KR20140139364A - 광원 구동장치 및 광원시스템 - Google Patents

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KR20140139364A
KR20140139364A KR1020130059940A KR20130059940A KR20140139364A KR 20140139364 A KR20140139364 A KR 20140139364A KR 1020130059940 A KR1020130059940 A KR 1020130059940A KR 20130059940 A KR20130059940 A KR 20130059940A KR 20140139364 A KR20140139364 A KR 20140139364A
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 일 측면은, 출력전압의 위상을 제어하는 트라이악과, 상기 트라이악의 게이트에 접속되어 트리거 신호를 인가하는 다이악과, 상기 다이악에 브레이크 오버 전압을 제공하는 전압충전부와, 상기 전압충전부가 브레이크 오버 전압을 제공하는 시점을 결정하는 가변저항부 및 상기 트라이악의 양단에 연결되고 캐패시터와 인덕터를 구비하되 임피던스가 가변되는 가변 임피던스부를 포함하는 광원 구동장치를 제공한다. 본 실시형태에 따르면, 발광다이오드를 포함하는 광원장치와 높은 호환성을 갖는 광원 구동장치를 얻을 수 있다.

Description

광원 구동장치 및 광원시스템 {LIGHT SOURCE DEVICE APPARATUS AND LIGHT SOURCE SYSTEM}
본 발명은 광원 구동장치 및 광원시스템에 대한 것이다.
발광다이오드는 필라멘트에 기초한 발광소자에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 높은 진동 저항 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 한편, 이러한 발광다이오드를 이용한 광원장치는 종래의 저항성 부하 특성을 갖는 백열등과는 상이한 특성을 갖는바, 위상 제어 방식을 이용한 구동장치에 적용시 제대로 동작되지 않거나 플리커 현상이 발생하는 등의 광 품질이 저하되는 문제가 있다. 이에, 당 기술분야에서는 발광다이오드를 이용한 광원장치와 위상 제어 방식을 이용한 구동장치 간의 호환성을 확보하기 위한 방안이 요구되고 있다.
본 발명의 일 목적은 발광다이오드를 포함하는 광원장치와의 호환성이 높은 광원 구동장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 플리커 현상이 저감되고, 발광다이오드를 포함하는 광원장치와 광원 구동장치 간의 호환성이 개선된 광원시스템을 제공하는 것에 있다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 측면은, 출력전압의 위상을 제어하는 트라이악과, 상기 트라이악의 게이트에 접속되어 트리거 신호를 인가하는 다이악과, 상기 다이악에 브레이크 오버 전압을 제공하는 전압충전부와, 상기 전압충전부가 브레이크 오버 전압을 제공하는 시점을 결정하는 가변저항부 및 상기 트라이악의 양단에 연결되고 캐패시터와 인덕터를 구비하되 임피던스가 가변되는 가변 임피던스부를 포함하는 광원 구동장치를 제공한다.
상기 가변 임피던스부는, 적어도 하나의 캐패시터와 상기 캐패시터에 각각 직렬 연결된 스위치 및 적어도 하나의 인덕터와 상기 인덕터에 각각 병렬 연결된 스위치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광원 구동장치 및 광원장치의 임피던스를 감지하여 상기 가변 임피던스부의 임피던스를 가변하는 임피던스 제어부를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 임피던스 제어부는, 상기 감지된 임피던스를 디지털 신호로 변환하는 A/D컨버터와, 상기 디지털 신호를 입력받아 상기 가변 임피던스부의 임피던스를 가변하기 위한 제어신호를 출력하는 CPU를 포함할 수 있다.
이때, 상기 CPU에서 출력된 제어신호는 상기 스위치의 온/오프 스위칭을 결정하는 것일 수 있다.
또한, 상기 임피던스 제어부는, 감지된 임피던스가 기 설정된 값보다 작은 경우 상기 가변 임피던스부의 임피던스를 증가시키고, 감지된 임피던스가 기 설정된 값보다 큰 경우 상기 가변 임피던스부의 임피던스를 감소시킬 수 있다.
상기 가변 임피던스부는 서로 병렬 연결된 복수의 캐피시터와, 상기 복수의 캐피시터 각각에 직렬 연결된 스위치를 포함할 수 있다.
상기 가변 임피던스부는 서로 직렬 연결된 복수의 인덕터와, 상기 복수의 인덕터 각각에 병렬 연결된 스위치를 포함할 수 있다.
상기 가변저항부는 고정저항소자와 상기 고정저항소자에 직렬 연결된 가변저항소자를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 가변저항부는 상기 가변저항소자에 병렬 연결된 디밍 제거 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 발광다이오드를 포함하는 광원장치 및 상기 광원장치에 위상 제어된 전압을 제공하되 캐패시턴스 및 인덕턴스 중 적어도 하나가 가변되어 등가 임피던스가 변하는 광원 구동장치를 포함하는 광원시스템을 제공한다.
