KR102608623B1 - 스포츠 조명 시스템 - Google Patents

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선희관
김재훈
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주식회사 화신이앤비
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Abstract

본 발명은 조명 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 조명 시스템은 서로 병렬 연결된 복수의 제1 발광 소자를 포함하는 제1 발광부, 상기 제1 발광부와 직렬 연결되고, 서로 병렬 연결된 복수의 제2 발광 소자를 포함하는 제2 발광부, 상기 제1 발광부와 병렬 연결되는 제1 예비 발광 소자를 포함하는 제1 예비 발광부, 상기 제2 발광부와 병렬 연결되는 제2 예비 발광 소자를 포함하는 제2 예비 발광부, 상기 제1 발광부 및 제2 발광부와 병렬 연결되고, 복수의 제3 예비 발광 소자들이 서로 직렬 연결된 제3 예비 발광부 및 상기 제1 발광부의 양단에 걸리는 전압과 상기 제2 발광부의 양단에 걸리는 전압을 측정하는 전압계, 상기 전압계에서 측정된 전압을 이용하여 상기 제1 예비 발광 소자, 상기 제2 예비 발광 소자 및 상기 복수의 제3 예비 발광 소자 중 하나 이상의 작동을 제어하도록 구성된 프로세서를 포함하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

스포츠 조명 시스템{Sports Lighting System}
본 발명은 스포츠 조명 시스템에 관한 것이다.
조명 장치는 내부에 구비된 LED와 같은 발광 소자가 발광하여 주변 영역에 빛을 제공한다.
대부분의 조명 장치는, 하나의 장치 내에 매우 많은 발광 소자가 매립되어 있으며, 이들 발광 소자가 직렬 또는 병렬로 서로 전기적으로 연결되면서 SMPS와 같은 전원 공급 장치에 의해 DC 전원을 입력 받아 발광한다.
현재 국내 골프장, 스포츠 경기장, 각종 체육센터 등 많은 체육시설이 메탈조명을 LED 조명으로 교체하고 있는 추세에 있다.
도 2는 종래 조명 장치의 회로도를 도시한다. D1 내지 D16으로 표기되는 발광 다이오드들이 서로 직렬 연결되어 하나의 그룹을 형성하고 있으며, D17 내지 D32로 표기되는 발광 다이오드들이 서로 직렬 연결되어 다른 하나의 그룹을 형성한다. 어떤 이유로 D2에 해당하는 발광 다이오드가 고장나는 경우, D1 내지 D16의 발광 다이오드가 하나의 전기 회로로 직렬 연결되어 있기 때문에, D2에 포함된 발광 그룹 전체가 발광하지 않는 문제가 발생한다.
많은 면적에 빛을 제공하여야 하는 스포츠 조명의 특성 상, LED가 높은 위치에 설치된다. 종래 조명 장치의 경우, 1개의 LED만이 고장 나더라도 해당 그룹 전체가 점등되지 않기 때문에 A/S가 요구되며, 이에 따라 많은 비용이 소요되는 문제가 있다.
한국공개특허문헌 제10-2022-0144164호 (2022.10.26.) 일본공개특허문헌 제2022-544871호 (2022.10.21.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다.
