KR20100125824A - 고휘도 ｌｅｄ 조명의 전력 사용 효율을 개선하는 방법 및 장치 - Google Patents

고휘도 ｌｅｄ 조명의 전력 사용 효율을 개선하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고휘도 LED 조명 시스템에서 전력 사용 효율을 개선하는 방법 및 장치에 대한 것이다.
이를 위해 본 발명의 장치에는, 다수의 고휘도 LED로 구성되는 고휘도 LED부와, 고휘도 LED를 구동하기 위해 고휘도 LED부에 정 전류를 제어하는 LED 구동부와, LED 구동부에 의해 고휘도 LED부에 전류가 제어됨에 따라 발생하는 다수의 고휘도 LED의 순방향 강하 전압(VF)의 전체 합에 대한 오차를 감지하여 전압 오차값을 생성하는 전압 감지부와, 전압 오차값을 이용하여, 고휘도 LED부에 전압 오차값을 보정하는 보정 전압을 제공하도록 명령을 생성하는 전압 제어부와, 전압 제어부의 명령에 따라 구동 전류로 변환되는 보정 전압을 LED 구동부에 공급하는 전압 발생부 등이 구성된다.
본 발명에 따라 고휘도 LED 조명 시스템을 구축하게 되면, 전력 사용 효율을 개선하게 되어 에너지를 절약하는 것이 가능하다.
Figure P1020090044717
고휘도 LED 조명, 전력 사용 효율, LED 구동 드라이버

Description

고휘도 ＬＥＤ 조명의 전력 사용 효율을 개선하는 방법 및 장치{Method and Apparatus for enhancing power usage efficiency in the high luminence LED lighting system}
본 발명은 고휘도 LED 조명 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 고휘도 LED 조명 시스템에서 전력 사용 효율을 개선하는 방법 및 장치에 대한 것이다.
일반적으로 고휘도 LED 조명은 빛을 내기 위해, 고휘도 LED 고유의 순방향 강하 전압(VF)이 요구된다. 이러한 순방향 강하 전압(VF)은 고휘도 LED의 제조 과정에서 발생하는 제조 공정의 오차로 인해, 2.5V ~ 3.5V의 넓은 영역으로 되어있는 것이 현실이다.
또한, 고휘도 LED 조명을 사용하면서, 주변 환경 및 고휘도 LED 자체의 사용상 노후화 등으로 인해, 고휘도 LED의 순방향 강하 전압(VF)이 변화하기도 한다. 따라서, 밝은 빛을 내기 위해, 여러 개의 고휘도 LED를 직렬로 연결하여 고휘도 LED 조명 시스템을 구성하면, 직렬로 연결된 모든 고휘도 LED에 걸리는 순방향 강 하 전압(VF)의 오차의 합이 더욱더 커지게 되는 단점이 있다. 왜냐하면, 앞서 기술한 바와 같이, 종래 고휘도 LED의 경우, 순방향 강하 전압(VF)의 큰 오차가 발생하기 때문이다.
이러한 종래의 고휘도 LED 조명 시스템을 보여주는 도면이 도 4에 도시된다. 이를 간단히 설명하면, 고휘도 LED부(110) 및 LED 드라이버(310)에 적절한 전압을 인가하기 위한 SMPS(Switched-mode power supply:안정기) 전원부(300)와 고휘도 LED(111)들을 정전류로 제어하기 위한 LED 드라이버(310), 그리고, 조명용으로 밝은 빛을 내는 고휘도 LED부(110)로 구성된다.
이러한 종래 고휘도 LED 조명 시스템에 의하면, 고휘도 LED(111)는 빛을 발산하기 위한 순방향 강하 전압(VF)이 요구되므로, 고휘도 LED(111)의 직렬 연결되는 갯수에 따라, 고휘도 LED부(110)에서 요구되는 전원의 전압이 달라진다. 따라서, 직렬로 연결되는 고휘도 LED(111) 갯수를 늘리면, 밝은 빛을 낼 수는 있지만, 그만큼 고휘도 LED부(110)에서 요구되는 전압이 높아져서 전력 사용이 많아지게 되고, 고휘도 LED(111)의 순방향 강하 전압(VF)의 오차로 인해 필요한 전압보다 전압을 높여서 고휘도 LED부(110)에 가하게 되므로, 전력 사용 효율이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 고휘도 LED부(110)에서 전압이 높아지게 되면, 더 높은 전압을 공급하는 SMPS 전원부(300)가 요구되는데, 전류 공급 능력이 유지되면서도, 전압이 높아지게 하려면, 그만큼 이 SMPS 전원부의 하드웨어적인 비용이 상승하게 되고, 그것은 곧바로 고휘도 LED 조명 시스템의 가격을 상승하는 요인이 된다.