상기 광원 구동장치는, 적어도 하나의 캐패시터와 상기 캐패시터에 각각 직렬 연결된 스위치 및 적어도 하나의 인덕터와 상기 인덕터에 각각 병렬 연결된 스위치 중 적어도 하나를 구비하는 가변 임피던스부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광원 구동장치는, 상기 광원 구동장치 및 상기 광원장치의 임피던스를 감지하여 상기 가변 임피던스부의 임피던스를 가변하는 임피던스 제어부를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 임피던스 제어부는, 감지된 임피던스가 기 설정된 값보다 작은 경우 상기 가변 임피던스부의 임피던스를 증가시키고, 감지된 임피던스가 기 설정된 값보다 큰 경우 상기 가변 임피던스부의 임피던스를 감소시킬 수 있다.
상기 광원장치는 상기 광원 구동장치로부터 제공되는 위상 제어된 전압을 정류하는 정류부와, 상기 정류된 전압의 크기를 변조하는 DC/DC 컨버터와, 상기 변조된 크기의 전압으로부터 구동되는 발광다이오드를 포함할 수 있다.
덧붙여, 상기한 과제의 해결 수단은 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 발광다이오드를 포함하는 광원장치와의 높은 호환성을 갖는 광원 구동장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 발광다이오드를 포함하는 광원장치와 광원 구동장치 간의 호환성이 개선되고, 플리커 현상이 완화된 광원시스템을 얻을 수 있다.
다만, 본 발명의 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 효과는 아래의 기재로부터 당업자에게 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광원 구동장치와 광원시스템을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2(a) 내지 도 2(c)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 광원 구동장치의 동작을 개략적으로 설명하기 위한 전압파형을 도시한다.
도 3은 도 1의 변형된 실시형태에 따른 광원 구동장치와 광원시스템을 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 도 1의 변형된 또 다른 실시형태에 따른 광원 구동장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 광원 구동장치와 광원시스템을 설명하기 위한 회로도이다.
도 6은 도 5의 변형된 실시형태에 따른 광원 구동장치와 광원시스템을 설명하기 위한 회로도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광원시스템에 채용 가능한 광원장치를 예시적으로 나타낸 분해사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광원 구동장치(100)와 광원시스템(1000)을 설명하기 위한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시형태에 따른 광원시스템(1000)은 발광다이오드를 포함하는 광원장치(200)와, 상기 광원장치(200)에 구동전원을 인가하는 광원 구동장치(100)를 포함한다.
상기 광원 구동장치(100)는 외부전원(300)으로부터 전원을 인가받아 상기 광원장치(200)로 출력하며, 이때 상기 광원 구동장치(100)는 광원장치(200)의 디밍제어가 가능하도록, 상기 출력되는 전압의 위상을 제어할 수 있다.
이를 위해, 상기 광원 구동장치(100)는 출력전압의 위상을 제어하는 트라이악(TR)과, 상기 트라이악(TR)의 게이트에 접속되는 다이악(DI)을 포함할 수 있다. 상기 다이악(DI)은 전압충전부(120)로부터 브레이크 오버 전압을 제공받을 수 있으며, 상기 전압충전부(120)가 브레이크 오버 전압을 제공하는 시점은 가변저항부(110)에 의해 결정될 수 있다.
이에 제한하는 것은 아니지만, 본 실시형태에서 상기 가변저항부(110)는 고정저항소자(R1)와 상기 고정저항소자(R1)에 직렬 연결된 가변저항소자(Rx)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전압충전부(120)는 용량성 소자, 예컨대 캐패시터를 포함할 수 있다.
보다 구체적인 동작은 도 2를 함께 참조하여 설명하기로 한다.
외부전원(300)은 소정의 주파수를 갖는 교류전원을 제공하며, 상기 외부전원(300)이 인가하는 전압파형은 도 2(a)에 도시된 바와 같을 수 있다. 상기 트라이악(TR)이 오프(Off)상태일 경우 외부전원(300)은 트라이악(TR)에 의해 차단되어 광원장치(200)로 인가되지 못하며, 상기 트라이악(TR)이 게이트에서 트리거 신호를 인가받아 온(On)상태로 되면 비로소 외부전원(300)이 트라이악(TR)을 도통하여 광원장치(200)로 인가될 수 있다. 이때, 상기 광원장치(200)로 인가되는 전압파형은 도 2(b)와 같을 수 있다. 여기서, 트라이악(TR)이 온(On)되는 시점을 제어함으로써 광원장치(200)에 인가되는 외부전원(300)의 크기가 조절될 수 있으며, 이로부터 광원장치(200)의 디밍제어가 수행될 수 있다.
구체적으로, 상기 트라이악(TR)은 게이트에 접속된 다이악(DI)으로부터 트리거 신호를 인가받을 수 있으며, 상기 다이악(DI)은 전압충전부(120)로부터 소정 크기 이상의 전압(브레이크 오버 전압)을 제공받음으로써 전류를 도통하는 채널을 형성한다. 따라서, 상기 트라이악(TR)이 온(On)되는 시점은 상기 다이악(DI)이 브레이크 오버 전압을 제공받는 시점에 의해 결정될 수 있다.
