KR101842483B1 - 개폐서지를 방지할 수 있는 ac직결형 led조명 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교류전원의 영전압에 맞춰 조명을 ON/OFF 제어함으로써 서지성 노이즈를 효과적으로 차단하고, 교류전원에 제어신호를 실어 전송하여 LED 조명의 동작을 제어하는 LED 조명시스템에 관한 것이다.

Description

개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템 {AC Direct Type LED Lighting System Preventing Switching Surge}
본 발명은 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교류전원의 영전압에 맞춰 조명을 ON/OFF 제어함으로써 서지성 노이즈를 효과적으로 차단하고, 교류전원에 제어신호를 실어 전송하여 LED 조명의 동작을 제어하는 LED 조명시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 조명은 사람의 시력으로 인식 가능하도록 어두운 곳을 밝게 밝혀주는 장치로서, 주로 LED(Light Emitting Diode), 형광등 및 백열등 등이 주로 사용되고 있다.
이 중, LED는 비교적 전력 소모가 작은 것으로, 백열등과 형광등의 조명 장치를 대체하는 광원으로서 효율이 높고, 수명이 길며 적은 구동 전압으로도 작동이 가능하여 최근 들어 가장 일반적으로 사용하고 있는 추세에 있다. 이에 따라 LED에 대한 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
일반적으로 LED(예컨대 LED 램프 등)을 구동하는 방식에는 전통적으로 AC-DC 컨버터 방식이 알려져 있다. 그러나 이 AC-DC 컨버터 방식은 SMPS(Switching Mode Power Supply) 방식으로서 제품의 단가가 제품가격의 약 25% 수준으로 매우 비싸서 LED 램프의 확산에 걸림돌이 되고 있고 이러한 문제점을 해결하기 위하여 초저가 구동방식인 AC 직결구동 방식이 대체 기술로 제시되고 있다.
하지만 이와 같은 AC 직결구동 방식에 사용되는 AC 직결 드라이버 IC의 경우 반도체 소자로써 AC를 직접 입력 받는 경우 교류전원에서 발생하는 서지(Surge)성 노이즈에 매우 취약한 특성을 보인다. 이와 같은 한계 때문에 비교적 용량이 작은 10W 미만의 램프 등에서만 사용되고 있다.
저비용으로 AC전원을 이용하여 LED를 구동할 수 있는 장점 때문에 용량이 비교적 큰 가로등 등에 AC 직결구동 LED를 사용하려는 시도가 있었지만 개폐 서지 등에 의해 발생하는 문제점을 해결하지 못하고 있다.
본 발명은 교류전원의 영전압에 맞춰 조명을 ON/OFF 제어함으로써 서지성 노이즈를 효과적으로 차단하고, 교류전원에 제어신호를 실어 전송하여 LED 조명의 동작을 제어하는 LED 조명시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 교류전원을 공급받아 동작하는 LED 조명시스템으로서, 상기 LED 조명시스템은, LED 조명의 ON/OFF 및 동작을 제어하는 조명제어장치; 전원을 입력 받아 구비된 LED를 구동하여 조명을 밝히는 LED부; 교류전원을 입력 받아 상기 LED부를 구동하는 AC직결드라이버; 및 조명제어장치에 제어명령을 입력할 수 있는 컨트롤패널;을 포함하고, 상기 조명제어장치는, 교류전원을 입력 받고, 입력된 교류전원의 제1 영전압점을 검출하는 제1영전압검출부; LED 조명의 ON/OFF제어를 포함하는 제어신호를 나타내는 데이터패킷을 수신하고, 상기 제1영전압검출부에 의해 검출 혹은 예측되는 제1영전압점을 중심으로 기설정된 타이밍영역에 대해 스위칭신호를 생성하는 제1제어부; 및 상기 교류전원을 입력 받고, 상기 제1제어부로부터 스위칭신호를 인가 받아 스위칭신호가 온 상태일 경우에는 상기 교류전원을 통과시키고, 오프 상태일 경우에는 상기 교류전원을 차단시켜 생성된 변형 교류전원을 출력하는 스위칭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 조명시스템을 제공한다.
본 발명에서는, 상기 제1제어부는, 수신한 상기 데이터패킷의 제어신호가 ON/OFF신호인지 여부를 판별하는 입력신호판별부; 및 수신한 상기 데이터패킷의 제어신호가 ON/OFF신호인 경우 상기 제1영전압검출부에 의해 검출된 제1영전압점의 타이밍에 기초하여 검출 혹은 예측되는 상기 교류전원의 영전압점 타이밍에서 조명의 ON/OFF제어 스위칭신호를 생성하는 ON/OFF신호제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 제1제어부는, 수신한 상기 데이터패킷의 제어신호가 ON/OFF신호가 아닌 경우, 개시 비트 및 데이터패킷의 이진수 1비트 및 이진수 0비트에 상응하는 스위칭신호를 순차적으로 생성하는 LED동작신호제어부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 컨트롤패널은, LED 조명의 점등 및 소등을 제어하는 명령을 입력 받아 ON/OFF신호를 생성하는 ON/OFF신호입력부; 및 LED 조명의 동작을 제어하는 명령을 입력 받아 제어신호를 생성하는 LED동작신호입력부;를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 컨트롤패널은, 입력에 필요한 정보가 표시되는 표시부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 조명제어장치는, 외부통신망을 통해 제어신호를 수신할 수 있는 통신부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 LED 조명시스템은, 상기 조명제어장치로부터 제어신호 정보가 포함된 변형 교류전원을 수신하여 LED부의 동작을 제어하는 LED동작제어장치를 더 포함하고, 상기 LED동작제어장치는, 상기 스위칭부로부터 출력된 변형 교류전원을 수신하여 제2 영전압점을 순차적으로 검출하는 제2영전압검출부; 상기 제2 영전압점을 순차적으로 수신하고, 상기 제2 영전압점이 검출될 때마다 그 시점을 기준으로 반주기 동안의 제2 영전압점 신호의 온 오프상태 변화에 상응하는 비트값으로 판독하여, 각 판독된 비트값을 순차적으로 취합한 수신 데이터패킷을 출력하는 제2제어부; 및 상기 제2 제어부로부터 수신 데이터패킷을 수신하여, 상기 수신 데이터패킷에 해당하는 제어신호를 상기 AC직결드라이버로 출력하는 제어신호출력부;를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 조명제어장치는, 스위칭부를 통과한 교류전원에 포함된 서지 및 노이즈 등을 제거할 수 있는 서지필터링부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, AC-DC 컨버터를 사용하지 않고 LED에 교류전원을 직접 공급받아 작동하여 회로를 단순화하고, 크기를 줄일 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 AC-DC 컨버터를 사용하지 않아 회로를 구성하는 비용을 낮출 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 교류전원에서 전력이 가장 작은 영전압에서 ON/OFF 제어를 함으로써 개폐 서지를 효과적으로 차단하고 돌입전류에 의한 이상 동작을 방지함으로써 안정성을 확보할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 교류전원의 개폐를 통해 LED 조명의 제어신호를 전송함으로써 별도의 통신망 없이도 전력선만을 이용하여 데이터가 전송되어 통신망을 구성하기 위한 비용을 절감하면서도 LED 조명을 원격 제어할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 교류전원을 통해 데이터패킷을 전송하기 위해 이진수 1 및 이진수 0 외에 데이터패킷의 개시점을 표시함으로써 통신의 안정성을 확보하고, 개시점 신호가 수신되기 전에는 LED동작제어장치가 동작하지 않도록 하여 노이즈 발생시에는 LED동작제어장치가 동작하지 않음으로써 효율적으로 통신할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템에 사용되는 제어 방식을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 컨트롤패널의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 조명제어장치 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 ON/OFF신호 제어에 따른 파형을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 조명제어장치를 통해 검출된 파형을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 LED동작제어장치에서 판독된 파형을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 LED동작제어장치에 출력되는 변형 교류전원의 실시예를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 제1제어부의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 AC직결드라이버의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 LED동작제어장치, AC직결드라이버 및 LED부를 개략적으로 도시하는 도면이다.
