KR100274947B1 - 전력공급의 페이드아웃 스위칭방법 및 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력공급의 페이드아웃 스위칭방법 및 회로에 관한 것으로, 종래 사용되는 백열등은 가변저항을 이용하여 밝기조절기능이 이루어지거나, 소정의 타이머 또는 개폐장치를 이용하여 점소등을 제어토록 하고 있으나, 이러한 타이머 또는 개폐장치를 이용한 점소등제어는 램프(백열등)의 점소등에 따른 밝기의 급한 변화로 시각적 피로감을 가중시키는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은, 교류백열등에 사용되는 교류신호(AC)의 주기당 백열등의 점등시간 시작점을 제어하고 이를 캐패시터의 충방전으로 가변토록 함으로써, 백열등 소등에 따른 페이드아웃이 극히 자연스럽게 이루어지게 할 뿐만 아니라, 이 페이드아웃 기능과는 별도로 타이머 기능과 점등조도 조절기능 및 페이드인 기능도 있어서, 시각적 피로감이 없도록 함과 동시에, 타이머 및 밝기조절 기능장치 및 페이드인 장치로 겸용할 수도 있어서 사용상의 편의성이 향상된다.

Description

전력공급의 페이드아웃 스위칭방법 및 회로

본 발명은 전력공급의 페이드아웃(Fade-Out)스위칭방법 및 회로에 관한 것으로, 전파정류된 교류신호를 이용하여, 에스씨알(SCR : SILICON CONTROLLED RECTIFIER)의 게이트측으로 인가되는 트리거신호의 구동위상을 제어토록 함으로서, 교류백열전구의 밝기가 트리거 스위칭위상에 따라 제어되도록 하여, 사용자로부터 특정 스위치조작에 의해 백열전구의 계속적인 점소등기능과 더불어, 백열전구의 밝기가 서서히 어두워지는 페이드-아웃기능을 구비함에 따라, 소등시 갑작스런 백열전구의 밝기변화를 제거하여 사용편의성을 향상시키는 전력공급의 페이드아웃 스위치회로에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 가정용 백열램프는, 온/오프 스위칭에 의한 점소등이 이루어지거나 가변저항을 통해 램프의 밝기가 조절되도록 하고 있다. 그리고 이러한 램프를 사용할 때에는, 전원스위치에 의해 램프의 점등을 수행하며 상기 가변저항을 통해 그 밝기를 조절하게 된다. 따라서 사용자가 취침시에는 램프의 밝기를 극소화시키거나, 램프를 소등시켜 사용하게 되는 것이다.

한편, 상기한 램프의 기능에 타이머를 부착한 타이머램프가 등장함에 따라, 램프의 기능 및 용도를 한층 증대시키고 있으며, 이러한 기능은 취침시에 그 기능을 발휘하게 된다. 즉, 사용자가 취침전에 램프의 온/오프 시각을 설정하여, 설정시각 이후에는 램프를 소등시켜, 불필요한 램프의 점등상태를 갖지 않도록 하는 것이다.

그러면 이와 같이 사용되던 종래의 타이머램프를 도 1을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저 상기 타이머램프의 구성을 일예로서 설명하면, 램프(LP)로 교류전원(AC)를 일정시간 동안 인가하기 위해 직류전압(Vcc)로부터 저항 및 캐패시터에 의한 시정수를 구현시키는 시간설정부(71)와, 이 시간설정부(71)의 방전전압이 기준치 이상인가를 판단하기 위해 소정의 기준전압을 형성하기 위한 기준전압 발생부(72)와, 이 기준전압 발생부(72) 및 상기 시간설정부(71)의 출력전압을 상호 비교하여 일정 레벨의 전압을 출력시키는 비교부(70)와, 이 비교부(70)에서 상기 비교치에 따른 출력전압에 의해 램프(LP)의 점소등을 온/오프 제어하는 구동부(73)로 이루어진다.

그리고 상기한 기준전압 발생부(72)는 분배저항(R2,R3) 및 다이오드(D)로 구성되며, 시간설정부(71)는 사용자로부터 구동되는 스위치(SW)에 의해 소정치의 전압을 충전시키기 위한 저항(R1) 및 캐패시터(C)와; 이 캐패시터(C)로부터 인가되는 방전전압에 의해 시정수를 조작하기 위한 가변저항(VR)으로 이루어진다.

또한 상기 비교부(70)는 시간설정부(71) 및 기준전압 발생부(72)의 출력전압을 비교하기 위한 오피엠프(OP)와 저항(R4,R5)으로 구성되며, 상기 구동부(73)는 스위칭소자로써 트라이엑(T)을 일예로 하고 있다.

그러면 이와 같이 구성된 타이머램프는 상기 구동부(73)의 턴오프상태로부터 교류전원(AC)은 상기 램프(LP)로 인가되지 못하고 있으며, 사용자에 의해 스위치(SW)가 접점을 이루면 직류전원(Vcc)은 저항(R1)을 통해 상기한 캐패시터(C)로 소정의 정전압이 충전된다.

이와 동시에 상기한 저항(R2) 및 저항(R3)은 입력되는 직류전원(Vcc)의 전압을 분배하여, 다이오드(D)를 통해 오피엠프(OP)의 반전단자로 인가된다. 따라서 사용자가 상기 스위치(SW)의 접점을 절환(OFF)하게 되면, 캐패시터(C)에 충전된 전하가 가변저항(VR)을 통해 오피엠프(OP)의 비반전단자로 유입되기 시작하게 된다.

그리하여 상기한 오피엠프(OP)는 두 개의 입력단자로 유입되는 전압을 비교토록 하는데, 캐패시터(C) 및 가변저항(VR)을 통해 방전되는 초기 전압이 기준전압 발생부(72)의 출력전압보다 충분히 높기 때문에, 상기 오피엠프(OP)는 저항(R5)을 통해 소정의 하이레벨을 출력하게 된다.

