KR20100095026A - 디밍된 광원들을 구동하기 위한 다기능 출력단 및 관련 방법 - Google Patents

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Abstract

LED들 같은 광원들(L)에 대한 구동 어레인지먼트는 광원(L) 쪽으로 공급 전력을 전송하기 위한 접속 라인(14), 상기 라인(14)에 온/오프 신호들을 인가하기 위하여 상기 라인(14)에 결합된 스위치 엘리먼트(16), 및 상기 스위치(16)의 동작을 제어하기 위한 마이크로제어기 같은 제어기(18)를 포함한다. 제어기는 광원(L)에 대한 목표된 디밍 레벨을 나타내는 디밍 신호(DS) 및 정보-운반 디지털 신호(DF)에 민감하다. 제어기는
- a) 접속 라인(14)에 인가된 PWM 변조된 온/오프 신호의 평균 전류가 광원(L)의 휘도를 제어하도록 디밍 신호(DS)의 함수로써 접속 라인(14)에 인가된 온/오프 신호를 PWM 변조하고,
- b) 정보-운반 디지털 신호(DF)에 의해 운반된 정보가 접속 라인(14)을 통하여 전송되도록, 접속 라인(14)에 인가된 온/오프 정보 신호로서 정보-운반 디지털 신호(DF)를 전송하기 위해 스위치(16)의 동작을 제어하도록 구성된다.

Description

디밍된 광원들을 구동하기 위한 다기능 출력단 및 관련 방법{MULTIFUNCTIONAL OUTPUT STAGE FOR DRIVING DIMMED LIGHT SOURCES AND RELATED METHOD}
본 발명은 디밍된(dimmed) 광원들을 구동하기 위한 출력단들(output stage)에 관한 것이다.
본 발명은 발광 다이오드들 또는 LED들 구동함에 있어 가능한 사용에 주목함으로써 개발되었다. 그러나, 이런 가능한 애플리케이션에 대한 언급은 본 발명의 범위를 제한하는 견지에서 해석되지 않아야 한다.
LED들 조명 장치들과 같은 광원들을 디밍하기 위한(즉, 휘도를 변경하는) 일반적으로 채택되는 기술은 PWM(펄스 폭 변조) 저주파수 전력 디밍이다. 이 기술은 다양한 타입들의 광원들(LED 조명 또는 조명 장치들이 좋은 예임)의 휘도가 상기 광원에 전류가 공급되는 순간에 관련된다는 인식을 기초로 한다; 따라서 광원에 공급되는 전류를 변화시키는 것은 휘도를 조절하는 효과적인 방식이다.
PWM 제어를 통한 디밍은 기본적으로 가변하는 듀티 사이클(duty cycle)(즉, 신호의 전체 기간에 대한 "온" 부분의 비율)을 사용하여 전원으로부터 광원으로 전류 흐름을 주기적으로 중단(interrupting)하는 것을 포함한다. PWM 듀티 사이클의 상이한 값들은 광원에 공급되는 평균 전류에 대해 상이한 값들을 유도한다. 동일한 개념을 적용하는 다른 방식은 디밍을 경험하는 광원을 향하여 디밍 정보를 전달하는 별개의 PWM 신호와 함께 정전원(constant powering) 신호를 전송하는 것이다. 그 경우, 광원에는 PWM 신호를 "해석" 또는 "이해"할 수 있고 목표된 디밍 효과를 달성하기 위하여 광원에 대해 정전원을 온/오프 스위칭할 수 있는 전자 제어 모듈이 장비될 수 있다.
상기에 기술된 맥락 내에서, 전원 위치로부터 광원 위치로 예를 들어 디지털 직렬 프레임(serial frame) 데이터 흐름 같은 디지털 정보를 전송할 필요성이 존재한다. 이것은 결과적인 결합된 광의 "색 온도(colour temperature)"를 조절하기 위하여 다른 컬러 광원들의 상대적 휘도를 조절하는 것과 같은 부가적인 기능들을 수행하기 위하여 채택된 "스마트(smart)" 시스템들에 포함된 예를 들어 광원들에 대한 경우일 수 있다.
