KR20090077852A - 광원들을 구동하기 위한 회로 및 관련 방법 - Google Patents

Abstract

펄스폭 변조(PWM) 조광 능력을 하이 플럭스(HF) LED 같은 광원(L)에 공급하기 위한 회로는 광원(L)에 대한 목표된 조광 레벨을 나타내는 입력 2 극성 PWM 변조 신호(v)를 수신하고 상기 PWM 변조 신호로부터 정류된 신호를 형성하기 위한 정류기(10); 상기 정류된 신호를 수신하고 상기 정류된 신호로부터 광원(L)용 공급 전류를 형성하기 위한 전류 조절기(14); 및 광원(L)용 PWM 변조 공급 전류를 형성하기 위하여 전류 조절기(14)를 제어하기 위한 입력 2 극성 PWM 변조 신호(v)에 민감한 제어 모듈(16); 및 상기 정류된 신호를 안정화하기 위해 정류기(10)와 전류 조절기(14) 사이에 배열된 캐패시터(18)를 포함한다. 상기 회로는 통상적으로 캐패시터(18)에 의해 안정화되는 정류된 신호가 공급될 캐패시터에 접속된 마이크로제어기 같은 보조 회로(12)를 포함한다. 따라서 상기 보조 회로(12)는 입력 2 극성 PWM 변조 신호와 연관된 조광 레벨과 무관하게 전원이 공급된다.

Description

광원들을 구동하기 위한 회로 및 관련 방법{A CIRCUIT FOR DRIVING LIGHT SOURCES AND RELATED METHOD}

본 발명은 조광(dimming) 능력을 가진 광원들용 구동 장치들에 관한 것이다. 본 발명은 광원들로서 점점 사용되는 하이 플럭스(high flux) 발광 다이오드들(HF LED)을 구동하는 본원 발명의 용도에 특정 주의를 기울임으로써 개발되었다.

하이 플럭스 정전압 LED 모듈들은 두 개의 기본 장치들 중 어느 한쪽에 의지함으로써 2-와이어 펄스 폭 변조(PWM) 조광기들을 사용하여 구동될 수 있다.

제 1 장치에서, PWM 입력 전압은 전력 라인상에 직접 가해진다. LED 또는 LED들은 전압이 특정 임계값보다 높을 때만 턴온되고, 그렇지 않으면 턴오프된다. 이런 장치에 의지하는 것은 만약 조광 레벨이 매우 작으면 모듈에 제공된 임의의 보조 회로(논리 회로 같은, 예를 들어, 전력-라인 통신들을 위한 마이크로제어기)에 전원을 공급하는 것을 불가능하게 한다. 부가적으로, 최신식 하이 플럭스 LED 모듈들은 통상적으로 스텝업(step-up) 또는 스텝다운(step-down) 컨버터를 포함한다. 이들 컨버터들은 안정성 및 필터링 이유들로 인해 입력측에 거대한 캐패시터들을 요구한다. 결과적으로, 만약 모듈이 낮은 입력 전압 기간 동안 이들 캐패시터들을 방전시키면, 입력 전압이 상승할 때, 높은 전류 스파이크가 전력 라인 상에 형성된다. 입력 전압을 직접적으로 PWM 변조하여 상기 LED 모듈들을 조광할 가능성은 지금까지 입력 전류를 제한하는 것 - 이에 따라 낮은 조광 레벨들에서 성능이 떨어짐 -, 또는 낮은 조광 조건을 방지하는 것으로 제한되었다.

대안적인 장치에서, 전력 라인 및 PWM 신호는 분리되고 다른 와이어들에 의해 운반된다. 상기 경우, PWM 신호는 제 3 와이어 상에서 전송되고, 모듈 내 제어기는 PWM 출력 전류를 상기 PWM 신호에 따라 LED들에 제공한다. 이런 방식에서, 모듈 내 보조 제어 회로는 또한 낮은 조광 레벨들에서 제공될 수 있으나, 복잡한 배선 비용이 야기된다.

상기 시나리오에서, 모듈 내 보조 회로에 공급하기 위한 전력이 매우 낮은 조광 레벨들에서도 이용될 수 있는 것을 보장하면서, 높은 피크 입력 전류들로 상승하지 않고 2-와이어 조광기들을 사용하여 하이 플럭스 정전압 LED 모듈들을 구동하는데 적당한 장치가 필요하다.

따라서 본 발명의 목적은 상기 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 상기 목적은 청구항 제 1 항에 나타난 특징들을 가진 회로에 의해 달성된다. 본 발명은 또한 청구항에서 요구되는 대응 방법에 관련된다. 본 발명의 바람직한 개선 사항들은 종속항들의 청구 주제를 형성한다.

청구항들은 여기에 제공된 본 발명의 개시물의 통합된 부분을 형성한다.

