KR101930289B1

KR101930289B1 - 전원 제어 장치

Info

Publication number: KR101930289B1
Application number: KR1020170030455A
Authority: KR
Inventors: 황규찬; 김병국
Original assignee: 제일전기공업 주식회사; 비엔테크 주식회사
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2018-12-18
Also published as: KR20180103466A

Abstract

본 발명은 제어신호에 따라 입력 전원단자로부터의 교류전원을 출력 전원단자로 출력하거나 차단하는 부하 스위칭부, 부하 스위칭부에 의해 출력 전원단자로 입력 전원단자로부터의 교류전원의 출력을 차단하도록 설정된 경우에 직류전원을 생성하는 제1 전원부, 부하 스위칭부에 의해 출력 전원단자로 입력 전원단자로부터의 교류전원을 출력하도록 설정된 경우에 직류전원을 생성하는 제2 전원부 및 제1 전원부와 제2 전원부로부터 생성되는 직류전원에 따라 구동되고 제어신호를 생성하여 부하 스위칭부로 출력하는 제어부를 포함하는 전원 제어 장치에 관한 발명이다.

Description

전원 제어 장치{POWER CONTROL APPARATUS}

본 발명은 전원 제어 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 하나의 교류전원 라인의 제어로 조명과 같은 부하단을 제어하는 전원 제어 장치에서 소비되는 전력소비를 획기적으로 줄여 별도의 전원 공급 라인 없이 전자식 스위칭이 가능하고 부하단의 부작용을 최소화할 수 있는, 전원 제어 장치에 관한 것이다.

일반 가정, 아파트는 다양한 전원 기기를 설비로 구비하고 있다. 예를 들어 일반 가정은 방마다 조명기기를 구비하고 이 조명기기를 제어하기 위한 전원스위치를 구비하고 있다. 전원스위치와 조명기기의 배선 등은 가정의 설계와 건축시에 시공되고 이후로는 변경이 용이치 않다.

조명기기를 제어하기 위한 전원스위치는 한 라인의 교류전원인 인입되고 이 인입 교류전원이 조명기기에 연결된다. 전원스위치는 이 교류전원을 조명기기로 차단하거나 연결함으로써 조명기기를 제어할 수 있다. 기존의 전원스위치는 물리력으로 동작하는 전통적인 기구식 스위치로 구성된다.

전자기술의 발전에 따라, 전원 온/오프만을 제어하는 전원스위치에 다양한 기능의 부가와 편리성 제고를 위한 전자회로가 채택되고 있다. 전원스위치에 전자회로가 채택됨에 따라 전자회로의 구동을 위한 별도의 전원공급이 필요하다.

신규의 건물 등에는 조명기기를 제어할 수 있는 스위치박스에 전자회로 구동을 위한 별도의 전원이 구비되어 있으나 종래에 시공되어 전원스위치(2선식 전원스위치)가 설치되는 스위치박스에는 조명기기의 온/오프 동작 제어를 위한 1단의 교류전원 라인만이 존재하여 별도의 전원공급 없이 1단의 교류전원 라인의 차단/공급되고 있는 환경하에서 전원회로의 구동을 위한 전원 확보가 필요하다.

알려진 전원공급 회로는 교류전원이 조명기기에 공급되고 있는 상태에서 조명기기가 소비하고 있는 전류로부터 동작전류를 획득하기 위한 전류트랜스(Current Transformer)를 포함한다.

또한, 교류전원이 차단된 상태에서 동작전류를 전자회로에 공급하기 위한 전류 리미트 방식의 전원회로를 알려진 전원공급 회로가 포함한다. 이 전류 리미트 방식의 회로는 캐패시터를 이용하고 미소전류를 부하단인 조명기기에 흘려서 필요한 동작전류를 획득한다.

기존에 이용되는 전류트랜스는 부하단인 조명기기의 소비 전류가 일정치 이상(예를 들어 100m Amp)인 경우에 필요한 동작전류의 획득이 가능하고 소비 전류가 일정치 이하인 경우에는 동작전류의 획득이 불가능하다.

기존의 전류 리미트 방식의 회로는 미소전류가 조명기기에 흘러 잔불(잔광) 현상이 발생하는 문제가 있어 바이패스 및 전압분할용 잔불방지 커패시터가 필요하다.

특히, 조명기기가 전력 소비가 상대적으로 작은 LED 조명인 경우에 그 문제는 심각해진다. 예를 들어 LED 조명은 소비 전류(6W, 8W 이하)가 작아 전류트랜스를 통해 동작전류의 획득이 불가능하고 상대적으로 동일한 미소전류에도 더 큰 잔불현상이 발생하는 문제가 있다.

LED 조명은 소비전력이 작아 많은 인기를 얻고 있고 널리 활용되고 있으나 기존의 전원 스위치에서 LED 조명이 이용하는 단일의 교류전원 라인에서 동작전류의 획득에는 여러 문제점이 존재한다.

이와 같이, 기존의 2선식 전원스위치에서 알려진 여러 문제를 해소할 수 있는 전원 제어 장치가 필요하다.

