KR20110112238A - 할로겐 램프들과 같은 광원들을 위한 전력 공급 디바이스 및 관련 방법 - Google Patents

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Abstract

할로겐 램프들과 같은 광원들(1)을 위한 전력 공급 디바이스는 위상-컷 딤머(28)를 통하여 주전원(M)으로부터 공급될 수 있고, 주전원으로부터 상기 디바이스의 피딩을 허용하거나 또는 중단하기 위하여 도전 상태 및 비 도전 상태 사이에서 선택적으로 스위칭가능하다. 상기 디바이스는 적어도 하나의 광원(L)으로 피딩하기 위한 전력 스테이지(10), 상기 전력 스테이지(10)에 대한 구동 스테이지(22, 24), 및 상기 구동 스테이지(22, 24)에 대한 공급 스테이지(26)를 포함한다. 상기 딤머(28)가 비 도전일 때 그리고 상기 딤머(28)가 다시 도전일 때를 검출하기 위하여 센서 수단(30, 34)이 제공된다. 상기 구동 스테이지(22, 24)는 상기 센서 수단(30, 34)이 상기 딤머(28)가 비 도전이라고 표시할 때 상기 전력 스테이지(20)의 구동을 불가능하게 하기 위하여 그리고 상기 센서 수단(30, 34)이 상기 딤머(28)가 다시 도전이라고 표시할 때 상기 전력 스테이지(20)의 구동을 가능하게 하기 위하여 상기 센서 수단(30, 34)에 커플링되고, 이에 의하여 상기 공급 스테이지의 피딩을 보장하고 상기 광원의 플래슁(flash) 및 점멸(flicker)을 방지한다. 바람직하게는, 상기 구동 스테이지(22, 24)는 상기 딤머가 비 도전일 때, 저 소비 스탠바이 상태로 스위칭하는 마이크로컨트롤러를 포함한다. 이런 조건들에서 상기 딤머(28)는 자신의 정상 전도 상태로 자신을 회귀시키도록 적응되는 더미 부하(32)에 연결된다.

Description

할로겐 램프들과 같은 광원들을 위한 전력 공급 디바이스 및 관련 방법 {POWER SUPPLY DEVICE FOR LIGHT SOURCES, SUCH AS HALOGEN LAMPS, AND RELATED METHOD}
본 개시물은 예를 들어 저전압 할로겐 램프들과 같은 광원들을 공급하기 위한 기법들에 관한 것이다.
본 개시물은 광원의 강도 조절 기능(소위 "디밍(dimming)")을 수행하도록 적응되는 전력 공급 디바이스들에 가능한 애플리케이션로 부여된 특정한 관심을 갖고 안출된다.
이를 테면 할로겐 램프들 예를 들어 낮은 공급 전압을 갖는 할로겐 램프들과 같은 광원들의 전력 공급을 위하여, 광원 상에서 강도 조절 기능, 즉 소위 "디밍" 기능을 수행할 수 있는 전자 변압기들이 사용된다.
이런 기능의 구현은 이러한 원(source)들의 광 강도가 상기 광원을 통하여 흐르는 전류의 (평균) 강도에 의존한다는 사실을 이용한다.
강도 조절 디바이스 ― 편의상 "딤머(dimmer)"로 명명됨 ―는 이를 테면 사인 파형을 "컷팅"함으로써 동작하고, 이는 일반적으로 위상 컷의 동작을 통하여 정류를 이미 경험한다.
이런 기능은 사인 (반(half)) 파의 상승 에지 및 하강 에지 둘 다에서 수행될 수 있다. 그러므로 "위상-컷 딤머들"로 명명되는 디바이스들은 두 개의 그룹들로 분류될 수 있다:
- 사인 (반) 파의 상승 에지 상에서 또는 전단(front)에서 즉 100 Hz의 주기의 개시 시에 동작하는 디바이스들 (명백하게 50 Hz로 사인 파를 형성하고, 이미 반-파 정류를 경험한 것을 참조함),
- 100 Hz의 사인 (반) 파의 하강 에지 상에서 또는 말단(tail) 상에서 동작하는 디바이스들.
"리딩 에지 딤머들"로 알려진 앞의 종류의 디바이스들은 그것들이 생산에 있어서 더욱 경제적이기 때문에 현재에 더욱 널리 보급되어있다.
현재 고려되는 애플리케이션들에서 현재 이용되는 전자 변압기들은 일반적으로 이전에 고려된 타입의 위상-컷 딤머들과 적절하게 동작하도록 적응된 자가-발진 하프-브릿지 토폴로지를 포함한다.