이하에서는, 다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.
또한, 다양한 양상들 및 특징들이 다수의 디바이스들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있는 시스템에 의하여 제시될 것이다. 다양한 시스템들이, 추가적인 장치들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있다는 점 그리고/또는 도면들과 관련하여 논의된 장치들, 컴포넌트들, 모듈들 등 전부를 포함하지 않을 수도 있다는 점 또한 이해되고 인식되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다. 아래에서 사용되는 용어들 '~부', '컴포넌트', '모듈', '시스템', '인터페이스' 등은 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티(computer-related entity)를 의미하며, 예를 들어, 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어를 의미할 수 있다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템에 사용되는 제어 방식을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 교류전원은 일반적으로 60Hz또는 50Hz의 주기로 1/2주기마다 반대극성을 갖는 사인함수형태의 전력이 공급되는 특성을 갖는다.
교류전원의 위상각을 제어하는 방법으로는 0도, 180도에서 존재하는 영전압점을 기준으로 파형의 시작부분의 위상을 제어하는 리딩에지(leading edge) 제어방식과 파형의 끝부분의 위상을 제어하는 트레일링에지(trailing edge) 제어방식이 있다. 이때, 위상각을 제어하는 방법에 있어서 리딩에지 제어방식 또는 트레일링에지 제어방식만을 사용하거나 리딩에지 제어방식과 트레일링에지 제어방식을 조합하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 LED 조명시스템의 일 실시예에서는 조명제어장치(200)에서 리딩에지를 조절한 파형과 트레일링에지를 조절한 파형, 위상각을 조절하지 않은 파형을 조합하여 순차적으로 LED동작제어장치(300)에 공급함으로써 AC직결드라이버(400)에 수신 데이터패킷을 전송한다.
혹은, 본 발명의 LED 조명시스템은 영전압점의 인근, 혹은 영전압점에서 기설정된 범위의 영역에 대하여 스위칭부를 통하여 교류전원을 ON 혹은 OFF 제어, 혹은 스케줄링 된 ON 혹은 OFF제어를 함으로써 데이터패킷을 전송할 수 있다. 여기서 스케줄링 된 ON 혹은 OFF 제어는 상기 영전압점에서 기설정된 범위의 영역에서 2 이상의 ON, OFF를 스케줄링 된 타임에 따라 제어하는 것이다.
본 발명은 위상각을 제어하는 방법에 있어서 리딩에지 제어 파형, 트레일링에지 제어 파형, 제어하지 않은 파형에 개시비트 또는 이진데이터를 대입하여 데이터를 통신한다.
일 예로서, 개시비트는 리딩에지 제어파형 또는 트레일링에지 제어파형에 대응되고, 전송하고자 하는 데이터는 이진수로 변환되어 나머지 위상각 제어파형을 이진수 1 또는 이진수 0에 대응되도록 하고, 위상각을 조절하지 않은 파형은 위상각을 조절한 파형의 이진수 값의 보수에 대응되도록 하여 순차적으로 공급함으로써, 제3제어부(410)에 수신 데이터패킷을 직렬 전송할 수 있다.
이와 같은 대응관계는 실시예에 따라 변경될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명시스템은 조명제어장치(200), LED동작제어장치(300), AC직결드라이버(400), LED부(500), 및 컨트롤패널(600)을 포함한다.
조명제어장치(200)는 통신부(210), 전원부(220), 제1영전압검출부(230), 스위칭부(240), 제1제어부(250), 및 서지필터링부(260)를 포함한다.
전원부(220)는 교류전원(20)을 정류하여 제1제어부(250)와 통신부(210)에 필요한 전력을 공급한다.
통신부(210)는 유무선 통신망(30)을 통해서 외부 단말로부터 조명의 제어신호(10)를 나타내는 송신대상 데이터패킷을 수신하여 제1제어부(250)로 출력한다. 이때, 상기 데이터패킷은 개시비트, 이진수 1 또는 이진수 0이거나, 혹은 개시비트, 이진수 1 또는 이진수 0으로 변환될 수 있다.
제1영전압검출부(230)는 교류전원의 전압이 영전압이 되는 시점인 제1영전압점을 검출하여 제1영전압점신호를 제1제어부(250)로 출력한다.
제1제어부(250)는 제1영전압검출부(230)로부터 제1영전압점신호를 수신하고 통신부(210)를 통해 데이터패킷을 수신하여 제1영전압점에 데이터패킷에 상응하는 신호로 변환하기 위하여 스위칭부(240)를 제어한다.
제1제어부(250)는 통신부(210) 또는 컨트롤패널(600)을 통해 외부로부터 수신된 제어신호(10)를 판독한다. 판독한 데이터가 ON/OFF신호일 경우, 스위칭부(240)가 상기 제1영전압점에 맞추어 전원의 공급을 ON/OFF 하도록 제어하고, ON/OFF신호가 아닌 조명 동작 제어신호인 경우, 상기 제어신호를 나타내는 데이터패킷에 해당하는 스위칭신호를 생성하여 스위칭부(240)로 출력한다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면 제1제어부(250)에는 오프 상태에서 온 상태로 변환되는 제1스위칭신호, 온 상태가 지속되는 제2스위칭신호, 온 상태에서 오프 상태로 변환되는 제3스위칭신호가 미리 저장된다. 이와 같은 스위칭신호는 실시예에 따라 변할 수 있다.
제어신호를 나타내는 데이터패킷을 전송하는 경우, 제1제어부(250)는 제1영전압검출부(230)로부터 제1영전압점을 파악하고, 통신 개시시 제1영전압점이 검출되면 개시 비트에 매칭된 스위칭신호를 스위칭부(240)에 인가하고, 그 다음 제1영전압점이 검출될 때마다 송신대상 데이터패킷을 이루는 비트값에 매칭된 해당 스위칭신호를 순차적으로 스위칭부(240)에 인가한다.
