KR102299131B1 - 다채널 디밍 ｌｅｄ 조명 장치 - Google Patents

다채널 디밍 ｌｅｄ 조명 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102299131B1
KR102299131B1 KR1020200070765A KR20200070765A KR102299131B1 KR 102299131 B1 KR102299131 B1 KR 102299131B1 KR 1020200070765 A KR1020200070765 A KR 1020200070765A KR 20200070765 A KR20200070765 A KR 20200070765A KR 102299131 B1 KR102299131 B1 KR 102299131B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
module
voltage
channel
led light
dimming
Prior art date
Application number
KR1020200070765A
Other languages
English (en)
Inventor
권옥환
문경식
이승호
김태호
송용철
Original Assignee
메를로랩 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 메를로랩 주식회사 filed Critical 메를로랩 주식회사
Priority to KR1020200070765A priority Critical patent/KR102299131B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102299131B1 publication Critical patent/KR102299131B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/34—Voltage stabilisation; Maintaining constant voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/347—Dynamic headroom control [DHC]
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/355—Power factor correction [PFC]; Reactive power compensation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits

Landscapes

  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

본 발명은 다채널 디밍 LED 조명 장치에 관한 것으로, 입력 교류전압을 인가받아 이를 직류전압으로 정류시키는 입력 정류모듈과, 입력 정류모듈에 연결되며, 역률을 개선하는 역률개선모듈과, 역률개선모듈에 연결된 일차 권선과 일차 권선에 전자기적으로 결합된 이차 권선을 가지며, 역률개선모듈로부터 출력된 신호의 전압을 변환하는 전력변환모듈과, 전력변환모듈의 이차 권선에 유기된 출력 전압을 정류시키는 출력 정류모듈과, 역률개선모듈의 출력단과 전력변환모듈의 입력단 사이에 연결되며, 특정의 피드백신호에 따라 PWM 제어신호를 생성하고, 생성된 PWM 제어신호에 의해 전력변환모듈의 동작을 제어하는 PWM 제어모듈과, 전력변환모듈의 2차측 신호를 역률개선모듈 또는 PWM 제어모듈로 피드백시키며, 특정의 피드백신호를 역률개선모듈 또는 PWM 제어모듈로 전달하는 피드백 모듈과, 출력 정류모듈에 연결되어 서로 병렬 연결된 복수의 LED 발광채널을 포함하고, 복수의 LED 발광채널 각각은 적어도 하나의 LED 발광소자를 가지는 다채널 LED 조명모듈과, 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 출력단에 입력단이 개별 접속되며, 특정의 디밍 제어신호에 따라 해당 LED 발광소자에 대한 전류공급 채널을 형성하는 다채널 LED 디밍구동모듈과, 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 출력단과 다채널 LED 디밍구동모듈의 입력단 사이에 연결되며, 다채널 LED 디밍구동모듈의 각 전류공급 채널에 대한 입력 전압들 중 가장 낮은 최소 입력 전압을 검출하는 최소전압 검출모듈과, 피드백 모듈과 출력 정류모듈 사이에 연결되며, 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 오프(OFF) 동작 시 기 설정된 제1 타겟 전압으로 조절하여 출력 정류모듈로부터 출력된 2차측 출력 전압을 제어하는 제1 전압제어모듈과, 피드백 모듈과 최소전압 검출모듈 사이에 연결되며, 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 온(ON) 동작 시 최소전압 검출모듈로부터 검출된 최소 입력 전압을 인가받아 최소 입력 전압을 통해 기 설정된 제2 타겟 전압으로 조절하여 출력 정류모듈로부터 출력된 2차측 출력 전압을 제어하는 제2 전압제어모듈을 포함함으로써, AC/DC 컨버터의 출력 전압 및 LED 발광소자의 전압 변화에도 안정적으로 동작하고 저비용 및 고효율을 갖는 효과가 있다.

Description

다채널 디밍 ＬＥＤ 조명 장치{MULTICHANNEL DIMMING LED LIGHTING APPARATUS}
본 발명은 다채널 디밍 LED 조명 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 AC/DC 컨버터(Converter)를 적용하여 LED(Light Emitting Diode) 조명의 디밍(Dimming) 제어 시 AC/DC 컨버터의 출력 전압 및 LED 발광소자의 전압 변화에도 안정적으로 동작하는 다채널 디밍 LED 조명 장치에 관한 것이다.
사람들의 삶의 질이 향상됨에 따라 일반 가정이나 사무실 등에서 쾌적한 실내 환경을 추구하며, 이러한 실내의 분위기를 조성하는 요인으로 어두움을 밝히는 조명 기구에 관심을 보이게 된다.
한편, 지구온난화의 주범인 이산화탄소(CO2), 아황산가스(SO2), 이산화질소(NO2)의 사용 감소가 절실히 요구되는 가운데 조명 분야에서도 소비 전력을 현저하게 줄이고 광원의 효율은 극대화하여 환경(Green)과 경제(Growth)의 상생을 구체화하는 녹색 성장의 기술로 각광 받을 수 있는 새로운 조명 기구의 개발 및 사용이 활발하게 진행되고 있다.
이에 따라 종래 광원에 비해 소형이고, 수명이 길며, 전기 에너지가 빛 에너지로 직접 변환하기 때문에 전력이 적게 소모되며 효율이 좋은 것으로 알려져 있는 LED(Light Emitting Diode) 발광소자를 이용한 LED 조명 장치는, 네온 형광등에 비해 최소 8배 이상의 긴 수명과 백열등 전력 대비 67%, 형광등 전력 대비 17%의 저 소비 전력으로 경제적이며, 무수은 광원으로 환경 친화적이라 할 수 있어, 백열램프 및 형광등과 같은 기존의 조명 장치를 대체할 광원으로서 많은 관심을 받고 있다.
이러한 LED 조명 장치에 적합한 전원을 공급하면서 LED 발광소자를 구동시키는데 있어서는, 일정한 전압을 LED 발광소자 양단에 공급해 주는 정전압 방식이 주종을 이루던 종래와 달리, LED 발광소자는 발광 조건에서 비교적 일정한 전압을 유지하고, 다만 전류의 인가 량에 따라 광량이 조절되기에 과전류가 흐르면 발열을 통해 소자가 파괴되므로 안정하게 사용하기 위해서는 인가되는 전류를 원하는 값 수준에서 일정하게 유지할 필요가 있게 되어 정전류 회로가 많이 사용되고 있다.
종래의 면(평판) 조명의 디밍(Dimming) 기능이 있는 제품에 적용되고 잇는 LED 조명용 컨버터(Converter)는, 입력 단자에서는 프리 볼트(Free Voltage)의 교류(AC) 입력을 받고, PFC(Power Factor Correction)에서 역률 개선 및 약 400V의 직류(DC) 전원을 만들어 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭으로 스위칭 트랜스포머(Transformer)를 구동하여 2차측에 필요한 전원을 공급하는데, 이 경우 정전압으로 구동을 한다.
그리고, 이후에 마이컴 콘트롤 보드를 구비하여 면(평판) 조명에 필요한 유선 및 무선 통신, 평판조명 에러 검출, 리모트 컨트롤 등과 같은 제어를 하며, 면(평판) 조명 관련 LED 드라이버는 조명의 밝기 및 디밍(Dimming)을 구현하면서 LED 발광소자의 수명을 보장하기 위해 정전류 제어를 한다.
