KR102410680B1 - 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로 및 그를 이용한 조명 장치 - Google Patents

수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로 및 그를 이용한 조명 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조광 신호가 입력되는 입력 모듈, 조광 신호를 반전하는 반전 모듈, 반전된 조광 신호에 따라서 입력 전원(Vdc)을 제1 출력 전원(Vo1)으로 비선형 변환하는 비선형 변환 모듈, 비선형 변환 모듈의 출력단의 제1 출력 전원(Vo1)의 노이즈를 제거하여 레퍼런스 전원(Vref)으로 변환하는 필터 모듈을 포함하는 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로 및 그를 이용한 조명 장치에 관한 것이다.

Description

수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로 및 그를 이용한 조명 장치 {Non-linear analog signal converting circuit composed of passive element and LED using thereof}
본 발명은 조광 신호가 입력되는 입력 모듈, 조광 신호를 반전하는 반전 모듈, 반전된 조광 신호에 따라서 입력 전원(Vdc)을 제1 출력 전원(Vo1)으로 비선형 변환하는 비선형 변환 모듈, 비선형 변환 모듈의 출력단의 제1 출력 전원(Vo1)의 노이즈를 제거하여 레퍼런스 전원(Vref)으로 변환하는 필터 모듈을 포함하는 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로 및 그를 이용한 조명 장치에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 특히, LED 조명장치는 다수 배열설치된 LED의 점멸 순서, 발광 색상 및 밝기 등의 제어에 의해 다양한 연출을 수행할 수 있다.
그런데, 이러한 발광 다이오드를 사용하는 조명부의 경우, 선형 정전압에 대하여 조명부의 부하 특성이 비선형으로 나타나게 된다. 도 1을 참조하면, 일반적인 조광 신호는 선형 특성을 가지게 되므로 선형 입력으로 비선형 출력을 제어하기 위하여 신호처리를 위한 마이크로프로세서(마이컴)가 별도로 구성되어야 한다.
이러한 비선형 특성 보상을 위한 마이크로프로세서의 경우 고성능 IC칩으로 구현되기 때문에 고비용 설계가 불가피하며, 외란 및 노이즈 유입으로 인한 소프트웨어의 오동작 가능성이 존재하게 된다.
따라서, 디지털 신호로 제어하는 마이크로프로세서 대신 간단한 구조를 가지는 수동 소자를 최대한 활용하고, 조명 장치의 소형화 및 집적화가 가능하도록 아날로그 신호 변환 회로를 구현하는 방안이 다양하게 연구되고 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같이 비선형 출력 제어를 위해 신호처리 회로를 수동 소자로 구성한 비선형 아날로그 신호 변환 회로 및 그를 이용한 조명 장치을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 포함될 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로는, 조광 신호가 입력되는 입력 모듈, 상기 조광 신호를 반전하는 반전 모듈, 상기 반전된 조광 신호에 따라서 입력 전원(Vdc)을 제1 출력 전원(Vo1)으로 비선형 변환하는 비선형 변환 모듈, 상기 비선형 변환 모듈의 출력단의 제1 출력 전원(Vo1)의 노이즈를 제거하여 레퍼런스 전원(Vref)으로 변환하는 필터 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로는, 상기 입력 모듈이 PWM 조광 신호가 입력되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로는, 상기 반전 모듈이 상기 입력 모듈과 병렬로 연결되는 제1 저항(R1) 및 제1 커패시터(C1), 인가된 조광 신호에 따라서 온(on)/오프(off) 동작을 수행하는 제1 스위치 소자(Q1), 상기 제1 스위치 소자의 출력단과 병렬로 연결되는 제2 저항(R2) 및 제2 커패시터(C2)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로는, 상기 반전 모듈이 입력 전원(Vdc)과 입력 모듈 사이에 연결되는 제3 저항(R3), 입력 전원(Vdc)과 상기 제1 스위치 소자의 출력단 사이에 연결되는 제4 저항(R4)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제1 스위치 소자는, FET, BJT, SCR 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로는, 상기 반전 모듈이 상기 조광 신호의 하이(High) 레벨과 로우(Low) 레벨을 반전하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로는, 상기 비선형 변환 모듈이 상기 반전 모듈로부터 반전된 조광 신호에 따라 온(on)/오프(off) 동작을 수행하는 제2 스위치 소자(Q2), 상기 제2 스위치 소자의 출력단과 직렬로 연결된 제5 저항(R5), 상기 제5 저항과 비선형 변환 모듈의 출력단 사이에 직렬로 연결된 제6 저항(R6), 상기 제5 저항과 상기 제6 저항 사이에서 병렬로 연결된 제3 커패시터(C3)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로는, 상기 비선형 변환 모듈이 입력 전원과 비선형 변환 모듈의 출력단 사이에 직렬로 연결된 제7 저항(R7), 상기 비선형 변환 모듈의 출력단에서 병렬로 연결된 제8 저항(R8)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로는, 상기 비선형 변환 모듈이 입력 전원이 수식 1에 의하여 레퍼런스 전원으로 변환하는 것을 특징으로 한다.
