KR102260349B1 - Led 조명 이상 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

복수의 LED 모듈로 구성된 조명장치에 적용 가능한 LED 조명 이상검출 장치가개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 이상검출 장치는 복수의 LED로 구성된 제1 LED 모듈, 복수의 LED로 구성된 제2 LED 모듈, 상기 제1 LED 모듈의 그라운드 측에 연결되는 제1 전류 제한부, 상기 제2 LED 모듈의 그라운드 측에 연결되는 제2 전류 제한부 및 상기 제1 전류 제한부 및 상기 제2 전류 제한부와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전류 제한부의 전압과 상기 제2 전류 제한부의 전압에 기반하여 상기 제2 LED 모듈의 발열 정도를 지시하는 출력신호를 생성하는 출력부를 포함한다.

Description

LED 조명 이상 검출 장치{Apparatus for detecting trouble of Light Emitting Diode lamp}
본 발명은 LED 조명 이상 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발열로 인한 LED 조명의 파손을 방지하여 안정성과 수명을 연장시킬 수 있는 모듈 결합구조의 LED조명에 적용 가능한 LED 조명 이상 검출 장치에 관한 것이다.
조명기구로서 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 사용하는 것에 대한 장점이 널리 알려지면서 LED는 다양한 형태의 조명기구의 발광소자로 널리 이용되고 있다. LED란 전기운반체가 전자와 상대되는 개념의 정공인 피(P)형 반도체와 운반체가 전자인 엔(N)형 반도체를 접합 한 접합면에 소수 캐리어를 주입하여 전자가 보다 높은 에너지 준위로 여기되도록 한 후 다시 안정된 상태로 상기 주입된 전자와 정공이 재결합되게 하면 여기된 에너지가 빛의 파장대를 가진 전자파로 방사되어 가시 영역권 또는 근적외선 영역권에서 빛으로 방출되도록 한 발광소자를 말한다. 최근 LED는 비약적인 반도체 기술의 발전에 힘입어, 저휘도의 범용제품에서 탈피하여, 고휘도, 고품질의 제품 생산이 가능해졌다. 또한, 고특성의 청색(blue)과 백색(white) 다이오드의 구현이 현실화됨에 따라서, LED는 그 응용가치가 보다 확대되고 있다.
LED는 광변환 효율이 높기 때문에 소비 전력이 매우 적다는 본질적 장점이 있다. 또한 작은 광원이기 때문에 소형화, 박형화, 경량화를 구현할 수 있다. 또한 형광등과 같은 수은, 방전용 GAS를 사용하지 않기 때문에 수은 등이 없는 환경 친화적인 조명 광원으로, 수명은 최소 5년 이상으로 내구성 측면에서도 장점을 갖는다.
고휘도를 얻기 위해 다수의 LED 소자가 사용되는 조명기구에서 발열로 인한 파손, 수명 단축을 줄이는 것은 LED를 이용한 조명기구가 갖는 주요한 과제이다. 특히, 모듈화되어 다수가 결합된 구조를 갖는 LED 조명기구에서 이러한 문제점은 보다 두드러지게 나타날 수 있다. 발열로 인한 LED 조명의 이상을 조기에 검출하여 대처할 수 있도록 하는 검출 장치 및 방법에 대한 고려가 필요하다.
KR1020080108784 10 KR1020120085983 10
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다수의 모듈로 구성된 LED 조명기구에서 발열로 인한 조명기구의 파손 및 수명 감소를 방지할 수 있는 LED 조명 이상 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 다수의 모듈로 구성된 LED 조명기구에 적용될 수 있는 정전압 제어 방법과 이를 이용한 LED 조명 이상 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 이상검출 장치는 복수의 LED로 구성된 제1 LED 모듈, 복수의 LED로 구성된 제2 LED 모듈, 상기 제1 LED 모듈의 그라운드 측에 연결되는 제1 전류 제한부, 상기 제2 LED 모듈의 그라운드 측에 연결되는 제2 전류 제한부 및 상기 제1 전류 제한부 및 상기 제2 전류 제한부와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전류 제한부의 전압과 상기 제2 전류 제한부의 전압에 기반하여 상기 제2 LED 모듈의 발열 정도를 지시하는 출력신호를 생성하는 출력부를 포함한다.
상기 제2 전류 제한부는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 저항기를 포함할 수 있다.
상기 검출부는 연산증폭기(Operational Amplifier)를 포함하고, 상기 연산증폭기는 상기 제1 전류 제한부의 전압과 상기 제2 전류 제한부의 전압이 각각 입력전압으로 설정될 수 있다.
