KR102490322B1 - 사전-충전 조명 제어 회로 - Google Patents

Abstract

하나 이상의 발광 디바이스를 동작시키기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 일례에서, 아날로그 회로는 요청된 조명 강도 레벨의 범위에 걸쳐 하나 이상의 발광 디바이스들로부터 더욱 일관성 있는 광 강도를 제공할 수 있는 방식으로 전압 조절기를 구동하도록 전압 펄스를 출력한다.

Description

사전-충전 조명 제어 회로

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2016년 9월 23일자로 출원되고 발명의 명칭이 "사전-충전 조명 제어 회로(PRE-CHARGE LIGHTING CONTROL CIRCUIT)"인 명칭의 미국 가출원 제62/398,794호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용이 모든 목적을 위해 본원에 참조로 통합된다.

솔리드-스테이트(solid-state) 조명 디바이스는 다양한 레벨의 조명을 제공하기 위해 다양한 조명 강도 레벨에서 동작될 수 있다. 일부 경우에, 조명 디바이스 출력은 제조되는 디바이스의 경화 시간 또는 다른 프로세스 변수에 영향을 미친다. 따라서, 제품 변동을 감소시키기 위해 일관된 공지 레벨의 광 강도를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 전원은 종종 전압 조절기를 통해 조명 어레이에 공급된다. 전압 조절기의 초기 출력은 조명 어레이의 상이한 조명 레벨 간에 일관되지 않을 수 있다. 예를 들어, 원하는 레벨의 광 강도를 위해 이용 가능한 전압 정규 출력의 40%가 필요한 경우, 원하는 레벨의 광 강도를 제공하기에 충분한 전압을 출력하기 위해 전압 조절기가 15ms를 소비할 수 있다. 그러나, 원하는 레벨의 광 강도를 위해 이용 가능한 전압 조절기 출력의 100%가 필요한 경우, 원하는 레벨의 광 강도를 제공하기에 충분한 전압을 출력하기 위해 전압 조절기가 2ms를 소비할 수 있다. 응답 시간 지연은 전압 조절기 내의 저항기/커패시터 네트워크의 충전에 기인할 수 있다. 전압 조절기의 출력이 조명 어레이로부터의 출력이 보다 일관될 수 있도록 요청된 조명 강도의 다양한 레벨 사이에서 보다 일관된 개시 시간을 제공하는 방식으로 응답하는 것이 바람직할 수 있다.

본원에서 발명자는 상술한 단점을 인식하고, 하나 이상의 발광 디바이스를 동작시키기 위한 시스템을 개발하였으며, 본 시스템은: 솔리드 스테이트(solid state) 조명 디바이스들의 어레이; 전압 조절기 입력을 포함하고, 솔리드 스테이트 조명 디바이스들의 어레이에 전기적으로 커플링되는 전압 조절기; 및 사전-충전 회로 출력을 갖는 아날로그 사전-충전 회로를 포함하고, 사전-충전 회로 출력은 전압 조절기 입력에 전기적으로 커플링되고, 아날로그 사전-충전 회로는 사전-충전 회로 입력을 포함하고, 사전-충전 회로 입력은 솔리드 스테이트 조명 디바이스들의 어레이에 전기적으로 커플링되고, 아날로그 사전-충전 회로는 타이밍 회로를 포함하고, 아날로그 사전-충전 회로는 타이밍 회로에 전기적으로 커플링된 제1 커패시터 및 제1 저항기를 포함한다.

아날로그 사전-충전 회로로부터 전압 조절기에 입력을 제공하는 것을 제어함으로써, 조명 어레이 전력-상승(power-up) 상태 동안 조명 어레이의 광 강도를 보다 정밀하게 제어하는 것이 가능할 수 있다. 아날로그 사전-충전 회로는 솔리드 스테이트 조명 디바이스에서 발생되는 시간 또는 전압의 함수로서 제어되는 지속 시간(duration)을 갖는 전압 펄스를 출력할 수 있다. 아날로그 사전-충전 회로는, 낮은 레벨의 광 강도가 요청될 때 미리 정해진 지속 시간의 전압을 출력할 수 있다. 미리 정해진 지속 시간의 전압 펄스는, 요청되는 광 강도가 제공될 수 있도록 전압 조절기 내의 저항기/커패시터 네트워크를 신속하게 충전하도록 동작한다. 아날로그 사전-충전 회로는 요청되는 광 강도의 보다 높은 레벨을 위해 솔리드 스테이트 조명 디바이스에서 발생되는 전압에 의해 제한되는 지속 시간을 갖는 전압 펄스를 출력할 수 있다. 조명 디바이스에서 전압에 응답하여 아날로그 사전-충전 회로 출력 전압을 제한함으로써, 전압 조절기 출력은 에너지를 절약하고 원하는 광 강도 레벨을 초과할 가능성을 감소시키도록 제어될 수 있다.

본 설명은 몇 가지 이점을 제공할 수 있다. 특히, 접근법은 조명 시스템 광 강도 제어를 개선할 수 있다. 또한, 그 접근법은 전력 소모 개선을 제공할 수 있다. 또한, 그 접근법은 복잡한 디지털 제어기를 필요로 하지 않고 제공될 수 있다.

본 발명의 상술한 이점 및 다른 이점 및 특징은 단독으로 또는 첨부 도면과 관련하여 읽혀질 때 후술하는 상세한 설명으로부터 용이하게 명백해질 것이다.

개요는 상세한 설명에서 추가로 설명되는 개념들의 선택을 단순화된 형태로 안내하기 위해 제공된다는 것을 이해해야 한다. 이는 청구된 대상의 식별된 핵심 또는 본질적인 특징을 식별하려는 것이 아니며, 그 범위는 상세한 설명을 따르는 청구항에 의해 고유하게 규정된다. 또한, 청구된 대상은 상술한 또는 본 명세서의 임의의 부분의 임의의 불리한 점을 해결하는 구현에 한정되지 않는다.

도 1은 조명 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 2는 예시적인 조명 어레이 전압 조절기의 개략도를 나타낸다.
도 3은 예시적인 아날로그 사전-충전 회로를 나타낸다.
도 4는 예시적인 조명 어레이 활성화 시퀀스를 나타낸다.
도 5는 광 반응 시스템을 제어하기 위한 예시적인 방법을 나타낸다.

본 설명은 조절되는 전류를 갖는 조명 시스템에 관한 것이다. 도 1은, 조절된 전류 제어가 제공되는 하나의 예시적인 조명 시스템을 나타낸다. 조명 전류 제어는 도 2 및 도 3에 나타낸 예시적인 회로에 따라 제공될 수 있다. 그러나, 설명된 기능을 제공하거나 나타낸 회로와 유사하게 동작하는 대안적인 회로가 또한 본 설명의 범위 내에 포함된다. 조명 시스템은 도 4에 나타낸 예언적 시퀀스를 제공할 수 있다. 회로는 도 5의 방법에 따라 동작할 수 있다. 다양한 전기 도면에서 구성 요소 간에 나타내어진 전기적 상호 접속을 나타내는 라인은 예시적인 디바이스 간의 전류 경로를 나타낸다.

이하 도 1을 참조하면, 본원에 설명되는 시스템 및 방법에 따른 광 반응 시스템(10)의 블록도가 나타내어진다. 본 예에서, 광 반응 시스템(10)은 조명 서브시스템(100), 제어기(108), 전원(102) 및 냉각 서브시스템(18)을 포함한다.

조명 서브시스템(100)은 복수의 발광 디바이스(110)를 포함할 수 있다. 발광 디바이스(110)는 예를 들어, LED 디바이스일 수 있다. 복수의 발광 디바이스(110) 중 선택된 것이 방사 출력(24)을 제공하도록 구현된다. 방사 출력(24)은 공작물(26)로 지향된다. 복귀된 방사(28)는 (예를 들어, 방사 출력(24)의 반사를 통해) 공작물(26)로부터 조명 서브시스템(100)으로 다시 지향될 수 있다.

방사 출력(24)은 커플링 광학기(30)를 통해 공작물(26)로 지향될 수 있다. 사용되는 경우, 커플링 광학기(30)는 다양하게 구현될 수 있다. 일례로서, 커플링 광학기(30)는 방사 출력(24)을 제공하는 발광 디바이스(110)와 공작물(26) 사이에 개재된 한 이상의 층, 재료 또는 다른 구조체를 포함할 수 있다. 일례로서, 커플링 광학기(30)는 방사 출력(24)의 수집, 집광, 시준(collimation) 또는 달리 품질 또는 유효량을 향상시키기 위해 마이크로-렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 커플링 광학기(30)는 마이크로-반사기 어레이를 포함할 수 있다. 이러한 마이크로-반사기 어레이를 채용함에 있어서, 방사 출력(24)을 제공하는 각각의 반도체 디바이스가 일대일 기반으로 각각의 마이크로-반사기에 배치될 수 있다.

