KR102452507B1 - 광센서를 이용한 led 조명 밝기 유지 및 수명 연장하는 전력 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

광센서를 이용한 led 조명 밝기 유지 및 수명 연장하는 전력 제어 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광센서를 이용한 LED 조명 밝기 유지 및 수명 연장하는 전력 제어 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 광센서를 구비하여 LED조명의 PWM(Plus Width Modulation)을 조절해 더욱 좋은 효율을 낼 수 있도록 하며, 근거리 무선통신을 이용해 IOT기반의 LED조명 시스템으로, 사용의 편리성을 갖춘 광센서를 이용한 LED 조명 밝기 유지 및 수명 연장하는 전력 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

Description

광센서를 이용한 LED 조명 밝기 유지 및 수명 연장하는 전력 제어 방법 및 그 장치 {Power control method and device for maintaining brightness and extending life of LED lighting using optical sensor}
본 발명은 LED의 효율 및 편리성 개선에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광센서를 구비하여 LED조명의 PWM(Plus Width Modulation)을 조절해 LED 조명의 밝기를 일정하게 유지하고 더욱 좋은 효율을 낼 수 있는 광센서를 이용한 LED 조명 밝기 유지 및 수명 연장하는 전력 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
과거의 건물 실내 조명은 형광등, 할로겐 조명 등이 천장에 설치되어 구현됐지만, 소비전력이 크고 단색의 조명 만을 제공하여 현재는 상기 단점을 보완하고 효율이 높은 LED 조명이 개발돼 보편적으로 쓰이고 있다.
그러나, 현재 시중에 판매되는 일반적인 LED조명의 수명은 약 3만 시간 정도이며, 하루에 12시간을 사용한다고 가정시 약 5년 정도 사용 가능하지만, 실제 사용 기간은 3년도 채 못 가는 경우가 다수 존재한다. 이에 따라, LED 조명의 실제 효율에 대한 방법이 요구되고 있다.
이와 관련된 종래의 기술로는 한국등록특허 제10-1664530호에 공지된 엘이디의 수명을 연장하는 전력 제어 방법을 예로 들 수 있는데, 이는 적어도 하나의 LED를 포함하는 LED 어레이에 대한 제어에 있어서, 적어도 하나의 LED 각각에 할당되는 펄스 폭변조(PWM: Plus Width Modulation) 듀티비(duty-ratio) 간의 편차가 미리 설정된 값 이상이 되도록 각각의 LED 에 대한 펄스 신호를 제어하고, 상기 제어에 따르는 각각의 LED에 대한 펄스 신호를 LED 어레이로 제공하여 전체 LED의 평균 밝기를 일정하게 유지하면서 전체 LED의 평균 수명을 연장할 수 있도록 한 전력 제어 방법 시스템에 관한 것이다.
그러나 전술한 종래 기술에 따른 LED 전력 제어 방법 시스템의 경우에도, 더욱 효율적인 펄스값 변조의 판단 조건과 블루투스를 이용하는 제어방식까지 확장되지는 못하고 있는 한계가 있다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 광센서를 구비하여 LED조명의 PWM(Plus Width Modulation)을 조절해 더욱 좋은 효율을 낼 수 있도록 하며, 블루투스를 이용해 사용의 편리성을 갖춘 광센서를 이용한 LED 조명 밝기 유지 및 수명 연장하는 전력 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, LED 조명의 광에너지를 감지하여 전기적인 신호로 변환하는 광 센서부와; 상기 광 센서를 통해 변환된 전기적인 신호인 입력값을 토대로 감지된 상황에 대응하여 PWM DUTY값을 조정해 변조하는 방식으로 LED 조명의 밝기를 조절하는 신호를 생성하는 제어부; 상기 제어부에서 생성된 신호에 의해 변경된 전압을 LED 소자에 공급하여 제어부의 신호에 의해 LED 조명을 구동하는 LED 모듈; 및 근거리 무선통신으로 외부의 장치와 통신하여, 사용자가 상기 외부의 장치로 LED 조명 시스템을 제어할 수 있게 하는 무선통신부;을 포함한다.
