KR20090082285A

KR20090082285A - Ｌｅｄ 조명 설비를 위한 외부 마이크로컨트롤러, 내부 컨트롤러를 갖는 ｌｅｄ 조명 설비, ｌｅｄ 조명 시스템, 및 조명 네트워크

Info

Publication number: KR20090082285A
Application number: KR1020097012302A
Authority: KR
Inventors: 챨스 서머빌; 케빈 퍼리; 에릭 피크
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2009-07-29
Also published as: JP2010509726A; BRPI0721491A2; WO2008059445A2; EP2084942A2; CN101658068A; US20100060194A1; TW200844933A; WO2008059445A3

Abstract

LED 조명 시스템(10)은 적어도 하나의 LED(14)를 갖는 LED 조명 설비(12) 및 DMX512 표준에 따라 포맷되는 인입하는 조명 제어 데이터를, LED(14)에 입력하기 위한 펄스폭 변조된 조명 제어 신호로 변환하기 위한 외부 마이크로컨트롤러(22, 28)를 포함한다. 외부 마이크로컨트롤러(22, 28)는 바람직하게는 전원 케이블(18)을 LED 조명 설비(12)에 해제가능하게 연결하기에 적합한 케이블 커넥터(20) 내부에 위치한다.

LED 조명 시스템, DMX512 표준, 외부 마이크로컨트롤러, 케이블 커넥터, LED 조명 설비

Description

ＬＥＤ 조명 설비를 위한 외부 마이크로컨트롤러, 내부 컨트롤러를 갖는 ＬＥＤ 조명 설비, ＬＥＤ 조명 시스템, 및 조명 네트워크{EXTERNAL MICROCONTROLLER FOR LED LIGHTING FIXTURE, LED LIGHTING FIXTURE WITH INTERNAL CONTROLLER, AND LED LIGHTING SYSTEM}

본 발명은 LED 조명 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조명 제어 신호에 따라 시스템의 광 출력을 제어하기 위한 수단을 갖는 LED 조명 시스템에 관한 것이다.

LED 조명 시스템들을 제어하기 위한 조명 제어 신호들의 사용이 알려져 있다. 예를 들면, U.S. 특허 제6,016,038호는 다색(multicolored) LED 조명 방법 및 일루미네이션(illumination) 또는 디스플레이를 위한 광을 발생시키는 것이 가능한 장치를 개시하는데, 여기서 LED는 생성된 광의 밝기 및/또는 컬러를 변경하기 위해 펄스폭 변조된 신호를 제공하는 프로세서에 의해 제어되어, 광의 복잡한, 미리 정해진 패턴 생성을 가능하게 한다.

무대 조명 및 실내 조명은 조광기(dimmer)에 의해 통상적으로 제어된다. AC 전원 유닛의 경우, 60hz AC 신호의 출력 파형은 펄스폭 변조(PWM)의 방법을 이용하여 쵸핑된다(chopped).

이 목적을 위해 사용된 컨트롤러는 외부의 유닛, 즉, 네트워크 및 전원에 연 결되지만 램프 어셈블리의 외부에 있는 유닛일 수 있다. 그것들은 제어 신호 및/또는 PWM 신호를 램프에 출력한다. 다른 방법으로는, 컨트롤러는 내부의 유닛, 즉 네트워크 및 전원에 연결되고, 외부 컨트롤러와 동일한 기능을 하지만, 램프 어셈블리의 내부에 있는 유닛이어서 램프 전력 공급을 공유함으로써 램프 어셈블리 전용일 수 있다.

DC 전원 유닛의 경우에, 수천개까지의 개개의 LED로 구성된 어드레스가능 행렬(addressable matrices)로 이루어진 기호 및 디스플레이와 같이, 이미지 또는 LED 제어용 메시지 데이터를 포함하는 직렬 패킷 형태의 직렬 데이터(serial data)는 소프트웨어에 의해 구동되는(software-driven) CPU에 의해 처리된다. 데이터는 LED 행렬을 어드레싱하기에 적절한 형태, 예를 들면, 컬러 데이터로 변환되어 메모리에 저장된다. 그런 다음 데이터는 LED의 광 출력의 제어를 위한 펄스폭 변조된 신호를 생성하는 데 사용된다.