이 때, 개시 비트에는 제1스위칭신호 또는 제3스위칭신호가 매칭되고, 이진수 1비트 및 이진수 0비트에는 개시 비트에 매칭된 스위칭신호를 제외한 나머지 2개의 스위칭신호가 각각 임의적으로 매칭된다. 이와 같은 스위칭신호는 실시예에 따라 변할 수 있다.
즉, 제1제어부(250)는 상기 제1영전압점신호가 입력될 때마다 데이터패킷에 따라 대응되는 제1스위칭신호, 제2스위칭신호 또는 제3스위칭신호를 스위칭부(240)에 출력한다.
스위칭부(240)는 교류전원(20)을 입력 받고, 상기 제1제어부(250)로부터 제1스위칭신호 내지 제3스위칭신호를 인가 받아 상기 제1스위칭신호 내지 제3스위칭신호가 온 상태일 경우에는 상기 교류전원(20)을 통과시키고, 오프 상태일 경우에는 상기 교류전원(20)을 차단시켜 생성된 변형 교류전원을 출력한다.
이 때, 스위칭부(240)는 FET, Transistor, IGBT등의 반도체 스위칭 소자로 구현될 수 있다.
서지필터링부(260)는 발생한 서지(surge)성 노이즈를 필터링하여 제거한다. 바람직하게는 상기 서지필터링부(260)는 서지임펄스를 클램핑하는 클램핑부, 고주파노이즈를 제거하는 로우패스필터부, 서지임펄스를 감쇠시키는 소거부를 포함하여 구성된다. 이와 같은 서지필터링부(260)를 통해, 제1제어부(250) 및 스위칭부(240)의 동작에 의해 서지 발생을 억제하더라도 발생할 수 있는 서지를 제거함으로써 회로의 안전성을 확보할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
LED동작제어장치(300)는 제2영전압검출부(330), 제2제어부(320), 및 제어신호출력부(310)를 포함한다.
제2영전압검출부(330)는 스위칭부(240)에서 출력된 변형 교류전원을 수신하여 변형 교류전원의 전압이 영전압이 되는 시점인 제2영전압점을 검출하여 제2영전압점신호를 제2제어부(320)로 출력한다.
제2제어부(320)는 상기 제2영전압점신호를 순차적으로 수신하고, 변형 교류전원의 제2영전압점이 검출될 때 마다 그 시점을 기준으로 반주기 동안의 제2영전압점신호가 온 상태에서 오프 상태를 유지하는 경우, 오프 상태를 지속적으로 유지하는 경우, 오프 상태에서 온 상태를 유지하는 경우 중 어느 경우에 해당하는지 판단한다.
이에 따라 제2영전압점신호가 오프 상태에서 온 상태를 유지하는 경우에는 상기 제3스위칭신호에 미리 매칭된 비트값으로 판독하고, 오프상태를 지속적으로 유지하는 경우는 제2스위칭신호에 미리 매칭된 비트값으로 판독하고, 온 상태에서 오프 상태를 유지하는 경우는 제1스위칭신호에 미리 매칭된 비트값으로 판독하여, 각 판독된 비트값을 순차적으로 취합한 수신 데이터패킷을 출력한다. 이때, 제2제어부(320)는 생성된 상기 수신 데이터패킷을 저장할 수 있다.
제어신호출력부(310)는 제2제어부(320)에 입력되는 수신 데이터패킷에 따라 AC직결드라이버(400)를 구동할 수 있는 제어신호를 출력한다.
AC직결드라이버(400)는 교류전원을 입력 받아 LED부를 구동한다. 상기 AC직결드라이버(400)는 스위칭부(240)의 전원 공급에 따라 LED부의 점등 및 소등을 제어하고, LED동작제어장치로부터 입력 받은 제어신호에 따라 LED부의 밝기 조절 등의 동작 제어를 수행한다.
LED부(500)는 LED를 포함하고, AC직결드라이버(400)의 제어에 따라 빛을 발산한다. 상기 LED부(500)는 하나의 LED로 구성될 수 있을 뿐만 아니라 수 개의 LED로 구성될 수도 있고, 수 개의 LED가 수 개의 LED 클러스터를 이루어 구성될 수도 있다.
또한, 조명제어장치(200)는 컨트롤패널(600)과 연결될 수 있다.
조명제어장치(200)의 제1제어부(250)는 상기 컨트롤패널(600)을 통해 입력된 신호를 판독하여, 판독한 데이터가 ON/OFF신호일 경우, 스위칭부(240)가 상기 제1영전압점에 맞추어 전원의 공급을 ON/OFF 하도록 제어하고, ON/OFF신호가 아닌 조명 동작 제어신호인 경우, 상기 제어신호를 나타내는 데이터패킷에 해당하는 스위칭신호를 생성하여 스위칭부(240)로 출력한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템이 ON/OFF신호가 아닌, LED동작 제어신호를 전송하는 동작에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 조명제어장치(200)가 외부로부터 이진수 1비트 및 이진수 0비트로 이루어진 제어신호(10)를 나타내는 송신대상 데이터패킷 및 교류전원(20)을 수신한다.
그 다음, 조명제어장치(200) 내 제1영전압점검출부(230)가 교류전원(20)을 입력 받고, 입력된 교류전원(20)의 제1영전압점을 검출한다.
그 다음, 조명제어장치(200) 내 제1제어부(250)에 오프 상태에서 온 상태로 되는 제1스위칭신호, 온 상태가 지속되는 제2스위칭신호, 온 상태에서 오프 상태로 되는 제3스위칭신호가 각각 개시비트, 이진수 1비트, 이진수 0비트에 임의적으로 미리 매칭되어 저장되어 있고, 제1영전압검출부(230)로부터 제1영전압점을 파악하고, 통신 개시시 제1영전압점이 검출되면 개시 비트에 매칭된 스위칭신호를 스위칭부(240)에 인가하고, 그 다음 제1영전압점이 검출될 때마다 송신대상 데이터패킷을 이루는 비트값에 매칭된 해당 스위칭신호를 순차적으로 스위칭부(240)에 인가한다.
그 다음, 조명제어장치(200) 내 스위칭부(240)가 상기 교류전원(20)을 입력 받고, 상기 제1제어부(250)로부터 제1스위칭신호 내지 제3스위칭신호를 인가 받아 상기 제1스위칭신호 내지 제3스위칭신호가 온 상태일 경우에는 상기 교류전원(20)을 통과시키고, 오프 상태일 경우에는 상기 교류전원(20)을 차단시켜 생성된 변형 교류전원을 출력한다.
그 다음, LED동작제어장치(300) 내 제2영전압검출부(330)가 상기 스위칭부(240)로부터 출력된 변형 교류전원을 수신하여 제2영전압점을 순차적으로 검출하여 제2제어부(320)에 전송한다.
