KR19990081794A

KR19990081794A - 전력공급의 페이드아웃 스위칭방법 및 회로

Info

Publication number: KR19990081794A
Application number: KR1019980052713A
Authority: KR
Inventors: 안치명
Original assignee: 안치명
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 1999-11-15
Also published as: KR100274947B1; KR19980087623A; KR19990040189U

Abstract

본 발명은 전력공급의 페이드아웃 스위칭방법 및 회로에 관한 것으로, 종래 사용되는 백열등은 가변저항을 이용하여 밝기조절기능이 이루어지거나, 소정의 타이머 또는 개폐장치를 이용하여 점소등을 제어토록 하고 있으나, 이러한 타이머 또는 개폐장치를 이용한 점소등 제어는 램프(백열등)의 점소등에 따른 밝기의 급한 변화로 시각적 피로감을 가중시키는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은, 교류백열등에 사용되는 교류전원(AC)의 매 반주기당 백열등의 점등시간 시작점을 제어하고 이를 캐패시터의 충방전으로 가변토록 함으로써, 백열등 소등에 따른 페이드아웃이 극히 자연스럽게 이루어지게 할 뿐만 아니라, 이 페이드아웃 기능과는 별도로 타이머 기능과 점등조도 조절기능 및 페이드인 기능도 있어서, 시각적 피로감이 없도록 함과 동시에, 타이머 및 밝기조절 기능장치 및 페이드인 장치로 겸용할 수도 있어서 사용상의 편의성이 향상된다.

Description

전력공급의 페이드아웃 스위칭방법 및 회로

본 발명은 페이드아웃(Fade-Out) 스위칭에 관한 것으로, 보다 상세히는 반주기의 교류신호 내지 한 주기의 전파정류 신호상에서 전력공급의 턴온시점을 가변적으로 생성시킴과 더불어, 상기 교류신호 내지 한 주기의 전파정류 신호의 주기완료 시점에서 전력공급의 턴오프가 이루어지도록 하고, 전원전압이 영볼트 점을 지나면 상기 과정을 반복토록 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭 방법 및 회로에 관한 것이다.

일반적으로 교류부하의 전력량을 제어하는 전기기기 예컨대, 백열램프 내지 전기히터 등은, 온/오프 스위치에 의한 점소등이 이루어지거나 가변저항을 통해 램프의 밝기가 조절되도록 하고 있다. 그리고 이러한 램프를 사용할 때에는, 전원스위치에 의해 램프의 점등을 수행하며 상기 가변저항을 통해 그 밝기를 조절하게 된다. 따라서 사용자가 취침시에는 램프의 밝기를 극소화시키거나, 램프를 소등시켜 사용하게 되는 것이다.

한편, 상기한 램프의 기능에 타이머를 부착한 타이머램프가 등장함에 따라, 램프의 기능 및 용도를 한층 증대시키고 있으며, 이러한 기능은 취침시에 그 기능을 발휘하게 된다. 즉, 사용자가 취침전에 램프의 오프 시각을 설정하여, 설정시각 이후에는 램프를 소등시켜, 불필요한 램프의 점등상태를 갖지 않도록 하는 것이다. 그러면 이와 같이 교류전원을 사용함에 있어 백열전구를 일예로 한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 타이머가 부착된 백열 램프를 나타낸 회로도이다. 먼저 도 1을 참조한 백열램프의 회로는, 램프(LP)로 교류전원(AC)을 일정시간 동안 인가하기 위해 직류전압(Vcc)로부터 저항 및 캐패시터에 의한 시정수를 구현시키는 시간설정부(71)와, 상기 시간설정부(71)의 방전전압이 기준치 이상인가를 판단하기 위해 소정의 기준전압을 형성하기 위한 기준전압 발생부(72)와, 상기 기준전압 발생부(72) 및 상기 시간설정부(71)의 출력전압을 상호 비교하여 일정 레벨의 전압을 출력시키는 비교부(70) 및 상기 비교부(70)의 결과치에 따른 출력전압에 의해 램프(LP)의 점소등을 온/오프 제어하는 구동부(73)로 구성된다.

그리고 상기한 기준전압 발생부(72)는 분배저항(R2,R3) 및 다이오드(D)로 구성되며, 시간설정부(71)는 사용자로부터 구동되는 스위치(SW)에 의해 소정치의 전압을 충전시키기 위한 저항(R1) 및 캐패시터(C)와; 이 캐패시터(C)로부터 인가되는 방전전압에 의해 시정수를 조작하기 위한 가변저항(VR)으로 이루어진다.

또한 상기 비교부(70)는 시간설정부(71) 및 기준전압 발생부(72)의 출력전압을 비교하기 위한 오피엠프(OP)와 저항(R4,R5)으로 구성되며, 상기 구동부(73)는 스위칭소자로써 트라이엑(T)을 일예로 하고 있다.

한편, 상기 구성에 따른 타이머가 부착된 백열램프의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저 상기 구동부(73)의 턴오프 상태로부터 교류전원(AC)은 상기 램프(LP)로 인가되지 못하고 있으며, 사용자에 의해 스위치(SW)가 접점을 이루면 직류전원(Vcc)은 저항(R1)을 통해 상기한 캐패시터(C)로 소정의 정전압이 충전된다.

이와 동시에 상기한 저항(R2) 및 저항(R3)은 입력되는 직류전원(Vcc)의 전압을 분배하여, 다이오드(D)를 통해 오피엠프(OP)의 반전단자로 인가된다. 따라서 사용자가 상기 스위치(SW)의 접점을 절환(OFF)하게 되면, 캐패시터(C)에 충전된 전하가 가변저항(VR)을 통해 오피엠프(OP)의 비반전 단자로 유입되기 시작한다.

그리하여 상기한 오피엠프(OP)는 두 개의 입력단자로 유입되는 전압을 비교토록 하는데, 캐패시터(C) 및 가변저항(VR)을 통해 방전되는 초기 전압이 기준전압 발생부(72)의 출력전압보다 충분히 높기 때문에, 상기 오피엠프(OP)는 저항(R5)을 통해 소정의 하이레벨을 출력하게 된다.

따라서 상기 트라이엑(T)은 턴온상태를 유지함에 따라, 상기 램프(LP)는 교류전원(AC)을 인가받아 점등된다. 또한 상기한 캐패시터(C) 및 가변저항(VR)을 통한 방전전압은 계속적으로 감쇄함에 따라, 상기 기준전압 발생부(72)의 출력전압과의 차이가 줄어들게 된다. 이는 램프(LP)의 점등시간으로서, 가변저항(VR)의 조정상태에 따라 상기 감쇄시간을 조절할 수 있도록 하고 있다.

이와 같이 오피엠프(OP)의 비반전단자가 계속적으로 전압이 감쇄하면, 결국 오피엠프(OP)의 반전단자로 유입되는 기준전압보다 낮게 되는데, 이때 오피엠프(OP)는 로우레벨의 전압을 출력하게 된다. 따라서 상기한 구동부(73)의 트라이엑(T)의 게이트측은 영볼트로 저하되어 턴오프상태로 반전되므로서 램프(LP)를 소등시키는 것이다.

