KR102626787B1

KR102626787B1 - 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러

Info

Publication number: KR102626787B1
Application number: KR1020230052894A
Authority: KR
Inventors: 홍성훈; 김태곤
Original assignee: 홍성훈
Priority date: 2023-04-21
Filing date: 2023-04-21
Publication date: 2024-01-19

Abstract

본 발명은 AC 전원이 입력되는 입력부(Input)와 AC 전원을 출력하는 출력부(Output); 입력부(Input)와 출력부(Output) 사이에서 전원을 통전하는 스위칭부(60); 입력전압과 기준 전압을 출력하는 전압 감지부(70); 및 전압 감지부(70)의 기준 전압과 입력전압의 차이를 산출하여 설정 범위를 초과하면 스위칭부(60)를 제어하여 전원을 차단하도록 제어하는 제어부(10);를 포함하고, 제어부(10)는 이상 전압이 감지되면, 설정된 타이머(150)의 시간 간격을 초기화하여 재설정 후 카운팅하여 재설정된 시간 간격 완료 후 AC 사인파형의 영전위점을 기준으로 스위칭부(60)를 온시켜 전원을 통전시키는 것; 을 특징으로 하는 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러를 포함한다.

Description

입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러{SMART POWER CONTROLLER WITH ZERO LINE START FUNCTION THAT SOLVES ALL PROBLEMS OF INPUT POWER}

본 발명은 입력에서 발생하는 모든 문제를 해결할 수 있는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입력전원에서 발생하는 모든 문제, 즉 과전압, 저전압, Surge 및 Peak 전압, 대기전력 등 을 제어할 수 있는 파워컨트롤러로 안전하지 않은 과전압이 감지될 때마다 들어오는 AC 전원을 자동으로 차단하되, AC 전원 전압이 다시 안전한 수준 내로 안정되면 부하가 다시 연결되어 정상 작동되고 전자식 스위치의 전위차로 인해 저전압으로 인한 LED 잔상효과를 차단 할 수 있으며 대기전력이 차단 되고 입력에 Surge 및 Peak성 전압이 유입되어도 수십ms뒤에 무조건 0° 에서 시작 되어 돌입을 방지 할 수 있는 스마트 파워 컨트롤러 및 그 제어방법에 관한 것이다.

최근 발광 다이오드(LED)는 국내 조명 업계에서 유망 시장으로 부상하고 있다. 선진 각국의 에너지 절감의 노력의 일환으로 발광다이오드 조명이 각광 받고 있다. 발광다이오드는 기존 형광램프(FL)시장을 대체하는 수요와 기존 형광램프로 구현하기 어려운 감성 및 여러 가지 다기능을 추가한 LED조명 제품들 이 시장에 선보이고 있는 추세이다.

한편, 종래에는 발광 다이오드(LED) 조명장치의 발광 다이오드에 일정 전류 이상이 공급되면 발광 다이오드에 수명이 짧아질 뿐만 아니라 발광다이오드가 파손되는 문제점이 있었다.

따라서 종래에는 이와 같은 이상 전원에 의한 손상을 방지 하기 위한 보호회로에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으나, 현재까지 뚜렷한 성과가 없는 실정이다.

또한, 전원에 여러 장치들과 복합되어 사용되어 짐에 따라 같은 전원을 사용하는 주변 기기들로 인해 발생하는 노이즈(잡음)형태의 간섭 및 Peak성 전압이 발생함에 따라 소자들의 crack을 가속화시켜 수명을 단축시키는 문제점이 있다

예를 들면, AC 입력 전원선으로부터 과전압이 발생되면, 과전압을 보호하기위한 380V 과전압 보호회로를 넣고 있지만, 현재 조명업계에서는 과전압 보호회로가 적용된 제품은 보기 힘들뿐더러, 원가 상승의 문제로 SCR, 소형콘덴서, 저항으로 이루어진 보호회로를 채택하고 있다. 하지만 SCR을 이용한 과전압 보호회로는 충전되어있는 콘덴서가 완전 방전되기까지는 정상전원이 인가되어도 복귀되지 않는다. 즉, OFF한 후 방전이 완료되어야 다시 동작되는 불합리 한 점이 있다. 또한 380V가 제품에 인가되는 순간부터 내부 부품들의 내압이 초과되기 때문에 이미 부품의 손상이 가는 경우도 많다.