[수식 1]
Figure 112015122902152-pat00001
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로는, 상기 필터 모듈이 상기 비선형 변환 모듈 출력단과 직렬로 연결되는 제9 저항(R9), 상기 제9 저항과 병렬로 연결되는 제4 커패시터(C4)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로는, 상기 필터 모듈이 상기 제1 출력 전원의 평균값을 직류 전원으로 변환하여 상기 레퍼런스 전원으로 변환하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로는, 상기 필터 모듈이 상기 제1 출력 전원 중 높은 주파수 영역은 차단하고 낮은 주파수 영역만 통과시키는 저역 통과 필터인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로는, 상기 레퍼런스 전원은 조명부에 인가되어 조광 제어하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로는, 상기 조광 신호의 주기(DPWM)와 조명부 전원(Vout)은 비선형 특성을 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 조광 신호의 주기(DPWM)와 조명부 전류(Iout)은 선형 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치는, 교류 전원을 공급하는 전원부, 상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터, 상기 직류 전원이 인가되어 발광하는 조명부, 상기 조명부를 제어하기 위한 조광 신호를 입력하는 조광 신호부, 수동 소자로 구성되며, 상기 조광 신호에 따라 비선형 변환하여 레퍼런스 전원을 생성하는 신호 변환부, 상기 레퍼런스 전원이 인가되어 상기 컨버터 또는 상기 조명부를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치는, 상기 조광 신호부가 PWM 조광 신호를 입력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치는, 상기 조명부가 조광 신호의 주기(DPWM)가 증가할수록 조명도가 증가하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 조광 신호의 주기(DPWM)와 조명도는 선형 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치는, 상기 조명부가 정전류 다이오드(CRD), 발광 다이오드(LED)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로 및 그를 이용한 조명 장치는, 선형 입력으로 비선형 출력을 제어하기 위하여 마이크로프로세서 대신 간단한 수동소자 및 스위치 소자를 이용하여 구현하여, 단가를 절감하고 전력공급장치 제품을 소형화할 수 있다.
또한, 본 발명의 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로 및 그를 이용한 조명 장치는, 마이크로프로세서 대신 수동 소자를 사용하므로 마이크로프로세서 구동용 전원 회로가 불필요하며, 전력 효율을 상승시키고 대기전력을 감소할 수 있다.
또한, 본 발명의 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로 및 그를 이용한 조명 장치는, 마이크로프로세서에 사용되는 디지털 신호처리 없이 신호변환하여 선형 입력으로 비선형 출력을 제어하므로, 노이즈 및 외란 유입시 오동작 없이 정상적인 제어를 유지할 수 있다.
