KR101337149B1 - 멀티 스텝 시리즈 제너 다이오드 회로의 출력전압 분할 및 역방향전류를 이용한 조명장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멀티 스텝 시리즈 제너 다이오드 회로를 이용한 조명장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 일례와 관련된 조명장치는, 전원공급부, 상기 전원공급부로부터 전류를 공급받아 발광하는 복수의 조명부, 상기 복수의 조명부 각각에 병렬로 연결된 복수의 제너 다이오드(zener diode)와 상기 전원공급부, 복수의 조명부 및 복수의 제너 다이오드의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 복수의 조명부 각각은 직렬로 연결되고, 상기 복수의 조명부 중 적어도 일부인 제 1 조명부와 관련된 제 1 조건이 만족되는 경우, 상기 제어부는 상기 전원공급부를 통해 상기 제 1 조명부에 공급되는 전류가 상기 제 1 조명부와 연결된 제너 다이오드를 통해 흐르도록 할 수 있다. 상기 제 1 조건은 상기 제 1 조명부가 개방(open)되는 조건 및 상기 제 1 조명부에 기 설정된 수치 이상의 전압이 걸리는 조건을 포함한다. 여기서 상기 제 1 조건은 상기 제 1 조명부가 개방(open)되는 조건 및 상기 제 1 조명부에 기 설정된 수치 이상의 전압이 걸리는 조건을 포함할 수 있다.

Description

멀티 스텝 시리즈 제너 다이오드 회로의 출력전압 분할 및 역방향전류를 이용한 조명장치 및 그 제어방법{LIGHTING APPARATUS USING OUTPUT VOLTAGE DIVISION AND REVERSE CURRENT OF MULTI STEP SERIES ZENER DIODE CIRCUIT AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}
본 발명은 복수의 제너 다이오드를 선택적으로 작동하게 하여 이와 접속된 복수의 조명부를 보호하고 신뢰도를 높이도록 하는 조명장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
발광소자란 발광재료를 사용하여 전기를 빛으로 변환하는 소자를 일컫는다. 최근 옥내외 조명, 전광판, 자동차, 가로등, 신호등 등 다양한 분야에서 발광소자의 활용이 증대되고 있으며, 안정적인 시스템 운용을 위해 전기적 충격에 대한 보호의 요구가 가중되고 있다.
특히, 현저한 온도차이 및 실외의 고온이나 고전압이 유도되는 열악한 환경에서 보다 더 좋은 수명과 신뢰성을 확보하려는 요구가 매우 크다.
종래의 각종 정전기 보호용 소자들 중에서도 제너 다이오드(zener diode)가 동작속도, 동작전압, 신뢰성, 생산단가 측면에서 유리하며 널리 이용되고 있다.
발광소자의 일례로 발광다이오드(Light Emitting Diodes, LED)의 경우, 병렬로 배접(back-to-back) 연결된 제너 다이오드에 의해 정전기 방전(electrostatic discharge)이나 다른 높은 과도전압 신호로부터 발광다이오드를 보호하는 것이 일반적이다.
발광다이오드에 걸린 역전압(reverse voltage)이 제너 항복전압(zener breakdown voltage)보다 높은 경우, 전류는 제너 다이오드를 통해 전원 공급장치로 션트(shunt)되고 발광다이오드는 보호된다.
이러한 보호 회로를 과도 전압 억제 장치(transient voltage suppressor)라 부른다.
또한, 발광다이오드들을 직렬로 상호연결하여 각각의 발광다이오드가 순방향 전압(forward voltage)을 강하시키고 발광다이오드들이 동일한 전류에서 동작하도록 하는 방식이 일반적이다.
높은 전압과 낮은 전류를 생성하는 것이 높은 전류와 낮은 전압을 생성하는 것보다 더 효율적이다.
이러한 직렬 연결은 조명이나 배면광(backlight) 등 높은 휘도를 요구하는 응용에 흔히 사용된다.
한편, 발광소자는 정전기나 서지 등에 취약할 수 있으며, 이로 인해 직렬로 접속된 발광소자 중 어느 하나가 개방(open)되거나 높은 전압이 걸리는 등 장애가 발생할 경우 정상 작동 중인 다른 발광소자에도 영향을 미치게 되어 전체 시스템에 차질을 가져오는 문제점이 있었다.
또한, 직렬 접속된 발광소자 중 어느 하나가 단락(short)되는 경우 과전류로 인한 발광소자 파손의 문제점이 있으므로, 이에 대한 해결 방안이 요구되는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수의 제너 다이오드를 선택적으로 작동하게 하여 이와 접속된 복수의 조명부를 보호하고 신뢰도를 높이도록 하는 조명장치 및 그 제어방법을 사용자에게 제공하는 데 그 목적이 있다.
