KR101519812B1 - 조명 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 다이오드 등으로 구성되는 램프에 대하여 안정적인 디밍 제어를 구현한 조명 장치를 개시하며, 전류 레귤레이팅 방식으로 램프에 공급되는 전원을 구동함에 따라서 전력 효율을 개선하고, 정전류 제어를 수행하여 램프가 일정한 밝기를 유지할 수 있으며, 램프의 밝기를 제어하기 위한 디밍 제어가 가능하고, 램프로 공급되는 전원을 주변 회로 모듈에 공통으로 공급할 수 있으며, 전원으로 공급되는 구동 전압의 레벨이 일정 수준 이상을 유지하도록 정전압 제어되는 구조를 갖는다.

Description

조명 장치{LIGHTING APPARATUS}

본 발명은 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광 다이오드 등으로 구성되는 램프에 대하여 안정적인 디밍 제어를 구현한 조명 장치에 관한 것이다.

최근의 조명 장치는 백열등이나 형광등 대신 수명이 상대적으로 길고 소비 전력이 적으며 고휘도를 갖도록 구현될 수 있는 발광 다이오드(LED, 이하 "LED"라 함)를 조명등으로 대체하는 추세이다.

상기한 조명 장치의 일예로 실내등이나 방범등 또는 가로등 등이 예시될 수 있으며, LED 조명등을 채용한 조명 장치는 상기한 실내등이나 방범등 또는 가로등 등으로도 개발되어 상용화되고 있다.

종래의 LED 조명 장치는 상용 교류 전원을 SMPS(SWITCHING MODE POWER SUPPLY : 이하, "SMPS"라 함) 모듈을 이용하여 구현되는 것이 일반적이다.

상기와 같이 구성된 종래의 LED 조명 장치의 일예가 한국 등록특허 제10-1164631호에 개시된 바 있으며, 이는 상용 교류 전원이 SMPS 모듈과 구동 회로를 거쳐서 LED로 전원을 공급하는 구성을 갖는다.

종래의 LED 조명 장치는 디밍(DIMMING) 제어나 스위칭 제어를 위하여 조도나 인체를 센싱하는 센서를 포함하는 센서 보드가 추가적으로 구성될 수 있다. 이 경우, LED 조명 장치는 전원을 SMPS 모듈을 통하여 센서 보드로 공급되도록 구성된다.

그러나, 상기한 종래의 LED 조명 장치는 LED 조명등으로 전원을 공급하기 위한 SMPS 모듈과 전류 구동 방식으로 LED를 구동하기 위한 구동 회로를 각각 구성함에 따라서 복잡한 구성을 갖는 단점이 있다.

또한, 종래의 LED 조명 장치에서, SMPS 모듈이 대략 90％의 전력 효율을 갖도록 설계되고, 구동 회로도 대략 90％의 전력 효율을 갖도록 설계된다. 결국 종래의 LED 조명 장치의 전체 전력 효율은 대략 81％ 수준으로 설계된다. 이와 같이 종래의 LED 조명 장치는 복잡한 구성에 의하여 전체 전력 효율이 저하되는 문제점을 갖는다.

그리고, LED 조명 장치에는 센서 보드 등의 주변 회로 모듈이 부가적으로 구성될 수 있다. 이 경우에도, 대부분의 전력은 LED를 구동하는 구동 회로에서 소비된다.

그러므로, 종래의 LED 조명 장치는 전력 효율이 저하되는 문제점을 가짐에 따라서 부가적으로 구성되는 주변 회로 모듈들에 대해서도 전력 효율이 저하되는 문제점을 갖는다.

또한, 종래의 LED 조명 장치는 디밍 제어를 정전류 제어 방식으로 구현할 수 있다.

이 경우, 디밍 제어 프로세서(Dimming Control Processor)가 디밍 제어를 위하여 구성될 수 있다. 디밍 제어 프로세서는 정전류 제어를 위하여 일정 수준 이상의 동작 전압을 필요로 한다.

상기한 동작 전압은 램프로 구성되는 LED 조명등으로 인가되는 출력 전압인 구동 전압을 이용하여 제공될 수 있다.

그러나, 디밍 오프 상태와 같이 광 출력이 아주 낮게 제어되는 경우, 광 출력을 위하여 램프로 제공되는 구동 전압은 디밍 제어 프로세서에서 요구하는 동작 전압을 생성하는데 필요한 레벨을 유지하기 어렵다.

상술한 바와 같이 구동 전압이 디밍 제어 프로세서에서 요구하는 동작 전압을 생성하는데 필요한 레벨 이하로 떨어지는 경우, 종래의 조명 장치는 안정적인 디밍 제어를 수행하기 어렵다.

본 발명은 발광 다이오드 등으로 구성되는 램프를 구동하기 위하여 높은 전력 효율을 유지하면서 전원을 공급할 수 있는 조명 장치를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 램프 뿐만 아니라 디밍 제어 등을 목적으로 구성되는 주변 회로 모듈에 공통으로 전원을 공급함으로써 구조가 간단하면서 높은 전력 효율을 갖는 조명 장치를 제공함을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 램프를 구동하는 구동 전압을 이용하여 디밍 제어 회로의 동작 전압을 제공하고, 디밍 제어를 위하여 구동 전압의 레벨이 낮아지더라도 구동 전압이 동작 전압으로 이용될 수 있는 레벨을 유지할 수 있는 조명 장치를 제공함을 또다른 목적으로 한다.