또한, 종래의 조명 장치는 PWM 출력을 이용한 조광방식을 이용하므로 카메라 플리커(Flicker) 및 눈의 피로를 유발하지만, 본 발명의 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로 및 그를 이용한 조명 장치는, 비선형 특성을 갖는 조명부에 대하여 선형 아날로그 조광 방식을 적용하므로 카메라 플리커(Flicker) 및 눈의 피로 현상을 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래의 조명 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치를 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치의 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로를 나타내는 구성도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치의 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로의 비선형 변환 모듈을 나타내는 구성도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치의 조명부를 나타내는 구성도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치의 조명부가 조광 신호와 비례하는 정도를 나타내는 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치의 조명부가 조광 신호와 레퍼런스 전압이 비례하는 정도를 나타내는 도표이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 '수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로 및 그를 이용한 조명 장치'를 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 통상의 기술자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다.
또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, '제1, 제2' 등과 같은 표현은, 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
또한, 본 발명의 '전원'은 '전압', '전력', '전류' 등 일반적인 전기 회로에 사용될 수 있는 전기 에너지의 모든 종류를 포함할 수 있다.
도 1은 종래의 조명 장치를 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 조명 장치(100)는 교류 전원(110), 컨버터(120), 조명부(130), 조광 신호(140), 신호 변환부(150), 컨트롤러(160), 전원 공급 유닛(170)을 포함할 수 있다.
더 구체적으로 종래의 조명 장치(100)는 조명부(130)의 부하 특성이 비선형으로 나타나게 되며, 선형 입력으로 비선형 출력을 제어하기 위해 마이크로프로세서(150)를 별도로 구현하여야 한다. 그런데, 이러한 비선형 특성 보상을 위한 마이크로프로세서의 경우 고성능 IC칩으로 구현되기 때문에 고비용 설계가 불가피하며, 외란 및 노이즈 유입으로 인한 소프트웨어의 오동작 가능성이 존재하게 된다.
본 발명은 종래의 조명 장치의 문제점을 개선하기 위하여, 선형 입력으로 비선형 출력을 제어하기 위하여 수동 소자로 구현되는 신호 변환부를 마이크로프로세서 대신에 사용하면서, 소형화 및 집적화한 조명 장치를 구현할 수 있고, 전력 효율을 상승시키며 대기전력을 감소할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 2 내지 도 6b를 참조하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 조명 장치(200)는 전원부(210), 컨버터(220), 조명부(230), 조광 신호부(240), 신호 변환부(250), 컨트롤러(260)를 포함할 수 있다.
전원부(210)는 교류 전원을 공급한다. 이 때, 전원부(210)는 220V 상용 전원인 것이 바람직하며, 220V 상용 전원의 경우 -311V에서 +311V 사이에서 주기적으로 교번하는 싸인파 형태를 가질 수 있다. 더 구체적으로, 전원부는 전원 장치에 사용되는 여러 소자들의 공급 전원 역할을 수행할 수 있다.
컨버터(220)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다. 이러한 컨버터는 주 전원을 수신하여 시스템에서 요구하는 안정적이고 효율적인 전원으로 변환 공급하는 전력 조절 역할을 수행한다. 특히, 본 발명의 컨버터는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 AC/DC 컨버터(AC/DC Converter)로 구현될 수 있으며, 전력손실을 최소화하면서도 원하는 전력변환을 위하여 다이오드 정류기, 위상제어 정류기, 브릿지 정류기 등 다양한 정류 회로를 이용하여 AC/DC 변환을 할 수 있다.
조명부(230)는 직류 전원이 인가되어 발광한다. 컨버터가 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 조명부에 조명부 전원(Vout)만큼이 인가된다. 특히, 본 발명의 조명부(230)는 정전류 다이오드(CRD; Current Regulative Diode; 231), 발광 다이오드(LED; 232)로 구성될 수 있다. 이에 대한 상세한 내용은 도 5a 및 도 5b를 참조하기로 한다.
조광 신호부(240)는 조명부를 제어하기 위한 조광 신호를 입력한다. 특히, 조명부의 조도를 조절하거나 변화시키기 위하여 조광 신호부가 사용될 수 있으며, 외부로부터의 조명도 제어 명령을 조광 신호로 변환하여 전원 장치에 입력할 수도 있다.