요약하여, 여기에 기술된 장치에서, PWM 조광기의 입력 전압은 동일한 절대 크기를 가진 두 개의 반대 값들을 가진 2 극성(bipolar)이다. 브리지 정류기는 캐패시터 이전에 LED 모듈에 삽입된다. 상기 방식에서, 캐패시터 양단 전압은 매우 일정하고 입력 전류 피크들의 피크들은 감소된다. 바람직하게, 모듈 내 "지능형" 제어기는 입력 전압이 양일 때 출력 전류를 고정된 값으로 설정하고, 입력 전압이 음일 때 LED들을 턴오프한다.

상기 방식에서, 모듈 내 보조 회로들은 또한 보다 복잡한 배선을 방지하면서, 매우 낮은 조광 레벨들에서 전력이 인가된다. 부가적으로, 2 극성 PWM 조광기는 통상적인 정전압 LED 모듈들과 호환하고, 여기서 음의 입력 전압은 간단히 LED가 스위칭 오프되게 한다.

본 발명은 첨부된 표현들을 참조하여 예시적으로만 기술될 것이다.

도 1은 여기에 기술된 장치의 동작시 형성된 신호의 시간 작용을 표현한다.

도 2는 여기에 기술된 장치의 가능한 실시예의 블록도이다.

도 3은 도 2에 도시된 회로에 전원을 공급하는데 사용하기 위한 예시적인 전력 공급 회로의 블록도이다.

여기에 제공된 상세한 설명은 예를 들어 조명원들로서 사용된 하나 또는 그 이상의 하이 플럭스 LED들(L)을 포함하는 모듈을 구동(즉, 전원 공급)하는 것에 관한 것이다. 특히, LED 또는 LED들은 상기 LED 또는 상기 LED들과 연관된 보조 논리 회로에 대한 공급 전압을 영의 조광 레벨에서 유지함으로써 상기 LED의 전력 라인을 통해 PWM 조광하에 놓이게 된다. 이런 결과는 통상적인 정전압 LED 모듈들과 호환하는 조광기 장치의 프레임워크 내 전력 라인 상에서 전류 스파이크들을 최소화함으로써 달성된다.

여기에 기술된 장치에 기초가 되는 기본 원리는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 PWM 변조 2 극성 전압을 조광 가능한 LED 모듈에 공급하는 것이다.

이런 2 극성 전압은 교번하는 양의 값(+Vcc) 또는 음의 값(-Vcc)(즉, 동일한 크기 또는 모듈 ｜Vcc｜과 두 개의 경우들에서 반대 부호들을 가진 신호)으로 가정되는 본질적으로 구형파(square) 전압(v)이다. 일반적인 측면에서, 도 2의 LED 또는 LED들은 전압(v)이 각각 +Vcc 및 -Vcc와 동일할 때 "온" 및 "오프"되는 것으로 가정될 것이다. 도 1의 점선들은 신호(v)의 시간 작용이 "완전한" 구형파가 아니고, 한정된 지속 기간의 상승 및 하강 시간들을 나타낸다는 사실을 표현한다.

전압(v)이 양(온-시간)일 때 상기 모듈의 LED들이 턴온되고, 전압(v)이 음일 때(오프-시간) 스위치 오프되기 때문에, 선형 전류 조절기들을 가진 통상적인 LED 모듈에 전원을 공급하도록 신호가 자체적으로 적응되는 것은 인식될 것이다.

도 2의 블록도는 여기에 기술된 장치에 따른 하이 플럭스 LED 모듈을 나타내고, 상기 모듈은 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같은 PWM 2 극성 전압 신호(v)를 입력 구동 신호로서 수신하도록 적응된다.

도 2의 블록도에서, 참조 번호(10)는 LED 또는 LED들과 연관된 보조 회로(예를 들어, 마이크로제어기)(12)에 동시에 전원을 공급하면서 상기 LED 또는 LED들을 구동하고자 하는 풀-브리지(FB) 정류기를 나타낸다. LED 또는 LED들이 온-시간 동안에만 구동되는 동안(즉, 전원이 공급되고 따라서 "온"됨), 논리 회로(12)의 전력 공급은 도시된 장치의 동작 동안 보장될 것이다.

전류 조절기(14)(공지된 형태임, 따라서 여기에서 상세히 설명할 필요가 없음)는 전용 제어 회로(16)(다시 공지된 형태)에 의해 형성된 PWM 2 극성 입력 전압에 따라 PWM 출력 전류를 생성할 것이고, 상기 전용 제어 회로(16)는 조절기(14)가 온-오프 출력 전류를 형성하게 한다, 즉 온 시간 동안 정격 값과 동일한 세기를 가지는 전류 및 오프 시간 동안 영과 동일한 세기를 가진 전류를 형성하게 한다. 제어 회로(16)는 2 극성 입력 전압(v)에 의해 전원이 공급되어 2 극성 입력 전압(v)에 민감하다. 제어 회로(16)는 또한 정류기(10)로부터 전류 신호 출력을 감지하고 이에 따라 조절기(14)를 제어한다.

