KR101058655B1 - 적응형 전원 공급기, 스마트 ｌｅｄ 모듈 및 그를 위한 ｌｅｄ 모듈 시험장치 - Google Patents

적응형 전원 공급기, 스마트 ｌｅｄ 모듈 및 그를 위한 ｌｅｄ 모듈 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부하인 스마트 LED 모듈에 필요한 전원정보를 당해 부하 자체에서 제공하고, 적응형 전원 공급기는 상기 부하로부터 제공된 전원정보에 따라 상기 부하가 요구하는 전원을 가변적으로 제공하며, 나아가 LED 모듈 시험장치는 상기 부하와 적응형 전원 공급기에 필요한 전원정보를 정확하고 신속하게 시험할 수 있도록 하는 적응형 전원 공급기, 스마트 LED 모듈 및 그를 위한 LED 모듈 시험장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 상기 적응형 전원 공급기로부터 전원을 공급받는 1개 이상의 LED로 구성된 LED 스트링 부하와, 상기 LED 스트링 부하를 감시하여, 상기 LED 스트링 부하에 필요한 공급 전원정보를 검출하는 전원정보 검출기 및 상기 전원정보 검출기에서 검출된 상기 LED 스트링 부하의 공급 전원정보를 상기 적응형 전원 공급기로 전송하여, 상기 적응형 전원 공급기에서 상기 전송된 공급 전원정보에 따라 전원을 공급하도록 하는 신호 전송기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

적응형 전원 공급기, 스마트 ＬＥＤ 모듈 및 그를 위한 ＬＥＤ 모듈 시험장치{Adaptive Power Supplier, Smart LED module and tester therefor}
본 발명은 적응형 전원 공급기, 스마트 LED 모듈 및 그를 위한 LED 모듈 시험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부하인 스마트 LED 모듈에 필요한 전원정보를 당해 부하 자체에서 제공하고, 적응형 전원 공급기는 상기 부하로부터 제공된 전원정보에 따라 상기 부하가 요구하는 전원을 가변적으로 제공하며, 나아가 LED 모듈 시험장치는 상기 부하와 적응형 전원 공급기에 필요한 전원정보를 정확하고 신속하게 시험할 수 있도록 하는 적응형 전원 공급기, 스마트 LED 모듈 및 그를 위한 LED 모듈 시험장치에 관한 것이다.
많은 영역에서 정밀한 공급전원의 제어가 중요하다. 특히 발광다이오드(LED: Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함) 같은 소자는 미량의 전압 변동에도 전류가 크게 변하기 때문에 더욱더 정밀한 전류제어가 요구된다.
이에, 종래에는 도 1의 회로도에 나타난 바와 같이, 교류 전원 공급기(10)에서 공급된 교류 전원을 정류회로(11), 역율 개선회로(12) 및 정전류 공급회로(15)를 사용하여 부하(20)의 일 예인 조명기기용 LED 모듈에 공급하였다.
그리고, 부하인 조명기기용 LED 모듈은 일반적으로 한 개 이상의 LED로 구성되고, 또한 복수개의 LED가 직렬로 연결되어 LED 스트링(LED string)을 구성하며, 이러한 LED 스트링 복수개가 병렬로 연결되어 LED 모듈을 구성한다.
한편, LED 스트링 간의 순방향 도통전압(VF) 차이에 의한 전류 쏠림 현상을 방지하기 위하여 각 LED 스트링에 직렬로 저항을 연결한다. LED 스트링에 직렬저항을 삽입하는 또 다른 이유는 LED 모듈이 지표면에 대하여 평행하지 않고 비스듬히 설치된 경우, 모듈에서 발생한 열이 아래에서 위쪽으로 흐르기 때문에(대류 혹은 전도 등), 모듈 하부에 설치된 LED 스트링보다 상부에 설치된 LED 스트링의 온도가 더 높고 그에 따라 더 많은 전류가 흐르게 되어 상부에 설치된 LED의 수명이 상대적으로 단축되는 것을 방지하기 위함이다.
도 2는 종래 전원 공급기 중에서 정전류 공급회로(15)의 출력전류 제어회로를 개념적으로 나타낸 것이고, 도 3은 종래 전원 공급기 중에서 정전류 공급회로(15)를 구체적으로 나타낸 것이다.
먼저, 도 2와 같이 정전류 공급회로(15)는 정전류(CC: Constant Current, 이하 'CC'라 함) 및 과전압방지(OVP: Over Voltage Protection, 이하 'OVP'라 함) 기능을 수행하는 회로(U15)를 포함한다.
이때, 전원 공급기(15)의 두 출력단자인 +Vout 과 -Vout 사이에 설치된 저항(RH, RL)에 의하여 분압된 전압이 설계 기준전압보다 높으면, 회로(U15) 내부의 OVP 회로는 포토커플러 발광부(P15a)에 전류가 흘러 발광되게 하고, 그에 따라 전기적으로 절연된 포토커플러 수광부(P15b)에 전원 공급기(15) 출력단자에 과전압이 공급되고 있음을 전원공급제어기(PWM)에 전송한다.
따라서, 전원공급제어기(PWM)는 스위칭소자(Q15)의 구동시간을 조절하여 트랜스포머(X15)를 통과하여 출력으로 공급되는 전류량을 줄여서 상기 과전압 상태를 해소할 수 있게 한다.
또한, 회로(U15) 내부의 CC 회로는 부하(20)와 접지(15G) 사이에 직렬로 연결된 전류검출저항(RC)에 흐르는 전류량을 측정하여 기준 전류량보다 많으면 포토커플러 발광부(P15a)에 전류가 흐르게 하여 전원공급제어기(PWM)에 과전류가 흐르고 있음을 전송한다.
따라서, 전원공급제어기(PWM)가 스위치(Q15)의 구동시간을 조절하여 상기 과전류 상태를 해소할 수 있게 한다.
전원공급제어기(PWM)가 스위치(Q15)를 조작하는 방법에는 DCM(Dis-continious Conduction Mode), BCM(Boundry Conduction Mode) 및 CCM(Continious Conduction Mode) 등과 같은 제어 방법이 있으며, 그 상세한 설명은 널리 공지되어 있으므로 생략한다.
특히, OVP 기능은 출력단자 또는 부하가 개방되었을 때 전원 공급기의 출력단자 전압이 소정의 전압보다 높게 되는 것을 방지하고, CC 기능은 조작자의 실수 또는 부하의 단락에 의하여 출력단자로 과전류가 흐르는 것을 방지한다.
도 3은 상기 CC 및 OVP 기능을 수행하는 회로(U15)를 아날로그 소자로 구현한 일 예이다.
먼저 OVP 기능은, 전원 공급기(15)의 두 출력단자 +Vout 및 -Vout 사이에 설치된 저항(RH, RL)에 의하여 분압된 전압이 설계 기준전압(ZV) 보다 높으면 전원전압 비교기(UV)의 출력이 Low가 되어 다이오드(DV)가 도통되도록 한다.
따라서, 포토커플러 발광소자(P15a)에 전류가 공급되어 발광이 되면, 과전압이 공급되었다는 신호가 전원공급제어기(PWM)으로 전달된다. 여기서 다이오드(Dv)는 전원전압의 상태를 전달하는 신호 전송기 역할을 한다.
또한, 전원 공급기(15)의 출력(+Vout)에서 부하(20)를 통과하여 전원 공급기(15)의 출력(-Vout)으로 흐른 전류는 전류검출저항(RC)를 통하여 전원 공급기(15)의 2차측 접지(15G)로 흐르게 되는데, 이때 전류 비교기(UC)는 전류검출저항(RC)에서 검출된 부하의 전류량과 기준전류량(ZC)를 비교하여 검출된 전류량이 높으면 전류 비교기(UC) 출력을 Low로 만들어 다이오드(DC)가 도통되도록 한다.