그러한 필요성을 처리하기 위한 종래 접근법은 고려된 각각의 기능(즉 PWM 디밍 및 디지털 신호 전송)에 대해 전용 출력단을 개발하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 목적은 상기 별개의 전용 출력단들을 제공할 필요 없이 개선된 어레인지먼트(arrangement)를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 상기 목적은 다음 청구항들에 나타나는 특징들 세트를 가진 출력단에 의해 달성된다.
본 발명은 또한 대응하는 방법에 관한 것이다.
청구항들은 본 명세서에 제공된 개시 내용의 일체부이다.
실시예에서, 예를 들어 마이크로제어기를 사용하여 관련 게이트의 적당한 제어와 함께 개방 드레인/컬렉터 전력 출력단의 적당한 사용에 의해, LED 같은 광원에 대한 구동기의 동일한 하드웨어 출력단은 다음 기능들 중 어떤 것이라도 실행하기 위해 사용될 수 있다:
- ⅰ) 광원의 PWM 저주파수 전력 디밍(휘도 변화),
- ⅱ) 디지털 데이터 전송, 예를 들어 광원으로 직렬 프레임 전송, 및
- ⅲ) 상기 기능들 ⅰ) 및 ⅱ) 양쪽의 결합.
요약하여, 본 발명의 초점은 동일한 하드웨어 장치를 사용하여 PWM 디밍(높은 전류 PWM 펄스들), 연속 디지털 전송(디지털 프레임들) 또는 양쪽을 동시에 실행할 가능성이다.
본 발명은 지금 도 1, 도 2 및 도 3으로 표시된 3개의 도면들을 포함하는 도면의 첨부된 도안들을 참조하여 예로서만 기술될 것이다.
도 1, 도 2 및 도 3은 여기에 개시된 어레인지먼트의 3개의 가능한 사용 조건들의 예이다.
다음 설명에서, 다수의 특정 세부 항목들은 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 제공된다. 실시예들은 하나 또는 그 이상의 특정 세부 사항들 없이, 또는 다른 방법들, 컴포넌트들, 재료들, 등등으로 실행될 수 있다. 다른 예들에서, 널리 공지된 구조들, 재료들, 또는 동작들은 실시예들의 측면들을 불명확하게 하는 것을 회피하기 위하여 상세히 도시되거나 기술되지 않는다.
이 명세서를 통하여 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 언급은 실시예와 관련하여 기술된 특정 특징, 구조, 또는 특성이 적어도 일 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 이 명세서를 통하여 다양한 장소들에서의 어구들 "일 실시예" 또는 "실시예"의 모습들이 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 게다가, 특정 특징들, 구조들, 또는 특성들은 하나 또는 그 이상의 실시예들에서 임의의 적당한 방식으로 결합될 수 있다.
여기에 제공된 소 표제들은 편리함만을 위한 것이고 실시예들의 범위 또는 의미를 설명하지 않는다.
도면들에서, 참조 부호들(10 및 12)은 예를 들어 필요할 때 연관된 전류 조절기들(regulator)(120)을 가질 수 있는 하나 또는 그 이상의 LED들을 포함하는 하나의 LED 조명 모듈(L)과 같은 광원에 전력을 인가하기 위한 어레인지먼트의 각각 전원측 및 "부하"측을 나타낸다.
표시된 바와 같이, 본 발명은 또한 휘도가 광원에 공급된 순시 전류의 함수(예를 들어, 비례하는)인 임의의 다른 타입의 광원들에 응용할 수 있다.
도시된 실시예에서, 전원(10) 및 부하(12)는 두 개의 와이어 라인(14)을 통하여 접속된다.
실시예에서, 라인(14)의 와이어들 중 하나는 고정된 정전압 레벨(예를 들어 +24 Vcc)에 접속된다. 라인(14)의 다른 와이어는 라인(14)에 온/오프 신호를 인가하기 위하여 접지(GND)에 라인(14)의 연관된 와이어를 선택적으로 접속시키도록 적응된 스위치(16)에 결합된다(예를 들어, 접지에 대한 접속은 "0" 값을 의미하는 것으로 해석될 수 있고, 접지로부터의 절연은 "1"을 의미하는 것으로 해석될 수 있거나 그 반대도 가능함).
