KR101960677B1 - 정전류 방식의 ｓｍｐｓ를 이용한 스마트 ｌｅｄ 조명장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

정전류 방식의 ｓｍｐｓ를 이용한 스마트 ｌｅｄ 조명장치 및 이의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 조명장치에 있어서, 교류전원을 입력받아 LED 조명등(30)의 점등을 위한 직류전원으로 변환하여 출력하는 SMPS(2)와, 상기 SMPS(2)의 출력 전원에 의해 점등되는 다수의 LED 조명등(30)으로 구성하되, 상기 SMPS(2)는 출력되는 전원의 전압을 피드백신호로 입력받아 출력 전압의 변화를 감지하여 다수의 LED 조명등(30) 중에서 고장이 발생한 LED 조명등(30)을 확인하는 전압전류감지부(14)와, 상기 전압전류감지부(14)를 통해 출력전압의 변화를 통해 LED 조명등(30)의 고장을 유무를 확인한 후 MCU(4)에 제어신호를 전송하여 SMPS(2)의 전력용량을 낮추도록 하여 특정 LED 조명등(30)에 과부하가 걸려 수명이 단축되는 것을 방지하는 전력제어부(16)로 구성하여 하나의 SMPS(2)에 연결된 다수의 LED 조명등(30) 중에서 고장난 LED 조명등을(30) 자동으로 인식하고 점등된 LED 조명등(30)의 과부하를 방지하기 위해 SMPS(2)의 전력용량을 낮춤으로써 과부하에 의한 LED 조명등(30)의 수명 단축을 방지하면서 에너지 효율을 높일 수 있는 것이다.

Description

정전류 방식의 ＳＭＰＳ를 이용한 스마트 ＬＥＤ 조명장치 및 이의 제어방법{SMART LED LIGHTING APPARATUS USING CONSTANT CURRENT TYPE SMPS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 LED 조명장치에 관한 것으로, 특히 LED 조명장치의 수명을 연장하면서 전력효율을 높일 수 있는 정전류 방식의 SMPS를 이용한 스마트 LED 조명장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 LED 조명 제어 장치는 교류 전원을 SMPS(Switching Mode Power Supply)를 통해서 원하는 직류전원으로 변환한 다음 디밍제어모듈을 통해서 LED 광원부를 제어할 수 있도록 구성한다.
또한 LED 조명 장치의 주요 특징은 종래의 백열등이나 형광등에 비해서 수명이 길다는 점과 전력 및 광 효율이 높다는 점이다. 그러나 LED 조명 장치는 구동부인 조명 제어 장치를 구비하여야 하며, 실제 LED 광원부의 수명이나 효율성보다 주변장치인 조명 제어 장치의 신뢰성, 수명 및 효율이 전체 조명장치에 더 큰 영향을 미칠 수 있어 이에 대한 대책이 필요하다.
SMPS는 대부분의 전자 통신 기기에 폭넓게 이용되고 있는 직류 안정화 전원으로서, 임의의 전원을 특정 부하 장비에서 사용 가능하도록 전원 특성을 전환하여 주는 장치를 말한다.
상기 SMPS는 반도체 소자의 스위칭 특성을 이용하여 전력의 흐름을 제어함으로써 고효율의 전원 공급이 가능하고, 또한 커패시터나 인덕터와 같은 에너지축전용 소자를 소형화함으로써 소형 및 경량화가 가능하다. 이와 같은 고효율, 소형 및 경량화라는 장점으로 인해 SMPS는 LED 조명 장치의 전원 공급 장치로서 널리 사용되고 있다.
최근에는 하나의 SMPS에 다수의 LED 조명장치를 연결설치하여 제어함으로써 효율적으로 다수의 LED 조명장치를 제어하도록 사용하고 있다.
하지만, 하나의 SMPS에 연결된 다수의 LED 조명장치 중에서 일부가 고장이 나는 경우 점등된 나머지 LED 조명장치에 부하가 집중되어 결과적으로 LED 조명장치의 수명이 줄어들고 에너지 효율성도 떨어지는 문제가 있는 것이다.