이때, 상기 전압충전부(120)는 외부전원(300)에서 인가되는 전압을 충전함으로써 브레이크 오버 전압에 도달할 수 있는데, 상기 전압충전부(120)가 브레이크 오버 전압에 도달하기까지 요구되는 시간은 가변저항부(110)의 레지스턴스를 조절함으로써 제어될 수 있다. 즉, 상기 가변저항부(110)는 전압충전부(120)에 직렬 연결되어 전압 분배의 원리에 따라 상기 전압충전부(120)에 인가되는 외부전원(300)의 전압크기를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 가변저항부(110)의 레지스턴스를 낮게 조절하면 전압충전부(120)에 인가되는 외부전원(300)의 전압 크기가 커짐으로써 상기 전압충전부(120)는 브레이크 오버 전압에 일찍 도달하고, 이에 따라 다이악(DI)이 전류를 도통하는 채널을 형성하여 상기 트라이악(TR)의 게이트에 트리거 신호를 인가하게 되며, 트라이악(TR)은 온(On)상태로 변하게 된다. 반대로, 가변저항부(110)의 레지스턴스를 크게 하면 전압충전부(120)에 인가되는 외부전원(300)의 전압 크기가 작아짐으로써 상기 전압충전부(120)는 브레이크 오버 전압에 늦게 도달하고, 도 2(c)에 도시된 바와 같이 트라이악(TR)이 온(On)상태로 되는 시점이 늦어짐에 따라 광원장치(200)에 인가되는 전원의 크기는 작아지게 된다.
한편, 이와 같은 위상 제어 방식의 광원 구동장치는 발광다이오드를 포함하는 광원장치와 호환성이 취약한 문제가 있다. 구체적으로, 위상 제어 방식의 광원 구동장치를 상기의 광원장치에 적용하는 경우 플리커 현상이 일어나는 등의 광품질이 저하될 수 있는데, 이는 주로 발광다이오드가 갖는 전기적 특성에 기인한다.
구체적으로, 위상 제어 방식의 광원 구동장치가 원활히 작동되기 위해서는 트라이악(TR)에 유지전류가 제공되어야 하는데, 발광다이오드는 문턱전압(threshold voltage)을 가지므로, 예를 들면 도 2(c)에 도시된 전압파형과 같이 낮은 도통각의 출력전압에서는 회로의 단절이 유발될 수 있으며, 이로 인해 트라이악(TR)에 유지전류가 통전되는 것이 차단될 수 있다.
또한, 일반적인 백열등은 정격전력이 크기 때문에 트라이악(TR)에 충분한 유지전류를 공급할 수 있으나, 발광다이오드를 광원으로 갖는 광원장치는 정격전력이 작기 때문에 트라이악(TR)에 충분한 유지전류를 공급하기 어려운 특징이 있다.
아울러, 발광다이오드를 광원으로 갖는 광원장치는 저항성 부하 특성을 갖는 백열등과 달리 임피던스 부하 특성을 갖는데, 임피던스 부하의 리액턴스 성분에 기하여 전압 왜곡이 발생할 수 있다. 즉, 임피던스 부하의 리액턴스 성분은 트라이악(TR)에서 출력되는 출력전압의 위상절단(phase cut)영역, 예컨대 도 2(b) 및 도 2(c)에 도시된 A영역과 B영역의 경계에서 피크성 전류를 유발할 수 있는데, 이러한 피크성 전류는 트라이악(TR)에 허용 이상의 전류를 인가하여 오동작을 일으킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 광원 구동장치(100)와 광원장치(200) 간의 임피던스 매칭을 통해 상기와 같은 문제를 해결하는 방안을 제안한다. 이를 위해, 본 실시형태의 광원 구동장치(100)는 상기 트라이악(TR)의 양단에 연결되고 임피던스가 가변되는 가변임피던스부(130)를 포함한다. 상기 가변 임피던스부(130)를 이용하여 광원 구동장치(100)의 등가 임피던스를 다양하게 변화시킴으로써 광원장치(200)와 광원 구동장치(100)간의 호환성을 높이고, 광품질 저하를 방지할 수 있다.
예를 들어, 낮은 도통각의 출력전압으로 인해 광원장치(200)의 발광다이오드가 원활하게 턴온(turn-on)되지 못함으로써 트라이악(TR)에 필요한 유지전류가 보장되지 않는 것으로 판단되면, 가변 임피던스부(130)의 임피던스를 감소시켜 상기 광원 구동장치(100)의 등가 임피던스를 낮출 수 있다. 이에 따라, 상기 광원 구동장치(100)에 비해 상기 광원장치(200)로 인가되는 전압의 비율을 증가시키고, 원치 않은 회로의 단절을 막을 수 있다.
또한, 상기 가변 임피던스부(130)의 임피던스를 적절히 설정하여 광원장치(200)와 광원 구동장치(100)가 갖는 임피던스의 리액턴스 성분이 제거되도록 할 수 있다. 이에 따라, 피크성 전류에 의한 오동작을 방지할 수 있다. 필요에 따라, 상기 가변 임피던스부(130)의 임피던스를 높임으로써 상기 트라이악(TR)에 허용 이상의 전류가 돌입되는 것을 완화시킬 수도 있다.