구체적으로, 본 발명은 조명부가 정상적으로 작동하고 있는 경우 이와 병렬로 접속된 제너 다이오드는 작동하지 않으나, 적어도 어느 하나의 조명부가 개방(open)되거나 전압이 상승하는 경우 병렬 접속된 제너 다이오드가 작동하여 전체 조명부가 불능이 되는 것을 방지한다. 나아가, 본 발명은 적어도 어느 하나의 조명부가 단락(short)되는 경우, 전체 조명부 임피던스의 강하로 인한 과전류에 의해 조명부가 파손되는 것을 방지하고자 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일례와 관련된 조명장치는, 전원공급부, 상기 전원공급부로부터 전류를 공급받아 발광하는 복수의 조명부, 상기 복수의 조명부 각각에 병렬로 연결된 복수의 제너 다이오드(zener diode)와 상기 전원공급부, 복수의 조명부 및 복수의 제너 다이오드의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 복수의 조명부 각각은 직렬로 연결되고, 상기 복수의 조명부 중 적어도 일부인 제 1 조명부와 관련된 제 1 조건이 만족되는 경우, 상기 제어부는 상기 전원공급부를 통해 상기 제 1 조명부에 공급되는 전류가 상기 제 1 조명부와 연결된 제너 다이오드를 통해 흐르도록 할 수 있다. 여기서 상기 제 1 조건은 상기 제 1 조명부가 개방(open)되는 조건 및 상기 제 1 조명부에 기 설정된 수치 이상의 전압이 걸리는 조건을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 조건이 만족되지 않는 경우, 상기 제어부는 상기 제 1 조명부에 공급되는 전류가 상기 제 1 조명부를 통해서만 흐르도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 복수의 조명부와 직렬로 연결되고, 상기 전원공급부로부터 전류를 공급받아 상기 복수의 조명부에 기 설정된 범위의 전류가 공급되도록 하는 정전류회로를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전원공급부로부터 상기 복수의 조명부로 전류를 공급하고, 상기 복수의 조명부의 온도가 상승하였을 때 전류량을 조절하여 온도 제어를 수행하는 컨버터(convertor)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 조명부는 발광다이오드(Light Emitting Diodes, LED), 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 제너 다이오드 각각의 부하용량은 연결된 각각의 조명부의 부하용량의 30% 이상일 수 있다.
한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일례와 관련된 조명장치의 제어방법은, 복수의 조명부가 전류를 공급받아 발광하는 제 1 단계, 상기 복수의 조명부 중 적어도 일부인 제 1 조명부와 관련된 제 1 조건이 만족되는 제 2 단계와 상기 제 1 조명부에 공급되는 전류가 상기 제 1 조명부와 연결된 제너 다이오드(zener diode)를 통해 흐르는 제 3 단계를 포함하되, 상기 복수의 조명부 각각은 직렬로 연결되고, 상기 제너 다이오드는 상기 복수의 조명부 각각에 병렬로 연결될 수 있다. 여기서 상기 제 1 조건은 상기 제 1 조명부가 개방(open)되는 조건 및 상기 제 1 조명부에 기 설정된 수치 이상의 전압이 걸리는 조건을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1단계에서 상기 공급받는 전류는 복수의 조명부로만 흐를 수 있다.
본 발명은 복수의 제너 다이오드를 선택적으로 작동하게 하여 이와 접속된 복수의 조명부를 보호하고 신뢰도를 높이도록 하는 조명장치 및 그 제어방법을 사용자에게 제공할 수 있다.
구체적으로, 본 발명은 조명부가 정상적으로 작동하고 있는 경우 이와 병렬로 접속된 제너 다이오드는 작동하지 않으나, 적어도 어느 하나의 조명부가 개방(open)되거나 전압이 상승하는 경우 병렬 접속된 제너 다이오드가 작동하여 전체 조명부가 불능이 되는 것을 방지한다. 나아가, 본 발명은 적어도 어느 하나의 조명부가 단락(short)되는 경우, 전체 조명부 임피던스의 강하로 인한 과전류에 의해 조명부가 파손되는 것을 방지하고자 한다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 조명장치의 기본 블록 구성도의 일례를 나타낸 것이다
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 조명장치에 부가적인 기능을 추가하여 다양한 기능을 수행할 수 있는 조명장치의 상세한 블록 구성도의 일례를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명과 관련하여, 복수의 제너 다이오드에 각각 병렬로 연결된 복수의 조명부가 직렬로 연결된 모습을 개략적으로 나타낸 것이고, 복수의 조명부의 한 실시예로써 발광다이오드(Light Emitting Diodes, LED)를 도시하였다.
도 4는 본 발명과 관련하여, 일반적인 정전류회로의 구성예를 나타낸 회로도이다.
도 5는 본 발명과 관련하여, 복수의 조명부 각각의 상태에 따른 병렬 연결된 제너 다이오드의 작동 여부를 제어하는 방법에 대한 순서도이다.