또한, 요즘의 벽 스위치의 경우 단순히 on/off 기능만 있는 것 이 아니라 디스플레이 형태로 현재 날씨, 현재 내부온도, LED 표시램프 등이 장착 된 전자식 스위치를 주로 사용하고 있다. 이때 벽 스위치의 on/off 여부와 관계없이 상기 디스플레이 또는 LED표시램프 등을 구동하기 위한 전류가 요구되며, 그 만큼 전위차가 발생하기 때문에 스위치를 off 했을때도 전원이 수십V가 발생하기 때문에 SMPS가 전원을 인식하고 회로가 구동되는 문제가 발생하므로 LED램프가 미세하게 구동되어 잔상이 생기는 문제가 발생하게 된다.

또한, 종래에는 과전류가 발생하여 퓨즈가 손상되거나, 제품의 입력, 정류부에서 부품소손이 발생할 수 있다. 이때 퓨즈를 탈부착용으로 설계하지 않는 이상 교체해야 한다.

또한, 종래에는 4Kv이상의 써지를 견디려면, 써지옵서버나, 써지프로텍트를 입력에 별도로 추가구성하거나 용량이 굉장히 큰 바리스터를 사용하여 개선할 수 가 있고, 입력에서 필터링 되지 않을 시 회로부가 파손되고 불꽃이 발생할 수 있다.

또한, 종래에는 돌입전류가 발생했을 때, 입력 peak가 발생하는 상황이 굉장히 빈번하게 발생하고 있는데, AC 전원의 각 위상각에 따라 그 차이와 피해가 크기에 제품의 불량으로 이어질 수 있다. 즉, 종래에는 돌입 전류에 의한 제품불량의 문제가 발생될 수 있다.

또한, 종래에는 정격전원의 약 1% 정도의 대기전력을 소모하고있기 때문에 (ex: 50W의 경우 약0.5W 수준) 물리적인 차폐를 해줘야 대기전력을 낮출 수가 있다. 즉, 종래에는 대기전력에 의한 에너지 낭비의 문제점이 있었다.

KR

10-1436703

B1(2014.08.26)

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러를 제공함에 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예는 부하로 AC 전원을 공급하는 AC 전원선의 전원을 통전하는 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러를 포함하고, AC 전원이 입력되는 입력부(Input)와 AC 전원을 출력하는 출력부, 입력부와 출력부 사이에서 전원을 통전하는 스위칭부와, 입력전압과 기준 전압을 출력하는 전압 감지부 및 전압 감지부의 기준 전압과 입력전압의 차이를 산출하여 설정 범위를 초과하면 스위칭부를 제어하여 전원을 차단하도록 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는 이상 전압이 감지되면, 설정된 타이머의 시간 간격을 초기화하여 재설정 후 카운팅하여 재설정된 시간 간격 완료 후 AC 사인파형의 영전위점을 기준으로 스위칭부를 온시켜 전원을 통전시키는 것을 특징으로 하는 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러를 제공할 수 있다.

위 실시예에서, 제어부는 영전위를 감지하는 영전위 감지 모듈과, 감지 전압과 기준 전압의 차를 연산하여 이상 전압을 감지하는 이상 전압 감지 모듈과, 이상 전압이 감지되면 설정된 시간 간격을 초기화하고, 재설정하여 카운팅하는 타이머와, 타이머에서 연산된 시간 간격에 따라 영전위점을 기준으로 스위칭부를 온 시키고, 이상 전압 감지 모듈의 이상 전압 감지시에 스위칭부를 오프시키는 스위칭 드라이버를 포함하는 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러를 포함할 수 있다.