상기 LED 조명 이상검출 장치는 상기 출력부와 전기적으로 연결되고, 상기 출력신호를 기반으로 상기 제2 LED모듈의 과열여부를 결정하는 결정부 및 상기 결정부에 의해 과열 상태인 것으로 결정되면 기 설정된 수신 대상 서버 또는 단말로 상기 제2 LED모듈이 과열된 상태임을 알리는 메시지를 전송하도록 설정된 통신부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전류 제한부 및 상기 제2 전류 제한부는 상기 제1 LED 모듈 및 상기 제2 LED 모듈의 발열에 의해 상기 제1 전류 제한부 및 상기 제2 전류 제한부를 구성하는 소자들의 물리적 특성이 변경될 수 있도록 각각 상기 제1 LED 모듈 및 상기 제2 LED 모듈과 물리적으로 인접한 곳에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 이상 검출 장치에 의하면 종래에 비해 간단한 구조로 발열에 의한 이상 여부를 검출할 수 있어 구현비용을 낮출 수 있음은 물론 효과적으로 LED 조명기구가 갖는 발열 문제를 해결할 수 있다. 간단한 구조, 적은 비용으로 구현 가능하여 경제성, 내구성을 높일 수 있으며 유지보수가 용이하다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 모듈 결합구조의 LED조명을 간략히 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 이상 검출 장치의 동작원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 이상 검출 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 이상 검출 장치의 구체적 일례를 나타낸 것이다.
도 7은 결정부 구성의 구체적 일례를 나타낸 것이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적으로 해석되어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도면에서 도시된 각 시스템에서, 몇몇 경우에서의 요소는 각각 동일한 참조 번호 또는 상이한 참조 번호를 가져서 표현된 요소가 상이하거나 유사할 수가 있음을 시사할 수 있다. 그러나, 요소는 상이한 구현을 가지고 본 명세서에서 보여지거나 기술된 시스템 중 몇몇 또는 전부와 작동할 수 있다. 도면에서 도시된 다양한 요소는 동일하거나 상이할 수 있다. 어느 것이 제1 요소로 지칭되는지 및 어느 것이 제2 요소로 불리는지는 임의적이다.
본 명세서에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송' 또는 '제공'한다 함은 어느 한 구성요소가 다른 구성요소로 직접 데이터 또는 신호를 전송하는 것은 물론, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송하는 것을 포함한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 모듈 결합구조의 LED조명을 간략히 도시한 것이다.
도 1은 단일 일체형 방열 구조의 고출력 LED 모듈의 일례를, 도 2는 독립 방열 구조의 고출력 LED 모듈을 각각 예시한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명은 복수의 LED 모듈로 구성될 수 있다. 개별 LED 모듈은 복수의 LED를 포함할 수 있다. 개별 LED 모듈 또는 복수의 LED 모듈을 구동하기 위한 LED 구동회로가 포함될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 이상 검출 장치의 동작원리를 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 이상 검출 장치는 복수의 LED 모듈로 구성된 LED 조명에 적용될 수 있다. LED 조명을 이루는 복수의 LED 모듈 중 어느 하나를 기준 모듈(reference module)로 하고 기준 모듈을 기초로 검출 대상 모듈의 이상 여부를 판단할 수 있다.
도 3에서 제1 LED 모듈은 기준 모듈, 제2 LED 모듈은 검출 대상 모듈을 예시한 것이다. 도 3에서 기준 모듈과 검출 대상 모듈의 배치, 위치 등은 예시적인 것으로 기준 모듈을 기초로 한 이상 여부 검출 대상 모듈의 배치는 특별히 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 이상 검출 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4에 예시된 실시예는 2단의 LED 모듈로 구성된 경우를 보여주고 있으나, 본발명은 실시예에 따라서 3단 혹은 그 이상의 LED 모듈로 구성된 LED 조명에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 이상 검출 장치는 제1 LED 모듈(11), 제2 LED 모듈(21), 제1 전류 제한부(15), 제2 전류 제한부(25), 출력부(30)를 포함한다. 일 실시예에서 결정부(40)와 통신부(50)를 더 포함할 수 있는데 관련하여 이후 다시 상세히 설명한다.
제1 LED 모듈(11) 및 제2 LED 모듈(21)은 복수의 LED로 구성될 수 있다. 각 모듈을 구성하는 복수의 LED는 전원이 인가되면 발광하여 조명기구의 발광부로서 기능할 수 있다. 상술한 바와 같이 도시되지 아니하였으나 개별 LED 모듈을 구동하기 위한 구동회로 또는 복수의 LED 모듈을 구동하기 위한 구동회로가 더 포함될 수 있다.
