KR101003686B1 - Ｌｅｄ 조명 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 LED 조명 시스템은, 형광체(fluorescence) 또는 인광체(phosphorescence)의 감쇄시간(decay time)을 이용한 드라이버 IC; 상기 드라이버 IC에 연결되고 PWM 디밍 신호를 제공하는 마이컴; 상기 드라이버 IC에 연결되고 LED에 일정한 정전류를 공급하는 정전류 제어부; 상기 드라이버 IC와 상기 정전류 제어부 사이에 위치하는 LED; 를 포함할 수 있다.

LED, 형광체, 인광체, 감쇄시간, 정전류 제어부

Description

ＬＥＤ 조명 시스템{LED illumination system}

본 발명은 LED 조명 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 형광체(fluorescence) 또는 인광체(phosphorescence)의 감쇄시간(decay time)과 특정 영역에서 자동으로 피크 전류를 제어하는 PWM 방식을 이용한 LED 조명 시스템에 관한 것이다.

최근 들어 환경 및 에너지 문제 등이 나날이 심각해 짐에 따라 전 세계적으로 환경 친화적이고 높은 에너지 효율을 갖는 조명 장치에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

그 중에서 LED를 이용한 조명 장치의 활용에도 많은 관심과 개발 투자가 진행되고 있다. 특히, LED 단품, 파워 서플라이 유닛 등 LED 조명 시스템의 각 분야별로 저전력으로 높은 광효율을 얻을 수 있는 방법에 관한 연구가 활발히 이루어 지고 있다.

본 발명은 형광체 또는 인광체의 감쇄시간과 특정 영역에서 자동으로 피크 전류를 제어하는 PWM 방식을 이용함으로써 광효율을 개선할 수 있는 LED 조명 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 LED 조명 시스템은, 형광체(fluorescence) 또는 인광체(phosphorescence)의 감쇄시간(decay time)을 이용한 드라이버 IC; 상기 드라이버 IC에 연결되고 PWM 디밍 신호를 제공하는 마이컴; 상기 드라이버 IC에 연결되고 LED에 일정한 정전류를 공급하는 정전류 제어부; 상기 드라이버 IC와 상기 정전류 제어부 사이에 위치하는 LED; 를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 LED 조명 시스템은, 특정 영역에서 자동으로 피크 전류를 제어하는 PWM 방식을 이용한 드라이버 IC; 상기 드라이버 IC에 연결되고 PWM 디밍 신호를 제공하는 마이컴; 상기 드라이버 IC에 연결되고 LED에 일정한 정전류를 공급하는 정전류 제어부; 상기 드라이버 IC와 상기 정전류 제어부 사이에 위치하는 LED; 를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 LED 조명 시스템은, 형광체 또는 인광체의 감쇄시간과 특정 영역에서 자동으로 피크 전류를 제어하는 PWM 방식을 이용한 드라이버 IC; 상기 드라이버 IC에 연결되고 PWM 디밍 신호를 제공하는 마이컴; 상기 드라이버 IC에 연결되고 LED에 일정한 정전류를 공급하는 정전류 제어부; 상기 드라이버 IC와 상기 정 전류 제어부 사이에 위치하는 LED; 를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 드라이버 IC는, 상기 마이컴에서 제공된 PWM 디밍 신호가 인가되는 PWM 제어 블록; 상기 PWM 제어 블록에 연결되고, 상기 PWM 제어 블록을 통과한 상기 PWM 디밍 신호를 형광체 또는 인광체의 감쇄시간 세팅을 위해 미리 설정된 복수의 값들과 비교한 후 상기 형광체 또는 인광체의 감쇄시간에 따라 변환하는 비교 및 변환 블록; 상기 비교 및 변환 블록에 연결되고, 상기 PWM 제어 블록을 통과한 상기 PWM 디밍 신호를 미리 설정된 값에 따라 일정한 크기로 분할하는 주파수를 생성하는 분할 주파수 생성 블록; 상기 비교 및 변환 블록과 분할 주파수 생성 블록에 각각 연결되고, 상기 두 블록에서 생성된 각각의 PWM 디밍 신호를 결합하는 최종 PWM 생성 블록; 상기 최종 PWM 생성 블록에 연결된 파워 스위치 소자 구동 블록; 을 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 비교 및 변환 블록의 미리 설정된 복수의 값들과 상기 분할 주파수 생성 블록의 미리 설정된 값을 통신 포트를 통해 입력받을 수 있게 하는 세팅 레지스터 블록; 을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 드라이버 IC는 상기 PWM 디밍 신호의 온(on) 상태 구간의 간격이 미리 설정된 간격보다 좁을 경우 피크 전류는 줄이고 온 상태 구간의 간격을 넓혀 평균 전류의 크기가 같아지도록 자동적으로 디밍 방식을 변경하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 드라이버 IC는 상기 PWM 디밍 신호의 온 상태 구간을 형광체 또는 인광체의 감쇄시간에 따라 분할하여 미리 설정된 시간만큼 반복적 으로 정전류가 차단되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 형광체 또는 인광체의 감쇄시간과 특정 영역에서 자동으로 피크 전류를 제어하는 PWM 방식을 이용함으로써 광효율을 개선하고, LED 접합 온도 개선 및 정밀 디밍을 개선할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 플라즈마 디스플레이 패널용 스위칭 모드 파워 서플라이 회로의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 시스템의 블록도 이고, 도 4는 도 1의 LED 조명 시스템 중 드라이버 IC의 상세 블록도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 시스템(100)은 드라이버 IC(11), 마이컴(12), 정전류 제어부(13), LED(14)를 포함할 수 있다.

