High power Light Emitting Diodes (LED) of today have long life time, require low maintenance, and consume low power, which make them suitable as a general light source. Unfortunately, its high cost compared to conventional halogen or fluorescent lamps makes it difficult to be a direct replacement in the mass market. However, in the premier market, take for example a night club or an exhibition, LEDs are more favorable by performance than cost, where eye-catching by dynamic and aesthetic color is preferred. For such system, managing and mixing color requires the need for a controller, typically a Micro Controller Unit (MCU).
In this thesis, the MCU in a color mixing LED system is programmed in coherent with the power stage, or Switched Mode Power Supply (SMPS), to digitally control the LED driver. SMPSs have mainly been controlled by separate analog Integrated Circuits (IC) because of their low cost, and are well known to the design engineer. However, with the cost decline in MCUs and the combination control of color and power, the proposed solution makes the system cost effective for the premier market. Moreover, the thesis focuses on implementing an algorithm to generate duty cycle that meets the performance of a double loop control scheme, using an inexpensive processor that originally cannot support with its limited clock cycle.
To fully support the need for the proposed algorithm, the overall system construction with its requirements and selection criteria is explored first. Then after a brief introduction related to generating a user defined color, the main topic is explained and experimented in detail.
현재의 고출력 LED (Light Emitting Diode)은 긴 수명시간, 적은 유지보수 비용, 및 고효율의 특징으로 차세대 조명 소자로 각광받고 있다. 그러나 아직까지는 기존의 할로겐 램프나 형광등 대비 가격이 비싸 대중 시장에 있어서는 빠른 시일 내에 대체되기 어려운 부분이 있다. 그러나 고급 조명 시장, 예를 들어 나이트 클럽이나 전시회 등에서는 LED의 가격적인 면보다 성능 즉, 시선을 사로잡을 수 있는 역동적인 색상이나 미적 감각을 자유롭게 표현할 수 있다는 면으로 인정을 받아 기존의 조명이 빠르게 대체될 것으로 예상된다. 이러한 고급조명용 LED 시스템에는 색을 관리 및 제어해주는 장치 즉, MCU (Micro Controller Unit)의 탑재가 일반적이다.
본 논문에서는 이미 색을 제어하기 위해 내장돼있는 LED 시스템의 MCU 안에 전력 부문 즉, SMPS (Switched Mode Power Supply)의 제어를 디지털 기반으로 통합하고자 한다. 일반적으로 SMPS의 제어는 자료가 풍부하고 저렴한 아날로그 IC (Integrated Circuit)로 구성되나 이를 대신하여 이미 LED 시스템에서 사용되고 있는 MCU을 활용하면 고급조명 시장을 겨냥한 제품으로는 가격 경쟁력의 향상을 기대할 수 있다. 이와 더불어, 본 논문에서는 높은 주파수 대역에서 고속 응답특성을 갖는 이중루프 제어의 효과를 값싼 MCU에서 구현 가능하도록 시비율을 직접 넣어주는 알고리즘을 제안하였다.
개발된 알고리즘의 필요성을 부각시키기 위해 시스템의 구성 요소 및 요구되는 동작 파형 등에 대해 먼저 다루었다. 그 후 임의의 색을 구현하기 위한 색 제어의 기본에 대해 다루었고, 끝으로 제안된 알고리즘에 대한 설명과 이에 대한 실험을 통해 그 타당성을 검증하였다.