다소 높은 전력(예를 들어, 300W의 입력 전력)을 갖는 전자 변압기들의 경우에 자가-발진 토폴로지의 이용은 더욱 어렵다. 이는 특히 스타트-업 동안에 그리고 비정상 동작 조건들(과부하, 오버히팅, 과열)로부터의 보호 스테이지들에서 출력 전압들 및 입력 및 출력 전류들의 적절한 제어의 필요 때문이다.
전력 스테이지를 적절하게 제어하기 위하여, 게다가 외부 구동기와 결합된 이를 테면 디지털 마이크로컨트롤러와 같은 프로세싱 유닛을 제공할 수 있다. 프로세싱 유닛 (마이크로컨트롤러)와 구동기 둘 다는 대체로 몇 볼트(Vcc)의 일정한 전압 공급을 필요로 한다. 에너지 절약 요구사항들을 이유로 (특히 스탠바이 모드에서의 소비를 감소시키기 위하여), 이런 전압은 스위치 모드 전력 공급 스테이지(SMPS)로 획득된다.
도 1은 앞서 설명한 것에 상응하는 솔루션을 도시하는 블록도이다.
특히, 도 1의 블록도에서, 참조 10은 예를 들어, 변압기(16)의 1차측 권선(16a)을 구동하도록 적응된, 자가-발진 하프-브릿지 어레인지먼트에서 각각의 커패시터들(14)과 연관되어 교번적으로 스위치 온 및 스위치 오프되도록, 즉 도전(conductive) 및 비-도전이 되게 적응된 두 개의 전자 스위치들(예를 들어, 전력 금속-산화 반도체 전계-효과 트랜지스터(mosfet)들)을 포함하는 전력 스테이지를 표시한다. 변압기(16)의 2차측 권선(16b)은 램프 또는 램프들인 부하(L)에 피딩(feed)한다 (도면에 도시되었더라도, 본래 공급 회로의 부분이 아닌 경우도 물론 같다).
도 1에서 고려되는 예에서, 주전원(M)으로부터 전력 스테이지(10)에 피딩하는 것은 입력 필터(18) 및 다이오드 브릿지 정류기(20)로 달성되고, 거기에서 "버스" 전압(Vbus)을 갖는 주전원 분기들로부터의 피드 라인(21)은 전력 스테이지(10)에 피딩하도록 적응된다.
참조 22는 구동 스테이지 또는 구동기를 표시하고, 이는 이를 테면 마이크로컨트롤러(24)와 같은 프로세싱 유닛으로부터 수신되는 제어들을 기초로 전력 스테이지(10)에서의 스위치들(12)을 교번적으로 턴 온하고 턴 오프한다.
참조 26은 주전원으로부터 상기 피드 라인(21)에 연결되는 공급 스테이지(스위치 모드 전력 공급 스테이지 또는 SMPS)를 식별한다. 스테이지(26)의 출력부에서는 구동기(22) 및 마이크로컨트롤러 프로세싱 유닛(24)에 대하여 공급 전압으로서 사용되도록 적응되는 직류 전압(Vcc)이 나타난다.
마지막으로, 참조 28은 공지의 기준에 따라 동작함으로써, 주전원 공급의 파형 상에서 "컷팅" 기능을 수행하는 위상-컷 딤머(입력 필터(18)와 주전원 전압(M)의 입력부 사이에 삽입될 것으로 가정됨)를 표시하고; 외부 디밍 제어의 동작(공지의 기준 및 수단에 따라 생성된) 하에서, 그러므로 딤머(28)는 주전원으로부터 상기 디바이스로의 공급을 허용하거나 또는 중단하기 위하여:
- 도전 상태 (상기 주전원 공급이 상기 디바이스로 흐름); 및
- 비 도전 상태 (상기 디바이스로의 상기 주전원 공급이 중단됨)
사이에서 선택적으로 스위칭 가능하다.
도 1에 나타난 회로 토폴로지는 그 자체로 기지된 것으로서 고려될 것이고, 여기에서 그것의 상세한 설명이 제공되는 것은 불필요하다.
