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WO2014061866A1 - Led소자의 사용수명을 보호하는 led조명장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Led소자의 사용수명을 보호하는 led조명장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Publication number
WO2014061866A1
WO2014061866A1 PCT/KR2012/011436 KR2012011436W WO2014061866A1 WO 2014061866 A1 WO2014061866 A1 WO 2014061866A1 KR 2012011436 W KR2012011436 W KR 2012011436W WO 2014061866 A1 WO2014061866 A1 WO 2014061866A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
led
led array
resistance
current
lighting device
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/011436
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
조병옥
Original Assignee
주식회사 이엠퍼스트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 이엠퍼스트 filed Critical 주식회사 이엠퍼스트
Priority to JP2015538004A priority Critical patent/JP6193383B2/ja
Priority to US14/436,103 priority patent/US9386650B2/en
Priority claimed from KR20120152898A external-priority patent/KR101493844B1/ko
Publication of WO2014061866A1 publication Critical patent/WO2014061866A1/ko

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/46—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs disposed in parallel lines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • the present invention relates to an LED lighting device.
  • a plurality of LEDs are connected in series to form an LED array, and the plurality of LED arrays are connected in parallel to form an LED module.
  • the operating voltage (Vf) of the LED elements changes as the operation time increases, so that the current balance of the LED arrays connected in parallel Will be broken.
  • the LED array including the LED device increases the operating voltage (Vf) of the LED device so that a current less than the normal current flows, or the operating voltage (Vf) of the LED device decreases, thereby causing the normal current. Greater current flows.
  • the set current of the constant current generator does not change, the changed current in the deteriorated LED array causes the current to increase or decrease in other LED arrays that do not deteriorate.
  • Korean Patent Publication No. 2009-0011744 provides a constant current circuit in each LED array to drive a constant current to drive an LED driving circuit for controlling an unbalance of current flowing through the LED unit. It is starting furnace.
  • the LED driving circuit can prevent the lifespan of the LED from being shortened by blocking the voltage applied to the LED columns.
  • the LED driving circuit can prevent the lifespan of the LED from being shortened by blocking the voltage applied to the LED columns.
  • the LED driving circuit can prevent the lifespan of the LED from being shortened by blocking the voltage applied to the LED columns.
  • the LED driving circuit can prevent the lifespan of the LED from being shortened by blocking the voltage applied to the LED columns.
  • the LED driving circuit is used in the LED lighting device. There is a problem in that the lighting device is turned off so that it can no longer serve as the lighting device.
  • the present invention provides an LED lighting device to protect the LED device by correcting so that the applied current is constant by reducing the overall resistance variation between the LED array, when the current balance between the LED array is broken.
  • an LED lighting apparatus including: an LED module in which a plurality of LED arrays connected in series are connected in parallel; A constant current supply unit applying a constant current to the LED module; A variable resistor unit connected in series to each of the LED arrays; And a control unit controlling the constant current supply unit and the variable resistor unit, wherein the control unit calculates a compound resistance of each LED array when at least one of the measured current values of each LED array is out of a normal range, and calculates each LED array. If the synthesized resistors do not match, the variable resistor unit is adjusted to match the total resistance of each LED array to maintain current balance.
  • the normal range may be 90% to 110% of the normal current.
  • the controller when the loss power generated by adjusting the variable resistors connected to each of the LED array is smaller than a predetermined reference value, the controller adjusts the variable resistors to match the overall resistance. Can be.
  • control unit is the normal range of the current value of each LED array, when the loss power generated by adjusting the variable resistors connected to each of the LED array is greater than a predetermined reference value
  • the constant current supply unit may be controlled to accumulate current values of the LED arrays deviating from and to adjust the current value by the accumulated value of the increased or decreased current.
  • the control unit is a range in which the loss power is equal to a predetermined reference value when the loss power generated by adjusting the variable resistors connected to each of the LED array is greater than a predetermined reference value. Adjust the variable resistance unit until the control unit, the current value of the LED array out of the normal range of the current value of each LED array in the state in which the variable resistance unit is adjusted and the constant current driver subtracts the adjusted current minus the accumulated current value from the rated current You can control the output.
  • the reference value may be any value determined within 0.1% to 5% of the rated power.
  • an LED lighting apparatus further includes a temperature sensing unit configured to measure a temperature of a heat sink disposed in the LED module, wherein the controller is configured to control each of the LED arrays when the temperature of the heat sink is within a reference temperature range.
  • the composite resistance can be calculated.
  • the control unit sequentially applies a measurement current to only one LED array to be applied to the corresponding LED array.
  • V LED the composite resistance of each LED array is sequentially calculated, and the measured current may be a current value obtained by dividing the rated current by the number of the LED arrays.
  • the controller may adjust the variable resistance connected in series with the remaining LED arrays based on the LED array having the largest synthetic resistance to match the total resistance of each LED array.
  • variable resistor unit may be any one selected from a transistor, a FET, a JFET, an EMOSFET, and a potentiometer.
  • An LED lighting apparatus includes a current sensing unit connected in series to each of the LED arrays.
  • control unit blocks the corresponding LED array when at least one of the measured current value of each LED array is less than 30% or more than 130% of the normal current
  • the constant current supply unit may be controlled to reduce the current value by the number.