도 6은 본 발명과 관련하여, 조명부의 온도 제어를 수행하는 컨버터(convertor)의 작동 방법에 대한 순서도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명과 관련하여, 복수의 조명부 중 어느 하나가 개방(open)되었을 때 전류 흐름에 대한 실시예를 도시한 것이며, 복수의 조명부의 한 실시예로써 발광다이오드를 도시하였다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명과 관련하여, 복수의 조명부 중 어느 하나가 단락(short)되었을 때 전류 흐름에 대한 실시예를 도시한 것이며, 복수의 조명부의 한 실시예로써 발광다이오드를 도시하였다.
도 9는 본 발명과 관련하여, 복수의 조명부 및 복수의 제너 다이오드에 서로 다른 전압이 걸리는 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 10a 및 도10b는 본 발명과 관련하여, 사용자의 선택에 따라 복수의 조명부 및 복수의 제너 다이오드 중 일부에 선택적으로 전류가 흐르도록 하는 일례를 도시한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일 실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.
일반적으로 복수의 발광소자를 직렬로 연결하여 높은 전압과 낮은 전류를 생성하는 것이 효율성 측면에서 유리할 수 있다. 하지만 발광소자는 정전기나 서지 등에 취약할 수 있으며, 이로 인해 직렬로 연결된 발광소자 중 어느 하나가 개방되거나 높은 전압이 걸리는 등 장애가 발생할 경우 정상 작동 중인 다른 발광소자에도 영향을 미치게 되어 전체 시스템에 차질을 가져오는 문제점이 있다. 또한, 직렬 연결된 발광소자 중 어느 하나가 단락되는 경우 과전류로 인한 발광소자의 파손이 문제되었다.
종래 전기적 충격 등으로부터 발광소자를 보호하기 위한 수단으로 제너 다이오드가 널리 사용되어 왔으며, 다만 본 발명에서는 제너 다이오드의 용도가 기존의 방식과 다르다. 즉, 발광소자가 정상적으로 작동할 때에는 제너 다이오드가 작동하지 않으나, 발광소자가 개방되거나 높은 전압이 걸릴 때에는 선택적으로 작동하게 된다.
이를 통해 직렬 연결된 발광소자의 신뢰도를 높이는 동시에 발광소자의 보호를 도모하여 보다 안정적인 조명장치를 구현할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 조명장치를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 조명장치의 기본 블록 구성도의 일례를 나타낸 것이다.
상기 조명장치(100)는 전원공급부(200), 제어부(300), 출력부(400), 정전류회로(500), 컨버터(600) 등을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 조명장치가 구현될 수도 있다.
이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.
먼저, 전원공급부(200)는 제어부(300)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
다음으로, 제어부(300)는 통상적으로 조명장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어 조명부(410)나 제너 다이오드 모듈(420)로 공급되는 전류의 제어 및 처리를 수행하며, 정전류회로(500)와 컨버터(600) 등의 작동을 관리한다.
상기 제어부(300)는 조명부(410)의 전압 상태와 온도 등을 점검하며, 조명부의 상태에 따라 제너 다이오드 모듈(420), 정전류회로(500) 및 컨버터(600)의 작동 여부를 제어할 수 있다.
출력부(400)는 시각적 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 조명부(410) 및 제너 다이오드 모듈(420) 등이 포함될 수 있다.
조명부(410)는 전원공급부(200)로부터 공급받은 전기적 신호를 이용하여 광학적 출력을 발생시킬 수 있는 발광소자이다.
조명부는 발광다이오드(Light Emitting Diodes, LED), 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제너 다이오드 모듈(420)은 조명부(410)와 병렬 접속되며, 제어부(300)의 명령에 따라 전류가 소통되도록 조절된다.
구체적으로, 제어부(300)에서는 조명부(410)의 전압 상태에 대한 점검을 수행하며, 조명부(410)가 개방(open)되거나 조명부(410)에 기 설정된 수치 이상의 전압이 걸리게 되는 경우 제너 다이오드 모듈(420)이 활성화되어 전류가 제너 다이오드 모듈(420)로 소통된다.
한편, 일반적인 동작에서는 전류가 조명부(410)로만 흐를 수 있도록 제너 다이오드 모듈(420)의 임피던스는 조명부(410)의 임피던스 보다 높게 유지되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 제너 다이오드 모듈(420)의 임피던스가 조명부(410)의 임피던스 보다 10% 이상 높도록 설계될 수 있다.
또한, 전술한 내용은 제너 다이오드 모듈(420)의 총 임피던스와 조명부(410)의 총 임피던스의 관계에서 적용될 수도 있고, 각각의 제너 다이오드 모듈(420)의 임피던스와 연결된 조명부(410)의 임피던스와의 관계에서 적용될 수도 있다.