또한, 고휘도 LED(111)의 순방향 강하 전압(VF)의 전압 중에서 가장 높은 전압으로 고휘도 LED부(110)에 필요한 전압을 결정하기 때문에, 그보다 낮은 순방향 강하 전압(VF) 특성을 지닌 고휘도 LED(111)로 고휘도 LED부(110)가 구성되어 진다면, 불필요한 전압을 추가로 공급하게 되는 것이다. 이것은 결국 고휘도 LED 조명 시스템의 전력 사용 효율을 좋지 않게 하는 원인이 된다.
위에서 제기된 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안하는 것으로, 본 발명은 고휘도 LED 조명 시스템에서 고휘도 LED의 갯수에 따라 증가하는 전력 사용 효율을 개선 하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 더 높은 전압을 공급하는 SMPS 전원의 하드웨어적인 비용으로 인해 고휘도 LED 조명 시스템의 가격을 상승하는 요인을 개선하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 제조시 보다 낮은 순방향 강하 전압(VF) 특성을 지닌 고휘도 LED에 불필요한 전압을 추가로 공급함에 따라 증가하는 전력 사용 효율을 개선 하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 위에서 제안된 목적을 달성하기 위해, 고휘도 LED 조명 시스템에 서 전력 사용 효율을 개선하는 장치를 제공한다. 이 장치에는, 다수의 고휘도 LED로 구성되는 고휘도 LED부와, 고휘도 LED를 구동하기 위해 고휘도 LED부에 구동 전류를 제어하는 LED 구동부와, LED 구동부에 의해 고휘도 LED부에 전류가 제어됨에 따라 발생하는 다수의 고휘도 LED의 순방향 강하 전압(VF)의 전체 합에 대한 오차를 감지하여 전압 오차값을 생성하는 전압 감지부와, 전압 오차값을 이용하여, 고휘도 LED부에 전압 오차값을 보정하는 보정 전압을 제공하도록 명령을 생성하는 전압 제어부와, 전압 제어부의 명령에 따라 구동 전류로 변환되는 보정 전압을 LED 구동부에 공급하는 전압 발생부가 구성된다.
또한, 고휘도 LED에 영향을 미치는 주위 환경을 감지하고 이 주위 환경에 맞게 설정된 값의 전압을 공급하도록 전압 제어부에 요청하는 센서 감지부가 더 포함될 수 있다.
또한, 내부의 고온 및 고휘도 LED에 과전류가 공급되는 것을 차단하는 기능을 수행하는 고온 및 과전류 제어부가 더 포함될 수 있다.
또한, 외부의 조명 시스템과 유선 또는 무선 통신하는 통신 수단이 더 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 고휘도 LED 조명의 전력 사용 효율을 개선하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 고휘도 LED를 구동하기 위해 고휘도 LED부에 구동 전류를 제어하는 단계와, LED 구동부에 의해 고휘도 LED부에 전류가 제어됨에 따라 발생하는 다수의 고휘도 LED의 순방향 강하 전압(VF)의 전체 합에 대한 오차를 감지하여 전압 오차값을 생성하는 단계와, 전압 오차값을 이용하여, 고휘도 LED부에 전압 오차값을 보정하는 보정 전압을 제공하도록 명령을 생성하는 단계와, 전압 제어부의 명령에 따라 구동 전류로 변환되는 보정 전압을 LED 구동부에 공급하는 단계를 포함한다.