종래 LED 조명용 컨버터에 적용하는 정전류 회로는 공급받은 직류 전압과 관계없이 직렬로 다수 접속되는 LED 발광소자들에 흐르는 전류를 일정하게 유지시키도록 한다.
이러한 LED 발광소자들은 내부 저항이 작아서 전압이 조금만 변해도 전류 변화가 심하며, 이에 따라 과전류가 흐를 위험이 많고, 또한 LED 발광소자는 다이오드(Diode)의 일종으로 온도가 올라가면 VF(순방향 전압 강하)가 낮아져 전류가 증가하기 때문에 LED 발광소자들은 정전류로 구동되게 한다.
한편, LED 발광소자들의 순방향 전압(Forward voltage)은 전류 밀도(Current density) 또는 순방향 전류(Forward current)와 LED 발광소자들의 온도, 공정 편차 등에 따라 변하게 되고, 그로 인해 Linear driving 구조에서의 LED 디밍 제어회로에서는 스위칭 소자들(예컨대, MOSFET, BJT 등)의 전력 손실(Power loss)과 발열을 억제하기 위하여 충분히 큰 소자를 적용할 수밖에 없어 회로 구현에 있어서 비효율적이며 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
국내등록특허 제10-1264146호(2013.05.14. 공고)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 AC/DC 컨버터(Converter)를 적용하여 LED(Light Emitting Diode) 조명의 디밍(Dimming) 제어 시 LED 발광소자의 전압 공정 편차와 디밍 동작 및 온도에 따른 LED 발광소자의 전압 변화에 능동적으로(active) LED 디밍구동을 위한 스위칭 소자의 설계 설정값(Headroom voltage)을 일정하게 유지함으로써, AC/DC 컨버터의 출력 전압 및 LED 발광소자의 전압 변화에도 안정적으로 동작하고 저비용 및 고효율을 갖는 다채널 디밍 LED 조명 장치를 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 입력 교류전압을 인가받아 이를 직류전압으로 정류시키는 입력 정류모듈; 상기 입력 정류모듈에 연결되며, 역률을 개선하는 역률개선모듈; 상기 역률개선모듈에 연결된 일차 권선과 상기 일차 권선에 전자기적으로 결합된 이차 권선을 가지며, 상기 역률개선모듈로부터 출력된 신호의 전압을 변환하는 전력변환모듈; 상기 전력변환모듈의 이차 권선에 유기된 출력 전압을 정류시키는 출력 정류모듈; 상기 역률개선모듈의 출력단과 상기 전력변환모듈의 입력단 사이에 연결되며, 특정의 피드백신호에 따라 PWM 제어신호를 생성하고, 생성된 PWM 제어신호에 의해 상기 전력변환모듈의 동작을 제어하는 PWM 제어모듈; 상기 전력변환모듈의 2차측 신호를 상기 역률개선모듈 또는 상기 PWM 제어모듈로 피드백(feedback)시키며, 특정의 피드백신호를 상기 역률개선모듈 또는 상기 PWM 제어모듈로 전달하는 피드백 모듈; 상기 출력 정류모듈에 연결되어 서로 병렬 연결된 복수의 LED 발광채널을 포함하고, 상기 복수의 LED 발광채널 각각은 적어도 하나의 LED 발광소자를 가지는 다채널 LED 조명모듈; 상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 출력단에 입력단이 개별 접속되며, 특정의 디밍 제어신호에 따라 해당 LED 발광소자에 대한 전류공급 채널을 형성하는 다채널 LED 디밍구동모듈; 상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 출력단과 상기 다채널 LED 디밍구동모듈의 입력단 사이에 연결되며, 상기 다채널 LED 디밍구동모듈의 각 전류공급 채널에 대한 입력 전압들 중 가장 낮은 최소 입력 전압을 검출하는 최소전압 검출모듈; 상기 피드백 모듈과 상기 출력 정류모듈 사이에 연결되며, 상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 오프(OFF) 동작 시 기 설정된 제1 타겟 전압으로 조절하여 상기 출력 정류모듈로부터 출력된 2차측 출력 전압을 제어하는 제1 전압제어모듈; 및 상기 피드백 모듈과 상기 최소전압 검출모듈 사이에 연결되며, 상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 온(ON) 동작 시 상기 최소전압 검출모듈로부터 검출된 최소 입력 전압을 인가받아 상기 최소 입력 전압을 통해 기 설정된 제2 타겟 전압으로 조절하여 상기 출력 정류모듈로부터 출력된 2차측 출력 전압을 제어하는 제2 전압제어모듈을 포함하는 다채널 디밍 LED 조명 장치를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 다채널 LED 디밍구동모듈은, 상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 출력단에 드레인(D1)이 전기적으로 접속되고, 소스(S1)가 시스템 접지부(Gs)에 공통 접속되는 제1 스위칭 소자(Q1); 특정의 디밍 제어신호에 대한 전압과 상기 시스템 접지부(Gs)의 접지단으로부터 입력되는 전압을 비교하는 제1 연산증폭기(CP1); 및 상기 제1 스위칭 소자(Q1)의 소스(S1)와 상기 시스템 접지부(Gs) 사이에 직렬로 연결되는 접지저항(Rg)을 포함하되, 상기 제1 연산증폭기(CP1)의 출력단자가 상기 제1 스위칭 소자(Q1)의 게이트(G1)에 전기적으로 접속되며, 상기 제1 연산증폭기(CP1)의 반전 입력단자(-)가 상기 접지저항(Rg)의 일단에 피드백으로 연결되어 부궤환 회로를 형성하며, 상기 기 설정된 제1 타겟 전압은, 상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자에 최대로 전류가 흐를 경우, 각각의 LED 발광소자에 걸리는 최대 전압, 상기 제1 스위칭 소자(Q1)의 드레인(D1)과 소스(S1)에 걸리는 전압, 및 상기 접지저항(Rg)의 양단에 걸리는 전압을 모두 더한 값보다 크게 설정됨이 바람직하다.