드라이버 IC(11)는 형광체 또는 인광체의 감쇄시간을 이용하거나 특정 영역에서 자동으로 피크 전류를 제어하는 PWM 방식을 이용할 수 있다.

이때, 형광체 또는 인광체의 감쇄시간만을 이용할 수 있고, 특정 영역에서 자동으로 피크 전류를 제어하는 PWM 방식만을 이용할 수 있으며, 상기 두 가지 방법을 모두 이용할 수도 있다.

마이컴(12)은 드라이버 IC(11)에 연결되고 PWM 디밍 신호를 제공할 수 있다. 마이컴(12)에서 제공된 PWM 디밍 신호를 이용하여 드라이버 IC(11)에서 디밍을 수행할 수 있다.

정전류 제어부(13)는 드라이버 IC(11)에 연결되고 LED에 일정한 정전류를 공급할 수 있다. LED는 특성상 정전류 제어가 필요하므로 LED에 일정한 정전류를 공급하는 정전류 제어부(13)가 필요한 것이다.

LED(14)는 드라이버 IC(11)와 정전류 제어부(13) 사이에 위치할 수 있다.

또한, 도 4를 참고하여 드라이버 IC(11)에 대한 상세 구성을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 드라이버 IC(11)는 PWM 제어 블록(111), 비교 및 변환 블록(112), 분할 주파수 생성 블록(113), 세팅 레지스터 블록(114), 최종 PWM 생성 블록(115), 파워 스위치 소자 구동 블록(116)을 포함할 수 있다.

PWM 제어 블록(111)에는 마이컴(12)에서 제공된 PWM 디밍 신호가 인가될 수 있다.

비교 및 변환 블록(112)은 PWM 제어 블록(111)에 연결되고 PWM 제어 블록(111)을 통과한 PWM 디밍 신호를 형광체 또는 인광체의 감쇄시간 세팅을 위해 미리 설정된 복수의 값들과 비교한 후 형광체 또는 인광체의 감쇄시간에 따라 변환하는 역할을 할 수 있다.

분할 주파수 생성 블록(113)은 비교 및 변환 블록(112)에 연결되고 PWM 제어 블록(111)을 통과한 PWM 디밍 신호를 미리 설정된 값에 따라 일정한 크기로 분할하는 주파수를 생성할 수 있다.

최종 PWM 생성 블록(115)은 비교 및 변환 블록(112)과 분할 주파수 생성 블록(113)에 각각 연결되고, 상기 두 블록에서 생성된 각각의 PWM 디밍 신호를 결합 하는 역할을 할 수 있다.

파워 스위치 소자 구동 블록(116)은 최종 PWM 생성 블록(115)에 연결될 수 있다. 게이트 출력단에 연결되는 MOSFET 등 파워 스위치 소자를 구동하기 위해서는 구동 전류를 크게 만들어 보내 주어야 하므로, 최종 PWM 생성 블록(115)에서 입력 받은 PWM 디밍 신호에 맞게 파워 스위치 소자의 구동 전류를 만들어 주는 역할을 할 수 있다.