본 발명은, 상술한 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 단일의 교류전원 라인의 스위칭을 통해 부하단을 제어하는 전원 제어 장치의 전력소비를 최소화하여 부하단의 다양한 부작용을 제거할 수 있는, 전원 제어 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 조명기기의 전원오프 상태에서 전자회로 구동에 소요되는 전력소비를 최소화하고 전원온 상태에서 조명기기의 저전력 소비에도 전자회로 구동을 위한 동작전류를 획득할 수 있는 전원 제어 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전원오프 상태에서 전자회로 구동에 소요되는 전력소비를 최소화하여 잔불방지용 커패시터가 필요 없거나 그 용량을 최소화하면서 잔불현상을 방지할 수 있는 전원 제어 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 부하단에 LED 조명기기가 설치된 경우에도 정상적으로 전원 제어 장치의 전자회로의 동작이 가능하고 LED 조명기기의 잔불현상이 최소화될 수 있는 전원 제어 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 전원 제어 장치는 제어신호에 따라 입력 전원단자로부터의 교류전원을 출력 전원단자로 출력하거나 차단하는 부하 스위칭부, 부하 스위칭부에 의해 출력 전원단자로 입력 전원단자로부터의 교류전원의 출력을 차단하도록 설정된 경우에 직류전원을 생성하는 제1 전원부, 부하 스위칭부에 의해 출력 전원단자로 입력 전원단자로부터의 교류전원을 출력하도록 설정된 경우에 직류전원을 생성하는 제2 전원부 및 제1 전원부와 제2 전원부로부터 생성되는 직류전원에 따라 구동되고 제어신호를 생성하여 부하 스위칭부로 출력하는 제어부를 포함한다.

또한, 전원 제어 장치의 제1 전원부는 부하 스위칭부에 의해 출력 전원단자로 교류전원의 출력이 차단 설정된 경우에 동작하고 구비된 SMPS(Switching Mode Power Supply) 회로를 통해 직류전원 생성을 나타내는 피드백 신호에 따라 입력 전원단자의 교류전원으로부터 직류전원을 생성한다.

또한, 전원 제어 장치는 사용자 입력을 수신하는 입력부를 더 포함하고, 부하 스위칭부에 의해 출력 전원단자로 교류전원의 출력이 차단 설정된 경우에, 제어부는 동작 상태를 유휴 모드(Idle mode)로 전환하고 입력부로부터의 입력 이벤트 신호에 따라 동작 상태를 유휴 모드에서 동작 모드로 전환하여 입력 이벤트 신호를 처리한다.

또한, 전원 제어 장치는 입력 전원단자로부터의 입력 교류전원을 제2 전원부로 제공하거나 부하 스위칭부로 바이패스하는 제2전원 제어부를 더 포함하고, 제2 전원부는 제2전원 제어부의 제어에 따라 공급되는 교류전원에 연결되는 제1 브릿지부 및 제1 브릿지부로부터의 출력전원을 축적하는 축전부를 포함한다.

또한, 전원 제어 장치의 제2전원 제어부는 입력 교류전원이 지정된 전원 레벨 이하인 경우에 제2 전원부로 입력 교류전원을 제공하고 지정된 전원 레벨을 초과하는 경우에 입력 교류전원을 부하 스위칭부로 바이패스한다.

또한, 전원 제어 장치의 제2전원 제어부는 입력 교류전원에 연결되는 제2 브릿지부, 제2 브릿지부로부터의 출력전원 레벨이 지정된 전원 레벨을 초과하는 경우에 바이패스 신호를 출력하는 바이패스신호 생성부, 바이패스 신호에 따라 제2 전원부로의 교류전원의 공급 대신에 상기 입력 교류전원을 부하 스위칭부로 바이패스하는 바이패스 스위칭부를 포함한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 전원 제어 장치는 단일의 교류전원 라인의 스위칭을 통해 부하단을 제어하는 전원 제어 장치의 전력소비를 최소화하여 부하단의 다양한 부작용을 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기와 같은 본 발명에 따른 전원 제어 장치는 조명기기의 전원오프 상태에서 전자회로 구동에 소요되는 전력소비를 최소화하고 전원온 상태에서 조명기기의 저전력 소비에도 전자회로 구동을 위한 동작전류를 획득할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기와 같은 본 발명에 따른 전원 제어 장치는 전원오프 상태에서 전자회로 구동에 소요되는 전력소비를 최소화하여 잔불방지용 커패시터가 필요 없거나 그 용량을 최소화하면서 잔불현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기와 같은 본 발명에 따른 전원 제어 장치는 부하단에 LED 조명기기가 설치된 경우에도 정상적으로 전원 제어 장치의 전자회로의 동작이 가능하고 LED 조명기기의 잔불현상이 최소화될 수 있는 효과가 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 전원 제어 장치의 예시적인 블록도를 도시한 도면이다.
도 2는 직류전원을 생성하기 위한 전원 공급부의 상세 블록도를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 대응하는 부분 회로도를 도시한 도면이다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술 되어 있는 상세한 설명을 통하여 더욱 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 전원 제어 장치(10)의 예시적인 블록도를 도시한 도면이다.