결국, 상기 램프를 일예로 한 교류 부하의 전원 공급 제어는 부하로 인가되는 전원을 직접적으로 온/오프 하여 점소등을 수행하거나, 타이머를 통해 소정 시간이후에 점소등이 이루어지도록 함에 따라, 교류전원의 단순 제어만이 허용되고 있다. 일예로, 취침시 타이머를 통한 램프의 소등시간을 셋팅할 경우, 소정 시간이후에 소등될 때는 갑작스런 램프의 소등이 이루어지도록 하는 것이다. 따라서 이와 같은 제어방식은 램프의 밝기 변화로 인한 사용자의 시각적 자극을 가중시키는 문제를 야기시키며, 또한 전원의 온/오프 제어에 따른 별도의 기능추가로 인한 전력소모가 가중된다는 문제점이 지적된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 임의적 또는 가변적으로 설정되는 교류전원의 위상 주기 시작점에 의해 부하로 공급되는 전력이 결정되도록 하므로서, 전원 공급의 페이드-아웃 또는 페이드-인 기능이 수행될 수 있어 이로 인한 전력 제어의 용이성 및 부가적 소비전력을 감소시키는 전력공급의 페이드아웃 스위칭 방법 및 회로를 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 전력공급의 페이드아웃 스위칭 방법은, a) 방전전압에 상응하는 디씨(DC)전압을 충전함과 동시에 충전시간에 비례하는 별도의 충전전압을 중첩하여 가변적 전압레벨을 갖는 톱니파 신호를 형성시키는 중첩충전과정; b) 상기 중첩충전과정에서 충전된 전압이 기준치 이상이 되면 구동부(SCR 또는 TRIAC)가 트리거 되도록 하는 트리거신호 발생과정: c) 상기 트리거신호 발생과정에 의해 구동부(SCR 또는 TRIAC)가 트리거된 이후 전력공급이 계속적으로 수행되고 이로 인한 전압변화로부터 상기 중첩충전과정의 충전전압을 급속 방전시켜 상기 트리거전압을 제거하는 중첩전압 방전과정; 및 상기 중첩전압 방전과정에서 상기 충전전압이 급속 방전될 때 교류신호의 반주기가 완료되면 상기 a),b),c) 과정을 반복하기 위한 반복과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 관점에 따른 전력공급의 페이드아웃 스위칭 회로는, 교류 부하로의 전력 공급을 제어하기 위해 에스씨알(SCR) 또는 트라이엑(TRIAC)으로 구비되는 구동부; 교류전원의 정류신호로부터 충전된 제 2 충전부의 방전전압을 인가받아 소정의 방전시간동안 교류전원의 위상 주기 시작점을 가변시킴으로써 이에 상응한 전력공급량을 결정하기 위한 제어부; 상기 제어부의 출력신호로부터 구동부를 제어하기 위한 트리거신호를 생성하는 트리거신호 발생부로 구성됨을 특징으로 한다.

도 1은 종래 사용되던 타이머램프의 회로도이고,

도 2는 본 발명의 블록도이며,

도 3a는 본 발명의 기본 회로도이고,

도 3b는 본 발명의 제2 회로도이며,

도 4는 본 발명의 동작을 나타내는 플로우챠트이고,

도 5a는 본 발명의 도 3a의 동작을 설명하는 각부 파형도이고,

도 5b는 본 발명의 도 3b의 동작을 설명하는 각부 파형도이며,

도 6a는 본 발명의 일예를 나타내는 부분회로도이고,

도 6b는 도 6a의 동작에 따른 출력 파형도이며,

도 7a는 본 발명의 또 다른 예를 나타내는 부분회로도이고,

도 7b는 도 7a의 동작에 따른 출력 파형도이며,

도 8은 본 발명에서 대치 가능한 일부 회로도이고,

도 9, 도 10, 도 11은 본 발명의 변형을 나타낸 도면이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

A₁: 제1 충전부 A₂: 제2 충전부

B : 스위치부 C : 전압분배부

D : 제어부 E : 트리거신호 발생부

F : 구동부 G : 직류 전원부

10 : 충전회로 20 : 방전회로

DZ1-DZ2 : 제너 다이오드 D1-D7 : 다이오드

SCR : 에스씨알 Q1-Q5 : 트랜지스터

R1-R14 : 저항 C1-C5 : 캐패시터

SW : 스위치 L : 교류백열등(램프)

Triac : 트라이엑

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 기능을 설명하기 위한 블록도이다. 도 3a 및 도 3b는 도 2를 구체적으로 도시한 회로도이다. 도 4는 본 발명의 동작을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 여기서 상기 도 3a는 구동부의 스위칭 소자로서 에스씨알(SCR)을 사용한 회로이며, 도 3b는 구동부의 스위칭 소자로서 트라이엑(TRIAC)을 사용한 회로이다.

먼저 도 2를 참조한 전력공급의 페이드아웃 스위칭 회로는, 교류부하를 일실시예로 나타낸 램프(L) 및 상기 램프(L)로 공급되는 전원(AC)을 제어하기 위한 구동부(F)와, 상기 전원(AC)을 정류시켜 소정의 직류전압을 생성시키기 위한 직류전원부(G)와, 상기 직류전원부(G)를 통해 소정의 전압을 충전시키는 제1충전부(A₁) 및 제2충전부(A₂)의 충전을 제어하기 위한 스위치부(B)와, 상기 제2충전부(A₂)에 충전된 전압을 분배하는 전압분배부(C)와, 상기 전압분배부(C)의 분배전압을 인가받아 이에 상응하는 제어신호를 발생시키는 제어부(D)와, 상기 제어부(D)의 제어신호로부터 상기 구동부(F)를 구동시키기 위한 트리거신호를 발생시키는 트리거신호 발생부(E)로 이루어진다.

한편, 상기한 구동부(F)는 다수의 다이오드(D1-D4)로 브리지를 형성하여 전파정류가 이루어지도록 하고, 에스씨알(SCR)의 에노드측과 캐소드측이 상기 브리지의 출력단과 접속되도록 함과 동시에, 게이트측으로는 보호용 다이오드(D5)와 풀다운 저항(R9)이 연결되도록 한다.

그리고 직류전원부(G)는, 각부분에 정전압을 공급하기 위해 브리지의 출력단과 접속된 저항(R11)과 제너다이오드(DZ1)로 구성되며, 상기 제어부(D)는, 전압분배부(C)와 직류전원부(G)로부터 인가되는 전압에 따라 충전량을 결정토록 하기 위해 트랜지스터(Q1)와 캐패시터(C3) 및 저항(R4,R5)으로 이루어진 충전회로(10)와, 상기 충전회로(10)에서 충전된 전압을 방전시켜 새로운 주기를 시작할 수 있도록 트랜지스터(Q2)와 트랜지스터(Q3) 및 다수의 저항(R6-R8)으로 이루어진 방전회로(20)로 구성된다.

또한 상기 트리거신호 발생부(E)는, 충전회로(10)의 충전전압으로부터 상기 에스씨알(SCR)의 게이트측으로 트리거전압을 인가시키도록 저항(R10)과 트랜지스터(Q4) 및 트랜지스터(Q4)를 과전압으로부터 보호하는 다이오드(D6)로 구성되며, 상기 스위치부(B)는 온/오프 접점스위치(SW)와 스위치 접점 보호저항(R3)으로 이루어진다. 그리고 상기 전압분배부(C)는 저항(R1,R2)이 직렬연결되어, 저항간 저항치 비율에 따라 그 출력전압이 달리되도록 한다.

또 제1충전부(A₁)는, 직류전원부(G)로 부터 일정전압을 충전하도록 캐패시터(C1)로 구성되고, 제2충전부(A₂)는, 제1충전부(A₁)와 직류전원부(G)로부터 일정전압을 스위치부(B)를 통하여 충전하여 전압분배부에 보내도록 캐패시터(C2)로 구성된다.

이하, 상기 구성에 따른 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

예컨대, 상기 시스템으로 교류전원이 인가되는 초기상태(S1)를 거칠 경우, 직류전원부를 통해 소정치의 전압이 직류성분으로 충전되는 충전C1단계(S2)로 진행한다.

즉, 교류전원(AC)이 상기한 램프(L)를 거쳐 브리지정류 다이오드(D1~D4)로 인가된다. 따라서 다이오드(D1-D4)를 통해 전파정류신호가 출력되며, 이는 저항(R11)을 거쳐 제너다이오드(DZ1)로 인가되어 정전압을 출력하게 된다.

