500W급 LED 등명기는 고광력이 요구되므로 주로 고출력 LED 광원을 적용하고 있으며, 고출력 LED 광원의 안정적인 구동을 위하여 LED 광원을 제어하고 모니터링 할 수 있는 드라이버 회로개발이 필요하다. 또한 LED 등명기의 등질을 제어하기 위한 모터 제어기술이 동반되어 개발 되어야 한다. 이에 고출력 LED 광원을 안정적으로 구동할 수 있는 LED 드라이버를 설계하고 이를 모듈화하여 효율적인 제어가 가능한 LED 드라이버 모듈을 개발하였으며 LED 드라이버 모듈 및 모터를 제어하고 모니터링 할 수 있는 제어회로를 개발하였다.
본 논문은 다중 채널 LED(Light Emitting Diode) 구동을 위한 모듈형 전류 평형 회로를 제안한다. 기존 방식은 DC/DC 컨버터단과 다중 채널 LED 전류제어를 위해 각 채널마다 일정한 전류 제어를 하는 LED 드라이버단의 직렬 연결로 구성된다. 하지만 제안회로는 캐패시터의 전하평형원리에 의해 단일 채널 전류 제어로 모든 채널의 LED 전류를 동일하게 제어할 수 있어 DC/DC 컨버터와 LED 드라이버단을 하나로 통합한 단일 전력단 LED 구동회로 구성이 가능하며, 이는 회로구성의 단일화로 소자수 및 사이즈의 소형화가 가능하다. 또한 수동소자만으로 이루어진 모듈형 회로로써 모듈의 추가에 따라 요구되는 LED 채널 수 만큼 다채널 모듈로 확장할 수 있다. 제안회로의 타당성 검증을 위해 1kW급 LED 구동회로에 적용한 시뮬레이션 결과를 제시한다.
본 논문에서는 조명용 LED 구동 장치를 위한 새로운 방식의 LED 구동 모듈화 방법을 제안한다. 제안된 LED 구동 회로는 플라이백 컨버터를 이용하여 교류 입력 전원의 핫 접지와 LED 구동부의 콜드 접지를 절연한다. LED 전류 제어를 용이하게 하기위해 플라이백 컨버터를 동특성이 뛰어난 불연속 모드로 동작시키고, KIA2431을 이용하여 귀환 루프 제어를 한 후, 그에 대한 특성을 파악한다. 제안된 LED 구동 모듈은 폭넓은 교류 전원 입력 범위와 PWM 제어 IC를 직접 제어하여 버스트 디밍을 구현하고 넓은 범위의 LED 밝기 조절이 가능하게 하였다. 본 논문에서는 제안된 LED 구동 모듈에 대한 동작 원리를 설명하고 LED 구동 모듈을 실제로 구현 및 적용하여 제안된 구동 모듈의 유용성을 입증하였다. 또한, 소형화와 모듈화 된 LED 구동 모듈을 병렬로 연결한 다 채널 LED 구동 장치를 제안하고 그 타당성을 검증하였다.
본 논문은 LED 조명 환경에서 Zigbee를 이용해서 Dimming 제어 모듈을 구성 하였다. 현재 사용되고 있는 LED 제어 모듈는 일반적으로 단일 출력을 사용하여 LED 조명의 일정한 밝기를 고정 출력이 되도록 사용되어지고 있다. 본 논문에서 구성된 무선 통신 모듈은 Zigbee를 이용하여 실내 환경에서 측정된 조도값을 무선으로 전송하도록 조도 센서 모듈을 구성 하였으며, 무선으로 전송된 조도값에 대한 출력을 제어하도록 구성하였다. MCU는 LED Driver IC를 이용하여 PWM 신호에 따라서 LED Driver IC에서 출력 전압을 변화하도록 하여 6단계의 밝기로 LED조명을 Dimming하도록 구성하였으며, 무선조도 센서는 10~15m의 거리에서 안정적으로 동작된다.
본 논문은 Zigbee를 이용한 LED 조명 제어 모듈을 구성 하고자 하였다. LED 조명 제어 모듈은 주변 밝기의 변화에 따라 LED 조명의 밝기를 제어하도록 하였으며, 논문에서 구성된 제어 모듈은 8bit 마이크로 컨트롤러를 사용하여 LED 디밍 및 무선 조도 측정이 가능하도록 구성하였다. 제안된 방법을 적용시 소비전력량 3.4~0.4W의 변화로 평균 48%까지 개선될 수 있다. 측정된 주변 조도값을 ADC 변환하여 설정된 PWM 파형으로 출력하게된다. 이렇게 출력된 파형에 따라 LED Driver에서 출력되는 전류값 변화에 따라 LED 조명의 밝기를 제어하게 된다. 또한 근거리 무선통신이 가능한 Zigbee를 이용하여 무선을 이용한 조도 측정값을 전송가능 하도록 구성하였다.
