또한 평균 LED 전류 및 LED로 입력되는 평균 전력을 결정한다. 평형 상태에서 전압 센서(45)에 의해 측정된 전력 버퍼 단(30)의 출력 전압이 일정하도록 듀티 사이클이 정확하게 설정되면, 전력 버퍼 단(30)로부터 얻은 전력은 전력 입력 단(20)에 의해 제공된 전력량과 동일하고 LED에 입력된 전력량은 디밍 전원(M, ET)에 의해 제공된 전력량과 (손실이 없다면) 동일하거나 적어도 비례한다. 효과적으로, LED(50)는 본선 디밍을 통해 디밍된다.

제어 장치(44)에 대하여, 몇개의 구현예가 가능하다는 점에 유의한다. 전력 버퍼 단(30)의 출력 전압은 약간의 고주파수 리플을 가지기 때문에 제어 장치(44)에는, 이 리플을 필터링하고 버퍼 단 출력 전압의 평균 버전을 제공하는 필터가 제공될 수 있다. 제어 장치(44)는 특히 버퍼 단 출력 전압의 최소 피크 또는 최대 피크를 일정하게 유지하는 것도 가능하다. 제어기 자체는 P, PI, PID 또는 다른 선형 필터 제어기 또는 비선형 제어기 중의 임의의 타입일 수 있다. 가장 바람직한 구현예에서, 제어기는, 버퍼 전압이 설정 포인트에 가까우면 낮은 이득을 갖고 버퍼 전압이 설정 포인트로부터 멀면 높은 이득을 갖는 비선형 이득 제어기이다. 후자는 디머 손잡이(dimmer knob)가 빠르게 턴될 때 발생하고, 이 경우, 제어 루프의 신속한 응답이 요구된다.

도 6a는 도 1과 비교가능하게 조명 장치(1)의 추가의 세부사항을 개략적으로 나타내는 개략 블록도이고, 도 5를 참조하여 설명한 실시예와 결합하여 특히 유용하다. 도 6b는 도 5와 비교가능하게 본 실시예의 LED 드라이버(40)의 세부사항을 나타내는 개략 블록도이고, 도 6c는 도 2와 비교가능하게 본 실시예의 전력 입력 단(20)의 세부 사항을 나타내는 개략 블록도이다.

도 6b는 도 5의 드라이버 설계를 나타내지만, 필수적인 것은 아니다. 도면은 제어 장치(44)가 비반전 입력에서 제1 기준 전압(Vref1)을 수취하고 반전 입력에서 전압 센서(45)로부터 출력 신호를 수신하는 차동 증폭기를 포함할 수 있다. 스위치(43)의 제어는 (평균적으로) 감지된 전압이 기준 전압과 동일하고, 따라서 버퍼 전압은 일정하도록 될 것이다. 도 6a 내지 6c의 실시예에서, 조명 장치(1)는 전력 입력 단(20)에 LED 전류를 나타내는 신호를 피드백하는 피드백 루프(60)를 포함한다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 피드백 루프(60)는, LED 드라이버(40)의 LED 출력 전류를 감지하고 센서 출력 신호를 센스 라인(62)으로 제공하도록 구성된 전류 센서(61)를 포함한다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 센스 라인(62)은 제어 장치(24)의 입력에 접속된다.

제어 장치(24)는 전원(즉, 전자 트랜스포머(ET))으로부터 끌어낸, 전력 입력 단(20)의 평균 입력 전류가 실질적으로 일정하게 되는 방식으로 스위치(23)를 제어하도록 조정된다. 이 전류를 위한 설정 포인트는, 장치(1)가 설계된 LED(또는 LED 어레이)(50)의 공칭 동작 조건에 관련된 고려사항에 기초하여 미리 정의되고 제어 장치(24)의 메모리 컴포넌트에 저장된다. LED가 디밍되지 않으면, LED는 "풀 파워"라는 용어로 불릴 수 있는 공칭 동작 조건에서 동작한다. 이 "풀 파워" 조건에서, LED(50)는 소정의 공칭 LED 전류를 필요로 하고 소정의 공칭 전력을 소비한다. 간략화를 위하여, 손실이 없는 것으로 가정하면, 이 공칭 LED 전력은 평형 상태에서 전력 입력 단(20)에 의해 취해진 전원으로부터의 (평균) 입력 전력과 동일해야 한다. 그러나, 제어 장치(24)는 전력 입력 단(20)의 입력 전류를 결정할 수 있지만, 입력 전압은 전원(즉, 전자 트랜스포머(ET))의 출력 전압에 의해 결정된다. 실제로, 이러한 전원의 개별 견본의 출력 전압은 동일한 타입이더라도 소정의 허용오차 내에 있을 수 있고 시간 및/또는 온도 등의 동작 조건에 따라 변할 수 있다. 결과적으로, 입력 전력은 소정의 허용오차 범위 내에서 전원에 의존할 수 있다. 이는, 피드백 루프(60) 없이, 특히, 도 5에 도시된 실시예에서, LED 전력의 변형으로 쉽게 해석될 수 있다. 도 6a 내지 6c의 실시예에서, 제어 장치(24)는 측정된 LED 전류에 기초하여 전력 입력 단(20)의 평균 입력 전류에 대한 동작 설정 포인트를 설정함으로써 이러한 전원의 허용오차를 보상함으로써, LED 전류는 일정하게 (제어 장치(24)의 메모리 구성요소에 저장된 기준 값과 동일하게) 유지될 수 있다. 즉, 손실을 무시하고, 입력 전력이 출력 전력과 동일하도록 입력 전류가 입력 전압에 맞춰진다. 도 6c에서, 제어 장치(24)는 그 반전 입력에서 센스 라인(62)을 수신하는 차동 증폭기(24a)를 구비하는 것으로 도시된다. 상기 설정 포인트는 증폭기의 비반전 입력에 결합된 기준 신호(Vref2)로서 표시된다. 후술하는 블록(24b)을 무시하고, 감지된 전류가 (평균적으로) Vref2로 표시된 설정 포인트와 동일하도록 스위치(23)의 제어가 수행될 것이다.