이때 저항(R10,R11)을 포함한 회로저항은 교류부하 즉, 일실시예로 도시한 램프(L)의 저항보다 극히 크게 설정하므로, 상기 램프(L)는 소등상태를 유지하게 된다. 또한 상기 정전압출력은 에스씨알이 도통되었을 때 캐패시터(C1)가 방전되는 것을 방지하기 위한 다이오드(D7)를 통해 제1충전부(A₁)의 캐패시터(C1)로 충전되는 것이다.

그리하여 페이드아웃 스위치 온 판단단계(S3)로 진행하는데, 이는 교류부하로 인가되는 전력량이 감쇄되는 즉, 램프의 밝기가 서서히 어두워지는 페이드아웃 기능을 수행하기 위한 스위치가 동작되었는가를 판단하게 되는 것으로, 만약 상기한 스위치동작이 이루어지지 않으면 대기상태를 유지하고, 상기 페이드아웃 스위치 온 판단단계(S3)에서 판단된 결과 스위치가 온되었음으로 판단되면, 상기 충전C1단계(S2)에서 충전된 전압으로 캐패시터(C2)에 소정치 전압이 충전되도록 하는 충전C2단계(S4)로 진행하게 되는 것이다. 그리고 상기 스위치동작에 의해 캐패시터(C2)에 충전된 전압이 방전을 하게 되는 C2방전단계(S5)를 거치게 된다.

이를 구체적으로 설명하면, 상기 초기상태(S1)에서 스위치부(B)의 스위치(SW)가 도면의 F/O 단자로 접속되어 있기 때문에, 사용자가 본 시스템을 이용하여 상기 램프(L)를 점등시킨 후 서서히 소등되도록 또는 소정의 교류전력 기기의 소비전력을 서서히 감쇄시키기 위해 페이드아웃(Fade-Out) 기능을 활용하고자 한다면, 스위치(SW)를 ON위치로 했다가 F/O 위치로 복귀시킨다.

그러면 상기한 캐패시터(C1)의 충전전압은, 스위치(SW)의 ON시간동안 스위치 보호저항(R3)을 통해 캐패시터(C2)로 충전된다. 이 때, 캐패시터(C2)의 충전전압은 전압분배부(C)를 거쳐 방전되며, 분배저항(R1,R2)으로부터 전압분배가 이루어진다.

이후 방전완료 판단단계(S6)로 진행하여, 상기한 C2방전단계(S5)의 충전전압이 필요한 전압 이하로 방전했는가를 판단하게 된다. 이때 판단된 결과 필요한 전압 이하로 방전되었음으로 판단되면, 페이드아웃 스위치 온판단단계(S3)로 피드백하여 상기 루틴을 반복하고, 방전완료 판단단계(S6)에서 판단된 결과 필요전압 이상으로 판단되면, 타측 캐패시터(C3)로 상기 RC(제2 충전부의 C2, 전압분배부의 R1과 R2)방전에 의한 직류전압과 톱니파신호가 중첩 충전되는 충전C3단계(S7)로 진행한다.

충전C3단계(S7)로 진행하면 방전회로(20)의 트랜지스터(Q3)의 베이스전압은 도 5a의(2)와 같이 전파정류신호의 영점을 지나 증가하기 시작한다. 트랜지스터(Q3)의 베이스전압이 턴온전압(V_ON3)이하에서는 트랜지스터(Q3)의 콜랙터는 개방상태가 된다. 그러나 트랜지스터(Q2)의 베이스에는 트랜지스터(Q3)의 베이스전압보다 (R7+R8)/R8배 만큼 큰 전압이 저항(R6)에 의해 공급되므로 트랜지스터(Q2)가 먼저 턴온되어 캐패시터(C3)를 방전시킨다.

트랜지스터(Q3)의 베이스전압(V_BE3)이 계속 증가하여 턴온전압(V_ON3)이 되면 트랜지스터(Q3)가 턴온되어 콜랙터전압 즉, 트랜지스터(Q2)의 베이스전압은 로우레벨이 되어 트랜지스터(Q2)는 턴오프 되고 트랜지스터(Q2)의 콜랙터는 개방상태가 되어 캐패시터(C3)가 충전 가능상태가 된다.

이 때, 전압분배부(C)를 거쳐 분배된 전압은 트랜지스터(Q1)의 베이스측으로 소정의 전압이 인가되어 캐패시터(C2)의 전압(V_C2)과 분배저항(R1,R2)의 설정치인 V_C2× R1/ (R1 + R2)의 전압이 트랜지스터(Q1)를 턴온시키고 있으며, 이와 동시에 직류전원부의 정전압은 저항(R4)을 통해 트랜지스터(Q1)의 컬렉터측을 거쳐 에미터측을 통한 후 캐패시터(C3)로 직류전압이 충전된다.

이 경로를 거쳐 충전된 전압을 V2라 칭하며, 첨부도면 도 5a에 도시된 (4)번의 그래프와 같이 초기충전시 급경사를 나타내고, 충전완료시 거의 일정한 전압을 나타내고 있다.

이와 동시에, 상기 직류전원부(G)의 정전압이 저항(R5)를 거쳐 캐패시터(C3)로 유입된다. 이 때 상기 경로를 거쳐 충전된 전압을 V1이라 칭하며, 이는 도 5a의 (3)과 같은 톱니파로 도시된다. 그리고 V1과 V2의 충전전압 상승속도의 차이는 R4가 R5보다 매우 적게 함으로써 얻을 수 있으며, 저항(R4)의 크기를 변화시키면 V2의 초기 상승속도가 변하므로 에스씨알(SCR)의 트리거 시작점을 변경시킬 수 있다.

또한, 한 주기에 충전되는 전압(V1)의 최대값에 의해 상기 에스씨알(SCR)을 트리거시키지 못하도록 하기 위해, 캐패시터(C3)에 충전되는 시정수(R5×C3)를 조절하여 상기 충전전압(V1)이 트랜지스터(Q4)의 베이스-에미터간 턴온전압(V_BE4)과 다이오드(D5)의 도통 전압(VD5) 및 에스씨알(SCR)의 게이트 트리거전압(V_GT)의 합보다 약간 작게한다. 즉, 수학식1과 같다.

V1_max< (V_BE4+ V_D5+ V_GT)

결국, 상기 캐패시터(C3)로 유입되는 전압(V_C3)은 V1 + V2가 되는 것이며, 캐패시터(C3)에는 V1과 V2가 중첩되어 전압이 상승토록 하는 것이다.

그러면 상기 충전C3단계(S7)에서 C3에 전압이 충전되면, 트리거전압 판단단계(S8)에 의해 C3에 충전된 전압이 구동부(S)의 에스씨알(SCR)을 트리거할 수 있는 전압인가를 판단한다. 그리고 상기 트리거전압 판단단계(S8)에서 판단한 결과, 트리거전압이 상기 구동부(S)를 트리거할 수 없음으로 판단할 경우 교류전원의 반주기 완료 판단단계(S9)로 진행한다.

따라서 상기 단계(S9)에서의 판단결과가 교류전원의 반주기가 완료되지 않았다면 충전C3단계(S7)로 피드백하여 계속 충전하고, 상기 단계(S9)의 판단 결과가 교류전원의 반주기가 완료되었음으로 판단할 경우에는 C3방전단계(S11)로 점프한다.

한편 상기 트리거전압 판단단계(S8)의 판단결과 트리거전압이 구동부(S)를 트리거할 수 있음으로 판단될 경우 램프를 점등시킨다. 즉 캐패시터(C3)의 충전전압은 상기 트리거신호발생부(E)의 트랜지스터(Q4) 의 베이스에 인가되고, 트랜지스터(Q4)를 거쳐 구동부(F)의 다이오드(D5)를 통해 상기 에스씨알(SCR)의 게이트 측을 트리거한다. 그리고 램프가 한 번 점등되면 점등상태를 유지하는 램프점등단계(S10)를 거치게 된다.

이러한 동작상태는 도 5a의 (5)로 도시된다.

