KR101320670B1 - 엘이디 조명의 충전시스템 및 정전감지 장치 - Google Patents

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Abstract

기존의 정전감지 방법은 전선이 활선인지 아닌지 활선이라면 전압치가 얼마나 되는지를 알기 위하여 직접 전선에 접지선과 단자를 접촉하여야 하므로 별도 접지를 설치해야 검출이 가능하며, 특히 벌브(Bulb) 형태의 조명기기 경우에는 측정기의 절연상태가 충분히 보장되어야 하므로 접지를 별도 설치하여, 그 제작이 어렵고 그 부피가 크며 무겁게 되어 사용이나 보관 설치가 불편하게 되는 문제점이 있었다. 또한, 1회선을 건물의 주전원에서 등기구까지 배선하여야 하는 단점과 접지를 별도 시공해야 하는 번거로움이 있어 사용자의 편리와 시공이 편리한 하며 부하측에 공급되는 상용전원의 급작스런 정전이 발생하는 경우 부하측에 연속적인 전원 공급을 유지시켜 부하측 설비의 안정성을 제공하도록 하는 것이며, 2차 전지와 충전 계통의 문제와 비상 조명 장치가 점등되어야 할 시점에서의 전지의 만 충전 상태를 보장하기 위하여 평상시 과다한 충전을 계속하기 때문에 이에 따라 전지의 수명이 일반적인 전기 제품에 사용되는 전지에 비해 극도로 짧아지게 되고 다수개 셀로 이뤄진 축전부의 셀당 개별적 충전으로 충전효율 증대로 실제 비상 조명 장치를 사용하여야 하는 정전 기타 상황이 발생하게 되면 비상 조명 장치가 제 기능을 제대로 수행하기 위함이다.

Description

엘이디 조명의 충전시스템 및 정전감지 장치 {LED Lighting charge system and power failure sensor}
본 발명은 엘이디(LED) 조명의 충전시스템 및 정전감지 장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 조명 장치에 사용되는 축전지로서 다양한 2차전지 등을 사용하도록 하여, 2차 전지를 사용하는 경우 발생되는 각종 문제점을 극복하고 비상 조명 장치가 실제 비상시에 용이하게 사용될 수 있도록 단시간 내에 고속 충전이 가능하도록 하여 비상시에 사람의 시야가 확보될 수 있도록 하는 LED 조명의 충전장치 및 정전감지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 대형 건물이나 공공장소 등의 사업장에는 기본적으로 설치되는 조명장치 외에 정전 등의 비상 상태에 대비할 수 있도록 하는 비상 조명 장치의 설치가 의무화되고 있다. 이러한 비상 조명 장치는 외부 AC 전원이 차단되었을 때 점등되도록 설계되는데, 이 때 비상 조명 장치의 전원으로서 주로 사용되는 2차 전지는 리툼 이온 전지 또는 리툼 폴리머 전지, 납 축전지, 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지 등이 있다.
상술한 단점이 발생하는 것은 전지와 충전 계통의 문제가 주된 원인으로 지적되는데, 더욱 상세히 설명하면 비상 조명 장치가 점등되어야 할 시점에서의 전지의 만 충전 상태를 보장하기 위하여 평상시 과다한 충전을 계속하기 때문에 이에 따라 전지의 수명이 일반적인 전기 제품에 사용되는 전지에 비해 극도로 짧아지게 되어, 비상 조명 장치 최초 설치 후 일정 시간이 지난 후에 실제 비상 조명 장치를 사용하여야 하는 정전 기타 상황이 발생하게 되면 상술한 원인으로 인해 비상 조명 장치가 제 기능을 제대로 수행하지 못하게 되는 것이다.
따라서, 비상 조명 장치가 실제 비상시에 용이하게 사용될 수 있도록 2차 전지의 상술한 문제점을 극복하고 복수개의 셀로 이루어진 축전부의 충전 효율을 높이는 것과, 단시간 내에 고속 충전이 가능하도록 하여 비상시에 사람의 시야가 확보될 수 있도록 보다 실규하고 진보한 LED 조명의 충전장치 및 정전감지 시스템에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 조명 장치에 사용되는 2차 전지는 리툼 이온 전지 또는 리툼 폴리머 전지, 납 축전지, 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지 등 이 통상 쓰이고 있으며, 새롭게 적용되는 리툼 인산철 전지, 하이브리드 전지가 사용되고 있다. 상기 2차 전지의 특성상 셀당 내전압이 통상 2.3V~4.5V미만으로 제작되어 LED조명에서 내부 컨버터나 인버터의 출력전압을 축적하려면 내전압 허용범위 내(예: 전지 한 개의 내전압이 2.5V일때 컨버터 출력전압이 15V일시 6개 이상으로 직렬로 접속) 다수개의 축전부를 직렬로 접속하여 사용하며 또한, 전기 이중층 캐패시터(EDLC)를 쓸 경우도 다수개의 셀로 직렬접속으로 컨버터나 인버터의 출력전압에 대응하도록 사용하고 있다.