구체적으로, 메인 발광부에 포함된 발광 소자들이 서로 병렬 연결되어 있어서, 하나의 발광 소자가 고장 나더라도 나머지 발광 소자에 영향을 미치지 않아 조명의 전체 조도 저하를 방지할 수 있으며, 불필요한 A/S 및 비용 발생을 방지할 수 있는 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
또한, 메인 발광부의 발광 소자 고장 여부를 판별할 수 있으며, 고장이 있는 것으로 판별된 경우 예비 발광 소자를 작동시킴으로써 조명의 전체 조도 저하를 방지할 수 있으며, 불필요한 A/S 및 비용 발생을 방지할 수 있는 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
또한, 평시에는 발광 소자의 최대 출력보다 낮은 출력으로 작동되도록 제어하며, 발광 소자가 고장난 것으로 판별된 경우 이보다 높은 출력으로 발광하도록 하는 디밍 제어가 가능하도록 구성되어 조도 정밀 제어가 가능한 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
또한, 구성들을 서로 전기적으로 연결하는 PCB 패턴을 두껍게 구성하여, 열 발산을 최대화함으로써 조명의 온도를 낮출 수 있는 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 서로 병렬 연결된 복수의 제1 발광 소자를 포함하는 제1 발광부, 상기 제1 발광부와 직렬 연결되고, 서로 병렬 연결된 복수의 제2 발광 소자를 포함하는 제2 발광부, 상기 제1 발광부와 병렬 연결되는 제1 예비 발광 소자를 포함하는 제1 예비 발광부, 상기 제2 발광부와 병렬 연결되는 제2 예비 발광 소자를 포함하는 제2 예비 발광부, 상기 제1 발광부 및 제2 발광부와 병렬 연결되고, 복수의 제3 예비 발광 소자들이 서로 직렬 연결된 제3 예비 발광부 및 상기 제1 발광부의 양단에 걸리는 전압과 상기 제2 발광부의 양단에 걸리는 전압을 측정하는 전압계, 상기 전압계에서 측정된 전압을 이용하여 상기 제1 예비 발광 소자, 상기 제2 예비 발광 소자 및 상기 복수의 제3 예비 발광 소자 중 하나 이상의 작동을 제어하도록 구성된 프로세서를 포함하는 컨트롤러를 포함하는, 조명 시스템을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 프로세서는 미리 저장된 기준 전압과 상기 전압계에서의 측정 전압의 차이에 기초하여 각 발광부에 포함된 발광 소자의 고장 여부를 결정하도록 구성되고, 상기 발광 소자의 고장이 있는 것으로 결정된 경우 해당 발광부에 연결된 제1 예비 발광 소자 및 제2 예비 발광 소자 중 하나 이상이 작동되도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 프로세서는 상기 기준 전압과 상기 측정 전압의 차이에 기초하여 각 발광부에 포함된 발광 소자의 고장 개수를 결정하도록 구성되고, 결정된 발광 소자의 개수가 미리 저장된 기준 개수 이상인 경우 상기 복수의 제3 예비 발광 소자가 작동되도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 컨트롤러는 최대 출력보다 낮은 제1 출력으로 발광하도록 발광 소자들을 제어하고, 상기 측정 전압이 미리 저장된 기준 전압 이상인 경우 상기 제1 출력보다는 높은 출력이면서 상기 최대 출력보다 낮은 제2 출력으로 발광하도록 발광 소자들을 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 측정된 전압이 상기 기준 전압 이상인 경우 상기 제1 출력보다 높고 상기 최대 출력보다 낮은 복수의 출력 중 어느 하나의 출력으로 발광하도록 발광 소자들을 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 제1 발광 소자, 상기 복수의 제2 발광 소자, 상기 제1 예비 발광 소자, 상기 제2 예비 발광 소자 및 상기 복수의 제3 예비 발광 소자는 발광 다이오드일 수 있다.
상기한 본 발명에 따르면, 메인 발광부에 포함된 발광 소자들이 서로 병렬 연결되어 있어서, 하나의 발광 소자가 고장 나더라도 나머지 발광 소자에 영향을 미치지 않아 조명의 전체 조도 저하를 방지할 수 있으며, 불필요한 A/S 및 비용 발생을 방지할 수 있다.
또한, 메인 발광부의 발광 소자 고장 여부를 판별할 수 있으며, 고장이 있는 것으로 판별된 경우 예비 발광 소자를 작동시킴으로써 조명의 전체 조도 저하를 방지할 수 있으며, 불필요한 A/S 및 비용 발생을 방지할 수 있다.
또한, 평시에는 발광 소자의 최대 출력보다 낮은 출력으로 작동되도록 제어하며, 발광 소자가 고장난 것으로 판별된 경우 이보다 높은 출력으로 발광하도록 하는 디밍 제어가 가능하도록 구성되어 조도 정밀 제어가 가능하다.
또한, 구성들을 서로 전기적으로 연결하는 PCB 패턴을 두껍게 구성하여, 열 발산을 최대화함으로써 조명의 온도를 낮출 수 있다.
도 1 및 2는 종래의 조명 시스템을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조명 시스템을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 시스템의 발광부를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨트롤러를 설명하기 위한 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3 내지 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 조명 시스템을 구체적으로 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조명 시스템은 발광부(10), 컨트롤러(20) 및 SMPS(30)를 포함한다.
SMPS(30)는 외부로부터 전원(교류 전원)을 입력받아, 입력받은 전원을 직류로 변환하여 발광부(10) 및 컨트롤러(20)에 제공하도록 구성된다.