예컨대, 전압분배부(C)로부터 트랜지스터(Q1)의 베이스측으로 큰 전압이 걸리게 되면, 캐패시터(C3)의 충전전압(V2)은 도 5a의 (4)에 도시된 ①과 같이 나타나며, 따라서 캐패시터(C3)로 공급되는 전압은 상기 V1+V2로서, 도 5a의 (5)에 도시된 점선파형과 같게 되는 것이다.

그리고 상기 도 5a의 (5)에 도시한 ①②③④에 걸쳐진 점선(트리거 레벨 ; Triggering Level)은, 에스씨알(SCR)을 트리거시키기 위한 전압으로서, 현재는 ①점에서 에스씨알(SCR)이 트리거되고 있다. 환언하면, 상기 에스씨알(SCR)이 도통되고 이에 따라, 상기 도면의 (6)과 같이 이 에스씨알(SCR)의 양단전압은 도통전압(V_TM)으로 저하되며, 이에 흐르는 전류는 (7)과 같이 ①시점부터 전파정류신호의 한 사이클과 같이 된다.

따라서 상기 구간동안에, 구동부의 에스씨알(SCR)이 도통되어 램프(L)를 점등시키게 되는데, 상기 교류전원의 정류된 전압의 한 사이클(①시점부터 한 사이클)동안 이루어지는 것이다.

또한 이 에스씨알(SCR)이 트리거됨과 동시에 C3방전단계(S11)로 진행한다. 에스씨알(SCR)의 도통에 따라 상기 방전회로(20)의 저항(R7,R8)에 걸리는 전압이 감소된다. 따라서 방전회로(20)의 트랜지스터(Q3)의 베이스전압이 낮아져서 트랜지스터(Q3)을 턴오프시킨다.

트랜지스터(Q3)의 턴오프상태로 인해, 이 트랜지스터(Q3)의 컬렉터측에 접속된 트랜지스터(Q2)의 베이스에 에스씨알의 도통전압(V_TM)이 저항(R11,R6)을 통해서 인가되어 트랜지스터(Q2)를 턴온시키는 것이다. 결국, 이 트랜지스터(Q2)의 컬렉터측에 접속된 캐패시터(C3)가 에미터측으로 급속하게 방전되어, 트랜지스터(Q4)를 턴오프시킨다.

그리하여 상기한 에스씨알(SCR)의 게이트측은 로우레벨로 저하되는데, 에스씨알(SCR)의 턴온상태는 계속유지되어 상기한 램프(L)는 점등되고 있는 것이다.

한편 상기 램프의 점등과 동시에 교류전원의 반주기가 완료되었는가를 판단하는 교류전원 반주기완료 판단단계(S12)로 진행하여, 입력되는 교류신호에서 영볼트점이 인가되는가를 판단하는 것이다.

그리고 이와 같은 교류전원의 반주기완료 판단단계(S12)에서 교류신호의 반주기가 완료됨으로 판단되면, 램프가 소등되는 램프소등단계(S13)로 진행하며, 상기한 주기가 완료되지 않음으로 판단되면, C3방전단계(S11)를 계속적으로 반복하는 것이다.

또한 램프소등단계(S13)를 거친 후에는, 앞서 설명된 방전완료 판단단계(S6)로 피드백하여 전(前)단계을 반복 수행하는 것이다.

이는 상기한 교류전원의 반주기(전파정류신호의 한주기)가 끝나면 에스씨알(SCR)의 에노드측이 영볼트가 되어 캐패시터(C3)가 방전된 후 이 에스씨알(SCR)이 턴오프되고 , 상기한 단계을 계속적으로 반복하는 것으로 도 5a의 (7)번에서 보여준 ①점부터의 빗금부분을 반복하는 것이다. 그리고 이러한 빗금부분은 램프(L)의 점등시간을 나타내는 것이며, 계속적인 반복단계는 이미 설명된 바와 같이 방전완료 판단단계(S6)에서 방전의 완료시 까지만 수행토록 되며, 이 기간동안에 방전전압의 저하로 인한 트리거시점의 변화가 생기게 되는 것이다.

따라서 이러한 트리거시점의 변화는, 상기한 전압분배부(C)의 저항치 또는 제2충전부(A₂)의 캐패시터(C2)의 전압(V_C2)로부터 결정되는데, 도 5a에 도시된 그래프의 ①②③④는 상기 전압(V_C2)의 가변 또는 저항치가변에 따른 전위변화를 나타낸 것으로서, 상기 전압(V_C2)의 가변은 캐패시터(C2)의 방전에 의하여 구현되며 또한, 저항치가변은 도 6a와 같이 저항(R1)을 가변저항(VR1)으로 대치함으로써 구현되고 있다.

따라서 전압(V_C2)이 방전으로 낮아짐으로 부터 상기 빗금부분이 감축되어, 램프(L)의 밝기가 점점 어두워지는 페이드아웃 기능이 수행되는 것이다. 이를 도 5a의 (4)(5)(7)에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 캐패시터(C2)의 전압(V_C2)은 저항(R1) 및 저항(R2)에 의해 감쇄방전한다. 감쇄방전하는 전압(V_C2)은 전압 분배부(C)를 거쳐 충전회로(10)의 트랜지스터(Q1)의 베이스에 공급된다. 따라서 캐패시터(C3)로 충전되는 전압은 상기 도 5a의 (4)번과 같이 ①부터 ④까지 변화를 갖게 된다. 이와 같은 전압변화는 상기 V1의 전압과 중첩됨에 따라, 상기 도 5a의 (5)와 같이 전압이 감소되는 것이다.

그러나 도 5a의 (5)와 같은 전압감소에도 에스씨알(SCR)의 트리거레벨은 변하지 않으므로, 결국 트리거 시점은 ①부터 ④까지 점차적으로 쉬프트되는 것이다. 이러한 쉬프트동작은 도 5a의 (7)번의 빗금부분을 감축시키는데, 이는 에스씨알(SCR)의 턴온동작으로 인한 램프(L)의 점등시간이므로, 램프(L)의 밝기가 어두워지는 것이다. 따라서 상기 기능은 연속적인 페이드- 아웃(Fade-Out)로서, 소정시간이 흐르면 램프(L)가 완전히 소등을 하게 된다.

한편, 도 3b에 의거한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 구동부(F)는 트라이엑의 제1에노드(A1)측과 제2에노드(A2)측이 램프(L)과 교류전원측에 접속되도록 함과 동시에, 게이트측으로는 보호용 저항(R11)과 풀다운저항(R12)이 연결되도록 한다.

그리고 제어부(D)는, 도 3a와 동일한 충전회로(10)와, 상기 충전회로(10)에서 충전된 전압을 방전시켜 새로운 주기를 시작할 수 있도록 트랜지스터(Q2)와 트랜지스터(Q3),다이오드(D1,D2) 및 다수의 저항(R6-R8)으로 이루어진 방전회로(20)로 구성되며, 트리거신호 발생부(E)는, 상기 충전회로(10)의 충전전압으로부터 상기 트라이엑(Triac)의 게이트측으로 트리거신호를 인가시키도록 저항(R9,R10)과 트랜지스터(Q4,Q5)로 이루어진다.

한편 스위치부(B)와 전압분배부(C)는 도 3a에서와 동일하게 구성되며, 직류전원부(G)는 트라이엑(Triac)에 인가되는 교류전원을 반파정류 및 정전압화하여 각 부분에 공급하며, 저항(R13), 저항(R14), 캐패시터(C5), 캐패시터(C4), 다이오드(D3), 제너다이오드(DZ2) 및 제너다이오드(DZ1)로 이루어진다.

이하 상기 구성에 따른 본 발명의 동작을 도 4에 도시된 플로우챠트에 의거 설명하면 다음과 같다.