바람직하게, 상기 제1 연산증폭기(CP1)의 출력단자와 상기 제1 스위칭 소자(Q1)의 게이트(G1) 사이에 드레인(D2)이 전기적으로 접속되고, 소스(S2)가 상기 시스템 접지부(Gs)에 공통 접속되며, 게이트(G2)에 상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 전원 오프(OFF) 동작신호 또는 0% 밝기의 디밍 제어신호의 입력 시 활성화되도록 구비되는 제2 스위칭 소자(Q2)가 더 포함될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 전압제어모듈은, 비례 적분(Proportional Integral, PI) 제어 형태로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 제2 전압제어모듈은, 상기 기 설정된 제2 타겟 전압을 위한 기준 전압과 상기 최소전압 검출모듈로부터 검출된 최소 입력 전압을 비교하는 제2 연산증폭기(CP2); 및 상기 제2 연산증폭기(CP2)의 반전 입력단자(-)와 상기 최소전압 검출모듈의 출력단 사이에 드레인(D3)이 전기적으로 접속되고, 소스(S3)가 시스템 접지부(Gs)에 공통 접속되며, 게이트(G3)에 상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 전원 오프(OFF) 동작신호 또는 0% 밝기의 디밍 제어신호의 입력 시 활성화되도록 구비되는 제3 스위칭 소자(Q3)를 포함하되, 상기 최소전압 검출모듈의 출력단이 상기 제2 연산증폭기(CP2)의 반전 입력단자(-)에 전기적으로 접속됨과 아울러 상기 제2 연산증폭기(CP2)의 비반전 입력단자(+)에 상기 기 설정된 제2 타겟 전압을 위한 기준 전압이 인가되며, 상기 제2 연산증폭기(CP2)의 반전 입력단자(-)가 RC 직렬회로를 거쳐 상기 제2 연산증폭기(CP2)의 출력단자에 피드백으로 연결되어 비례 적분(PI) 제어 형태로 이루어지며, 상기 기 설정된 제2 타겟 전압은, 상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자에 최대로 전류가 흐를 수 있는 상기 다채널 LED 디밍구동모듈에 구비된 제1 스위칭 소자(Q1)의 헤드룸 전압(Headroom voltage) 값으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 제2 연산증폭기(CP2)의 출력단에 캐소드(C)가 전기적으로 접속되고, 애노드(A)가 상기 제2 전압제어모듈과 연결된 피드백 모듈의 일단에 전기적으로 접속되는 블로킹 다이오드(DB)가 더 포함될 수 있다.
바람직하게, 상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 LED 발광소자가 둘 이상일 경우, 각각의 LED 발광소자가 어레이 형태로 직렬 연결될 수 있다.
바람직하게, 외부로부터 특정의 제어신호를 수신 받아 이를 기반으로 해당 특정의 제어신호에 대응되는 특정의 디밍 제어신호를 생성하여 상기 다채널 LED 디밍구동모듈로 전달하는 디밍 제어모듈이 더 포함될 수 있다.
바람직하게, 상기 외부로부터 수신된 특정의 제어신호는, 별도의 사용자 단말에 미리 설치된 LED 조명 제어관련 어플리케이션을 통해 생성된 디밍 정보를 기반으로 무선 전송될 수 있다.
바람직하게, 상기 다채널 LED 디밍구동모듈과 상기 디밍 제어모듈 사이에 연결되며, 아날로그 디밍(Analog dimming)을 위하여 상기 디밍 제어모듈로부터 전송되는 특정의 디지털 제어신호를 아날로그로 변환하는 D/A 변환기 또는 RC 로우패스필터(Low Pass Filter, LPF)가 더 포함될 수 있다.
바람직하게, 상기 피드백 모듈은, 턴-온(Turn-ON), 턴-오프(Turn-OFF)하여 감지되는 상기 전력변환모듈의 2차측 전압과 전류에 대한 신호를 상기 역률개선모듈 또는 상기 PWM 제어모듈로 전송하는 포토커플러(Photo Coupler)를 포함하여 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 다채널 디밍 LED 조명 장치에 따르면, AC/DC 컨버터(Converter)를 적용하여 LED(Light Emitting Diode) 조명의 디밍(Dimming) 제어 시 LED 발광소자의 전압 공정 편차와 디밍 동작 및 온도에 따른 LED 발광소자의 전압 변화에 능동적으로(active) LED 디밍구동을 위한 스위칭 소자의 설계 설정값(Headroom voltage)을 일정하게 유지함으로써, AC/DC 컨버터의 출력 전압 및 LED 발광소자의 전압 변화에도 안정적으로 동작하고 저비용 및 고효율을 갖는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 디밍 LED 조명 장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 디밍 LED 조명 장치를 설명하기 위한 구체적인 회로 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용된 LED 발광소자의 온/오프(LEDON/OFF) 동작에 따른 출력 정류모듈의 출력 전압(Vout)을 비롯하여 다수 채널의 LED 발광소자 중의 최대 전압(VLED_Max) 및 전류(ILED)에 대한 동작 파형을 나타낸 도면이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.
그리고, 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 디밍 LED 조명 장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 디밍 LED 조명 장치를 설명하기 위한 구체적인 회로 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용된 LED 발광소자의 온/오프(LEDON/OFF) 동작에 따른 출력 정류모듈의 출력 전압(Vout)을 비롯하여 다수 채널의 LED 발광소자 중의 최대 전압(VLED_Max) 및 전류(ILED)에 대한 동작 파형을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 디밍 LED 조명 장치는, 크게 입력 정류모듈(100), 역률개선모듈(150), 전력변환모듈(200), 출력 정류모듈(250), PWM 제어모듈(300), 피드백 모듈(350), 다채널 LED 조명모듈(400), 다채널 LED 디밍구동모듈(450), 최소전압 검출모듈(500), 제1 전압제어모듈(550), 및 제2 전압제어모듈(600) 등을 포함하여 구성되어 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 디밍 LED 조명 장치는 추가적으로 디밍 제어모듈(650), D/A 변환기(D/A Converter) 또는 RC 로우패스필터(Low Pass Filter, LPF) 등을 더 포함할 수도 있다. 한편, 도 1 및 도 2에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 디밍 LED 조명 장치는 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 가질 수도 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 디밍 LED 조명 장치의 구성요소들에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
입력 정류모듈(100)은 입력 교류전압(예컨대, AC 110V, AC 220V, AC 380V 등)을 인가받아 이를 직류전압으로 정류시키는 기능을 수행한다. 이러한 입력 정류모듈(200)은 브릿지 다이오드(Bridge diode)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
한편, 도면에 도시되진 않았지만, 입력 정류모듈(100)의 입력측에 입력 교류전압을 필터링하는 EMI(Electro Magnetic Interference) 필터가 더 포함되어 이루어질 수 있다.
역률개선모듈(150)(Power Factor Correction, PFC)은 입력 정류모듈(200)에 연결되어 있으며, 역률을 개선하는 기능을 수행하는 바, 고조파 규제를 만족시키는 역할을 수행할 수 있으며, 항상 출력 전압이 입력 전압보다 높은 부스트 컨버터가 주로 사용될 수 있다.
전력변환모듈(200)(Transformer)은 역률개선모듈(150) 및/또는 PWM 제어모듈(250)에 연결된 1차 권선에 전자기적으로 결합된 2차 권선을 가지며, 역률개선모듈(150)로부터 출력된 신호의 전압을 변환하는 기능을 수행한다.
즉, 전력변환모듈(200)은 2차측과 1차측이 절연되어 PWM 제어모듈(250)을 통해 스위칭(Switching) 된 전압을 1차 권선으로부터 2차 권선으로 유기시킬 수 있다.
이러한 전력변환모듈(200)은 역률개선모듈(150)로부터 인가된 직류전압에 기초하여 구동 전원을 생성하기 위해 1차측의 1차 권선과 2차측의 2차 권선이 절연된 플라이백 트랜스포머(Flyback Transformer)로 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 절연된(Isolated) 구조의 다른 트랜스포머의 경우도 적용 가능하다.
출력 정류모듈(250)은 전력변환모듈(200)의 2차 권선에 유기된 출력 전압을 정류시키는 기능을 수행한다.
즉, 출력 정류모듈(250)은 전력변환모듈(200)에서 출력된 교류(AC) 전압을 다채널 LED 조명모듈(400)에 공급하기 위한 직류(DC) 전압으로 정류시킬 수 있다.