또한, 비교 및 변환 블록(112)의 미리 설정된 복수의 값들과 분할 주파수 생성 블록(113)의 미리 설정된 값은 회로적으로 설정되거나 통신포트를 이용하여 통신으로 설정될 수 있다.

이때, 통신을 이용하여 상기의 값들을 설정하는 경우 통신 포트를 통해 입력받은 상기 값들을 저장하는 세팅 레지스터 블록(114)을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 드라이버 IC(11)는 PWM 디밍 입력의 온(on) 상태 구간의 간격(duty)이 미리 설정된 간격보다 좁을 경우 피크 전류는 줄이고 온 상태 구간의 간격을 넓혀 평균 전류의 크기가 같아지도록 자동적으로 디밍 방식을 변경할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 드라이버 IC(11)는 PWM 디밍 입력의 온 상태 구간을 형광체 또는 인광체의 감쇄시간에 따라 분할하여 미리 설정된 시간만큼 반복적으로 정전류가 차단되도록 할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 시스템이 형광체 또는 인 광체의 감쇄시간과 특정 영역에서 자동으로 피크 전류를 제어하는 PWM 방식을 이용하는 것에 대하여 보다 상세하게 살펴보기로 한다.

도 2는 형광체 또는 인광체의 감쇄시간을 이용한 PWM 구현을 나타낸 그래프이다.

도 2를 참고하면, 도 2의 윗 부분은 종래의 PWM 방식 파형이고 아래 부분은 본 발명에 따른 형광체 또는 인광체의 감쇄시간을 이용한 PWM 방식의 파형이다.

형광체 또는 인광체의 주요 특성은 LED에 전류 공급이 중단된 이후에도 지속적으로 빛의 방출을 유지하는데 이를 감쇄시간이라고 한다. 그리하여 본 발명은 형광체 또는 인광체의 감쇄시간을 이용하여 이 사간 동안에는 LED에 전류 공급을 중단하여도 일정 시간 동안 빛은 지속적으로 방출한다는 형상에 착안한 것이다.

종래의 PWM 방식 파형은 온 상태 구간의 간격과 일치하는 전류 및 루미넌스(luminance)가 발생한다.

본 발명에 따른 형광체 또는 인광체의 감쇄시간을 이용한 PWM 방식의 파형은 분할 주파수를 종래의 PWM 주파수 안에 넣는 방식을 취한다. 이때, 분할 주파수의 주기(Period; Tperiod_slice) 및 온 상태 구간의 간격(Duty; Tduty_slice)은 형광체 또는 인광체의 감쇄시간 특성에 맞도록 설정할 수 있다. 도 2에서는 온 상태 구간의 간격(Duty; Tduty_slice)이 형광체 또는 인광체의 감쇄시간의 90%까지 감소하는 지점에서 전류가 리프레쉬(refresh) 되도록 하였다.

전류를 살펴보면, 종래의 PWM 방식에서는 온 상태 구간의 간격(Duty; Tduty_slice)에서 지속적으로 전류가 사용되지만, 본 발명에 따른 형광체 또는 인 광체의 감쇄시간을 이용한 PWM 방식에서는 분할 주파수 내에서 오프 구간(Tperiod_slice - Tduty_slice)에서는 전류가 공급되지 않는다. 따라서, 종래의 PWM 방식보다 상대적으로 더 작은 전류가 소모된다.

루미넌스를 살펴보면, 형광체 또는 인광체의 감쇄시간의 90%까지 감쇠될때 약간의 루미넌스가 소멸되지만 전류가 루미넌스가 거의 선형적으로 비례하는 것을 감안하면 분할 주파수 오프 구간의 약 90%는 광효율을 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 형광체 또는 인광체의 감쇄시간을 이용한 PWM 방식은 종래의 PWM 방식에 비하여 광효율을 개선할 수 있는 장점이 있다.

도 3은 특정 영역에서 자동으로 피크 전류를 제어하는 PWM 방식을 나타낸 그래프이다.