각 층, 재료 또는 다른 구조체는 선택된 굴절률을 가질 수 있다. 각각의 굴절률을 적절히 선택함으로써, 방사 출력(24)(및/또는 복귀된 방사(28))의 경로 내의 층, 재료 및 다른 구조체 사이의 인터페이스에서의 반사가 선택적으로 제어될 수 있다. 일례로서, 공작물(26)에 대해 반도체 디바이스들 사이에 배치된 선택된 인터페이스에서의 이러한 굴절률의 차이를 제어함으로써, 공작물(26)로의 최종적인 전달을 위해 그 인터페이스에서의 방사 출력의 전송을 향상시키기 위해, 그 인터페이스에서의 반사가 감소되거나, 제거되거나 최소화될 수 있다.

커플링 광학기(30)는 다양한 목적으로 채용될 수 있다. 예시적인 목적은 그 중에서도, 단독으로 또는 조합하여, 발광 디바이스(110)를 보호하고, 냉각 서브시스템(18)과 연관된 냉각 유체를 보유하고, 방사 출력(24)을 수집, 집광 및/또는 시준하고, 복귀된 방사(28)를 수집, 지향 또는 거부하거나, 다른 목적을 포함한다. 추가적인 예로서, 광 반응 시스템(10)은 특히 공작물(26)에 전달될 때 방사 출력(24)의 유효 품질 또는 양을 향상시키기 위해 커플링 광학기(30)를 채용할 수 있다.

복수의 발광 디바이스(110) 중 선택된 것이 제어기(108)에 데이터를 제공하기 위해 커플링 전자 장치(22)를 통해 제어기(108)에 커플링될 수 있다. 추가로 후술하는 바와 같이, 제어기(108)는 또한 예를 들어, 커플링 전자 장치(22)를 통해 이러한 데이터-제공 반도체 디바이스를 제어하도록 구현될 수 있다.

제어기(108)는 바람직하게는 또한 전원(102) 및 냉각 서브시스템(18) 각각에 접속되어 이를 제어하도록 구현된다. 또한, 제어기(108)는 전원(102) 및 냉각 서브시스템(18)으로부터 데이터를 수신할 수 있다.

하나 이상의 전원(102), 냉각 서브시스템(18), 조명 서브시스템(100)으로부터 제어기(108)에 의해 수신된 데이터는 다양한 유형일 수 있다. 일례로서, 데이터는 각각 커플링된 반도체 디바이스(110)와 연관된 하나 이상의 특성을 나타낼 수 있다. 다른 예로서, 데이터는 데이터를 제공하는 각각의 구성 요소(12, 102, 18)와 연관된 하나 이상의 특성을 나타낼 수 있다. 또 다른 예로서, 데이터는 (예를 들어, 공작물로 지향되는 방사 출력 에너지 또는 스펙트럼 성분(들)을 나타내는) 공작물(26)과 연관되는 하나 이상의 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 데이터는 이러한 특성의 일부 조합을 나타낼 수 있다.

제어기(108)는 임의의 이러한 데이터의 수신시에 그 데이터에 응답하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 임의의 이러한 구성 요소로부터의 이러한 데이터에 응답하여, 제어기(108)는 (하나 이상의 이러한 커플링된 반도체 디바이스를 포함하는) 하나 이상의 전원(102), 냉각 서브시스템(18) 및 조명 서브시스템(100)을 제어하도록 구현될 수 있다. 일례로서, 광 에너지가 공작물과 연관된 하나 이상의 지점에서 불충분하다는 것을 나타내는 조명 서브시스템으로부터의 데이터에 응답하여, 제어기(108)는 (a) 하나 이상의 반도체 디바이스(110)에 대한 전류 및/또는 전압의 전원의 공급을 증가시키거나, (b) 냉각 서브시스템(18)을 통해 조명 서브시스템의 냉각을 증가시키거나(즉, 냉각되면 특정 발광 디바이스는 더 큰 방사 출력을 제공함), (c) 이러한 디바이스에 전력이 공급되는 시간을 증가시키거나 (d) 상술한 것의 조합을 행하도록 구현될 수 있다.

조명 서브시스템(100)의 개별 반도체 디바이스(110)(예를 들어, LED 디바이스)는 제어기(108)에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 제어기(108)는 제1 강도, 파장 등의 광을 방출하도록 하나 이상의 개별 LED 디바이스의 제1 그룹을 제어하며, 상이한 강도, 파장 등의 광을 방출하도록 하나 이상의 개별 LED 디바이스의 제2 그룹을 제어할 수 있다. 하나 이상의 개별 LED 디바이스의 제1 그룹은 반도체 디바이스(110)의 동일 어레이 내에 있을 수 있거나, 반도체 디바이스(110)의 하나 초과의 어레이로부터의 것일 수 있다. 반도체 디바이스(110)의 어레이는 또한 제어기(108)에 의한 조명 서브 시스템(100)의 반도체 디바이스(110)의 다른 어레이로부터 제어기(108)에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 제1 어레이의 반도체 디바이스는 제1 강도, 파장 등의 광을 방출하도록 제어될 수 있으며, 제2 어레이의 반도체 디바이스는 제2 강도, 파장 등의 광을 방출하도록 제어될 수 있다.

추가적인 예로서, (예를 들어, 특정 공작물, 광 반응 및/또는 동작 조건의 세트에 대한) 제1 세트의 조건 하에서, 제어기(108)는 제1 제어 전략을 구현하기 위해 광 반응 시스템(10)을 동작시킬 수 있으며, 제2 세트의 조건(예를 들어, 특정 공작물, 광 반응 및/또는 동작 조건의 세트) 하에서, 제어기(108)는 제2 제어 전략을 구현하기 위해 광 반응 시스템(10)을 동작시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1 제어 전략은 제1 강도, 파장 등의 광을 방출하도록 하나 이상의 개별 반도체 디바이스(예를 들어, LED 디바이스)의 제1 그룹을 동작시키는 것을 포함할 수 있으며, 제2 제어 전략은 제2 강도, 파장 등의 광을 방출하도록 하나 이상의 개별 LED 디바이스의 제2 그룹을 동작시키는 것을 포함할 수 있다.

LED 디바이스의 제1 그룹은 제2 그룹과 동일한 LED 디바이스 그룹일 수 있고, LED 디바이스의 하나 이상의 어레이에 걸쳐 있을 수 있거나, 제2 그룹과 다른 LED 디바이스 그룹일 수 있으며, LED의 다른 그룹 디바이스는 제2 그룹의 하나 이상의 LED 디바이스의 서브 세트를 포함할 수 있다. 제1 그룹의 LED 디바이스는 제2 그룹과 동일한 그룹의 LED 디바이스일 수 있으며, LED 디바이스의 하나 이상의 어레이에 걸칠 수 있거나, 제2 그룹과 상이한 그룹의 LED 디바이스일 수 있고, 상이한 그룹의 LED 디바이스는 제2 그룹으로부터의 하나 이상의 LED 디바이스의 서브 세트를 포함할 수 있다.

냉각 서브시스템(18)은 조명 서브시스템(100)의 열적 거동을 관리하도록 구현된다. 예를 들어, 일반적으로, 냉각 서브시스템(18)은 이러한 서브시스템(12), 보다 구체적으로는 반도체 디바이스(110)의 냉각을 제공한다. 냉각 서브시스템(18)은 또한 공작물(26) 및/또는 공작물(26)과 광 반응 시스템(10)(예를 들어, 특히 조명 서브시스템(100)) 사이의 공간을 냉각시키도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 냉각 서브시스템(18)은 공기 또는 다른 유체(예를 들어, 물) 냉각 시스템일 수 있다.