도 1에 따르면 전원 제어 장치(10)는 입력 전원단자(100), 하나 이상의 출력 전원단자(200), 하나 이상의 부하 스위칭부(300), 전원 공급부(400), 입력부(500), 통신부(600), 출력부(700) 및 제어부(900)를 포함한다. 이 중 일부의 블록은 본 발명에 따른 전원 제어 장치(10)에서 생략될 수 있다. 또는 도 1에 도시되지 않은 다른 블록이 본 전원 제어 장치(10)에 더 포함될 수도 있다.

도 1의 예는 두 개의 부하 스위칭부(300)와 출력 전원단자(200)가 구비되어 있는 것으로 도시하고 있으나 이에 국한되지 않는다. 예를 들어 전원 제어 장치(10)는 하나의 부하 스위칭부(300)와 하나의 출력 전원단자(200)를 구비하고 있거나 3개 이상의 부하 스위칭부(300)와 3개 이상의 출력 전원단자(200)를 구비할 수 있다. 또는 입력 전원단자(100)가 2개 이상일 수도 있다.

먼저, 본 발명에 따른 전원 제어 장치(10)는 연결된 부하에 교류전원의 공급 또는 차단을 통해 부하를 제어하기 위한 장치이다. 전원 제어 장치(10)는 예를 들어 부하로서 연결된 조명등을 제어하기 위한 전원 스위치일 수 있다. 이 전원 스위치는 가정의 벽체, 벽면 등에 설치될 수 있고 건물의 건축시에 설치되고 내장되며 이후 교체될 수 있다.

본 발명에 따른 전원 제어 장치(10)는 단일 라인의 교류전원이 제공되고 출력되는 2선식 전원 스위치일 수 있다.

본 발명에 따른 전원 제어 장치(10)는 전자 회로를 구비하고 사용자 입력이나 설정된 프로그램 등에 따라 연결된 부하를 제어할 수 있도록 한다. 특히, 전원 제어 장치(10)는 인가되는 단일의 교류전원을 이용하여 전자 회로의 구동에 필요한 구동 전원을 획득할 수 있도록 구성된다. 연결된 부하는 조명등일 수 있고 이 조명등은 예를 들어 형광등, 백열등, LED등 등일 수 있다.

전원 제어 장치(10)는 스위치 조작에 의해서 조명등이 오프된 경우에도 전자 회로의 구동에 필요한 구동 전원을 획득할 수 있도록 구성되고 조명등의 소비 전력이 상대적으로 낮은 경우(예를 들어 LED등)에 조명등이 온 된 상황에서도 구동 전원을 획득할 수 있도록 구성된다.

전원 제어 장치(10)는 바람직하게는 LED등을 제어(온/오프)하기 위한 전원 스위치일 수 있다. 본 발명에 따른 전원 제어 장치(10)는 LED 등이 켜져(온) 있는 상태와 꺼져(오프)있는 상태 공히 전원 제어 장치(10)의 구동 전원의 획득에 필요한 소비 전류를 획기적으로 줄여 조명등(특히 LED등)에서 야기되는 각종 부작용을 최소화하고 방지할 수 있다.

전원 제어 장치(10)의 각 블록을 살펴보면, 입력 전원단자(100)는 분전함 또는 배전함 등으로부터 인가되는 교류전원에 연결하기 위한 단자이다. 입력 전원단자(100)는 도전 금속으로 구성되어 배전함 등으로부터의 상용 교류전원을 수신할 수 있다.

본 발명의 전원 제어 장치(10)는 단일의 입력 전원단자(100)를 포함하여 한 선의 인입(입력) 교류전원을 부하로 출력하거나 차단하여 부하단을 제어하도록 구성된다.

출력 전원단자(200)는 부하에 연결하기 위한 단자이다. 전원 제어 장치(10)는 하나 또는 복수의 출력 전원단자(200)를 구비하고 각각의 출력 전원단자(200)는 제어할 부하에 신호 라인을 통해 연결된다. 출력 전원단자(200)는 입력 전원단자(100)를 통해 입력되는 교류전원을 출력하거나 입력 전원단자(100)와 연결이 오픈되어 입력 교류전원의 공급이 차단될 수 있다.

부하 스위칭부(300)는 입력 전원단자(100)를 통해 입력되는 입력 교류전원을 제어부(900)에 의해서 생성된 제어 신호에 따라 출력하거나 차단한다. 부하 스위칭부(300)는 교류 또는 직류로 구동되는 릴레이, 스위치, 트라이악 등일 수 있다.

각각의 부하 스위칭부(300)를 제어하기 위한 각각의 제어 신호는 제어부(900)에 의해서 생성된다. 제어부(900)가 구동되지 못하고 있거나 제어부(900)가 유휴 모드 등에 있을 때 각각의 부하 스위칭부(300)는 디폴트 셋팅에 따라 입력 교류전원을 부하단에 연결하거나 차단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(900)가 제어 신호를 부하 스위칭부(300)에 인가하지 못하는 경우에도, 저항 등을 이용한 디폴트 셋팅값(예를 들어 0V 또는 12V 등)에 따라 부하 스위칭부(300)가 오픈되거나 클로즈될 수 있다. 바람직하게는 부하 스위칭부(300)는 디폴트 셋팅으로 제어부(900)로부터의 제어 신호의 인가가 없는 경우 오픈(교류전원의 차단)되도록 설정된다.