그 다음, LED동작제어장치(300) 내 제2제어부(320)가 상기 제2영전압점을 순차적으로 수신하고, 상기 제2영전압점이 검출될 때마다 그 시점을 기준으로 반주기 동안의 제2영전압점신호가 오프 상태에서 온 상태를 유지하는 경우는 상기 제3스위칭신호에 미리 매칭된 비트값으로 판독하고, 오프 상태를 지속적으로 유지하는 경우는 제2스위칭신호에 미리 매칭된 비트값으로 판독하고, 온 상태에서 오프 상태를 유지하는 경우는 제1스위칭신호에 미리 매칭된 비트값으로 판독하여, 각 판독된 비트값을 순차적으로 취합한 수신 데이터패킷을 출력한다.
이때, 제2제어부(320)는 제2영전압점이 검출될 때마다 그 시점을 기준으로 반주기 동안의 제2영전압점신호를 판단하되, 상기 제2영전압점신호가 개시비트에 해당하는 신호인 경우, 그 시점부터 수신 데이터패킷을 생성한다.
그 다음, LED동작제어장치(300) 내 저장부에 수신 데이터패킷을 저장한다.
이 때, LED동작제어장치(300)는 수신 데이터패킷을 저장하지 않을 수도 있다.
그 다음, 제어신호출력부(310)가 상기 제2제어부(320)로부터 수신 데이터패킷을 수신하여, 상기 수신 데이터패킷에 해당하는 제어신호를 기반으로 AC직결드라이버(400)에 LED부(500)를 제어할 수 있는 신호를 입력한다.
본 발명은 상기 과정을 통해 데이터를 수신하여 LED부의 동작을 제어한다.
이와 같이 별도의 통신망을 구비하지 않고도 교류전원의 개폐를 통해 LED 조명의 제어신호를 전송함으로써 통신망을 구성하기 위한 비용을 절감하면서도 LED 조명을 원격 제어할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 컨트롤패널의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 컨트롤패널(600)은 ON/OFF신호입력부(610), LED동작신호입력부(620), 및 표시부(630)를 포함한다.
ON/OFF신호입력부(610)는 LED 조명의 점등 및 소등을 제어하는 명령을 입력 받아 ON/OFF신호를 생성한다. 이 때 상기 ON/OFF신호입력부는 ON/OFF신호를 직접 입력 받을 수도 있고, 점등 및 소등에 해당되는 입력을 받아 ON/OFF신호를 생성할 수도 있다. 이와 같이 상기 ON/OFF신호입력부(610)는 LED 조명을 직접적으로 점등 및 소등하는 입력 스위치의 역할을 하게 된다.
LED동작신호입력부(620)는 LED 조명의 동작을 제어하는 명령을 입력 받아 제어신호를 생성한다. LED 조명의 동작을 제어하는 명령이라 함은 LED 조명의 점등 및 소등을 제외한 조명의 점멸, 조도의 조절, 디밍 등의 명령을 뜻한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 LED 조명은 수 개의 LED가 조합된 LED 클러스터로 구성될 수 있으며, 이 때 상기 LED동작신호입력부(620)는 상기 LED 클러스터를 제어하여 특정 색, 모양 등을 표시하는 명령을 입력 받아 제어신호를 생성할 수 있다.
표시부(630)는 입력에 필요한 정보가 표시된다. 입력에 필요한 정보는 조명을 제어하기 위해 필요한 조명의 현재 상태 및 현재 입력되는 명령의 종류 등을 포함할 수 있다. 이와 같은 표시부(630)는 정보를 표시하기 위한 수단으로 LED, 디스플레이장치, 또는 스피커 등을 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 조명제어장치 회로도이다.
먼저, 제1영전압검출부(230)에 관하여 설명한다.
일반적인 교류전원(20)은 50 또는 60 Hz의 주기로 전압의 크기와 방향이 변한다. 인가되는 교류전원(20)은 저항 분배회로(R1, R2, R3)를 통해 회로에서 인식 가능한 전압으로 떨어진다. 시간에 따라 변화하는 전압에 의해 브리지회로(D1, D2, D3, D4)의 부에 연결된 Capacitor(C1)가 충전되고 전압이 낮아지면 D5를 통해 방전된다. C1에 충전된 전압에 의해 포토 커플러(OP2)가 동작하게 되고 영전압점신호입력으로 절연된 Low신호가 입력된다. 교류 전원(20)의 전압이 주기에 따라 크기가 0전압에 도달하면 C1이 방전되어 포토 커플러(OP2)의 동작이 중단되고 영전압점신호 입력단자에 절연된 High신호가 입력된다. 교류전원(20)은 한 주기에 0전압이 두 번 발생하므로 영전압점신호는 교류전원(20) 주파수의 2배의 주기로 발생한다.
이와 같은 영전압 검출부의 회로 원리는 통상적으로 사용되는 것이므로 이에 관한 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
스위칭부(240)는, 제1 FET(Q1), 제2 FET(Q2), 포토 커플러(OP1), 제너 다이오드 및 콘덴서를 포함한다.
제1 FET(Q1)은 N채널 트랜지스터로서 드레인단은 상기 교류전원과 전기적으로 연결되고, 소스단은 제1 접지단과 전기적으로 연결되고, 게이트단은 제1 노드에 전기적으로 연결된다.
제2 FET(Q2)은 N채널 트랜지스터로서 소스단은 상기 제1 접지단과 전기적으로 연결되고, 게이트단은 상기 제1 노드에 전기적으로 연결되며, 드레인단으로 변형 교류전원이 출력된다.
포토 커플러(OP1)은, 제1단은 제1 직류전원(Vcc)에 연결된 제1 저항에 전기적으로 연결되고, 제2단은 상기 제1제어부의 스위칭신호 출력단과 전기적으로 연결되고, 제3단은 제2 직류전원(Vdd)에 연결된 제2 저항과 전기적으로 연결되고, 제4단은 제2 접지단과 전기적으로 연결되어, 제1단에서 제2단으로 전류가 흐르면 제3단에서 제4단으로 전류가 도통된다.
제너 다이오드는 상기 제1 노드와 제2 접지단 사이에 전기적으로 연결된다.
콘덴서도 상기 제1 노드와 제2 접지단 사이에 전기적으로 연결된다.
또한, 제1제어부(250)의 스위칭신호 출력단에서 출력되는 제1 내지 제3 스위칭 신호는, 온 상태의 전압 크기는 상기 제1 직류전원(Vcc)의 크기(예컨대, 3.3V)와 동일하게 하며, 제1 내지 제3 스위칭 신호의 오프 상태 전압 크기는 Low 전압으로서 거의 0 V에 가까울 것이다.
즉, 제1제어부(250)의 스위칭신호 출력단에 걸리는 전압이 제1 직류전원인 Vcc 전압과 동일하다면, 포토 커플러의 제1단과 제2단의 전압차가 없어 전류가 흐르지 않게 되고, 따라서, 포토 커플러의 제3단과 제4단 사이에도 전류가 흐르지 않게 되어 제1 노드에는 제2 직류전원(Vdd)이 일정한 비율로 분배된 전압이 걸리게 된다. 따라서, 이 경우 제1 노드에 걸리는 전압은 제1 접지단의 전압보다 높은 전압이 걸리게 되어 제1 FET는 드레인에서 소스방향으로 전류가 흐르게 되고, 제2 FET는 소스에서 드레인 방향으로 전류가 흐르게 되어, 결국 입력되는 교류전원이 제2 FET의 드레인단으로 그대로 통과하게 된다.
