KR101469836B1 - 내구성과 조명 효율을 향상시킨 led 조명시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED조명등의 수명에 비해 상대적으로 짧은 수명을 갖는 LED컨버터에 의해 LED 조명등의 수명이 실질적으로 짧아지는(즉, LED 조명등은 정상이나 LED컨버터의 문제로 점등이 되지 않는) 문제를 해결하여 수명을 연장시키고 LED 조명등의 조명 시 음영의 발생을 최소화하고 균일한 조도가 얻을 수 있어 조명 효율을 향상시킨 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 복수의 LED가 실장되는 회로기판의 랜드들이 지그재그의 격자무늬 구조로 배치되는 LED 조명등; 상기 LED 조명등에 점등전원을 공급하는 복수의 LED 컨버터; 외부전원이 상기 복수의 LED 컨버터 중 어느 한 LED 컨버터로 공급되도록 하는 절체부; 및 상기 절체부를 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템{LED lighting system}

본 발명은 LED조명등의 수명에 비해 상대적으로 짧은 수명을 갖는 LED컨버터에 의해 LED 조명등의 수명이 실질적으로 짧아지는(즉, LED 조명등은 정상이나 LED컨버터의 문제로 점등이 되지 않는) 문제를 해결하여 수명을 연장시키고 LED 조명등의 조명 시 음영의 발생을 최소화하고 균일한 조도가 얻을 수 있어 조명 효율을 향상시킨 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템에 관한 것이다.

일반적으로 LED(Light Emitting Diode) 소자는 높은 조도에 비하여 소비전력은 적고 반영구적인 수명을 가지며, 친환경적, 감성적 조명 등의 다양한 장점을 가져 최근 조명기구의 광원으로 대세를 형성하면서 가정, 사무실뿐만 아니라 터널, 공장, 마트 등 다양한 곳에 LED 조명등이 넓게 적용되고 있다.

이러한 LED 소자는 반영구적인 수명을 갖는 것으로 알려졌지만 이는 주변환경이 이상적인 조건하에서이고, 실제로는 방열문제나 과부하문제 등의 요인으로 인해 그 수명에 짧아질 수 있다.

한편, 상기 LED 소자를 이용한 LED 조명등의 수명을 약 5 ~ 6년으로 보았을 때 LED 조명등을 점등시키기 위해 점등전원을 공급하는 LED컨버터의 수명은 이에 못 미치는 실정이다.

그래서 LED 조명등은 정상이나 점등전원을 공급하는 LED컨버터의 수명이 다해서(즉, 고장이 발생해서) LED조명등이 점등되지 않는, 즉, 수명이 짧아지는 문제가 있다.

그리고 수명이 짧아짐으로 인해서 터널이나 천정이 높은 현장에서 설치되어 하자보수가 매우 어려운 경우에 하자보수비용이 증가하는, 다시 말해 하자보수 주기가 짧아 비용이 증가하는 문제가 있다.

그런데 현재의 기술수준에서 LED컨버터의 수명이 LED조명등의 수명에 버금가거나 그 이상이 되는 것은 아직 개발되어 있지 않기 때문에, LED컨버터의 수명으로 LED조명등의 수명이 짧아지고 하자보수비용이 증가하는 문제를 해결할 수 있는 수단의 필요성이 절실히 제기되고 있다.

LED조명등에 점등전원을 공급하는 LED컨버터를 포함하는 전원공급장치에 관한 종래기술로는 등록특허 제0727354호 "발광 다이오드 정전류 펄스폭 변조 구동 회로", 등록특허 제0982167호 "LED 광원용 전원 공급기 및 LED 광원을 동작시키는 방법" 등 다양하게 개시되었는데, 상기 두 등록특허를 포함해서 종래기술에 따른 LED조명등용 전원공급장치에서는 긴 수명을 갖지만 전원공급장치(즉, LED컨버터)에 의해 LED조명등의 수명을 연장할 수 있는 수단이 제시되지 않고 있다.

대한민국 등록특허 제0727354호 대한민국 등록특허 제0982167호

따라서 본 발명의 목적은 LED조명등의 수명에 비해 상대적으로 짧은 수명을 갖는 LED컨버터에 의해 LED 조명등의 수명이 실질적으로 짧아지는 문제를 해결할 수 있으며, LED 컨버터는 소비전력을 최소화하여 에너지 효율을 극대화하고 안정적인 동작을 하여 신뢰성이 뛰어난 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템을 제공하고자 함이다.

또한, LED 조명등의 조명 시 음영의 발생을 최소화하고 균일한 조도를 얻을 수 있어 조명 효율을 향상시킬 수 있는 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템을 제공하고자 함이다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템은, 복수의 LED가 실장되는 회로기판의 랜드들이 지그재그의 격자무늬 구조로 배치되는 LED 조명등; 상기 LED 조명등에 점등전원을 공급하는 복수의 LED 컨버터; 외부전원이 상기 복수의 LED 컨버터 중 어느 한 LED 컨버터로 공급되도록 하는 절체부; 및 상기 절체부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 LED 조명등의 랜드는, 일측의 제1광폭부; 상기 제1광폭부의 내측으로 연결되며 상기 제1광폭부보다 폭이 좁도록 구성되는 제1소폭부; 타측의 제2광폭부; 상기 제2광폭부의 내측으로 연결되며 상기 제2광폭부보다 폭이 좁고 상기 제1소폭부보다 돌출길이가 길도록 구성되는 제2소폭부;를 포함하여 구성될 수 있다.

하나의 예로써, 상기 제어부는, 상기 절체부에 의해 외부전원과 연결된 상기 LED 컨버터로 공급되는 외부전원을 감지하는 감지부; 및 상기 감지부의 감지신호를 받아 상기 절체부를 구동시키는 구동부;를 포함할 수 있다.

하나의 예로써, 상기 제어부는, 상기 감지부의 감지신호가 상기 구동부로 지연되어 전달되도록 하는 지연부;를 더 포함하며, 상기 절체부는, 구동코일과, 상기 구동코일에 발생되는 전자기력을 절체동작하는 마그넷스위치의 릴레이를 사용하고, 상기 감지부는, 상기 LED 컨버터로 공급되는 외부전원의 전류를 감지하는 변류기와, 상기 변류기에서 감지되는 전류에 감지전압을 기준전압과 비교하는 비교기 및 상기 비교기의 비교신호를 반전시키는 반전기를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 반전기의 반전신호로 온오프 작동하여 상기 구동코일에 구동전원이 공급 또는 차단되도록 하는 트랜지스터를 포함하고, 상기 지연부는, 상기 반전기의 반전신호로 충전되고, 충전되는 전압으로 상기 트랜지스터를 온오프시키는 캐패시터를 포함할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템은 하나의 LED 조명등을 점등시킬 수 있는 LED컨버터를 복수개 구비하고, 절체부와 제어부가 동작중에 점등전원을 공급하던 LED컨버터가 고장나면 정상 동작하는 다른 LED컨버터가 점등전원을 공급하도록 하여 LED조명등의 실질적인 수명이 연장되어 내구성이 향상되도록 하고, 그에 따라 LED조명등의 유지보수 주기를 연장시킴으로써 유지보수 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

그리고 LED컨버터는 에너지 효율을 높이기 위한 역률개선부와 정격전원을 위해 트랜스의 스위칭을 제어하는 PWM부를 각각 별개로 구비하고 별개로 구동되는 것이 아니고, 역률개선 PWM부에서 역률을 개선함은 물론 정격전원이 만들어지도록 하고, PWM 스위칭을 위한 평활부를 별도로 구비하지 아니하여 에너지 효율이 극대화되고, 피드백부의 구동전원을 트랜스 2차측에 별도로 권선된 보조권선으로부터 공급받음으로써 LED 부하의 쇼트시에도 잠시 동안 구동전원이 유지되어 쇼트에 따른 과전류를 감지하여 즉시 피드백시켜 컨버터를 안전하게 보호하고, 더불어 상용전원의 입력측에 바리스터를 구성하여 서지전원을 차단하고, EMI 필터를 구성하여 전도 노이즈를 최소화하고, 내전원충격에 충분히 견디고 방사 노이즈가 최소화되는 구조를 갖도록 설계하여 신뢰성이 높은 장점이 있다.