본 발명에 따른 조명 장치는, 트랜스포머를 이용하여 정류 전압을 구동 전압으로 전력 변환하는 전력 변환 회로; 상기 구동 전압을 제공받는 램프; 외부의 제어 신호에 대응한 디밍 제어 신호를 제공하며 상기 구동 전압을 이용하여 동작하는 디밍 제어 회로; 및 상기 전력 변환을 모니터링한 결과와 상기 디밍 제어 신호에 대응하여 상기 전력 변환을 제어하는 구동 제어 회로;를 포함하며, 상기 구동 전압을 센싱하며 상기 구동 전압을 미리 정해진 전압 이상으로 유지함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 조명 장치가 높은 전력 효율을 가질 수 있으며, 간단한 구조로도 램프 뿐만 아니라 센서 보드나 통신 모듈 같은 주변 회로 모듈에도 높은 전력 효율을 유지하면서 전원을 공급할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 램프를 구동하는 구동 전압을 이용하여 디밍 제어 회로의 동작 전압을 제공할 수 있으며, 디밍 오프 등과 같이 구동 전압의 레벨이 낮아지더라도 구동 전압의 레벨이 동작 전압을 제공할 수 있는 일정 수준 이상을 유지하도록 제어되므로 안정적인 디밍 제어가 가능해지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 조명 장치의 바람직한 실시예를 나타내는 회로도.
도 2는 트랜스포머의 1차측 코일 및 2차측 코일 전류 파형도.
도 3은 도 1의 실시예가 전류 제어를 수행하는 방법을 설명하는 타이밍도.
도 4는 도 1의 실시예가 제어 신호에 의하여 디밍 제어를 수행하는 방법을 설명하는 타이밍도.
도 5는 디밍 제어에 의한 출력 전류 대 출력 전압의 파형도.
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타내는 회로도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.

본 발명에 따른 실시예는 전류 레귤레이팅 방식으로 램프(100)에 공급되는 전원을 구동함에 따라서 전력 효율이 개선된 구조를 갖는다.

그리고, 본 발명에 따른 실시예는 전류 제어를 수행하여 램프(100)가 일정한 밝기를 유지할 수 있는 개선된 구조를 갖는다. 상기 전류 제어는 정전류 제어임이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 실시예는 램프(100)의 밝기를 제어하기 위한 디밍 제어 가능한 구조를 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 실시예는 램프(100)로 공급되는 전원을 주변 회로 모듈에 공통으로 공급할 수 있으며, 전원으로 공급되는 구동 전압의 레벨이 주변 회로 모듈의 동작 전압을 제공할 수 있는 일정 수준 이상을 유지하도록 제어되는 구조를 갖는다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예는 전원부(10), 트랜스포머(T)를 포함하는 전력 변환 회로(20), 구동 제어 회로(30), 디밍 제어 회로(50) 및 구동 전압 유지 회로(60)를 포함한다.

전원부(10)는 AC 전원을 전파 정류하여 정류 전압으로 출력하는 구성을 갖는다. 즉, 전원부(10)는 전원(12) 및 정류회로(14)가 병렬로 연결된 구조를 갖는다.

전원(12)은 AC 전원으로서 상용 전원이 이용됨이 바람직하다.

정류회로(14)는 전원(12)에서 공급되는 정현파 파형의 AC 전원을 전파 정류하여 리플 성분을 갖는 정류 전압으로 출력하는 구성을 갖는다.

상기한 전원부(10)에서 출력되는 정류 전압은 트랜스포머(T)를 이용하여 정류 전압을 구동 전압(V)으로 전력 변환하는 전력 변환 회로(20)에 제공된다.

전력 변환 회로(20)는 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)에 공급되는 정류 전압에 대응한 전력 변환을 수행하여 2차측 코일(L2)에 구성된 다이오드(D1) 및 캐패시터(C1)를 통하여 구동 전압(V)을 출력하는 구성을 갖는다.

트랜스포머(T)는 1차측 코일(L1)과 2차측 코일(L2) 및 보조 코일(L3)을 갖도록 구성되며, 1차측 코일(L1)과 2차측 코일(L2)의 권선 비는 N:1로 설정될 수 있다. 여기에서, N은 임의의 상수로 설정될 수 있다.

보조 코일(L3)은 2차측 코일(L2)에 유도되는 전류를 센싱하기 위하여 구성된 것이며 제작자의 의도에 따라 다양하게 권선 비가 적용될 수 있다. 대체로 보조 코일(L3)은 구동 제어 회로(30)의 내부 전압(Vcc)을 제공할 수 있는 수준으로 전류를 유도하기 위한 권선 비가 적용됨이 바람직하다.

상기한 구성에 의하여 트랜스포머(T)는 정류 전압이 인가되는 1차측 코일(L1)의 전류 흐름에 의하여 2차측 코일(L2)로 유도 전류를 출력하고, 2차측 코일(L2)의 유도 전류가 다이오드(D1) 및 캐패시터(C2)에 의하여 정류 및 평활되어서 구동 전압(V)으로 변환되어서 출력된다.

또한, 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)의 전류 흐름에 의하여 보조 코일(L3)에도 전류가 유도된다.

상기한 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)에는 후술되는 구동 제어 회로(30)에 의하여정류 전압이 구동된다.

상기한 트랜스포머(T)를 포함하는 전력 변환 회로(20)에서 출력되는 구동 전압(V)은 램프(100) 및 디밍 제어 회로(50)에 공통으로 전원으로 공급된다.

램프(100)에 제공되는 구동 전압(V)과 디밍 제어 회로(50)의 동작에 필요한 동작 전압의 레벨은 서로 상이하다. 일반적으로 램프(100)의 구동 전압(V)은 디밍 제어 회로(50)의 동작에 필요한 동작 전압보다 높다.

