KR20120062783A

KR20120062783A - 고체 상태 조명 기구에 대한 범용 전압 입력을 제공하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20120062783A
Application number: KR1020127006892A
Authority: KR
Inventors: 그레고리 캠프벨; 이고르 쉬크
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2012-06-14
Also published as: JP5584764B2; CA2771243A1; TW201119504A; US20120146529A1; EP2468076B1; US8629625B2; BR112012003448A2; CN102626004A; WO2011021120A2; CN102626004B; WO2011021120A3; EP2468076A2; JP2013502683A

Abstract

AC 선전압에 의해 공급되는 고체 상태 조명 기구(140)에 대한 범용 전압 입력을 제공하기 위한 방법은 상기 선전압에 대응되는 아날로그 전압 신호를 상기 선전압의 파형을 나타내는 디지털 값들로 변환하는 단계(S312) 및 상기 디지털 값들의 선택값들을 사용하여 상기 파형의 상승 에지들에 대응되는 경사들을 계산하는 단계(S453)를 포함한다. 상기 선전압의 값은 상기 계산된 경사들에 기초하여 결정된다(S458).

Description

고체 상태 조명 기구에 대한 범용 전압 입력을 제공하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS PROVIDING UNIVERSAL VOLTAGE INPUT FOR SOLID STATE LIGHT FIXTURES}

본 발명은 일반적으로 고체 상태 조명 기구의 제어와 관련된다. 보다 구체적으로, 본 명세서에 개시된 본 발명의 다양한 방법 및 장치는 다양한 전력 공급 선전압(line voltage)에 대해 고체 상태 조명 기구에 범용 전압 입력을 제공하는 것과 관련된다.

디지털 또는 고체 상태 조명 기술, 즉 발광 다이오드(LED)와 같은 반도체 광원에 기초한 조명은 종래의 형광, HID(High-Intensity Discharge) 및 백열 램프에 대한 실용적인 대안을 제공한다. LED의 기능적인 장점 및 이점은 높은 에너지 변환 및 광 효율, 내구성, 낮은 작동 비용 및 그 밖의 많은 것들을 포함한다. LED 기술의 최근의 진보는 많은 응용예에서 다양한 조명 효과를 가능하게 하는 효율적이고 강건한 전체 스펙트럼 광원을 제공하였다.

이러한 광원을 구현하는 기구들 중 일부는 백색광 및/또는 상이한 색(예컨대 적색, 녹색 및 청색)의 빛을 생성할 수 있는 하나 이상의 LED를 포함하는 조명 모듈뿐만 아니라, 예컨대 본 명세서에 참고로서 포함되는 미국 특허 제6,016,038호 및 6,211,626호에서 상세히 논의된 바와 같은 다양한 색 및 색 변화 조명 효과를 생성하도록 LED의 출력을 독립적으로 제어하기 위한 제어기 또는 프로세서를 특징으로 한다. LED 기술은 이제 Philips Color Kinetics로부터 입수 가능한 EssentialWhite™ 시리즈와 같은 선전압으로 전력을 공급받는 백색 조명 기구를 가능하게 한다. 이러한 기구는 120 VAC 선전압에 대한 ELV(Electric Low Voltage)형 디머(dimmer)와 같은 후방 에지(trailing edge) 디머 기술을 사용하여 디밍(dim) 가능할 수 있다.

그러나, 종래의 LED 백색 조명 기구를 포함하는 고체 상태 백색 조명 기구는 입력 전압에 종속된다. 따라서, 다양한 유형의 고체 상태 백색 조명 기구는 이들이 각기 설계된 바에 따라 특정한 선전압에서만 동작한다. 선전압의 값 및 주파수는 사용자의 지리적 위치(예컨대 미국 시장은 전형적으로 120 VAC, 60Hz 선전압을 요구하는 반면 유럽 시장은 전형적으로 230 VAC, 50Hz 선전압을 요구함) 및 설치된 고체 상태 백색 조명 기구의 물리적 위치(예컨대 높은 벽감에 설치된 기구는 전형적으로 277 VAC 선전압을 요구하는 반면 보관장 아래의 환경에 설치된 기구는 전형적으로 120 VAC 선전압을 요구함)와 같은 다양한 요인에 따라 상이할 수 있다.

다양한 유형의 고체 상태 백색 조명 기구 사이의 이러한 동작 차이는 제조자와 사용자에게 혼란과 실질적인 비효율을 야기한다. 예컨대, 전기 공사 업자는 전형적으로 특정한 건축 프로젝트에서 이용 가능한 상이한 선전압의 개수에 대응되는 복수 집합의 물품을 수중에 가지고 있어야 한다. 물품의 집합들은 설치 중에 주의하여 관리되어야 하며, 그렇지 않으면 부정확한 입력 선전압을 인가함으로써 새 LED 백색 조명 기구를 쓰지 못하게 될 수 있다. 또한, 상이한 입력 선전압에서 동작하도록 설계된 LED 백색 조명 기구들이 동일한 인쇄 회로 기판을 가질 수 있지만, 예컨대 100 VAC, 120 VAC, 230 VAC 또는 277 VAC 입력 선전압에서의 동작을 적응시키는 데 필요한 설계 차이에 기초하여 다른 구성요소들이 달라진다. 이는 공급망과 제조의 관점에서 비효율적인데, 그 까닭은 각각의 입력 선전압은 그 자신의 맞춤형 자재 목록(bill of materials) 및 재고 유지 단위(stock keeping unit) 등을 요구하기 때문이다. 이를 관리하는 것은 수요 예측의 어려움으로 인해 번거롭게 된다. 따라서, 마케팅, 공급망 및 제조는 범용 전압 입력을 갖는 LED 백색광 또는 다른 고체 상태 조명 기구로부터 이익을 볼 것이다.

본 개시 내용은 다양한 전력 공급 전압에서의 동작을 위해 고체 상태 조명 기구에 범용 전압 입력을 제공하기 위한 본 발명의 방법 및 장치와 관련된다. 출원인은 100 VAC, 120 VAC, 230 VAC 및 277 VAC와 같은 다양한 상이한 입력 AC 선전압을 사용하는 고체 상태 조명 기구에 대해 범용적으로 전력을 제공하는 것이 유리할 것임을 인식 및 이해하였다.

일반적으로, 일 태양에 있어서, 일 방법은 AC 선전압에 의해 공급되는 고체 상태 조명 기구에 대한 범용 전압 입력을 제공한다. 상기 방법은 상기 선전압에 대응되는 아날로그 전압 신호를 상기 선전압의 파형을 나타내는 디지털 값으로 변환하는 단계 및 상기 디지털 값의 선택값을 사용하여 상기 파형의 상승 에지(rising edge)에 대응되는 경사(slope)를 계산하는 단계를 포함한다. 상기 계산된 경사에 기초하여 상기 선전압의 값이 결정된다.

다른 태양에서, 일 장치는 복수의 발광 다이오드(LED)를 갖는 고체 상태 조명 기구에 대한 범용 전압 입력을 제공한다. 상기 장치는 아날로그 대 디지털 변환기 및 프로세서를 포함한다. 상기 아날로그 대 디지털 변환기는 파형을 갖는 AC 선전압 신호에 대응되는 아날로그 전압 신호를 수신하고 상기 아날로그 전압 신호를 상기 파형을 나타내는 디지털 값으로 변환하도록 구성된다. 상기 프로세서는 상기 파형의 상승 에지에 대응되는 상기 아날로그 대 디지털 변환기에 의해 제공되는 선택 디지털 값을 판독하고, 상기 선택 디지털 값에 기초하여 경사를 계산하며, 상기 계산된 경사에 기초하여 상기 선전압의 값을 결정하기 위한 알고리즘을 실행하도록 구성된다.

다른 태양에서, 일 컴퓨터 판독 가능 매체는 AC 선전압에 의해 공급되는 고체 상태 조명 기구에 대한 범용 전압 입력을 제공하기 위한, 컴퓨터 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램을 저장한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 상기 선전압의 파형을 나타내는 디지털 값을 수신하기 위한 수신 코드 세그먼트(code segment), 상기 디지털 값의 선택값을 사용하여 상기 파형의 상승 에지에 대응되는 경사를 계산하기 위한 계산 코드 세그먼트, 상기 계산된 경사에 기초하여 상기 선전압의 값을 결정하기 위한 결정 코드 세그먼트; 및 상기 고체 상태 조명 기구에 제공되는 전력을 조절하는 제어 신호를 상기 선전압의 상기 결정된 값에 기초하여 조절하기 위한 제어 신호 코드 세그먼트를 포함한다.