입력 캐패시터(18)는 정류기(10)로부터, 회로(12)와 전류 조절기(14)로 공급 라인들 양단에 배열된다. 입력 캐패시터(18) 상의 전압은 전체 기간 동안 매우 일정하므로, 입력 전류의 임의의 피크들은 PWM 입력 전압의 (유한 길이) 상승/하강 시간들에 따라 낮은 레벨로 감소된다. 따라서 논리 회로(12)의 전력 공급은 전압(v)을 통하여 가해진, 즉 매우 낮은 조광 레벨들에서 가해진 조광 레벨과 무관하게 도시된 장치의 동작을 통해 보장된다.

도시된 장치는 LED 모듈의 입력 단자들(즉, 전류 조절기 14의 출력 단자들)이 "접촉될 수 있게 한다"라는 것은 인식될 것이다. 실제로, 입력 전압의 최대 절대 값은 정격 RMS 전압이 25 V 제한값 아래이도록 하는 값으로 설정될 수 있다. 이것은 통상적인 24 V LED 모듈과 완전한 호환성을 유지하면서, EN 61347-2-13 같은 조절들에 순응한다.

도 3의 블록도는 도 1에 예시된 2 극성 PWM 전압(v)을 도 2에 도시된 회로에 공급하기 위한 절연된 오프 라인 전력 공급 장치를 나타낸다.

도 3의 전력 공급기는 현재 표준 AC 메인 전압(즉, EU 나라들에서 220 볼트, 50 Hz)으로 공급된다. 이런 입력 전압은 고주파(예를 들어, 50 ~ 100 kHz) 교류 전압(Vpri)을 얻기 위하여 풀 브리지(FB) 또는 하프 브리지(HB) 인버터(20)에 공급되고, 차례로 트랜스포머(22)의 일차측에 인가된다.

두 개의 이차 트랜스포머인 트랜스포머(22)의 이차측에서, 두 개의 제어된 양방향 스위치들(24a, 24b)(통상적으로 MOSFET들의 쌍 같은 반도체 스위치들 형태)은 출력 캐패시터(26) 양단에 목표된 2 극성 PWM 전압(v)을 형성하기 위하여 제어 회로(24)의 제어 하에 액티브 정류기들로서 작동한다.

특히, 두 개의 스위치들(24a,24b)은 다음과 같이 동작함으로써 트랜스포머(22)의 두 개의 이차 권선들을 출력 캐패시터(26)에 접속한다:

ⅰ) 만약 양의 출력 전압(v)이 요구되면(즉, v=+Vcc), 전압(Vpri)이 양일 때, 스위치(24a)는 "온"(즉, 도통함)이고 스위치(24b)는 "오프"(즉, 도통하지 않음); Vpri가 음일 때, 스위치(24a)는 "오프"이고 스위치(24b)는 "온"이고;

ⅱ) 반대로, 만약 음의 출력 전압(v)이 요구되면(즉, v=-Vcc), 전압(Vpri)이 양일 때, 스위치(24a)는 "오프"이고 스위치(24b)는 "온"이고; Vpri가 음일 때 스위치(24a)는 "온"이고 스위치(24b)는 "오프"이다.

출력 전압(Vpri)에 링크된 동기화 신호는 인버터(20)로부터 유도되고 제어 회로(24)에 공급된다. 따라서 제어 회로(24)는 트랜스포머(22)의 일차 스위칭 주 파수와 동기화되고 스위치들(24a,24b)의 교차 전도(cross-conduction)를 방지한다.

제어 회로(24)에 대한 입력 라인(240)은 스위치들(24a,24b)이 도통하고 그리고 도통하지 않는 시간 기간들의 길이를 가변(자체적으로 공지된 방식으로)시키고 따라서 도 2의 회로에 대한 2 극성 전압(v) 입력의 LED들 온/LED들 오프 간격들의 길이들을 제어하게 한다.

신호(v)의 결과적인 PWM 변조는 낮은 조광 레벨들에서 보조 회로들(12)의 적당한 전력 공급을 보장하고 상세한 설명의 도입부에서 강조된 단점들을 방지하면서 하이 플럭스 LED 모듈을 조광하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 기초가 되는 원리들을 손상하지 않고, 세목들 및 실시예들은 첨부된 청구항들에서 정의된 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 예시적으로만 기술된 것을 참조하여 상당히 가변할 수 있다.