상기 서술한 문제점으로 전지의 허용 내전압보다 컨버터의 높은 출력전압을 감압 변압부(감압 DC-DC 컨버터)를 설치하여 배터리나 하이브리드 캐패시터와 전기 이중층 캐패시터의 내전압 허용 전압으로 축적하여 정전 시 입력 전압이 소정값 이하일 때 상기 축전부의 축전된 전압을 승압 변압부(승압 DC-DC 컨버터)를 거쳐 출력하여 적은 수량으로 단가와 효율을 개선시킴과 조명장치의 보다 안정적인 작동을 보장하도록 하는 것과 특히 입력 배터리의 수를 감소하여 출력전압을 임의로 조정할 수 있는 전압 증폭회로에 관한 주요 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 도시된 구성에서 알 수 있듯이 고집적에 유리하도록 배터리나 하이브리드 캐패시터와 전기 이중층 캐패시터의 개수를 종래회로보다 반정도를 줄였음을 유의하기 바란다.
본 발명의 추가 목적은, 종래의 정전대비용 조명기기는 단상 2선식이나 3선식으로 구성되어 있어 현 건축물 전기 배선을 고려할 때 비상조명으로 사용하고자 할 때에는 1회선을 건물의 주전원에서 등기구까지 배선하여야 하는 단점과 접지를 별도 시공해야 하는 번거로움이 있었다.
국내 공개 실용신안실2000-0005639에서 종래 조명장치의 단점을 보완하기 위한 것으로, 1회선을 건물의 주전원에서 등기구까지 배선하여야 하는 불편 없이 등기구 내부의 배선만으로 간단히 설치할 수 있도록 단상 2선식으로 구성된 정전대비용 형광등 안정기의 배경기술은 전선을 직접 연결하여 감지하는 방법을 제시 하였으나 전원입력 시 형광등과 연결되고 정전 시 상기 형광등과 연결되지 않는 전자식 안정기와, 전원입력 시 배터리를 충전하여 정전 시 상기 배터리에 충전되어 있는 전압이 사용되는 배터리 충전회로와, 정전 시 상기 축전부와 인버터를 연결해주는 정전감지회로와, 전원입력 시 상기 형광등과 연결되지 않고 정전 시 상기 형광등과 연결되는 인버터로 구성되어 주변회로가 복잡하고 생산 시 많은 단가를 요하여 간결하게 회로를 구성하여 설치가 용이한 기술이 필요한 실정이고 벌브(Bulb)형태의 조명기기에서 구성하기 어려운 점이 있었다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 LED 조명의 충전시스템 및 정전감지 장치는 LED 조명에 장착되어 전원을 공급하는 전원 공급장치에 있어서, 외부 전원공급을 판단하는 외부 전원 정전감지 판별부, 컨버터(AC-DC 또는 DC-DC 컨버터) 및 복수개의 배터리(셀)를 충전하는 충전부, 축전부, 저전압 제어부, 변압부, 선택 제어부, 정전류 제어부를 구비한다.
외부 전원공급부는 외부로부터 주전원을 공급받으며, 외부 전원 정전감지 판별부는 상기 외부전원이 안정적으로 공급되는지 여부를 판단하여 상기 외부전원을 선택하여 출력할지 충전전원을 선택하여 출력할지를 결정하도록 하는 전원선택신호를 발생하며, 상기 외부전원이 공급되지 않는 경우(예 : 정전 혹은 비상사태가 발생하여 외부 전원 공급이 차단되거나 전압이 일정 수준 이하로 감소한 경우) 상기 정전감지 판단부의 주전원차단신호를 출력하여 축전부의 축적된 전압 및 전류를 엘이디(LED) 모듈로 공급하게 된다.
추가적으로, 선택 제어부는 불꽃 감지, 온도감지, 인체감지, 진동(지진)감지에 응답하여 축적된 전원을 선택하여 축전부의 전원을 LED모듈로 공급 하는 회로나 단계를 더 포함될 수 있으며,
상기 충전부는 다수개 셀로 이뤄진 축전부의 셀당 개별적 충전으로 충전효율 증대와 LED 전등의 내부 온도를 감지하여 축전부의 열화를 방지목적의 충전량 제어부를 더 구비하며, 컨버터의 높은 출력전압을 감압 변압부(감압 DC-DC 컨버터)를 설치하여 축전부의 내전압 허용 전압으로 축적하여 축전부의 축전된 전압을 승압 변압부(승압 DC-DC 컨버터)를 거쳐 출력하여 적은 수량으로 단가와 효율을 개선시키는 충전 회로부를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 LED 조명의 정전감지 장치는 전류가 흐를 경우 정전감지 판별부에 권선된 감지부(50)에 유도전류가 흐르게 되고, 이 유도전류는 정류수단에 의해 정류된 후 정전 판별회로에 인가된다. 따라서, 사용자는 전력케이블에 끼워지는 본 발명의 정전감지 장치를 내장시킴으로 별도 접지선을 설치하거나 복잡한 회로를 구성이 필요 없는 LED 조명의 충전시스템 및 정전감지 장치가 개시되며, 기존의 정전감지 방법은 전선이 활선인지 직접 전선에 접지선과 단자를 접촉하여야 하므로 별도 접지를 설치해야 검출이 가능하여 또한, 이러한 접지를 이용한 측정 시에 자연재해 등으로 인하여 내부 회로이상이 발생하는데, 그러한 발생건수는 매년 빈번한 실정이므로 이에 대한 근본 대책이 요구되고 있다.
