KR20090058026A - 발광 소자 제어 시스템 및 이를 포함한 조명 시스템 - Google Patents

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Abstract

각각이 하나 이상의 LEE 및 유닛 활성 모듈을 포함하는 직렬 연결된 하나 이상의 LEE 유닛을 포함하는 발광 소자 제어 시스템이 설명된다. LEE 유닛과 연관된 유닛 활성 모듈은 유닛 활성 제어 신호에 응답하여 그 유닛내 하나 이상의 LEE를 제어가능하게 활성하도록 구성된다. 제어 모듈은 유닛 활성 모듈 각각에 연동되고 여기에 유닛 활성 제어 신호를 제공하도록 구성된다. 변환 모듈은 직렬 연결된 LEE 유닛에 연동되고 전원으로의 연결을 위해 적용되고 LEE 유닛에 구동 전류를 제공하도록 구성된다.
LEE 유닛, 발광 소자 제어 시스템, 유닛 활성 모듈, 변환 모듈, 제어 모듈

Description

발광 소자 제어 시스템 및 이를 포함한 조명 시스템{LIGHT EMITTING ELEMENT CONTROL SYSTEM AND LIGHTING SYSTEM COMPRISING SAME}
본 발명은 조명 시스템 분야에 관한 것으로, 특히 발광 소자 제어 시스템 및 이를 포함한 조명 시스템에 관한 것이다.
발광 다이오드 (LED)는 전기 에너지를 광으로 효과적으로 변환할 수 있다. 그러나, 동일한 동작 조건에서 서로 다르지만 명목상 같은 LED들에 의해 방출된 광의 특성은 예컨대 장치 제조 및 장치 조립에서의 변동에 의해 초래될 수 있는 다수의 서로 다른 요인들에 의해 변할 수 있다. 이 변동은 둘 이상의 LED로부터 방출된 광이 밀접하게 매칭될 것을 필요로 할 수 있는 LED 조명 애플리케이션에 의해 부과된 요건을 초과할 수 있다. 이것은 가변하는 출력 세기 LED의 사용이 바람직하지 않는 공간적으로 연장된 조명기구에 특히 중요할 수 있다. 개별적인 명목상 동일한 LED들의 밀접한 비닝(binning)이나 매칭은 다수의 LED 기반 범용 조명 시스템이 실질적으로 비용면에서 비효율적으로 되게 할 수 있다.
명목상 동일한 LED에서 광 방출 특성의 변동의 영향을 경감하기 위해 사용될 수 있는 다른 해결책이 미국 특허 4,743,897에 설명되어 있는데, 이것은 복수의 직렬 연결된 LED로 일정한 구동 전류를 발생시키는 전류원을 포함하는 LED 드라이버 회로로서, LED들 중 소정의 것들을 선택적으로 활성화 및 비활성화하는 회로 및 LED 중 어느 것도 활성화되지 않은 경우 전류원을 불능시키는 회로에 대해 설명한다. LED 드라이버 회로가 설계가 간단하고 저렴하고, 또한 다른 해결책에 비해 비교적 소비전력이 낮은 특징이 있지만, 이 LED 드라이버 회로의 에너지 효율 및 동작 특성은 제한될 수 있다.
따라서, 공지의 시스템의 단점을 극복하는, 새로운 발광 소자 제어 시스템 및 이를 포함한 조명 시스템이 필요하다.
이 배경 정보는 본 출원인이 본 발명에 가능한 관련성이 있다고 생각하는 정보를 개시하기 위해 제공된다. 선행 정보의 어느 것도 본 발명에 대해 종래기술을 구성하는 것으로 반드시 인정하는 것은 아니며 또 그렇게 해석되어서도 안된다.
본 발명의 목적은 발광 소자 제어 시스템 및 이를 포함한 조명 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 일양태에 따르면, 발광 소자 제어 시스템에 있어서, 직렬 연결된 둘 이상의 LEE 유닛으로서, 각각이 하나 이상의 LEE 및 각 유닛 활성 제어 신호에 응답하여 그 활성을 제어하도록 구성된 유닛 활성 모듈을 포함하고; 상기 각 유닛 활성 모듈에 연동되고 상기 각 유닛 활성 제어 신호를 생성하도록 구성된 제어 모듈; 및 상기 직렬 연결된 LEE 유닛에 연동된 변환 모듈로서, 전원으로의 연결을 위해 적용되고 상기 LEE 유닛으로 구동 전류를 제공하도록 구성된 변환 모듈을 포함하는 발광 소자 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 조명 시스템에 있어서, 직렬 연결된 둘 이상의 LEE 유닛으로서, 각각은 하나 이상의 LEE 및 각 유닛 활성 제어 신호에 응답하여 그 활성을 제어하도록 구성된 유닛 활성 모듈을 포함하고; 상기 각 유닛 활성 모듈에 연동되고 상기 각 유닛 활성 제어 신호를 생성하도록 구성된 제어 모듈; 및 상기 LEE 유닛에 연동된 변환 모듈로서, 상기 변환 모듈은 전원으로의 연결을 위해 적용되고 상기 LEE 유닛에 구동 전류를 제공하도록 구성된 변환 모듈을 포함하는 조명 시스템이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 제어 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 전류 피드백 제어를 포함하는 발광 소자 제어 시스템을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 광 및 전류 피드백 제어를 포함하는 발광 소자 제어 시스템을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 전류 피드백 제어를 포함하는 발광 소자 제어 시스템을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 신호의 타이밍도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유닛 활성 제어 모듈의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유닛 활성 제어 모듈의 회로도이다.
정의
"발광 소자" (light-emitting element: LEE)라는 용어는 예컨대 전위차를 인가하거나 전류를 흘려 활성화될 때 예컨대 가시광 영역, 적외선 및/또는 자외선 영역과 같은 전자 스펙트럼 영역의 일 영역 또는 이 영역들의 조합에서 방사하는 장치를 정의하기 위해 사용된다. 따라서, 발광 소자는 단색, 의사(quasi) 단색, 다색 또는 광대역 스펙트럼 방사 특성을 가질 수 있다. 발광 소자의 예로는, 반도체, 유기, 또는 폴리머/폴리머 발광 다이오드, 광학적으로 펌핑되는 인광체 코팅 발광 다이오드, 광학적으로 펌핑되는 나노크리스탈 발광 다이오드 또는 당업자에 의해 용이하게 이해될 다른 유사 장치들이 있다. 또한, 발광 소자라는 용어는 LED 다이와 같은 방사하는 특정 장치를 정의하기 위해 사용되고, 이 특정 장치(들)이 위치하는 하우징 또는 패키지와 함께 방사하는 특정 장치의 조합을 정의하기 위해 마찬가지로 사용될 수 있다.
"동작 특성 (operational characteristic)"이라는 용어는 LEE 유닛 및/또는 그 LEE의 동작을 서술하는 특성을 정의하기 위해 사용된다. 이러한 특성은 명목상 동일한 LEE를 동작하는 때에도 일부 경우에 LEE 마다 또는 LEE 유닛 마다 서로 다를 수 있는 전기적, 열적 및/또는 광학적 특성을 포함할 수 있다. 동작 특성의 예로는 LEE 유닛 및/또는 그 하나 이상의 LEE의 스펙트럼 전력 분배, 컬러 렌더링 인덱스, 컬러 품질, 컬러 온도, 색도, 발광 효능, 동작 온도, 대역폭, 상대 출력 세기, 피크 세기, 피크 파장, 및/또는 당업자에 의해 용이하게 이해되는 다른 특성을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
"협력 관계 (co-operative relationship)"는 이 관계에 따라 동작될 때 원하 는 출력을 제공하는 LEE 유닛들 사이 및/또는 그 LEE들 사이의 관계를 정의하기 위해 사용된다. 예컨대, 협력 관계는 조합된 스펙트럼 전력 분배, 컬러 렌더링 인덱스, 컬러 품빌, 컬러 온도, 색도 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는 LEE 유닛들의 조합된 출력에 의해 제공되거나, 또는 각각이 명목상 동일한 하나 이상의 LEE 집합을 포함하는 서로 다른 LEE 유닛의 상기한 바와 같은 동작 특성에서의 가능한 변동 및/또는 차이에 상관없이 각 LEE 유닛에 대한 실질적으로 동일 또는 유사한 출력에 의해 제공된 원하는 출력에 기초하여 정의될 수 있다.
