KR102216534B1 - 2개의 독립적으로 제어되는 전류 채널들 및 3개의 cct들을 사용하여 흑체 선을 따르는 넓은 범위 cct 조정을 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

인터페이스 전류들 채널링 회로는 통상적인 2-채널 구동기의 2개의 전류 채널들을 LED들의 3개의 스트링들용의 3개의 구동 전류들로 변환하는 데 사용될 수 있다. 그렇게 함으로써, 동일한 2 채널 구동기가 3개의 LED 어레이들뿐만 아니라 단지 2개의 LED 어레이들을 필요로 하는 응용들을 위해 사용될 수 있다.

Description

2개의 독립적으로 제어되는 전류 채널들 및 3개의 CCT들을 사용하여 흑체 선을 따르는 넓은 범위 CCT 조정을 위한 방법
조정가능한 백색 조명은 상업용 및 가정용 조명에서 가장 큰 경향들 중 하나이다. 조정가능한 백색 조명 기구는 일반적으로 2개의 독립하는 축들을 따라 그것의 색 및 광 출력 레벨을 변화시킬 수 있다.
인터페이스 전류들 채널링 회로는 통상적인 2-채널 구동기의 2개의 전류 채널들을 3개의 LED 어레이들용의 3개의 구동 전류들로 변환하는 데 사용될 수 있다. 그렇게 함으로써, 동일한 2 채널 구동기가 3개의 LED 어레이들뿐만 아니라 단지 2개의 LED 어레이들을 필요로 하는 응용들을 위해 사용될 수 있다.
다음의 첨부 도면들과 함께 예로서 주어진 다음의 설명으로부터 보다 상세한 이해가 될 수 있다:
도 1은 색 공간을 나타내는 색도도이고;
도 2는 색도도 상의 상이한 상관 색 온도들(correlated color temperatures)(CCT들)과 이들의 흑체 선(black body line))(BBL)에 대한 관계를 나타낸 도면이고;
도 3은 대응하는 수의 발광 다이오드(LED) 어레이들 및 구동기 채널들을 갖는 조정가능한 백색 광 엔진에서 사용되는 하드웨어를 나타낸 블록도이고;
도 4는 구동기 채널들보다 많은 수의 LED 어레이들을 갖는 조정가능한 백색 광 엔진에서 사용되는 하드웨어를 나타낸 블록도이고;
도 5는 인터페이스 전류들 채널링 회로의 회로도이고;
도 6은 하나 이상의 LED 어레이 내에 2-단계 선형 CCT 조정가능성(tunability)을 제공하는 방법을 나타낸 플로우차트이다.
다음의 설명에서, 본 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해, 특정한 구조들, 소자들, 재료들, 치수들, 처리 단계들, 및 기술들과 같은 수많은 특정한 상세들이 제시된다. 그러나, 실시예들이 이들 특정한 상세 없이 실시될 수 있다는 것을 본 기술 분야의 통상의 기술자는 알 것이다. 다른 예들에서, 널리 공지된 구조들 또는 처리 단계들이 실시예들을 불명하게 하는 것을 피하기 위해 상세히 설명되지 않았다. 층, 영역, 또는 기판과 같은 요소가 또 하나의 요소 "상에" 또는 "위에" 있다고 할 때, 그것은 다른 요소 바로 위에 있을 수 있거나 중간 요소들이 또한 존재할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 대조적으로, 요소가 또 하나의 요소 "바로 위에" 또는 "직접" 위에 있다고 할 때, 중간 요소들은 존재하지 않는다. 요소가 또 하나의 요소 "밑에" 또는 "아래에", 또는 "하측에" 있다고 할 때, 그것은 다른 요소 바로 밑에 또는 아래에 있을 수 있거나 중간 요소들이 또한 존재할 수 있다는 것을 또한 이해할 것이다. 대조적으로, 요소가 또 하나의 요소 "바로 밑에" 또는 "바로 아래에" 있다고 할 때, 중간 요소들은 존재하지 않는다.
다음의 상세한 설명에서 실시예들의 제시를 불명하게 하지 않는 것을 도모하기 위해, 본 기술 분야에 공지된 일부 처리 단계들 또는 동작들이 제시를 위해 그리고 예시 목적들을 위해 함께 조합될 수 있고 일부 예들에서 상세히 설명되지 않을 수도 있다. 다른 예들에서, 본 기술 분야에 공지된 일부 처리 단계들 또는 동작들은 전혀 설명되지 않을 수 있다. 다음의 설명은 여기에 설명된 다양한 실시예들의 구별되는 특징들 또는 요소들에 오히려 집중된다는 것을 이해하여야 한다.
도 1을 참조하면, 색 공간을 나타내는 색도도가 도시된다. 색 공간은 3차원 공간인데; 즉, 색은 특정한 균일한 시각적 자극(visual stimulus)의 색 및 밝기를 명시하는 3개의 수들의 세트에 의해 명시된다. 3개의 수들은 국제 조명 위원회(CIE) 좌표들 X, Y, 및 Z, 또는 색조, 채도, 및 휘도와 같은 다른 값들일 수 있다. 사람의 눈이 3개의 상이한 유형들의 색 감지 추상체들을 갖는다는 사실에 기초하여, 눈의 반응은 이들 3개의 "3자극 값들"의 측면에서 가장 잘 설명된다.
색도도는 밝기를 무시하는 2차원 공간 내로 투사된 색이다. 예를 들어, 표준 CIE XYZ 색 공간은 도 1에 도시한 것과 같이, x 및 y라고 알려진 2개의 색도 좌표들에 의해 명시된 대응하는 색도 공간에 직접 투사한다.
색도는 색의 휘도에 관계없는 색의 품질의 객관적인 사양이다. 색도는 보통 색조와 채도로서 명시되는 2개의 독립하는 파라미터들로 구성되는데, 여기서 후자는 다르게는 포화도, 크로마, 세기, 또는 자극 순도(excitation purity)라고 부른다. 색도도는 사람의 눈에 의해 인지가능한 모든 색들을 포함할 수 있다. 색도도는 파라미터들이 착색된 물체로부터 방출된 광의 스펙트럼 전력 분포(SPD)에 기초하고 사람의 눈에 대해 측정된 감도 곡선들에 의해 계수화되기 때문에 고정밀도를 제공할 수 있다. 임의의 색이 2개의 색 좌표 x 및 y의 항들로 정밀하게 표현될 수 있다.