또한, 조광 신호부는 PWM 조광 신호를 입력할 수 있다. PWM 조광 신호는 펄스 폭 모듈레이션(Pulse Modulation)을 말하며, 주기적인 펄스를 정보 신호에 의하여 변조하는 방식이다. 이러한 펄스 폭 변조는 시시각각 변화하는 물리량인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 전송할 수 있으며, 전체 레벨 중 하이 레벨과 로우 레벨의 비율에 따라 주기(dfuty cycle)을 변화하여 전송할 수 있다.
특히, 본 발명의 조광 신호부는 조명부를 제어하며, 조명부는 조광 신호의 주기(DPWM)가 증가할수록 조명도가 증가하는 것을 특징으로 한다. 또한, 조광 신호의 주기(DPWM)와 조명도는 선형 특성을 갖는 것을 특징으로 한다. 이에 대한 상세한 설명은 도 5a 및 도 5b를 참조하기로 한다.
신호 변환부(250)는 수동 소자로 구성되며, 조광 신호부의 조광 신호에 따라 비선형 변환하여 레퍼런스 전원(Vref; 251)을 생성한다. 본 발명은 선형 입력으로 비선형 출력을 제어하기 위하여 마이크로프로세서 대신 간단한 수동소자 및 스위치 소자를 이용하여 구현하여, 단가를 절감하고 전력공급장치 제품을 소형화할 수 있다. 또한, 본 발명은 마이크로프로세서 대신 수동 소자를 사용하므로 마이크로프로세서 구동용 전원 회로가 불필요하며, 전력 효율을 상승시키고 대기전력을 감소할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 3, 도 4a, 도 4b를 참조하기로 한다.
컨트롤러(260)는 레퍼런스 전원(Vref; 251)이 인가되어 컨버터 또는 조명부를 제어한다. 특히, 컨트롤러는 일정한 전원으로 제어하는 Constant Voltage Controller로 구현될 수 있으며, 시스템 전체의 특성을 고려하여 제어 동작을 수행할 수 있다. 특히, 제어 보상을 위하여 피드백 신호(Feedback signal; 261)을 컨버터와 송수신 할 수 있으며, 조명부(230)에 인가되는 조명부 전원(Vout)을 실시간으로 확인하고 제어할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치의 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로를 나타내는 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 수동 소자로 구성된 비선형 아날로그 신호 변환 회로(300)는, 입력 모듈(310), 반전 모듈(320), 비선형 변환 모듈(330), 필터 모듈(340)을 포함할 수 있다.
입력 모듈(310)은 조광 신호가 입력된다. 조광 신호는 상술한 바와 같이 PWM 조광 신호로 구현될 수 있으며, 외부로부터의 조명부 제어를 위한 조광 신호를 수신하여 입력될 수 있다.
반전 모듈(320)은 조광 신호를 반전할 수 있다. 일반적으로, 조광 신호는 (+) 신호와 (-) 신호가 반복하여 나타나는 디지털 신호로 구현되므로, 조광 신호가 (+)신호가 입력될 때 반전 모듈은 (-) 신호로 반전하며, (-)신호가 입력될 때 (+) 신호로 반전할 수 있다. 특히, 조광 신호가 PWM 조광 신호로 구현되는 경우, 조광 신호의 하이(High) 레벨과 로우(Low) 레벨을 반전하는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 하이 레벨이 5V이고 로우 레벨이 0V인 경우, 반전 모듈에 의해 하이 레벨이 로우 레벨로, 로우 레벨이 하이 레벨로 변환될 수 있다.
더 구체적으로, 반전 모듈(320)은 제1 저항(R1, 321) 및 제1 커패시터(C1, 322), 제1 스위치 소자(Q1, 323), 제2 저항(R2, 324) 및 제2 커패시터(C2, 325), 제3 저항(R3, 326), 제4 저항(R4, 327)을 포함할 수 있다.
제1 저항(R1, 321) 및 제1 커패시터(C1, 322)는 입력 모듈과 병렬로 연결되며, 제2 저항(R2, 324) 및 제2 커패시터(C2, 325)는 제1 스위치 소자의 출력단과 병렬로 연결된다. 이 때, 조광 신호를 입력하는 입력 모듈은 제1 스위치 소자의 입력단과 직접 연결되나, 입력단에서 제1 저항과 제1 커패시터가 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 제2 저항 및 제2 커패시터 역시 제1 스위치 소자의 출력단과 직접 연결되어, 병렬로 연결될 수 있다.
