KR20110119805A

KR20110119805A - 색온도의 시프트를 갖는 디머블 광원

Info

Publication number: KR20110119805A
Application number: KR1020117021804A
Authority: KR
Inventors: 기오르그 사워랜더
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2030-02-15
Also published as: RU2550499C2; ES2397321T3; US9041306B2; JP2012518880A; TW201038115A; WO2010095084A1; CA2771757A1; EP2399427B1; CN102326451B; US20110298381A1; KR101701725B1; EP2399427A1; CA2771757C; JP5643773B2; RU2011138412A; CN102326451A

Abstract

AC 본선(mains)에 결합하기 위한 입력 단자들(2); 상기 입력 단자들과 직렬로 접속된 LED 스트링(10); 상기 LED 스트링(10)과 직렬로 접속된 입력 단자들을 갖는 정류기(30); 상기 정류기의 출력 단자들에 결합된 입력 단자들을 갖는 제어가능한 전압원(40); 및 상기 제어가능한 전압원(40)의 상기 출력 단자들에 접속된 적어도 하나의 보조 LED(51) 및 제2 밸러스트 저항(52)의 직렬 배열을 포함하는 조명 장치(1)가 개시된다. 전압원은, 상기 입력 단자들에 병렬로 접속된 조절가능한 제1 저항(46) 및 제2 저항(47)의 직렬 배열; 상기 2개의 저항 사이의 노드에 접속된 제어 입력 단자(48)를 갖고, 상기 출력 단자들에 병렬로 접속된 조정가능한 제어 다이오드(49)를 포함하고, 여기서, 포지티브 출력 단자는 포지티브 입력 단자에 접속되고, 네거티브 출력 단자는 네거티브 입력 단자에 접속된다.

Description

색온도의 시프트를 갖는 디머블 광원{DIMMABLE LIGHT SOURCE WITH SHIFT IN COLOUR TEMPERATURE}

본 발명은 일반적으로 광원들로서 LED들을 포함하는 조명 장치(illumination device)에 관한 것이다.

고출력(high-power) LED들의 개발 이후, 단순한 표시자 광들이라기 보다 조명을 위한 광원으로서 LED들을 이용하는 것이 잘 알려져 있다. 또한, 조명 장치는 본선(mains), 통상적으로 유럽에서는 230V @ 50Hz로부터 전력 공급을 받는 것이 표준이다. LED들은 비교적 낮은 전압(통상적으로 3V 정도)을 요구하고 한 방향으로만 전류 흐름을 허용하기 때문에, 드라이버 회로들은 AC 본선의 기초로 DC LED 전류를 생성하기 위해 개발되었다. 그러나, 이러한 드라이버 회로들은 비교적 비싸다.

더 간단한 접근법에서, LED들의 스트링(string)이 밸러스트 저항(ballast resistor)과 직렬로 직접 본선에 접속된다. AC 기간의 두 절반들에서 LED 전류 및 그에 따른 광 출력을 허용하기 위해, 2개의 이러한 스트링들이 역병렬(anti-parallel) 접속된다. 예를 들어, 70개의 LED들이 210V의 전압 강하를 수용하고, 나머지 20V가 밸러스트 저항에 의해 수용되는 아이디어가 있었다. 전압 변동들은 밸러스트 저항에 의해 처리될 것이다.

이러한 접근법의 단순성, 및 따라서 비교적 값싼 구현이 어느 정도 매력적이지만, 조명 장치가 디밍되는(dimmed) 것을 원할 때 문제가 있다.

특정 애플리케이션들의 경우, 조명 장치가 디머블(dimmable)인 것을 원할 뿐만 아니라, 출력 광의 색온도(colour temperature)가 디밍시에(on dimming) 더 낮은 값으로 시프트(shift)되는 것을 원한다. 이러한 요건은 특히 소형의 침대 곁의 램프들 또는 독서용 램프들의 경우에 중요하지만, 동일한 특징이 바람직한 다른 애플리케이션들이 존재할 수도 있다.