여기서 사용된 바와 같이, "약(about)"이라는 용어는 명목값에서 +/-10% 변동을 가리킨다. 이러한 변동은 특정적으로 언급되는지 여부에 상관없이 여기 제공된 어느 주어진 값에도 항상 포함됨은 물론이다.
달리 정의되지 않는다면, 여기 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속한 기술분야에서 보통 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
본 발명은 예컨대 발광 소자 (LEE) 기반 조명 시스템에서 하나 이상의 LEE 유닛의 개별적, 조합된 및/또는 상대적 출력을 제어하기 위해, 및/또는 이러한 시스템의 LEE 유닛 및/또는 그 LEE의 동작 특성에서의 변동의 영향을 경감하기 위해 사용될 수 있는 발광 소자 (LEE) 제어 시스템을 제공한다. 예를 들면, 이 제어 시스템은, 이 시스템의 LEE의 명목상 발광 특성에서의 변동의 영향을 경감하고, LEE 기반 조명 시스템의 밝기를 제어하고, LEE 기반 조명 시스템의 스펙트럼 출력 특성 (예컨대, 컬러 렌더링 인덱스, 컬러 품질, 색도, 컬러 온도, 스펙트럼 전력 분배 등)을 제어 및/또는 개선하고, LEE 기반 조명 시스템의 구동 특성 (예컨대, 소비전 력, 전원 요건, 발광 효능 등)을 제어 및/또는 개선하고, 및/또는 예시적인 실시예들의 다음 설명을 참조한 당업자에 의해 용이하게 이해되는 다른 목적을 달성하기 위해 LEE 기반 조명 시스템에서 사용될 수 있다.
특히, 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 제어 시스템은, 각각이 하나 이상의 LEE 및 각 유닛 활성 신호에 응답하여 그 활성을 제어하도록 구성된 유닛 활성 모듈을 포함하는 직렬 연결된 둘 이상의 LEE 유닛을 포함한다. 예컨대, 주어진 LEE 유닛과 연관된 활성 모듈은 일반적으로 유닛 활성 제어 신호에 응답하여 그 유닛 내 하나 이상의 LEE를 제어가능하게 활성 및/또는 비활성시키도록 구성된다.
이 시스템은 각 유닛 활성 모듈에 연동되고 예컨대 원하는 협력 출력을 제공하도록 사전결정, 테스트 및/또는 적응적으로 정의될 수 있는 각 LEE 유닛 및/또는 그 LEE들 사이의 협력 관계에 기초하여 각 유닛 활성 제어 신호를 생성하도록 구성된 제어 모듈을 더 포함한다. 이러한 관계는 예컨대 상기한 바와 같이 LEE 유닛의 조합된 출력에 의해 제공되거나 각각이 명목상 동일한 하나 이상의 LEE 집합을 포함하는 서로 다른 LEE 유닛의 동작 특성에서의 가능한 변동 및/또는 차이에 불구하고 각 LEE 유닛에 대해 실질적으로 동일하거나 유사한 출력에 의해 제공될 원하는 협력 출력에 기초할 수 있다.
일실시예에서, 제어 모듈은 유닛 활성 제어 신호를 결정하여 각 활성 모듈에 제공하도록 구성되고, 이 신호는 예컨대 각 LEE 유닛 또는 그 하나 이상의 LEE의 상대적 동작 특성에 기초한 상호의존 방식으로 결정되어, 이러한 동작 특성에서의 변동을 보상하는 수단이 제공된다. 이러한 보상은 예컨대 모든 LEE 유닛으로부터 출력된 원하는 광 레벨을 보장하기 위하여 또는 서로 다른 LEE 유닛의 상대적 기여에 따른 원하는 컬러 균형을 보장하기 위하여 제공될 수 있다.
직렬 연결에 연동된 변환 모듈은 전력원에 연결을 위해 제공되어 적용되고 LEE 유닛에 구동 전류를 제공하도록 구성된다.
도 1을 참조하고 본 발명의 일실시예에 따르면, 제어 시스템(10)은 유닛(12)과 같은 N개의 LEE 유닛을 포함하고, 각 유닛은 유닛 활성 제어 신호 (대시선)를 제공하도록 구성된 제어 모듈(16)에 연동된 활성 모듈(14)을 포함하고 각각은 유닛 활성 제어 신호에 응답하여 그 활성 및/또는 비활성을 제어하기 위하여 하나 이상의 각각의 LEE(18)에 연동된다. 이 시스템은 구동 전류를 LEE 유닛(12)에 제공하는 전원(22)에 연동되도록 적용된 변환 모듈(20)을 더 포함한다.
도 2를 참조하고 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 발광 소자 제어 시스템(110)은 유닛(112)과 같은 N개의 LEE 유닛을 포함하고, 각 유닛은 유닛 활성 제어 신호 (대시선)를 제공하도록 구성된 제어 모듈(116)에 연동된 활성 모듈(114)을 포함하고 각각은 유닛 활성 제어 신호에 응답하여 그 활성 및/또는 비활성을 제어하기 위하여 하나 이상의 각각의 LEE(118)에 연동된다. 이 시스템은 구동 전류를 LEE 유닛(112)에 제공하는 전원(122)에 연동되도록 적용된 변환 모듈(120)을 더 포함한다. 본 실시예에서, 이 시스템(110)은 직렬 연결된 LEE 유닛(112)에 공급되는 구동 전류를 제어하는 수단을 제공할 수 있는 선택적인 피드백 시스템을 더 포함한다. 예를 들면, 이 피드백 시스템은 구동 전류 감지 모듈(124), 및 예컨대 신호 컨디셔닝 메커니즘을 포함한 통합 제어 모듈(116)의 일 서브컴포넌트로서 도시된 구동 전류 제어 모듈을 포함할 수 있다. 일반적으로, 구동 전류 감지 모듈(124)은 직렬연결된 LEE 유닛(112)에 공급되는 구동 전류를 검출하여 이를 나타내는 신호 (일점쇄선)를 제어 모듈(116)의 신호 컨디셔닝 메커니즘으로 전달하도록 구성될 수 있다. 제어 모듈(116)은 따라서 구동 전류 제어 신호 (일점쇄선)를 변환 모듈(120)로 제공할 수 있고, 이에 의해 동작 중인 직렬연결된 LEE 유닛(112)으로 공급되는 구동 전류에 대한 적응적 제어가 가능하다. 별개의 구동 전류 제어 모듈이 본 발명의 일반 범위 및 성질에서 벗어남 없이 여기 도시된대로 통합 제어 모듈 대신 제공될 수 있음이 이해될 것이다.