이러한 출력 정류모듈(250)은 정류 다이오드(Do)와 평활 커패시터(Co)를 포함할 수 있다. 구체적으로 정류 다이오드(Do)는 애노드가 전력변환모듈(200)의 2차 권선의 일단에 연결될 수 있다. 평활 커패시터(Co)의 일단은 정류 다이오드(Do)의 캐소드에 연결될 수 있고 타단은 전력변환모듈(200)의 2차 권선의 타단에 연결될 수 있다.
PWM 제어모듈(300)은 역률개선모듈(150)의 출력단과 전력변환모듈(200)의 입력단 사이에 연결되어 있으며, 특정의 피드백신호에 따라 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호를 생성하고, 생성된 PWM 제어신호에 의해 전력변환모듈(200)의 동작을 제어하는 기능을 수행한다.
즉, PWM 제어모듈(300)은 역률개선모듈(150)로부터 인가된 직류 전압을 스위칭 시켜 전력변환모듈(200)의 2차측에 전력을 전달할 수 있다. 구체적으로 피드백 절연모듈(350)의 포토커플러(Photo Coupler, PC)로부터의 전압(또는 피드백 신호)에 의거하여 일정 폭의 온 펄스폭 신호(또는 PWM 제어신호)를 생성하고, 이 온 펄스폭 신호에 의하여 스위칭 소자(예컨대, MOSFET, BJT 등)를 온/오프(ON\/OFF) 시킨다.
피드백 모듈(350)은 전력변환모듈(200)의 2차측 신호를 역률개선모듈(150) 및/또는 PWM 제어모듈(300)로 피드백(feedback)시키며, 특정의 피드백신호를 역률개선모듈(150) 및/또는 PWM 제어모듈(300)로 전달하는 기능을 수행한다.
또한, 피드백 모듈(350)은 턴-온(Turn-ON), 턴-오프(Turn-OFF)하여 감지되는 전력변환모듈(200)의 2차측 전압과 전류에 대한 신호를 역률개선모듈(150) 및/또는 PWM 제어모듈(300)로 전송하는 포토커플러(Photo Coupler, PC)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
이러한 상기 포토커플러(PC)는 전기 신호를 빛으로 결합시키며, 발광부와 수광부가 서로 전기적으로 절연되어 구비될 수 있다.
즉, 상기 포토커플러(PC)는 시스템의 전기 절연(galvanic isolation) 영역간에 신호를 전송하는 일반적인 방법으로, 1차측으로의 피드백은 포토커플러(PC)의 다이오드 측을 통해 흐르는 전류에 의해 제어된다. 그리고, 2차측에서는 포토커플러(PC)의 다이오드 측을 통해 전류를 싱킹(Sinking)시킴으로써 피드백(feedback)되는 타겟(Target)(전압 또는 전류)이 증가하게 되면 감소시키는 방향으로 제어하는 역할을 하며 1차측의 풀-업(Pull-up) 전류는 타겟이 감소하면 증가시키는 방향으로 소싱(Sourcing)하는 것이다.
다채널 LED 조명모듈(400)은 출력 정류모듈(250)에 연결되어 서로 병렬 연결된 복수의 LED 발광채널(CH1 내지 CHn)을 포함하고, 상기 복수의 LED 발광채널(CH1 내지 CHn) 각각은 적어도 하나의 LED 발광소자(LED1 내지 LEDn)를 포함한다.
또한, 다채널 LED 조명모듈(400)을 형성하는 각 LED 발광채널(CH1 내지 CHn)에 구비된 LED 발광소자(LED1 내지 LEDn)가 둘 이상일 경우, 각각의 LED 발광소자(LED1 내지 LEDn)가 어레이 형태로 직렬 연결될 수 있다.
즉, 다채널 LED 조명모듈(400)은 출력 정류모듈(250)을 통과한 출력 전압을 인가받아 각 LED 발광채널(CH1 내지 CHn)의 각 LED 발광소자(LED1 내지 LEDn)를 동작시킬 수 있다. 이때, 출력 전압은 제1 LED 발광소자(LED1)의 애노드에 인가될 수 있고, 제1 LED 발광소자(LED1)의 캐소드는 제2 LED 발광소자(LED2)의 애노드에 연결될 수 있다.
다채널 LED 디밍구동모듈(450)은 다채널 LED 조명모듈(400)을 형성하는 각 LED 발광채널(CH1 내지 CHn)에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자(LED1 내지 LEDn)의 출력단에 입력단이 개별 접속되어 있으며, 특정의 디밍 제어신호(예컨대, 아날로그 디밍 제어신호 또는 PWM 디밍 제어신호 등)에 따라 해당 LED 발광소자(LED1 내지 LEDn)에 대한 전류공급 채널을 형성하는 기능을 수행한다.
이러한 다채널 LED 디밍구동모듈(450)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 제1 스위칭 소자(Q1), 제1 연산증폭기(CP1), 및 접지저항(Rg) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제1 스위칭 소자(Q1)의 드레인(D1)은 다채널 LED 조명모듈(400)을 형성하는 각 LED 발광채널(CH1 내지 CHn)에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자(LED1 내지 LEDn)의 출력단에 전기적으로 접속되어 있고, 소스(S1)는 시스템 접지부(Gs)에 공통 접속되어 있으며, 게이트(G1)는 제1 연산증폭기(CP1)의 출력단자에 전기적으로 접속되어 있다.
이러한 제1 스위칭 소자(Q1)는 예컨대, 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(Matel-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET) 또는 양극성 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor, BJT) 등으로 구현될 수 있다.
제1 연산증폭기(OP-AMP)(CP1)는 특정의 디밍 제어신호에 대한 전압과 시스템 접지부(Gs)의 접지단으로부터 입력되는 전압을 비교하는 기능을 수행한다.
이러한 제1 연산증폭기(CP1)의 출력단자가 제1 스위칭 소자(Q1)의 게이트(G1)에 전기적으로 접속되어 있고, 제1 연산증폭기(CP1)의 비반전 입력단자(+)는 무선 통신 제어모듈(650)의 출력측에 연결되어 특정의 디밍 제어신호를 인가받으며, 제1 연산증폭기(CP1)의 반전 입력단자(-)는 접지저항(Rg)의 일단에 피드백(feedback)으로 연결되어 부궤환 회로를 형성한다.
접지저항(Rg)은 제1 스위칭 소자(Q1)의 소스(S1)와 시스템 접지부(Gs) 사이에 직렬로 연결되어 있다.
추가적으로, 제1 연산증폭기(CP1)의 출력단자와 제1 스위칭 소자(Q1)의 게이트(G1) 사이에 드레인(D2)이 전기적으로 접속되고, 소스(S2)가 시스템 접지부(Gs)에 공통 접속되며, 게이트(G2)에 다채널 LED 조명모듈(400)을 형성하는 각 LED 발광채널(CH1 내지 CHn)에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자(LED1 내지 LEDn)의 전원 오프(OFF) 동작신호 또는 0% 밝기의 디밍 제어신호(DIM_OFF)의 입력 시 활성화되도록 구비되는 제2 스위칭 소자(Q2)가 더 포함될 수 있다.
이러한 제2 스위칭 소자(Q2)는 예컨대, 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET) 또는 양극성 접합 트랜지스터(BJT) 등으로 구현될 수 있다.
