KR102245746B1 - 엘이디 조명등의 전원 공급 장치 - Google Patents

엘이디 조명등의 전원 공급 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비상 전원으로 발전기 전압과 배터리 전압을 선택적으로 사용할 수 있는 LED 조명등의 전원 공급 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 LED 조명등의 전원 공급 장치는 상시 전원을 정류하는 제1 정류기 및 비상 전원을 정류하는 제2 정류기를 포함하는 정류부; 상기 정류부의 출력에서 정류된 전원을 직류전원으로 전환하여 LED 모듈에 제공하는 제1 컨버터; 및 상기 상시 전원을 이용하여 배터리를 충전하고, 상시 전원이 감지되지 않는 경우 배터리 전압을 승압하여 상기 제2 정류기로 제공하는 배터리 전압 공급부;를 포함할 수 있다.

Description

엘이디 조명등의 전원 공급 장치{POWER SUPPLY APPAATUS FOR LED LIGHT}
본 발명은 엘이디 조명등 전원 공급 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비상시에 비상 AC 전원과 배터리 전압을 선택적으로 사용할 수 있는 엘이디 조명등 전원 공급 장치에 관한 것이다.
최근에는 아파트와 같은 일반 가정에서도 형광등을 대신하여 LED(Light Emid Diode, 엘이디) 조명등이 많이 사용된다.
엘이디 조명등은 기존의 형광등에 비해서 효율이 뛰어나기 때문에 기존 형광등이 설치된 곳에서 이를 제거하고 엘이디를 설치하는 경우가 많다. 이때, 기존 형광등 배선을 최대한 이용하면서도 조명제어를 효율적으로 할 수 있는 엘이디 조명 제어가 필요하다.
아파트 등 다세대 주택이나 유동 인구가 많은 상업용 건물이나 시설물에는 상용 전원과 함께 비상 전원도 공급되고 있다. 상용 전원은 한국전력 등 전력공급 기관에서 공급되는 전원이고, 비상 전원은 건물 자체 내에 설치된 발전기 등에 의해 발생되어 공급되는 전원이다.
상용 전원의 전원 라인과 전등 사이에는 차단기가 설치되어 전원 이상시에 차단기에 의해 상용 전원이 중단되거나, 전력공급 기관 또는 전력선 등 전력 계통에서의 사고에 의해 상용 전원의 공급이 중단되기도 한다. 이때, 비상등 또는 비상 유도등 등 최소로 필요한 한도의 전기 기구에 비상 전원이 공급된다.
도 1은 릴레이를 사용하여 상용전원과 비상전원을 선택적으로 제공하는 예를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 릴레이(30)는 상시전원(10)과 비상전원(20)에 연결되어 상시전원이 입력될 때에는 상시전원(10)을 컨버터(40)로 제공하고, 비상전원(20)이 입력될 때에는 비상전원을 컨버터(40)로 제공한다. 컨버터(40)는 입력되는 전압을 DC 전압으로 변환하여 LED 모듈(50)로 제공한다.
한편, 비상전원 대신 배터리가 사용되기도 한다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 10-1928829호, '무정전 조명 시스템'에서는 상용전원으로 배터리를 충전하고 비상시에 배터리 전원을 이용하여 엘이디 모듈에 전원을 제공하는 장치를 제공한다.
이러한 경우, 엘이디 모듈은 상시 전원이 입력되는 라인과 배터리 전원이 입력되는 라인이 별도로 구비되어야 하므로, 도 1에서 살펴본 LED 모듈(50)은 사용될 수 없다.
즉, 엘이디 모듈의 회로 구조가 전혀 다르기 때문에 정전시에 비상전원으로 발전기의 AC 전원을 사용하는 경우와 배터리 전원을 사용하는 경우에는 엘이디 모듈의 회로가 상이하므로 서로 호환되어 사용될 수 없는 문제점이 있다.