제1제어부의 스위칭신호 출력단에 걸리는 전압이 상술한 Low 전압이라면, 포토 커플러의 제1단과 제2단 사이에 전압차가 생겨 전류가 흐르게 되고, 따라서 포토 커플러의 제3단과 제4단 사이에도 전류가 흐르게 되어 제3단의 전압은 제2 접지단의 전압 크기로 떨어질 것이고, 이에 따라 제1 노드의 전압 역시 제2 접지단과 비슷한 크기의 전압으로 떨어지게 된다. 따라서, 이 경우 제1 노드에 걸리는 전압은 제1 접지단의 전압 크기와 동일하게 되며, 이에 따라 제1 FET 및 제2 FET의 게이트단에 걸리는 제1 노드 전압이 제1 접지단과 동일하게 되므로 제1 FET 및 제2 FET 모두 전류가 흐르지 않게 되어, 결국 입력되는 교류전원이 차단된다.
위상각제어는 제1영전압점신호를 기준으로 동작하게 되고, 위상각을 제어하지 않는 주기에는 제1영전압점신호를 기준으로 다음 제1영전압점신호 입력까지 위상각 제어회로를 ON상태로 유지한다.
리딩에지를 제어하는 주기에는 영전압점신호를 기준으로 위상각 제어시간 동안 위상각 제어회로를 OFF상태로 유지한 후 다음 영전압점신호가 입력될 때까지 위상각 제어회로를 ON상태로 유지한다.
트레일링에지를 제어하는 경우 영전압점신호를 기준으로 트레일링에지 제어 지연시간 동안 위상각 제어회로를 ON으로 제어한 후 위상각 제어시간 동안 위상각 제어회로를 OFF로 유지한다.
본 발명은 리딩에지 제어파형, 트레일링에지 제어파형, 위상각을 제어하지 않은 파형 등 3가지의 조합이 발생하므로 이진데이터에 대응하여 데이터를 표현하기 위한 경우 외에 데이터의 시작점을 표시할 수 있다. 개시비트에 의한 개시신호를 이용하여 데이터의 시작점을 표시함으로써, 데이터 통신이 원활하게 동작할 수 있도록 구성된 일반적인 시리얼 통신을 구현하기 용이하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 ON/OFF신호 제어에 따른 파형을 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 조명제어장치(200)에 입력되는 입력교류전원, ON/OFF신호, 입력교류전원으로부터 검출되는 제1영전압점신호, 및 조명제어장치(200)의 출력교류전원을 확인할 수 있다.
조명제어장치(200)에 교류전원(20)이 입력되고, 통신부(210) 또는 컨트롤패널(600)을 통해 ON/OFF신호가 입력된 경우, 제1영전압검출부(230)는 입력된 교류전원(20)가 영전압이 되는 제1영전압점을 검출한다.
이후 제1제어부(250)는 ON/OFF신호가 OFF에서 ON이 되면, 스위칭부(240)가 곧바로 교류전원을 통과시켜 LED부(500)에 전원을 공급하도록 하지 않고, 다음 제1영전압점신호가 입력될 때까지 기다린다.
이후 제1영전압점신호가 입력되면 제1제어부(250)는 스위칭부(240)가 제1영전압점에 맞추어 교류전원을 통과시키도록 스위칭신호를 생성하여 스위칭부(240)로 출력하고, 스위칭부(240)는 상기 스위칭신호에 맞추어 교류전원(20)을 통과시킨다.
ON/OFF신호가 ON에서 OFF가 되는 경우에도 제1제어부(250)는 스위칭부(240)가 곧바로 교류전원을 차단시키지 않고, 다음 제1영전압점신호가 입력될 때까지 기다린다.
이후 제1영전압점신호가 입력되면 제1제어부(250)는 스위칭부(240)가 제1영전압점에 맞추어 교류전원을 차단하도록 스위칭신호를 생성하여 스위칭부(240)로 출력하고, 스위칭부(240)는 상기 스위칭신호에 맞추어 교류전원(20)을 차단한다.
이와 같이 ON/OFF신호가 ON 또는 OFF로 바뀌는 시점에서 스위칭부(240)가 교류전원(20)을 통과 또는 차단하도록 하지 않고, 제1영전압점신호에 맞추어 통과 또는 차단하도록 함으로써, 전력이 가장 작은 영전압에서 회로의 개폐가 일어나게 되고, 이에 따른 개폐서지의 발생을 최소화 하여 AC직결드라이버를 보호하고 안정성을 확보할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 조명제어장치를 통해 검출된 파형을 보여주는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 LED동작제어장치에서 판독된 파형을 보여주는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 먼저 제1제어부(250)는 제1스위칭신호 내지 제3스위칭신호가 저장되고, 상기 제1스위칭신호 내지 제3스위칭신호는 교류전원에 통신부를 통해 입력된 데이터인 개시비트, 이진수1 또는 0을 입혀 개시비트, 이진수1 또는 0에 대응되는 각 스위칭신호로, 입력된 상기 데이터에 따라 대응되는 스위칭신호가 스위칭부에 인가된다.
제1스위칭신호는 오프 상태이다가 온 상태로 변환되는 신호이고, 제2스위칭신호는 지속적으로 온 상태로 유지되는 신호이고, 제3스위칭신호는 온 상태에서 오프 상태로 변환되는 신호이다.
이때, 제1스위칭신호는 교류전원의 제1영전압점을 기준으로 시작부분의 위상을 절단하여 절단된 구간 동안만 스위칭신호가 오프 상태이고 절단되지 않은 부분부터 다시 온 상태가 되는 것으로, 리딩에지 제어파형이다.
제2스위칭신호는 교류전원의 제1영전압점을 기준으로 위상의 변화가 없어 스위칭신호가 지속적으로 온 상태이다.
제3스위칭신호는 교류전원의 제1영전압점을 기준으로 끝부분의 위상을 절단하여 절단된 구간 동안만 스위칭신호가 오프 상태이므로, 제1영전압점에서 절단된 구간 이전까지는 온 상태이다가 절단된 구간에서 오프 상태가 되는 것으로, 트레일링에지 제어파형이다.
본 발명은 이와 같은 방법으로 LED 조명의 동작을 제어한다.
조명제어장치(200)에 교류전원(20)이 입력되면 제1제어부(250)에 제1영전압검출부(230)에 의해 검출된 상기 교류전원의 제1영전압점이 입력된다.
이때, 제1제어부(250)에는 오프 상태에서 온 상태로 전환되는 제1스위칭신호, 온 상태로 유지되는 제2스위칭신호 및 온 상태에서 오프 상태로 전환되는 제3스위칭신호가 저장되고, 제1스위칭신호, 제2스위칭신호, 제3스위칭신호 각각은 개시비트 또는 이진수 1 또는 이진수 0과 각각 매칭되도록 설정된다.
