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KR101995256B1 - 전파정류 직결형 풀 컬러 led 조명 제어방법 - Google Patents

전파정류 직결형 풀 컬러 led 조명 제어방법 Download PDF

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KR101995256B1
KR101995256B1 KR1020180155204A KR20180155204A KR101995256B1 KR 101995256 B1 KR101995256 B1 KR 101995256B1 KR 1020180155204 A KR1020180155204 A KR 1020180155204A KR 20180155204 A KR20180155204 A KR 20180155204A KR 101995256 B1 KR101995256 B1 KR 101995256B1
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이영섭
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영남엘이디 주식회사
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Abstract

본 발명은 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED 조명의 조도를 제어하기 위하여 AC전원을 전파 정류하여 제로크로스를 기준으로 스위칭 하는 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법을 제공한다.

Description

전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법 {THE DIMMING METHODS OF LED LAMPS TO MINIMIZE FLICKER FOR THE FULL COLOR LED LIGHTING}
본 발명은 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED 조명의 조도를 제어하기 위하여 AC전원을 전파 정류하여 제로크로스를 기준으로 스위칭 하는 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법에 관한 것이다.
LED조명은 기존의 조명기구인 백열등이나 형광등에 비하여 발광효율이 뛰어나 에너지를 크게 절약할 수 있는 대표적인 에너지 절감기술 중 하나로 자리 잡고 있다. 그러나 공급되는 AC(교류전력)을 DC(직류전력)로 변환하면서 효율이 저하되는 문제가 있고, SMPS의 비교적 짧은 수명이 LED조명의 장점을 희석시키는 요인으로 작용해 왔다.
종래의 LED 조명 장치는 상용 교류 전원을 SMPS(SWITCHING MODE POWER SUPPLY : 이하, "SMPS"라 함) 모듈을 이용하여 구현되는 것이 일반적이다.
또한, 종래의 LED 조명 장치에서 SMPS 모듈이 대략 90％의 전력 효율을 갖도록 설계되고 구동 회로도 대략 90％의 전력 효율을 갖도록 설계된다.
결국 종래의 LED 조명 장치의 전체 효율은 대략 81％ 수준으로 설계된다. 이와 같이 종래의 LED 조명 장치는 복잡한 구성에 의하여 전체 전력 효율이 저하되는 문제점을 갖는다.
또한 SMPS의 경우 내부에 있는 전해콘덴서의 수명이 짧아 LED 전구 전체의 수명이 단축되는 상황이지만, LED 직접구동 방식은 이 같은 수명 단축 문제에서 자유로울 수 있다.
일반적으로 AC LED는 고전압을 얻기 위한 다수의 LED로 이루어지며, AC에 적용하기 위하여 서로 역극성으로 배열되거나 브릿지 정류기와 연결된 듀얼 스트링(dual string) 및 입력 전류를 제한하기 위한 바이어스 레지스터(bias resistor)를 포함한다.
기존의 단순하고 저렴한 AC LED들은 플리커(flicker), 높은 전고조파의 왜곡(high total harmonic distortion)과 낮은 역률(low power factor), 낮은 효율(low efficacy) 등의 문제점을 겪어왔다.
그러나 AC LED는 기존 DC LED 대비 SMPS 및 방열부품 등에서 제조 원가 절감을 할 수 있으며, LED의 수명 확대 측면에 기여할 수 있다.
이와 같은 장점에도 불구하고 효율 및 Flicker 발생 등 몇몇 문제점으로 인해 보급화에 어려움을 겪어 왔다.
한국등록특허 [10-1264174]에서는 교류 구동 엘이디 장치 및 이의 구동 전류 제어 방법이 개시되어 있다.