정전류회로(500)는 과전류로 인한 조명부(410)의 파손을 방지하기 위한 회로로써 조명부(410)로 흐르는 전류를 일정하게 제어하기 위한 회로이다.
컨버터(600)는 조명부(410)의 온도가 기준치 이상으로 상승할 경우 이를 감지하고 조명부(410)로 흐르는 전류의 양을 줄여 조명부(410)의 온도를 기준치 아래로 내린다. 일반적으로 발광소자는 온도에 민감한 영향을 받으며, 고온의 환경 아래서 장시간 동작할 경우 발광소자의 수명이 단축되는 결과가 초래된다.
따라서 컨버터(600)를 사용하여 조명부(410)의 과열을 방지한다면 조명부(410)를 더욱 오랜 기간 사용할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 조명장치에 부가적인 기능을 추가하여 다양한 기능을 수행할 수 있는 조명장치의 상세한 블록 구성도의 일례를 나타낸 것이다.
출력부(400)는 시각, 청각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 조명부(410) 및 제너 다이오드 모듈(420)에 더하여 음향 출력 모듈(430), 알람부(440), 디스플레이부(450) 등이 더 포함될 수 있다.
음향 출력 모듈(430)은 조명장치(100)에서 수행되는 기능과 관련된 음향 신호를 출력한다. 이러한 음향 출력 모듈(430)에는 리시버(receiver), 스피커(speaker), 버저(buzzer) 등이 포함될 수 있다.
알람부(440)는 조명장치(100)의 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다. 알람부(440)는 비디오 신호나 오디오 신호 이외에 다른 형태, 예를 들어 진동으로 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력할 수도 있다. 상기 비디오 신호나 오디오 신호는 디스플레이부(450)나 음향 출력 모듈(430)을 통해서도 출력될 수 있으므로, 이 경우 상기 디스플레이부(450) 및 음향 출력 모듈(430)은 알람부(440)의 일종으로 분류될 수도 있다.
디스플레이부(450)는 조명장치(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 조명장치(100)가 작동 중인 경우 이와 관련된 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시한다.
디스플레이부(450)는 발광다이오드(Light Emitting Diodes, LED), 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
메모리(700)는 제어부(300)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수 있고, 입/출력되는 데이터들의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다. 상기 메모리(700)에는 상기 데이터들 각각에 대한 사용 빈도도 함께 저장될 수 있다.
상기와 같은 메모리(700)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
인터페이스부(800)는 조명장치(100)에 연결되는 모든 외부기기와의 통로 역할을 한다. 인터페이스부(800)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나, 전원을 공급받아 조명장치(100) 내부의 각 구성 요소에 전달하거나 조명장치(100) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다. 예를 들어, 유/무선 헤드셋 포트, 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(memory card) 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O(Input/Output) 포트, 이어폰 포트 등이 인터페이스부(800)에 포함될 수 있다.
사용자 입력부(900)는 사용자가 조명장치의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킨다. 사용자 입력부(900)는 방향키, 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.
A/V(Audio/Video) 입력부(1000)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 것으로, 이에는 카메라(1010)와 마이크(1020) 등이 포함될 수 있다.
무선통신부(1100)는 조명장치(100)와 무선 통신 시스템 사이 또는 조명장치(100)와 조명장치(100)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선통신부(1100)는 이동통신 모듈(1110), 근거리 통신 모듈(1120), 위치 정보 모듈(1130), 무선 인터넷 모듈(1140) 등을 포함할 수 있다.
이동통신 모듈(1110)은 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 상기 무선 신호는 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호, 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
근거리 통신 모듈(1120)은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다. 상기 근거리 통신(short range communication)의 기술로는 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등이 이용될 수 있다.
위치 정보 모듈(1130)은 조명장치(100)의 위치를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Position System) 모듈이 있다. 현재 기술에 의하면, 상기 GPS모듈(1130)은 3개 이상의 위성으로부터 떨어진 거리 정보와 정확한 시간 정보를 산출한 다음 상기 산출된 정보에 삼각법을 적용함으로써, 위도, 경도, 및 고도에 따른 3차원의 현 위치 정보를 정확히 산출할 수 있다. 현재, 3개의 위성을 이용하여 위치 및 시간 정보를 산출하고, 또 다른 1개의 위성을 이용하여 상기 산출된 위치 및 시간 정보의 오차를 수정하는 방법이 널리 사용되고 있다. 또한, GPS 모듈(1130)은 현 위치를 실시간으로 계속 산출함으로써 속도 정보를 산출할 수 있다.
무선 인터넷 모듈(1140)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 조명장치(100)에 내장되거나 외장될 수 있다.
여기에 설명되는 다양한 실시예는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.
하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시예는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시예들이 제어부(300) 자체로 구현될 수 있다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰인 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리(700)에 저장되고, 제어부(300)에 의해 실행될 수 있다.