광 반응 시스템(10)은 다양한 어플리케이션으로 사용될 수 있다. 예들은, 제한 없이, 잉크 인쇄로부터 DVD 및 리소그래피의 제조에 이르기까지의 경화 어플리케이션을 포함한다. 일반적으로, 광 반응 시스템(10)이 채용되는 어플리케이션은 연관 파라미터를 갖는다. 즉, 어플리케이션은 하나 이상의 기간에 걸쳐 인가되는 하나 이상의 파장에서의 하나 이상의 레벨의 방사 전력과 같은 연관 동작 파라미터를 포함할 수 있다. 어플리케이션과 연관된 광 반응을 적절히 달성하기 위해, 광 전력은 하나 또는 복수의 이러한 파라미터(및/또는 특정 시간, 시간들 또는 시간 범위에 대해)의 하나 이상의 미리 정해진 레벨에서 또는 그 초과의 레벨에서 공작물에 또는 그 부근에 전달될 필요가 있을 수 있다.

의도된 어플리케이션의 파라미터를 따르기 위해, 방사 출력(24)을 제공하는 반도체 디바이스(110)는 예를 들어, 온도, 스펙트럼 분포 및 방사 전력과 같은 어플리케이션의 파라미터와 연관된 다양한 특성에 따라 동작될 수 있다. 동시에, 반도체 디바이스(110)는 반도체 디바이스의 제조와 관련될 수 있고, 그 중에서 디바이스의 파괴를 방지하고/방지하거나 열화를 방지하기 위해 선행될 수 있는 특정 동작 사양을 가질 수 있다. 광 반응 시스템(10)의 다른 구성 요소는 또한 연관된 동작 사양을 가질 수 있다. 이러한 사양은 다른 파라미터 사양 중에서 동작 온도 및 인가된 전력에 대한 범위(예를 들어, 최대 및 최소)를 포함할 수 있다.

따라서, 광 반응 시스템(10)은 어플리케이션의 파라미터의 모니터링을 지원한다. 또한, 광 반응 시스템(10)은 각각의 특성 및 사양을 포함하여 반도체 디바이스(110)의 모니터링을 제공할 수 있다. 또한, 광 반응 시스템(10)은 그 각각의 특성 및 사양을 포함하여 광 반응 시스템(10)의 선택된 다른 구성 요소의 모니터링을 또한 제공할 수 있다.

이러한 모니터링을 제공함으로써, 광 반응 시스템(10)의 동작이 신뢰성 있게 평가될 수 있도록 시스템의 적절한 동작을 검증할 수 있다. 예를 들어, 시스템(10)은 어플리케이션의 파라미터(예를 들어, 온도, 방사 전력 등), 이러한 파라미터와 연관된 임의의 구성 요소 특성 및/또는 임의의 구성 요소의 각각의 동작 사양 중 하나 이상과 관련하여 바람직하지 않은 방식으로 동작할 수 있다. 모니터링의 제공은 시스템의 구성 요소들 중 하나 이상에 의해 제어기(108)에 의해 수신된 데이터에 따라 응답하여 수행될 수 있다.

모니터링은 또한 시스템의 동작의 제어를 지원할 수 있다. 예를 들어, 제어 전략은 하나 이상의 시스템 구성 요소로부터의 데이터를 수신하고 이에 응답하는 제어기(108)를 통해 구현될 수 있다. 이 제어는 상술한 바와 같이, 직접적으로(즉, 구성 요소 동작에 관한 데이터에 기초하여 구성 요소로 향하는 제어 신호를 통해 구성 요소를 제어함으로써) 또는 간접적으로(즉, 다른 구성 요소의 동작을 조정하기 위해 향하는 제어 신호를 통해 구성 요소의 동작을 제어함으로써) 구현될 수 있다. 일례로서, 반도체 디바이스의 방사 출력은 조명 서브시스템(100)에 인가된 전력을 조정하는 전원(102)으로 향하는 제어 신호 및/또는 조명 서브시스템(100)에 적용된 냉각을 조정하는 냉각 서브시스템(18)으로 향하는 제어 신호를 통해 간접적으로 조정될 수 있다.

제어 전략은 시스템의 적절한 동작 및/또는 어플리케이션의 성능을 가능하게 하고/하거나 향상시키기 위해 채용될 수 있다. 보다 구체적인 예에서, 제어는 또한, 예를 들어, 반도체 디바이스(110) 또는 반도체 디바이스(110)의 어레이를 그 사양을 넘어서서 가열하는 것을 방지하면서, 또한 어플리케이션의 광 반응(들)을 적절히 완료하기에 충분한 공작물(26)에 대한 방사 에너지를 지향하게 하도록 어레이의 방사 출력과 그 동작 온도 간의 균형을 가능하게 하고/하거나 향상시키기 위해 채용될 수 있다.

일부 어플리케이션에서, 높은 방사 전력이 공작물(26)로 전달될 수 있다. 따라서, 서브시스템(12)은 발광 반도체 디바이스(110)의 어레이를 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 서브시스템(12)은 고밀도의 발광 다이오드(LED) 어레이를 사용하여 구현될 수 있다. LED 어레이가 사용될 수 있고 본원에 상세히 설명되어 있지만, 반도체 디바이스(110) 및 그 어레이(들)는 본 설명의 원리를 벗어나지 않고 다른 발광 기술을 사용하여 구현될 수 있고, 다른 발광 기술의 예는 제한 없이 유기 LED, 레이저 다이오드, 다른 반도체 레이저를 포함한다는 것이 이해된다.

복수의 반도체 디바이스(110)는 어레이(20) 또는 어레이들의 어레이의 형태로 제공될 수 있다. 어레이(20)는 하나 이상의 또는 대부분의 반도체 디바이스(110)가 방사 출력을 제공하게 구성되도록 구현될 수 있다. 그러나, 동시에, 어레이의 반도체 디바이스(110) 중 하나 이상은 어레이의 특성 중 선택된 것을 모니터링하게 제공하도록 구현된다. 모니터링 디바이스(36)는 어레이(20)의 디바이스 중에서 선택될 수 있으며, 예를 들어, 다른 발광 디바이스와 동일한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 발광과 모니터링 간의 차이는 특정 반도체 디바이스와 연관된 커플링 전자 장치(22)에 의해 결정될 수 있다(예를 들어, 기본 형태로, LED 어레이는 커플링 전자 장치가 역방향 전류를 제공하는 모니터링 LED, 및 커플링 전자 장치가 순방향 전류를 제공하는 발광 LED를 가질 수 있다).

또한, 커플링 전자 장치에 기초하여, 어레이(20)의 반도체 디바이스 중 선택된 것은 다중 기능 디바이스 및/또는 다중 모드 디바이스 중 어느 하나 또는 양쪽 모두일 수 있으며, 여기서, (a) 다중 기능 디바이스는 하나 초과의 특성(예를 들어, 방사 출력, 온도, 자기장, 진동, 압력, 가속도 및 다른 기계적 힘 또는 변형 중 어느 하나)을 검출할 수 있고 어플리케이션 파라미터 또는 다른 결정 요인에 따라 이러한 검출 기능 중에서 전환될 수 있고, (b) 다중 모드 디바이스는 발광, 검출 및 일부 다른 모드(예를 들어, 오프(off))를 행할 수 있고 어플리케이션 파라미터 또는 다른 결정 요인에 따라 모드 중에서 전환될 수 있다.

도 2를 참조하면, 다양한 양의 전류를 공급할 수 있는 제1 조명 시스템 회로의 개략도가 나타내어져 있다. 조명 시스템(100)은 하나 이상의 발광 디바이스(110)를 포함한다. 본 예에서, 발광 디바이스(110)는 발광 다이오드(LED)이다. 각각의 LED(110)는 애노드(201) 및 캐소드(202)를 포함한다. 도 1에 나타내어진 전환 전원(102)은 48V DC 전력을 전압 조절기(204)에 공급한다. 전압 조절기(204)는 도체 또는 경로(222)를 통해 LED(110)의 애노드(201)에 DC 전력을 공급한다. 전압 조절기(204)는 또한 도체 또는 경로(240)를 통해 LED(110)의 캐소드(202)에 전기적으로 커플링된다. 전압 조절기(204)는 접지(285)를 기준으로 나타내어져 있으며 일례에서 벅(buck) 조절기일 수 있다. 전압 조절기(204)는 제어기(108)의 일부일 수 있다. 전압 조절기(204)는 LED(110)에 조정 가능한 전압을 공급한다.

전계 효과 트랜지스터(FET) 형태의 가변 저항기일 수 있는 디바이스(230)는 전위차계 또는 다른 디바이스(미도시)와 같은 사용자 입력으로부터 강도 신호 전압을 수신한다. 대안적으로, 가변 저항기는 LED(110)를 활성화하기 위해 낮은 저항을 제공하도록 단순히 명령될 수 있다. 본 예가 FET로서 가변 저항기를 설명하지만, 회로는 다른 유형의 가변 저항기를 채용할 수 있음에 유의해야 한다.