  • LED lighting device control method the step of determining whether the current value of each LED array is in the normal range; Measuring a composite resistance of each of the LED arrays when a current value of at least one of the respective LED arrays is out of a normal range; Calculating correction resistances such that the total resistances of the respective LED arrays match when the combined resistances of the respective LED arrays do not match; And controlling the variable resistor unit to have the calculated correction resistor to match the total resistance of each of the LED arrays.
  • the resistance of each LED array may be matched to maintain the current balance with a minimum power loss.
  • FIG. 1 is a view for explaining the LED lighting apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a process of maintaining a current balance measured in each LED array according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a process of calculating a correction resistor to match the total resistance of each LED array.
  • FIG. 1 is a view for explaining the LED lighting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the LED lighting apparatus includes an LED module 20 in which a plurality of LED arrays 21, 22... A constant current supply unit 10 for applying a constant current to the 20, a variable resistor unit 90 connected in series to each of the LED arrays 21, 22 ... 2N, and the constant current supply unit 10 and the variable resistor unit ( 90 includes a control unit 50 for controlling.
  • the LED module 20 includes a plurality of LED arrays 21, 22... 2N connected in parallel, and each LED array 21, 22..., 2N has a plurality of LED elements connected in series.
  • the size of the LED module 20 may be variously modified by the installation location, structure, and the like.
  • the constant current supply unit 10 is a well-known configuration for applying a constant current to each of the LED arrays 21, 22 ... 2N.
  • the DC input method includes a series pass method and a switching constant current method.
  • the AC input method includes a converter method, and the output method outputs a DC constant current. It has the function to adjust the magnitude of the constant current output by the 5V control signal.
  • the constant current supply unit 10 may use a device controlled by a PWM method, and the constant current supply unit 10 may use a device controlled by a serial communication method such as RS485.
  • the constant current supply unit 10 according to an embodiment of the present invention may be composed of a single constant current supply unit.
  • the variable resistor unit 90 is a type of current / voltage control element.
  • the variable resistor unit 90 is connected in series to each of the LED arrays 21, 22 ... 2N, and has a resistance in response to a gate voltage signal applied from the controller 50. It is configured to be variable.
  • the variable resistor unit 90 may be any one selected from a transistor TR, a FET, a JFET, an EMOSFET, and a potentiometer.
  • the analog-to-digital converter 40 converts the current applied to each of the LED arrays 21, 22..., 2N, the output voltage of the constant current supply unit 10, and the heat sink temperature information into a digital signal.
  • the sensing resistor 30 is connected in series to the LED arrays 21, 22. At this time, it is preferable that the resistance value is designed to be extremely small so that the efficiency of the LED lighting device is not lowered.
  • the variable resistor unit 90 may be used to sense the current value of the LED arrays 21, 22.
  • the control unit 50 when the power is applied, the set state of the constant current supply unit 10 (the normal state of the output voltage, the output constant current, the range of the maximum value, the minimum value) and the number of LED arrays 21, 22 ... 2N. It reads the set value, current threshold, voltage threshold and temperature threshold related to the variable resistance control of each LED array according to LED protection conditions and LEDs per string.
  • controller 50 uses the analog-to-digital converter 40 to output currents I1, I2, I3, I4, ⁇ In, the output voltage V LED of the constant current supply unit 10, and temperature information of the heat sink.
  • the controller 50 determines whether the measured current value of each of the LED arrays 21, 22..., 2N is outside the normal range.
  • the normal range of the LED array may be set to 90% to 110% of the normal current, but is not necessarily limited thereto.
  • One or more of the current values of the LED arrays 21, 22 ... 2N deviate from the normal range because the specific LED element deteriorates and the operating voltage Vf increases or decreases.
  • the controller 50 calculates the combined resistance (equivalent resistance) of the LEDs included in each LED array 21, 22.
  • variable resistor unit 90 is adjusted to adjust the LED arrays 21, 22.
  • the current balance is maintained by matching the total resistance of .2N) (composite resistance of the LED array + correction resistance of the variable resistor + sensing resistance).
  • variable resistor unit 90 since the variable resistor unit 90 is used without controlling the constant current supply unit 10, the current balance can be maintained with a minimum power loss.
  • the controller 50 controls each LED array 21, 22. 2N), the constant current supply unit 10 may be controlled to accumulate the current value of the LED array outside the normal range from the current value, and to adjust the current value by the accumulated value of the increased or decreased current.
  • the controller 50 adjusts the variable resistor unit 90 only to the extent that the total loss power is equal to a predetermined reference value, and then, among the current values of the LED arrays in the state where the variable resistor unit is adjusted, it is normal.
  • the constant current supply unit 10 may be controlled to accumulate the current values of the LED arrays out of range and output the adjusted current minus the accumulated current value.
  • variable resistor unit 90 is adjusted to a range corresponding to 1% of the rated power, and the normal resistance is corrected by the variable resistor unit 90. After accumulating the current value of the LED array out of range, it is possible to control the constant current supply unit 10 to output the adjusted current minus the accumulated current value.
  • the reference value is illustrated as 1% of the rated power, but may be arbitrarily determined in the range of 0.1% to 5% of the rated power.
  • the pulse width modulator 60 may control the magnitude of the constant current of the constant current supply unit 10 by adjusting and outputting the duty ratio of the pulse according to the signal received from the controller 50.
  • the constant current supply unit 10 may select various interfaces other than the pulse width modulator.