도 3을 참고하면, 종래의 PWM 방식에서는 PWM 디밍 신호의 온 상태 구간의 간격이 매우 좁은 경우에는 스파이크성 전류가 발생하여 정전류 제어가 어렵고, 평균 전류가 낮음에도 불구하고 접합 온도(junction temperature)는 낮아지지 않는 단점이 있었다.

그리하여 본 발명에 따른 특정 영역에서 자동으로 피크 전류를 제어하는 PWM 방식에서는 PWM 디밍 신호의 온 상태 구간의 간격이 미리 설정된 간격보다 좁은 경우에는 온 상태 구간의 간격(duty; T_fixedDuty)은 더 넓히고 피크 전류는 줄여 평균 전류의 크기가 같아지도록 함으로써 스파이크성 전류는 없애고 피크 전류는 줄여 접합 온도를 종래에 비해 낮게 유지할 수 있게 하였다.

또한, PWM 디밍 신호의 온 상태 구간의 간격이 미리 설정된 간격 이상인 경 우에는 종래의 PWM 방식으로 자동 전환 될 수 있다.

도 3의 중간 파형은 도 2에서 설명한 형광체 또는 인광체의 감쇄시간을 이용한 분할 주파수 디밍 기능이 없는 경우를 나타낸 것이고, 그 아래의 파형은 도 2에서 설명한 형광체 또는 인광체의 감쇄시간을 이용한 주파수 분할 디밍 기능이 있는 경우를 나타낸 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 특정 영역에서 자동으로 피크 전류를 제어하는 PWM 방식은 LED 접합 온도를 개선하고 정밀 디밍을 개선하는 장점이 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 시스템의 블록도 이다.

도 2는 형광체 또는 인광체의 감쇄시간을 이용한 PWM 구현을 나타낸 그래프이다.

도 3은 특정 영역에서 자동으로 피크 전류를 제어하는 PWM 방식을 나타낸 그래프이다.

도 4는 도 1의 LED 조명 시스템 중 드라이버 IC의 상세 블록도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11: 드라이버 IC

12: 마이컴

13: 정전류 제어부

14: LED

111: PWM 제어 블록

112: 비교 및 변환 블록

113: 분할 주파수 생성 블록

114: 세팅 레지스터 블록

115: 최종 PWM 생성 블록

116: 파워 스위치 소자 구동 블록

Claims (7)

1. 형광체(fluorescence) 또는 인광체(phosphorescence)의 감쇄시간(decay time)을 이용한 드라이버 IC;

   상기 드라이버 IC에 연결되고 PWM 디밍 신호를 제공하는 마이컴;

   상기 드라이버 IC에 연결되고 LED에 일정한 정전류를 공급하는 정전류 제어부;

   상기 드라이버 IC와 상기 정전류 제어부 사이에 위치하는 LED;를 포함하며,

   상기 드라이버 IC는,

   상기 마이컴에서 제공된 PWM 디밍 신호가 인가되는 PWM 제어 블록;

   상기 PWM 제어 블록에 연결되고, 상기 PWM 제어 블록을 통과한 상기 PWM 디밍 신호를 형광체 또는 인광체의 감쇄시간 세팅을 위해 미리 설정된 복수의 값들과 비교한 후 상기 형광체 또는 인광체의 감쇄시간에 따라 변환하는 비교 및 변환 블록;

   상기 비교 및 변환 블록에 연결되고, 상기 PWM 제어 블록을 통과한 상기 PWM 디밍 신호를 미리 설정된 값에 따라 일정한 크기로 분할하는 주파수를 생성하는 분할 주파수 생성 블록;

   상기 비교 및 변환 블록과 분할 주파수 생성 블록에 각각 연결되고, 상기 비교 및 변환 블록과 분할 주파수 생성 블록에서 생성된 각각의 PWM 디밍 신호를 결합하는 최종 PWM 생성 블록;

   상기 최종 PWM 생성 블록에 연결된 파워 스위치 소자 구동 블록;

   을 포함하는 LED 조명 시스템.
2. 특정 영역에서 자동으로 피크 전류를 제어하는 PWM 방식을 이용한 드라이버 IC;

   상기 드라이버 IC에 연결되고 PWM 디밍 신호를 제공하는 마이컴;

   상기 드라이버 IC에 연결되고 LED에 일정한 정전류를 공급하는 정전류 제어부;