본 발명은 종래 조명장치의 단점을 보완하기 위한 것으로, 주전원에서 등기구 까지 배선하여야 하는 불편 없이 등기구 내부의 배선만으로 간단히 설치할 수 있도록 구성된 LED 조명의 충전시스템 및 정전감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 LED 조명의 충전시스템 및 정전감지 장치에 따르면,
1) 복수개의 셀로 이루어진 축전부를 개별로 셀 분할하여 단시간 내에 고속 충전이 가능하도록 충전 효율을 높이는 것과,
2) 컨버터의 높은 출력전압을 감압 변압부(감압 DC-DC 컨버터)를 설치하여 배터리나 하이브리드 캐패시터와 전기 이중층 캐패시터의 내전압 허용 전압으로 축적하여 상기 축전부의 축전된 전압을 승압 변압부(승압 DC-DC 컨버터)를 거쳐 출력하여 적은 수량으로 단가와 효율을 개선시킴과 조명장치의 보다 안정적인 작동을 보장하도록 하는 것이다.
3) 본 발명의 활선여부 체크장치를 내장시킴으로 별도 접지선을 설치하거나 복잡한 회로를 구성이 필요 없는 LED 조명의 정전감지 장치가 개시된다.
4) 벌브(Bulb)형 전구 또는 안정기 형태의 LED조명에 비접촉형 검전기(정전유도 작용에 의한 정전기를 증폭시켜 검전 하는 방식)로 정전 판별의 출력값을 출력하여 여기에 비례하여 정전판별을 용이하게 판단할 수 있어 동(動)적으로 판별하도록 되어 있는 것이다.
5) 건물 내 정전이나 지진, 각종 재해가 발생하는 경우 정전이 지속될 시간을 파악하여 해당 시간과 축전지에 충전된 전원량에 따라 정전된 시간 동안 조명이 소등되는 일이 없도록 하는 효과와 단상 2선식으로서 등기구 내부의 배선만으로 정전감지 시스템을 간단히 설치할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 조명의 충전시스템 및 정전감지 장치의 기본적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2, 2a는 본 발명에 따른 배터리 충전회로의 개략적인 구성도 및 셀의 균등 충전장치 없이 충전 시 셀 간의 용량편차가 발생할 경우 각 셀 간의 용량추이를 나타낸 충전 예시도.
도 3, 3a는 본 발명에 따른 선택 제어부의 센서 감지 입력에 의한 개략적인 흐름을 나타낸 구성도 및 선택 제어부의 구성을 도시한 블록도로 도시한 순서도.
도 3b는 본 발명에 따른 외부 보조전원을 이용한 충전장치의 구성을 도시한 구성도.
도 4, 4a는 본 발명에 따른 LED 조명의 정전감지 시스템의 일실시예에 있어서 정전감지 판별부의 상세 구성 블록도 및 감지부의 감지방법을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 LED 조명의 정전감지 시스템의 정전감지 판별출력 예시 및 감지부의 회로를 나타낸 회로도.
본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 설명에 앞서 기존 LED 조명장치에 배터리를 내장한 제품들이 시장에서 판매되고 있어, 발열이 심한 LED 조명 특성상 내부에 배터리 등을 내 외장시킨 제품의 문제점이 지적 되는 바 화학적으로 전기에너지를 축적하는 배터리를 다수개의 셀(Cell)을 구성하여 직렬로 연결된 팩 전압이 설정된 범위에 있다 할지라도 각각의 셀 중 하나라도 셀과 셀의 불균등화된 상태로 충전이 이루어졌다면 셀과 셀의 불균형 때문에 각각의 셀들은 위험한 상황에 놓이게 되며, 불균형의 원인으로 각각의 셀이 충전될시 수용범위의 가변성, 셀의 조립 시 가변성, 조립위치에 따른 축전지 팩 내부의 온도 편차 및 각각의 셀이 지닌 방전 사이클 / 방전율 등이 다른점으 로 셀당 불균형이 발생되는 원인이 된다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 조명의 충전시스템 및 정전감지 장치의 기본적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도를 설명하자면, 컨버터 내부에는 전자파 차단을 위한 EMI(Electro Magnetic Interference) 필터를 통해 상용전원을 필터링 하여 외부전원을 컨버터에 공급한다.
컨버터(10)는 상용전원과 EMI 필터 사이에 과전류로부터 LED 조명 장치를 보호하기 위한 퓨즈(Fuse)를 더 구비한다.
선택 제어부(11)의 주변 구성으로 외부에서 전원공급을 받는 컨버터(10)의 전원 입력부, 정전감지 판별부(14), 축전부(16)에서 출력되는 전원을 출력 변압부(17)의 전원 입력부, 외부 전원과 축전부 전원을 비교처리 하여 선택적으로 출력되는 정전류 제어부(12)로 전원을 공급한다.
선택 제어부(11)의 추가적 구성은 후술할 PIR 센서, 진동(지진감지)센서, 무선 수신부(39) 등을 구성 할 수 있으며, 또한 스위칭(FET:Field Effect Transistor)부를 더 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 외부 전원을 공급받는 컨버터(10)는 EMI필터, 정류용 다이오드, 변압부, 전원 공급부, 스위칭부, 보조 전원부 및 측정부를 더 포함할 수 있다. 도시된 구성요소들 모두는 필수 구성 요소가 아닐 수 도 있으며, 하나 이상의 구성 요소(예를 들어, 변압부 등)는 생략될 수도 있다.
이에 본 발명에서 제안하는 정전감지 판별부(14)는 단순한 보조 전원공급 기능뿐만 아니라 외부전원 공급이 갑자기 차단되었음을 알리는 신호를 선택 제어부(11)로 전달하는 기능을 포함함으로써 상기 신호를 이용하여 전자장치가 스스로 전원차단에 대한 대응조치를 할 수 있도록 한다.