따라서, 포토커플러 발광소자(P15a)에 전류가 공급되어 발광이 되면, 과전류가 공급되었다는 신호가 전원공급제어기(PWM)으로 전달된다. 여기서 다이오드(Dv)는 부하전류 상태를 전달하는 신호 전송기 역할을 한다.
그러나, 이상에서 설명한 바와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 몇 가지 문제점이 있다.
첫째, LED는 동일한 전류를 공급하여도 LED별로 밝기 편차가 커서 밝기(Iv: Luminious Intensity)별로 랭크(Rank)를 설정하고 각각의 랭크별로 LED를 관리한다. 따라서, LED 모듈을 설치할 때 그 모듈의 밝기특성에 맞도록 전류량이 조정된 전용의 전원장치를 사용해야하고, 전원장치와 모듈이 항상 하나의 세트로 관리되므로, 그 중 하나가 고장이 날 경우 고장품과 동일한 특성의 것으로 교체하여야 하는 등의 이유로 유지보수비용이 많이 든다.
둘째, 스위칭 전원공급제어기인 PFC(Power Factor Control)/PWM(Pulse Width Mudulation) 제어기 내부에는 통상 온도 보상회로가 들어 있기는 하지만, 절연형 전원 공급기는 전원/부하 일체형이 아닌 분리형으로 설치되므로, 부하의 동작온도를 고려한 전류감쇄(Derating) 및 LED 모듈을 실장한 케이스의 발열능력에 따른 전류감쇄가 수행되지 않는다.
예컨대, 도 4는 케이스 방열능력이 15℃/watt에서 45℃/watt에 대한 전류감쇄 커브들을 도시한 것이다(필립스 자료 “Luxeon Rebel Datasheet DS63", 이하 DS63이라 칭함). 또한 DS63의 Figure 15 및 Figure16에 도시된 바와 같이 각각 350mA 및 700mA 구동시에 따른 전류감쇄 커브에 의하면, 부하의 구동전류가 높아질수록 전원 공급기는 전류감쇄를 더욱 많이 해야 함을 알 수 있다(미첨부). 따라서, 부하에서 전원 공급기로 전류감쇄정보가 공급되지 않는 종래의 기술로는 부하에 최적인 전류감쇄가 불가능하다.
셋째, LED는 통상 동작온도가 내려가면 광방출 효율이 향상된다.
예컨대, 도 4에 도시된 필립스사 자료 DS63의 Figure 6에 따르면 백색(White), 청색(Blue) 및 초록색(Green)의 경우 온도가 100℃(예, 여름 구동조건)에서 -20℃(예, 겨울 구동조건)로 내려가면 광량은 85%에서 108% 선형적으로 23% 까지 증가한다. 즉, 온도가 내려가면 전류공급량을 23% 까지 줄여도 동일한 빛의 밝기를 구현할 수 있다.
게다가 DS63자료 Figure 7에서 적색(Red) LED의 경우는 각각 60%에서 125%로 선형적으로 65% 까지나 증가한다(미첨부). 즉 여름을 기준으로 동작전류를 설정하면 겨울에는 필요전류량의 약 2배 전류가 적색 LED에 공급되어 불필요한 전원 공급이 있음을 알 수 있다.
따라서, 적색, 녹색 및 청색 LED를 사용하여 백색 및 다른 색을 구현하는 감성조명에는 온도변화에 의한 광방출 효율변동을 고려한 전류감쇄를 구현하는 것이 바람직하며, 빛 밝기를 고려한 전류감쇄를 구현하면 계절의 변화에 관계없이 동일한 색상을 구현할 수 있고, 부가적으로 겨울에는 전력 소비량을 최소 23% 최대 65%까지 줄일 수 있다. 그러나, 단순 정전류만 부하에 공급하는 종래의 기술로는 이러한 실현이 불가능하다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 부하인 스마트 LED 모듈에 필요한 전원정보를 당해 부하 자체에서 제공하고, 적응형 전원 공급기는 상기 부하로부터 제공된 전원정보에 따라 상기 부하가 요구하는 전원을 가변적으로 제공하며, 나아가 LED 모듈 시험장치는 상기 부하와 적응형 전원 공급기에 필요한 전원정보를 정확하고 신속하게 시험할 수 있도록 하는 적응형 전원 공급기, 스마트 LED 모듈 및 그를 위한 LED 모듈 시험장치를 제공하고자 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 스마트 LED 모듈은, 부하에 따라 전원 공급이 가변되는 적응형 전원 공급기로부터 전원을 공급받아 구동되는 LED 모듈에 있어서, 상기 적응형 전원 공급기로부터 전원을 공급받는 1개 이상의 LED로 구성된 LED 스트링 부하와; 상기 LED 스트링 부하를 감시하여, 상기 LED 스트링 부하에 필요한 공급 전원정보를 검출하는 전원정보 검출기; 및 상기 전원정보 검출기에서 검출된 상기 LED 스트링 부하의 공급 전원정보를 상기 적응형 전원 공급기로 전송하여, 상기 적응형 전원 공급기에서 상기 전송된 공급 전원정보에 따라 전원을 공급하도록 하는 신호 전송기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전원정보 검출기는 상기 LED 스트링 부하에 흐르는 전류량을 검출하는 부하전류 검출기 및 상기 부하전류 검출기에서 검출된 값과 설정된 기준값을 비교하는 전류 비교기를 포함하며, 상기 신호 전송기는 상기 전류 비교기의 출력을 전원 공급기로 전송하여 상기 전류 비교기의 출력값에 따라 상기 적응형 전원 공급기의 전원 공급이 조절되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전원정보 검출기는 상기 전원 공급기로부터 공급된 전압을 검출하는 전원전압 검출기 및 상기 전원전압 검출기에서 검출된 값과 설정된 기준값을 비교하는 전압 비교기를 더 포함하며, 상기 신호 전송기는 상기 전압 비교기의 출력을 전원 공급기로 전송하여 상기 전압 비교기의 출력값에 따라 상기 적응형 전원 공급기의 전원 공급이 조절되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전원정보 검출기는, 상기 LED 스트링 부하의 온도를 측정하는 온도 센서와; 상기 온도 센서에서 측정된 온도에 대응하여 조절될 상기 LED 스트링 부하의 구동 전류값이 저장되어 있는 메모리; 및 상기 메모리에 저장된 구동 전류값 중 상기 측정된 온도에 대응하는 구동 전류값을 상기 전류 비교기의 기준값으로 설정하는 제어기;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전원정보 검출기는 상기 LED 스트링 부하의 광 방출량을 측정하는 광량 센서 및 상기 LED 스트링 부하의 목표 광량을 저장하고 있는 메모리를 더 포함하여, 상기 광량 센서에서 측정된 광량이 상기 목표 광량보다 높을 경우 상기 제어기가 상기 전류 비교기의 기준값을 낮추어 상기 LED 스트링 부하에 공급되는 전류량을 줄이는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전원정보 검출기는 모션 센서(motion sensor)를 더 포함하여, 상기 모션 센서가 인체의 움직임을 감지지 못한 때는 상기 LED 스트링 부하에 공급되는 전류를 차단하고, 상기 모션 센서가 인체의 움직임을 감지할 때는 상기 LED 스트링에 전류를 공급하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 신호 전송기는 상기 적응형 전원 공급기가 디지털 방식으로 구현된 것일 경우, 상기 적응형 전원 공급기에게 상기 LED 스트링 부하에 적합한 전류 정보를 디지털 방식으로 전송하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어기는 외부와 통신을 수행하는 통신부를 더 포함하여, 외부에서 전송받은 명령을 수행할 수 있도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어기는 상기 통신부를 통해 수신된 디밍(dimming) 명령, 점등 명령, 소등 명령, 또는 메모리에 소정의 정보를 저장하는 명령을 수행하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 적응형 전원 공급기는 LED 모듈 부하에 따라 전원을 가변하여 공급하는 적응형 전원 공급기에 있어서, 출력전압이 소정 크기의 전압 이상으로 상승하는 것을 방지하는 과전압 방지회로(OVP 회로)와; 출력전류가 소정 크기의 전류 이상으로 흐르는 것을 방지하는 과전류 방지회로(OCP 회로); 및 상기 LED 모듈 부하로부터 상기 LED 모듈 부하가 요구하는 전원정보를 제공받는 부하정보 수령단자;를 포함하고, 상기 LED 모듈 부하로부터 공급받은 전원정보에 상응하는 전원을 상기 LED 모듈 부하에 공급하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 LED 모듈 부하는 필요로 하는 공급 전원정보를 검출하여 상기 부하정보 수령단자로 제공하는 스마트 LED 모듈이고, 상기 전원 공급기는 절연형인 것이 바람직하다.