도 3은 본 발명과 관련하여, 복수의 제너 다이오드(420)에 각각 병렬로 연결된 복수의 조명부(410)가 직렬로 연결된 모습을 개략적으로 나타낸 것이고, 복수의 조명부(410)의 한 실시예로써 발광다이오드(411)를 도시하였다.
도 3을 참조하면, 각 제너 다이오드(421)와 병렬로 접속된 발광다이오드(411)는 서로 역방향으로 결선되어 있다.
이에 따라 발광다이오드에 걸린 역전압(reverse voltage)이 제너 항복전압(zener breakdown voltage) 보다 높은 경우, 전류는 제너 다이오드를 통해 흐르게 되어 발광다이오드는 보호될 수 있다.
전류를 공급하는 전원공급부(200)와 출력부(400)인 발광다이오드 중간에 온도제어로 과열을 방지하는 컨버터(600)와 과전류를 방지하는 정전류회로(500)가 더 포함되어 조명장치를 작동시킬 수도 있다.
또한, 도 4는 본 발명과 관련하여, 일반적인 정전류회(1200)로의 구성 예를 나타낸 회로도를 나타낸다. 다만, 본 발명의 내용은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4를 참조하면, 정전류회로(1200)는 기준정전압원(1220)으로부터 발생되는 기준전압(예컨대, 1.24V)을 입력받는 버퍼앰프(1230)와 이 버퍼앰프(1230)로부터 입력되는 기준전압에서 얻어지는 기준정전류의 소정 배(예컨대, 16배)의 정전류를 부하(1280)로 출력하는 정전류 출력회로(1270)로 구성되고, 전원용 전압원(1210)으로부터 전원전압이 공급된다.
여기서, 버퍼앰프(1230)는 바이폴라트랜지스터(Q7, Q8, Q9, Q10, Q11)로 이루어지는 차동회로(1250)와 이 차동회로(1250)의 트랜지스터(Q7, Q8)의 공통에미터와 그라운드(gnd)간에 삽입되는 정전류원(1240)으로 구성되어 있다.
정전류원(1240)은 트랜지스터(Q1∼Q6)와 저항(R1∼R6)으로 이루어지고, 트랜지스터(Q7, Q8)의 공통에미터와 그라운드 간에서 정전류를 흘리고 있다. 저항(R9)은 버퍼앰프(1230)의 입력저항, 저항(R10)은 버퍼앰프(1230)의 출력저항, 콘덴서(C1)는 발진정지 콘덴서이다.
정전류 출력회로(1270)는 기준으로 되는 트랜지스터(Q44)와 이 트랜지스터(Q44)에 베이스전류를 흘리는 캐스코드접속된 MOS트랜지스터(M1, M34), 버퍼앰프(1230)로부터 입력되는 기준정전압을 기준정전류로 변환시키는 외부부착 저항(REXT), MOS트랜지스터(M1,M34)와 1 대 1의 전류미러회로를 형성하는 MOS트랜지스터(M2, M35), 동 MOS트랜지스터(M1, M34)와 1 대 1의 전류미러회로를 형성하는 MOS트랜지스터(M3,M36), 출력용 트랜지스터(Q01)에 베이스전류를 공급하는 전류미러회로를 형성하는 트랜지스터(Q12, Q13), 소정의 정전류를 출력하는 트랜지스터(Q01) 및 트랜지스터(Q01)로부터 출력되는 소정의 정전류를 스위칭하기 위한 스위치회로를 형성하는 MOS트랜지스터(M115,M131)를 갖추고 있다.
한편, 도 5는 본 발명과 관련하여, 복수의 조명부 각각의 상태에 따른 병렬 연결된 제너 다이오드의 작동 여부를 제어하는 방법에 대한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 먼저, 전원공급부로부터 직렬 접속된 복수의 조명부로 전류가 공급되며(S100), 이에 의해 조명부가 작동하게 된다(S200). 조명부가 정상적으로 작동할 때에는 제너 다이오드는 작동하지 않으며, 전원공급부로부터 공급된 전류는 조명부를 통해 흐르게 된다.
만약 복수의 조명부 중 일부가 개방(open)되는 경우(S300), 이와 병렬로 접속된 제너 다이오드가 작동을 하게 된다(S500).
따라서 어느 한 조명부에 장애가 생기더라도 직렬 접속된 전 조명부의 작동이 중지되는 것을 방지할 수 있다.
만약 복수의 조명부 중 일부에 기 설정된 수치 이상의 전압이 걸리게 되면(S400), 이와 병렬로 접속된 제너 다이오드가 작동을 하게 되며(S500), 제너 다이오드는 voltage regulator로서의 기능을 가지므로 조명부의 전압이 정격전압으로 보정이 된다.