공급 전력이 디밍되어도 LED 출력이 평균 전원 전압으로부터 독립적이라는 효과가 있다. 디밍 가능성이 문제가 아닌 경우에는 이것은 문제가 아니다. 허용오차 보상의 이점을 디밍가능성의 이점과 결합하기 위하여, 제어 장치(24)는 예를 들어 미리 정의된 고정 설정 포인트의 ±10% 사이에서 평균 입력 전류에 대한 동작 설정 포인트를 설정하는 제한된 범위의 자유도를 갖도록 설계될 수 있다. 그 결과, 상기 범위에 의존하는 "지연"을 가지면서, 전원에 의한 계획적인 디밍이 LED에 의해 "지켜질" 것이다. 예를 들어, 풀 파워 조건에서, 전자 트랜스포머(ET)는 공칭 설계 값보다 5% 높은 출력 전압을 제공한다고 가정한다. 제어 장치(24)는 미리 정의된 고정 설정 포인트에 대하여 입력 전류 설정 포인트를 5%만큼 낮춤으로써 이를 보상한다. 전자 트랜스포머(ET)가 디밍되는 것으로 가정한다. 제어 장치(24)는 LED 출력이 일정하게 유지되도록 입력 전류 설정 포인트를 증가시킴으로써 반응한다. 전자 트랜스포머(ET)가 15%만큼 디밍될 때, 입력 전류 설정 포인트는 미리 정의된 고정 설정 포인트보다 10% 높다. 전자 트랜스포머(ET)가 더 디밍될 때에만, 입력 전류 설정 포인트가 일정하게 (미리 정의된 고정 설정 포인트보다 10% 높게) 유지되고 LED 출력 전력이 감소한다.

요약하면, 본 발명은, 적어도 하나의 저전력 광원(50); 전자 트랜스포머(electronic transformer(ET))로부터 AC 저전압을 수취하기에 적합한 전력 입력 단(20); 입력 단의 출력(29)에 접속된 입력(31)을 갖는 전력 버퍼 단(30); 및 광원을 구동하고 전력 버퍼 단으로부터 전력의 공급을 수취하는 드라이버(40)를 포함하는 조명 장치(1)를 제공한다. 전력 입력 단은 비교적 낮은 주파수에서 전력 버퍼 단을 충전하는 출력 전류 펄스를 생성하고, 각각의 출력 전류 펄스 동안, 전력 입력 단은 입력 전류를 끌어내고, 입력 전류는 항상 전자 트랜스포머의 최소 로드 요구치보다 높은 전류 크기를 갖는다.

본 발명은 도면 및 상술한 설명에서 상세히 도시하고 기재하였지만, 이러한 도시 및 설명이 단지 예시적인 것이며 제한적이지 않다는 것은 당업자에게 자명하다. 본 발명은 개시된 실시예에 제한되지 않고, 오히려, 첨부된 청구범위에서 정의된 발명의 보호 범위 내에서 다수의 변형 및 변경이 가능하다.

예를 들어, 전력 입력 단(20) 및 전력 버퍼 단(30)은 하나의 유닛으로 통합될 수 있다.

또한, 도 5 및 6의 제어 메카니즘 뿐만 아니라 도 3의 제어 메카니즘이 구현되는 실시예를 가질 수 있는데, 동작 시에, 하나의 메커니즘은, 예를 들어, 사용자 선택에 의한 것과 같은 다른 메커니즘보다 더 높은 우선순위를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 LED의 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 원리는 저전압 트랜스포머로부터 임의의 저전력 광원에 전력을 가할 때도 유용하다.