따라서 상기 트라이엑(T)은 턴온상태를 유지하고, 이 트라이엑(T)을 거쳐 상기한 램프(LP)는 교류전원(AC)을 인가받아 점등되는 것이다.

한편 상기한 캐패시터(C) 및 가변저항(VR)을 통한 방전전압이 계속적으로 감쇄함에 따라, 상기 기준전압 발생부(72)의 출력전압과의 차이가 줄어들게 된다. 이는 램프(LP)의 점등시간으로서, 가변저항(VR)의 조정상태에 따라 상기 감쇄시간을 조절할 수 있도록 하고 있다.

이와 같이 오피엠프(OP)의 비반전단자가 계속적으로 전압이 감쇄하면, 결국 이 오피엠프(OP)의 반전단자로 유입되는 기준전압보다 낮게 되는데, 이때 이 오피엠프(OP)는 로우레벨의 전압을 출력하게 된다. 따라서 상기한 구동부(73)의 트라이엑(T)은 턴온상태로 반전되어, 램프(LP)를 소등시키게 되는 것이다.

그러나 이와 같이 구성된 종래의 램프는, 소정의 전압가변용 저항이라든지 또는, 타이머등을 이용하여 점소등을 수행토록 하기 때문에, 램프의 점소등시간만을 제어할 수밖에 없었다.

따라서 사용자의 취침시에는 램프의 소등시간을 셋팅하게 되는데, 소등될 때 갑작스런 램프의 밝기 변화로 인해 사용자는 시각적 자극을 느낄 수밖에 없어, 피로를 가중시키는 문제점이 야기된다.

따라서 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 램프의 소등시 램프의 밝기가 설정시간동안 서서히 어두워지도록 하는 페이드-아웃기능을 수행토록 함으로서, 램프소등에 따른 갑작스런 밝기의 변화가 없도록 하여, 소등시에 사용자가 어두움에 적응할 동안 당황하지 않게 함과 동시에, 시각적 피로감을 경감시키는 전력공급의 페이드아웃 스위치회로를 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 방전전압에 상응하는 디씨(DC)전압을 충전함과 동시에 충전시간에 비례하는 별도의 충전전압을 중첩하여 가변적 전압레벨을 갖는 톱니파 신호를 형성시키는 중첩충전과정과;

이 중첩충전과정에서 충전된 전압이 기준치 이상이 되면 구동부(SCR)가 트리거 되도록 구동부에 충전전압을 공급하는 트리거전압 공급과정과:

이 트리거전압 공급과정에 의해 구동부(SCR)가 트리거된 이후 전력공급이 계속적으로 수행되고 이로인한 전압변화로부터 상기 중첩충전과정의 충전전압을 급속방전시켜 상기 트리거전압을 제거하는 중첩전압 방전과정과;

이 중첩전압 방전과정에서 상기 충전전압이 급속방전될 때 교류정류신호의 한 주기가 완료되면 상기 과정을 반복함을 특징으로 하며;

본 발명의 또 다른 목적은, 교류백열등과 직렬접속되어 교류전압을 전파정류시키는 정류부의 출력전압을 단락시켜, 상기한 교류백열등의 점소등을 제어하기 위한 에스씨알(SCR)과, 상기 전파정류전압에 의해 충전된 전압을 조절가능토록 하는 전압분배부와, 이 전압분배부를 통해 출력되는 전압을 이용하여 상기한 에스씨알의 게이트를 제어하여 백열등의 밝기를 페이드아웃시키기 위한 제어부로 구성됨을 특징으로 한다.

도 1은 종래 사용되던 타이머램프의 회로도이고,

도 2은 본 발명의 블록도이며,

도 3a는 본 발명의 회로도이고,

도 3b는 본 발명의 타 실시예에 따른 회로도이며,

도 4은 본 발명의 동작을 나타내는 플로우챠트이고,

도 5은 본 발명의 동작을 설명하는 각부 파형도이며,

도 6a는 본 발명의 일예를 나타내는 부분회로도이고,

도 6b는 도 6a의 동작에 따른 출력 파형도이며,

도 7은 본 발명에서 대치가능한 일부 회로도이고,

도 8a,8b,8c, 도 9a,9b, 도 10a,10b는 본 발명의 변형을 나타낸 도면이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

A : 필터부 B : 정류부

C : 제어부 D : 전압분배부

E : 스위치부 G : 표시부

F : 충전부 S : 구동부

10 : 방전회로 20 : 스위칭회로

30 : 충전회로 D7 : 제너다이오드

D1-D5 : 다이오드 D6 : 발광다이오드

R1-R14 : 저항 C1-C5 : 캐패시터

SCR : 에스씨알 SW1,SW2 : 스위치

VR1 : 가변저항 L : 교류백열등(램프)

그러면 상기 구성을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 2는 본 발명의 전체블록도이고, 도 3a 및 도 3b는 회로도로써, 램프(L)와 직렬접속되어 브리지 다이오드를 통해 전파정류시키는 정류부(B)와, 이 정류부(B)를 통해 소정의 전압을 충전시키는 충전부(F1,F2)와, 이 충전부(F1,F2)의 충방전을 스위칭제어하기 위한 스위치부(E)와, 이 스위치부(E)를 통해 충전부(F2)에 충전된 전압을 분배하는 전압분배부(D)와, 이 전압분배부(D)의 분배전압을 인가받아 이에 상응하는 트리거전압을 발생시키는 제어부(C)와, 이 제어부(C)의 출력신호로부터 상기 정류부(B)의 출력을 단락시키기 위한 구동부(S)로 이루어진다. 또한 상기 정류부(B)와 램프(L)사이에는 필터부(A)가 구비되어 스위칭 노이즈를 제거토록 하며, 상기 구동부(S)의 구동상태에 따라 발광다이오드가 동작되도록 하여 스위치부(E)의 위치 식별이 용이하도록 하는 표시부(G)가 접속된다.