전원 공급부(400)는 제어부(900)와 다른 블록에서 이용될 구동 전원을 생성한다. 전원 공급부(400)는 제어부(900), 통신부(600), 입력부(500), 출력부(700) 등에서 이용되는 직류전원을 생성하도록 구성되는 데 예를 들어 제어부(900)의 구동에 필요한 5V(나아가 12V) 직류전원을 생성하도록 구성된다.

전원 공급부(400)는 입력 전원단자(100)로부터의 단일 신호인 입력 교류전원만을 이용하여 직류전원을 생성하도록 바람직하게 구성된다.

따라서, 전원 공급부(400)는 기존 알려진 회로 구조와 달리 (모든 )부하 스위칭부(300)가 오픈된 경우에도 저전력 소비로 제어부(900) 구동에 필요한 직류전원을 생성할 수 있도록 구성되어야 하고 부하 스위칭부(300)가 클로징되어 교류전원이 부하에 연결되어 있는 경우에도 저전력 소비로 제어부(900) 구동에 필요한 직류전원을 생성할 수 있도록 구성되어야 한다.

전원 공급부(400)에 대해서는 도 2 및 도 3을 통해서 상세히 살펴보도록 한다.

입력부(500)는 전원 제어 장치(10)를 이용하는 사용자로부터의 입력을 수신한다. 입력부(500)는 터치 패널, 터치 센서, 터치 버튼, 푸쉬 버튼 및/또는 리모콘 수광 센서 등을 구비하여 사용자로부터의 입력을 수신하고 사용자 입력을 나타내기 위한 입력 이벤트 신호를 제어부(900)로 출력한다.

터치 패널, 터치 센서, 터치 버튼, 푸쉬 버튼 및/또는 리모콘 수광 센서 각각은 입력 이벤트 신호에 각각 맵핑되어 터치 패널, 터치 센서, 터치 버튼, 푸쉬 버튼 및/또는 리모콘 수광 센서에 의해서 사용자 입력이 센싱되는 경우에 이를 나타내기 위한 입력 이벤트 신호(예를 들어 0V나 5V, 또는 변화된 저항값 등)가 발생하고 제어부(900)로 출력된다. 입력 이벤트 신호에 의해 제어부(900)는 동작 모드로 전환될 수 있다.

통신부(600)는 통신 네트워크를 통해 데이터를 송수신한다. 통신부(600)는 유선랜, 무선 와이파이, 블루투스, 지그비, RF 인터페이스 칩셋을 구비하여 유/무선 통신을 통해 다른 장치(예를 들어 중앙 제어 장치, 콘트롤 박스 등)와 데이터를 송수신할 수 있다. 통신부(600)를 통해 전원 제어 장치(10)는 스위치 제어 상태를 다른 장치로 출력할 수 있고 다른 장치로부터 스위칭 상태(부하 스위칭부(300)의 오픈/클로즈 상태)의 변경을 위한 제어 데이터를 수신할 수 있다. 또한, 통신부(600)를 통해 전원 제어 장치(10)는 제어 프로그램을 수신할 수 있다.

출력부(700)는 다이오드(예를 들어 LED), 부저, 스피커 등을 구비하여 제어부(900)로부터의 데이터를 출력한다. 예를 들어 출력부(700)는 부하 스위칭부(300)의 상태를 나타내기 위해 구비된 여러 다이오드 중 특정 다이오드에 신호를 인가하여 해당 다이오드를 온시킬 수 있다.

제어부(900)는 전원 공급부(400)로부터의 직류전원에 따라 구동되고 제어신호를 생성하여 제어신호를 부하 스위칭부(300)를 출력하여 부하단을 제어하고 전원 제어 장치(10)에 구비된 다른 블록들을 제어할 수 있다.

제어부(900)는 내부에 프로그램의 명령어 코드를 수행하는 실행 유닛, 제어 프로그램을 저장하고 있는 비휘발성 메모리, 하나 이상의 입력 이벤트 신호를 수신하기 위한 ADC(Analog-Digital Converter)나 GPIO(General Purpose Input Output), ADC나 GPIO의 이벤트 신호에 따라 구동되는 이벤트 핸들러(예를 들어 인터럽트 핸들러)를 구비한다. 이러한 실행 유닛, 비휘발성 메모리, ADC, GPIO, 이벤트 핸들러 등은 하드웨어( 로직으)로 바람직하게 구성된다.

제어부(900)는 직류전원이 공급됨에 따라 비휘발성 메모리에 저장되어 있는 제어 프로그램을 구동하고 제어 프로그램의 구동에 따라 부하 스위칭부(300)를 제어하기 위한 제어 신호를 각 부하 스위칭부(300)로 출력하고 입력 이벤트 신호에 따라 부하 스위칭부(300)의 제어를 변경할 수 있다.