게다가, 이하에서 설명되는 기술적인 문제를 해결하기 위하여, 도 1의 회로 어레인지먼트는 광원들에 대한 전력 공급 디바이스의 토폴로지들의 일반적이고, 예시적인 것으로 고려되어야만 하고, 상기 디바이스는:
- 주전원으로부터의 공급의 파형 상에서 "컷팅" 기능을 수행하는 위상-컷 딤머를 통한 주전원으로부터의 피드 라인(예를 들어, 라인(21)) ― 주전원으로부터 상기 디바이스로의 공급을 허용하거나 또는 중단하기 위하여, 상기 딤머는 도전 상태(주전원으로부터의 공급이 디바이스로 흐름)와 비 도전 상태(디바이스로의 주전원으로부터의 공급이 중단됨) 사이에서 선택적으로 스위칭 가능함 ―;
- 주전원으로부터의 상기 피드 라인으로부터 적어도 하나의 광원으로 피딩하기 위한 전력 스테이지;
- 상기 전력 스테이지에 대한 구동 스테이지; 및
- 상기 구동 스테이지에 대한 공급 스테이지 ― 상기 공급 스테이지는 주전원으로부터의 상기 피드 라인(21)에 연결됨 ―
를 포함한다는 것을 깨닫게 될 것이다.
발명자는 도 1 (및 유사하거나 또는 등가의 토폴로지들)에 도시된 것과 같은 어레인지먼트들에서, 디밍 동작 동안에 딤머가 특정 레벨을 초과하는 입력 전압(그리고 라인(21) 상에서의 공급의 결과로서)을 컷팅할 때, 구동기 및 프로세싱 유닛에 제공하는 스테이지가 불충분하게 피딩되고, 차례로, 상기 구동기 및 상기 프로세싱 유닛으로 공급 전압을 더 이상 피딩할 수 없다; 그 결과로, 램프 공급에서 명확하게 지각할 수 있는 점멸(flicker) 또는 플래슁(flash) 효과들이 나타난다고 깨달았다.
가장 불리한 조건들이 "리딩 에지" 딤머들의 경우에 발생하고, 상기 리딩 에지 딤머들은 전력 스테이지가 활성화될 때, 바로 그 순간에 구동기 및 프로세싱 유닛으로의 공급 전압 드롭이 발생하도록 공급 파형의 상승 에지 상에서 컷팅 기능을 수행한다.
그러므로 발명자는 이를 테면 마이크로컨트롤러와 같은 상업적 이용가능한 유닛에 의하여 제어되는 전자 변압기들이 "위상-컷" 딤머들을 갖고 만족스럽게 동작할 수 없다는 것을 깨닫게 되었다: 디밍 레벨이 증가할 때, 즉 라이트닝 강도가 특정 레벨 미만으로 감소할 때, 제어 프로세싱 유닛 및 전력 스테이지 구동기는 불충분하게 공급받고, 그리고 광원은 점멸 또는 플래슁 효과들을 경험한다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 극복하기 위함이다.
본 발명에 따라, 이러한 목적은 특히 이하의 청구범위에서 제시되는 특징들을 갖는 디바이스를 통하여 달성된다. 또한 본 발명은 연관되는 방법과 관계가 있다. 청구범위는 여기서 제공되는 본 발명의 기술적인 가르침의 필수적인 부분이다.
다양한 실시예들은 딤머가 "개방"될 때, 즉 비-도전일 때, 전체 에너지 소비를 감소시키는 원리로 자신들의 동작에 기초로 한다. 이런 조건들에서, 전자 변압기의 전력 스테이지로의 공급이 전혀 발생하지 않고, 본 발명 제안들은 (특히 공급 전압을) 상기 전자 변압기로 공급하지 않는다. 이런 방식으로 공급 전압을 생성하는 스테이지 상에서 출력 전압의 드롭을 방지하는 것이 가능하고, 그러므로 이에 의하여 공급되는 집적 회로들의 오작동을 방지한다.
단지 비-제한적인 예로서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명이 이제 설명될 것이다:
도 1은 앞서 이미 설명되었다.
도 2는 실시예들을 나타내는 블록도이다.
도 3 및 도 4는 실시예들의 추가의 상세사항들을 도시한다.
이하의 설명에서서, 다수의 특정 상세사항들은 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위하여 주어진다. 실시예들은 상기 특정 상세사항들, 또는 다른 방법들, 컴포넌트들, 재료들, 등 중 하나 이상이 없이도 실시될 수 있다. 다른 예시들에서, 공지의 구조들, 재료들, 또는 동작들은 실시예들의 양상들을 모호하게 하는 것을 방지하기 위하여 상세히 도시되거나 또는 설명되지 않는다.
본 명세서를 통틀어 "하나의 실시예" 또는 "실시예"의 언급은 특정한 실시예와 관련하여 설명되는 특징, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 그러므로, 본 명세서 곳곳에서의 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"의 문구들의 등장은 반드시 동일한 실시예를 모두 지칭하기 위한 것은 아니다. 더욱이, 특정 특징들, 구조들, 또는 특성들은 임의의 적절한 방식으로 하나 이상의 실시예들에서 결합될 수 있다.