본 발명의 목적은, 장치의 광 출력이 자동으로 더 낮은 색온도로 시프트함과 동시에 간단한 방식으로 디밍될 수 있는, 광원들로서 복수의 LED를 갖는 단순하고 비용 효율적인 조명 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 중요한 양태에 따르면, 조정가능한 전압원이 적어도 하나의 백색 LED와 직렬로 접속되고, 이 전압원은 적어도 하나의 적색 LED에 전력을 공급한다. 전압원의 출력 전력이 증가할 때, 전압원에 대한 전압 강하는 증가하여 백색 LED가 보다 적은 전력을 수신하고 적색 LED가 보다 많은 전력을 수신한다.

다른 유리한 상세들은 종속 청구항들에 언급된다.

본 발명의 이들 및 다른 양태들, 특징들 및 이점들은 도면들을 참조하여 하나 이상의 바람직한 실시예들의 다음의 설명에 의해 더 설명될 것이고, 도면에서 동일한 참조 번호들은 동일한 또는 유사한 부분들을 나타낸다.
도 1은 조명 장치의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 조명 장치에서 사용하기 위한 전압원의 블록도를 개략적으로 도시한다.

도 1은 본 발명에 따른 조명 장치(1)의 블록도를 개략적으로 도시한다. 조명 장치(1)는 AC 본선에 결합하기 위한 입력 단자들(2)을 포함한다. LED 스트링(10)이 입력 단자들(2)과 직렬로 접속된다. LED 스트링(10)은 제1 시리즈(series)의 주(primary) 전원 LED들(11) 및 제1 시리즈에 역병렬 접속된 제2 시리즈의 주 전원 LED들(12)을 포함한다. 제1 밸러스트 저항(13)이 LED 스트링(10)과 직렬로 접속된다.

주 LED들(11, 12)은 바람직하게는 백색 LED들이다. 그러나, 이들 LED들 중 하나 이상이 컬러가 있는 LED들인 것이 또한 가능하다.

정류기(30)가 LED 스트링(10)과 직렬로 부착된 입력 단자들(31, 32)을 갖는다. 정류기(30)는 보통 알려진 바와 같이, 다이오드들의 브리지(bridge) 회로를 적절하게 포함할 수 있다.

그의 출력 단자들(33, 34)에서, 정류기(30)는 정류된 DC 전압 V1을 제공한다. 요구되는 경우, 이 전압은 출력 단자들(33, 34)에 병렬로 캐패시터에 의해 평활화(smooth)될 수 있지만, 이것은 단순함을 위해 도시되지 않는다.

조명 장치(1)는 입력 전압으로서 정류된 DC 전압 V1을 받기 위해 정류기 출력 단자들(33, 34)에 결합된 입력 단자들(41, 42)을 갖는 제어가능한 전압원(40)을 더 포함한다. 참조 번호 45는 사용자 제어가능한 제어 입력을 표시한다. 그의 출력 단자들(43, 44)에서, 제어가능한 전압원(40)은 DC 출력 전압 V2를 제공하고, 그 크기는 사용자 제어 입력(45)에서 수신된 입력에 의존한다. 적어도 하나의 보조 LED(51) 및 제2 밸러스트 저항(52)의 직렬 배열이 제어가능한 전압원(40)의 출력 단자들(43, 44)에 접속된다.

정상적으로, 하나의 보조 LED(51)만이 충분할 것이지만, 본 발명의 요지는 2개 이상의 보조 LED들이 직렬로 접속되는 경우에도 또한 적용가능하다.

바람직하게는, 보조 LED(51)는 적색 전원 LED이다. 그러나, 본 발명의 요지는 보조 LED(51)의 컬러가 주 전원 LED들(11, 12)의 컬러보다 낮은 색온도를 가지는 경우에도 또한 적용가능하다. 예를 들어, 주 전원 LED들(11, 12)이 백색 LED들이고 보조 LED(51)가 주황색 또는 황색 LED인 실시예가 가능할 것이다. 또한, 복수의 보조 LED들의 경우에, 모든 보조 LED들이 서로 동일한 컬러를 가지는 것은 필수가 아니다.

제어가능한 전압원(40) 대신에, 제어가능한 전류원이 이용될 수 있다는 것에 주목한다.