본 예에서, 어레이(20)의 적어도 하나의 요소는 발광 다이오드(LED)와 같은 솔리드-스테이트 발광 요소를 포함하거나, 레이저 다이오드가 광을 생성한다. 요소는 기판 상의 단일 어레이, 기판 상의 복수의 어레이, 함께 접속된 여러 기판 상의 단일 또는 복수의 여러 어레이 등으로 구성될 수 있다. 일례에서, 발광 요소의 어레이는 Phoseon Technology, Inc에서 제조된 Silicon Light Matrix™(SLM)로 구성될 수 있다.

도 2에 나타낸 회로는 폐루프 전류 제어 회로이다. 폐루프 회로에서, 가변 저항기(203)는 도체 또는 경로(211)를 통해 강도 전압 제어 신호를 수신할 수 있다. 가변 저항기(203)와 어레이(20) 사이의 전압은 전압 조절기(204)에 의해 결정되는 원하는 전압으로 제어된다. 원하는 전압값은 전위차계(218) 및 저항기(216)를 포함하는 전압 분배기(215)에 의해 공급될 수 있다. 전압 분배기(215)는 217에서 기준 전압 V1으로부터 전압을 수신한다. 전압 조절기(204)는 어레이(20)와 가변 저항기(203) 사이의 전류 경로에서 원하는 전압을 제공하는 레벨로 전압 신호(222)를 제어한다. 가변 저항기(203)는 어레이(20)로부터 전류 감지 저항기(255)로의 전류 흐름을 제어한다. 원하는 전압은 또한 조명 디바이스의 유형, 공작물의 유형, 경화 파라미터 및 다양한 다른 동작 조건에 응답하여 조정될 수 있다. 전류 신호는 도체 또는 경로(240)를 따라 전압 조절기(204)로 피드백될 수 있다.

가변 저항기(203)와 어레이(20) 사이의 전압이 일정 전압으로 조정되는 일례에서, 어레이(20)와 가변 저항기(203)를 통한 전류 흐름은 가변 저항기(203)의 저항을 조정함으로써 조정된다. 따라서, 가변 저항기(220)로부터 도체(240)를 따라 운반되는 전압 신호는 본 예에서 어레이(20)로 가지 않는다. 대신에, 어레이(20)와 가변 저항기(220) 사이의 전압 피드백은 도체(240)를 따라 전압 조절기(204)로 간다. 전압 조절기(204)는 그 후 도체(222)를 통해 어레이(20)에 전압 신호를 출력한다. 따라서, 전압 조절기(204)는 어레이(20)의 하류 전압에 응답하여 그 출력 전압을 조정하고, 어레이(20)를 통한 전류 흐름은 가변 저항기(203)를 통해 조정된다. 도체(240)는 LED(110)의 캐소드(202), 가변 저항기(203)의 입력(205)(예를 들어, N-채널 MOSFET의 드레인) 및 가변 저항기(204)의 전압 피드백 입력(293) 사이의 전기 통신을 가능하게 한다. 따라서, LED(110)의 캐소드(202), 가변 저항기(203)의 입력측(205) 및 전압 피드백 입력(293)이 동일 전위에 있다.

가변 저항기는 FET, 바이폴라 트랜지스터, 디지털 전위차계 또는 임의의 전기적으로 제어 가능한 전류 제한 디바이스의 형태를 취할 수 있다. 폐루프 시스템은, 출력 전압 조절기(204)가 어레이(20)를 동작시키는 전압보다 약 0.5V 높게 유지되게 동작한다. 조절기 출력 전압은 어레이(20)에 인가되는 전압을 조정하고, 가변 저항기는 어레이(20)를 통한 전류 흐름을 원하는 레벨로 제어한다. 본 회로는 조명 시스템 효율을 증가시키고 조명 시스템에 의해 생성된 열을 다른 접근법과 비교하여 감소시킬 수 있다. 도 2의 예에서, 가변 저항기(203)는 통상적으로 0.6V의 범위에서 전압 강하를 생성한다. 그러나, 가변 저항기(203)에서의 전압 강하는 가변 저항기의 설계에 따라 0.6V보다 작거나 클 수 있다.

따라서, 도 2에 나타낸 회로는 어레이(20)에 걸친 전압 강하를 제어하기 위해 전압 조절기에 전압 피드백을 제공한다. 예를 들어, 어레이(20)의 동작은 어레이(20)에 걸친 전압 강하로 귀결되므로, 전압 조절기(204)에 의해 출력된 전압은 어레이(20)와 가변 저항기(203) 사이의 원하는 전압에 어레이(20)에 걸친 전압 강하를 더한 것이다. 가변 저항기(203)의 저항이 어레이(20)를 통한 전류 흐름을 감소시키도록 증가되면, 전압 조절기 출력은 어레이(20)와 가변 저항기(203) 사이에서 원하는 전압을 유지하도록 조정(예를 들어, 감소)된다. 반면, 가변 저항기(203)의 저항이 감소되어 어레이(20)를 통한 전류 흐름을 증가시키면, 전압 조절기 출력은 어레이(20)와 가변 저항기(203) 사이에서 원하는 전압을 유지하도록 조정(예를 들어, 증가)된다. 본 예에서, 어레이(20)에 걸친 전압 및 어레이(20)를 통한 전류는 동시에 어레이(20)로부터의 원하는 광 강도 출력을 제공하도록 조정될 수 있다. 본 예에서, 어레이(20)를 통한 전류 흐름은 (예를 들어, 전류 흐름의 방향으로) 어레이(20)의 하류에, 그리고 접지 기준(285)의 상류에 배치되거나 위치된 디바이스(예를 들어, 가변 저항기(203))를 통해 조정된다.

일부 예에서, 디바이스(203)는 스위치일 수 있고 SLM(299)은 전류 감지 저항기(255)를 포함할 수 있다. 그러나, 디바이스(203) 및 전류 감지 저항기(255)는 필요한 경우 전압 조절기(204)와 함께 포함될 수 있다. 전압 조절기(204)는 저항기(244) 및 저항기(245)로 구성된 전압 분배기(246)를 포함한다. 도체(240)는 전압 분배기(246)를 LED(110)의 캐소드(202) 및 디바이스(203)와 전기적으로 통신하게 한다. 따라서, LED(110)의 캐소드(202), 디바이스(203)의 입력측(205)(예를 들어, N 채널 MOSFET의 드레인) 및 저항기들(244 및 245) 사이의 노드(243)는 동일한 전위에 있다. 디바이스 또는 스위치(203)는 개방 또는 폐쇄 상태에서만 동작될 수 있고, 선형적으로 또는 비례적으로 조정될 수 있는 저항을 갖는 가변 저항기로서 동작하지 않을 수 있다. 또한, 일례에서, 스위치(203)는 상술한 가변 저항기에 대한 0.6V Vds와 비교하여 0V의 Vds를 갖는다.

도 2의 조명 시스템 회로는 또한 전류 감지 저항기(255)에 의해 측정된 바와 같이 도체(240)를 통해 어레이(20)를 통과하는 전류를 나타내는 입력(259)에서의 전압을 수신하는 에러 증폭기(260)를 포함한다. 에러 증폭기(260)는 또한 전압 분배기(215) 또는 다른 디바이스로부터 도체(219)를 통해 기준 전압을 수신한다. 에러 증폭기(260)로부터의 출력은 펄스 폭 변조기(PWM)(262)의 입력에 공급된다. PWM으로부터의 출력은 벅 스테이지 조절기(265)에 공급되고, 벅 스테이지 조절기(265)는 조절된 DC 전원(예를 들어, 도 1의 102)과 어레이(20)의 상류 위치로부터의 어레이(20) 사이에 공급되는 전류를 조정한다.

일부 예에서, 도 2에 나타낸 바와 같이 어레이(20)의 하류에 있는 위치 대신 (예를 들어, 전류 흐름의 방향으로) 어레이(20)의 상류 또는 위치된 디바이스를 통해 어레이에 공급되는 전류를 조정하는 것이 바람직할 수 있다. 도 2의 예시적인 조명 시스템에서, 도체(240)를 통해 공급되는 전압 피드백 신호는 직접 전압 조절기(204)로 간다. 전위차계(218)로부터 도체(219)를 통해 공급된 강도 전압 제어 신호는 기준 신호 Vref가 되고, 에러 증폭기(260)에 인가된다.