외부전원 공급이 정상적으로 공급되면, 정전감지 판별부(14)는 주전원이 안정적으로 공급되고 있음을 인식하고 이에 대응되는 전원선택신호를 선택 제어부(11)로 출력한다. 예를 들어, 주전원이 안정적으로 공급될 때 전원선택신호는 디지털 값 1 또는 0을 출력하게 되고, 선택 제어부(11)는 1 또는 0의 값을 가지는 전원선택신호가 입력되면 주전원을 수신하여 정전류 제어부(12)로 상기 외부전원을 출력하여 엘이디(LED) 모듈(13)로 공급한다. 이때, 선택 제어부(11)는 정전감지 판별부(14)에 응답하여 동작하는 릴레이, 제어용 스위칭소자(55)등 유사한 전기적 스위칭 구조를 가질 수 있다. 이 경우에는 선택 제어부(11)나 정전감지 판별부(14)는 외부전원 공급 차단신호를 발생하지 아니한다.
도 1의 본 발명에 따른 LED 조명의 충전시스템의 상세한 설명을 하자면,
외부 전원과 연결되어 교류전원 또는 직류전원을 입력받는 컨버터(AC-DC)(DC-DC)의 출력된 전원을 공급하여 충전 변압부(15A)는 컨버터(10)로부터 공급되는 전압의 레벨이 축전부의 전원보다 고압인 경우(예를 들어, 축전부의 충전전원은 4.2V이고, 공급 전원이 18V 또는 42V 등인 경우), 축전부의 동작 전원 레벨로 감압하고 감압된 전압 레벨로 일정하게 충전될 수 있도록 충전 회로부(15B)로 전원을 공급 처리한다. 도 1을 보아 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 LED 조명의 충전시스템의 충전 변압부(15A), 충전 회로부(15B)로 구성된 충전부(15)의 출력된 전원을 축전부(16)로 공급이 되면 축전부(16) 구성 요소인 내부나 외부에 배터리(셀)과 저전압 제어부(16B)가 안착되어 형성되는 것으로 축전부(16)는 충전부 전원을 수신하여 충전용 배터리(16A)등을 충전을 개시하게 된다. (여기서 배터리나 셀의 명칭은 동일로 간주하기 바란다).
외부전원 공급이 사용자의 의도가 아닌 전원차단 시(정전/재난/화재 신호) 정전감지 판별부(14)는 설정 값을 출력하게 되고, 축전부(16)의 축전된 전원은 출력 변압부(17)로 출력하여 컨버터(10)의 출력 전압과 동일 혹은 유사한 전압(예: 컨버터 전압이 12V일 때 12V 승압 하여 출력)으로 선택 제어부(11)로 공급되어 외부전원 공급 대신 축전부(16)로부터 전원을 수신하여 엘이디(LED) 모듈(13)로 공급한다.
또한, 선택 제어부(11)는 축전부(16)에 의한 전원 공급이 이루어지는 도중 사용자에 의한 동작 종료 명령 입력 시 선택 제어부(11)의 제어에 의해 오픈(open) 상태로 전환되어 구동 전원이 공급되지 않도록 별도 제어 스위치가 구성될 수 있다(전원 차단). 물론, 제어 스위치는 생략되어 해당 구간이 항상 쇼트 상태로 유지되도록 할 수 있으며, 전원 차단은 선택 제어부(11)의 동작에 의해 소프트웨어적으로 처리될 수도 있을 것이다.
여기서 저전압 제어부(16B)의 기능으로 출력 변압부(17)의 내부구동 회로로 인하여 저전압으로 과도한 셀 전압 하락되는 것을 방지하는 목적이다.
추가적으로 상기 충전부(15), 충전 회로부(15B) 또는 축전부(16)의 어느 하나에 있어서 만충전 인디케이터(indicator), 저전압 인디케이터(indicator) 혹은 충전량 표시 인디케이터(indicator)가 구성되며 갑자기 전원이 차단됨으로써 발생되는 높은 서지 전압이라던가 큰 노이즈를 방어하기 위한 자체 회로들을 구동시키거나 구성을 할 수 있을 것이다.
도 2, 2a는 본 발명에 따른 배터리 균등 충전회로의 개략적인 구성도 및 셀의 균등 충전장치 없이 충전 시 셀 간의 용량편차가 발생할 경우 각 셀 간의 용량추이를 나타낸 충전 예시도이다.
도 2, 2a에 나타낸 본 발명은 배터리(셀)의 균등 충전장치에 관한 것으로 더욱 상세히는, 셀 간 개별적 충전으로 리툼이온 전지, 니켈 수소전지, 리툼 폴리머 전지, 전기 이중층 캐패시터(EDLC)와 하이브리드 캐패시터(이하, 셀로 명칭) 등 각 개별 셀 중에 전압이 낮은 셀과 높은 셀에 개별 충전하도록 하는 방식을 통해 일정비율의 배터리의 균등화를 이룰 수 있음과 아울러 열적인 문제를 해소하고, 회로구현의 간소화를 이룰 수 있도록 하여 축전지의 수명과 효율을 극대화 할 수 있도록 발명한 것이다.
