KR100944876B1 - 엘이디 조명기구 제어시스템 - Google Patents

Abstract

고휘도 LED를 조명 램프로 갖는 LED 조명기구의 LED램프 및 전원공급장치의 고장상태를 자동으로 검출하여 원격지의 메인 배전반의 주제어기로 통보하는 LED 조명기구 제어시스템이 제공된다. 상기 LED 조명기구 제어시스템은 적어도 하나 이상의 LED램프와, 교류전압을 안정된 직류전압으로 변환하여 출력하는 직류전압공급기와; 상기 직류전압의 입력에 응답하여 상기 LED램프에 구동전류를 공급하는 드라이버와; 조명제어신호의 입력에 따라 상기 직류전압공급기로부터 드라이버로 출력되는 직류전압을 제어하는 조명제어부와; 상기 LED램프에 흐르는 전류를 전압으로 변환하여 램프이상검출신호를 출력하는 전류-전압변환기와; 미리 설정된 기준전압과 상기 램프이상검출신호의 전압레벨을 비교하여 상기 램프이상검출신호의 전압레벨이 상기 기준전압의 전압레벨보다 낮을 때 해당 LED램프의 고장상태를 나타내는 에러검출신호를 출력하는 램프상태검출부와; 상기 주제어기로부터 송신되는 제어데이터에 대응하는 조명제어신호를 상기 조명제어부로 제공하고, 상기 램프상태검출부로부터 에러검출신호가 출력 시 LED램프의 이상상태를 상기 주제어기로 전송하는 통신 제어부를 포함하여 구성된다.

LED램프, LED가로등, LED 램프제어, LED이상상태, LED단선, 조명기구

Description

엘이디 조명기구 제어시스템{System for controlling of LED lighting apparatus}

본 발명은 다수의 LED(light-emitting diode) 조명기구를 일괄 제어할 수 있는 조명기구 제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고휘도 LED를 조명 램프로 갖는 LED 조명기구의 LED 램프와 이에 직류전원전압을 공급하는 전원공급장치의 고장상태를 자동으로 검출하여 원격지의 메인 배전반의 주제어기로 자동 통보하는 LED 조명기구 제어시스템에 관한 것이다.

통상적으로, 사람이 생활하는 많은 공간에는 광원으로부터의 빛을 반사·굴절·투과시켜서 조명하는 많은 조명기구가 설치되어 있다. 이러한 조명기구의 예로서는, 그 사용목적에 따라 백열등기구, 형광등기구, 국부등(스텐드), 정원등, 도로등(가로등) 등으로 구별된다.

위와 같은 조명기구 중, 도로등(가로등)은 거리의 조명이나 교통의 안전, 또는 미관(美觀) 따위를 위하여 길가를 따라 설치해 놓은 전기시설로서, 가설 형식에 따라 다등식(多燈式), 현수식(懸垂式), 주두식(柱頭式) 따위가 있다. 상기와 같은 조명기구은 가로를 따라 다수개, 예를 들면, 수십 내지 수백 개가 설치되는 것이 일반적이어서 중앙관제 또는 메인배전반에서 일괄하여 점등, 소등을 제어하도록 되어 있거나 Cds(cadmium sulfide)셀 등과 같은 광전도소자를 이용하여 야간에만 자동으로 점등되도록 하는 구동방식이 적용되고 있다.

현재, 이와 같은 조명기구는 저전력 고휘도 램프로 교체되고 있다. 예를 들면, 수은등, 나트륨등, 할로겐램프에서 전기적 에너지 소비가 매우 적으며 친환경적인 LED 조명기구로 대체되어 가고 있다. LED 조명기구는 그 주변의 밝기를 보장하기 위하여 적어도 하나 이상의 LED를 어레이 형태로 배열하여 구동하는 구성이 일반적이며, 저전력, 고휘도이고 내구성이 양호하여 그 이용은 날로 확산되고 있는 추세이다.