제1 LED 모듈(11)은 도 3의 기준 모듈일 수 있고, 제2 LED 모듈(21)은 이상 검출 대상 모듈일 수 있다.
구동회로와 연결된 LED 모듈(11, 21)의 접속단의 타단은 전류 제한부를 통해 접지(ground)될 수 있다. 전류 제한부(15, 25)는 개별 LED 모듈에 흐르는 전류를 조절, 제한하는 기능을 수행할 수 있으며 수동소자, 능동소자 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
제1 전류 제한부(15) 및 제2 전류 제한부(25)는 제1 LED 모듈(11) 및 제2 LED 모듈(21)의 발열에 의해 제1 전류 제한부(15) 및 제2 전류 제한부(25)를 구성하는 소자들의 물리적 특성이 변경될 수 있도록 각각 제1 LED 모듈(11) 및 제2 LED 모듈(21)과 물리적으로 인접한 곳에 배치될 수 있다. 일례로, 전류 제한부(15, 25)는 LED 모듈(11, 21) 후면에 위치하여 LED 모듈(11, 21)에 전원이 인가되어 발광함에 따라 발생하는 발열에 의해 전류 제한부(15, 25)를 구성하는 소자들의 물리적 특성(가령, 저항 성분의 변화)이 변화될 수 있다.
제2 전류 제한부(25)는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 저항기를 포함할 수 있다. PTC는 플러스 온도 계수를 의미하며　PTC　저항기는 온도가 높아지면 저항도 따라서 증가하게 되고 온도가 낮아지면 저항이 낮아지는 성질이 있는 저항기이다.
일 실시예에서 제2 LED 모듈(21)의 발열에 의해 PTC 저항기의 저항이 증가하여 제2 LED 모듈(21)에 흐르는 전류량을 감소시키거나 제2 전류 제한부(25)에 걸리는 전압을 증가시킬 수 있다.
출력부(30)는 제1 전류 제한부(15) 및 제2 전류 제한부(25)와 전기적으로 연결되고, 제1 전류 제한부(15)의 전압과 제2 전류 제한부(25)의 전압에 기반하여 제2 LED 모듈(21)의 발열 정도를 지시하는 출력신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에서 출력부(30)는 연산증폭기(Operational Amplifier)를 포함할 수 있다. 연산증폭기는 제1 전류 제한부(15)의 전압과 제2 전류 제한부(25)의 전압이 각각 입력전압으로 설정될 수 있다.
연산증폭기의 출력신호와 입력전압과의 관계는 아래 수학식1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Vout=Av(V2-V1)
일 실시예에서 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 이상검출 장치는 결정부(40) 및 통신부(50)를 더 포함할 수 있다.
결정부(40)는 출력부(30)와 전기적으로 연결되고, 출력신호를 기반으로 제2 LED모듈(21)의 과열여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 출력신호가 기 설정된 기준값 이상인 경우(기준 모듈(제1 LED 모듈(11))과 이상 검출 대상 모듈(제2 LED 모듈(21))의 전압차가 기준값 이상인 경우) 제2 LED 모듈(21)이 과열된 상태인 것으로 결정할 수 있다.
통신부(50)는 결정부(40)에 의해 과열 상태인 것으로 결정되면 기 설정된 수신 대상 서버 또는 단말로 상기 제2 LED모듈(21)이 과열된 상태임을 알리는 메시지를 전송하도록 설정될 수 있다. 수신 대상 서버는 LED 조명의 상태를 모니터링하는 서버일 수 있다. 단말은 LED 조명의 상태를 관리하는 관리자의 단말일 수 있다.
관리자는 서버 모니터링을 통해 또는 단말을 통해 이상여부를 파악하고 그에 대응한 조치를 취할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 실시예에 따라서 N단의 LED 모듈로 구성된 조명에도 동일하게 적용될 수 있다. 제n LED 모듈, 제n 전류 제한부가 더 포함될 수 있으며, 그 구성은 상술한 제2 LED 모듈 및 제2 전류 제한부의 구성과 동일할 수 있다. 이때, 제n LED 모듈의 이상 여부를 감지하기 위한 신호 생성을 위하여 제n-1 출력부가 더 포함될 수 있으며, 제n-1 출력부는 기준 모듈로 동작하는 제1 전류 제한부와 제n 전류제한부의 전압을 입력으로 할 수 있다. 실시예에 따라서는 제n-1 전류제한부 제n 전류제한부의 전압을 입력으로 하여 구현할 수도 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 이상 검출 장치의 구체적 일례를 나타낸 것이다.