  • the communication unit 70 is connected to the current state (I1 ⁇ In) of each LED array (21, 22 ... 2N), the total output current (IT) of the constant current supply unit 10, the output voltage (V LED ) through the serial communication port ,
  • the heat sink temperature, etc. can be configured for remote monitoring, and the current control of the LED arrays 21, 22 ... 2N (21, 22, 23, 24, ⁇ 2n) and the change of environmental setting value can be performed remotely.
  • Provide a communication interface where possible. Through such a communication interface, correction resistance calculation control and variable resistance control, which will be described later, can be performed at a remote location, and the current balance between the LED arrays can be adjusted remotely.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a process of maintaining a current balance measured in each LED array according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a process of calculating a correction resistor to match the total resistance to each LED array. .
  • the control method comprises the steps of determining whether the current value of each of the LED array (21, 22 ... 2N) is in the normal range (S10), and which of the LED array (21, 22 ... Measuring the combined resistance of each of the LED arrays 21, 22 ... 2N when at least one current value is out of the normal range (S20), and If the synthesized resistance does not match, calculating the correction resistance so that the total resistance of each of the LED array (21, 22 ... 2N) (S30), and the variable resistor unit 90 to have the calculated correction resistance ) To match the total resistance of each of the LED arrays 21, 22 ... 2N (S40).
  • step S10 of determining whether the current value of each of the LED arrays 21, 22, ... 2N is in the normal range will be described.
  • the controller 50 receives the information including the current values of each of the LED arrays 21, 22 ... 2N (S11), and at least one of the LED arrays 21, 22 ... 2N is outside the normal range. In this case, it is determined that an abnormality has occurred in the LED device (S12). In this case, the normal range may be set to 90% to 110% of the normal current.
  • the controller 50 determines whether the current value of the LED arrays 21, 22, ... 2N is out of the threshold range (S13).
  • the threshold range may be defined as a range of 30% or more and 130% or less of the normal current.
  • the constant current supply unit 10 is controlled (S14) so that the current value is reduced by the number of LED arrays.
  • the LED element may be abnormal but not open or shorted. So that it no longer worsens.
  • step (S20) of measuring the combined resistance of each LED array (21, 22 ... 2N), and the step (S30) of calculating the correction resistance will be described in detail with reference to FIG.
  • the controller 50 may include structures, resistance variables, constant current information, and the like of the LED arrays 21, 22. Read (S210).
  • the controller 50 reduces the constant current to maintain the measured current (S220).
  • the measured current is the current value obtained by dividing the rated current by the number of N LED arrays (21, 22 ... 2N). For example, if there are five LED arrays 21, 22, ... 2N, a measurement current corresponding to one fifth of the rated current is applied. That is, the normal current of the corresponding LED array is applied.
  • variable resistor unit 90 is selectively switched (S230) to select the LED arrays 21, 22..., 2N to be measured. For example, when the first LED array 21 is selected, only the variable resistor unit 90 of the first LED array 21 is switched on and the remaining N-1 LED arrays 22 ... 2N are switched on. Turn off to block.
  • the controller 50 measures the output voltage (V LED ) according to the operating voltage (Vf) of the plurality of LED elements included in the first LED array 21 (S240), and according to the following equation 1 the first LED
  • the synthesized resistance (equivalent resistance) of the array 21 is calculated (S250).
  • step S40 of matching the total resistance the controller 50 determines whether the total loss power generated when the calculated correction resistor is applied is increased by 1% or more of the rated power (S41).
  • variable resistor unit 90 When the total loss power is less than 1% of the rated power, the variable resistor unit 90 is controlled to apply the correction resistor to match the total resistance of each of the LED arrays 21, 22 ... 2N (S42).
  • each LED array 21, 22 ... 2N is used.
  • the constant current supply unit 10 may be controlled (S43) so that the current value is adjusted by the accumulated value of the increased or decreased current.
  • variable resistance unit 90 is adjusted to a range where the loss power is equal to a predetermined reference value, and the current values of the LED arrays outside the normal range are accumulated in the state where the overall resistance is corrected by the variable resistance unit 90. Thereafter, the constant current supply unit 10 may be controlled to output the adjustment current minus the accumulated current value from the rated current.
  • the reference value is illustrated as 1% of the rated power, but may be arbitrarily determined in the range of 0.1% to 5% of the rated power.

Landscapes

  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

본 발명은, 다수 개의 LED 소자가 직렬 연결된 LED 어레이가 다수 개 병렬로 접속된 LED 모듈과, 상기 LED 모듈에 정전류를 인가하는 정전류 공급부와, 상기 각 LED 어레이에 직렬 연결된 가변 저항부, 및 상기 정전류 공급부와 가변 저항부를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 측정된 각 LED 어레이의 전류값 중 하나 이상이 정상범위를 벗어난 경우에는 상기 가변 저항부를 조절하여 각 LED 어레이의 전체저항을 일치시켜 전류 밸런스를 유지하는 LED 조명장치를 개시한다.

Description

LED소자의 사용수명을 보호하는 LED조명장치 및 그 제어방법
본 발명은 엘이디 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로 발광다이오드(LED: Light Emitting Diode)를 이용한 조명 장치는 복수의 LED가 직렬로 접속되어 LED 어레이를 형성하고, 그 LED 어레이들이 복수 개 병렬로 접속되어 LED 모듈을 형성한다.