예컨대, 본 시스템은 교류전원이 인가되는 초기상태(S1)를 거쳐, 직류전원부를 통해 소정치의 전압이 직류성분으로 충전되는 충전C1단계(S2)로 진행한다.

즉, 교류전원(AC)이 상기한 램프(L)를 거쳐 트라이엑으로 인가된다.저항(R13), 캐패시터(C5), 다이오드(D3) 및 제너다이오드(DZ2)로써 트라이엑(Triac)에 인가되는 교류전원을 반파정류하여 캐패시터(C4)에 충전시키며, 이 캐패시터(C4)에 충전된 전압은 저항(R14)와 제너다이오드(DZ1)에 의해 정전압을 출력시킨다.

이때 저항(R13)과 캐패시터(C5)의 임피던스는 램프(L)의 저항보다 극히 크게 설정하므로, 이 램프(L)는 소등상태를 유지하게 된다.

또한 상기 정전압출력은 제1충전부(A₁)의 캐패시터(C1)로 충전되는 것이다.

그리하여 도 3a와 동일하게 페이드아웃 스위치 온 판단단계(S3), 충전C2단계(S4), C2방전단계(S5), 방전완료 판단단계(S6) 및 충전C3단계(S7)로 진행한다.

충전C3단계(S7) 로 진행하면 방전회로(20)의 트랜지스터(Q3)의 베이스전압은 도 5b의(1)과 같이 교류전원전압이 음의 측에서 영볼트점을 지나면 증가하기 시작한다. 베이스전압이 턴온전압(V_ON3)이 될 때까지는 트랜지스터(Q3)의 콜랙터는 개방상태가 된다. 그러므로 도 5b의 (2)와 같이 트랜지스터(Q2)가 턴온되어 캐퍼시터(C3)를 방전 시킨다.

트랜지스터(Q3)의 베이스전압이 계속 증가하여 턴온전압(V_ON3)이 되면 도 5b의 (1)과 같이 되고 트랜지스터(Q3)가 턴온되어, 트랜지스터(Q2)의 베이스전압은 도 5b의 (2)와 같이 로우레벨이 되어 트랜지스터(Q2)의 콜랙터는 개방상태가 되고 캐퍼시터(C3)가 충전 가능상태가 된다.

이때, 전압분배부(C)를 거쳐 분배된 전압은 트랜지스터(Q1)의 베이스측으로 소정의 전압이 인가되어 캐패시터(C2)의 전압(V_C2)과 분배저항(R1,R2)의 설정치인 V_C2× R1/ (R1 + R2)의 전압이 트랜지스터(Q1)를 턴온시키고 있으며, 이와 동시에 직류전원부의 정전압은 저항(R4)을 통해 트랜지스터(Q1)의 컬렉터측을 거쳐 에미터측을 통한 후 캐패시터(C3)로 직류전압이 충전된다.

이 경로를 거쳐 충전된 전압을 V2라 칭하며, 첨부도면 도 5b에 도시된 (4)번의 그래프와 같이 초기충전시 급경사를 나타내고, 충전완료시 거의 일정한 전압을 나타내고 있다.

이와 동시에, 상기 직류전원부(G)의 정전압이 저항(R5)를 거쳐 캐패시터(C3)로 유입된다. 이때 이 경로를 거쳐 충전된 전압을 V1이라 칭하며, 이는 도 5b의 (3)과 같은 톱니파로 나타내지는데, V1과 V2의 충전전압 상승속도의 차이는 R4가 R5보다 매우 적게 함으로써 얻을수 있다. 또한, 캐패시터(C2)가 완전 방전시 트라이엑(Triac)을 트리거 시키지 못하도록 캐패시터(C3)에 충전되는 시정수(R5× C3)를 조절하여 한 주기에 충전되는 전압(V1)의 최대값이 트랜지스터(Q4)의 베이스-에미터간 턴온전압(V_ON4)보다 약간 작게한다. 즉, 수학식 2와 같다.

V1max < V_ON4

결국, 상기 캐패시터(C3)로 유입되는 전압(VC3)은 V1 + V2가 되는 것이며, 캐패시터(C3)에는 V1과 V2가 중첩되어 전압이 상승토록 하는 것이다.

그러면 이 충전C3단계(S7)에서 C3에 전압이 충전되면, 트리거전압 판단단계(S8)에 의해 C3에 충전된 전압이 트리거신호 발생부(E)의 트랜지스터(Q4)의 베이스를 턴온하여 트리거신호 발생부를(E)에서 트리거신호를 만들어 낼 수 있는 트리거전압(V_ON4)인가를 판단하게 된다.

판단결과 트리거전압(V_ON4)이 안되면 교류전원의 반주기완료 판단단계(S9)로 진행한다. 여기(S9)서의 판단결과가 교류전원의 반주기가 완료되지 않았다면 충전C3단계(S7)로 피드백하여 계속충전하고, 교류전원의 반주기가 완료되었으면 C3 방전단계(S11)로 점프한다.

트리거전압 판단단계(S8)의 판단결과 트리거전압(V_ON4)이 되면, 캐퍼시터(C3)의 충전전압은 상기 트리거신호 발생부(E)의 트랜지스터(Q4)를 턴온시켜서 트랜지스터(Q5)를 턴온시키고 직류전원부(G)의 캐패시터(C4)에 충전된 전하는 트랜지스터(Q5)를 거쳐 구동부(F)의 저항(R11)을 통해 상기 트라이엑(Triac)의 게이트 측을 트리거한다. 이 때, 램프가 한 번 점등되면 점등상태를 유지하는 램프점등 단계(S10)를 거치며, 도 5b의 (5)로 도시된다.

예컨대, 전압분배부(C)로부터 트랜지스터(Q1)의 베이스측으로 큰 전압이 걸리게 되면, 캐패시터(C3)의 충전전압(V2)은 도 5b의 (4)에 도시된 ①과 같이 나타나며, 따라서 캐패시터(C3)로 공급되는 전압은 상기 V1+V2로서, 도 5b의 (5)에 도시된 점선파형과 같게 되는 것이다.

그리고 상기 도 5b의 (5)에 도시한 ①②③④에 걸쳐진 점선(트리거 레벨 ; Triggering Level)은, 트랜지스터(Q4)를 턴온시켜 트라이엑(Triac)을 트리거시키기 위한 전압으로서, 현재는 ①점에서 트라이엑(Triac)이 트리거되고 있다. 환언하면, 상기 트라이엑(Triac)이 도통되고, 이에 따라, 이 트라이엑(Triac)의 양단전압은 도통전압(V_TM)으로 저하되며, 이에 흐르는 전류는 (6)과 같이 ①시점부터 교류전원의 반 사이클과 같이 된다.

따라서 상기 구간동안에, 구동부의 트라이엑(Triac)이 도통되어 램프(L)를 점등시키게 되는데, 도 5b의 (6)과 같이 ①시점부터 상기 교류전원의 반 사이클 동안 이루어지는 것이다.

또한 이 트라이액(Triac)이 트리거됨과 동시에 C3방전단계(S11)로 진행한다. 트라이액(Triac)의 도통에 따라 상기 방전회로(20)의 저항(R7)에 인가되는 전압이 트라이엑의 도통전압(V_TM)으로 떨어져서 트랜지스터(Q3)의 베이스전압(V_BE3)이 로우 레벨이 된다. 따라서 방전회로(20)의 트랜지스터(Q3)는 턴오프되고 트랜지스터(Q2)는 턴온된다. 결국, 이 트랜지스터(Q2)의 컬렉터측에 접속된 캐패시터(C3)가 에미터측으로 급속하게 방전되어, 트리거신호 발생부의 트랜지스터(Q4)를 턴오프시킨다.

그리하여 상기한 트라이엑(Triac)의 게이트에는 전류가 공급되지 않않는데, 트라이엑(Triac)의 턴온상태는 계속유지되어 상기한 램프(L)는 점등되고 있는 것이다.

