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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김준석
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 인천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
이 논문의 연구 히스토리 (5)
2020
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LED 조명의 조광제어 시 제어가 간단하고 색상제어가 용이한 PWM 디밍 방식을 주로 사용하고 있다. 그러나 LED 조명의 PWM 디밍 시 발생 되는 플리커는 인체에 해로운 영향을 미치고, 카메라 이미지에 플리커링을 발생시키는 문제가 있으며, LED 조명이 스튜디오나 스타디움 등에 사용되는 kW급 대용량으로 확대되고 있어 PWM 디밍 시 플리커를 없애기 위한 기술의 개발이 필요하다.
본 논문에서는 LED 조명의 PWM 디밍 시 카메라의 촬영 이미지에 나타나는 플리커의 원인을 고찰하고, 수학적 해석 및 컴퓨터 모의실험을 통하여 PWM 주파수 및 듀티, 카메라의 노출시간과 촬영시점, 동영상 촬영 시의 프레임레이트 등에 따라 나타나는 스틸 이미지의 밝기 변동 및 동영상 이미지의 플리커링 현상에 대해 분석하였다. 그 결과로써 PWM으로 LED 조명을 제어하는 경우 플리커에 의한 영향을 제거할 수 있는 최적의 PWM 주파수 선정 방안을 도출하였으며, 광플리커의 주파수를 용이하게 올림과 동시에 플리커 발생량을 줄일 수 있는 다채널 인터리브드 PWM을 LED 조명의 디밍 방법으로 제안하였다.
또한, 차세대 반도체 소자로 각광받고 있는 와이드 밴드갭 소자인 GaN FET를 스위칭 소자로 적용하여 kW급 대용량 LED 조명 드라이버를 개발하였으며, 이에 각 채널 구동 주파수 250 kHz인 4채널 인터리브드 PWM 디밍 방법을 적용, 광플리커 주파수를 MHz 대로 높임으로써 카메라 이미지의 플리커 현상을 제거하고자 하였다. 제안한 kW급 대용량 4채널 인터리브드 PWM 디밍 방식의 LED 조명환경 하에서 수행된 실험결과, 960 fps의 초고속 동영상에서도 이미지 플리커링이 발생하지 않음을 확인함으로써 본 논문에서 제안한 방법의 타당성과 유용성을 검증하였다.
본 논문에서는 LED 조명의 PWM 디밍 시 카메라의 촬영 이미지에 나타나는 플리커의 원인을 고찰하고, 수학적 해석 및 컴퓨터 모의실험을 통하여 PWM 주파수 및 듀티, 카메라의 노출시간과 촬영시점, 동영상 촬영 시의 프레임레이트 등에 따라 나타나는 스틸 이미지의 밝기 변동 및 동영상 이미지의 플리커링 현상에 대해 분석하였다. 그 결과로써 PWM으로 LED 조명을 제어하는 경우 플리커에 의한 영향을 제거할 수 있는 최적의 PWM 주파수 선정 방안을 도출하였으며, 광플리커의 주파수를 용이하게 올림과 동시에 플리커 발생량을 줄일 수 있는 다채널 인터리브드 PWM을 LED 조명의 디밍 방법으로 제안하였다.
또한, 차세대 반도체 소자로 각광받고 있는 와이드 밴드갭 소자인 GaN FET를 스위칭 소자로 적용하여 kW급 대용량 LED 조명 드라이버를 개발하였으며, 이에 각 채널 구동 주파수 250 kHz인 4채널 인터리브드 PWM 디밍 방법을 적용, 광플리커 주파수를 MHz 대로 높임으로써 카메라 이미지의 플리커 현상을 제거하고자 하였다. 제안한 kW급 대용량 4채널 인터리브드 PWM 디밍 방식의 LED 조명환경 하에서 수행된 실험결과, 960 fps의 초고속 동영상에서도 이미지 플리커링이 발생하지 않음을 확인함으로써 본 논문에서 제안한 방법의 타당성과 유용성을 검증하였다.
목차
제 1 장 서론 ……………………………………………………………………………… 11.1 연구배경 …………………………………………………………………………… 11.2 연구의 필요성 …………………………………………………………………… 61.3 연구 목적 및 내용 ……………………………………………………………… 81.4 논문의 구성 ……………………………………………………………………… 9제 2 장 LED 조명 ……………………………………………………………………… 102.1 LED ………………………………………………………………………………… 102.1.1 LED의 특성 …………………………………………………………………… 102.1.2 LED의 종류 …………………………………………………………………… 132.1.3 LED의 파장 …………………………………………………………………… 162.2 LED의 조명 ………………………………………………………………………… 182.2.1 LED 조명의 종류 …………………………………………………………… 182.2.2 LED 조명의 조광제어 ……………………………………………………… 202.2.2.1 아날로그 디밍(Analog Dimming) 제어 ……………………………… 212.2.2.2 펄스폭변조 디밍(Pulse Width Modulation Dimming) 제어 ………… 222.2.2.3 아날로그 디밍과 펄스폭변조 디밍의 비교 ………………………… 232.3 LED 조명의 플리커 ……………………………………………………………… 232.3.1 플리커의 영향 ………………………………………………………………… 232.3.1.1 플리커의 발생원인 ……………………………………………………… 242.3.1.2 플리커가 인체에 미치는 유해성 ……………………………………… 252.3.1.3 플리커가 사진 혹은 동영상에 미치는 영향 ………………………… 25제 3 장 PWM 디밍이 카메라 이미지에 미치는 영향과 대책 …………………… 273.1 LED 조명의 PWM 디밍이 카메라 이미지에 미치는 영향 ……………… 273.1.1 카메라 노출시간이 LED 조명의 PWM 주기보다 짧은 경우 ………… 283.1.2 카메라 노출시간이 LED 조명의 PWM 주기보다 긴 경우 …………… 293.2 카메라의 노광량 변동 특성 해석 ……………………………………………… 323.2.1 셔터 구동 신호와 PWM 신호의 위상차에 따른 노광량 변동 특성 … 383.2.2 노광량 변동 특성에 따른 동영상 플리커 ………………………………… 413.3 PWM LED 조명 환경하에서의 이미지 플리커 특성 평가 실험…………… 463.4 카메라 이미지 플리커 최소화를 위한 다채널 인터리브드 PWM 디밍 방법 … 54제 4 장 kW급 대용량 플리커 프리 LED 조명의 고주파 PWM 디밍 …………… 594.1 구동 주파수 선정을 위한 대용량 LED 보드의 구동 특성 평가 …………… 604.2 kW급 대용량 250 kHz 4채널, 1 MHz PWM 디밍 LED 조명 드라이버 … 684.3 실험 결과 및 고찰 ……………………………………………………………… 754.3.1 동영상 이미지 플리커 특성 평가 …………………………………………… 774.3.2 LED 구동 특성 및 디밍 특성 평가 ……………………………………… 85제 5 장 결론 ……………………………………………………………………………… 92
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