만약 복수의 조명부 중 일부가 단락이 되게 되면(S600), 직렬 접속된 복수의 조명부의 전체 임피던스가 감소하게 되고, 이에 따라 과전류가 복수의 조명부에 흐르게 되어 조명부의 파손을 야기할 수 있다. 이러한 조명부의 파손을 방지하고자 직렬 접속된 조명부에 연결된 정전류회로가 작동하게 된다(S700).
도 6은 본 발명과 관련하여, 조명부의 온도 제어를 수행하는 컨버터(convertor)의 작동 방법에 대한 순서도이다.
조명부의 수명은 일반적으로 온도에 민감한 영향을 받으며, 고온의 환경 아래서 장시간 동작할 경우 발광소자의 수명이 단축되는 결과가 초래된다.
따라서 조명부의 과열을 방지하고자 조명부의 온도가 기 설정된 수치의 온도를 넘어설 경우 조명부로 흐르는 전류량을 조절하여 조명부의 온도를 제어하는 기능을 수행하는 컨버터(convertor)를 더 포함하여 조명장치를 작동시킬 수 있다.
먼저, 조명장치의 작동 중 조명부의 온도를 측정하는 단계가 진행된다(S800). 측정된 조명부의 온도가 기 설정된 수치의 온도를 넘어설 경우(S900), 조명부로 흐르는 전류량을 감소시킨다(S1000). 다시 조명부의 온도를 측정하는 단계를 진행하며(S800), 조명부의 온도가 기 설정된 수치의 온도를 여전히 넘어선다면(S900), 다시 조명부로 흐르는 전류량을 감소시키며(S1000), 만약 조명부의 온도가 기 설정된 수치의 온도 아래로 내려간다면, 다시 조명부의 온도가 기 설정된 수치의 온도 이상으로 올라갈 때까지 조명부로 정상적인 전류량을 흘려주게 된다.
또한, 도 7a 내지 도 7c는 본 발명과 관련하여, 복수의 조명부(410) 중 어느 하나가 개방(open)되었을 때 병렬 접속된 제너 다이오드(420)와 관련하여 전류 흐름의 진행에 대한 실시예를 도시한 것이며, 복수의 조명부(410)의 한 실시예로써 발광다이오드(411)를 도시하였다.
먼저, 도 7a는 발광다이오드(411)가 정상적으로 작동하고 있을 때의 실시예를 나타낸다. 전원공급부(200)로부터 공급된 전류는 도 7a의 화살표 방향으로 나타낸 것과 같이 직렬 연결된 발광다이오드(411)를 통해 흐르게 되며, 복수의 발광다이오드와 병렬로 접속되어 있는 제너 다이오드로는 전류가 흐르지 않는다.
도 7b는 복수의 발광다이오드 중 일부에 장애가 발생하여 개방되었을 경우의 회로를 나타낸다. 도 7b에서는 LED3, LED5가 개방되었을 경우를 도시하였다.
도 7c는 복수의 발광다이오드 중 일부가 개방되었을 때의 전류 흐름에 대한 실시예를 나타낸다. 도 7c에서는 LED3, LED5가 개방되었을 경우를 도시하였다.
만약 제너 다이오드가 발광다이오드와 병렬로 접속되어 있지 않다면, 발광다이오드의 전체 임피던스(ZL .E.D. total)는 다음의 수학식 1에 표시된 것과 같이 각 발광다이오드의 임피던스 값의 합으로 나타낼 수 있다.
Figure 112013001954928-pat00001
여기서 LED3, LED5가 개방되는 경우, 개방된 발광다이오드의 임피던스 부분은 무한대 값이 되며, 따라서 발광다이오드 전체 임피던스는 무한대 값이 된다. 복수의 발광다이오드 중 일부만 개방되더라도 임피던스가 무한대이므로 전류가 흐르지 못하게 되며, 일부 발광다이오드의 장애로 인해 전체 발광다이오드를 작동시킬 수 없는 문제점이 발생한 것이다.
하지만, 제너 다이오드가 발광다이오드와 병렬로 연결되어 있는 경우, 일부 발광다이오드가 개방되어도 분압전력 공급선이 있어 전류가 흐를 수 있으므로 전체 발광다이오드가 불능되는 문제를 방지할 수 있다.
구체적으로, LED3, LED5가 개방(open)되었을 경우, 도 7c에 도시한 것과 같이 전류는 LED1, LED2를 지나 LED3과 병렬 연결된 제너 다이오드 ZD3으로 분기하며, LED4를 지나 LED5과 병렬 연결된 제너 다이오드 ZD5로 분기하며, 다시 LED6, LED7, LED8을 통해 흐르게 된다. 이와 같이 발광소자가 직렬로 연결되어 있더라도 일부 발광소자의 장애로 전체 전류가 끊어지지 않게 제어를 할 수 있다.