도 3을 참조하고 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 발광 소자 제어 시스템(210)은 유닛(212)과 같은 N개의 LEE 유닛을 포함하고, 각 유닛은 유닛 활성 제어 신호 (대시선)를 제공하도록 구성된 제어 모듈(216)에 연동된 활성 모듈(214)을 포함하고 각각은 유닛 활성 제어 신호에 응답하여 그 활성 및/또는 비활성을 제어하기 위하여 하나 이상의 각각의 LEE(218)에 연동된다. 이 시스템은 구동 전류를 LEE 유닛(212)에 제공하는 전원(222)에 연동되도록 적용된 변환 모듈(220)을 더 포함한다. 본 실시예에서, 발광 소자 제어 시스템(210)은 직렬 연결된 LEE 유닛(112)에 공급되는 구동 전류 및 그 광 출력을 제어하는 수단을 제공할 수 있는 광학 피드백 시스템을 더 포함한다. 본 실시예에서, 이 피드백 시스템은 구동 전류 감지 모듈(224), 및 통합 제어 모듈(216)의 일 서브컴포넌트로서 도시된 구동 전류 제어 모듈을 포함한다. 이 피드백 시스템은 하나 이상의 LEE 유닛 또는 그 하나 이상의 LEE의 광 출력을 감지하도록 적용된 광 감지 모듈(226)을 더 포함한 다. 광 감지 모듈(226)은 통합 제어 모듈(216)의 동일 또는 별개의 서브컴포넌트로서 여기 도시된 광 출력 제어 모듈에 연동되어 감지된 광 출력을 나타내는 신호 (이점쇄선)를 여기로 전달한다. 광 출력 제어 모듈은, 감지 모듈 신호에 반응하는 활성 모듈(214)을 제어하고 이에 연동된 LEE의 광 출력을 적용하기 위한 활성 모듈(214)에 연동된다. 이런 식으로, 직렬 연결된 LEE 유닛(212)에 공급된 구동 전류 및 LEE(218)의 출력을 제어하도록 제공된 유닛 활성 제어 신호는 동작 동안에 적응적으로 수정될 수 있다. 별개의 구동 전류 제어 모듈 및/또는 광 출력 제어 모듈은 본 발명의 일반 범위 및 성질에서 벗어남 없이, 여기 도시된 대로, 통합 제어 모듈 대신 제공될 수 있음이 이해될 것이다. 또한 유사한 시스템이 광 피드백 만을 제공하도록 구성된 피드백 시스템을 포함하도록 설계될 수 있음이 이해될 것이다.
당업자에게 명백한 바와 같이, 본 발명의 일반적인 범위 및 성질에 벗어남 없이 열 및/또는 다른 이러한 동작 피드백 메커니즘과 같은 다른 피드백 메커니즘이 여기서 고려될 수 있다.
LEE 유닛
본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 제어 시스템은 일반적으로 직렬연결된 둘 이상의 LEE 유닛을 포함하고, 각각은 하나 이상의 LEE 및 각각의 유닛 활성 제어 신호에 응답하여 그 활성을 제어하도록 구성된 유닛 활성 모듈을 포함한다. 예컨대, 주어진 LEE 유닛과 연관된 활성 모듈은 유닛 활성 제어 신호에 응답하여 그 유닛에서 하나 이상의 LEE를 제어가능하게 활성 및/또는 비활성시키도록 구성된다.
일실시예에서, 활성 모듈은 서로 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있는 하나 이상의 LEE (예컨대, 도 4, 6 및 7의 유닛 활성 모듈에 의해 도시된 바와 같이)에 병렬로 전기적 연결되어 있다. 유닛 활성 모듈은 따라서 동작 상태 동안 고저항과 저저항 구성 사이에서 스위칭될 수 있고, 여기서 유닛 활성 모듈은 이 특정 LEE 유닛에서 하나 이상의 LEE를 반복적으로 비활성시키도록 사용될 수 있다. 예컨대, 특정 LEE 유닛의 비활성은 하나 이상의 LEE를 통해 흐르는 전류에 대해 저저항 경로를 제공하도록 대응하는 유닛 활성 모듈을 활성시켜 제공된다. 이런 식으로 전류는 그 대응하는 유닛 활성 모듈이 활성될 때마다 이 유닛의 하나 이상의 LEE를 바이패스하거나 분로될 것이다.
일실시예에서, LEE 유닛에서 하나 이상의 LEE는 대략 동일한 LEE들, 예컨대 대략 동일한 출력-입력 특성을 갖는 하나 이상의 청색 LEE들을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, LEE 유닛은 다양한 조합, 그룹 및/또는 클러스터에서 하나 이상의 서로 다른 종류의 LEE, 예컨대, 적색, 청색 및/또는 녹색 LEE를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 직렬 연결된 LEE 유닛에서 서로 다른 LEE 유닛은 대략 동일한 LEE 또는 서로 다른 색의 LEE를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 직렬 연결된 LEE 유닛의 각 LEE 유닛과 연관된 활성 모듈은 동일 장치 포맷으로 구성된다. 그러나, 서로 다른 활성 모듈은 직렬 연결된 LEE 유닛의 임의의 하나 이상의 LEE 유닛과 연관될 수 있다.
일실시예에서, 활성 모듈은 예컨대 바이폴라 트랜지스터 또는 MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor)와 같은 전계효과 트랜지스터 (FET)로서 구성될 수 있다. 당업자라면 LEE 유닛에서 사용될 수 있는 서로 다른 종류의 활성 모듈을 용이하게 이해할 것이다.
일부 실시예에서, 각 활성 모듈은 전계효과 트랜지스터 (FET)를 포함한다. 이러한 실시예에서, N 및 P형 FET의 조합을 선택하는 것이 이로울 수 있다. 이런 종류의 활성 모듈 선택은, P-FET이 주어진 직렬 연결의 유닛의 처음에서, 예컨대 변환기(converter) 모듈 근처에서 LEE 유닛에 대해 사용되고 N-FET이 이 직렬연결의 끝에서, 예컨대 접지 가까이에서 LEE 유닛에 대해 사용되면 필요한 게이트 구동 전자장치를 단순화시킬 수 있다. 그러나 이러한 구성은 P-FET을 활성시킬 신호 레벨의 극성이 N-FET에 대한 활성 신호의 그것과 반대일 것을 요할 것이다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 사용된 특정 활성 모듈 및 상기 활성 모듈을 활성시키기 위해 사용된 제어 신호의 전압 레벨은 예컨대 이 유닛에서의 LEE의 수에 따라 적절히 선택될 수 있다.
일실시예에서, 활성 모듈은 예컨대 펄스 폭 변조 (PWM) 또는 펄스 코드 변조 (PCM) 스위칭 신호를 제공할 수 있는 유닛 활성 제어 모듈과 같은 제어 모듈에 연동될 수 있는 제어 입력을 가질 수 있다.
일실시예에서, 활성 모듈은 원치 않는 플리커 효과, LEE에서의 열 스트레스 및 가청 노이즈를 피하거나 제한하기에 충분히 높은 주파수에서 반복적으로 LEE 유닛을 스위칭할 수 있도록 구성된다. LEE 유닛에서 사용된 LEE의 종류에 따라, 스 위칭 주파수는 예컨대 103Hz를 초과할 수 있다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 다중의 LEE, 또는 그 그룹, 스트링 및/또는 클러스터가 독립적으로 구동되고 제어되는 일반적인 시스템에서, 각 LEE 또는 그 그룹, 스트링 및/또는 클러스터는 그 자신의 변환 모듈을 필요로 하고, 따라서 다수의 컴포넌트를 필요로 하고 이와 연관된 일정량의 전력 손실을 생성한다. 그러나, 본 발명의 다양한 실시예에서, 각 LEE, 또는 그 그룹, 클러스터 및/또는 스트링은 그 자신의 유닛 활성 모듈을 포함하는 LEE 유닛의 일부로서 제공되고, 각 유닛은 직렬로 링크되어, 필요한 변환 모듈의 수, 및 따라서 연관된 전력 손실의 감소를 허용한다. 따라서, 일부 실시예에 따르면, 필요한 컴포넌트의 수 및 비용 및 이 시스템의 전체 시스템 효율은 다중의 LEE, LEE 그룹, LEE 클러스터 및/또는 LEE 스트링, 즉 다중의 LEE 유닛의 독립 제어를 허용하면서 개선될 수 있다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 앞서 설명된 바와 같이, 이 활성된 유닛의 유닛 활성 모듈에 적절한 활성 신호를 인가함으로써, 동일한 피크 전류가 직렬 연결된 유닛 내에서 활성된 LEE 유닛의 각각에서 흐르더라도, LEE를 통한 평균 전류는 서로 다른 레벨로 제어될 수 있어서, 원하는 협력 효과가 제공된다.