제1 스위치 소자(Q1, 323)는 인가된 조광 신호에 따라서 온(on)/오프(off) 동작을 수행한다. 이 때, 제1 스위치 소자는 FET, BJT, SCR 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.
특히, 제1 스위치 소자는 MOSFET으로 이루어지는 것이 바람직하다. MOSFET의 게이트(G) 단자는 입력 모듈과 연결되며, 입력 전원이 게이트 단자에 인가하여 전압제어전류원 소자 역할을 수행할 수 있다. 또한, MOSFET의 소스(S) 단자는 접지와 연결되며, 드레인(D) 단자는 제2 스위치 소자의 입력단과 연결될 수 있다.
더 구체적으로, 제1 스위치 소자의 게이트 단자에 하이 레벨 신호가 인가되면 제1 스위치 소자가 온 상태가 되어, 드레인 단자에서 로우 레벨 신호로 변환된다. 또한, 제1 스위치 소자의 게이트 단자에 로우 레벨 신호가 인가되면 제1 스위치 소자가 오프 상태가 되어, 드레인 단자에서 하이 레벨 신호로 변환된다. 이 때, 하이 레벨 신호는 MOSFET 또는 BJT의 Vth 이상의 전압을 말하며, 로우 레벨 신호는 MOSFET 또는 BJT의 Vth 이하의 전압을 말한다.
제3 저항(R3, 326)은 입력 전원(Vdc, 311)과 입력 모듈 사이에 연결되며, 제4 저항(R4, 327)은 입력 전원(Vdc, 311)과 상기 제1 스위치 소자의 출력단 사이에 연결된다. 제3 저항 및 제4 저항은 입력 전원으로부터 제1 스위치 소자 또는 제2 스위치 소자에 인가될 때 부품을 보호하거나 전류를 조절하기 위하여 구성될 수 있으며, 회로의 안정화를 위하여 구현될 수 있다.
비선형 변환 모듈(330)은 반전된 조광 신호에 따라서 입력 전원(Vdc)을 제1 출력 전원(Vo1)으로 비선형 변환한다.
도 4a를 참조하면, 비선형 변환 모듈(330)은, 제2 스위치 소자(Q2, 331), 제5 저항(R5, 332), 제6 저항(R6, 333), 제3 커패시터(C3, 334), 제7 저항(R7, 335), 제8 저항(R8, 336)을 포함할 수 있다.
제2 스위치 소자(Q2, 331)는 반전 모듈의 출력단으로부터 반전된 조광 신호를 입력받아, 온(on)/오프(off) 동작을 수행한다. 이 때, 제2 스위치 소자는 제1 스위치 소자와 같이 FET, BJT, SCR 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 특히, 제2 스위치 소자는 MOSFET으로 이루어지는 것이 바람직하다.
제5 저항(R5, 332)은 제2 스위치 소자의 출력단과 직렬로 연결되며, 제6 저항(R6, 333)은 제5 저항과 비선형 변환 모듈의 출력단 사이에 직렬로 연결된다.
또한, 제3 커패시터(C3, 334)는 제5 저항과 제6 저항 사이에 병렬로 연결된다. 이 때, 제3 커패시터의 용량이 충분히 크게 되면, 제3 커패시터에 충전되는 전압이 일정하게 유지되므로 등가회로로 변경하여 해석할 수 있게 된다. 특히, 제3 커패시터는 제3 커패시터의 양단에 인가되는 전원이 매우 작은 리플 전압을 갖는 DC값이 되도록 유지하는 역할을 수행한다.
도 4b를 참조하면, 제3 커패시터의 용량이 충분히 큰 경우, 제2 스위치 소자(Q2, 331), 제5 저항(R5, 332), 제3 커패시터(C3, 334)를 하나의 등가저항(R5/DQ1, 338)로 표현할 수 있다. 이 때, DQ1은 반전된 조광신호의 주기로, 입력 모듈에 입력되는 조광 신호의 주기가 반전된 값(1-DPWM)에 해당한다.