복수의 LED를 직렬로 접속한 LED 어레이가 복수 개 병렬로 접속된 상태에서 구동되면, 작동 시간이 늘어남에 따라 LED 소자의 동작전압 (Vf)이 달라지기 때문에, 병렬로 접속된 LED 어레이의 전류 밸런스가 깨지게 된다.
즉, LED 소자에 이상이 발생하면 해당 LED 소자가 포함된 LED 어레이는 LED소자의 동작전압(Vf)이 증가되어 정상전류보다 적은 전류가 흐르거나 LED소자의 동작전압(Vf)이 감소되어 정상전류보다 큰 전류가 흐르게 된다. 그러나, 정전류 발생원의 설정된 전류는 변동하지 않으므로 열화된 LED 어레이에서 변경된 전류는 열화되지 않은 다른 LED 어레이들에 전류가 증가 또는 감소되어 흐르게 된다.
따라서, LED 어레이의 전류 밸런스가 깨지게 되어 전체적으로 LED 어레이별로 밝기가 달라져 균일한 밝기를 유지할 수 없다. 또한, 특정 LED 어레이에 전류가 증가하는 경우 LED 수명이 단축되는 문제가 있다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위하여 대한민국 공개특허 제2009-0011744호에서는 각각의 LED 어레이에 정전류회로(constant-current circuit)를 각각 설치하여 정전류를 흐르게 함으로써 LED 유닛에 흐르는 전류의 불균형을 제어하는 LED 구동회로를 개시하고 있다.
그러나, 이러한 LED 구동회로는 LED 열들에 인가되는 전압을 차단하여 LED의 수명이 전체적으로 단축되는 것을 방지할 수는 있으나, 이러한 LED 구동회로를 LED 조명 장치에 사용하는 경우에는 LED 소자 한 개만 파손되어도 LED 조명 장치는 오프되어 조명 장치로서의 역할을 전혀 할 수 없게 되는 문제가 있다.
본 발명은 LED 어레이 간의 전류 밸런스가 깨진 경우, LED 어레이 간의 전체저항 편차를 줄여 인가되는 전류가 일정해지도록 보정함으로써 LED 소자를 보호하는 LED 조명장치를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 LED 조명장치는, 다수 개의 LED 소자가 직렬 연결된 LED 어레이가 다수 개 병렬로 접속된 LED 모듈; 상기 LED 모듈에 정전류를 인가하는 정전류 공급부; 상기 각 LED 어레이에 직렬 연결된 가변 저항부; 및 상기 정전류 공급부와 가변 저항부를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 측정된 각 LED 어레이의 전류값 중 하나 이상이 정상범위를 벗어난 경우에는 각 LED 어레이의 합성저항을 산출하고, 상기 각 LED 어레이의 합성저항이 일치하지 않는 경우에는 상기 가변 저항부를 조절하여 각 LED 어레이의 전체저항을 일치시켜 전류 밸런스를 유지한다.
본 발명의 일 특징에 따른 LED 조명장치에서, 상기 정상범위는 정상 전류의 90% 내지 110%일 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 LED 조명장치에서, 상기 제어부는 상기 각 LED 어레이에 연결된 가변 저항부를 조절함으로써 발생하는 손실전력이 미리 정해진 기준치보다 작은 경우에는, 상기 가변 저항부를 조절하여 전체저항을 일치시킬 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 LED 조명장치에서, 상기 제어부는 상기 각 LED 어레이에 연결된 가변 저항부를 조절함으로써 발생하는 손실전력이 미리 정해진 기준치보다 큰 경우에는, 상기 각 LED 어레이의 전류값 중에서 상기 정상범위를 벗어난 LED어레이들의 전류치를 누적하고, 증감된 전류의 누적치만큼 전류값이 조절되도록 상기 정전류 공급부를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 LED 조명장치에서, 상기 제어부는 상기 각 LED 어레이에 연결된 가변 저항부를 조절함으로써 발생하는 손실전력이 미리 정해진 기준치보다 큰 경우에는, 상기 손실전력이 미리 정해진 기준치와 동일해지는 범위까지 상기 가변 저항부를 조절하고, 가변 저항부가 조절된 상태에서 각 LED 어레이의 전류값 중에서 상기 정상범위를 벗어난 LED 어레이들의 전류치를 누적하고 상기 정전류구동부가 정격전류에서 상기 누적한 전류치를 뺀 조정전류를 출력하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 LED 조명장치에서, 상기 기준치는 정격전력의 0.1% 내지 5% 내에서 정해진 임의의 값일 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 LED 조명장치는, 상기 LED 모듈에 배치된 방열판의 온도를 측정하는 온도 센싱부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 방열판의 온도가 기준 온도 범위를 만족할 때 상기 각 LED 어레이의 합성저항을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 LED 조명장치는, 상기 제어부는 측정된 각 LED 어레이의 전류값 중 하나 이상이 정상범위를 벗어난 경우, 순차적으로 하나의 LED 어레이에만 측정전류를 인가하여 해당 LED 어레이에 걸리는 전압(VLED)을 측정함으로써 각 LED 어레이의 합성저항을 순차적으로 산출하고, 상기 측정전류는 정격전류를 상기 LED 어레이의 개수로 나눈 전류값일 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 LED 조명장치는, 상기 제어부는 합성저항이 가장 큰 LED 어레이를 기준으로 나머지 LED 어레이에 직렬 연결된 가변 저항을 조절하여 각 LED 어레이들의 전체저항을 일치시킬 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 LED 조명장치는, 상기 가변 저항부는 트랜지스터, FET, JFET, EMOSFET, 및 포텐티얼미터 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 LED 조명장치는, 상기 각 LED 어레이에 직렬 연결된 전류 센싱부를 포함한다.