또한, 제어가능한 DC 전압(또는 전류)원 대신에, 제어가능한 AC 전압(또는 전류)원이 이용될 수 있다는 것에 주목한다. 그 경우, 정류기(30)는 생략될 수 있고, 보조 LED들은 역병렬 부착된 적어도 2개의 LED들을 포함할 수 있다.

주 LED들(11, 12) 및 보조 LED(들)(51)는 조명 장치(1)에서 함께 가깝게 부착되어, 사용자에 의해 인지되는 바와 같이, 전체적으로 조명 장치(1)에 의해 생성되는 바와 같은 전체 출력 광은 개별 LED들(11, 12, 51)의 개별 광 출력들의 혼합이다.

본선에 의해 제공되고 LED 스트링(10)에 의해 수신되는 전류는 Imains로서 표시될 것이다. 이 전류는 또한 정류기(30)에 의해 입력 전류로서 수신된다. 정류기(30)에서 어떠한 전류도 손실되지 않는다고 가정한다. <Imains>로서 표시될 정류된 본선 전류(정류기(30)의 출력 전류)는 전압원(40)에 입력 전류로서 제공된다. 정류된 본선 전류의 부분은 제어가능한 전압원(40)에 의해 소모될 것이다: 이 전류는 밸러스트 전류 I1로서 표시될 것이다. 전압원(40)의 출력에서 생성되고 보조 LED(51)에 의해 수신되는 전류는 보조 전류 I2로서 표시될 것이다. 따라서, <Imains> = I1 + I2임이 분명해야 한다.

동작은 다음과 같다. 사용자는 제어가능한 DC 전압원(40)을 낮은 출력 전압으로 설정하여, 보조 LED(51)가 어떠한 광도 생성하지 않거나 또는 오직 소량의 광을 생성한다고 가정한다. 그 다음, 전압원(40)의 입력 단자들(41, 42)을 가로지르는 전압 강하는 비교적 낮고, 따라서 정류기(30)의 입력 단자들(31, 32)을 가로지르는 전압 강하는 낮아서, LED 스트링(10)은 최대 구동 전압을 수신하여 최대 광 출력을 생성한다.

사용자는 제어가능한 DC 전압원(40)을 더 높은 출력 전압으로 조절한다고 가정한다. 결과로서, 보조 LED(51)는 증가된 양의 광을 생성한다. 동시에, 전압원(40)의 입력 단자들(41, 42)을 가로지르는 전압 강하는 증가하고, 따라서 정류기(30)의 입력 단자들(31, 32)을 가로지르는 전압 강하는 증가하고, LED 스트링(10)의 구동 전압은 감소하고 LED 스트링(10)에 의해 생성된 광의 양은 감소한다. 대체로, 조명 장치의 광 출력 레벨은 감소되고(디밍되고), 출력 광에서 적색 광의 상대 함량(relative content)은 증가된다(더 낮은 색온도로 시프트한다).

도 2는 그의 단순함 때문에 바람직한 전압원(40)의 실시예의 블록도이다. 조정가능한 제너 다이오드(49)(예를 들어, Motorola, Texas Instruments, Fairchild Semiconductor로부터 상업적으로 이용가능한, 예를 들어 표준 컴포넌트 TL431 또는 LM431)가 출력 단자들(43, 44)에 병렬로 접속된다. 제1 저항(46)과 제2 저항(47)의 직렬 배열이 입력 단자들(41, 42)에 병렬로 접속된다. 2개의 저항(46, 47) 사이의 노드가 조정가능한 제너 다이오드(49)의 제어 입력 단자(48)에 접속된다. 포지티브(positive) 출력 단자(43)는 포지티브 입력 단자(41)에 접속되고, 네거티브(negative) 출력 단자(44)는 네거티브 입력 단자(42)에 접속된다. 상기 저항들(46, 47) 중 하나는 조절가능한 저항이고 사용자 제어 입력(45)을 구현하며, 도시된 바와 같은 실시예에서, 이것은 포지티브 입력 단자(41)에 접속된 제1 저항(46)에 적용한다.