그러므로, 전력 변환 회로(20)의 출력 즉 구동 전압(V)은 디밍 제어 회로(50)의 디밍 제어 프로세서(52)의 내부에서 전압 레귤레이팅되어 구동 전압(V)보다 낮은 레벨의 동작 전압으로 변환된 후 이용될 수 있다. 제작자의 의도에 따라서 전압 레귤레이팅은 상기와 같이 디밍 제어 프로세서(52) 내부에서 이루어지거나 또는 별도의 전압 레귤레이터에 의하여 이루어지도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 실시예는 도 1을 참조하여 디밍 제어 프로세서(52) 내부에서 전압 레귤레이팅이 수행되는 것으로 설명하며, 별도의 전압 레귤레이터(54)에 의하여 전압 레귤레이팅이 이루어지는 실시예는 도 6을 참조하여 후술한다.

한편, 램프(100)는 전력 변환 회로(20)의 출력 즉 구동 전압(V)을 제공받아서 발광을 수행한다.

본 발명에 따른 실시예로 구성되는 램프(100)는 하나 또는 둘 이상의 발광 다이오드를 포함하여 구성된 것을 예시하며 보다 바람직하게는 복수의 발광 다이오드가 어레이를 이루도록 구성될 수 있다. 또한, 램프(100)는 발광 다이오드 이외의 형광등과 같은 전기적 물리량의 인가에 의해 발광을 하는 다양한 광원으로 구현될 수 있다.

상기한 램프(100)는 실내등, 방범등 또는 가로등으로 구성될 수 있으며, 횡단보도에 설치되어서 횡단 보도를 조명하는 보조 조명등 등으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 실시예로 구성되는 디밍 제어 회로(50)는 전원을 공급받는 주변 회로 모듈에 포함될 수 있다. 디밍 제어 회로(50)와 램프(100)는 전원을 공통으로 공급받도록 구성된다.

주변 회로 모듈은 램프(100)의 디밍이나 온오프를 제어하기 위하여 구성 가능한 통신 모듈 등과 같이 전원 공급을 필요로 하는 다양한 장치를 포함할 수 있다.

디밍 제어 회로(50)는 외부의 제어 신호에 대응한 디밍 제어 신호를 제공하며 구동 전압(V)을 이용하여 동작하도록 구성된다.

그리고, 디밍 제어 회로(50)는 제어 신호에 대응한 전류 제어를 수행함으로써 디밍 제어 신호를 생성하여 출력하도록 구성된다.

디밍 제어 회로(50)는 가시광센서(CDS)나 적외선센서(PIR)의 출력 또는 디밍 온오프를 제어하기 위한 온오프 신호 등을 외부의 제어 신호(Din)로 입력받을 수 있다. 가시광센서(CDS)는 주변의 밝기(조도)를 센싱하는 센서이고, 적외선센서(PIR)는 인체의 동작을 감지하는 센서이다.

상기한 제어 신호(Din)는 디밍 제어 회로(50)에 포함된 디밍 제어 프로세서(52)에 입력된다.

제어 신호(Din)는 펄스 신호 또는 직류 전압으로 제공될 수 있으며, 디밍 제어 회로(50)는 외부의 펄스 신호 또는 직류 전압으로 제공되는 제어 신호(Din)를 펄스로 변환하여 디밍 아웃 신호(Do)로 출력하는 디밍 제어 프로세서(52)를 포함할 수 있다.

여기에서, 디밍 제어 프로세서(52)는 디밍 아웃 신호(Do)의 펄스 폭을 가변하여 디밍 제어를 수행할 수 있다. 일예로, 디밍 아웃 신호(Do)는 10％ 미만의 듀티 비를 갖도록 출력되는 경우 램프(100)를 턴오프하기 위한 것으로 정의될 수 있다.

디밍 제어 프로세서(52)는 구동 전압(V)의 레벨이 변환된 동작 전압을 이용하여 동작한다.

그리고, 디밍 제어 프로세서(52)는 펄스 신호 또는 직류 전압으로 입력되는 제어 신호(Din)에 대응하는 디밍 아웃 신호(Do)를 출력하며, 디밍 아웃 신호(Do)는 상술한 바와 같이 펄스 형태로 출력될 수 있다.

디밍 제어 회로(50)는 상기한 디밍 제어 프로세서(52) 및 전달 회로를 포함하여 구성될 수 있다.

전달 회로는 디밍 제어 프로세서(52)에서 출력되는 디밍 아웃 신호(Do)를 반전시키는 인버터(IV), 인버터(IV)의 출력에 의하여 스위칭되는 트랜지스터(Q2), 트랜지스터(Q2)와 직렬연결된 발광 다이오드(PD1), 발광 다이오드(PD1)에 연결된 저항(RD1), 발광 다이오드(PD1)의 광을 수신하여 스위칭되는 수광 트랜지스터(PT1) 및 수광 트랜지스터(PT1)의 에미터에 연결된 저항(R1)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서, 저항(RD1)은 일단에 구동 전압(V)이 인가되며, 트랜지스터(Q2)는 드레인이 접지된 구성을 가질 수 있다. 그리고, 발광 다이오드(PD1)와 수광 트랜지스터(PT1)는 포토 커플러를 구성한다.

상기와 같이 구성되는 전달 회로는 디밍 아웃 신호(Do)에 따르는 디밍 제어 신호를 구동 제어 회로(30)에 제공하는 동작을 수행한다.

즉, 인버터(INV)는 디밍 아웃 신호(Do)를 반전하여 트랜지스터(Q2)의 게이트로 인가하고, 트랜지스터(Q2)는 디밍 아웃 신호(Do)에 의하여 스위칭이 제어되며, 발광 다이오드(PD1)는 트랜지스터(Q2)의 턴온 및 턴오프에 동기하여 발광 및 소광을 수행하고, 수광 트랜지스터(PT1)는 발광 다이오드(PD1)의 발광시 턴온을 수행한다.

즉, 수광 트랜지스터(PT1)가 턴온 및 턴오프되는 상태에 따라서 펄스 신호가 생성되며, 펄스 신호는 상기한 디밍 제어 신호로서 구동 제어 회로(30)에 제공된다.