또한, 상기 LED 모듈 부하는 필요로 하는 공급 전원정보를 검출하여 상기 부하정보 수령단자로 제공하는 스마트 LED 모듈이고, 상기 전원 공급기는 비절연형인 것이 바람직하다.
나아가, 본 발명에 따른 LED 모듈 시험장치는, 스마트 LED 모듈의 테스트 및 조정(Adjust)에 사용되는 LED 모듈 시험장치에 있어서, 상기 스마트 LED 모듈에 전원을 공급하는 전원 공급기와; 상기 전원 공급기로부터 전원을 공급받아 발광하는 상기 스마트 LED 모듈의 광량을 측정하는 광 측정기 및; 상기 전원 공급기, 상기 광 측정기 및 상기 스마트 LED 모듈을 제어하는 테스트 제어기;를 포함하며, 상기 테스트 제어기는 상기 광 측정기의 광 측정량에 따라 상기 전원 공급기의 전원 공급을 제어하는 과정을 반복하여 상기 스마트 LED 모듈에 적합한 전원정보를 결정하고, 상기 결정된 전원정보를 상기 전원 공급기 및 스마트 LED 모듈의 기준값으로 전송하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 의하면 부하인 스마트 LED 모듈에 필요한 전원정보를 당해 부하 자체에서 제공하고, 적응형 전원 공급기는 상기 부하로부터 제공된 전원정보에 따라 상기 부하가 요구하는 전원을 가변적으로 제공하며, 나아가 LED 모듈 시험장치는 상기 부하와 적응형 전원 공급기에 필요한 전원정보를 정확하고 신속하게 시험할 수 있게 한다. 따라서, 부하인 LED 모듈의 특성에 무관하게 항시 부하에 적합한 최적의 전원을 가변하여 제공할 수 있게 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 전원 공급기를 나타낸 개략적인 회로도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 정전류/과전압방지 기능을 도시한 개념 회로도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 정전류/과전압방지 기능을 구현한 회로도이다.
도 4는 온도에 대한 LED의 전류감쇄 및 빛 방출량을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 적응형 전원 공급기 및 스마트 LED 모듈의 제1 실시예를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 적응형 전원 공급기 및 스마트 LED 모듈의 제2 실시예를 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명에 따른 적응형 전원 공급기 및 스마트 LED 모듈의 제3 실시예를 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명에 따른 LED 모듈 시험장치를 나타낸 구성도이다.
도 9는 본 발명에 따른 LED 모듈 시험장치의 동작 순서도이다.
도 10은 본 발명에 따른 적응형 전원 공급기 및 스마트 LED 모듈의 제4 실시예를 나타낸 도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적응형 전원 공급기, 스마트 LED 모듈 및 그를 위한 LED 모듈 시험장치에 대해 설명한다.
단, 이하에서는 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 가급적 중복 설명을 생략한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 이하에서 설명될 적응형 전원 공급기는 절연형인 플라이백(fly-back) 방식, 포워드(forward) 방식, 푸쉬풀(push-pull) 방식 또는 브릿지(bridge) 방식이나, 비절연형인 벅(buck), 부스트(boost) 또는 벅-부스트 등 다양한 방식에 적용 가능하나, 이하에서는 플라이백 전원 공급기를 일 예로 들어 설명한다.
(실시예 1) - 아날로그 스마트 부하
본 실시예는 종래의 부하 및 전원 공급기를 본 발명의 스마트 부하 및 적응형 전원 공급기로 대체하고, 이때 그 구현에 있어서 아날로그 방식을 이용한 것이다.
이하, 도 5에 도시된 스마트 부하(90)와 적응형 적응형 전원 공급기(55)를 이용하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다.
먼저 스마트 부하(90)에 대해 설명한다.
도 5에서 일 예로 제시한 스마트 부하(90)는 LED를 포함한 스마트 LED 모듈(90)이다.
스마트 LED 모듈(90)은 부하로서 한 개 이상의 LED가 직렬로 연결된 LED 스트링(LED String, LS90)은 물론, 상기 LED 스트링(LS90)을 감시하여, LED 스트링(LS90)에 필요한 공급 전원정보를 검출하는 전원정보 검출기의 역할을 하는 스마트 회로(U90)를 더 포함한다는 점에서 종래 기술과 차이가 있다.
전원정보 검출기인 스마트 회로(U90)는 정전류 회로(CC: Constant Current)와, 부하와 직렬로 연결되어 부하에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출저항(RC90) 및 전송단자(FB)를 포함한다.
그리고, 상기 정전류 회로(CC)는 그 내부에 전류검출저항(RC90)을 통해 검출된 전류값과 소정의 기준값과 연산을 수행하는 전류 비교기 및 상기 전류 비교기에 의해 연산된 결과인 정전류 제어용 정보를 적응형 전원 공급기(55)로 전송하는 신호 전송기 등을 포함하며, 신호 전송기는 상기 전송단자(FB)에 연결되어 있다.
적응형 전원 공급기(55)의 양전압 출력단자(+Vout)로부터 공급된 전류는 LED 스트링(LS90) 부하로 공급되고, 상기 LED 스트링(LS90) 출력단에 직렬로 연결된 전류검출저항(RC90)을 통과하여 적응형 전원 공급기(55)의 음전압 단자(-Vout)로 흐르게 된다.
상기 정전류 회로(CC)의 내부 구성은, 종래의 기술을 설명한 도 3의 전원 공급기(15)의 CC 회로와 마찬가지로 구성된다.
즉, 종래 기술인 도 3의 전류검출저항(Rc)은 본 발명인 도 5의 전류검출저항(RC90)에 대응하고, 이때 도 3의 CC 회로를 구성하는 기준전압(Zc), 비교기(Uc) 및 와이어드 앤드(hard wired AND) 연산을 수행하는 다이오드(Dc)는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 도 5의 정전류 회로(CC)와 동일하다. 물론, 아래의 도 6에 대한 설명을 통해서도 명확히 알 수 있다.