컨트롤러(20)는 SMPS(10)로부터 인가된 직류 전원을 발광부(10)에 인가하여 발광 소자들의 발광을 유도하고, 발광부(10)에 흐르는 전기 신호를 측정하여 측정 결과에 따른 발광부(10)의 발광 및 조도 등의 발광 요소를 제어하도록 구성된다.
도 3을 참조하면, 컨트롤러(20)는 전압계(21) 및 프로세서(22)를 포함한다.
전압계(21)는 발광부 양단에 걸리는 전압을 측정하도록 구성되고, 프로세서(22)는 전압계(21)의 전압 측정 결과를 이용하여 발광부(10)의 발광 여부/정도를 제어하도록 구성된다.
도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 발광부(10)를 구체적으로 설명한다. 도 4에 도시된 "CON"은 커넥터이며, 커넥터는 발광부(10)를 컨트롤러(20)와 전기적으로 연결하는 역할을 수행한다.
발광부(10)는 제1 발광부(11), 제2 발광부(12), 제1 예비 발광부(13), 제2 예비 발광부(14) 및 제3 예비 발광부(15)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조명 시스템은 총 128개의 발광 소자를 포함할 수 있으나(D1 내지 D128로 표기됨), 특별히 이에 제한되는 것은 아니며, 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 발광부(11), 제2 발광부(12), 제1 예비 발광부(13), 제2 예비 발광부(14) 및 제3 예비 발광부(15)를 예로 들어 구체적으로 설명한다.
제1 발광부(11)는 복수의 제1 발광 소자(D1, D7, D33, D49, D65, D81)를 포함하며, 복수의 제1 발광 소자는 서로 병렬 연결되어 있다.
제2 발광부(12)는 복수의 제2 발광 소자(D2, D18, D34, D50, D66, D82)를 포함하며, 복수의 제2 발광 소자는 서로 병렬 연결되어 있다. 한편, 제2 발광부(12)는 제1 발광부(11)와는 직렬 연결된다. 이하에서, 제1 발광부(11), 제2 발광부(12), 그리고 이들과 직렬 연결되는 발광부(D3 내지 D16과 병렬 연결되는 발광 소자들을 포함하는 구성)를 포함한 구성을 메인 발광부로 칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 발광부(11)와 제2 발광부(12)는 양단에 각각 3V의 전압이 걸릴 수 있으며, 제1 발광부(11)와 제2 발광부(12)에 흐르는 전류는 각각 8A일 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 예비 발광부(13)는 제1 예비 발광 소자(D97)를 포함하고, 제1 예비 발광 소자는 제1 발광부(11)와 병렬 연결된다.
제2 예비 발광부(14)는 제2 예비 발광 소자(D98)를 포함하고, 제2 예비 발광 소자는 제2 발광부(12)와 병렬 연결된다.
제3 예비 발광부(15)는 복수의 제3 예비 발광 소자(D113 내지 D128)를 포함하며, 복수의 제3 예비 발광 소자는 서로 직렬 연결되어 있다. 한편, 제3 예비 발광부(15)는 제1 발광부(11) 및 제2 발광부(12)와는 병렬 연결된다.
발광부에 포함된 발광 소자들의 일 예로는 발광 다이오드(LED, Lighting Emitting Diode)가 적용될 수 있다. 하지만, 특별히 이에 제한되지 않고 주변에 빛을 제공할 수 있는 구성이면 어느 것이든지 적용될 수 있다고 할 것이다.
한편, 발광 소자들은 컨트롤러(20)의 제어 신호에 의해 온(ON) 또는 오프(OFF)될 수 있으며, 발광 강도 역시 단계별로 제어될 수 있다.
도 5를 참조하면, 컨트롤러(20)는 발광부(10)와 전기적으로 연결되어, 발광부(10)에 흐르는 전기 신호를 입력받도록 구성된다.
컨트롤러(20)에 포함된 전압계(21)는 입력받은 전기 신호를 이용하여 각 발광부에 걸리는 전압을 측정하도록 구성된다.
프로세서(22)는 각 발광부(메인 발광부 및 예비 발광부)의 양단에 걸리는 전압을, 미리 저장된 기준 전압과 비교하여 제1 내지 제3 예비 발광부의 작동을 제어하도록 구성된다. 이를 구체적으로 설명한다.