특히, 제어부(900)는 적어도 동작 모드와 유휴 모드를 동작 상태로 가질 수 있다. 적어도 제어부(900)는 하나 이상의 부하 스위칭부(300)가 클로징되어 입력 교류전원을 적어도 하나의 출력 전원단자(200)로 공급하고 있는 상태에서는 정상적인 동작 제어가 이루어지는 동작 모드(Operation mode)로 동작한다.

동작 모드에서 제어부(900)는 제어 프로그램의 구동에 따라 통신이나 각종 데이터 처리가 가능하다. 제어부(900)는 적어도 하나의 부하 스위칭부(300)로 교류전원을 공급하도록 하는 제어 신호를 출력하는 경우에는 동작 모드로 제어 프로그램을 수행한다.

만일, 모든 부하 스위칭부(300)(여기서 부하 스위칭부(300)는 하나 이상임)가 오픈되어 부하(예를 들어 LED등)로 교류전원의 공급이 차단된 경우에, 전원 제어 장치(10) 내에서의 소비되는 전류를 최소화하기 위해 제어부(900)는 동작 상태를 동작 모드에서 유휴 모드(Idle mode)로서 전환한다.

예를 들어, 제어부(900)는 입력부(500)를 통한 사용자 입력에 따라 모든 부하 스위칭부(300)가 오픈되어 모든 부하 스위칭부(300)에 의해 모든 출력 전원단자(200)에 입력 전원단자(100)로부터의 교류전원의 출력을 차단하도록 설정된 경우에, 제어 프로그램을 파킹하고 상태 변경을 처리할 이벤트 핸들러를 설정하며 실행 유닛 및/또는 비휘발성 메모리에 전원 공급을 중단하여 유휴 모드로 전환할 수 있다.

유휴 모드에서 제어부(900)의 실행 유닛 및/또는 비휘발성 메모리는 직류전원의 공급이 중단되고(거나) 동작이 중단된다. 유휴 모드에서 제어부(900)의 지정된 ADC 및/또는 지정된 GPIO와 이벤트 핸들러에 직류전원이 공급된다. 유휴 모드에서 제어부(900)는 통신부(600)에 공급되는 직류전원을 차단할 수도 있다.

모든 부하 스위칭부(300)에 의해 입력 전원단자(100)로부터의 교류전원의 연결된 부하로의 출력을 차단하도록 설정된 경우에, 제어부(900)는 지정된 ADC 및/또는 GPIO를 통해 입력 이벤트 신호를 수신할 수 있다. 입력 이벤트 신호는 이벤트 핸들러에 전달된다.

이벤트 핸들러는 입력 이벤트 신호가 상태 변경을 위한 지정된 이벤트 신호(예를 들어, 임의의 부하 스위칭부(300)에 대한 부하 온(교류전원 공급) 신호)인 지를 결정하고 지정된 이벤트 신호인 경우에 실행 유닛 및/또는 비휘발성 메모리에 직류전원을 공급하고 동작 모드로 전환하고 이후 파킹된 제어 프로그램을 재구동한다.

전환된 동작 모드에서 제어부(900)는 입력 이벤트 신호를 처리한다. 예를 들어, 제어부(900)는 임의의 부하 스위칭부(300)를 통해 교류전원을 출력하기 위한 제어 신호를 해당 부하 스위칭부(300)로 출력한다.

이와 같은 과정을 통해, 모든 부하 스위칭부(300)가 오프된 상태에서는 소비되는 전류를 최소화하여 부하단의 오동작을 없애거나 최소화할 수 있고 적어도 하나의 부하 스위칭부(300)가 온 된 상태에서 공급되는 교류전원의 일부를 소비하여 정상적으로 동작할 수 있다.

또한, 동작 모드에서 제어부(900)는 통신부(600)를 통한 제어 데이터의 수신에 따라 제어 신호를 변경하여 부하 스위칭부(300)로 출력할 수 있다. 제어부(900)는 통신부(600)를 통해 제어 프로그램의 수신에 따라 내장된 비휘발성 메모리에 저장하고 새로운 제어 프로그램을 이용하여 다른 블록들을 제어할 수 있다.

도 2는 직류전원을 생성하기 위한 전원 공급부(400)의 상세 블록도를 도시한 도면이다. 도 2의 상세 블록도는 설명의 이해를 위해 부하 스위칭부(300), 입력 전원단자(100) 및 출력 전원단자(200)를 포함하여 도시되어 있다.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 직류전원을 생성하여 제어부(900) 등에 공급하는 전원 공급부(400)는 제1 전원부(410), 제2 전원부(430), 제2전원 제어부(450) 및 레귤레이터(470)를 포함한다. 도 2의 전원 공급부(400)의 구성은 회로도의 간략화된 블록도를 나타내고 그 외 다른 필요 구성 요소를 더 포함할 수 있고 도 3의 예와 같은 전기 회로도를 통해서 구체화될 수 있다. 도 3은 도 2에 대응하고 전원 제어 장치(10)에서 직류전원을 생성하고 교류전원의 제어를 통해 부하단을 제어하기 위한 부분 회로도를 도시한 도면이다. 도 2의 설명에서 필요한 경우 도 3과 함께 설명하도록 한다.