예를 들어, 이진수 1에는 제1스위칭신호가 매칭되고, 이진수 0에는 제2스위칭신호가 매칭되고, 개시비트에는 제3스위칭신호가 매칭된다고 가정했을 경우, 제1제어부(250)는 통신부에 이진수 1이 입력되면 상기 이진수 1에 대응되는 제1스위칭신호를 스위칭부(240)에 출력한다.
스위칭부(240)는 제1스위칭신호에 따라 오프 상태인 구간에서는 교류전원을 차단시키고, 온 상태인 구간에서는 교류전원을 통과시키고, 교류전원에 이진수 1을 입혀 생성된 변형 교류전원을 LED동작제어장치(300)로 출력한다.
LED동작제어장치(300) 내 제2영전압검출부(330)는 변형 교류전원의 제2영전압점을 검출하고, 제2영전압점 신호를 제2제어부(320)에 전송한다.
이때, 제2제어부(320)에는 제2영전압점을 기준으로 판단해야 할 반주기가 미리 지정된다.
예를 들어, 제2제어부(320)에 변형 교류전원의 반주기를 기준으로 판단하도록 지정된 경우, 제2제어부(320)는 변형 교류전원이 입력되면 제2영전압점을 검출하여 제2영전압점을 기준으로 반주기가 끝나는 시점에 판단한다.
즉, 제2제어부(320)는 변형 교류전원이 입력되고 제2영전압점신호가 검출될 때마다 온오프 상태를 판독하고, 반주기가 끝나는 시점의 온오프 상태를 판독하여 온 상태에서 오프 상태로 또는 오프에서 온 상태로 또는 오프 상태로 유지되었는지를 감지하여 그에 따라 각각의 수신 데이터패킷을 도출한다.
또한, 제2제어부(320)는 변형 교류전원의 제2영전압점을 기준으로 개시비트와 매칭된 스위칭신호가 입력된 경우에만 동작한다. 이는 노이즈로 인한 불필요한 동작 발생을 방지하기 위함이다.
예를 들어, 변형 교류전원은 제2영전압점을 기준으로 제2영전압점 신호가 오프 상태이다가 온 상태가 되는 경우, 오프 상태에서 온 상태로 전환되는 시점이 데이터 개시점이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 LED동작제어장치에 출력되는 변형 교류전원의 실시예를 보여주는 도면이다.
이하, 제1제어부(200)에 교류전원(20)이 입력되고 외부 단말 또는 컨트롤패널로부터 제어신호(10)를 나타내는 데이터패킷 10100101이 입력되고, 제1제어부(250)에는 제1스위칭신호 또는 제3스위칭신호는 이진수 1과 매칭되고, 제2스위칭신호는 이진수 0과 매칭되도록 설정되고, 제2제어부에는 제2영전압점을 기준으로 반주기 구간을 판독하도록 설정된 경우를 예로 설명한다.
도 8을 참조하면, 제2제어부(320)에 개시비트(S)를 시작으로 인지하고, 여기서 개시비트는 제2영전압점을 기준으로 반주기 동안의 제2영전압점신호가 온 상태에서 오프 상태로 전환되거나 제2영전압점신호가 오프 상태에서 온 상태로 전환되는 스위칭신호와 매칭된다. 즉, 개시비트는 트레일링에지 제어파형 또는 리딩에지 제어파형과 대응된다.
그 다음, 제2영전압점을 기준으로 반주기 동안의 제2영전압점신호가 오프 상태에서 온 상태로 전환되는 경우로, 제1스위칭신호와 매칭된 비트값 이진수 1이 검출된다.
그 다음, 제2영전압점을 기준으로 반주기 동안의 제2영전압점신호가 오프 상태로 유지되는 경우로, 제2스위칭신호와 매칭된 비트값 이진수 0이 검출된다.
그 다음, 제2영전압점을 기준으로 반주기 동안의 제2영전압점신호가 오프 상태에서 온 상태로 전환되는 경우로, 제1스위칭신호와 매칭된 비트값 이진수 1이 검출된다.
그 다음, 제2영전압점을 기준으로 반주기 동안의 제2영전압점신호가 오프 상태로 유지되는 경우로, 제2스위칭신호와 매칭된 비트값 이진수 0이 검출된다. 그 다음 이진수 0 또한 같은 과정으로 인한 비트값이다.
그 다음, 제2영전압점을 기준으로 반주기 동안의 제2영전압점신호가 온 상태에서 오프 상태로 전환되는 경우로, 제3스위칭신호와 매칭된 비트값 이진수 1이 검출된다.
그 다음, 제2영전압점을 기준으로 반주기 동안의 제2영전압점신호가 오프 상태로 유지되는 경우로, 제2스위칭신호와 매칭된 비트값 이진수 0이 검출된다.
그 다음, 제2영전압점을 기준으로 반주기 동안의 제2영전압점신호가 온 상태에서 오프 상태로 전환되는 경우로, 제3스위칭신호와 매칭된 비트값 이진수 1이 검출된다.
이와 같이 이진수 1은 제1스위칭신호 또는 제3스위칭신호와 매칭된 비트값으로, 제2영전압점을 기준으로 반주기 동안의 제2영전압점신호가 온 상태에서 오프 상태로 전환되거나 오프 상태에서 온 상태로 전환되는 경우에 출력된다. 이진수 0은 제2스위칭신호와 매칭되어 제2영전압점을 기준으로 반주기 동안의 제2영전압점신호가 오프 상태로 유지되는 경우에 출력된다.
즉, 개시비트는 리딩에지 제어파형 또는 트레일링에지 제어파형에 대응되고, 전송하고자 하는 데이터는 이진수로 변환되어 나머지 위상각 제어파형을 이진수 1 또는 이진수 0에 대응되도록 하고, 위상각을 조절하지 않은 파형은 위상각을 조절한 파형의 이진수(10100101) 값의 보수(01011010)에 대응되도록 하여 순차적으로 공급함으로써, 제어신호출력부(310)에 수신 데이터패킷을 직렬 전송한다.
제어신호출력부(310)는 제2제어부(320)에서 판독된 수신 데이터패킷 10100101을 수신하여 상기 수신 데이터패킷에 해당하는 조명의 제어신호를 기반으로 AC직결드라이버(400)에 맞는 신호를 생성하여 출력한다. 예를 들어, 상기 제어신호가 조명의 밝기를 한 단계 높이는 명령이라고 가정하면 수신 데이터패킷 10100101에 해당하는 조명의 밝기를 한 단계 높일 수 있는 펄스 신호를 AC직결드라이버(400)로 전송하는 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 제1제어부의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 9를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 제1제어부(250)는 입력신호판별부(251), ON/OFF신호제어부(252), 및 LED동작신호제어부(253)를 포함한다.