어느 하나의 발광 소자가 고장나면 해당 발광 소자에는 전류가 흐르지 않게 된다. 각 발광부에 포함된 발광 소자들은 서로 병렬 연결되어 있으므로, 어느 하나의 발광 소자가 고장나더라도 나머지 발광 소자에는 정상적으로 전류가 흐르며 따라서 정상적으로 주변 영역에 빛을 제공할 수 있다. 즉, 이러한 회로 배치를 통해, 도 2와 같은 종래 조명 시스템에서 하나의 발광 소자가 고장나는 경우, 고장난 발광 소자와 직렬 연결되어 있는 모든 발광 소자에 전류가 정상적으로 흐르지 않아 해당 발광부 전체가 정전되는 문제를 해결할 수 있다.
한편, 발광 소자가 고장나는 경우, 고장난 발광 소자를 포함하는 발광부 양단에 걸리는 전압의 크기가 달라진다. 예를 들어, 제1 발광부(11) 양단에 6A 크기의 전류가 흘러 양단에 3V의 전압이 걸린다고 가정했을 때, 하나의 발광 소자(D1)에는 1A의 전류가 흐른다. 도 3의 제1 발광부(11)에서 하나의 발광 소자(D1)가 고장나면 각 발광 소자(D17, D33, D49, D65, D81)에는 1.2A의 전류가 흐르고, 제1 발광부(11) 양단에는 3V가 아닌 3.2~3.4V의 전압이 걸리게 된다.
도 3을 예로 들면, 기준 전압이 3V일 수 있으며, 프로세서(22)는 기준 전압과 측정 전압(상기한 예에서는 3.2V~3.4V)의 차이에 기초하여 발광 소자의 고장 여부를 결정할 수 있다. 더욱 구체적으로, 기준 전압과 측정 전압의 차이에 기초하여 발광 소자의 고장 여부뿐만 아니라 고장 개수까지 결정할 수 있다. 예를 들어 제1 발광부, 제2 발광부, ??, 제16 발광부 양단의 각 전압을 측정하여 기준 전압과 상이한 전압 측정시 각 발광부별로 몇 개의 발광 소자가 고장난 것을 결정할 수 있는 것이다.도 3을 예로 들면, 기준 전압이 36V일 수 있으며, 프로세서(22)는 기준 전압과 측정 전압의 차이(상기한 예에서는 6V)에 기초하여 발광 소자의 고장 여부를 결정할 수 있다. 더욱 구체적으로, 기준 전압과 측정 전압의 차이에 기초하여 발광 소자의 고장 여부뿐만 아니라 고장 개수까지 결정할 수 있다. 예를 들어, 24V의 전압이 측정된 경우 2개의 발광 소자가 고장난 것으로 결정할 수 있는 것이다.
한편, 프로세서(22)에 의해 발광 소자가 고장난 것으로 결정된 경우, 컨트롤러(20)는 제1 내지 제3 예비 발광부의 작동을 제어하게 된다. 제1 내지 제3 예비 발광부는 메인 발광부에 포함된 발광 소자가 고장난 경우에 예비적으로 작동되는 예비 발광부에 해당함을 전술한바 있다.
컨트롤러(20)는 1차적으로, 발광 소자가 고장난 발광부에 병렬 연결되어 있는 예비 발광부를 작동케 한다. 예를 들어, 제1 발광부(11)에 포함된 발광 소자가 고장난 것으로 결정된 경우, 제1 발광부(11)에 병렬 연결된 제1 예비 발광부(13)의 제1 예비 발광 소자(D97)의 상태를 오프(OFF)에서 온(ON)으로 변경한다. 따라서, 메인 발광부에 포함된 발광 소자가 고장남으로 인해 발생하는 조도 저하 문제를 해결할 수 있다.
또한, 컨트롤러(20)는 메인 발광부 및 예비 발광부에 포함된 발광 소자의 고장 개수가 기준 개수 이상인 경우, 제3 예비 발광부(15)에 포함된 발광 소자(D113 내지 D128)의 상태를 오프에서 온으로 변경한다.
발광 소자는 수명이 한정되어 있으며, 제1 예비 발광 소자 및 제2 예비 발광 소자를 통해 메인 발광 소자를 대체한다고 하더라도, 지속적으로 사용하는 경우 제1 예비 발광 소자 및 제2 예비 발광 소자 역시 고장날 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 제3 예비 발광부를 더 구비하여 발광 소자 고장으로 인한 조도 저하를 보완하는 것이 가능하다. 제3 예비 발광부(15)에 포함된 발광 소자들은 서로 직렬 연결되어 있으므로, 컨트롤러(20)의 제어 신호에 의해 한꺼번에 온되거나 오프될 것이다.