여기서, 전원 공급부(400)는 다양한 설계 변경이 있을 수 있다. 예를 들어 도 2에서는 제2전원 제어부(450)에 의해서 스위칭되는 교류전원이 두 개의 부하 스위칭부(300)로 연결되는 것으로 예시하고 있으나 하나의 부하 스위칭부(300)에만 연결되고 다른 부하 스위칭부(300)는 입력 전원단자(100)와 직접 연결될 수도 있다. 설계 변경의 예로 제2전원 제어부(450)는 두 개의 부하 스위칭부(300) 중 하나의 부하 스위칭부(300)에만 연결되어 입력 교류전원을 해당 부하 스위칭부(300)로 출력하고 나머지 부하 스위칭부(300)는 입력 전원단자(100)에 직접 연결될 수 있는 데 이 경우, 제어부는 해당 부하 스위칭부(300)가 오픈된 경우에 유휴 모드로 전환하고 해당 부하 스위칭부(300)의 교류전원의 공급을 요청하는 입력 이벤트 신호에 따라 유휴 모드에서 동작 모드로 전환할 수 있다.

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제1 전원부(410)는 적어도 하나 이상의 부하 스위칭부(300)가 오픈되어 적어도 하나 이상의 부하 스위칭부(300)에 의해 입력 전원단자(100)를 통해 입력되는 교류전원의 출력 전원단자(200)로의 출력을 차단하도록 설정된 경우에 제어부(900) 등에서 이용되는 직류전원을 생성한다.

제1 전원부(410)는 적어도 하나 이상의 부하 스위칭부(300)에 의해 교류전원의 출력이 차단 설정된 경우에 동작하고 SMPS(Switching Mode Power Supply) 회로를 통해 직류전원을 생성한다.

제1 전원부(410)(도 3 참조)는 피드백 신호(LNK562D의 FB)에 따라 입력 교류전원을 스위칭하는 스위칭 IC(도 3의 LNK562D)와 트랜스, 전압 비교기를 구비하여 스위칭 IC의 제어에 따라 트랜스가 동작하여 지정된 1차 직류전원을 생성하고 커패시터 등에 저장된다.

전압 비교기는 저항 등을 이용하여 1차 직류전원의 생성된 전압을 비교하여 전류의 소비에 따라 전압이 임계치 이하로 떨어진 경우에 피드백 신호를 생성하여 스위칭 IC로 출력한다.

스위칭 IC는 피드백 신호가 인가된 경우에 트랜스를 구동하여 입력 교류전원으로부터 1차 직류전원을 생성하고 인가되지 않는 경우에 1차 직류전원을 생성하지 않도록 구성된다. 1차 직류전원은 지정된 전원 레벨을 가지는 전원으로서 예를 들어 12V 직류전원일 수 있다.

제1 전원부(410)는 하나 이상의(모든, 설계예에 따라 달라질 수 있음) 부하 스위칭부(300)가 오픈된 경우에, 출력 전원단자(200)를 통해 교류전원이 차단된 부하(조명등)와 입력 전원단자(100) 사이에 소량의 전류를 흘려 직류전원을 생성한다.

제1 전원부(410)는 SMPS 회로로 구성되어 필요 직류전원의 생성에 필요한 전류만을 이용하고 그에 따라 극소의 전류만이 부하 단(예를 들어 연결되어 있는 조명등)으로 흐르도록 구성된다.

제2 전원부(430)는 하나 이상의 부하 스위칭부(300)에 의해 입력 전원단자(100)의 교류전원을 출력 전원단자(200)측으로 출력하도록 설정된 경우에 직류전원을 생성한다. 제2 전원부(430)는 모든(또는 제2 전원 전원부를 통해 교류전원이 공급되는) 부하 스위칭부(300)가 오픈되어 있는 경우에는 회로 구성에 따라 직류전원의 생성이 중단된다.

제2 전원부(430)는 제2전원 제어부(450)에 의해서 공급되는 교류전원을 이용하여 1차 직류전원을 생성한다. 제2 전원부(430)는 제2전원 제어부(450)를 통해 공급되는 교류전원에 연결되는 제1 브릿지부(431)와 제1 브릿지부(431)에 연결되어 제1 브릿지부(431)로부터 출력되는 전원을 축적하는 축전부(433)를 포함한다.

제1 브릿지부(431)는 알려진 바와 같이 4개의(또는 2개의) 다이오드 등을 이용하여 제2전원 제어부(450)를 통해 입력되는 교류전원의 극성을 모두 +극성으로 변환한다. 제1 브릿지부(431)는 교류전원을 양전압으로 변환하여 출력한다.