실시예에서, 스위치(16)는 mosfet 같은 반도체 스위치일 수 있거나, 보다 일반적으로 제어 게이트를 가진 임의의 공지된 타입의 개방 드레인/컬렉터 전력 출력단일 수 있다. 따라서, 스위치(16)는 마이크로제어기(단일 유니트로 이루어지거나 별개의 유니트들로 이루어짐) 같은 제어기(18)의 작동 하에서 작동할 수 있다.
참조 부호(SR)는 라인(14) 상 신호에 민감한 직렬 버스 수신기(임의의 공지된 타입)를 나타낸다. 특히, 라인(14) 상 신호가 "0" 레벨 및 "1" 레벨 사이에서 스위칭될 때, 레벨 수신기(SR)는 라인(14)을 통하여 전송된 디지털 신호로서 "0" 및 "1" 레벨들을 이해하기 위해 공지된 방식으로 배열된다.
도 2 및 도 3에서 도시된 바와 같이, 직렬 버스 수신기(SR)는 실제로 LED(L)와 연관될 수 있고 따라서 또한 연관된 LED에 대한 제어된 전류 조절기로서 작동할 수 있다. 동일한 도면들에서, 라인(14)은 다음에 보다 상세히 설명될 기능을 갖는 부가적인 리턴(return) 라인(15)을 포함하는 것으로 도시된다.
도시된 실시예들에서, 마이크로제어기(18)는 적어도 두 개의 입력 신호들에 민감하다, 즉:
- 예를 들어 광원(L)에 대한 디밍의 목표된 정도 또는 레벨을 가리키기 위하여 사용자에 의해 수동으로 작동할 수 있는 예를 들어 슬라이더 같은 임의의 공지된 타입의 디머(dimmer) 제어부(DS)에 의해 형성된 디밍 신호, 및
- 예를 들어 디지털 직렬 프레임들 형태로 배열된 데이터 흐름(DF) 같은 디지털 신호.
신호가 PWM 변조될 때, 즉 전원(10)에 의해 지시된 듀티 사이클을 사용하여 "0" 레벨 및 "1" 레벨 사이에서 스위칭될 때, 상기 광원(L)에 의해 형성된 휘도(즉, 광 강도)는 PWM 변조된 신호와 연관된 평균 전류의 함수일 것이다.
도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 디밍 작용을 수행할 때, 제어기(18)는 디머 제어부(DS)로부터의 디밍 신호의 함수로써 스위치(16)를 구동한다. 이것은 라인(14)을 통하여 광원(L) 쪽으로 높은 전류 흐름으로서 전송된 PWM 변조 신호(PWM 펄스 전류)의 듀티 사이클을 선택적으로 가변시킨다. 이런 종류의 동작을 수행하는 것의 세부 사항들은 통상적이고 여기에서 상세한 설명을 요구하지 않는다.
디지털 신호(도 2에 도시된 바와 같은 데이터 프레임 같은)를 전송하기 위한 다른 가능한 사용에서, 제어기(18)는 디지털 신호(DF)와 연관된 정보를 라인(14)을 통하여 전달하기 위하여 디지털 신호(DF)에 미러링(mirroring) 방식으로 스위치(16)의 스위칭 온 및 오프를 제어할 것이다.
라인(14)을 통하여 전달된 디지털 신호는 수신기(SR)에 의해 "판독"된다.
라인(14)을 통하여 전송된 디지털(예를 들어, DATA 프레임) 신호는 원래 ― 임의의 ― 종류의 정보를 전달할 수 있다.
실시예(도 2에 도시된 바와 같이)에서 직렬 수신기(SR)는 또한 예를 들어 라인(14)의 24V "핫(hot)" 와이어 및 접지(GND)에 접속되는 부가적인 리턴 라인(15) 사이에 인가된 정전원 신호로 전력이 인가되는 전류 조절기로서 동작하도록 구성된다. 그 경우 라인(14)을 통하여 전송된 디지털 신호는 디밍 정보, 즉 직렬 수신기/전류 조절기(SR)에 연관된 LED(L)에 인가될 디밍 레벨을 식별하는 정보를 직렬 수신기/전류 조절기(SR)로 전달할 수 있다.