본 발명의 일 특징에 따른 LED 조명장치에서, 상기 제어부는 측정된 각 LED 어레이의 전류값 중 하나 이상이 정상 전류의 30% 이하이거나 130%이상인 경우에는 해당 LED 어레이를 차단시키고, 해당 LED 어레이의 개수만큼 전류값이 감소되도록 정전류 공급부를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 LED 조명장치 제어방법은, 각 LED 어레이의 전류값이 정상 범위인지 판단하는 단계; 상기 각 LED 어레이 중 어느 하나 이상의 전류값이 정상 범위를 벗어난 경우에 상기 각 LED 어레이의 합성저항을 측정하는 단계; 상기 각 LED 어레이의 합성저항이 일치하지 않는 경우, 상기 각 LED 어레이의 전체저항이 일치되도록 보정저항을 산출하는 단계; 상기 산출된 보정저항을 갖도록 가변 저항부를 제어하여 상기 각 LED 어레이의 전체저항을 일치시키는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 하나의 조명장치 내에서 LED소자의 이상으로 전류밸런스가 유지되지 않는 경우 각 LED 어레이의 저항을 일치시켜 최소한의 전력손실로 전류밸런스를 유지할 수 있다.
또한, 전류 밸런스를 유지함으로써 특정 LED소자 이상으로 그 LED 어레이의 불량과 그로 인해 다른 LED 어레이가 손상되는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치를 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 각 LED 어레이에서 측정된 전류 밸런스를 유지하는 과정을 보여주는 흐름도이고,
도 3은 각 LED 어레이의 전체저항을 일치시키기 위해 보정저항을 산출하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.
이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 LED 조명장치는, 다수 개의 LED 소자가 직렬 연결된 LED 어레이(21,22...2N)가 다수 개 병렬로 접속된 LED 모듈(20)과, 상기 LED 모듈(20)에 정전류를 인가하는 정전류 공급부(10)와, 상기 각 LED 어레이(21,22...2N)에 직렬 연결된 가변 저항부(90), 및 상기 정전류 공급부(10)와 가변 저항부(90)를 제어하는 제어부(50)를 포함한다.
LED 모듈(20)은 복수 개의 LED 어레이(21,22...2N)가 병렬로 연결되어 구성되며, 각 LED 어레이(21,22...2N)는 복수 개의 LED 소자가 직렬로 연결된다. LED 모듈(20)의 사이즈는 설치 장소, 구조 등에 의해 다양하게 변형될 수 있다.
정전류 공급부(10)는 각 LED 어레이(21,22...2N)들에 정전류를 인가하는 공지의 구성이다. 이때, 직류(DC) 입력방식은 시리즈 패스(Series pass)방식과, 스위칭 정전류 방식이 있고, 교류(AC) 입력방식은 컨버터 방식이 있으며, 출력방식은 모두 DC 정전류를 출력하고, 외부의 0~5V의 제어신호에 의해 출력되는 정전류의 크기를 조절하는 기능을 가진다.
또한, 정전류 공급부(10)는 PWM 방식에 의해 제어되는 장치를 사용할 수도 있고, 정전류 공급부(10)는 RS485 등의 시리얼통신 방식에 의해 제어되는 장치를 사용할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류 공급부(10)는 단일의 정전류 공급부로 구성될 수 있다.
가변 저항부(90)는 일종의 전류/전압 조절소자로서, 각각의 LED 어레이(21,22...2N)에 직렬 연결되고, 제어부(50)에서 인가되는 게이트(gate) 전압신호에 따라 저항이 가변될 수 있도록 구성된다. 이러한 가변 저항부(90)는 트랜지스터(TR), FET, JFET, EMOSFET, 포텐티얼미터 중 어느 하나가 선택될 수 있다.
아날로그-디지털 변환기(40)는 각각의 LED 어레이(21,22...2N)에 인가되는 전류와, 정전류 공급부(10)의 출력전압, 및 방열판 온도 정보를 디지털 신호로 변환한다.
센싱 저항(30)은 LED 어레이(21,22...2N)에 직렬 연결된다. 이때, LED 조명 장치의 효율이 떨어지지 않도록 저항값은 극히 작게 설계하는 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 센싱 저항 대신에 가변 저항부(90)를 이용하여 LED 어레이(21,22...2N)의 전류값을 센싱할 수도 있다.
제어부(50)는 전원이 인가되면 정전류 공급부(10)의 설정상태(출력전압, 출력 정전류 등의 정상상태, 최대값, 최소값의 범위)와, LED 어레이(21,22...2N)의 개수와 어레이별 LED 수(LEDs per string), 그리고 LED 보호 조건에 따른 각 LED어레이의 가변저항 제어와 관련한 설정치, 전류 임계치, 전압 임계치, 온도 임계치 등을 읽어온다.
또한, 제어부(50)는 아날로그-디지털 변환기(40)를 통해 LED 어레이별 전류(I1, I2, I3, I4, ~ In)와 정전류 공급부(10)의 출력 전압(VLED) 그리고 방열판의 온도 정보를 수신한다.