한편, 구동 제어 회로(30)는 전력 변환 회로(20)의 전력 변환을 모니터링한 결과와 디밍 제어 회로(50)의 디밍 제어 신호에 대응하여 전력 변환 회로(20)의 전력 변환을 제어한다.

보다 상세하게는, 구동 제어 회로(30)는 전력 변환 회로(20)에 대한 전류 레귤레이팅을 수행하는 구성을 갖는다.

이를 위하여 구동 제어 회로(30)는 전압 레귤레이터(32), 전류 모니터(34), 비교부(COM1), 램프 신호 발생기(36), 비교부(COM2), 펄스 제어기(38), 평활 회로(40) 및 구동 회로를 포함할 수 있다. 여기에서, 구동 회로는 스위칭 소자(Q1) 및 버퍼(BF)를 포함하여 구성될 수 있으며, 버퍼(BF)는 펄스 제어기(38)의 출력을 스위칭 소자(Q1)의 게이트에 전달하도록 구성될 수 있다.

전압 레귤레이터(32)는 트랜스포머(T)의 2차측 코일(L2)의 전류를 센싱한 센싱 전류를 이용하여 내부 전압(Vcc)을 생성하며, 내부 전압(Vcc)을 램프 신호 발생기(36), 펄스 제어기(38), 디밍 제어 회로(50) 및 구동 전압 유지 회로(60) 중 적어도 하나 이상에 공급하도록 구성될 수 있다.

그리고, 전압 레귤레이터(32)는 트랜스포머(T)의 2차측 코일(L2)의 전류를 센싱한 센싱 전류를 보조 코일(L3)에서 제공받도록 구성될 수 있다. 즉, 보조 코일(L3)의 전류가 다이오드(D2)를 통하여 전압 레귤레이터(32)로 제공되며, 전압 레귤레이터(32)는 다이오드(D2)를 통하여 유입되는 전류를 이용하여서 정전압을 갖는 내부 전압(Vcc)을 생성하여 출력한다.

전류 모니터(34)는 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)의 전류와 2차측 코일(L2)의 전류를 센싱한다.

전류 모니터(34)는 2차측 코일(L2)의 전류를 보조 코일(L3)에서 유입되는 전류를 이용하여 센싱하고, 2차측 코일(L2)로 유도되는 전류의 제로 커런트 포인트(Z)를 검출하여 제로 커런트 포인트(Z)에 동기되는 셋 신호(S)를 출력하도록 구성된다.

또한, 전류 모니터(34)는 1차측 코일(L1)의 전류를 센싱한 결과에 대응한 모니터링 전압을 출력한다. 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)의 전류는 스위칭 소자(Q1)에 연결된 저항(R1)으로부터 제공받도록 구성될 수 있다.

전류 모니터(34)는 모니터링 전압을 비교부(COM1)의 네가티브단(-)으로 인가하도록 구성된다. 모니터링 전압은 저항(R1)에 흐르는 전류에 대응하는 직류 전압으로 출력될 수 있다.

비교부(COM1)는 네가티브단(-)에 모니터링 전압이 인가되고 포지티브단(+)에 정전류 제어를 위한 기준전압(REF_Cc)이 인가되며 비교 신호(COMP)를 비교부(COM2)의 네가티브단(-)에 인가하도록 구성된다.

램프 신호 발생기(36)는 램프 신호(RP)를 출력하며, 램프 신호(RP)는 톱니파 펄스 또는 삼각파 펄스로 제공될 수 있다.

평활 회로(40)는 디밍 제어 회로(50)에서 제공되는 펄스 파형의 디밍 제어 신호를 평활하여 비교부(COM2)의 네가티브단(-)에 인가하도록 구성된다. 평활 회로(40)에 의하여 펄스 파형의 디밍 제어 신호는 직류 전압으로 변환될 수 있다.

비교부(COM2)는 평활 회로(40)에서 평활된 디밍 제어 신호와 비교부(COM1)에서 출력되는 비교 신호(COMP)를 혼합한 신호를 네가티브단(-)으로 인가받고 램프 신호 발생기(36)에서 출력되는 램프 신호(RP)를 포지티브단(+)에 인가받는다. 비교부(COM2)는 디밍 제어 신호와 비교 신호(COMP)를 혼합한 신호를 램프 신호(RP)와 비교하여 리셋 신호(R)를 출력한다.

펄스 제어기(38)는 비교부(COM2)의 리셋 신호(R)와 전류 모니터(34)의 셋 신호(S)를 입력받아서 구동 펄스(Q)를 출력하도록 구성된다. 펄스 제어기(38)는 셋 신호(S)가 인에이블되는 시점부터 리셋 신호(R)가 인에이블되는 시점까지 인에이블 상태를 유지하는 펄스 신호를 구동 펄스(Q)로서 출력하는 RS 플립플롭 동작을 수행하도록 구성됨이 바람직하다.

구동 펄스(Q)는 버퍼(BF)를 경유하여 스위칭 소자(Q1)의 게이트로 전달된다.

버퍼(BF)는 구동 펄스의 레벨을 보상하기 위하여 구성되는 부품이다.

스위칭 소자(Q1)는 파워 트랜지스터로써 FET가 구성될 수 있으며 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)에 연결되고 게이트에 구동 펄스(Q)가 인가되며 구동 펄스(Q)에 의하여 스위칭된다.

즉, 스위칭 소자(Q1)는 버퍼(BF)를 통하여 전달되는 구동 펄스(Q)에 의하여 턴온 및 턴오프를 반복하도록 동작된다. 결과적으로 스위칭 소자(Q1)의 스위칭에 연동하여 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)에 정류 전압이 구동되며, 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)에 전류가 구동된다.

