KR101965556B1

KR101965556B1 - 조명구동장치

Info

Publication number: KR101965556B1
Application number: KR1020110057378A
Authority: KR
Inventors: 최중호; 이연중; 박득희; 차상현; 이창석
Original assignee: 서울시립대학교 산학협력단
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2019-04-05
Also published as: US20120319605A1; US8779682B2; KR20120138083A

Abstract

본 발명의 실시예는 조명구동회로에 관한 것으로, 교류전원이 위상조절된 파형을 정류하는 정류부; 상기 정류부의 출력파형을 미리 설정된 기준클럭에 따라 제1 전압과 비교하는 비교부; 상기 출력파형의 한 주기 동안 상기 비교부의 출력 중 상기 제1 전압보다 큰 하이 신호의 수에 상응하는 기준전압을 생성하는 기준전압생성부; 상기 기준전압과 피드백 전압으로부터 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호생성부를 포함한다. 이를 통해, 교류전원이 디밍된 정도를 정확히 검출할 수 있으므로 사용자의 요구에 부합되게 발광소자를 구동할 수 있으면서도 기존의 조명 설비와의 호환성을 유지할 수 있다. 또한 신속히 디밍을 검출하고 이를 발광소자에 반영할 수 있다는 효과가 있다.

Description

조명구동장치 {ILLUMINATION DRIVING APPARATUS}

본 발명은 디밍 조절된 입력 전원을 사용할 수 있는 조명 구동장치에 관한 것이다.

발광소자(LED, Light Emitting Device)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor)를 사용하여 발광원을 구성함으로서 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다. 이러한 발광소자는 우수한 단색성 피크 파장을 가지며 광 효율성이 우수하고 소형화가 가능하다는 장점과 친환경, 저소비전력 등의 이유로 기존의 조명을 빠른 속도로 대체해 가고 있다.

종래의 발광소자를 구동하기 위한 회로는, 상용 교류전원을 정류한 후 FLYBACK 컨버터 등 컨버터를 이용하여 발광소자에 정전류를 공급하는 방식이 대부분이다. 이러한 구동장치들은 트라이악 디머(Triac dimmer)등을 사용하는 기존의 조명 설비에 그대로 적용하기 위해 호환성을 갖추어야 할 필요성이 있다. 이를 위해 트라이악 디머에서의 출력 전압을 검출하고 평균화하여 전력변환에 이용하는 방식이 있다.

그러나, 종래의 방식은 전압을 검출 및 평균화하는 과정에서의 오차 등으로 인해 입력 교류전원이 디밍된 정도를 정확히 검출할 수 없고, 따라서 발광소자를 사용자의 요구치에 부합되게 구동할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명의 실시예는 트라이악 디머에서 교류전원이 디밍된 정도를 정확히 검출하고 이를 반영하여 발광소자를 구동하기 위한 것이다.

본 발명의 제1 기술적인 측면은, 교류전원이 위상조절된 파형을 정류하는 정류부; 상기 정류부의 출력파형을 미리 설정된 기준클럭에 따라 제1 전압과 비교하는 비교부; 상기 출력파형의 한 주기 동안 상기 비교부의 출력 중 상기 제1 전압보다 큰 하이 신호의 수에 상응하는 기준전압을 생성하는 기준전압생성부; 상기 기준전압과 피드백 전압으로부터 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호생성부를 포함하는 조명구동장치를 제공하는 것이다.

또한, 상기 기준전압생성부는 상기 기준클럭에 따라 출력되는 상기 비교부의 출력을 순차적으로 저장하는 시프트 레지스터; 상기 시프트 레지스터에 상기 출력파형의 한 주기만큼의 데이터가 저장된 경우 상기 데이터를 저장하는 레지스터; 상기 레지스터에 저장된 값을 기초로 기준전압을 생성하는 전압생성부를 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 기술적인 측면은, 교류전원이 위상조절된 파형을 정류하는 정류부; 상기 정류부의 출력파형을 미리 설정된 기준클럭에 따라 제1 전압과 비교하는 비교부; 상기 출력파형의 한 주기 동안 상기 비교부의 출력 중 상기 제1 전압보다 큰 하이 신호가 최초로 인가되면 상기 한 주기 동안의 하이 신호의 수를 계산한 후 이에 상응하는 기준전압을 생성하는 기준전압생성부; 상기 기준전압과 피드백된 전압으로부터 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호생성부를 포함하는 조명구동장치를 제공하는 것이다.