상기 제어부는 상기 광 센서의 입력값에 기초하여 PWM DUTY값을 조정해 변조하는 AUTO Calibration 방식을 통해 LED 조명의 밝기를 조절하며,
상기 AUTO Calibration는 LED 조명 시스템의 전원이 켜지면, 기 저장된 PWM DUTY값이 출력되어 해당 PWM DUTY값에 맞는 밝기로 LED 조명 시스템을 작동시키고, 상기 광 센서를 통해 조도 모니터링하여 조도가 기준보다 이상이라면, PWM DUTY값을 변화시키지 않고 조도 모니터링을 계속하고, 조도가 기준보다 미만이라면, PWM DUTY값을 증가시켜 LED 조명 시스템을 작동시키며, 전원이 OFF되었을 때 바뀐 최종 PWM 값을 저장하여 다음 LED 조명 시스템을 ON 했을때 상기 최종 PWM 값으로 출력하여 동일한 밝기로 LED 조명 시스템을 작동 시킨다.
무선통신부는 근거리 무선통신으로서 블루투스, 와이파이, 지그비 등의 하나의 방식으로 외부의 장치와 연결될 수 있으며, LED 조명 시스템의 전원 ON/OFF, 밝기 제어, LED 교체 시기 알람 받기 등의 기능을 수행한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 광 센서가 LED 조명의 광에너지를 감지하여 전기적인 신호로 변환하는 단계; 상기 광 센서를 통해 변환된 전기적인 신호인 입력값을 토대로 감지된 상황에 대응하여 PWM DUTY값을 조정해 변조하는 방식으로 LED 조명의 밝기를 조절하는 신호를 생성하는 단계; 및 생성된 신호에 의해 변경된 전압을 LED 소자에 공급하여 신호에 의해 LED 조명을 구동하는 단계; 및 근거리 무선통신으로 외부의 장치와 통신하여, 사용자가 상기 외부의 장치로 LED 조명 시스템을 제어하는 단계;를 포함한다.
LED 조명의 밝기를 조절하는 신호를 생성하는 단계는
상기 광 센서의 입력값에 기초하여 PWM DUTY값을 조정해 변조하는 AUTO Calibration 방식을 통해 LED 조명의 밝기를 조절하며,
상기 AUTO Calibration는 LED 조명 시스템의 전원이 켜지면, 기 저장된 PWM DUTY값이 출력되어 해당 PWM DUTY값에 맞는 밝기로 LED 조명 시스템을 작동시키고, 상기 광 센서를 통해 조도 모니터링하여 조도가 기준보다 이상이라면, PWM DUTY값을 변화시키지 않고 조도 모니터링을 계속하고, 조도가 기준보다 미만이라면, PWM DUTY값을 증가시켜 LED 조명 시스템을 작동시키며, 전원이 OFF되었을 때 바뀐 최종 PWM 값을 저장하여 다음 LED 조명 시스템을 ON 했을 때 상기 최종 PWM 값으로 출력하여 동일한 밝기로 LED 조명 시스템을 작동 시킨다.
본 발명의 실시예에 따른 광센서를 이용한 LED 조명 밝기 유지 및 수명 연장하는 전력 제어 방법 및 그 장치에 의하면, 광센서를 구비하여 LED조명의 PWM(Plus Width Modulation)을 조절해 더욱 좋은 효율을 낼 수 있도록 하며, 근거리 무선통신을 이용해 사용의 편리성을 갖추면서 밝기 유지 및 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 LED 조명 시스템의 회로도.
도 2는 LED 조명의 사용시간에 따른 조도 변화를 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명에 의한 LED 조명 시스템의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 블록도.
본 발명은 다양한 변환을 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 명세서 전체에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하나 이상의 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있음을 의미한다.