또한, 상기한 필터부(A)는 코일(L1) 및 캐패시터(C1)로 필터회로를 구현하고, 정류부(B)는 다수의 다이오드(D1-D4)로 브리지를 형성하여 전파정류가 이루어지도록 하고, 상기 구동부(S)는 에스씨알(SCR)을 구비하여 에노드측과 캐소드측이 상기 정류부(B)의 출력단과 접속되도록 함과 동시에, 게이트측으로는 보호용 다이오드(D5)와 풀다운저항(R1)이 연결되도록 한다.

그리고 상기 제어부(C)는, 전압분배부(D)로부터 인가되는 전압에 따라 충전량을 결정토록 하기 위해 트랜지스터(Q1)와 캐패시터(C2) 및 저항(R9)으로 이루어진 충전회로(30)와, 이 충전회로(30)의 충전전압으로부터 상기 에스씨알(SCR)의 게이트측으로 트리거전압을 인가시키도록 각각 직렬접속되는 저항(R2,R3) 및 트랜지스터(Q2)로 이루어진 스위칭부(20)와, 상기 충전회로(30)에서 충전된 전압을 방전시켜 새로운 주기를 시작할 수 있도록 트랜지스터(Q4)와 트랜지스터(Q3) 및 다수의 저항(R4-R8) 그리고 캐패시터(C5)로 이루어진 방전회로(10)로 구성된다.

한편 상기 표시부(G)는 발광다이오드(D6)와 이 발광다이오드(D6)에 흐르는 전류를 조절하는 보호저항(R14)으로 구성되며, 스위치부(E)는 온/오프 접점스위치(SW2) 및 푸쉬스위치(SW1)으로 이루어진다. 그리고 상기 전압분배부(D)는 저항(R10,R11)이 직렬연결되어, 저항간 저항치 비율에 따라 그 출력전압이 달리되도록 한다.

그러면 이와 같이 구성된 본 발명으로부터, 도 4에 도시된 플로우챠트를 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 시스템은 교류전원이 인가되는 초기상태(S1)를 거쳐, 필터부 및 정류부를 통해 소정치의 전압이 직류성분으로 충전되는 충전A단계(S2)로 진행한다.

즉, 교류전원(AC)이 상기한 램프(L)를 거쳐 필터부(A)의 코일(L1)을 통해 정류부(B)로 인가된다. 따라서 다수개의 다이오드(D1-D4)을 통해 전파정류신호가 출력되며, 이는 저항(R14)에 의해 소정치의 전류가 발광다이오드(D6)로 인가된다. 여기서 저항(R14)를 포함한 회로저항은 램프(L)의 저항보다 극히 크기 때문에, 이 램프(L)는 소등상태를 유지하게 된다.

그러면 발광다이오드(D6)의 전파정류신호에 따른 점등이 이루어지는데, 이 발광다이오드(D6)는 스위치부(E)에 근접되어 있어 어두운 곳에서 스위치 위치를 쉽게 식별할 수 있도록 한다. 또한 상기 전파정류신호는 발광다이오드(D6)를 거쳐, 충전부(F1)의 캐패시터(C4)로 제너다이오드(D7)에 의하여 정전압이 충전되는 것이다.

그리하여 페이드아웃 스위치 온 판단단계(S3)로 진행하는데, 이는 램프의 밝기가 서서히 어두워지는 페이드아웃 기능을 수행하는 스위치가 동작되었는가를 판단하게 되는 것으로, 만약 상기한 스위칭동작이 이루어지지 않으면 대기상태를 유지하고, 이 페이드아웃 스위치 온 판단단계(S3)에서 판단된 결과 스위치가 온되었음으로 판단되면, 상기 충전A단계(S2)에서 충전된 전압을 일측의 캐패시터로 방전시켜, 이로 소정치 전압이 충전되도록 하는 A방전/충전B단계(S4)로 진행하게 되는 것이다. 그리고 상기 스위칭동작에 의해 일측의 캐패시터에 충전된 전압이 방전을 하게 되는 B방전단계(S5)를 거치게 된다.

이를 구체적으로 설명하면, 상기 초기상태(S1)에서 스위치부(E)의 푸쉬스위치(SW1)가 도면의 F/O단자로 접속되고, 온/오프 스위치(SW2)는 도면의 ON단자로 연결되어 있기 때문에, 사용자가 본 시스템을 이용하여 상기 램프(L)를 점등시킨 후 서서히 소등되도록 페이드아웃(Fade-Out)기능을 활용하고자 한다면, 푸쉬스위치(SW1)를 눌렀다가 복귀시킨다.

그러면 상기한 캐패시터(C4)의 충전전압은, 푸쉬스위치(SW1)의 누름시간동안 스위치 보호저항(R12)을 거쳐 캐패시터(C3)로 충전된다. 이 캐패시터(C3)의 충전전압은 전압분배부(D)를 거쳐 방전되며, 분배저항(R10,R11)으로부터 전압분배가 이루어진다.

이후 방전완료 판단단계(S6)로 진행하여, 상기한 B방전단계(S5)의 충전전하가 완전히 방전했는가를 판단하게 된다. 이때 판단된 결과 완전히 방전되었음으로 판단되면, 페이드아웃 스위치 온판단단계(S3)로 피드백하여 상기 루틴을 반복하고, 방전완료 판단단계(S6)에서 판단된 결과 방전중으로 판단되면, 타측 캐패시터로 상기 RC(F2,D)방전에 의한 직류전압과 톱니파신호가 중첩 충전되는 충전C단계(S7)로 진행한다.

즉, 전압분배부(D)를 거쳐 분배된 전압은 트랜지스터(Q1)의 베이스측으로 소정의 전압이 인가되어 캐패시터(C3)의 전압(V_C3)과 분배저항(R10,R11)의 설정치인 V_C3× R10/ (R10 + R11)의 전압이 트랜지스터(Q1)를 턴온시키고 있으며, 이와 동시에 정류부(B)에서 출력되는 전파정류신호는 상기한 저항(R2,R3)에 의해 분압되어, 이 트랜지스터(Q1)의 컬렉터측을 거쳐 에미터측을 통한 후 캐패시터(C2)로 직류전압이 충전된다.