한국등록특허 [10-1264174](등록일자: 2013년05월08일)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 LED 조명의 조도를 제어하기 위하여 AC전원을 전파 정류하여 제로크로스를 기준으로 스위칭 하여, 플리커(flicker) 현상을 발생하는 것을 방지하면서 자유자재로 LED 조명 장치의 조도를 조절할 수 있는 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실 시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법은, 교류전원을 입력받아 전파 정류하는 전파정류부(100); 상기 전파정류부(100)로부터 출력된 전원을 입력받는 엘이디부(200); 상기 엘이디부(200)에 인가된 전압을 실시간 감지하는 센서부(300); 상기 엘이디부(200)의 엘이디를 점등 및 소등시키는 스위칭부(400); 및 상기 센서부(300)로부터 감지된 전압을 근거로 전압이 상승하는 구간 중에 점등 및 소등시키고 전압이 하강하는 구간 중에 점등 및 소등시켜 전파 정류 1 사이클 당 4회 점등 및 소등 시키도록 상기 스위칭부(400)를 제어하는 제어부(500);를 포함하는 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어기를 이용한 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법에 있어서, 상기 센서부(300)로부터 감지된 전압을 근거로 상기 제어부(500)가 상기 스위칭부(400)를 제어하여, 전압이 상승하는 구간 중에 미리 설정된 조건에 따라 엘이디를 점등시키는 제1점등 단계(S10); 상기 센서부(300)로부터 감지된 전압을 근거로 상기 제어부(500)가 상기 스위칭부(400)를 제어하여, 전압이 상승하는 구간 중에 미리 설정된 조건에 따라 엘이디를 소등시키는 제1소등 단계(S20); 상기 센서부(300)로부터 감지된 전압을 근거로 상기 제어부(500)가 상기 스위칭부(400)를 제어하여, 전압이 하강하는 구간 중에 미리 설정된 조건에 따라 엘이디를 점등시키는 제2점등 단계(S30); 및 상기 센서부(300)로부터 감지된 전압을 근거로 상기 제어부(500)가 상기 스위칭부(400)를 제어하여, 전압이 하강하는 구간 중에 미리 설정된 조건에 따라 엘이디를 소등시키는 제2소등 단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엘이디부(200)는 RGB 컬러 중 적색(R) 컬러를 발광하는 적색엘이디(210); RGB 컬러 중 녹색(G) 컬러를 발광하는 녹색엘이디(220); 및 RGB 컬러 중 청색(B) 컬러를 발광하는 청색엘이디(230);를 포함하며, 상기 스위칭부(400)는 상기 적색엘이디(210)를 점등 및 소등시키는 적색스위치(410); 상기 녹색엘이디(220)를 점등 및 소등시키는 녹색스위치(420); 및 상기 청색엘이디(230)를 점등 및 소등시키는 청색스위치(430);를 포함하고, 상기 제어부(500)는 상기 적색엘이디(210), 녹색엘이디(220) 및 청색엘이디(230) 별로 점등 및 소등 전압을 서로 다르게 제어하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 센서부(300)는 포토커플러를 사용하며, 상기 스위칭부(400)는 포토커플러를 스위치를 사용하여, 상기 전파정류부(100) 및 엘이디부(200)와 상기 제어부(500)를 절연 분리시킨 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제어부(500)는 밝기 조절 시, 전압이 상승하는 구간 중에는 소등시키는 전압을 조절하고, 전압이 하강하는 구간 중에 점등 시키도록 상기 스위칭부(400)를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법에 의하면, LED 조명의 조도를 제어하기 위하여 AC전원을 전파 정류하여 제로크로스를 기준으로 스위칭 함으로써, 플리커(flicker) 현상을 발생하는 것을 방지하면서 자유자재로 LED 조명 장치의 조도를 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, RGB 각각의 컬러에 따라 스위칭제어가 가능함으로써, 보다 전력 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또, 제어부를 절연 불리시킴으로써, 제어부를 보호함과 동시에 외부 노이즈 등을 감소 시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 밝기 조절시에도 전파 정류 된 최대 전압 부근의 시간을 잠시 소등하는 것으로 조도를 제어함으로써, 낮은 조도에서도 플리커현상이 발생되지 않는 효과가 있다.
또, 실시간 전압을 감시하여 과전류에 대한 정전류 디밍으로 엘이디의 수명을 연장시키는 효과가 있다.
아울러, 콘덴서 등 부품을 최소화 하여 전체적인 수명을 연장하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어기의 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어기의 회로 예시도.