최소전압 검출모듈(500)은 다채널 LED 조명모듈(400)을 형성하는 각 LED 발광채널(CH1 내지 CHn)에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자(LED1 내지 LEDn)의 출력단과 다채널 LED 디밍구동모듈(450)의 입력단 사이에 연결되어 있으며, 다채널 LED 디밍구동모듈(450)의 각 전류공급 채널에 대한 입력 전압들(V1 내지 Vn) 중 가장 낮은 최소 입력 전압을 검출하는 기능을 수행한다.
그리고, 다채널 구조의 경우 다채널 LED 조명모듈(400)의 모든 채널에서 LED 발광소자(LED1 내지 LEDn)의 전류 왜곡 없이 조절(Regulation)되기 위해서 헤드룸 전압(Headroom voltage)이 가장 낮은(즉, LED 순방향 전압(forward voltage)이 가장 높은) 부분을 검출할 필요가 있고 그로 인해 최소전압 검출모듈(500)이 필요하게 된다.
이러한 최소전압 검출모듈(500)은 여러 형태로 구성할 수 있으며(예컨대, BJT, Sample&Hold circuit, Diode 등), 본 발명의 일 실시예에서는 각 LED 발광채널(CH1 내지 CHn)에 연결된 복수의 다이오드(D1 내지 Dn)와 다이오드 경로(Diode path)를 생성하기 위한 미세 소스 전류(Source current) 즉, 풀-업 저항(Pull-up resistor)(Rp)을 포함하여 이루어진다.
즉, 상기 복수의 다이오드(D1 내지 Dn)의 캐소드는 다채널 LED 조명모듈(400)을 형성하는 각 LED 발광채널(CH1 내지 CHn)에 연결되어 있고, 애노드는 제2 전압제어모듈(600)의 입력측 즉, 제2 연산증폭기(CP2)의 반전 입력단자(-)에 연결되어 있다.
그리고, 풀-업 저항(Pull-up resistor)(Rp)의 일단은 상기 복수의 다이오드(D1 내지 Dn)의 애노드에 연결되어 있으며, 타단은 접지(Ground)된다.
제1 전압제어모듈(550)은 피드백 절연모듈(350)과 출력 정류모듈(250) 사이에 연결되어 있으며, 다채널 LED 조명모듈(400)을 형성하는 각 LED 발광채널(CH1 내지 CHn)에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자(LED1 내지 LEDn)의 오프(OFF) 동작 시 기 설정된 제1 타겟 전압으로 조절하여 출력 정류모듈(250)로부터 출력된 2차측 출력 전압을 제어하는 기능을 수행한다.
이때, 상기 기 설정된 제1 타겟 전압은 다채널 LED 조명모듈(400)을 형성하는 각 LED 발광채널(CH1 내지 CHn)에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자(LED1 내지 LEDn)에 최대로 전류가 흐를 경우(I_LED_max), 각각의 LED 발광소자(LED1 내지 LEDn)에 걸리는 최대 전압(n*V_LED), 제1 스위칭 소자(Q1)의 드레인(D1)과 소스(S1)에 걸리는 전압(V_pass element=RDS(ON)*I_LED_max), 및 접지저항(Rg)의 양단에 걸리는 전압(V_ref)을 모두 더한 값(n*V_LED + V_pass element + V_ref) 즉, Max LED Array 전압보다 크게 설정됨이 바람직하다.
이러한 제1 전압제어모듈(550)은 분배저항(R1, R2)을 비롯하여 분로 조절기(Shunt regulator)(TL431)와 RC 직렬회로(RC1)를 이용하여 비례 적분(Proportional Integral, PI) 제어 형태로 구성함이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 후술하는 제2 전압제어모듈(600)과 마찬가지로 제2 연산증폭기(CP2)와 RC 직렬회로(RC2)를 이용하여 비례 적분(PI) 제어 형태로 구성할 수도 있다.
즉, 다채널 LED 조명모듈(400)을 형성하는 각 LED 발광채널(CH1 내지 CHn)의 디밍(Dimming)이 오프(OFF)될 경우에도 후술하는 디밍 제어모듈(650)의 전원공급 및 AC/DC 컨버터(Converter)(즉, 입력 정류모듈(100), 역률개선모듈(150), 전력변환모듈(200), 출력 정류모듈(250), PWM 제어모듈(300), 및/또는 피드백 모듈(350) 등)의 출력이 제어되어야 함으로, 제1 전압제어모듈(550)의 분배저항(R1, R2)으로 전압 루프(Voltage loop)가 형성되어 출력이 생성될 수 있다.
제2 전압제어모듈(600)은 피드백 모듈(350)과 최소전압 검출모듈(500) 사이에 연결되어 있으며, 다채널 LED 조명모듈(400)을 형성하는 각 LED 발광채널(CH1 내지 CHn)에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자(LED1 내지 LEDn)의 온(ON) 동작 시 최소전압 검출모듈(500)로부터 검출된 최소 입력 전압을 인가받아 상기 최소 입력 전압을 통해 기 설정된 제2 타겟 전압으로 조절하여 출력 정류모듈(250)로부터 출력된 2차측 출력 전압을 제어하는 기능을 수행한다.
이러한 제2 전압제어모듈(600)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 제2 연산증폭기(CP2), RC 직렬회로(RC2), 및 제3 스위칭 소자(Q3) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제2 연산증폭기(OP-AMP)(CP2)는 상기 기 설정된 제2 타겟 전압을 위한 기준(Reference) 전압과 최소전압 검출모듈(500)로부터 검출된 최소 입력 전압을 비교하는 기능을 수행한다.
이러한 제2 연산증폭기(CP2)의 반전 입력단자(-)는 최소전압 검출모듈(500)의 출력단에 전기적으로 접속되어 있으며, 비반전 입력단자(+)는 상기 기 설정된 제2 타겟 전압을 위한 기준 전압이 인가된다.
이때, 상기 기 설정된 제2 타겟 전압은, 다채널 LED 조명모듈(400)을 형성하는 각 LED 발광채널(CH1 내지 CHn)에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자(LED1 내지 LEDn)에 최대로 전류가 흐를 수 있는 다채널 LED 디밍구동모듈(450)에 구비된 제1 스위칭 소자(Q1)의 헤드룸 전압(Headroom voltage) 값으로 이루어질 수 있다.
RC 직렬회로(RC2)는 제2 연산증폭기(CP2)의 출력단과 제2 연산증폭기(CP2)의 반전 입력단자(-) 사이에 저항(R)과 커패시터(C)가 직렬로 연결되어 있다.
제3 스위칭 소자(Q3)의 드레인(D3)은 제2 연산증폭기(CP2)의 반전 입력단자(-)와 최소전압 검출모듈(500)의 출력단 사이에 전기적으로 접속되어 있고, 소스(S3)는 시스템 접지부(Gs)에 공통 접속되어 있으며, 게이트(G3)에 다채널 LED 조명모듈(400)을 형성하는 각 LED 발광채널(CH1 내지 CHn)에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자(LED1 내지 LEDn)의 전원 오프(OFF) 동작신호 또는 0% 밝기의 디밍 제어신호(DIF_OFF)의 입력 시 활성화되도록 구비되어 있다.
