KR200292350Y1 - 조명 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 위상 제어의 높은 효율을 유지하면서 전압충격이 없는 조명 제어 장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 조명제어장치는 교류전원을 입력받는 전원 입력부; 상기 전원 입력부에 입력되는 전원의 영전위 위상을 검출하기 위한 전원 검출부; 부하의 조도를 설정하기 위한 조도 설정부; 상기 조도 설정부에서 설정한 조도치 만큼의 전력 공급을 상기 전원 검출부에서 검출된 영전위 위상으로부터 시작하기 위하여 상기 교류전원의 반주기 내에서 전력공급시간을 결정하여 출력하는 전력 제어부; 상기 전력공급시간동안 하기 스위치부를 턴온시키는 신호를 출력하기 위한 스위치 구동부; 및 상기 스위치 구동부의 출력신호에 응하여 상기 부하에 전달되는 전력을 단속하기 위한 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

조명 제어 장치{Illumination Controlling Apparatus}

본 고안은 조명 제어 장치에 관한 것으로서, 특히 조명등에 전압충격을 주지 않는 조명 제어 장치에 관한 것이다.

조명은 인간생활과 아주 밀접한 연관을 가지고 있으며 인간 생활의 질이 높아지면서 고급화된 조명에 대한 요구가 점차 높아지고 있는 실정이다. 이런 인간의 욕구에 부응하여 산업계에서는 좀 더 질적으로 향상된 조명 방법을 획득하고자 많은 노력을 기울여 온 것이 사실이다. 이러한 방편으로 고안된 것이 조도 조절이 가능하게 만들어진 조명 기구라 할 수 있다.

조명의 조도를 조절할 수 있는 방법으로는 크게 전압을 제어하는 방법과 주파수를 제어하는 방법으로 나눌 수 있다. 주파수를 제어하는 방법은 본 발명과 무관하므로 더 이상의 설명은 생략하기로 하고, 전압을 제어하는 방법을 살펴보면 크게 세가지 형태를 취하고 있는데, 변압기를 사용하여 전압을 제어하는 방법과 단속 펄스를 사용하여 전압을 제어하는 방법 그리고 위상제어에 의해 전압을 제어하는 방법이 그것이다.

먼저, 변압기를 이용한 방법에 대하여 살펴보면, 변압기의 2차측에 여러 개의 탭을 설치하여 조명에 전압을 공급하는 방법인데, 조명의 연속적인 밝기 조정이 어렵고 효율이 떨어져서 지금은 거의 사용이 되지 않고 있다.

다음으로, 단속 펄스를 사용하는 방법은 인버터로 통칭되는 방법인데, 구성상의 난점으로 인하여 고가의 장비를 채용할 수 밖에 없고 인버터의 변환 효율이 전체 효율이 되므로 고난도의 인버터 기술이 가미가 되어야 한다는 어려움이 따른다.

마지막으로, 위상제어에 의한 방법은 트라이악과 같은 소자를 이용하여 교류 전압의 일정 각 이상에서 전류를 통전하는 방법으로, 전체 전압을 조정하는 방법이다. 위상제어에 의한 전력의 조절은 일찌기 산업계 전반에서 사용되던 방법이었다. 위상제어의 경우, 간단한 구성과 전력 변환 효율이 좋다는 장점이 있어 조도 조절에 적극적으로 사용되고 있다.

국내 특허출원 특1984-0005770(다수의 원격제어 스위치를 갖는 벽상자용 조도 조절 스위치)에는 이 기술의 응용에 의한 조도 제어가 가능한 조명 기구에 대한 기술내용이 기재되어 있다.

또한, 국내 실용신안 등록번호 20-0244853호에는 이 기술의 다른 응용에 의한 조도 제어가 가능한 조명기구에 대한 기술 내용이 기재되어 있다.