이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 가변 임피던스부(130)는 적어도 하나의 캐패시터 및 적어도 하나의 인덕터를 구비하며, 상기 캐패시터 각각에 직렬 연결되거나, 상기 인덕터 각각에 병렬 연결된 스위치를 적어도 하나 포함할 수 있다. 여기서, 상기 스위치는 예를 들면 릴레이 스위치일 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 가변 임피던스부(130)는 서로 병렬 연결된 복수의 캐패시터(C1, C2, C3)와, 상기 복수의 캐패시터(C1, C2, C3) 각각에 직렬 연결된 스위치(SC1 , SC2 , SC3)를 포함한다. 또한, 상기 가변 임피던스부(130)는 서로 직렬 연결된 복수의 인덕터(L1, L2, L3)와, 상기 복수의 인덕터(L1, L2, L3) 각각에 병렬 연결된 스위치(SL1 , SL2 , SL3)를 포함한다. 이때, 상기 스위치(SL1 , SL2 , SL3 , SC1 , SC2 , SC3)의 온/오프 동작에 따라 전체 캐패시턴스 및 인덕턴스가 변할 수 있고, 이로부터 상기 가변 임피던스부(130)의 임피던스가 가변될 수 있다. 즉, 본 실시형태의 광원 구동장치(100)는 상기 광원장치(200)에 위상 제어된 전압을 제공하되, 캐패시턴스 및 인덕턴스 중 적어도 하나가 가변되어 등가 임피던스가 변하도록 구현되는 것으로 이해될 수 있을 것이다.
도 1에 도시된 본 실시형태와 같이, 상기 가변 임피던스부(130)가 3개의 인덕터(L1, L2, L3) 및 그에 각각 병렬 연결된 3개의 스위치(SL1 , SL2 , SL3)를 구비하는 경우, 상기 인덕터에 연결된 스위치(SL1 , SL2 , SL3)를 조절함으로써 나타낼 수 있는 인덕터 전체의 임피던스(ZLt)값은 아래 표 1과 같이 정리될 수 있다. 아래 표는, 스위치가 온(On)일 때를 1로, 오프(Off)일 때를 0으로 표현하였다.
경우의 수 SL1 SL2 SL3 전체 인덕턴스(Lt) 임피던스 (ZLt)
1 1 1 1 0 0
2 0 1 1 L1 jwL1
3 1 0 1 L2 jwL2
4 1 1 0 L3 jwL3
5 0 0 1 L1+L2 jw(L1+L2)
6 0 1 0 L1+L3 jw(L1+L3)
7 1 0 0 L2+L3 jw(L2+L3)
8 0 0 0 L1+L2+L3 jw(L1+L2+L3)
아울러, 상기 가변 임피던스부(130)가 3개의 캐패시터(C1, C2, C3) 및 그에 각각 직렬 연결된 3개의 스위치(SC1 , SC2 , SC3)를 구비하는 경우, 상기 캐패시터에 연결된 스위치(SC1 , SC2 , SC3)를 조절함으로써 나타낼 수 있는 캐패시터의 전체 임피던스(ZCt)는 아래 표 2와 같이 정리된다.
경우의 수 SC1 SC2 SC3 전체 캐패시턴스(Ct) 임피던스 (ZCt)
1 0 0 0 0 0
2 1 0 0 C1
Figure pat00001
3 1 1 0 C1+C2
Figure pat00002
4 1 1 1 C1+C2+C3
Figure pat00003
즉, 상기 인덕터에 연결된 스위치(SL1 , SL2 , SL3)와 캐패시터에 연결된 스위치(SC1 , SC2 , SC3)의 온/오프를 적절히 변경함으로써 상기 가변 임피던스부(130)는 최대 서로 다른 32가지의 임피던스 값을 가질 수 있다. 이로부터, 상기 광원 구동장치(100)는 가장 적합한 임피던스 값을 가질 수 있도록 적절히 가변될 수 있을 것이다.
물론, 상기 인덕터와 캐패시터의 개수는 다양하게 구비될 수 있으며, 구비되는 인덕터와 캐패시터의 개수는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 가변 임피던스부(130)가 서로 직렬 연결된 N개의 인덕터와 상기 인덕터에 각각 병렬 연결된 N개의 스위치를 포함하는 경우(N은 1 이상의 자연수), 상기 인덕터에 연결된 스위치를 온/오프 함으로써 가변할 수 있는 임피던스 값은 최대 2N가지가 될 수 있다. 또한, 상기 가변 임피던스부(130)가 서로 병렬 연결된 M개의 캐패시터와 상기 캐패시터에 각각 직렬 연결된 M개의 스위치를 포함하는 경우(M은 1 이상의 자연수), 상기 캐패시터에 연결된 스위치를 온/오프 함으로써 가변할 수 있는 임피던스 값은 최대 (M+1)가지가 될 수 있다. 따라서, N개의 인덕터 및 스위치와 M개의 캐패시터 및 스위치를 구비할 때, 상기 가변 임피던스부(130)는 최대 2N(M+1)가지의 임피던스값을 나타낼 수 있다.