도 2의 회로에서, 출력 전압 V2는 공식 V2 = (1 + R1/R2)·Vref를 만족한다. 여기서,

R1은 제1 저항(46)의 저항값이고;

R2는 제2 저항(47)의 저항값이고;

Vref는 조정가능한 제너 다이오드(49)의 내부 기준 전압, 통상적으로 약 1.2V 또는 2.5V이다.

이 회로에서 V1=V2임에 주목한다.

R1=0이면, 출력 전압 V2는, 보조 LED(51)가 전류를 끌어당기는(draw) 데 너무 낮은, Vref와 같을 것이다(보조 LED(51) 및 제2 밸러스트 저항(52)의 특성들에 의존함). 또한 입력 전압 V1은 Vref와 같을 것이기 때문에, LED 스트링(10)은 전체(full) 본선 전압을 거의 수신한다. 결과로서 생기는 큰 본선 전류 <Imains>는 주로 제너(49)를 통해 흐를 것이고, 부분적으로 제2 저항(47)을 통해 흐를 것이다.

R1이 증가하면, 출력 전압 V2는 증가할 것이고, 그에 따라 보조 LED(51)는 더 많은 전류 I2를 끌어당길 수 있다(보조 전류 I2의 정확한 양은 보조 LED(51) 및 제2 밸러스트 저항(52)의 특성들에 의존할 것이다). 또한 입력 전압 V1이 증가하기 때문에, LED 스트링(10)은 더 적은 전압을 수신하고, 따라서 더 적은 본선 전류 Imains를 끌어당길 것이다. 차이 I1 = <Imains> - I2 는 주로 Iz로서 표시된, 제너(49)를 통해 흐를 것이고, 부분적으로 제1 및 제2 저항(46, 47)을 통해 흐를 것이다. 이 기술분야의 통상의 기술자에게 분명해야 하는 바와 같이, LED들의 수 및 그들의 광 출력과 결합하여, LED들(11, 12, 51)의 순전압들(forward voltages) 및 컴포넌트들, 특히 제1 및 제2 밸러스트 저항들(13, 52)의 적절한 치수(dimensioning)는 디밍하면서 원하는 컬러 시프트가 얻어지게 할 것이다.

요약하면, 본 발명은,

- AC 본선(mains)에 결합하기 위한 입력 단자들(2);

- 상기 입력 단자들과 직렬로 접속된 LED 스트링(10);

- 상기 LED 스트링(10)과 직렬로 접속된 입력 단자들을 갖는 정류기(30);

- 상기 정류기의 출력 단자들에 결합된 입력 단자들을 갖는 제어가능한 전압원(40); 및

- 상기 제어가능한 전압원의 상기 출력 단자들에 접속된 적어도 하나의 보조 LED(51) 및 제2 밸러스트 저항(ballast resistor)(52)의 직렬 배열

을 포함하는 조명 장치(1)를 제공한다.

전압원은,

상기 입력 단자들에 병렬로 접속된 조절가능한 제1 저항(46) 및 제2 저항(47)의 직렬 배열;

상기 2개의 저항 사이의 노드에 접속된 제어 입력 단자(48)를 갖고, 상기 출력 단자들에 병렬로 접속된 조정가능한 제너 다이오드(49)

를 포함한다.

포지티브 출력 단자는 포지티브 입력 단자에 접속되고, 네거티브 출력 단자는 네거티브 입력 단자에 접속된다.

본 발명은 도면들 및 전술한 설명에서 예시되고 상세히 설명되었지만, 이러한 예시 및 설명은 한정적인 것이 아니라 실례가 되는 또는 모범적인 것으로 고려되어야 함이 이 기술분야의 통상의 기술자에게 명백해야 한다. 본 발명은 개시된 실시예들로 한정되지 않고, 오히려, 첨부된 청구항들에 정의된 바와 같은 본 발명의 보호 범위 내에서 몇몇 변형들 및 수정들이 가능하다. 예를 들어, 제1 밸러스트 저항(13)은 정류기(30) 또는 소스(source)(40) 쪽으로 옮겨질(displaced) 수 있다.