한편, 구동 전압 유지 회로(60)는 구동 전압(V)을 센싱하며 구동 전압(V)이 미리 정해진 전압 이상을 유지하도록 디밍 제어 신호를 제어하도록 구성된다.

즉, 구동 전압 유지 회로(60)는 구동 전압(V)이 미리 정해진 전압 이하로 레벨이 떨어지면 그에 대응하여 디밍 제어 신호의 레벨을 제어하여서 평활 회로(40)의 출력 신호의 레벨을 제어한다. 그 결과 구동 전압(V)의 레벨이 디밍 제어 신호의 제어에 의하여 제어될 수 있다.

이를 위하여, 구동 전압 유지 회로(60)는 구동 전압(V)과 정전압 제어를 위하여 설정되는 기준 전압(REF_Cv)을 비교하는 비교부(COM3), 비교부(COM3)의 출력에 따라 구동 전압(V)의 전달을 스위칭하는 스위칭 소자인 트랜지스터(Q3), 트랜지스터(Q3)의 온오프 상태에 따라서 발광 또는 소광을 수행하는 포토 다이오드(PD2), 포토 다이오드(PD)의 발광 및 소광에 대응하는 수광을 수행하여 디밍 제어 신호의 레벨을 제어하는 수광 트랜지스터(PT2)를 포함한다.

여기에서, 트랜지스터(Q3)의 소스는 저항(R3)을 통하여 비교기(COM3)의 네가티브단(-)과 공통으로 연결되며, 수광 트랜지스터(PT2)의 콜렉터는 저항(R2)을 통하여 내부 전압(Vcc)을 전달받도록 구성되며 에미터는 평활 회로(40)의 디밍 제어 신호가 인가되는 노드에 연결되도록 구성된다.

비교기(COM3)는 네가티브단(-)에 구동 전압(V)이 인가되고 포지티브단(+)에 기준전압(REF_Cv)이 인가되도록 구성된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예가 구성되며, 스위칭 소자(Q1)의 동작에 따라서 트랜스포머(T)의 전력 변환이 수행된다.

도 2를 참조하면, 스위칭 소자(Q1)가 턴온되면 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)의 전류는 서서히 증가한다. 이때, 2차측 코일(L2)에는 큰 유도 전류가 형성되지 않는다.

그리고, 스위칭 소자(Q1)가 턴오프되면, 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)의 전류 흐름은 급격하게 차단되고, 2차측 코일(L2)에는 큰 유도 전류가 형성된 후 점차 줄어든다.

제로 커런트 포인트(Z)는 트랜스포머(T)의 2차측 코일(L2)의 유도 전류가 사라지는 시점 즉 제로 상태가 되는 시점을 의미한다.

제로 커런트 포인트(Z)가 되면, 다시 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)은 스위칭 소자(Q1)의 턴온으로 전류의 흐름이 증가한다.

즉, 제로 커런트 포인트(Z)에 동기하여 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)의 전류 흐름이 개시됨으로써 스위칭 손실을 줄여서 전체 변환 효율을 높일 수 있다.

상술한 바와 같은 트랜스포머(T)의 동작에 의하여 2차측 코일(L2)에 유도된 전류(I)가 다이오드(D1)에 의하여 정류되고, 정류된 전류에 의한 전압이 캐패시터(C1)에 평활되어서 구동 전압(V)으로 출력된다.

상기한 구동 전압(V)에 의하여 램프(100)가 발광한다. 램프(100)의 발광 상태는 구동 전압(V)의 레벨에 따라서 결정될 수 있다. 즉, 디밍 제어는 구동 전압(V)의 레벨을 제어함으로써 수행될 수 있다.

상기한 과정에서 보조 코일(L3)에서 2차측 코일(L2)에 유도되는 전류가 센싱되며, 센싱된 전류는 전압 레귤레이터(32)와 전류 모니터(34)로 각각 제공될 수 있다.

전압 레귤레이터(32)는 내부 전압(Vcc)을 보조 코일(L3)의 센싱 전류를 이용하여 생성하며 램프 신호 발생기(36), 펄스 발생기(38) 및 구동 전압 유지 회로(60) 등에 내부 전압(Vcc)을 정전압으로 제공한다.

그리고, 전류 모니터(34)는 보조 코일(L3)의 센싱 전류를 이용하여 상술한 제로 커런트 포인트(Z)를 감지하여서 제로 커런트 포인트(Z)에 동기된 셋 신호(S)를 출력한다.

또한, 전류 모니터(34)는 저항(Rs)에 흐르는 전류를 센싱하고 저항(Rs)에 흐르는 전류의 양에 대응하는 직류 전압 즉 모니터링 전압을 비교기(COM1)의 네가티브단(-)에 인가한다.

비교기(COM1)는 모니터링 전압과 기준 전압(REF_Cc)을 비교하며, 모니터링 전압이 기준 전압(REF_Cc) 보다 낮으면 포지티브 레벨의 비교 신호를 출력하고 반대로 모니터링 전압이 기준 전압(REF_Cc)보다 높으면 네가티브 레벨의 비교 신호를 출력한다.

비교기(COM2)는 도 3과 같이 비교 신호(COMP)와 램프 신호(RP)를 비교하여 리셋 신호(R)를 출력함으로써 펄스 제어기(38)에서 출력되는 구동 펄스의 펄스 폭을 제어한다.

본 발명에 따른 실시예는 모니터링 전압에 의하여 램프(100)가 일정한 밝기를 유지하면서 발광할 수 있도록 트랜스포머(T)에서 출력되는 전류의 레벨을 일정하게 유지하는 정전류 제어를 위한 피드백 기능을 갖는다.