제어 모듈
본 시스템은 일반적으로 각 유닛 활성 모듈에 연동되고 LEE 유닛 각각의 하나 이상의 LEE 사이에서 사전 결정되고, 테스트되고 및/또는 적응적으로 정의될 수 있는 협력 관계에 기초하여 각각의 유닛 활성 제어 신호를 생성하도록 구성된 제어 모듈을 포함한다. 예컨대, 이 제어 모듈은 유닛 활성 제어 신호를 결정하여 활성 모듈 각각에 제공하도록 구성될 수 있는데, 이 신호는 예컨대 각 LEE 유닛의 상대적 동작 특성에 기초하여 상호 의존하는 방식으로 결정되어, 이에 의해 이러한 동작 특성에서의 변동을 보상하는 수단을 제공하고 및/또는 이러한 특성에 기초하여 그 출력들 사이의 원하는 균형을 구현하는 수단을 제공한다.
일실시예에서, 제어 모듈은 하나 이상의 활성 제어 신호를 생성하도록 구성되고, 특정 활성 제어 신호는 특정 LEE 유닛에서 하나 이상의 LEE의 활성을 제어하도록 사용된다.
제어 모듈은 중앙 처리 장치 (CPU)를 갖는 컴퓨팅 장치 또는 마이크로컨트롤러로서 구성될 수 있다. 이 제어 모듈은 집합적으로 여기서 메모리라고 하고 여기에 연동되는 하나 이상의 저장 매체를 갖는다. 이 제어 모듈은 이 메모리를 포함하도록 구성될 수 있다. 이 메모리는 RAM, PROM, EPROM, 및 EEPROM 등과 같은 휘발성 및 비휘발성 컴퓨터 메모리일 수 있고, 여기서 제어 모듈에 결합된 장치를 모니터하거나 제어하는 제어 프로그램 (예컨대 소프트웨어, 마이크로코드 또는 펌웨어)가 CPU에 의해 저장되고 실행된다.
일실시예에서, 이 제어 모듈은 제어 모듈에 연결된 장치를 제어하기 위해 사용자 지정 동작 조건을 제어 신호로 변환하는 수단을 제공한다. 제어 모듈은 사용자 인터페이스, 예컨대, 키보드, 터치패드, 터치 스크린, 컨솔, 시각 또는 음향 입력 장치 또는 당업자에게 잘 알려진 다른 사용자 인터페이스에 의해 사용자 지정 명령을 수신할 수 있다.
이 제어 모듈은 LEE 유닛 각각의 광속 (luminous flux) 출력에 관한 데이터를 포함하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 제어 모듈은 LEE 유닛의 광속 출력이 사전 결정될 때 제조 중에 광속 출력 데이터로 사전 로딩된다. 다른 실시예에서, 이러한 데이터는 예컨대 하나 이상의 피드백 메커니즘을 통해 동적으로 업데이트된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제어 모듈은 제조후에 이 광속 출력 데이터를 교정하도록 구성된다. 이것은 예컨대 외부 광 감지 장치를 이용하여 장치 교정에 의해 수행될 수 있거나 이 제어 모듈과 연관된 광 센서를 이용하여 수행될 수 있다. 외부 광 감지 장치 또는 광 센서는 독립적으로 LEE 유닛 각각의 출력을 검출하 이에 의해 LEE 유닛 각각에 관한 광속 출력 데이터의 결정을 위한 수단을 제공하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, LEE 유닛들 사이의 광속 출력 변동을 설명하기 위해, 제어 시스템은 최저 광속 출력을 갖는 LEE 유닛에 기초하여 활성 제어 신호를 결정할 수 있다. 제어 모듈은 최대 출력으로 최저 광속 출력을 갖는 LEE 유닛을 동작하고 그 광속 출력의 일부에서 다른 LEE 유닛을 동작하도록 구성될 수 있는데, 특정 LEE에 대한 부분은 LEE 유닛의 최저 광속 출력에 대한 문제의 LEE 유닛의 광속 출력의 비에 기초하여 결정될 수 있다. 활성 제어 신호 생성의 이 포맷은 예컨대 일련의 LEE 유닛의 광속 출력의 변동을 경감시키는 수단을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제어 모듈은 본 발명에 따른 LEE 제어 시스템을 포함하는 조명 시스템에 의한 원하는 광 출력에 기초하여 활성 제어 신호를 결정하 도록 구성될 수 있다. 각 LEE 유닛에 대한 특정 활성 제어 신호는 상호의존 방식으로 결정될 수 있고 조명 시스템으로부터 출력된 광의 필요한 컬러 및 LEE 유닛 자체의 상대적 광속 출력에 기초할 수 있다.
제어 모듈은 펄스 폭 변조 또는 펄스 코드 변조에 기초할 수 있는 활성 제어 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 활성 제어 신호의 다른 포맷은 당업자에 의해 용이하게 이해될 것이다.
선택적인 피드백 시스템을 포함하는 제어 시스템의 일실시예에 대해 아래에 설명되는 바와 같이, 제어 모듈은 예컨대 유닛 활성 제어 서브컴포넌트, 구동 전류 제어 서브컴포넌트, 광 출력 제어 서브컴포넌트 및/또는 다른 이러한 서브컴포넌트를 포함하는 단일의 통합 제어 모듈; 별개의 제어 모듈; 및/또는 그 조합을 포함할 수 있다.
변환 모듈
LEE 제어 시스템은 그 입력이 전원에 접속되도록 적용된 변환 모듈을 더 포함한다. 변환기 모듈의 출력은 임의의 출력 전압을 갖는 전력을 제공할 수 있는 직렬 연결된 LEE 유닛에 연결된 수 있다.
일실시예에서, 변환기 모듈은 AC-DC형 또는 DC-DC형 변환기를 포함할 수 있다. 변환기 모듈이 어느 하나의 유형으로 될 수 있지만, AC는 물론 DC 입력 전압으로 잘 작동할 수 있다.
일실시예에서, 변환기 모듈은 예컨대 일반적인 스위치 모드, 벅(buck), 부스트(boost), 벅-부스트, 플라이백(fly-back) 및 척(cuk) 변환기 중 하나 이상을 포 함할 수 있다. 변환기 모듈의 다른 형태, 예컨대 트랜스포머 및 정류기 조합도 당업자에 의해 용이하게 이해되는 대로 사용될 수 있다.
변환기 모듈의 선택은 예컨대 실질적으로 일정한 출력 전류를 유지하면서 부하 조건을 신속히 변경하기 위해 필요할 수 있는 출력 전압 요건에 기초할 수 있다. 예컨대, 각 유닛의 유닛 활성 모듈이 이 유닛의 LEE와 병렬로 연결되고 주어진 유닛의 비활성이 전류를 그 유닛의 LEE 주위로 분로시켜 구현되는 일실시예에서, 특정 전류에 대한 총 스트링 전압에서의 변화는 얼마나 많은 유닛이 활성/비활성되는지에 따라 명백해질 것이다. 이것은 부분적으로는 이 시나리오에서 유닛 활성 모듈이 낮은 저항을 가질 것이고 그래서 이와 연관된 이 하나 이상의 LEE가 활성될 때에 비해 활성될 때 이들에 대해 훨씬 더 낮은 전압 강하가 있을 것이라는 사실에 기인한다. 따라서, 이 변환기 모듈은 하나 이상의 유닛이 그 각각의 유닛 활성 모듈에 의해 고주파수에서 비활성화되고 있더라도 상대적으로 일정한 전류를 계속 제공하기 위하여 전압에서의 급속한 변화를 보상할 수 있어야 한다. 일반적으로, 변환기 모듈이 전압 변화에 대해 조정할 수 있는 속도는 일부 실시예에서 이 유닛이 비활성화될 수 있는 주파수를 제한한다.