또한, 도 8a 내지 도 8b는 본 발명과 관련하여, 복수의 조명부 중 어느 하나가 단락되었을 때 병렬 접속된 제너 다이오드와 관련하여 전류 흐름의 진행에 대한 실시예를 도시한 것이며, 복수의 조명부의 한 실시예로써 발광다이오드(Light Emitting Diodes, LED)를 도시하였다.
먼저, 도 8a는 발광다이오드가 정상적으로 작동하고 있을 때의 실시예를 나타낸다. 전원공급부(200)로부터 공급된 전류는 도 7a의 화살표 방향으로 나타낸 것과 같이 직렬 연결된 발광다이오드(411)를 통해 흐르게 되며, 복수의 발광다이오드와 병렬로 접속되어 있는 제너 다이오드로는 전류가 흐르지 않는다.
도 8b는 복수의 발광다이오드 중 일부에 장애가 발생하여 단락되었을 경우의 회로를 나타낸다. 도 8b에서는 LED2, LED6가 단락되었을 경우를 도시하였다.
LED2와 LED6이 단락되는 경우, 해당 발광다이오드의 임피던스 값은 0이 된다. 즉, ZL .E. D2=0, ZL .E. D6=0 이 된다. 만약, 각 발광다이오드의 임피던스 값이 ZL .E.D로 모두 동일하다고 가정하면, 전체 임피던스 값인 ZL .E.D. total이 8×ZL .E.D에서 6×ZL .E.D로 감소하게 되며, 동일 전압(V) 하에서 임피던스가 감소하므로 다음 수학식 2에서 나타낸 것과 같이 전류(I)가 증가하게 된다.
Figure 112013001954928-pat00002
이는 과전류로 이어져 발광다이오드의 파손을 일으킬 수 있다. 이에 따라 발광다이오드의 단락에 대비한 정전류회로가 필요하다.
한편, 조명부와 병렬로 접속되는 제너 다이오드의 선정은 조명장치의 효율적인 작동을 위해 매우 중요하다. 실제적으로 제너 다이오드의 경우 제너 전압보다 낮은 전압에서도 적은 양의 누설전류가 흐르기 때문에 조명부가 정상적으로 작동하는 경우에도 제너 다이오드로 전류가 흐르게 되어 조명장치의 효율을 저하시키는 요인이 된다. 따라서 제너전압의 선정은 실험을 통해 선정하는 것이 중요할 것이다. 나아가, 조명부의 일 실시예로써 발광다이오드(Light Emitting Diodes, LED)를 사용하는 경우, 제너 다이오드의 부하용량은 병렬 접속된 발광다이오드의 부하용량의 30% 이상으로 선정하는 것이 합리적일 것이다.
또한, 복수의 조명부 각각의 작동 전류가 같다면 정격전압이 다르더라도 같이 활용할 수 있다. 즉, 작동 전류가 같다면, 적색, 황색, 청색, 백색의 조명부를 같이 이용하여 작동시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 복수의 조명부 및 복수의 제너 다이오드에 서로 다른 전압이 걸릴 수도 있다.
도 9는 본 발명과 관련하여, 복수의 조명부 및 복수의 제너 다이오드에 서로 다른 전압이 걸리는 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 8개의 조명부 및 제너 다이오드가 도시되어 있다.
도 9에서는 하나의 세트를 구성하는 조명부 및 제너 다이오드에 10V, 15V, 12V, 13V, 14V, 12V, 10V 및 13V의 서로 다른 전압이 걸리는 것을 확인할 수 있다.
즉, 도 9의 전체 회로는 직렬회로로 구성되었으므로, 일정한 수치의 동일한 전류가 흐르나 각 조명부의 부하값에 따라 서로 다른 전압값이 설정될 수 있다.
또한, 이에 대응하여, 각각의 조명부에 연결된 제너 다이오드의 부하용량은 서로 다를 수 있다.
이때, 각각의 제어 다이오드의 부하용량은 함께 연결된 조명부의 부하용량의 30%가 될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 사용자가 임의적으로 복수의 조명부 및 복수의 제너 다이오드 중 일부에 선택적으로 전류가 흐르도록 제어할 수도 있다.
도 10a 및 도10b는 본 발명과 관련하여, 사용자의 선택에 따라 복수의 조명부 및 복수의 제너 다이오드 중 일부에 선택적으로 전류가 흐르도록 하는 일례를 도시한 것이다.
도 10a를 참조하면, 전체 조명부 및 제너 다이오드 중 제 1 부분(1011), 제 2 부분(1012), 제 3 부분(1013)에서는 조명부로 전류가 흐르지 않고, 연결된 제너 다이오드로 전류가 흐른다.
따라서 도 10a에서는 제 1 부분(1011), 제 2 부분(1012), 제 3 부분(1013)에서 조명부가 발광하지 않고, 다른 부분에서만 빛이 발산된다.