뿐만 아니라, LED 실내등에 있어, 회로기판을 구성하는 랜드들이 지그재그의 격자무늬 구조로 배치되어 실장된 LED 소자들이 서로 등간격으로 그리고 최대한 멀리 이격되어 배치되어서 조명효율이 높고 방열효율이 뛰어나다. 그리고 LED 소자가 솔더링 실장되는 랜드는 제조사나 그 종류에 무관하게 다양한 종류의 LED 소자가 공용하여 실장될 수 있는 구조를 가져 회로기판 제작의 비용과 기간을 단축시키고, 재고 부담을 줄일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 조명등의 회로기판을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회로기판의 랜드 구조를 나타내는 도면.
도 4는 기존에 적용되던 회로기판의 랜드 구조의 예를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 절체부와 제어부의 회로로.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 컨버터의 개략적인 구성도.
도 7은 도 6의 구체적인 회로도.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전류감지부의 작동 상태에 따른 전압파형을 나타내는 도면.
도 9a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열화감시부의 구성을 나타내는 블록도.
도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉 IR 센서 모듈의 전달 함수의 네트워크 다이어그램.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉 IR 센서 모듈의 회로도.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 파이버 접속부의 회로도.

이하 본 발명의 실시 예들을 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 효율 및 방열 기능을 향상시킨 LED 조명시스템을 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 LED 조명시스템은 LED조명등(1), 복수의 LED컨버터(2A, 2B), 절체부(RE1-A, RE1-B) 및 제어부(4)를 포함하여 구성된다.

먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 LED 조명등(1)은 조명시 음영의 발생을 최소화하고 적은 수의 LED 소자를 사용하여도 균일한 조도와 광량을 얻을 수 있게 함으로써 조명효율을 향상시키도록 구성되어 있다.

구체적으로, 상기 LED 조명등은 도 2에서 도시된 바와 같이 회로 기판(100)에서 칩형의 LED 소자(미도시)들이 각각 실장되는 랜드(110)가 지그재그의 격자무늬 구조로 배치되는 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 랜드(110)들이 가로방향(세로방향도 동일)으로 가면서 순차적으로 위아래를 오가는 구조로 배치되는 바, 전체적으로 격자무늬 형태로 갖도록 구성되어 있다.

다시 말해, 가로방향으로 배열되는 제1열의 랜드(110)들과 그 하부에 배치되는 제2열의 랜드(110)들과 그 하부에 배치되는 제3열의 랜드(100)들의 배치 구조를 보면, 제1열의 랜드(100)들과 제3열의 랜드(100)들은 서로 세로방향으로 마주보게 되고, 제2열의 랜드(100)들은 상기 제1열과 제3열의 랜드(100)들과 대각선방향으로 마주보게 되는 것이다.

이에 따라 어느 한 랜드(100)는 인접하는 주변의 랜드(100)들과, 즉, 예를 들어 제2열의 어느 한 랜드(100)는 그 상부의 좌우에 배치되는 제1열의 랜드(100)와 그 하부의 좌우에 배치되는 제3열의 랜드(100) 들과의 이격 거리가 동일하면서도, 그 상호 이격 거리가 최대로 멀어지게 되는 것이다.

그리고 상술한 랜드(110)들이 지그재그의 격자무늬 구조로 배치됨에 따라 각 랜드(110)에 실장되는 LED 소자들이 역시 지그재그의 격자무늬 구조로 배치되는 것이며, LED 소자들 상호 간의 이격 거리가 동일해져 상기 LED 소자들의 조명 시에 음영의 발생이 최소화되며 조도가 균일해짐은 물론 균일한 방열이 이루어질 수 있게 된다. 뿐만 아니라 조명시 요구되는 조도를 발하기 위해 동일 면적의 회로 기판(100)에 실장되는 LED 소자의 개수를 줄일 수 있게 된다.

여기서 상기 랜드(110)들은 상기 회로기판(100)에 형성되는 패턴(120)을 통해 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결되며 LED 조명등(1)을 제어하기 위한 제어부(4)의 제어에 따라 선택적으로 접속될 수 있다.

한편, 상기 LED 조명등(1)은 회로기판(100)의 랜드(110) 상에 다양한 종류의 LED 소자들이 공용으로 실장될 수 있도록 구성될 수 있다.

도 3을 참조하여 본 발명에 일 실시 예에 따른 상기 LED 조명등(1)의 랜드(110)의 구조를 살펴보면, 상기 랜드(110)는 일측의 제1광폭부(111)와, 상기 제1광폭부(111)의 내측으로 연결되며 폭이 좁은 제1소폭부(112)와, 타측의 제2광폭부(113)와, 상기 제2광폭부(113)의 내측으로 연결되며 폭이 좁고 상기 제1소폭부(111) 보다 긴 제2소폭부(114)를 포함하여 구성된다.

이에 따라 상기 랜드(110)는 도 4에 도시된 [A]의 랜드에 실장되는 'ㄱ'제조사의 1칩 LED 소자, [B]의 랜드에 실장되는 'ㄴ'제조사의 1칩 LED 소자, [C]의 랜드에 실장되는 3칩 LED 소자 등 LED의 종류(1칩 LED, 3칩 LED)와 제조사가 다르더라도 모두 실장될 수 있는 구조를 가져 회로기판(100)의 모델이 단일화될 수 있다.

즉, 한가지 모양의 랜드(110)들이 형성된 회로기판(100)만을 생산함으로써 단일화에 따른 재고 부담이 저감하고 회로기판의 제작비용과 제작 기간을 단축시킬 수 있으며, 결과적으로 METAL MASK 제작비용도 절감할 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 LED컨버터(2A, 2B)는 외부전원(일반적으로 교류 220V의 상용전원)을 LED 조명등(1)의 점등에 적합한 점등전원(즉, 정격전원)으로 변환하여 공급하고, 상기 절체부(RE1-A, RE1-B)는 절체 동작으로 외부전원이 복수의 LED 컨버터(2A, 2B) 중에서 정상 작동하는 LED컨버터(2A, 2B)로 공급되도록 하고, 상기 제어부(4)는 상기 LED컨버터(2A, 2B)로 공급되는 전류를 감지하여 그 LED컨버터(2A, 2B)의 고장 여부를 판단하고, 고장으로 판단되는 때에는 상기 절체부(RE1-A, RE1-B)가 정상 작동하는 선택된 LED컨버터(2A, 2B)에 외부전원을 공급하도록 제어한다.