입력신호판별부(251)는 통신부(210) 또는 컨트롤패널(600)을 통해 수신한 데이터패킷의 제어신호(10)가 ON/OFF신호인지 여부를 판별한다.
상기 제어신호(10)가 조명의 점등 및 소등을 제어하는 ON/OFF신호인 경우, 입력신호판별부(251)는 ON/OFF신호제어부(252)로 상기 제어신호(10)를 전송하여 처리할 수 있도록 한다.
상기 제어신호(10)가 ON/OFF신호가 아니라 조명의 동작을 제어하는 신호인 경우, 입력신호판별부(251)는 LED동작신호제어부(253)로 상기 제어신호(10)를 전송하여 처리할 수 있도록 한다.
ON/OFF신호제어부(252)는 ON/OFF신호를 수신하여, LED 조명의 점등 및 소등을 수행할 수 있도록 스위칭신호를 생성하여 스위칭부(240)로 전송한다. 이 때, ON/OFF신호제어부(252)는 제1영전압검출부(230)에서 검출한 제1영전압점신호를 수신하여, ON/OFF신호가 입력된 후 첫 제1영전압점신호가 입력되면 그에 맞추어 LED 조명의 점등 및 소등을 수행할 수 있도록 교류전원(20)을 통과 또는 차단시키는 스위칭신호를 생성하여 스위칭부(240)로 전송한다.
이와 같이 ON/OFF신호가 ON 또는 OFF로 바뀌는 시점에서 스위칭부(240)가 교류전원(20)을 통과 또는 차단하도록 하지 않고, 제1영전압점신호에 맞추어 통과 또는 차단하도록 함으로써, 전력이 가장 작은 영전압에서 회로의 개폐가 일어나게 되고, 이에 따른 개폐서지의 발생을 최소화 하여 AC직결드라이버를 보호하고 안정성을 확보할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
LED동작신호제어부(253)는 조명의 동작을 제어하는 신호를 수신하여, 신호를 나타내는 송신대상 데이터패킷에 기초하여 스위칭신호를 생성하여 스위칭부(240)로 전송한다. 상기 데이터패킷은 개시비트, 이진수 1 또는 이진수 0이거나, 혹은 개시비트, 이진수 1 또는 이진수 0으로 변환될 수 있다.
이 때 LED동작신호제어부(253)에는 오프 상태에서 온 상태로 변환되는 제1스위칭신호, 온 상태가 지속되는 제2스위칭신호, 온 상태에서 오프 상태로 변환되는 제3스위칭신호가 미리 저장된다. 이와 같은 스위칭신호는 실시예에 따라 변할 수 있다.
LED동작신호제어부(253)는 제1영전압검출부(23)로부터 제1영전압점을 파악하고, 통신 개시시 제1영전압점이 검출되면 개시 비트에 매칭된 스위칭신호를 스위칭부(240)에 인가하고, 그 다음 제1영전압점이 검출될 때마다 송신대상 데이터패킷을 이루는 비트값에 매칭된 해당 스위칭신호를 순차적으로 스위칭부(240)에 인가한다.
이 때, 개시 비트에는 제1스위칭신호 또는 제3스위칭신호가 매칭되고, 이진수 1비트 및 이진수 0비트에는 개시 비트에 매칭된 스위칭신호를 제외한 나머지 2개의 스위칭신호가 각각 임의적으로 매칭된다. 이와 같은 스위칭신호는 실시예에 따라 변할 수 있다.
즉, LED동작신호제어부(253)는 상기 제1영전압점신호가 입력될 때마다 데이터패킷에 따라 대응되는 제1스위칭신호, 제2스위칭신호 또는 제3스위칭신호를 스위칭부(240)에 출력한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 AC직결드라이버의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 10을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 AC직결드라이버(400)는 입력된 교류전원(20)을 전파정류 하는 다이오드 브릿지(410), LED부(500)와 연결되고 AC직결IC(430)로부터 입력되는 스위칭제어신호에 의해서 온 동작하여서 LED 구동 임계 전압(VF)에 이른 LED의 전류를 스위칭 하는 복수의 LED동작스위치(421, 422, 423, 424), LED에서 입력되는 입력전압(VIN)이 상승하여 LED 구동 임계 전압(VF)에 도달하는지를 감지하고 각 LED가 각 구동 임계 전압에 이른 경우에는 각 LED에 연결된 LED동작스위치를 동작시키기 위한 스위칭제어신호를 출력하여 LED동작스위치를 제어하는 AC직결IC(430) 및 입력전류와 출력전류를 일정하게 유지시키는 전류원(440)을 포함한다.
다이오드 브릿지(410)는 교류전원을 전파정류 하여 LED부(500)로 정류된 전류를 공급하여 LED가 동작할 수 있도록 한다. 이와 같이 AC-DC 컨버터를 사용하지 않고 LED를 동작시키는 회로를 구성함으로써 회로를 단순화 시키고, 크기를 줄일 수 있으며, 비용을 낮출 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
LED동작스위치(421 내지 424)는 AC직결IC(430)의 제어에 따라 LED에 전류를 공급한다.
AC직결IC(430)는 정류된 전류를 공급받고 LED에서 입력되는 입력전압(VIN)과 기저장된 구동 임계 전압(VF)를 비교하여 상기 입력전압(VIN)이 상승하여 LED 구동 임계 전압에 도달한 경우 LED에 연결된 LED동작스위치(421 내지 424)를 동작시키기 위한 스위칭제어신호를 출력하고, LED동작제어장치(300)로부터 제어신호를 입력 받아 구동 전류를 조절하는 등의 방법을 통해 LED부(500)의 조도 조절 등의 동작을 제어한다.
전류원(440)은 AC직결드라이버의 입력전류와 출력전류를 일정하게 유지시킨다.