상기와 같이 구성된 제2 전압제어모듈(600)은 제2 연산증폭기(CP2)의 반전 입력단자(-)가 RC 직렬회로(RC2)를 거쳐 제2 연산증폭기(CP2)의 출력단자에 피드백(feedback)으로 연결되어 비례 적분(PI) 제어 형태로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제2 연산증폭기(CP2)의 출력단에 캐소드가 전기적으로 접속되고, 애노드가 제2 전압제어모듈(600)과 연결된 피드백 모듈(350)의 일단에 전기적으로 접속되는 블로킹 다이오드(Blocking Diode, DB)가 더 포함될 수 있다.
즉, 다채널 LED 조명모듈(400)을 형성하는 각 LED 발광채널(CH1 내지 CHn)의 디밍(Dimming) 동작 시에는 각 LED 발광채널(CH1 내지 CHn) 중 헤드룸 전압이 가장 낮은 다채널 LED 디밍구동모듈(450)에 구비된 제1 스위칭 소자(Q1)의 헤드룸 전압(Headroom voltage) 값이 타겟 전압으로 조절(regulation)될 수 있다.
한편, 최소전압 검출모듈(500)의 출력은 100/120Hz 리플(ripple)을 그대로 포함하고 있어서 제어 루프(Control loop)의 크로스오버 주파수(crossover frequency)는 리플 주파수(ripple frequency)보다 훨씬 작아야 하고 그래야 리플 전압(ripple voltage)은 조절(regulation)되지 않는다.
추가적으로, 디밍 제어모듈(650)은 외부로부터 특정의 제어신호를 수신 받아 이를 기반으로 해당 특정의 제어신호에 대응되는 특정의 디밍 제어신호를 생성하여 다채널 LED 디밍구동모듈(450)로 전달하는 기능을 수행한다.
여기서, 상기 외부로부터 수신된 특정의 제어신호는, 별도의 사용자 단말(도면에 도시되지 않음)에 미리 설치된 LED 조명 제어관련 어플리케이션을 통해 생성된 디밍 정보를 기반으로 무선 전송됨이 바람직하다.
한편, 상기 사용자 단말은 무선 인터넷 또는 휴대 인터넷을 통하여 통신하는 다양한 이동 단말을 포함하고, 이외에도 팜(Palm) PC, 스마트폰(Smart phone), 모바일 게임기(Mobile play-station), 통신 기능이 있는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)폰, 태블릿 PC, 아이패드(iPad) 등 무선 통신 제어모듈(650) 등에 접속하기 위한 사용자 인터페이스를 갖는 모든 유무선 가전/통신 장치를 포괄적으로 의미할 수 있다.
특히, 상기 사용자 단말이 통상의 스마트폰으로 구현될 경우, 상기 스마트폰은 일반 핸드폰(일명 피처폰(feature phone))과는 달리 사용자가 원하는 다양한 어플리케이션(Application) 프로그램을 다운로드받아 자유롭게 사용하고 삭제가 가능한 오픈 운영체제를 기반으로 한 폰(Phone)으로서, 일반적으로 사용되는 음성/영상통화, 인터넷 데이터통신 등의 기능뿐만 아니라, 모바일 오피스 기능을 갖춘 모든 모바일 폰 또는 음성통화 기능이 없으나 인터넷 접속 가능한 모든 인터넷폰 또는 테블릿(Tablet) PC를 포함하는 통신기기로 이해함이 바람직하다.
이러한 상기 스마트폰은 다양한 개방형 운영체계를 탑재한 스마트폰으로 구현될 수 있으며, 상기 개방형 운영체계로는 예컨대, 노키아(NOKIA)사의 심비안, 림스(RIMS)사의 블랙베리, 애플(Apple)사의 아이폰, 마이크로소프트사(MS)의 윈도즈 모바일, 구글(Google)사의 안드로이드, 삼성전자의 바다 등으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 상기 스마트폰은 개방형 운영체계를 사용하므로 폐쇄적인 운영체계를 가진 휴대폰과 달리 사용자가 임의로 다양한 어플리케이션 프로그램을 설치하고 관리할 수 있다.
또한, D/A 변환기(D/A Converter)(도면에 도시되지 않음) 또는 RC 로우패스필터(Low Pass Filter)(LPF)는 다채널 LED 디밍구동모듈(450)과 디밍 제어모듈(650) 사이에 연결되어 있으며, 아날로그 디밍(Analog dimming)을 위하여 디밍 제어모듈(650)로부터 전송되는 특정의 디지털 제어신호를 아날로그로 변환하는 기능을 수행한다.
전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 디밍 LED 조명 장치는, 특히 제1 전압제어모듈(550) 및 제2 전압제어모듈(600)을 통해 두 개의 전압 루프(voltage loop)를 구성하게 되는 바, 다채널 LED 디밍구동모듈(450)에 구비된 제1 스위칭 소자(Q1)의 헤드룸(Headroom)을 피드백(feedback)하는 전압 루프에서 제1 스위칭 소자(Q1)를 오프(OFF)하는 경우(예컨대, 앱(App) 제어시 조명 전원 오프(OFF), 또는 디밍 제어시 0% 밝기 등), 제1 스위칭 소자(Q1)의 헤드룸 전압(Headroom voltage)은 상당히 큰 전압이 걸리게 되고, 제1 전압제어모듈(550) 및/또는 제2 전압제어모듈(600)의 출력측에 연결되어 있는 피드백 모듈(350)에 구비된 포토커플러(PC)의 다이오드 쪽으로 전류를 계속 싱킹(Sinking)하게 된다.
이에 따라 전력변환모듈(200)의 2차측 출력 전압이 지속적으로 크게 감소되어 전력변환모듈(200)의 1차측에 구비된 PWM 제어모듈(300)의 공급 전원도 낮아져 셧다운(Shutdown)되고, 그로 인해 기동-셧다운의 반복 동작을 일으킬 수 있다. 그리고, 전력변환모듈(200)의 2차측에 구비된 디밍 제어모듈(650)의 전원도 불안정하여 전체적인 시스템 동작에 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 이러한 전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에서는 다채널 LED 디밍구동모듈(450)에 구비된 제1 스위칭 소자(Q1)를 오프(OFF)하는 경우, 디밍 제어모듈(650)에서 디밍 제어신호(DIM_OFF, Active=H)를 내보내 주고, 이러한 디밍 제어신호(DIM_OFF)를 이용하여 제1 스위칭 소자(Q1)의 헤드룸 전압(Headroom voltage)을 모니터링(Monitoring)하는 제2 스위칭 소자(Q2)를 시스템 접지부(Gs)로 풀-다운(Pull-down)하게 되면 제1 연산증폭기(CP1)의 비반전 입력전압(+)(즉, 타겟 헤드룸 전압(Target Headroom voltage)을 위한 기준 전압(Reference voltage))이 반전 입력전압(-)보다 높아지게 되어 더 이상 전류를 싱킹(Sinking)하지 않게 되고, 블로킹 다이오드(DB)로 인해 헤드룸 제어 루프는 2차측 전압을 제어하는데 기여하지 않게 된다.