여기에서 제공되는 표제는 단지 편의를 위한 것이고 실시예들의 범위 또는 의미를 설명하기 위한 것이 아니다.
다양한 가능한 실시예들이 도 2 내지 도 4를 참조하여, 이하에서 설명될 것이다. 이런 도면들, 이런 두 개의 도면들에서, 도 1을 참조하여 이미 설명된 부분들, 엘리먼트들 컴포넌트들, 또는 부분들, 엘리먼트들 또는 컴포넌트들과 동일하거나 또는 등가의 것들은 동일한 참조 번호들로 표시되고; 그러므로, 간소화를 위하여, 이들의 설명은 이하에서 반복되지 않을 것이다.
도 2의 일반적인 다이어그램에서, 도 1을 참조하여 앞서 설명된 회로 토폴로지는 딤머(28)가 비-도전일 때, 즉 그것이 공급 파형을 컷팅하고 있을 때를 검출하도록 적응된 센싱 엘리먼트 또는 검출기(30)의 프로비전에 의하여 보상된다.
이런 연결에서, 딤머(28)가 반드시 본 개시물에 따른 공급 디바이스의 부분이 아니라는 것이 이해될 것이다.
다양한 실시예들에서, 엘리먼트(30)는 딤머(28)로부터의 파형을 센싱하고 그리고 상기 딤머가 주전원(M)으로부터 사인 파형을 컷팅하고 있기 때문에 이런 파형이 제로를 교차할 때를 검출하도록 적응된 임의의 디바이스를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 이러한 디바이스는 본질적으로 소위 제로 교차 검출기(ZCD; Zero Crossing Detector)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 검출기(30)는 입력 필터(18)의 출력부에 배치된다. 하지만 이런 어레인지먼트는 상기 ZCD가 또한 다른 위치에 배치, 예를 들어 딤머(28)의 출력부에 직접 배치될 수 있기 때문에 필수적인 것은 아니다.
검출기(30)가 상기 디바이스로 향한 공급의 제로 레벨을 검출할 때, 그것은 프로세싱 유닛(24)(간소화를 위하여 이하에서 간단히 "마이크로컨트롤러(24)"로 명명됨)에 신호를 출력한다.
상기 디바이스로의 공급을 중단하는 딤머(28)에 상응하는, 검출기(30)로부터의 신호가 제로 레벨을 표시할 때, 마이크로컨트롤러(24)는:
- 전력 스테이지(10)로의 출력들을 불가능하게 하고, 주전원으로부터의 피드 라인(21)으로부터 스테이지로의 공급을 중단함으로써,
- 정류기(20)로부터의 전압(Vbus)으로 더미 부하(32)를 활성화함으로써, 그리고
- 저-소비 스탠바이 모드로 자동적으로 세팅함으로써
동작한다.
제 1 및 제 3 명령 / 동작은 딤머(28)가 주전원(M)으로부터의 파형을 "컷팅"하고 그리고 그 순간에 개방회로로 되기 때문에, 상기 회로가 주전원으로부터 공급 전력을 스스로 수신하지 못하는 상태에서, 상기 회로의 에너지 소비를 최소화하기 위한 것이다.
제 2 명령 / 동작은 딤머(28)가 폐쇄될 때, 즉 딤머(28)가 다시 도전이 될 때, 주전원(M)으로부터 전자 변압기로의 전압 공급을 복구함으로써, 딤머(28)를 정확하게 동작시키기 위한 것이다. 검출기 스테이지(34)는 주전원(M)으로부터의 피드 라인(21) 상에서의 전압(Vbus)의 레벨을 센싱하고, 그리고 그러므로 이러한 전압이 미리결정된 임계 레벨을 초과하였다는 것을 표시하는 신호를 마이크로컨트롤러(24)로 전송할 수 있고, 이는 딤머(28)가 이를 테면 컨버터를 다시 "스위치 온"했다는 것을 나타낸다.
더미 부하(32)는 점멸 및 플래슁을 방지하기 위하여, 딤머(28)에 의하여 유도되는 전력의 최소의 흡수의 요구들을 고려하도록 설계된다. 사실, 딤머(28)가 폐쇄될 때, 즉 도전이 되고 그리고 그러므로 주전원으로부터 상기 회로로 다시 전압이 인가될 때, 전류는 부하(32)를 통하여 흐르고, 그러므로 딤머(28)로 하여금 적절하게 동작하게 한다. 동시에, 상기 검출기 스테이지(34)는 딤머(28)가 상기 디바이스로의 공급을 복구했다는 것을 표시하는 상응하는 신호를 마이크로컨트롤러(24)로 전송한다.