도 5는 도 1에서 절체부(RE1-A, RE1-B)와 제어부(4)에 대한 회로도를 도시한 것이다. 상기 도 5에 의하면 상기 절체부(RE1-A, RE1-B)는 상기 제어부(4)의 제어에 의해 외부전원이 복수의 LED컨버터(2A, 2B) 중에서 어느 한 LED컨버터(2A, 2B)로 공급되도록 한다.

즉, 상기 절체부(RE1-A, RE1-B)에 의해 외부전원이 공급되던 LED컨버터(2A, 2B)에 고장이 발생된 경우에 상기 제어부(4)의 제어에 의해 상기 절체부(RE1-A, RE1-B)는 자동 절체되어 외부전원이 다른 LED컨버터(2A, 2B)로 공급되어 LED 조명등(1)이 계속적으로 점등될 수 있도록 한다.

상기 절체부(RE1-A, RE1-B)의 일 예로는 릴레이가 사용될 수 있는 바, 상기 릴레이는 전원이 입력되면 전자기력을 발생시키는 구동코일(RE1-B)과, 상기 구동코일(RE1-B)에 발생되는 전자기력으로 절체 동작하는 마그넷스위치(RE1-A)로 구성될 수 있다..

이 밖에 상기 절체부(RE1-A, RE1-B)는 릴레이 이외에도 온오프(스위칭) 기능을 수행할 수 있는 트랜지스터, 트라이악, 싸이리스터 등 다양한 전자소자가 사용될 수도 있지만, 이들 전자소자는 전기적으로 온오프 기능을 갖지만 물리적으로는 온오프 기능이 취약하여 절체동작에는 릴레이가 보다 안정적이라고 할 수 있다.

한편 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 제어부(4)는 직류부(5), 감지부(6), 지연부(8), 구동부(9)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저 상기 직류부(5)는 외부전원인 교류 상용전원을 직류화하여 상기 절체부(RE1-A, RE1-B)와 제어부(4)의 구동에 필요한 전원을 공급하도록 한다.

이러한 직류부(5)는 입력되는 상용 교류전원의 전류를 제어하는 캐패시터(C7) 및 저항(R7), 외부전원을 전파정류하는 브릿지다이오드(D1~D4), 전파정류된 전원을 평활하여 직류화하는 캐패시터(C4) 및 직류화된 전압이 일정 세기를 넘지 않도록, 다시 말해 정전압이 되도록 하는 제너다이오드(ZD1)를 포함할 수 있다.

상기 감지부(6)는 상기 절체부(RE1-A, RE1-B)에 의해 외부전원과 연결된 상기 LED컨버터(2A, 2B)로 공급되는 외부전원을 감지하여 그 LED컨버터(2A, 2B)의 고장 여부를 판단하는 것으로, 상기 LED컨버터(2A)로 공급되는 외부전원의 전류를 감지하는 변류기(L1-A, L1-B)와, 상기 변류기(L1-A, L1-B)의 2차측(L1-A)에서 유기되는 감지전류를 비반전단자로 입력받고, 두 저항(R1, R2)을 통해 상기 직류부의 전압을 전압분배한 기준전압을 반전단자로 입력받아 비교하는 비교기(U3-A)와, 상기 비교기(U3-A)의 출력신호인 비교신호를 반전시키는 반전기(U3-B)를 포함할 수 있다.

그리고 상기 구동부(9)는 상기 감지부(6)의 감지신호를 받아 상기 절체부(RE1-A, RE1-B)를 구동시켜 외부전원이 정상적으로 동작하는 LED컨버터에 공급되도록 한 다.

상기 구동부(9)는 상기 반전기(U3-B)의 출력신호인 반전신호에 의해 온오프되어 상기 절체부의 구동코일(RE1-B)에 상기 직류부(5)의 구동전원이 공급 또는 차단되도록 하는 트랜지스터(Q2)와, LED컨버터(2A, 2B)에 고장이 있어 다른 LED컨버터(2A, 2B)로 절체시키는 때에 적색으로 점등되어 이를 알리는 표시LED(LED1)를 포함한다.

이에 더하여 상술한 제어부(4)는 지연부(8)의 구성을 더 포함할 수 있는 바, 상기 지연부(8)는 상기 감지부(6)의 신호가 상기 구동부(9)에 일정 시간 지연되어 전달되도록 함으로써, 외부전원의 초기 투입시에 LED컨버터(2A, 2B)가 정상임에도 고장으로 인식하여 상기 절체부(RE1-A, RE1-B)가 오동작하지 않도록 한다.

이는 외부전원이 초기 투입된 경우에 LED 조명등(1)이 점등되기까지 다시 말해, 상기 LED컨버터(2A, 2B)가 정상 작동하기까지 약 0.6초가 소요될 수 있는데, 이 시간(0.6초) 전에 상기 감지부(6)가 LED컨버터(2A, 2B)를 고장으로 판단할 수 있기 때문에 상기 지연부(8)가 이 시간 이후에 상기 감지부(6)의 신호가 상기 구동부(9)에 전달되도록 한다.

여기서 지연부(8)의 지연 시간은 상기 제어부(4)에서 선택적으로 설정될 수 있음은 당연하다.

이러한 상기 지연부(8)는 상기 반전기(U3-B)의 반전신호로 충전되고, 충전되는 전압으로 상기 구동부(9)의 트랜지스터(Q2)를 온오프시키는 캐패시터(C3)와, 상기 캐패시터(C3)로 상기 반전기(U3-B)의 반전신호를 전달하며 상기 캐패시터(C3)의 충방전속도를 결정하는 저항(R4)를 포함할 수 있다.

이때 상기 지연부(8)의 캐패시터(C3)는 상기 반전기(U3-B)에서 상기 트랜지스터(Q2)를 턴온(또는 턴오프)시키기에 충분한 전압(즉, 반전신호)이 출력되더라도, 자신에게 상기 트랜지스터(Q2)를 턴온시킬 수 있는 전압이 충전되기까지 상기 트랜지스터(Q2)를 턴온을 지연시키도록 구성됨이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에서 제시하고 있는 바와 같이 LED컨버터(2A, 2B)가 2개 구비되는 경우를 가정하여 상기 절체부(RE1-A, RE1-B) 및 제어부(4)의 동작을 개략적으로 설명한다.

우선, 외부전원이 투입되기 전에는 상기 절체부(RE1-A, RE1-B)로서 릴레이의 마그넷스위치(RE1-A)는 1차 LED컨버터(2A)로 연결되어 있다.

외부전원이 투입된 경우에 1차 LED컨버터(2A)가 정상이라면, 상기 변류기(L1-A, L1-B)는 1차 LED컨버터(2A)에 흐르는 전류를 감지하고, 상기 비교기(U3-A)에서는 비교 신호로서 하이신호를 출력하고, 상기 반전기(U3-B)는 반전신호로 로우신호를 출력하고, 그에 따라 상기 트랜지스터(Q2)는 턴오프 상태를 유지하여 상기 절체부로서 릴레이의 구동코일(RE1-B)에 구동전원이 인가되지 않도록 하고, 상기 표시LED(LED1)도 점등되지 않도록 한다.