이때 이 경로를 거쳐 충전된 전압을 V2라 칭하며, 첨부도면 도 5에 도시된 (4)번의 그래프와 같이 초기충전시 급경사를 나타내고, 충전완료시 거의 일정한 전압을 나타내고 있다.

이와 동시에, 상기 캐패시터(C4)에서 충전전류가 저항(R9)를 거쳐 캐패시터(C2)로 유입된다. 이때 이 경로를 거쳐 충전된 전압을 V1이라 칭하며, 이는 도 5의 (3)과 같은 톱니파로 나타내지는데, 오프시 에스씨알(SCR)을 트리거시키지 못하도록 캐패시터(C2)에 충전되는 시정수(R9× C2)를 조절하여 한 주기에 충전되는 전압(V1)의 최대값이 트랜지스터(Q2)의 베이스-에미터간 전압(V_BE2)과 다이오드(D5)의 전압(VD5) 및 에스씨알(SCR)의 게이트트리거전압(V_GT)의 합보다 약간 작게한다. 즉, 수학식1과 같다.

V1 〈 (V_BE2+ V_D5+ V_GT)

결국, 상기 캐패시터(C2)로 유입되는 전압(VC2)은 V1 + V2가 되는 것이며, 트랜지스터(Q1)의 계속적인 턴온상태로부터 이 캐패시터(C2)가 충전되어 전압이 상승토록 하는 것이다.

그러면 이 충전C2단계(S7)에서 C2에 전압이 충전되면, 트리거전압 판단단계(S8)에 의해 C2에 충전된 전압이 구동부(S)의 에스씨알(SCR)을 트리거할 수 있는 전압인가?를 판단하게 된다.

판단결과 트리거전압이 안되면 전파정류신호의 1주기완료 판단단계(S9)로 진행한다. 여기(S9)서의 판단결과가 전파정류신호 1주기가 완료되지 않았다면 충전C2단계(S7)로 피드백하여 계속충전하고, 전파정류신호 1주기가 완료되었으면 C2방전단계(S11)로 점프한다.

트리거전압 판단단계(S8)의 판단결과 트리거전압이 되면 램프가 점등된다.즉 캐퍼시터(C2)의 충전전압은 상기 스위칭회로(20)의 트랜지스터(q2) 의 베이스에 인가되고, 이 트랜지스터(Q2)를 거쳐 구동부(S)의 다이오드(D5)를 통해 상기 에스씨알(SCR)의 게이트 측을 트리거하게 된다.

램프가 한 번 점등되면 점등상태를 유지하는 램프점등단계(S10)를 거치게 된다.

이러한 동작상태는 도 5의 (5)로 도시된다.

예컨대, 전압분배부(D)로부터 트랜지스터(Q1)의 베이스측으로 큰 전압이 걸리게 되면, 캐패시터(C2)의 충전전압(V2)은 도 5의 (4)에 도시된 ①과 같이 나타나며, 따라서 캐패시터(C2)로 공급되는 전압은 상기 V1+V2로서, 도 5의 (5)에 도시된 점선파형과 같게 되는 것이다.

그리고 상기 도면의 (5)에 도시한 ①②③④에 걸쳐진 점선(트리거 레벨 ; Triggering Level)은, 에스씨알(SCR)을 트리거시키기 위한 전압으로서, 현재는 ①점에서 에스씨알(SCR)이 트리거되고 있다. 환언하면, 상기 에스씨알(SCR)이 도통되고 이에 따라, 상기 도면의 (6)과 같이 이 에스씨알(SCR)의 양단전압은 도통전압(V_TM)으로 저하되며, 이에 흐르는 전류는 (7)과 같이 ①시점부터 한 사이클의 교류신호와 같이 된다.

따라서 상기 구간동안에, 정류부(B)를 쇼트시켜 램프(L)를 점등시키게 되는데, 상기 교류전원의 정류된 전압의 한 사이클(①시점부터 한 사이클)동안 이루어지는 것이다.

또한 이 에스씨알(SCR)이 트리거됨과 동시에 C2방전단계(S11)로 진행한다. 에스씨알(SCR)의 도통애 따라 상기 방전회로(10)의 저항(R4,R5)에 걸리는 전압이 감소된다. 따라서 상기 캐패시터(C5) 및 저항(R4,R5)으로 이루어진 적분회로의 ⓚ점(도 1참조) 전압이 저하되어 상기 방전회로(10)의 트랜지스터(Q3)를 턴온시킨다.

캐패시터(C5)는 충전전류가 충전될 때 소정치의 시간을 갖고 있기 때문에 C2의 충전개시 즉 C2의 방전중지되는 시각에 지연시간을 얻을 수 있도록 하고 있다. 즉, 도 5의 (2)에 도시된 바와 같이, 앞서 설명한 에스씨알(SCR)의 트리거시점이 지연됨을 알 수 있으며, 이러한 지연시간은 램프(L)가 극히 낮은 밝기까지 켜질 수 있도록 에스씨알(SCR)의 트리거전압이 안정적으로 인가되도록 하기 위한 것이다.

트랜지스터(Q3)의 턴온상태로 인해, 이 트랜지스터(Q3)의 컬렉터측에 접속된 저항(R7,R8)으로 소정치의 전압이 인가되며, 이는 트랜지스터(Q4)를 턴온시키는 것이다. 결국, 이 트랜지스터(Q4)의 컬렉터측에 접속된 캐패시터(C2)가 에미터측으로 급속하게 방전되어, 트랜지스터(Q2)를 턴오프시킨다.

그리하여 상기한 에스씨알(SCR)의 게이트측은 로우레벨로 저하되는데, 에스씨알(SCR)의 턴온상태는 계속유지되어 상기한 램프(L)는 점등되고 있는 것이다.