그리고 이와 같은 교류전원의 반주기완료 판단단계(S12)에서 입력되는 교류전원의 영볼트점이 인가되는가를 판단하여 교류전원의 반주기가 완료됨으로 판단되면, 트라이엑(Triac)이 턴오프 되어 램프가 소등되는 램프소등단계(S13)로 진행하여 다음 주기를 시작할 수 있도록 하며, 상기한 주기가 완료되지 않음으로 판단되면, C3방전단계(S11)를 계속적으로 반복하는 것이다.

또한 램프소등단계(S13)를 거친 후에는, 앞서 설명된 방전완료 판단단계(S6)로 피드백하여, 다음 교류전원의 음의 반주기 동안 전(前)단계을 반복 수행하는 것이다.

교류전원의 음의 반주기 동안의 방전완료 판단단계(S6)부터 램프소등단계(S13) 까지는 방전회로(20)의 동작을 제외하고는 앞에서 기술한 교류전원의 양의 반주기 동안은 방전완료 판단단계(S6)부터 램프소등단계(S13)까지와 동일 하므로 설명은 생략하고, 음의 반주기 동안의 방전회로(20)의 동작만 설명하면 다음과 같다.

방전회로(20)에서 살펴보면, 교류전원의 음의 반주기 동안은 트랜지스터(Q3)의 베이스전압(V_BE3)은 도 5b의 (1)에서와 같이 영볼트 이므로 트랜지스터(Q3)는 개방상태가 되어 트랜지스터(Q2)만 동작하게 된다.

교류전원의 음의 반주기의 전압은 저항(R6),저항(R7) 및 다이오드(D2)에 의해 분압되어 트랜지스터(Q2)의 베이스에 가해져서 트랜지스터(Q2)의 베이스전압(V_BE2)은 도 5b 의(2)의 오른쪽 부분의 점선과 같이 변한다.

교류전원의 음의 값이 커지면 베이스 전압(V_BE2)이 변하게 되는데, 베이스전압(V_BE2)이 턴온레벨(V_ON2)이하로 떨어질 때까지는 트랜지스터(Q2)가 턴온되어 캐패시터(C3)를 방전시키고있다. 교류전원의 음의 값이 계속 커지면 베이스전압(V_BE2)은 턴온레벨(V_ON2)이하로 교류전원의 음의 부분 모양으로 떨어지고, 트랜지스터(Q2)는 턴오프되어 캐패시터(C3)에는 전압V1과 전압V2가 중첩충전되기 시작하고, 캐패시터(V3)의 전압(V_C3)은 트리거신호 발생부(E)의 트랜지스터(Q4)의 턴온레벨(V_ON4)을 향해 증가한다. 결과, 트라이엑(Triac)이 트리거되고 애노드간의 전압이 트라이엑(Triac)의 도통전압으로 되면, 트랜지스터(Q2)의 베이스전압(V_BE2)은 상승하여 턴온레벨(V_ON2)이되고 캐패시터(C3)를 방전 시킨다. 교류전원의 음의 반주기 동안 트랜지스터(Q2)의 전압(V_BE2)이 음의 방향으로 커지면 트랜지스터(Q3)이 턴온되어 도5b의 (2)에서와 같이 약간의 음의 방향으로의 증가함에 따라 상기 트랜지스터(Q2)의 턴오프상태는 유지되는 것이다.

한편, 방전완료 판단단계(S6)부터 램프소등단계(S13) 까지의 교류전원의 전주기(음의 주기 + 양의 주기) 동안 연속되는 반복은 상기 교류신호의 반주기가 끝나는 점 부근에서 트라이엑(Triac)의 에노드간 전압이 영볼트에 접근하면, 캐패시터(C3)가 방전되어 트라이엑(Triac)이 트리거 불능상태가 되고, 트라이엑(Triac)의 에노드간 전압이 영볼트가 되면 트라이엑(Triac)이 턴오프 되어, 상기한 단계을 계속적으로 반복하는 것으로 도 5b의 (6)번에서 보여준 ①점부터의 빗금부분을 반복하는 것이다. 그리고 이러한 빗금부분은 램프(L)의 점등시간을 나타내는 것이며, 계속적인 반복단계는 이미 설명된 바와 같이 방전완료 판단단계(S6)에서 방전의 완료시까지만 수행토록 되며, 이 기간동안에 방전전압의 저하로 인한 트리거시점의 변화가 생기게 되는 것이다.

따라서 이러한 트리거 시점의 변화는, 상기한 전압분배부(C)의 저항치 또는 충전부(A₂)의 캐패시터(C2)의 전압(V_C2)로부터 결정되는데, 도 5b에 도시된 그래프의 ①②③④는 상기 전압(V_C2)의 가변 또는 저항치가변에 따른 전위변화를 나타낸 것으로서, 상기 전압(V_C2)의 가변은 캐패시터(C2)의 방전에 의하여 구현되며 또한, 저항치가변은 도 6a와 같이 저항(R1)을 가변저항(VR1)으로 대치함으로써 구현되고 있다.

따라서 전압(V_C2)이 방전으로 낮아짐으로 부터 상기 빗금부분이 감축되어, 램프(L)의 밝기가 점점 어두워지는 페이드아웃 기능이 수행되는 것이다. 이를 도 5b의 (4)(5)(6)에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 캐패시터(C2)의 전압(V_C2)이 전압분배부(C)를 통한 전압은 시간의 경과에 따라 방전에 의하여 감소된다. 따라서 캐패시터(C3)로 충전되는 전압은 상기 도 5b의 (4)번과 같이 ①부터 ④까지 변화를 갖게 된다. 이와 같은 전압변화는 상기 V1의 전압과 중첩됨에 따라, 상기 도 5b의 (5)와 같이 전압이 감소되는 것이다.

그러나 도 5b의 (5)와 같은 전압감소에도 트랜지스터(Q4)의 턴온레벨(V_ON4)은 변하지 않으므로, 결국 트리거 시점은 ①부터 ④까지 점차적으로 쉬프트되는 것이다. 이러한 쉬프트동작은 (6)번의 빗금부분을 감축시키는데, 이는 트라이엑(Triac)의 턴온동작으로 인한 램프(L)의 점등시간이므로, 램프(L)의 밝기가 어두워지는 것이다. 따라서 상기 기능은 연속적인 페이드- 아웃(Fade-Out)로서, 소정시간이 흐르면 램프(L)가 완전히 소등을 하게 된다.

한편, 도 6a와 같이 저항(R1)을 가변저항(VR1)으로 대치함으로써 조도조절기능도 수행할 수 있는데, 스위치(SW)를 ON 위치에 두고 도 6a의 VR1을 가변하면 위에서 설명한 캐패시터(C2)의 전압(V_C2)이 방전에 의하여 감소 되는 현상과 같이 V1이 변하고, 따라서 도 6b의 ①②③④와 같이 에스씨알(SCR)의 트리거 위상 시점이 변동하여 조도가 변하므로 조도조절 기능을 수행할 수 있다.

또한, 때로는 완전 소등이 불필요할 때가 있으며, 본 발명은 상기 충전회로(10)에 의거 불완전 소등을 수행할 수 있는데, 도 5의 (3)에 나타난 그래프로부터 그 전위를 상향조정, 저항(R5)의 저항치를 낮게 설정함으로서 캐패시터(C3)로 유입되는 충전전압을 높이도록 하는 것이다. 특히 트랜지스터(Q1)의 구동이 정지되었을 때, 사용하게 되면 상기한 램프(L)는 완전 소등이 되지 않고 설정치에 따라 그 밝기가 조정된 후, 계속적으로 유지할 수 있도록 하는 것이다. 이를 상기 도 3a와 도 7a 및 도 7b를 참조하여 구체적으로 설명한다.