결과적으로, 마이크로컨트롤러(24)는:
- 저 흡수 스탠바이 모드로부터, 정상적인 동작 조건들을 복구함으로써,
- 구동기(22)로 상기 출력들을 다시 인에이블링 즉, 주전원으로부터의 피드 라인(21)로부터 전력 스테이지(10)로 공급을 다시 가능하게 함으로써, 그리고
- 그 존재가 더이상 딤머(28)의 동작을 보장하기 위하여 요구되지 않는 상기 부하(32)가 활성 상태에서 체류하는 것을 방지하면서, 전자 변압기의 효율을 최대화하기 위하여, 더미 부하(32)를 비활성화시킴으로써,
동작을 한다.
다양한 실시예들에서, 스테이지(26)의 출력 전압(Vcc)(후자의 스테이지가 주전원으로부터의 피드 라인(21)에 연결되더라도)은 심지어 디밍 레벨이 높은 경우에도, 즉 거의 전체를 스위치-오프할 정도로 낮게 램프가 저 휘도 상태를 야기할 때에도 드롭을 필요로 하지 않고, 그러므로 이를 테면 마이크로컨트롤러(24)와 같은 프로세싱 유닛으로 제공되는 전자 변압기들에 대해서도 특히 위상-컷 타입의 딤머들을 사용하는 것을 가능하게 한다.
다양한 실시예들에서, 예를 들어 고 출력 변압기들의 경우에, 50 Hz에서 동작하는 표준 전자기 변압기들 대신에 전자 변압기를 사용하는 것이 가능하다.
도 3 및 도 4에서 도시되는 실시예들에서, 제로 레벨 검출기(30)는 두 개의 RC 네트워크들을 포함하고, 이는 두 개의 분압기들로서 동작하며, 이들 중 더 상위의 분기들(저항들(R1C 및 R3C))은 필터(18)의 출력 라인들 둘 다에 연결되고, 그리고 이들 중 하부의 분기들(각각 저항(R2C) 및 커패시터(C1c)에 병렬 그리고 저항(R4C) 및 커패시터(C2c)에 병렬인)은 분배기/필터 (rc) 및 접지의 중앙 점에서 동작하며, 커패시터들(C1c 및 C2c)의 전하 전압들을 두 개의 바이폴라 트랜지스터들(Q1c 및 Q2c) 예를 들어, npn 트랜지스터들의 베이스 단자들로 전송한다. 트랜지스터들(Q1c 및 Q2c) 둘 다의 이미터들은 접지되고, 그리고 상호 연결된 관련되는 컬렉터들은 마이크로컨트롤러(24)에 "제로 교차" 신호를 전달한다. 바이폴라 트랜지스터들(Q1c 및 Q2c) 둘 다는 공급 전압의 중립 위상 및 라인에 의하여 구동된다.
연습삼아, 예를 들어, 커패시터들(C1c 및 C2c)의 존재로 인하여, 상기 신호는 순간적인 제로 교차를 표시할 뿐만 아니라, (디밍 레벨의 함수로서 더 길거나 또는 더 짧은) 특정 시간의 주기 동안에 딤머(28)의 출력이 제로에 체류한다 것을 나타내고, 이는 딤머(28)가 주전원으로부터의 파형을 "컷팅"하고 있기 때문이고, 그러므로 상기 디바이스로의 공급을 중단한다.
참조 (R5)는 전압(Vcc)과 트랜지스터(Q1c)의 컬렉터 사이에 삽입된 바이어싱(biasing) 저항을 표시한다.
도 3의 실시예에서, 더미 부하(32)는 간단하게 라인(Vbus)과 예를 들어, mosfet (Mb)을 포함하는 전자 스위치 사이에서 연결되는 저항(Rb)을 포함하고, 상기 mosfet의 게이트는 마이크로컨트롤러(24)에 의하여 구동된다. 스위치(Mb)가 폐쇄될 때, 저항(Rb)은 전압(Vbus)과 접지 사이에 삽입되며, 따라서 관련되는 전압에 대한 부하를 나타낸다. 스위치(Mb)가 개방될 때, 저항(Rb)은 접지로부터 연결 해제되고 부동(float)하며, 그러므로 부하를 나타내지 않는다.
도시된 실시예에서, 부하(32)는 스위치가 모든 에너지 제로 교차에서 전압을 받도록 마이크로컨트롤러(24)가 스위치(Mb), 예를 들어, mosfet(N)을 구동하는 방식으로 설계되고, 그리고 딤머(28)가 도전이 되도록 가능한 한 빨리 전압 받기를 해제(de-energize)하며, 전력 스테이지를 인에이블링한다.