제어부(50)는 측정된 각 LED 어레이(21,22...2N)의 전류값이 정상범위를 벗어나는지를 판단한다. 이때, LED 어레이의 정상범위는 정상 전류의 90% 내지 110%로 정해질 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
LED 어레이(21,22...2N)의 전류값 중 하나 이상이 정상범위를 벗어나는 것은 특정 LED소자가 열화되어 동작전압(Vf)이 증가 또는 감소하기 때문이다.
이와 같이 전류밸런스가 깨지게 되면, 특정 LED 어레이(21,22...2N)에 전류가 증가되거나 감소되어 전체적으로 LED 어레이(21,22...2N)별로 밝기가 달라져 균일한 조도를 유지할 수 없다. 또한, 특정 LED 어레이(21,22...2N)에 인가되는 전류가 증가하는 경우 LED 수명이 단축되는 문제가 있다.
따라서, 제어부(50)는 전류 밸런스가 깨졌다고 판단되는 경우에는 각 LED 어레이(21,22...2N)에 포함된 LED의 합성저항(등가저항)을 산출한다.
만약, 각 LED 어레이(21,22...2N)의 합성저항이 일치한다면 LED 소자 이외에 다른 이상이 있는 것이므로 소정 기간 이후 다시 전류 밸런스를 측정한다.
그러나, 각 LED 어레이(21,22...2N)의 합성저항이 일치하지 않는 경우에는 LED 소자에 이상이 발생한 것으로 판단하고, 가변 저항부(90)를 조절하여 각 LED 어레이(21,22...2N)의 전체저항(LED 어레이의 합성저항 + 가변 저항부의 보정저항 + 센싱 저항)을 일치시킴으로써 전류 밸런스를 유지한다.
따라서, 다시 각 LED 어레이(21,22...2N)에 흐르는 전류는 일정해지므로 광의 균일도를 최대로 유지할 수 있으며, LED 모듈(20) 중 일부 LED 소자의 이상으로 인해 전체 LED 모듈이 불량해지는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 정전류 공급부(10)를 제어하지 않고 가변 저항부(90)를 이용하므로 최소한의 전력손실로 전류밸런스를 유지할 수 있다.
이때, 각 LED 어레이(21,22...2N)의 합성저항은 온도 센싱부(80)로부터 수신된 방열판의 온도가 기준 온도 범위를 만족할 때 산출하는 것이 바람직하다.
그러나, 가변 저항부(90)를 이용하여 저항값을 조절하는 경우에도 전력손실이 발생할 수 있으며, 이러한 손실전력이 미리 정해진 기준치보다 큰 경우에는, 제어부(50)가 각 LED 어레이(21,22...2N)의 전류값 중에서 정상범위를 벗어난 LED어레이들의 전류치를 누적하고, 증감된 전류의 누적치만큼 전류값이 조절되도록 상기 정전류 공급부(10)를 제어할 수 있다.
그러나 또 다른 방법으로, 제어부(50)가 전체손실전력이 미리 정해진 기준치와 동일해지는 범위까지만 가변 저항부(90)를 조절한 후, 상기 가변 저항부가 조절된 상태에서 각 LED어레이의 전류값 중에서 정상범위를 벗어난 LED어레이들의 전류치를 누적하여 정격전류에서 상기 누적한 전류치를 뺀 조정전류를 출력하도록 정전류 공급부(10)를 제어할 수도 있다.
예를 들면, 기준치가 정격전력의 1%인 경우에는 정격전력의 1%에 해당하는 범위까지 가변 저항부(90)를 조절하고, 가변 저항부(90)에 의해 전체저항이 보정된 상태에서 정상범위를 벗어난 LED어레이들의 전류치를 누적한 후, 정격전류에서 상기 누적한 전류치를 뺀 조정전류를 출력하도록 정전류 공급부(10)를 제어할 수 있는 것이다.
이때, 기준치는 정격전력의 1%로 예시하였으나 정격전력의 0.1% 내지 5%의 범위에서 임의로 정해질 수 있다.
펄스폭 변조부(60)는 제어부(50)로부터 받은 신호에 따라 펄스의 듀티비를 조절하여 출력함으로써, 정전류 공급부(10)의 정전류의 크기를 제어할 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 정전류 공급부(10)는 펄스폭 변조부 이외에 다양한 인터페이스가 선택될 수 있다.
통신부(70)는 시리얼 통신포트를 통해 각 LED 어레이(21,22...2N)들의 전류상태(I1~In), 정전류 공급부(10)의 총 출력전류(IT), 출력전압(VLED), 방열판 온도 등의 상태를 원격감시가 가능하도록 구성하고, 원격지에서 LED 어레이(21,22...2N)(21, 22, 23, 24, ~ 2n)의 전류 제어와 환경 설정값의 변경이 가능하도록 통신 인터페이스를 제공한다. 이러한 통신 인터페이스를 통하여 원격지에서 후술하는 보정저항산출 제어와 가변저항제어 등이 가능해져 원격으로 각 LED 어레이들 간의 전류 밸런스를 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 각 LED 어레이에서 측정된 전류 밸런스를 유지하는 과정을 보여주는 흐름도이고, 도 3은 각 LED 어레이에 전체저항을 일치시키기 위하여 보정저항을 산출하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명에 따른 제어방법은, 각 LED 어레이(21,22...2N)의 전류값이 정상 범위인지 판단하는 단계(S10)와, 상기 각 LED 어레이(21,22...2N) 중 어느 하나 이상의 전류값이 정상 범위를 벗어난 경우에 상기 각 LED 어레이(21,22...2N)의 합성저항을 측정하는 단계(S20)와, 상기 각 LED 어레이(21,22...2N)의 합성저항이 일치하지 않는 경우, 상기 각 LED 어레이(21,22...2N)의 전체저항이 일치되도록 보정저항을 산출하는 단계(S30), 및 상기 산출된 보정저항을 갖도록 가변 저항부(90)를 제어하여 상기 각 LED 어레이(21,22...2N)의 전체저항을 일치시키는 단계(S40)를 포함한다.