한편, 임피던스 계산의 편의를 고려하여 상기 인덕터(L1, L2, L3)는 서로 직렬로 연결되고 캐패시터(C1, C2, C3)는 서로 병렬로 연결된 형태로 설명하였으나, 이에 제한되는 것은 아니므로 상기 인덕터(L1, L2, L3)는 서로 간의 병렬연결을 포함할 수 있으며, 마찬가지로 상기 캐패시터(C1, C2, C3)는 서로 간의 직렬연결을 포함할 수 있다.
이하에서는, 본 실시형태에 따른 광원시스템(1000)의 다른 구성인 광원장치(200)를 설명하기로 한다. 상기 광원장치(200)는 광원으로서 발광다이오드를 포함한다. 상기 발광다이오드는 복수개가 서로 직렬로 연결된 발광어레이(230) 형태로 제공될 수 있다.
상기 발광다이오드는 예를 들면 전원이 인가되면 광을 방출하는 반도체 소자의 일종일 수 있다. 상기 광원장치(200)는 발광다이오드가 직류에서 구동되는 특성을 고려하여, 광원 구동장치(100)로부터 제공되는 위상 제어된 전압을 정류하는 정류부(210)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 정류된 전압의 크기를 변조하는 DC/DC 컨버터(220)를 포함할 수 있다. 본 실시형태에서, 상기 DC/DC 컨버터(220)는 PWM 제어부를 통해 정류된 전압의 크기를 변조하는 것으로서 벅타입(buck type)을 예로 들어 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니므로 부스트(boost) 타입 또는 벅-부스트(buck-boost) 타입으로 구현될 수 있다.
본 실시형태에 따르면, 발광다이오드를 포함하는 광원장치(200)와 호환성이 높은 광원 구동장치(100)를 얻을 수 있으며, 플리커 현상이 저감되고 광 품질이 개선된 광원시스템(1000)이 얻어질 수 있다.
도 3은 도 1의 변형된 실시형태에 따른 광원 구동장치(100)와 광원시스템(1000)을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 광원시스템(1000)은 발광다이오드를 포함하는 광원장치(200)와, 상기 광원장치(200)에 위상 제어된 전압을 제공하되 캐패시턴스 및 인덕턴스 중 적어도 하나가 가변되어 등가 임피던스가 변하는 광원 구동장치(100)를 포함한다.
상기 광원 구동장치(100)는 캐패시터(C1, C2, C3)와 인덕터(L1, L2, L3)를 구비하되 임피던스가 가변되는 가변 임피던스부(130)를 포함한다. 이하에서는, 도 1에서 설명된 것과 동일하게 적용될 수 있는 사항에 대해서는 생략하기로 하고 달라진 구성만을 설명하기로 한다.
본 실시형태에서, 상기 가변 임피던스부(130)는 적어도 하나의 캐패시터(C1, C2, C3)와 상기 캐패시터에 각각 직렬 연결된 스위치(SC2 , SC3) 및 적어도 하나의 인덕터(L1, L2, L3)와 상기 인덕터에 각각 병렬 연결된 스위치(SL1 , SL2)를 포함한다.
여기서, 상기 복수의 캐패시터(C1, C2, C3) 중 적어도 하나는 스위치와 직렬 연결되지 아니한채 고정적으로 캐패시턴스를 제공하는 고정 캐패시터(C1)로 제공될 수 있다. 또한, 상기 복수의 인덕터(L1, L2, L3) 중 적어도 하나는 스위치와 병렬 연결되지 아니함으로써, 고정적으로 인덕턴스를 제공하는 고정 인덕터(L3)로 제공될 수 있다.
즉, 상기 가변 임피던스부(130)는 고정적으로 게재되는 인덕터(L3)와 캐패시터(C1)를 구비하며, 이 경우 상기 가변 임피던스부(130)는 스위치(SL1 , SL2 , SC2 , SC3)의 온/오프 제어와 관계없이 출력전압의 전자기 간섭(EMI)을 감소시키는 LC 필터의 기능을 가질 수 있다.
따라서, 본 실시형태에 따르면 광원 구동장치(100)는 보다 안정적인 전압을 광원장치(200)로 출력할 수 있으며, 광원시스템(1000)의 광품질이 보다 개선될 수 있다.
본 실시형태에서 상기 광원장치(200)는 발광다이오드를 포함하며, 상기 발광다이오드와 병렬 연결되되 역극성으로 접속된 발광다이오드를 더 포함한다. 구체적으로, 본 실시형태에 따른 광원장치(200)는 복수의 발광다이오드가 직렬 연결된 발광어레이(230)와 상기 발광어레이(230)에 역극성으로 병렬 접속된 적어도 하나의 발광다이오드를 포함하는 역극성어레이(231)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 광원장치(200)는 교류전원에 대해 직접 구동될 수 있으므로, 정류부(210)를 구비할 필요가 없어 장치의 소형화 및 제조비용 절감이 가능한 이점이 있다.
도 4는 도 1의 변형된 또 다른 실시형태에 따른 광원 구동장치(100)를 설명하기 위한 회로도이다. 설명의 간략화를 위해 광원 구동장치(100)의 회로도 만을 도시하였으나, 여기서 설명된 광원 구동장치(100)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 광원시스템(1000)에도 채용될 수 있음은 자명할 것이다.