따라서 직렬 수신기/전류 조절기(SR)는 라인(14)을 통하여 전송된 디지털(예를 들어, DATA 프레임) 신호에 의해 전달되는 디밍 정보를 "해석" 또는 "이해"할 수 있고 목표된 디밍 효과를 달성하기 위하여 연관된 LED(L)에 대한 정전원을 대응하여 PWM 온/오프 스위칭할 수 있는 모듈을 나타낼 것이다.
도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 도 1 및 도 2와 관련하여 상기된 두 개의 기능들(PWM 디밍 및 디지털 데이터 전송)은 또한 결합되고 동시에 수행되거나 거의 동시인 방식으로 수행될 수 있다.
도시된 예시적인 실시예에서, 디지털 신호(DATA 프레임)는 PWM 신호의 듀티 사이클의 "오프" 부분들 동안 라인(14)을 통하여 전송된다. 그 방식에서, 동일한 구조는 광원(L)을 PWM 디밍하고, 예를 들어 직렬 버스 같은 디지털 전송 라인으로서 라인(14)을 사용함으로써 라인(14)을 통하여 정보를 제공하기 위하여 사용된다.
당업자는 결합된 PWM 디밍 디지털 전송 기능의 경우 디지털 신호(데이터 프레임)의 전송이 반드시 PWM 신호의 "오프" 기간으로 제한될 필요가 없다는 것을 인식할 것이다.
실제로, 라인(14)을 통하여 디지털 신호를 전송하는 것은 또한 전력을 또한 광원(L)으로 전송하는 것에 해당한다. 이것은 광원(L)의 휘도 레벨(즉, 목표된 디밍 레벨)에 적어도 개념적으로(notionally) 영향을 미칠 수 있다.
이런 효과는 짧은 펄스들 ― 즉, 디지털 신호에 의해 광원(L)으로 전달된 전력이 실제로 무시할 수 있고 광원의 휘도 레벨을 변경할 수 없도록, 매우 작은 듀티 사이클을 가진 신호들 ―의 짧은, 버스트형(burst) 프레임들 형태(예를 들어 도 3 참조)로 라인(14)을 통하여 전송된 디지털 신호들을 배열함으로써 손쉽게 최소화(및 실제로 경감)될 수 있다.
또한, PWM 디밍은 통상적으로 라인을 통한 신호의 저주파수 변조를 포함하고, 라인(14)을 통하여 전송된 디지털 신호들은 (매우) 보다 높은 반복율(repetition rate)을 가지며 따라서 광원(L)에 도달하기 전에 쉽게 필터링될 수 있다.
대안적인 접근법은 데이터 흐름(DF)과 연관된 평균 전류를 검출하고 따라서 라인(14)을 통하여 전송된 디지털 신호에 의해 전달되는 평균 전류를 또한 고려하도록 PWM 디밍 작용을 조절하기 위해 적응된 (공지된 타입의) 기능을 제어기(18)에 제공하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 근본 원리들을 손상시키지 않고, 세부 사항들 및 실시예들은 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 단지 예를 들어 기술된 것과 관련하여 심지어 크게 가변할 수 있다.