이와 같이 셀이 불균형일 경우 예상되는 결과로는 셀이 직렬로 연결되어 있어 도 2a와 같이 각각의 셀은 불균형을 이루고 있으며, 그중 가장 먼저 충전이 된 축전지에 의해서 충전을 멈추어야 하는데 이로 과충전으로 인한 축전지에 무리를 주는 것을 막기 위하여 주의 깊은 감시와 제어가 필요하다. 일예로 납축전지의 셀과 셀 사이의 불균형은 만충전 및 과충전 제어에 의해서 해결할 수 있었다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
상기 컨버터(10)의 전원이 공급되면 충전 변압부(15A)에서 소정 값으로 변환된 전압이 입력 되는 충전 회로부(15B)의 출력신호에 대응하는 S1, S2 스위치가 작동되어 셀 간 충전을 충전 회로부(15B)로부터 공급되어 Cell(1), Cell(2), Cell(3)이 병렬로 구성되며 충전전압의 공급을 제어하게 된다.
이때, S1의 출력신호에 대응하는 충전 회로부(15B)로부터 출력되어 각각의 셀로 공급되는 셀 충전전압의 공급을 제어 하며 상기 S1과 S2는 반대로 일정주기 또는 역동작 하도록 구성되는 것이 바람직하다. 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 충전부(15) 또는 충전 회로부(15B)에 의해 절환 되는 스위치 S1, 상기 S1과 역동작 하는 S2의 구동전류를 스위칭 하는 FET, TR로 이루어져 질 수 있다.
예를 들어, 상기 S1과 S2의 동작에 대해 설명하면, 상기 입력되는
컨버터(10) 전원을 공급되어 충전 변압부(15A)에서 소정 값으로 변환된 전압이 충전 회로부(15B)로 공급되는 경우에는 상기 충전 변압부(15A) 또는 충전회로부(15B) 검출전압으로, 상기 S1은 스위칭 되어 턴온 되며, 각 셀 과 셀 사이의 불균형 없이 충전이 이루어진다. 이때, 상기 S2는 복수개의 각 셀 간 직렬구성을 턴오프 시키며 이에 따라 상기 충전 회로부(15B)는 동작하여 각 셀을 개별적 균등충전을 하게 된다. 이때, 충전 회로부(15B)로 절환 되는 스위칭 S2는 각 셀 과 셀 사이의 전기적 직렬동작을 정지시켜 보호 기능을 수행하며, 반대로 각 셀들이 만 충전내지 방전 시 또는 컨버터(10) 공급전압이 없을 시 S1은 스위칭 되어 턴오프 되며 S2은 스위칭 되어 턴온 되도록 제어할 수 있다.
추가적으로, 비교기(미도시)로 구성을 예시하여 설명하면 상기 충전 회로부에 연결된 반전 입력단, 상기 각 셀 간에 연결된 비반전 입력단 및 상기 각 셀 간 전압이 상기 충전 회로부 전압보다 낮으면 하이레벨인 각 셀들을 병렬로 접속구성되어 충전신호(S1)를 출력하고, 상기 각 셀 간 전압이 상기 충전 회로부 전압보다 높으면 로우레벨인 각 셀들을 직렬로 접속구성되어 방전신호(S2)를 출력하도록 하며 S1과 S2는 역동작 하도록 대체하여 구성 할 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 선택 제어부의 센서 감지 입력에 의한 개략적인 흐름을 나타낸 구성도를 설명에 앞서 상기 PIR 센서(39a), 불꽃 센서(38b), 진동 센서(38c), 무선 수신부(39)등 지정된 상황에 출력되도록 설정된 출력을 이벤트 신호(38d)라 지칭한다.
상기 지정된 이벤트(예를 들어, 무선 수신부에 수신된 재난/화재/정전신호, PIR 센서 감지신호, 진동 센서로 감지한 지진신호, 불꽃 센서로 감지된 실내외 화재감지 등)가 발생되었는지 여부가 감지되도록 하기 위한 센싱 신호를 생성하여 선택 제어부(11)로 제공한다.
이벤트 감지부는 센싱 신호의 생성을 위해 예를 들어, PIR 센서(39a), 불꽃 센서(38b), 진동 센서(38c), 외부 무선 송신을 수신하는 무선 수신부(39) 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 선택 제어부(11)는 이벤트 신호(38d)를 감지하여 컨버터(10)로부터 공급되는 전압을 감지한다. 그러나, 만일 컨버터의 전압값이 없다면 축전부(16)에 의한 전원 공급이 이루어지는 것으로 판단하되 비상상태에서의 LED 모듈(13)의 점등/소등 유무를 처리 수행한다. 이러한 단계는 선택 제어부(11)의 전기적 스위칭으로 절환 되는 절환부가 도 3에 명시가 되어 있어 선택 제어부(11)로부터 미리 저장된 프로세스로 전원 공급이 가능한 선택을 추정한다. 이하, 선택 제어부(11)는 입력되는 센싱 신호를 해석하여 이벤트 발생 여부를 판단하여 점등/소등을 판단한다.
도 3a는 본 발명에 따른 선택 제어부의 구성을 도시한 블록도로 도시한 순서도이다.
도 3a를 참조하면, 외부전원 공급을 받는 컨버터 및 정전감지 판별부을 포함한다.
선택 제어부는 이벤트 신호 즉, PIR 센서(39a), 불꽃 센서(38b), 진동 센서(38c), 무선 수신부(39)를 포함한다.