한편, 컨트롤러(20)는 평시에 발광 소자들의 최대 출력보다 낮은 제1 출력으로 발광하도록 발광 소자들을 제어한다. 예를 들어, 컨트롤러(20)는 최대 출력이 100이라고 가정하였을 때, 80의 출력을 가지며 발광하도록 발광 소자들을 제어할 수 있다. 그리고, 전압계(21)에서 측정한 전압이 미리 저장된 기준 전압 이상인 경우(즉, 일부 발광 소자가 고장난 것을 의미함), 제1 출력보다는 높고 최대 출력보다는 낮은 제2 출력으로 발광하도록 발광 소자를 제어한다. 이를 통해, 조도 저하를 보완하는 것이 가능하다.
또한, 컨트롤러(20)는 전압계(21)에서 측정한 전압이 미리 저장된 기준 전압 이상인 경우, 제1 출력보다는 높고 최대 출력보다 낮은 복수의 출력 중 하나의 출력으로 발광하도록 발광 소자들을 제어할 수도 있다. 즉, 디밍 제어를 통해 조도 저하를 보완할 수 있으면서도, 보다 정밀한 조도 제어가 가능하다는 장점이 달성된다.
이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 출원의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 출원의 보호범위는 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10: 발광부
11: 제1 발광부
12: 제2 발광부
13: 제1 예비 발광부
14: 제2 예비 발광부
15: 제3 예비 발광부
20: 컨트롤러
21: 전압계
22: 프로세서
30: SMPS
D: 발광 소자

Claims (6)

  1. 서로 병렬 연결된 복수의 제1 발광 소자를 포함하는 제1 발광부;
    상기 제1 발광부와 직렬 연결되고, 서로 병렬 연결된 복수의 제2 발광 소자를 포함하는 제2 발광부;
    상기 제1 발광부와 병렬 연결되는 제1 예비 발광 소자를 포함하는 제1 예비 발광부;
    상기 제2 발광부와 병렬 연결되는 제2 예비 발광 소자를 포함하는 제2 예비 발광부;
    상기 제1 발광부 및 제2 발광부와 병렬 연결되고, 복수의 제3 예비 발광 소자들이 서로 직렬 연결된 제3 예비 발광부; 및
    상기 제1 발광부의 양단에 걸리는 전압과 상기 제2 발광부의 양단에 걸리는 전압을 측정하는 전압계, 상기 전압계에서 측정된 전압을 이용하여 상기 제1 예비 발광 소자 및 상기 제2 예비 발광 소자 중 하나 이상과, 상기 복수의 제3 예비 발광 소자의 작동을 제어하도록 구성된 프로세서를 포함하는 컨트롤러;를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    미리 저장된 기준 전압과 상기 전압계에서의 측정 전압의 차이에 기초하여 각 발광부에 포함된 발광 소자의 고장 여부를 결정하도록 구성되고, 상기 발광 소자의 고장이 있는 것으로 결정된 경우 해당 발광부에 연결된 제1 예비 발광 소자 및 제2 예비 발광 소자 중 하나 이상이 작동되도록 제어하고,
    상기 프로세서는 상기 기준 전압과 상기 측정 전압의 차이에 기초하여 각 발광부에 포함된 발광 소자의 고장 개수를 결정하도록 구성되고, 결정된 발광 소자의 개수가 미리 저장된 기준 개수 이상인 경우 상기 복수의 제3 예비 발광 소자가 작동되도록 제어하는,
    조명 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 최대 출력보다 낮은 제1 출력으로 발광하도록 발광 소자들을 제어하고, 상기 측정 전압이 상기 기준 전압 이상인 경우 상기 제1 출력보다는 높은 출력이면서 상기 최대 출력보다 낮은 제2 출력으로 발광하도록 발광 소자들을 제어하는,
    조명 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 측정된 전압이 상기 기준 전압 이상인 경우 상기 제1 출력보다 높고 상기 최대 출력보다 낮은 복수의 출력 중 어느 하나의 출력으로 발광하도록 발광 소자들을 제어하는,
    조명 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 제1 발광 소자, 상기 복수의 제2 발광 소자, 상기 제1 예비 발광 소자, 상기 제2 예비 발광 소자 및 상기 복수의 제3 예비 발광 소자는 발광 다이오드인,
    조명 시스템.
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