(01) 대한민국 등록특허 10-1928829, 무정전 조명 시스템, (등록일 : 2018.12.17) (02) 대한민국 등록실용신안 20-0256195호, 상시전원/비상전원 자동절환장치, (등록일 : 2001.11.21)
본 발명이 정전시에 발전기의 AC 전원 또는 배터리 전원을 선택적으로 사용할 수 있는 LED 조명기기의 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 LED 조명등의 전원 공급 장치는 상시 전원을 정류하는 제1 정류기 및 비상 전원을 정류하는 제2 정류기를 포함하는 정류부; 상기 정류부의 출력에서 정류된 전원을 직류전원으로 전환하여 LED 모듈에 제공하는 제1 컨버터; 및 상기 상시 전원을 이용하여 배터리를 충전하고, 상시 전원이 감지되지 않는 경우 배터리 전압을 승압하여 상기 제2 정류기로 제공하는 배터리 전압 공급부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 배터리 전압 공급부는, 상시 전원을 직류 전원으로 변환하여 배터리에 충전되도록 제어하는 충전회로부; 상기 충전회로부로부터 전원을 제공받아 충전하는 배터리; 상기 배터리 전압을 입력받아 승압하여 출력하는 제2 컨버터; 및 상시 전원을 감지하여 상시 전원이 제공되지 않을 때 상기 제2 컨버터가 온(on)되도록 제어하는 상시 전원 감지기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 상시 전원 감지기는 상시 전원이 인가될 때 동작하는 포토 커플러를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2 정류기의 전단에 배치되어, 상기 비상 전원으로 발전기 전원이 입력될 때에는 상기 배터리 전원이 제2 정류기로 입력되는 것을 차단하고 발전기 전원이 입력되지 않을 때에는 배터리 전원이 제2 정류기로 입력되도록 제어하는 스위치를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 정전시 비상 발전기에 의한 비상 AC 전원이나 배터리 전원을 선택적으로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 의하면, 엘이디 조명의 비상 전원으로 비상 발전기를 사용하다 비상 전원을 배터리 전원으로 교체하는 경우에도 엘이디 조명 기기를 교체하지 않고 배터리 전원으로 교체할 수 있다.
도 1은 종래기술에 의한 LED 조명등의 전원 공급 장치를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 조명등의 전원 공급 장치를 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 제1 컨버터(300)의 구조를 나타낸 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 조명등의 전원 공급 장치를 나타낸 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 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.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 조명등의 전원 공급 장치의 블럭도를 나타낸 것이고, 도 3은 제1 컨버터(300)의 구조를 나타낸 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명등의 전원 공급 장치는 상시 전원을 정류하는 제1 정류기 및 발전기 전원을 정류하는 제2 정류기를 포함하는 정류부(100); 상기 상시 전원을 이용하여 배터리를 충전하고, 상시 전원이 감지되지 않는 경우 배터리 전압을 승압하여 상기 제2 정류기로 제공하는 배터리 전압 공급부(200); 및 상기 정류부의 출력에서 정류된 전원을 직류전원으로 전환하여 엘이디 모듈에 제공하는 제1 컨버터(300)를 포함할 수 있다.
상기 정류부(100)는 브릿지 다이오드로 구성된 제1 정류기(110)와 제2 정류기(120)를 포함하고, 이들 정류기는 입력되는 AC 전원을 맥류로 정류하여 출력한다.
상기 제1 정류기(110)에는 상시 전원이 입력되고, 상기 제2 정류기(120)에는 발전기 전원 또는 배터리 전원이 입력될 수 있다. 상기 발전기 전원과 배터리 전압은 사용자에 의해 선택적으로 사용될 수 있다. 상시전원(10)은 한전으로부터 제공되는 AC전원이고, 비상전원(20)은 정전이나 화재 등으로 상시 전원이 정상적으로 공급되지 않을 때 발전기에 의해 제공되는 비상 발전기에 의해 생성된 AC 전원이다.
상기 배터리 전압 공급부(200)는 상시 전원을 직류 전원으로 변환하여 배터리에 충전되도록 제어하는 충전회로부(210); 상기 충전회로부로부터 전원을 제공받아 충전하는 배터리(220); 상기 배터리 전압을 입력받아 승압하여 출력하는 제2 컨버터(230); 및 상시 전원을 감지하여 상시 전원이 제공되지 않을 때 상기 제2 컨버터가 온(on)되도록 제어하는 상시 전원 감지기(240)를 포함할 수 있다.
상기 충전 회로부(210)는 상시 전원을 직류 전원으로 변환하되, 감압하여 배터리에 제공한다. 배터리는 일반적으로 고압의 전압이 충전되기 어려우므로 감압하여 배터리에 제공한다.