선택 제어부는 이벤트 신호(38d)에 의해 제공되는 정보를 이용하여 전원 공급이 컨버터 구동 전원과 축전부로부터 제공되는 것인지를 판단할 수 있으며, 외부 전원 공급이 차단될 시 축전부로부터 공급되도록 선택하고 무선 수신부의 재난/화재/정전 신호를 비상 상태로 인식하여 신속한 처리가 이루어지도록 제어할 수 있다.
선택 제어부는 이벤트 신호(38d)로부터 입력되는 센싱 신호를 이용하여 이벤트 감지 여부를 판단하고, 축전부의 보조 전원부에 의한 전원 공급이 이루어지는지 여부 등을 판단하여 상응하는 동작이 수행되도록 제어한다. 또한, 상술한 각 구성 요소가 지정된 기능을 수행할 수 있도록 제어하며 입력된 정보를 출력 후 입력된 정보를 판단하여 상기 PIR 센서에 의한 엘이디(LED) 모듈(13)의 점등유무 판단, 진동에 의한 지진 판단, 불꽃 감지에 의한 화재 판단, 무선 수신부에 의한 재난정보 및 정전 신호 등을 판단하여 엘이디(LED) 모듈(13)의 점등 또는 소등을 수행한다.
상기 무선 수신부는 수신부 별로 고유한 번호나(혹은 아이디)가 할당되어 있다 가정한다.
이후, 입력된 정보 출력 및 판단에서 상기 입력된 정보, 즉, LED 조명의 고유 번호, 아이디를 무선 송신부을 통해 지정된 LED 조명에 무선 수신부로 전송한다.
추가적으로, 상기 선택 제어부는 사용자 조작 명령을 입력받기 위한 수단이 될 수도 있으며 선택 제어부는 예를 들어 기계식 키 버튼, 터치센서, 적외선 리모콘 수신부 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
여기서, 진동 감지를 방법과 PIR 센서에 의한 인체감지의 예시를 하자면 만약 지진 또는 이에 준하는 자연재해로 인해 건축물이 흔들리면서 발생되는 진동에 의해 LED 조명이 유동하게 되면, LED 조명의 하부 중앙에 설치되어 있는 진동 센서의 감지도 전후 또는 좌우 방향으로 연동되어 진동추가 흔들리게 되므로 진동추(미도시)에 구비된 영구자석의 자력에 의해 '온'상태를 유지하고 있던 리드스위치(미도시)가 '오프'된다. 따라서 리드스위치의 '오프'된 신호를 선택 제어부에서 감지하여 LED 모듈을 제어하여 점등유무 판단 한다. 동시에 선택 제어부은 경보신호를 전달하여 경보음을 발생시키거나, 경보램프를 점등시키기 위한 자체 회로들을 구동시키거나 구성을 할 수 있을 것이다.
또한, 인체감지는 인체에서 나오는 약 10마이크로미터 정도 되는 적외선양의 변화 상태를 적외선소자가 포착하는 이른 바 수동형 적외선감지(PIR센서)방식에 기반하고 있다.
즉, 실내온도와 인체의 온도차가 3도 이상이고 물체가 초속 30㎝~2m로 움직이면 감지권내에 들어오는 원리를 이용한 것이다. 예를 들어 온도가 24도인 실내에 34도의 체온을 가진 사람이 들어 온다고 가정했을 경우 센서가 순간적으로 이때의 온도차를 감지하면서 조명기구 등의 전원이 자동으로 켜진다. 반대로 사람이 나간 후나 움직임이 없을 경우 온도차가 없어지게 되기 때문에 스위치는 자동으로 불필요한 전력소모를 막을 수 있다.
도 3b는 본 발명에 따른 외부 보조전원을 이용한 충전장치의 구성을 도시한 구성도이다.
도 3b를 참조하면, USB 및 솔라 셀(Solar Cell)등 외부 보조전원(36)을 받는 보조전원 입력단자(30), 변압부(31), 스위칭 소자 (32), 전류센서(33), PWM 발생기(34), 전류 감지부(35), 온도센서(37), 배터리(셀)(16A), 충전 회로부(15B)를 포함한다.
상기 도 3b에 명시된 구성을 설명하자면, 보조전원 입력단자(30)의 외부전원이 인가 시 변압부(31)와 충전 회로부(15B)에 전원이 인가되는데 이때, 충전 회로부(15B)는 펄스폭 변조(PWM) 듀티를 조절 출력하여 상기 스위칭 소자(32)를 스위칭 한다. 상기 스위칭 소자(32)와 전류센서(33) 사이에 전기적으로 연결되어 전류를 단속 출력하고, 전류 감지부(35)는 전류센서(33)와 충전회로부(15B)에 연결되며, 전류 감지부(35)는 스위칭 소자(32)와 배터리(셀)(16A) 사이의 전류를 감지한다.