개시된 실시예에 대한 다른 변형은, 도면, 개시물 및 첨부된 청구항의 연구로부터 청구된 발명을 실시함에 있어서 당업자에 의해 이해되고 달성될 수 있다. 청구범위에서, 단어 "포함하는"이라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하는 것이 아니며, 부정관사 "a" 또는 "an"는 복수를 배제하지 않는다. 단일 프로세서 또는 다른 유닛은 청구범위에서 인용된 몇 개의 아이템의 기능을 수행할 수 있다. 서로 상이한 종속 청구항에서 소정의 측정치가 인용된다는 단순한 사실은 이들 측정치의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내는 것이 아니다. 청구범위 내의 임의의 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

상기에서, 본 발명은 본 발명에 따른 장치의 기능 블록을 나타내는 블록도를 참조하여 설명하였다. 이들 기능 블록의 하나 이상은 하드웨어로 구현될 수 있고, 이러한 기능 블록의 기능은 개별 하드웨어 컴포넌트에 의해 수행되지만, 이들 기능 블록의 하나 이상이 소프트웨어로 구현되어 이러한 기능 블록의 기능이 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 처리기 등의 프로그래머블 장치 또는 컴퓨터 프로그램의 하나 이상의 프로그램 라인에 의해 수행되는 것도 가능하다는 것을 이해할 것이다.