그러므로 벅 컨버터로의 입력 전압으로서 전압(Vbus)을 이용함으로써, 컨버팅 스테이지(26)는 "벅(buck)" 토폴로지로 설계될 수 있다.
도 3의 실시예에서, 상기 검출기 스테이지(34)는 라인(21)(전압(Vbus))과 접지 사이에 삽입된 분압기와 실질적으로 닯은 구조로 설계되고, 상기 분배기는 제 1 저항(R1d)과 제 2 저항(R2d)을 포함하며, 게다가 상기 분배기의 하부 분기는 저항(R2d)과 병렬로 접속된 제너 다이오드(Dz)를 포함하고, 상기 제너 다이오드(Dz)의 캐소드는 상기 분배기의 중앙 점에 커플링되며, 상기 마이크로컨트롤러의 상응 입력부에 커플링된다.
스테이지(34)에서 상기 제너 다이오드(Dz)는 고 전압 값들에서 "클램핑" 기능을 수행한다.
라인(21) 상의 전압(Vbus)이 "고" 레벨, 가능한 임계치보다 더 높이 도달할 때, 마이크로컨트롤러(24)가 스탠바이 모드로부터 이탈하고, 전력 스테이지를 활성화하며, 부하(32)를 불능화하도록 상응하는 분압기의 출력은 라인(21)(전압(Vbus))의 상태를 추종한다.
도 4의 실시예에서, 검출기(30)는 도 3을 참조하여 이미 설명된 기준에 따라 설계된다.
스테이지(34)에 대하여, 도 4의 실시예는 도 3을 참조하여 이미 설명된 제너 다이오드(Dz)를 갖는 분압기 어레인지먼트를 갖고, 이는 전자 스위치(Md)(예를 들어, mosfet을 다시 한 번 포함함)의 존재에 의하여 보충되고, 상기 전자 스위치(Md)는 제너 다이오드(Dz)가 제공된 분압기의 출력을 접지된 저항(R3d)에 선택적으로 연결하고, 상기 저항(R3d)은 관심이 가는 스위치에 직렬로 연결되고, 마이크로컨트롤러(24)로의 연결 라인은 전자 스위치(Md)와 저항(R3d) 사이의 중앙 점에서 링크된다.
이런 실시예에서, 스위치(Md)의 게이트는 상기 제너 다이오드에 의하여 "클램핑된" 게이트 전압을 가질 가능성을 갖는 상기 분압기를 통하여 전압(Vcc)에 연결된다. 스위치(Md)의 소스 전압은 활성화를 위한 신호의 공급을 위하여 마이크로컨트롤러(24)에 연결된다.
Vs로 표시되는, 상기 소스 전압은 저항(R3d)의 값이 mosfet(Md)의 레지스턴스(Rds_on)(즉, 구동(on-state) 레지스턴스)보다 훨씬 더 클 때까지 Vbus와 동일하고, 그 결과 이하의 관계가 충족된다:
VG - VBUS ≥ VTH → VBUS ≥ VG - VTH
여기서 VG는 게이트 전압이고, VTH는 mosfet(Md)의 임계 전압이다. 상기 조건이 더 이상 충족되는 것이 아니라면, Vs 즉, 상기 mosfet의 소스 전압은 VG - VTH와 동일하다. 이런 방식으로, 도 3의 실시예와 비교하면, 마이크로컨트롤러(24)로 제공되는 신호는 더욱 날카롭고 더욱 정밀한 에지들을 갖는다.
도 4의 실시예에서, 더미 부하(32)는 실제로는 스테이지(26) 내에 임베디드되고, 이런 예에서는 컨버터로서 구현되며, SEPIC (단일-단부 1차측 인덕턴스 컨버터)로서 현재 알려진 토폴로지를 갖는다.
그러므로 상기 SEPIC 컨버터는 다이오드(260)를 포함하고, 상기 다이오드(260)의 애노드는 전압(Vbus)에 커플링되고 그리고 상기 다이오드(260)의 캐소드는 접지된 커패시터(262)에 연결된다. 참조들 (264 및 266)은 SEPIC 토폴로지에서의 전형적인 두 개의 (상호) 인덕터들을 표시한다.
특히, 제 1 인덕터(264)는 제 1 파이형(∏-shaped) 구조에 포함되는 것으로서 고려될 수 있고, 이것의 측면 분기들은 접지되고, 앞서 설명된 커패시터(262) 및 이를 테면 mosfet(268)과 같은 전자 스위치에 의하여 각각 구성되는 반면에, 인덕터(264)는 글자(∏)의 수평 분기이다.