이때, 외부전원의 투입 초기에 상기 변류기(L1-A, L1-B)에서 감지되는 전류의 세기가 약하여 상기 비교기(U3-A)에서 로우신호를 출력하고 상기 반전기(U3-B)는 하이신호를 출력하더라도 상기 캐패시터(C3)가 하이신호(트랜지스터(Q2)를 턴온시킬 수 있는 신호)가 트랜지스터(Q2)에 전달되는 것을 일정시간 지연시킴으로써 그 지연시간 이내에 투입되는 외부전원이 안정화(반전기에서 로우신호 출력)되면, 즉, 상기 LED컨버터가 정상이면, 상기 트랜지스터(Q2)는 턴오프 상태를 유지하여 상기 절체부로서 릴레이의 구동코일(RE1-B)에 구동전원이 인가되지 않도록 한다.

외부전원이 투입된 경우에 1차 LED컨버터(2A)가 비정상이라면, 즉, 1차 LED컨버터(2A)가 고장이라면, 상기 변류기(L1-A, L1-B)가 감지하는 1차 LED컨버터로 인가되는 외부전원은 없거나 그 세기가 미약하고, 그에 따라 상기 비교기(U3-A)는 비교신호로서 로우신호를 출력하고, 상기 반전기(U3-B)는 반전신호로 하이신호를 출력하고, 상기 지연부(8)의 지연시간이 경과하면 하이신호는 상기 트랜지스터(Q2)를 턴온시키고, 상기 트랜지스터(Q2)의 턴온으로 상기 직류부(5)의 구동전원이 상기 절체부로서 릴레이의 구동코일(RE1-B)에 인가되어 상기 마그넷스위치(RE1-A)가 2차 LED컨버터(2B)로 절체되어 외부전원이 2차 LED컨버터(2B)로 공급되고, 동시에 구동전원이 상기 표시LED(LED1)에 공급되어 적색으로 점등된다.

이하에서는 도 6 내지 도 8를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED컨버터(2A, 2B)에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

참고로, 이하에서 LED컨버터의 회로도에 사용되는 전자소자들의 기호(도면부호)들 중 일부가 도 1 및 도 5에 사용된 전자소자들의 기호(도면부호)와 같은 것이 있을 수도 있지만, 이하에서 사용되는 전자소자들의 기호는 도 1 및 도 5의 전자소자들의 기호와 무관함을 미리 밝혀두는 바이다.

먼저 상기 LED컨버터는 도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이 EMI 필터(10), 정류부(20), 역률개선 PWM부(30), 트랜스(T1), 직류부(40), 피드백부(50), 구동전원공급부(60) 등의 포함하여 구성될 수 있다.

도 7을 참조하면, 상용전원이 입력되는 입력측에는 상용전원으로 과전류가 입력되는 때에 이를 차단하여 컨버터를 보호하는 퓨즈(F1)와, 상용전원으로 순간적인 과전압 즉, 서지전압이 입력되는 때에 클램핑하고 이를 차단하여 컨버터를 보호하는 바리스터(MOV1)가 연결되어 있다.

상기 EMI 필터(10)는 상기 퓨즈(F1)와 바리스터(MOV1)의 출력측에 연결되어 입력되는 상용전원에 포함되어 있는 전도성 노이즈를 제거한다. 그리고 상기 EMI 필터(10)는 양측의 두 라인필터(LF1, LF2)와, 상기 두 라인필터(LF1, LF2)의 출력측에 각각 구비되는 캐패시터(C3, C10)와, 두 라인필터(LF1, LF2) 사이에 연결되는 캐패시터(C1, C2)들로 구성되고, 직렬 연결된 두 캐패시터(C1, C2)의 중간지점은 접지되어 상용전원의 포함된 전도성 노이즈를 접지로 흘려보내 제거한다.

상기 정류부(20)는 상기 EMI 필터(10)에서 출력되는 상용전원을 전파 정류하여 맥류전원으로 변환하며, 그 일 예로써 상기 정류부(20)는 브릿지다이오드(D1~D4)로 구성될 수 있다.

상기 트랜스(T1)는 상기 정류부(20)에서 출력되는 맥류전원을 변압 변류하여 역률이 개선된 정격전원이 출력되도록 한다.

상기 역률개선 PWM부(30)는 역률을 개선하고 정격전원이 출력되도록 상기 트랜스의 스위칭을 제어한다. 이러한 역률개선 PWM부(30)는 상기 트랜스(T1)를 온오프하여 스위칭시키는 스위칭소자(Q1)와, 상기 스위칭소자(Q1)의 스위칭을 제어하는 제어부(U1)와, 상기 제어부(U1)의 초기 구동을 위한 스타트 전압을 제공하는 스타트 저항(R2, R24) 및 캐패시터(C9)와, 상기 정류부(20)의 출력 맥류전원의 전압파형을 감지하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 전압감지부(R1, R23, R3, C6)와, 상기 트랜스(T1)의 1차측에 권선되어 자속결합된 보조코일(t1)과, 상기 보조코일(t1)에서 유기되는 전압을 구동전원으로 변환하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 구동전원부(R28, C21, ZD1, D6)와, 상기 보조코일(t1)로부터 상기 트랜스(T1)의 스위칭에 따라 유기되는 전류를 감지, 특히 전류의 세기가 0이 되는 영점을 감지하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 전류감지부(R13)와, 스위칭에 따라 상기 트랜스(T1)의 1차측에 유기되는 역기전력의 세기를 제한하여 보호하는 스너버(D9, R12, C11)와, 상기 제어부(U1)의 구동을 위해 연결되는 주변소자(R5,7,8,9,10,11,14, C8 등)들을 포함할 수 있다.

상기 제어부(U1)는 상기 스위칭소자(Q1)의 스위칭을 제어하여 상기 트랜스(T1)에서 유기되는 전류의 파형을 상기 정류부(20)에서 출력되는 전압의 파형에 모양이 일치되도록 하여, 즉, 전압과 전류가 동위상이 되도록 하여 역률을 개선한다.

구체적으로 상기 제어부(U1)는 상기 전압감지부(R1, R23, R3, C6)가 감지하는 상기 정류부(20)의 출력 맥류전원의 전압파형에서 전압의 세기가 큰 중간시점에서는 저주파로 상기 스위칭소자(Q1)를 온오프 스위칭시키고, 전압의 세기가 약한 시종시점에서는 상대적으로 고주파로 상기 스위칭소자(Q1)를 온오프 스위칭시켜, 스위칭에 따라 트랜스(T1)에서 매순간 유기되는 전류들을 연결하는 평균치의 전류파형이 전압파형과 주기가 같고 모양이 일치되도록 하여 역률을 개선하는 것이다.

도 8을 참조하여 이를 다시 설명하면, 상기 정류부(20)에서 출력되며 상기 전압감지부(R1, R23, R3, C6)가 감지한 맥류전원의 한 주기 전압(PV)의 파형이 도면과 같을 때, 전압 파형(PV)이 시작되는 시점에서 상기 제어부(U1)는 상기 스위칭소자(Q1)를 턴온시킨 후에 짧게 턴오프시키고, 스위칭소자(Q1)의 턴오프에 따라 상기 트랜스(T1)에 유기되며 상기 전류감지부(R13)가 감지하는 전류의 세기가 점점 줄어들어 그 세기가 "0"이 되는 시점, 즉, 영점에서 상기 제어부(U1)는 상기 스위칭소자(Q1)를 다시 턴온시킨 후에 턴오프시키되, 이때는 그 전보다 전압 파형의 전압 세기가 증가하였으므로 턴오프 기간을 조금 더 길게 하고, 즉, 그 전보다 턴온/턴오프 주기가 길어지도록 저주파로 스위칭한다.