단일 또는 다중 LED 램프와 같은, 보다 단순한 DC 전원 유닛의 경우에는, 소프트웨어에 의해 구동되는 CPU가 내부 또는 외부 컨트롤러로 대체될 수 있는데, 여기서 인입하는 직렬 제어 데이터를, 먼저 PWM 신호와 같은 조명 제어 신호로 변환한 후에, 이 조명 제어 신호를 LED로의 전류를 제어하는 데 적용한다.

이러한 내부 또는 외부 컨트롤러 사용의 단점은 설비(fixture)의 기능이 컨트롤러의 기능에 의해 결정되므로 변경될 수 없다는 것이다. 또한, 내부에 실장된 컨트롤러들은 조명 설비들의 설치 중에 손상을 입게 되어 있어, 값비싼 수리를 요한다.

본 발명에 따라, 연결부를 갖는 이동식 케이블은 DMX512, DALI, ZIGBEE 또는 기타 통신 프로토콜과 같은 조명 프로토콜 입력의 펄스폭 변조된(PWM) LED 제어 신호로의 변환을 위한 전자 회로(본원에서는 마이크로컨트롤러로 지칭함)를 포함한다. 다양한 밝기 레벨을 생성하기 위해 하나 이상의 LED 조명 유닛에게 PWM 신호가 공급되어 LED 전류를 제어하고 LED를 켜고 끈다.

케이블에 프로토콜 변환 회로를 위치시킴으로써, LED 설비의 디자인이 단순해진다. 또한, 단순히 케이블을 변경함으로써 설비의 기능이 변경될 수 있다. 또한, 설비의 내부에서 변환 전자기기(conversion electronics)를 제거하면 설비의 설치 중에 전자기기에 대한 손상 가능성을 피할 수 있는데, 그렇지 않은 경우에는 수리비가 발생할 것이다.

본 발명의 일 양태에 따라, 적어도 하나의 LED를 포함하는 LED 조명 설비 및 인입하는 광 제어 데이터를 광 제어 신호로 변환하기 위한 외부 마이크로컨트롤러를 포함하는 LED 조명 시스템이 제공된다.

본 발명의 이 양태의 바람직한 실시예에 따라, LED 조명 설비는 또한 예를 들면, 전압 및/또는 온도 데이터에 응답하여 LED를 더욱 제어하기 위한 내부 컨트롤러를 포함한다.

본 발명의 이 양태의 다른 바람직한 실시예에 따라, LED 조명 시스템은 조명 제어 데이터를 외부 마이크로컨트롤러에 공급하기 위한 케이블, 및 케이블을 LED 조명 설비에 해제가능하게(releasably) 연결하기 위한 케이블 커넥터를 더 포함한다.

외부 마이크로컨트롤러가 바람직하게는 케이블 커넥터 내부에 위치하지만, 이는 대안적으로 케이블 자체의 내부, 또는 케이블이나 커넥터 어느 한쪽에 대한 해제가능한 연결에 적합한 별도의 유닛 내부에 위치할 수 있다. 조명 제어 데이터를 외부 마이크로컨트롤러에 공급하는 것 이외에도, 케이블은 바람직하게는 또한 LED 조명 설비에 전력을 공급한다.

조명 제어 데이터는 보통 LED 설비의 광 출력을 희미하게 하기 위한 정보를 포함하는 직렬 데이터의 형태로 제공될 것인데, 이러한 직렬 데이터는 바람직하게는 DMX512 표준에 따라 포맷된다. 외부 마이크로컨트롤러는, 펄스폭 변조된 조명 제어 신호와 같은, 내부 컨트롤러의 제어 기능과 호환가능한 형태로 이 조명 제어 데이터를 변환한다.

통상적으로, 백색 LED 광원은 하나 이상의 적색, 녹색, 및 청색 LED의 조합을 가질 것인데, 이들은 모이면 백색 광 출력을 생성한다.

본 발명의 다른 양태에 따라, 적어도 하나의 LED 및 펄스폭 변조된 조명 제어 신호에 응답하여 LED로의 전류를 제어하기 위한 외부 컨트롤러를 포함하는 LED 조명 설비가 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라, 조명 제어 데이터를 조명 제어 신호로 변환하기 위한 외부 마이크로컨트롤러가 제공된다.

유리하게는, 케이블에 일체로(integrally) 연결되고 케이블을 LED 조명 설비에 해제가능하게 연결하기에 적합한 케이블 커넥터 내부에 외부 마이크로컨트롤러가 위치하지만, 외부 마이크로컨트롤러는 또한 케이블 내부 또는 케이블이나 케이 블 커넥터에 대한 해제가능한 연결에 적합한 별도의 유닛 내부에 위치할 수도 있다.