그러나 상기와 같은 LED를 빛을 발산하는 램프로 사용하는 경우, 적어도 하나 이상의 LED를 사용하고, LED를 구동하기 위하여 별도의 직류전원 공급장치를 구비하여야 하는 불편함도 따른다. 또한, 적어도 하나 이상의 LED를 배열하여 주변을 환하게 밝힘으로써 배열된 LED에 직류전원을 공급하는 전원장치에 이상이 발생하여 미리 설정된 레벨의 직류전압이 출력되지 않는 경우 다수의 LED를 구동할 수 없게 되고, 배열된 다수의 LED들 중 어느 하나가 단선 등으로 인하여 점등되지 않은 경우 그 주변의 조도가 낮아짐으로써 단선(고장)난 LED를 신속하게 교체하여야 하는 불편함도 따른다.

따라서, LED 조명기구, 보다 구체적으로는 LED 가로등의 경우에는 각 등주의 상단에 배열된 다수의 LED에 구동전압을 공급하는 직류전원 공급장치의 동작 상태와 LED들의 단선상태를 모니터링 하는 회로가 요구되어진다.

위와 같은 LED 가로등 이외에도 우리가 일상생활에서 많이 접하는 LED 램프 스텐드, 주택용 천장부착용 LED 조명기구의 경우에도 하나의 LED만 사용하는 것이 아니라 다수의 LED를 조명램프를 사용하기 때문에 LED의 고장상태를 적시에 찾아내어 교체하지 않으면 실내의 조도가 낮아지는 문제가 발생한다. 따라서 LED를 조명램프로 사용하는 조명기구에서는 LED램프의 단선상태와 상기 LED램프에 동작전원전압을 공급하는 전원공급장치의 고장상태를 모니터할 필요가 있게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 직류전원의 공급에 의하여 점등되는 LED를 적어도 하나 이상 가지는 LED 조명기구의 전원공급장치와 LED의 이상상태를 자동으로 감지할 수 있는 LED 조명기구 제어시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 다수의 LED 조명기구를 일괄하여 점등/소등할 수 있고, LED 조명기구에 배열된 다수의 LED들과 이에 직류전원을 공급하는 전원공급장치의 이상유무를 자동으로 검출하여 중앙관제를 하는 메인배전반으로 자동 통보하여 LED 조명기구의 제어와 유지보수를 용이하게 하는 LED 조명기구 제어시스템을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 적어도 하나 이상의 LED램프를 가지며, 메인 배전반의 주제어기로부터 송신되는 제어신호에 의해 점등/소등되는 LED조명기구 제어시스템에서 유용하게 적용되며, 이는 교류전압을 안정된 직류전압으로 변환하여 출력하는 직류전압공급기와; 상기 직류전압의 입력에 응답하여 상기 LED램프에 구동전류를 공급하는 드라이버와; 상기 직류전압공급기와 상기 드라이버 사이에 접속되어 있으며, 조명제어신호의 입력에 따라 상기 드라이버로 출력되는 직류전압을 제어하여 상기 LED램프에 제공되는 전류량을 조절하는 조명제어부와; 상기 LED램프의 타측과 접지 사이에 접속되어 상기 LED램프에 흐르는 전류를 전압으로 변환하여 램프이상검출신호를 출력하는 전류-전압변환기와; 미리 설정된 기준전압과 상기 램프이상검출신호의 전압레벨을 비교하여 상기 램프이상검출신호의 전압레벨이 상기 기준전압의 전압레벨보다 낮을 때 해당 LED램프의 고장상태를 나타내는 에러검출신호를 출력하는 램프상태검출부와; 상기 주제어기로부터 송신되는 제어데이터에 대응하는 조명제어신호를 상기 조명제어부로 제공하고, 상기 램프상태검출부로부터 에러검출신호가 출력 시 자신의 고유식별코드를 포함하는 LED램프의 이상상태를 상기 주제어기로 전송하는 통신 제어부로 구성함을 특징으로 한다.

상기 통신 제어부는 상기 직류전압공급기의 출력전압이 없을 때 자신의 고유식별코드를 포함하는 전원이상상태신호를 상기 주제어기로 전송함을 특징으로 한다.