도 4를 참조하면, 본 실시형태에 따른 광원 구동장치(100)는 가변저항부(110)를 포함하며, 상기 가변저항부(110)는 고정저항소자(R1)와 상기 고정저항소자(R1)에 직렬 연결된 가변저항소자(Rx)를 포함한다. 여기서, 상기 가변저항부(110)는 상기 가변저항소자(Rx)에 병렬 연결된 디밍 제거 스위치(SD)를 포함할 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 디밍 제거 스위치(SD)를 오프(Off) 스위칭 상태로 설정하는 경우, 가변저항소자(Rx)의 레지스턴스를 조절하여 트라이악(TR)이 출력하는 전압의 위상을 제어할 수 있으며, 상기 디밍 제거 스위치(SD)를 온(On) 스위칭 상태로 설정하는 경우, 가변저항소자(Rx)의 레지스턴스 변동에 무관하게 상기 트라이악(TR)은 일정한 출력전압을 광원장치(200)로 출력하게 된다.
즉, 상기 디밍 제거 스위치(SD)의 온/오프를 설정함으로써 광원시스템(1000)의 디밍 기능이 작동되지 않도록 할 수 있으며, 광원장치(200)의 플리커 현상이 심하게 발생하는 경우 필요에 따라 디밍 기능이 작동하지 않도록 하여 광원장치(200)의 안정적인 광품질을 확보할 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 광원 구동장치(100) 및 광원시스템(1000)을 설명하기 위한 회로도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시형태에 따른 광원시스템(1000)은 발광다이오드를 포함하는 광원장치(200)와 상기 광원장치(200)에 구동전원을 인가하는 광원 구동장치(100)를 포함한다.
본 실시형태에서, 상기 광원 구동장치(100)는 임피던스 제어부(135)를 더 포함할 수 있다. 상기 임피던스 제어부(135)는 상기 광원 구동장치(100)와 광원장치(200)의 임피던스를 감지하여, 상기 광원 구동장치(100)가 적절한 임피던스를 갖도록, 상기 가변 임피던스부(130)의 임피던스를 가변할 수 있다.
구체적으로, 상기 임피던스 제어부(135)는 감지된 임피던스가 기 설정된 값보다 큰 경우 상기 가변 임피던스부(130)의 임피던스를 감소시킴으로써 상기 광원 구동장치(100)에 비해 광원장치(200)로 인가되는 전압의 비율을 증가시키고, 광원장치(200) 내의 회로가 단절되는 것을 방지할 수 있다. 반대로, 상기 임피던스 제어부(135)는 감지된 임피던스가 기 설정된 값보다 작은 경우에는 상기 가변 임피던스부(130)의 임피던스를 증가시킴으로써 트라이악(TR)에 허용치 이상의 전류가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 광원장치(200)와 광원 구동장치(100)가 갖는 임피던스의 리액턴스 성분을 제거할 수도 있다.
이를 위해, 상기 임피던스 제어부(135)는 상기 광원 구동장치(100)와 광원장치(200)의 임피던스를 감지하는 임피던스 측정부(131)와, 상기 임피던스 측정부(131)의 결과값을 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(132)와, 상기 디지털 신호를 입력받아 가변 임피던스부(130)의 임피던스를 가변하기 위한 제어신호를 출력하는 CPU(133)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 CPU(133)가 출력하는 제어신호는 상기 가변 임피던스부(130)의 각 스위치(SL1 , SL2 , SL3 , SC1 , SC2 , SC3)에 전달될 수 있으며, 상기 스위치(SL1 , SL2 , SL3 , SC1 , SC2 , SC3)의 온/오프 동작에 따라 가변 임피던스부(130)의 임피던스가 변할 수 있을 것이다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 스위치(SL1 , SL2, SL3 , SC1 , SC2 , SC3)는 MOSFET, BJT 등의 트랜지스터 소자일 수 있다.
도 6은 도 5의 변형된 실시형태에 따른 광원 구동장치(100)와 광원시스템(1000)을 설명하기 위한 회로도이다.
본 실시형태에 따른 임피던스 제어부(135')는 사용자의 입력으로부터 가변 임피던스부(130)의 임피던스를 제어하는 형태로 이해될 수 있을 것이다. 이를 위해, 상기 임피던스 제어부(135')는 사용자의 입력을 받는 사용자 입력부(134)와, 상기 사용자 입력부(134)의 출력신호를 입력받아 가변 임피던스부(130)의 임피던스를 가변하기 위한 제어신호를 출력하는 CPU(133)를 포함한다.
상기 사용자 입력부(134)는 가변 임피던스부(130)가 구현할 수 있는 각 임피던스 값에 대응하는 입력을 사용자로부터 입력받을 수 있다. 예를 들어, 상기 가변 임피던스부(130)가 서로 직렬 연결된 N개의 인덕터와, 상기 인덕터에 각각 병렬 연결된 N개의 스위치를 포함하고, 서로 병렬 연결된 M개의 캐패시터와, 상기 캐패시터에 각각 직렬 연결된 M개의 스위치를 포함하는 경우, 상기 가변 임피던스부(130)가 구현할 수 있는 임피던스값은 최대 2N(M+1)가지가 되며, 이때 상기 사용자 입력부(134)는 사용자로부터 2N(M+1)개의 입력값 중 어느 하나를 선택입력 받도록 구비될 수 있을 것이다.