먼저, 각 LED 어레이(21,22...2N)의 전류값이 정상 범위인지 판단하는 단계(S10)에 대해 설명한다. 제어부(50)는 각 LED 어레이(21,22...2N)의 전류값을 포함하는 정보를 수신(S11)하고, LED 어레이(21,22...2N)중 하나 이상이 정상 범위를 벗어난 경우에는 LED 소자에 이상이 발생한 것으로 판단(S12)한다. 이때 정상 범위는 정상 전류의 90% 내지 110%로 정해질 수 있다.
이때, 제어부(50)는 LED 어레이(21,22...2N)의 전류값이 임계범위를 벗어나는지 판단(S13)한다. 임계범위는 정상 전류의 30%이상 130%이하인 범위로 정해질 수 있다.
즉, LED 어레이(21,22...2N)의 전류값이 정상 전류의 30% 미만이거나 130%를 초과하는 경우에는 해당 LED 어레이가 개방 또는 단락된 것으로 판단하고, 해당 LED 어레이를 차단시키고 해당 LED 어레이의 개수만큼 전류값이 감소되도록 정전류 공급부(10)를 제어(S14)한다.
그러나, LED 어레이(21,22...2N)의 전류값이 정상범위는 벗어났으나 임계범위는 초과하지 않은 경우에는, LED 소자에 이상은 있으나 아직 개방 또는 단락된 것은 아니므로 최대한 전류 밸런스를 유지시켜 더 이상 상태가 악화되지 않도록 조절한다.
이후, 각 LED 어레이(21,22...2N)의 합성저항을 측정하는 단계(S20)와, 보정저항을 산출하는 단계(S30)는 도 3을 참조하여 자세히 설명한다.
먼저, LED 어레이(21,22...2N)의 합성저항을 측정하는 단계(S20)는, 제어부(50)가 LED 어레이(21,22...2N)들의 구조, 저항변수, 정전류 정보 등을 읽어온다(S210).
이후, 제어부(50)는 정전류를 감소시켜 측정전류를 유지(S220)한다. 측정전류는 정격전류를 N개의 LED 어레이(21,22...2N) 개수로 나눈 전류값이다. 예를 들면, LED 어레이(21,22...2N)가 5개 인 경우 정격전류의 1/5에 해당하는 측정전류를 인가한다. 즉, 해당 LED 어레이의 정상전류를 인가하는 것이다.
이후, 가변 저항부(90)를 선택적으로 스위칭(S230)하여 측정할 LED 어레이(21,22...2N)를 선택한다. 예를 들면, 제1 LED 어레이(21)를 선택한 경우, 제1 LED 어레이(21)의 가변 저항부(90)만을 스위치 온하고 나머지 N-1개의 LED 어레이(22...2N)는 스위치를 오프시켜 차단한다.
이후, 제어부(50)는 제1 LED 어레이(21)에 포함된 복수 개의 LED 소자의 동작전압(Vf)에 따라 출력전압(VLED)를 측정(S240)하고, 하기 관계식 1에 따라 제1 LED 어레이(21)의 합성저항(등가저항)을 연산(S250)한다.
[관계식 1]
RAn = VLED n / I(측정전류)
동일한 방법으로 순차적으로 N-1 개의 LED 어레이(22...2N)의 합성저항을 산출한다.
보정저항을 산출하는 단계(S30)는, 측정된 합성저항이 각 LED 어레이(21,22...2N) 별로 편차가 있는 경우 합성저항이 가장 큰 LED 어레이(즉 전류가 가장 적게 흐르는 어레이)를 기준으로 하여 각각의 LED 어레이와 저항편차를 확인한다. 이후, 저항편차만큼 각각의 보정저항을 산출한다.
이때, 합성저항 및 보정저항, 정전류 정보 등이 메모리에 저장되므로 해당 LED 어레이의 저항 편차를 알 수 있는 장점이 있다.
다시 도 2를 참조하면, 전체저항을 일치시키는 단계(S40)에서, 제어부(50)는 산출된 보정저항 적용시 발생하는 전체손실전력이 정격전력의 1% 이상 상승하는지를 판단(S41)한다.
전체손실전력이 정격전력의 1%미만인 경우에는 가변 저항부(90)를 제어하여 보정저항을 적용함으로써 각 LED 어레이(21,22...2N)의 전체저항을 일치(S42)시킨다.
결과적으로 LED 어레이의 전체저항(LED 어레이의 합성저항 + 가변 저항부의 보정저항 + 센싱 저항)이 모두 일치 되면 전류는 다시 밸런스를 유지하게 된다.