   상기 드라이버 IC와 상기 정전류 제어부 사이에 위치하는 LED;를 포함하며,

   상기 드라이버 IC는 상기 PWM 디밍 신호의 온(on) 상태 구간의 간격이 미리 설정된 간격보다 좁을 경우 피크 전류는 줄이고 온 상태 구간의 간격을 넓혀 평균 전류의 크기가 같아지도록 자동적으로 디밍 방식을 변경하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 시스템.
3. 형광체 또는 인광체의 감쇄시간과 특정 영역에서 자동으로 피크 전류를 제어하는 PWM 방식을 이용한 드라이버 IC;

   상기 드라이버 IC에 연결되고 PWM 디밍 신호를 제공하는 마이컴;

   상기 드라이버 IC에 연결되고 LED에 일정한 정전류를 공급하는 정전류 제어부;

   상기 드라이버 IC와 상기 정전류 제어부 사이에 위치하는 LED;를 포함하며,

   상기 드라이버 IC는,

   상기 마이컴에서 제공된 PWM 디밍 신호가 인가되는 PWM 제어 블록;

   상기 PWM 제어 블록에 연결되고, 상기 PWM 제어 블록을 통과한 상기 PWM 디밍 신호를 형광체 또는 인광체의 감쇄시간 세팅을 위해 미리 설정된 복수의 값들과 비교한 후 상기 형광체 또는 인광체의 감쇄시간에 따라 변환하는 비교 및 변환 블록;

   상기 비교 및 변환 블록에 연결되고, 상기 PWM 제어 블록을 통과한 상기 PWM 디밍 신호를 미리 설정된 값에 따라 일정한 크기로 분할하는 주파수를 생성하는 분할 주파수 생성 블록;

   상기 비교 및 변환 블록과 분할 주파수 생성 블록에 각각 연결되고, 상기 비교 및 변환 블록과 분할 주파수 생성 블록에서 생성된 각각의 PWM 디밍 신호를 결합하는 최종 PWM 생성 블록;

   상기 최종 PWM 생성 블록에 연결된 파워 스위치 소자 구동 블록;을 포함하고,

   상기 드라이버 IC는 상기 PWM 디밍 신호의 온(on) 상태 구간의 간격이 미리 설정된 간격보다 좁을 경우 피크 전류는 줄이고 온 상태 구간의 간격을 넓혀 평균 전류의 크기가 같아지도록 자동적으로 디밍 방식을 변경하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 시스템.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 드라이버 IC는,

   상기 마이컴에서 제공된 PWM 디밍 신호가 인가되는 PWM 제어 블록;

   상기 PWM 제어 블록에 연결되고, 상기 PWM 제어 블록을 통과한 상기 PWM 디밍 신호를 형광체 또는 인광체의 감쇄시간 세팅을 위해 미리 설정된 복수의 값들과 비교한 후 상기 형광체 또는 인광체의 감쇄시간에 따라 변환하는 비교 및 변환 블록;

   상기 비교 및 변환 블록에 연결되고, 상기 PWM 제어 블록을 통과한 상기 PWM 디밍 신호를 미리 설정된 값에 따라 일정한 크기로 분할하는 주파수를 생성하는 분할 주파수 생성 블록;

   상기 비교 및 변환 블록과 분할 주파수 생성 블록에 각각 연결되고, 상기 비교 및 변환 블록과 분할 주파수 생성 블록에서 생성된 각각의 PWM 디밍 신호를 결합하는 최종 PWM 생성 블록;

   상기 최종 PWM 생성 블록에 연결된 파워 스위치 소자 구동 블록;

   을 포함하는 LED 조명 시스템.
5. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 비교 및 변환 블록의 미리 설정된 복수의 값들과 상기 분할 주파수 생성 블록의 미리 설정된 값을 통신 포트를 통해 입력받을 수 있게 하는 세팅 레지스터 블록; 을 더 포함하는 LED 조명 시스템.
6. 삭제
7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 드라이버 IC는 상기 PWM 디밍 신호의 온 상태 구간을 형광체 또는 인광 체의 감쇄시간에 따라 분할하여 미리 설정된 시간만큼 반복적으로 정전류가 차단되도록 하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 시스템.

Images