일실시예에서, 전압의 큰 변화에 대해 신속히 조정하기 위한 변환기 모듈에 대한 요건은 이와 연관된 하나 이상의 LEE에 대해 전압 강하를 대략 매칭하기 위해 특정 활성 모듈에 의해 정의된 분로에서 더 큰 저항 소자를 포함함으로써 완화될 수 있다. 그러나, 이 구성은 주어진 유닛의 비활성 동안 더 많은 전력을 소비할 것이고 따라서 덜 효율적인 것으로 간주될 수 있다.
다른 실시예에서, 유닛 활성 모듈은 이것이 더 큰 저항을 갖도록 포화 모드 대신 선형 모드에서 동작될 수 있고, 이것은 다시 이 유닛에서의 전압 강하를 대략 매칭할 수 있다. 다시, 이 구성은 하나 이상의 LEE의 비활성 동안 더 많은 전력을 소비할 수 있어서, 덜 효율적인 것으로 간주될 수 있다.
다른 실시예에서, 변환기 모듈은 그 출력 전압을 신속히 조정할 수 있도록 선택되어, 이에 의해 이것이 활성 모듈이 포화로 구동될 수 있게 하면서 일정 전류를 실질적으로 유지하게 할 수 있게 되어, 각 유닛의 하나 이상의 LEE에 대해 전류를 분로할 때 실질적으로 높은 효율이 얻어진다. 예컨대, 작은 출력 용량을 갖는 히스테릭 벅 변환기가 변환 모듈로서 사용될 수 있고, 이것은 일반적으로 출력 부하 전압에서의 갑작스런 변화에 신속히 응답할 수 있고 이러한 변화 후 신속히 복구하여 엄격한 조절을 달성할 수 있다.
일실시예에서, 변환기 모듈은 피드백 시스템에 연결될 수 있는 제어 입력을 포함한다. 예컨대, 일실시예에서, 변환기 모듈은 구동 전류 제어 모듈 또는 신호 컨디셔너 (예컨대, 별개 또는 통합 제어 모듈을 통해 제공)의 출력에 연결된다. 이 구성에서, 변환기 모듈은 동작 조건하에서 그 제어 입력에서 제공된 구동 전류 신호의 세기에 따라 출력 전압을 조절할 수 있고, 이에 의해 직렬 연결된 LEE 유닛을 통해 원하는 구동 전류를 유지하는 수단을 제공한다.
선택적인 피드백 시스템
본 발명의 일실시예에서, LEE 제어 시스템은 이 시스템의 하나 이상의 동작 특성을 제어하는 수단을 제공할 수 있는 피드백 시스템을 더 포함한다.
예컨대, 일실시예에서, 피드백 시스템은 직렬 연결된 LEE 유닛 (예컨대, 도 2 내지 4, 6 및 7 참조)을 통해 비교적 일정한 구동 전류를 실질적으로 유지하도록 제공된다. 이 피드백 시스템은 LEE 직렬 연결에 연동될 수 있는 구동 전류 감지 모듈을 포함할 수 있다. 동작 조건하에서, 이 구동 전류 감지 모듈은 LEE 직렬 연결을 통해 구동 전류를 감지할 수 있고 이 전류를 나타내는 구동 전류 신호를 제공할 수 있다. 구동 전류 감지 모듈은 직렬 연결된 LEE 유닛을 통해 구동 전류의 측정치를 나타내는 구동 전류 신호를 제공하도록 구성될 수 있다.
일실시예에서, 구동 전류 감지 모듈은 예컨대 하나 이상의 LEE 유닛과 직렬 연결된 오옴 저항 (ohmic resistor) 또는 홀 프로브 (Hall probe)로서 구성된 구동 전류 센서일 수 있다. 구동 전류의 원하는 검출을 제공할 수 있는 다른 구동 전류 센서는 당업자에 의해 용이하게 이해될 것이다.
피드백 시스템은 피드백 루프의 일부로서 구성되고 구동 전류 감지 장치에 연동된 신호 컨디셔닝 메커니즘 등과 같은 구동 전류 제어 모듈을 더 포함할 수 있다. 신호 컨디셔닝 메커니즘은 구동 전류 신호를 처리하고 그 출력에서 구동 전류 제어 신호를 제공할 수 있고, 이것은 이에 의해 생성된 출력 전압을 제어하기 위해 변환기 모듈에 의해 사용될 수 있다.
일실시예에서, 신호 컨디셔닝 메커니즘은 비례(P), 적분(I) 및/또는 미분(D) 아날로그 또는 디지털 필터 소자의 조합을 포함할 수 있는 신호 컨디셔너이다. 디지털 필터링은 신호 컨디셔너로 통합될 수 있는 추가적인 아날로그-디지털 및 디지털-아날로그 변환기를 필요로 할 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 적 절한 필터 특성을 갖는 P, I 및 D 필터 소자의 다양한 조합이 피드백 루프의 역학을 크게 개선하기 위해 사용될 수 있다.
일실시예에서, 그 구성이 당업자에 의해 용이하게 이해될 신호 컨디셔너가 디지털 형태로 구현된다. 디지털 포맷 신호 컨디셔너는 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 그 입력-출력 또는 필터 특성의 설계에서의 더 큰 유연성을 제공할 수 있다.
일실시예에서, 피드백 시스템은 구동 전류가 소정의 제한 내에 유지될 수 있는 피드백 루프를 실현하도록 구성될 수 있다. 이 제한은 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 피드백 루프의 일부인 LEE 제어 시스템의 컴포넌트들의 임의의 특성에 의존할 수 있다.
이 시스템은 원하는 출력을 달성하거나 유지하기 위해 조명 시스템의 광 출력을 제어하는 광 피드백 시스템을 더 또는 대안으로 포함할 수 있다. 예컨대, 원하는 디밍(dimming) 및/또는 스펙트럼 특성은, 이러한 특성이 필요한 때 모니터되고 적용될 수 있을 때 피드백 메커니즘을 이용하여 달성되고 유지될 수 있다.
단일 또는 고정 컬러 조명기구에 적용될 수 있는 것 뿐만 아니라, 본 발명은 예컨대 컬러 변화 스트립 조명기구와 같은 가변 컬러 조명기구에서 구현될 수 있다. 전체 휘도는 직렬 연결된 LEE 유닛을 통해 전류를 제어함으로써 독립적으로 제어될 수 있음에 유의한다.
본 발명의 일실시예에서, LEE 제어 시스템은 LEE에 의해 방사된 광량을 검출하는 광 검출기를 포함할 수 있다. 이 구성은 LEE 유닛 (예컨대, 도 3 참조)의 출 력의 초기 또는 주기적 교정 또는 선택적인 광 피드백 제어를 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 광 감지 모듈은 LEE의 활성을 제어하는 네거티브 피드백의 형태로서 사용될 수 있는 통합적으로 또는 별개로 환경광을 검출하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 이런 실시예에서, 환경광 측정은 예컨대 더 높은 환경광 레벨에서 더 낮은 전체 출력 레벨이 조명 시스템으로부터 원해져서 LEE로의 활성 신호에서의 감소를 가져오도록 사용될 수 있다. 또한, 조명 시스템의 LEE가 서로 다른 컬러의 LEE를 포함하는 일실시예에서 (예컨대, 혼합 광 조명기구 시스템에서), 광 감지 모듈은 이 시스템이 예컨대 세트 세기 및 원하는 컬러 균형을 유지하기 위하여 대응하는 LEE 컬러의 출력을 줄이도록 동작할 수 있도록 환경광 파장 정보에 민감하도록 선택될 수 있다.