이와 같이 상기 전류감지부(R13)에서 영점이 감지되는 매 시점에서 턴온하고, 턴온/턴오프 기간(즉, 주기)은 그때의 전압 세기에 비례하도록 하여, 즉, 전압 세기가 가장 큰 중앙 지점에서 턴오프 기간을 길게(즉, 저주파로 스위칭)하고, 양측으로 가면서 점점 턴오프 기간을 짧게(즉, 고주파로 스위칭)하면, 도면과 같이 턴온/턴오프하는 매 순간에 트랜스에 유기되는 전류(Pi)는 파형이 삼각파와 같은 모양이 되고, 매 순간 전류(Pi) 파형들을 연결하는 평균치의 전체 전류(PI) 파형은 전압(PV) 파형과 주기가 같고 모양이 같게 되어, 결과적으로 전압(PV)과 전류(PI)가 동위상이 되어 역률이 개선되는 것이다.

이러한 구성에 의하여 본 발명에서 개선되는 맥류전원의 역률을 95%에 이르러, 완벽에 가깝게 역률을 개선한다고 할 수 있다.

상기 직류부(40)는 상기 트랜스(T1)의 2차측에 유기되는 출력전원을 직류화하여 부하인 LED(L)에 공급하는 것으로, 상기 직류부(40)는 트랜스(T1)의 출력전원을 정류하는 다이오드(D7, D8)와, 평활하여 직류화하는 캐패시터(C5, C12, C17)와, 턴온 및 턴오프시에 트랜스(T1) 2차측에 과전압이 유기되는 것을 제한하여 보호하는 스너버로서 저항(R26) 및 캐패시터(C18)를 포함할 수 있다.

그리고 상기 직류부(40)의 출력측에는 LED 부하로 공급되는 정격전원에서 노이즈를 제거하는 라인필터(LF3)가 구비될 수 있다.

상기 피드백부(50)는 상기 직류부(40)가 출력하는, 즉 LED(L) 부하로 공급되는 전압과 전류를 감지하여 상기 역률개선 PWM부(30)의 제어부(U1)로 전송하여, 상기 제어부(U1)가 지속적이며 안정적인 정격전원(정전압 또는/및 정전류)이 LED 부하로 공급될 수 있도록 스위칭소자(Q1)의 스위칭을 제어하도록 한다.

상기 피드백부(50)는 턴온, 턴오프하여 감지되는 전압과 전류에 대한 신호를 상기 제어부(U1)로 피드백 전송하는 포토커플러(P1)와, 상기 직류부(40)의 출력전압이 기준전압을 넘어서면 상기 포토커플러(P1)를 턴온시키는, 즉, 상기 직류부(40)의 출력전압을 감지하는 과전압 감지 제너다이오드(ZD2)와, 상기 직류부(40)의 출력전류를 감지하는 과전류 감지 저항(R22)과, 상기 과전류 감지 저항(R22)에서 감지된 전류가 기준전류를 넘어서면 상기 포토커플러(P1)를 턴온시키는 비교기(U2-A)와, 상기 비교기(U2-A)의 기준전류를 설정하는 가변저항(VR1) 및 주변소자(U3, C16, R18 등)를 포함할 수 있다.

상기 구동전원공급부(60)는 상기 피드백부(50)의 비교기(U2-A)에 구동전원을 공급하는 것으로, 상기 구동전원공급부(60)는 상기 트랜스(T2) 2차측에 자속결합된 보조권선(t2)과, 상기 보조권선(t2)에 유기되는 전압을 정류하는 다이오드(D10)와, 평활하여 상기 비교기(U2-A)에 구동전원으로 공급하는 캐패시터(C19)와 저항(R27)을 포함할 수 있다.

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도 9a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광통신 인터페이스의 비접촉 적외선 과열 감시 진단 기능을 갖는 열화감시부의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 9a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 상기 열화감시부(1000)는 비접촉 IR(infrared) 센서 모듈(1110), 메인 컨트롤러(main controller)(1120), 임베디드 LCD 터치 패널(embedded LCD touch panel)(1130) 및 광 파이버 접속부(1140)를 포함하도록 구성될 수 있다.

이러함 열화감시부(1000)는 상기 LED 컨버터(2A, 2B ), 절체부(RE1-A, RE1-B) 및 제어부(4)에 각각 구비되어 케이블 접속부, 다종의 개폐기 또는 단자 접속부 등의 열화로 인한 화재 등의 위험이 있는 부위에서 발생되는 적외선 감지하게 되며, 상기 적외선 감지를 통하여 온도를 검출하며 이를 상기 제어부(4)로 제공함으로써 각 구성들의 화재나 열화로 인한 고장을 미연에 방지할 수 있도록 실시간 모니터링을 실시하게 된다.

여기서, 상기 열화감지부(1000)는 도면에 도시한 바 없으나, 앞서 설명한 바와 같이 상기 LED 컨버터(2A, 2B ), 절체부(RE1-A, RE1-B) 및 제어부(4)에 구비되는 케이블 접속부, 다종의 개폐기 또는 단자 접속부에 대한 열화를 감지하기 위한 것으로, 수많은 비접촉 IR 센서 모듈(1110)이 구비될 수 있는데 비접촉 IR 센서 모듈(1110)의 배선을 4가닥이 아닌 2가닥으로 전원은 물론 온도 센싱값까지 수집하여 메인 컨트롤러(1120)로 제공할 수 있도록 구성된다.

온도는 주파수 변조하고 이를 전원 전압에 실어 쌍가닥 유선 라인으로 송신함으로써, 배선의 복잡도를 줄이고 그로 인한 노이즈를 줄여 정확한 온도의 송신이 가능해지는 이점이 있다.

또한, 상기 비접촉 IR 센서 모듈(1110)이 정확한 대상체의 적외선을 감지할 수 있도록 방향을 정확하게 설정하여 설치하여야 하는데, 그 정확한 대상체 부위를 비접촉 센서 모듈(1110)에서 가시광선 레이저를 조사하여 쉽게 확인하여 설치 가능하도록 구성된다.

또한, 시간이 지남에 따라 그 방향이 틀어지게 되는데, 이 역시 관리상 육안으로 충분히 확인 가능하여 다시 방향을 설정할 수 있다. 좀 더 바람직하게는 피사체의 부위에 수광부(1115)를 부착하여 레이저를 조사하고, 레이저가 조사되지 않으면 LED 점등이나 경보음 출력을 통해 실시간으로 사용자에게 알려주도록 구성될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 열화감지부(1000)에 대하여 구체적으로 설명한다.

먼저, 상기 열화감지부(1000)의 비접촉 IR 센서 모듈(1110)은 위치고정용 적색 가시광선 레이저 포인터(1111), IR 센서(1112), V-F 카운터(1113) 및 전원 공급부(1114)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 비접촉 IR 센서 모듈(1110)은 케이블 접속부, 다종의 개폐기 또는 단자 접속부와 같이 열화나 화재의 취약 지점에 대한 적외선을 상시 감지하여 그 온도를 검출하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 비접촉 IR 센서 모듈(1110)은 검출된 온도를 주파수 변조하며 주파수 변조된 온도를 RS-485 방식으로 상기 메인 컨트롤러(1120)로 송신하도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 비접촉 IR 센서 모듈(1110)은 전원 전압에 그 온도 신호를 실어 송신하도록 구성될 수 있다. 이에, 기존처럼 전원용 2가닥 라인과 온도 정보에 대한 신호용 2가닥 라인으로 총 4가닥 라인을 구성할 필요없이 2가닥 라인만으로 가능해진다.