한편 상기 램프의 점등과 동시에 정류신호의 한 주기가 완료되었는가를 판단하는 정류신호 한 주기완료 판단단계(S12)로 진행하여, 입력되는 교류신호에서 영볼트점이 인가되는가를 판단하는 것이다.

그리고 이와 같은 정류신호 한 주기완료 판단단계(S12)에서 교류신호의 주기가 완료됨으로 판단되면, 램프가 소등되는 램프소등단계(S13)로 진행하며, 상기한 주기가 완료되지 않음으로 판단되면, C2방전단계(S11)를 계속적으로 반복하는 것이다.

또한 램프소등단계(S13)를 거친 후에는, 앞서 설명된 방전완료 판단단계(S6)로 피드백하여 전(前)단계을 반복 수행하는 것이다.

이는 상기한 교류신호의 한 주기가 끝나면 에스씨알(SCR)의 에노드측이 영볼트가 되어 이 에스씨알(SCR)이 턴오프된 후, 상기한 단계을 계속적으로 반복하는 것으로 도 5의 (7)번에서 보여준 ①점부터의 빗금부분을 반복하는 것이다. 그리고 이러한 빗금부분은 램프(L)의 점등시간을 나타내는 것이며, 계속적인 반복단계은 이미 설명된 바와 같이 방전완료 판단단계(S6)에서 방전의 완료시까지만 수행토록 되며, 이 기간동안에 방전전압의 저하로 인한 트리거시점의 변화가 생기게 되는 것이다.

따라서 이러한 트리거시점의 변화는, 상기한 전압분배부(D)의 저항치 또는 충전부(F2)의 캐패시터(C3)의 전압(V_C3)로부터 결정되는데, 도 5에 도시된 그래프의 ①②③④는 상기 전압(V_C3)의 가변 또는 저항치가변에 따른 전위변화를 나타낸 것으로서, 상기 전압(V_C3)의 가변은 캐패시터(C3)의 방전에 의하여 구현되며 또한, 저항치가변은 도 2b와 같이 가변저항(VR1)을 통해 구현되고 있다.

따라서 상기 전압(V_C3)의 가변으로부터 상기 빗금부분이 감축되어, 램프(L)의 밝기가 점점 어두워지는 페이드아웃 기능이 수행되는 것이다. 이를 도 5의 (4)(5) (7)에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 캐패시터(C3)의 전압(V_C3)이 전압분배부(D)를 통한 전압은 시간의 경과에 따라 방전에 의하여 감소된다. 따라서 캐패시터(C2)로 충전되는 전압은 상기 도 5의 (4)번과 같이 ①부터 ④까지 변화를 갖게 된다. 이와 같은 전압변화는 상기 V1의 전압과 중첩됨에 따라, 상기 도 5의 (5)와 같이 전압이 감소되는 것이다.

그러나 도 5의 (5)와 같은 전압감소에도 에스씨알(SCR)의 트리거레벨은 변하지 않으므로, 결국 트리거 시점은 ①부터 ④까지 점차적으로 쉬프트되는 것이다. 이러한 쉬프트동작은 (7)번의 빗금부분을 감축시키는데, 이는 에스씨알(SCR)의 턴온동작 즉, 상기 정류부(B)의 쇼트로 인한 램프(L)의 점등시간이므로, 램프(L)의 밝기가 어두워지는 것이다. 따라서 상기 기능은 풀 페이드- 아웃(Full Fade-Out)로서, 소정시간이 흐르면 램프(L)가 완전히 소등을 하게 된다.

한편, 때로는 완전 소등이 불필요할 때가 있으며, 본 발명은 상기 충전회로(30)에 의거 불완전 소등을 수행할 수 있는데, 도 5의 (3)에 나타난 그래프로부터 그 전위를 상향조정, 저항(R9)의 저항치를 낮게 설정함으로서 캐패시터(C2)로 유입되는 충전전압을 높이도록 하는 것이다. 특히 트랜지스터(Q1)의 구동이 정지되었을 때, 사용하게 되면 상기한 램프(L)는 완전 소등이 되지 않고 설정치에 따라 그 밝기가 조정된 후, 계속적으로 유지할 수 있도록 하는 것이다. 이를 상기 도 3a와 도 6a 및 도 6b를 참조하여 구체적으로 설명한다.

먼저 도 6a는 충전회로(30)에 사용되는 저항(R9)의 대치회로로써, 본 발명의 일예를 나타내며, 도 6b는 도 6a에 따른 출력신호를 나타낸 그래프이다. 우선 상기한 대치회로는 가변저항(VR2) 및 고정저항(R0)로 이루어지며, 직렬접속되어 있다. 그리고 이 고정저항(R0)과 상기 가변저항(VR2)의 합성저항 최대치는 앞서 설명된 에스씨알(SCR)의 게이트측을 트리거하지 못할 정도이며, 이 고정저항(R0)의 저항치는 일정 기준치의 밝기가 되도록 설정되고 있다.

따라서 상기한 가변저항(VR2)의 저항치를 최대로 설정하면, 도 3a에 도시된 저항(R9)과 같은 기능을 수행하며, 이 가변저항(VR2)의 저항치를 최소로 설정하면, 램프(L)의 밝기가 소정의 설정치로서 유지되는 것이다. 만약 사용자로부터 램프(L)의 밝기가 일정 조도로 점등되고자 한다면, 상기 가변저항(VR2)을 최소치로 설정하는데, 이로인해 저항(R)에 흐르는 전류량은 최대치로서 도 6b (가)에 도시된 ①번과 같이 에스씨알(SCR)의 트리거시간이 앞당겨지게 된다.