도 3은 전파정류를 설명하기 위한 개념도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어기의 스위칭 타임을 설명하기 위한 개념도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제방법의 흐름도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어기의 개념도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어기의 회로 예시도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어기의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어기의 회로 예시도이며, 도 3은 전파정류를 설명하기 위한 개념도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어기의 스위칭 타임을 설명하기 위한 개념도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제방법의 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어기의 개념도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어기의 회로 예시도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법은 전파정류부(100), 엘이디부(200), 센서부(300), 스위칭부(400) 및 제어부(500)를 포함한다.
전파정류부(100)는 교류전원을 입력받아 전파 정류한다.
전파 정류는 교류의 음파(-반파)일 때도 양파(+반파)와 같은 방향의 전류가 부하에 흐르도록 하는 정류 방식을 말한다.(도 3 참조)
도 3의 위쪽 그래프가 사인파 형태의 교류 전원의 파형을 나타낸 것이고, 도 3의 아래 그래프가 사인파 형태의 교류 전원이 전파 정류된 파형을 나타낸 것이다.
상기 전파정류부(100)는 다이오드로 구성된 브릿지 회로(bridge circuit)로 구성될 수 있다.
상기 전파정류부(100)에 입력된 교류 전원은 +반파와 -반파 모두를 정류하며, 이를 전파 정류라 한다.
즉, ＋반파는 ＋다이오드에 의해서, －반파는 －다이오드에 의해서 정류된다.
엘이디부(200)는 상기 전파정류부(100)로부터 출력된 전원을 입력받는다.
상기 엘이디부(200)는 엘이디(Light Emitting Diode)를 포함하며, 상기 엘이디는 전류가 흐르면 빛을 내는 조명의 한 종류이다. 즉 상기 엘이디부(200)에 전원이 입력되면 상기 엘이디부(200)가 점등된다.
센서부(300)는 상기 엘이디부(200)에 인가된 전압을 실시간 감지한다.
상기 센서부(300)는 상기 엘이디부(200)의 양단에 인가된 전압을 실시간 감지한다.
스위칭부(400)는 상기 엘이디부(200)의 엘이디를 점등 및 소등시킨다.
상기 스위칭부(400)는 상기 엘이디부(200)의 전단 또는 후단에 구비되어 선로의 전원을 연결 또는 차단 한다.
즉, 상기 스위칭부(400)의 작동에 따라 상기 엘이디부(200)의 엘이디를 점등 또는 소등 시킬 수 있다.
제어부(500)는 상기 센서부(300)로부터 감지된 전압을 근거로 전압이 상승하는 구간 중에 점등 및 소등시키고 전압이 하강하는 구간 중에 점등 및 소등시켜 전파 정류 1 사이클 당 4회 점등 및 소등 시키도록 상기 스위칭부(400)를 제어한다.(도 4 참조)
상기 제어부(500)는 상기 센서부(300) 및 상기 스위칭부(400)와 연결되어, 상기 센서부(300)로부터 감지된 전압 정보를 입력받고, 이를 근거로 상기 스위칭부(400)를 제어하여 상기 엘이디부(200)의 엘이디 점소등을 제어한다.
이때, 중요한 것은 전파 정류 1 사이클 당 4회 점등 및 소등을 시키도록 제어한다는 것이다.
도 4는 전파 정류 1 사이클을 보여주며, 파란색으로 표시된 부분이 상기 엘이디부(200)가 발광되는 부분이다.
상기 제어부(500)는 ADC(Analog-to-Digital Converter)기능을 탑재하고 ADC 기능을 통하여 감지된 제로크로스 시점과 주파수 카운트로, 상기 제어부(500)에서 온타이밍(On timing)과 지속시간(Pulse Width)을 계산하여 상기 스위칭부(400)를 제어하여 스위칭(Switching) 한다.
상기 제어부(500)는 160Mhz의 고속 처리 MCU를 이용하여 스위칭 타이밍의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 분해력 12bit 샘플링 46Khz의 고속정밀 ADC(analog-digital converter)로 전원의 변화에 안정적인 전류(정전류)를 흘리고 Zero cross를 감지 할 수 있다.