상기 제2 컨버터(230)는 상시 전원 감지기에 의해 온(on)되어 상시 전원이 제공되지 않을 때 배터리에 충전된 전원을 제2 정류기로 제공한다. 이때 제2 컨버터(230)는 배터리 전압을 승압하여 출력한다. 상기 승압된 배터리 전압은 310V인 것이 바람직하다. 왜냐하면 제1 컨버터(300)의 입력 전압이 AC 220Vrms이며 맥류 전압으로 환산하면 직류 220V(
Figure 112020135536054-pat00001
= 310)가 된다. 따라서 제1 컨버터(300)의 효율을 높일 수 있다.
상기 상시 전원 감지기(240)는 포토 커플러를 포함할 수 있다. 포토 커플러는 상시 전원이 입력되면 포토 다이오드가 동작되면서 발광하고 수신단에서 이를 감지하여 동작하게 된다. 즉, 상기 제2 컨버터(230)는 상시 전원이 공급될 때에는 오프(off) 상태를 유지한 상태에서 상시 전원 감지기(240)에 의해 정전이 감지되면 온(on)되면서 배터리 전압을 승압하여 출력하게 된다.
상기 제1 컨버터(300)는 정류부(100)의 정류 전압을 직류로 변압하여 LED 모듈(50)에 제공한다.
상기 제1 컨버터(300)는 제3 정류기(310), 스위칭 모드 트랜스포머(320), 출력 안정화부(330), 및 제어부(340)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제3 정류기는 정류부의 출력전압을 입력받아 정류한다. 상시 전원이 제1 정류기(110)를 통해 정류되면 맥류로 출력되고,맥류는 제3 정류기를 통해 다시 정류된다. 제1 정류기를 통해 정류된 맥류는 위상이 일정하지 않으나 제3 정류기(310)를 통해 정해진 위상으로 역률을 조정할 수 있다. 비상 AC 전원이 제2 정류기(120)를 통해 입력될 때에도 제3 정류기는 동일하게 동작한다. 다만 배터리 전압이 제2 정류기(120)를 통해 입력되면, 배터리 전압은 직류 전압이므로 정류기와 무관하게 입력 전압이 그대로 출력된다.
상기 제3 정류기(310)를 통해 정류된 전원은 상기 스위칭 모드 트랜스포머(320)를 구동하여 고주파의 펄스 신호를 생성하게 되며, 이는 다시 출력 안정화부(330)를 통해서 안정적인 출력전원으로 출력되게 된다. 이 과정에서 출력 안정화부(330)의 출력을 감시하여 일정 수준의 전압에 미치지 못하는 경우, 제어부(340)에서 고주파 스위칭을 수행하여 스위칭 모드 트랜스포머(320)에서 원하는 수준의 전원을 출력하도록 제어할 수 있다.
여기서 제어부(340)는 출력 안정화부(330)의 출력 전압이나 전류를 검사하여, 가변되는 전압 및 전류를 포토 커플러(Photo Coupler)를 사용하여 피드백 시킴으로써, PFC(Power Factor Correction) IC에서 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)를 고주파로 스위칭 시키도록 한다. 이렇게 MOSFET의 고주파 스위칭에 의해 스위칭 모드 트랜스포머(320)를 제어함으로써, 원하는 전압과 전류를 안정하게 형성시키게 되는 것이다.
PFC IC는 전압과 전류의 위상각의 차이로 인해 유효전력이 낮아지는 것을 방지하기 위하여 전압과 전류의 위상각의 차이를 제어함으로써, 유효전력이 피상전력에 비해 크게 떨어지지 않도록 한다. 예를 들어 역률이 0.9이상이 되도록 제어할 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 제어부(340)는 역률을 제어하여 유효전력을 높일 수 있도록 전압과 전류의 위상을 비교하여 위상각의 차이를 감지함으로써 현재 상태의 역률을 감지한다. 이와 같이 감지된 역률 정보를 토대로 입력전압과 동일한 사인파 형식의 연속적인 파형이 되도록 입력전류를 제어하여 유효전력을 높인다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예를 나타낸 것으로, 제2 정류기의 전단에 릴레이(400)를 추가한 것이다.
도 4의 실시예는 도 2의 실시예에 스위치(400)를 추가한 것으로, 릴레이를 제외한 동작은 동일하다.
