KR101292067B1 - Ｌｅｄ 조광 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 조광 제어 시스템 및 조명장치에 관한 것으로, 다수의 LED에 대한 조광을 효율적으로 제어함으로써, 입력 전압의 변화에 의해 조광제어를 실행하여 별도의 조광제어를 위한 신호선이 필요하지 않기 때문에, 조명장치 설치 시 간편하게 구성이 가능하다. 또한, 조광제어만을 위한 회로가 조명장치 안에 있으므로, 높은 신뢰성을 가질 수 있다. 또한, 입력전압을 통해 조명장치 내부 LED 조광 제어회로를 위한 단전원 회로를 구성하여 저가형의 회로 동작이 가능하다.

Description

ＬＥＤ 조광 제어 시스템{System for controlling Light Emitting Diode dimming}
본 발명은 LED 조광 제어 시스템 및 조명장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 LED에 대한 조광을 효율적으로 제어하는 LED 조광 제어 시스템 및 조명장치에 관한 것이다.
어두운 곳을 밝히는 조명등의 광원으로 소비자들이 널리 사용하는 것은 백열등에서 형광등으로 다시 삼파장 전구로 진행되어 왔으며, 최근에는 위에서 언급한 백열등, 형광등, 삼파장 전구에 비해 전력소모가 적고 수명이 긴 LED를 광원으로 사용하는 조명등이 개발 출시되고 있다.
특히, LED는 백열등이나 형광등과 같은 조명수단에 비하여 다양한 색을 연출할 수 있고 수명이 길고 전기소모량이 적을 뿐 아니라 크기까지 작은 장점이 있다. 이러한 이점들 때문에 상대적으로 고가임에도 불구하고 광원으로 LED(엘이디, Light Emitting Diode)를 채용한 등기구들이 다양한 형태로 개발되고 있다.
LED를 이용한 등기구 시스템은 여러 종류의 LED 등기구에 따라서 복잡한 회로를 각각 구성한다. 따라서, 조광제어를 위해서는 외부의 제어기를 통해 등기구의 조광제어를 위한 별도의 신호선이 필요하며, 각각의 등기구 별로 내부의 발열부가 존재하므로, 신뢰성이 떨어진다. 또한, 각각의 등기구별로 역률보상회로, 변환회로, 전류제어회로 등을 구성함으로써, 전체적인 조명기구 설계적인 측면에서도 효율이 떨어지는 문제점이 발생한다.
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 LED 구동 및 조광제어를 위해 조명장치에 필요한 신호선을 줄일 수 있어 설계 및 시공을 간소화할 수 있는 LED 조광 제어 시스템 및 조명장치를 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 조명장치는 적어도 하나의 LED와, LED 조광 제어회로의 동작에 필요한 전원을 공급하는 비절연 전원회로와, 비절연 전원회로부터 전원을 공급받고, LED에 대한 조광제어가 가능하도록 PWM 제어신호를 발생하여 LED 조광 전력회로로 전송하는 LED 조광 제어회로 및 LED 조광 제어회로로부터 수신되는 PWM 제어신호에 따라 LED를 구동하기 위한 전원을 공급하는 LED 조광 전력회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 조명장치에 있어서, LED 조광 제어회로는 입력전압에 대한 가변 범위와 LED의 순방향 전압 크기를 비교하고, 비교 결과에 따라 다수의 증폭기 및 비교기의 구성을 변화하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 조명장치에 있어서, LED 조광 제어회로는 다수의 증폭기, 적어도 하나의 비교기 및 삼각파 발생기를 포함하는 일체형 회로로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 LED 조광 제어 시스템은 입력 전원을 변환하여 조명장치로 공급하는 가변전원부 및 가변전원부를 통해 공급되는 전원을 이용하여 LED에 대한 조광제어를 실행하는 조명장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 입력 전압의 변화에 의해 조광제어를 실행하여 별도의 조광제어를 위한 신호선이 필요하지 않기 때문에, 조명장치 설치 시 간편하게 구성이 가능하다.
또한, 조광제어만을 위한 회로가 조명장치 안에 있으므로, 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
또한, 입력전압을 통해 조명장치 내부 LED 조광 제어회로를 위한 단전원 회로를 구성하여 저가형의 회로 동작이 가능하다.