충전 회로부(15B)는 전류 감지부(35)의 감지전류와 기준전류를 비교하고, 그 비교결과에 따라 펄스폭 변조(PWM) 듀티(Duty)를 조절하는데, 이러한 충전 회로부(15B)는 전류 감지부(35)로부터의 감지전류가 기준전류보다 크거나 작으면 펄스폭 변조 듀티(Duty)를 작게 하거나 크게 하는 정전류 제어를 수행한다. 스위칭 소자(32)는 FET(Field Effect Transistor), TR, 포토 커플러등 유사한 자체 소자들로 구동시키거나 구성을 할 수 있을 것이다. 상기 충전 회로부(15B)는 정전압 또는 정전류 제어방식으로 충전이 이루어지도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 온도센서(37)는 배터리(셀)(16A)이 과전류로 충전되는 것을 방지하기 위하여 기준 충전전류를 설정하거나, LED 모듈(13)로 인한 내부 온도 상승 시 감지하여 상기 배터리(셀)(16A)의 만 충전전압을 설정하기 위함과 설정된 온도로 도달 시 고속 충전에서 완속 충전으로 전환하는 역할을 한다. 상기 온도 센서(37)는 온도가 증가함에 따라 저항값이 상승하는 써미스터, 바이메탈, 온도 스위치 등으로 대체하여 사용 할 수 있을 것이다.
도 4, 4a는 본 발명에 따른 LED 조명의 정전감지 시스템의 일실시예에 있어서 정전감지 판별부의 상세 구성 블록도 및 감지부의 감지방법을 나타낸 예시도이다.
도 4를 참조하면, 정전감지 판별부(14)는 외부전원 공급을 받는 LED조명의 전선(54)에 비접촉형 검전이 가능하도록 감지부(50), 활선여부 감지부(51), 증폭부(52), 스위칭부(53)로 구성되어 있다.
여기서, 기존의 선행된 기존의 정전감지 방법에 대하여 설명하자면, 전선이 활선인지 아닌지 활선이라면 전압치가 얼마나 되는지를 알기 위하여 직접 전선에 접지선과 단자를 접촉하여야 하므로 별도 접지를 설치해야 검출이 가능하며, 특히 벌브(Bulb)전구 형태의 조명기기 경우에는 측정기의 절연상태가 충분히 보장되어야 하므로 접지를 별도 설치하여, 그 제작이 어렵고 그 부피가 크며 무겁게 되어 사용이나 보관 설치가 불편하게 되는 문제점이 있었다. 가정이나 공장 사무실 등에 사용되는 전선은 모두 절연 피복된 상태이며, 도체에 전류가 흐를 때 피복된 절연체에는 약간의 전장이 가하여져 있는 상태에 있게 된다.
이러한 상태에서는 전술한 바와 같이 도 4, 4a에 의거 본 발명에 따른 LED 조명의 정전감지 시스템 구성과 작용을 설명하면, 감지부(50)는 나선형, 링 또는“C"자로 형성될 수 있는데 전선(54) 내부의 도체심선에 전류가 흐를 때 패러데이 법칙에 따라 기전력을 유도하게 된다. 상기 활선여부 감지부(51)는 감지부와 전기적으로 연결되어 상기 감지부(50) 신호를 공급받아 유도전류가 흐르는지 판별할 수 있도록 한다. 이때, 상기 활선여부 감지부(51)의 신호를 스위칭부(53)에 적정 구동전압이 인가되도록 증폭부(52)가 구성되어 적정 구동전압이 인가되도록 하며, 상기 스위칭부(53)는 최종적으로 감지부(50)의 도체심선에 흐르는 주전원이 안정적으로 공급될 때 외부전원 감지신호를 디지털 값 0 또는 1 , LOW 또는 HIGH로 선택 제어부(11)로 출력되어 상기 축전부(16)의 전원이나 외부전원 공급을 선택할 것인지 제어가 가능하다.
도 4a는 본 발명에 따른 LED 조명의 정전감지 시스템의 일실시예에 있어서,
상기 감지부(50)에는 다른 형태를 예시한다면, 케이블 도체심선을 둘러싸는 코일형태로 구성되어 상기 도체심선에 흐르는 전류에 의한 유도기전력으로 동작하도록 제작도 가능하며,
도 4a에 도시된 4-1의 구성은 감지부(50)가 나선형, 링 또는 “C"자로 형성되어 전선(54) 내부의 도체심선에 전류가 흐르는지 판별 예시이며, 도 4a의 50a는 후술할 정류 다이오드와 감압 저항, 캐패시터와 감압 저항을 2개의 그룹으로 예시한 것이다.
또한, 상기 정류수단과 직류전류에 의해 동작되는 감압 저항(41)이 연결되어 활선여부 감지부(51) 신호를 공급하여 유도전류가 흐르는지 판별할 수 있도록 한다.
도 4a에 표기된 4-2는 정전 판별회로로 이루어지는 폐회로에는 정류 다이오드(40) 및 전압 강하용 감압 저항(41)이 부가적으로 개재되어 상기 정전 판별회로에 적정 구동전압이 인가되도록 구성한 예시이며, 상기 감지부(50a)의 폐회로에는 정류 다이오드(40) 및 전압강하용 감압 저항(41)이 부가적으로 개재되어 상기 정전감지 판별부(14)에 적정 구동전압이 인가되도록 한다. 여기서 정류 다이오드는 단일의 다이오드, 혹은 브릿지 다이오드에 해당하는 정류수단이 연결되어 상기 정전감지 판별부(14)에 유도되는 교류 기전력을 직류로 정류하는 작용을 한다.
도 4a에 표기된 4-3은 전압강하용 캐패시터(42)와 감압 저항(41) 부가적으로 개재되어 상기 정전 판별회로에 적정 구동전압이 인가되도록 구성한 예시한 것이다.
정전 판별회로로 이루어지는 폐회로에는 전압강하용 감압 저항(41)이 부가적으로 개재되어 상기 정전 판별회로에 적정 구동전압이 인가되도록 한다.