등록특허 제10-1278540호, "정전류와 정전압 SMPS를 지원하는 LED 램프용 하이브리드 디밍 제어 시스템 및 그 방법"
따라서 본 발명의 목적은 하나의 SMPS에 연결된 다수의 LED 조명장치 중에서 고장난 LED 조명장치를 자동으로 인식하여 점등된 LED 조명장치에 가해지는 부하를 줄이도록 하는 정전류 방식의 SMPS를 이용한 스마트 LED 조명장치 및 이의 제어방법를 제공하는데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 LED 조명장치에 있어서, 교류전원을 입력받아 LED 조명등(30)의 점등을 위한 직류전원으로 변환하여 출력하는 SMPS(2)와, 상기 SMPS(2)의 출력 전원에 의해 점등되는 다수의 LED 조명등(30)으로 구성하되, 상기 SMPS(2)는 출력되는 전원의 전압을 피드백신호로 입력받아 출력 전압의 변화를 감지하여 다수의 LED 조명등(30) 중에서 고장이 발생한 LED 조명등(30)을 확인하는 전압전류감지부(14)와, 상기 전압전류감지부(14)를 통해 출력전압의 변화를 통해 LED 조명등(30)의 고장을 유무를 확인한 후 MCU(4)에 제어신호를 전송하여 SMPS(2)의 전력용량을 낮추도록 하여 특정 LED 조명등(30)에 과부하가 걸려 수명이 단축되는 것을 방지하는 전력제어부(16)로 구성함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 LED 조명장치의 제어방법에 있어서, 입력되는 교류전원을 LED 조명등(30)의 구동을 위한 직류전원으로 변환하여 LED 조명등(30)의 전원을 출력하는 단계와, 출력되는 LED 조명등(30) 전원의 전류를 피드백신호로 입력받아 출력전원의 전류값을 보상하여 정전류가 출력되도록 하는 단계와, 출력되는 LED 조명등(30) 전원의 전압을 피드백신호로 입력받아 출력 전압의 변호를 감지하여 고장난 LED 조명등(30)을 확인하는 단계와, 출력전압의 전압의 크기 변화를 통해 LED 조명등(30)의 고장을 확인한 후 점등된 LED 조명등(30)에 과부하가 걸리지 않도록 SMPS(2)의 전력용량을 낮추도록 제어하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명은 하나의 SMPS에 연결된 다수의 LED 조명등 중에서 고장난 LED 조명등을 자동으로 인식하고 점등된 LED 조명등의 과부하를 방지하기 위해 SMPS의 전력용량을 낮춤으로써 과부하에 의한 LED 조명등의 수명 단축을 방지하면서 에너지 효율을 높일 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 정전류 방식의 SMPS를 이용한 스마트 LED 조명장치의 구성을 설명하는 블록도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 SMPS의 구성을 설명하는 상세도,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 정전류 방식의 SMPS를 이용한 스마트 LED 조명장치의 구성을 설명하는 블록도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 정전류 방식의 SMPS를 이용한 스마트 LED 조명장치의 제어방법을 설명하는 흐름도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 LED 조명장치의 구성을 보여주는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 SMPS의 구성을 보여주는 블록도이다.
본 발명의 LED 조명장치는 교류전원을 입력받아 LED 조명등(30)의 점등을 위한 직류전원으로 변환하여 출력하는 SMPS(2)와, 상기 SMPS(2)의 출력 전원에 의해 점등되는 다수의 LED 조명등(30)으로 구성하되, 상기 SMPS(2)는 입력되는 고압의 교류전압을 LED 조명등(30)의 점등을 위한 출력전압으로 낮추는 트랜스포머(6)와, 낮춰진 교류전압을 직류전압으로 정류하는 정류부(8)와, 정류된 출력 직류전압의 전류를 제어하여 LED 조명등(30)의 출력전원으로 정전류가 출력되도록 제어하는 전원출력부(10)와, 출력되는 전원의 전류를 피드백신호로 입력받아 출력전원의 전류값을 보상하여 오차를 줄임으로써 정전류가 출력될 수 있도록 제어하는 피드백제어부(12)와, 출력되는 전원의 전압을 피드백신호로 입력받아 출력 전압과 전류의 변화를 감지하여 다수의 LED 조명등(30) 중에서 고장이 발생한 LED 조명등(30)을 확인하는 전압전류감지부(14)와, 상기 전압전류감지부(14)를 통해 출력전압의 변화를 통해 LED 조명등(30)의 고장을 유무를 확인한 후 MCU(4)에 제어신호를 전송하여 SMPS(2)의 전력용량을 낮추도록 하여 특정 LED 조명등(30)에 과부하가 걸려 수명이 단축되는 것을 방지하는 전력제어부(16)로 구성한다.
본 발명에서는 다수의 LED 조명등(30)을 제어하는 SMPS(2)의 출력 전원에서 특정 LED 조명등(30)의 고장시에 변화하는 전압과 전류를 전압전류감지부(14)에서 감지한 후 점등된 LED 조명등(30)에 가해지는 부하를 줄이기 위해 전력제어부(16)의 제어신호에 의해 SMPS(2)의 출력 전력용량을 줄이도록 구성하는 것이다.
상기 전압전류감지부(14)는 전원출력부(10)를 통해 출력되는 LED 조명등(30)의 출력전원으로부터 전압,전류값을 피드백신호로 입력받아 다수의 LED 조명등(30) 중에서 특정 LED 조명등(30)이 고장나 소등된 경우 출력 전압, 전류의 변화를 감지하여 LED 조명등(30)의 고장을 판별한다.