이에 반해, 도 10b를 참조하면, 전체 조명부 및 제너 다이오드 중 제 4 부분(2011), 제 5 부분(2012), 제 6 부분(2013)에서는 조명부로 전류가 흐르지 않고, 연결된 제너 다이오드로 전류가 흐른다.
따라서 도 10b에서는 제 4 부분(2011), 제 5 부분(2012), 제 6 부분(2013)에서 조명부가 발광하지 않고, 다른 부분에서만 빛이 발산된다.
결론적으로 사용자는 복수의 조명부 중 일부 조명부를 선택하여, 연결된 제너 다이오드로 전류가 흐르도록 제어함으로써, 전체 조명장치 영역에서 발광되는 부분을 선택적으로 제어할 수 있다.
예를 들어, 전체 조명 장치 중 일부만 발광하도록 제어하여 하트 모양의 빛이 발산되는 효과, 시간에 대응하여 빛이 점점 점멸되는 효과 등이 제공될 수 있다.
또한, 전술한 본 발명에 따른 회로에서는 하나의 제너 다이오드가 하나의 조명 장치에 연결되는 것을 가정하였으나, 본 발명의 내용이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 하나의 조명 장치에 복수의 제너 다이오드가 병렬로 연결될 수도 있다.
발광소자는 통상적으로 외부 환경에 영향을 많이 받으며 전기적 자극에 취약하여 개방되거나 단락되는 등의 장해를 받는 경우가 종종 있다. 하지만 본 발명을 이용한다면, 직렬 연결된 발광소자가 개방되거나 단락되는 경우에도 대비할 수 있어 종래 조명장치 시스템에 비하여 더욱 안정적이고 신뢰도가 높은 조명장치의 구현이 가능해질 수 있다.
한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (10)

  1. 전원공급부;
    상기 전원공급부로부터 전류를 공급받아 발광하는 복수의 조명부;
    상기 복수의 조명부 각각에 병렬로 연결된 복수의 제너 다이오드(zener diode);
    상기 복수의 조명부와 직렬로 연결되고, 상기 전원공급부로부터 전류를 공급받아 상기 복수의 조명부에 기 설정된 범위의 전류가 공급되도록 하는 정전류회로;
    상기 복수의 조명부의 온도가 상승하였을 때 전류량을 조절하여 온도 제어를 수행하는 컨버터(convertor); 및
    상기 전원공급부, 복수의 조명부, 복수의 제너 다이오드, 정전류회로 및 컨버터의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 복수의 조명부 각각은 직렬로 연결되고,
    상기 복수의 조명부 중 적어도 일부인 제 1 조명부와 관련된 제 1 조건이 만족되는 경우, 상기 제어부는 상기 전원공급부를 통해 상기 제 1 조명부에 공급되는 전류가 상기 제 1 조명부와 연결된 제너 다이오드를 통해 흐르도록 제어하며,
    상기 제 1 조건이 만족되지 않는 경우, 상기 제어부는 상기 제 1 조명부에 공급되는 전류가 상기 제 1 조명부를 통해서만 흐르도록 제어하고,
    상기 제 1 조건은 상기 제 1 조명부가 개방(open)되는 조건, 상기 제 1 조명부에 기 설정된 수치 이상의 전압이 걸리는 조건 및 상기 제 1 조명부에 미리 지정된 조명부가 포함되는 조건 중 적어도 하나이며,
    상기 제 1 조건이 만족되는 경우 음향 신호 및 영상 신호 중 적어도 하나를 출력하는 알람부;를 더 포함하고,
    상기 복수의 조명부는 발광다이오드(Light Emitting Diodes, LED), 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED)를 포함하며,
    상기 복수의 제너 다이오드 각각의 부하용량은 연결된 각각의 조명부의 부하용량의 30% 이상이고,
    상기 복수의 조명부 중 적어도 일부가 단락되는 경우, 상기 제어부는 상기 정전류회로가 작동하도록 제어하며,
    상기 제어부는 상기 복수의 조명부의 온도를 측정하고, 측정된 상기 복수의 조명부 중 적어도 일부의 온도가 기 설정된 수치 이상인 경우, 상기 컨버터는 상기 복수의 조명부로 공급되는 전류를 감소시키는 것을 특징으로 하는, 조명장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 따른 조명장치의 제어방법에 있어서,
    상기 복수의 조명부가 전류를 공급받아 발광하는 제 1 단계;
    상기 복수의 조명부 중 적어도 일부인 제 1 조명부와 관련된 상기 제 1 조건이 만족되는 제 2 단계; 및
    상기 제 1 조명부에 공급되는 전류가 상기 제 1 조명부와 연결된 제너 다이오드(zener diode)를 통해 흐르는 제 3 단계;를 포함하는, 조명장치의 제어방법.
  9. 삭제
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1단계에서 상기 공급받는 전류는 복수의 조명부로만 흐르는 것을 특징으로 하는, 조명장치의 제어방법.
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