축전부(433)는 제1 브릿지부(431)를 통해 출력되는 출력전원을 축적한다. 축전부(433)는 대용량의 커패시터로 구성되어 1차 직류전원을 축적할 수 있다. 여기서 1차 직류전원은 지정된 전원레벨을 가지고 예를 들어 12V 직류전원일 수 있다.

제2전원 제어부(450)는 제2 전원부(430)에 공급되는 교류전원을 스위칭하여 제2 전원부(430)로 하여금 지정된 1차 직류전원을 생성하도록 한다.

구체적으로 제2전원 제어부(450)는 입력 전원단자(100)로부터의 입력 교류전원을 제2 전원부(430)로 제공하여 제2 전원부(430)로 하여금 직류전원을 생성하도록 하거나 부하 스위칭부(300)로 바이패스하여 직류전원의 생성을 중단하도록 제2 전원부(430)를 제어한다. 이와 같이 제2 전원부(430)는 제2전원 제어부(450)의 제어에 따라 공급되는 교류전원을 이용하여 직류전원을 생성한다.

1차 직류전원을 제2 전원부(430)에 의해 생성되도록, 제2전원 제어부(450)는 입력 교류전원이 지정된 전원 레벨 이하인 경우에 제2 전원부(430)로 입력 교류전원을 제공하고 지정된 전원 레벨을 초과하는 경우에 입력 교류전원을 부하 스위칭부(300)로 바이패스한다.

구체적으로, 제2전원 제어부(450)는 입력 전원단자(100)를 통해 인입되는 입력 교류전원에 연결되는 제2 브릿지부(451), 제2 브릿지부(451)에 연결되어 제2 브릿지부(451)로부터 출력되는 출력 전원 레벨이 지정된 전원 레벨을 초과하는 경우에 바이패스 신호를 출력하는 바이패스신호 생성부(453) 및 바이패스신호 생성부(453)에 연결되어 바이패스 신호에 따라 입력 전원단자(100)의 입력 교류전원을 부하 스위칭부(300)로 바이패스하는 바이패스 스위칭부(455)를 포함한다.

제2 브릿지부(451)는 알려진 바와 같이 4개의(또는 2개의) 다이오드 등을 이용하여 입력 전원단자(100)를 통해 입력되는 교류전원의 극성을 모두 +극성으로 변환한다. 제2 브릿지부(451)를 통해 양전압만이 출력된다.

바이패스신호 생성부(453)는 제2 브릿지부(451)로부터의 양전압의 전압레벨에 따라 바이패스 신호를 생성한다. 예를 들어 바이패스신호 생성부(453)는 지정된 전압레벨(예를 들어 1차 직류전원 레벨인 12V)을 초과하는 경우에 이를 나타내기 위한 바이패스 신호를 생성한다. 바이패스신호 생성부(453)는 제너 다이오드(도 3 참조) 등을 이용하여 출력되는 전압이 12V를 초과하는 경우에 바이패스 스위칭부(455)를 트리거링하기 위한 트리거 신호인 바이패스 신호를 생성할 수 있다.

교류전원은 사인파 형태를 취하고 있고 주기적으로 사인파가 공급된다. 바이패스신호 생성부는 220V의 사인파 교류전원의 주기 중 대부분의 시간동안 바이패스 신호를 생성하여 출력하고 극히 일부의 시간동안(0~12V)에만 교류전원을 제2 전원부(430)로 공급 하도록 한다. 그에 따라 제2 전원부(430)를 통해 극소의 전류 소비로 제어부(900) 등의 구동에 필요한 직류전원을 생성할 수 있다.

바이패스 스위칭부(455)는 바이패스 신호의 제어에 따라 입력 교류전원을 제2 전원부(430)로 공급하거나 제2 전원부(430)로의 공급 대신에 부하 스위칭부(300)로 바이패스할 수 있다.

바이패스 스위칭부(455)는 바이패스 신호가 인가된 경우에 입력 교류전원을 부하 스위칭부(300)로 바이패스하고 인가되지 않는 경우에 입력 교류전원을 제2 전원부(430)로 공급한다. 바이패스 스위칭부(455)는 바이패스 신호의 신호 레벨에 따라 동작하거나 바이패스 신호의 에지에 따라 동작할 수 있다.

바이패스 스위칭부(455)는 입력 신호에 따라 스위칭 가능한 전자 부품 등일 수 있고 예를 들어 트리거링 신호인 바이패스 신호에 따라 동작하는 트라이악(TRIAC), IGBT, 트랜지스터, 릴레이 등으로 구성되거나 포함할 수 있다.

바이패스 스위칭부(455)는 예를 들어 트라이악으로 구성될 수 있고 12V 초과에 따라 생성된 바이패스 신호에 따라 부하 스위칭부(300)로의 게이트가 온되어 제2 전원부(430)에 직류전원의 생성에 필요한 교류전원의 공급이 중단된다.

교류전원의 공급 중단은 도 3의 예와 같이 트라이악(455)의 게이트 온에 따라 교류전원이 제2 브릿지부(451) 양단에 인가되지 않는 것으로 이해될 수 있다.