또한, 고휘도 LED에 영향을 미치는 주위 환경을 감지하고 주위 환경에 맞게 설정된 값의 전압을 공급하도록 전압 제어부에 요청하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 내부의 고온 및 고휘도 LED에 과전류가 공급되는 것을 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 외부의 조명 시스템과 유선 또는 무선 통신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 전압 발생부는 변전소로부터의 AC 및 DC 전압을 직접 상기 LED 구동부에 공급하기 위해 MEMS(Micro Electronics Mechanical System) 공정을 이용하여 제조된 소자가 된다.
본 발명에 따라 고휘도 LED 조명 시스템을 구축하게 되면, 전력 사용 효율을 개선하게 되어 에너지를 절약하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는, 고휘도 LED 조명 시스템을 구성하는 외형적인 구성 요소를 줄일 수 있고, 이로 인해, 고휘도 LED 조명 시스템의 제조 비용을 줄이는 것을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는, 주위 온도 및 습도 등 자연 물리적 변화를 감지하는 센서 감지를 이용하여, 고휘도 LED 특성에 맞게 고휘도 LED 조명 시스템의 빛의 밝기를 변화시킴으로써 고휘도 LED 조명 시스템의 전력 사용 효율을 극대화할 수 있음을 들 수 있다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 일실시 예에 대하여 자세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 고휘도 LED 제어 칩을 이용하여 전력 사용 효율을 개선하기 위한 고휘도 LED 조명 시스템 블럭도를 도시한다. 즉, 고휘도 LED 조명 제어칩의 블럭도와 이 제어 칩의 제어에 따라 빛을 발산하는 고휘도 LED부의 블럭도를 도시한다.
도 1를 참조하면, 고휘도 LED 조명 시스템은 고휘도 LED 조명에 대한 최적의 동작을 제어하는 LED 제어 칩(100)과 이 제어 칩(100)의 제어에 따라 필요한 빛을 발산하는 고휘도 LED부(110)로 구성된다. 고휘도 LED의 최적의 동작을 제어하는 LED 제어 칩(100)은 단순히 고휘도 LED부(110)의 정전류만을 제어하는 것이 아니라, 가장 최적화된 전압을 만들어 내기 위해, 전압 발생부(10)를 포함하고 있다.
전압 발생부(10)는 전력 송신소에서 공급하는 높은 전압의 AC 전압 및 DC 전압을 LED 제어 칩(100) 및 고휘도 LED부(110)가 필요한 전압으로 변환하여 공급하는 역할을 한다. 물론, 본 발명은 전력 송신소에서 공급하는 상용 전원 전압에 한 정되지는 않으며, 예를 들면 종래 기술에서 사용되고 있는 도 4의 기존 SMPS(Switched-Mode Power Supply) 전원부(300)의 전압을 받아들여 동작할 수 있다.
전압 발생부(10)는 높은 AC 전압 및 DC 전압을 직접 받아들이기 때문에, 현재 기술의 일반 반도체 공정으로는 구현하기 어려운 특수한 소자를 필요로 한다. 즉, 이 소자는 MEMS(Micro Electronics Mechanical System) 공정부(11)가 될 수 있는데, 이 MEMS 공정부(11)는 반도체 공정이 아닌, MEMS 공정을 이용하여 제조된 특수한 소자로 구성된다.
LED 제어 칩(100)에 공급하기 위해 변환되는 전압은 고휘도 LED 조명 시스템에서 모두 동일하겠지만, 고휘도 LED부(110)에 공급하기 위해 변환되는 전압은 고휘도 LED 조명 시스템마다 달라질 것이다. 이것은 고휘도 LED(111)의 순방향 강하 전압(VF)의 특성이 제각각 다르기 때문이다.
이를 보완하는 전압 보정 과정이 필요한데, 이를 위해 우선 전압 감지부(30)는 오차가 발생한 고휘도 LED(111)의 순방향 강하 전압(VF)을 감지해 낸다. 이에 따라, 고휘도 LED부(110)에 포함된 모든 고휘도 LED(111)에 대한 순방향 강하 전압(VF)의 오차 합이 전압 감지부(30)에서 감지된다.
감지 결과, 고휘도 LED(111)들의 순방향 강하 전압(VF)의 오차들에 대한 합이 0이 아니라, +및 -값을 가지게 되면, 전압 제어부(20)는 이 + 및 -값 만큼의 전압을 보정하도록 신호 처리하여 이를 통해 전압 발생부(10)에서 전압을 증감 변경하도록 제어한다.