상기 램프상태검출부는 미리 설정된 기준전압을 출력하는 기준전압설정부와, 상기 기준전압과 상기 전류-전압변환기로부터 출력되는 램프이상검출신호의 전압레벨을 비교하여 상기 램프이상검출신호의 전압레벨이 상기 기준전압의 전압레벨보다 낮을 때 LED램프의 고장상태를 나타내는 에러검출신호를 출력하는 비교기로 구성함을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 LED 조명기구 제어시스템은 LED램프의 고장상태는 물론 LED램프의 주동작직류전원을 공급하는 직류전압공급기의 고장상태까지 검출하여 원격지의 메인 배전반의 주제기로 해당 고장상태신호를 자동으로 전송함으로써 LED 조명기구의 유지보수를 신속하고 정확하게 할 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 하기에 설명되는 본 발명의 실시 예는 당업자에게 본 발명의 사상을 충분하게 전달하기 위한 것임에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 LED 조명기구 제어시스템의 블록도로서, 512개의 LED 조명기구의 점등과 소등을 일괄 제어 하는 메인배전반(도시하지 않았음)에 연결된 어느 하나의 LED 조명기구 및 그 제어 시스템도이다. 즉, 도 1에 도시된 LED 조명기구 제어시스템(10)은 메인 배전반의 원격 통신 제어에 의해 제어되 는 512개 LED 조명기구 중 어느 하나의 LED가로등 제어장치를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 LED 조명기구 제어시스템(10)은 원격지에 위치된 메인 배전반의 주제어기(main controller : 도시되지 않았음)와 통신 케이블에 의해 접속되어 데이터 송수신하는 통신 인터페이스(communication interface : I/F)(30)를 구비한다.

상기 I/F(30)는 RS-485C의 통신방식을 이용할 수 있으며, 이와 동등한 직렬 데이터 인터페이스라면 족하다. 메인 배전반의 주제어기로부터 상기 I/F(30)로 송수신되는 데이터는 도 1에 도시된 램프모듈(20)을 구성하는 4개의 LED램프(LED1~LED4)의 점등과 소등을 위한 제어신호, 직류전원공급기인 SMPS(switching mode power supply)(14)로 입력되는 교류전원의 온/오프를 위한 제어신호, 램프상태를 나타내는 에러검출신호 및 상기 SMPS(12)의 동작 상태를 나타내는 전원검출신호 등이다.

상기에서, 에러검출신호 및 전원검출신호는 LED램프(LED1~LED4)의 단선 등의 고장상태와 SMPS(switching mode power supply)(12)의 고장상태를 의미한다. 본 발명에서는 SMPS를 이용하였으나, 교류전압을 안정된 직류전압으로 변환하는 직류전압공급기이면 충분하다.

상기 I/F(30)는 도 1에 도시된 통신제어부(28)에 접속되어 있으며, 상기 통신제어부(28)는 상기 I/F(30)를 통하여 수신되는 데이터 프레임을 분석하여 미리 설정된 자신의 고유식별코드를 포함하는 데이터프레임인 경우에만 수신된 데이터 프레임에 포함된 제어데이터를 수신하여 그에 따라 교류전원(AC)을 온/오프하기 위한 전원제어신호(CTL-P : power contol signals), LED램프(LED1~LED4)의 점등/소등 및 밝기를 제어하기 위한 조명제어신호(LCS : lighting control signals)를 출력한다.

이때, 상기 통신제어부(28)의 고유식별코드는 통상과 같이 딥스위치(dual in-line package switch)(도시하지 않음)에 의해 설정할 수 있다. 이때, 상기 딥스위치는 9개의 설정단자(9비트)를 갖는 것으로 사용할 경우, 메인 배전반의 주제어기는 도 1과 같은 LED 조명기구 제어장치를 512개까지 구별하여 데이터를 송수신할 수 있다.