이에 따르면, 최적의 광 품질을 나타낼 수 있도록 하되 사용자에게는 높은 자유도를 제공하는 광원 구동장치(100) 및 이를 구비한 광원시스템(1000)이 제공될 수 있다.
이하에서는, 본 실시형태에 따른 광원시스템(1000)에 채용 가능한 광원장치(200)를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광원시스템에 채용 가능한 광원장치(200-1, 200-2)를 예시적으로 나타낸 분해사시도이다.
상기 광원장치(200-1)는 도 7에 도시된 바와 같은 벌브형 램프일 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 광원장치(200-1)는 종래 백열등을 대체할 수 있도록 백열등과 유사한 형상을 가질 수 있으며, 백열등과 유사한 광특성(색상, 색온도)을 갖는 광을 출사할 수 있다.
도 7의 분해사시도를 참조하면, 광원장치(200-1)는 발광모듈(1203)과 구동부(1206)와 외부접속부(1209)를 포함한다. 또한, 외부 및 내부 하우징(1205, 1208)과 커버부(1207)와 같은 외형구조물을 추가적으로 포함할 수 있다. 발광모듈(1203)은 광원(1201)과 그 광원(1201)이 탑재된 회로기판(1202)을 가질 수 있다. 본 실시형태에서는, 1개의 광원(1201)이 회로기판(1202) 상에 실장된 형태로 예시되어 있으나, 필요에 따라 복수 개로 장착될 수 있다. 여기서, 상기 광원(1201)은 발광다이오드일 수 있다.
또한, 상기 광원장치(200-1)에서, 발광모듈(1203)은 열방출부로 작용하는 외부 하우징(1205)을 포함할 수 있으며, 외부 하우징(1205)은 발광모듈(1203)과 직접 접촉되어 방열효과를 향상시키는 열방출판(1204)을 포함할 수 있다. 또한, 광원장치(200-1)는 발광모듈(1203) 상에 장착되며 볼록한 렌즈형상을 갖는 커버부(1207)를 포함할 수 있다. 구동부(1206)는 내부 하우징(1208)에 장착되어 소켓구조와 같은 외부접속부(1209)에서 전원을 제공받을 수 있다. 또한, 구동부(1206)는 발광모듈(1203)의 광원(1201)을 구동시킬 수 있는 적정한 전류원으로 변환시켜 제공하는 역할을 한다. 이러한 구동부(1206)는 정류부와 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 광원장치(200-2)는 도 8에 도시된 바와 같은 바(bar)-타입 램프일 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 광원장치(200-2)는 종래 형광등을 대체할 수 있도록 형광등과 유사한 형상을 가질 수 있으며, 형광등과 유사한 광특성을 갖는 광을 출사할 수 있다. 특히, 종래의 형광등과 같이 방전을 이용한 조명은 디밍 제어가 어려웠으나, 본 실시형태에 따르면 디밍 제어가 가능한 광원 구동장치와 높은 호환성을 갖되 형광등과 유사한 특징(형상, 광특성)을 갖는 광원시스템이 얻어질 수 있다.
도 8의 분해사시도를 참조하면, 본 실시형태에 따른 광원장치(200-2)는 발광모듈(2203), 몸체부(2204), 단자부(2209)를 포함할 수 있으며, 상기 발광모듈(2203)을 커버하는 커버부(2207)를 더 포함할 수 있다.
발광모듈(2203)은 기판(2202)과, 상기 기판(2202) 상에 장착되는 복수의 광원(2201)을 포함할 수 있다.
몸체부(2204)는 상기 발광모듈(2203)을 일면에 장착하여 고정시킬 수 있다. 상기 몸체부(2204)는 지지 구조물의 일종으로 히트 싱크를 포함할 수 있다. 상기 몸체부(2204)는 상기 발광모듈(2203)에서 발생되는 열을 외부로 방출할 수 있도록 열전도율이 우수한 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 금속 재질로 이루어질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 몸체부(2204)는 상기 발광모듈(2203)의 기판(2202) 형상과 대응하여 전체적으로 길이가 긴 막대 형상을 가질 수 있다. 상기 발광모듈(2203)이 장착되는 일면에는 상기 발광모듈(2203)을 수용할 수 있는 리세스(2214)가 형성될 수 있다.
상기 몸체부(2204)의 양 외측면에는 각각 방열을 위한 복수의 방열 핀(2224)이 돌출되어 형성될 수 있다. 그리고, 상기 리세스(2214)의 상부에 위치하는 상기 외측면의 양 끝단에는 각각 상기 몸체부(2204)의 길이 방향을 따라서 연장된 걸림 홈(2234)이 형성될 수 있다. 상기 걸림 홈(2234)에는 추후 설명하는 커버부(2207)가 체결될 수 있다.