즉, 전압 발생부(10)는 고휘도 LED부(110)에 직렬로 연결된 고휘도 LED(111)들의 순방향 강하 전압(VF)의 오차들에 대한 합이 0이 되도록 고휘도 LED부(110)에 공급되는 전압을 변경한다. 예를 들어 전압 감지부(30)에 감지된 고휘도 LED(111)들의 순방향 강하 전압(VF)의 오차들에 대한 합이 + 값이면, 전압 발생부(10)에서 고휘도 LED부(110)에 공급하는 전압을 감지된 + 값만큼 낮춘다.
이와 달리, 오차들에 대한 합이 - 값이 감지가 된다면, 전압 제어부(20)는 반대로 전압 발생부(10)에서 고휘도 LED부(110)에 공급하는 전압을 감지된 - 값만큼 높인다. 이런 보정 과정을 통해 LED 제어 칩(100)이 고휘도 LED부(110)에 있는 모든 고휘도 LED(111)의 순방향 강하 전압(VF)의 오차들에 대한 합이 0이 되도록 조정하는 역할을 한다. 이러한 전압 보정 과정에 대하여는, 도 2를 참조하며 상세히 후술하기로 한다.
이러한 전압 보정 과정을 통해, 고휘도 LED(111)들의 순방향 강하 전압(VF)에 필요한 전압 레벨만이 정확히 고휘도 LED부(110)에 공급되므로, 최적의 전력 사용으로 인해 전력 사용 효율이 좋아지는 효과가 있다.
본 발명의 명확한 이해를 위해 LED의 전력 손실에 대한 원리를 부연 설명하기로 한다. 고휘도 LED(111)는 정전류가 흐르면, 일정한 빛을 내는 특성을 지니고 있다. 따라서, 필요한 빛을 만들어 내기 위해, 순방향 강하 전압(VF) 이상의 전압이 고휘도 LED(111)에 충분히 공급되고, 정전류가 이 고휘도 LED(111)에 흐르게 한다면, 고휘도 LED의 순방향 강하 전압(VF)의 오차가 존재하더라도, 고휘도 LED(111)는 필요한 빛을 만들어낼 수 있다.
하지만, 전력 손실은 고휘도 LED(111)에 흐르는 정전류와 고휘도 LED 시스템에 가해지는 전압의 곱셈, 즉 전류와 전압의 곱으로 표현된다. 따라서, 전력 효율을 높이기 위해, 고휘도 LED에 흐르는 정전류 외에도 고휘도 LED에 가해지는 전압의 역할도 고려해야 한다.
따라서, 고휘도 LED(111)에 가해지는 전압은 고휘도 LED의 순방향 강하 전압(VF)과 정전류 제어를 위해 필요한 최소 전압만큼만 가해주는 것이 전력 손실 측면에서 가장 효율적이다.
앞서 기술한 바와 같이, 고휘도 LED(111)는 각각 다른 특성의 순방향 강하 전압(VF)을 지니고 있는데, 고휘도 LED부(110)의 직렬 연결되는 고휘도 LED(111) 갯수와 고휘도 LED부(110)가 요구되는 정전압을 특정한 값으로 결정해야 한다.
종래 기술에서의 문제점이 고휘도 LED부(110)가 요구하는 정전압을 특정한 하나의 값으로 결정하기 위해, 고휘도 LED(111)가 가지는 고유의 순방향 강하 전압(VF)의 오차 범위에서 가장 큰 값을 사용하여, 직렬로 연결된 고휘도 LED 갯수 만큼 곱한 전압으로 결정한 것이었다.