현재 국내 등명기는 대부분 국내 관련업체의 연구개발에 의하여 국산화 하고 있으나 LED 광원을 적용하는 기술 수분에는 해양선진국에 크게 미치지 못하는 상황이다. 특히 대형등명기에 LED 광원을 적용하는 경우 고출력 LED를 적용한 고용량 LED 광원을 사용하여 광량을 확보하여야 하며 이를 구동하기 위한 LED 드라이버모듈 개발이 필요하다. 또한 고용량 LED광원의 안정적인 구동을 위하여 고용량 LED 모듈의 모니터링 및 제어기술이 동반되어 개발되어야 한다. 이에 고출력 LED 모듈을 안정적으로 구동할 수 있는 LED 드라이버를 설계하고 LED 드라이버를 모듈화하여 안정적인 전원공급과 효율적인 제어가 가능한 LED 대형등명기용 LED 드라이버 모듈을 개발하고자 한다.
친환경적이고 수명이 길며 높은 효율을 가지고 있는 LED(Light Emitting Diode) 조명은 각광 받고 있다. LED는 응용 분야별로 필요한 용량에 따라 다양하게 정하지 않고 용량을 한가지로 표준화하여 직, 병렬로 연결하여 모듈 형태로 사용하고 큰 용량이 필요한 경우, 여러 개의 모듈로 이용하는 특징을 갖는다. 따라서 LED 구동하기 위한 컨버터는 LED 모듈을 최소 하나에서 여러 대를 구동할 수 있는 PFC 및 DC/DC 컨버터를 요구한다. 기존 단일 출력 컨버터로 LED 모듈을 구성하면 LED 시스템의 높은 효율, 높은 전력 밀도, 대용량화 및 활용도가 떨어지며 효과적으로 유지 보수가 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 다중 출력 LED 컨버터는 각 출력이 정전류 특성을 유지하고 LED 보호 기능을 가지려면 독립적인 컨버터가 채널마다 필요하게 된다. 이에 본 논문은 다중 출력으로 복수의 LED 모듈을 문제없이 구동할 수 있는 LLC 공진 컨버터에 관한 연구이며 이를 시뮬레이션을 통해 확인하였다.
현대에 들어서 스마트폰의 보급률이 높아지고 있으며 스마트폰의 블루투스(Bluetooth) 기능을 활용한 다양한 어플리케이션이 많아지고 있다. 최근 블루투스 기능을 활용하여 실내 LED 조명과 실외 LED 조명을 원격으로 제어할 수 있는 다양한 제품이 출시되고 있다. 이러한 LED 조명의 제어는 색온도를 중심으로 다양한 지능적인 기능을 구현하여 보다 감성 조명시스템으로 발전하고 있다. 본 논문은 블루투스 모듈이 부착되어있는 LED 조명을 스마트폰의 블루투스 모듈을 이용하여 제어 할 수 있도록 시스템을 구성하였으며 또한 하나의 서버를 개설하여 원격지 PC의 서버를 이용하여 각각의 LED 조명을 제어하도록 시스템을 구성하였다. 또한 개인 사용자 단말기인 스마트폰의 블루투스를 이용하여 LED 조명에 대한 색온도를 제어하는 지능적인 LED 조명 제어시스템을 제시하고자 한다.
본 논문에서는 적색, 녹색, 청색의 세 가지 고휘도 LED를 하나의 소켓에 설치하여, 하나의 화소체 단위를 만들고, 이 화소체들의 조합과 다수 모듈들의 조합으로 문자, 그래픽, 동영상 등의 다양한 영상을 표출할 수 있는 풀컬러 전광판 모듈 및 제어장치를 개발하였다. LED 전광판 드라이버 모듈은 일정한 단위 면적에 RGB 픽셀을 조합한 도트에 드라이버 회로가 내장된다. 기존의 이러한 모듈형태는 특정 공간 및 설치 공간에 고정된 해상도를 구현하므로 가격이 높게 책정될 수 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 임의의 피치 간격으로 배열이 자유로운 LED 드라이버 및 이에 따른 LED 픽셀 모듈을 개발하였다. 본 논문의 전광판 모듈은 기존 각각의 LED 모듈을 구동함에 있어서 병렬 방식의 데이터 처리 방식을 픽셀을 기준으로 그 위의 서브 모듈과 그 상위에 마스터 모듈의 개념을 도입하고 각각의 화소를 직병렬 통신 방식으로 개선함으로 인해서 처리할 수 있는 데이터의 속도를 초당 36프레임 이상으로 끌어올려서 상대적으로 데이터의 처리량이 많은 동화상의 경우에도 원활한 디스플레이를 할 수 있도록 하였다. 또한 기존 전광판의 깜박거림 현상이 개선되어 보다 선명한 영상이 제공되는 효과도 있다.
본 논문에서는 고 연색성의 실시간으로 색온도 제어 가능한 승강기용 조명제품 개발을 위하여 제품에 사용될 LED Package를 제작하고 고연색성 실현을 위한 색온도 제어 기초실험을 행하였다. 그리고 20W 급의 LED 광원모듈 구동회로와 색온도 제어를 위한 제어회로를 설계하였다. 또한 음영 제거 및 글레어 차단, 효과적인 광색혼합을 위하여 확산배광을 달성하기 위한 R, G, B, A, W LED의 최적 배치 및 렌즈의 광학설계를 수행하였고 LED에서 발생하는 열을 효과적으로 발산하여 LED 조명모듈의 온도를 낮추기 위한 방열설계를 실시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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