이에 따라 별도의 모뎀을 설치하지 않고서도 다수의 센서에 연결된 배선의 복잡성을 줄임으로써, 그에 따른 노이즈를 감소시키는 이점이 발생하게 된다.

한편, 상기 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터(1111)는 케이블 접속부, 다종의 개폐기 또는 단자 접속부 등의 적외선을 감지할 수 있도록 하기 위해 케이블 접속부, 다종의 개폐기 또는 단자 접속부 등의 표적에 대해 레이저 신호를 정확하게 조준하여 주사하도록 구성될 수 있다.

이에 의해, 사용자는 그 설치 시에 정확한 감지 방향을 조준하게 할 수 있다.

또한, 차후 시간이 지나 그 방향이나 초점 거리가 틀어지는 것을 쉽게 확인하고 수정할 수도 있다.

상기 IR 센서(1112)는 케이블 접속부, 다종의 개폐기 또는 단자 접속부의 적외선을 감지하도록 구성되는 것으로, 그 레이저 신호의 방향과 동일한 방향과 초점을 향하도록 구성될 수 있다.

상기 V-F 카운터(1113)는 상기 IR 센서(1112)에서 감지된 적외선에 따른 온도에 비례하는 주파수의 아날로그 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 즉, 기존과 달리 주파수 변조를 실시한다. 또한, 상기 V-F 카운터(1113)는 그 아날로그 신호를 상기 전원 공급부(1114)의 전원 전압에 실어 쌍가닥 유선 라인을 통해 메인 컨트롤러(1120)로 송신하도록 구성될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 열화감지부(1000)의 온도 검출 알고리즘에 대해 좀 더 구체적으로 설명한다.

상기 비접촉 IR 온도 센서 모듈(1110)은 먼저 IR 센서(1112)의 I/F 포트를 통해 더미 데이터(dummy data)를 쓰고 읽어 자기 진단을 하는데 IR 센서(1112)의 사양에서 보증하는 보정 값을 일정 주기마다 리로드(reload)하여 IR 센서(1112)의 값을 보정한다.

이때, 주위의 온도는 IR 센서(1112)로부터 주위 온도를 검출하고 ADC 포트를 통해 온도 값을 읽는다.

비접촉 IR 온도 센서 모듈(1110)은 안티-앨리어싱(anti-aliasing)을 고려한 저대역 필터(LPF)를 이용하여 상기 감지된 적외선의 아날로그 신호를 필터링하고, 필터링된 아날로그 신호를 FIR 필터를 이용하여 디지털 신호로 샘플링하고, 샘플링된 디지털 신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 연산하여 디지털 신호의 크기 및 주파수를 산출하여 온도를 검출하도록 구성될 수 있다.

여기서, 저대역 필터는 ADC 샘플링한 신호를 왜곡시키지 않으며, 안티-앨리어싱의 효과를 극대화하기 위해 ADC 입력단에 아날로그의 저대역 필터를 부착한다.

한편, FIR 필터는 아날로그의 저대역 필터를 거쳐서 입력된 신호를 디지털의 FIR 필터의 구동 함수를 적용하여 IR 센서(1112)의 주파수 영역인 1-100 kHz 대역만 통과시키도록 구성된다.

여기서 FIR 함수는 필터 입력으로 한한 길이의 신호를 입력할 수 없으므로 유한한 길이의 입력 128차까지의 데이터만 입력하여 계산하도록 구성된다. 이로 인한 신호의 불연속을 제거하기 위하여 신호 양끝을 "0"으로 줄어들게 만들어야 하므로 해밍 윈도우잉 함수(Hamming Windowing Function)를 적용하여 FIR 필터를 구현한다.

즉, FIR 필터의 함수는 다음의 수학식 1과 같다.

여기서, 입력 데이터는 128 비트이므로 M이 128이고, x[n]은 저대역 필터(LPF)를 통해 ADC 포트로 입력되는 임의의 온도 신호이고, y[n]은 FIR 필터를 통과한 10 kHz 대의 온도 신호로 구성될 수 있다.

여기서, 필터 계수 bk를 구하여 위 수학식 1에 대입하고 함수의 출력을 산출한다.

함수의 출력을 산출하는 프로세스에 대해 잠시 설명한다.

y(n)은 다음 수학식 2와 같이 전개될 수 있다.

여기서, y(n)은 인덱스 n에서 FIR 필터의 출력 샘플이고, x(n)은 인덱스 n에서의 FIR 필터의 입력 샘플이다.

전달 함수(transfer function)는 다음 수학식 3과 같이 전개된다.

그리고 네트워크 다이어그램은 도 8b와 같이 표현될 수 있다.

도 9b를 참조하면, H(0), H(1), H(2), … , H(N)은 필터 계수이고, x(n-1), x(n-2), …, x(n-N)은 필터 상태이고, x(n)은 필터 입력이고, y(n)은 필터 출력이다. 필터 출력을 도출해 내기 위해서는 필터 계수인 H(0)-H(128-1)까지 구해야 한다.

한편, 입력 신호의 속성을 알아내 기 위해서는 FFT 연산을 통해 신호의 크기와 주파수를 산출해 낸다.

이러한 FFT 연산을 수행하는 함수로는 신호를 복원하여 다시 아날로그 신호로 출력하는 시스템이 아니므로 연산 속도의 성능을 향상하기 위해서는 실수 부분(real part)만 연산하도록 하는 실수 FFT 모듈(real FFT module)을 사용한다.

이에 필요한 FFT 함수는 다음 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.

여기서, k는 0부터 N-1이고,

은 트위들 팩터(twiddle factor)로서 복소수 연산으로 진행되며 이 부분의 N 포인트가 FFT 연산의 정확도를 좌우하는 요소가 된다.

이 N 포인트가 크면 클수록 연산 결과가 정확해지나 연산 속도가 문제가 될 수 있게 되므로, 이 값을 적절히 선정하도록 구성된다. 여기서는 N을 128 포인트로 정의하여 신호 파형에 해밍 128 윈도우(Hamming 128 Window)를 적용하여 FFT 연산을 수행하도록 구성된다.

이에 앞서, FFT 연산을 위한 데이터를 수집하도록 구성된다. FFT 연산에 필요한 데이터로는 FIR 필터 출력 데이터로서 Filter_Out[ADC_cnt] Array Buffer의 값, 해밍 128 윈도우(Hamming 128 Window)값인 해밍 129 어레이(HAMMING 128 Array) 값, FFT 크기 세이브 버퍼 포인터(FFT Magnitude Save Buffer Pointer), FFT 연산용 버퍼 포인터, 버퍼 길이(BUFFER_LENGTH)는 512 워드(word)로 한다. 이 연산의 결과로 도출되는 것은 검출 신호의 피크 크기(Peak Magnitude)와 피크 주파수(Peak Frequency) 등이다.