또한, 상기 기준전압생성부는 상기 기준클럭에 따라 출력되는 상기 비교부의 출력을 순차적으로 저장하는 시프트 레지스터; 상기 출력파형의 한 주기 동안 상기 시프트 레지스터에 최초로 하이 신호가 저장되는 것을 검출하는 검출부; 상기 검출부에서 최초로 하이 신호를 검출하면 상기 시프트 레지스터의 데이터를 저장하고 상기 하이 신호가 검출된 위치 이후의 비트를 하이로 저장하는 레지스터; 상기 레지스터에 저장된 값을 기초로 기준전압을 생성하는 전압생성부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 기준전압생성부는, 상기 기준클럭에 따라 출력되는 상기 비교부의 출력을 순차적으로 저장하는 시프트 레지스터; 상기 출력파형의 한 주기 동안 상기 시프트 레지스터에 최초로 하이 신호가 저장되는 것을 검출하는 검출부; 상기 검출부에서 최초로 하이 신호를 검출하면 상기 시프트 레지스터의 데이터를 저장하는 레지스터; 상기 레지스터에 저장된 값을 기초로 기준전압을 생성하는 전압생성부를 포함하고, 상기 시프트 레지스터는 상기 검출부에서 최초로 하이 신호 저장이 검출되면 상기 출력파형의 한 주기 동안 비교기의 나머지 출력을 모두 하이 신호로 간주할 수 있다.

본 발명의 제1 및 제2 기술적인 측면에서, 상기 기준전압생성부는 상기 기준클럭 및 상기 출력파형의 한 주기가 종료됨을 지시하는 펄스를 생성하는 클럭생성부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 기준클럭은 상기 출력파형의 한 주기를 정수로 나눈 값에 해당하는 주기를 가질 수 있다.

또한, 상기 조명구동장치는, 상기 교류전원의 위상을 조절하는 트라이악 디머; 상기 PWM 신호에 따라 상기 정류부의 출력 레벨을 변환하는 직류/직류변환부; 상기 직류/직류변환부의 출력단에 연결된 복수의 발광 다이오드; 상기 직류/직류변환부의 출력전압으로부터 상기 피드백 전압을 생성하는 피드백전압부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 교류전원이 디밍된 정도를 정확히 검출할 수 있으므로 사용자의 요구에 부합되게 발광소자를 구동할 수 있으면서도 기존의 조명 설비와의 호환성을 유지할 수 있다. 또한 신속히 디밍을 검출하고 이를 발광소자에 반영할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 조명구동장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 비교부와 기준전압생성부의 상세도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 비교부와 기준전압생성부의 상세도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 조명구동장치의 비교부 및 기준전압생성부에서 디밍된 정도를 측정하는 것을 설명하기 위한 타이밍 차트.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위해서 사용된다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 조명구동장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 조명구동장치는 정류부(100), 비교부(200), 기준전압생성부(300) 및 PWM신호생성부(400)를 포함할 수 있다. 또한 트라이악 디머(500), 정류부(100), 직류/직류변환부(600), 발광 다이오드(700) 및 피드백전압부(800)를 더 포함할 수 있다.

트라이악 디머(500)는 상용 교류(AC)전원을 입력받아 파형을 위상 조절할 수 있다. 여기서 트라이악 디머(500)는 기존 조명설비로써 건물의 벽 등에 내장된 것일 수 있다.

정류부(100)는 트라이악 디머(500)에서 위상 조절된 교류(AC)파형을 전파 정류할 수 있다. 여기서 정류부(100)는 브릿지 다이오드로 이루어질 수 있다.