제7 저항(R7, 335)은 입력 전원과 비선형 변환 모듈의 출력단 사이에 직렬로 연결되며, 제8 저항(R8, 336)은 비선형 변환 모듈의 출력단에서 병렬로 연결된다. 이 때, 제7 저항은 입력 전원으로부터 제2 스위치 소자에 인가될 때 부품을 보호하거나 전류를 조절하기 위하여 구성될 수 있으며, 회로의 안정화를 위하여 구현될 수 있다.
또한, 비선형 변환 모듈은 이러한 여러 구성을 이용하여, 입력 전원이 다음 수식 1에 의해 레퍼런스 전원으로 변환될 수 있다. 이 때, Vo1은 비선형 변환 모듈의 출력단 전원(337), Vdc는 입력 전원(311), DPWM은 조광 신호의 주기, 1-DPWM은 반전된 조광 신호의 주기, R5는 제5 저항(332), R6은 제6 저항(333), R7은 제7 저항(335), R8은 제8 저항(336)의 값에 해당한다.
[수식 1]
Figure 112015122902152-pat00002
필터 모듈(340)은 비선형 변환 모듈의 출력단의 제1 출력 전원(Vo1)의 노이즈를 제거하여 레퍼런스 전원(Vref)으로 변환한다. 이 때, 본 발명의 필터 모듈(340)은 제9 저항(R9, 341) 제4 커패시터(C4, 342)를 포함하는 RC 필터로 이루어질 수 있다.
제9 저항(R9, 341)은 비선형 변환 모듈 출력단과 직렬로 연결되며, 제4 커패시터(C4, 342)는 제9 저항과 병렬로 연결된다. 이 때, 제9 저항에 제1 출력 전원(Vo1)이 인가되면, 제9 저항과 제4 커패시터를 거쳐 레퍼런스 전원(Vref)으로 변환한다.
이 때, 필터 모듈은 제1 출력 전원의 평균값을 직류 전원으로 변환하여 레퍼런스 전원으로 변환할 수 있다. 또한, 필터 모듈은 제1 출력 전원 중 높은 주파수 영역은 차단하고 낮은 주파수 영역만 통과시키는 저역 통과 필터인 것을 특징으로 한다. 한편, 노이즈가 제거된 레퍼런스 전원은 조명부에 인가되어 조광 제어할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치의 조명부를 나타내는 구성도이며, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치의 조명부가 조광 신호와 비례하는 정도를 나타내는 그래프이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 조명 장치의 조명부(230)는 발광 다이오드(231), 정전류 다이오드(232)를 포함할 수 있다. 신호 변환부(250)에서 조광 신호에 의해 입력 전원이 레퍼런스 전원으로 변환하고, 조명부에 인가될 수 있다.
발광 다이오드(LED)는 반도체 기반의 광원으로 저가격, 장수명, 소형화, 친환경 폐기물 처리, 에너지 저소모, 고효율, 직선성 등 다양한 장점을 가지고 있어, 일반적으로 널리 사용되는 광원이다. 그런데, 조명부의 발광 다이오드(LED)의 경우 미소한 전압 변동만으로도 밝기가 크게 변화하는 특성을 가진다. 더 구체적으로, LED에 인가되는 전압이 조금만 바뀌더라도 흐르는 전류는 급격하게 증가하게 된다. 이는 LED 휘도의 불안성, LED 수명의 단축, 조명 회로의 이상 발열 등을 가져오게 된다.
이러한 불안정함을 안정화하기 위하여 정전류 다이오드(CRD; Current Regulative Diode)가 사용될 수 있다. 정전류 다이오드는 순방향 전압이 인가되는 경우 저전압에서 고전압까지 일정한 전류를 공급하는 특성을 가진다. 이러한 정전류 다이오드는 넓은 정전류의 동작영역, 높은 동작저항 등 정전류 특성을 다이오드로 구현할 수 있으며, CRD의 정전류 특성에 따라서 제한하므로 LED의 점등 품질을 향상시킬 수 있다.