위 고안의 기술내용은 조명 어셈블리에 대한 공칭 전력을 설정하는 세팅 수단과 인가된 전원의 각 반 사이클마다 위상제어를 행하는 제어 수단으로 구성되며, 제어수단을 위하여 제로포인트 검출부와 이를 이용하여 트라이악의 턴온 시점을 결정하는 마이크로프로세서 그리고 램프부를 포함하여 구성된다. 즉, 입력되는 전원 전압으로부터 영전위를 검출하고, 마이크로프로세서는 검출된 영전위를 이용하여 위상제어를 해서 조명에 인가되는 전력량을 제어함으로써 조도를 조절하는 것이다.

그러나, 위와 같은 위상제어방법에 의한 조도 조절은 부하인 조명에 지속적으로 충격전압을 가해야 하는 근본적인 문제를 안고 있다.

도 1은 종래의 위상제어방식에 따라 부하에 공급되는 전압파형도이다.

종래의 위상 제어 방식에 의한 전력 공급시의 전압 파형은 전력 공급의 시작점(V0)에서 부하인 조명에 급격하게 높은 전압으로 전력이 공급된다. 즉, 전압의 공급이 영전위에서 시작되는 것이 아니라 높은 전압에서 시작되므로 부하에 강한 전압충격이 가해진다. 심한 경우 전압 충격에 의해 부하가 파괴되는 경우도 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위하여 필터를 사용하여 전압 충격을 완화시키기도 한다. 그러나, 이 방법 또한 전압충격을 완화하기 위해 사용되는 코일에서 심한 소음이 발생하는 문제점이 있다. 이 소음은 부하의 종류에 따라서 심각한 문제가 되기도 하는데 부하가 조명등일 경우, 그리고 실내에서 사용되는 조명등일 경우 그 소음은 특히 심각한 문제가 된다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 위상 제어의 높은 효율을 유지하면서 전압충격이 없는 조명 제어 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 위상제어방식에 따라 부하에 공급되는 전압파형도,

도 2는 본 고안의 위상제어방식에 따라 부하에 공급되는 전압파형도,

도 3은 본 고안에 따른 조명 제어 장치의 블록 구성도,

도 4는 본 고안에 따른 스위치부의 구체 회로도,

도 5는 본 고안에 따른 전원과 스위치부와 램프부의 연결도,

도 6은 본 고안에 따른 전력제어부의 동작 흐름도.

*도면의 주요부분에 대한 설명*

310 : 전원 입력부 320 : 전원 검출부

330 : 조도 설정부 340 : 전력 제어부

350 : 스위치 구동부 360 : 스위치 보호부

370 : 스위치부 380 : 램프부

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 조명제어장치는 교류전원을 입력받는 전원 입력부; 상기 전원 입력부에 입력되는 전원의 영전위 위상을 검출하기 위한 전원 검출부; 부하의 조도를 설정하기 위한 조도 설정부; 상기 조도 설정부에서 설정한 조도치 만큼의 전력 공급을 상기 전원 검출부에서 검출된 영전위 위상으로부터 시작하기 위하여 상기 교류전원의 반주기 내에서 전력공급시간을 결정하여 출력하는 전력 제어부; 상기 전력공급시간동안 하기 스위치부를 턴온시키는 신호를 출력하기 위한 스위치 구동부; 및 상기 스위치 구동부의 출력신호에 응하여 상기 부하에 전달되는 전력을 단속하기 위한 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 본 고안의 상기 스위치부는, 제1 노드와 제3 노드 사이에 순방향으로 연결된 제1 다이오드; 제1 노드와 제4 노드 사이에 역방향으로 연결된 제2 다이오드; 제3 노드와 제2 노드 사이에 역방향으로 연결된 제3 다이오드; 제4 노드와 제2 노드 사이에 순방향으로 연결된 제4 다이오드; 및 제3 노드로부터 제4 노드로 전류가 흐를 수 있도록 연결된 임의로 전류를 온/오프할 수 있는 전력용 반도체 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 본 고안의 상기 전력용 반도체 소자는, 전계효과트랜지스터, 바이폴라트랜지스터 및 아이지비티 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 본 발명의 가장 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 고안의 위상제어방식에 따라 부하에 공급되는 전압파형도이다.