이러한 상황에서 전력변환모듈(200)의 2차측 전압을 특정 레벨로 잡아주기 위해 전력변환모듈(200)의 2차측 전압을 피드백(feedback)하는 다른 루프(loop)를 추가해 주어야 한다. 만약 없다면 전력변환모듈(200)의 2차측 전압은 무정의(undefined)가 되어 큰 문제를 야기할 수 있다.
전력변환모듈(200)의 2차측 전압을 피드백하는 루프(loop)의 간단한 방법은 저항을 분할(divide)하여 구성할 수 있는데, 제1 전압제어모듈(550)은 연산증폭기(OP AMP) 또는 TL431(Shunt regulator) 등의 방법으로 쉽게 구성할 수 있다.
이때, 타겟(Target)하는 전압 계산식은 "Vref*(R1+R2)/R1"이며 타겟(Target) 출력 전압은 전술한 Max LED Array 전압보다 높게 설정한다. 높게 설정하는 이유는 오프(OFF) 구간에서 전압 피드백 루프로 제어하고 있다가 온(ON)되어 LED 발광소자의 전류가 갑자기 흐르게 되었을 때 헤드룸을 제어하는 전압 루프(Headroom loop)가 살아나게 되고, LED 발광소자의 전류 왜곡을 없게 하기 위해 높은 전압에서 시작하는 것이 유리하다. 왜냐하면 피드백 루프 속도(Feedback loop speed)가 그렇게 빠르지 않기 때문에 전류 왜곡이 발생할 수 있다.
한편, 전력변환모듈(200)의 2차측 출력 전압에는 100Hz(50Hz 그리드) 또는 120Hz(60Hz 그리드)의 피할 수 없는 리플(ripple)이 있으므로 헤드룸(Headroom) 제어 루프의 크로스오버 주파수는 리플 주파수보다 훨씬 작아야 한다. 그래야 리플 전압이 조절(regulation)되지 않고 역률도 저하되지 않는다. 이것은 제1 전압제어모듈(550) 및/또는 제2 전압제어모듈(600)에 구비된 RC 직렬회로(RC1) 및/또는 RC 직렬회로(RC2)로 조절할 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 다채널 디밍 LED 조명 장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
100 : 입력 정류모듈,
150 : 역률개선모듈,
200 : 전력변환모듈,
250 : 출력 정류모듈,
300 : PWM 제어모듈,
350 : 피드백 모듈,
400 : 다채널 LED 조명모듈,
450 : 다채널 LED 디밍구동모듈,
500 : 최소전압 검출모듈,
550 : 제1 전압제어모듈,
600 : 제2 전압제어모듈,
650 : 디밍 제어모듈

Claims (11)

  1. 입력 교류전압을 인가받아 이를 직류전압으로 정류시키는 입력 정류모듈;
    상기 입력 정류모듈에 연결되며, 역률을 개선하는 역률개선모듈;
    상기 역률개선모듈에 연결된 일차 권선과 상기 일차 권선에 전자기적으로 결합된 이차 권선을 가지며, 상기 역률개선모듈로부터 출력된 신호의 전압을 변환하는 전력변환모듈;
    상기 전력변환모듈의 이차 권선에 유기된 출력 전압을 정류시키는 출력 정류모듈;
    상기 역률개선모듈의 출력단과 상기 전력변환모듈의 입력단 사이에 연결되며, 특정의 피드백신호에 따라 PWM 제어신호를 생성하고, 생성된 PWM 제어신호에 의해 상기 전력변환모듈의 동작을 제어하는 PWM 제어모듈;
    상기 전력변환모듈의 2차측 신호를 상기 역률개선모듈 또는 상기 PWM 제어모듈로 피드백(feedback)시키며, 특정의 피드백신호를 상기 역률개선모듈 또는 상기 PWM 제어모듈로 전달하는 피드백 모듈;
    상기 출력 정류모듈에 연결되어 서로 병렬 연결된 복수의 LED 발광채널을 포함하고, 상기 복수의 LED 발광채널 각각은 적어도 하나의 LED 발광소자를 가지는 다채널 LED 조명모듈;
    상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 출력단에 입력단이 개별 접속되며, 특정의 디밍 제어신호에 따라 해당 LED 발광소자에 대한 전류공급 채널을 형성하는 다채널 LED 디밍구동모듈;
    상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 출력단과 상기 다채널 LED 디밍구동모듈의 입력단 사이에 연결되며, 상기 다채널 LED 디밍구동모듈의 각 전류공급 채널에 대한 입력 전압들 중 가장 낮은 최소 입력 전압을 검출하는 최소전압 검출모듈;
    상기 피드백 모듈과 상기 출력 정류모듈 사이에 연결되며, 상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 오프(OFF) 동작 시 기 설정된 제1 타겟 전압으로 조절하여 상기 출력 정류모듈로부터 출력된 2차측 출력 전압을 제어하는 제1 전압제어모듈; 및
    상기 피드백 모듈과 상기 최소전압 검출모듈 사이에 연결되며, 상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 온(ON) 동작 시 상기 최소전압 검출모듈로부터 검출된 최소 입력 전압을 인가받아 상기 최소 입력 전압을 통해 기 설정된 제2 타겟 전압으로 조절하여 상기 출력 정류모듈로부터 출력된 2차측 출력 전압을 제어하는 제2 전압제어모듈을 포함하되,
    상기 다채널 LED 디밍구동모듈은, 상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 출력단에 드레인(D1)이 전기적으로 접속되고, 소스(S1)가 시스템 접지부(Gs)에 공통 접속되는 제1 스위칭 소자(Q1)와, 특정의 디밍 제어신호에 대한 전압과 상기 시스템 접지부(Gs)의 접지단으로부터 입력되는 전압을 비교하는 제1 연산증폭기(CP1)와, 상기 제1 스위칭 소자의 소스(S1)와 상기 시스템 접지부(Gs) 사이에 직렬로 연결되는 접지저항(Rg)을 포함하되, 상기 제1 연산증폭기(CP1)의 출력단자가 상기 제1 스위칭 소자(Q1)의 게이트(G1)에 전기적으로 접속되며, 상기 제1 연산증폭기(CP1)의 반전 입력단자(-)가 상기 접지저항(Rg)의 일단에 피드백으로 연결되어 부궤환 회로를 형성하며,
    상기 기 설정된 제1 타겟 전압은, 상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자에 최대로 전류가 흐를 경우, 각각의 LED 발광소자에 걸리는 최대 전압, 상기 제1 스위칭 소자(Q1)의 드레인(D1)과 소스(S1)에 걸리는 전압, 및 상기 접지저항(Rg)의 양단에 걸리는 전압을 모두 더한 값보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 다채널 디밍 LED 조명 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 연산증폭기(CP1)의 출력단자와 상기 제1 스위칭 소자(Q1)의 게이트(G1) 사이에 드레인(D2)이 전기적으로 접속되고, 소스(S2)가 상기 시스템 접지부(Gs)에 공통 접속되며, 게이트(G2)에 상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 전원 오프(OFF) 동작신호 또는 0% 밝기의 디밍 제어신호의 입력 시 활성화되도록 구비되는 제2 스위칭 소자(Q2)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 다채널 디밍 LED 조명 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전압제어모듈은, 비례 적분(Proportional Integral, PI) 제어 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 다채널 디밍 LED 조명 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전압제어모듈은,
    상기 기 설정된 제2 타겟 전압을 위한 기준 전압과 상기 최소전압 검출모듈로부터 검출된 최소 입력 전압을 비교하는 제2 연산증폭기(CP2); 및
    상기 제2 연산증폭기(CP2)의 반전 입력단자(-)와 상기 최소전압 검출모듈의 출력단 사이에 드레인(D3)이 전기적으로 접속되고, 소스(S3)가 시스템 접지부(Gs)에 공통 접속되며, 게이트(G3)에 상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자의 전원 오프(OFF) 동작신호 또는 0% 밝기의 디밍 제어신호의 입력 시 활성화되도록 구비되는 제3 스위칭 소자(Q3)를 포함하되,
    상기 최소전압 검출모듈의 출력단이 상기 제2 연산증폭기(CP2)의 반전 입력단자(-)에 전기적으로 접속됨과 아울러 상기 제2 연산증폭기(CP2)의 비반전 입력단자(+)에 상기 기 설정된 제2 타겟 전압을 위한 기준 전압이 인가되며, 상기 제2 연산증폭기(CP2)의 반전 입력단자(-)가 RC 직렬회로를 거쳐 상기 제2 연산증폭기(CP2)의 출력단자에 피드백으로 연결되어 비례 적분(PI) 제어 형태로 이루어지며,