이렇게 고휘도 LED(111)의 가장 큰 순방향 강하 전압(VF)을 사용하여 결정한 전압에 기본적으로 고휘도 LED부(110)가 안정적인 빛을 발산하도록 정전류를 흐르게 하는 기능을 하도록 하는 최소한의 정전압을 합한 전체 전압이 고휘도 LED부(110)에 가해야 하는 전압으로 결정되는 것이다. 즉, 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
V_smps = ( VF_max x N ) + V_I
여기서, V_smps는 고휘도 LED부(110)에서 필요한 총 전압을 의미하며, VF_max는 고휘도 LED(111)가 가지고 있는 고유의 순방향 강하 전압(VF) 특성 중에서 가장 큰 전압을 의미하며, N은 고휘도 LED부(110)에서 직렬로 연결된 고휘도 LED(111) 총 갯 수를 의미하며, V_I는 고휘도 LED부(110)가 정전류를 흐르도록 제어하는 LED 구동부(70)를 동작하기 위한 정전압을 의미한다.
본 발명은 위 수학식 1과 달리, 고휘도 LED부(110)에 구성된 모든 고휘도 LED(111)의 총 전압을 합하여, 그 결과에 따라 +값 또는 -값만큼의 전압을 변경 보정하여, 불필요한 전압을 생성하지 않으므로, 전력 사용의 효율성을 기할 수 있다.
도 1를 계속 참조하면, LED 제어 칩(100)에 내부적으로 너무 높은 온도 및 과전류가 발생할 수 있다. 고온 및 과전류 제어부(80)는 이러한 이상 온도 및 과전류에 의해 고휘도 LED부(110) 및 LED 제어 칩(100)에서 발생하는 오동작을 막는 기능을 수행한다.
디지털 회로부(40)는 보다 다양하고, 정밀한 동작을 수행하는 최근 조명 시스템에서, 고휘도 LED 조명이 다른 형태의 조명 시스템들 간의 통신을 수행하고, 자체적으로는 LED조명 시스템(100)을 제어하는 역할을 한다. 따라서, 디지털 회로부(40)는 자체내 통신 회로(미도시)를 포함하며, 이 통신 회로를 통하여 유선 LAN 또는 RS-485 등과 같은 유선 통신을 이용하는 것도 가능하고, 블루투쓰, 무선 LAN, 와이브리(wibree), 적외선 통신 등과 같은 무선 통신을 이용할 수 있다. 이러한 통신 기술은 널리 알려져 있으므로, 본 발명의 명확한 이해를 위해 생략하기로 한다.
위에 기술한 전압 보정 방식과 함께, 고휘도 LED(111)의 자체 발산 빛에 의해서도 전압을 변경하는 것이 가능하다. 이를 위해, 센서 감지부(90)가 추가로 구성될 수 있다.
즉, 고휘도 LED(111)는 빛을 발산하는데, 주위의 온도, 습도 및 적외선 등과 같은 주위 환경에 따라 빛을 발산하는 특성이 달라진다. 부연하면, 고휘도 LED(111)는 같은 정전류로 제어하더라도, 주위의 온도, 습도 및 적외선 등과 같은 주변 환경에 따라 빛의 밝기가 달라진다는 의미이다.
따라서, 센서 감지부(90)가 이와 같은 주위의 온도 및 습도, 밝기, 사람의 접근 등과 같은 환경적인 요소를 감지하는 역할을 한다.
센서 감지부(90)가 감지한 이러한 특수한 주위 환경 요소는 아날로그 회로부(50)로 보내지며, 아날로그 회로부(50)는 이를 정전류 제어부(60)에 전송한다. 따라서, 정전류 제어부(60)는 주위 환경에 가장 적은 전류량으로 가장 알맞은 빛을 발산하도록 LED 구동부(70)를 제어하는 것이 가능하다. 즉, LED 구동부(70)를 통해 고휘도 LED부(110)의 전체 빛의 밝기를 조절하게 된다. 도면에서는 LED 구동부(70)가 고휘도 LED부(110)의 하단에 위치하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 구동 방식에 따라 LED 구동부(70)가 고휘도 LED부(110)의 상단에 위치하는 것도 가능하다.
이러한 센서 감지부(90)에 의해, 주위의 온도, 습도 및 적외선 등과 같은 주 변의 물리적인 환경에 따라 고휘도 LED(111)에 흐르는 정전류 량을 적절하게 제어하게 되면, 고휘도 LED 조명의 밝기에 적절히 대응할 수 있고, 전력 사용 효율을 개선 시키는 효과가 있다.