즉, 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)에 유도되는 전류가 증가하면 전류 모니터(34)에서 출력되는 모니터링 전압은 상승하고, 비교부(COM1)는 네가티브의 낮은 전압을 비교 신호(COMP)로 출력하며(일예로, 도 3의 Vb 레벨), 비교부(COM2)는 큰 펄스 폭의 리셋 신호(R)를 출력한다. 펄스 제어기(38)는 셋 신호가 인에이블된 후 리셋 신호(R)가 입력되는 시점(인에이블되는 시점)까지 하이 레벨을 유지하는 펄스 폭을 갖는 구동 펄스(Q(Qb))를 출력한다. 즉, 펄스 제어기(38)는 펄스 폭이 작은 구동 펄스(Qb)를 출력하며, 스위칭 소자(Q1)의 턴온 시간은 구동 펄스(Qb)의 펄스 폭이 줄어든 만큼 줄어든다. 그 결과, 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)에 유도되는 전류가 감소된다.

이와 반대로, 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)에 유도되는 전류가 감소하면 전류 모니터(34)에서 출력되는 모니터링 전압은 하강하고, 비교부(COM1)는 포지티브의 높은 전압을 비교 신호(COMP)로 출력하며(일예로, 도 3의 Va 레벨), 비교부(COM2)는 작은 펄스 폭의 리셋 신호(R)를 출력한다. 펄스 제어기(38)는 셋 신호(S)가 인에이블된 후 리셋 신호(R)가 입력되는 시점까지 하이 레벨을 유지하는 펄스 폭을 갖는 구동 펄스(Q(Qa))를 출력한다. 즉, 펄스 제어기(38)는 펄스 폭이 큰 구동 펄스(Qa)를 출력하며, 스위칭 소자(Q1)의 턴온 시간은 구동 펄스(Qa)의 펄스 폭이 늘어난 만큼 늘어난다. 그 결과, 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)에 유도되는 전류가 증가한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는 정전류 제어를 위한 기준전압(REF_Cc)을 기준으로 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)의 전류가 제어되므로 램프(100)에 제공되는 전류의 양을 일정하게 유지하는 정전류 제어가 수행될 수 있다. 즉, 램프(100)는 상기한 정전류 제어에 의하여 밝기가 일정하게 유지될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 실시예는 외부의 제어 신호에 의한 램프(100)의 밝기를 조절하는 디밍 제어를 수행할 수 있다.

디밍 제어 프로세서(52)는 램프(100)를 밝게 하거나 또는 어둡게 하기 위한 디밍 제어를 위한 외부의 제어 신호(Din) 또는 램프(100)의 턴온 또는 턴오프를 제어하기 위한 외부의 제어 신호(Din)에 대응하여 펄스 신호 형태를 갖는 디밍 아웃 신호(Do)를 출력한다.

여기에서, 램프(100)의 턴오프(디밍 오프)는 디밍 제어 프로세서(52)에서 출력되는 펄스의 폭이 일정 수준 이하일 때를 기준으로 설정될 수 있다. 일예로 펄스 폭 즉 듀티 비가 10％ 미만인 경우 램프(100)가 턴오프되는 것으로 설정될 수 있다. 이 경우, 디밍 제어 프로세서(52)에서 출력되는 펄스의 듀티 비가 10％ 미만인 경우 트랜스포머(T)에서 출력되는 전원으로 램프(100)가 턴온되지 않는다.

램프(100)가 턴온되지 않는 경우, 트랜스포머(T)는 램프(100)를 턴온하는 레벨 이하의 레벨의 구동 전압(V)을 출력할 수 있다. 이 경우에도 디밍 제어 회로(50)의 동작에 필요한 동작 전압은 구동 전압(V)에 의하여 지속적으로 공급될 수 있다.

상기한 디밍 제어 기능은 도 4를 참조하여 설명한다.

디밍 제어 회로의 디밍 제어 프로세서(52)는 외부의 제어 신호(Din)에 대응하여 펄스 신호로 디밍 아웃 신호(Do)를 출력한다.

램프(100)를 밝게 하기 위하여 도 4의 ‘Do1’과 같이 듀티 비가 작은 펄스 신호가 디밍 제어 프로세서(52)에서 디밍 아웃 신호(Do)로 출력될 수 있으며, 램프(100)를 어둡게 하기 위하여 도 4의 ‘Do2’와 같이 듀티 비가 큰 펄스 신호가 디밍 제어 프로세서(52)에서 디밍 아웃 신호(Do)로 출력될 수 있다.

디밍 제어 프로세서(52)에서 출력되는 디밍 아웃 신호(Do)는 인버터(IV)에 의하여 반전되어서 트랜지스터(Q2)의 게이트로 전달된다.

그 결과, 포토 커플러의 수광 트랜지스터(PT1)는 램프(100)를 밝게 하기 위한 펄스(Do1)에 대응하여 긴 시간 턴온되고, 램프(100)를 어둡게 하기 위한 펄스(Do1)에 대응하여 짧은 시간 턴온된다.

평활 회로(40)는 수광 트랜지스터(PT1)의 턴온 시간이 길면 로우 레벨의 직류 전압(V2)을 출력하고 수광 트랜지스터(PT1)의 턴온 시간이 짧으면 하이 레벨의 직류 전압(V1)을 출력한다.

평활 회로(40)의 출력 신호는 비교 신호(COMP)와 혼합되어서 비교기(COM2)의 네가티브단(-)에 인가된다.

램프(100)를 밝게 하기 위하여 비교기(COM2)의 네가티브단(-)에는 도 4의 V1과 같이 높은 레벨의 신호가 인가된다. 반대로 램프(100)를 어둡게 하기 위하여 비교기(COM2)의 네가티브단(-)에는 도 4의 V2와 같이 낮은 레벨의 신호가 인가된다.