아울러, ADC로 상기 엘이디부(200)에 인가된 전압을 실시간 체크하여 정전류를 제어함으로써, 엘이디(LED)의 특성 오차를 줄여 안정적인 조도를 확보할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법은 상기 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어기를 이용한 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법에 있어서, 제1점등 단계(S10), 제1소등 단계(S20), 제2점등 단계(S30) 및 제2소등 단계(S40)를 포함한다.
제1점등 단계(S10)는 상기 센서부(300)로부터 감지된 전압을 근거로 상기 제어부(500)가 상기 스위칭부(400)를 제어하여, 전압이 상승하는 구간 중에 미리 설정된 조건에 따라 엘이디를 점등시킨다.
상기 제1점등 단계(S10)는 전파 정류된 전압이 상승하는 구간 중에 상기 엘이디부(200)의 점등이 가능한 구간에 상기 스위칭부(400)를 온(ON) 시킨다.
상기 제1점등 단계(S10)에서 상기 스위칭부(400)를 온(ON) 시키는 온타이밍(On timing)은 상기 제어부(500)에 의해 계산된다.
제1소등 단계(S20)는 상기 센서부(300)로부터 감지된 전압을 근거로 상기 제어부(500)가 상기 스위칭부(400)를 제어하여, 전압이 상승하는 구간 중에 미리 설정된 조건에 따라 엘이디를 소등시킨다.
상기 제1소등 단계(S20)는 상기 제1점등 단계(S10) 이후 시점에 발생되며, 전파 정류 된 최대 전압에 다다르기 전에 상기 스위칭부(400)를 오프(OFF) 시킨다.
상기 제1소등 단계(S20)에서 상기 스위칭부(400)를 오프(OFF) 시키는 오프타이밍(Off timing)은 상기 제어부(500)에 의해 계산된다.
상기 제1점등 단계(S10) 이후 과전압이 탐지되면 상기 제1소등 단계(S20)를 진행시킬 수 있다.
즉, 상기 제어부(500)에 의해 계산된 오프타이밍과 관계없이 상기 스위칭부(400)를 오프(OFF)시킬 수 있다.
제2점등 단계(S30)는 상기 센서부(300)로부터 감지된 전압을 근거로 상기 제어부(500)가 상기 스위칭부(400)를 제어하여, 전압이 하강하는 구간 중에 미리 설정된 조건에 따라 엘이디를 점등시킨다.
상기 제2점등 단계(S30)는 상기 제1소등 단계(S20) 이후 시점에 발생되며, 전파 정류 된 최대 전압에 다다른 후 전파 정류된 전압이 하강하는 구간 중에 상기 스위칭부(400)를 온(ON) 시킨다.
상기 제2점등 단계(S30)에서 상기 스위칭부(400)를 온(ON) 시키는 온타이밍(On timing)은 상기 제어부(500)에 의해 계산된다.
제2소등 단계(S40)는 상기 센서부(300)로부터 감지된 전압을 근거로 상기 제어부(500)가 상기 스위칭부(400)를 제어하여, 전압이 하강하는 구간 중에 미리 설정된 조건에 따라 엘이디를 소등시킨다.
상기 제2소등 단계(S40)는 상기 제2점등 단계(S30) 이후 시점에 발생되며, 상기 스위칭부(400)를 오프(OFF) 시킨다.
상기 제2소등 단계(S40)에서 상기 스위칭부(400)를 오프(OFF) 시키는 오프타이밍(Off timing)은 상기 제어부(500)에 의해 계산된다.
상기 상기 제2점등 단계(S30) 이후 과전압이 탐지되면 상기 제2소등 단계(S40)를 진행시킬 수 있다.
즉, 상기 제어부(500)에 의해 계산된 오프타이밍과 관계없이 상기 스위칭부(400)를 오프(OFF)시킬 수 있다.