본 개시의 목적을 위해 본 명세서에서 사용되는 바처럼, "LED"라는 용어는 전기 신호에 응답하여 복사(radiation)를 생성할 수 있는 임의의 전계 발광형(electroluminescent) 다이오드 또는 다른 유형의 캐리어(carrier) 주입/접합 기반 시스템을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, LED라는 용어는 전류에 응답하여 발광하는 다양한 반도체 기반 구조물, 발광 중합체, 유기 발광 다이오드(OLED) 및 전계 발광형 스트립(strip) 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 특히, LED라는 용어는 적외 스펙트럼, 자외 스펙트럼 및 가시 스펙트럼의 다양한 부분(일반적으로 약 400 나노미터 내지 약 700 나노미터의 복사 파장을 포함함) 중 하나 이상에서 복사를 생성하도록 구성될 수 있는 모든 유형의 발광 다이오드들(반도체 및 유기 발광 다이오드를 포함함)을 지칭한다. LED의 일부 예는 다양한 유형의 적외 LED, 자외 LED, 적색 LED, 청색 LED, 녹색 LED, 황색 LED, 황갈색 LED, 주황색 LED 및 백색 LED(아래에서 더 논의됨)을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 또한, 주어진 스펙트럼(예컨대 좁은 대역폭, 넓은 대역폭)에 대한 다양한 대역폭{예컨대 반치폭(full width at half maximum), 즉 FWHM} 및 주어진 일반 색 범주 내의 다양한 주 파장(dominant wavelength)을 갖는 복사를 생성하도록 LED가 구성 및/또는 제어될 수 있음을 이해해야 한다.

예컨대, 실질적인 백색광을 생성하도록 구성되는 LED(예컨대 LED 백색 조명 기구)의 일 구현예는 실질적인 백색광을 형성하도록 조합되어 혼합되는 상이한 스펙트럼의 전계 발광(electroluminescence)을 각각 방출하는 다수의 다이(die)를 포함할 수 있다. 다른 일 구현예에서, LED 백색 조명 기구는 제1 스펙트럼을 갖는 전계 발광을 상이한 제2 스펙트럼으로 변환시키는 인광체 재료와 연관될 수 있다. 이러한 구현예의 일례에서, 비교적 짧은 파장 및 좁은 대역폭 스펙트럼을 갖는 전계 발광은 인광체 재료를 "펌핑(pump)"하고, 이에 인광체 재료는 다소 더 넓은 스펙트럼을 갖는 더 긴 파장의 복사를 방사한다.

또한, LED라는 용어는 LED의 물리적 및/또는 전기적 패키지 유형을 제한하지 않음을 이해해야 한다. 예컨대, 앞서 논의된 바처럼, LED는 (예컨대 개별적으로 제어 가능하거나 가능하지 않을 수 있는) 상이한 스펙트럼의 복사를 각각 방출하도록 구성되는 복수의 다이를 갖는 단일 발광 장치를 지칭할 수 있다. 또한, LED는 LED(예컨대 일부 유형의 백색광 LED)의 불가결한 부분으로 간주되는 인광체와 연관될 수 있다. 일반적으로, LED라는 용어는 패키지형 LED, 비 패키지형 LED, 표면 실장(surface mount) LED, 칩-온-보드(chip-on-board) LED, T-패키지 실장 LED, 방사상 패키지 LED, 전력 패키지 LED, 소정 유형의 용기(encasement) 및/또는 광 소자(예컨대 확산 렌즈)를 포함하는 LED 등을 지칭할 수 있다.

"광원"이라는 용어는 LED 기반 광원(앞서 정의된 바와 같은 하나 이상의 LED를 포함함), 백열 광원(예컨대 필라멘트 램프, 할로겐 램프), 형광 광원, 인광 광원, 고광도 방전 광원(예컨대 나트륨 증기, 수은 증기 및 할로겐화 금속 램프), 레이저, 다른 유형의 전계 발광형 광원, 초 발광형(pyro-luminescent) 광원(예컨대 불꽃), 촉광 발광형(candle-luminescent) 광원{예컨대 가스 맨틀(gas mantle), 탄소 아크 복사원(carbon arc radiation source)}, 광 발광형(photo-luminescent) 광원(예컨대 기체 방전 광원), 전자 포만(electronic satiation)을 사용하는 음극 발광형 광원, 전류 발광형(galvano-luminescent) 광원, 결정 발광형(crystallo-luminescent) 광원, 운동 발광형(kine-luminescent) 광원, 열 발광형 광원, 마찰 발광형 광원, 음파 발광형 광원, 방사능 발광형 광원 및 발광 중합체를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 복사원 중의 임의의 하나 이상을 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.

주어진 광원은 가시 스펙트럼 내에서, 가시 스펙트럼 밖에서, 또는 이 둘을 조합하여 전자기 복사를 생성하도록 구성될 수 있다. 따라서, "빛"과 "복사"라는 용어는 본 명세서에서 교환 가능하게 사용된다. 또한, 광원은 불가결한 구성요소로서 하나 이상의 필터(예컨대 색 필터), 렌즈 또는 다른 광학 구성요소를 포함할 수 있다. 또한, 광원은 표시, 디스플레이 및/또는 조명을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 응용예를 위해 구성될 수 있음을 이해해야 한다. "조명 광원"은 내부 또는 외부 공간을 효과적으로 비추기에 충분한 광도를 갖는 복사를 생성하도록 특별히 구성된 광원이다. 이러한 맥락에서, "충분한 광도"는 주변 조명(즉, 예컨대 전체적으로 또는 부분적으로 지각되기 전에 다양한 개재 표면 중 하나 이상으로부터 반사될 수 있고, 간접적으로 지각될 수 있는 빛)을 제공하기 위해 공간 또는 환경에서 생성된 가시 스펙트럼 내의 충분한 복사 세기(radiant power)를 지칭한다{단위 "루멘(lumen)"은 복사 세기 또는 "광속"과 관련하여 광원으로부터 모든 방향으로 출력된 빛 전체를 나타내는 데 종종 이용됨}.

"스펙트럼"이라는 용어는 하나 이상의 광원 또는 조명원에 의해 생성되는 복사의 임의의 하나 이상의 주파수(또는 파장)를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, "스펙트럼"이라는 용어는 가시 범위 내의 주파수(또는 파장)뿐만 아니라 전체 전자기 스펙트럼의 적외, 자외 및 다른 영역 내의 주파수(또는 파장)도 지칭한다. 또한, 주어진 스펙트럼은 비교적 좁은 대역폭(예컨대 실질적으로 매우 적은 주파수 또는 파장 성분을 갖는 FWHM) 또는 비교적 넓은 대역폭(다양한 상대적인 세기를 갖는 몇몇 주파수 또는 파장 성분)을 가질 수 있다. 주어진 스펙트럼은 둘 이상의 다른 스펙트럼을 혼합(예컨대 복수의 광원으로부터 각각 방출된 복사를 혼합)한 결과일 수 있음을 이해해야 한다.

본 개시의 목적을 위해, "색"이라는 용어는 "스펙트럼"이라는 용어와 교환 가능하게 사용된다. 그러나, "색"이라는 용어는 일반적으로 관찰자에 의해 지각 가능한 복사의 속성을 주로 지칭하는 데 사용된다(그러나 이러한 용법은 이 용어의 범위를 한정하기 위한 것이 아님). 따라서, "상이한 색"이라는 용어는 암시적으로 상이한 파장 성분 및/또는 대역폭을 갖는 복수의 스펙트럼을 지칭한다. 또한, "색"이라는 용어는 백색광 및 비 백색광 둘 다와 관련하여 사용될 수 있음을 이해해야 한다.

본 명세서에서 사용되는 "조명 기구"라는 용어는 특정한 규격(form factor), 조립체(assembly), 또는 패키지 내에 하나 이상의 조명 유닛을 구현 또는 배열한 것을 지칭한다. "조명 유닛"이라는 용어는 본 명세서에서 동일 또는 상이한 유형의 하나 이상의 광원을 포함하는 장치를 지칭하는 데 사용된다. 주어진 조명 유닛은 광원(들)에 대한 다양한 장착 배열, 봉입체(enclosure)/하우징(housing) 배열 및 형태, 및/또는 전기적 및 기계적 접속 구성 중 임의의 것을 가질 수 있다. 또한, 주어진 조명 유닛은 선택적으로 광원(들)의 동작과 관련된 다양한 다른 구성요소(예컨대 제어 회로)와 연관(예컨대 포함, 결합 및/또는 함께 패키징)될 수 있다. "LED 기반 조명 유닛"은 위에서 논의된 하나 이상의 LED 기반 광원을 단독으로 또는 다른 비 LED 기반 광원과 결합하여 포함하는 조명 유닛을 지칭한다. "다중 채널" 조명 유닛은 상이한 스펙트럼의 복사를 각각 생성하도록 구성된 적어도 두 개의 광원을 포함하는 LED 기반 또는 비 LED 기반 조명 유닛을 지칭하는데, 각각의 상이한 광원 스펙트럼은 다중 채널 조명 유닛의 "채널"이라고 지칭될 수 있다.

"제어기"라는 용어는 본 명세서에서 일반적으로 하나 이상의 광원의 동작과 관련된 다양한 장치를 기술하기 위해 사용된다. 제어기는 본 명세서에서 논의되는 다양한 기능을 수행하기 위한 수많은 방식으로(예컨대 전용 하드웨어로) 구현될 수 있다. "프로세서"는 본 명세서에서 논의되는 다양한 기능을 수행하기 위한 소프트웨어(예컨대 마이크로코드)를 사용하여 프로그래밍될 수 있는 하나 이상의 마이크로프로세서를 이용하는 제어기의 일례이다. 제어기는 프로세서를 이용하거나 이용하지 않고 구현될 수 있고, 또한 일부 기능을 수행하기 위한 전용 하드웨어 및 다른 기능을 수행하기 위한 프로세서(예컨대 하나 이상의 프로그래밍된 마이크로세서 및 연관된 회로)의 조합으로서 구현될 수 있다. 본 개시 내용의 다양한 실시예에서 이용될 수 있는 제어기 컴포넌트의 예는 종래의 마이크로프로세서, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 및 FPGA(Field-Programmable Gate Array)를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

다양한 구현예에서, 프로세서 및/또는 제어기는 하나 이상의 저장 매체{포괄적으로 본 명세서에서 "메모리"로 지칭되며, 예컨대 RAM(Random-Access Memory), ROM(Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), EPROM(Electrically Programmable Read-Only Memory) 및 EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory), USB(Universal Serial Bus) 드라이브, 플로피 디스크, 컴팩트 디스크, 광 디스크, 자기 테이프 등과 같은 휘발성 및 비휘발성 컴퓨터 메모리}와 연관될 수 있다. 일부 구현예에서, 저장 매체는 하나 이상의 프로세서 및/또는 제어기 상에서 실행되는 경우 본 명세서에서 논의되는 기능들 중 적어도 일부를 수행하는 하나 이상의 프로그램으로 인코딩될 수 있다. 다양한 저장 매체는 프로세서 또는 제어기 내에 고정될 수 있거나, 또는 그에 저장된 하나 이상의 프로그램이 본 명세서에서 논의되는 본 발명의 다양한 태양을 구현하기 위해 프로세서 또는 제어기 내에 로딩될 수 있도록 운송 가능할 수 있다. "프로그램" 또는 "컴퓨터 프로그램"이라는 용어는 하나 이상의 프로세서 또는 제어기를 프로그래밍하는 데 이용될 수 있는 임의의 유형의 컴퓨터 코드(예컨대 소프트웨어 또는 마이크로코드)를 지칭하기 위한 포괄적인 의미로 본 명세서에서 사용된다.

하나의 네트워크 구현에서, 네트워크에 결합되는 하나 이상의 장치는 네트워크에 결합되는 하나 이상의 다른 장치에 대한 제어기로서의 역할을 할 수 있다(예컨대 마스터/슬레이브 관계로). 다른 구현예에서, 네트워킹된 환경은 네트워크에 결합된 장치들 중 하나 이상을 제어하도록 구성되는 하나 이상의 전용 제어기를 포함할 수 있다. 일반적으로, 네트워크에 결합된 복수의 장치는 각각 통신 매체 또는 매체들 상에 존재하는 데이터에 대한 액세스를 가질 수 있지만, 주어진 장치는 예컨대 자신에게 할당된 하나 이상의 특정한 식별자(예컨대, "어드레스")에 기초하여 네트워크와 선택적으로 데이터를 교환하도록(즉, 네트워크로부터 데이터를 수신하고/하거나 네트워크에 데이터를 송신하도록) 구성된다는 점에서 "어드레스 가능"할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "네트워크"라는 용어는 네트워크에 결합된 임의의 둘 이상의 장치 사이 및/또는 복수의 장치 사이에서 (예컨대 장치 제어, 데이터 저장, 데이터 교환 등을 위한) 정보의 운송을 촉진하는 둘 이상의 장치(제어기 또는 프로세서를 포함함)의 임의의 상호 접속을 지칭한다. 용이하게 이해되는 바처럼, 복수의 장치를 상호 접속시키는 데 적합한 네트워크의 다양한 구현예는 다양한 네트워크 토폴로지 중 임의의 것을 포함할 수 있고, 다양한 통신 프로토콜 중 임의의 것을 이용할 수 있다. 또한, 본 개시 내용에 따른 다양한 네트워크에서, 두 장치 사이의 임의의 하나의 접속은 두 시스템 사이의 전용 접속, 또는 그 대신에 비 전용 접속을 나타낼 수 있다. 두 장치로 향하는 정보를 운반하는 것 이외에도, 이러한 비 전용 접속은 두 장치 중 어느 하나를 반드시 향하지는 않는 정보를 운반할 수 있다(예컨대 개방 네트워크 접속). 또한, 본 명세서에서 논의되는 장치의 다양한 네트워크는 네트워크를 통한 정보 운송을 촉진하도록 하나 이상의 무선, 유선/케이블 및/또는 광섬유 링크를 이용할 수 있음을 용이하게 이해할 것이다.

상술한 개념들 및 아래에서 더 상세히 논의되는 추가 개념들의 모든 조합(이러한 개념들이 상호 모순되지 않는다고 가정함)은 본 명세서에 개시된 본 발명의 주제의 일부로서 간주됨을 이해해야 한다. 특히, 본 명세서의 말미에 나타나는 청구된 주제의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 본 발명의 주제의 일부로서 간주된다. 또한, 참고로서 포함된 임의의 개시 내용에도 나타날 수 있는, 본 명세서에서 명시적으로 이용되는 용어는 본 명세서에 개시된 특정한 개념에 가장 합치되는 의미에 따라야 함을 이해해야 한다.

도면에서, 동일한 참조 부호는 일반적으로 상이한 도면들 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부분을 지칭한다. 또한, 도면들은 반드시 비율에 맞지는 않으며, 그 대신 일반적으로 본 발명의 원리를 예시하면서 강조가 부여된다.
도 1은 대표 실시예에 따른 고체 상태 조명 기구 및 입력 전압 제어기를 포함하는 조명 시스템을 도시하는 블록도.
도 2는 대표 실시예에 따른 입력 전압 제어기에 대한 제어기의 블록도.
도 3은 대표 실시예에 따른 고체 상태 조명 기구의 전력을 제어하는 프로세스를 도시하는 흐름도.
도 4는 대표 실시예에 따른 AC 선전압 신호의 전압값을 결정하는 프로세스를 도시하는 흐름도.
도 5는 대표 실시예에 따른 AC 선전압 신호 파형의 피크를 검출하는 프로세스를 도시하는 흐름도.
도 6은 대표 실시예에 따른 AC 선전압 신호 파형의 경사를 결정하는 프로세스를 도시하는 흐름도.
도 7a 및 7b는 디밍되지 않은 및 디밍된 AC 선전압 신호의 파형의 샘플 트레이스(trace)를 도시하는 도면.
도 8은 디밍되지 않은 및 디밍된 AC 선전압 신호의 파형에 대응되는 샘플 경사를 도시하는 그래프.

아래의 상세한 설명에서, 한정이 아닌 설명의 목적으로, 본 설명의 철저한 이해를 제공하기 위해 특정 세부 사항을 개시하는 대표 실시예들이 제시된다. 그러나, 본 개시 내용의 이점을 갖는 본 기술 분야의 당업자에게는 본 명세서에 개시된 특정 세부 사항으로부터 벗어나는 본 설명에 따른 다른 실시예들이 첨부된 청구항들의 범위 내에 남아 있다는 점이 자명할 것이다. 더욱이, 잘 알려진 장치 및 방법에 관한 설명은 대표 실시예들에 관한 설명을 불명료하게 하지 않도록 생략될 수 있다. 이러한 방법 및 장치는 명백히 본 설명의 범위 내에 있다.

도 1은 대표 실시예에 따른 고체 상태 조명 기구 및 입력 전압 제어기를 포함하는 조명 시스템을 도시하는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 일부 실시예에서 입력 전압 제어기(110)는 분압기(115), 아날로그 대 디지털(A/D) 변환기(122), 제어기(120) 및 천이 모드 역률 보정(Power Factor Correction; PFC) 제어기(130)를 포함한다. 분압기(115)는 정류된 전압을 전원으로부터 수신한다. 일반적으로, 정류된 전압은 예컨대 약 90 VAC와 약 277 VAC 사이의 전압값 및 대응되는 파형을 갖는 AC 선전압 신호이다. AC 선전압 신호는 고체 상태 조명 기구(140)에 전력을 공급하는 데 사용된다. 분압기(115)는 정류된 AC 선전압 신호에 대응되는 DC 전압 신호를 예컨대 약 0 VDC 내지 약 5 VDC 범위 내에서 제공한다. DC 전압 신호는 아날로그 입력 전압 신호로서 A/D 변환기(122)에 제공된다.

도 1에 도시된 실시예에서, 분압기(115)는 제어기(120)의 입력에 접속된 노드 N1과 정류된 AC 선전압원 사이에 직렬로 접속된 제1 및 제2 저항기(111 및 112)를 포함한다. 분압기(115)는 노드 N1과 접지 사이에 접속된 제3 저항기(113)를 더 포함한다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 저항기(111 및 112)는 각각 약 750 ㏀의 저항을 갖고, 제3 저항기(113)는 약 13 ㏀의 저항을 갖는다. 다른 실시예에서 제1 내지 제3 저항기(111 내지 113)의 저항값 및/또는 분압기(115)의 구성은 본 기술 분야의 당업자에게 자명한 바처럼 어떤 특정 상황에 대한 고유한 이점을 제공하기 위해 또는 다양한 구현예의 용도 특정 설계 요건을 충족하기 위해 달라질 수 있음을 이해한다.

A/D 변환기(122)는 분압기(115)로부터 아날로그 입력 전압 신호를 수신하고, 아날로그 입력 전압 신호를 정류된 AC 선전압의 파형을 나타내는 디지털 값으로 변환한다. 제어기(120)는 A/D 변환기(122)로부터 디지털 값을 수신하고, 디지털 값에 기초하여 AC 선전압의 전압 레벨을 결정한다. 제어기(120)는 AC 선전압의 결정된 전압 레벨에 기초하여 제어 신호를 조절하고, 고체 상태 조명 기구(140)를 제어하도록 제어 신호를 PFC 제어기(130)에 출력한다. 예컨대, 제어 신호에 기초하여, PFC 제어기(130)는 아래에서 논의되는 바처럼 AC 선전압의 임의의 검출된 값(예컨대 120 VAC, 230 VAC 또는 277 VAC)에 대해 30 W의 정상 상태(steady state)로 고체 상태 조명 기구(140)를 동작시키도록 전력 변조 제어 신호를 출력한다.

제어기(120)는 위에서 논의된 바처럼 본 설명의 범위로부터 벗어나지 않고 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어 아키텍처의 임의의 조합으로 구축될 수 있다. 또한, 제어기(120)는 전압 제어기(110)의 다양한 기능을 수행할 수 있게 하는 실행 가능 소프트웨어/펌웨어 실행 가능 코드를 저장하기 위한 자기 자신의 메모리(예컨대 비휘발성 메모리)를 포함할 수 있다. 예컨대, 다양한 실시예에서, 제어기(120)는 마이크로프로세서, ASIC, FPGA, 또는 마이크로컨트롤러(예컨대 Microchip Technology, Inc.로부터 입수 가능한 PIC16F882 마이크로컨트롤러) 등으로 구현될 수 있다. 마찬가지로, PFC 제어기(130)는 본 설명의 범위로부터 벗어나지 않고 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어 아키텍처의 임의의 조합으로 구축될 수 있다. 예컨대, 다양한 실시예에서, PFC 제어기(130)는 마이크로프로세서, ASIC, FPGA, 또는 마이크로컨트롤러(예컨대 ST Microelectronics로부터 입수 가능한 L6562 PFC 제어기) 등으로 구현될 수 있다. 또한, 별개로 도시되어 있으나, A/D 변환기(122) 및/또는 PFC 제어기(130) 및 연관된 기능은 다양한 실시예에서 제어기(120) 내에 포함될 수 있음을 이해한다.

도 2는 대표 실시예에 따른 제어기(120)의 블록도이다. 도 2를 참조하면, 제어기(120)는 프로세서(124), ROM(126), RAM(127) 및 PWM 신호 생성기(128)를 포함한다.

위에서 논의된 바처럼, A/D 변환기(122)는 분압기(115)로부터 입력 DC 전압 신호를 수신하고, 입력 DC 전압 신호를 정류된 AC 선전압의 파형을 나타내는 디지털 값으로 변환한다. 디지털 값은 처리를 위해 프로세서(124)에 의해 수신되고, 또한 예컨대 버스(121)를 통해 ROM(126) 및/또는 RAM(127)에 저장될 수 있다. 프로세서(124)는 전압 제어기(110)의 다양한 기능을 수행할 수 있게 하는 실행 가능 소프트웨어/펌웨어 실행 가능 코드를 저장하기 위한 자기 자신의 메모리(예컨대 비휘발성 메모리)를 포함할 수 있다. 그 대신, 실행 가능 코드는 ROM(126) 및/또는 RAM(127) 내의 지정된 메모리 위치에 저장될 수 있다. ROM(126)은 PROM, EPROM 및 EEPROM 등과 같은 임의의 개수, 유형 및 조합의 실체적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함할 수 있다. 또한, ROM(126) 및/또는 RAM(127)은 예컨대 프로세서(124)에 의한 이전의 AC 선전압 계산 결과 및 통계 데이터를 저장할 수 있다.

프로세서(124)로부터의 명령 또는 제어 신호에 응답하여, PWM 신호 생성기(128)는 PWM(Pulse Width Modulated) 신호를 제어 신호로서 생성 및 출력한다. 보다 구체적으로, 도시된 실시예에서, PWM 신호 생성기(128)는 프로세서(124)에 의해 결정되는 AC 선전압의 값에 따라 PWM 제어 신호의 펄스 폭을 변화시킨다. 예컨대, PWM 신호 생성기(128)는 AC 선전압의 더 큰 값에 응답하여 더 짧은 펄스 폭을 갖는 PWM 제어 신호를 생성할 수 있다. PWM 제어 신호는 제어기(120)로부터 PFC 제어기(130)로 출력되는데, PFC 제어기(130)는 PWM 제어 신호의 펄스 폭에 따라 고체 상태 조명 기구(140)의 전력 변조를 제어한다. 예컨대, PFC 제어기(130)는 더 큰 펄스 폭에 응답하여 고체 상태 조명 기구(140)에 대한 전류를 증가시켜 더 낮은 전압값(예컨대 120 VAC)에 대해 일정한 전력을 유지하도록 구성될 수 있다. 마찬가지로, PFC 제어기(130)는 더 짧은 펄스 폭에 응답하여 고체 상태 조명 기구(140)에 대한 전류를 감소시켜 더 높은 전압값(예컨대 277 VAC)에 대해 일정한 전력을 유지하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 일부 실시예에서, PFC 제어기(130)는 그 장치 상에 전용 전류 설정 핀을 갖는다. 전류 설정 핀 상에서 전압 기준을 설정함으로써, PFC 제어기(130)는 전류 설정 핀 상에서 파악되는 전압 기준과 관련된 펄스 폭을 갖는 PWM 신호를 고체 상태 조명 기구(140)에 출력할 것이다. 제어기(120)로부터 출력된 PWM 제어 신호(입력 전압 파형에 따라 변화하는 펄스 폭을 가짐)는 PFC 제어기(130) 내의 필터 회로(도시되지 않음)를 통과하고, PFC 제어기(130)의 전류 설정 핀 상의 전압 기준을 유효하게 변화시킨다. 이는 고체 상태 조명 기구(140)의 LED 어레이(145) 내의 LED들을 통과하는 전체 전력의 변화를 가능하게 한다. 물론, 고체 상태 조명 기구(140)를 제어하는 다른 유형의 제어 신호 및 방법이 본 설명의 범위 내에 포함될 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 고체 상태 조명 기구(140)는 Philips Color Kinetics로부터 입수 가능한 EssentialWhite™ 시리즈의 조명 기구들 중 하나일 수 있다. 고체 상태 조명 기구(140)는 스위치(141), 및 대표적인 LED 어레이(145)와 같은 광원 또는 조명원을 포함한다. 스위치(141)는 PFC 제어기(130)로부터 수신된 전력 변조 제어 신호에 응답하여 LED 어레이(145)에 대한 전력을 켜고 끄는데, 이는 동시에 정상 상태 전류를 변화시킨다. 예컨대, "켜지는" 시간의 양은 LED 어레이(145)의 LED들을 통과하는 전류의 양을 결정할 수 있다. 따라서, LED 어레이(145)에 대한 전력을 스위칭하는 타이밍 또는 사이클은 AC 선전압의 다양한 값에 대해 조절된다. 예컨대, 더 높은 AC 선전압(예컨대 277 VAC)은 더 낮은 AC 선전압(예컨대 120 VAC)에 비해 LED 어레이(145)에 정상 상태 전력(예컨대 30 W)을 제공하기 위해 더 짧은 "켜진" 간격(더 적은 전류를 초래함)을 필요로 할 것이다.

도 3은 대표 실시예에 따른 고체 상태 조명 기구의 전력을 제어하는 프로세스를 도시하는 흐름도이다. 도 3에 도시된 다양한 단계 및/또는 동작은 예컨대 도 1 및 2를 참조하여 위에서 논의된 A/D 변환기(122) 및 제어기(120)에 의해 구현될 수 있다.

단계 S310에서, 정류된 AC 선전압 신호가 고체 상태 조명 기구에 전력을 공급하기 위해 수신된다. AC 선전압 신호의 크기 또는 값은 알려져 있지 않으며, 120 VAC, 230 VAC 또는 277 VAC와 같은 다양한 가용 AC 선전압 중 임의의 것일 수 있다. 단계 S312에서, AC 선전압 신호는 예컨대 AC 선전압 신호의 파형에 대응되는 DC 전압 레벨을 제공하는 분압기(115)에 의해 DC 전압 신호로 변환된다. DC 전압 신호는 AC 선전압 신호의 파형을 나타내는 디지털 값을 제공하도록 단계 S314에서 예컨대 A/D 변환기(122)에 의해 아날로그로부터 디지털로 변환된다.

동작 S316에서, AC 선전압 신호의 크기 또는 값이 디지털 값을 사용하여 예컨대 제어기(120) 및/또는 프로세서(124)에 의해 결정되는데, 이는 아래에서 도 4 내지 6을 참조하여 보다 상세하게 기술된다. 일반적으로, AC 선전압이 높은 값 또는 중간 값(예컨대 277 VAC 또는 220 내지 240 VAC)을 갖는지 여부를 결정하기 위해 피크 검출 알고리즘이 수행된다. 그러나, 피크 검출 알고리즘만으로는 예컨대 AC 선전압이 낮은 값(예컨대 120 VAC)을 갖는 경우 또는 AC 선전압 신호가 디밍된 중간 값(예컨대 230 VAC)을 갖는 경우 AC 선전압의 값을 검출하지 못할 수 있다. 피크 검출 알고리즘이 AC 선전압의 값을 검출하지 못하는 경우, AC 선전압 신호 파형의 상승 에지의 경사가 낮은 값 또는 중간 값에 대응되는지 여부를 결정하도록 경사 검출 알고리즘이 수행된다.

AC 선전압의 값이 결정된 후, 결정된 값에 기초하여 단계 S318에서 제어 신호가 생성되어 예컨대 PFC 제어기(130)에 출력된다. 제어 신호에 기초하여, 고체 상태 조명 기구의 전력 변조가 AC 선전압 값을 감당하도록 조절된다.

도 4는 대표 실시예에 따른 AC 선전압 신호의 값을 결정하는 프로세스를 도시하는 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 예컨대 단계 S412 및 S414에 의해 표시된 프로세스가 맨 먼저 초기화된다. 일 실시예에서, 초기화는 고체 상태 조명 기구에 전원을 넣을 때에만 수행되나, 대안적인 실시예에서 초기화는 본 설명의 범위로부터 벗어나지 않고 완전히 생략되거나 또는 AC 선전압의 값을 결정하는 프로세스 내의 다른 시점에 수행될 수 있다. 이용 가능한 경우, 이전에 결정된 AC 선전압 값이 단계 S412에서 메모리로부터 검색되고, 예컨대 제어기(120)에 의해 출력되는 제어 신호는 단계 S414에서 이전에 결정된 AC 선전압 값에 기초하여 최초로 설정된다. 제어 신호가 PWM 제어 신호인 경우, 예컨대 PWM 펄스 폭 또는 듀티 사이클(duty cycle)이 이전에 결정된 AC 선전압 값에 따라 최초로 설정된다. 예컨대, AC 선전압의 값은 고체 상태 조명 기구가 켜질 때마다 결정되어 예컨대 ROM(126)에 저장될 수 있다. 따라서, 고체 상태 조명 기구는 AC 선전압의 현재 값이 결정되고 있는 동안에 AC 선전압의 이전에 결정된 값으로 작동된다. 이는 결정 프로세스 중에 깜빡임이나 다른 역효과를 방지한다.

동작 S420에서, 예컨대 A/D 변환기(122)에 의해 제공되는 디지털 값에 기초하여 AC 선전압 신호의 피크 및 주파수를 검출하기 위해 피크 검출 알고리즘이 수행된다. 대표 실시예에 따른 AC 선전압 신호의 신호 피크 및 주파수를 결정하는 프로세스를 도시하는 흐름도인 도 5를 참조하여 동작 S420의 피크 검출 알고리즘이 상세히 논의된다.

도 5를 참조하면, 최대 디지털 값(AC 선전압 신호 파형의 피크에 대응됨)의 식별 및 저장 및/또는 AC 선전압 신호의 주파수의 식별을 위해 DC 전압 신호의 디지털 값이 미리 결정된 횟수의 사이클(예컨대 20 사이클) 동안에 또는 미리 결정된 기간(예컨대 150 mS)에 판독된다. 예컨대, 프로세서(124)는 A/D 변환기(122)로부터 DC 전압 신호의 다수의 디지털 값을 샘플링할 수 있다. 최대 디지털 값을 식별하기 위해, DC 전압 신호의 디지털 값이 단계 S421에서 판독되고 단계 S422에서 최대값과 비교된다. 최대값은 미리 결정된 문턱값, 또는 이전에 판독된 디지털 값들 중에서 이전에 최대값으로 결정되었던 저장된 디지털 값일 수 있다.

판독된 디지털 값이 최대값보다 큰 경우(단계 S422: 예), 판독된 디지털 값은 나중에 판독되는 디지털 값들과의 비교에 사용될 새로운 최대값으로 단계 S423에서 저장된다. 판독된 디지털 값이 최대값 이하인 경우(단계 S422: 아니오) 단계 S423을 건너뛰고, 디지털 값을 판독하기 위한 추가 사이클(또는 시간)이 남아있는지 여부가 단계 S424에서 결정된다. 예컨대, 사이클의 횟수 또는 경과한 시간이 디지털 값을 판독하기 위한 미리 결정된 문턱값 또는 미리 결정된 기간과 각각 비교될 수 있다. 추가 사이클 또는 시간이 존재하는 경우(단계 S424: 예), 단계 S421 내지 단계 S423이 반복된다. 디지털 값을 판독하기 위한 추가 사이클 또는 시간이 없는 경우(단계 S424: 아니오), 샘플링된 디지털 값들 중에서 현재의 최대값이 파형의 피크값으로 간주된다.

AC 선전압의 파형의 주파수가 단계 S425에서 계산된다. 예컨대, AC 선전압이 50 Hz인지 또는 60 Hz인지 여부(이는 전형적으로 고체 상태 조명 기구가 설치되는 지리적 위치에 좌우됨)가 단계 S425에서 결정된다. 파형의 주파수가 결정되는데, 그 까닭은 이것이 아래에서 논의되는 도 4의 동작 S450에서 계산되는 파형의 경사에 직접 영향을 미치기 때문이다. 일 실시예에서, 파형의 주파수는 소정 기간의 사이클에 걸쳐 파형의 파동들 위의 소정 지점(예컨대 파동의 시작점 또는 피크)을 샘플링하고 인접한 파동들 사이의 시간의 양을 계산함으로써 결정될 수 있다.

도 5의 단계 S425에서 주파수를 결정한 후, 프로세스는 도 4로 복귀한다. 도 4의 단계 S432 내지 S435에서, AC 선전압 신호의 값이 대응되는 파형의 경사를 결정할 필요 없이 결정될 수 있는지 여부가 결정된다. 특히, 단계 S432에서, AC 선전압 신호의 값이 최대 전압값(예컨대 277 VAC)인지 여부를 결정하기 위해 파형의 피크값이 미리 결정된 제1 문턱값과 비교된다. 피크값이 제1 문턱값보다 큰 경우(단계 S432: 예), 단계 S433에서 AC 선전압 신호의 값은 최대 전압값인 것으로 결정된다.

피크값이 제1 문턱값 이하인 경우(단계 S432: 아니오) 프로세스는 단계 S434로 진행되는데, 여기서 AC 선전압 신호의 값이 중간 전압값(예컨대 230 VAC)인지 또는 소정 범위의 가능한 중간 전압값들(예컨대 220 VAC 내지 240 VAC)인지 여부를 결정하기 위해 파형의 피크값이 미리 결정된 제2 문턱값과 비교된다. 피크값이 제2 문턱값보다 큰 경우(단계 S434: 예), 단계 S435에서 AC 선전압 신호의 값은 중간 전압값(또는 소정 범위의 가능한 중간 전압값들)인 것으로 결정된다.

피크값이 제2 문턱값 이하인 경우(단계 S434: 아니오), 프로세스는 파형의 경사에 기초하여 AC 선전압 신호의 값을 결정한다. 즉, 피크값이 제2 문턱값 이하인 경우, AC 선전압 신호는 낮은 전압값(예컨대 120 VAC)이거나 디밍된 중간 전압값(예컨대 230 VAC)일 수 있는데, 이러한 상태들은 피크값 결정에만 기초해서는 구별될 수 없었을 것이다.

예컨대, 도 7a 및 7b는 각각 120 VAC 선전압 신호 및 디밍된 230 VAC 선전압 신호의 파형들의 샘플 트레이스들이다. 도 7a와 7b의 비교는 대응되는 파형들의 주파수와 피크가 실질적으로 동일하지만 파형들의 경사는 상이함을 보여준다. 특히, 도 7b의 파형의 경사는 일반적으로 도 7a의 파형의 경사보다 더 가파르다. 따라서, 경사를 계산함으로써(예컨대 도 4의 동작 S450에서), 디밍에 관계없이 AC 선전압 신호가 120 VAC인지 또는 230 VAC인지 여부가 결정될 수 있다. 물론, 도 7b의 디밍된 230 VAC 선전압 신호와 유사한 경사를 갖는 파형을 가질 수 있는 디밍된 120 VAC 선전압 신호(도시되지 않음)는 더 낮은 피크에 기초하여 여전히 구별될 수 있을 것이다. 따라서, 일 실시예에서, 경사 계산이 결정적이지 않은 경우 추가적인 피크 비교(도시되지 않음)가 수행될 수 있다.

따라서, 단계 S434에서 피크값이 제2 문턱값 이하인 것으로 결정되는 경우 프로세스는 단계 S440으로 진행되는데, 여기서 경사 결정을 위한 기준 준거가 선택된다. 기준 준거의 선택은 예컨대 위에서 논의된 동작 S420에서 이전에 결정되었던 AC 선전압 신호의 주파수에 기초한다. 기준 준거는 디밍되지 않은 낮은 전압값과 디밍된 중간 전압값에 대응되는 각각의 가능한 주파수에서 소정의 경사 또는 소정 범위의 경사를 연관시켜, 계산된 경사가 각각에 비교될 수 있도록 한다. 예컨대, 도 8은 기준 준거가 기초할 수 있는 샘플 경사를 도시하는 그래프이다. 경사(810)는 디밍된 230 VAC 선전압 신호의 파형의 상승 에지에 대응되고, 경사(820)는 디밍된 120 VAC 선전압 신호의 파형의 상승 에지에 대응된다. 위에서 논의된 바처럼, 더 높은 AC 선전압 신호 값{경사(810)}이 더 가파르다.

기준 준거를 선택한 후에, 예컨대 A/D 변환기(122)에 의해 제공되는 디지털 값에 기초하여 AC 선전압 신호 파형의 상승 에지에 대응되는 경사를 결정하기 위해 동작 S450에서 경사 검출 알고리즘이 수행된다. 대표 실시예에 따른 AC 선전압 신호 파형의 경사를 결정하는 프로세스를 도시하는 흐름도인 도 6을 참조하여 동작 S450의 경사 검출 알고리즘이 상세히 논의된다.

도 6을 참조하면, DC 전압 신호에 대응되는 디지털 값이 단계 S451에서 {예컨대 A/D 변환기(122)로부터} 판독된다. 일 실시예에서, AC 선전압 신호의 파형은 (판독된 디지털 값을 사용하여) 약 2.5 mS의 기간에 걸쳐 샘플링되어야 하는데, 그 까닭은 이것이 ELV 디머가 가장 낮은 레벨로 디밍되는 경우에 이용 가능한 파형의 최소의 양이기 때문이다. 예컨대, 샘플링이 약 2.5 ms 보다 오래 이루어지는 경우, AC 신호가 디머에 의해 단속(chop)될 수 있기 때문에 AC 신호가 존재하지 않을 수 있다. 판독된 디지털 값에 기초하여, AC 선전압 신호의 파형의 상승 에지가 단계 S452에서 식별된다. 예컨대, 소정 기간에 걸쳐 디지털 값을 모니터링함으로써, 일련의 감소하는 또는 변함없는 디지털 값에 이어 증가하기 시작하는 디지털 값을 식별하는 즉시 상승 에지가 식별될 수 있다. 파형의 상승 에지가 식별되면, 상승 에지의 적어도 일부를 나타내는 복수의 디지털 값을 사용하여 상승 에지의 경사가 단계 S453에서 계산된다. 예컨대, 디지털 값의 미리 결정된 개수 및/또는 샘플링이 수집될 수 있거나, 또는 디지털 값이 미리 결정된 기간에 걸쳐 수집될 수 있다. 일 실시예에서, 상승 에지의 경사는 상승 에지에 대응되는 선택된 디지털 값들 각각을 선행하는 디지털 값과 비교함으로써 계산된다. 예컨대, 파형의 상승 에지를 나타내는 10개의 디지털 값을 사용하면, 인접하는 디지털 값들 사이의 약 50 계수(count)의 증가(도 8의 810을 참조)는 230 VAC 선전압을 나타낼 것인 반면, 인접하는 디지털 값들 사이의 약 25 계수의 증가(도 8의 곡선 820을 참조)는 120 VAC 선전압을 나타낼 것이다.

단계 S454에서, 계산된 경사는 AC 선전압 신호의 주파수에 좌우되는 단계 S440에서 선택된 기준 준거와 비교된다. 도시된 실시예에서, 계산된 경사는 설명을 위해 낮은 전압값(예컨대 120 VAC)에 대응되는 기준 준거에만 비교된다. 그러나, 다양한 실시예에서, 계산된 경사는 본 설명의 범위로부터 벗어나지 않고 낮은 전압 및 중간 전압(예컨대 230 VAC) 기준 준거 중 하나 또는 둘 다와 비교될 수 있음을 이해한다. 비교 결과 계산된 경사가 낮은 전압값에 대응되는 것으로 나타나는 경우(단계 S454: 예), 낮은 전압값 계수기가 단계 S455에서 증가되고, 비교 결과 계산된 경사가 낮은 전압값에 대응되지 않는 것으로 나타나는 경우(단계 S454: 아니오), 중간 전압값 계수기가 단계 S456에서 증가된다.

단계 S457에서, 추가 샘플링 사이클이 남아있는지 여부가 결정된다. 예컨대, 미리 결정된 개수(예컨대 60)의 경사가 디지털 값들의 대응되는 집합들에 대해 계산될 수 있거나, 또는 경사 계산이 미리 결정된 기간(예컨대 450 mS)에 걸쳐 반복 및 수집될 수 있다. 추가 샘플링 사이클이 남아있는 경우(단계 S457: 예), 프로세스가 처음으로 복귀하고 단계 S451 내지 S457이 반복된다. 추가 샘플링 사이클이 남아있지 않은 경우(단계 S457: 아니오) 프로세스는 단계 S458로 진행되는데, 여기서 AC 선전압 신호의 값이 결정된다. 예컨대, AC 선전압 신호의 값이 중간 전압값 또는 낮은 전압값임을 경사들이 단독으로 또는 집합적으로 나타내는지 여부를 결정하기 위해 계수기 값들 중 적어도 하나가 미리 결정된 문턱값과 비교될 수 있다.

일 실시예에서, 중간 전압값 계수기만이 AC 선전압 신호의 값이 중간 전압값인지 여부를 나타내도록 선택된 미리 결정된 문턱값과 비교되지만, 다양한 실시예는 계수기들 중 하나 또는 둘 다를 비교할 수 있거나 또는 다른 비교 가능한 식별 기법을 구현할 수 있다. 계산되는 경사의 미리 결정된 개수가 60인 예에서, 중간 전압에 대한 미리 결정된 문턱값은 20일 수 있는데, 이러한 경우 프로세스는 중간 전압값을 나타내는 계산된 경사의 개수가 20을 초과하는 때에만 AC 선전압 신호의 값이 중간 전압이라고 결정한다.

도 6의 단계 S458에서 전압값을 결정한 후에, 프로세스는 도 4로 복귀한다. 결과에 따라, AC 선전압 신호의 값은 단계 S459의 낮은 전압값 또는 단계 S460의 중간 전압값 중 하나로 결정된다. 단계 S470에서, 결정된 전압값(단계 S433, S435, S459 또는 S460 중 하나로부터)은 단계 S412에서 최초로 메모리로부터 검색된 이전에 저장된 전압값과 비교된다. 결정된 전압값이 이전에 저장된 전압값과 동일한 경우(단계 S470: 예), 프로세스가 종료된다. 이러한 경우, 제어 신호{예컨대 제어기(420)에 의해 출력됨}는 초기화 프로세스에 의해 제공된 설정에서 변하지 않는다. 즉, 제어 신호는 이전에 저장된 전압값에 계속 기초한다. 결정된 전압값이 이전에 저장된 전압값과 동일하지 않은 경우(단계 S470: 아니오), AC 선전압 신호의 새로운 전압값이 {예컨대 ROM(126)에} 저장되고 제어 신호를 변경하도록 적용된다. 이에 응답하여, 제어기(120)로부터 제어 신호를 수신하는 PFC 제어기(130)는 변경된 전압값에 대해 조절되도록 고체 상태 조명 기구(240)에 제공되는 전력 변조 제어 신호를 변경한다.

본 발명의 복수의 실시예가 본 명세서에 기술 및 예시되었지만, 본 기술 분야의 당업자라면 기능을 수행하고 및/또는 본 명세서에 기술된 장점들 중 하나 이상 및/또는 결과들을 달성하기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 용이하게 구상할 것이며, 이러한 변형 및/또는 수정 각각은 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 예컨대, 도 4 내지 6은 277 VAC, 230 VAC 및 120 VAC에 각각 대응될 수 있는 높은 전압값, 중간 전압값, 또는 낮은 전압값의 세 값 중 하나로 AC 선전압이 결정되는 대표 실시예와 관련된다. 그러나, 본 설명의 범위로부터 벗어나지 않고 상이한 전압값들 또는 상이한 범위의 전압값들(예컨대 277 VAC, 230 VAC 및 120 VAC 이외)을 결정하고/하거나 AC 선전압의 상이한 개수(예컨대 3개 초과 또는 미만)의 전압값을 결정하도록 다양한 추가 실시예가 구성될 수 있다.

보다 일반적으로, 본 기술 분야의 당업자라면 본 명세서에 기술된 모든 파라미터, 치수, 재료 및 구성이 예시를 위한 것이라는 점 및 실제 파라미터, 치수, 재료 및/또는 구성은 본 발명의 설명이 사용되는 특정한 응용예 또는 응용예들에 좌우될 것이라는 점을 용이하게 이해할 것이다. 본 기술 분야의 당업자라면 본 명세서에 기술된 본 발명의 특정한 실시예에 대한 많은 등가물을 인식하거나 단지 일상적인 실험을 사용하여 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 상술한 실시예들은 단지 예시로서 제시된 것이라는 점 및 첨부된 청구항들 및 그 등가물의 범위 내에서 본 발명의 실시예들은 구체적으로 기술되고 청구된 것과 다른 방식으로 실시될 수 있다는 점을 이해해야 한다. 본 개시 내용의 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 기술된 각각의 개별적인 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트, 및/또는 방법과 관련된다. 또한, 둘 이상의 이러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법의 임의의 조합은 이러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법이 상호 모순되지 않는 경우 본 개시 내용의 본 발명의 범위 내에 포함된다.

본 명세서에서 정의되고 사용되는 모든 정의들은 사전적 정의, 참고로서 포함된 문서들에서의 정의 및/또는 정의된 용어들의 통상적인 의미보다 우선하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서의 상세한 설명 및 청구범위에서 사용되는 단수표현("a" 및 "an")은 명확히 달리 언급되지 않는 한 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서의 상세한 설명 및 청구범위에서 사용되는 어구 "및/또는"은 그와 같이 연접된 요소들, 즉 일부 경우에는 접속적으로 존재하고 다른 경우에는 비접속적으로 존재하는 요소들 중 "어느 하나 또는 둘 다"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"과 함께 열거된 복수의 요소는 동일한 방식으로, 즉 그와 같이 연접된 요소들 중 "하나 이상"으로 해석되어야 한다. "및/또는" 구문에 의해 구체적으로 식별된 요소들 이외의 다른 요소들은 이러한 구체적으로 식별된 요소들과의 관련성에 관계없이 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비한정적인 예로서, "포함하는"과 같은 개방형 언어와 함께 사용되는 경우 "A 및/또는 B"를 언급하는 것은 일 실시예에서 A만(선택적으로 B 이외의 요소를 포함함)을 지칭하고, 다른 실시예에서 B만(선택적으로 A 이외의 요소를 포함함)을 지칭하며, 또 다른 실시예에서 A와 B 둘 다(선택적으로 다른 요소를 포함함)를 지칭하는 등일 수 있다.

본 명세서의 상세한 설명 및 청구범위에서 사용되는 바와 같이, "또는"은 위에서 정의한 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예컨대, 목록에서 항목들을 분리하는 경우, "또는" 또는 "및/또는"은 포함적인 것으로, 즉 다수의 또는 일련의 요소들 중 적어도 하나뿐만 아니라 2개 이상도 포함하는 것으로 해석되어야 하고, 선택적으로는 열거되지 않은 추가적인 항목들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "~중 단지 하나" 또는 "~중 정확히 하나"와 같이 명백히 달리 지적되는 용어들만이, 또는 청구범위에서 사용되는 경우 "~로 이루어지는"만이 다수의 또는 일련의 요소들 중 정확히 하나의 요소를 포함하는 것을 지칭할 것이다. 일반적으로, "~ 중 어느 하나", "~중 하나", "~중 단지 하나" 또는 "~ 중 정확히 하나"와 같은 배타성을 갖는 용어가 선행하는 경우, 본 명세서에서 사용되는 용어 "또는"은 단지 배타적인 양자택일(즉, "한쪽 또는 다른 쪽이지만 둘 다는 아님")을 가리키는 것으로 해석되어야 한다. "본질적으로 ~로 이루어지는"이 청구범위에서 사용되는 경우 특허법 분야에서 사용되는 통상적인 의미를 가질 것이다.

본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 바처럼, "적어도 하나"라는 문구는 하나 이상의 요소의 목록을 참조할 때 요소 목록 내의 요소들 중 임의의 하나 이상으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 의미하지만, 요소 목록 내에 구체적으로 열거된 각각의 모든 요소 중 적어도 하나를 반드시 포함하는 것이 아니고 요소 목록 내의 요소들의 임의의 조합을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 정의는 또한 구체적으로 식별된 요소들과의 관련성에 관계없이 "적어도 하나"라는 문구가 참조하는 요소 목록 내에서 구체적으로 식별된 요소 이외의 요소가 선택적으로 존재할 수 있음을 감안한다. 따라서, 비한정적인 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는 동등하게 "A 또는 B 중 적어도 하나", 또는 동등하게 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는 일 실시예에서 B가 존재하지 않는(선택적으로 B 이외의 요소를 포함함) 적어도 하나(선택적으로 둘 이상을 포함함)의 A를 지칭하고, 다른 실시예에서 A가 존재하지 않는(선택적으로 A 이외의 요소를 포함함) 적어도 하나(선택적으로 둘 이상을 포함함)의 B를 지칭하며, 또 다른 실시예에서 적어도 하나(선택적으로 둘 이상을 포함함)의 A 및 적어도 하나(선택적으로 둘 이상을 포함함)의 B(선택적으로 다른 요소를 포함함)를 지칭하는 등일 수 있다.

명백히 달리 지적되지 않는 한, 둘 이상의 단계 또는 동작을 포함하는 본 명세서에서 청구되는 임의의 방법에 있어서, 그 방법의 단계들 또는 동작들의 순서는 그 방법의 단계들 또는 동작들이 기재된 순서로 반드시 한정되지는 않는다는 점을 또한 이해해야 한다. 또한, 청구범위에서 괄호 사이에 나타나는 참조 번호는 단지 편의상 제공되며 어떠한 식으로도 청구범위를 한정하기 위한 것이 아니다.

마지막으로, 이상의 상세한 설명뿐만 아니라 청구범위에서, "구비하는", "포함하는", "지니는", "갖는", "내포하는", "수반하는", "보유하는", "~로 이루어지는" 등과 같은 모든 전이 구문은 개방형으로, 즉 포함하지만 그것으로 한정되지 않음을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "~로 이루어지는" 및 "본질적으로 ~로 이루어지는"과 같은 전이 구문만이 각각 폐쇄형 또는 반 폐쇄형 전이 구문일 것이다.

Claims

AC 선전압에 의해 공급되는 고체 상태 조명 기구에 대한 범용 전압 입력을 제공하기 위한 방법으로서,
상기 선전압에 대응되는 아날로그 전압 신호를 상기 선전압의 파형을 나타내는 복수의 디지털 값으로 변환하는 단계(S312);
상기 복수의 디지털 값의 선택값들을 사용하여 상기 파형의 상승 에지들에 대응되는 복수의 경사(slope)를 계산하는 단계(S453); 및
상기 계산된 경사들에 기초하여 상기 선전압의 값을 결정하는 단계(S458)
를 포함하는 범용 전압 입력 제공 방법.
제1항에 있어서,
상기 선전압의 상기 결정된 값에 대응되는 펄스 폭을 갖는 펄스 폭 변조(PWM) 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함하고,
상기 고체 상태 조명 기구에 제공되는 전류는 일정한 전력을 유지하도록 상기 PWM 제어 신호에 응답하여 제어되는 범용 전압 입력 제공 방법.
제1항에 있어서,
각각의 경사를 계산하는 단계는,
상기 파형의 대응되는 상승 에지의 선택값들을 식별하는 단계; 및
상기 식별된 선택값들의 인접하는 선택값들 사이의 차이를 결정하는 단계
를 포함하는 범용 전압 입력 제공 방법.
제3항에 있어서,
상기 선전압의 값이 약 230 VAC임을 나타내는 계산된 경사는 상기 선전압의 값이 약 120 VAC임을 나타내는 계산된 경사보다 가파른 범용 전압 입력 제공 방법.
제1항에 있어서,
상기 파형의 피크에 대응되는 복수의 디지털 값의 최대 디지털 값을 식별하는 단계; 및
상기 파형의 상승 에지들에 대응되는 경사들을 계산하기 전에 상기 최대 디지털 값을 복수의 미리 결정된 전압 문턱값과 비교하는 단계
를 더 포함하는 범용 전압 입력 제공 방법.
제5항에 있어서,
상기 최대 디지털 값이 제1 전압 문턱값을 초과하는 경우 상기 선전압의 값이 약 277 VAC인 것으로 결정하는 단계를 더 포함하는 범용 전압 입력 제공 방법.
제6항에 있어서,
상기 최대 디지털 값이 상기 제1 전압 문턱값보다 낮은 제2 전압 문턱값을 초과하는 경우 상기 선전압의 값이 약 220 VAC 내지 약 240 VAC의 범위 내에 있는 것으로 결정하는 단계를 더 포함하는 범용 전압 입력 제공 방법.
제7항에 있어서,
상기 최대 디지털 값이 상기 제1 또는 제2 전압 문턱값을 초과하지 않는 경우, 상기 파형의 상승 에지들에 대응되는 계산된 경사들에 따라 상기 선전압의 값이 약 230 VAC 또는 약 120 VAC 중 하나인 것으로 결정하는 단계를 더 포함하는 범용 전압 입력 제공 방법.
제1항에 있어서,
상기 선전압의 이전 값을 메모리로부터 검색하는 단계; 및
적어도 상기 파형의 상승 에지들에 대응되는 경사들을 계산하는 동안에 상기 선전압의 이전 값에 따라 상기 고체 상태 조명 기구를 제어하는 단계
를 더 포함하는 범용 전압 입력 제공 방법.
제1항에 있어서,
상기 선전압의 파형의 주파수를 식별하는 단계; 및
상기 식별된 주파수뿐만 아니라 상기 계산된 경사들에 기초하여 상기 선전압의 값을 결정하는 단계
를 더 포함하는 범용 전압 입력 제공 방법.
제1항에 있어서,
상기 계산된 경사들에 기초하여 상기 선전압의 값을 결정하는 단계는,
각각의 계산된 경사를 기준 준거와 비교하여 상기 계산된 경사가 상기 선전압의 120 VAC 값과 연관되는지 여부를 결정하는 단계;
상기 계산된 경사가 상기 선전압의 120 VAC 값과 연관되는 것으로 결정되는 경우 120 VAC 계수기를 증가시키는 단계; 및
상기 계산된 경사가 상기 선전압의 120 VAC 값과 연관되지 않은 것으로 결정되는 경우 230 VAC 계수기를 증가시키는 단계
를 포함하고,
상기 선전압의 값은 상기 230 VAC 계수기가 미리 결정된 문턱값을 초과하는 경우 약 230 VAC인 것으로 결정되고, 상기 230 VAC 계수기가 미리 결정된 문턱값을 초과하지 않는 경우 약 120 VAC인 것으로 결정되는 범용 전압 입력 제공 방법.
복수의 발광 다이오드(LED)를 갖는 고체 상태 조명 기구에 대한 범용 전압 입력을 제공하기 위한 장치로서,
파형을 갖는 AC 선전압 신호에 대응되는 아날로그 전압 신호를 수신하고 상기 아날로그 전압 신호를 상기 파형을 나타내는 디지털 값으로 변환하도록 구성되는 아날로그 대 디지털 변환기(122); 및
상기 파형의 상승 에지에 대응되는 상기 아날로그 대 디지털 변환기에 의해 제공되는 선택 디지털 값을 판독하고, 상기 선택 디지털 값에 기초하여 경사를 계산하며, 상기 계산된 경사에 기초하여 상기 선전압의 값을 결정하기 위한 알고리즘을 실행하도록 구성되는 프로세서(124)
를 포함하는 범용 전압 입력 제공 장치.
제12항에 있어서,
상기 선전압의 상기 결정된 값에 대응되는 펄스 폭을 갖는 펄스 폭 변조(PWM) 제어 신호를 생성하도록 구성되는 PWM 생성기를 더 포함하는 범용 전압 입력 제공 장치.
제13항에 있어서,
상기 PWM 제어 신호의 펄스 폭은 상기 선전압의 상기 결정된 값에 반비례하는 범용 전압 입력 제공 장치.
제13항에 있어서,
상기 PWM 제어 신호를 수신하고, 상기 수신된 PWM 제어 신호에 기초하여 상기 복수의 LED의 켜지는 시간 및 꺼지는 시간의 길이를 제어하기 위한 전력 변조 제어 신호를 생성하도록 구성되는 역률 보정(PFC) 제어기를 더 포함하는 범용 전압 입력 제공 장치.
제13항에 있어서,
상기 선전압의 이전에 결정된 값을 저장하도록 구성되는 메모리를 더 포함하고,
상기 PWM 생성기는 적어도 상기 프로세서가 상기 계산된 경사에 기초하여 상기 선전압의 값을 결정하기 위한 알고리즘을 실행하는 동안에 상기 선전압의 저장된 이전에 결정된 값에 대응되는 최초 펄스 폭을 갖는 PWM 제어 신호를 생성하도록 더 구성되는 범용 전압 입력 제공 장치.
제12항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 파형의 피크에 대응되는 상기 아날로그 대 디지털 변환기에 의해 제공되는 최대 디지털 값을 식별하고, 상기 파형의 상승 에지에 대응되는 선택 디지털 값을 판독하기 전에 상기 최대 디지털 값을 복수의 전압 문턱값과 비교하도록 더 구성되는 범용 전압 입력 제공 장치.
제12항에 있어서,
상기 AC 선전압 신호를 수신하고 상기 수신된 AC 선전압 신호에 기초하여 상기 아날로그 전압 신호를 상기 아날로그 대 디지털 변환기에 제공하도록 구성되는 분압기 회로를 더 포함하고,
상기 아날로그 전압 신호는 DC 전압 신호를 포함하는 범용 전압 입력 제공 장치.
AC 선전압에 의해 공급되는 고체 상태 조명 기구에 대한 범용 전압 입력을 제공하기 위한, 컴퓨터 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체로서,
상기 선전압의 파형을 나타내는 복수의 디지털 값을 수신하기 위한 수신 코드 세그먼트(S451);
상기 복수의 디지털 값의 선택값들을 사용하여 상기 파형의 상승 에지들에 대응되는 복수의 경사를 계산하기 위한 계산 코드 세그먼트(S453);
상기 계산된 경사들에 기초하여 상기 선전압의 값을 결정하기 위한 결정 코드 세그먼트(S458); 및
상기 고체 상태 조명 기구에 제공되는 전력을 조절하는 제어 신호를 상기 선전압의 상기 결정된 값에 기초하여 조절하기 위한 제어 신호 코드 세그먼트(S318)
를 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
제19항에 있어서,
상기 제어 신호는 상기 선전압의 상기 결정된 값에 대응되는 펄스 폭을 갖는 펄스 폭 변조(PWM) 제어 신호를 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체.