직류/직류변환부(600)는 정류부(100)의 출력을 일정 전압레벨로 변환할 수 있다. 여기서 직류/직류변환부(600)는 도 1에 도시된 바와 같이 플라이백 컨버터(flyback converter)로 이루어질 수 있다. 그러나 도 1에 도시된 플라이백 컨버터는 예시일 뿐이며 포워드 컨버터(forward converter)등 스위칭 방식을 사용하는 가능한 방식의 컨버터가 사용될 수 있다.

발광 다이오드(700)는 직류/직류변환부(600)에서 레벨 조절된 출력을 입력받아 광원으로 동작할 수 있다. 도 1에는 2 개의 직렬 연결된 발광 다이오드(700)가 도시되어 있으나 이는 예시적인 것이며 다양한 갯수 및 배치 구조로 이루어질 수 있다.

피드백전압부(800)는 직류/직류변환부(600)의 출력 전압으로부터 피드백 전압을 생성할 수 있다. 이 피드백 전압의 정보는 포토커플러를 통해 직류/직류변환부(600)의 1차측으로 전달될 수 있다.

PWM신호생성부(400)는 피드백 전압과 기준전압으로부터 직류/직류변환부(600)의 스위치를 제어하기 위한 PWM신호를 생성할 수 있다. 여기서 PWM신호생성부(400)는 피드백 전압과 기준전압을 비교하여 오차를 증폭하는 에러앰프(Error amp, 미도시), 에러앰프의 출력과 삼각파 발생기(미도시)에서 생성된 삼각파를 비교하는 비교기(미도시)를 통해 PWM신호를 생성할 수 있다.

따라서 발광 다이오드(700)에 공급되는 전압 또는 전류를 일정하게 하고 사용자의 디밍 요구 수준에 부합시키기 위해서는, PWM신호생성부(400)에 입력되는 기준전압이 디밍 정보를 정확하게 반영하고 있을 필요가 있다.

비교부(200)는 정류부(100)에서 출력된 파형(Vin)을 미리 설정된 제1 전압(VLV)과 비교할 수 있다. 여기서 비교부(200)는 기준클럭에 따라 비교를 수행할 수 있다. 즉, 정류부(100)의 출력파형의 한 주기를 기준으로 설명하면, 비교부(200)는 한 주기만큼의 기준클럭 수 만큼 정류부(100)의 출력파형과 제1 전압(VLV)을 비교하고 그 결과를 출력한다. 여기서 제1 전압(VLV)은 정류부(100)에서 출력된 파형(Vin)의 최대 피크(peak) 보다 매우 낮은(예를 들어 최대 피크의 1/100) 값으로 설정될 수 있다.

기준전압생성부(300)는 정류부(100) 출력파형의 한 주기 동안 상기 비교부(200)의 출력 중 상기 제1 전압(VLV)보다 큰 하이 신호의 수에 상응하는 기준전압을 생성할 수 있다. 기준전압생성부(300)에 대한 자세한 설명은 후술할 도 2 내지 도 4에 대한 설명에서 설시하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 비교부(200)와 기준전압생성부(300)의 상세도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 조명구동장치의 비교부(200) 및 기준전압생성부(300)에서 디밍된 정도를 측정하는 것을 설명하기 위한 타이밍 차트이다.

도 2를 참조하면 기준전압생성부(300)는 시프트 레지스터(310a), 레지스터(320a), 전압생성부(330a) 및 클럭생성부(340a)를 포함할 수 있다.

비교부(200)는 도 1에 대한 설명에서 상술한 바와 같이 기준클럭(Clk)에 따라 제1 전압(VLV)과 정류부(100)에서 출력된 파형(Vin)을 비교하고 결과를 시프트 레지스터(310a)에 출력할 수 있다. 도 4를 참조하면, 도 4(a)의 파형은 정류부(100)의 출력파형(Vin)으로 교류전원이 트라이악 디머(500)에서 사용자의 요구에 따라 위상 조절된 것을 나타낸다. 이 위상 조절된 파형과 도 4(b)의 제1 전압(VLV)를 도 4(c)의 기준클럭(Clk)에 따라 비교한다.

따라서, 비교부(200)는 기준클럭(Clk)의 하이 신호의 구간에서 비교가 이루어지므로 도 4(e)에 도시된 바와 같이, 정류부(100) 출력파형의 한 주기 동안 0,0,1,1,1,1를 1 bit씩 순차적으로 출력할 수 있다. 여기서 기준클럭(Clk)은 개념적인 설명을 위해 비교적 큰 주기를 갖는 것으로 도시되었으나, 정류부(100) 출력파형의 한 주기를 정수로 나눈 값에 해당하는 주기라는 조건을 만족하는 작은 주기를 갖는 것일 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 비교부(200)에서 1 bit씩 순차적으로 출력된 정보들은 시프트 레지스터(310a)에 순차적으로 저장될 수 있다. 여기서 시프트 레지스터(310a)는 정류부(100) 출력파형의 한 주기동안의 비교부(200)의 출력을 저장할 수 있는 용량을 가지는 것일 수 있다.

또한, 시프트 레지스터(310a)는 후술할 클럭생성부(340a)로부터 기준클럭(Clk)과 정류부(100) 출력파형의 한 주기가 종료되었음을 지시하는 펄스(EOF)를 입력받을 수 있다. 시프트 레지스터(310a)는 기준클럭(Clk)에 따라 비교부(200)에서 입력된 데이터를 순차적으로 이동시키며 저장할 수 있고, 펄스(EOF)를 입력받으면 리셋될 수 있다.

레지스터(320a)는 시프트 레지스터(310a)에 정류부(100) 출력파형의 한 주기 만큼의 데이터가 저장된 경우 그 데이터 정보를 그대로 저장할 수 있다. 레지스터(320a) 역시 시프트 레지스터(310a)와 마찬가지로 펄스(EOF)를 입력받을 수 있고, 이 펄스(EOF)에 따라 리셋될 수 있다.

클럭생성부(340a)는 시프트 레지스터(310a) 및 비교부(200)에 공급되는 일정한 주기를 갖는 기준클럭(Clk)을 생성할 수 있다. 또한, 시프트 레지스터(310a) 및 레지스터(320a)에 공급되는 정류부(100) 출력파형의 한 주기가 종료되었음을 지시하는 펄스(EOF)를 생성할 수 있다. 여기서 클럭생성부(340a)는 수정발진자 등을 포함할 수 있다.

전압생성부(330a)는 레지스터(320a)에 저장된 데이터 중 1의 개수에 상응하는 기준전압을 생성할 수 있다. 따라서 이 생성된 기준전압은 트라이악 디머(500)에서 디밍된 디밍정보를 정확히 포함할 수 있게 된다. 또한, 기준전압을 생성할 때 룩업 테이블(look up table) 등을 위한 메모리가 필요없다는 효과도 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 비교부(200)와 기준전압생성부(300)의 상세도이다. 이하 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 기준전압생성부(300)에 대해 자세히 설명한다.

도 3을 참조하면, 기준전압생성부(300)는 도 2의 그것과 다르게 검출부(350)를 더 포함할 수 있고, 정류부(100) 출력파형의 한 주기 동안의 비교부(200) 출력이 모두 시프트 레지스터(310b)에 입력되기 이전에 디밍된 정도를 파악할 수 있다.

클럭생성부(340b)는 기준클럭(Clk) 및 정류부(100) 출력파형의 한 주기가 종료되었음을 지시하는 펄스(EOF)를 생성할 수 있는데, 이들은 정류부(100) 출력파형과 동기화가 이루어질 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 정류부(100) 출력파형의 최초 주기를 비교부(200)를 통해 비교하고 검출부(350)에서 최초로 1에서 0으로 바뀌는 지점을 검출한다. 다음 주기에서 위 동작을 반복하면 정류부(100) 출력파형의 한 주기에 대한 정보를 얻을 수 있다. 이 정보를 이용해 기준클럭(Clk) 및 펄스(EOF)는 정류부(100) 출력파형과 동기화될 수 있다.

검출부(350)는 시프트 레지스터(310b)에 순차적으로 입력되는 비트(bit) 들을 검사하여 최초로 1이 저장되는 것을 검출할 수 있다. 이 검출된 정보는 시프트 레지스터(310b) 또는 레지스터(320b)에 제공될 수 있다.

검출부(350)에서 최초로 1이 저장된 정보가 시프트 레지스터(310b)에 제공되면, 시프트 레지스터(310b)는 그 이후의 저장될 비트들을 모두 1로 간주하여 레지스터(320b)에 데이터를 제공할 수 있다.

또는, 검출부(350)에서 최초로 1이 저장된 정보가 레지스터(320b)에 제공되면, 레지스터(320b)는 이 정보를 바탕으로 0과 1을 조합하여 저장할 수 있다.

전압생성부(330b)는 도 2에 대한 설명에서와 마찬가지로, 레지스터(320b)에 저장된 데이터 중 1의 개수에 상응하는 기준전압을 생성할 수 있다.

즉, 도 3에 도시된 기준전압생성부(300)는 트라이악 디머(500)에서 출력되는 위상제어된 파형의 특성상 정류부(100) 출력파형 한 주기 동안 처음에는 비교부(200) 출력이 0이고, 일정 시간 이우에는 출력이 1이 나올 수 밖에 없다는 성질을 이용한 것이다. 따라서, 도 2의 기준전압생성부(300)와는 다르게 디밍된 정도를 신속하게 검출하고 이를 반영하여 기준전압을 생성할 수 있다는 효과가 있다. 또한, 도 2의 기준전압생성부(300)와 마찬가지로 디밍된 정도를 정확히 반영하여 기준전압을 생성할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 교류전원이 디밍된 정도를 정확히 검출할 수 있으므로 사용자의 요구에 부합되게 발광소자를 구동할 수 있으면서도 기존의 조명 설비와의 호환성을 유지할 수 있다. 또한 신속히 디밍을 검출하고 이를 발광소자에 반영할 수 있다는 효과가 있다.

100 : 정류부 200 : 비교부
300 : 기준전압생성부 400 : PWM신호생성부
310a, 310b : 시프트 레지스터 320a, 320b: 레지스터
330a, 330b : 전압생성부 340a, 340b : 클럭생성부
350 : 검출부

Claims

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상용 교류전원의 위상을 조절하는 트라이악 디머로부터 디밍 조절된 입력전원을 사용하여 구동되는 조명구동장치에 있어서,
교류전원이 위상조절된 파형을 정류하는 정류부;
상기 정류부의 출력파형을 미리 설정된 기준클럭에 따라 제1 전압과 비교하는 비교부;
상기 출력파형의 한 주기 동안 상기 비교부의 출력 중 상기 제1 전압보다 큰 하이 신호가 최초로 인가되면 상기 한 주기 동안의 하이 신호의 수를 계산한 후 이에 상응하는 기준전압을 생성하는 기준전압생성부; 및
상기 기준전압과 피드백된 전압으로부터 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호생성부;
상기 PWM 신호에 따라 상기 정류부의 출력 레벨을 변환하는 직류/직류변환부;
상기 직류/직류변환부의 출력단에 연결된 복수의 발광 다이오드; 및
상기 직류/직류변환부의 출력전압으로부터 상기 피드백 전압을 생성하는 피드백전압부;
를 포함하되,
상기 기준전압생성부는 기준클럭에 따라 출력되는 상기 비교부의 출력을 순차적으로 저장하는 시프트 레지스터와, 상기 출력파형의 한 주기 동안 상기 시프트 레지스터에 최초로 하이 신호가 저장되는 것을 검출하는 검출부와, 상기 검출부에서 최초로 하이 신호를 검출하면 상기 시프트 레지스터의 데이터를 저장하고 상기 하이 신호가 검출된 위치 이후의 비트를 하이로 저장하는 레지스터와, 상기 레지스터에 저장된 값을 기초로 기준전압을 생성하는 전압생성부와, 정류부의 출력파형과 동기화된 상기 기준클럭 및 상기 출력파형의 한 주기가 종료됨을 지시하는 펄스를 생성하는 클럭생성부를 포함하는 조명구동장치.
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제 6 항에 있어서,
상기 기준클럭은 상기 출력파형의 한 주기를 정수로 나눈 값에 해당하는 주기를 갖는 조명구동장치.
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