먼저 도 7a는 충전회로(10)에 사용되는 저항(R5)의 대치회로로써, 본 발명의 일예를 나타내며, 도 6b는 도 7a에 따른 출력신호를 나타낸 그래프이다. 우선 상기한 대치회로는 가변저항(VR2) 및 고정저항(R0)로 이루어지며, 직렬접속되어 있다. 그리고 이 고정저항(R0)과 상기 가변저항(VR2)의 합성저항 최대치는 앞서 설명된 에스씨알(SCR)의 게이트측을 트리거하지 못할 정도이며, 이 고정저항(R0)의 저항치는 일정 기준치의 밝기가 되도록 설정되고 있다.

따라서 상기한 가변저항(VR2)의 저항치를 최대로 설정하면, 도 3a에 도시된 저항(R5)과 같은 기능을 수행하며, 이 가변저항(VR2)의 저항치를 최소로 설정하면, 램프(L)의 밝기가 소정의 설정치로서 유지되는 것이다. 만약 사용자로부터 램프(L)의 밝기가 일정 조도로 점등되고자 한다면, 상기 가변저항(VR2)을 최소치로 설정하는데, 이로인해 저항(R)에 흐르는 전류량은 최대치로서 도 7b (가)에 도시된 ①번과 같이 에스씨알(SCR)의 트리거시간이 앞당겨지게 된다.

이는 도 7b (나)에 도시된 ①번 시간대부터 에스씨알(SCR)이 트리거되기 때문에, 램프(L)의 밝기가 해당 조도로 고정되는 것이다. 결국, 캐패시터(C2)의 전압(V_C2)이 영일 때, 램프(L)의 밝기가 가변저항(VR2)에 의해 설정되는 것이다. 그리고 가변저항(VR2)의 저항치를 일정량 증대시키면, 상기 충전시정수가 크게 되므로 상기 캐패시터(C3)에 충전되는 전압의 상승이 늦어짐에 따라, 도 7b (가)의 ②와 같이 에스씨알(SCR)의 트리거시점이 지연되는 것이다.

그리하여 상기 설정된 저항(R)의 저항치로부터, 도 7b (나)의 ②와 같은 시점에서 램프(L)의 점등이 이루어지며, 이러한 점등시기의 축소로인해 램프(L)의 밝기가 보다 어두워진다. 따라서, 가변저항(VR2)의 계속적인 저항치 증대는 도 7b (가)(나)의 ①②③으로 쉬프트하여, 램프(L)의 밝기가 가변저항(VR2)에 따라 약화되는 것이다. 또한 가변저항(VR2)을 최대치로 절환하게 되면, 상기 저항(R)치는 최대로되어 이에 흐르는 전류는 최소를 이루게 된다.

그리고 상기 전류의 최소치는 에스씨알(SCR)을 트리거하지 못하며, 이는 곧 램프(L)의 완전소등을 의미하며, R3의 값을 크게하면 C2의 충전전압 상승속도가 느려 지므로 페이드아웃과 반대로 페이드인(점점 밝아짐) 현상이 나타나므로 페이드인 스위치 역할도 한다. 또한 C2, R3, V_C1의 값에 따라 페이드아웃의 시간 및 현상을 다르게 할 수 있으므로 페이드아웃 타이머 역할도 하는 것이다.

또 한편, 상기한 스위치부(B)는 스위치(SW)로 구성됨과는 달리 인체감지센서를 이용할 수 있으며, 이를 도 8에 도시하고 있다. 따라서 인체감지수단(E')은 감지센서(SEN)를 회로상에 구비하여 인체감지시 무접점 스위칭에 의한 캐패시터(C2)로의 충전이 이루어지도록 하는 것이다. 그리고 이러한 감지센서(SEN)로는, 일예로 인체열을 감지하는 열감지센서라든지, 고주파에 의한 움직임을 감지하는 초음파센서 또는, 적외선을 이용한 적외선센서 및 열적외선등을 사용할 수 있음은 물론이다.

이와 더불어 상기한 방전회로(20)는, 유사기능을 수행할 수 있는 다수회로를 제공할 수 있는데, 예시도면 9, 도면 10, 도면 11과 같이 회로의 구현이 다소 변경가능한데, 이들은 교류전원의 정류신호의 전압이 영이 되는점 부근에서 캐패시터(C3)를 방전시켜 초기상태로 만든 후 정류신호의 전압이 증가하면 캐패시터(C3)가 충전 가능하도록 하여 교류전원의 매 반주기 마다 충방전을 반복하도록 하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않게 된다.

먼저 예시도면 9를 살펴보면, 트랜지스터(Q3)의 에미터가 직류전원부(G)의 정전압 출력에 연결되고, 트랜지스터(Q3)의 콜렉터와 트랜지스터(Q2)의 베이스 사이에 저항(R6)이 연결되며, 트랜지스터(Q2)의 베이스와 에미터 사이에 저항(R6')이 추가되고, 트랜지스터(Q3)의 베이스와 에스씨알의 애노드 사이에 저항(R7)이 연결된다.

이하, 상기 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 저항(R7) 및 저항(R8)의 값을 교류전원의 전파정류신호 전압이 설정한 기준전압 이상 되어야 직류 전원부의 출력 정전압 보다 커지도록 설정하면, 전파정류신호전압이 설정한 기준전압보다 낮으면 트랜지스터(Q3)의 베이스 전압이 에미터 전압보다 낮게 되어 턴온 되므로 트랜지스터(Q2)도 턴온 되어 캐퍼시터(C3)를 방전시키고, 전파정류신호전압이 커 지면 트랜지스터(Q3)의 베이스 전압이 올라가 턴오프 되므로 트랜지스터(Q2)도 턴오프 되어 캐퍼시터(C3)가 충전될 수 있도록 된다.

예시도면 10을 살펴보면, 도 3a에서 트랜지스터(Q2)와 트랜지스터(Q3) 및 저항(R6)를 삭제하고 다이오드(D8)를 트랜지스터(Q1)의 에미터와 저항(R7)과 저항(R8)의 연결점에 접속되고 있다.

이하, 상기 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 교류전원의 전파정류신호전압이 영점이 되면, ⓚ점의 전압도 영이 되므로 캐퍼시터(C3)는 다이오드(D8)와 저항(R8)을 통해 방전하여 다이오드(D8)의 순방향 강하전압까지 방전한다. 정류신호전압이 어느정도 상승하면 ⓚ점의 전압이 캐퍼시터(C3)의 최대충전전압 보다 크게 되게 저항(R7)과 저항(R8)의 값을 설정하면, 정류신호전압이 상승함에 따라 ⓚ점의 전압이 캐퍼시터(C3)의 전압 보다 높게되므로 캐퍼시터(C3)는 충전될 수 있도록 된다.

또, 예시도면 11을 살펴보면, 도 3a에서 트랜지스터(Q3)를 삭제하고 트랜지스터들(Q1,Q2,Q4)을 NPN형을 PNP형으로 변경함에 따라 제1충전부(A1), 제2충전부(A2), 스위치부(B), 전압 분배부(C), 제어부(D)및 트리거신호 발생부(E)의 +,- 극성을 바꾸어 접속되어 있어서 방전회로(20)부분 이외의 동작은 도 3a와 같다.

이하, 상기 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 교류전원의 전파정류 신호전압이 설정 기준전압 이상이 되면 트랜지스터(Q2)의 베이스 전압이 직류 전원부의 출력 정전압 보다 크게 되게 저항(R7)과 저항(R8)의 값을 설정하면, 전파정류 신호전압이 설정 기준전압 이하일 때까지는 트랜지스터(Q2)가 턴온 되어 캐퍼시터(C3)는 방전한다. 전파정류 신호전압이 상승하여 설정 기준전압 이상이 되면, 트랜지스터(Q2)는 턴오프 되어 캐퍼시터(C3)는 충전될 수 있도록 된다.

이상 설명은, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 구현된 것이며, 이 다수개의 예시도면에 의한 회로의 조합으로부터 톱니파 신호를 형성할 수 있음은 물론이다.