MacAdam 타원(MAE)(102)이라고 공지된, 소정의 영역 내의 모든 색들은 타원의 중심(104)에서의 색으로부터 평균 사람의 눈에 구별되지 않을 수 있다. 색도도는 다수의 MAE들을 가질 수 있다. LED 조명에서의 표준 편차 배색(Color Matching)은 광원의 색 정밀도를 설명하기 위해 MAE들에 대한 편차들을 사용한다.
색도도는 완전 복사체 궤적(Planckian locus), 또는 흑체 선(BBL)(106)을 포함한다. BBL(106)은 백열성 흑체의 색이 흑체 온도가 변화함에 따라 특정한 색도 공간 내에 취하는 경로 또는 궤적이다. 그것은 저온에서의 진한 적색으로부터 오렌지색, 누르스름한 백색, 백색, 및 마지막으로 매우 높은 온도에서의 푸르스름한 백색으로 간다. 일반적으로 말하면, 사람의 눈은 BBL(106)로부터 너무 멀지 않은 백색 점들을 선호한다. 흑체 선 위의 색점들은 매우 녹색으로 보일 것이고 반면 그 아래의 것들은 매우 분홍색으로 보일 것이다.
발광 다이오드들(LED들)을 사용하여 백색 광을 생성하는 한가지 방법은 적색, 녹색 및 청색 착색된 광들을 부가적으로 혼합하는 것일 수 있다. 그러나, 이 방법은 결과적인 색점이 BBL(106) 상에 또는 그에 가깝게 있도록 혼합 비들의 정밀한 계산을 필요로 할 수 있다. 또 하나의 방법은 상이한 상관 색 온도들(CCT들)의 2개 이상의 인광체 변환 백색 LED들을 혼합하는 것일 수 있다. 이 방법은 아래에 상세히 추가적으로 설명된다.
조정가능한 백색 엔진을 생성하기 위해, 원하는 조정 범위의 각각의 단부 상에 2개의 상이한 CCT들을 갖는 LED들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 LED는 온백색인 2700K의 CCT를 가질 수 있고, 제2 LED는 중간 백색(neutral white)인 4000K의 색 온도를 가질 수 있다. 2700K 내지 4000K의 온도를 갖는 백색들은 구동기의 제1 채널을 통해 제1 LED에 제공된 전력과 구동기의 제2 채널을 통해 제2 LED에 제공된 전력의 혼합비를 간단히 변화시킴으로써 획득될 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 상이한 CCT들과 이들의 BBL(106)에 대한 관계를 나타낸 도면이 도시된다. 색도도에서 플롯될 때, 상이한 CCT들을 갖는 2개의 LED들을 혼합하는 달성가능한 색점들은 제1 직선(202)을 형성할 수 있다. 2700K와 4000K의 색점들이 BBL(106) 상에 정확히 있다고 가정하면, 이들 2개의 CCT들 사이 내의 색점들은 BBL(106) 아래에 있을 것이다. BBL(106)로부터의 이 선 상의 점들의 최대 거리는 비교적 작을 수 있기 때문에, 이것은 문제가 아닐 수 있다.
그러나, 실제로, 예를 들어, 냉백색 또는 주광색일 수 있는 2700K와 6500K 사이의 색 온도들의 더 넓은 조정 범위를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 단지 2700K LED들과 6500K LED들이 혼합에서 사용되면, 2개의 색들 사이의 제1 직선(202)은 BBL(106) 아래에 멀리 있을 수 있다. 도 2에 도시한 것과 같이, 4000K에서의 색점은 BBL(106)로부터 매우 멀리 있을 수 있다.
이것을 해결하기 위해, 중간 백색 LED들(4000K)의 제3 채널이 2개의 LED들 사이에 부가될 수 있고 2-단계 조정 프로세스가 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 단계 선(204)은 2700K와 4000K 사이에 있을 수 있고 제2 단계 선(206)은 4000K와 6500K 사이에 있을 수 있다. 이것은 CCT들의 넓은 범위에 걸친 3 단계 MAE BBL 색 온도 조정가능성을 제공할 수 있다. 온백색(WW) CCT를 갖는 제1 LED 어레이, 중간 백색(NW) CCT를 갖는 제2 LED 어레이, 및 냉백색(CW) CCT 및 2-단계 조정 프로세스를 갖는 제3 LED 어레이는 CCT들의 넓은 범위에 걸친 3-단계 MAE BBL CCT 조정가능성을 달성하는 데 사용될 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 대응하는 수의 LED 어레이들 및 구동기 채널들을 갖는 조정가능한 백색 광 엔진에서 사용되는 하드웨어를 나타낸 블록도가 도시된다. 위에 설명된 것과 같이, 2 채널 구동기(302)가 원하는 조정 범위의 단부들에서 CCT들을 갖는 2개의 LED 어레이들에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다. 2 채널 구동기(302)는 본 기술 분야에 공지된 통상적인 LED 구동기일 수 있다. 2개의 LED 어레이들은 LED 보드(318) 상에 장착될 수 있다. 2 채널 구동기(302)의 제1 채널(304)은 제1 CCT의 제1 LED 어레이(306)에 전력을 공급할 수 있고 2 채널 구동기(302)의 제2 채널(308)은 제2 CCT의 제2 LED 어레이(310)에 전력을 공급할 수 있다. 2 채널 구동기(302)는 보드 접속들과의 배선들 또는 다이렉트 보드와 같은, 하나 이상의 전기적 접속(312)에 걸쳐 LED 보드(318)에 2개의 구동 전류들을 제공할 수 있다. 하나 이상의 전기적 접속(312)이 하나 이상의 땜납 점(316)에 접속될 수 있다.