또한, 스위칭부는 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자를 구비하고, 제1 스위칭 소자는 베이스가 제어부에 연결되고, 입력단에 입력부측으로 다이오드가 순방향으로 연결되고, 제2 스위칭 소자는 입력단이 출력부측으로 순방향으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 전압 감지부는 입력전압을 설정 레벨이하로 분배하도록 직렬 연결되는 복수의 분배저항과, 복수의 분배저항이 연결되는 전원라인에서 분기된 전원라인에서 설치되어 기준 전압을 생성하는 기준저항을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 다른 실시예는 AC 전원선과 부하 사이에서 전원을 통전 또는 차단하는 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러의 제어 방법에 있어서, a)입력된 AC 전원이 평활부의 다이오드 및 복수의 저항과 캐패시터를 통해 평활된 전원이 입려되어 온되는 단계와, b)설정된 타이머 계수에 따른 시간 간격이 경과되면, 영전위점과 동기화되어 제1스위칭부와 제2스위칭부를 구동시켜 AC 전원을 통전시키는 단계와, c)AC 전원선의 전압을 감지한 감지 전압과 기준 전압과의 차이가 산출하고, 설정범위의 초과 여부를 통하여 이상 전압을 감지하는 단계와, d)이상 전압이 감지되면, 양(+)의 위상의 이상 전압은 피크값에서 하향되는 하강엣지, 음(-)의 위상의 이상 전압은 상향되는 상승엣지(EDGE)에서 오프시키는 단계와, e)이상 전압이 감지되면, 설정된 시간 간격을 초기화하고, 재설정된 타이머 계수에 의해 산출된 시간 간격을 카운팅하는 단계와, f)재설정된 시간 간격의 카운팅 중 이상 전압의 정상화여부를 감지하는 단계 및 g)재설정된 시간 간격의 카운팅이 완료되는 시점까지 정상 전압이 감지되면, 영전위에서 양의 위상 또는 영전위에서 음의 위상으로 변화되는 시점에서 온 되도록 제1스위칭부와 제2스위칭부를 온시키는 단계를 포함하는 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러의 제어방법을 포함할 수 있다.

그러므로 본 발명은 기존과 달리 퓨즈나, 써지 옵서버, 써지프로텍트 및 대용량 바리스터를 이용하여 보호회로를 구성하는 방식과 달리 복귀가 가능하고, 불꽃이나 회로부의 파손 및 입력 피크에 의한 제품불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러를 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제어부를 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 파형을 도시한 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있지만, 특정 실시예를 도면에 예시하여 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 서로 다른 방향으로 연장되는 구조물을 연결 및/또는 고정시키기 위한 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물중 어느 하나에 해당되는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 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 명세서에서, "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 배제 하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하부터 본 발명에 따른 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러를 도시한 회로도, 도 2는 도 1의 제어부를 도시한 블럭도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명은 과전압이 감지되면 전원을 차단하는 제어부(10)와, AC 전원이 입력되는 입력부(Input)와 AC 전원을 출력하는 출력부(Output), 제어부(10)의 제어에 의해 스위칭하여 전원을 통전하는 스위칭부(60)와, AC 전원을 평활시키는 평활부(20), 입력전압과 기준 전압을 출력하는 전압 감지부(70), 타이머(150) 간격을 설정하는 설정부(30)와, 전류레벨을 클램핑하는 제1클램핑부(40)와 제2클램핑부(50)를 포함할 수 있다.

입력부(Input)와 출력부(Output)는 AC 전원선에 연결된다. 즉, 본 발명에 따른 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러는 AC 전원선에서 전자기기(예를 들면, 조명기기) 사이에서 AC 전원의 이상 전원을 감지하여 전원을 차단하는 것을 특징으로 한다.

평활부(20)는 입력부(Input)에 병렬 연결되는 복수의 저항과 평활캐패시터를 구비하여 입력부(Input)를 거쳐 입력된 입력 전압을 안정화시켜 제어부(10)에 공급한다. 평활부(20)에서 공급된 전원은 제어부(10)의 전원공급핀으로 입력되어 온 상태가 된다.

스위칭부(60)는 제어부(10)의 제어에 의하여 AC 전원을 차단 또는 통전시킨다. 예를 들면, 스위칭부(60)는 제어부(10)가 이상 전원(예를 들면, 과전압, 써지전압)을 감지하면, 그 제어 신호에 의한 오프되어 입력부(Input)와 출력부(Output) 사이의 전원라인을 차단한다.

여기서 스위칭부(60)는 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)를 구비할 수 있다. 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)는 제어부(10)의 드라이브핀에서 연결되는 제어선에 의해 온 또는 오프된다. 여기서 제1 스위칭 소자(Q1)는 베이스가 제어부(10)에 연결되고, 입력단에 입력부(Input)측으로 다이오드가 순방향으로 연결되고, 제2 스위칭 소자(Q2)는 입력단이 출력부(Output)측으로 순방향으로 연결되는 IGBT 일 수 있다. 여기서 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)의 입력단은 제1클램핑부(40)와 제2클램핑부(50)에 연결된다.

제1클램핑부(40)와 제2클램핑부(50)는 저항(RCR1, RCE2)과 캐패시터(CRC1, CRC2)를 구비하며, 설정된 레벨의 전류를 클램핑한다. 아울러 제1클램핑부(40)와 제2클램핑부(50)는 제어부(10)의 입력핀과 출력핀에 각각 연결되어 전압을 분압하는 복수의 저항을 포함할 수 있다. 즉, Rin1, Rin2, Ron3 저항은 제어부(10)의 입력핀, Rout1, Rout2, Rout3는 출력핀으로 연결되는 라인에 설치된다.

이와 같은 제1클램핑부(40)와 제2클램핑부(50)는 AC 사인파형에서 AC의 위상각이 0 인 영전위점(Zero-crossing point)을 감지하기 위한 파형을 유지하기 위한 것이다.

전압 감지부(70)는 입력전압을 설정 레벨이하로 분배하도록 직렬 연결되는 복수의 분배저항(Rsns1, Rsns2, Rsns3)과, 기준 전압을 생성하는 기준저항(Rsref)을 포함할 수 있다.

기준저항(Rsref)은 분배저항(Rsns1, Rsns2, Rsns3)이 연결되는 전원라인에서분기되어 제어부(10)의 비교기핀으로 연결되는 전원라인에 설치된다.

분배저항(Rsns1, Rsns2, Rsns3)은 제어부(10)의 센싱핀으로 연결된다.

따라서 전압 감지부(70)는 센싱핀과 비교기핀으로 감지 전압과 기준 전압을 각각 출력하며, 제어부(10)는 그 차이를 연산하여 과전압을 감지할 수 있다.

설정부(30)는 제어부(10)의 타이머핀과 GND핀 사이에 연결된 제1 외부캐패시터(Ct)와, 전압 감지부(70)에서 GND핀으로 연결되는 라인에 연결되는 제2 외부 캐패시터(Csref)를 포함할 수 있다. 이중 제1 외부 캐패시터(Ct)는 지연회로로서, 예를 들면, 제어부(10)의, 풀업 전류 및 풀다운 전류에 의해 0.3~3.7V 사이에서 순차적으로 승하강되며, 타이머 계수 연산에 필요한(예를 들면, 영전위점에서의 시작 또는 재시작되는 시간 간격의 카운팅)에 필요한 47pF±20%의 지연(시정수) 값을 제공한다.

제어부(10)는, 예를 입력부(Input)에서 입력된 AC 전원에서 이상 전압(과전압)이 감지되면, 영전위를 기준으로 위상각의 변화 양에서 음, 음에서 양의 변화되는 시점에서 전원을 차단하여 연결되는 전자 및 전기제품을 보호하고, 전압이 안정화되면 AC 위상각 O°(영전위점 or Zero-crossing point)에서 재시작하여 AC 스위치 양단의 전압이 0일 때 항상 동기화시키므로 돌입전류를 최소화시킬 수 있다.

여기서 제어부(10)는 영전위를 감지하는 영전위 감지 모듈(110)과, 스위칭부(60)를 제어하는 스위칭 드라이버(120)와, 이상 전압을 감지하는 이상 전압 감지 모듈(130)과, 영전위를 산출하는 타이머(150)와, 전원이 입력되는 구동 모듈을 포함한다.

영전위 감지 모듈(110)은 입력핀 및 출력핀을 통해 제1클램핑부(40)와 제2클램핑부(50)에 의해 클램핑된 파형에서 영전위를 감지한다. 여기서 영전위 감지 모듈(110)은 입력핀을 통해 연결되는 직렬로 연결되는 복수의 저항(Rin1, Rin2, Rin3)을 통해 입력되는 사인파형에서 양의 위상을 감지하고, 출력핀을 통해 직렬 연결된 복수의 저항(Rout1, Rout2, Rout3)을 통해 입력된 사인파에서 음의 위상을 감지할 수 있다.

여기서 복수의 저항은(Rin1, Rin2, Rin3, Rout1, Rout2, Rout3) 입력핀/출력핀의 외부 저항으로서 2.2MΩ ~ 3.3MΩ 범위에서 선택함이 바람직하다.

예를 들면, AC 90~400V, 50Hz~60Hz의 전원선에서 전류 클램핑 레벨이 1mA 를 초과할 경우에 2kV 이상의 전압이 발생될 수 있다. 이와 같은 과전압을 수용할 수 있도록 입력핀/출력핀의 외부 저항값은 2.2MΩ ~ 3.3MΩ 로 설정함이 바람직하다.

스위칭 드라이버(120)는 영전위 감지 모듈(110)에서 감지된 영전위를 기준으로 제1스위칭부(60)와 제2스위칭부(60)를 선택적으로 또는 동시에 온 또는 오프시킨다. 또한 스위칭 드라이버(120)는 이상 전압 감지 모듈(130)의 감지 결과에 따라 이상 전압이 감지되면 스위칭부(60)를 오프시키고, 정상 전압이 감지되면 영전위 감지 모듈(110)의 영전위 감지신호에 따라 스위칭부(60)를 구동시켜 연결된 AC 전원선의 전원을 통전시킨다.

이상 전압 감지 모듈(130)은 이상 전압을 감지한다. 여기서 이상 전압 감지 모듈(130)은 전압 감지부(70)를 통하여 입력되는 입력전압과, 기준 전압을 비교하여 그 차이가 설정된 범위(예를 들면, ±1.5V)를 초과하면 이상 전압 감지 신호를 출력한다.

즉, 이상 전압 감지 모듈(130)은 전압 감지부(70)를 통해 입력된 감지 전압과, 비교기핀을 통해 입력되는 기준 전압과의 차이를 연산하여 이상 전압 유무를 산출한다.

이때, 감지 전압은 입력부(Input)에 연결되어 상호 직렬연결되는 복수의 저항(RSNS1, RSNS2, RSNS3)을 거쳐 분배된 전압이 기준저항(RSREF)이 연결되는 전원라인과 분압되어 센싱핀으로 입력된다.

타이머(150)는 영전위를 산출하기 위한 타이머(150) 계수를 산출한다. 예를 들면, 타이머(150)는 입력 전압이 설정된 전압레벨 이내일 때, 작동을 시작하며, 이는 초기 전원 켜기 상태와 과전압 이후의 복구 상태에도 적용된다. 여기서 타이머(150)는 설정부(30)의 외부 캐패시터(Csref)에 의해 전체 지속 시간이 결정될 수 있다.

예를 들면, 타이머(150)는 9uA의 내부 풀다운 전류에 이어 9uA의 풀업 전류를 포함하며, 외부 캐패시터(Csref)를 3.7V와 0.3V 사이에서 순차적으로 상승시키고 다시 3.7V로 되돌릴 수 있다. 이는 1024 사이클 동안 계속되어 0.8초/nF의 전체 타이머(150) 계수를 생성하며, 이와 같은 타이머(150) 방정식은 아래 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

Interval (sec) = # cycles x Vramp x 2 x CT (F) / Iramp

= 1024 x 3.4 x 2 x CT (F) / 9u = 0.774 sec/nF

여기서 타이머(150)는 이상 전압 감지 모듈(130)의 감지 결과에 따라 설정된 시간 주기를 카운팅 하거나 초기화한 후 재시작할 수 있다.