상기 전력제어부(16)는 전압전류감지부(14)에 의한 출력 전압, 전류의 변화 감지신호에 의해 MCU(4)에 제어신호를 보내어 SMPS(2)의 전력용량을 줄이도록 제어한다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 SMPS(2)에 4개의 LED 조명등(30)이 병렬로 연결된 경우 전력용량이 200W인 SMPS(2)의 경우 소비전력이 50W인 LED 조명등(30) 4개를 점등시키게 된다.
4개의 조명등이 각각 50W의 소비전력을 소모하여 점등된 상태에서 하나의 LED 조명등(30)이 고장난 경우 200W의 SMPS(2)에 의해 3개의 LED 조명등(30)에 각각 1/3의 전력이 공급됨에 따라 소비전력 50W의 용량을 넘어서는 과부하가 발생하게 된다.
이런 경우 LED 조명등(30)의 과부하에 의해 계속적인 사용시 LED의 사용수명이 줄어들게 되는 것이다.
본 발명에서는 이러한 LED 사용수명이 줄어드는 것을 방지하기 위해 LED 조명등(30)에 과부하가 걸리지 않도록 SMPS(2)의 전력제어부(16)에 의해 SMPS(2)의 사용전력을 낮추도록 제어함으로써 각각의 LED 조명등(30)이 소비전력에 맞게 사용될 수 있도록 한다.
상기의 예에서는 200W인 SMPS(2)의 전력용량을 150W(즉 전류를 정격에서 3/4으로 낮춤)로 낮춤으로써 3개의 LED 조명등(30)에 사용되는 전력이 50W가 되게 하여 부하가 발생하지 않도록 하는 것이며, 그에 따라 LED의 사용수명도 늘어나게 된다. 즉, 다수의 LED 조명등(30) 중에서 고장(소등)이 발생되면 SMPS(2)의 출력전력을 고장(소등)난 분기회로에서 소비되던 정격전력만큼 낮추도록 하여 정상적인 분기회로의 LED 조명등(30)에 과부하가 걸려 수명이 단축되는 것을 방지하게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 정전류 방식의 SMPS(2)를 이용한 스마트 LED 조명장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
이를 참조하면, LED 조명등(30)의 각각에 점소등을 감지할 수 있는 센싱부(32)를 설치하여 LED 조명등(30)의 고장시 전류의 변화를 감지한 후 전력제어부(16)에서 SMPS(2)의 전력용량을 낮추도록 제어함으로써 점등된 LED 조명등(30)의 부하를 방지하게 되는 것이다.
본 발명에서는 다수의 LED 조명등(30)을 제어하되, 각 LED 조명등(30)의 점소등과 디밍을 개별로 제어하여 LED 조명등(30)이 설치된 위치에 따라 점소등 및 디밍제어가 되게 한다.
즉, 다수의 LED 조명등(30)을 모두 점등 또는 소등, 일괄적인 밝기로 점등되는 것이 아니라 특정 위치의 LED 조명등(30)은 점등 또는 소등시키고, 점등된 LED 조명등(30)의 밝기도 각기 다르도록 설정하며 색온도로 개별로 설정할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명에서는 DMX(Digital Multiplex) 512 유선통신에 의해 디지털 방식으로 LED 조명등(30)을 제어하는 유선통신부(18)와, 블루투스, 적외선 통신에 의한 제어신호를 수신하여 LED 조명등(30)의 점소등, 디밍을 제어하도록 하는 무선신호송수신부(20)와, 유, 무선통신에 의해 LED 조명등(30)의 디밍제어를 하기 위해 제어신호를 생성하는 디밍설정부(22)와, 상기 디밍설정부(22)에 의한 제어신호에 의해 LED 조명등(30)으로 출력되는 전원의 전압 크기를 설정하여 LED 조명등(30)의 디밍을 제어하는 전압제어부(24)를 포함하여 구성할 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명이 정전류 방식의 SMPS(2)를 이용한 스마트 LED 조명장치의 제어방법을 설명한다.
입력되는 교류전원을 SMPS(2)의 트랜스포머(6)에 의해 LED 조명등(30)의 구동을 위한 직류전원으로 변환하여 LED 조명등(30)의 전원으로 출력하게 된다.
이때, 출력되는 전원의 전류는 LED 조명등(30)을 구동하기 위해 전류를 낮춘 후 정전류로 정류하여 출력하게 된다.
다음으로, 출력되는 전원이 정전류로 출력되도록 하기 위해 출력되는 LED 조명등(30) 전원의 전류를 피드백신호로 입력받아 출력전원의 전류값을 보상하여 항상 일정한 전류가 출력되도록 제어한다.