도 1은 종래의 조광제어를 위한 LED 구동 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 구동 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 조광 제어회로에 대한 구성을 나타내는 도면이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 종래의 조광제어를 위한 LED 구동 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 LED 구동 장치는 조명장치(100a, 100b,…, 100n), 조광제어부(200) 및 전원부(300)로 구성된다. 이때, 각각의 조명장치(100a, 100b,…, 100n)는 역률개선부(10a, 10b,…, 10n), 컨버터부(20a, 20b,…, 20n), 전류제어부(30a, 30b,…, 30n) 및 LED(40a, 40b,…, 40n)를 포함한다.
하나의 조명장치(100)는 역률개선부(10), 컨버터부(20), 전류제어부(30) 및 LED(40)로 구성된다. 특히, 역률개선부(10)는 회로의 역률을 개선하는 기능을 실행하고, 무효전력을 줄여 공급된 전력을 유효하게 사용하도록 한다. 또한, 컨버터부(20)는 전자기유도현상을 이용하여 교류의 전압이나 전류의 값을 변환시키는 기능을 실행한다. 또한, 전류제어부(30)는 조광제어를 위한 전류를 제어하는 기능을 실행한다. 이러한, 구성은 모든 등기구의 내부에 각각 위치하며, 별도의 조광제어를 위해 전원부(300)로부터 전원을 공급받고, 조광제어부(200)의 제어를 받기 위해 각각의 등기구에 신호선을 인가해야 하는 구성은 가진다.
전원부(300)는 교류 발전기나 인버터(Inverter), 변압기 등에 해당하고, 교류전력을 공급할 수 있다. 여기서, 전원부(300)는 단상교류전원, 3상교류전원, 교류발전기(수력, 화력, 풍력, 파력, 원자력 등)를 통해 전원을 공급한다.
조광제어부(200)는 조명 설비에서 광원의 광속을 변화시켜서 조명 환경의 극적 효과 또는 분위기를 바꾸기 위한 기능을 실행하며, 에너지 절감을 도모한다. 특히, 조광제어부(200)는 다수의 조명장치(100a, 100b,…, 100n)을 제어하여 각각의 LED(40a, 40b,…, 40c)에 대한 조광을 제어한다.
종래 기술에 따른 LED 장치는 외부의 조광제어부(200)를 통해 조명장치(100a, 100b,…, 100n)의 조광을 제어하기 위해 별도의 신호선이 필요하며, 각각의 조명장치(100a, 100b,…, 100n) 별로 내부의 발열부가 존재하므로, 신뢰성이 떨어진다. 또한, 각각의 조명장치(100a, 100b,…, 100n) 별로 역률개선부(10a, 10b,…, 10n), 컨버터부(20a, 20b,…, 20n)를 구성함으로써, 전체적인 조명기구 설계적인 측면에서도 효율이 떨어진다.
도 2는 본 발명에 따른 LED 구동 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 LED 구동 장치는 가변전원부(400)와 조명장치(100)로 구성된다. 이때, 조명장치(100)는 LED(40), LED 조광 전력회로(50), LED 조광 제어회로(60), 비절연 전원회로(70)를 포함한다.
가변전원부(400)는 단상교류전원, 3상교류전원, 교류발전기 등을 통해 인가되는 전원의 역률을 개선하고, 정격의 전압을 변환하여 다양한 직류전원을 조명장치(100)로 제공한다.
가변전원부(400)는 휴즈(Huge)를 통해 교류 형태의 전원에서 인과되는 과전류로부터 조명장치(100)를 보호한다. 또한, 가변전원부(400)는 필터(Filter)를 통해 입력전원의 노이즈 및 전자파를 제거한다.
가변전원부(400)는 무효전력을 줄여 공급된 전력을 유효하게 사용하기 위하여 PFC(Power Factor Correction, 역률개선부)를 더 포함한다. 즉, 가변전원부(400)는 PFC를 통해 인덕터(Inductor)에 삼각파 모양으로 전류를 흘려 보내고, 전류의 정현파가 되도록 제어하여 전압과 전류의 위상 차이를 보정하는 기능을 한다. 또한, 가변전원부(400)는 전자기유도현상을 이용하여 교류의 전압이나 전류의 값을 직류의 전원으로 변환하는 기능을 한다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 가변전원부(400)는 교류전원을 직류전원으로 가변하여 조명장치(100)로 공급한다.