예를 들면, 타이머(150)는 이상 전압 감지 모듈(130)에서 타이머(150) 간격 동안 이상 전압이 발생되면, 설정된 시간 구간 중 현재까지 진행된 시간을 초기화하고 카운팅을 다시 시작한다. 이와 같은 타이머(150) 간격의 재설정은 전압이 설정된 레벨 이내의 시작전압으로 안정화될 때까지 이루어진다.

본 발명은 상기와 같은 구성을 포함하며, 이하에서는 상기와 같은 구성을 통해 달성되는 본 발명에 따른 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러의 제어 방법을 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러의 제어 방법을 도시한 순서도, 도 4은 본 발명이 실시예에 의한 파형을 도시한 그래프이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명은 온 되는 S110 단계와, 영전위 감지하여 스위칭하는 S120 단계와 이상 전압을 감지하는 S130 단계와, 이상 전압이 감지되면 오프하는 S140 단계와, 타이머(150)를 초기화하고 재설정하는 S150 단계와, 이상 전원의 정상화여부를 감지하는 S160 단계와, 영전위를 검출하여 스위칭하는 S170 단계를 포함한다.

S110 단계는 제어부(10)가 입력된 전압에 의해 온되는 단계이다. 제어부(10)는 AC 전원선에 연결된 입력부(Input)를 통해 입력된 교류(AC) 전원이 평활부(20)의 다이오드(Dvcc) 및 복수의 저항(RVCC1~RVCC3)와 캐패시터(CVCC)를 통해 전원공급핀으로 전원이 입력되면 온된다.

S120 단계는 제어부(10)가 설정된 타이머(150) 계수에 따른 시간 주기(CT)가 경과된 이후에 최초 감지된 영전위점(도 4의 a)과 동기화되어 드라이브핀을 통해 구동신호(DRV)를 출력하여 제1스위칭부(60)와 제2스위칭부(60)를 구동시키는 단계이다. 따라서 스위치 컨트롤러는 AC 전원선에 연결되는 부하(예를 들면, 조명기기)에 출력한다.

S130 단계는 제어부(10)가 이상 전압을 감지하는 단계이다. 여기서 이상 전압 감지 모듈(130)은 전압 감지부(70)의 감지 전압과 설정된 기준 전압과의 차이가 설정 범위를 초과하면 이상 전압을 감지한다. 이는 도 4의 VLNE 파형에서 피크치가 OVP+VE 기준치와, VLOAD 파형의 기준치 OVP+VE를 초과할 때 발생한다. 여기서 VLINE 파형은 AC 전원선의 파형을 측정한 그래프이며, VLOAD 파형은 출력측 전압, 즉, 제어부의 입력핀/출력핀에 연결되는 외부 저항(Rin1, Rin2, Rin3, Rout1, Rout2, Rout3)들을 통해 입력된 신호의 파형에 해당된다.

VCC 파형은 제어부의 전원공급핀에 입력된 파형이며, DRV는 스위칭 드라이버에 의해 드라이브핀에서 출력되는 제1스위칭부와 제2스위칭부의 구동신호이다. CT는 타이머에서 산출되는 시간 간격을 대략적으로 도시한 파형이다.

S140 단계는 제어부(10)가 이상 전압이 감지되면 AC 전원선을 오프시키는 단계이다. 제어부(10)는 이상 전압이 감지되면, 제1스위칭부(60)와 제2스위칭부(60)를 오프시켜 AC 전원선을 차단한다(도 4의 도면부호 b 또는 c 참조).

여기서 스위칭 드라이버(120)는 영전위 감지모듈(110)의 영전위점을 기준으로 하여 제1스위칭부(60)와 제2스위칭부(60)를 오프시킬 수 있다,

예를 들면, 스위칭 드라이버(120)는 이상 전압(예를 들면, 과전압)이 감지되면 전양(+)의 위상의 과전압은 피크값에서 하향되는 하강엣지(EDGE), 음의 위상 과전압은 상향되는 상승엣지(EDGE)에서 오프시킨다.