    상기 기 설정된 제2 타겟 전압은, 상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 하나 또는 둘 이상의 LED 발광소자에 최대로 전류가 흐를 수 있는 상기 다채널 LED 디밍구동모듈에 구비된 제1 스위칭 소자(Q1)의 헤드룸 전압(Headroom voltage) 값으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다채널 디밍 LED 조명 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 연산증폭기(CP2)의 출력단에 캐소드가 전기적으로 접속되고, 애노드가 상기 제2 전압제어모듈과 연결된 피드백 모듈의 일단에 전기적으로 접속되는 블로킹 다이오드(DB)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 다채널 디밍 LED 조명 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 다채널 LED 조명모듈을 형성하는 각 LED 발광채널에 구비된 LED 발광소자가 둘 이상일 경우, 각각의 LED 발광소자가 어레이 형태로 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 다채널 디밍 LED 조명 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    외부로부터 특정의 제어신호를 수신 받아 이를 기반으로 해당 특정의 제어신호에 대응되는 특정의 디밍 제어신호를 생성하여 상기 다채널 LED 디밍구동모듈로 전달하는 디밍 제어모듈이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 다채널 디밍 LED 조명 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 외부로부터 수신된 특정의 제어신호는, 별도의 사용자 단말에 미리 설치된 LED 조명 제어관련 어플리케이션을 통해 생성된 디밍 정보를 기반으로 무선 전송되는 것을 특징으로 하는 다채널 디밍 LED 조명 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 다채널 LED 디밍구동모듈과 상기 디밍 제어모듈 사이에 연결되며, 아날로그 디밍(Analog dimming)을 위하여 상기 디밍 제어모듈로부터 전송되는 특정의 디지털 제어신호를 아날로그로 변환하는 D/A 변환기 또는 RC 로우패스필터(Low Pass Filter, LPF)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 다채널 디밍 LED 조명 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 피드백 모듈은, 턴-온(Turn-ON), 턴-오프(Turn-OFF)하여 감지되는 상기 전력변환모듈의 2차측 전압과 전류에 대한 신호를 상기 역률개선모듈 또는 상기 PWM 제어모듈로 전송하는 포토커플러(Photo Coupler)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다채널 디밍 LED 조명 장치.
KR1020200070765A 2020-06-11 2020-06-11 다채널 디밍 ｌｅｄ 조명 장치 KR102299131B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200070765A KR102299131B1 (ko) 2020-06-11 2020-06-11 다채널 디밍 ｌｅｄ 조명 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200070765A KR102299131B1 (ko) 2020-06-11 2020-06-11 다채널 디밍 ｌｅｄ 조명 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102299131B1 true KR102299131B1 (ko) 2021-09-07

Family

ID=77796915

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200070765A KR102299131B1 (ko) 2020-06-11 2020-06-11 다채널 디밍 ｌｅｄ 조명 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102299131B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116887475A (zh) * 2023-09-08 2023-10-13 哈尔滨本晟创新科技有限公司 多通道光质光量波段调节控制器驱动电路及其控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120044782A (ko) * 2010-10-28 2012-05-08 페어차일드코리아반도체 주식회사 Ｌｅｄ 발광 장치
KR20120136133A (ko) * 2011-06-08 2012-12-18 페어차일드코리아반도체 주식회사 피드백 회로 및 이를 포함하는 전원 공급 장치
KR101264146B1 (ko) 2011-11-03 2013-05-14 한국전기연구원 엘이디 다단 구동 제어 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120044782A (ko) * 2010-10-28 2012-05-08 페어차일드코리아반도체 주식회사 Ｌｅｄ 발광 장치
KR20120136133A (ko) * 2011-06-08 2012-12-18 페어차일드코리아반도체 주식회사 피드백 회로 및 이를 포함하는 전원 공급 장치
KR101264146B1 (ko) 2011-11-03 2013-05-14 한국전기연구원 엘이디 다단 구동 제어 장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116887475A (zh) * 2023-09-08 2023-10-13 哈尔滨本晟创新科技有限公司 多通道光质光量波段调节控制器驱动电路及其控制方法
CN116887475B (zh) * 2023-09-08 2023-12-08 哈尔滨本晟创新科技有限公司 多通道光质光量波段调节控制器驱动电路及其控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10506675B2 (en) Power supply system, lighting device, and illumination system
US8044600B2 (en) Brightness-adjustable LED driving circuit
Hu et al. LED driver with self-adaptive drive voltage
US9791110B2 (en) High efficiency driver circuit with fast response
US9313851B2 (en) Standby power for LED drivers
US9374860B2 (en) Lighting device
TWI510131B (zh) 發光元件驅動電路及其控制方法
US8575853B2 (en) System and method for supplying constant power to luminuous loads
US20130099686A1 (en) Light emitting diode (led) dimming system
US10531531B2 (en) Digital dimming solution for LED applications including a phase-cut dimmer
JP5132749B2 (ja) 光源点灯装置及び照明器具
US9295119B2 (en) Lighting device and illumination apparatus using the same
US8569964B2 (en) Control circuit of light-emitting element
EP2636137A2 (en) Thermal management in a lighting system using multiple, controlled power dissipation circuits
US9560705B1 (en) Magnetic amplifier assisted LED constant current sink overhead voltage regulation
Zhang et al. A high-efficiency quasi-two-stage LED driver with multichannel outputs
US11683876B2 (en) System for wireless control of electrical loads
KR102299131B1 (ko) 다채널 디밍 ｌｅｄ 조명 장치
US10334673B2 (en) Lighting system
KR20140070126A (ko) 조명 구동 장치 및 조명 구동 방법
CN111083823B (zh) 点亮装置、照明器具和照明系统
US11983973B2 (en) System and scanning device for granting user access using a bluetooth low energy (BLE) Mesh
KR20180129254A (ko) 다채널 발광 다이오드 구동 장치
TWI763416B (zh) 控制器、光源驅動系統及光源驅動方法
US9265106B2 (en) Lighting device and illumination apparatus using the same

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant