KR20120105003A

KR20120105003A - 조광기 위상각을 검출하고 고체 조명 기구에 대한 범용 입력 전압을 선택적으로 결정하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20120105003A
Application number: KR1020127015758A
Authority: KR
Inventors: 이호르 리스; 그레고리 캠벨; 마이클 다타
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2012-09-24
Also published as: US20120235585A1; CN102668717B; EP2502465B1; KR101733399B1; TW201119501A; EP2502465A1; CA2781235A1; JP2013511803A; BR112012011642A2; RU2529465C2; US8816593B2; CN102668717A; JP5483242B2; RU2012125270A; CA2781235C; WO2011061633A1

Abstract

고체 조명 부하에 대한 조광기의 동작에 의해 설정된 조광기 위상각을 검출하는 장치는 디지털 입력을 갖는 프로세서, 디지털 입력과 전압원 사이에 연결된 제1 다이오드 및 디지털 입력과 접지 사이에 연결된 제2 다이오드를 포함한다. 이 장치는 디지털 입력과 검출 노드 사이에 연결된 제1 커패시터, 검출 노드와 접지 사이에 연결된 제2 커패시터, 및 조광기로부터 정류 전압을 수신하는 정류 전압 노드(rectified voltage node)와 검출 노드 사이에 연결된 저항을 추가로 포함한다. 프로세서는 정류 전압에 기초하여 디지털 입력에서 디지털 펄스를 샘플링하고, 샘플링된 디지털 펄스의 길이에 기초하여 조광기 위상각을 식별하도록 구성되어 있다.

Description

조광기 위상각을 검출하고 고체 조명 기구에 대한 범용 입력 전압을 선택적으로 결정하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING DIMMER PHASE ANGLE AND SELECTIVELY DETERMINING UNIVERSAL INPUT VOLTAGE FOR SOLID STATE LIGHTING FIXTURES}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2009년 11월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/262770호, 및 2009년 12월 11일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/285580호를 기초로 우선권 주장하며, 이들 출원의 개시 내용은 참조 문헌으로서 그 전체가 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 일반적으로 고체 조명 기구(solid state lighting fixture)의 제어에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 명세서에 개시된 다양한 발명 방법 및 장치는 고체 조명 시스템에 대한 조광기(dimmer) 위상각 및/또는 조광기의 존재의 디지털 검출에 관한 것이다. 또한, 본 명세서에 개시된 다양한 발명 방법 및 장치는 검출된 조광기 위상각에 기초하여 고체 조명 기구로의 입력 전압을 선택적으로 결정하는 것에 관한 것이다.

디지털 또는 고체 조명 기술, 즉 LED(light-emitting diode) 등의 반도체 광원에 기초한 조명은 종래의 형광 램프, HID(high-intensity discharge) 램프, 및 백열 램프에 대한 실용적인 대안을 제공한다. LED의 기능적 장점 및 이점은 높은 에너지 변환 및 광 효율, 내구성, 낮은 운영 비용, 및 기타 많은 것들을 포함한다. LED 기술의 최근의 진보는 많은 응용에서 각종의 조명 효과를 가능하게 해주는 효율적이고 안정적인 전파장(full-spectrum) 조명 광원을 제공하고 있다.

이러한 광원을 이용하는 조명 기구 중 일부는 백색 광 및/또는 상이한 색상의 광(예를 들어, 적색, 녹색 및 청색)을 생성할 수 있는 하나 이상의 LED를 포함하는 조명 모듈은 물론, 각종의 색상 및 색상이 변하는 조명 효과를 발생하기 위해 LED의 출력을 독립적으로 제어하는 제어기 또는 프로세서를 특징으로 하며, 이에 대해서는, 예를 들어, 미국 특허 제6,016,038호 및 제6,211,626호에 상세히 기술되어 있다. LED 기술은 Philips Color Kinetics로부터 입수가능한 ESSENTIALWHITE 시리즈와 같은 선전압 전원 조명 기구(line voltage powered luminaire)를 포함한다. 이러한 조명 기구는 120VAC 선전압[또는 입력 간선(input mains) 전압]에 대해 ELV(electric low voltage)형 조광기와 같은 후미 에지 조광기 기술을 사용하여 조광가능할 수 있다.

많은 조명 응용이 조광기를 사용하고 있다. 종래의 조광기는 백열(전구 및 할로겐) 램프에서 잘 동작한다. 그렇지만, CFL(compact fluorescent lamp, 콤팩트 형광 램프), 전자식 변압기를 사용하는 저전압 할로겐 램프, 그리고 LED 및 OLED와 같은 SSL(solid state lighting, 고체 조명) 램프를 비롯한 다른 유형의 전자 램프에서 문제가 발생한다. 전자식 변압기를 사용하는 저전압 할로겐 램프는, 상세하게는, 입력에 PFC(power factor correction, 역률 보정) 회로를 갖는 부하에서 적절히 동작하는 ELV(electric low voltage)형 조광기 또는 RC(resistive-capacitive) 조광기와 같은 특수 조광기를 사용하여 조광될 수 있다.

그렇지만, LED 백색 조명 기구를 비롯한 종래의 고체 조명 기구는 입력 전압 의존적이다. 따라서, 다양한 유형의 고체 백색 조명 기구가 제각기 설계되어 있는 특정의 선전압에서만 동작한다. 사용자의 지리적 위치(예컨대, 미국 시장은 통상적으로 120VAC, 60Hz 선전압을 필요로 하는 반면, 유럽 시장은 통상적으로 230VAC, 50Hz 선전압을 필요로 함) 및 설치된 고체 백색 조명 기구의 물리적 위치(예컨대, 높은 반침(alcove)에 설치되는 조명 기구는 통상적으로 277VAC 선전압을 필요로 하는 반면, 캐비닛 아래(under-cabinet) 환경에 설치된 조명 기구는 통상적으로 120VAC 선전압을 필요로 함)와 같은 다양한 인자에 따라, 선전압의 값 및 주파수가 상이할 수 있다.

다양한 유형의 고체 백색 조명 기구 간의 이러한 동작 차이는 제조업체 및 사용자에게 혼동과 실제적 비효율을 야기한다. 예를 들어, 전기 공사업체는 통상적으로 특정의 건축 프로젝트에서 이용 가능한 상이한 선전압의 수에 대응하는 다수의 재고 세트를 가지고 있어야만 한다. 재고 세트가 설치 내내 주의 깊게 관리되어야만 하는데, 그렇지 않으면 새로운 LED 백색 조명 기구가 잘못된 입력 선전압의 인가에 의해 망가질 수 있다. 그에 부가하여, 상이한 입력 선전압에서 동작하도록 설계된 LED 백색 조명 기구들이 동일한 인쇄 회로 기판을 가질 수 있지만, 기타 구성요소들은, 예를 들어, 100VAC, 120VAC, 230VAC 또는 277VAC 입력 선전압에서의 동작을 수용하기 위해 필요한 설계 차이에 기초하여 다르다. 이것은 공급망 및 제조 관점에서 볼 때 비효율적인데, 그 이유는 각각의 입력 선전압이 그 자신의 맞춤 BOM(bill of materials, 자재 목록), SKU(stock keeping units, 재고 유지 단위) 등을 필요로 하기 때문이다. 수요를 예측하는 것이 어렵기 때문에, 이것을 관리하는 것은 까다롭다고 밝혀졌다. 따라서, 마케팅, 공급망 및 제조는 LED 백색광 또는 기타 고체 조명 기구가 범용 입력 전압을 갖는 것으로부터 이득을 볼 것이다.

또한, 종래의 조광기는 통상적으로 입력 간선 전압 신호의 각각의 파형의 일부분을 초핑(chop)하고 나머지 파형을 조명 기구로 전달한다. 선두 에지(leading edge) 또는 순방향-위상(forward-phase) 조광기는 전압 신호 파형의 선두 에지를 초핑한다. 후미 에지(trailing edge) 또는 역방향-위상(reverse-phase) 조광기는 전압 신호 파형의 후미 에지를 초핑한다. LED 구동기와 같은 전자 부하는 통상적으로 후미 에지 조광기에서 더 잘 동작한다.

백열 및 기타 종래의 저항 조명 장치는 위상 초핑 조광기(phase chopping dimmer)에 의해 생성된 초핑된 사인파에 대해 오류 없이 자연스럽게 반응한다. 이와 달리, LED 및 기타 고체 조명 부하는 이러한 위상 초핑 조광기에 배치될 때 다수의 문제점, 예를 들어 로우단 드롭아웃(low end drop out), 트라이액 실호(triac misfiring), 최소 부하 문제, 하이단 플리커(high end flicker), 및 광 출력에서의 큰 단차 등에 부딪칠 수 있다. 이들 문제점 중 일부는 조광기 설정에 의존한다. 따라서, 이들 문제점을 해결하기 위해, 조광기가 설정되어 있는 설정 또는 위상각을 전기적으로 결정하는 것이 필요할 수 있다.

본 개시 내용은 고체 조명 장치 또는 조명 기구에 대한 조광기의 위상각을 검출하고 검출된 위상각이 판정 임계값 설정치(determination threshold setting)를 초과할 때 조광기에의 전압 입력을 결정하며 위상각이 임계값 설정치 미만일 때 이전에 결정된 전압 입력을 검색하는 발명 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 한 측면에서, 고체 조명 부하에 대한 조광기의 동작에 의해 설정된 조광기 위상각을 검출하는 장치는 디지털 입력을 갖는 프로세서, 디지털 입력과 전압원 사이에 연결된 제1 다이오드 및 디지털 입력과 접지 사이에 연결된 제2 다이오드를 포함한다. 이 장치는 디지털 입력과 검출 노드 사이에 연결된 제1 커패시터, 검출 노드와 접지 사이에 연결된 제2 커패시터, 및 조광기로부터 정류 전압(rectified voltage)을 수신하는 정류 전압 노드(rectified voltage node)와 검출 노드 사이에 연결된 저항을 추가로 포함한다. 프로세서는 정류 전압에 기초하여 디지털 입력에서 디지털 펄스를 샘플링하고, 샘플링된 디지털 펄스의 길이에 기초하여 조광기 위상각을 식별하도록 구성되어 있다.

다른 측면에서, 조광기, 전력 변환기 및 고체 조명 부하를 포함하는 조명 기구에 범용 전압 입력을 선택적으로 제공하는 방법이 제공된다. 이 방법은 조광기의 위상각을 검출하고 검출된 위상각이 판정 임계값 미만인지를 판정하는 단계를 포함한다. 검출된 위상각이 판정 임계값 미만일 때, 전력 변환기의 전력 설정치가 이전에 결정된 입력 간선 전압값에 기초하여 결정된다. 검출된 위상각이 판정 임계값 미만이 아닐 때, 입력 간선 전압값이 계산되고 전력 변환기의 전력 설정치가 계산된 입력 간선 전압값에 기초하여 결정된다.

또 다른 측면에서, LED에 대한 조광기의 동작에 의해 설정된 조광기 위상각을 검출하는 방법이 제공된다. 이 방법은 조광기로부터의 조광된 정류 전압 - 조광된 정류 전압은 신호 파형을 가짐 - 에 대응하는 디지털 입력 신호를 수신하는 단계; 신호 파형의 상승 에지에 대응하는 디지털 입력 신호의 펄스의 상승 에지를 검출하는 단계; 펄스의 길이를 결정하기 위해 펄스를 주기적으로 샘플링하는 단계; 및 펄스의 길이에 기초하여 조광기 위상각을 결정하는 단계를 포함한다.

본 개시 내용의 목적상 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "LED"라는 용어는 전기 신호에 응답하여 방사를 발생할 수 있는 임의의 전계 발광 다이오드(electroluminescent diode) 또는 다른 유형의 캐리어 주입/접합-기반 시스템을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, LED라는 용어는 전류에 응답하여 광을 방출하는 다양한 반도체-기반 구조, 발광 폴리머(light emitting polymer), OLED(organic light emitting diode), 전계 발광 스트립(electroluminescent strip), 기타를 포함하지만, 이들로 한정되지 않는다. 상세하게는, LED라는 용어는 적외선 스펙트럼, 자외선 스펙트럼, 및 가시 스펙트럼(일반적으로 대략 400 나노미터 내지 대략 700 나노미터의 방사 파장을 포함함)의 다양한 부분들 중 하나 이상에서 방사를 발생하도록 구성될 수 있는 모든 유형의 발광 다이오드(반도체 및 유기 발광 다이오드를 포함함)를 말한다. LED의 어떤 일례로는 다양한 유형의 적외선 LED, 자외선 LED, 적색 LED, 청색 LED, 녹색 LED, 황색 LED, 황갈색 LED, 오렌지색 LED, 및 백색 LED(이하에서 더 기술함)가 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 또한, LED가 주어진 스펙트럼에 대해 다양한 대역폭[예를 들어, FWHM(full widths at half maximum)](예를 들어, 협대역폭, 광대역폭) 및 주어진 일반 색분류 내에서 각종의 주 파장(dominant wavelength)을 갖는 방사를 발생하도록 구성 및/또는 제어될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

예를 들어, 본질적으로 백색인 광을 발생하도록 구성된 LED(예를 들어, LED 백색 조명 기구)의 한 구현이 상이한 전계 발광 스펙트럼을 각각 방출하는 다수의 다이를 포함할 수 있으며, 이들 스펙트럼이 모두 혼합되어 본질적으로 백색인 광을 형성한다. 다른 구현에서, LED 백색 조명 기구는 제1 스펙트럼을 갖는 전계 발광을 상이한 제2 스펙트럼으로 변환시키는 형광 물질(phosphor material)과 연관되어 있을 수 있다. 이 구현의 한 일례에서, 비교적 짧은 파장과 협대역폭 스펙트럼을 갖는 전계 발광은 형광 물질을 "펌핑"하고, 이는 차례로 얼마간 더 넓은 스펙트럼을 갖는 긴 파장의 방사를 방출한다.

또한, LED라는 용어가 LED의 물리적 및/또는 전기적 패키지 유형을 제한하지 않는다는 것도 잘 알 것이다. 예를 들어, 상기한 바와 같이, LED는 상이한 스펙트럼의 방사를 각각 방출하도록 구성되어 있는(예를 들어, 개별적으로 제어가능하거나 제어가능하지 않을 수 있는) 다수의 다이를 갖는 하나의 발광 장치를 말할 수 있다. 또한, LED는 LED(예를 들어, 어떤 유형의 백색 광 LED)의 필수적인 부분으로서 생각되는 형광체와 연관되어 있을 수 있다. 일반적으로, LED라는 용어는 패키징된 LED, 비패키징된 LED, 표면 실장 LED, 칩-온-보드(chip-on-board) LED, T-패키지 실장 LED, 방사 패키지 LED, 전력 패키지 LED, 어떤 유형의 케이스 및/또는 광학 요소(예를 들어, 확산 렌즈)를 포함하는 LED, 기타를 말할 수 있다.

"광원"이라는 용어는 LED-기반 광원(이상에서 정의한 하나 이상의 LED를 포함함), 백열등(예를 들어, 필라멘트 램프, 할로겐 램프), 형광등, 인광등, HID(high-intensity discharge) 광원(예를 들어, 나트륨 증기 램프, 수은 증기 램프 및 금속 할라이드 램프), 레이저, 기타 유형의 전계 발광 광원, 열-발광원(pyro-luminescent source)(예를 들어, 불꽃), 촛불-발광원(예를 들어, 가스 맨틀, 카본 아크 방사원), 축광원(photo-luminescent source)(예를 들어, 가스 방전 광원), 전자 포화(electronic satiation)를 사용하는 음극 발광원, 전류 발광원(galvano-luminescent source), 결정 방사원(crystallo-luminescent source), 키네 발광원(kine-luminescent source), 열 형광원(thermo-luminescent source), 마찰 발광원(triboluminescent source), 음발광원(sonoluminescent source), 방사선 발광원(radioluminescent source), 및 발광 폴리머(이들로 제한되지 않음)를 비롯한 각종의 방사원 중 임의의 하나 이상을 말하는 것으로 이해되어야 한다.

주어진 광원은 가시 스펙트럼 내의 전자기 방사, 가시 스펙트럼 밖의 전자기 방사 또는 이 둘의 조합을 발생하도록 구성될 수 있다. 따라서, "광" 및 "방사"라는 용어는 본 명세서에서 서로 바꾸어 사용될 수 있다. 그에 부가하여, 광원은 하나 이상의 필터(예를 들어, 컬러 필터), 렌즈, 또는 기타 광학 요소를 필수 구성요소로서 포함할 수 있다. 또한, 광원이 표시, 디스플레이 및/또는 조명(이들로 제한되지 않음)을 비롯한 각종의 응용에 맞게 구성될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. "조명 광원"은 특히 내부 또는 외부 공간을 효과적으로 조명하기에 충분한 세기를 갖는 방사를 발생하도록 구성된 광원을 말한다. 이와 관련하여, "충분한 세기"는 주변 조명(즉, 간접적으로 인지될 수 있는 또, 예를 들어, 전체적으로 또는 부분적으로 인지되기 전에 각종의 개재하는 표면들 중 하나 이상에서 반사될 수 있는 광)을 제공하기 위해 공간 또는 환경에서 발생된 가시 스펙트럼에서의 충분한 방사 전력[방사 전력 또는 "광속(luminous flux)"으로 환산하여, 모든 방향에서 광원으로부터 출력되는 전체 광을 표현하기 위해 단위 "루멘"이 종종 사용됨]을 말한다.

"조명 기구"라는 용어는 본 명세서에서 특정의 폼팩터, 어셈블리 또는 패키지로 되어 있는 하나 이상의 조명 장치의 구현 또는 구성을 말하는 데 사용된다. "조명 장치"라는 용어는 본 명세서에서 동일하거나 상이한 유형의 하나 이상의 광원을 포함하는 장치를 말하는 데 사용된다. 주어진 조명 장치는 각종의 광원(들)의 탑재 구성, 인클로저/하우징 구성 및 형상, 및/또는 전기적 및 기계적 연결 구성 중 어느 하나를 가질 수 있다. 그에 부가하여, 주어진 조명 장치는 선택적으로 광원(들)의 동작에 관련된 다양한 다른 구성요소(예를 들어, 제어 회로)와 연관(예를 들어, 그에 결합 및/또는 그와 함께 패키징)되어 있을 수 있다. "LED-기반 조명 장치"는 상기한 바와 같은 하나 이상의 LED-기반 광원을 단독으로 또는 다른 비LED-기반 광원과 함께 포함하는 조명 장치를 말한다. "다중-채널" 조명 장치는 상이한 방사 스펙트럼을 각각 발생하도록 구성되어 있는 적어도 2개의 광원을 포함하는 LED-기반 또는 비LED-기반 조명 장치를 말하며, 이 때 각각의 상이한 광원 스펙트럼을 다중-채널 조명 장치의 "채널"이라고 할 수 있다.

"제어기"라는 용어는 본 명세서에서 일반적으로 하나 이상의 광원의 동작에 관련된 다양한 장치를 말하는 데 사용된다. 제어기는 본 명세서에 기술된 다양한 기능들을 수행하기 위해 수많은 방식으로(예를 들어, 전용 하드웨어 등에 의해) 구현될 수 있다. "프로세서"는 본 명세서에 기술된 다양한 기능들을 수행하도록 소프트웨어(예를 들어, 마이크로코드)를 사용하여 프로그램될 수 있는 하나 이상의 마이크로프로세서를 이용하는 제어기의 일례이다. 제어기는 프로세서를 이용하거나 이용하지 않고 구현될 수 있고, 또한 어떤 기능을 수행하는 전용 하드웨어와 다른 기능을 수행하는 프로세서(예를 들어, 하나 이상의 프로그램된 마이크로프로세서 및 관련 회로)의 조합으로서 구현될 수 있다. 본 개시 내용의 다양한 실시예에서 이용될 수 있는 제어기 구성요소의 일례는 종래의 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, ASIC(application specific integrated circuit) 및 FPGA(field-programmable gate array)를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.

다양한 구현에서, 프로세서 및/또는 제어기는 하나 이상의 저장 매체[일반적으로, 본 명세서에서 "메모리"라고 함. 예컨대 RAM(random-access memory, 랜덤 액세스 메모리), ROM(read-only memory, 판독 전용 메모리), PROM(programmable read-only memory, 프로그램가능 판독 전용 메모리), EPROM(electrically programmable read-only memory, 전기적 프로그램가능 판독 전용 메모리), EEPROM(electrically erasable and programmable read only memory, 전기적 소거가능 프로그램가능 판독 전용 메모리), USB(universal serial bus, 범용 직렬 버스) 드라이브, 플로피 디스크, 콤팩트 디스크, 광 디스크, 자기 테이프 등과 같은 휘발성 및 비휘발성 컴퓨터 메모리]와 연관되어 있을 수 있다. 일부 구현들에서, 저장 매체는, 하나 이상의 프로세서 및/또는 제어기 상에서 실행될 때, 본 명세서에 기술된 기능들 중 적어도 일부를 수행하는 하나 이상의 프로그램으로 인코딩되어 있을 수 있다. 저장된 하나 이상의 프로그램이 본 명세서에 기술된 본 발명의 다양한 측면들을 구현하기 위해 프로세서 또는 제어기에 로드될 수 있도록, 다양한 저장 매체가 프로세서 또는 제어기 내에 고정되어 있거나 이동가능할 수 있다. "프로그램" 또는 "컴퓨터 프로그램"이라는 용어는 일반적 의미에서 본 명세서에서 하나 이상의 프로세서 또는 제어기를 프로그램하는 데 이용될 수 있는 임의의 유형의 컴퓨터 코드(예를 들어, 소프트웨어 또는 마이크로코드)를 말하는 데 사용된다.

한 네트워크 구현에서, 네트워크에 연결된 하나 이상의 장치가 (예를 들어, 마스터/슬레이브 관계에서) 네트워크에 연결된 하나 이상의 다른 장치들에 대한 제어기로서 역할할 수 있다. 다른 구현에서, 네트워크화된 환경은 네트워크에 연결된 장치들 중 하나 이상을 제어하도록 구성되어 있는 하나 이상의 전용 제어기를 포함할 수 있다. 일반적으로, 네트워크에 연결된 다수의 장치들 각각은 통신 매체 또는 매체들 상에 존재하는 데이터에 액세스할 수 있지만, 주어진 장치가, 예를 들어, 그에 할당된 하나 이상의 특정의 식별자(예를 들어, "주소")에 기초하여 네트워크와 선택적으로 데이터를 교환(즉, 네트워크로부터 데이터를 수신 및/또는 네트워크로 데이터를 전송)하도록 구성되어 있다는 점에서 "어드레싱가능"일 수 있다.

"네트워크"라는 용어는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, (예를 들어, 장치 제어, 데이터 저장, 데이터 교환, 기타를 위해) 임의의 2개 이상의 장치 사이에서 및/또는 네트워크에 연결된 다수의 장치들 사이에서의 정보의 전송을 용이하게 해주는 2개 이상의 장치들(제어기 또는 프로세서를 포함함)의 임의의 상호연결을 말한다. 잘 알 것인 바와 같이, 다수의 장치들을 상호연결시키기에 적합한 네트워크의 다양한 구현들은 각종의 네트워크 토폴로지 중 임의의 것을 포함하고 각종의 통신 프로토콜 중 임의의 것을 이용할 수 있다. 그에 부가하여, 본 발명에 따른 다양한 네트워크에서, 2개의 장치 간의 임의의 한 연결이 2개의 시스템 간의 전용 연결 또는 다른 대안으로서 비전용 연결을 나타낼 수 있다. 2개의 장치로 보내지는 정보를 전달하는 것에 부가하여, 이러한 비전용 연결은 반드시 2개의 장치 중 어느 하나로 보내져야 하는 것은 아닌 정보를 전달할 수 있다(예를 들어, 개방형 네트워크 연결). 게다가, 본 명세서에 기술된 다양한 장치 네트워크가 네트워크 전체에 걸쳐 정보 전송을 용이하게 해주기 위해 하나 이상의 무선, 유선/케이블, 및/또는 광섬유 링크를 이용할 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

상기한 개념들 및 이하에서 더 상세히 기술되는 부가의 개념들의 모든 조합이 (이러한 개념들이 상호 모순되지 않는 한) 본 명세서에 개시된 발명 대상의 일부로서 생각된다는 것을 잘 알 것이다. 상세하게는, 본 개시 내용의 끝에 있는 청구된 발명 대상의 모든 조합이 본 명세서에 개시된 발명 대상의 일부인 것으로 생각된다. 또한, 인용 문헌으로서 포함된 임의의 개시 내용에 나올 수도 있는 본 명세서에서 명시적으로 이용되는 용어들이 본 명세서에 개시된 특정의 개념들과 가장 일치하는 의미를 부여받아야 한다는 것을 잘 알 것이다.

도면에서, 동일한 참조 번호는 일반적으로 상이한 도면들에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분을 말한다. 또한, 도면이 꼭 축척대로 되어 있지 않으며, 그 대신에 일반적으로 본 발명의 원리들을 설명하는 것에 강조되어 있다.
도 1은 대표적인 실시예에 따른, 고체 조명 기구 및 위상 검출기를 포함하는 조광가능 조명 시스템을 나타낸 블록도.
도 2는 대표적인 실시예에 따른, 위상 검출 회로를 포함하는 조광 제어 시스템을 나타낸 회로도.
도 3a 내지 도 3c는 대표적인 실시예에 따른, 조광기의 샘플 파형 및 대응하는 디지털 펄스를 나타낸 도면.
도 4는 대표적인 실시예에 따른, 조광기의 위상각을 검출하는 프로세스를 나타낸 흐름도.
도 5는 대표적인 실시예에 따른, 조광기를 갖는 고체 조명 기구와 조광기를 갖지 않는 고체 조명 기구의 샘플 파형 및 대응하는 디지털 펄스를 나타낸 도면.
도 6은 대표적인 실시예에 따른, 조광기의 존재를 검출하는 프로세스를 나타낸 흐름도.
도 7은 대표적인 실시예에 따른, 고체 조명 기구 및 위상 검출 회로를 포함하는 조광 제어 시스템을 나타낸 회로도.
도 8a는 대표적인 실시예에 따른, 판정 임계값 초과의 설정치 레벨을 갖는 조광기의 샘플 파형을 나타낸 도면.
도 8b는 대표적인 실시예에 따른, 판정 임계값 미만의 설정치 레벨을 갖는 조광기의 샘플 파형을 나타낸 도면.
도 9는 대표적인 실시예에 따른, 조광기의 검출된 위상각을 사용하여 입력 간선 전압을 결정하는 프로세스를 나타낸 흐름도.
도 10은 대표적인 실시예에 따른, 고체 조명 기구 및 입력 전압 제어기를 포함하는 조명 시스템을 나타낸 블록도.
도 11은 대표적인 실시예에 따른, 입력 전압 제어기에 대한 제어기의 블록도.
도 12는 대표적인 실시예에 따른, 고체 조명 기구로의 전력을 제어하는 프로세스를 나타낸 흐름도.
도 13은 대표적인 실시예에 따른, 입력 간선 전압 신호의 전압값을 결정하는 프로세스를 나타낸 흐름도.
도 14는 대표적인 실시예에 따른, 입력 간선 전압 신호 파형의 피크를 검출하는 프로세스를 나타낸 흐름도.
도 15는 대표적인 실시예에 따른, 입력 간선 전압 신호 파형의 기울기를 결정하는 프로세스를 나타낸 흐름도.
도 16a 및 도 16b는 조광되지 않은 입력 간선 전압 신호 및 조광된 입력 간선 전압 신호의 파형의 샘플 트레이스를 나타낸 도면.
도 17은 조광되지 않은 입력 간선 전압 신호 및 조광된 입력 간선 전압 신호의 파형에 대응하는 샘플 기울기를 나타낸 그래프.

이하의 상세한 설명에서, 제한이 아니라 설명을 위해, 구체적인 상세를 개시하는 대표적인 실시예가 본 개시 내용의 완전한 이해를 제공하도록 기재되어 있다. 그렇지만, 본 개시 내용의 이점을 갖는 당업자에게는 본 명세서에 개시된 구체적인 상세를 벗어나는 본 개시 내용에 따른 다른 실시예가 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 있다는 것이 명백할 것이다. 게다가, 대표적인 실시예에 대한 설명을 불명료하게 하지 않기 위해 공지의 장치 및 방법에 대한 설명이 생략되어 있을 수 있다. 이러한 방법 및 장치가 명백히 본 개시 내용의 범위 내에 속한다.

출원인은 고체 조명 기구에 대해 조광기가 설정되어 있는 조광 레벨(조광기 위상각)을 검출할 수 있는 회로를 제공하면 유익할 것이라는 것을 알았다. 출원인은 또한 고체 조명 기구에 대해 조광기의 존재(또는 부존재)를 검출할 수 있는 회로를 제공하면 유익할 것이라는 것을 알았다.

그에 부가하여, 출원인은 100VAC, 120VAC, 208VAC, 230VAC 및 277VAC와 같은 각종의 상이한 입력 간선 전압을 사용하여 고체 조명 기구에 범용적으로 전력을 제공하면 유익할 것이라는 것과 조광기 설정치가 판정 임계값 또는 위상각 초과일 때 입력 간선 전압의 값을 정확하게 결정하면 유익할 것이라는 것을 알았다.

도 1은 대표적인 실시예에 따른, 고체 조명 기구 및 위상각 검출기를 포함하는 조광가능 조명 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 조광가능 조명 시스템(100)은 조광기(104) 및 전압 간선(101)으로부터 (조광된) 정류 전압 Urect를 제공하는 정류 회로(105)를 포함한다. 다양한 구현에 따르면, 전압 간선(101)은 상이한 비정류된 입력 간선 전압(100VAC, 120VAC, 230VAC 및 277VAC 등)을 제공할 수 있다. 조광기(104)는, 예를 들어, 그의 슬라이더(104a)의 수직 동작에 응답하여 전압 간선(101)으로부터의 전압 신호 파형의 선두 에지(선두 에지 조광기) 또는 후미 에지(후미 에지 조광기)를 초핑하는 것에 의해 조광 기능을 제공하는 위상 초핑 조광기이다. 일반적으로, 정류 전압 Urect의 크기는, 낮은 위상각에 의해 낮은 정류 전압 Urect가 얻어지도록, 조광기(104)에 의해 설정된 위상각에 비례한다. 도시된 일례에서, 위상각을 감소시켜 고체 조명 부하(140)에 의해 출력되는 광의 양을 감소시키기 위해 슬라이더가 아래쪽으로 이동되고, 위상각을 증가시켜 고체 조명 부하(140)에 의해 출력되는 광의 양을 증가시키기 위해 슬라이더가 위쪽으로 이동되는 것으로 가정될 수 있다.

조광가능 조명 시스템(100)은 위상각 검출기(110) 및 전력 변환기(120)를 추가로 포함한다. 일반적으로, 위상각 검출기(110)는 정류 전압 Urect에 기초하여 조광기(104)의 위상각을 검출한다. 다양한 실시예에서, 위상각 검출기(110)가 전력 변환기(120)의 동작을 제어하도록 구성되어 있는 한, 위상각 검출기(110)는, 예컨대, 제어 라인(129)을 통해 전력 변환기(120)로 전력 제어 신호를 출력할 수 있다. 전력 제어 신호는, 예를 들어, PCM(pulse code modulation, 펄스 부호 변조) 신호 또는 다른 디지털 신호일 수 있고, 검출된 위상각에 기초하여 위상각 검출기(110)에 의해 결정된 듀티비에 따라 하이 레벨과 로우 레벨 사이에서 교번할 수 있다. 듀티비는 약 100%(예컨대, 계속하여 하이 레벨에 있음) 내지 약 0%(예컨대, 계속하여 로우 레벨에 있음)의 범위에 있을 수 있고, 예를 들어, 전력 변환기(120)의 전력 설정치를 적절히 조정하여 고체 조명 부하(140)에 의해 방출되는 광의 레벨을 제어하기 위해, 이들 사이의 임의의 퍼센트를 포함한다.

다양한 실시예에서, 전력 변환기(120)는 정류 회로(105)로부터 정류 전압 Urect를 수신하고, 고체 조명 부하(140)에 전원을 공급하기 위해 대응하는 DC 전압을 출력한다. 전력 변환기(120)는 적어도 정류 회로(105)를 거쳐 조광기(104)로부터 출력된 전압의 크기[예컨대, 슬라이더(104a)의 동작에 의해 설정됨]에 기초하여 정류 전압 Urect와 DC 전압 간의 변환을 수행한다. 전력 변환기(120)에 의해 출력된 DC 전압은 따라서 조광기(104)에 의해 적용되는 조광기 위상각(즉, 조광의 레벨)을 반영한다.

도 2는 대표적인 실시예에 따른, 조광기 위상각 검출 회로를 포함하는 조광 제어 시스템을 나타낸 회로도이다. 도 2의 일반 구성요소는 도 1의 것과 유사하지만, 예시적인 구성에 따른 다양한 대표적인 구성요소와 관련하여 추가의 상세가 제공되어 있다. 물론, 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고 다른 구성이 구현될 수 있다.

도 2를 참조하면, 조광 제어 시스템(200)은 정류 회로(205) 및 조광기 위상각 검출 회로(210)(점선 박스)를 포함한다. 정류 회로(105)와 관련하여 앞서 논의된 바와 같이, 전압 간선(도시 생략)으로부터 (조광된) 비정류 전압(unrectified voltage)을 수신하는 dim hot 및 dim neutral 입력으로 나타낸, 조광기(도시 생략)에 정류 회로(205)가 연결되어 있다. 도시된 구성에서, 정류 회로(205)는 정류 전압 노드(N2)와 접지 사이에 연결된 4개의 다이오드(D201 내지 D204)를 포함한다. 정류 전압 노드(N2)는 (조광된) 정류 전압 Urect를 수신하고, 정류 회로(205)와 병렬로 연결된 입력 필터링 커패시터(C215)를 통해 접지에 연결되어 있다.

위상각 검출기(210)는 정류 전압 Urect에 기초하여 조광기 위상각(조광 레벨)을 검출하고, 다양한 실시예에서, 전력 제어 신호를 PWM 출력(219)으로부터, 예를 들어, 도 7을 참조하여 이하에 논의하는 바와 같이 LED 부하의 동작을 제어하기 위해 전력 변환기로 출력할 수 있다. 이것은 위상각 검출기(210)가, 검출된 위상각에 기초하여, 입력 간선으로부터 LED 부하로 전달되는 전력의 양을 선택적으로 조정할 수 있게 해준다.

도시된 대표적인 실시예에서, 위상각 검출 회로(210)는 조광기 위상각을 결정하기 위해 정류 전압 Urect의 파형을 사용하는 마이크로컨트롤러(215)를 포함한다. 마이크로컨트롤러(215)는 제1 다이오드(D211)와 제2 다이오드(D212) 사이에 연결된 디지털 입력(218)을 포함한다. 제1 다이오드(D211)는 양극이 디지털 입력(218)에 연결되고 음극이 전압원(Vcc)에 연결되어 있으며, 제2 다이오드(D212)는 양극이 접지에 연결되고 음극이 디지털 입력(218)에 연결되어 있다. 마이크로컨트롤러(215)는 또한 PWM 출력(219)과 같은 디지털 출력을 가진다.

다양한 실시예에서, 마이크로컨트롤러(215)는, 예를 들어, Microchip Technology, Inc.로부터 입수가능한 PIC12F683 프로세서일 수 있지만, 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고 다른 유형의 마이크로컨트롤러 또는 다른 프로세서가 포함될 수 있다. 예를 들어, 마이크로컨트롤러(215)의 기능은 앞서 논의된 바와 같이 제1 다이오드(D211)와 제2 다이오드(D212) 사이에 디지털 입력을 수신하도록 연결되어 있는 하나 이상의 프로세서 및/또는 제어기 - 다양한 기능을 수행하도록 소프트웨어 또는 펌웨어(예컨대, 메모리에 저장되어 있음)를 사용하여 프로그램되어 있을 수 있음 - 에 의해 구현될 수 있거나, 어떤 기능을 수행하는 전용 하드웨어와 다른 기능을 수행하는 프로세서(예컨대, 하나 이상의 프로그램된 마이크로프로세서 및 관련 회로)의 조합으로서 구현될 수 있다. 다양한 실시예에서 이용될 수 있는 제어기 구성요소의 일례는, 앞서 논의된 바와 같이, 종래의 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, ASIC 및 FPGA를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.

위상각 검출 회로(210)는 제1 및 제2 커패시터(C213, C214) 그리고 대표적인 제1 및 제2 저항기(R211, R212)로 나타낸 저항과 같은 다양한 수동 전자 부품을 추가로 포함한다. 제1 커패시터(C213)는 마이크로컨트롤러(215)의 디지털 입력(218)과 검출 노드(N1) 사이에 연결되어 있다. 제2 커패시터(C214)는 검출 노드(N1)와 접지 사이에 연결되어 있다. 제1 및 제2 저항기(R211, R212)는 정류 전압 노드(N2)와 검출 노드(N1) 사이에 직렬로 연결되어 있다. 도시된 실시예에서, 예를 들어, 제1 커패시터(C213)는 약 560pF의 값을 가질 수 있고, 제2 커패시터(C214)는 약 10pF의 값을 가질 수 있다. 또한, 예를 들어, 제1 저항기(R211)는 약 1 메가오옴의 값을 가질 수 있고, 제2 저항기(R212)는 약 1 메가오옴의 값을 가질 수 있다. 그렇지만, 당업자에게 명백할 것인 바와 같이, 임의의 특정의 상황에 대해 독자적인 이점을 제공하기 위해 또는 다양한 구현의 응용 관련 설계 요구사항을 충족시키기 위해 제1 및 제2 커패시터(C213, C214)와 제1 및 제2 저항기(R211, R212)의 각자의 값이 달라질 수 있다.

(조광된) 정류 전압 Urect는 마이크로컨트롤러(215)의 디지털 입력(218)에 AC 결합되어 있다. 제1 저항기(R211) 및 제2 저항기(R212)는 디지털 입력(218)으로의 전류를 제한한다. 정류 전압 Urect의 신호 파형이 하이로 될 때, 제1 커패시터(C213)는 상승 에지에서 제1 및 제2 저항기(R211, R212)를 통해 충전된다. 제1 커패시터(C213)가 충전되는 동안, 제1 다이오드(D211)는, 예를 들어, 전압원(Vcc)보다 하나의 다이오드 전압 강하(diode drop)만큼 높게 디지털 입력(218)을 클램핑한다. 신호 파형이 영이 아닌 한, 제1 커패시터(C213)는 충전된 채로 있다. 정류 전압 Urect의 신호 파형의 하강 에지에서, 제1 커패시터(C213)는 제2 커패시터(C214)를 통해 방전되고, 디지털 입력(218)은 제2 다이오드(D212)에 의해 접지보다 하나의 다이오드 전압 강하만큼 낮게 클램핑된다. 후미 에지 조광기가 사용될 때, 신호 파형의 하강 에지는 파형의 초핑된 부분의 시작에 대응한다. 신호 파형이 영인 한, 제1 커패시터(C213)는 방전된 채로 있다. 그에 따라, 디지털 입력(218)에서 얻어지는 논리 레벨 디지털 펄스는 초핑된 정류 전압 Urect의 움직임을 정확하게 따라가며, 그의 일례가 도 3a 내지 도 3c에 도시되어 있다.

보다 상세하게는, 도 3a 내지 도 3c는, 대표적인 실시예에 따른 샘플 파형 및 디지털 입력(218)에서의 대응하는 디지털 펄스를 나타낸 것이다. 각각의 도면에서의 상부의 파형은 초핑된 정류 전압 Urect를 나타낸 것이고, 여기서 초핑의 양은 조광의 레벨을 반영한다. 예를 들어, 파형은 조광기의 출력에 나타나는 170V(또는 유럽의 경우 340V) 피크의 전파 정류 사인파의 일부분을 나타낸 것일 수 있다. 하부의 구형 파형은 마이크로컨트롤러(215)의 디지털 입력(218)에서 보이는 대응하는 디지털 펄스를 나타낸 것이다. 특히, 각각의 디지털 펄스의 길이는 초핑된 파형에 대응하고, 따라서 조광기의 내부 스위치가 "온"인 시간의 양과 같다. 디지털 입력(218)을 통해 디지털 펄스를 수신함으로써, 마이크로컨트롤러(215)는 조광기가 설정되어 있는 레벨을 결정할 수 있다.

도 3a는 조광기가 그의 최고 설정치 - 파형 옆에 도시된 조광기 슬라이더의 상단 위치로 표시되어 있음 - 에 있을 때 정류 전압 Urect의 샘플 파형 및 대응하는 디지털 펄스를 나타낸 것이다. 도 3b는 조광기가 중간 설정치 - 파형 옆에 도시된 조광기 슬라이더의 중간 위치로 표시되어 있음 - 에 있을 때 정류 전압 Urect의 샘플 파형 및 대응하는 디지털 펄스를 나타낸 것이다. 도 3c는 조광기가 그의 최저 설정치 - 파형 옆에 도시된 조광기 슬라이더의 하단 위치로 표시되어 있음 - 에 있을 때 정류 전압 Urect의 샘플 파형 및 대응하는 디지털 펄스를 나타낸 것이다.

도 4는 대표적인 실시예에 따른, 조광기의 조광기 위상각을 검출하는 프로세스를 나타낸 흐름도이다. 이 프로세스는 도 2에 도시된 마이크로컨트롤러(215)에 의해 또는 보다 일반적으로 프로세스 또는 제어기[예를 들어, 도 1에 도시된 위상각 검출기(110)]에 의해 실행되는 펌웨어 및/또는 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다.

도 4의 블록(S421)에서, 입력 신호의 디지털 펄스의 상승 에지[예컨대, 도 3a 내지 도 3c에서 하부 파형의 상승 에지로 나타내어져 있음]가, 예를 들어, 제1 커패시터(C213)의 최초 충전에 의해 검출된다. 예를 들어, 블록(S422)에서, 마이크로컨트롤러(215)의 디지털 입력(218)에서의 샘플링이 시작된다. 도시된 실시예에서, 단지 간선 반사이클(mains half cycle) 미만인 소정의 시간 동안, 신호가 디지털적으로 샘플링된다. 신호가 샘플링될 때마다, 블록(S423)에서, 샘플이 하이 레벨(예컨대, 디지털 "1")을 갖는지 로우 레벨(예컨대, 디지털 "0")을 갖는지가 판정된다. 도시된 실시예에서, 블록(S423)에서, 샘플이 디지털 "1"인지를 판정하기 위해 비교가 행해진다. 샘플이 디지털 "1"일 때[블록(S423): 예], 블록(S424)에서 카운터가 증가되고, 샘플이 디지털 "1"이 아닐 때[블록(S423): 아니오], 블록(S425)에서 작은 지연이 삽입된다. 샘플이 디지털 "1"로 판정되는지 디지털 "0"로 판정되는지에 상관없이, [예컨대, 마이크로컨트롤러(215)의] 클록 사이클의 수가 같도록 지연이 삽입된다.

블록(S426)에서, 간선 반사이클 전체가 샘플링되었는지가 판정된다. 간선 반사이클이 완료되지 않을 때[블록(S426): 아니오], 프로세스는 디지털 입력(218)에서의 신호를 다시 샘플링하기 위해 블록(S422)으로 되돌아간다. 간선 반사이클이 완료될 때[블록(S426): 예], 샘플링이 중단되고 블록(S424)에서 누적되는 카운터 값이 블록(S427)에서 현재의 조광기 위상각으로서 식별되며, 카운터가 0으로 리셋된다. 카운터 값이 메모리에 저장될 수 있으며, 메모리의 일례가 앞서 논의되어 있다. 마이크로컨트롤러(215)는 이어서 샘플링을 다시 시작하기 위해 그 다음 상승 에지를 기다릴 수 있다.

예를 들어, 마이크로컨트롤러(215)가 간선 반사이클 동안 255개 샘플을 취하는 것으로 가정될 수 있다. 조광 레벨 또는 위상각이 그의 범위의 상단 근처에 있는 슬라이더에 의해 설정될 때(예컨대, 도 3a에 도시됨), 도 4의 블록(S424)에서 카운터는 약 255로 증가될 것이다. 조광 레벨이 그의 범위의 하단 근처에 있는 슬라이더에 의해 설정될 때(예컨대, 도 3c에 도시됨), 블록(S424)에서 카운터는 단지 약 10 또는 20으로 증가될 것이다. 조광 레벨이 그의 범위의 중간 어딘가에 설정될 때(예컨대, 도 3b에 도시됨), 블록(S424)에서 카운터는 약 128로 증가될 것이다. 카운터의 값은 따라서 조광기가 설정된 레벨 또는 조광기의 위상각의 정확한 표시를 마이크로컨트롤러(215)에 제공한다. 다양한 실시예에서, 당업자에게 명백할 것인 바와 같이, 조광기 위상각이, 예컨대, 카운터 값의 소정의 함수를 사용하여 마이크로컨트롤러(215)에 의해 계산될 수 있고, 여기서 이 함수는 임의의 특정의 상황에 대해 독자적인 이점을 제공하기 위해 또는 다양한 구현의 응용 관련 설계 요구사항을 충족시키기 위해 달라질 수 있다.

그에 따라, 조광기의 위상각이 최소한의 수동 부품 및 마이크로컨트롤러(또는 다른 프로세서 또는 제어기 회로)의 디지털 입력 구조를 사용하여 전자적으로 검출될 수 있다. 일 실시예에서, 위상각 검출이 AC 결합 회로, 마이크로컨트롤러의 다이오드 클램핑된 디지털 입력 구조, 및 조광기 설정치 레벨을 결정하기 위해 실행되는 알고리즘(예컨대, 펌웨어, 소프트웨어 및/또는 하드웨어에 의해 구현됨)을 사용하여 달성된다. 그에 부가하여, 조광기의 상태가 마이크로컨트롤러의 디지털 입력 구조를 이용하여 최소한의 부품수에 의해 측정될 수 있다.

위상각 디지털 검출 회로 및 관련 알고리즘은 위상 초핑 조광기의 위상각을 아는 것이 요망되는 다양한 상황에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 위상 초핑 조광기에 대한 부하로서 동작하는 전자식 변압기는 조광기 위상각을 결정하기 위해 이 회로 및 방법을 사용할 수 있다. 조광기 위상각을 알고 있으면, 고체 조명 기구(예컨대, LED)와 관련하여 조광의 범위 및 조광기와의 호환성이 개선될 수 있다. 이러한 개선의 일례는 조광기 설정치로 램프의 색 온도를 제어하는 것, 조광기가 동작 중에(in situ) 처리할 수 있는 최소 부하를 결정하는 것, 조광기가 동작 중에 이상 거동을 할 때를 판정하는 것, 광 출력의 최대 및 최소 범위를 증가시키는 것, 및 맞춤 조광(custom dimming light) 대 슬라이더 위치 곡선을 생성하는 것을 포함한다.

다양한 실시예에 따른 조광기 위상각 검출 회로는 Philips Color Kinetics로부터 입수가능한, 다양한 EssentialWhite™ 및/또는 eW 제품(eW Blast PowerCore, eW Burst PowerCore, eW Cove MX PowerCore, 및 eW PAR 38 등을 포함함)에서 구현될 수 있다. 게다가, 조광기 위상각 검출 회로는 다양한 제품을 더욱 조광기에 친숙하게(dimmer friendly) 만들기 위해 다양한 제품에 대한 "스마트한" 개선의 구성 블록으로서 사용될 수 있다.

다양한 실시예에서, 도 2에 도시된 대표적인 검출 회로와 같은 검출 회로는 또한 위상 초핑 조광기의 존재 또는 부존재를 판정하는 데도 사용될 수 있다. 조광기 위상각과 관계없이 일어나는 조광기 문제는 먼저 전력 변환기가 조광기의 부하로서 연결되어 있는지를 판정하는 것에 의해 적절히 해결될 수 있다. 이들 경우에, 조광기가 존재하는지에 관한 간단한 이진 판정으로 충분하고, 조광기 위상각에 관한 부가 정보가 필요하지 않음으로써, 조광기가 존재하는지에 관한 간단한 이진 검출보다 더 많은 계산이 소요되는, 상기한 위상각 검출을 회피한다. 예를 들어, 위상 절단 조광기(phase cutting dimmer)와 LED 구동기 간의 호환성을 향상시키는 어떤 조치를 취하기 위해 조광기의 존재를 판정하는 것으로 충분할 수 있다. 게다가, 이진 조광기 존재 알고리즘이 보다 큰 알고리즘(범용 입력 간선 전압을 결정하는 것 등)의 일부로서 포함될 수 있다.

도 5는 대표적인 실시예에 따른, 조광기를 갖는 조명 기구와 조광기를 갖지 않는 조명 기구의 샘플 파형 및 대응하는 디지털 펄스를 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 상부 파형 세트는, 조광기가 연결된 상태에서(인접한 조광기 스위치로 표시되어 있음), 정류된 입력 간선 전압 및 대응하는 검출된 논리 레벨 디지털 펄스를 나타낸 것이다. 하부 파형 세트는, 조광기가 연결되지 않은 상태에서(인접한 조광기 스위치에 "X"로 표시되어 있음), 정류된 입력 간선 전압 및 대응하는 논리 레벨 디지털 펄스를 나타낸 것이다. 파선(501)은 조광기에 대응하는 대표적인 상부 레벨 임계값(upper level threshold)을 나타낸다. 상부 레벨 임계값은 다양한 수단 - 조광기의 최고 설정치에서 조광기의 "온" 시간을 경험적으로 측정하는 것, 제조업체 데이터베이스로부터 "온" 시간을 검색하는 것 등을 포함함 - 에 의해 결정될 수 있다.

위상 초핑 조광기는 전파 정류된 간선 전압 사인파를 통과시키지 않고, 오히려 그의 최고 설정치에서조차도 각각의 파형의 일부를 초핑한다(상부 파형 세트에 도시되어 있음). 이에 비해, 조광기가 연결되지 않은 상태에서는, 전파 정류된 간선 전압 사인파가 통과할 수 있다(하부 파형 세트에 도시되어 있음). 예를 들어, 디지털 펄스가, 위상각 검출기(210)에 의해 결정되는 바와 같이, 상부 레벨 임계값을 넘어가지 않는 경우(상부 파형 세트에 도시되어 있음), 조광기가 존재하는 것으로 판정된다. 디지털 펄스가 상부 레벨 임계값을 넘어가는 경우(하부 파형 세트에 도시되어 있음), 조광기가 존재하지 않는 것으로 판정된다.

도 6은 대표적인 실시예에 따른, 조광기가 존재하는지를 결정하는 프로세스를 나타낸 흐름도이다. 이 프로세스는, 예를 들어, 도 2의 마이크로컨트롤러(215)에 의해 실행되는 펌웨어 및/또는 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다.

블록(S621)에서, 결정된 조광기 위상각이 검색된다. 예를 들어, 도 4에 나타낸 알고리즘에 따라 검출된 조광기 위상각이 메모리[예컨대, 블록(S427)에서 조광기 위상각 정보가 저장되었음]로부터 검색될 수 있다. 블록(S622)에서, 조광기 위상각(예컨대, 디지털 펄스의 길이)이 상부 레벨 임계값 미만인지가 판정된다. 조광기 위상각이 상부 레벨 임계값 미만이 아닐 때[블록(S622): 아니오], 프로세스는 블록(S621)으로 되돌아가서, 조광기 위상각이 계속하여 모니터링되도록, 결정된 조광기 위상각이 다시 검색된다. 또한, 다양한 실시예에서, 조광기 검출 플래그가 "로우"(조광기가 존재하지 않는다는 것을 나타냄)로 설정될 수 있고 및/또는 프로세스가 종료될 수 있다. 조광기 위상각이 상부 레벨 임계값 미만인 것으로 판정될 때[블록(S622): 예], 블록(S623)에서, 조광기 검출 플래그가 "하이"(예를 들어, 조광기가 존재함을 나타냄)로 설정된다. 물론, 대안의 실시예에서, 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고, 검색된 위상각이 상부 레벨 임계값 초과(미만과 반대임)인지가 판정될 수 있다.

그에 따라, 조광기의 존재 또는 부존재가 최소한의 수동 부품 및 마이크로컨트롤러(또는 다른 프로세서 또는 처리 회로)의 디지털 입력 구조를 사용하여 전자적으로 검출될 수 있다. 일 실시예에서, 조광기 검출이 AC 결합 회로, 마이크로컨트롤러의 다이오드 클램핑된 디지털 입력 구조, 및 조광기 존재의 이진 판정을 위해 실행되는 알고리즘(예컨대, 펌웨어, 소프트웨어 및/또는 하드웨어에 의해 구현됨)을 사용하여 달성된다. 앞서 언급한 바와 같이, 고체 조명(예컨대, LED) 전력 변환기가 위상 절단 조광기에 대한 부하로서 연결되어 있는지 여부를 전자적으로 검출하는 것이, 예를 들어, 도 2에 도시된 대표적인 실시예의 동일한 구성요소를 사용하여 달성될 수 있지만, 계산이 덜 소요되고 타이밍에 민감하지 않은 알고리즘이 사용될 수 있다.

조광기 존재 검출 회로 및 관련 알고리즘은, 예를 들어, 전자식 변압기가 위상 초핑 조광기의 부하로서 연결되어 있는지 여부를 아는 것이 요망되는 다양한 상황에서 사용될 수 있다. 조광기의 존재 또는 부존재가 판정되면, 고체 조명 기구(예컨대, LED)와 관련하여 조광기와의 호환성이 개선될 수 있다. 이러한 개선의 일례는 조광기의 완전 "온" 위상 초핑(full "on" phase chop)으로 인한 하이단 전력 손실(high end power loss)을 보상하는 것, 조광기가 존재하지 않는 경우 모든 불필요한 기능을 종료시킴으로써 효율을 향상시키는 것, 및 조광기가 존재하는 경우 조광기의 최소 부하 요구사항을 돕기 위해 블리딩 부하(bleeding load)를 스위치 인(switch in)하는 것을 포함한다.

다양한 실시예에 따른 조광기 검출 회로는 Philips Color Kinetics로부터 입수가능한, 다양한 EssentialWhite™ 및/또는 eW 제품(eW Blast PowerCore, eW Burst PowerCore, eW Cove MX PowerCore, 및 eW PAR 38 등을 포함함)에서 구현될 수 있다. 게다가, 조광기 위상각 검출 회로는 다양한 제품을 더욱 조광기에 친숙하게 만들기 위해 다양한 제품에 대한 "스마트한" 개선의 구성 블록으로서 사용될 수 있다.

다양한 실시예에서, 마이크로컨트롤러(215)의 기능이 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어 아키텍처의 임의의 조합으로 구성된 하나 이상의 처리 회로에 의해 구현될 수 있고, 마이크로컨트롤러가 다양한 기능을 수행할 수 있게 해주는 실행가능 소프트웨어/펌웨어 실행가능 코드를 저장하는 그 자신의 메모리(예컨대, 비휘발성 메모리)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기능이 ASIC, FPGA 등을 사용하여 구현될 수 있다.

출원인은 또한, 고체 조명 기구에 대한 조광기 위상각 및/또는 위상 초핑 조광기가 존재하는지를 검출할 수 있는 회로에 부가하여, 조광기 레벨이 이러한 판정을 하기에 충분히 높게 설정되어 있을 때, 고체 조명 기구에 범용 전압 입력을 제공하는 입력 간선 전압을 결정하는 회로를 제공하면 유익할 것이라는 것을 알았다. 그렇지 않은 경우, 이전에 결정된 입력 간선 전압이, 예컨대, 메모리로부터 검색된다.

도 7은 다양한 실시예에 따른, 고체 조명 기구에 대한 대표적인 조명 시스템을 나타낸 회로도이다. 도 2의 조광 제어 시스템(200)과 유사하게, 도 7에 도시된 조광 제어 시스템(700)은 조광기(도시 생략)에 연결된 정류 회로(705), 조광기 위상각 검출 회로(710)(파선 박스), 전력 변환기(720), 입력 파형 샘플링 회로(730)(파선 박스) 및 LED 부하(740)를 포함한다. 마이크로컨트롤러(715)는 조광기 위상각 검출 회로(710) 및 입력 파형 샘플링 회로(730) 둘 다에 포함되어 있다.

도시된 구성에서, 정류 회로(705)는 정류 전압 노드(N2)와 접지 사이에 연결된 4개의 다이오드(D701 내지 D704)를 포함한다. 정류 전압 노드(N2)는 (조광된) 정류 전압 Urect를 수신하고, 정류 회로(705)와 병렬로 연결된 입력 필터링 커패시터(C715)를 통해 접지에 연결되어 있다.

조광기 위상각 검출 회로(710)는 제어 라인(729)에 연결된 PWM 출력(719)과 같은 디지털 출력을 갖는 마이크로컨트롤러(715)를 포함한다. 다양한 실시예에서, 마이크로컨트롤러(715)는, 예를 들어, Microchip Technology, Inc.로부터 입수가능한 PIC12F683일 수 있지만, 도 2의 마이크로컨트롤러(215)와 관련하여 앞서 논의된 바와 같이, 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고 다른 유형의 마이크로컨트롤러 또는 다른 프로세서가 포함될 수 있다. 도시된 실시예에서, 위상각 검출 회로(710)는 제1 및 제2 커패시터(C713, C714)와 제1 및 제2 저항기(R711, R712) - 도 2의 제1 및 제2 커패시터(C213, C214)와 제1 및 제2 저항기(R211, R212)와 실질적으로 동일하게 구성되고 동작하며, 따라서 대응하는 설명이 반복되지 않음 - 를 추가로 포함한다. 그에 따라, 마이크로컨트롤러(715)의 디지털 입력(718)에서의 논리 레벨 디지털 펄스는 마이크로컨트롤러(715)의 디지털 입력(718)에 AC 결합되어 있는 초핑된 정류 전압 Urect의 움직임을 정확하게 따라간다.

그에 부가하여, 입력 파형 샘플링 회로(730)는 또한 마이크로컨트롤러(715)는 물론, 제3 및 제4 저항기(R731, R732)를 포함하는 분압기 - 정류 전압 Urect의 분압된 버전을 제공함 - 도 포함한다. 도시된 실시예에서, 제3 저항기(R731)는 정류 전압 노드(N2)와 파형 샘플링 노드(N3) 사이에 연결되어 있고, 제4 저항기(R732)는 파형 샘플링 노드(N3)와 접지 사이에 연결되어 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 제3 저항기(R731)는 약 1.5 메가오옴의 값을 가질 수 있고, 제4 저항기(R732)는 약 15 메가오옴의 값을 가질 수 있다. 그렇지만, 당업자에게는 명백할 것인 바와 같이, 임의의 특정의 상황에 대해 독자적인 이점을 제공하기 위해 또는 다양한 구현의 응용 관련 설계 요구사항을 충족시키기 위해 제3 및 제4 저항기(R731, R732)의 각자의 값이 달라질 수 있다.

입력 파형 샘플링 회로(730)는 본질적으로 정류 회로(705)로부터의 입력 정류 전압 Urect의 분압된 버전을 제공하며, 이는 마이크로컨트롤러(715)가 아날로그 입력(717)을 통한 입력 파형의 정확한 표현을 결정할 수 있게 해준다. 마이크로컨트롤러(715)는 비초핑된 입력 간선 전압(즉, 조광기에의 입력에서의 전압)을 결정하기 위해 파형을 사용할 수 있다. 앞서 논의한 조광기 위상각 검출 회로(710)의 일부로서, 마이크로컨트롤러(715)는 또한 조광기의 위상각(또는 조광 레벨)에 관한 정보를 수신한다.

앞서 논의된 바와 같이, 전력 변환기(720)는, 예를 들어, 미국 특허 제7,256,554호(Lys)(참조 문헌으로서 본 명세서에 포함됨)에 기술된 바와 같이, 개루프 또는 피드포워드 방식으로 동작한다. 마이크로컨트롤러(715)는 제어 라인(729)을 통한 PWM 출력(719)에서의 전력 제어 신호 출력을 사용하여 전력 변환기(720)의 전력 설정치를 조정할 수 있다. 다양한 실시예에서, 전력 변환기(720)는, 예를 들어, ST Microelectronics로부터 입수가능한 L6562일 수 있지만, 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고 다른 유형의 마이크로컨트롤러, 전력 변환기 및 다른 프로세서가 포함될 수 있다.

일반적으로, 마이크로컨트롤러(715)에 의해 실행되는 소프트웨어 및/또는 펌웨어 알고리즘은, 도 8a에 도시된 바와 같은 높은 조광기 위상각(덜 초핑된 파형)에서, 입력 간선 전압이 더욱 정확하게 결정될 수 있고, 이는 이어서 전력 변환기(720)의 전력 설정치를 더 정확하게 설정하는 데 사용될 수 있다는 사실을 이용한다. 그렇지만, 도 8b에 도시된 바와 같은 낮은 조광기 위상각(보다 많이 초핑된 파형)에서는, 입력 간선 전압의 결정이 계산이 많이 소요되고 고성능 마이크로컨트롤러 또는 다른 프로세서 또는 제어기를 필요로 하는데, 그 이유는 측정에 이용가능한 파형이 너무 적기 때문이다. 따라서, 다양한 실시예 - 그의 일례가 도 9를 참조하여 이하에서 논의됨 - 에 따르면, 낮은 조광기 위상각에서 이러한 계산이 많은 분석을 수행하는 대신에, 전력 제어 신호는 이전에 결정되어 저장된 입력 간선 전압 값[예컨대, 조광기가 높은 조광기 위상각에 있을 때 계산됨]에 기초하여 설정되거나, 보다 유연한(그렇지만 덜 정확한) 비닝 알고리즘을 사용하여 계산된다 - 그의 일례가 도 13을 참조하여 이하에서 논의됨 -. 이것은 고성능 마이크로컨트롤러 및/또는 비교적 긴 처리 시간을 포함해야 하는 것을 회피한다.

입력 파형 및 입력 간선 전압의 보다 정확한 결정이 행해질 수 있는지의 기준이 되는 조광기 위상각을 판정 임계값(determination threshold)(이를 초과하면 정확한 결정이 행해질 수 있음)이라고 한다. 다양한 실시예에서, 판정 임계값은 마이크로컨트롤러(715)가 입력 간선 전압을 정확히 결정하는 데 충분한 샘플을 수집할 수 있는 조광기의 소정의 위상각이다. 판정 임계값은 따라서 다양한 인자 - 예를 들어, 마이크로컨트롤러(715)의 속도 및 초핑된 파형으로부터 입력 간선 전압을 결정하는 데 사용되는 알고리즘의 유효성 등 - 에 따라 변할 수 있다. 마이크로컨트롤러(715)의 비용과 마이크로컨트롤러(715)에 의해 제어 라인(729)을 통해 전력 변환기(720)에 제공되는 전력 신호의 정확도가 따라서 절충될 수 있다.

도 8a는 대표적인 실시예에 따른, 판정 임계값 초과의 위상각을 갖는 조광기의 샘플 파형을 나타낸 것이며, 따라서 정확한 입력 전압 측정이 마이크로컨트롤러(715)에 의해, 예컨대, 도 7에 도시된 입력 파형 샘플링 회로(730) 및 아날로그 입력(717)을 통해, 피크 및 기울기 검출 알고리즘(예컨대, 각각, 도 14 및 도 15를 참조하여 이하에서 논의됨)을 사용하여 행해질 수 있다. 도 8b는 대표적인 실시예에 따른, 판정 임계값 미만의 위상각을 갖는 조광기의 샘플 파형을 나타낸 것이며, 따라서 이전에 결정된 입력 전압(예컨대, 조광기 위상각이 판정 임계값 초과였을 때 계산됨) 및 대응하는 마지막 최상의 전력 설정치가 전력 변환기의 전력을 설정하는 데 사용된다. 다른 대안으로서, 이전에 결정된 입력 전압이 이용가능하지 않을 때, 입력 전압 및 대응하는 전력 설정치가 대안의 얼마간 덜 정확한 계산 방법(비닝 등) - 그의 일례가 도 13을 참조하여 이하에서 논의됨 - 을 사용하여 결정될 수 있다.

도 9는 대표적인 실시예에 따른, 검출된 조광기 위상각에 기초하여 입력 간선 전압 및 대응하는 전력 설정치를 결정하는 프로세스를 나타낸 흐름도이다.

도 9를 참조하면, 도시된 실시예에서, 블록(S910)에서 프로세스가 고체 조명 기구를 최초로 켜는 것(이는 고체 조명 기구에 처음으로 전원이 인가될 때 일어남)에 따라 수행되는지가 먼저 판정된다. 최초로 켜는 것이 아닐 때[블록(S910): 아니오], 블록(S920)에서, 이전에 결정된 입력 간선 전압값이 메모리(EEPROM 등)로부터 검색된다. 다른 대안으로서, 메모리는 임의의 유형의 휘발성 또는 비휘발성 컴퓨터 메모리(RAM, ROM, PROM, EPROM, USB 드라이브, 플로피 디스크, 콤팩트 디스크, 광 디스크, 자기 테이프, 기타 등등)를 포함할 수 있다. 이전에 결정된 입력 간선 전압값이, 예를 들어, 이전에 채워진 룩업 테이블 또는 기타 연관 수단을 사용하여, 전력 변환기(720)의 관련 전력 설정치와 상관된다. 관련 전력 설정치는 마이크로컨트롤러(715)로부터 출력된 전력 제어 신호를 통해 전력 변환기(720)에 적용되고, 따라서 고체 조명 기구는 현재의 입력 간선 전압이 결정되는 동안 정상적으로 동작한다.

블록(S921)에서, 조광기 위상각이 검출된다. 조광기 위상각이, 예를 들어, 도 4에 도시된 조광기 위상각 검출 프로세스(앞서 논의됨)에 따라 얻어질 수 있다. 블록(S922)에서, 조광기 위상각이 판정 임계값 미만인지가 판정된다. 조광기 위상각이 판정 임계값 미만일 때[블록(S922): 예], 블록(S924)에서, 이전에 결정된 입력 간선 전압 및 관련 전력 설정치(마지막 최상의 전력 설정치라고 함)가 현재의 전력 설정치로서 사용된다. 일 실시예에서, 마지막 최상의 전력 설정치는 블록(S920)에서 검색된 입력 간선 전압에 기초하여 결정된 전력 설정치로서, 이는 조광기 위상각이 판정 임계값 미만일 때 블록(S924)에서 간단히 변경되지 않는다.

조광기 위상각이 판정 임계값 미만이 아닐 때[블록(S922): 아니오], 블록(S926)에서, 새로운 입력 간선 전압 및 대응하는 전력 설정치가 결정된다. 일 실시예에서, 정확한 입력 간선 전압 및 전력 설정치를 결정하기 위해, 입력 파형 샘플링 회로(730) 및 마이크로컨트롤러(715)의 아날로그 입력 파형 분할기가 피크 및 기울기 검출 알고리즘(예컨대, 도 14 및 도 15를 참조하여 이하에서 논의됨)과 함께 사용된다. 예를 들어, 마이크로컨트롤러(715)는 도 10의 제어기(1020)(이하에서 논의됨)와 실질적으로 동일하게 구현될 수 있고, 따라서 아날로그-디지털 변환기[도 10의 A/D(1022) 등]로부터 DC 전압 신호의 디지털 값 - 제3 및 제4 저항기(R731, R732)를 포함하는 분압기로부터의 정류 전압 Urect의 분압된 버전에 대응함 - 을 수신할 수 있다.

조광기 위상각이 판정 임계값 초과임을 알고 있기 때문에, 결정을 다수의 소정의 입력 전압 및 전력 설정치 중 하나로 제한하는 것(즉, 비닝)(이에 대해서는 도 13을 참조하여 이하에서 논의됨)과는 달리, 정확한 입력 간선 전압이 연속적으로 결정될 수 있다. 환언하면, 입력 간선 전압의 값을 특정하여 결정하고 따라서 정확한 전력 설정치를 결정하기 위해 도 14 및 도 15의 피크 및 기울기 검출 방법이 사용될 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 입력 간선 전압의 결정된 값이, 예를 들어, 이전에 채워진 룩업 테이블 또는 기타 연관 수단을 사용하여, 전력 설정치와 상관될 수 있다.

다시 블록(S910)을 참조하면, 최초로 켜는 것으로 판정될 때[블록(S910): 예] 메모리로부터 로드할 이전에 결정된 입력 간선 전압 전력 설정치가 없다. 따라서, 블록(S921)과 관련하여 앞서 논의된 바와 같이, 프로세스는 조광기 위상각이 검출되는 블록(S911)으로 진행한다. 블록(S912)에서, 조광기 위상각이 판정 임계값 미만인지가 판정된다. 조광기 위상각이 판정 임계값 미만이 아닐 때[블록(S912): 아니오], 앞서 논의된 바와 같이, 블록(S926)에서, 새로운 입력 간선 전압 및 대응하는 전력 설정치가 결정된다.

그렇지만, 조광기 설정치가 판정 임계값 미만일 때[블록(S912): 예], 검색될 이전에 결정된 입력 간선 전압이 없기 때문에, 블록(S914)에서 다수의 빈(bin) 중 하나의 빈에 입력 간선 전압(예를 들어, 120V, 230V 또는 277V)을 배치하기 위해 비닝 검출 알고리즘이 구현된다. 비닝 검출 알고리즘의 일례가 도 13을 참조하여 이하에서 논의된다. 비닝된 전압에 대응하는 전력 설정치는 이어서 조광기 위상각이, 예컨대, 도 9의 방법의 차후의 수행에 따라, 판정 임계값을 초과한 것으로 결정되는 때(이 경우 파형, 따라서 입력 간선 전압 및 전력 설정치의 보다 정확한 결정이 비닝 없이 행해질 수 있음)까지 전력 변환기(720)에 의해 사용된다. 다양한 실시예에서, 블록(S914)은 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고 입력 전압을 추정하는 데 블록(S926)의 입력 전압 결정 알고리즘보다 초핑된 파형을 덜 필요로 하는(따라서 보다 낮은 조광기 위상각에서 기능함) 비닝 이외의 알고리즘을 포함할 수 있다.

위상각 및 판정 임계값 검출 회로와 관련 알고리즘은 전력 변환기의 전력 설정치를 설정하는 것이 요망되는 다양한 상황에서 사용될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 조광기 위상각이 판정 임계값 초과일 때, 예를 들어, 부하 LED 전력이 비교적 낮은 전력/낮은 단가의 프로세서를 사용하여 연속적인 입력 간선 전압 범위에 걸쳐 조정될 수 있다. 예를 들어, LED 부하에의 실제 전력이 RMS 입력 전압 및 마이크로컨트롤러가 전력 변환기로 전송하는 신호에 의해 결정될 수 있다.

비닝 프로세스는, 예컨대, 마이크로컨트롤러로부터 전력 변환기로 전송되는 전력 제어 신호를 제한된 수의 가능한 값(예컨대, 입력 간선 전압 120V, 230V 또는 277V에 응답하여 3개의 값)으로 설정한다. LED에의 실제 전력이 RMS 입력 전압 및 마이크로컨트롤러 신호 둘 다에 의해 결정되기 때문에, RMS 입력 신호가, 예를 들어, 179V 또는 208V에 있을 때, 정확한 전력이 LED로 전달되지 않을 수 있다. 예를 들어, 비닝 구현은 100V(통상 일본에서 사용됨)와 120V(통상 북미에서 사용됨) 간의 차이를 판정하지 못할지도 모른다. 그 결과, 100V에서 동작될 때, 비닝 구현은 마이크로컨트롤러로부터의 전력 제어 신호를 120V에 적절한 값으로 설정할 수 있지만, RMS 입력 전압은 더 낮을 것이며, 따라서 LED로 전달되는 전력 및 광 출력이 올바르지 않을 것이다. 이와 유사하게, 유럽 연합에서, 입력 간선 전압은 220V 또는 240V이며, 이는 동일한 문제를 야기할 수 있다. 예컨대, 도 2의 디지털 위상각 검출 회로의 사용은, 적어도 조광기 설정치가 충분히 높은 상황에서, 정확한 입력 간선 전압(및 대응하는 전력 설정치)이 결정될 수 있게 해준다.

또한, 앞서 논의된 바와 같이, 많이 초핑된 사인파의 입력 간선 전압을 결정하는 것은 어렵다. 따라서, 조광기 위상각이 아주 낮을 때(예컨대, 도 8b에 도시됨), 일부가 초핑된 섹션으로 되어 있는 전체 사인파를 결정하는 것은 비용이 많이 들고 계산이 많이 소요된다. 다양한 실시예에 따르면, 이것은 조광기가 판정 임계값 초과일 때에만(이 경우에 정확한 판정이 행해질 수 있음) 입력 간선 전압을 결정함으로써 회피될 수 있다[예컨대, 마이크로컨트롤러(715)의 처리 전력 또는 부하를 실질적으로 증가시킬 필요가 없음].

도 10은 대표적인 실시예에 따른, 고체 조명 기구 및 입력 전압 제어기를 포함하는 조명 시스템을 나타낸 블록도이다. 도 10을 참조하면, 입력 전압 제어기(1010)는 분압기(1015), 아날로그-디지털(A/D) 변환기(1022), 제어기(1020) 및 전환 모드 역률 보정(power factor correction, PFC) 제어기(1030)를 포함한다.

분압기(1015)는 전원으로부터 정류 전압을 수신한다. 일반적으로, 정류 전압은, 예컨대, 약 90VAC 내지 약 277VAC의 전압값 및 대응하는 파형을 갖는 입력 간선 또는 AC 선전압 신호이다. 입력 간선 전압 신호는 고체 조명 기구(1040)에 전력을 공급하는 데 사용된다. 분압기(1015)는 정류 입력 간선 전압 신호의 분압된 버전에 대응하는 신호를 제공한다. 전압 신호는 아날로그 입력 전압 신호로서 A/D 변환기(1022)에 제공된다.

도시된 실시예에서, 분압기(1015)는 정류 입력 간선 전압원과 노드(N11)[이 노드는 제어기(1020)의 입력에 연결되어 있음] 사이에 직렬로 연결되어 있는 제1 및 제2 저항기(1011, 1012)를 포함한다. 분압기(1015)는 노드(N11)와 접지 사이에 연결된 제3 저항기(1013)를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 저항기(1011, 1012) 각각은 약 750 kΩ의 저항을 가지며, 제3 저항기(1013)는 약 13 kΩ의 저항을 가진다. 다른 실시예에서, 당업자에게는 명백할 것인 바와 같이, 임의의 특정의 상황에 대해 독자적인 이점을 제공하거나 다양한 구현의 응용 관련 설계 요구사항을 충족시키기 위해 제1 내지 제3 저항기(1011 내지 1013)의 저항값 및/또는 분압기(1015)의 구성이 달라질 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

A/D 변환기(1022)는 분압기(1015)로부터 아날로그 입력 전압 신호를 수신하고, 아날로그 입력 전압 신호를 정류 입력 간선 전압의 파형을 나타내는 디지털 값으로 변환한다. 제어기(1020)는 A/D 변환기(1022)로부터 디지털 값을 수신하고, 디지털 값에 기초하여 입력 간선 전압의 전압 레벨을 결정한다. 제어기(1020)는 입력 간선 전압의 결정된 전압 레벨에 기초하여 제어 신호를 조정하고, 고체 조명 기구(1040)을 제어하기 위해 PFC 제어기(1030)로 제어 신호를 출력한다. 예를 들어, 제어 신호에 기초하여, PFC 제어기(1030)는 입력 간선 전압의 임의의 검출된 값(예컨대, 120VAC, 230VAC 또는 277VAC)에 대해 30W의 정상 상태에서 고체 조명 기구(1040)를 동작시키기 위해 전력 변조 제어 신호를 출력하며, 이에 대해서는 이하에서 논의된다.

제어기(1020)는, 앞서 논의된 바와 같이, 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어 아키텍처의 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 또한, 제어기(1020)는 제어기가 전압 제어기(1010)의 다양한 기능을 수행할 수 있게 해주는 실행가능 소프트웨어/펌웨어 실행가능 코드를 저장하는 그 자신의 메모리(예컨대, 비휘발성 메모리)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예에서, 제어기(1020)는 마이크로프로세서, ASIC, FPGA, 마이크로컨트롤러(Microchip Technology, Inc.로부터 입수가능한 PIC12F683 마이크로컨트롤러 등), 기타로서 구현될 수 있다. 이와 마찬가지로, PFC 제어기(1030)는 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어 아키텍처의 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예에서, PFC 제어기(1030)는 마이크로프로세서, ASIC, FPGA, 마이크로컨트롤러(ST Microelectronics로부터 입수가능한 L6562 PFC 제어기 등), 기타로서 구현될 수 있다. 그에 부가하여, 개별적으로 도시되어 있지만, 다양한 실시예에서 A/D 변환기(1022) 및/또는 PFC 제어기(1030)와 관련 기능이 제어기(1020) 내에 포함될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 게다가, 다양한 실시예에서, 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고, 제어기(1020) 및 PFC 제어기(1030)는, 예를 들어, 도 7의 마이크로컨트롤러(715) 및 전력 제어기(720)에 의해 구현될 수 있다.

도 11은 대표적인 실시예에 따른, 제어기(1020)의 블록도이다. 도 11을 참조하면, 제어기(1020)는 프로세서(1024), 판독 전용 메모리(ROM)(1026), 랜덤 액세스 메모리(RAM)(1027), 및 PWM 신호 발생기(1028)를 포함한다.

앞서 논의된 바와 같이, A/D 변환기(1022)는 분압기(1015)로부터 입력 신호를 수신하고, 입력 신호를 정류 입력 간선 전압의 파형을 나타내는 디지털 값으로 변환한다. 디지털 값은 처리를 위해 프로세서(1024)에 의해 수신되고, 또한, 예컨대, 버스(1021)를 통해 ROM(1026) 및/또는 RAM(1027)에 저장될 수 있다. 프로세서(1024)는 프로세서가 전압 제어기(1010)의 다양한 기능을 수행할 수 있게 해주는 실행가능 소프트웨어/펌웨어 실행가능 코드를 저장하는 그 자신의 메모리(예컨대, 비휘발성 메모리)를 포함할 수 있다. 다른 대안으로서, 실행가능 코드는 ROM(1026) 및/또는 RAM(1027) 내의 지정된 메모리 장소에 저장될 수 있다. ROM(1026)은 임의의 수, 유형 및 조합의 유형의(tangible) 컴퓨터 판독가능 저장 매체(PROM, EPROM, EEPROM, 기타 등등)를 포함할 수 있다. 게다가, ROM(1026) 및/또는 RAM(1027)은, 예를 들어, 통계 데이터 및 프로세서(1024)에 의한 이전의 입력 간선 전압 계산의 결과를 저장할 수 있다.

PWM 신호 발생기(1028)는, 프로세서(1024)로부터의 명령어 또는 제어 신호에 응답하여, PWM 신호를 발생하여 제어 신호로서 출력한다. 보다 상세하게는, 도시된 실시예에서, PWM 신호 발생기(1028)는 프로세서(1024)에 의해 결정된 입력 간선 전압의 값에 따라 PWM 제어 신호의 펄스 폭을 변화시킨다. 예를 들어, PWM 신호 발생기(1028)는 입력 간선 전압의 보다 높은 값에 응답하여 보다 짧은 펄스 폭을 갖는 PWM 제어 신호를 발생할 수 있다. PWM 제어 신호는 제어기(1020)로부터 PFC 제어기(1030)로 출력되고, PFC 제어기(1030)는 PWM 제어 신호의 펄스 폭에 따라 고체 조명 기구(1040)의 전력 변조를 제어한다. 예를 들어, PFC 제어기(1030)는 보다 큰 펄스 폭에 응답하여 고체 조명 기구(1040)로의 전류를 증가시키도록 구성될 수 있고, 따라서 보다 낮은 전압값(예컨대, 120VAC)에 대해 일정한 전력을 유지할 수 있다. 이와 마찬가지로, PFC 제어기(1030)는 보다 짧은 펄스 폭에 응답하여 고체 조명 기구(1040)로의 전류를 감소시키도록 구성될 수 있고, 따라서 보다 높은 전압값(예컨대, 277VAC)에 대해 일정한 전력을 유지할 수 있다.

예를 들어, 일 실시예에서, PFC 제어기(1030)는 그의 장치 상에 전용의 전류 설정 핀을 가진다. 전류 설정 핀에서 기준 전압을 설정함으로써, PFC 제어기(1030)는 전류 설정 핀에 보이는 기준 전압에 관련된 일정량의 전력을 고체 조명 기구(1040)로 전달할 것이다. 제어기(1020)로부터 출력된 PWM 제어 신호(입력 전압 파형에 따라 펄스 폭이 변함)는 PFC 제어기(1030) 내의 필터 회로(도시 생략)를 통과하고, PFC 제어기(1030)의 전류 설정 핀에서 기준 전압을 효과적으로 변경시킨다. 이것은 고체 조명 기구(1040)의 LED 어레이(1045) 내의 LED를 통과하는 전체 전력을 변화시킬 수 있게 해준다. 물론, 다른 유형의 제어 신호 및 고체 조명 기구(1040) 제어 방법이 본 개시 내용의 범위 내에 포함될 수 있다.

다시 도 10을 참조하면, 고체 조명 기구(1040)는, 예를 들어, Philips Color Kinetics로부터 입수가능한 EssentialWhite™ 조명 기구일 수 있다. 고체 조명 기구(1040)는 스위치(1041) 및 광원 또는 조명원(illumination source)[대표적인 LED 어레이(1045) 등]을 포함한다. 스위치(1041)는 PFC 제어기(1030)로부터 수신된 전력 변조 제어 신호에 응답하여 LED 어레이(1045)로의 전력을 스위칭 온 및 스위칭 오프하며, 이는 정상 상태 전류를 동시에 변경한다. 예를 들어, "온" 시간의 양은 LED 어레이(1045)의 LED를 통하는 전류의 양을 결정할 수 있다. LED 어레이(1045)로의 전력을 스위칭하는 타이밍 또는 사이클은 따라서 입력 간선 전압의 다양한 값에 맞추어 조정된다. 예를 들어, 보다 높은 입력 간선 전압(예컨대, 277VAC)은 정상 상태 전력(예컨대, 30W)을 LED 어레이(1045)에 제공하기 위해 보다 낮은 입력 간선 전압(예컨대, 120VAC)보다 더 짧은 "온" 구간(보다 작은 전류가 얻어짐)을 필요로 할 것이다.

도 12는 대표적인 실시예에 따른, 고체 조명 기구의 전력을 제어하는 프로세스를 나타낸 흐름도이다. 도 12에 도시된 다양한 단계 및/또는 동작은 도 10 및 도 11을 참조하여 앞서 논의된, 예를 들어, A/D 변환기(1022) 및 제어기(1020)에 의해 구현될 수 있다.

블록(S1210)에서, 고체 조명 기구에 전력을 제공하기 위해 정류 AC 선전압 또는 입력 간선 전압 신호가 수신된다. 입력 간선 전압 신호의 크기 또는 값은 모르며, 120VAC, 230VAC 또는 277VAC와 같은 다양한 이용가능한 입력 간선 전압 중 임의의 것일 수 있다. 블록(S1212)에서, 입력 간선 전압 신호가, 예컨대, 분압기(1015) - 입력 간선 전압 신호의 파형에 대응하는 분압된 신호를 제공함 - 에 의해 분압된 신호로 변환된다. 블록(S1214)에서, 입력 간선 전압 신호의 파형을 표현하는 디지털 값을 제공하기 위해, 분압된 신호가, 예컨대, A/D 변환기(1022)에 의해 아날로그로부터 디지털로 변환된다.

동작(S1216)에서, 입력 간선 전압 신호의 크기 또는 값은 디지털 값을 사용하여, 예컨대, 제어기(1020) 및/또는 프로세서(1024)에 의해 결정되며, 이에 대해서는 이하에서 도 13 내지 도 15를 참조하여 더 상세히 기술한다. 일반적으로, 입력 간선 전압이 높은 또는 중간 값(예컨대, 277VAC 또는 220 내지 240VAC)을 갖는지를 판정하기 위해 피크 검출 알고리즘이 실행된다. 그렇지만, 피크 검출 알고리즘만으로는, 예를 들어, 입력 간선 전압이 낮은 값(예컨대, 120VAC)을 가질 때 또는 입력 간선 전압 신호가 조광된 중간 값(예컨대, 230VAC)을 가질 때, 입력 간선 전압의 값을 검출하지 못할지도 모른다. 피크 검출 알고리즘이 입력 간선 전압의 값을 검출할 수 없을 때, 입력 간선 전압 신호 파형의 상승 에지의 기울기가 낮은 값 또는 중간 값에 대응하는지를 판정하기 위해 기울기 검출 알고리즘이 수행된다.

입력 간선 전압의 값이 결정된 후에, 블록(S1218)에서, 결정된 값에 기초하여 제어 신호가 발생되고, 예컨대, PFC 제어기(1030)로 출력된다. 제어 신호에 기초하여, 입력 간선 전압값을 고려하기 위해 고체 조명 기구의 전력 변조가 조정된다.

도 13은 대표적인 실시예에 따른, 입력 간선 전압 신호의 값을 결정하는 프로세스를 나타낸 흐름도이다. 보다 상세하게는, 도 13은 입력 간선 전압(또는 AC 선전압)의 값이 다수의 소정의 전압값(예컨대, 낮은, 중간 또는 높은 전압값) 중 하나와 연관되어 있는 대표적인 실시예를 나타낸 것이다. 이 프로세스를 "비닝"이라고 할 수 있는데, 그 이유는 입력 간선 전압이 소정의 전압값 중 하나에 대응하는 "빈"에 배치되기 때문이다.

다양한 실시예에서, 위상 초핑 조광기에 의해 생성된 초핑된 사인파가 이러한 결정을 할 수 있게 해주기에 충분할 때마다, 입력 간선 전압의 정확한 값이, 예컨대, 도 13의 블록(S1320) 및 블록(S1350)에 도시된 피크 및 기울기 검출 프로세스에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 7 내지 도 9를 참조하여 앞서 논의된 바와 같이, 조광기 위상각이 판정 임계값 초과일 때(예컨대, 도 8a에 도시됨), 입력 간선 전압의 정확한 값이 비교적 적은 처리 능력을 사용하여 계산될 수 있다.

도 13을 참조하면, 이 프로세스는 먼저, 예를 들어, 블록(S1312, S1314)으로 나타낸 바와 같이, 초기화된다. 일 실시예에서, 고체 조명 기구를 켤 때에만 초기화가 수행되지만, 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고, 대안의 실시예에서, 초기화가 완전히 생략되거나 입력 간선 전압의 값을 결정하는 프로세스 내에서 다른 때에 수행될 수 있다. 이용가능할 때, 블록(S1312)에서, 이전에 결정된 입력 간선 전압값이 메모리로부터 검색되고, 블록(S1314)에서, 예컨대, 제어기(1020)에 의해 출력된 제어 신호가 이전에 결정된 입력 간선 전압값에 기초하여 처음으로 설정된다. 제어 신호가, 예를 들어, PWM 제어 신호인 경우, PWM 펄스 폭 또는 듀티비가 이전에 결정된 입력 간선 전압값에 따라 처음으로 설정된다. 예를 들어, 고체 조명 기구가 켜질 때마다, 입력 간선 전압의 값이 결정되고, 예컨대, ROM(1026)에 저장될 수 있다. 그에 따라, 고체 조명 기구는, 입력 간선 전압의 현재 값이 결정되는 동안, 입력 간선 전압의 이전에 결정된 값에서 동작된다. 이것은 결정 프로세스 동안 플리커링 또는 기타 악영향을 방지한다.

동작(S1320)에서, 예컨대, A/D 변환기(1022)에 의해 제공되는 디지털 값에 기초하여 입력 간선 전압 신호의 피크 및 주파수를 검출하기 위해 피크 검출 알고리즘이 수행된다. 동작(S1320)의 피크 검출 알고리즘에 대해서는, 대표적인 실시예에 따른, 입력 간선 전압 신호의 신호 피크 및 주파수를 결정하는 프로세스를 나타낸 흐름도인 도 14를 참조하여 상세히 논의된다.

도 14를 참조하면, 입력 간선 전압 신호 파형의 피크에 대응하는 최대 디지털 값을 식별하고 저장하기 위해 및/또는 입력 간선 전압 신호의 주파수를 식별하기 위해 [예컨대, 도 12의 블록(S1214)으로부터] DC 전압 신호의 디지털 값이 소정의 수의 사이클(예컨대, 20 사이클) 동안 또는 소정의 기간(예컨대, 150ms) 동안 판독된다. 예를 들어, 프로세서(1024)는 A/D 변환기(1022)로부터의 DC 전압 신호의 다수의 디지털 값을 샘플링할 수 있다. 최대 디지털 값을 식별하기 위해, 정류 입력 간선 전압의 분압된 버전에 대응하는 분압된 신호의 디지털 값이 블록(S1421)에서 판독되고 블록(S1422)에서 최대값과 비교된다. 최대값은 소정의 임계값이거나 이전에 판독된 디지털 값들 중 최대값인 것으로 이전에 판정되었던 저장된 디지털 값일 수 있다.

판독된 디지털 값이 최대값보다 클 때[블록(S1422): 예], 블록(S1423)에서, 판독된 디지털 값이 차후에 판독되는 디지털 값과의 비교에서 사용될 새로운 최대값으로서 저장된다. 판독된 디지털 값이 최대값보다 크지 않을 때[블록(S1422): 아니오], 블록(S1423)은 건너뛴다. 블록(S1424)에서, 디지털 값을 판독하기 위한 부가의 사이클(또는 시간)이 남아 있는지가 판정된다. 예를 들어, 사이클의 수 또는 경과된 시간이 디지털 값을 판독하기 위한 소정의 임계값 또는 소정의 기간과 각각 비교될 수 있다. 부가의 사이클 또는 시간이 있을 때[블록(S1424): 예], 블록(S1421) 내지 블록(S1423)이 반복된다. 디지털 값을 판독하기 위한 부가의 사이클 또는 시간이 없을 때[블록(S1424): 아니오], 샘플링된 디지털 값들 중 현재의 최대값이 파형의 피크값인 것으로 간주된다.

블록(S1425)에서, 예컨대, 영 교차(zero crossing) 간에 또는 인접한 피크값 간에 타이밍을 비교하는 것에 의해, 입력 간선 전압의 파형의 주파수가 계산된다. 예를 들어, 블록(S1425)에서, 입력 간선 전압이 50Hz인지 60Hz인지 - 통상적으로 고체 조명 기구 설치의 지리적 위치에 의해 좌우됨 - 가 판정된다. 파형의 주파수가 파형의 기울기 - 이하에서 논의되는 도 13의 동작(S1350)에서 계산됨 - 에 직접 영향을 주기 때문에 파형의 주파수가 결정된다. 일 실시예에서, 파형의 주파수는 일정 기간의 사이클에 걸쳐 파형의 파 상의 점(예컨대, 파의 피크 또는 시작점)을 샘플링하고 인접한 파 사이의 시간의 양을 계산함으로써 결정될 수 있다.

도 14의 블록(S1425)에서 주파수를 결정한 후에, 프로세스는 도 13으로 되돌아간다. 도 13의 블록(S1332 내지 S1335)에서, 입력 간선 전압 신호의 값이 대응하는 파형의 기울기를 결정할 필요없이 결정될 수 있는지가 판정된다. 상세하게는, 블록(S1332)에서, 입력 간선 전압 신호의 값이 최대 전압값(예컨대, 277VAC)인지를 판정하기 위해 파형의 피크값이 소정의 제1 임계값과 비교된다. 피크값이 제1 임계값보다 클 때[블록(S1332): 예], 블록(S1333)에서, 입력 간선 전압 신호의 값이 최대 전압값인 것으로 판정된다.

피크값이 제1 임계값보다 크지 않을 때[블록(S1332): 아니오], 프로세스는 입력 간선 전압 신호의 값이 중간 전압값(예컨대, 230VAC)인지 또는 가능한 중간 전압값의 범위(예컨대, 220VAC 내지 240VAC)인지를 판정하기 위해 파형의 피크값이 소정의 제2 임계값과 비교되는 블록(S1334)으로 진행한다. 피크값이 제2 임계값보다 클 때[블록(S1334): 예], 블록(S1335)에서, 입력 간선 전압 신호의 값이 중간 전압값(또는 가능한 중간 전압값의 범위)인 것으로 판정된다.

피크값이 제2 임계값보다 크지 않을 때[블록(S1334): 아니오], 프로세스는 파형의 기울기에 기초하여 입력 간선 전압 신호의 값을 결정한다. 즉, 피크값이 제2 임계값보다 크지 않을 때, 입력 간선 전압 신호는 낮은 전압값(예컨대, 120VAC)이거나 조광된 중간 전압값(예컨대, 230VAC)일 수 있으며, 이들 조건은 그렇지 않았으면 피크값 결정에만 기초해서는 구분할 수 없다.

예를 들어, 도 16a 및 도 16b는, 각각, 120VAC 선전압 신호와 조광된 230VAC 선전압 신호의 파형의 샘플 트레이스이다. 도 16a와 도 16b의 비교는 대응하는 파형의 주파수 및 피크가 실질적으로 동일하지만, 파형의 기울기가 다르다는 것을 보여준다. 상세하게는, 도 16b에서의 파형의 기울기는 도 16a에서의 파형의 기울기보다 전반적으로 더 급하다. 따라서, 기울기를 계산함으로써[예컨대, 도 13의 동작(S1350)에서], 입력 간선 전압 신호가 조광에 상관없이 120VAC인지 230VAC인지가 판정될 수 있다. 물론, 조광된 120VAC 선전압 신호(도시 생략) - 도 16b에서의 조광된 230VAC 선전압 신호와 유사한 기울기를 갖는 파형을 가질 수 있음 - 는 보다 낮은 피크에 기초하여 여전히 구별될 수 있을 것이다. 따라서, 일 실시예에서, 기울기 계산으로 결론에 이르지 못하는 경우, 부가의 피크 비교(도시 생략)가 수행될 수 있다.

그에 따라, 블록(S1334)에서 피크값이 제2 임계값보다 크지 않은 것으로 판정될 때[블록(S1334): 아니오], 프로세스는, 예컨대, A/D 변환기(1022)에 의해 제공된 디지털 값에 기초하여 입력 간선 전압 신호 파형의 상승 에지에 대응하는 기울기를 결정하기 위해, 동작(S1350)으로 나타낸 기울기 검출 알고리즘을 수행한다. 동작(S1350)의 기울기 검출 알고리즘에 대해서는, 대표적인 실시예에 따른, 입력 간선 전압 신호 파형의 기울기를 결정하는 프로세스를 나타낸 흐름도인 도 15를 참조하여 상세히 논의된다.

도 15를 참조하면, 블록(S1451)에서 기울기 결정에 대한 참조 기준이 선택된다. 참조 기준의 선택은, 예를 들어, 앞서 논의된 동작(S1320) 및 도 14에서 이전에 결정되었던 입력 간선 전압 신호의 주파수에 기초한다. 참조 기준은, 계산된 기울기가 서로 비교될 수 있도록, 비조광된 낮은 전압값 및 조광된 중간 전압값에 대응하는 각각의 가능한 주파수에서 기울기 또는 기울기의 범위를 연관시킨다. 예를 들어, 도 17은 참조 기준이 기초할 수 있는 샘플 기울기를 보여주는 그래프이다. 기울기(1710)는 조광된 230VAC 선전압 신호에서의 파형의 상승 에지에 대응하고, 기울기(1720)는 조광된 120VAC 선전압 신호에서의 파형의 상승 에지에 대응한다. 앞서 논의된 바와 같이, 보다 높은 입력 간선 전압 신호 값[기울기(1710)]이 더 급하다.

블록(S1452)에서, 정류 입력 간선 전압의 분압된 버전에 대응하는 디지털 값이 [예컨대, A/D 변환기(1022)로부터] 판독된다. 일 실시예에서, 입력 간선 전압 신호의 파형이, 예를 들어, 적절한 2.5ms 기간에 걸쳐 (판독된 디지털 값을 사용하여) 샘플링되어야만 하는데, 그 이유는 이것이 ELV 조광기가 그의 최저 레벨로 조광될 때 이용가능한 파형의 최소량이기 때문이다. 샘플링이 약 2.5ms 초과 동안 일어나는 경우, AC 신호가 존재하지 않을 수 있는데, 그 이유는 AC 신호가 조광기에 의해 초핑되었을 수 있기 때문이다. 판독된 디지털 값에 기초하여, 블록(S1453)에서, 입력 간선 전압 신호의 파형의 상승 에지가 식별된다. 예를 들어, 일정 기간에 걸쳐 디지털 값을 모니터링함으로써, 일련의 감소되거나 변하지 않은 디지털 값 이후에 증가하기 시작하는 디지털 값을 식별할 시에 상승 에지가 즉각 식별될 수 있다.

파형의 상승 에지가 식별되면, 블록(S1454)에서, 상승 에지의 적어도 일부분을 나타내는 다수의 디지털 값을 사용하여 상승 에지의 기울기가 계산된다. 예를 들어, 소정의 수 및/또는 샘플링의 디지털 값이 수집될 수 있거나, 디지털 값이 소정의 기간에 걸쳐 수집될 수 있다. 일 실시예에서, 상승 에지에 대응하는 선택된 디지털 값 각각을 선행하는 디지털 값과 비교함으로써 상승 에지의 기울기가 계산된다. 예를 들어, 파형의 상승 에지를 나타내는 10개의 디지털 값을 사용하여, 인접한 디지털 값 사이에서 약 50 카운트의 증가(도 17의 1710 참조)는 230VAC 선전압을 나타낼 것인 반면, 인접한 디지털 값 사이에서 약 25 카운트의 증가[도 17의 곡선(1720) 참조]는 120VAC 선전압을 나타낼 것이다.

블록(S1455)에서, 계산된 기울기가 블록(S1451)에서 선택된 참조 기준 - 입력 간선 전압 신호의 주파수에 의존함 - 과 비교된다. 도시된 실시예에서, 계산된 기울기는 설명의 목적상 낮은 전압값(예컨대, 120VAC)에 대응하는 참조 기준하고만 비교된다. 그렇지만, 다양한 실시예에서, 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고, 계산된 기울기가 낮은 전압 및 중간 전압(예컨대, 230VAC) 참조 기준 중 어느 하나 또는 둘 다와 비교될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 비교에서 계산된 기울기가 낮은 전압값에 대응하는 것을 나타낼 때[블록(S1455): 예], 블록(S1456)에서 낮은 전압값 카운터가 증가되고, 비교에서 계산된 기울기가 낮은 전압값에 대응하지 않는 것을 나타낼 때[블록(S1455): 아니오], 블록(S1457)에서 중간 전압값 카운터가 증가된다.

블록(S1458)에서, 부가의 샘플링 사이클이 남아 있는지가 판정된다. 예를 들어, 대응하는 디지털 값 세트에 대해 소정의 수(예컨대, 60)의 기울기가 계산될 수 있거나, 소정의 기간(예컨대, 450ms)에 걸쳐 기울기 계산이 반복되어 수집될 수 있다. 부가의 샘플링 사이클이 남아 있을 때[블록(S1458): 예], 프로세스는 시작으로 되돌아가서, 블록(S1451) 내지 블록(S1458)이 반복된다. 부가의 샘플링 사이클이 남아 있지 않을 때[블록(S1458): 아니오], 프로세스는 입력 간선 전압 신호의 값이 결정되는 블록(S1459)으로 진행한다. 예를 들어, 기울기들이 개별적으로 또는 전체적으로 입력 간선 전압 신호의 값이 중간 전압값 또는 낮은 전압값임을 나타내는지를 판정하기 위해 카운터 값들 중 적어도 하나가 소정의 임계값과 비교될 수 있다.

일 실시예에서, 중간 전압값 카운터만이 입력 간선 전압 신호의 값이 중간 전압값인지를 나타내기 위해 선택된 소정의 임계값과 비교되지만, 다양한 실시예는 한쪽 또는 양쪽 카운터를 비교하거나 다른 비슷한 식별 기법을 구현할 수 있다. 계산되는 기울기의 소정의 수가 60인 일례에서, 중간 전압에 대한 소정의 임계값은 20일 수 있고, 이 경우에 프로세스는 중간 전압값을 나타내는 계산된 기울기의 수가 20을 초과할 때에만 입력 간선 전압 신호의 값이 중간 전압인 것으로 판정한다.

도 15의 블록(S1459)에서 전압값을 결정한 후에, 프로세스는 도 13으로 되돌아간다. 결과에 따라, 입력 간선 전압 신호의 값이 블록(S1360)에서의 낮은 전압값 또는 블록(S1361)에서의 중간 전압값 중 하나인 것으로 결정된다. 블록(S1370)에서, [블록들(S1333, S1335, S1360 또는 S1361) 중 하나로부터] 결정된 전압값이, 블록(S1312)에서 메모리로부터 처음으로 검색된, 이전에 저장된 전압값과 비교된다. 결정된 전압값이 이전에 저장된 전압값과 동일할 때[블록(S1370): 예], 프로세스가 종료된다. 이 경우에, [예컨대, 제어기(1020)에 의해 출력된] 제어 신호는 초기화 프로세스에 의해 제공된 설정치로부터 변하지 않은 채로 있다. 즉, 제어 신호는 계속하여 이전에 저장된 전압값에 기초한다. 결정된 전압값이 이전에 저장된 전압값과 동일하지 않을 때[블록(S1370): 아니오], 입력 간선 전압 신호의 새로운 전압값이 [예컨대, ROM(1026)에] 저장되고 제어 신호를 변경하기 위해 적용된다. 그에 응답하여, 제어기(1020)로부터 제어 신호를 수신하는 PFC 제어기(1030)는 변경된 전압값에 맞추어 조정하기 위해 고체 조명 기구(1040)에 제공되는 전력 변조 제어 신호를 변경한다.

다수의 발명 실시예들이 본 명세서에 기재되고 예시되어 있지만, 당업자라면 기능을 수행하고 및/또는 본 명세서에 기술된 이점들 중 하나 이상 및/또는 결과들을 달성하는 각종의 다른 수단 및/또는 구조를 용이하게 안출할 것이며, 이러한 변형 및/또는 수정 각각이 본 명세서에 기술된 발명 실시예의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 예를 들어, 도 13은 입력 간선 전압이 전압 비닝 프로세스에 따라 3개의 값들 - 277VAC, 230VAC 및 120VAC에 각각 대응할 수 있는 높은 전압값, 중간 전압값 또는 낮은 전압값 - 중 하나인 것으로 판정되는 대표적인 실시예에 관한 것이다. 그렇지만, 다양한 부가의 실시예는, 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고, (예컨대, 277VAC, 230VAC 및 120VAC 이외의) 상이한 전압값 또는 전압값의 범위를 결정하도록 및/또는 입력 간선 전압의 상이한 수(예컨대, 3개 초과 또는 미만)의 전압값을 결정하도록 구성될 수 있다.

당업자라면 본 명세서에 기술된 모든 파라미터, 치수, 재료 및 구성이 예시적인 것으로 보아야 하고 실제의 파라미터, 치수, 재료 및/또는 구성이 발명 개시 내용이 사용되는 특정의 응용 또는 응용들에 의존한다는 것을 잘 알 것이다. 당업자라면, 단지 일상적인 실험을 사용하여, 본 명세서에 기술된 본 발명의 특정의 실시예들에 대한 많은 등가물들을 잘 알거나 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 이상의 실시예들이 단지 예시로서 제시된 것이며, 첨부된 특허청구범위 및 그 등가물의 범위 내에서, 본 발명의 실시예들이 구체적으로 기술되고 청구된 것과 다른 방식으로 실시될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 본 개시 내용의 발명 실시예들이 본 명세서에 기술된 각각의 개별적인 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트, 및/또는 방법에 관한 것이다. 게다가, 2개 이상의 이러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법의 임의의 조합이, 이러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법이 상호 모순되지 않는다면, 본 개시 내용의 발명 범위 내에 포함된다.

본 명세서에서 정의되고 사용되는 모든 정의들이 사전적 정의, 참조로 포함된 문서들에서의 정의, 및/또는 정의된 용어의 보통의 의미보다 우선하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 사용되는 부정관사 "a" 및 "an"은, 명확히 달리 언급되지 않는 한, "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 사용되는 어구 "및/또는"은 그렇게 연접되어 있는 요소들(즉, 어떤 경우에는 접속적으로 존재하고 다른 경우에는 비접속적으로 존재하는 요소들) 중 "어느 하나 또는 둘다"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"과 함께 열거된 다수의 요소들이 동일한 방식(즉, 그렇게 연접된 요소들 중 "하나 이상")으로 해석되어야 한다. "및/또는" 구문에 의해 구체적으로 확인된 요소들 이외의 다른 요소들이, 구체적으로 확인된 요소들과 관련이 있든 없든 간에, 선택적으로 존재할 수도 있다. 따라서, 비제한적인 일례로서, "포함하는"과 같이 개방형 어구와 함께 사용될 때 "A 및/또는 B"라고 하는 것은, 일 실시예에서, A만(선택적으로 B 이외의 요소들을 포함함)을 말할 수 있고, 다른 실시예에서, B만(선택적으로 A 이외의 요소들을 포함함)을 말할 수 있으며, 또 다른 실시예에서, A 및 B 둘다(선택적으로 다른 요소들을 포함함)를 말할 수 있고, 기타 등등이 있다.

본 명세서의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 사용되는 바와 같이, "또는"은 이상에서 정의한 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 목록에서 항목들을 분리할 때, "또는" 또는 "및/또는"은 포함적인 것으로, 즉 다수의 또는 일련의 요소들 중 적어도 하나는 물론 2개 이상도 포함하고, 선택적으로 열거되지 않은 부가의 항목들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "~ 중 단지 하나만" 또는 "~중 정확히 하나", 또는 특허청구범위에서 사용될 때의 "~로 이루어지는"과 같이 명백히 달리 언급되는 용어들만이 다수의 또는 일련의 요소들 중 정확히 하나의 요소를 포함하는 것을 말할 것이다. 일반적으로, "~ 중 어느 하나", "~ 중 하나", "~ 중 단지 하나" 또는 "~ 중 정확히 하나"와 같은 배타성을 갖는 용어가 뒤에 올 때, 본 명세서에서 사용되는 용어 "또는"은 단지 배타적 대안(즉, 한쪽 또는 다른 쪽이고 둘다는 아님)을 나타내는 것으로 해석되어야 한다. "본질적으로 "~로 이루어지는"은, 특허청구범위에서 사용될 때, 특허법 분야에서 사용되는 보통의 의미를 가질 것이다.

본 명세서의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 사용될 때, 하나 이상의 요소들의 목록과 관련한 구문 "적어도 하나"는 요소들의 목록 중의 요소들 중 임의의 하나 이상으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 의미하는 것으로 이해되어야 하지만, 반드시 요소들의 목록 내에 구체적으로 열거된 모든 요소들 중 적어도 하나를 포함하는 것은 아니며 또 요소들의 목록 중의 요소들의 임의의 조합을 제외하는 것은 아니다. 이 정의에 의해 또한, 구체적으로 열거된 요소들과 관련이 있든 없든 간에, 구문 "적어도 하나"가 말하는 요소들의 목록 내에 구체적으로 열거된 요소들 이외의 요소들이 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비제한적인 일례로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는 등가적으로 "A 또는 B 중 적어도 하나" 또는 등가적으로 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는, 일 실시예에서, B가 존재하지 않는(선택적으로 B 이외의 요소들을 포함함) 적어도 하나의(선택적으로 2개 이상을 포함함) A를 말할 수 있고; 다른 실시예에서, A가 존재하지 않는(선택적으로 A 이외의 요소들을 포함함) 적어도 하나의(선택적으로 2개 이상을 포함함) B를 말할 수 있으며; 또 다른 실시예에서, 적어도 하나의(선택적으로 2개 이상을 포함함) A 및 적어도 하나의(선택적으로 2개 이상을 포함함) B(선택적으로 다른 요소들을 포함함)를 말할 수 있고, 기타 등등이 있다.

또한, 명백히 달리 언급하고 있지 않는 한, 2개 이상의 단계 또는 동작을 포함하는 본 명세서에 청구된 임의의 방법에서, 방법의 단계들 또는 동작들의 순서가 방법의 단계들 또는 동작들이 열거되는 순서로 꼭 제한되는 것은 아니라는 것도 잘 알 것이다.

청구항에서 괄호 사이에 나오는 임의의 참조 번호 또는 기타 문자는 단지 편의상 제공된 것이고, 결코 특허청구범위를 제한하기 위한 것이 아니다.

Claims

고체 조명 부하에 대한 조광기의 동작에 의해 설정된 조광기 위상각을 검출하는 장치로서,
디지털 입력(218)을 포함하는 프로세서(215);
상기 디지털 입력과 전압원(Vcc) 사이에 연결된 제1 다이오드(D211);
상기 디지털 입력(218)과 접지 사이에 연결된 제2 다이오드(D212);
상기 디지털 입력(218)과 검출 노드(N1) 사이에 연결된 제1 커패시터(C213);
상기 검출 노드(N1)와 접지 사이에 연결된 제2 커패시터(C214); 및
상기 조광기로부터 정류 전압(rectified voltage)을 수신하는 정류 전압 노드(rectified voltage node)(N2)와 상기 검출 노드 사이에 연결된 저항(R212, R212)을 포함하고,
상기 프로세서(215)는 상기 정류 전압에 기초하여 상기 디지털 입력에서 디지털 펄스를 샘플링하고 상기 샘플링된 디지털 펄스의 길이에 기초하여 상기 조광기 위상각을 식별하도록 구성되어 있는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 커패시터는 상기 정류 전압의 신호 파형의 상승 에지에서 상기 저항을 통해 충전되는, 장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 다이오드는 상기 제1 커패시터가 충전될 때 디지털 입력 핀을 상기 전압원보다 하나의 다이오드 전압 강하(diode drop)만큼 높게 클램핑하여, 상기 신호 파형에 대응하는 길이를 갖는 디지털 펄스를 제공하는, 장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 커패시터는 상기 신호 파형의 하강 에지에서 상기 제2 커패시터를 통해 방전되는, 장치.
제4항에 있어서, 상기 제2 다이오드는 상기 제1 커패시터가 방전될 때 상기 디지털 입력 핀을 접지보다 하나의 다이오드 전압 강하만큼 낮게 클램핑하는, 장치.
제3항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 제1 커패시터가 충전되는 동안 카운터 값을 증가시키는 카운터를 더 포함하는, 장치.
제6항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 카운터 값에 기초하여 상기 디지털 펄스의 길이를 결정하는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 식별된 위상각에 대응하는 디지털 제어 신호를 생성하고 상기 디지털 제어 신호를 전력 변환기로 출력하며, 이 전력 변환기는 상기 디지털 제어 신호에 기초하여 상기 조광기 위상각에 대응하는 DC 전압을 상기 고체 조명 부하로 출력하는, 장치.
조광기, 전력 변환기 및 고체 조명 부하를 포함하는 조명 기구에 범용 전압 입력(universal voltage input)을 선택적으로 제공하는 방법으로서,
상기 조광기의 위상각을 검출하는 단계;
상기 검출된 위상각이 판정 임계값 미만인지를 판정하는 단계;
상기 검출된 위상각이 상기 판정 임계값 미만일 때, 상기 전력 변환기의 전력 설정을 이전에 결정된 입력 간선 전압값(input mains voltage value)에 기초하여 결정하는 단계; 및
상기 검출된 위상각이 상기 판정 임계값 미만이 아닐 때, 상기 입력 간선 전압값을 계산하고 상기 전력 변환기의 전력 설정을 상기 계산된 입력 간선 전압값에 기초하여 결정하는 단계를 포함하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 조광기의 위상각을 검출하기 전에 상기 조명 기구가 처음으로 켜지는 지를 판정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 조명 기구가 처음으로 켜지는 것이 아닐 때, 상기 이전에 결정된 입력 간선 전압값을 메모리로부터 검색하고 상기 검색된 이전에 결정된 입력 간선 전압값을 사용하여 상기 전력 변환기의 전력 설정을 최초로 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제11항에 있어서, 룩업 테이블을 사용하여 상기 계산된 입력 간선 전압값을 연관된 전력 설정과 상관시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 입력 간선 전압값을 계산하는 것은 정류 회로를 통해 상기 조광기로부터의 입력 정류 전압(input rectified voltage)의 분압된 버전(divided down version)을 수신하고 상기 입력 정류 전압의 입력 파형의 정확한 표현을 결정하는 것을 포함하는, 방법.
제14항에 있어서, 상기 입력 정류 전압의 입력 파형의 정확한 표현을 결정하는 것은 피크 검출 알고리즘 및 기울기 검출을 수행하는 것을 포함하는, 방법.
제15항에 있어서, 상기 피크 검출 알고리즘을 수행하는 것은,
상기 입력 정류 전압의 분압된 버전의 신호 파형에 대응하는 디지털 값을 판독하는 것;
상기 디지털 값을 이전에 식별된 최대값과 비교하는 것;
상기 이전에 식별된 최대값을 초과하는 디지털 값으로서 현재의 최대값을 식별하는 것;
상기 신호 파형의 피크값을 상기 현재의 최대값으로서 식별하는 것; 및
상기 피크값을 사용하여 상기 신호 파형의 주파수를 계산하는 것을 포함하는, 방법.
제16항에 있어서, 기울기 검출 알고리즘을 수행하는 것은,
상기 신호 파형의 계산된 주파수에 기초하여 참조 기준을 선택하는 것;
상기 신호 파형에 대응하는 디지털 값 세트를 판독하는 것;
상기 디지털 값 세트에 대응하는 상기 신호 파형의 상승 에지를 식별하는 것;
상기 식별된 상승 에지의 기울기를 계산하는 것; 및
상기 계산된 기울기와 상기 참조 기준을 비교한 것에 기초하여 상기 입력 간선 전압값을 계산하는 것을 포함하는, 방법.
제10항에 있어서, 상기 검출된 위상각이 상기 판정 임계값 미만이고 이전에 결정된 입력 간선 전압값이 없을 때, 상기 입력 간선 전압값을 추정하고 상기 전력 변환기의 전력 설정을 상기 추정된 입력 간선 전압값에 기초하여 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 입력 간선 전압값을 추정하는 것은 비닝 프로세스(binning process)를 사용하여 상기 입력 간선 전압을 복수의 미리 결정된 전압값 중 하나와 연관시키는 것을 포함하는, 방법.
발광 다이오드(LED)에 대한 조광기의 동작에 의해 설정된 조광기 위상각을 검출하는 방법으로서,
상기 조광기로부터의 조광된 정류 전압에 대응하는 디지털 입력 신호를 수신하는 단계 - 상기 조광된 정류 전압은 신호 파형을 가짐 -;
상기 신호 파형의 상승 에지에 대응하는 상기 디지털 입력 신호의 펄스의 상승 에지를 검출하는 단계;
상기 펄스의 길이를 결정하기 위해 상기 펄스를 주기적으로 샘플링하는 단계; 및
상기 펄스의 길이에 기초하여 상기 조광기 위상각을 결정하는 단계
를 포함하는 방법.