Claims

조명 장치(1)로서,
적어도 하나의 저전력 광원(50);
출력(29), 및 전자 트랜스포머(electronic transformer(ET))로부터 AC 저전압을 수취하기 위한 입력(21)을 갖는 전력 입력 단(20) - 상기 전자 트랜스포머(ET)는 최소 로드 요구치(I_min)를 가짐 -;
입력(31), 및 전력 출력(39)을 갖는 전력 버퍼 단(30) - 상기 전력 버퍼 단의 입력(31)은 상기 전력 입력 단의 출력(29)에 접속됨 -; 및
상기 광원(50)을 구동하는 드라이버(40) - 상기 드라이버는 상기 전력 버퍼 단(30)으로부터 전력 공급을 수취하기 위해 상기 전력 버퍼 단의 전력 출력(39)에 접속된 전력 입력(41)을 가짐 -
를 포함하고,
상기 전력 입력 단(20)은, 제1 주파수에서, 전류 출력을 생성하여 상기 전력 버퍼 단(30)을 충전하는 전류 생성 모드와 출력 전류가 발생하지 않는 오프 모드가 번갈아 나타나도록 설계되고,
상기 전류 생성 모드에서, 상기 전력 입력 단(20)은 입력 전류를 인출(draw)하도록 설계되고, 상기 입력 전류는 항상 상기 최소 로드 요구치보다 높은 전류 크기를 갖는 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 저전력 광원(50)은 LED를 포함하고, 상기 전력 버퍼 단(30)은 일정한 출력 전압을 제공하거나 적어도 하나의 커패시터(32)를 포함하는 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 드라이버(40)는 상기 광원(50)을 일정한 전류로 구동하도록 설계되고,
상기 드라이버(40)는 상기 일정한 전류의 크기를 변경함으로써 상기 광원(50)을 디밍하도록 설계될 수 있거나; 또는
상기 드라이버(40)는 항상 동일한 크기의 펄스형 램프 전류를 생성하도록 설계될 수 있고, 상기 드라이버(40)는 전류 펄스들의 듀티 사이클을 변경함으로써 상기 광원(50)을 디밍하도록 설계된 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 전력 입력 단(20)은 스위치 모드 컨버터를 포함하는 조명 장치.
제4항에 있어서, 상기 전력 입력 단(20)은 부스트 컨버터, 또는 벅-부스트 컨버터(buck-boost converter) 또는 SEPIC 컨버터를 포함하는 조명 장치.
제4항에 있어서, 상기 전력 입력 단(20)은 그것의 입력(21)에서 수취된 입력 전압과 동기하여 상기 전류 생성 모드로부터 상기 오프 모드로 또는 상기 오프 모드로부터 상기 전류 생성 모드로 스위칭하도록 설계된 조명 장치.
제4항 또는 제6항에 있어서, 상기 전력 입력 단(20)에는 상기 전력 버퍼 단(30)의 전압을 측정하는 센서(25)가 더 제공되고, 상기 전력 입력 단(20)은 상기 센서(25)로부터의 측정 신호에 응답하여 상기 전류 생성 모드로부터 상기 오프 모드로 또는 상기 오프 모드로부터 상기 전류 생성 모드로 스위칭하도록 설계된 조명 장치.
제7항에 있어서, 측정된 버퍼 전압을 평균적으로 일정하게 유지하기 위해 상기 전력 입력 단(20)의 스위칭을 제어하는 제어 장치(24)를 더 포함하는 조명 장치.
제4항에 있어서, 상기 전류 생성 모드에서, 상기 컨버터는 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수에서 스위칭되는 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 드라이버(40)는 상기 전력 버퍼 단(30)의 출력 전압이 일정하게 유지되는 방식으로 LED 전류를 제어하도록 구성된 LED 전류 제어 수단(44, 45)을 포함하는 조명 장치.
제10항에 있어서, 상기 조명 장치는 상기 LED 전류를 나타내는 신호를 상기 전력 입력 단(20)으로 피드백하는 LED 전류 피드백 루프(60)를 더 포함하고, 상기 전력 입력 단(20)은, 상기 신호를 수신하고 상기 LED 전류가 공급 전압 변화에 독립적인 방식으로 상기 전력 입력 단(20)의 입력 전류를 제어하도록 구성된 입력 전류 제어 수단(24)을 포함하는 조명 장치.
제11항에 있어서, 상기 입력 전류 제어 수단(24)은 미리 정의된 허용오차 범위 내의 공급 전압 변화만을 보상하도록 구성된 조명 장치.
접속 단자들(111)을 가지며 제1항 내지 제6항 및 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 조명 장치를 수용하는 통합 하우징(110, 120)을 포함하는 램프 유닛(100).
광원(50)을 구동하는 방법으로서,
출력(29), 및 전자 트랜스포머(electronic transformer(ET))로부터 AC 저전압을 수취하기 위한 입력(21)을 갖는 전력 입력 단(20)을 제공하는 단계 - 상기 전자 트랜스포머(ET)는 최소 로드 요구치(I_min)을 가지며, 상기 전력 입력 단(20)은, 제1 주파수에서, 전류 출력을 생성하여 전력 버퍼 단(30)을 충전하는 전류 생성 모드와 출력 전류가 발생하지 않는 OFF 모드가 번갈아 나타나도록 설계되고, 상기 전류 생성 모드에서, 상기 전력 입력 단(20)은 입력 전류를 인출하도록 설계되고, 상기 입력 전류는 항상 상기 최소 로드 요구치보다 높은 전류 크기를 가짐 -;
입력(31) 및 전력 출력(39)을 갖는 전력 버퍼 단(30)을 제공하는 단계 - 상기 전력 버퍼 단의 입력(31)은 상기 전력 입력 단의 출력(29)에 접속됨 -;
상기 광원(50)을 구동하는 드라이버(40)를 제공하는 단계 - 상기 드라이버는 전력 버퍼 단(30)으로부터 전력 공급을 수취하기 위해 상기 전력 버퍼 단의 전력 출력(39)에 접속된 전력 입력(41)을 갖고, 상기 드라이버(40)의 출력은 상기 광원(50)에 결합됨 - ;
상기 드라이버(40)가 평균 LED 전류를 결정하도록 하는 단계; 및
상기 전력 버퍼 단(30)의 전력 콘텐츠가 평균적으로 일정하게 되도록 상기 전력 입력 단(20)의 제어를 조정하는 단계
를 포함하는 방법.
광원(50)을 구동하는 방법으로서,
출력(29), 및 전자 트랜스포머(electronic transformer(ET))로부터 AC 저전압을 수취하기 위한 입력(21)을 갖는 전력 입력 단(20)을 제공하는 단계 - 상기 전자 트랜스포머(ET)는 최소 로드 요구치(I_min)을 가지며, 상기 전력 입력 단(20)은, 제1 주파수에서, 전류 출력을 생성하여 전력 버퍼 단(30)을 충전하는 전류 생성 모드와 출력 전류가 발생하지 않는 OFF 모드가 번갈아 나타나도록 설계되고, 상기 전류 생성 모드에서, 상기 전력 입력 단(20)은 입력 전류를 인출하도록 설계되고, 상기 입력 전류는 항상 상기 최소 로드 요구치보다 높은 전류 크기를 가짐 -;
입력(31) 및 전력 출력(39)을 갖는 전력 버퍼 단(30)을 제공하는 단계 - 상기 전력 버퍼 단의 입력(31)은 상기 전력 입력 단의 출력(29)에 접속됨 -;
상기 광원(50)을 구동하는 드라이버(40)를 제공하는 단계 - 상기 드라이버는 상기 전력 버퍼 단(30)으로부터 전력 공급을 수취하기 위해 상기 전력 버퍼 단의 전력 출력(39)에 접속된 전력 입력(41)을 갖고, 상기 드라이버(40)의 출력은 상기 광원(50)에 결합됨 -;
상기 전력 입력 단(20)이 평균 LED 전류를 결정하도록 하는 단계; 및
평균적으로 상기 전력 버퍼 단(30)의 전력 콘텐츠가 일정하게 되도록 상기 드라이버(40)의 제어를 조정하는 단계
를 포함하는 방법.