다만, 본 발명은 이러한 정전류 회로(CC)를 종래 기술과 같이 전원 공급기(도 3의 15)에 구비한 것이 아닌 부하인 스마트 LED 모듈(90)에 구비함으로써, LED 스트링(LS90)에 필요한 전류 정보를 부하인 스마트 LED 모듈(90) 자체에서 제공할 수 있다는 점에서 차이가 있다.
여기서, 신호 전송기의 역할을 하는 다이오드(Dc)는 스마트 부하(90)와 적응형 전원 공급기(55) 중 어느 곳에 설치하여도 무방하다.
따라서, 정전류 회로(CC)는 부하인 LED 스트링(LS90)과 접지(55G) 사이에 직렬로 연결된 전류검출저항(RC90)에 흐르는 전류량을 측정하여 기준 전류량보다 크면, 그 비교 결과를 전송단자(FB)를 통해 전송하여 포토커플러 발광부(P55a)에 전류가 흐르게 하고, 그를 통해 전원공급제어기(PWM)에 과전류가 흐르고 있음을 알려 전원공급제어기(PWM)가 과전류 상태를 해소할 수 있게 한다.
전원공급제어기(PWM)가 과전류 상태를 해소하기 위해 스위치를 조작하는 방법에는 DCM(Dis-continious Conduction Mode), BCM(Boundry Conduction Mode) 및 CCM(Continious Conduction Mode) 등과 같은 제어 방법이 있으며, 그 상세한 설명은 널리 공지되어 있으므로 생략한다.
이하, 적응형 전원 공급기에 대해 설명한다.
도 5에 도시한 적응형 전원 공급기(55)는 플라이백 전원 공급기의 출력측(2차측)만 도시하였다.
본 발명에서 제시하는 적응형 전원 공급기(55)와 종래 방식의 차이점은, 종래 전원공급기는 자체의 목표인 정전압 또는 정전류를 부하에 공급하였지만, 본 발명의 적응형 전원공급기(55)는 부하인 스마트 LED 모듈(90) 에서 제공하는 공급 전원정보에 따라 가변적으로 전원을 공급하는 것이다. 즉, 스마트 LED 모듈(90)가 요구하는 전류 또는 전압에 따라 가변하여 전원을 공급할 수 있다는 것이다.
이를 위해, 적응형 전원 공급기(55)는 출력전압이 소정의 값을 넘지 않도록 하는 OVP 기능(OVP: Over Voltage Protection, 이하 'OVP'라 함)과 출력전류가 소정의 값을 넘지 않도록 하는 OCP 기능(OCP: Over Current Protection, 이하 'OCP'라 함) 만을 가지며, 상기 OCP 및 OVP 기능이 작동하지 않는 조건(OVP 전압 이하, OCP 전류 이하)에서 부하가 요구하는 전원을 공급한다.
상기 OVP 기능은 무부하시 전원 공급기의 출력단에 과전압이 걸려 출력단이 파손되는 것을 방지하며, OCP 기능은 출력단이 단락(쇼트)일 경우 과전류가 흘러서 전원 공급기 자체가 파괴되는 것을 방지한다.
본 발명의 적응형 전원 공급기(55)의 회로구성은 도 3의 종래 전원 공급기(15)와 기본 구성은 동일하지만, 스마트 LED 모듈(90)로부터 공급 전원정보를 전송받는 전송단자(FB)를 더 가지고 있어서, 부하로부터 직접 공급 전원정보를 입력받는다.
또한, 상기 전송단자(FB)로부터 입력받은 공급 전원정보를 사용하여 적응형 전원 공급기(55)의 입력측(즉, 변압기(X55)의 1차측)에서 전원공급제어기(도 1 및 2의 PFC/PWM 참조)의 제어에 필요한 정보를 전송하는 포토커플러(P55a)를 구동하는 기능이 추가되었다.
즉, 포토커플러(P55a)가 전송단자(FB)의 출력측과 연결되어, 상기 전송단자(FB)로부터 제공되는 공급 전원정보에 의해 발광 여부가 결정되어, 적응형 전원 공급기(55) 입력측의 전원공급제어기를 그 부하의 특성에 따라 자동으로 제어할 수 있게 한다.
이하, OVP 회로 및 OCP 회로의 구체적인 내부회로는 도 3의 전류 비교기(Uc) 및 그 주변소자나, 전압 비교기(Uv) 및 그 주변소자와 동일하게 구성 가능하므로, 그에 대한 동작설명은 생략한다.
이상과 같이, 본 발명의 제1실시예에 의하여 종래기술의 제1문제점이 해소되었다. 즉, 본 발명은 종래와 같이 최초 LED 모듈을 설치할 때 그 모듈의 밝기 특성에 맞게(LED Rank 별로) 전류량이 미리 결정된 전용의 전원 공급기를 사용하지 않고, 임의의 적응형 전원 공급기(55) 및 임의의 스마트 LED 모듈(90)을 조합하여 사용이 가능하므로 설치/유지보수 비용이 줄어든다.
단, 이상과 같은 본 발명의 실시예는 전원정보 검출기인 스마트 회로(U90)의 전류검출저항(RC90)을 각각의 부하(90)(스마트 LED 모듈)에 맞춤형으로 장착하여야 한다는 단점은 있으나, 이러한 단점은 아래의 제2실시예에 의해 해결된다.
(실시예2) - 디지털 스마트 부하
본 발명의 제2 실시예는 종래기술의 제2문제점(LED 모듈 방열능력에 따른 사용 온도별 전류감쇄) 및 제3문제점(온도별 LED 광방출 효율변화에 따른 전류조정)을 해결하고자 도출된 것으로, 온도별로 부하가 필요로 하는 구동전류정보를 적응형 전원 공급기에 전송하는 기능을 가지는 것이 특징이다. 또한 실시예 1의 단점도 동시에 해소된다.
이하, 본 발명에 적합한 디지털 스마트 LED 모듈(70)을 도 6을 참조하여 설명한다.
먼저, 디지털 스마트 LED 모듈(70)은 부하인 LED 스트링(LS70)은 물론, LED 스트링(LS70)을 감시하여 당해 LED 스트링(LS70)에 필요한 공급 전원정보를 검출하는 전원정보 검출기의 역할을 하는 스마트 회로를 더 포함한다는 점에서 특징이 있다.
전원정보 검출기인 스마트 회로는 정전류 회로(CC, UC70 및 그 주변소자)와, 과전압 방지 회로(OVP, UV70 및 그 주변소자) 및 제어회로(U70) 등을 포함하여 구성된다.
여기서, 정전류 회로는 전류 비교기(UC70)의 양극성 단자(+)로 입력되는 기준 전류값이 디지털 단자(DAC_CC)를 통해 가변적으로 입력 가능하고, 과전압 방지 회로는 전압 비교기(UV70)의 양극성 단자로 입력되는 기준 전압값이 디지털 단자(DAC_OVP)를 통해 가변적으로 입력 가능하다는 점을 제외하고는 이상에서 설명한 바와 같다.
한편, 제어회로(U70)는 제어기(즉, 제어로직)와, 메모리와, 통신부 및 센서부를 포함하며, 이때 센서부는 온도 센서, 광량 센서, 인체 감지용 모션 센서(motion sensor)를 포함하고, 메모리는 각 온도별 LED 스트링(LS70)의 구동전류 또는 구동전류의 연산 수식이나 기능 등이 저장되어 있으며, 제어기는 온도별로 정전류 회로의 기준 전류값을 설정(DAC_CC)하는 제어 기능을 수행한다.
이를 통한 바람직한 디지털 스마트 LED 모듈(70)의 동작은 다음과 같다.