비절연 전원회로(70)는 가변전원부(400)로부터 공급되는 직류전원을 조광제어를 위해 LED 조광 제어회로(60)로 제공한다.
LED 조광 제어회로(60)는 비절연 전원회로(70)로부터 공급되는 전원을 이용하여 구동하고, 조광제어를 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호를 LED 조광 전력회로(50)로 전송한다. 이때, PWM 제어신호는 펄스폭 변조로서, 조명장치(10)의 온/오프의 비율을 변화시켜서 LED(40)를 제어하기 위한 신호이다.
LED 조광 제어회로(60)는 조명 설비에서 광원의 광속을 변화시켜서 조명 환경의 극적 효과 또는 분위기를 바꾸기 위한 기능을 실행하여 에너지 절감을 도모한다. 여기서, LED 조광 제어회로(60)는 기 설계된 프로그램을 기반으로 조명장치(100)에 포함된 LED(40)의 점멸여부 및 점멸 시간을 제어할 수도 있다. 이에 따라, LED 조광 제어회로(60)는 조명장치(100)에서 발현되는 일정 광이 위치, 시간 또는 환경에 따라 적절한 조도의 광이 될 수 있도록 제어할 수 있다.
LED 조광 제어회로(60)는 조명장치(100)를 제어하여 해당되는 LED(40)의 조광을 제어한다. 이때, LED 조광 제어회로(60)는 가변전원부(400)를 통해 LED 조광 전력회로(50)로 공급되는 직류전원의 공급상태 또는 차단상태를 제어하다. 여기서, LED 조광 제어회로(60)는 LED(40)에 대한 전원 공급 시점을 제어하고, LED(40)의 턴-온(Turn-On) 또는 턴-오프(Turn-Off) 순서 또는 LED(40)의 교번적인 턴-온 또는 턴-오프 순서를 제어할 수 있다. 즉, LED 조광 제어회로(60)는 2개의 증폭기(Amplifier), 비교기(Comparator), 삼각파 발생기 등을 포함하는 일체형 IC(Integrated Circuit)로 구성된다. 예를 들어, LED 조광 제어회로(60)는 PWM 회로 발생이 가능한 IC로 TL494, UC1526 등이 포함될 수 있으며, 이들을 이용하여 조광제어를 수행한다.
LED 조광 전력회로(50)는 가변전원부(400)로부터 직류전원을 공급 받는다. 여기서, LED 조광 전력회로(50)는 LED 조광 제어회로(60)의 PWM 제어신호에 따라 LED(40)의 전원 공급을 제어한다. 즉, LED 조광 전력회로(50)는 가변전원부(400)로부터 공급되는 전압에 대한 전류를 조절하여 LED(40)로 전류를 공급 및 공급 중지를 수행할 수 있다. 이에 따라, LED(40)는 LED 조광 전력회로(50)로부터 전원을 공급받거나 또는 전원 공급이 차단될 수 있다. 이때, LED 조광 전력회로(50)는 LED(40)로 공급되는 전원을 일정하게 유지하도록 조절한다.
LED(40) 기판(PCB)에 배치될 수 있다. 이러한, LED(40)는 일정한 크기와 발산 조도 값을 가진다. 그리고, LED(40)에 대한 전체의 조도 합은 LED 구동 장치에 요구되는 전체 조도 합에 해당할 수 있다. 즉, 조명장치(100)에 포함되는 LED(40)은 해당 LED 구동 장치의 설계 목적에 따라 그 수가 조정될 수 있다.
이를 통해, 입력 전압의 변화에 의해 조광제어를 실행하여 별도의 조광제어를 위한 신호선이 필요하지 않기 때문에, 조명장치 설치 시 간편하게 구성이 가능하다. 또한, 조광제어만을 위한 회로가 조명장치 안에 있으므로, 높은 신뢰성을 가질 수 있다. 또한, 입력전압을 통해 조명장치 내부 LED 조광 제어회로를 위한 단전원 회로를 구성하여 저가형의 회로 동작이 가능하다.