상기 몸체부(2204)의 길이 방향의 양 끝단부는 개방되어 있어 상기 몸체부(2204)는 양 끝단부가 개방된 파이프 형태의 구조를 가질 수 있다. 본 실시 형태에서는 상기 몸체부(2204)의 양 끝단부가 모두 개방된 구조를 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 몸체부(2204)의 양 끝단부 중 어느 일측만 개방되는 것도 가능하다.
단자부(2209)는 상기 몸체부(2204)의 길이 방향의 양 끝단부 중 개방된 적어도 일측에 구비되어 상기 발광모듈(2203)에 전원을 공급할 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 몸체부(2204)의 양 끝단부가 모두 개방되어 있어 상기 단자부(2209)가 상기 몸체부(2204)의 양 끝단부에 각각 구비되는 것으로 예시하고 있다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니며, 예를 들어, 일측만 개방된 구조에서는 상기 양 끝단부 중 개방된 일측에만 상기 단자부(2209)가 구비될 수 있다.
상기 단자부(2209)는 상기 몸체부(2204)의 개방된 양 끝단부에 각각 체결되어 상기 개방된 양 끝단부를 커버할 수 있다. 상기 단자부(2209)에는 외부로 돌출된 전극 핀(2219)을 포함할 수 있다.
커버부(2207)는 상기 몸체부(2204)에 체결되어 상기 발광모듈(2203)을 커버한다. 상기 커버부(2207)는 광이 투과될 수 있는 재질로 이루어질 수 있다.
상기 커버부(2207)는 광이 외부로 전체적으로 균일하게 조사될 수 있도록 반원 형태의 곡면을 가질 수 있다. 그리고, 상기 커버부(2207)의 상기 몸체부(2204)와 체결되는 바닥면에는 상기 몸체부(2204)의 걸림 홈(2234)에 맞물리는 돌기(2217)가 상기 커버부(2207)의 길이 방향을 따라서 형성될 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 커버부(2207)가 반원 형태의 구조를 가지는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 커버부(2207)는 평평한 사각 형태의 구조를 가지는 것도 가능하며, 기타 다각 형태의 구조를 가지는 것도 가능하다. 이러한 커버부(2207)의 형태는 광이 조사되는 조명 설계에 따라서 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1000: 광원시스템 100: 광원 구동장치
200: 광원장치 300: 외부전원
110: 가변저항부 120: 전압충전부
130: 가변 임피던스부 210: 정류부
220: DC/DC 컨버터 230: 발광어레이
231: 역극성어레이 131: 임피던스 측정부
132: A/D 컨버터 133: CPU
134: 사용자 입력부 135, 135' 임피던스 제어부

Claims (10)

  1. 출력전압의 위상을 제어하는 트라이악;
    상기 트라이악의 게이트에 접속되어 트리거 신호를 인가하는 다이악;
    상기 다이악에 브레이크 오버 전압을 제공하는 전압충전부;
    상기 전압충전부가 브레이크 오버 전압을 제공하는 시점을 결정하는 가변저항부; 및
    상기 트라이악의 양단에 연결되고, 캐패시터와 인덕터를 구비하되 임피던스가 가변되는 가변 임피던스부;
    를 포함하는 광원 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가변 임피던스부는,
    적어도 하나의 캐패시터와 상기 캐패시터에 각각 직렬 연결된 스위치 및 적어도 하나의 인덕터와 상기 인덕터에 각각 병렬 연결된 스위치 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 광원 구동장치 및 광원장치의 임피던스를 감지하여 상기 가변 임피던스부의 임피던스를 가변하는 임피던스 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 임피던스 제어부는,
    상기 감지된 임피던스를 디지털 신호로 변환하는 A/D컨버터와,
    상기 디지털 신호를 입력받아 상기 가변 임피던스부의 임피던스를 가변하기 위한 제어신호를 출력하는 CPU를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 CPU에서 출력된 제어신호는 상기 스위치의 온/오프 스위칭을 결정하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 임피던스 제어부는, 감지된 임피던스가 기 설정된 값보다 작은 경우 상기 가변 임피던스부의 임피던스를 증가시키고, 감지된 임피던스가 기 설정된 값보다 큰 경우 상기 가변 임피던스부의 임피던스를 감소시키는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  7. 발광다이오드를 포함하는 광원장치; 및
    상기 광원장치에 위상 제어된 전압을 제공하되, 캐패시턴스 및 인덕턴스 중 적어도 하나가 가변되어 등가 임피던스가 변하는 광원 구동장치;
    를 포함하는 광원시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 광원 구동장치는,
    적어도 하나의 캐패시터와 상기 캐패시터에 각각 직렬 연결된 스위치 및 적어도 하나의 인덕터와 상기 인덕터에 각각 병렬 연결된 스위치 중 적어도 하나를 구비하는 가변 임피던스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 광원 구동장치는,
    상기 광원 구동장치 및 광원장치의 임피던스를 감지하여 상기 가변 임피던스부의 임피던스를 가변하는 임피던스 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 임피던스 제어부는, 감지된 임피던스가 기 설정된 값보다 작은 경우 상기 가변 임피던스부의 임피던스를 증가시키고, 감지된 임피던스가 기 설정된 값보다 큰 경우 상기 가변 임피던스부의 임피던스를 감소시키는 것을 특징으로 하는 광원시스템.
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