S150 단계는 제어부(10)가 타이머(150)의 카운팅을 초기화하는 단계이다. 제어부(10)는 이상 전압이 감지된 시점을 기준으로 설정된 시간 간격을 초기화하고 재설정한다. 그리고 타이머(150)는 재설정된 타이머 계수에 의해 산출된 시간 간격을 카운팅한다.

S160 단계는 제어부(10)가 타이머(150)가 재설정된 시간 간격의 카운팅 중 이상 전압의 정상화여부를 감지하는 단계이다. 제어부(10)는 이상 전압 감지 모듈(130)을 통해 감지된 감지 전압과 기준 전압과의 차이가 설정 범위 이내에서 재설정된 시간 간격 이내에의 시간주기 동안 유지하고 있다면 이상 전압 발생이후에 정상화된 것을 감지한다.

또는, 제어부(10)는 재설정된 시간 간격의 카운팅 중에 이상 전압이 감지되면, S150 단계를 재진행한다. 이와 같은 과정은 입력 전압이 정상화될 때까지 반복될 수 있다.

S170 단계는 제어부(10)가 재설정된 시간 간격의 카운팅이 완료되는 시점까지 정상화가 유지되었다면, 영전위에서 양(+)의 위상 또는 영전위에서 음(-)의 위상으로 변화되는 시점에서 온되도록 제1스위칭부(60)와 제2스위칭부(60)를 온시키는 단계이다.

그러므로 본 발명은 영전위를 기준으로 AC 스위치를 동기화시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 과전압 발생 후 재설정된 타이머(150) 계수에 의해 산출된 타이머(150) 간격이 완료되면, 영전위점의 양의 상승 구간에서 온될 수 있다. 이때, 재설정된 시간 간격 동안 이상 전압이 발생되면, 다시 시간 간격이 재설정되어 다음 전체 사이클이 정상화 전압 으로 돌아올 때가지 기다린다.

즉, 본 발명은 이상 전압이 발생되면 설정된 시간 간격 중 현재까지 진행된 시간을 초기화하고 카운팅을 다시 시작하며, 이와 같은 시간 간격의 재설정은 전압이 설정된 레벨 이내의 시작전압으로 안정화될 때까지 이루어진다.

따라서 본 발명은 AC 전원 전압이 다시 안전한 수준 내로 안정되면 부하가 다시 연결되어 정상 작동되면서 전자식 스위치의 전위차로 인해 저전압으로 인한 LED 잔상효과를 차단 할 수 있다.

아울러, 본 발명은 AC 전원선의 전압을 감지하여 직접 차단 또는 통전시킬 수 있기에 대기전력의 차단이 가능하고, 입력에 Surge 및 Peak성 전압이 유입되어도 수십 ms뒤에 무조건 0° 에서 시작 되기에 돌입을 방지 할 수 있다.

또한, 본 발명은 기존과 달리 퓨즈나, 써지 옵서버, 써지프로텍트 및 대용량 바리스터를 이용하여 보호회로를 구성하는 방식과 달리 복귀가 가능하고, 불꽃이나 회로부의 파손 및 입력 피크에 의한 제품불량을 방지할 수 있다

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, dw본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어서는 안될 것이다.

10 : 제어부
20 : 평활부
30 : 설정부
40 : 제1클램핑부
50 : 제2클램핑부
60 : 스위칭부
70 : 전압 감지부
110 : 영전위 감지 모듈
120 : 스위칭 드라이버
130 : 이상 전압 감지 모듈
140 : 구동 모듈
150 : 타이머