상기 제1점등 단계(S10), 제1소등 단계(S20), 제2점등 단계(S30) 및 제2소등 단계(S40)는 전파정류 반 사이클 당 1 회씩 진행되어, 전파정류 반 사이클 당 2회 점등 및 소등을 시키며, 이러한 사이클이 지속적으로 반복되어, 전파 정류 1 사이클 당 4회 점등 및 소등을 시키도록 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법은 특히, 가로등에 적용하면 무게 감소에 따라 기존에 사용 중인 Pole 사용이 가능하며, 장수명에 따른 수리비용 절감효과 등의 장점이 있어 외부 조명을 중심으로 급격히 시장 확대를 할 것으로 전망한다.
엘이디(LED) 조명의 광품질에서 가장 큰 이슈로 대두 되고 있는 부분이 플리커인데 미국이나 유럽에서 미국에너지국(DOE)의 규정에 따라 구동 주파수 150Hz 이상 혹은, 우수한 플리커 인덱스(Flicker Index)를 제안 하고 있다.
따라서 기존의 AC 직구동형의 경우 구동 주파수는 사용 전원 주파수인 60Hz 이거나 120Hz인데 비하여 본 특허는 240Hz로 구동되어 직결형 임에도 플리커 감소가 우수하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법은 LED 조명 장치에서 디밍을 수행할 때, 조도에 따라서 LED 모듈로 제공되는 전원의 전압 레벨을 선택적으로 조절함으로써, 종래기술의 디밍시 PWM 제어 신호의 듀티비를 지나치게 낮춤으로 인해서 발생하는 플리커 현상을 방지하였다.
구체적으로, 본 발명은 사용자가 설정 조도를 낮추면 점등 구간을 짧게 하여 LED 조명의 조도를 낮추고, 사용자가 원하는 조도를 높이면 점등 시간을 길게 하여 플리커 현상이 발생하는 것을 방지하면서 자유자재로 LED 조명 장치의 조도를 조절할 수 있는 효과가 있다.
특히 SMPS(switched mode power supply) 없이 바로 연결해 사용할 수 있는 간단한 구조로 설계되어 에너지 효율성, 신뢰성, 디자인 편의성, 가격경쟁력 등이 높은 혁신적인 제품이다.
또한 기존 AC 직구동 LED 조명은 심각한 플리커(깜빡임) 문제를 갖고 있다.
플리커 현상은 AC 직구동 LED 조명의 특징인 LED 전류가 연속적으로 흐르지 못해 전원 오프 구간이 존재하기 현상 때문에 생긴다.
이러한 플리커 현상으로 인해 깜빡이는 LED 조명은 사용의 불편함뿐만 아니라 사용자의 건강에도 악영향을 미칠 수 있어, AC 직구동 LED 조명이 높은 가격경쟁력에도 고급 실내조명으로 널리 사용되는데 걸림돌이 되고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법은 이러한 플리커 문제를 AC 직구동 LED의 60Hz 보다 4배 많은 240Hz로 만들어 해결하였다.
도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법에 사용되는 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어기는
상기 엘이디부(200)가 RGB 컬러 중 적색(R) 컬러를 발광하는 적색엘이디(210), RGB 컬러 중 녹색(G) 컬러를 발광하는 녹색엘이디(220) 및 RGB 컬러 중 청색(B) 컬러를 발광하는 청색엘이디(230)를 포함하며,
상기 스위칭부(400)가 상기 적색엘이디(210)를 점등 및 소등시키는 적색스위치(410), 상기 녹색엘이디(220)를 점등 및 소등시키는 녹색스위치(420) 및 상기 청색엘이디(230)를 점등 및 소등시키는 청색스위치(430)를 포함하고,
상기 제어부(500)가 상기 적색엘이디(210), 녹색엘이디(220) 및 청색엘이디(230) 별로 점등 및 소등 전압을 서로 다르게 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 상기 엘이디부(200)를 RGB 컬러를 각각의 컬러로 발광하는 엘이디(210, 220. 230)로 분리하고, RGB 컬러의 각 색상별 엘이디(210, 220. 230)마다 스위치(410, 420, 430)를 연결하여, RGB 컬러의 각 색상별로 제어할 수 있다.
풀컬러(Full Color) RGB 엘이디(LED)의 경우 적색, 녹색, 청색의 순방향 전압이 다르기 때문에 구동전압을 다르게 제어할 수 있는 본 장치가 효율적이다.