이는 도 6b (나)에 도시된 ①번 시간대부터 에스씨알(SCR)이 트리거되기 때문에, 램프(L)의 밝기가 해당 조도로 고정되는 것이다. 결국, 캐패시터(C3)의 전압(V_C3)이 영일 때, 램프(L)의 밝기가 가변저항(VR2)에 의해 설정되는 것이다. 그리고 가변저항(VR2)의 저항치를 일정량 증대시키면, 상기 충전시정수가 크게 되므로 상기 캐패시터(C2)에 충전되는 전압의 상승이 늦어짐에 따라, 도 6b (가)의 ②와 같이 에스씨알(SCR)의 트리거시점이 지연되는 것이다.

그리하여 상기 설정된 저항(R)의 저항치로부터, 도 6b (나)의 ②와 같은 시점에서 램프(L)의 점등이 이루어지며, 이러한 점등시기의 축소로인해 램프(L)의 밝기가 보다 어두워진다. 따라서 가변저항(VR2)의 계속적인 저항치 증대는 도 6b (가)(나)의 ①②③으로 쉬프트하여, 램프(L)의 밝기가 가변저항(VR2)에 따라 약화되는 것이다. 또한 가변저항(VR2)을 최대치로 절환하게 되면, 상기 저항(R)치는 최대로되어 이에 흐르는 전류는 최소를 이루게 된다.

그리고 상기 전류의 최소치는 에스씨알(SCR)을 트리거하지 못하며, 이는 곧 램프(L)의 완전소등을 의미한다.

한편 R12의 값을 크게하면 C3의 충전전압 상승속도가 느려 지므로 페이드아웃과 반대로 페이드인(점점 밝아짐) 현상이 나타나므로 페이드인 스위치 역할도 하게된다.

또 C3, R10, R11, Vz의 값에 따라 페이드아웃의 시간 및 현상을 다르게 할 수 있으므로 페이드아웃 타이머 역할도 하게된다.

또 한편, 상기한 스위치부(E)는 다수개의 스위치(SW1,SW2)로 구성됨과는 달리 인체감지센서를 이용할 수 있으며, 이를 도 7에 도시하고 있다. 따라서 인체감지수단(E')은 감지센서(SEN)를 회로상에 구비하여 인체감지시 무접점 스위칭에 의한 캐패시터(C3)로의 충전이 이루어지도록 하는 것이다. 그리고 이러한 감지센서(SEN)로는, 일예로 인체열을 감지하는 열감지센서라든지, 고주파에 의한 움직임을 감지하는 초음파센서 또는, 적외선을 이용한 적외선센서 및 열적외선등을 사용할 수 있음은 물론이다.

이와 더불어 상기한 방전회로(10)는, 유사기능을 수행할 수 있는 다수회로를 제공할 수 있는데, 예시도면 8a와 같이 캐패시터(C5)를 제거함을 그 일예로 보일 수 있다. 이는 캐패시터(C5)의 제거로부터 트랜지스터(Q3)의 턴온을 위한 지연시간이 짧아지는 것으로, 캐패시터(C2)의 급속방전이 보다 일찍 수행(에스씨알의 게이트측으로 인가되는 트리거신호를 보다 일찍 오프시킴)하게 된다. 따라서 트리거신호의 안정성을 확보하기 위한 캐패시터(C5)는, 설치되지 않은 상태에서도 동작의 흐름이 원활함을 보여주고 있는 것이다.

또한 예시도면 8b 및 8c와 같이 회로의 구현이 다소 변경가능한데, 트랜지스터(Q3)의 베이스저항(R6)과 상기한 표시부(G)의 저항(R14)를 저항(Rb) 및 저항(Ra)치로 각각 변경하여, 다수의 저항(R4,R5)를 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 저항(R14)만을 저항(Rc)로 변경하여 이 저항(Rc)을 거쳐 직접 트랜지스터(Q3)의 베이스측으로 접속되도록 하여도 본 발명의 요지를 벗어나지 않게 된다.

한편, 상기 표시부(G)의 발광다이오드(D6) 케소드측으로 접속된 트랜지스터(Q3)의 컬렉터단자는, 이 발광다이오드(D6)와 상기 저항(R14)사이로 접속되어도 무관한데, 이는 예시도면 9a에 의거하여 다음과 같이 설명된다.

먼저 상기한 다이오드(D6) 및 저항(R14)사이로 충전회로(30)가 접속되고, 이 저항(R14)과 병렬접속되도록 방전회로(10)가 연결되고 있으며, 이 다이오드(D6) 및 저항(R14)사이로 캐패시터(C6)이 연결된 후 어스되고 있다. 따라서 이 캐패시터(C6)는 램프(L)의 소등시 저항(R14)를 통해 충전되며, 상기 방전회로(10)의 동작시에는 트랜지스터(Q3)의 턴온상태로부터 이 캐패시터(C6)의 충전전압이 방전되어 트랜지스터(Q4)를 동작토록하는 것이다.

이는 캐패시터(C4)의 충전전압이 발광다이오드(D6)에 의해 트랜지스터(Q3)를 통해 방전되지 못하기 때문이다.

또다른 일예로, 예시도면 9b를 살펴보면, 트랜지스터(Q3)의 베이스측으로 저항(Rd)가 접속되어 정류부(B)로 접속되며, 이 트랜지스터(Q3)의 에미터측은 상기 발광다이오드(D6)의 에노드측으로 연결됨과 동시에 캐패시터(C6)이 상기 도면 8a와 같이 접속되고 있다. 결국, 이 캐패시터(C6) 및 캐패시터(C4)의 충전경로는 상기 저항(Rd)를 거쳐 트랜지스터(Q3)의 에미터측을 통해 이루어지는데, 이는 트랜지스터(Q3)의 브레이크 다운전압(BREAK DOWN VOLTAGE)를 이용하는 것이다.

즉, PNP형 트랜지스터(Q3)의 베이스-에미터간 브레이크 다운전압(V_EB3)은, 대략적으로 5 - 6V 로써, 상기 정류부(B)의 출력전압은 브레이크 다운전압을 월등히 넘어서기 때문에 캐패시터(C6) 및 캐패시터(C4)로 소정치의 전압이 충전될 수 있는 것이다.