아울러, 정전류 다이오드(CRD)는 많은 수의 저항과 트랜지스터로 구성되는 정전류 회로를 간단히 대치하여 적은 부품수로도 응용 분야와 신뢰성이 요구되는 정밀 센서 신호처리 회로에 사용될 수 있다. 또한, 전원 전압의 변동이 있더라도 일정한 전류를 공급하여 LED를 안정화시키며, 콘덴서가 전압을 일정하지 않게 공급하더라도 밝기와 깜박거림이 적은 안정한 발광부를 구현할 수 있다. 또한, 고온에서는 정전류 다이오드가 전류를 제어하므로 LED의 과전류 또는 과전압을 방지할 수 있으며, 발열이 분산되므로 열 감소 장치가 별도로 불필요한 장점이 존재한다.
또한, 조명부에 인가되는 출력 전원(Vo)은 정전류 다이오드 전원(VCRD)과 발광 다이오드 전원(VLED)으로 나뉠 수 있다. 상술한 바와 같이, 정전류 다이오드 전원과 발광 다이오드 전원의 전압-전류 특성 또는 전압-주기 특성은 상이한 특성을 가지므로, 이를 이용하여 선형 입력으로 비선형 출력을 제어할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 정전류 다이오드에 의해 제한되는 발광 다이오드 전류는 정전류 다이오드의 양단 전압에 대해 비선형 특성을 갖는다. 이 때, 본 발명의 신호 변환부는 수동 소자로 구성되어 조광 신호를 변환시키므로, 조광 신호 주기(DPWM)와 정전류 다이오드 전류(ICRD)가 선형 특성으로 구현될 수 있다.
따라서, 조광 신호의 주기(DPWM)와 조명부 전원(Vout)은 비선형 특성을 갖는 것을 특징으로 하며, 조광 신호의 주기(DPWM)와 조명부 전류(Iout)은 선형 특성을 갖는 것을 특징으로 한다. 결론적으로, 선형 조광 신호 주기에 대하여 발광다이오드 전류는 선형 아날로그 전류로 제어할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치의 조명부가 조광 신호와 레퍼런스 전압이 비례하는 정도를 나타내는 도표이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 입력 모듈에 입력되는 조광 신호 주기와 레퍼런스 전원과의 관계를 확인할 수 있다. 조광 신호 주기가 0%에서 100%까지 증가할 때, 레퍼런스 전원 역시 약 3.1V에서 4.0V까지 증가하는 것을 확인할 수 있다. 다만, 조광 신호 주기와 레퍼런스 전원은 비선형 특성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 실시 예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 이들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있을 것이며, 이러한 수정 및 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 종래 조명 장치 110: 종래 교류 전원
120: 종래 컨버터 130: 종래 조명부
140: 종래 조광 신호 150: 종래 마이크로프로세서
160: 종래 컨트롤러 170: 종래 전원 공급 유닛
200: 조명 장치 210: 전원부
220: 컨버터 230: 조명부
231: 정전류 다이오드 232: 발광 다이오드
240: 조광 신호부 250: 신호 변환부
251: 레퍼런스 전원 260: 컨트롤러
261: 피드백 신호 262: 출력 전원
270: 전원 공급 유닛
300: 신호 변환부 310: 입력 모듈
311: 입력 전원 320: 반전 모듈
321: 제1 저항 322: 제1 커패시터
323: 제1 스위칭 소자 324: 제2 저항
325: 제2 커패시터 326: 제3 저항
327: 제4 저항 330: 비선형 변환 모듈
331: 제2 스위칭 소자 332: 제5 저항
333: 제6 저항 334: 제3 커패시터
335: 제7 저항 336: 제8 저항
337: 제1 출력 전원 338: 등가 저항
340: 필터 모듈 341: 제9 저항
342: 제4 커패시터

Claims (20)

  1. 조광 신호가 입력되는 입력 모듈;
    상기 조광 신호를 반전하는 반전 모듈;
    상기 반전된 조광 신호에 따라서 입력 전원(Vdc)을 제1 출력 전원(Vo1)으로 비선형 변환하는 비선형 변환 모듈; 및