열 피드백 메커니즘과 같은 피드백 메커니즘 및 시스템의 다른 예는 당업자에게 분명하여야 하고 본 설명서의 일반적인 범위 및 성질로부터 벗어나지 않아야 한다.
본 발명을 특정 예를 참조하여 설명하기로 한다. 다음 예는 본 발명의 실시예를 설명하는 것이며 어느 방식으로든지 본 발명을 제한하려는 것이 아님은 물론이다.
예 1:
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 LEE 제어 시스템(310)을 포함하는 조명 시스템의 블록도이다. LEE 제어 시스템은 전원(322), DC-DC 전압 변환기(320)의 형태의 변환 모듈, 구동 전류 제어 모듈 또는 신호 컨디셔너(317), 저항(324) 및 직렬 연결된 N개의 LEE 유닛(311, 312, 313)으로서 구성된 전류 감지 모듈을 포함한다. N개의 LEE 유닛(311, 312 313) 각각은 각각의 LEE 유닛에서 하나 이상의 LEE로의 병렬 연결된 전계효과 트랜지스터로서 구성된 활성 모듈을 포함한다. 각 전계효과 트랜지스터의 게이트 전극은, 각 LEE 유닛에 스위칭 또는 활성 신호를 제공하기 위해, 본 실시예에서 구동 전류 제어 모듈(317)과 별개로서 도시된 유닛 활성 제어 모듈(316)에 연결될 수 있고, 이에 의해 각 LEE 유닛의 개별 동작 제어를 위한 수단을 제공한다. LEE 유닛(311, 312, 313)에서 전계효과 트랜지스터에 대한 게이트 전압 VG1, VG2 내지 VGN의 시간 분해 프로파일(391, 392, 및 393) 예가 도 4에 도시된다.
본 실시예에서, 신호 컨디셔너(317)는 전류 센서로서 동작하는 저항(324)에서의 전압 강하를 프로브한다. 신호 컨디셔너(317)는 일반적으로 상기한 바와 같이 DC-DC 변환기(320)에 대해 피드백 신호를 제공한다. LEE 유닛을 흐르는 전류는 LEE를 통해 또는 전계효과 트랜지스터를 통해 실질적으로 흐른다. 따라서, LEE 유닛에서의 LEE는 전계효과 트랜지스터가 높거나 낮은 드레인-소스 저항 구성을 취하도록 스위칭되는지 여부에 따라 적절한 전류로 구동되거나 턴오프될 수 있다.
동작 모드
활성 모듈, 또는 본 예에서 전계효과 트랜지스터는 다수의 서로 다른 방식으로 동작될 수 있다. 예컨대, 모든 LEE 유닛이 동일한 수의 명목상 동일한 LEE를 포함하면, 활성 모듈을 동작하는 한가지 방법은 최저량의 광을 방사하는 LEE 유닛, 본 예에서는 LEE 유닛(313)을 계속 온(on) 상태로 하고, 다른 LEE 유닛(311 및 312)은 그 전체 광 방사를 최저 레벨 밝기의 LEE 유닛(313)으로 감소시키도록 적절히 펄스된다. 이것은 LEE 제어 시스템이 예컨대 모든 LEE가 동일한 광량을 방사할 것을 요하는 조명 애플리케이션에서 사용되면 유용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, LEE 제어 시스템이 LEE 유닛 당 둘 이상의 LEE로 구현된다면, 명목상 동일한 LEE들은 이들을 밀접한 매칭 발광 특성을 갖는 동일 갯수의 LEE 그룹으로 소팅함으로써 제조 동안에 그룹되거나 추가로 비닝(binned)될 수 있다. 각 이런 그룹은 한 LEE 유닛을 구현하기 위해 사용된 LEE를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
일실시예에서, 예컨대 LEE 제어 시스템의 설치 후 교정(calibration) 프로세스는 제어 시스템을 구성하도록 도울 수 있고 그것이 동작 조건 동안 LEE 유닛에 대한 활성 제어 신호를 생성하는 방식을 적용할 수 있다. 직렬 연결된 LEE 유닛을 통한 전류는 예컨대 LEE에 의해 방출된 전체 광량을 변화시키도록 활성 모듈로부터 개별적으로 제어될 수 있다.
LEE 유닛 중 하나에서 LEE에 의해 방출된 광량은 각각의 활성 모듈을 이용하여 제어될 수 있다. 적절히 혼합되면 임의의 컬러 광은 적절한 컬러의 광을 방출하는 LEE를 포함하는 LEE 유닛을 이용하여 생성될 수 있음에 유의한다. 활성 모듈은 펄스 방식으로 제어될 수 있다. 예컨대, 이들은 PWM 또는 PCM 방식 다음에 활성 및 비활성될 수 있다. 좁은 범위 내에서 원하는 구동 전류를 야기하도록 펄스 변조 동안에 직렬 연결된 LEE 유닛에 대해 전압을 조정하는 것이 바람직할 수 있음 에 유의한다. 이것은 동작 조건하에서 변환 모듈 (예컨대, 전압 변환기(320))의 출력 전류의 안정성을 효과적으로 개선할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 전압 변환기(320)는 각 활성 모듈의 제어 입력에서 활성 제어 신호에 의해 제어되는 직렬 연결된 LEE 유닛에 대한 출력 전압을 제공하도록 요구된다.
다른 실시예에서, 변환 모듈(320)은 전류 감지 모듈(324) 또는 변환 모듈 자체에서 내부 (예컨대, 높은 쪽) 전류 센서에 의해 일련의 LEE 유닛으로 일정 전류를 제공한다. 이러한 실시예에서, 특정 LEE 유닛이 활성될 때, LEE 유닛의 전체 직렬 연결을 통해 일정 전류를 유지하기 위해, 변환 모듈은 일반적으로 이 활성 유닛에서 LEE에 의해 필요한 전압 강하와 대략 동일한 양만큼 그 출력 전압을 증가시켜서, 전원(322)으로부터 더 큰 전력을 도출할 필요가 있을 것이다. 마찬가지로, 일정한 전류를 유지하기 위해 예컨대 그 유닛에서 LEE 주위로 전류를 편향시키는 바이패스 또는 분로 스위치에 의해 특정 LEE 유닛이 비활성될 때 (예컨대 적절한 유닛 활성 모듈을 통해), 변환 모듈은 일반적으로 그 출력 전압을 감소시켜야 할 것이고, 그렇지 않으면 여분의 전압이 다른 활성 LEE 유닛들에 나타나서 그들의 전류가 일시적으로 변동되게 할 것이다. 따라서, 전압을 감소시키고 일정 전류를 유지함으로써, 더 적은 전력이 전원으로부터 도출된다.
모든 LEE 유닛이 비활성되는 경우, 변환기 모듈은 일정 전류를 계속 전달할 수 있지만, 그 출력 전압은 부득이 거의 0으로 떨어져서, 전원으로부터 도출된 전력을 역시 거의 0으로 감소시킨다. 이들에서 임의의 전압을 강하시키게 할 유일한 소자들은 각 LEE 유닛에서 활성 모듈과 전류 감지 모듈(324)에서 전류 감지 소자 (예컨대, 도 4의 저항)일 것이다.