따라서 이와 같은 구성은, 트랜지스터(Q3)의 턴온상태로부터 상기 캐패시터(C6)의 충전전압이 저항(R7) 및 저항(R8)로 방전되며, 이로부터 트랜지스터(Q4)가 동작되도록 하는 것이다.

반면, 상기한 PNP형의 트랜지스터(Q3)를 NPN형의 트랜지스터(Q3')로 변형한 도 10a가 도시되고 있는데, 트랜지스터(Q4)가 상기한 트랜지스터(Q3')의 컬렉터측으로 연결되어 본 발명의 작용에는 변함이 없게 된다. 그리하여 본 예시도면의 동작에 따르면, 램프(L)의 소등상태 즉, 에스씨알(SCR)이 트리거되지 않은 상태에서는 상기 방전회로(10)의 저항(R4) 및 저항(R5)에의해 소정치의 전압분배가 수행되어, NPN형의 트랜지스터(Q3')는 턴온상태를 유지하게 된다.

이로인해 이 트랜지스터(Q3')의 컬렉터측은 에미터측을 통해 어스되고, 상기 트랜지스터(Q4)의 베이스측은 로우레벨로 턴오프상태를 유지토록 하는 것이다. 이때 앞서 설명된 회로의 기능에 따라, 상기한 에스씨알(SCR)이 트리거되면 저항(R4) 및 저항(R5)을 통해 분배된 전압이 급격히 저하되어, 트랜지스터(Q3')가 턴오프됨과 동시에 상기 트랜지스터(Q4)의 베이스측이 저항(R7)을 통해 하이레벨로 상승하게 된다. 따라서 이 트랜지스터(Q4)가 턴온되어 캐패시터(C2)의 충전전압을 급속히 방전시키게 하는 것이다.

그리고 이와 같은 회로를 사용하면서, 상기 표시부(G)의 발광다이오드(D6)를 앞단으로 옮긴 회로가 예시도면 10b에 나타나며, 이미 예시된 도면 9a와 같이 저항(R14)를 통해 캐패시터(C6)로 충전된 전압이 에스씨알(SCR)의 트리거동작에 따라 트랜지스터(Q3')가 턴오프되면, 이 캐패시터(C6)의 방전전압은 트랜지스터(Q4)를 턴온시켜 상기한 캐패시터(C2)의 충전전압을 급속방전시키는 것이다.

이처럼 구성된 다수개의 예시도면은, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 구현된 것이며, 이 다수개의 예시도면에 의한 회로의 조합으로부터 톱니파신호를 형성할 수 있음은 물론이다.

또한 이러한 시스템은, 일예로 현관앞 또는 복도의 조명으로 사용하거나 일정 조도를 유지하고자 하는 실내에서 사용될 수 있으며, 인체감지센서에 의한 인체감지시 또는 필요시에 의한 원텃치 접점신호로부터 램프(L)를 점등시키고 이로부터 램프(L)의 소등이 서서히 이루어지거나, 실내조명이 설정조도에 따라 그 밝기가 유지될 수 있도록 하는 것이다.

한편, 상기 램프(L)의 점등상태에서 페이드아웃이 수행되는 도중에, 사용자가 소등을 원한다면, 상기 스위치부(E)를 작동시키게 되는데, 이는 상기 캐패시터(C3)를 급속 방전시키는 것이다. 즉, 트랜지스터(Q1)의 베이스측을 로우상태로 하여, 이를 턴오프시켜 상기한 에스씨알(SCR)의 동작을 정지시키는 것이다. 그리고 스위치부(E)를 상기한 인체감지수단(E')으로 대치하여 인체감지여부에 따라 스위칭이 이루어질 수 있다.

이와 같이 본 발명은, 교류백열등에 사용되는 교류신호(AC)의 주기당 백열등의 점등시간 시작점을 제어하고 이를 캐패시터의 충방전으로 가변토록 함으로써, 백열등 소등에 따른 페이드아웃이 극히 자연스럽게 이루어지게 될 뿐만 아니라, 상기 페이드 아웃기능과는 별도로 램프의 밝기가 사용자의 설정에 따른 조도로 유지될 수 있도록 하여, 램프밝기의 조절이 손쉽게 이루어져 사용편의성이 향상됨과 더불어 시각적 피로감이 없으며, 또한 소등시 완전소등되지 않고 사용자가 설정하는 약한 밝기를 유지할 수 있도록 하여, 소등시 암흑상태가 아닌 설정시의 밝기가 되도록 하므로, 사용자에게 유용함(예컨대, 아기침실의 조명, 명상시의 조명등)을 제공할 수 있다.

Claims (17)

1. 교류정류된 충전전하의 방전전압 변화를 이용하여, 부하로 공급되는 전력량이 페이드아웃되도록 하는 스위칭방법에 있어서,

   상기 방전전압의 가변에 상응하는 디씨(DC)전압을 충전함과 동시에 충전시간에 비례하는 별도의 충전전압을 중첩하여 가변적 전압레벨을 갖는 톱니파 신호를 형성시키는 중첩충전단계와;

   상기 중첩충전단계에서 충전된 전압이 기준치 이상이 되면 구동부가 트리거 되도록 구동부에 충전전압을 공급하는 트리거공급 단계단계와;

   상기 트리거전압 공급단계에 의해 구동부가 트리거 되어 전력이 계속적으로 인가되고 이로인한 전압강하로부터 상기 중첩충전단계의 충전전압을 급속방전시켜 상기 트리거신호를 제거하는 중첩전압 방전단계를 포함하며,

   상기 중첩전압 방전단계에서 상기 충전전압이 방전될 때 교류정류신호의 한 주기가 완료되면 상기 단계를 반복수행함을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 중첩충전단계로 유입되는 방전전압의 공급은 페이드아웃 기능을 수행토록 하는 소정의 스위칭신호에 의해 전압공급 여부가 판단되는 페이드아웃 스위치 온 판단단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 방법.
3. 교류전원(AC)을 정류부(B)를 통해 정류하여 소정치의 전압으로 충전한 후, 이로부터 발생하는 방전전압에 따라 부하로 공급되는 전력을 온/오프 제어하는 스위칭회로에 있어서,