(1) 제어회로(U70)가 온도 센서를 이용하여 부하인 LED 스트링(LS70)의 온도를 직접 측정한다. 이때, LED 스트링(LS70)이 방열판 등에 의해 방열되는 특성까지 고려한다면 디지털 스마트 LED 모듈(70) 내부의 온도를 측정한다.
(2) 온도 측정 후, 제어회로(U70)는 메모리를 참조하여 상기 측정온도에 적합한 기준 전류(DAC_CC)값을 설정한다. 상기 설정 기준 전류값은 높은 측정온도에서는 모듈의 방열 능력이 고려된 전류감쇄 값, 그리고 낮은 측정온도에서는 광방출 효율변동이 고려된 전류감쇄 값으로, 제어회로(U70)의 메모리에 내장된 값 또는 수식에 의한 연산으로 구한다.
(3) 부하의 현재 온도 상태에 따라 설정 기준 전류값(DAC_CC)이 결정되면, 전류 비교기(UC70)는 상기 설정된 기준전류(DAC_CC)값과 전류검출저항(RC70)을 통해 측정된 전류값을 서로 비교한다.
그리고, 그 비교 결과를 신호 전송기(Dc)를 사용하여 적응형 전원 공급기에 전송함으로써, 상기 적응형 전원 공급기로부터 비교 결과에 대응한 전원을 공급받는다. 이때, 만약 적응형 전원 공급기가 디지털회로 구현되었다면 제어회로(U70)가 디지털신호로 전송할 수도 있다.
(4) 한편, 본 발명은 부하의 특성에 맞는 OVP 전압을 설정하는 역활 역시 구비하는 것이 바람직하다. OVP 기능은 전압 비교기(UV70), 기준전압설정기(DAC_OVP) 및 전압분압기(RH70)(RL70)를 구비함으로써 구현 가능하다.
(5) 또한, 제어회로(U70)는 광량(광측정)센서를 구비하고 있다. 따라서, LED 스트링(LS70)의 현재 광 방출량을 측정하고, 만약 소정의 기준값보다 높으면 정전류 회로의 기준전류(DAC_CC)값을 이전보다 낮게 재설정함으로써 LED 스트링(LS70)에 공급되는 전류를 낮추도록 전원정보를 전송한다.
(6) 또한, LED 스트링(LS70)과 직렬로 연결된 스위치(SW70)를 구비하여, 전원을 켜둔 상태에서 부하를 연결하는 경우 또는 전원 공급기 고장으로 공급 전원의 제어가 되지 않을 때를 대비하는 것이 바람직하다.
이는, 초기 LED 모듈을 설치할 때, 무부하 상태에서 전원을 켜두면 전원출력 전압은 출력 최대전압으로 되고, 이 상태에서 부하를 연결하면 부하에 과전압(통상 부하전압이 출력 최대 전압보다 낮으므로)이 공급되어 과전류가 흐르므로 상기 스위치(SW70)을 개방하여 과전류를 방지한다. 뿐만 아니라, 적응형 전원 공급기의 고장으로 전원 공급이 제어되지 않아서 출력전압이 OVP 전압 이상으로 공급될 때 상기 스위치(SW70)을 개방하여 부하를 보호한다.
(7) 또한, 제어회로(U70)에 구비된 모션 센서는 인체(혹은, 물체)의 움직임이 있으면 점등하고, 없으면 소등하는 센서등(sensor light)의 구현에 필요한 것으로써, 상기 모션 센서가 인체를 감지하지 않은 경우에는, OVP 기능을 구현하는 전압 비교기(UV70)의 기준 전압(DAC_OVP)을 소정의 값 이하로 설정하여 부하(LS70)에 전류가 흐르지 않도록 하여 소등하고, 반면 인체를 감지한 경우는 전압 비교기(UV70)의 기준 전압(DAC_OVP)을 OVP 전압으로 높여서 부하(LS70)에 설계전류가 흐르게 하여 점등한다. 물론, 점등과 소등은 스위치(SW70) 또는 기준전류(DAC_OCP)를 제어하여 구현할 수도 있다.
(8) 나아가, 제어회로(U70)는 외부와의 통신을 수행하는 통신부를 구비하여, 모듈 외부로부터 명령을 입력받아 LED 스트링(LS70)의 디밍(dimming), 점등 및 소등 기능을 수행한다. 이러한 통신부는 좁게는 각각의 LED 스트링(LS70) 조명을 개인적 목적(개인용 리모컨으로 콘트롤)으로 활용 가능하게 하며, 넓게는 조명 네트워크를 구성하여 빌딩 조명연출, 인텔리전트 빌딩 등에 활용할 수 있다.
또한, 통신부는 스마트 부하의 생산공정 중 측정/조정 공정을 자동화에 사용될 수 있다. 이는, 실시예 4에서 상세히 설명한다.
이상 설명한 바람직한 디지털 스마트 LED 모듈(70)를 구현하는데 있어서, 제어회로(U70)는 마이크로 프로세서(micro processor)를 포함하는 회로로 구현할 수 있음은 당연하다.
극단적인 예로서 가장 간단한 기능을 하는 디지털 스마트 LED 모듈(70)을 예시하면, 적응형 전원 공급기가 디지털로 구성된 경우, 상기 적응형 전원 공급기가 전원공급을 개시하면 디지털 스마트 LED 모듈(70)의 설계 전류값을 상기 적응형 전원 공급기로 전송하는 기능만을 가진다.
이제까지 디지털 스마트 부하의 일 예를 디지털 스마트 LED 모듈(70)로 상세히 설명하였다.
본 발명의 제2 실시예는 종래기술의 제2문제점(LED 모듈 방열능력에 따른 사용 온도별 전류감쇄) 및 제3문제점(온도별 LED 광방출 효율변화에 따른 전류조정)을 해결함으로써, LED 모듈의 수명이 길어지고, 전력 소비량도 줄어드는 효과가 있다. 또한 실시예 1의 문제점인 맞춤형 전류검출저항(도 5의 RC90)을 범용 전류검출저항(RC70)으로 변경할 수 있어서 공정원가가 줄어들고 가격 경쟁력을 높인다.
(실시예3) - 원가 절감형 적응형 전원 공급기
본 실시예는 종래의 기술이 2단계 스위칭, 즉 도 1 및 2의 PFC(Power Factor Controller) 및 PWM(Pulse Width Modulator)에 의한 스위칭을 통해 부하에 전원을 공급하였는데, 이것을 1단계 스위칭으로 줄여서 적응형 전원 공급기의 가격 경쟁력을 높인 것이다.
이하, 도 7을 이용하여 본 발명의 제3실시예를 설명한다.
본 발명의 실시예 3에 따른 적응형 전원 공급기(57)는 일 예로 플라이백 방식의 컨버터로써, 교류전원(50)과, 상기 교류전원(50)을 정류하는 정류회로(51)와, 상기 정류회로(51)를 출력측(2차측)과 전기적으로 절연시킴과 동시에 전기에너지를 전달하는 스위칭 트랜스포머(X55)와, 상기 트랜스포머(X55)를 구동하는 스위치(Q57)와, 역율을 개선하면서 스위치(Q57) 역시 제어하는 역률 제어기(PFC) 및 OVP/OCP 기능을 수행하는 출력측 제어기(U55)(주변 소자포함) 등을 포함하며, 이때 부하(90)로부터 전송단자(FB)를 통하여 전송받은 CC 제어용 정보를 1차 측으로 전송하도록 구성되어 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 적응형 전원 공급기(57)에서, 트랜스포머(X55)를 구동하는 역률 제어기(PFC)가 역율 개선용 제어기이므로 전원전압 리플(ripple)이 앞서 설명한 도 1에 도시된 종래기술의 회로보다 크다. 따라서, 일반적으로는 트랜스포머(X55)의 2차측 평활콘덴서(C55)는 대용량인 것이 바람직하다.