상기 전원 공급부(1114)는 상기 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터(1111), IR 센서(1112) 및 V-F 카운터(1113)로 전원을 공급하도록 구성될 수 있다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이 수광부(1115)는 케이블 접속부, 다종의 개폐기 또는 단자 접속부에 정확하게 부착되도록 구성될 수 있다.

여기서, 수광부(1115)는 상기 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터(1111)에서 주사되는 레이저 신호를 수신하고 그 레이저 신호가 수신되지 않으면 경보음을 출력하거나 도어(door)의 LED를 발광시키도록 구성될 수 있다. 이에, 사용자는 실시간으로 그 조준 방향의 틀어짐을 인지할 수 있다

한편 상기 메인 컨트롤러(1120)는 상술한 비접촉 IR 센서 모듈(1110)에서 주파수 변조된 온도 데이터를 쌍가닥 유선 라인을 통해 RS-485 통신 방식으로 수신하도록 구성될 수 있다.

이러한 메인 컨트롤러(1120)는 상기 열화감시부(1000) 내부에 일체로 구성되는 것이거나 독립적으로 구비되어 상기 비접촉 IR 센서 모듈(1110)과 통신할 수 있다.

상기 메인 컨트롤러(1120)는 그 수신된 온도 데이터를 무선 통신 방식 또는 RS-485 방식으로 외부에 설치된 임베디드 LCD 터치 패널(1130)로 송신하도록 구성될 수 있다.

상기 메인 컨트롤러(1120)는 앞서 수신된 온도를 주파수 복조하고, 그 복조된 온도가 미리 정해진 허용 온도 범위 내인지 판단하고, 그 단위 시간당 온도 변화 기울기가 소정 기준치 이내인지 여부도 판단하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 메인 컨트롤러(1120)는 그 판단 결과 허용 온도 범위를 벗어나거나 단위 시간당 온도 변화 기울기보다 큰 경우 경보 신호를 생성하여 열화감시부(1000) 내부에 구비된 경보 스피커를 통해 출력하거나 차단 신호를 생성하여 상기 제어부(4)로 차단 신호를 전송하거나 또는 자체적으로 상기 LED 컨버터(2A, 2B ), 절체부(RE1-A, RE1-B) 또는 제어부(4)의 전원을 실시간 차단 제어하도록 구성되어 화재 발생을 미연에 방지할 수도 있다.

상기 임베디드 LCD 터치 패널(1130)은 상기 메인 컨트롤러(1120)로부터 온도 데이터를 수신하여 디스플레이함으로써 사용자가 언제든지 확인 가능하도록 구성될 수 있다. 정확하게 어느 부위가 열화되는지 파악 가능하도록 구성될 수 있다.

또한, 임베디드 LCD 터치 패널(1130)은 메뉴 인터페이스를 통해 입력되는 사용자의 명령에 따라 메인 컨트롤러(1120)를 동작 제어하도록 구성될 수 있다.

한편, 상기 광 파이버 접속부(1140)는 상기 메인 컨트롤러(1120)에서 수신된 온도 및 메인 컨트롤러(1120)의 판단 결과에 따른 경보 신호 및 차단 신호를 외부의 제어부(4)로 송신하도록 구성될 수 있다.

복수의 열화감시부(1000)와 연결되는 상기 제어부(4)는 각각의 열화감시부(1000)로부터 경보 신호 및 차단 신호는 물론 상기 LED 컨버터(2A, 2B ), 절체부(RE1-A, RE1-B) 및 제어부(4)의 케이블 접속부, 다종의 개폐기 또는 단자 접속부에 대한 온도 정보를 수신하고 이를 저장하게 된다.

이러한 제어부(4)는 저장된 온도 정보를 전달받고, 저장된 온도로부터 열화 추이를 분석할 수 있을뿐더러 각 구성들에 대한 열화 변화에 따른 이상 유무를 판단하도록 하며, 이와 같은 정보 역시 상기 임베디드 LCD 터치 패널(1130)을 통해 시각적으로 디스플레이하여 사용자가 용이하게 확인할 수 있도록 한다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉 IR 센서 모듈(1110)의 회로도로, 도 10을 참조하면, 먼저 상단의 위치교정용 적색 가시광선 모듈(1111)은 슈미트트리거를 이용하여 레이저 신호를 생성하도록 구성되어 있음을 알 수 있다.

이는 사용자가 상기 IR 센서(1112)를 처음 설치할 때, 대상 물체와 센서 중심부와의 초점 및 거리 조정을 위해 사용되며, 센서 초점의 불일치에 의한 부정확한 온도 검출의 오류를 방지할 수 있도록 한다.

슈미트 트리거 회로는 U4A의 발진기에서 500 ms 주기의 정현파 신호를 발생시켜 동작한다.

그 하단의 IR 센서(1112)는 -30 ℃ ~ +500 ℃까지의 피사체의 온도를 측정할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하며, 레퍼런스 출력 신호인 1.225 [Vdc]와 그 측정된 온도 계수에 따라 온도에 비례하는 아날로그 출력을 내보내는 회로와 연결된다. 온도 감도는 15 mV/℃로 구성될 수 있다.

한편, 온도 데이터는 상기 V-F 카운터(1113)에서 센서 데이터 입력 레벨에 맞는 주파수로 변환되어 C1을 통해 정전류원으로 들어오는 전원 라인에 더해진다. 그리고 공급된 전원은 내부의 전원 공급부(1114)에서 +5 [V]의 정전압원으로 IR 센서(1112)와 V-F 카운터(1113)의 전원으로 공급되게 된다.

상기 V-F 카운터(1113)는 측정 입력 전압 Vdc를 주파수로 변환 출력하는 회로로서 1 Hz ~ 10 KHz의 범위로 동작한다. 발진 주파수 출력은 다음과 같이 산출될 수 있다.

상기 V-F 카운터(1113)의 출력은 측정용 Vdc 입력단자로 입력되는 값에 따라 임계치에 각각 비교 전압 출력과 변환 주파수 출력, 그리고 전류 출력으로 출력된다.

이때, 주파수 출력 이득의 설정을 위해 R4, VR5를 사용하고, 허용 오차 조정을 위해 R1, C2, R2를 사용한다

피측정체로부터 측정된 U2의 온도 출력 레벨(AOT)은 소자 U1으로 입력되며, U2의 AOR(REFERNCE LEVEL)과 비교하여 출력차에 대한 레벨에 대해 주파수 변환이 이루어진다.

소자 U1의 단자 F-OUT으로 출력된 변환된 주파수는 Q1에서 임피던스 변환이 이루어진 후 C5를 통해 정전류원 소스의 입력 접속점 J1으로 연결되어 전원 라인에 주파수 신호를 출력하게 된다.

각부의 전원 공급은 J1에서 입력된 전류원 소스를 정전압 소스(+5V)로 변환하여 각부의 전원으로 공급하게 된다.

정전류원 소스 J1으로 출력된 변환 주파수는 메인 컨트롤러(1120)에서 주파수 신호측만 분리하여 증폭한 후, 주파수를 다시 전압 신호로 변환해주는 F-V 카운터(미도시)에 의해 DC 전압 신호로 변환 후 측정 온도로 표시 되게 된다.

RS-485, 와이파이, CDMA 등의 유무선 통신을 이용하여 원격으로 온도 관련 정보에 대한 MMI를 상기 제어부(4)로 전송함으로써 사용자의 편리를 위한 시스템을 구성할 수 있게 된다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 파이버 접속부의 회로도이다.