전압 조절기(204)는 어레이(20)의 상류 위치로부터의 SLM 전류를 직접 제어한다. 특히, 저항 분배기 네트워크(246)는, SLM이 스위치(203)를 개방함으로써 디스에이블될 때 벅 조절기 스테이지(265)의 출력 전압을 모니터링하는 통상적인 벅 조절기로서 벅 조절기 스테이지(265)가 동작하게 한다. SLM은 스위치(203)를 폐쇄하고 광을 제공하도록 SLM을 활성화시키는 도체(211)로부터의 인에이블(enable) 신호를 선택적으로 수신할 수 있다. 벅 조절기 스테이지(265)는, SLM 인에이블 신호가 도체(211)에 인가될 때 다르게 동작한다. 구체적으로, 보다 통상적인 벅 조절기와는 달리, 벅 조절기는 부하 전류, SLM으로의 전류 및 SLM을 통해 얼마나 많은 전류가 푸시(push)되는지를 제어한다. 특히, 스위치(203)가 폐쇄되면, 어레이(20)를 통한 전류는 노드(243)에서 발생하는 전압에 기초하여 결정된다.

노드(243)에서의 전압은 전류 감지 저항기(255)를 통해 흐르는 전류 및 전압 분배기(246)에서의 전류 흐름에 기초한다. 따라서, 노드(243)에서의 전압은 어레이(20)를 통해 흐르는 전류를 나타낸다. SLM 전류를 나타내는 전압은 SLM을 통한 원하는 전류 흐름을 나타내는 기준 전압과 비교된다. SLM 전류가 원하는 SLM 전류와 상이한 경우, 에러 전압이 에러 증폭기(260)의 출력에서 발생한다. 에러 전압은 PWM 생성기(262)의 듀티 사이클을 조정하고 PWM 생성기(262)로부터의 펄스 트레인은 벅 스테이지(265) 내의 코일의 충전 시간 및 방전 시간을 제어한다. 코일 충전 및 방전 타이밍은 전압 조절기(204)의 출력 전압을 조절한다. 어레이(20)의 저항은 일정하므로, 어레이(20)를 통한 전류 흐름은 전압 조절기(204)로부터 출력되고 어레이(20)로부터 공급된 전압을 조절함으로써 조절될 수 있다. 추가적인 어레이 전류가 요구되는 경우, 전압 조절기(204)로부터의 전압 출력이 증가된다. 감소된 어레이 전류가 요구되는 경우, 전압 조절기(204)로부터의 전압 출력은 감소된다.

전압 조절기(204)는 또한 버블 A에서 나타낸 바와 같이 제2 에러 증폭기 입력(258)으로 도 3에 나타낸 사전-충전 회로를 통해 전압 펄스 커맨드를 수신할 수 있다. 사전-충전 회로는 버블 B로 나타낸 바와 같이 LED(110)의 애노드(201)에서 LED 순방향 전압의 표시를 수신할 수 있다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는, 도 2의 구현이 본원에서 논의된 예들에 따른 단지 하나의 가능한 회로를 나타낸다는 것을 이해할 것이다.

이하 도 3을 참조하면, 예시적인 사전-충전 회로(300)가 나타내어진다. 아날로그 사전-충전 회로의 출력은 버블 A에서 나타낸 바와 같이 도 2에 나타낸 전압 조절기(204)로 향한다. 사전-충전 회로(300)는 버블 B에 나타낸 바와 같이 도 2에 나타낸 LED(110)의 애노드에 존재하는 전압을 수신한다. 사전-충전 회로(300)는 또한 전압 네트워크(320)와 유사한 전압 분배기 네트워크(352)를 통해 제2 SLM(350)을 포함하는 추가적인 SLM의 LED로부터 전압을 수신할 수 있다.

사전-충전 회로(300)는 타이머 회로(360)를 포함한다. 일례에서, 타이머 회로는 Texas Instruments TLC555 집적 회로이다. 타이머 회로(360)는 입력 TRIG 바(bar)(364), RESET 바(363), CONT 바(362), THRES(361)를 포함한다. 타이머 회로는 또한 출력 OUT(365) 및 DISCH(366)를 포함한다. 나타낸 바와 같이, 타이머 회로(360)는 출력(365)에서 단일 전압 펄스를 출력하도록 모노(mono)-안정 모드에서 구성된다. 전압 펄스는, 트랜지스터(301)가 활성화된 직후 상승 에지(예를 들어, 저전압(접지) 상태로부터 고전압 상태(5 볼트)로 전이)를 가지며, GENABLE INPUT에서 트랜지스터(301)로 입력되는 고 레벨 전압에 응답하여 도통하기 시작한다. 트랜지스터(301)를 활성화하는 것은 TRIG 바 입력을 접지(285) 부근으로 당긴다. 트랜지스터(301)는, 트랜지스터(301)가 도통하기 시작할 때 접지(285)에 전기 경로를 제공한다. 타이머 회로(360)는, 저 레벨에서 하이 레벨로 전이된 타이머 회로(360)로부터 출력된 전압 펄스 이후 또는 연산 증폭기(326)를 통해 입력된 RESET 바에 입력된 저 레벨 전압에 응답하여 경과한 시간량에 응답하여 전압 펄스를 컷 오프(cut off)시키거나 자른다. GENABLE 입력이 저전압 레벨로부터 고전압 레벨로 다시 전이할 때까지, 타이머 회로(360)는 다른 전압 펄스를 출력하지 않는다. 제1 저항기(370) 및 제1 커패시터(340)의 값은, 제1 저항기 및 제1 커패시터에 기초한 미리 정해진 시간량이 만료하기 전에 RESET 바 입력이 고전압에서 저전압으로 전이하지 않는 경우, OUTPUT(365)으로부터 출력된 전압 펄스의 지속 시간을 결정한다.

제3 저항기(305), 제2 저항기(306) 및 제2 커패시터(303)는 TRIG 바 입력(364)에 입력된 신호에 대한 디바운스(debounce) 기능을 제공한다. 커패시터(311)는 CONT 바 입력 또는 제어 전압 입력에 전기적으로 커플링된다. 연산 증폭기(326)는 비교기로서 구성되는 것으로 나타내어진다. 전압 분배기(335)로부터의 전압은 비반전 입력(381)에 인가되고 전압 분배기(320)로부터의 전압은 반전 입력(382)에 인가된다. 초기에 증폭기(326)의 출력(383)은, 노드(333)에서의 전압이 노드(323)에서의 전압보다 높기 때문에 고 레벨이다. 반전 입력(382)에 인가된 전압이 비반전 입력(381)에 인가된 전압을 초과할 때 증폭기(326)의 출력(383)이 고전압에서 저전압으로 전이한다. 저항기(325)는, 저전압이 노드(323)에 존재할 때 반전 입력(382)을 접지(285)로 당긴다. 전압 분배기(320)는 저항기(321 및 322)로 구성된다. 전압 분배기(335)는 저항기(332 및 331)로 구성된다. 커패시터(330)는 전압 분배기(335)의 출력을 필터링한다.

따라서, 도 1 내지 도 3의 시스템은 하나 이상의 발광 디바이스를 동작시키기 위한 시스템을 제공할 수 있으며, 솔리드 스테이트 조명 디바이스의 어레이; 전압 조절기 입력을 포함하고, 솔리드 스테이트 조명 디바이스의 어레이에 전기적으로 커플링된 전압 조절기; 및 사전-충전 회로 출력을 갖는 아날로그 사전-충전 회로를 포함하고, 사전-충전 회로 출력은 전압 조절기 입력에 전기적으로 커플링되고, 아날로그 사전-충전 회로는 사전-충전 회로 입력을 포함하고, 사전-충전 회로 입력은 솔리드 스테이트 조명 디바이스의 어레이에 전기적으로 커플링되고, 아날로그 사전-충전 회로는 타이밍 회로를 포함하고, 아날로그 사전-충전 회로는 타이밍 회로에 전기적으로 커플링된 제1 커패시터 및 제1 저항기를 포함한다.