그러나, 본 발명은 부하(90)의 특성을 참고하여 상기 평활콘덴서(C55)의 용량을 낮출 수 있다. 즉, 본 발명은 스마트 LED 모듈(90)로부터 방출된 빛에서 사람이 그 빛의 흔들림(어른거림)을 감지하니 못하는 수준에서 상기 평활콘덴서(C55)용량을 낮출 수 있다.
예를 들면, 적응형 전원 공급기의 OVP 전압은 40[V]이고, 부하인 스마트 LED 모듈(90)의 OVP 전압은 38[V]이며, 설계 부하작동전압(@ 설계전류)은 37[V] 인 경우에 평활콘덴서(C55) 용량을 점차 줄이면 반대로 전원주파수의 2배성분인 리플전압이 점차 커진다.
이는, 일반적으로 역율개선회로는 교류전원 한 주기이상의 기간을 단위 제어기간으로 하여 입력 전압과 입력 전류의 파형을 같게 하고, 위상을 같게 하는 것을 목표로 동작하기 때문이다. 그리고, 교류입력 한 주기 동안 출력에서 PFC로 피드백이 한 번 이상 제공되어 PFC가 목표 공급전류량을 바꾸게 되면, 입력 전류파형에 왜곡이 발생하고 역율은 낮아진다.
따라서, 높은 역율을 구현하기 위해서는, 스마트 LED 모듈(90)에서 적응형 전원 공급기로 제공하는 요구 전원정보는, 이상에서 설명한 역율개선회로와 마찬가지로 교류입력 한 주기에 1회 이하의 횟수로 변경하는 것이 바람직하다.
교류입력 한주기에 1회이하로 전원정보를 변경하는 구체적인 구현 방법으로, 간단하게는 부하(90)에 구비된 전류검출저항(RC90)에서 CC연산을 수행하는 비교기(UC90)으로 가는 신호를 저역통과필터를 사용하여 평균(평활)하여 비교기(UC90)의 입력신호 변동폭이 실제신호보다 작아저서 비교기(UC90)의 출력 변동횟수를 적게하는 방법이 있다.
상기에 설명된 방법으로, 즉 교류입력 한 주기에 1회 이하의 횟수로 요구전원정보를 변경하는 방법, 사람이 빛의 흔들림(어른거림)을 못하는 수준까지 평활콘덴서 용량을 줄이면, 높은 역율을 달성하면서도 부하에 일정한 평균전류(알기 쉽게 표현하면 정전류)를 공급할 수 있게 된다.
이상 실시예 3에 대하여 상세히 설명하였으며, OCP/OVP(U55) 및 CC/OVP(U90) 내부 회로에 대한 설명은 실시예 1 및 실시예2 와 동일하므로 생략한다.
본 발명의 제3 실시예에 의하면 종래의 2단계 스위칭이 1단계 스위칭으로 줄어들어 적응형 전원 공급기(57)의 가격 경쟁력이 높아진다.
(실시예4) - LED 모듈 테스트/조정 공정 자동화
이하, 스마트 부하(스마트 LED 모듈)를 시험(Test)/조정(Adjust)하는 공정자동화에 대하여 도 8과 도 9를 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명에 따른 LED 모듈 시험장치를 나타낸 구성도이고, 도 9는 본 발명에 따른 LED 모듈 시험장치의 동작 순서도이다.
먼저, 도 8에서 LED 모듈 시험장치의 구성을 살펴보면, 시험장치는 시험/조정 대상인 디지털 스마트 LED 모듈(70)에 전원을 공급하는 전원 공급기(72)와, 디지털 스마트 LED 모듈(70)의 광 출력을 측정하는 광 측정기(74) 및 상기 디지털 스마트 LED 모듈(70), 전원 공급기(72) 및 광 측정기(74)와 통신을 수행하며 시험/조정 공정을 제어하는 테스트 제어기(71)로 구성되어 있다.
이하, 도 9를 도 6을 참조하여 테스트 제어기(71)가 수행하는 작업순서를 설명한다.
S0: 먼저, 스마트 LED 모듈(70)이 시험/조정 공정에 투입되면 작업을 개시한다.
S1: 테스트 제어기(71)는 전원 공급기(72)에 예상 목표전류보다 낮은 소정 수준(예: 약 70%)의 정전류를 출력으로 설정하도록 통신으로 지령한다.
S2: 그리고 전원 공급기(72)의 출력을 켜서 스마트 LED 모듈(70)에 전류를 공급한다.
S3: 테스트 제어기(71)가 광 측정기(74)로 스마트 LED 모듈(70)의 광 출력을 측정하도록 지령하고, 그 측정값을 수령한다.
S4: 측정된 광출력을 소정의 공정 규격 값과 비교한다. 만약 측정값이 상기 규격값 보다 낮으면 아래의 공정(S4a)로 가고, 높으면 공정(S5)로 간다.
S4a: 전원 공급기(72) 출력을 소정의 값(예: 예상 목표전류량의 1%) 만큼 더 증가하고 공정(S2)로 간다.
S5: 스마트 LED 모듈(70)과 통신을 하여, CC 기능 판정기(UC70)의 기준값을 설정하는 DAC_CC 값을 0에서 점차적으로 증가시켜서 상기 판정기(UC70)의 출력값이 Low 에서 High 로 바뀌는 DAC_CC 값을 찾는다.
또한, OVP 기능 판정기(UV70)의 기준값을 설정하는 DAC_OVP값을 0에서 점차적으로 증가시켜서 상기 판정기(UV70)의 출력값이 Low 에서 High 로 바뀌는 DAC_OVP 값을 찾는다. 상기 방법으로 구한 DAC_OVP값에 소정의 값을 더하여 DAC_OVP 값으로 한다.
S6: 상기 제5단계(S5)에서 구한 DAC_CC 값, DAC_OVP값 및 패키지 모듈의 방열특성을 고려한 온도별 전류감쇄값(또는 감쇄값 계산공식)을 스마트 LED 모듈(70) 내부의 영구저장 메모리에 기록하도록 지령을 보낸다.
S7: 작업을 종료한다.
이상 본 발명의 제4실시예에 대하여 상세히 설명하였다.
본 발명의 제4실시예에 의하면 스마트 LED 모듈(70)의 자동 시험/조정 공정이 제공되어 제품 생산시간 및 조정 시간이 단축(수동 맞춤형 조정에서 자동 디지털 조정)되어 생산원가가 낮아지고, 가격 경쟁력이 높아진다.
또한, 종래 방식에서는 작업자가 일일이 인두를 사용하여 전류검출저항을 탈/부착하면서 전류검출저항값을 조정하고 테스트하여 LED 모듈을 생산하였다. 이 방법은 시간도 많이 걸려서 대량생산의 걸림돌이 되고, 상기 인두를 사용하는 동안 부품에 대미지(damage)를 줄 수도 있어서 제품의 신뢰성이 저하될 여지가 있었지만, 본 발명의 제4실시예에 의하면 이러한 문제점이 해결된다.
(실시예5) -디지털 적응형 전원 공급기
본 실시예는, 전원 공급기와 부하를 연결하였을 때 디지털 통신수단으로 서로 교신하여, 각자의 능력(최대/최소-전압, 전류, 리플크기 등)을 파악하여 전원공급개시 여부를 결정할 수 있도록 한 실시예이다.
이하, 도 10을 사용하여 본 발명의 제5실시예를 설명한다.