일반적으로 20mA의 전류가 흐를 경우 순방향 전압은 적색 2.0V, 녹색 2.7V, 청색 3.0V로 그 차이가 1.5배 가량 이므로, 도 4와 같이 RGB 컬러의 각 색상별 전원의 온 오프 제어를 하는 것이 보다 전력 효율을 높일 수 있다.
도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법에 사용되는 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어기는 상기 센서부(300)로 포토커플러를 사용하며, 상기 스위칭부(400)로 포토커플러를 스위치를 사용하여, 상기 전파정류부(100) 및 엘이디부(200)와 상기 제어부(500)를 절연 분리시킨 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 센서부(300)에 사용되는 포토커플러로는 옵토 커플러(Opto Coupler) 또는 광절연체(Opto-isolator) 라고도 한다.
포토커플러로는 광원(입력)과 광 검출기(출력)로 구성된 고체의 스위칭 소자로서, 광원으로는 갈륨, 비소나 발광 다이어도를 사용하고, 광 검출기로는 포토다이오드나 포토트랜지스터가 사용된다.
즉, 센서부(300)로 포토커플러를 사용하며, 상기 스위칭부(400)로 포토커플러를 스위치를 사용하여, 상기 전파정류부(100) 및 엘이디부(200)와 상기 제어부(500)를 절연 분리하여, 상기 제어부(500)를 보호하였다.
상기 포토커플러는 전파정류한 전압파형을 Analog-to-Digital(12bit)로 실시간 감시하며, 전압과 제로크로스(Zero Cross) 시점의 측정이 가능한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제어부(500)는 제로크로스 시점부터 상기 스위칭부(400)를 온(ON) 시키는 온타임(On time) 및 상기 스위칭부(400)를 오프(OFF) 시키는 오프타임(Off time)을 계산할 수 있으며, 계산에 의해 도출된 온타임과 오프타임에 따라 상기 스위칭부(400)에 사용되는 포토커플러를 스위치를 제어할 수 있다.
즉 측정된 주파수와 전압을 기준으로 1㎲ 이하의 time Counter를 사용하여 On-Off 시점(Pulse Width)을 제어할 수 있다.
다시 말해, 상기 엘이디부(200)에 전류가 흐르기 시작한 시점(Ton)에서 상기 엘이디부(200)의 허용 최대전류가 흐르는 시점(Tmax)를 100%로 하고, 설정조도가 80%의 경우 Ton+(Tmax-Ton )*0.8 초 만큼 상기 스위칭부(400)의 온타임을 제어할 수 있다.
On-Off 시점(Pulse Width)은 측정된 주파수와 제로크로스 시점으로부터 상기 제어부(500)가 1㎲단위로 카운팅 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법에 사용되는 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어기의 제어부(500)는 밝기 조절 시, 전압이 상승하는 구간 중에는 소등시키는 전압을 조절하고, 전압이 하강하는 구간 중에 점등 시키도록 상기 스위칭부(400)를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 엘이디부(200)의 소등을 유지하는 최대 시간에는 변화가 발생되지 않도록 제로크로스 부근의 소등을 유지하는 시간은 그대로 두고, 전파 정류 된 최대 전압 부근의 시간을 잠시 소등하는 것으로 조도를 제어하는 것이다.
따라서, 조도를 낮게 제어하더라도 플리커 현상이 발생되지 않는다.
플리커 현상은 광원이 짧은 주기를 가지고 점멸하기 때문에 생기는 어른거리는 느낌을 받는 현상이다.