일부 예에서, 시스템은 타이밍 회로에 전기적으로 커플링된 제2 저항기, 제3 저항기 및 제2 커패시터를 추가로 포함한다. 시스템은 제2 커패시터 및 제3 저항기에 전기적으로 커플링된 트랜지스터를 추가로 포함한다. 시스템은, 타이밍 회로가 TRIG 바 입력, RESET 바 입력, CONT 바 입력, THRES 입력, DISCH 출력 및 OUT 출력을 포함하는 것을 포함한다. 시스템은, 제1 저항기 및 제1 커패시터가 DISCH 출력에 전기적으로 커플링되고, DISCH 출력이 THRES 입력에 전기적으로 커플링되는 것을 포함한다. 시스템은, 제2 저항기 및 제2 커패시터가 TRIG 바 입력에 전기적으로 커플링되는 것을 포함한다. 시스템은 제3 커패시터를 추가로 포함하고, 제3 커패시터는 CONT 바 입력에 전기적으로 커플링된다. 시스템은, OUT 출력이 전압 조절기의 입력에 전기적으로 커플링되는 것을 포함한다.

일부 예에서, 도 1 내지 도 3의 시스템은 하나 이상의 발광 디바이스를 동작시키기 위한 시스템을 제공하며, 솔리드 스테이트 조명 디바이스의 어레이; 전압 조절기 입력을 포함하고, 솔리드 스테이트 조명 디바이스의 어레이에 전기적으로 커플링된 전압 조절기; 및 사전-충전 회로 출력을 갖는 아날로그 사전-충전 회로를 포함하고, 사전-충전 회로 출력은 상기 전압 조절기 입력에 전기적으로 커플링되고, 아날로그 사전-충전 회로는 제1 사전-충전 회로 입력을 포함하고, 제1 사전-충전 회로 입력은 솔리드 스테이트 조명 디바이스의 어레이에 전기적으로 커플링되고, 아날로그 사전-충전 회로는 타이밍 회로를 포함하고, 아날로그 사전-충전 회로는 전압 비교기를 포함하고, 전압 비교기는 타이밍 회로 및 제1 사전-충전 회로 입력에 전기적으로 커플링된다.

시스템은 제2 사전-충전 회로 입력을 추가로 포함하고, 제2 사전-충전 회로 입력은 트랜지스터에 전기적으로 커플링된다. 시스템은, 트랜지스터가 제3 저항기 및 제2 커패시터에 전기적으로 커플링되고, 제2 커패시터는 제2 저항기 및 타이밍 회로의 TRIG 바 입력에 전기적으로 커플링되는 것을 포함한다. 시스템은, 타이밍 회로가 TRIG 바 입력, RESET 바 입력, CONT 바 입력, THRES 입력, DISCH 출력 및 OUT 출력을 포함하는 것을 포함한다. 시스템은, 아날로그 사전-충전 회로가 제1 커패시터 및 타이밍 회로에 전기적으로 커플링된 제1 저항기를 포함하는 것을 포함한다. 시스템은 전압 비교기에 전기적으로 커플링된 전압 분배기를 추가로 포함한다.

이하 도 4를 참조하면, 예시적인 예언적 조명 어레이 활성화 시퀀스가 나타내어져 있다. 도 4는 시간 정렬되고 동시에 발생하는 4개의 플롯을 나타낸다. 시간 T0-T7에서의 수직 마커는 관심 시간을 나타낸다. 도 4의 시퀀스는 도 1 내지 도 3에 나타내어진 시스템에 의해 제공될 수 있다. 또한, 시퀀스는 도 1 내지 도 3의 시스템에 의해 수행되는 도 5의 방법에 의해 제공될 수 있다. 수평 축을 따른 SS 표시는 제동 시간을 나타낸다. 시간에 따른 제동은 길거나 짧은 지속 시간일 수 있다.

도 4의 상부로부터의 첫번째 플롯은 조명 어레이 인에이블 또는 활성화 요청 대 시간의 플롯이다. 조명 어레이 활성화 요청은 도 3에 나타낸 GENABLE 입력에 제공될 수 있다. 수직 축은 조명 어레이 인에이블 신호의 전압 레벨을 나타내고, 전압 레벨은 수평 축으로부터 증가한다. 조명 어레이는, 트레이스(trace)가 더 높은 레벨에 있을 때 인에이블 및 활성화되도록 요청된다. 조명 어레이는, 트레이스가 더 낮은 레벨에 있을 때 오프(off) 및 비활성화되도록 요청된다. 수평 축은 시간을 나타내고, 시간은 도면의 좌측에서 도면의 우측으로 증가한다.

도 4의 상부로부터의 두번째 플롯은 LED의 애노드에서의 LED 순방향 전압 또는 전압 대 시간의 플롯이다. 수직 축은 LED 전압을 나타내고, LED 전압은 수직 축의 화살표 방향으로 증가한다. 수평 축은 시간을 나타내고, 시간은 도면의 좌측으로부터 도면의 우측으로 증가한다. 수평 라인(402)은, 그 위의 사전-충전 회로 전압 펄스가 절단 또는 컷-오프되어 제로 볼트의 값으로 전이되는 임계 전압을 나타낸다. 실선(404)은, 사전-충전 회로 출력 전압이 인가되지 않고 전압 조절기 출력이 조명 어레이 강도 커맨드에 기초하는 경우 LED 순방향 전압을 나타낸다. 점선(406)은, 사전-충전 회로 출력 전압이 전압 조절기에 인가된 경우, LED 순방향 전압을 나타낸다. 사전-충전 회로 출력 전압이 정규 전압에 인가되지 않는 경우 LED 순방향 전압은, 단지 실선(404)이 보일 때 사전-충전 회로 출력 전압이 전압 조절기에 인가되지 않은 경우의 LED 순방향 전압과 동일하다.

도 4의 상부로부터 세번째 플롯은 조명 어레이 강도 요구 대 시간의 플롯이다. 수직 축은 조명 어레이 강도 요구를 나타내고, 조명 어레이 강도 요구는 수직 축 화살표의 방향으로 증가한다. 수평 축은 시간을 나타내고, 시간은 도면의 좌측에서 도면의 우측으로 증가한다. 조명 어레이 강도 요구는 전위차계(예를 들어, 도 2에 나타낸 218) 또는 다른 디바이스를 통해 이루어질 수 있다.

도 4의 상부로부터 네번째 플롯은 사전-충전 회로 전압 출력(예를 들어, 도 3의 365) 대 시간의 플롯이다. 수직 축은 사전-충전 회로 전압 출력을 나타내고, 사전-충전 회로 전압 출력은 수직 축 화살표의 방향으로 증가한다. 수평 축은 시간을 나타내고, 시간은 도면의 좌측으로부터 도면의 우측으로 증가한다.

시간 T0에서, 조명 어레이는, 조명 어레이 인에이블 트레이스(enable trace)가 어서팅(asserting)되지 않거나 더 높은 레벨에 있지 않음에 의해 나타낸 바와 같이 오프이다. LED 순방향 전압은 제로이고 강도 요구는 더 높은 레벨에 있다. 사전-충전 회로 출력은 제로이다.

시간 T1에서, 조명 어레이는, 조명 어레이 인에이블 트레이스가 어서팅되고 더 높은 레벨에 있는 것에 의해 나타낸 바와 같이 온(on)으로 명령된다. LED 순방향 전압은, 조명 어레이 인에이블이 어서팅됨에 응답하여 증가하기 시작한다. 조명 어레이 강도 요구는 더 높은 레벨에서 유지된다. 사전-충전 회로 출력은 조명 어레이 인에이블이 어서팅되는 것에 응답하여 더 높은 레벨로 전이한다.

시간 T2에서, 조명 어레이는, 조명 어레이 인에이블 트레이스가 어서팅되고 더 높은 레벨에 있는 것에 의해 나타낸 바와 같이 활성화된 채로 유지된다. LED 순방향 전압은 임계값(402)을 초과하고 조명 어레이 강도 요구는 더 높은 레벨로 유지된다. 사전-충전 회로 출력 전압은, LED 순방향 전압이 임계값(402)을 초과하는 것에 응답하여 더 낮은 레벨로 전이한다. 도 2의 전압 조절기(204)에 대한 명령은 전위차계 또는 다른 유형의 제어를 통해 사용자에 의해 요청되는 값으로 전이하여, 원하는 광 강도가 조명 어레이에 의해 출력된다. 따라서, 요청된 조명 어레이 강도가, 전압 조절기 출력이 급격히 증가하는 하이 레벨이면, 사전-충전 회로 출력 전압은 LED 전압에 응답하여 감소될 수 있다. 사전-충전 회로 출력 전압은, 미리 정해진 시간량이 경과하기 전에 제로로 감소될 수 있어, 조명 강도 커맨드가 사전-충전 회로 출력 전압 요구를 대신할 수 있다. 그렇지 않으면, 사전-충전 회로 출력 전압은, 미리 정해진 시간량이 만료되는 것에 응답하여 감소될 수 있다.