비교기(COM2)의 포지티브단(+)에는 램프 신호 발생기(32)에서 출력되는 도 4과 같은 램프 신호(RP)가 인가된다.

비교기(COM2)는 포지티브단(+)의 램프 펄스(RP)와 네가티브단(-)의 전압을 비교하여서 리셋 신호(R)를 출력한다.

이때, 비교기(COM2)는 램프(100)를 밝게 조절하고자 하는 경우에 대응하여 좁은 펄스 폭의 리셋 신호(R)를 출력한다. 반대로, 비교기(COM2)는 램프(100)를 어둡게 조절하고자 하는 경우에 대응하여 넓은 펄스 폭의 리셋 신호(R)를 출력한다.

그 결과, 펄스 제어기(38)는 셋 신호(S)가 인에이블된 후 리셋 신호(R)가 입력되는 시점까지 하이 레벨을 유지하는 펄스 폭을 갖는 구동 펄스(Q)를 출력한다. 즉, 펄스 제어기(38)는 램프(100)를 밝게 조절하고자 하는 경우에 대응하여 펄스 폭이 큰 구동 펄스(Qa)를 출력하며, 스위칭 소자(Q1)의 턴온 시간은 구동 펄스(Q)의 펄스 폭이 늘어난 만큼 늘어난다. 그 결과, 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)에 유도되는 전류가 증가하고, 램프(100)는 상승된 구동 전압(V)을 제공받아서 밝아진다.

반대로, 펄스 제어기(38)는 램프(100)를 어둡게 조절하고자 하는 경우에 대응하여 펄스 폭이 좁은 구동 펄스(Qb)를 출력하며, 스위칭 소자(Q1)의 턴온 시간은 구동 펄스(Qb)의 펄스 폭이 줄어든 만큼 줄어든다. 그 결과, 트랜스포머(T)의 1차측 코일(L1)에 유도되는 전류가 감소하고, 램프(100)는 하강된 구동 전압(V)을 제공받아서 어두워진다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는 외부의 제어 신호에 대응하여 디밍 제어를 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예는 상술한 바와 같이 정전류 제어 방식으로 디밍 제어를 구현할 수 있다.

이때, 디밍 제어 프로세서(52)는 안정적인 동작을 수행하기 위하여 일정 수준 이상의 동작 전압을 필요로 한다.

디밍 제어 프로세서(52)는 전압 레귤레이팅에 의하여 구동 전압(V)의 레벨을 가변한 동작 전압에 의하여 구동된다.

디밍 오프 상태와 같이 광 출력이 아주 낮게 제어되는 경우에도, 광 출력을 위하여 램프로 제공되는 구동 전압(V)은 디밍 제어 프로세서(52)에서 요구하는 동작 전압을 생성할 수 있는 레벨을 유지해야 한다.

상기한 구동 전압(V)의 레벨 제어는 구동 전압 유지 회로(60)에 의하여 수행될 수 있다.

구동 전압 유지 회로(60)의 비교기(COM3)에서 구동 전압(V)은 정전압 제어를 위한 기준 전압(REF_Cv)과 비교된다.

구동 전압(V)이 기준 전압(REF_Cv) 이하로 떨어지면 비교기(COM3)는 하이 레벨의 신호를 출력하고, 그 결과 트랜지스터(Q3)가 턴온된다.

트랜지스터(Q3)의 발광에 의하여 포토 다이오드(PD2)가 발광되고, 수광 트랜지스터(PT2)는 수광에 의하여 턴온되어서 내부 전압(Vcc)을 디밍 제어 신호에 바이어스한다. 그 결과 평활 회로(40)의 출력은 상승될 수 있다.

평활 회로(40)의 출력이 상승되면 상술한 도 4의 디밍 제어에서 설명된 바와 같이 결과적으로 펄스 제어기(38)에서 출력되는 구동 펄스(Q)의 펄스 폭을 증가시킨다. 따라서, 트랜스포머(T)에서 유도되는 전류가 증가하고 결국 구동 전압(V)이 상승한다.

상기한 구동 전압(V)의 상승은 구동 전압(V)이 정전압 제어를 위한 기준 전압(REF_Cv) 보다 높아질 때까지 지속될 수 있다.

상술한 구동 전압 유지 회로(60)의 동작에 의하여 구동 전압(V)은 항상 정전압 제어를 위한 기준 전압(REF_Cv)보다 높은 상태를 유지할 수 있다.

이때, 기준 전압(REF_Cv)은 디밍 제어 프로세서에서 요구하는 동작 전압을 생성하는데 충분한 레벨의 구동 전압(V)을 유지할 수 있도록 레벨이 설정됨이 바람직하다.

따라서, 본 발명에 따른 실시예는 안정적으로 레벨이 유지되는 구동 전압(V)에 의하여 디밍 제어 프로세서(52)가 동작 전압을 안정적으로 제공받을 수 있어서 안정된 정전류 제어를 수행할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 실시예는 도 5와 같이 정전류 제어와 정전압 제어를 병행하여 수행하며, 정전류 제어는 정전류 제어를 위한 기준 전압(REF_Cc)에 의하여 이루어질 수 있으며, 정전압 제어는 정전압 제어를 위한 기준 전압(REF_Cv)에 의하여 이루어질 수 있다. 디밍 제어를 위한 커브는 출력 전압인 구동 전압(V)의 가변에 의하여 형성될 수 있으며, 구동 전압(V)이 줄어들면 출력 전류도 감소된다.

도 5에서 실선 커브는 설계치에 따른 이상적 상태를 예시한 것이며, 파선 커브는 오차가 발생한 경우에 형성되는 상태를 예시한 것이다.