이에 반하여 제 2 인덕터(266)는 추가의 파이형(∏-shaped) 구조의 부분으로서 고려될 수 있고, 이전의 파이형(∏-shaped) 구조에 커패시터(270)가 삽입되어 캐스캐이드된다. 제 2 파이형(∏-shaped) 구조는 접지된 측면 또는 수직 분기들을 포함하고, 이들의 단부들에서 출력 전압(Vcc)이 인가되고, 그리고 이들의 수평 분기는 다이오드(274)로 구성되며, 상기 다이오드(277)의 애노드는 인덕터(266)에 연결되고 그리고 상기 다이오드(277)의 캐소드는 커패시터(272)에 연결되며 그러므로 전압(Vcc)에 연결된다.
게다가 SEPIC 컨버터는 상기 출력 전압으로 하여금 입력 전압보다 더 높게, 더 낮거나 또는 같게하고; 실제로는, 상기 SEPIC 컨버터의 출력은 제어 스위치(실시예에 도시되는 mosfet(268))의 듀티 사이클에 의하여 제어된다. 그러므로 상기 SEPIC 컨버터는 기존의 벅-부스트(buck-boost) 컨버터와 닮았고, 비-반전 출력을 갖고 (출력 전압은 입력 전압과 같은 부호를 가짐), 입력과 출력 사이의 고립 (직렬 커패시터(270)에 의하여 제공됨) 및 스위치(268)가 오프될 때, 출력이 제로로 되는 완전한 셧다운의 가능성 때문에 추가의 이점들을 갖는다.
전압 조절을 이용하는 이런 SEPIC 토폴로지를 복구하는 것은 딤머에 대한 더미 부하의 기능을 동시에 수행하게 한다.
정상 동작 조건들에서(디밍 없이) 상기 SEPIC 토폴로지의 출력 전압은 값(Vcc)로 설정되고, 그리고 전자 스위치(mosfet)의 듀티 사이클은 입력 전압의 값에 따라서 변한다.
딤머가 활성화될 때, 마이크로컨트롤러(24)는 구동기(22)를 턴 오프하고 그리고 스탠바이 모드로 스위칭한다. 그리고나서 SEPIC mosfet에 직렬로 연결된 SEPIC 토폴로지의 입력 인덕터(264)를 포함하는, 전압(Vbus)과 접지 사이에서 등가 네트워크가 획득되도록 상기 SEPIC 토폴로지의 mosfet은 제어 루프에 의하여 (전압(Vcc)이 감소하지 않는다는 것을 가정함) 유지된다. 더미 부하로서 동작시키도록 적응된 개별적이고 이산적인 스테이지를 제공할 필요 없이, 이런 방식으로 본질적으로 SMPS 컨버터에 의하여, 더미 부하가 생성된다.
전압(Vbus)이 다시 높아질 때, 딤머가 도전으로 복구되었기 때문에, 상기 SEPIC 스테이지는 자신의 전압(Vcc) 조절의 기능을 수행하여, 다시 정상적으로 동작하기 시작한다.
물론, 본 발명의 기본적인 원리에 대한 선입관이 없이, 상세한 사항들 및 실시예들은 이하의 청구범위에 의하여 정의되는 발명의 범위를 벗어남이 없이 단지 예로서 설명되는 것과 관련하여, 꽤 상당히 변화할 수 있다.

Claims (11)

  1. 광원들(L)을 위한 전력 공급 디바이스로서,
    상기 디바이스는 주전원(mains; M)으로부터 디바이스의 피딩(feeding)을 허용하거나 또는 중단(interrupt)하기 위하여 도전 상태 및 비-도전 상태 사이에서 선택적으로 스위칭가능한 위상-컷 딤머(28)를 통한 상기 주전원(M)으로부터의 피드 라인(21)을 포함하고,
    상기 디바이스는,
    상기 주전원(M)으로부터의 상기 피드 라인(21)으로부터 적어도 하나의 광원(L)에 피딩하기 위한 전력 스테이지(10);
    상기 전력 스테이지(10)에 대한 구동 스테이지(22, 24); 및
    상기 구동 스테이지(22, 24)에 대한 공급 스테이지(26) ― 상기 공급 스테이지(26)는 상기 주전원(M)으로부터의 상기 피드 라인(21)에 연결됨 ―
    를 포함하고,
    상기 디바이스는 언제 상기 딤머(28)가 비 도전인지 그리고 언제 상기 딤머(28)가 도전인지를 검출하기 위한 센서 수단(30, 34)을 포함하고, 그리고
    상기 센서 수단(30, 34)이 상기 딤머(28)가 비 도전이라고 표시할 때 상기 전력 스테이지(20)의 구동을 비활성화하기 위해서 그리고 상기 센서 수단(30, 34)이 상기 딤머(28)가 도전이라고 표시할 때 상기 전력 스테이지(20)의 구동을 활성화하기 위해서 상기 구동 스테이지(22, 24)는 상기 센서 수단(30, 34)에 커플링되는,
    광원들을 위한 전력 공급 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 스테이지(22, 24)는, 상기 센서 수단(30, 34)이 상기 딤머(28)가 비 도전이라고 표시할 때의 저-전력 흡수 스탠바이 조건과 상기 센서 수단(30, 34)이 상기 딤머(28)가 도전이라고 표시할 때의 상기 전력 스테이지(20)의 동작 구동 조건 사이에서 스위칭가능한 적어도 하나의 제어 모듈(24)을 포함하는,