본 발명에서는 정전류 방식의 SMPS(2)를 구성하는 것임에 따라 LED 조명등(30)의 전원 출력시 항상 일정하게 전류가 흐르도록 제어하는 것이다.
출력되는 전원이 정전류로 출력되도록 함과 함께 다수의 LED 조명등(30) 중에서 고장난 LED 조명등(30)을 감지하기 위해 출력되는 LED 조명등(30) 전원의 전압, 전류값을 피드백신호로 입력받아 출력 전압,전류의 변화를 감지하게 된다.
이때, SMPS(2)에서 분기되기 전의 전원에서는 전압과 전류값을 피드백신호로 입력받아 전압, 전류의 변화를 감지하며, 다수의 LED 조명등(30)으로 분기된 후에는 별도의 센싱부(32)에 의해 전류값의 변화를 감지하여 SMPS로 전송하게 된다.
LED 조명등(30)의 병렬 연결시에 특정 LED 조명등(30)이 고장나게 되면 출력 전원의 전압, 전류가 변하게 되며, 출력되는 전원의 전압, 전류값을 피드백신호로 실시간으로 입력받아 전압, 전류의 변화를 감지하여 LED 조명등(30)의 고장을 확인할 수 있는 것이다.
일부 LED 조명등(30)의 고장시 출력 전원의 전압 크기 변화를 확인한 후에는 점등된 LED 조명등(30)에 과부하가 걸리는 것을 방지하기 위해 SMPS(2)의 출력 전력을 설정치보다 낮추도록 제어하여 점등된 LED 조명등(30)이 소비전력에 맞게 점등되록 하여 사용수명을 늘릴 수 있게 된다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.
(2)-- SMPS (4)-- MCU
(6)-- 트랜스포머 (8)-- 정류부
(10)-- 전원출력부 (12)-- 피드백제어부
(14)-- 전압전류감지부 (16)-- 전력제어부
(18)-- 유선통신부 (20)-- 무선신호송수신부
(22)-- 디밍설정부 (24)-- 전압제어부
(30)-- LED 조명등 (32)-- 센싱부

Claims (9)

  1. LED 조명장치에 있어서,
    교류전원을 입력받아 LED 조명등(30)의 점등을 위한 직류전원으로 변환하여 출력하는 SMPS(2)와, 상기 SMPS(2)의 출력 전원에 의해 점등되는 다수의 LED 조명등(30)으로 구성하되, 상기 SMPS(2)는 출력되는 전원의 전압, 전류값을 피드백신호로 입력받아 출력 전압, 전류의 변화를 감지하며 다수의 LED 조명등(30)으로 분기된 후에는 LED 조명등(30)의 각각에 점소등을 감지할 수 있는 센싱부(32)를 설치하고 상기 센싱부(32)에 의해 전류값의 변화를 감지하여 다수의 LED 조명등(30) 중에서 고장(소등)이 발생한 LED 조명등(30)을 확인하는 전압전류감지부(14)와, 상기 전압전류감지부(14)에서 출력전압, 전류의 변화를 통해 LED 조명등(30)의 고장(소등)이 확인되면 MCU(4)에 제어신호를 전송하여 SMPS(2)의 출력전력을 고장(소등)난 분기회로에서 소비되던 정격전력만큼 낮추도록 하여 정상적인 분기회로의 LED 조명등(30)에 과부하가 걸려 수명이 단축되는 것을 방지하는 전력제어부(16)로 이루어지되,
    상기 SMPS(2)는,
    입력되는 고압의 교류전압을 LED 조명등(30)의 점등을 위한 출력전압으로 낮추는 트랜스포머(6)와
    낮춰진 교류전압을 직류전압으로 정류하는 정류부(8)와, 정류된 출력 직류전압의 전류를 제어하여 LED 조명등(30)의 출력전원으로 정전류가 출력되도록 제어하는 전원출력부(10)와,
    출력되는 전원의 전류를 피드백신호로 입력받아 출력전원의 전류값을 보상하여 오차를 줄임으로써 정전류가 출력될 수 있도록 제어하는 피드백제어부(12)와,
    DMX(Digital Multiplex) 512 유선통신에 의해 디지털 방식으로 LED 조명등(30)을 제어하는 유선통신부(18)와,
    블루투스, 적외선 통신에 의한 제어신호를 수신하여 LED 조명등(30)의 점소등, 디밍을 제어하도록 하는 무선신호송수신부(20)와,
    유, 무선통신에 의해 LED 조명등(30)의 디밍제어를 하기 위해 제어신호를 생성하는 디밍설정부(22)와, 상기 디밍설정부(22)에 의한 제어신호에 의해 LED 조명등(30)으로 출력되는 전원의 전압 크기를 설정하여 LED 조명등(30)의 디밍을 제어하는 전압제어부(24)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정전류 방식의 SMPS를 이용한 스마트 LED 조명장치.
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