60Hz의 교류전원을 사용할 경우, 초당 240번 깜박거리게 되어, 플리커 현상은 발생되지 않는다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 전파정류부
200: 엘이디부
210: 적색엘이디
220: 녹색엘이디
230: 청색엘이디
300: 센서부
400: 스위칭부
410: 적색스위치
420: 녹색스위치
430: 청색스위치
500: 제어부
S10: 제1점등 단계
S20: 제1소등 단계
S30: 제2점등 단계
S40: 제2소등 단계

Claims (4)

  1. 교류전원을 입력받아 전파 정류하는 전파정류부(100);
    상기 전파정류부(100)로부터 출력된 전원을 입력받는 엘이디부(200);
    상기 전파정류부(100)로부터 출력된 전원의 전압을 실시간 감지하는 센서부(300);
    상기 엘이디부(200)의 엘이디를 점등 및 소등시키는 스위칭부(400); 및
    상기 센서부(300)로부터 감지된 전압을 근거로 전압이 상승하는 구간 중에 점등 및 소등시키고 전압이 하강하는 구간 중에 점등 및 소등시켜 전파 정류 1 사이클 당 4회 점등 및 소등 시키도록 상기 스위칭부(400)를 제어하는 제어부(500);
    를 포함하는 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어기를 이용한 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법에 있어서,
    상기 센서부(300)로부터 감지된 전압을 근거로 상기 제어부(500)가 상기 스위칭부(400)를 제어하여, 전압이 상승하는 구간 중에 미리 설정된 조건에 따라 엘이디를 점등시키는 제1점등 단계(S10);
    상기 센서부(300)로부터 감지된 전압을 근거로 상기 제어부(500)가 상기 스위칭부(400)를 제어하여, 전압이 상승하는 구간 중에 미리 설정된 조건에 따라 엘이디를 소등시키는 제1소등 단계(S20);
    상기 센서부(300)로부터 감지된 전압을 근거로 상기 제어부(500)가 상기 스위칭부(400)를 제어하여, 전압이 하강하는 구간 중에 미리 설정된 조건에 따라 엘이디를 점등시키는 제2점등 단계(S30); 및
    상기 센서부(300)로부터 감지된 전압을 근거로 상기 제어부(500)가 상기 스위칭부(400)를 제어하여, 전압이 하강하는 구간 중에 미리 설정된 조건에 따라 엘이디를 소등시키는 제2소등 단계(S40);
    를 포함하며,
    상기 엘이디부(200)는
    RGB 컬러 중 적색(R) 컬러를 발광하는 적색엘이디(210);
    RGB 컬러 중 녹색(G) 컬러를 발광하는 녹색엘이디(220); 및
    RGB 컬러 중 청색(B) 컬러를 발광하는 청색엘이디(230);
    를 포함하며,
    상기 스위칭부(400)는
    상기 적색엘이디(210)를 점등 및 소등시키는 적색스위치(410);
    상기 녹색엘이디(220)를 점등 및 소등시키는 녹색스위치(420); 및
    상기 청색엘이디(230)를 점등 및 소등시키는 청색스위치(430);
    를 포함하고,
    상기 제어부(500)는
    상기 적색엘이디(210), 녹색엘이디(220) 및 청색엘이디(230) 별로 순방향 전압에 따라 점등 및 소등 전압을 서로 다르게 제어하는 것을 특징으로 하고,
    상기 센서부(300)는
    포토커플러를 사용하며,
    상기 스위칭부(400)는
    포토커플러 스위치를 사용하여,
    상기 전파정류부(100) 및 엘이디부(200)와 상기 제어부(500)를 절연 분리시킨 것을 특징으로 하며,
    상기 제어부(500)는
    ADC(Analog-to-Digital Converter)기능을 탑재하고, ADC 기능을 통하여 감지된 제로크로스 시점과 주파수 카운트로, 상기 제어부(500)에서 온타이밍(On timing)과 지속시간(Pulse Width)을 계산하여 상기 스위칭부(400)를 제어하여 스위칭(Switching)하는 것을 특징으로 하고,
    상기 제어부(500)는
    사용자가 조도를 낮추면 점등 구간을 짧게 하여 LED 조명의 조도를 낮추고, 사용자가 조도를 높이면 점등 시간을 길게 하여 플리커 현상이 발생하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(500)는
    밝기 조절 시, 전압이 상승하는 구간 중에는 소등시키는 전압을 조절하고, 전압이 하강하는 구간 중에 점등 시키도록 상기 스위칭부(400)를 제어하는 것을 특징으로 하는 전파정류 직결형 풀 컬러 LED 조명 제어방법.
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