이들 및 본 발명의 기타 양태들은 도면을 참조하여 더 설명될 것이다.

도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 LED 조명 제어 시스템의 일 실시예의 컴포넌트 부분의 대략적인 도면;

도 2는 도 1의 (a) 및 (b)의 시스템의 외부 마이크로컨트롤러 컴포넌트의 일 실시예의 개략적인 도면;

도 3은 도 1의 (a) 및 (b)의 시스템의 외부 마이크로컨트롤러 컴포넌트의 다른 실시예의 개략적인 도면;

도 4는 외부 마이크로컨트롤러의 일 실시예의 블록도;

도 5는 LED 조명 설비의 내부 컨트롤러의 일 실시예의 블록도.

도면들은 도식적이며 실제 크기로 도시되지는 않았다. 상이한 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부분들을 지칭하는 것이다.

도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 LED 조명 제어 시스템(10)의 일 실시예의 컴포넌트 부분을 개략적으로 도시하는데, 이는 적어도 하나의 LED(14) 및 조명 제어 신호에 응답하여 LED(14)의 전류를 제어하기 위한 외부 컨트롤러(16)를 갖는 LED 조명 설비(12); 및 인입하는 DMX 포맷 조명 제어 데이터를 내부 컨트롤러(16)에 대한 입력을 위한 펄스폭 변조된 조명 제어 신호로 변환하는 외부 마이크로컨트롤 러(22)를 포함한다. 외부 마이크로컨트롤러(22)는 케이블 커넥터(20) 내부에 위치하는데, 케이블 커넥터(20)는 플러그(24) 및 소켓(26)을 통해 전력 케이블(18)을 LED 조명 설비(12)에 해제가능하게 연결하기에 적합하다.

이 실시예에서 LED(14)는 세 개의 별도 LED, 즉, 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED를 포함하는데, 이들의 방출을 조합하면 백색 광을 형성한다.

내부 컨트롤러 또는 LED 드라이버는 세 개까지 제어 기능을 갖는다: (a) LED 전류의 제어, (b) LED 온도의 제어, 및 (c) LED ON 또는 OFF. 또한, 내부 컨트롤러는 이하의 추가적인 특징들을 가질 수 있다: (d) 전원 DC에서 DC, (e) 전원 AC 에서 DC, (f) 신호 보호 회로.

외부 마이크로컨트롤러는 PWM 생성기(generator)이다. 외부 마이크로컨트롤러는 이하의 옵션을 가질 수 있다: (a) PWM으로 DMX/직렬 변환, (b) PWM으로 DALI/1-10V 조광기 변환, (c) PWM 생성기, (d) PWM 출력.

DMX(Digital Multiplex)512는 USITT가 개발한, 컨트롤러들과 조명 장비 및 부속품들 간의 디지털 데이터 전송 방법을 설명하는 프로토콜이다. 이는 (EIA/TIA-485 표준에 기초한) 전기적 특성, 데이터 포맷, 데이터 프로토콜, 및 커넥터 타입을 커버한다. www.usitt.org에서 USITT 웹사이트를 참조할 것.

DALI(Digital Addressable Lighting Linterface)는 기술 표준 IEC 929에서 시작된 프로토콜이다. www.iec.ch에서 IEC 웹사이트를 참조할 것.

내부 컨트롤러 및 외부 마이크로컨트롤러의 바람직한 기능을 달성하는 한가지 방법은 고전류 출력 드라이버를 제거하고 이를 LED 설비에 위치시킴으로써 기존 의 DMX512 조광기의 디자인을 변경하는 것이다. 그러면 조광기에 남아있는 변환 회로는 케이블 및 커넥터 내부에 들어맞도록 소형화된다. 이제 케이블은 호환가능한 디자인을 갖는 임의의 LED 설비에 부착될 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된, 마이크로컨트롤러(28)는 대안적으로 케이블(18)에 위치할 수 있거나, 케이블에 플러그하거나 케이블과 조명 설비 사이의 케이블 커넥터에 플러그하는 별도의 유닛(30)에 포함될 수 있다.