물론 이를 위해서는, 센서 감지부(90)에 환경에 따른 고휘도 LED(111)를 구동하는 구동 설정값을 미리 입력시켜 놓고 감지된 환경의 조건에 맞는 설정값을 찾아내, 이를 전압 제어부(20) 또는 정전류 제어부(60)에 전송하는 것이 가능하다. 물론, 이러한 설정값이 전압 제어부(20) 또는 정전류 제어부(60)에 저장되어, 감지된 환경에 따라 맞는 설정값을 찾아내 고휘도 LED(111)를 구동하도록 하는 것도 가능하다. 이는 알고리즘을 구성하는 방식에 따른 변경에 불과하며, 다양한 알고리즘 구성 방식과 상관없이 동일한 효과를 낼 수 있다.
또한, 고휘도 LED 조명 시스템이 정해진 밝기만 일정하게 계속 발산하게 되는 것보다, 자연광인 태양 빛이나 다른 종류의 조명 스템에 의해 밝아진 주위 환경의 밝기를 감지하여, 그 밝기에 맞게 고휘도 LED 조명부(110)의 밝기가 조절된다면, 전력 사용 효율을 더 높아지게 된다.
또한, 사람의 근접과 같은 특정한 상황에서 고휘도 LED 조명부(110)의 밝기를 조절하게 된다면, 이 경우도 마찬가지로 고휘도 LED 조명 시스템의 전력 사용 효율을 높이는 효과가 있다.
부연하면, 고휘도 LED 조명부(110)의 밝기를 주위의 상황에 맞게 적절히 조절한다면, 에너지 사용 효율이 높아지는 것을 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 이해의 편의를 위해, LED 구동부(70)와 정전류 제어 부(60)를 분리하여 구성하였으나, LED 구동부(70)에 정전류 제어부(60)의 기능을 포함시켜 구성하는 것도 가능하다. 따라서, 본 발명의 보정과정에 따라 보정된 보정 전압이 전압 발생부(10)에서 전류로 변환되어 정전류 제어부(60)를 거치지 않고, LED 구동부(70)에 공급되는 것도 가능하다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 오차 전압을 보정하는 과정을 보여주는 순서도를 도시한다. 즉, 도 2는 도 1에서 고휘도 LED들의 순방향 강하 전압(VF)의 오차를 보정하여, 최적의 필요한 전압을 발생하도록 하는 것을 보여주는 순서도이다. 도 1을 참조하여 오차 전압을 보정하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
고휘도 LED 조명 시스템(도 1에서, LED 제어 칩(100)과 고휘도 LED부(110)로 구성됨)에서 조명용 빛을 내기 위해, LED 제어 칩(100)에 AC/DC 전원을 인가한다(단계 S10). 앞서 기술한 바와 같이, 전원은 도 4에 도시된 SMPS 전원부(300)에서 생성된 전원이 인가될 수도 있다.
AC/DC 전원을 인가받은 전압 발생부(10)는 고휘도 LED부(110)가 안정적으로 빛을 발산하기 위해 필요한 전압 및 LED 제어 칩 내부에서 필요한 전압을 발생하게 한다(단계 S20).
전압 발생부(10)에서 만들어진 전압이 LED 구동부(70)에 공급되고, 이 LED 구동부(70)는 고휘도 LED부(110)의 고휘도 LED(111)를 동작시키면, 고휘도 LED(111)는 조명용 빛을 발산하게 된다(단계 S30). 앞서 기술한 바와 같이, LED 구동부(70)는 고휘도 LED부(110)의 하단 또는 상단에 위치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 고휘도 LED(111)들의 순방향 강하 전압(VF)의 오차로 인 해, LED 구동부(70)로 연결되는 지점의 전압은 기본적으로 필요한 전압에 비해 오차를 가지고 있게 된다. 따라서, 이러한 오차를 보정하기 위해, 전압 감지부(30)는 고휘도 LED(111)들의 순방향 강하 전압(VF)에 의해 발생한 오차 전압을 감지한다(단계 S40).
전압 감지부(30)는 감지된 오차 전압이 "0"v인지 아닌지를 우선 판별한다(단계 S50).