먼저 적응형 전원 공급기(53)의 내부회로 중에서, 적응형 전원공급을 수행하기 위한 회로는, OVP기능을 수행하는 전압 비교기(UV53)와, OCP 기능을 수행하는 전류 비교기(UC53)와, 스마트 LED 모듈(73) 요구에 적합한 전원을 공급하기 위한 CC용 전류 비교기(UC53a)와, 정전압(CV: Constant Voltage)용 비교기(UV53a) 및 상기 CC 및 CV용 비교기(UC53a)(UV53a)의 기준값을 설정함은 물론, 스마트 부하(73)와 디지털 통신을 수행하는 2차측 제어기(U53) 등을 포함하여 구성된다.
따라서, 전원이 최초로 투입되어 2차측 제어기(U53)가 파워 온 리셋(Power on reset)되면, 상기 2차측 제어기(U53)는 먼저 스마트 LED 모듈(73)로 전원이 공급되지 않도록 설정한다.
이는, CV용 전압 비교기(UV53a)의 기준값(DAC_CV_P)은 소정의 전원대기모드 전압값을 설정하고, CC용 전류 비교기(UC53a)의 기준값(DAC_CC_P)은 OCP 전류값으로 설정하여 상기 적응형 전원 공급기(53)은 CV 모드로 동작을 하는 것으로 구현된다.
이때, 상술한 전원대기모드 전압값은 일 예로 스마트 LED 모듈(73)의 순방향 전압보다 낮아서 그 내부의 LED 스트링(LS73)은 점등되지 않는 전압이면서, 또한 스마트 LED 모듈(73) 내부의 제어기(U73)는 작동하는 소정의 전압값이 사용될 수 있다.
한편, 2차측 제어기(U53)는 스마트 LED 모듈(73)과 통신을 시도하고, 통신이 원활히 이루어져서 당해 스마트 LED 모듈(73)이 요구하는 전원정보를 확보하면, CC 및 CV용 비교기(UC53a)(UV53a)의 기준값(DAC_CC_P)(DAC_CV_P)을 스마트 LED 모듈(73)의 공급 전원정보에 맞게 설정하여 스마트 LED 모듈(73)에 전원을 공급한다.
그리고, 시간이 경과하면서 스마트 LED 모듈(73)의 동작온도가 변함에 따라 스마트 LED 모듈(73)에서 요구하는 공급 전원정보가 바뀔 수 있으므로, 소정의 시간 간격 마다 혹은 지속적으로 스마트 LED 모듈(73)로부터 공급 전원정보를 전송받아서 상기 기준값 (DAC_CCP)(DAC_DV_P)들을 갱신한다.
상기 적응형 전원 공급기(53)에 적합한 스마트 LED 모듈(73)은 당연히 해당 적응형 전원 공급기(53)와 통신할 수 있는 수단을 가지며, 스마트 부하(73)의 제어로직(U73내부)이 CC용 비교기(UC73)의 연산결과 및 OVP용 비교기(UV73)의 연산결과를 종합하여 그 결과를 적응형 전원 공급기(53)에 전송한다.
본 실시예의 장점으로는 통신선로의 접촉불량(선로저항 증가) 또는 공기중 습기나 먼지에 의한 전기누설 등의 이유로, 아날로그 통신을 사용할 경우에는 정보가 왜곡되어 부하가 요구하는 전원이 공급되지 않는 경우에 대비할 수 있다.
즉, 디지털 통신은 다양한 방법으로 통신 에러를 보정할 수 있고, 또한 교류전원 한 주기 이내에 다수 번의 전원변경 요청을 받아도 적응형 전원 공급기(53) 자체가 그 요청들을 평균하고, 상기 평균된 값으로 스마트 LED 모듈(73)에 전원을 공급하여 높은 역율을 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 적응형 전원 공급기(73)의 평활콘덴서(C53)의 용량이 작아서 부하 (73)에 공급되는 전원의 리플 전압이 큰 경우에도 적응형 전원 공급기(53)의 출력측(2차측)에서 입력측(1차측)으로의 피드백 횟수를 교류전원한주기에 1회 이하로 할 수 있고, 입력측(1차측) 전원공급제어기(미도시)가 PFC 제어기인 경우 고역율을 쉽게 구현할 수 있다.
(실시예6) -스마트 LED 모듈 전류감쇄 커브
이하, 도11을 사용하여 스마트 LED 모듈에 바람직한 전류감쇄 커브를 설명한다.
먼저, 전류감쇄 커브(100)는 LED 제조회사에서 추천하는 전류감쇄커브의 일예로써, 주변온도 0℃ ~ 80℃(구간 A, B) 에서는 350mA로 구동하고, 80℃ ~ 150℃(구간C) 에서는 350mA에서 0mA까지 지속적으로 감소하는 선형커브이다. 전류감쇄 커브(100)로 LED를 구동하면 LED가 방출하는 빛은 0℃에서 제일 많으며, 도4에서 설명되었듯이 온도가 증가할수록 빛 방출효율이 떨어지기 때문에 구간(A)(B)에서는 빛의 방출량은 선형적으로 점점 줄어든다. 또한 구간(C)에서는 구동전류도 선형적으로 줄어들기 때문에 빛 방출량의 감쇄기울기는 구간(A)(B) 보다 더욱 커지게 된다.
도11에서 목표 동작온도가 60℃ 이하인 경우, 본 발명에 바람직한 전류감쇄커브는 커브(101)이다. 먼저 60℃ 이하인 구간(A)에서는 동일한 밝기를 유지하도록 광 방출효율을 고려한 전류감쇄 커브(101)로 구동(즉, 온도가 내려갈수록 광 방출효율이 올라가므로 구동전류를 낮추어 광 방출량을 일정하게 구동)하고, 구간(B)(C)에서는 LED 제조회사에서 추천하는 전류감쇄 커브를 따르는 것이다. 그 결과 구간(A)에서는 빛 방출량이 온도에 관계없이 일정하며, 구간(B)에서는 온도가 올라갈수록 선형적으로 감소하며 도11에 예시된 수치로 계산해보면 빛 최대감소량 은 (280 - 240) / 280 = 14.3% 이다.
또한, 도11에서 전류감쇄 커브(103)은 동작온도 80℃ 까지 밝기가 일정하게 되도록 한 경우이다.
실제 양산에서 LED는 밝기에 따른 랭크(Rank) 관리를 하므로, 커브(101)은 밝기가 낮은 랭크에 적용하고, 커브(103)은 밝기가 높은 랭크에 적용할 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다.
본 발명에 의해 개시된 적응형 전원 공급기는, 입력측(1차측: 전원공급 스위치를 제어하는 쪽)은 출력측(2차측)에서 제공된 정보를 사용하여 스위치 조절기간을 변경하는 역활을 하기 때문에 트랜스포머를 사용하는 절연방식(플라이백, 포워드, 푸쉬풀, 브릿지 등)은 물론, 트랜스포머를 사용하지 않는 비절연방식(벅, 부스트, 벅-부스트 등)에 관계없이 구현 가능함은 당연하다.
따라서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
신규 성장산업인 LED 조명산업 중, 소위 LED 형광등, LED 백열등 그리고 LED 면조명 이라고 불리는 LED 램프(전원 공급기 외장형 내장형 포함) 등에 사용되는 LED 모듈은, 사용온도에 대한 개별 모듈의 방열능력 및 광 변환효율을 고려하여 구동하는 적응형 전원 공급기가 필요하다.