시간 T3에서, 조명 어레이 인에이블 신호는 더 낮은 레벨로 전이되고, 조명 어레이 출력은, 사용자 또는 제어기 커맨드에 응답하여 비활성화된다. LED 순방향 전압은, 조명 어레이가 비활성화되는 것에 응답하여 감소되고, 조명 어레이 강도 요구는 더 높은 레벨로 유지된다. 사전-충전 회로 출력 전압은 더 낮은 레벨로 유지된다.

시간 T4에서, 조명 어레이는, 조명 어레이 인에이블 트레이스가 어서팅되지 않거나 더 높은 레벨로 있지 않음에 의해 나타낸 바와 같이 오프이다. LED 순방향 전압은 제로이고 강도 요구는 더 낮은 레벨에 있다. 사전-충전 회로 출력은 제로이다.

시간 T5에서, 조명 어레이는, 조명 어레이 인에이블 트레이스가 어서팅되고 더 높은 레벨에 있음에 의해 나타낸 바와 같이 온으로 명령된다. 사전-충전 회로 출력은, 조명 어레이 인에이블이 어서팅되는 것에 응답하여 더 높은 레벨로 전이된다. 사전-충전 회로 출력 전압이 정규 전압(406)에 인가될 때, LED 순방향 전압은 보다 빠른 속도로 증가하기 시작한다. 사전-충전 회로 출력 전압이 정규 전압(404)에 인가되지 않을 때 LED 순방향 전압은 더 느린 속도로 증가한다. LED 순방향 전압의 감소는 더 낮은 레벨에 있는 조명 강도 요구와 관련될 수 있다.

시간 T5와 시간 T6 사이에서, 사전-충전 회로 출력 전압이 정규 전압(404)에 인가되지 않을 때 LED 순방향 전압은, 사전-충전 회로 출력 전압(404)이 시간 T1과 시간 T2 사이에 나타낸 정규 전압에 인가되지 않을 때의 LED 순방향 전압보다 더 느린 속도로 증가한다. 더 느린 변화 속도는, 낮은 레벨의 광 강도가 명령될 때 전압 조절기의 저항기/커패시터 네트워크를 충전하기 위한 추가 시간에 기인할 수 있다. 그러나, 사전-충전 회로 출력 전압이 전압 조절기(406)로 인가될 때의 LED 순방향 전압은, 사전 충전 회로 출력 전압(404)이 정규 전압에 인가되지 않을 때의 LED 순방향 전압보다 빠른 속도로 증가한다.

시간 T6에서, 조명 어레이는, 조명 어레이 인에이블 트레이스가 어서팅되고 더 높은 레벨에 있는 것에 의해 나타내어진 바와 같이 활성화된 채로 유지된다. 사전-충전 회로 출력 전압이 정규 전압에 인가될 때 LED 순방향 전압은 임계값(402)을 초과하지 않지만, 임계 시간량이 만료된다. 임계 시간량은 시간 T5에서 시작하여 시간 T6에서 종료하는 것으로 측정된다. 따라서, 사전-충전 회로 출력 전압은 제로로 감소된다. 사전-충전 회로 출력 전압이 인가되지 않을 때의 LED 순방향 전압은 시간 T7에서 최종적으로 임계값(402)을 초과한다는 점에 유의한다. 이러한 LED 순방향 전압은 덜 일관적인 조명 강도로 귀결될 수 있다. 따라서, 사전-충전 회로 출력 전압은, 조명 시스템의 더 낮은 광 강도 요구가 요청될 때 조명 시스템 광 강도 일관성을 향상시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 사전-충전 회로 출력 전압은 미리 정해진 시간량이 만료하는 것에 응답하여 감소될 수 있다.

이하, 도 5를 참조하면, 조명 시스템을 동작시키기 위한 방법이 나타내어진다. 본 방법은 도 1 내지 도 3에 나타낸 아날로그 회로를 통해 수행될 수 있다. 대안적으로, 본 방법은 유사한 기능을 제공하는 다른 회로를 통해 수행될 수 있다.

502에서, 방법(500)은 조명 어레이 출력에 대한 요청(예를 들어, 영역 또는 객체를 조명하라는 요청)이 존재하는지를 판정한다. 요청은 버튼, 제어기를 누르는 사람 조작자 또는 조명 어레이 출력이 요청되는 것을 나타내는 위치에 있는 스위치를 통해 이루어질 수 있다. 방법(500)이, 조명 어레이 출력에 대한 요청이 있는 것으로 판정하면, 대답은 예(yes)이고, 방법(500)은 504로 진행한다. 그렇지 않으면, 대답은 아니오(no)이고, 방법(500)은 510으로 진행한다.

510에서, 방법(500)은 조명 어레이를 비활성화하고 LED를 차단한다. LED는 전압 조절기가 제로 볼트를 출력하도록 명령하고/명령하거나 LED에 전력을 공급하는 전원을 비활성화함으로써 차단될 수 있다. 방법(500)은 조명 어레이를 비활성화시키고 LED를 오프시킨 후 종료로 진행한다.

504에서, 방법(500)은 미리 정해진 조명 강도 또는 전압 조절기 출력을 요구한다. 미리 정해진 조명 강도는 풀 스케일 조명 강도 또는 정격 전압 조절기 출력의 75%보다 큰 값일 수 있다. 일례에서, 미리 정해진 조명 강도 또는 전압 조절기 출력은 도 3에 나타낸 타이밍 회로를 통해 명령된다. 또한, 요구는 전압 조절기의 입력에 인가될 수 있다. 방법(500)은 506으로 진행한다.

506에서, 방법(500)은, 조명 어레이의 LED의 LED 순방향 전압이 임계 전압보다 큰지를(G.T.: greater than) 판정한다. 순방향 전압은 조명 어레이의 LED의 애노드에서의 전압을 통해 측정되거나 결정될 수 있다. 일례에서, 판정은 도 3에 나타낸 바와 같이 연산 증폭기 또는 비교기를 통해 수행될 수 있다. LED 순방향 전압이 임계 전압보다 큰 경우, 대답은 예이고 방법(500)은 512로 진행한다. 그렇지 않으면, 대답은 아니오이고 방법(500)은 508로 진행한다.

508에서, 방법(500)은 요구된 미리 정해진 광 강도가 전압 조절기에 인가되는 시간량이 임계 시간량보다 큰지를 판정한다. 예를 들어, 방법(400)은, 전압 조절기가 미리 정해진 시간량보다 오랫동안 임계 레벨에 명령되었는지를 판정한다. 방법(500)은 타이밍 회로의 펄스 폭 출력의 시간량이 임계 지속 시간보다 큰지에 기초하여 판정을 내릴 수 있다. 일례에서, 도 3에 나타낸 타이머가 이러한 결정을 내릴 수 있고, 미리 정해진 시간량은 저항기 및 커패시턴스 값의 선택에 기초할 수 있다. 방법(500)이 504로부터의 요구된 미리 정해진 광 강도가 요청된 시간량이 미리 정해진 시간량보다 더 큰 것으로 판정하면, 대답은 예이고, 방법(500)은 512로 진행한다. 그렇지 않으면, 대답은 아니오이고 방법(500)은 504로 복귀한다.

512에서, 방법(500)은 광 강도 요구를 사용자 요청 레벨로 감소시킨다. 사용자 요청 레벨은 전위차계 또는 다른 제어 디바이스를 통한 사람 입력에 기초할 수 있다. 일례에서, 방법(400)은 전압 펄스를 더 높은 레벨에서 더 낮은 레벨로 전이시킴으로써 광 강도 요구를 감소시킨다. 방법(500)은 종료로 진행한다.

