SMPS Topology를 적용한 LED 시스템에 관한 연구

Abstract

최근 LED 소자와 패키징 기술의 향상에 따라 1W 이상의 고출력 LED가 등장하였으며, 기존 조명광원보다 높은 150lm/W가 개발되고 100lm/W 고효율 LED가 상용화 단계에 이르고 있다. 이러한 LED의 고효율화와 고출력화에 따라 경관조명, 가로등, 실내조명 등에 생활 조명산업에 급속히 침투하고 있으며 또한, 초박형 소형·경량화, 장수명, 수십 나노(~10-8) 초 단위의 고속응답 속도, 광색의 시인성 및 색재현성 등은 IT, BT, NT 기술과 융합되어 의료, 농업, 환경, 디스플레이, 정보가전 등의 넓은 응용 분야로 확대되고 있어 차세대 광원으로 각광을 받고 있다.

이러한 분야로의 적용성을 높이기 위해 LED 시스템 전체 솔루션의 크기와 지능과 범용적인 능력이 필요로 된다. LED시스템은 통신 Interface, 각 발광 Color별 LED들은 정전류 드라이버(일종의 지능 그리고 각 채널을 위한)를 갖는다. 지능은 ADC와 LED Dimming 주변 Device들을 내장한 MCU로 구현된다. ADC는 온도와 LED 전류 같은 시스템 변수들, 시스템 모니터링 그리고 컬러믹싱 작업들을 모니터링 한다.

드라이버는 채널의 각 LED에 대해 정전류를 제공한다. LED 드라이버를 MCU에 통합시키면 전체 시스템 솔루션의 크기가 줄어든다. 현재로선 MCU의 지능을 갖춘 고출력 스위칭 모드 파워서플라이(SMPS) 콤포넌트들을 포함하고 있는 솔루션에 관한 연구가 진행되고 있다.

본 연구를 통해 관련 솔루션을 증명하고 또한 Topology의 구현을 통해 입력 전압 범위에 맞추어 구성된 Toporogy의 한계성을 극복하고 높은 입력 전압에 대한 효율을 보상하기 위해 연결한 Toporogy를 구성 및 낮은 조도에서 정밀한 색상 제어기능을 유지하기 위해서는 16비트를 적용한 전류 모드로 제어되는 벅 컨버터 아키텍처 구성을 제안하였다.