도 4는 외부 마이크로컨트롤러(22, 28)의 일 실시예의 기능 컴포넌트들의 관계를 도시하는 블록도인데, 이 실시예에서 외부 마이크로컨트롤러는 케이블(40) 내부에 위치한다. RS485, DMX512, DALI 또는 다른 직렬 데이터 형태로 인입하는 조명 제어 데이터가 UART(42)에 의해 수신되어, 표준 직렬 프로토콜(N 시작 비트, 8 데이터 비트, 1 정지 비트, 패리티 없음)을 이용하여 디지털 데이터로 변환되거나, 다른 공지된 프로토콜도 사용될 수 있다. CPU(44)는 프로세서, RAM 및 플래시 메모리를 포함한다. 디지털 데이터(이제부터는 바이트의 형태임)는 UART(42)에 의해 RAM에 저장된 CPU(44)로 전송된다.

제어 명령어의 프로그램은, 주로 조명 제어 명령어를 포함하지만, 이 실시예에서는 온도 제어 명령어도 포함하여, 플래시 메모리에 상주하며 UART(42)에 의해 변환되는 디지털 데이터의 처리를 통제한다.

예를 들면, 인입하는 직렬 데이터가 적색(RED), 녹색(GREEN) 및 청색(BLUE) LED의 세기를 나타내는 경우에, CPU는 대응하는 출력 포트 신호를, UART(42)가 제공하는 RGB 데이터 바이트에 기반하는 상이한 백분율로, HIGH에서 LOW로 위글 링(wiggle)할 것이다. 백분율은 256가지의 서로다른 세기 레벨을 나타내는데, 0% HIGH는 0을 나타내고 100% HIGH는 255를 나타낸다. 그러면 이들 PWM 출력 포트 신호가 입/출력 포트들(46)을 통해 램프(Lamp; 50)에 제공된다.

전력선(48)으로부터 전력 조정기(Power Regulator; 49)를 통해 CPU(44)에 전력이 공급되는데, 전력 조정기는 케이블 내 전력을 보호하고 마이크로컨트롤러(22, 28)에서 전자기기(electronics)가 동작하도록 전력을 변환한다.

도 5는 내부 마이크로컨트롤러(16)의 일 실시예의 기능 컴포넌트들의 관계를 도시하는 블록도인데, 이 실시예에서 내부 마이크로컨트롤러는 램프(50)의 내부에 위치한다. PWM 조명 제어 신호의 형태로 케이블(40)로부터 인입하는 조명 제어 신호는 입/출력 포트(52)를 통해 입력되는데, 입/출력 포트는 케이블(40)의 출력 포트(46)로부터 HIGH 또는 LOW PWM 신호를 검출한다. 이들 PWM 신호는 본질적으로 변조하지 않고 사용가능한(ENABLE) 출력 포트(55)를 통해 LED 유닛(60)으로 전달된다. LED 유닛(60)은 HIGH 신호에 응답하여 신호가 켜지고(ON) LOW 신호에 응답하여 꺼지는(OFF) 일정한 전류 스위치를 갖는 pc 보드를 갖는다.

프로세서, RAM 및 플래시 메모리를 포함한 CPU(54)는 전압 센서(56) 및 온도 센서(62)로부터의 입력에 응답하여 0%와 100% 사이에서 추가의 PWM HIGH 및 LOW 신호를 제공하는데, 이 센서들은 또한 사용가능한(ENABLE) 출력 포트(55)를 통해 LED 유닛(60)에 출력되어 전압 및 온도를 제어한다.

전력은 전력 조정기(58)를 통해 전력선(48)으로부터 CPU(54)에 공급된다.

본 발명은 하나 이상의 LED 조명 설비를 포함하는 조명 시스템에서, 단독으 로, 또는 병렬 또는 직렬로 연결된 형광 광원과 같은 하나 이상의 다른 광원과의 조합으로 사용될 수 있고, 연결이 유선 또는 무선일 수 있는 기타 컴포넌트와의 조합으로 조명 네트워크에서 생겨날 수 있다. 이러한 조명 네트워크의 예시는 U.S. 특허 제6,046,978호 및 제6,636,005호에 개시되는데, 그것들의 상세는 본원에 참조로서 포함된다.

본 발명은 불가피하게 제한된 수의 실시예의 견지에서 설명되었다. 이 기재로부터, 다른 실시예들 및 각종 실시예들이 본 발명 및 청구의 범위 내에 완전히 포함되기 위한 것임이 당업자에게 이해될 것이다. 예를 들면, 전압 및 온도 조정 기능은 케이블이 전담하거나 전체적으로 배제될 수 있는데, 이 경우 램프 컨트롤러는 램프의 이용가능한 출력 포트에 입/출력 포트를 연결하는 선으로 대체될 수 있다.