Claims (9)

  1. 광원들(L)에 대한 구동 어레인지먼트(arrangement)로서,
    적어도 하나의 광원(L)에 전원을 공급하기 위한 접속 라인(14),
    상기 접속 라인(14)에 온/오프 신호들을 인가하기 위하여 상기 접속 라인(14)에 결합된 적어도 하나의 스위치 엘리먼트(16), 및
    상기 스위치(16)의 동작을 제어하기 위한 제어기(18)를 포함하고, 상기 제어기는 상기 광원(L)에 대한 목표된 디밍(dimming) 레벨을 나타내는 디밍 신호(DS) 및 정보-운반 디지털 신호(DF) 중 적어도 하나에 민감하고,
    상기 제어기는,
    a) 상기 디밍 신호(DS)의 함수로써 상기 접속 라인(14)에 인가된 온/오프 신호를 PWM 변조하여, 상기 광원(L)으로 전달되고 상기 PWM 변조된 온/오프 신호에 의해 결정된 평균 전류가 상기 광원(L)의 휘도를 제어하고,
    b) 상기 접속 라인(14)에 인가된 온/오프 정보 신호로서 상기 정보-운반 디지털 신호(DF)를 전송하여, 상기 정보-운반 디지털 신호(DF)에 의해 운반된 정보가 상기 접속 라인(14)을 통하여 전송되게 하도록,
    상기 스위치(16)의 동작을 제어하도록 구성되는,
    구동 어레인지먼트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기(18)는 연합하여(jointly) 상기 광원(L)의 휘도를 제어하고 상기 접속 라인(14)을 통하여 상기 정보-운반 디지털 신호에 의해 운반된 정보를 전송하기 위해, 연합하여 상기 디밍 신호(DS)의 함수로써 상기 접속 라인(14)에 인가된 온/오프 신호를 PWM 변조하고 상기 접속 라인(14)에 인가된 온/오프 신호로서 상기 정보-운반 디지털 신호(DF)를 전송하기 위해 상기 스위치(16)의 동작을 제어하도록 구성되는,
    구동 어레인지먼트.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어기(18)는 상기 PWM 변조 온/오프 신호의 오프 부분들 동안 상기 접속 라인(14)에 인가된 온/오프 정보 신호로서 상기 정보-운반 디지털 신호(DF)를 전송하기 위하여 상기 스위치(16)의 동작을 제어하도록 구성되는,
    구동 어레인지먼트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기(18)는 상기 접속 라인(14)에 인가된 짧은 온/오프 펄스들로서 상기 정보-운반 디지털 신호(DF)를 전송하기 위해 상기 스위치(16)의 동작을 제어하도록 구성되는,
    구동 어레인지먼트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기(18)는 상기 PWM 변조 온/오프 신호의 변조 주파수보다 높은 반복율(repetition rate)을 가진 온/오프 펄스들로서 상기 정보-운반 디지털 신호(DF)를 전송하기 위하여 상기 스위치(16)의 동작을 제어하도록 구성되는,
    구동 어레인지먼트.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 어레인지먼트는 상기 라인(14)에 인가된 온/오프 신호들을 감지하고 상기 정보-운반 디지털 신호(DF)에 의해 운반된 정보를 판독하기 위해 상기 접속 라인(14)과 결합된 디지털 수신기(SR)을 포함하는,
    구동 어레인지먼트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 디지털 수신기(SR)는 연관된 광원(L)에 대한 전류 조절기에 결합되고,
    상기 접속 라인(14)은 연관된 광원(L)에 대한 상기 전류 조절기에 일정 전력(constant feed)을 제공할 라인(15)을 포함하고,
    상기 디지털 수신기(SR)는 상기 연관된 광원(L)에 대한 목표된 디밍 레벨을 나타내는 상기 정보-운반 디지털 신호(DF)에 의해 운반된 정보를 판독하고 상기 연관된 광원(L)에 상기 목표된 디밍 레벨을 제공하기 위하여 그것에 결합된 상기 전류 조절기를 구동하도록 구성된,
    구동 어레인지먼트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원은 적어도 하나의 LED(L)를 포함하는,
    구동 어레인지먼트.
  9. 광원(L)으로 지향된 온/오프 신호들을 접속 라인(14)에 인가함으로써 상기 접속 라인(14)을 통하여 상기 광원(L)을 구동하는 방법으로서,
    상기 광원(L)에 대한 목표된 디밍 레벨을 나타내는 디밍 신호(DS) 및 정보-운반 디지털 신호(DF) 중 적어도 하나를 감지하는 단계;
    상기 디밍 신호(DS)의 함수로써 상기 접속 라인(14)에 인가된 온/오프 신호를 PWM 변조하는 단계 ― 이에 의해, 상기 광원(L) 쪽으로 전달되고 상기 PWM 변조 온/오프 신호에 의해 결정된 평균 전류가 상기 광원(L)의 휘도를 제어함 ―; 및
    상기 접속 라인(14)에 인가된 온/오프 정보 신호로서 상기 정보-운반 디지털 신호(DF)를 전송하는 단계 ― 이에 의해, 상기 정보-운반 디지털 신호(DF)에 의해 운반된 정보가 상기 접속 라인(14)을 통하여 전송됨 ― 를 포함하는,
    광원을 구동하는 방법.
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