도 3과 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 조광 제어회로에 대한 구성을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 입력전압에 대한 가변 범위가 LED의 순방향 전압보다 큰 경우의 LED 조광 제어회로를 나타낸다. 또한, 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 입력전압에 대한 가변 범위가 LED의 순방향 전압보다 작은 경우의 LED 조광 제어회로를 나타낸다.
특히, LED 조광 제어회로(60)는 입력전압에 대한 가변 범위와 LED의 순방향 전압 크기를 비교한다. 그리고, LED 조광 제어회로(60)는 입력전압에 대한 가변 범위와 LED의 순방향 전압 크기에 대한 비교 결과에 따라 다수의 증폭기(80a, 80b) 및 비교기(90)의 구성을 다르게 변화한다. 여기서, 증폭기(80a, 80b)는 입력신호의 전원을 증폭시켜 출력 측으로 출력하는 장치이다. 또한, 비교기(90)는 기준전압에 대해서 입력전압의 크기에 따라 출력 값이 조절되는 매우 높은 이득의 연산 증폭기이다. 이때, 비교기(90)의 출력은 + 입력 전압이 - 입력보다 크거나 작을 때의 지시를 제공하는 논리레벨로 나타낼 수 있다. 즉, LED 조광 제어회로(60)는 내부에 2개의 증폭기, 비교기, 삼각파 발생기 등을 포함하는 일체형 IC로 구성된다. 예를 들어, LED 조광 제어회로(60)는 PWM 회로 발생이 가능한 IC로 TL494, UC1526 등이 포함될 수 있으며, 이들을 이용하여 조광제어를 수행한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
본 발명은 LED에 대한 조광을 효율적으로 제어한다. 이를 통해, 입력 전압의 변화에 의해 조광제어를 실행하여 별도의 조광제어를 위한 신호선이 필요하지 않기 때문에, 조명장치 설치 시 간편하게 구성이 가능하다. 또한, 조광제어만을 위한 회로가 조명장치 안에 있으므로, 높은 신뢰성을 가질 수 있다. 또한, 입력전압을 통해 조명장치 내부 LED 조광 제어회로를 위한 단전원 회로를 구성하여 저가형의 회로 동작이 가능하다. 이는 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있다.
100a, 100b,…, 100n: 조명장치 200: 조광제어부
300: 전원부 400: 가변전원부
10a, 10b,…, 10n: 역률개선부 20a, 20b,…, 20n: 컨버터부
30a, 30b,…, 30n: 전류제어부 40a, 40b,…, 40n: LED
50: LED 조광 전력회로 60: LED 조광 제어회로
70: 비절연 전원회로 80a, 80b: 증폭기
90: 비교기

Claims (4)

  1. 교류전원을 직류전원으로 변환하고, 변환된 직류전원의 입력전압을 가변하여 조명장치로 공급하는 가변전원부; 및
    상기 가변전원부를 통해 공급되는 직류전원을 이용하여 적어도 하나의 LED에 대한 조광제어를 실행하는 조명장치;를 포함하며,
    상기 조명장치는,
    적어도 하나의 LED;
    LED 조광 제어회로의 동작에 필요한 직류전원을 상기 가변전원부로부터 제공받아 공급하는 비절연 전원회로;
    상기 비절연 전원회로부터 직류전원을 공급받고, 상기 LED에 대한 조광제어가 가능하도록 PWM 제어신호를 발생하여 상기 LED 조광 전력회로로 전송하는 LED 조광 제어회로; 및
    상기 LED 조광 제어회로로부터 수신되는 PWM 제어신호에 따라, 상기 가변전원부로부터 직류전원을 공급받아 상기 LED를 구동하기 위한 직류전원을 공급하는 LED 조광 전력회로;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조광 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 LED 조광 제어회로는
    입력전압에 대한 가변 범위와 상기 LED의 순방향 전압의 크기를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 다수의 증폭기 및 비교기의 구성을 다르게 변화하는 것을 특징으로 하는 LED 조광 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 LED 조광 제어회로는
    다수의 증폭기, 적어도 하나의 비교기 및 삼각파 발생기를 포함하는 일체형 회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 조광 제어 시스템.
  4. 삭제
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