만약, 판별 결과, "0"v가 아니면, 오차 전압이 존재하는 것으로 판별되므로, 전압 감지부(30)는 이 감지된 오차 전압이 +값인지, - 값인지 여부를 다시 판별한다(단계 S51).
판별 결과, 오차 전압이 +값으로 판별된다면, 전압 제어부(20)는 전압 발생부(10)에서 만들어 지는 전압이 +값만큼의 전압으로 보정되도록 하기 위해, 전압을 n 단계만큼 낮아지도록 제어하여 오차 전압이 "0"v가 되도록 한다(단계 S52).
반대로, 판별 결과, 오차 전압이 -값으로 판별된다면, 전압 제어부(20)는 전압 발생부(10)에서 만들어지는 전압이 -값만큼의 전압을 보정되도록 하기 위해, 전압을 n단계만큼 높아지도록 제어하여 오차 전압이 "0"v가 되도록 한다(단계 S53).
이후, 승압 또는 강압된 전압은 위에서 기술된 단계 S20 내지 단계 S50를 반복하게 된다.
따라서, 단계 S50오차 전압이 "0"v이면, 전압 감지부(30)에서 감지된 오차 전압이 없으므로, 전압 보정 과정이 요구되지 않게 되고, 고휘도 LED 조명 시스템은 최적화된 전압으로 동작하게 된다(단계 S60).
즉, 오차 전압이 "0'v가 되면, 고휘도 LED 조명 시스템은 빛을 안정적으로 발산하기 위해 필요한 최소한의 전압으로 동작하게 되어, 전력 효율을 높이게 된다.
도 3은 도 1의 고휘도 LED 조명 시스템을 다양한 조명 시스템에 적용한 다른 실시예의 블럭도를 도시한다. 즉, 도 3은 본 발명에서 제안한 고휘도 LED 조명 시스템(200)과 다른 형태의 조명 시스템(210) 및 중앙 시스템(220)간의 통신을 수행하여, 효율적인 조명 시스템이 되도록 구축된 예시도다.
빛은 먼 거리까지 미치기 때문에, 다양한 조명 시스템(200, 210)들 사이에 서로 신호를 주고 받으면서 효율적으로 빛을 발산하게 되며, 필요한 곳에만 적절히 조명을 하게 제어할 수 있고, 불필요한 조명을 줄여 전력 손실을 줄일 수 있다.
특히, 인접한 조명 시스템은 중복된 영역을 공통으로 조명을 하기 때문에, 서로 간의 신호 통신은 효율적인 조명을 위해 더욱더 중요하다. 또한, 중앙 시스템(220)은 전체적인 조명 시스템을 제어하면서, 조명 시스템의 전체 에너지 효율을 높이는 기능을 하게 된다.
도 1에 도시된 고휘도 LED 조명 시스템(200) 및 다양한 다른 형태의 조명 시스템(210)과 중앙 시스템(220)으로 구성된 시스템을 구축하여, 서로 간의 필요한 신호를 주고 받으면서 통신이 이루어진다면, 보다 효율적인 조명 시스템을 구성할 수 있으며, 이것은 에너지를 절감하는 효과가 있고, 전력 사용 효율을 높이는 효과가 있다.
물론, 앞서 기술한 바와 같이, 고휘도 LED 조명 시스템(200)은 도 1에 도시 된 LED 제어 칩(100)과 고휘도 LED부(110)로 구성되며, 다른 조명 시스템(210)과의 통신을 위해 디지털 회로부(40)를 포함한다.
따라서, 외부 조명 시스템(210)과 데이터를 송수신하여, 외부 조명 시스템(210)의 환경을 고려하여, LED 조명 시스템(200)의 밝기를 제어하는 것이 가능하다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되는 것이 바람직할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 고휘도 LED 제어 칩을 이용하여 전력 사용 효율을 개선하기 위한 고휘도 LED 조명 시스템 블럭도.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 오차 전압을 보정하는 과정을 보여주는 순서도.
도 3은 도 1의 고휘도 LED 조명 시스템을 다양한 조명 시스템에 적용한 다른 실시예의 블럭도.
도 4은 종래의 고휘도 LED 조명 시스템 블럭도.
***** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *****
10 : 전압 발생부 11 : MEMS 공정부
20 : 전압 제어부 30 : 전압 감지부
40 : 디지털 회로부 50 : 아날로그 회로부
60 : 정전류 제어부 70 : LED 구동부
80 : 고온 및 과전류 제어부 90 : 센서 감지부
100 : LED 제어 칩 110 : 고휘도 LED부
111 : 고휘도 LED 200 : 고휘도 LED 조명 시스템
210 : 다른 형태의 조명 시스템
220 : 중앙 시스템 300 : SMPS 전원부
310 : LED 드라이버

Claims (10)

  1. 다수의 고휘도 LED로 구성되는 고휘도 LED부,
    상기 고휘도 LED를 구동하기 위해 상기 고휘도 LED부에 구동 전류를 제어하는 LED 구동부,
    상기 LED 구동부에 의해 상기 고휘도 LED부에 전류가 제어됨에 따라 발생하는 상기 다수의 고휘도 LED의 순방향 강하 전압(VF)의 전체 합에 대한 오차를 감지하여 전압 오차값을 생성하는 전압 감지부,
    상기 전압 오차값을 이용하여, 상기 고휘도 LED부에 상기 전압 오차값을 보정하는 보정 전압을 제공하도록 명령을 생성하는 전압 제어부,
    상기 전압 제어부의 명령에 따라 상기 구동 전류로 변환되는 상기 보정 전압을 상기 LED 구동부에 공급하는 전압 발생부
    를 포함하는 고휘도 LED 조명 시스템의 전력 사용 효율을 개선하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고휘도 LED에 영향을 미치는 주위 환경을 감지하고 상기 주위 환경에 맞게 설정된 값의 전압을 공급하도록 전압 제어부에 요청하는 센서 감지부를 더 포함하는 고휘도 LED 조명의 전력 사용 효율을 개선하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    내부의 고온 및 고휘도 LED에 과전류가 공급되는 것을 차단하는 고온 및 과전류 제어부를 더 포함하는 고휘도 LED 조명의 전력 사용 효율을 개선하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    외부의 조명 시스템과 유선 또는 무선 통신하는 통신 수단을 더 포함하는 고휘도 LED 조명의 전력 사용 효율을 개선하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 발생부는 변전소로부터의 AC 및 DC 전압을 직접 상기 LED 구동부에 공급하기 위해 MEMS(Micro Electronics Mechanical System) 공정을 이용하여 제조된 소자인 고휘도 LED 조명의 전력 사용 효율을 개선하는 장치.
  6. 고휘도 LED를 구동하기 위해 고휘도 LED부에 구동 전류를 제어하는 단계,
    상기 LED 구동부에 의해 상기 고휘도 LED부에 전류가 제어됨에 따라 발생하는 상기 다수의 고휘도 LED의 순방향 강하 전압(VF)의 전체 합에 대한 오차를 감지하여 전압 오차값을 생성하는 단계,
    상기 전압 오차값을 이용하여, 상기 고휘도 LED부에 상기 전압 오차값을 보정하는 보정 전압을 제공하도록 명령을 생성하는 단계,
    상기 전압 제어부의 명령에 따라 상기 구동 전류로 변환되는 상기 보정 전압을 상기 LED 구동부에 공급하는 단계
    를 포함하는 고휘도 LED 조명의 전력 사용 효율을 개선하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 고휘도 LED에 영향을 미치는 주위 환경을 감지하고 상기 주위 환경에 맞게 설정된 값의 전압을 공급하도록 전압 제어부에 요청하는 단계를 더 포함하는 고휘도 LED 조명의 전력 사용 효율을 개선하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    내부의 고온 및 고휘도 LED에 과전류가 공급되는 것을 차단하는 단계를 더 포함하는 고휘도 LED 조명의 전력 사용 효율을 개선하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    외부의 조명 시스템과 유선 또는 무선 통신하는 단계를 더 포함하는 고휘도 LED 조명의 전력 사용 효율을 개선하는 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 전압 발생부는 변전소로부터의 AC 및 DC 전압을 직접 상기 LED 구동부에 공급하기 위해 MEMS 공정을 이용하여 제조된 소자인 고휘도 LED 조명의 전력 사용 효율을 개선하는 방법.
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