본 발명에 따른 실시예는 도 5와 같은 정전압 제어에 의하여 구동 전압(V)이 항상 일정한 레벨 이상을 유지할 수 있어서 상술한 바와 같이 디밍 제어 프로세서(52)의 오동작이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 도 6과 같이 전압 레귤레이터(54)가 디밍 제어 프로세서(52)에서 분리되도록 구성될 수 있다.

도 6의 실시예는 전압 레귤레이터(54)가 구동 전압(V)을 전압 레귤레이팅하여 동작 전압으로 변환한 후 디밍 제어 프로세서(52)로 제공하는 것을 예시하고 있으며, 디밍 제어 프로세서(52)는 동작 전압을 전압 레귤레이터(54)로부터 제공받아서 동작된다.

도 6의 실시예는 전압 레귤레이터(54)가 분리된 것만 도 1과 상이하고 나머지 구성 요소들은 동일하므로 이들에 대한 중복된 구성 및 동작 설명은 생략한다.

또한, 상술한 본 발명에 따른 실시예는 AC 전원을 구동 제어 회로(30)에 의하여 전류 레귤레이팅하여서 램프(100) 및 디밍 제어 회로(50)와 같은 주변 회로 모듈에 동시에 동작 전압을 공급하는 구조를 갖는다.

따라서, 본 발명에 따른 실시예는 램프(100)와 주변 회로 모듈로 전원을 공급하는 구성이 간단히 설계될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시예는 구동 제어 회로(30)의 전력 효율이 90％로 설계된 경우, 램프(100)와 주변 회로 모듈에 전력 효율의 변화없이 전체적으로 90％의 전력 효율을 가질 수 있다.

즉, 전원이 여러 단계를 거치지 않고 전류 레귤레이팅 단계에서만 변환된 후 램프(100) 및 주변 회로 모듈에 공급되므로 본 발명은 전류 레귤레이터의 설계 수준을 따르는 개선된 전력 효율을 갖는다.

그리고, 본 발명에 따른 실시예는 상기한 정전류 제어를 위한 피드백 동작과 상기한 디밍 제어 동작이 안정적으로 중첩 구현되는 특성을 갖는다.

10 : 전원부 20 : 전력 변환 회로
30 : 구동 제어 회로 32 : 전압 레귤레이터
34 : 전류 모니터 36 : 램프 신호 발생기
38 : 펄스 제어기 40 : 평활 회로
50 : 디밍 제어 회로 52 : 디밍 제어 프로세서
54 : 전압 레귤레이터 60 : 구동 전압 유지 회로
100 : 램프

Claims (9)

1. 트랜스포머를 이용하여 정류 전압을 구동 전압으로 전력 변환하는 전력 변환 회로;
   상기 구동 전압을 제공받는 램프;
   상기 구동 전압을 상기 램프와 공통으로 공급받고, 외부의 제어 신호에 대응한 디밍 제어 신호를 제공하며, 상기 구동 전압이 변환된 동작 전압을 이용하여 내부 동작을 수행하는 디밍 제어 회로;
   상기 트랜스포머의 일차측의 전류를 센싱한 모니터링 전압을 정전류 제어를 위하여 설정되는 제1 기준 전압과 비교하여 비교 신호를 생성하고, 상기 비교 신호와 상기 디밍 제어 신호를 혼합한 신호를 이용하여 상기 전력 변환을 위한 전류 제어를 수행함으로써 상기 전력 변환 회로에 대한 전류 레귤레이팅을 수행하는 구동 제어 회로; 및
   상기 구동 전압을 센싱하며, 상기 디밍 제어 회로에서 요구하는 상기 동작 전압을 생성하는데 필요한 레벨의 상기 구동 전압을 유지할 수 있도록 설정되는 제2 기준 전압과 상기 구동 전압을 비교하여서 상기 구동 전압의 레벨이 상기 제2 기준 전압 이하로 떨어지면 그에 대응하여 상기 디밍 제어 신호의 레벨을 제어함으로써 상기 제2 기준 전압 이상으로 상기 구동 전압이 유지되도록 정전압 제어를 수행하는 구동 전압 유지 회로;를 포함함을 특징으로 하는 조명 장치.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,
   상기 디밍 제어 회로는 전압 레귤레이터를 포함하며 상기 전압 레귤레이터는 상기 구동 전압을 상기 디밍 제어 회로의 상기 내부 동작에 필요한 레벨의 상기 동작 전압으로 변환하는 조명 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 램프와 공통으로 공급받는 상기 구동 전압을 상기 디밍 제어 회로의 상기 내부 동작에 필요한 레벨의 상기 동작 전압으로 변환하여 상기 디밍 제어 회로에 제공하는 전압 레귤레이터를 더 포함하는 조명 장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 램프는 다수의 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 조명등 또는 전기적 물리량의 인가에 의해 발광을 하는 광원으로 구성되는 조명 장치.
6. 삭제
7. 제1 항에 있어서, 상기 디밍 제어 회로는,
   상기 구동 전압의 레벨이 변환된 동작 전압을 이용하여 동작하며 상기 제어 신호를 수신한 후 상기 제어 신호에 대응하는 디밍 아웃 신호를 출력하는 디밍 제어 프로세서; 및
   포토 커플러를 구비하여서 상기 디밍 아웃 신호에 따르는 상기 디밍 제어 신호를 상기 구동 제어 회로로 전달하는 전달 회로;를 포함하는 조명 장치.
8. 삭제
9. 제1 항에 있어서, 상기 구동 전압 유지 회로는,
   상기 구동 전압을 정전압으로 제어하기 위한 기준 전압과 비교하는 비교부;
   상기 비교부의 출력에 따라 상기 구동 전압의 전달을 스위칭하는 스위칭 소자; 및
   상기 스위칭 소자의 온오프 상태에 따라서 상기 디밍 제어 신호의 레벨을 제어하는 포토 커플러;를 포함하는 조명 장치.
   

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