따라서, 도 5의 방법은 하나 이상의 발광 디바이스를 동작시키기 위한 방법을 제공하며, 본 방법은: 전압 펄스를 전압 조절기 입력에 공급하는 단계로서, 전압 펄스의 지속 시간은 저항기 및 커패시터 네트워크 및 하나 이상의 발광 디바이스에서의 전압에 응답하여 조정되는 단계; 및 전력을 전압 조절기를 통해 하나 이상의 발광 디바이스에 공급하는 단계를 포함한다. 본 방법은 저항기 및 커패시터가 아날로그 타이밍 회로에 전기적으로 결합되는 것을 포함한다. 본 방법은 전압 펄스가 아날로그 사전-충전 회로를 통해 제공되는 것을 포함하고, 전압 분배기를 통해 전압을 아날로그 사전-충전 회로에 공급하고, 전압 분배기는 하나 이상의 발광 디바이스에 전기적으로 커플링되는 것을 추가로 포함한다. 본 방법은, 전압 펄스가 제로에서 임계값까지 하나 이상의 발광 디바이스의 광 강도 출력을 증가시키라는 요청에만 응답하여 출력되는 것을 포함한다. 본 방법은, 하나 이상의 발광 디바이스에서의 전압이 비교기 회로에 입력되는 것을 포함한다. 본 방법은 전압 펄스가 사전-충전 회로를 통해 제공되는 것과, 사전-충전 회로가 모노-안정 모드에서 구성된 타이머를 포함한다는 것을 포함한다.

본 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 도 5에 설명된 방법은 본원에 설명된 회로를 통해 수행될 수 있다. 이와 같이, 나타낸 다양한 단계 또는 기능이 나타낸 순서대로, 병렬로, 또는 일부 경우에 생략되어 수행될 수 있다. 마찬가지로, 프로세싱의 순서는 본원에 설명된 목적, 특징 및 이점을 달성하기 위해 반드시 요구되는 것은 아니지만, 예시 및 설명의 용이함을 위해 제공된다. 명시적으로 나타내지는 않았지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자는, 나타내어진 단계 또는 기능 중 하나 이상이 사용되는 특정 회로에 따라 반복적으로 수행될 수 있음을 이해할 것이다.

이것으로 설명을 마친다. 설명을 읽은 본 기술 분야의 통상의 기술자라면 본 설명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고도 많은 변경 및 수정을 생각해 낼 것이다. 예를 들어, 상이한 파장의 광을 생성하는 광원이 본 설명을 활용할 수 있다.

Claims (20)

1. 하나 이상의 발광 디바이스들을 동작시키기 위한 시스템으로서,
   솔리드 스테이트(solid state) 조명 디바이스들의 어레이;
   전압 조절기 입력을 포함하고, 상기 솔리드 스테이트 조명 디바이스들의 어레이에 전기적으로 커플링되는 전압 조절기; 및
   사전-충전 회로 출력을 갖는 아날로그 사전-충전 회로를 포함하고, 상기 사전-충전 회로 출력은 상기 전압 조절기 입력에 전기적으로 커플링되고, 상기 아날로그 사전-충전 회로는 사전-충전 회로 입력을 포함하고, 상기 사전-충전 회로 입력은 상기 솔리드 스테이트 조명 디바이스들의 어레이에 전기적으로 커플링되고, 상기 아날로그 사전-충전 회로는 타이밍 회로를 포함하고, 상기 아날로그 사전-충전 회로는 상기 타이밍 회로에 전기적으로 커플링되는 제1 커패시터 및 제1 저항기를 포함하고,
   상기 제1 커패시터 및 상기 제1 저항기의 값은 상기 타이밍 회로에서 출력되는 전압 펄스의 지속 시간을 결정하는, 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 타이밍 회로에 전기적으로 커플링되는 제2 저항기, 제3 저항기 및 제2 커패시터를 더 포함하는, 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   제2 커패시터 및 제3 저항기에 전기적으로 커플링되는 트랜지스터를 더 포함하는, 시스템.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 타이밍 회로는 TRIG 바(bar) 입력, RESET 바 입력, CONT 바 입력, THRES 입력, DISCH 출력 및 OUT 출력을 포함하는, 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 저항기 및 상기 제1 커패시터는 상기 DISCH 출력에 전기적으로 커플링되고, 상기 DISCH 출력은 상기 THRES 입력에 전기적으로 커플링되는, 시스템.
6. 제4항에 있어서,
   제2 저항기 및 제2 커패시터가 상기 TRIG 바 입력에 전기적으로 커플링되는, 시스템.
7. 제4항에 있어서,
   제3 커패시터를 더 포함하고, 상기 제3 커패시터는 상기 CONT 바 입력에 전기적으로 커플링되는, 시스템.
8. 제4항에 있어서,
   상기 OUT 출력은 상기 전압 조절기의 입력에 전기적으로 커플링되는, 시스템.
9. 하나 이상의 발광 디바이스들을 동작시키기 위한 시스템으로서,
   솔리드 스테이트 조명 디바이스들의 어레이;
   전압 조절기 입력을 포함하고, 상기 솔리드 스테이트 조명 디바이스들의 어레이에 전기적으로 커플링되는 전압 조절기; 및
   사전-충전 회로 출력을 갖는 아날로그 사전-충전 회로를 포함하고, 상기 사전-충전 회로 출력은 상기 전압 조절기 입력에 전기적으로 커플링되고, 상기 아날로그 사전-충전 회로는 제1 사전-충전 회로 입력을 포함하고, 상기 제1 사전-충전 회로 입력은 상기 솔리드 스테이트 조명 디바이스들의 어레이에 전기적으로 커플링되고, 상기 아날로그 사전-충전 회로는 타이밍 회로를 포함하고, 상기 아날로그 사전-충전 회로는 전압 비교기를 포함하고, 상기 전압 비교기는 상기 타이밍 회로 및 상기 제1 사전-충전 회로 입력에 전기적으로 커플링되고, 상기 아날로그 사전-충전 회로는 상기 타이밍 회로에 전기적으로 커플링되는 제1 커패시터 및 제1 저항기를 포함하고,
   상기 제1 커패시터 및 상기 제1 저항기의 값은 상기 타이밍 회로에서 출력되는 전압 펄스의 지속 시간을 결정하는, 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    제2 사전-충전 회로 입력을 더 포함하고, 상기 제2 사전-충전 회로 입력은 트랜지스터에 전기적으로 커플링되는, 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 트랜지스터는 제3 저항기 및 제2 커패시터에 전기적으로 커플링되고, 상기 제2 커패시터는 제2 저항기 및 상기 타이밍 회로의 TRIG 바 입력에 전기적으로 커플링되는, 시스템.
12. 제9항에 있어서,
    상기 타이밍 회로는 TRIG 바 입력, RESET 바 입력, CONT 바 입력, THRES 입력, DISCH 출력 및 OUT 출력을 포함하는, 시스템.
13. 제9항에 있어서,
    상기 아날로그 사전-충전 회로는 상기 타이밍 회로에 전기적으로 커플링되는 제1 커패시터 및 제1 저항기를 포함하는, 시스템.
14. 제9항에 있어서,
    상기 전압 비교기에 전기적으로 커플링되는 전압 분배기를 더 포함하는, 시스템.
15. 하나 이상의 발광 디바이스들을 동작시키기 위한 방법으로서,
    전압 조절기 입력에 전압 펄스를 공급하는 단계로서, 상기 전압 펄스의 지속 시간은 저항기 및 상기 전압 조절기에 결합된 아날로그 사전-충전 회로의 커패시터 네트워크와 상기 하나 이상의 발광 디바이스, 상기 아날로그 사전-충전 회로의 타이밍 회로에 전기적으로 결합된 상기 저항기 및 상기 커패시터 네트워크들에서의 전압에 응답하여 조정되는 단계; 및
    상기 전압 조절기를 통해 상기 하나 이상의 발광 디바이스들에 전력을 공급하는 단계를 포함하는, 방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 저항기 및 상기 커패시터는 아날로그 타이밍 회로에 전기적으로 커플링되는, 방법.
17. 제15항에 있어서,
    상기 전압 펄스는 아날로그 사전-충전 회로를 통해 제공되고,
    전압 분배기를 통해 전압을 상기 아날로그 사전-충전 회로에 공급하는 단계로서, 상기 전압 분배기는 상기 하나 이상의 발광 디바이스들에 전기적으로 커플링되는 단계를 더 포함하는, 방법.
18. 제15항에 있어서,
    상기 전압 펄스는 제로(zero)로부터 임계값으로 상기 하나 이상의 발광 디바이스들의 광 강도 출력을 증가시키라는 요청에만 응답하여 출력되는, 방법.
19. 제15항에 있어서,
    상기 하나 이상의 발광 디바이스들에서의 상기 전압은 비교기 회로에 입력되는, 방법.
20. 제19항에 있어서,
    상기 전압 펄스는 사전-충전 회로를 통해 제공되고, 상기 사전-충전 회로는 모노(mono)-안정 모드로 구성된 타이머를 포함하는, 방법.

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