또한, LED 스트링(10)은 도 1에 도시된 구성과 상이한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, LED 스트링은 LED 유닛들의 직렬 배열로서 구현될 수 있고, 여기서 각각의 LED 유닛은 적어도 하나의 제2 LED에 역병렬 접속된 적어도 하나의 제1 LED를 포함한다. 다른 래더(ladder) 구성들이 또한 가능하다.

도면들, 개시, 및 첨부된 청구항들을 학습함으로써, 개시된 실시예들에 대한 다른 변형들이 청구된 발명을 실행함에 있어 이 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되고 실시될 수 있다. 청구항들에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소들 또는 단계들을 제외하지 않으며, 부정 관사 "a" 또는 "an"은 복수를 제외하지 않는다. 단일 프로세서 또는 다른 유닛이 청구항들에 기재된 몇몇 항목들의 기능들을 실현할 수 있다. 특정 척도(measure)들이 서로 상이한 종속 청구항들에 기재되어 있다는 사실만으로 이들 척도의 조합이 유리하게 하는데 이용될 수 없음을 표시하지 않는다. 컴퓨터 프로그램이 다른 하드웨어와 함께 또는 다른 하드웨어의 부분으로서 공급된 광 저장 매체 또는 고상 매체와 같은 적절한 매체에 저장/분배될 수 있지만, 또한 인터넷 또는 다른 유선 또는 무선 원격통신 시스템들을 통해서와 같은, 다른 형태들로 분배될 수 있다. 청구항들의 임의의 참조 부호들은 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims

조명 장치(illumination device; 1)로서,
AC 본선(mains)에 결합하기 위한 입력 단자들(2);
상기 입력 단자들과 직렬로 접속된 LED 스트링(10);
상기 LED 스트링(10)과 직렬로 접속된 입력 단자들(31, 32)을 갖고 출력 단자들(33, 34)을 갖는 정류기(30);
상기 정류기의 출력 단자들(33, 34)에 결합된 입력 단자들(41, 42)을 갖고 출력 단자들(43, 44)을 갖는 제어가능한 전압원(40); 및
상기 제어가능한 전압원(40)의 상기 출력 단자들(43, 44)에 접속된 적어도 하나의 보조 LED(51) 및 제2 밸러스트 저항(ballast resistor)(52)의 직렬 배열
을 포함하는 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 LED 스트링(10)과 직렬로 접속된 제1 밸러스트 저항(13)을 더 포함하는 조명 장치.
제1항에 있어서, 주(primary) LED들(11, 12) 중 적어도 일부는 백색 LED들인 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 보조 LED(51)는 적색 전원 LED를 포함하는 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 보조 LED(51)의 출력 광의 상관 색온도(correlated colour temperature)는 상기 LED 스트링(10)의 출력 광의 상관 색온도보다 낮은 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 전압원(40)은,
상기 입력 단자들(41, 42)에 병렬로 접속된 제1 저항(46) 및 제2 저항(47)의 직렬 배열;
상기 출력 단자들(43, 44)에 병렬로 접속된 조정가능한 제너 다이오드(tuneable Zener diode)(49)를 포함하고,
상기 조정가능한 제너 다이오드는 상기 2개의 저항(46, 47) 사이의 노드에 접속된 제어 입력 단자(48)를 갖고,
포지티브(positive) 출력 단자(43)는 포지티브 입력 단자(41)에 접속되고, 네거티브(negative) 출력 단자(44)는 네거티브 입력 단자(42)에 접속되고,
상기 제1 및 제2 저항들(46, 47) 중 하나는 조절가능한 저항인 조명 장치.
제6항에 있어서, 상기 포지티브 입력 단자(41)와 상기 제너 다이오드의 제어 입력 단자(48) 사이에 접속된 상기 제1 저항(46)은 상기 조절가능한 저항인 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 LED 스트링은 제1 시리즈(series)의 주 전원 LED들(11) 및 상기 제1 시리즈에 역병렬(anti-parallel) 접속된 제2 시리즈의 주 전원 LED들(12)을 포함하는 조명 장치.