그러나, 현재 시중에 공급되는 전원 공급기는, 대부분 설계 입력 전압 범위내에서 정전류를 공급하는 것만을 목표로 하고 있을 뿐, 개별 LED 모듈의 특성(방열, 광 변환 효율)이 고려된 전원 공급기가 아니라는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 현재 신규 성장산업인 LED 조명산업의 핵심 구성품인 개별 LED 모듈의 특성을 고려한 적응형 전원 공급기 및 스마트 LED 모듈이 공급되어 LED 모듈 및 전원 공급기의 수명이 길어지고, 낮은 온도에서 사용할 때 전력 절감효과가 있으며, 임의의 적응형 전원 공급기와 스마트 LED 모듈의 조합이 가능하여 설치 및 유지보수비용이 작게 들어 산업상 이용가능성이 아주 높다.
10, 50: 교류전원 공급기 11, 51 : 정류회로
12: 역률개선회로 15: 정전류 공급회로
20:부하 X15, X55 : 트랜스포머
PWM, PFC: 전원공급제어기 CC: 정전류
OVP: 과전압 방지기 OCP: 과전류 방지기
UV: 전압 비교기 UC: 전류 비교기
70, 90: 스마트 LED 모듈 55, 57: 적응형 전원 공급기
72: 프로그래머블 전원 공급기 71: 테스트/조정 공정제어기
74: 프로그래머블 광 측정기

Claims (13)

  1. 부하에 따라 전원 공급이 가변되는 적응형 전원 공급기로부터 전원을 공급받아 구동되는 LED 모듈에 있어서,
    상기 적응형 전원 공급기로부터 전원을 공급받는 1개 이상의 LED로 구성된 LED 스트링 부하와;
    상기 LED 스트링 부하를 감시하여, 상기 LED 스트링 부하에 필요한 공급 전원정보를 검출하는 전원정보 검출기; 및
    상기 전원정보 검출기에서 검출된 상기 LED 스트링 부하의 공급 전원정보를 상기 적응형 전원 공급기로 전송하여, 상기 적응형 전원 공급기에서 상기 전송된 공급 전원정보에 따라 전원을 공급하도록 하는 신호 전송기;를 구비하되,
    상기 전원정보 검출기는, 상기 LED 스트링 부하의 온도를 측정하는 온도 센서 및 상기 온도 센서에서 측정된 온도에 대응하여 조절될 상기 LED 스트링 부하의 구동 전류값이 저장되는 메모리; 및 설정된 기준 온도보다 주변온도가 더 낮아지면 상기 메모리에 저장되는 구동 전류값도 낮아지고, 상기 설정된 기준 온도보다 주변온도가 더 높아져도 상기 메모리에 저장되는 구동 전류값이 낮아지도록 제어하는 제어기;를 포함하되,
    상기 전원정보 검출기는 상기 LED 스트링 부하에 흐르는 전류량을 검출하는 부하전류 검출기 및 상기 부하전류 검출기에서 검출된 값과 설정된 기준값을 비교하는 전류 비교기를 포함하고,
    상기 신호 전송기는 상기 전류 비교기의 출력을 전원 공급기로 전송하여 상기 전류 비교기의 출력값에 따라 상기 적응형 전원 공급기의 전원 공급이 조절되도록 하며,
    상기 전원정보 검출기는 상기 전원 공급기로부터 공급된 전압을 검출하는 전원전압 검출기 및 상기 전원전압 검출기에서 검출된 값과 설정된 기준값을 비교하는 전압 비교기를 더 포함하고,
    상기 신호 전송기는 상기 전압 비교기의 출력을 전원 공급기로 전송하여 상기 전압 비교기의 출력값에 따라 상기 적응형 전원 공급기의 전원 공급이 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 스마트 LED 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전원정보 검출기는 상기 LED 스트링 부하의 광 방출량을 측정하는 광량 센서 및 상기 LED 스트링 부하의 목표 광량을 저장하고 있는 메모리를 더 포함하여,
    상기 광량 센서에서 측정된 광량이 상기 목표 광량보다 높을 경우 상기 제어기가 전류 비교기의 기준값을 낮추어 상기 LED 스트링 부하에 공급되는 전류량을 줄이는 것을 특징으로 하는 스마트 LED 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전원정보 검출기는 모션 센서(motion sensor)를 더 포함하여,
    상기 모션 센서가 인체의 움직임을 감지지 못한 때는 상기 LED 스트링 부하에 공급되는 전류를 차단하고, 상기 모션 센서가 인체의 움직임을 감지할 때는 상기 LED 스트링에 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 스마트 LED 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신호 전송기는 상기 적응형 전원 공급기가 디지털 방식으로 구현된 것일 경우, 상기 적응형 전원 공급기에게 상기 LED 스트링 부하에 적합한 전류 정보를 디지털 방식으로 전송하는 것;을 특징으로 하는 스마트 LED 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 외부와 통신을 수행하는 통신부를 더 포함하여, 외부에서 전송받은 명령을 수행할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스마트 LED 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 통신부를 통해 수신된 디밍(dimming) 명령, 점등 명령, 소등 명령, 또는 메모리에 소정의 정보를 저장하는 명령을 수행하는 것을 특징으로 하는 스마트 LED 모듈.
  10. 상기 제1항, 제5항, 제6항, 제7항, 제8항 및 제9항 중 어느 하나의 항과 같은 구성으로 이루어진 스마트 LED 모듈에 따라 전원을 가변하여 공급하는 적응형 전원 공급기에 있어서,
    출력전압이 소정 크기의 전압 이상으로 상승하는 것을 방지하는 과전압 방지회로(OVP 회로)와;
    출력전류가 소정 크기의 전류 이상으로 흐르는 것을 방지하는 과전류 방지회로(OCP 회로); 및
    상기 LED 모듈 부하로부터 상기 LED 모듈 부하가 요구하는 전원정보를 제공받는 부하정보 수령단자;를 포함하고,
    상기 LED 모듈 부하로부터 공급받은 전원정보에 상응하는 전원을 상기 LED 모듈 부하에 공급하는 것을 특징으로 하는 적응형 전원 공급기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 LED 모듈 부하는 필요로 하는 공급 전원정보를 검출하여 상기 부하정보 수령단자로 제공하는 스마트 LED 모듈이고, 상기 전원 공급기는 절연형인 것을 특징으로 하는 적응형 전원 공급기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 LED 모듈 부하는 필요로 하는 공급 전원정보를 검출하여 상기 부하정보 수령단자로 제공하는 스마트 LED 모듈이고, 상기 전원 공급기는 비절연형인 것을 특징으로 하는 적응형 전원 공급기.
  13. 상기 제1항, 제5항, 제6항, 제7항, 제8항 및 제9항 중 어느 하나의 항과 같은 구성으로 이루어진 스마트 LED 모듈의 테스트 및 조정(Adjust)에 사용되는 LED 모듈 시험장치에 있어서,
    상기 스마트 LED 모듈에 전원을 공급하는 전원 공급기와;
    상기 전원 공급기로부터 전원을 공급받아 발광하는 상기 스마트 LED 모듈의 광량을 측정하는 광 측정기 및;
    상기 전원 공급기, 상기 광 측정기 및 상기 스마트 LED 모듈을 제어하는 테스트 제어기;를 포함하며,
    상기 테스트 제어기는 상기 광 측정기의 광 측정량에 따라 상기 전원 공급기의 전원 공급을 제어하는 과정을 반복하여 상기 스마트 LED 모듈에 적합한 전원정보를 결정하고, 상기 결정된 전원정보를 상기 전원 공급기 및 스마트 LED 모듈의 기준값으로 전송하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈 시험장치.
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