따라서, 일실시예에서, 높은 시스템 효율을 유지하기 위해, 분로 스위치로서 여기 도시된 활성 모듈은 선택적으로 LEE 유닛이 비활성될 때 전력 도출을 최소화하기 위해 낮은 온 저항 (on-resistance)을 갖는 유형이 되도록 선택된다. 예컨대, FET 스위치가 이러한 개선을 제공하기 위해 BJT 트랜지스터 대신 선택될 수 있다. 마찬가지로, 전류 감지 모듈의 저항은 선택적으로, 제어 및 변환기 모듈로 다시 신뢰할만한 제어 신호를 제공하기 위해 충분히 정확한 전류 측정을 제공하면서 저전압 강하 및 저전력 손실을 촉진하도록 감소될 수 있다.
예 2:
도 6은 각 유닛 활성 모듈이 FET 스위치를 포함하는 시스템과 함께 사용을 위해 적절한 유닛 활성 제어 모듈의 일예를 제공한다. 본 실시예에서, 직렬 연결에서 인접한 LEE 유닛내 FET 스위치의 활성 또는 비활성을 방해할 수 있는, 한 LEE 유닛의 활성 또는 비활성이 전체 전압 레벨에서 미칠 수 있는 영향을 줄이도록, 게이트와 소스 사이에서 적절한 전압 차를 유지하도록 FET 스위치를 적절히 구동하도록 처리된다.
이 예에서, 시스템(410)은 두개의 LEE 유닛, 즉 LEE 유닛 1(412) 및 LEE 유닛 2(413)을 포함하고, 각각은 유닛(412 및 413)의 싱글 N 채널 MOSFET 스위치(414)(Q1) 및 (415)(Q2)와 같은 유닛 활성 모듈과 병렬로 LEE(418)과 같은 둘 이상의 LEE를 포함한다. DC-DC 변환기(420)는 전류 감지 모듈(424)에서의 강하 이외 에 직렬 연결에서 모든 LEE의 총 전압 강하만큼 높은 출력 전압 및 일정 전류를 제공한다.
활성 제어 모듈(416)은 일반적으로 유닛(412 및 413)에 각각 대응하는 제어 1(452) 및 제어 2(453)와 같은 논리 레벨 입력 활성 제어 신호를 수락하는 레벨 시프터(450)(U1)를 포함한다. 이 예에서, 레벨 시프터(450)의 스위치(415)로의 LO 출력은 0-10 볼트 신호를 이 스위치의 게이트로 인가할 수 있는 버퍼링된 신호 기준을 제공한다. 레벨 시프터(450)의 HO 출력은 스위치(414)의 게이트로 상승되고 버퍼링된 신호를 제공한다. 레벨 시프터(450)에서 내부 회로와 함께 커패시터 C1은 스위치(414)의 소스에 대해 상승된 기준 전압을 제공하고, 이것은 스위치(415)가 활성되는지 여부에 의해 영향받는 급격한 전압 변화를 경감하는 것에 참여한다. 저항 R1, R2, R3 및 R4와 함께 다이오드 D1 및 D2는 최적 시스템 성능을 위해 원하는 대로 게이트 신호의 상승 및/또는 하강 시간을 수정하도록 선택적으로 포함된다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 도 6에 도시된 특정 레벨 시프터(450)는 일예로서 제공된 것으로 적절한 구동 신호를 N-채널 MOSFET에 제공하도록 본 컨텍스트에서 사용될 수 있는 유사한 집적 IC 레벨 시프터, FET 드라이버 및/또는 동등한 개별 컴포넌트들의 정렬과 같은 많은 이러한 장치들 중 오직 하나만을 포함한다. 상기 및 다른 이러한 장치, 예컨대 연산 증폭기, 푸시-풀 구성에서의 BJT 등과 같은 장치의 사용은 따라서 본 설명서의 일반적인 범위 및 성질에서 벗어나지 않아야 한다.
예 3:
도 7은 각 유닛 활성 모듈이 FET 스위치를 포함하는 시스템과 함께 사용을 위해 적절한 유닛 활성 제어 모듈의 다른 예를 제공한다. 본 실시예에서, 직렬 연결에서 인접한 LEE 유닛내 FET 스위치의 활성 또는 비활성을 방해할 수 있는, 한 LEE 유닛의 활성 또는 비활성이 전체 전압 레벨에서 미칠 수 있는 영향을 줄이도록, 게이트와 소스 사이에서 적절한 전압 차를 유지하도록 FET 스위치를 적절히 구동하도록 처리된다.
이 예에서, 시스템(510)은 두개의 LEE 유닛, 즉 LEE 유닛 1(512) 및 LEE 유닛 2(513)을 포함하고, 각각은 유닛(512 및 513)의 싱글 N 채널 MOSFET 스위치(514)(Q1) 및 (515)(Q2)와 같은 유닛 활성 모듈과 병렬로 LEE(518)과 같은 둘 이상의 LEE를 포함한다. DC-DC 변환기(520)는 전류 감지 모듈(524)에서의 강하 이외에 직렬 연결에서 모든 LEE의 총 전압 강하만큼 높은 출력 전압 및 일정 전류를 제공한다.
본 예에서, 활성 제어 모듈(516)은 일반적으로 유닛(512 및 513)에 각각 대응하는 제어 1(552) 및 제어 2(553)와 같은 논리 레벨 입력 활성 제어 신호를 수락하도록 구성된 각각의 비교기(550)(U1) 및 (551)(U2)를 포함한다. 기준 전압(554)은 제어 신호가 MOSFET을 턴온하기 위해 초과하여야 하는 안정된 기준점을 보장하도록 비교기(552 및 553)의 네거티브 입력에 인가된다. 모든 적용가능한 조건에 대해 DC-DC 변환기(520)의 출력 전압보다 더 크도록 일반적으로 설정된 고전압 (V++)은 논리 레벨 입력 신호(552 및 523)에 응답하여 MOSFET(514, 515)의 게이트 에 역시 인가된다. 제너 다이오드 D1(556) 및 D2(557)는 MOSFET(514, 515)의 게이트-소스 항복전압이 초과되지 않음을 보장하기 위해 포함된다. 마지막으로, 저항 R1 및 R2는 최적 시스템 성능을 위해 필요한 대로 MOSFET(514, 515)의 스위칭 특성을 변화시키거나 게이트 구동 전류를 제한하기 위해 선택적으로 포함된다.
연산 증폭기, 푸시-풀 구성에서의 BJT 등과 같은 다른 통합 또는 개별 컴포넌트들이 MOSFET(514, 515)을 과도한 게이트-소스 전압으로부터 보호하면서 필요한 구동 신호를 생성하기 위해 다양한 조합으로 사용될 수 있고, 따라서 본 설명서의 일반적인 범위 및 성질에서 벗어나지 않아야 한다.
예 4:
예컨대 도 6 및 7의 실시예들에서 도시된 바와 같이, 둘 이상의 LEE 유닛을 포함하는 다른 실시예에 따라, P-채널 MOSFET이 제1 LEE 유닛의 N-채널 MOSFET (예컨대, 각각 도 6 및 7에서 MOSFET(414) 또는 MOSFET(514)) 대신 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 예들에서 설명된 바와 같이, 상승되거나 레벨 시프트된 게이트 구동 신호에 대한 필요성이 제거될 수 있는데, 그 이유는 그 소스가 DC-DC 변환기의 고레벨 출력 전압에 연결될 수 있어서, 이에 의해 게이트 구동 요건 및 이를 위해 사용되는 게이트 구동 회로가 크게 단순화되기 때문이다. 그러나, 이러한 실시예들은, 도 6 및 7을 참조하여 상술된 바와 같이, 게이트 구동 해결책을 이용하여, 차후의 유닛을 위해 N-채널 MOSFET의 사용을 일반적으로 필요로 할 것임이 이해될 것이다.