본 발명의 광센서를 이용한 LED 조명 밝기 유지 및 수명 연장하는 전력 제어 방법 및 그 장치(이하, LED 조명시스템으로 간략히 명명함)은, 광센서를 구비하여 LED조명의 PWM(Plus Width Modulation)을 모니터링하여 더욱 좋은 효율을 낼 수 있도록 하며, 사용의 편리성을 위해 블루투스를 통해 제어수단과 통신하여 제어한다. 이에 관하여 이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 LED 조명 시스템의 회로도이고, 도 2는 LED 조명의 사용시간에 따른 조도 변화를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 3은 본 발명에 의한 LED 조명 시스템의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, LED 조명 시스템의 회로는 LED모듈, 광 센서, 무선통신, 제어기가 포함되도록 구성된다.
상기 광 센서는 LED 조명의 광 에너지를 감지하여 전기적인 신호로 변환 검출하는 소자이며, 광 센서를 통해 입력된 입력값을 토대로 상기 제어기에서 PWM DUTY값을 조정하여 밝기를 일정하게 유지할 수 있는 특징이 있다.
상기 무선통신은 근거리 무선통신으로서 블루투스, 와이파이, 지그비 등의 하나의 방식으로 외부의 장치와 연결될 수 있으며, 상기 외부의 장치는 사용자의 핸드폰, 태블릿 컴퓨터 등의 장치일 수 있다. 또한, 외부 장치 조작을 통해 무선통신으로 통신하여 LES 조명 시스템의 스위칭 전원 ON/OFF, 밝기 제어, LED 교체 시기 알람을 받을 수 있다.
상기 제어기는 상기 광 센서의 입력값에 기초하여 PWM DUTY값을 조정하여 변조하는 방식으로 전력 제어를 수행하며, 이를 통해 밝기 유지 및 수명 연장이 가능할 수 있다.
상기 PWM이란 Pulse Width Modulation의 약자로서, 펄스 변조의 일종으로 신호의 크기에 따라 펄스의 폭을 변조하는 방식으로, 좀더 자세하게는, 펄스 파형의 HIGH 상태와 LOW 상태 파형의 비율을 DUTY 사이클 이라고 하는데, PWM은 이 DUTY 사이클을 조정해서 변조하는 것이다. 즉 상기 광 센서의 입력값이 사용시간에 따라 낮아지면 PWM DUTY값을 조정(출력)하여 LED의 밝기를 동일하게 유지할 수 있다. 이때, AUTO Calibration 기능을 활용해 실시간으로 휘도 사양을 조정 할 수 있다.
도 2를 참조하면, LED는 특성상 시간이 지나면 조도(비춰지는 물체의 단위면적에 들어오는 빛의 양, LUX)가 줄어드는 것을 알 수 있다. 30,000시간 사용했을 때는 조도 출력이 77%, 30,000시간 사용했을 때는 조도 출력이 70%로 내려 갔음을 알 수 있다. 상기 조도가 줄어드는 특성을 이용해 40,000시간이 지나더라도 일정 조도가 유지하도록 PWM DUTY 값을 조정해 밝기(LUX)를 일정하게 유지시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 AUTO Calibration 방식으로 LED 조명 시스템의 전력 제어 방법을 도시한 블록도로서, 상기 광 센서의 입력값에 따라 PWM DUTY값을 자동 교정하여 실시간 휘도 사양 조정 할 수 있다. LED 조명 시스템의 전원이 켜지면, 기 저장된 PWM DUTY값이 출력되어 해당 PWM DUTY값에 맞는 밝기로 LED 조명 시스템을 작동시키고, 상기 광 센서를 통해 조도 모니터링하여 조도가 기준보다 이상이라면, PWM DUTY값을 변화시키지 않고 조도 모니터링을 계속하고, 조도가 기준보다 미만이라면, PWM DUTY값을 증가시켜 LED 조명 시스템을 작동시키며, 전원이 OFF되었을 때 바뀐 최종 PWM 값을 저장하여 다음 LED 조명 시스템을 ON 했을 때 상기 최종 PWM 값으로 출력하여 동일한 밝기로 LED 조명 시스템을 작동 