또한 본 발명은, 일예로 현관앞 또는 복도의 조명으로 사용하거나 일정 조도를 유지하고자 하는 실내에서 사용될 수 있으며, 인체감지센서에 의한 인체감지시 또는 필요시에 의한 원텃치 접점신호로부터 램프(L)를 점등시키고 이로부터 램프(L)의 소등이 서서히 이루어지거나, 실내조명이 설정조도에 따라 그 밝기가 유지될 수 있도록 하는 것이다.

한편, 스위치부(E)를 상기한 인체감지수단(E')으로 대치하여 인체감지여부에 따라 스위칭이 이루어질 수 있다.

이와 같이 본 발명은, 교류백열등에 사용되는 교류신호(AC)의 주기당 백열등의 점등시간 시작점을 제어하고 이를 캐패시터의 충방전으로 가변토록 함으로써, 백열등 소등에 따른 페이드아웃이 극히 자연스럽게 이루어지게 될 뿐만 아니라, 상기 페이드 아웃기능과는 별도로 램프의 밝기가 사용자의 설정에 따른 조도로 유지될 수 있도록 하여, 램프밝기의 조절이 손쉽게 이루어져 사용편의성이 향상됨과 더불어 시각적 피로감이 없으며, 또한 소등시 완전소등되지 않고 사용자가 설정하는 약한 밝기를 유지할 수 있도록 하여, 소등시 암흑상태가 아닌 설정시의 밝기가 되도록 하므로, 사용자에게 유용함(예컨대, 아기침실의 조명, 명상시의 조명등)을 제공할 수 있다.

이상, 본 발명을 상기한 실시예를 들어 구체적으로 설명하였지만, 본 발명인 전력공급의 페이드 아웃 스위칭 방법 및 회로는 교류 백열등에만 제한되는 것이 아니고, 교류전원을 사용하는 교류부하의 전력제어에 사용할 수 있어, 당업자의 통상의 지식범위내에서 그 변형이나 개량이 가능하다.

Claims

교류정류된 충전전하의 방전전압 변화를 이용하여 부하로 공급되는 전력량이 페이드 아웃되도록 하는 스위칭방법으로서,

a) 상기 방전전압의 가변에 상응하는 디씨(DC)전압을 충전함과 동시에 충전시간에 비례하는 별도의 충전전압을 중첩하여 가변적 전압레벨을 갖는 톱니파 신호를 형성시키는 중첩충전단계;

b) 상기 중첩충전단계에서 충전된 전압이 기준치 이상이 되면 구동부가 트리거 되도록 구동부에 트리거신호를 공급하는 트리거신호 발생단계;

c) 상기 트리거신호 발생단계에 의해 구동부가 트리거 되어 전력이 계속적으로 인가되고 이로인한 전압강하 또는 교류전원전압이 영볼트에 가까워지면(ZERO CROSS) 상기 중첩충전단계의 충전전압을 급속방전시켜 상기 트리거신호를 제거하는 중첩전압 방전단계; 및

d) 상기 단계 c)에서 상기 충전전압이 방전될 때 교류전원의 반주기가 완료되면 단계 a), b), c)를 반복 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭방법.
교류전원(AC)을 직류전원부(G)를 통해 정류하여 소정치의 전압으로 충전한 후, 이로부터 발생하는 방전전압에 따라 부하로 공급되는 전력을 온/오프 제어하는 스위칭회로에 있어서,

상기 충전된 전압이 방전시정수에 따라 가변적으로 전압이 방전되면 이 방전전압에 상응하는 디씨(DC)전압을 충전시키고; 이 디씨(DC)전압 충전과는 별도로 특정 전압이 중첩충전되도록 하는 중첩충전회로(10)와, 소정의 방전경로를 거쳐 충전량에 상응한 톱니파신호를 만드는 방전부(20)와, 이 톱니파신호가 기준치 이상의 전압을 갖고 출력될 때 톱니파신호로부터 트리거전압을 형성시키는 트리거신호 발생회로(E)로 이루어지고, 상기 트리거신호에 의해 교류전원(AC)의 전력을 공급하는 구동수단(F)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
제 2 항에 있어서, 상기 충전회로(10)로 공급되는 방전전압은 초기 교류정류를 디씨(DC)전원으로 충전하는 충전부(A1,A2) 및 이 충전부(A2)의 충전전하가 일정 비율로 방전될 수 있도록 하는 전압분배부(C)의 방전시정수로부터 출력되며, 이 충전부(A2)의 충전전압이 상기 전압분배부(C)로 방전됨은 스위치부(B)의 스위칭신호의 여부에 따라 결정됨을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
제 3 항에 있어서, 상기 스위치부(B)는 인체감지센서(SEN)를 통해 스위칭되는 인체감지수단(E')인 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
제 3 항에 있어서, 상기 전압분배부(C)는 방전전압의 분배와 소정치의 방전시정수를 갖도록 저항(R1)과 저항(R2)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
제 3 항에 있어서, 상기 전압분배부(C)는 방전전압의 분배와 가변적인 방전시정수를 갖도록 저항(R2)과 가변저항(VR1)으로 구성된 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
제 2 항에 있어서, 상기 충전회로(10)는 전압분배부(C)에서 출력되는 전압에 비례하여 도통시키는 트랜지스터(Q1); 상기 트랜지스터(Q1)의 에미터측에 접속되어 도통전압을 충전시키기 위한 캐패시터(C3); 상기 캐패시터(C3)에 충전하여 톱니파를 만들기위해 직류전원부(G)의 정전압을 공급하는 저항(R5)을 포함하고,

상기 방전회로(20)는 상기 캐패시터(C3)를 급속방전시키기 위한 트랜지스터(Q2); 상기 트랜지스터(Q2)의 베이스측으로 스위칭신호를 전송하기 위한 트랜지스터(Q3) 및 저항(R6,R7,R8)과 다이오드(D1)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드 아웃 스위칭 회로.
제 2 항에 있어서, 상기 방전회로(20)는 상기 충전회로(10)에서 출력되는 전압이 저항(R7,R8)에 의해 분배된 전파정류 전압보다 클 경우 상기 트리거신호 발생회로(E)로 저전위의 신호를 공급하기 위한 다이오드(D8)로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드 아웃 스위칭 회로.
제 2 항에 있어서, 상기 충전회로(10)는 직류전원(G)의 정전압을 인가받아 충전 시키기 위한 캐패시터(C3); 상기 캐패시터(C3)의 방전전압을 형성하기 위한 저항(R5); 및 상기 전압분배부(C)에서 출력되는 전압에 비례하여 도통시키는 PNP형 트랜지스터(Q1)로 이루어지고,

상기 방전회로(20)는 저항(R7) 및 저항(R8)에 의해 분배된 전파정류신호로부터 스위칭을 수행하기 위한 PNP형의 트랜지스터(Q2)로 이루어지고,

상기 트리거신호 발생회로(E)의 트랜지스터(Q4)는 PNP형인 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드 아웃 스위칭 회로.
제 2 항에 있어서, 상기 트리거신호 발생회로(E)는 구동부(F)에 접속된 직류전원부(G)부로 부터 공급되는 전압을 구동전원으로 하여 상기 캐패시터(C3)의 충전전압을 입력신호로 하여 구동부의 에스씨알(SCR)또는 트라이엑(Triac)에 트리거신호를 공급하는 트랜지스터(Q4) 또는 트랜지스터(Q4,Q5)로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.
제 7 항내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전회로(10)는 소등시 잔류조도를 조절하기 위해 저항(R5)대신에 저항(R0)과 가변저항(VR2)으로 구성된 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드 아웃 스위칭회로.
제 8 항에 있어서, 상기 방전회로(20)의 트랜지스터(Q3)는 PNP형으로서 그 컬렉터측이 트랜지스터(Q2)의 베이스측에 접속된 것을 특징으로 하는 전력공급의 페이드아웃 스위칭회로.