상기 통신제어부(28)로부터 출력되는 전원제어신호(CTL-P)는 교류전압(AC) 입력단자와 SMPS(14)의 교류전압입력단자 사이에 연결된 전원스위치(12)의 동작을 제어한다. 예를 들어, 상기 전원제어신호(CTL-P)가 논리 "1"로 출력되는 경우, 상기 전원스위치(12)는 "턴온"되어 교류전압(AC)을 SMPS(14)로 공급한다.

상기 SMPS(14)는 입력되는 교류전압(AC)을 정류하고 스위칭모드제어에 의해 안정된 직류전압(LDV)을 출력하며, 이는 조명제어부(16) 및 SMPS(14)의 출력전압이 정상적으로 동작하는지의 여부를 검출하기 위한 전원검출부(26)로 공급된다. 상기 전원검출부(26)는 상기 SMPS(14)로부터 출력되는 직류전압(LDV)을 직렬접속된 두 개의 저항(RM1, RM2)에 의해 분압하여 전원검출신호(PWR-S)를 출력한다. 예를 들어, 상기 두 개의 저항(RM1, RM2)의 저항 값이 동일하고, SMPS(14)가 정상적으로 동작하여 그 출력전압이 10V인 경우 상기 전원검출신호(PWR-S)는 5VDC로 논리 "하이"로 출력된다.

도 1에 도시된 조명제어부(16)는 통신제어부(28)로부터 출력되는 조명제어신 호(LCS)에 따라 입력되는 직류전압(LDV)을 PWM(pulse width modulation) 제어하여 평균전압레벨이 조절된 구동전압(LV1~LV4)을 출력노드에 결합된 드라이버 모듈(18)에 입력시킨다.

상기 드라이버 모듈(18)은 상기 구동전압(LV1~LV4)을 램프모듈(20)내의 4개의 LED램프(LED1~LED4)의 양극(anode)로 각각 공급하여 점등시키는 4개의 드라이버 1~4(18a~18d)로 구성되어 있다. 이러한 드라이버1~4(18a~18d)는 통상의 전류증폭기를 그대로 사용할 수 있다. 따라서 상기 LED램프(LED1~LED4)들이 이상 없는 상태, 즉, 단선되지 않은 상태에서 드라이버 모듈(18)로부터 약 10VDC의 레벨을 갖는 구동전압(LV1~LV4)이 출력되면, 각각의 LED램프(LED1~LED4)들이 모두 정상적으로 점등된다.

상기 LED램프(LED1~LED4)의 캐소드(cathode)와 접지 사이에 각각 접속된 전류-전압 변환기(22)내의 각 저항(R1~R4)들은 상기 LED램프(LED1~ED4)의 애노드 - 캐소드 간을 통해 접지로 흐르는 전류를 전압으로 변환하여 소정 레벨의 전압으로 출력한다. 이때, 상기 전류-전압 변환용 저항(R1~R4)의 값들은 상기 LED램프(LED1~ED4)의 애노드-캐소드 간을 통한 전류의 전압강하에 일어났을 때 상기 저항(R1~R4)의 양단에 나타나는 전압레벨이 동일하도록 동일하게 설정하는 것이 좋다.

따라서 상기 LED램프(LED1~LED4)가 정상동작하여 드라이버 1~드라이버 4(18a~18d)로부터 출력되는 구동전압(LV1~LV4)의 전류가 각각의 LED램프(LED1~LED4)의 애노드 - 캐소드로 흐르는 경우, 상기 전류-전압변화기(22)로부터 는 소정레벨을 갖는 램프이상검출신호(LED1+ ~ LED4+)가 출력된다. 즉, 즉 LED램프(LEDi)가 정상임을 나타내는 신호가 출력되는 것이다.

이와는 반대로, 특정 LED램프(LED i : 본 발명에서 "i"는 1, 2, 3, 4 등의 정수 중의 어느 하나이다. 이하 같다.)가 단선되어 해당 LED램프(LED i)에 전류가 흐르지 않은 경우, 전류-전압 변환기(22)내의 해당 LED램프(LEDi)의 캐소드에 접속된 저항(Ri)의 양단에는 전압강하가 일어나지 않게 됨으로써 램프이상검출신호(LED i+)가 접지레벨로 풀다운(pull down) 됨을 알 수 있다.