예 5:
둘 이상의 LEE 유닛을 포함하는 조명 시스템의 다른 예에서, 시스템의 변환 모듈에 의해 전력원으로부터 도출된 전력은 서로에 대해 유닛 활성 제어 신호를 적절히 위상 시프팅함으로써 소정의 제한 내에서 유지된다.
도 5는, 일실시예에 따라, 동기 유닛 활성 제어 신호에 대해 위상 시프트된 유닛 활성 제어 신호가 인가되면 3개의 LEE 유닛에서의 전압이 어떻게 변하는지에 대한 예를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 3개의 활성 제어 신호 VG1(631), VG2(632) 및 VG3(633)가 서로에 대해 위상 시프트되고, 인가될 때, 시간에 대한 총 부하 전압 VLEE1+VLEE2+VLEE3(639)을 생성한다. 또한 도 5에는, 동일 형태 및 동일 주기의 동기로 제공되는 유닛 활성 제어 신호가 V'G1(641), V'G2(642) 및 V'G3(643)로 도시된다. 이 동기 신호들의 인가에 대응하는 시간에 대한 총 부하 전압은 합산하면 V'LEE1+V'LEE2+V'LEE3(649)이 된다. 이 예에서 알 수 있는 바와 같이, 시간에 대한 총 부하 전압(639 및 649)은, 유닛 활성 제어 신호의 위상 시프트를 통해, 부하 전압에서의 변화 및 따라서 시간에 대한 전원으로부터 도출된 전력의 변화가 어떻게 감소될 수 있는지 예시한다. 따라서, 이러한 활성 방법은, 활성 제어 신호가 동기 보다는 서로에 대해 위상 시프트될 때 필요한 피크 전력이 더 적을 수 있으므로 더 적은 전원의 선택을 위해 제공할 수 있다. 또한, 상대적 전압 변화가 작기 때문에, 변환 모듈의 출력 요건은 급속히 변하는 부하를 고려할 때 완화되고, 이에 의해 원하는 구동 전류의 유지가 변환 모듈에 대해 더 쉬운 일이 되게 된다.
본 발명의 상기 실시예들은 예시적이며 다수의 방식으로 변경될 수 있음은 물론이다. 이러한 현재 또는 미래의 변경은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않아야 하고, 당업자에게 명백한 모든 이러한 수정은 다음의 청구범위 내에 포함되는 것이다.

Claims (24)

  1. 발광 소자 제어 시스템에 있어서,
    직렬 연결된 둘 이상의 LEE 유닛 - 각각이 하나 이상의 LEE 및 각 유닛 활성 제어 신호에 응답하여 그 활성을 제어하도록 구성된 유닛 활성 모듈을 포함함 - ;
    상기 각 유닛 활성 모듈에 연동되고 상기 각 유닛 활성 제어 신호를 생성하도록 구성된 제어 모듈; 및
    상기 직렬 연결된 LEE 유닛에 연동된 변환 모듈 - 상기 변환 모듈은 전원으로 연결되도록 적응되고 상기 LEE 유닛으로 구동 전류를 제공하도록 구성됨 -
    을 포함하는 발광 소자 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은 상기 LEE 유닛들 사이의 협력 관계 (co-operative relationship)에 기초하여 상기 각 유닛 활성 제어 신호를 생성하도록 구성된 발광 소자 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 협력 관계는 상기 LEE 유닛 각각에서 상기 하나 이상의 LEE의 하나 이상의 동작 특징에 기초한 발광 소자 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 협력 관계는 상기 제어 모듈 내에 저장된 미리 정해진 관계를 포함하는 발광 소자 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 미리 정해진 관계는 상기 하나 이상의 LEE의 하나 이상의 동작 특징에 기초한 발광 소자 제어 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 협력 관계는 상기 하나 이상의 LEE의 하나 이상의 동작 특징으로부터 평가된 적응성 관계 (adaptive relationship)를 포함하는 발광 소자 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 직렬 연결된 LEE 유닛 및 상기 제어 모듈에 연동된 구동 전류 감지 모듈을 더 포함하고, 상기 제어 모듈은 상기 변환 모듈에 연동되어 상기 구동 전류를 평가하고 제어하도록 구성된 발광 소자 제어 시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제어 모듈은 각 상기 유닛 활성 모듈에 연동된 유닛 활성 제어 모듈 및 이와 별개로 상기 구동 전류 감지 모듈과 상기 변환 모듈 사이에 연동된 구동 전류 제어 모듈을 포함하는 발광 소자 제어 시스템.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 구동 전류 감지 모듈은 오옴 저항 (ohmic resistor) 및 홀 프로브 (Hall probe) 중 하나 이상을 포함하는 발광 소자 제어 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈에 연동되고 상기 하나 이상의 LEE 중 하나 이상의 광 출력을 감지하도록 구성된 광 출력 감지 모듈 (optical output sensing module)을 더 포함하고, 상기 제어 모듈은 상기 광 출력을 평가하고 제어하도록 구성된 발광 소자 제어 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 LEE 유닛 중 하나 이상은 직렬 연결된 둘 이상의 LEE를 포함하는 발광 소자 제어 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 LEE 유닛 중 하나 이상은 병렬 연결된 둘 이상의 LEE를 포함하는 발광 소자 제어 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 LEE 유닛 중 하나 이상에 대해, 상기 유닛 활성 모듈은 이와 연관된 상기 하나 이상의 LEE와 병렬 연결된 발광 소자 제어 시스템.
  14. 제8항에 있어서,
    하나 이상의 상기 유닛 활성 모듈은 트랜지스터를 포함하는 발광 소자 제어 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 트랜지스터는 전계효과 트랜지스터 (FET)인 발광 소자 제어 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 각 유닛 활성 제어 신호는 PWM 신호 또는 PCM 신호를 포함하는 발광 소자 제어 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 각 유닛 활성 제어 신호는 서로에 대해 위상 시프트되는 발광 소자 제어 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 LEE 유닛 중 주어진 하나의 상기 하나 이상의 LEE는 상기 LEE 유닛 중 다른 것의 상기 하나 이상의 LEE와 명목상 동일한 하나 이상의 LEE를 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 명목상 동일한 하나 이상의 LEE에서 동작 특징 변동을 경감하도록 구성되는 발광 소자 제어 시스템.
  19. 조명 시스템에 있어서,
    직렬 연결된 둘 이상의 LEE 유닛 - 상기 LEE 유닛 각각은 하나 이상의 LEE 및 각 유닛 활성 제어 신호에 응답하여 그 활성을 제어하도록 구성된 유닛 활성 모듈을 포함함 - ;
    상기 각 유닛 활성 모듈에 연동되고 상기 각 유닛 활성 제어 신호를 생성하도록 구성된 제어 모듈; 및
    상기 LEE 유닛에 연동된 변환 모듈로서, 상기 변환 모듈은 전원으로 연결되도록 적응되고 상기 LEE 유닛에 구동 전류를 제공하도록 구성된 변환 모듈
    을 포함하는 조명 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어 모듈은 상기 LEE 유닛들 사이의 협력 관계에 기초하여 상기 각 유닛 활성 제어 신호를 생성하도록 구성된 조명 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 협력 관계는 상기 각 LEE 유닛에서 상기 하나 이상의 LEE의 하나 이상의 동작 특징에 기초한 조명 시스템.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 협력 관계는 상기 제어 모듈 내에 저장된 미리 정해진 관계를 포함하는 조명 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 미리 정해진 관계는 상기 하나 이상의 LEE의 하나 이상의 동작 특징에 기초한 조명 시스템.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 협력 관계는 상기 하나 이상의 LEE의 하나 이상의 동작 특징으로부터 평가된 적응성 관계를 포함하는 조명 시스템.
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