Claims (9)

1. 펄스 폭 변조(PWM) 조광 능력을 광원(L)에 공급하기 위한 회로로서,

   상기 광원(L)에 대한 목표된 조광 레벨을 나타내는 입력 2 극성 PWM 변조 신호(v)를 수신하고 상기 입력 2 극성 PWM 변조 신호(v)로부터 정류된 신호를 형성하기 위한 정류기(10);

   상기 정류된 신호를 수신하고 상기 정류된 신호로부터 상기 광원(L)에 대한 공급 전류를 형성하기 위한 전류 조절기(14);

   상기 광원(L)에 대한 PWM 변조 공급 전류를 형성하기 위해 상기 전류 조절기(14)를 제어하기 위한 상기 입력 2 극성 PWM 변조 신호(v)에 민감한 제어 모듈(16); 및

   상기 정류된 신호를 안정화하기 위하여 상기 정류기(10) 및 전류 조절기(14) 사이에 배열된 캐패시터(18)를 포함하는,

   펄스 폭 변조 조광 능력을 광원에 공급하기 위한 회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스 폭 변조 조광 능력을 광원에 공급하기 위한 회로는 상기 캐패시터(18)에 의해 안정화되는 상기 정류된 신호가 공급될 상기 캐패시터에 접속된 보조 회로(12)를 포함하여, 상기 보조 회로(12)는 상기 입력 2 극성 PWM 변조 신호(v)와 연관된 조광 레벨과 무관하게 전원이 공급되는,

   펄스 폭 변조 조광 능력을 광원에 공급하기 위한 회로.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 펄스 폭 변조 조광 능력을 광원에 공급하기 위한 회로는 입력 2 극성 PWM 변조 전압 신호(v)를 수신하고 상기 입력 2 극성 PWM 변조 전압 신호(v)로부터 정류된 신호를 형성하기 위한 상기 정류기(10)를 포함하는,

   펄스 폭 변조 조광 능력을 광원에 공급하기 위한 회로.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스 폭 변조 조광 능력을 광원에 공급하기 위한 회로는 상기 입력 2 극성 PWM 변조 신호(v)의 생성기(20 내지 26)를 포함하는,

   펄스 폭 변조 조광 능력을 광원에 공급하기 위한 회로.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 입력 2 극성 PWM 변조 신호(v)의 상기 생성기(20 내지 26)는,

   AC 전원 공급 인버터(20),

   상기 AC 전원 공급 인버터(20) 및 두 개의 이차 권선들에 접속된 일차 권선을 가진 트랜스포머(22),

   상기 트랜스포머(22)의 상기 두 개의 이차 권선들을 통하여 충전될 출력 캐패시터(26),

   상기 트랜스포머(22)의 상기 이차 권선들에 상기 출력 캐패시터(26)를 교대 로 접속하기 위해 상기 트랜스포머(22)의 일차 스위칭 주파수와 동기화되는 방식으로 스위칭할 수 있는(24) 두 개의 스위치들(24a,24b), 및

   가해진 조광 레벨(240)의 함수로서 상기 스위치들(24a,24b)의 스위칭을 제어하고, 상기 입력 2 극성 PWM 변조 신호(v)가 상기 출력 캐패시터(26) 상에 충전되는 제어 회로(24)를 포함하는,

   펄스 폭 변조 조광 능력을 광원에 공급하기 위한 회로.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 스위치들(24a,24b)은 MOSFET들의 쌍들 같은 양방향 반도체 스위치들인,

   펄스 폭 변조 조광 능력을 광원에 공급하기 위한 회로.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스 폭 변조 조광 능력을 광원에 공급하기 위한 회로는 상기 광원(L)을 포함하는,

   펄스 폭 변조 조광 능력을 광원에 공급하기 위한 회로.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원(L)은 적어도 하나의 LED를 포함하는,

   펄스 폭 변조 조광 능력을 광원에 공급하기 위한 회로.
9. 펄스 폭 변조(PWM) 조광 능력을 광원(L)에 공급하는 방법으로서,

   입력 2 극성 PWM 변조 신호(v)를 생성하는 단계 - 상기 PWM 변조는 상기 광원(L)의 목표된 조광 레벨을 나타냄 -;

   상기 입력 2 극성 PWM 변조 신호를 정류하여(10) 정류된 신호를 형성하는 단계;

   상기 입력 2 극성 PWM 변조 신호(v)를 감지하고(16) 상기 정류된 신호로부터 상기 광원(L)에 대한 PWM 변조 공급 전류를 형성하는 단계(14); 및

   상기 정류된 신호를 안정화하기 위하여 안정화기 엘리먼트(18)를 제공하고, 이에 의해 상기 안정화된 정류 신호가 상기 입력 2 극성 PWM 변조 신호와 연관된 조광 레벨과 무관하게 되는 단계를 포함하는,

   펄스 폭 변조 조광 능력을 광원에 공급하는 방법.

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