3-채널 구동기가 유사한 방식으로 3개의 LED 어레이들을 제어하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 3-채널 구동기는 통상적인 2 채널 구동기보다 더 복잡하고 비쌀 수 있다. 구동기 채널들 대 LED 어레이들의 1:1 비보다 크도록, 채널들보다 많은 수의 LED 어레이들에 전력을 공급하기 위해 구동기의 출력을 배가하는 것이 바람직할 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 구동기 채널들보다 많은 수의 LED 어레이들을 갖는 조정가능한 백색 광 엔진에서 사용되는 하드웨어를 나타낸 블록도가 도시된다. 인터페이스 전류들 채널링 회로는 BBL(106) 색 온도 조정가능성에 가깝게 2-피스 선형(2-piece linear)을 달성하기 위해 2 채널 구동기(402)의 2개의 전류 채널들을 3개의 구동 채널들로 변환하는 데 사용될 수 있다.
실시예에서, 인터페이스 전류들 채널링 회로는 2 채널 구동기(402)와 LED 보드(406) 사이의 변환기 인쇄 회로 보드(PCB)(404) 상에 장착될 수 있다. 2 채널 구동기(302)는 본 기술 분야에 공지된 통상적인 LED 구동기일 수 있다. 인터페이스 전류들 채널링 회로는 3개의 LED 어레이들을 갖는 응용들뿐만 아니라 2개의 LED 어레이들을 필요로 하는 응용들을 위해 2 채널 구동기(402)가 사용되게 할 수 있다. 동일한 2 채널 구동기(402)가 양자의 경우에서 사용될 수 있기 때문에, 회로 복잡성, 크기, 및 비용이 감소될 수 있다.
도 3이 2-채널 구동기를 사용하여 3개의 LED 어레이들에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있는 인터페이스 채널링 회로를 도시하지만, 아래에 설명되는 원리들은 구동기가 출력 채널들의 수보다 큰 수의 LED 어레이들에 전력을 공급하는 데 사용되는 임의의 배열에 적용될 수 있다는 점에 주목하여야 한다. 또한, 다음의 설명은 상이한 CCT들을 갖는 LED 어레이들의 조정가능성에 관련한 것이지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 여기에 설명된 실시예들이 색 범위들, 적외선(IR) 범위들, 및 자외선(UV) 범위들과 같은 임의의 원하는 조정가능한 범위에 적용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
아래에 보다 상세히 설명되는 것과 같이, 변환기 PCB(404) 상에 장착된 인터페이스 전류들 채널링 회로는 2 채널 구동기(402)가 원하는 조정가능한 범위의 거의 중간의 추가적인 LED 어레이뿐만 아니라 원하는 조정가능한 범위의 단부들의 2개의 LED 어레이들에 전력을 공급하게 할 수 있다. 제1 CCT를 갖는 제1 LED 어레이(408), 제2 CCT를 갖는 제2 LED 어레이(410), 제3 CCT를 갖는 제3 LED 어레이(412)는 LED 보드(318) 상에 장착될 수 있다. 2 채널 구동기(402)의 제1 채널(412) 및 제2 채널(414)은 보드 접속들과의 배선들 또는 다이렉트 보드와 같은, 제1 세트의 접속들(416)에 의해 PCB(404)에 접속될 수 있다. 제1 채널(412)과 제2 채널(414)은 각각 양의 출력 및 음의 출력을 가질 수 있다.
변환기 PCB(404)는 보드 접속들과의 배선들 또는 다이렉트 보드와 같은, 제2 세트의 전기적 접속들(418)에 걸쳐 LED 보드(406)에 3개의 구동 전류들을 제공할 수 있다. 제2 세트의 전기적 접속들(418)은 LED 보드(406) 상의 하나 이상의 땜납 점(420)에 접속될 수 있다. 제2 세트의 전기적 접속들(418)은 제1 LED 어레이(408), 제2 LED 어레이(410), 및 제3 LED 어레이(412)용의 3개의 별개의 음의 출력들을 포함할 수 있다. 변환기 PCB(404)로부터의 LED+ 출력은 2 채널 구동기(402)의 양의 출력에 접속될 수 있다. LED+ 출력은 제1 LED 어레이(408), 제2 LED 어레이(410), 및 제3 LED 어레이(412)의 애노드 단부들에 접속될 수 있다.
인터페이스 전류들 채널링 회로의 입력들과 출력들 사이의 수학적 관계가 여기에 설명된다. 다음의 식들에서, 제1 입력 전류는 I1일 수 있고 제2 입력 전류는 I2일 수 있다. 출력 전류들은 온백색(WW) LED들에 대한 IWW, 중간 백색(NW) LED들에 대한 INW, 및 냉백색(CW) LED들에 대한 ICW일 수 있다. 관계는 다음과 같이 정의될 수 있다:
I1>I2이면 IWW = I1 - I2, INW = 2 × I2, ICW = 0 식(1)
그렇지 않으면 IWW = 0, INW = 2 × I1, ICW = I2 - I1 식(2)
I1>I2의 경우에, WW 채널은 I1과 I2 사이의 차이와 동일한 전류를 수신할 수 있는 반면, NW 채널은 전류 I2의 양의 2배를 수신할 수 있다. IWW와 INW의 합은 여전히 I1+I2일 수 있다. 전체 전류의 일부가 인터페이스 전류들 채널링 회로에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있음에 따라 실제 합은 I1+I2보다 약간 적을 수 있다는 점에 주목하여야 한다.
I1의 전류가 0이고 I1이 WW LED들에 대응하면, I2의 모든 전류는 CW LED들로 갈 것이고 WW LED들 또는 NW LED들로는 전류가 전혀 가지 않을 것이다. 마찬가지로, I2의 전류가 0이고 I2가 CW LED들에 대응하면, I1의 모든 전류는 WW LED들로 갈 것이고 CW LED들 또는 NW LED들로는 전류가 전혀 가지 않을 것이다.
이제 도 5를 참조하면, 인터페이스 전류들 채널링 회로의 회로도가 도시된다. 인터페이스 전류들 채널링 회로는 전압 감지, 저역 통과 필터 및 아날로그 신호 감산과 같은 다양한 아날로그 기술들을 이용한다. 도면에 도시한 모든 전압들은 접지를 기준으로 한다. 변환기 PCB는 전압 제어 전류원들을 사용하여 WW LED들 또는 CW LED들을 통해 흐르는 전류들을 제어할 수 있다. 또한, 변환기 PCB는 NW LED들을 통해 흐르는 전류에 대해 단지 온/오프 제어를 수행할 수 있다. WW LED들 및 CW LED들은 원하는 조정가능한 범위의 단부들 상에 있는 CCT들을 가질 수 있다. NW LED들은 원하는 조정가능한 범위의 거의 중간에 위치한 CCT를 가질 수 있다.
제1 입력 전류 I1은 제1 감지 저항기(Rs)(502)에 접속될 수 있다. 제2 입력 전류 I2는 제2 Rs(504)에 접속될 수 있다. 제1 Rs(502)와 제2 Rs(504)는 동일한 저항 값을 가질 수 있다. 제1 다이오드 D1(506)는 제1 입력 전류 I1이 제2 입력 전류 I2 내로 주입하는 것을 방지할 수 있다. 제2 다이오드 D2(508)는 제2 입력 전류 I2가 제1 입력 전류 I1 내로 주입하는 것을 방지할 수 있다. 제1 Rs(502)와 제2 Rs(504)는 WW LED들을 포함하는 제1 LED 스트링(510), NW LED들을 포함하는 제2 LED 스트링(512), 및 CW LED들을 포함하는 제3 LED 스트링(514)의 애노드들에 접속될 수 있는 하나의 공통 단자 Vc를 공유할 수 있다. Va 및 Vb에서의 전압들은 Vc에서의 전압인 공통 모드 성분을 갖는 제1 Rs(502) 및 제2 Rs(504)를 통해 흐르는 전류들을 나타낸다.
제1 계산 회로(560)에 도시한 것과 같이, Vb에서의 전압은 제1 저항기(R1)(516) 및 제2 저항기(R2)(518)를 포함하는 저항 분할기에 의해 감쇠될 수 있다. 결과적인 신호는 저 전압 영역에서 Vbb를 발생하기 위해 제1 저역 통과 필터(LPF)(520)를 통해 보내질 수 있다. Vbb는 다음과 같이 정의될 수 있고:
Figure 112020009915202-pct00001
식(3)
여기서 α는 감쇠 계수이고, 다음과 같이 정의될 수 있다:
Figure 112020009915202-pct00002
식(4)
제2 계산 회로(562)에 도시한 것과 같이, Va에서의 전압은 제1 저항기(R1)(522) 및 제2 저항기(R2)(524)를 포함하는 저항 분할기에 의해 감쇠될 수 있다. 실시예에서, 제1 저항기(R1)(522)는 제1 저항기(R1)(516)와 동일한 값일 수 있고 제2 저항기(R2)는 제2 저항기(R2)(518)와 동일한 값일 수 있다. 결과적인 신호는 저 전압 영역에서 Vaa를 발생하기 위해 제2 LPF(526)를 통해 보내질 수 있다. 실시예에서, 제2 LPF(526)는 제1 LPF(520)와 동일한 동작들을 수행할 수 있다. Vaa는 다음과 같이 정의될 수 있고:
Figure 112020009915202-pct00003
식(5)
여기서 α는 식(4)에서 위에 정의된 감쇠 계수이다.
Vbb는 Vbb와 Vaa 사이의 감산을 수행하도록 구성되는 제1 연산 증폭기(op 앰프)(528)에 공급될 수 있다. 제1 op 앰프(528)의 출력들은 VWW일 수 있다. VWW는 다음과 같이 정의될 수 있고:
Figure 112020009915202-pct00004
식(6)
여기서
Figure 112020009915202-pct00005
식(7)이다.
VWW는 또한 다음과 같이 정의될 수 있다:
Figure 112020009915202-pct00006
식(8)
전류 IWW는 그러므로 다음과 같이 정의될 수 있다:
Figure 112020009915202-pct00007
식(9)
α*β/R이 1/Rs의 값일 때, 전류 IWW는 I1-I2와 동일할 것이다.
Vaa는 Vaa와 Vbb 사이의 감산을 수행하도록 구성되는 제2 op 앰프(530)에 공급될 수 있다. 제2 op 앰프(530)의 출력은 VCW일 수 있다. VCW는 다음과 같이 정의될 수 있고:
Figure 112020009915202-pct00008
식(10)
여기서 β는 식(7)에서 위에 정의되어 있다. 실시예에서, R3과 R4는 제1 계산 회로(560) 및 제2 계산 회로(562)에서 동일한 값들을 가질 수 있다.
VCW는 또한 다음과 같이 정의될 수 있다:
Figure 112020009915202-pct00009
식(11)
전류 IWW는 그러므로 다음과 같이 정의될 수 있다:
Figure 112020009915202-pct00010
식(12)
α*β/R이 1/Rs의 값일 때, 전류 ICW는 I2-I1와 동일할 것이다.
VWW는 제1 증폭기(앰프)(536)로 구현될 수 있는, 전압 제어 전류원에 공급될 수 있다. 제1 앰프(536)는 전압 Vg1을 출력할 수 있다. 전압 Vg1은 제1 LED 스트링(510)용 구동 전류를 제공하는 데 사용되는 제1 트랜지스터 M1에 입력될 수 있다. 제1 트랜지스터 M1은 통상적인 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)일 수 있다. 제1 트랜지스터 M1은 n-채널 MOSFET일 수 있다.
제1 앰프(536)는 제1 트랜지스터 M1을 통해 흐르는 전류가 VWW/Rs와 동일하도록 폐쇄 루프에서 전압 Vg1을 레귤레이트할 수 있다. 제1 앰프(536)에의 입력들은 폐쇄 루프 레귤레이션에서 서로 매우 가까울 수 있다. 제1 앰프(306)는 VWW의 값을 제1 트랜지스터 M1의 소스에서의 Rs(564) 양단의 감지된 전압과 비교할 수 있다. Rs(564)는 제1 Rs(502) 및/또는 제2 Rs(504)와 동일한 저항 값을 가질 수 있다. 감지된 전압이 VWW보다 낮으면, 제1 앰프(306)는 감지된 전압이 VWW와 거의 동일할 때까지 제1 트랜지스터 M1 내의 전류를 증가시키도록 Vg1을 올릴 수 있다. 마찬가지로, 감지된 전압이 VWW보다 높으면, 제1 앰프(306)는 Vg1을 감소시켜서, 제1 트랜지스터 M1 내의 전류를 감소시킬 수 있다.
VCW는 제2 앰프(538)로 구현될 수 있는, 전압 제어 전류원에 공급될 수 있다. 제2 앰프(538)는 전압 Vg2를 출력할 수 있다. 전압 Vg2는 제3 LED 스트링(514)용 구동 전류를 제공하는 데 사용되는 제3 트랜지스터 M3에 입력될 수 있다. 제3 트랜지스터 M3은 통상적인 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)일 수 있다. 제3 트랜지스터 M3은 n-채널 MOSFET일 수 있다.
제2 앰프(538)는 제3 트랜지스터 M3을 통해 흐르는 전류가 VCW/Rs와 동일하도록 폐쇄 루프에서 전압 Vg2를 레귤레이트할 수 있다. 제2 앰프(538)에의 입력들은 폐쇄 루프 레귤레이션에서 서로 매우 가까울 수 있다. 제2 앰프(538)는 VCW의 값을 제3 트랜지스터 M3의 소스에서의 Rs(566) 양단의 감지된 전압과 비교할 수 있다. Rs(566)는 제1 Rs(502) 및/또는 제2 Rs(504)와 동일한 저항 값을 가질 수 있다. 감지된 전압이 VCW보다 낮으면, 제2 앰프(538)는 감지된 전압이 VCW와 거의 동일할 때까지 제3 트랜지스터 M3 내의 전류를 증가시키도록 Vg2를 올릴 수 있다. 마찬가지로, 감지된 전압이 VCW보다 높으면, 제2 앰프(538)는 Vg2를 감소시켜서, 제3 트랜지스터 M3 내의 전류를 감소시킬 수 있다.
제1 앰프(536)의 출력 및 제2 앰프(538)의 출력은 그 입력들 사이의 차이가 음이도록 0으로 클램프될 수 있다.
제2 트랜지스터 M2는 제2 LED 스트링(512)에의 전력을 제어할 수 있다. 제2 트랜지스터 M2는 통상적인 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)일 수 있다. 제2 트랜지스터 M2는 n-채널 MOSFET일 수 있다. 제2 트랜지스터 M2는 단지 제1 입력 전류 I1과 제2 입력 전류 I2 둘 다가 레귤레이션 중에 있을 때 온으로 스위칭될 수 있다. 제2 트랜지스터 M2는 Vc에 결합된 풀 업 저항기(R7)(544)를 가질 수 있다. 풀 업 저항기(R7)(544)는 스타트업 시에, 저 전압 전원 VDD가 가용하지 않을 수 있기 때문에 노드 Vc에 결합될 수 있다. 결과적으로, 제1 트랜지스터 M1 및 제3 트랜지스터 M3은 오프 상태에 있게 될 것이다. 제2 LED 스트링(512)용 구동 전류를 제공하는 제2 트랜지스터 M2가 또한 오프이면, 전체 회로는 전류원들에 대해 개방 회로로서 보일 것이다. 이것은 개방-회로 보호를 트리거할 수 있고 비스타트업 조건에 이를 수 있다. M2의 게이트를 노드 Vc에 결합함으로써, 그것은 스타트업 시에 가용한 전류 경로를 제공할 수 있다.
제1 LED 스트링(510) 및 제3 LED 스트링(514)용 전압 제어 전류원들에 의해 발생된 전류는 (I1-I2)의 절대값보다 약간 클 수 있다. 이것은 I1 또는 I2가 0 전류를 이송할 때 제2 LED 스트링(512)이 오프인 것을 보장할 수 있다. 바꾸어 말하면, 원하는 조정 범위의 어느 한 종점에서의 LED들의 단지 하나의 스트링이 동시에 온일 수 있다.
스위칭 트랜지스터의 AND 로직은 게이트 제어 블록(532)에 의해 실현될 수 있다. 게이트 제어 블록(532)은 그것이 레귤레이션을 유지할 수 없으면 전압 제어 전류원 내의 제1 앰프(536)의 출력(Vg1) 및 제2 앰프(538)의 출력(Vg2)이 그것의 전원 레일(supply rail)(VDD)로 스윙할 수 있다는 사실을 이용한다. VDD는 제1 앰프(536) 및 제2 앰프(538)가 모든 동작 조건들 하에서 레귤레이션 중에 있을 때 전압들 Vg1 및 Vg2가 VDD보다 상당히 낮도록 선택될 수 있다.
Vg1은 제1 저항기(R5)(540) 및 제2 저항기(R6)(542)를 포함하는 저항 분할기들에 의해 감쇠되고, 다음에 제1 션트 레귤레이터(570)의 REF 입력에 공급될 수 있다. Vg2는 제1 저항기(R5)(574) 및 제2 저항기(R6)(576)를 포함하는 저항 분할기들에 의해 감쇠되고, 다음에 제2 션트 레귤레이터(572)의 REF 입력에 공급될 수 있다. 실시예에서, 제1 저항기(R5)(540) 및 제2 저항기(R6)(542)는 제1 저항기(R5)(574) 및 제2 저항기(R6)(576) Vg2와 동일한 값일 수 있다. 제1 션트 레귤레이터(570) 및 제2 션트 레귤레이터(572)는 2.5V의 내부 기준 전압을 가질 수 있다. 그들의 REF 노드들에서 인가된 전압이 2.5V보다 높을 때, 제1 션트 레귤레이터(570) 및 제2 션트 레귤레이터(572)는 큰 전류를 싱크할 수 있다. 그들의 REF 노드들에서 인가된 전압이 2.5V보다 낮을 때, 제1 션트 레귤레이터(570) 및 제2 션트 레귤레이터(572)는 매우 작은 대기 전류를 싱크할 수 있다.