Claims

LED 조명 시스템(10)으로서,

적어도 하나의 LED(14)를 포함하는 LED 조명 설비(12);

조명 제어 데이터를 상기 LED 조명 설비(12)에 입력하기 위한 조명 제어 신호로 변환하는 외부 마이크로컨트롤러(22, 28);

상기 마이크로컨트롤러(22)에 조명 제어 데이터를 공급하는 케이블(18); 및

상기 케이블(18)을 상기 LED 조명 설비(12)에 해제가능하게(releasably) 연결하는 케이블 커넥터(20)

를 포함하고,

상기 외부 마이크로컨트롤러(22, 28)는 상기 케이블(18) 내부 또는 상기 케이블 커넥터(20) 내부 또는 상기 케이블(18)이나 상기 케이블 커넥터(20)에 대한 해제가능한 연결에 적합한 별도 유닛(30) 내부에 위치한, LED 조명 시스템(10).
제1항에 있어서, 상기 LED(14)를 더 제어하는 내부 컨트롤러(16)를 더 포함하는, LED 조명 시스템(10).
제1항에 있어서, 상기 케이블 커넥터(20)는 상기 케이블(18)에 일체로(integrally) 연결된, LED 조명 시스템(10).
제1항에 있어서, 상기 케이블(18)은 상기 LED 조명 설비(12)에 전력을 공급하는, LED 조명 시스템(10).
제2항에 있어서, 상기 내부 컨트롤러(16)는 상기 적어도 하나의 LED(14)의 온도를 제어하는, LED 조명 시스템(10).
제1항에 있어서, 상기 LED 조명 설비(12)는 적어도 하나의 적색 LED, 적어도 하나의 녹색 LED, 적어도 하나의 청색 LED를 포함하는, LED 조명 시스템(10).
제1항에 있어서, 상기 케이블(18)에 의해 상기 외부 마이크로컨트롤러(22)에 공급되는 상기 조명 제어 데이터는 직렬 데이터(serial data)인, LED 조명 시스템(10).
제7항에 있어서, 상기 조명 제어 데이터는 DMX512 표준에 따라 포맷되는, LED 조명 시스템(10).
제7항에 있어서, 상기 외부 마이크로컨트롤러(22)는 상기 조명 제어 데이터를 펄스폭 변조된 조명 제어 신호로 변환하는, LED 조명 시스템(10).
조명 제어 데이터를 조명 제어 신호로 변환하는 외부 마이크로컨트롤러(22, 28)로서,

상기 외부 마이크로컨트롤러(22, 28)는 케이블(18) 내부 또는 케이블 커넥터(20) 내부 또는 상기 케이블(18)이나 상기 케이블 커넥터(20)에 대한 해제가능한 연결에 적합한 별도 유닛(30) 내부에 위치하는, 외부 마이크로컨트롤러.
제10항에 있어서, 상기 외부 마이크로컨트롤러(22, 28)에 공급되는 상기 조명 제어 데이터는 직렬 데이터인, 외부 마이크로컨트롤러(22, 28).
제11항에 있어서, 상기 조명 제어 데이터는 상기 LED 조명 설비(12)를 희미하게 하라는(dimming) 명령어를 포함하는, 외부 마이크로컨트롤러(22, 28).
제11항에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러(22, 28)는 상기 조명 제어 데이터를 펄스폭 변조된 조명 제어 신호로 변환하는, 외부 마이크로컨트롤러(22, 28).
제12항에 있어서, 상기 조명 제어 데이터는 DMX512 표준에 따라 포맷되는, 외부 마이크로컨트롤러(22, 28).
제10항에 있어서, 상기 케이블 커넥터(20)는 상기 케이블(18)에 일체로 연결되는, 외부 마이크로컨트롤러(22, 28).
제10항에 있어서, 상기 케이블 커넥터(20)는 상기 LED 조명 설비(12)에 전력을 공급하는, 외부 마이크로컨트롤러(22, 28).
제1항에 기재된 적어도 하나의 LED 조명 시스템(10)을 포함하는 조명 네트워크.
제10항에 기재된 적어도 하나의 외부 마이크로컨트롤러(22, 28)를 포함하는 조명 네트워크.