    광원들을 위한 전력 공급 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 센서 수단(30, 34)은 상기 딤머(28)가 비 도전이라고 표시하는 신호를 상기 구동 스테이지(22, 24)에 제공하기 위하여 상기 딤머(28)로부터의 파형에 민감한 제로 레벨 검출기(30)를 포함하는,
    광원들을 위한 전력 공급 디바이스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 수단(30, 34)은 상기 딤머(28)가 도전이라고 표시하는 신호를 상기 구동 스테이지(22, 24)에 제공하기 위하여 상기 딤머(28)로부터의 파형에 민감한 분압기(34)를 포함하는,
    광원들을 위한 전력 공급 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 딤머(28)로부터의 파형 상에서 동작하는 정류기(20)를 포함하고, 그리고 상기 분압기(34)는 상기 정류기(20)에 의하여 정류되는 파형(Vbus)에 민감한,
    광원들을 위한 전력 공급 디바이스.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 분압기(34)는 상기 분배기(34)로부터의 출력 전압을 클램핑(clamp)하기 위한 제너 다이오드(Dz)를 포함하는,
    광원들을 위한 전력 공급 디바이스.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분압기(34)는 상기 딤머(28)가 도전이라고 표시하는 신호를 상기 구동 스테이지(22, 24)에 제공하기 위하여 상기 분압기에 의하여 구동되는 전자 출력 스위치(Md)에 커플링되는,
    광원들을 위한 전력 공급 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 수단(30, 34)이 상기 딤머(28)가 비 도전이라고 표시하고 그리고 상기 센서 수단(30, 34)이 상기 딤머(28)가 도전이라고 표시할 때, 바람직하게는 상기 구동 스테이지(22, 24)를 통하여, 상기 딤머(28)의 출력에 대하여 각각 선택적으로 (Mb) 커플링되고 커플링 해제될 더미 부하(32)를 포함하는,
    광원들을 위한 전력 공급 디바이스.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 스테이지(22, 24)에 대한 상기 공급 스테이지(26)는 벅 컨버터인,
    광원들을 위한 전력 공급 디바이스.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 구동 스테이지(22, 24)에 대한 상기 공급 스테이지(26)는 SEPIC 컨버터의 두 개의 인덕터들(264, 266) 사이에 삽입된 각각의 전자 스위치(268)를 갖는SEPIC 컨버터이고, 상기 각각의 전자 스위치는 상기 센서 수단(30, 34)이 상기 딤머(28)가 비 도전이라고 표시할 때 상기 SEPIC 컨버터에서 제 1 인덕터(264)를 접지시키기 위하여 연결함으로써 도전성이 있게 되도록 적응되며, 그에 따라 상기 더미 부하를 실현하는,
    광원들을 위한 전력 공급 디바이스.
  11. 광원들(L)을 위한 전력 공급 디바이스를 동작시키는 방법으로서,
    상기 전력 공급 디바이스는,
    적어도 하나의 광원(L)에 피딩하기 위한 전력 스테이지(10);
    상기 전력 스테이지(10)에 대한 구동 스테이지(22, 24); 및
    상기 구동 스테이지(22, 24)에 대한 공급 스테이지(26)
    를 포함하고,
    상기 방법은 주전원(M)으로부터 상기 디바이스의 피딩을 허용하거나 또는 중단함으로써 달성되는 위상-컷 디밍 동작(28)을 포함하고,
    상기 방법은;
    언제 상기 피딩이 중단되거나 또는 허용되는지를 검출하는 단계(30, 34); 및
    상기 피딩의 중단이 검출될 때(30, 34) 상기 전력 스테이지(20)의 구동을 비활성화하고, 상기 피딩이 허용될 것으로 검출될 때(30, 34) 상기 전력 스테이지(20)의 구동을 활성화하는 단계
    를 포함하는,
    광원들을 위한 전력 공급 디바이스를 동작시키는 방법.
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