여기서 직류에서는 캐패시터가 절연체이지만, 교류에서는 주파수에 따른 일종의 저항으로 볼 수 있다. 다만, 일반저항과는 달리 유효저항이 아니므로 손실이 거의 없어 높은 전압을 낮추는 목적에 저항대신 사용할 수 있으며, 상기 도 4a에서 캐패시터(42)를 60Hz의 교류저항으로 계산하여 회로를 본다면 순수 저항의 전압 분압상태로서 동작을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 LED 조명의 정전감지 시스템의 정전감지 판별출력 예시 및 감지부의 회로를 나타낸 회로도이다.
도 5를 참조하면, 감지부(50)와 컨버터 혹은 축전부 전원이 입력되는 56과 57의 동작 전원 입력단, 상기 전선(54)이 활선인지 판별 할 수 있도록 TR1이 감지부(50)와 전기적으로 연결 되어진 활선여부 감지부(51), 상기 전선(54)에 소정의 전위가 입력될 시 TR1에서 C2에 소정의 전위 레벨로 TR2에 입력신호가 입력되어 TR2 동작 시 출력되는 증폭부(52), TR2에 입력된 소정의 신호를 출력 하여 C4를 거쳐 입력 하는 TR3로 구성된 스위칭부(53), 상기 TR3로 소정의 원하는 신호를 출력하는 정전감지 판별 출력단자로 이루어지는 정전감지 판별부(14)로 구성되어 상기 LED 조명의 외부 전원 입력을 받는 전선(54)이 활선인지 신호를 공급하여 정전 유무를 판별할 수 있도록 하며, 도5에 명시된 TR3에 반응하는 LED1은 예시로 상기 스위칭부 (53)로 응답하여 동작하는 (릴레이, 포토 커플러, FET)제어용스위칭소자(55)등 유사한 전기적 스위칭 구조를 이용하여 정전감지 판별출력을 가질 수 있다.
추가적으로 도체에 전류가 흐르지 않는다면 전리현상도 형성되지 않아 암류가 발생되지 않으므로 감지부(50), (50a)에 아무런 전류가 흐르지 않아 출력도 나타나지 않으므로 출력장치인 상기한 바의 LED조명장치 내부에서 정전상태를 판별하게 되어 전선(54)에 전압이 걸려 있지 않은 상태를 감지하며, 증폭도는 도체의 전압과 절연물의 정련상태 정도 그리고 이격거리에 따라 필요한 경우 적절하게 VR1로 가감되어야 함은 물론이며, 또한 감지부(50)에 입력되는 입력전류(암류)는 감지부와의 이격된 거리에 따라 그 크기가 변화되는 만큼 정전 판별의 출력값으로 여기에 비례하여 정전판별을 용이하도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명은 LED 조명 내부에 전선의 전류 도통 상태를 체크할 수 있게 되며 접지선을 설치하거나 복잡한 회로를 구성이 필요 없는 LED 조명의 충전장치 및 정전감지 시스템이 개시된다.
본 발명의 실시 예는 LED 조명 에 사용되는 예를 이용하여 설명되었으나, LED 조명 뿐만 아니라 가정이나 공장 등에서 전원차단에 따른 응급조치가 필요한 장비 등 기타 다른 곳에도 적용이 가능하며 이 또한 특허청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 컨버터 11: 선택 제어부 12: 정전류 제어부
13: 엘이디(LED) 모듈 14: 정전감지 판별부 15: 충전부
15A:충전 변압부 15B:충전 회로부 16: 축전부
16A:배터리(셀) 16B: 저전압 제어부 17: 출력 변압부
30: 보조전원 입력단자 31: 변압부 32: 스위칭 소자
33: 전류센서 34: PWM 발생기 35: 전류감지 센서
36: 외부 보조전원 37: 온도센서 38a: PIR 센서
38b:불꽃센서 38c:진동센서 38d:이벤트 신호
39: 무선 수신부
40: 정류 다이오드 41: 감압 저항 42: 캐패시터
50: 감지부 51: 활선여부 감지부 52: 증폭부
53: 스위칭부 54: 전선 55: 제어용 스위칭소자

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  14. 엘이디 조명을 위한 정전 판정 장치로서,
    외부 교류 전원을 공급하는 전선에 접속된 전압 강하 수단과,
    상기 전압 강하 수단에 접속된 정전 감지 판별부를 포함하며,
    상기 전압 강하 수단은 감압 저항으로 구성되거나, 전압 강하용 커패시터로 구성되거나, 정류 다이오드와 감압 저항의 조합으로 구성되거나, 전압 강하용 커패시터와 감압 저항의 조합으로 구성되며,
    상기 정전 감지 판별부는 그 내에서의 전류 흐름을 검출하면 상기 전선이 활선 상태라고 판정하는,
    엘이디 조명을 위한 정전 판정 장치.
  15. 제 14 항에 따른 정전 판정 장치를 포함하는 엘이디 조명용 충전 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 정전감지 판별부는 상기 전류 흐름 검출에 따른 감압된 입력 신호를 증폭하는 증폭부를 더 포함하는,
    엘이디 조명을 위한 정전 판정 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 정전 감지 판별부는 상기 전선의 활선 상태 여부를 전기적 신호 값으로 해서 출력하는 스위칭부를 더 포함하는,
    엘이디 조명을 위한 정전 판정 장치.
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