Claims

AC 전원이 입력되는 입력부(Input)와 AC 전원을 출력하는 출력부(Output),
입력부(Input)와 출력부(Output) 사이에서 전원을 통전하는 스위칭부(60);
입력전압과 기준 전압을 출력하는 전압 감지부(70); 및
전압 감지부(70)의 기준 전압과 입력전압의 차이를 산출하여 설정 범위를 초과하는 이상 전압이 감지되면, 스위칭부(60)를 제어하여 전원을 차단하도록 제어하고, 설정된 타이머(150)의 시간 간격을 초기화하여 재설정 후 카운팅하여 재설정된 시간 간격 완료 후 AC 사인파형의 영전위점을 기준으로 스위칭부(60)를 온시켜 전원을 통전시키는 제어부(10);를 포함하고,
제어부(10)는
영전위를 감지하는 영전위 감지 모듈(110);
감지 전압과 기준 전압의 차를 연산하여 이상 전압을 감지하는 이상 전압 감지 모듈(130);
이상 전압이 감지되면 설정된 시간 간격을 초기화하고, 재설정하여 카운팅하는 타이머(150); 및
타이머(150)에서 연산된 시간 간격에 따라 영전위점을 기준으로 스위칭부를 온 시키고, 이상 전압 감지 모듈(130)의 이상 전압 감지시에 스위칭부(60)를 오프시키는 스위칭 드라이버(120); 를 포함하고,
전압 감지부(70)는
입력전압을 설정 레벨이하로 분배하도록 직렬 연결되는 복수의 분배저항(Rsns1, Rsns2, Rsns3)과, 복수의 분배저항(Rsns1, Rsns2, Rsns3)이 연결되는 전원라인에서 분기된 전원라인에 설치되어 기준 전압을 생성하는 기준저항(Rsref)을 포함하는 것; 을 특징으로 하는 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러.
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청구항 1에 있어서, 스위칭부(60)는
제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)를 구비하고,
제1 스위칭 소자(Q1)는 베이스가 제어부(10)에 연결되고, 입력단에 입력부(Input)측으로 다이오드가 순방향으로 연결되고, 제2 스위칭 소자(Q2)는 입력단이 출력부(Output)측으로 순방향으로 연결되는 것; 을 특징으로 하는 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러.
삭제
청구항 1에 있어서, 설정부(30)는
제어부(10)의 타이머(150)에 연결되는 타이머핀에 연결된 제1 외부 캐패시터(Ct)와, 전압 감지부(70)에서 제어부(10)의 스위칭부(60)측으로 연장되는 전원라인에 설치되는 제2 외부 캐패시터(Csref)를 포함하고,
제1 외부 캐패시터(Ct)는 지연회로로서 제어부(10)의 풀업 전류 및 풀다운 전류에 의해 0.3~3.7V 사이에서 순차적으로 승하강되며, 타이머(150) 계수 연산시 영전위점에서 시작 또는 재시작에 필요한 47pF±20%의 지연(시정수) 값을 제공하는 것을 특징으로 하는 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러.
청구항 1에서, 스위칭 드라이버(120)는
이상 전압 감지 모듈(130)에서 이상 전압이 감지되면, 영전위(Z)를 기준으로 위상각이 양(+)에서 음(-) 또는 음(-)에서 양(+)의 변화되는 시점에서 전원을 차단하고, 전압이 안정화되면 AC 전원의 영전위점에서 양 또는 음의 위상으로 변화될 때 스위칭부(60)를 구동시켜 전원을 통전시키는 것; 을 특징으로 하는 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러.
청구항 1에 있어서,
영전위 감지 모듈(110)은 입력핀을 통해 직렬로 연결되는 복수의 저항(Rin1, Rin2, Rin3)을 통해 입력되는 사인파형에서 양의 위상을 감지하고, 출력핀을 통해 직렬 연결된 복수의 저항(Rout1, Rout2, Rout3)을 통해 입력된 사인파에서 음의 위상을 감지하고,
복수의 저항은(Rin1, Rin2, Rin3, Rout1, Rout2, Rout3) 2.2MΩ ~ 3.3MΩ 범위에서 선택되는 것; 을 특징으로 하는 입력전원의 모든 문제를 해결하는 제로라인 스타트 기능을 갖는 스마트 파워 컨트롤러.
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