제2 브릿지부(451), 바이패스신호 생성부(453) 및 바이패스 스위칭부(455)의 구성을 통해 제2 브릿지부(451)는 양 전압레벨로 변환하고 바이패스신호 생성부(453)는 양전압이 지정된 전원레벨(예를 들어 0V~12V)을 벗어나는 경우에 바이패스 신호를 생성하고 그에 따라 바이패스 스위칭부(455)가 직류전원을 생성하기 위한 제2 전원부(430)로 교류전원의 공급을 중단하고 입력 교류전원을 바이패스할 수 있도록 구성된다.

제2전원 제어부(450)와 제2 전원부(430)는 부하 스위칭부(300)가 부하에 연결된 경우에 부하와 함께 일부의 교류전원의 전류를 같이 이용하도록 구성되어 부하의 소비전류량(기존의 전류트랜스는 부하의 최소 소비전류량이 필요함)에 상관없이 직류전원을 생성할 수 있도록 구성된다.

레귤레이터(470)는 제1 전원부(410) 및/또는 제2 전원부(430)로부터의 1차 직류전원을 제어부(900) 등에서 이용되는 직류전원으로 변환한다. 예를 들어, 레귤레이터(470)는 12V 직류전원을 5V 직류전원으로 변환(DC-DC Converting)하여 제어부(900) 등으로 출력할 수 있다.

레귤레이터(470)는 제1 전원부(410) 및 제2 전원부(430)로부터의 직류전원을 변환하도록 구성되어 부하 스위칭부(300)의 온/오프 상태에 상관없이 직류전원을 제어부(900) 등으로 출력할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

10 : 전원 제어 장치
100 : 입력 전원단자 200 : 출력 전원단자
300 : 부하 스위칭부 400 : 전원 공급부
410 : 제1 전원부 430 : 제2 전원부
431 : 제1 브릿지부 433 : 축전부
450 : 제2전원 제어부
451 : 제2 브릿지부 453 : 바이패스신호 생성부
455 : 바이패스 스위칭부
470 : 레귤레이터
500 : 입력부 600 : 통신부
700 : 출력부 900 : 제어부

Claims

제어신호에 따라 입력 전원단자로부터의 교류전원을 출력 전원단자로 출력하거나 차단하는 부하 스위칭부;
상기 부하 스위칭부에 의해 상기 출력 전원단자로 입력 전원단자로부터의 교류전원의 출력을 차단하도록 설정된 경우에 직류전원을 생성하는 제1 전원부;
상기 부하 스위칭부에 의해 상기 출력 전원단자로 입력 전원단자로부터의 교류전원을 출력하도록 설정된 경우에 직류전원을 생성하는 제2 전원부; 및
상기 제1 전원부와 상기 제2 전원부로부터 생성되는 직류전원에 따라 구동되고 상기 제어신호를 생성하여 상기 부하 스위칭부로 출력하는 제어부;를 포함하는,
전원 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 전원부는 상기 부하 스위칭부에 의해 상기 출력 전원단자로 교류전원의 출력이 차단 설정된 경우에 동작하고 구비된 SMPS(Switching Mode Power Supply) 회로를 통해 직류전원 생성을 나타내는 피드백 신호에 따라 상기 입력 전원단자의 교류전원으로부터 상기 직류전원을 생성하는,
전원 제어 장치.
제2항에 있어서,
사용자 입력을 수신하는 입력부;를 더 포함하고,
상기 부하 스위칭부에 의해 상기 출력 전원단자로 교류전원의 출력이 차단 설정된 경우에, 상기 제어부는 동작 상태를 유휴 모드(Idle mode)로 전환하고 상기 입력부로부터의 입력 이벤트 신호에 따라 동작 상태를 유휴 모드에서 동작 모드로 전환하여 상기 입력 이벤트 신호를 처리하는,
전원 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 입력 전원단자로부터의 입력 교류전원을 상기 제2 전원부로 제공하거나 상기 부하 스위칭부로 바이패스하는 제2전원 제어부;를 더 포함하고,
상기 제2 전원부는 상기 제2전원 제어부의 제어에 따라 공급되는 교류전원에 연결되는 제1 브릿지부 및 상기 제1 브릿지부로부터의 출력전원을 축적하는 축전부를 포함하는,
전원 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 제2전원 제어부는 입력 교류전원이 지정된 전원 레벨 이하인 경우에 상기 제2 전원부로 상기 입력 교류전원을 제공하고 상기 지정된 전원 레벨을 초과하는 경우에 상기 입력 교류전원을 상기 부하 스위칭부로 바이패스하는,
전원 제어 장치.
제5항에 있어서,
상기 제2전원 제어부는 상기 입력 교류전원에 연결되는 제2 브릿지부, 상기 제2 브릿지부로부터의 출력전원 레벨이 지정된 전원 레벨을 초과하는 경우에 바이패스 신호를 출력하는 바이패스신호 생성부, 상기 바이패스 신호에 따라 상기 제2 전원부로의 교류전원의 공급 대신에 상기 입력 교류전원을 상기 부하 스위칭부로 바이패스하는 바이패스 스위칭부를 포함하는,
전원 제어 장치.