큰 싱킹(sinking) 전류는 제2 트랜지스터 M2의 게이트 전압을 그것의 임계 아래의 레벨로 떨어지게 풀링(pull)할 수 있어서, 제2 트랜지스터 M2를 오프로 스위칭할 수 있다. 제1 션트 레귤레이터(570) 및 제2 션트 레귤레이터(572)는 그들의 캐소드들을 그들의 REF 노드들 아래로 다이오드의 Vf보다 많이 풀링하지 않을 수 있다. 따라서, 제2 트랜지스터 M2는 2V보다 높은 임계 전압을 가질 수 있다. 대안적으로, 1.5V와 같은 더 낮은 내부 기준 전압을 갖는 션트 레귤레이터가 사용될 수 있다.
Vg1 및 Vg2가 약 3V로 최대이면, VDD는 5V로 설정될 수 있고 감쇠 계수 α는 0.6으로 설정될 수 있다. 제1 앰프(536) 및 제2 앰프(538)가 레귤레이션 중에 있을 때, 션트 레귤레이터의 REF 노드에서 나타나는 전압은 1.8V의 최대일 것이고, 션트 레귤레이터는 최대 전류를 끌어들일 수 있고 제2 트랜지스터 M2의 게이트는 VDD를 향해 높게 풀링될 수 있다. 제1 앰프(536) 또는 제2 앰프(538)가 레귤레이션 중에 있지 않으면, 션트 레귤레이터는 NMOS를 오프로 스위칭할 수 있다.
하나 이상의 저항기, 다이오드, 및 캐패시터, 및 처리 단계를 포함하는, 도 5에 도시한 널리 공지된 구조들은 여기에 설명된 실시예들을 불명하게 하는 것을 피하기 위해 상세히 설명되지 않았다는 점에 주목하여야 한다.
이제 도 6을 참조하면, 하나 이상의 LED 어레이 내에 2-단계 선형 CCT 조정가능성을 제공하는 방법을 나타낸 플로우차트가 도시된다. 단계 602에서, 제1 입력 전류 I1이 2 채널 LED 구동기(402)의 제1 채널(412)로부터 수신될 수 있다. 단계 604에서, 제2 입력 전류 I2가 2 채널 LED 구동기(402)의 제2 채널(414)로부터 수신될 수 있다. 단계 606에서, 제1 입력 전류 I1 대 제2 입력 전류 I2의 비가 결정될 수 있다. 단계 608에서, 제1 입력 전류 I1 및 제2 입력 전류 I2는 상기 비에 기초하여 제1 출력 전류, 제2 출력 전류, 및 제3 출력 전류로 변환될 수 있다. 단계 610에서, 제1 출력 전류는 원하는 CCT 범위의 거의 단부에 CCT를 갖는 제1 LED 어레이(510)에 제공될 수 있고, 제2 출력 전류는 원하는 CCT 범위의 거의 반대 단부에 CCT를 갖는 제2 LED 어레이(516)에 제공될 수 있고, 제3 출력 전류는 원하는 CCT 범위의 거의 중간에 CCT를 갖는 제3 LED 어레이(514)에 제공될 수 있다.
도 6에 도시한 방법은 인터페이스 전류들 채널링 회로에 의해 수행될 수 있다. 인터페이스 전류들 채널링 회로는 2 채널 LED 구동기(402)의 제1 채널(412)로부터 제1 입력 전류 I2의 제1 입력 전압을 감지하는 제1 감지 저항기(502)를 포함할 수 있다. 제2 감지 저항기(504)는 2 채널 LED 구동기(402)의 제2 채널(414)로부터 제2 입력 전류 I2의 제2 입력 전압을 감지할 수 있다. 제1 감지 저항기(502)와 제2 감지 저항기(504)는 공통 노드 Vc에 결합된다. 제1 계산 회로(560)는 원하는 CCT 범위의 거의 단부에 CCT를 갖는 제1 LED 어레이(510)에 전력을 공급하도록 제1 출력 전압을 발생하기 위해 제1 입력 전압으로부터 제2 입력 전압을 감산하도록 구성될 수 있다. 제2 계산 회로(562)는 원하는 CCT 범위의 거의 반대 단부에 CCT를 갖는 제2 LED 어레이(516)에 전력을 공급하도록 제2 출력 전압을 발생하기 위해 제2 입력 전압으로부터 제1 입력 전압을 감산하도록 구성될 수 있다. 게이트 제어 블록(532)은 제1 입력 전류 I1과 제2 입력 전류 I2가 둘 다 레귤레이션 중에 있으면 원하는 CCT 범위의 거의 중간에 CCT를 갖는 제3 LED 어레이(514)에 전력을 공급하도록 제3 출력 전압을 발생하도록 구성될 수 있다.
특징들 및 요소들이 특정한 조합들로 위에 설명되었지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 각각의 특징 또는 요소는 단독으로 또는 다른 특징들 및 요소들과 임의로 조합하여 사용될 수 있다는 것을 알 것이다. 또한, 여기에 설명된 방법들은 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 실행하기 위한 컴퓨터 판독가능 매체 내에 통합된 컴퓨터 프로그램, 소프트웨어, 또는 펌웨어에서 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체들의 예들은 (유선 또는 무선 접속들을 통해 전송되는) 전자 신호들 및 컴퓨터 판독가능 저장 매체들을 포함한다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체들의 예들은 리드 온리 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 레지스터, 캐시 메모리, 반도체 메모리 디바이스들, 내부 하드 디스크들 및 이동식 디스크들과 같은 자기 매체들, 자기-광학 매체들, 및 CD-ROM 디스크들, 및 디지털 다기능 디스크들(DVD들)과 같은 광학 매체들을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.