도 5 및 도 6의 각 부분은 해당 부분에 부여된 도면 부호와 일치하는 도면 부호가 부여된 도 4의 각 부의 구체적 일례에 해당하는 것이다. 도 5 및 도 6의 각 부는 도 4와 함께 설명한 바에 따라 각 기능을 수행할 수 있다. 가령, 구동회로에 의해 전압 Vcc가 각 LED 모듈에 인가되면, 각 LED 모듈은 발광하여 조명으로서 기능한다. LED 모듈의 발열에 의해 PTC 저항기의 저항값이 증가하고 이는 OP Amp의 + 입력 전압의 변화를 초래한다. 이에 따라, Vout 값이 변화하고 Vout 값의 변화가 기 설정된 값 이상인 경우 LED 모듈이 과열 상태인 것으로 판단할 수 있다. Vout 값의 변화는 로 데이터(Raw Data)로 저장되어 머신러닝을 이용한 고장 예측 서비스에 활용될 수 있다.
도 5의 회로에서 트랜지스터 Q1은 PTC 저항기가 파손되는 경우 우회회로로서 기능할 수 있으며, R3는 PTC 저항기의 저항값 보다 크게 설정될 수 있다.
도 7은 결정부 구성의 구체적 일례를 나타낸 것이다.
도 7의 결정부는 4단으로 구성된 조명에 적용된 실시예이다. Vout0, Vout1, Vout2, 는 각각 기준모듈의 전류 제한부(가령, 제1 전류 제한부)와 나머지 3단의 모듈의 전류제한부(가령, 제2 전류 제한부, 제3 전류 제한부, 제4 전류 제한부) 각각의 전압을 입력으로 한 출력부의 출력값의 예이다. 상술한 바와 같이 실시예에 따라서 Vout2는 제1 전류 제한부와 제4 전류 제한부의 전압을 입력으로 한 출력부의 출력값이거나 제3 전류 제한부와 제4 전류 제한부의 전압을 입력으로 한 출력부의 출력값일 수 있다.
각 모듈이 모두 정상적으로 작동하는 경우 NAND 게이트를 통해 출력되는 값은 0(Low)으로 출력되고, 적어도 어느 하나의 모듈에 이상이 발생하는 경우 NAND 게이트를 통해 출력되는 값은 1(High)로 출력되어 상술한 바와 같이 통신부를 통해 관리자에게 즉시 통보되도록 구성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 Vout0, Vout1, Vout2값은 로 데이터(Raw Data)로 저장되어 머신러닝을 이용한 고장 예측 서비스에 활용될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
11: 제1 LED 모듈
15: 제1 전류 제한부
21: 제2 LED 모듈
25: 제2 전류 제한부
30: 출력부
40: 결정부
50: 통신부

Claims (5)

  1. 복수의 LED로 구성된 제1 LED 모듈;
    복수의 LED로 구성된 제2 LED 모듈;
    상기 제1 LED 모듈의 그라운드 측에 연결되어 상기 제1 LED 모듈에 공급되는 전류량을 제한하는 제1 전류 제한부;
    상기 제2 LED 모듈의 그라운드 측에 연결되어 상기 제2 LED 모듈에 공급되는 전류량을 제한하는 제2 전류 제한부; 및
    상기 제1 전류 제한부의 전압과 상기 제2 전류 제한부의 전압이 각각 입력전압으로 설정되는 연산증폭기(Operational Amplifier)를 포함하고, 상기 제2 LED 모듈의 발열 정도를 지시하는 출력신호를 생성하는 출력부;를 포함하되,
    상기 제2 LED 모듈은 상기 제1 LED 모듈의 상부에 위치하고,
    상기 제1 전류 제한부는 상기 제1 LED 모듈의 후면에 배치되고, 상기 제2 전류 제한부는 상기 제2 LED 모듈의 후면에 배치되며,
    상기 제2 전류 제한부는 상기 제2 LED 모듈의 발열에 의해 저항값이 변화되는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 저항기를 포함하고 상기 PTC 저항기의 저항값 변화에 따라 상기 제2 LED 모듈에 공급되는 전류량이 제한되고, 상기 연산증폭기의 입력전압으로 설정되는 상기 제2 전류 제한부의 전압이 가변되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 이상검출 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 출력부와 전기적으로 연결되고, 상기 출력신호를 기반으로 상기 제2 LED모듈의 과열여부를 결정하는 결정부; 및
    상기 결정부에 의해 과열 상태인 것으로 결정되면 기 설정된 수신 대상 서버 또는 단말로 상기 제2 LED모듈이 과열된 상태임을 알리는 메시지를 전송하도록 설정된 통신부;를 더 포함하는, LED 조명 이상검출 장치.
  5. 삭제
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