예를 들어, 4개의 LED램프(LED1~LED4) 중 LED램프(LED1)가 단선 등의 이상이 발생되면, 전류-전압 변환기(22)내의 저항(R1)의 양단에는 전압강하가 발생하지 않아 그 전압 차는 "0"으로 됨으로써 램프이상검출신호(LED1+)는 "0"볼트로 출력된다. 즉, LED램프(LED1)가 이상상태임을 나타내는 신호를 출력한다.

도 1에 도시된 램프상태검출부(24)의 LSD(lamp stste detector)1 ~ LSD4(24a~24d)들은 상기 램프이상검출신호(LED1+ ~ LED4+)와 미리 설정된 기준전압(Vref)의 레벨을 각각 비교하여 상기 램프이상검출신호(LLED1+ ~ LED4+)의 전압레벨이 상기 기준전압레벨(Vref) 보다 낮은 경우 해당 LED램프(LEDi)가 이상, 즉 단선 등의 고장상태로 점등할 수 없다는 에러검출신호(FAIL i)를 출력한다. 이때, 상기 에러검출신호(FAIL i)의 활성화신호는 논리 "0"(고장상태)의 값을 갖는다.

이때, 도 1에 도시된 통신제어부(28)는 상기 램프상태검출부(24)로부터 출력되는 4개의 에러검출신호(FAIL1~FAIL4) 중 어느 하나가 논리 "0"의 값을 갖거나 전원검출부(26)로부터 출력되는 전원검출신호(PWR-S)의 레벨이 "0"볼트인 경우, 자신의 고유식별코드를 헤더에 가지는 전원이상상태신호를 메인 배전반의 주제어기로 전송하여 LED 조명기구의 LED램프(LEDi)의 고장상태 또는 SMPS(14)의 고장상태를 메인 배전반에서 알 수 있도록 한다.

예를 들면, 에러검출신호(FAIL1)가 논리 "0"인 경우, 상기 통신제어부(28)은 자신의 고유식별코드를 전송프레임의 헤더에 삽입한 후 LED램프(LED1)에 이상이 있음을 나타내는 LED이상상태신호를 메인 배전반의 주제어기로 전송한다. 이와 같은 상기 메인 배전반의 주제어기는 상기 통신제어부(28)로부터 출력되는 데이터 프레임을 분석하여 도 1의 LED 조명기구 제어시스템(10)의 LED램프(LED1)가 고장상태임을 인식하게 된다.

도 2는 도 1에 도시된 램프상태검출부(24)의 구체적인 실시 예시도이다.

도 2를 참조하면, LSDi(24i)는 전류-전압 변환기(22)내의 저항(Ri)의 양단으로부터 출력되는 이상상태검출신호(LEDi+)는 저항(Rin)을 통하여 비교기(COMP)의 비반전단자(+)에 접속되어 있고, 반전단자(-)에는 전원전압(Vcc)와 접지사이에 직렬 접속되어 상기 전원전압(Vcc)을 분압하여 기준전압(Vref)으로 출력하는 저항(Rd1, Rd2)의 출력이 입력된다. 이때, 상기 기준전압(Vref)의 설정은 LED램프(LEDi)가 정상동작할 때 흐르는 전류를 전술한 저항(R1~R4)에 의해 전압으로 변환하였을 때의 레벨보다 높게 설정되도록 하여야 한다.