Claims (20)

  1. 회로로서,
    제1 전류 채널로부터 제1 전류 레벨을 갖는 제1 입력 전류를 수신하도록 구성된 제1 입력 단자;
    제2 전류 채널로부터 제2 전류 레벨을 갖는 제2 입력 전류를 수신하도록 구성된 제2 입력 단자;
    상기 제1 전류 레벨이 상기 제2 전류 레벨보다 더 큰 조건일 때 상기 제1 전류 레벨에서 상기 제2 전류 레벨을 뺀 것과 동일하고, 상기 제1 전류 레벨이 상기 제2 전류 레벨 이하인 조건일 때 0과 동일한 레벨을 갖는 제1 구동 전류를 제공하도록 구성된 제1 전류 발생기;
    상기 제1 전류 레벨이 상기 제2 전류 레벨보다 더 큰 조건일 때 상기 제2 전류 레벨의 2배와 동일하고, 상기 제1 전류 레벨이 상기 제2 전류 레벨 이하인 조건일 때 상기 제1 전류 레벨의 2배와 동일한 레벨을 갖는 제2 구동 전류를 제공하도록 구성된 제2 전류 발생기; 및
    상기 제1 전류 레벨이 상기 제2 전류 레벨보다 더 큰 조건일 때 0과 동일하고, 상기 제1 전류 레벨이 상기 제2 전류 레벨 이하인 조건일 때 상기 제2 전류 레벨에서 상기 제1 전류 레벨을 뺀 것과 동일한 레벨을 갖는 제3 구동 전류를 제공하도록 구성된 제어기를 포함하는 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입력 단자 및 상기 제2 입력 단자를 포함하고, 상기 제1 전류 발생기, 상기 제2 전류 발생기, 및 상기 제어기가 배치되는 회로 보드를 더 포함하는 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전류 발생기는 적어도,
    상기 제1 입력 전류에 기초하여 제1 입력 전압을 수신하고, 상기 제1 입력 전압에 기초하여 제1 출력 전압을 제공하도록 전기적으로 결합된 제1 회로; 및
    상기 제1 출력 전압을 수신하고, 상기 제1 출력 전압의 레벨에 기초하여 상기 제1 구동 전류를 제공하도록 전기적으로 결합된 제1 전압 제어 전류원을 포함하는 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 전류 발생기는 적어도,
    상기 제2 입력 전류에 기초하여 제2 입력 전압을 수신하고, 상기 제2 입력 전압에 기초하여 제2 출력 전압을 제공하도록 전기적으로 결합된 제2 회로; 및
    상기 제2 출력 전압을 수신하고, 상기 제2 출력 전압의 레벨에 기초하여 상기 제2 구동 전류를 제공하도록 전기적으로 결합된 제2 전압 제어 전류원을 포함하는 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1 및 제2 전류 레벨들이 모두 0보다 더 큰 조건일 때 상기 제1 및 제2 입력 전압의 레벨들에 기초하여 레벨을 갖는 상기 제3 구동 전류를 제공하도록 구성된 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 스위치 및 게이트 제어 로직을 포함하고, 상기 게이트 제어 로직은 상기 제1 및 제2 전류 레벨들이 모두 0보다 더 큰 조건에 응답하여 상기 스위치를 켜고, 그렇지 않으면 상기 스위치를 끄도록 구성된 회로.
  7. 발광 다이오드(LED) 조명 시스템으로서,
    제1 범위의 제1 단부에서 제1 상관 색 온도(CCT)를 갖는 광을 방출하도록 구성된 제1 LED 어레이;
    상기 제1 범위의 제2 단부에서 제2 CCT를 갖는 광을 방출하도록 구성된 제2 LED 어레이;
    상기 제1 CCT와 상기 제2 CCT 사이의 범위에서 제3 CCT를 갖는 광을 방출하도록 구성된 제3 LED 어레이;
    2개의 출력 단자를 갖고, 상기 2개의 출력 단자의 각각에서 개별적인 전류를 제공하도록 구성된 2-채널 LED 구동기; 및
    2개의 입력 단자 및 3개의 출력 단자를 갖고, 상기 2개의 입력 단자의 각각은 상기 2-채널 LED 구동기의 2개의 출력 단자의 각각에 전기적으로 결합되고, 상기 3개의 출력 단자의 각각은 상기 제1, 제2, 제3 LED 어레이의 각각에 전기적으로 결합되어 각각 제1, 제2, 제3 구동 채널을 통해 상기 제1, 제2, 제3 LED 어레이의 각각에 개별적인 구동 전류를 제공하는 변환기 회로를 포함하는 LED 조명 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    적어도 상기 제1, 제2, 제3 LED 어레이가 배치되는 제1 회로 보드; 및
    상기 변환기 회로가 배치되는 제2 회로 보드를 더 포함하는 LED 조명 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 CCT는 온백색 광에 대응하고, 상기 제2 CCT는 냉백색 광에 대응하고, 상기 제3 CCT는 중간 백색 광에 대응하는 LED 조명 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3 구동 전류는 상기 제1, 제2, 제3 LED 어레이의 각각의 광 출력의 밝기를 조절하여 2700K와 6500K 사이의 조정가능 범위에 걸쳐 상기 LED 조명 시스템의 합성 광 출력을 제어하는 LED 조명 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 변환기 회로는,
    상기 2-채널 LED 구동기로부터의 제1 입력 전류에 기초하여 제1 입력 전압을 수신하도록 전기적으로 결합되고, 제2 입력 전압의 레벨에서 상기 제1 입력 전압의 레벨을 뺀 것과 동일한 레벨을 갖는 제1 출력 전압을 제공하도록 구성된 제1 계산 회로;
    상기 2-채널 LED 구동기로부터의 제2 입력 전류에 기초하여 상기 제2 입력 전압을 수신하도록 전기적으로 결합되고, 상기 제1 입력 전압의 레벨에서 상기 제2 입력 전압의 레벨을 뺀 것과 동일한 레벨을 갖는 제2 출력 전압을 제공하도록 구성된 제2 계산 회로;
    상기 제1 출력 전압의 레벨에 기초하여 레벨을 갖는 제1 구동 전류를 발생하도록 구성된 제1 전류 발생기;
    상기 제2 출력 전압의 레벨에 기초하여 레벨을 갖는 제2 구동 전류를 발생하도록 구성된 제2 전류 발생기; 및
    상기 제1 및 제2 입력 전류의 레벨들이 모두 0보다 더 큰 조건일 때 상기 제1 및 제2 입력 전압의 레벨들에 기초하여 레벨을 갖는 제3 구동 전류를 제공하도록 구성된 제어 회로를 포함하는 LED 조명 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 계산 회로는,
    상기 제1 입력 전압을 감쇠하도록 구성된 제1 분할 저항기;
    상기 감쇠된 제1 입력 전압을 필터링하도록 구성된 제1 저역 통과 필터; 및
    제1 연산 증폭기를 포함하는 LED 조명 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 계산 회로는,
    상기 제2 입력 전압을 감쇠하도록 구성된 제2 분할 저항기;
    상기 감쇠된 제2 입력 전압을 필터링하도록 구성된 제2 저역 통과 필터; 및
    제2 연산 증폭기를 포함하는 LED 조명 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 계산 회로는 상기 제1 입력 전압이 상기 제2 입력 전압보다 더 작은 조건일 때 상기 제1 출력 전압을 0으로 감소시키도록 구성된 LED 조명 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제2 계산 회로는 상기 제2 입력 전압이 상기 제1 입력 전압보다 더 작은 조건일 때 상기 제2 출력 전압을 0으로 감소시키도록 구성된 LED 조명 시스템.