도 11을 참조하면, 상기 광 파이버 접속부(1140)에서 광 커넥터로 입력된 데이터는 U1을 거쳐 U3(멀티플렉서)로 입력되어 CPU에서 읽혀지도록 구성된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

1 : LED 조명등 2A, 2B : LED 컨버터
RE1-A, RE1-B : 절체부 4 : 제어부
10 : EMI 필터 20 : 정류부
30 : 역률개선 PWM부 40 : 직류부
50 : 피드백부 60 : 구동전원공급부
T1 : 트랜
100 : 회로기판 110 : 랜드
1000 : 열화감시부

Claims (14)

1. 복수의 LED가 실장되는 회로기판의 랜드들이 지그재그의 격자무늬 구조로 배치되는 LED 조명등; 상기 LED 조명등에 점등전원을 공급하는 복수의 LED 컨버터; 외부전원이 상기 복수의 LED 컨버터 중 어느 한 LED 컨버터로 공급되도록 하는 절체부; 상기 절체부를 제어하는 제어부; 상기 LED 컨버터, 절체부 및 제어부에 각각 구비되어 케이블 접속부, 다종의 개폐기 또는 단자 접속부의 적외선 감지를 통해 온도를 검출하며 이를 상기 제어부로 제공하는 열화감시부;를 포함하며, 상기 열화감시부는 케이블 접속부, 다종의 개폐기 또는 단자 접속부의 적외선을 감지하여 온도를 검출하여 검출된 온도를 주파수 변조하여 RS-485 방식으로 송신하는 비접촉 IR(infrared) 센서 모듈; 상기 비접촉 IR 센서 모듈에서 주파수 변조된 온도를 쌍가닥 유선 라인을 통해 RS-485 통신 방식으로 수신하고, 수신된 온도를 무선 통신 방식 또는 RS-485 방식으로 송신하며, 상기 수신된 온도를 복조하고 복조된 온도가 허용 온도 범위 내 여부 및 단위 시간당 온도 변화 기울기가 소정 기준치 이내인지 여부를 판단하고, 판단 결과 상기 허용 온도 범위를 벗어나거나 상기 단위 시간당 온도 변화 기울기보다 큰 경우 경보 신호를 생성하여 경보 스피커를 통해 출력하거나 차단 신호를 생성하여 이를 상기 제어부로 제공하는 메인 컨트롤러(main controller); 상기 메인 컨트롤러로부터 온도를 수신하여 디스플레이하고, 메뉴 인터페이스를 통해 입력되는 사용자의 명령에 따라 상기 메인 컨트롤러를 동작 제어하는 임베디드 LCD 터치 패널(embedded LCD touch panel); 및 상기 메인 컨트롤러에서 수신된 온도 및 상기 메인 컨트롤러의 경보 신호 및 차단 신호를 상기 제어부로 송신하기 위한 광 파이버 접속부;를 포함하고,
   상기 LED 조명등의 랜드는 일측의 제1광폭부; 상기 제1광폭부의 내측으로 연결되며 상기 제1광폭부보다 폭이 좁도록 구성되는 제1소폭부; 타측의 제2광폭부; 상기 제2광폭부의 내측으로 연결되며 상기 제2광폭부보다 폭이 좁고 상기 제1소폭부보다 돌출길이가 길도록 구성되는 제2소폭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 절체부에 의해 외부전원과 연결된 상기 LED 컨버터로 공급되는 외부전원을 감지하는 감지부; 및
   상기 감지부의 감지신호를 받아 상기 절체부를 구동시키는 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 감지부의 감지신호가 상기 구동부로 지연되어 전달되도록 하는 지연부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 절체부는,
   구동코일과, 상기 구동코일에 발생되는 전자기력을 절체동작하는 마그넷스위치의 릴레이를 사용하고,
   상기 감지부는,
   상기 LED 컨버터로 공급되는 외부전원의 전류를 감지하는 변류기와, 상기 변류기에서 감지되는 전류에 감지전압을 기준전압과 비교하는 비교기 및 상기 비교기의 비교신호를 반전시키는 반전기를 포함하고,
   상기 구동부는,
   상기 반전기의 반전신호로 온오프 작동하여 상기 구동코일에 구동전원이 공급 또는 차단되도록 하는 트랜지스터를 포함하고,
   상기 지연부는,
   상기 반전기의 반전신호로 충전되고, 충전되는 전압으로 상기 트랜지스터를 온오프시키는 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 광 파이버 접속부로부터 온도를 수신하여 저장하고, 상기 저장된 온도로부터 열화 추이를 분석하여 저장하며 이를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 비접촉 IR 센서 모듈은,
   상기 케이블 접속부, 다종의 개폐기 또는 단자 접속부의 적외선을 감지할 수 있도록 하기 위해 상기 케이블 접속부, 다종의 개폐기 또는 단자 접속부의 표적에 대해 레이저 신호를 주사하는 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터와, 상기 케이블 접속부, 다종의 개폐기 또는 단자 접속부의 적외선을 감지하는 IR 센서와, 상기 IR 센서에서 감지된 적외선에 따른 온도에 비례하는 주파수의 아날로그 신호를 생성하고 생성된 아날로그 신호를 전원 전압에 실어 상기 쌍가닥 유선 라인을 통해 상기 메인 컨트롤러로 송신하는 V-F 카운터(voltage-frequency counter)와, 상기 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터, 상기 IR 센서 및 상기 V-F 카운터로 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 비접촉 IR 센서 모듈은,
    상기 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터에서 주사되는 레이저 신호를 수신하고 상기 레이저 신호가 수신되지 않으면 경보음을 출력하도록 구성되며, 상기 케이블 접속부, 다종의 개폐기 또는 단자 접속부에 부착되는 수광부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템.
    
11. 제 10항에 있어서,
    상기 위치교정용 적색 가시광선 레이저 포인터는,
    U4A의 발진기에서 500 ms 주기의 정현파 신호를 발생시키는 슈미트 트리거 회로를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템.
    
12. 제 1항에 있어서,
    상기 비접촉 IR 온도 센서 모듈은,
    안티-앨리어싱(anti-aliasing)을 고려한 저대역 필터(LPF)를 이용하여 상기 감지된 적외선의 아날로그 신호를 필터링하고, 필터링된 아날로그 신호를 FIR 필터를 이용하여 디지털 신호로 샘플링하고, 샘플링된 디지털 신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 연산하여 디지털 신호의 크기 및 주파수를 산출하여 온도를 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템.
    
13. 제 12항에 있어서,
    상기 비접촉 IR 온도 센서 모듈은,
    상기 FIR 필터를 이용하여 1-100 kHz 대역의 신호를 통과시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템.
    
14. 제 13항에 있어서,
    상기 비접촉 온도 센서 모듈은,
    상기 FIR 필터를 이용하여 1-100 kHz 대역의 신호를 통과시키도록 구성되며, 상기 FIR 필터는 128 비트의 입력 데이터를 처리 가능한 다음 수학식의 함수로 구성되며,
    [수학식]
    

    

    
    여기서, M은 128, x[n]은 상기 저대역 필터(LPF)를 통해 ADC 포트로 입력되는 온도 신호이고, y[n]은 상기 FIR 필터를 통과한 10 kHz 대의 온도 신호인 것을 특징으로 하는 내구성과 조명 효율을 향상시킨 LED 조명시스템.

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