   상기 충전된 전압이 방전시정수에 따라 가변적으로 전압이 방전되면 이 방전전압에 상응하는 디씨(DC)전압을 충전시키는 충전회로(30)와; 이 충전회로(30)의 디씨(DC)전압 충전과는 별도로 특정 전압이 중첩충전되도록 하여 소정의 방전경로를 거쳐 충전량에 상응한 톱니파신호를 공급하고 이 톱니파신호가 기준치 이상의 전압을 갖고 출력될 때 톱니파신호로부터 트리거전압을 형성시키는 스위칭회로(20)로 이루어진 제어부(C)와, 이 제어부(C)에서 출력되는 트리거신호에 의해 교류전원(AC)의 전력을 공급하는 구동수단(S)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 충전회로(30)로 공급되는 방전전압은 초기 교류정류를 디씨(DC)전원으로 충전하는 충전부(F) 및 이 충전부(F)의 충전전하가 일정 비율로 방전될 수 있도록 하는 전압분배부(D)의 방전시정수로부터 출력되며, 이 충전부(F)의 충전전압이 상기 전압분배부(D)로 방전됨은 스위치부(E)의 스위칭신호의 여부에 따라 결정됨을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부(C)에는 교류전원(AC)을 인가받아 이를 정류시켜 공급토록 하는 정류부(B) 및 이 정류부(B)의 입력단에는 부하가 직렬접속된 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 교류페이드아웃 스위칭회로.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 충전회로(30)는 전압분배부(D)에서 출력되는 전압에 비례하여 도통시키는 트랜지스터(Q1)와; 이 트랜지스터(Q1)의 에미터측에 접속되어 도통전압을 충전시키기 위한 캐패시터(C2)를 포함하고, 상기 방전회로(10)는 상기 캐패시터(C2)를 급속방전시키기 위한 트랜지스터(Q4)와; 이 트랜지스터(Q4)의 베이스측으로 스위칭신호를 전송하기 위한 PNP형의 트랜지스터(Q3) 및 저항(R7,R8)으로 이루어지며, 상기 스위칭회로(20)는 정류부(B)의 출력단에 접속된 저항(R2) 및 저항(R3)을 통해 분배된 전압을 구동전원으로 하여 상기 캐패시터(C2)의 충전전압을 입력신호로 하는 트랜지스터(Q2)와; 이 트랜지스터(Q2)의 컬렉터측은 상기한 트랜지스터(Q1)의 컬렉터측과 접속된 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 트랜지스터(Q3)의 에미터측과 베이스측사이로는 상기 발광다이오드(D6)가 접속되고 이때 발광다이오드(D6)의 에노드측으로 연결되는 저항(R14)는 트랜지스터(Q3) 및 발광다이오드(D6)을 하이레벨을 유지토록 하기 위한 저항(Rc)로 변형됨을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
8. 제 4 항에 있어서, 상기 스위치부(E)는 충전부(F)의 충전전압을 급속방전시켜 부하로 전원을 차단시키기 위한 온/오프 스위치(SW2)와, 상기 충전부(F)의 충전전압이 방전되도록 유도하여 방전시정수에 따라 부하로 인가되는 전류량이 페이드아웃되도록 푸쉬스위치(SW1)를 포함한 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
9. 제 4 항에 있어서, 상기 스위치부(E)는 인체감지센서(SEN)를 통해 스위칭되는 인체감지수단(E')인 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
10. 제 4 항에 있어서, 상기 전압분배부(D)는 방전전압의 분배와 소정치의 방전시정수를 갖도록 저항(R11)과 저항(R10)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
11. 제 4 항에 있어서, 상기 전압분배부(D)는 방전전압의 분배와 방전시정수를 소정치로 갖도록 가변저항(VR1)으로 구성된 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
12. 제 7 항에 있어서, 상기 트랜지스터(Q3)의 베이스측에는 저항(Rb)가 접속되고 이 저항(Rb)으로 인가되는 전압은 저항(Ra)를 통해 유입됨을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
13. 제 7 항에 있어서, 상기 트랜지스터(Q3)의 베이스측으로는 저항(R6)이 접속되고 이 저항(R6)으로 인가되는 전압은 저항(R4) 및 저항(R5)로부터 분배됨과 동시에 상기 발광다이오드(D6)의 에노드측으로는 저항(R14)가 접속됨을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 저항(R4) 및 저항(R5)의 전압분배점으로는 캐패시터(C5)가 저항(R5)와 병렬 접속됨을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
15. 제 5 항에 있어서, 상기 발광다이오드(D6)는 방전회로(10)와 제1충전부(F1)사이에 접속되고, 이 발광다이오드(D6)와 상기 방전회로(10)사이에는 캐패시터(C6)가 병렬접속됨과 동시에 상기 캐패시터(C6)으로 충전되는 전압은 저항(Rd)를 거쳐 트랜지스터(Q3)의 베이스-에미터간 브레이크 다운(BREAK DOWN)전압에 의해 그 충전경로가 형성됨을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
16. 제 5 항에 있어서, 상기 트랜지스터(Q3)은 NPN형의 트랜지스터(Q3')로써 그 컬렉터측이 트랜지스터(Q4)의 베이스측에 접속된 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
17. 제 5 항에 있어서, 상기 발광다이오드(D6)는 방전회로(10)와 제1충전부(F1)사이에 접속되고, 이 발광다이오드(D6)와 상기 방전회로(10)사이에는 캐패시터(C6)가 병렬접속됨과 동시에 상기 트랜지스터(Q3)은 NPN형의 트랜지스터(Q3')로써 그 컬렉터측이 트랜지스터(Q4)의 베이스측에 접속된 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.