  16. 디바이스로서,
    2개의 출력 단자를 갖고, 상기 2개의 출력 단자의 각각에서 개별적인 전류를 제공하도록 구성된 2-채널 LED 구동기; 및
    2개의 입력 단자 및 3개의 출력 단자를 갖고, 상기 2개의 입력 단자의 각각은 상기 2-채널 LED 구동기의 2개의 출력 단자의 각각에 전기적으로 결합되고, 상기 3개의 출력 단자의 각각은 개별적인 LED 구동 전류를 제공하도록 구성된 변환기 회로를 포함하는 디바이스.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 변환기 회로의 2개의 입력 단자 중 제1 입력 단자는 상기 2-채널 LED 구동기의 2개의 출력 단자 중 제1 출력 단자로부터 제1 전류 레벨을 갖는 제1 입력 전류를 수신하도록 구성되고,
    상기 변환기 회로의 2개의 입력 단자 중 제2 입력 단자는 상기 2-채널 LED 구동기의 2개의 출력 단자 중 제2 출력 단자로부터 제2 전류 레벨을 갖는 제2 입력 전류를 수신하도록 구성되고,
    상기 변환기 회로는,
    상기 제1 전류 레벨이 상기 제2 전류 레벨보다 더 큰 조건일 때 상기 제1 전류 레벨에서 상기 제2 전류 레벨을 뺀 것과 동일하고, 상기 제1 전류 레벨이 상기 제2 전류 레벨 이하인 조건일 때 0과 동일한 레벨을 갖는 제1 구동 전류를 제공하도록 구성된 제1 전류 발생기;
    상기 제1 전류 레벨이 상기 제2 전류 레벨보다 더 큰 조건일 때 상기 제2 전류 레벨의 2배와 동일하고, 상기 제1 전류 레벨이 상기 제2 전류 레벨 이하인 조건일 때 상기 제1 전류 레벨의 2배와 동일한 레벨을 갖는 제2 구동 전류를 제공하도록 구성된 제2 전류 발생기; 및
    상기 제1 전류 레벨이 상기 제2 전류 레벨보다 더 큰 조건일 때 0과 동일하고, 상기 제1 전류 레벨이 상기 제2 전류 레벨 이하인 조건일 때 상기 제2 전류 레벨에서 상기 제1 전류 레벨을 뺀 것과 동일한 레벨을 갖는 제3 구동 전류를 제공하도록 구성된 제어기를 더 포함하는 디바이스.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 입력 단자 및 상기 제2 입력 단자를 포함하고, 상기 제1 전류 발생기, 상기 제2 전류 발생기, 및 상기 제어기가 배치되는 회로 보드를 더 포함하는 디바이스.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 변환기 회로는,
    상기 2-채널 LED 구동기로부터의 상기 제1 입력 전류에 기초하여 제1 입력 전압을 수신하도록 전기적으로 결합되고, 제2 입력 전압의 레벨에서 상기 제1 입력 전압의 레벨을 뺀 것과 동일한 레벨을 갖는 제1 출력 전압을 제공하도록 구성된 제1 계산 회로;
    상기 2-채널 LED 구동기로부터의 상기 제2 입력 전류에 기초하여 상기 제2 입력 전압을 수신하도록 전기적으로 결합되고, 상기 제1 입력 전압의 레벨에서 상기 제2 입력 전압의 레벨을 뺀 것과 동일한 레벨을 갖는 제2 출력 전압을 제공하도록 구성된 제2 계산 회로;
    상기 제1 출력 전압의 레벨에 기초하여 레벨을 갖는 제1 구동 전류를 발생하도록 구성된 제1 전류 발생기;
    상기 제2 출력 전압의 레벨에 기초하여 레벨을 갖는 제2 구동 전류를 발생하도록 구성된 제2 전류 발생기; 및
    상기 제1 및 제2 전류 레벨들이 모두 0보다 더 큰 조건일 때 상기 제1 및 제2 입력 전압의 레벨들에 기초하여 레벨을 갖는 제3 구동 전류를 제공하도록 구성된 제어 회로를 포함하는 디바이스.
  20. 제17항에 있어서,
    개별적인 LED 구동 전류들은 각각 상이한 CCT로 LED 어레이를 구동하도록 구성되고, 상기 LED 어레이들의 CCT들은 온백색 광, 냉백색 광, 및 중간 백색 광에 대응하는 디바이스.
KR1020207002900A 2017-07-02 2018-06-29 2개의 독립적으로 제어되는 전류 채널들 및 3개의 cct들을 사용하여 흑체 선을 따르는 넓은 범위 cct 조정을 위한 방법 KR102216534B1 (ko)

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