그러나, 각 LED 어레이(21,22...2N)에 연결된 가변 저항부(90)를 조절함으로써 발생하는 전체손실전력이 정격전력의 1% 이상인 경우에는, 각 LED 어레이(21,22...2N)의 전류값 중에서 정상범위를 벗어난 전류치를 누적한 후, 증감된 전류의 누적치만큼 전류값이 조절되도록 정전류 공급부(10)를 제어(S43)할 수 있다.
또는, 손실전력이 미리 정해진 기준치와 동일해지는 범위까지 상기 가변 저항부(90)를 조절하고, 가변 저항부(90)에 의해 전체저항이 보정된 상태에서 정상범위를 벗어난 LED어레이들의 전류치를 누적한 후, 정격전류에서 상기 누적한 전류치를 뺀 조정전류를 출력하도록 정전류 공급부(10)를 제어할 수 있다.
이때, 기준치는 정격전력의 1%로 예시하였으나 정격전력의 0.1% 내지 5%의 범위에서 임의로 정해질 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

Claims (13)

  1. 다수 개의 LED 소자가 직렬 연결된 LED 어레이가 다수 개 병렬로 접속된 LED 모듈;
    상기 LED 모듈에 정전류를 인가하는 정전류 공급부;
    상기 각 LED 어레이에 직렬 연결된 가변 저항부; 및
    상기 정전류 공급부와 가변 저항부를 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는 측정된 각 LED 어레이의 전류값 중 하나 이상이 정상범위를 벗어난 경우에는 상기 가변 저항부를 조절하여 각 LED 어레이의 전체저항을 일치시켜 전류 밸런스를 유지하는 LED 조명장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 측정된 각 LED 어레이의 전류값 중 하나 이상이 정상범위를 벗어난 경우에는 각 LED 어레이의 합성저항을 산출하고, 상기 각 LED 어레이의 합성저항이 일치하지 않는 경우에는 상기 가변 저항부를 조절하되, 상기 정상범위는 정상 전류의 90% 내지 110%인 LED 조명장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 각 LED 어레이에 연결된 가변 저항부를 조절함으로써 발생하는 손실전력이 미리 정해진 기준치보다 작은 경우에는,
    상기 가변 저항부를 조절하여 전체저항을 일치시키는 LED 조명장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 각 LED 어레이에 연결된 가변 저항부를 조절함으로써 발생하는 손실전력이 미리 정해진 기준치보다 큰 경우에는,
    상기 손실전력이 미리 정해진 기준치와 동일해지는 범위까지 상기 가변 저항부를 조절하고,
    상기 가변 저항부가 조절된 상태에서 각 LED어레이의 전류값 중에서 상기 정상범위를 벗어난 LED어레이들의 전류치를 누적하고 상기 정전류구동부가 정격전류에서 상기 누적한 전류치를 뺀 조정전류를 출력하도록 제어하는 LED 조명장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 기준치는 정격전력의 0.1% 내지 5% 내에서 정해진 임의의 값인 LED 조명장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 측정된 각 LED 어레이의 전류값 중 하나 이상이 정상범위를 벗어난 경우,
    순차적으로 하나의 LED 어레이에만 측정전류를 인가하여 해당 LED 어레이에 걸리는 전압(VLED)을 측정함으로써 각 LED 어레이의 합성저항을 순차적으로 산출하는 LED 조명장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 합성저항이 가장 큰 LED 어레이를 기준으로 나머지 LED 어레이에 직렬 연결된 가변 저항을 조절하여 각 LED 어레이들의 전체저항을 일치시키는 LED 조명장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 LED 조명장치는 원격지에서 상기 제어부와 접속된 인터페이스를 통하여 조명장치의 설정값을 제어하고, 조명장치의 상태를 감시하는 LED 조명장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 각 LED 어레이에 직렬 연결된 전류 센싱부를 포함하는 LED 조명장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 측정된 각 LED 어레이의 전류값 중 하나 이상이 정상 전류의 30% 이하이거나 130%이상인 경우에는, 해당 LED 어레이를 차단시키고 상기 차단된 LED 어레이의 개수만큼 전류값이 감소되도록 정전류 공급부를 제어하는 LED 조명장치.
  11. 각 LED 어레이의 전류값이 정상 범위인지 판단하는 단계;
    상기 각 LED 어레이 중 어느 하나 이상의 전류값이 정상 범위를 벗어난 경우에 상기 각 LED 어레이의 합성저항을 측정하는 단계;
    상기 각 LED 어레이의 합성저항이 일치하지 않는 경우, 상기 각 LED 어레이의 전체저항이 일치되도록 보정저항을 산출하는 단계;
    상기 산출된 보정저항을 갖도록 가변 저항부를 제어하여 상기 각 LED 어레이의 전체저항을 일치시키는 단계;를 포함하는 LED 조명장치 제어방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 보정저항을 산출하는 단계는,
    순차적으로 하나의 LED 어레이에만 측정전류를 인가하고 해당 LED 어레이에 걸리는 전압(VLED)을 측정함으로써 각 LED 어레이의 합성저항을 순차적으로 산출하는 LED 조명장치 제어방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 전체저항을 일치시키는 단계에서,
    상기 각 LED 어레이에 연결된 가변 저항부를 조절함으로써 발생하는 손실전력이 미리 정해진 기준치보다 작은 경우에는,
    상기 가변 저항부를 조절하여 전체저항을 일치시키는 LED 조명장치 제어방법.
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