    상기 비선형 변환 모듈의 출력단의 제1 출력 전원(Vo1)의 노이즈를 제거하여 레퍼런스 전원(Vref)으로 변환하는 필터 모듈;
    을 포함하고,
    상기 반전 모듈은,
    상기 입력 모듈과 병렬로 연결되는 제1 저항(R1) 및 제1 커패시터(C1)와,
    인가된 조광 신호에 따라서 온(on)/오프(off) 동작을 수행하는 제1 스위치 소자(Q1)와,
    상기 제1 스위치 소자의 출력단과 병렬로 연결되는 제2 저항(R2) 및 제2 커패시터(C2)를 포함하는, 비선형 아날로그 신호 변환 회로.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 반전 모듈은,
    입력 전원(Vdc)과 입력 모듈 사이에 연결되는 제3 저항(R3);
    입력 전원(Vdc)과 상기 제1 스위치 소자의 출력단 사이에 연결되는 제4 저항(R4);
    을 더 포함하는, 비선형 아날로그 신호 변환 회로.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 조광 신호가 입력되는 입력 모듈;
    상기 조광 신호를 반전하는 반전 모듈;
    상기 반전된 조광 신호에 따라서 입력 전원(Vdc)을 제1 출력 전원(Vo1)으로 비선형 변환하는 비선형 변환 모듈; 및
    상기 비선형 변환 모듈의 출력단의 제1 출력 전원(Vo1)의 노이즈를 제거하여 레퍼런스 전원(Vref)으로 변환하는 필터 모듈;
    을 포함하고,
    상기 비선형 변환 모듈은,
    상기 반전 모듈로부터 반전된 조광 신호에 따라 온(on)/오프(off) 동작을 수행하는 제2 스위치 소자(Q2)와,
    상기 제2 스위치 소자의 출력단과 연결된 제5 저항(R5)과,
    상기 제5 저항과 병렬로 연결된 제3 커패시터(C3)를 포함하는, 비선형 아날로그 신호 변환 회로.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 비선형 변환 모듈은,
    상기 제5 저항과 상기 비선형 변환 모듈의 출력단과 연결된 제6 저항(R6);
    입력 전원과 상기 비선형 변환 모듈의 출력단 사이에 연결된 제7 저항(R7);
    상기 제6저항과 병렬로 연결된 제8 저항(R8);
    을 더 포함하는, 비선형 아날로그 신호 변환 회로.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 비선형 변환 모듈은,
    입력 전원이 수식 1에 의하여 레퍼런스 전원으로 변환하는 것을 포함하는, 비선형 아날로그 신호 변환 회로. (여기서, 1-DPWM은 반전된 조광 신호의 주기)
    [수식 1]
    Figure 112022011614641-pat00003

  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 교류 전원을 공급하는 전원부;
    상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터;
    상기 직류 전원이 인가되어 발광하는 조명부;
    상기 조명부를 제어하기 위한 조광 신호를 입력하는 조광 신호부;
    수동 소자로 구성되며, 상기 조광 신호에 따라 비선형 변환하여 레퍼런스 전원을 생성하는 신호 변환부; 및
    상기 레퍼런스 전원이 인가되어 상기 컨버터 또는 상기 조명부를 제어하는 컨트롤러;
    를 포함하고,
    상기 신호 변환부는,
    상기 조광 신호를 반전하는 반전 모듈과, 상기 반전된 조광 신호에 따라서 입력 전원(Vdc)을 비선형 변환하는 비선형 변환 모듈을 포함하며,
    상기 비선형 변환 모듈은,
    상기 반전 모듈로부터 반전된 조광 신호에 따라 온(on)/오프(off) 동작을 수행하는 스위치 소자와, 상기 스위치 소자의 출력단과 연결된 저항과, 상기 저항과 병렬로 연결된 커패시터를 포함하는, 조명 장치.
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  19. 삭제
  20. 삭제
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