도 2의 실시예에서는 사용자가 제2 정류기에 입력되는 전원으로 발전기 전원(20)이나 배터리 전원을 선택하여 사용할 수 있다. 하지만, 본 실시예에서는 사용자가 선택하지 않더라도 스위치를 추가하여 자동 절환되도록 한 것이다.
상기 스위치(400)는 발전기 전원(20)이 입력될 때에는 배터리 전압이 입력되는 것을 차단하며, 발전기의 고장 등으로 비상시에 정상적으로 동작하지 않을 경우 배터리 전압이 제2 정류기(120)로 입력되도록 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명등의 전원 공급 장치의 구성을 살펴 보았다. 이하에서는 동작 방법을 살펴보도록 한다.
먼저, 상시 전원이 정상적으로 입력 될 때에는 상시전원(10)이 제1 정류기(110)로 입력되어 맥류로 정류되고, 정류된 전원이 제1 컨버터(300)를 통해 직류로 변환되어 LED 모듈(40)로 제공된다. 이때 발전기는 동작하지 않고 배터리 전압도 제2 컨버터(230)에 의해 차단되어 제2 정류기로 동작하지 않는다.
정전이나 화재 등으로 인해 상시 전원이 공급되지 않으면 발전기 전원이나 배터리 전압이 제공된다. 이때 건물에 따라 비상 발전기가 구비되어 있을 수도 있고 배터리 전압이 구비되어 있을 수도 있다. 비상 전원으로 발전기의 AC 전원이 입력되거나 배터리의 DC 전원이 입력되거나 무관하게 동일한 LED 모듈(50)이 사용되므로 사용자(설비업체)는 비상 전원의 종류에 신경 쓰지 않고 LED 조명등을 설치할 수 있다.
발전기 전원이 제2 정류기로 입력되면 제2 정류기에서 정류된 맥류가 제1 컨버터(300)를 통해 직류로 변환되어 LED 모듈에 입력된다.
발전기 전원 대신 배터리 전원 공급부(200)가 제2 정류기로 연결되면, 상기 전원이 감지되지 않으면 제2 컨버터(230)가 온되면서 배터리 전압을 310V로 승압하여 방전하게 되고, 제2 정류기(120)로 입력된다. 직류 전원은 제2 정류기(120)를 그대로 통과해서 제1 컨버터(300)에서 LED 모듈(50)에 적당한 전압으로 하강되어 LED 모듈로 제공된다.
제2 정류기(120)의 전단에 스위치(400)가 구비되어 있는 경우에, 스위치(400)는 배터리 전압 공급부(200)의 전원을 차단하고 있다가 발전기 전원이 공급되지 않으면 온 되면서 배터리 전압을 제2 정류기(120)에 제공할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 정류부 200 : 배터리 전압 공급부
300 : 제1 컨버터

Claims (4)

  1. 상시 전원을 정류하는 제1 정류기 및 비상 전원을 정류하는 제2 정류기를 포함하는 정류부;
    상기 정류부의 출력에서 정류된 전원을 직류전원으로 전환하여 LED 모듈에 제공하는 제1 컨버터; 및
    상기 상시 전원을 이용하여 배터리를 충전하고, 상시 전원이 감지되지 않는 경우 배터리 전압을 승압하여 상기 제2 정류기로 제공하는 배터리 전압 공급부;를 포함하고,
    상기 배터리 전압 공급부는,
    상시 전원을 직류 전원으로 변환하여 배터리에 충전되도록 제어하는 충전회로부;
    상기 충전회로부로부터 전원을 제공받아 충전하는 배터리;
    상기 배터리 전압을 입력받아 310V로 승압하여 출력하는 제2 컨버터; 및
    상시 전원을 감지하여 상시 전원이 제공되지 않을 때 상기 제2 컨버터가 온(on)되도록 제어하는 상시전원 감지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명등의 전원 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상시전원 감지기는 상시 전원이 인가될 때 동작하는 포토 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명등의 전원 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 정류기의 전단에 배치되어, 상기 비상 전원으로 발전기 전원이 입력될 때에는 상기 배터리 전원이 제2 정류기로 입력되는 것을 차단하고 발전기 전원이 입력되지 않을 때에는 배터리 전원이 제2 정류기로 입력되도록 제어하는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명등의 전원 공급 장치.
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