이와 같은 AC직결드라이버(400)에 의해 AC-DC 컨버터를 사용하지 않고 LED를 구동시킴으로써 회로를 단순화하고, 크기를 줄이고, 비용을 절감할 수 있는 효과를 발휘할 수 있고, AC직결IC(430)에 제어신호를 입력함으로써 LED부의 동작을 제어할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐서지를 방지할 수 있는 AC직결형 LED조명 시스템의 LED동작제어장치, AC직결드라이버 및 LED부를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 11과 같이 원형의 PCB로 구성된 모듈에 구비된 PCB의 가장자리에 빙 둘러 위치한 다수의 LED, 교류전원을 입력 받아 LED를 구동시키는 AC직결드라이버, 및 전력선을 통해 조명제어장치와 통신을 수행하여 LED를 제어하는 제어신호를 입력 받는 LED동작제어장치를 구비함으로써 가로등 등의 조명시설에 설치할 수 있게 된다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명시스템은 AC-DC컨버터를 사용하지 않아 조명의 회로를 단순화하고 그 크기를 줄일 수 있으며, 저렴한 비용으로 구성할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다. 또한 전력선을 통해 LED동작제어장치가 제어신호를 수신하여 조명을 제어함으로써 별도의 통신망 없이도 LED 조명을 원격 제어할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 조명제어장치가 교류전원의 전력이 가장 작은 영전압점에서 조명을 ON/OFF 제어함으로써 개폐서지의 발생을 억제하고, 서지필터링부를 통해 AC직결드라이버로 유입되는 서지성 노이즈를 차단함으로써 회로의 안정성을 확보할 수 있는 효과를 발휘할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, AC-DC 컨버터를 사용하지 않고 LED에 교류전원을 직접 공급받아 작동하여 회로를 단순화하고, 크기를 줄일 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 AC-DC 컨버터를 사용하지 않아 회로를 구성하는 비용을 낮출 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 교류전원에서 전력이 가장 작은 영전압에서 ON/OFF 제어를 함으로써 개폐 서지를 효과적으로 차단하고 돌입전류에 의한 이상 동작을 방지함으로써 안정성을 확보할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 교류전원의 개폐를 통해 LED 조명의 제어신호를 전송함으로써 별도의 통신망 없이도 전력선만을 이용하여 데이터가 전송되어 통신망을 구성하기 위한 비용을 절감하면서도 LED 조명을 원격 제어할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 교류전원을 통해 데이터패킷을 전송하기 위해 이진수 1 및 이진수 0 외에 데이터패킷의 개시점을 표시함으로써 통신의 안정성을 확보하고, 개시점 신호가 수신되기 전에는 LED동작제어장치가 동작하지 않도록 하여 노이즈 발생시에는 LED동작제어장치가 동작하지 않음으로써 효율적으로 통신할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (9)

  1. 교류전원을 공급받아 동작하는 LED 조명시스템으로서,
    상기 LED 조명시스템은,
    LED 조명의 ON/OFF 및 동작을 제어하는 조명제어장치;
    전원을 입력 받아 구비된 LED를 구동하여 조명을 밝히는 LED부;
    교류전원을 입력 받아 상기 LED부를 구동하는 AC직결드라이버; 및
    조명제어장치에 제어명령을 입력할 수 있는 컨트롤패널;을 포함하고,
    상기 조명제어장치는,
    교류전원을 입력 받고, 입력된 교류전원의 제1 영전압점을 검출하는 제1영전압검출부;
    LED 조명의 ON/OFF제어를 포함하는 제어신호를 나타내는 데이터패킷을 수신하고, 상기 제1영전압검출부에 의해 검출 혹은 예측되는 제1영전압점을 중심으로 기설정된 타이밍영역에 대해 스위칭신호를 생성하는 제1제어부; 및
    상기 교류전원을 입력 받고, 상기 제1제어부로부터 스위칭신호를 인가 받아 스위칭신호가 온 상태일 경우에는 상기 교류전원을 통과시키고, 오프 상태일 경우에는 상기 교류전원을 차단시켜 생성된 변형 교류전원을 출력하는 스위칭부;를 포함하고,
    상기 제1제어부는,
    수신한 상기 데이터패킷의 제어신호가 ON/OFF신호인 경우 상기 제1영전압검출부에 의해 검출된 제1영전압점의 타이밍에 기초하여 검출 혹은 예측되는 상기 교류전원의 영전압점 타이밍에서 조명의 ON/OFF제어 스위칭신호를 생성하는 ON/OFF신호제어부;를 포함하고,
    상기 ON/OFF신호제어부는,
    상기 제1영전압검출부에서 검출한 제1영전압점신호를 수신하고,
    수신한 상기 데이터패킷의 제어신호가 ON/OFF신호인 경우, ON/OFF 신호가 입력된 후 다음 제1영전압점신호가 입력될 때까지 기다린 후에, 다음 제1영전압점신호가 입력되면 그에 맞추어 LED 조명의 점등 혹은 소등을 수행할 수 있도록 교류전원을 통과 또는 차단시키는 스위칭신호를 생성하여 상기 스위칭부로 전송하고,
    상기 제1 제어부는 수신한 상기 데이터패킷의 제어신호가 ON/OFF신호인지 여부를 판별하는 입력신호판별부; 및 수신한 상기 데이터패킷의 제어신호가 ON/OFF신호가 아닌 경우, 개시 비트 및 데이터패킷의 이진수 1비트 및 이진수 0비트에 상응하는 스위칭신호를 순차적으로 생성하는 LED동작신호제어부;를 더 포함하고,
    상기 조명제어장치는 스위칭부를 통과한 교류전원에 포함된 서지 및 노이즈를 제거할 수 있는 서지필터링부;를 더 포함하고,
    상기 서지필터링부는 서지임펄스를 클램핑하는 클램핑부, 고주파노이즈를 제거하는 로우패스필터부, 및 서지임펄스를 감쇠시키는 소거부를 포함하고,
    상기 LED 조명시스템은,
    상기 조명제어장치로부터 제어신호 정보가 포함된 변형 교류전원을 수신하여 LED부의 동작을 제어하는 LED동작제어장치를 더 포함하고,
    상기 LED동작제어장치는,
    상기 스위칭부로부터 출력된 변형 교류전원을 수신하여 제2 영전압점을 순차적으로 검출하는 제2영전압검출부;
    상기 제2 영전압점을 순차적으로 수신하고, 상기 제2 영전압점이 검출될 때마다 그 시점을 기준으로 반주기 동안의 제2 영전압점 신호의 온 오프상태 변화에 상응하는 비트값으로 판독하여, 각 판독된 비트값을 순차적으로 취합한 수신 데이터패킷을 출력하는 제2제어부; 및
    상기 제2 제어부로부터 수신 데이터패킷을 수신하여, 상기 수신 데이터패킷에 해당하는 제어신호를 상기 AC직결드라이버로 출력하는 제어신호출력부;를 포함하고,
    상기 AC직결드라이버는,
    입력된 교류전원을 정류하는 다이오드 브릿지;
    정류된 전류를 공급받고 상기 LED부의 상기 LED에서 입력되는 입력전압과 기저장된 구동임계전압을 비교하여 상기 입력전압이 상기 구동임계전압에 도달한 경우 스위칭 제어신호를 출력하고, 상기 LED동작제어장치로부터 제어신호를 입력받는AC직결IC;
    상기 스위칭 제어신호에 따라 동작하는 LED동작스위치; 및
    상기 AC직결드라이버의 입력전류와 출력전류를 일정하게 유지하는 정류원을 포함하고,
    상기 스위칭부는 N채널 트랜지스터인 제1 FET, N채널 트랜지스터인 제2 FET, 포토커플러, 제너다이오드 및 콘덴서를 포함하는, LED 조명시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤패널은,
    LED 조명의 점등 및 소등을 제어하는 명령을 입력 받아 ON/OFF신호를 생성하는 ON/OFF신호입력부; 및
    LED 조명의 동작을 제어하는 명령을 입력 받아 제어신호를 생성하는 LED동작신호입력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 조명시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 컨트롤패널은,
    입력에 필요한 정보가 표시되는 표시부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 조명시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 조명제어장치는,
    외부통신망을 통해 제어신호를 수신할 수 있는 통신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, LED 조명시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
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