시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. LED 조명의 광에너지를 감지하여 전기적인 신호로 변환하는 광 센서부와; 상기 광 센서를 통해 변환된 전기적인 신호인 입력값을 토대로 감지된 상황에 대응하여 PWM DUTY값을 조정해 변조하는 방식으로 LED 조명의 밝기를 조절하는 신호를 생성하는 제어부; 상기 제어부에서 생성된 신호에 의해 변경된 전압을 LED 소자에 공급하여 제어부의 신호에 의해 LED 조명을 구동하는 LED 모듈; 및 근거리 무선통신으로 외부의 장치와 통신하여, 사용자가 상기 외부의 장치로 LED 조명 시스템을 제어할 수 있게 하는 무선통신부;를 포함하되,
    상기 제어부는
    상기 광 센서의 입력값에 기초하여 PWM DUTY값을 조정해 변조하는 AUTO Calibration 방식을 통해 LED 조명의 밝기를 조절하며,
    상기 AUTO Calibration는 LED 조명 시스템의 전원이 켜지면, 기 저장된 PWM DUTY값이 출력되어 해당 PWM DUTY값에 맞는 밝기로 LED 조명 시스템을 작동시키고, 상기 광 센서를 통해 조도 모니터링하여 조도가 기준보다 이상이라면, PWM DUTY값을 변화시키지 않고 조도 모니터링을 계속하고, 조도가 기준보다 미만이라면, PWM DUTY값을 증가시켜 LED 조명 시스템을 작동시키며, 전원이 OFF되었을 때 바뀐 최종 PWM 값을 저장하여 다음 LED 조명 시스템을 ON 했을때 상기 최종 PWM 값으로 출력하여 동일한 밝기로 LED 조명 시스템을 작동시키는 것을 특징으로 하는 광센서를 이용한 LED 조명 밝기 유지 및 수명 연장하는 전력 제어 장치
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 무선통신부는
    근거리 무선통신으로서 블루투스, 와이파이, 지그비 등의 하나의 방식으로 외부의 장치와 연결될 수 있으며, LED 조명 시스템의 전원 ON/OFF, 밝기 제어, LED 교체 시기 알람 받기 등의 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 광센서를 이용한 LED 조명 밝기 유지 및 수명 연장하는 전력 제어 장치
  4. 광 센서가 LED 조명의 광에너지를 감지하여 전기적인 신호로 변환하는 단계; 상기 광 센서를 통해 변환된 전기적인 신호인 입력값을 토대로 감지된 상황에 대응하여 PWM DUTY값을 조정해 변조하는 방식으로 LED 조명의 밝기를 조절하는 신호를 생성하는 단계; 생성된 신호에 의해 변경된 전압을 LED 소자에 공급하여 신호에 의해 LED 조명을 구동하는 단계; 및 근거리 무선통신으로 외부의 장치와 통신하여, 사용자가 상기 외부의 장치로 LED 조명 시스템을 제어하는 단계;를 포함하되,
    상기 LED 조명의 밝기를 조절하는 신호를 생성하는 단계는,
    상기 광 센서의 입력값에 기초하여 PWM DUTY값을 조정해 변조하는 AUTO Calibration 방식을 통해 LED 조명의 밝기를 조절하며,
    상기 AUTO Calibration는 LED 조명 시스템의 전원이 켜지면, 기 저장된 PWM DUTY값이 출력되어 해당 PWM DUTY값에 맞는 밝기로 LED 조명 시스템을 작동시키고, 상기 광 센서를 통해 조도 모니터링하여 조도가 기준보다 이상이라면, PWM DUTY값을 변화시키지 않고 조도 모니터링을 계속하고, 조도가 기준보다 미만이라면, PWM DUTY값을 증가시켜 LED 조명 시스템을 작동시키며, 전원이 OFF되었을 때 바뀐 최종 PWM 값을 저장하여 다음 LED 조명 시스템을 ON 했을 때 상기 최종 PWM 값으로 출력하여 동일한 밝기로 LED 조명 시스템을 작동시키는 것을 특징으로 하는 광센서를 이용한 LED 조명 밝기 유지 및 수명 연장하는 전력 제어 방법
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