상기 2와 같이 구성된 LSD(24i)에 전술한 바와 같이 LED램프(LEDi)에 이상이 발생하여 이상상태검출신호(LEDi+)가 "0"볼트로 출력되는 경우, 비교기(COMP)로부터 출력되는 에러검출신호(FAILi)는 논리 "0"으로 출력된다. 이때, 통신제어부(28) 은 해당 LED램프(LEDi)가 단선 등의 고장상태라고 판단하고, 해당 램프의 이상상태를 나타내는 데이터를 메인 배전반의 주제어기로 전송한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 LED 조명기구에 구비된 적어도 하나 이상의 LED램프와 상기 LED램프에 안정된 직류전원을 공급하는 SMPS의 고장상태를 자동으로 감지하여 수십 내지 수백 개의 LED가로등을 일괄제어하는 메인 배전반의 주제어기로 이상상태 메시지를 전달함으로써 LED가로등의 유지보수를 신속하고 정확하게 할 수 있다.

상기한 실시 예는 도로등(공원등,가로등,경관조명등)의 LED램프와 직류전원장치의 고장상태를 검출하는 동작을 설명하였으나, LED를 조명램프로 사용하는 건물내의 조명기구를 일괄하여 제어하는 조명기구의 제어시스템에서도 매우 유용하게 적용하여 LED램프 및 직류전원장치의 고장상태를 신속하게 검출하여 LED 조명기구의 관리를 신속하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 엘이디 조명기구 제어시스템의 블록도.

도 2는 도 1에 도시된 램프상태검출부의 구체적인 실시 예시도.

《도면의 부분에 대한 부호의 설명》

10 : LED 조명기구 제어시스템, 12 : 전원 스위칭부, 14 : SMPS,

16 : 조명제어부, 18 : 드라이버 모듈, 20 : 램프모듈,

22 : 전류-전압 변환기, 24 : 램프상태검출부, 26 : 전원검출부,

28 : 통신제어부, 30 : 통신인터페이스,

Claims (3)

1. 삭제
2. 적어도 하나 이상의 LED램프들을 가지며, 메인 배전반의 주제어기로부터 송신되는 제어신호에 의해 점등/소등되는 LED 조명기구 제어시스템에 있어서,

   교류전압을 안정된 직류전압으로 변환하여 출력하는 직류전압공급기와;

   상기 직류전압의 입력에 응답하여 상기 하나 이상의 LED램프들 각각에 구동전류를 공급하는 하나 이상의 드라이버들과;

   상기 직류전압공급기로부터 출력되는 직류전압을 분압하여 전원검출신호를 출력하는 전원검출부와;

   상기 직류전압공급기와 상기 드라이버들 사이에 접속되어 있으며, 조명제어신호의 입력에 따라 상기 드라이버들로 출력되는 직류전압을 제어하여 상기 LED램프들로 각각 제공되는 전류량을 조절하는 조명제어부와;

   상기 LED램프들의 타측과 접지 사이에 각각 접속되어 상기 LED램프들 각각에 흐르는 전류를 전압으로 변환하여 해당 LED램프의 램프이상검출신호들을 출력하는 전류-전압변환기와;

   미리 설정된 기준전압과 상기 램프이상검출신호들의 전압레벨을 비교하여 상기 램프이상검출신호들의 전압레벨이 상기 기준전압의 전압레벨보다 낮을 때 해당 LED램프의 고장상태를 나타내는 에러검출신호를 출력하는 램프상태검출부와;

   상기 주제어기로부터 송신되는 제어데이터에 대응하는 조명제어신호를 상기 조명제어부로 제공하고, 상기 램프상태검출부로부터 에러검출신호가 출력되거나 상기 전원검출부로부터 출력전압이 없을 때 자신의 고유식별코드를 포함하는 LED램프의 이상상태신호와 전원이상상태신호를 상기 주제어기로 전송하는 통신 제어부로 구성함을 특징으로 하는 LED 조명기구 제어시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 램프상태검출부는 미리 설정된 기준전압을 출력하는 기준전압설정부와, 상기 기준전압과 상기 전류-전압변환기로부터 출력되는 램프이상검출신호의 전압레벨을 비교하여 상기 램프이상검출신호의 전압레벨이 상기 기준전압의 전압레벨보다 낮을 때 LED램프의 고장상태를 나타내는 에러검출신호를 출력하는 비교기로 구성함을 특징으로 하는 LED 조명기구 제어시스템.

Images