도 2에 보이는 바와 같이, 부하에 전압 충격이 없는 전력을 공급하기 위하여 본 고안이 제시하는 전력 공급 형태는 위상 제어의 전력 공급이 높은 전압에서 시작되는 것이 아니라 교류 형태로 공급되는 전압이 영전위가 되는 점에서 전원 공급을 시작하고, 전원의 반사이클 내에서 공급할 전력의 양에 따라 전원 공급이 설정량에 다다를 경우 전원 공급을 중단한다.

도 2는 상기에 설명한 조도설정부(330)에서 조절된 전원 전압이 부하에 공급될 때의 파형으로 교류 전원의 한 주기를 보여주고 있다. 부하에 공급되는 전압파형을 보면 전원전압이 영전위가 되는 시점(t0)에서 전원 전압이 공급되기 시작하므로 부하에 가해지는 전압 충격은 없다. 또한 전체적으로 공급되는 전력의 양은 전원이 공급되는 매 반 주기 동안에서 전력공급 차단시간(t1)을 조정하므로 조절 가능하다.

도 3은 본 고안에 따른 조명 제어 장치의 블록 구성도로서, 각 구성부에 대하여 설명하면 다음과 같다.

전원 입력부(310)에 외부로부터 상용 교류 전원이 입력되면, 전원 검출부(320)는 외부로부터 공급되는 전원 전압이 영전위가 되는 시점(t0)을 검출하여 전력 제어부로 전원 전압이 영전위가 되었음을 알리는 신호를 출력한다. 조도 설정부(330)는 인터 페이스와 관계되는 것으로 사람의 의지를 전력 제어부로 전달하는 역할을 한다. 즉, 사람이 원하는 밝기를 전기적인 신호로 변환하여 전력제어부(340)로 전달한다. 여기에는 여러 가지 방법들이 사용될 수 있는데, 포텐셜메타와 같이 아날로그 량으로 나타나는 신호를 디지털 량으로 변환할 수도 있고, 누름스위치와 같이 디지털 신호로 직접 사용할 수도 있으며, 무선 통신과 같은 방법이 사용될 수도 있다. 이런 방법들은 이미 무수히 많이 공지되어 있고, 너무 방대한 영역이므로 일일이 열거하기는 어려움이 있다.

전력 제어부(340)는 전원 검출부(320)에서 발생된 신호를 입력받아 스위치 구동부(350)로 스위치를 턴온 시키기 위한 신호를 출력한다. 또한, 전력제어부(340)는 조도 설정부(330)의 신호를 받아 전력공급 차단시간(t1)을 결정하여 전원 전압이 영전위가 되는 시점(t0) 이후 전력공급 차단시간(t1)에서 스위치부(370)의 스위치를 턴오프 시키기 위한 신호를 스위치 구동부로 출력한다. 한편, 전력 제어부(340)는 스위치 보호부(360)의 신호를 받아 스위치를 턴오프 시키기 위한 신호를 스위치 구동부(350)로 출력한다. 일반적으로, 전력 제어부(340)는 마이크로프로세서를 사용하여 구성 할 수도 있으며 반도체 집적회로에 의한 논리회로를 사용하여 구성할 수도 있다.

스위치 구동부(350)는 전력 제어부(340)의 신호를 받아 반도체로 구성된 스위치를 구동하는 역할을 한다. 스위치 구동부(350)는 스위치부(370)에 사용되는 소자의 종류에 따라 구성이 달라지며, 이에 대해서는 이미 많은 기술들이 공지되어 있으므로 설명을 생략하기로 한다.

스위치 보호부(360)는 스위치에 흐르는 전류를 감지하여 과전류가 흐를 경우 전력 제어부(340)로 과전류 검출 신호를 보내어 스위치를 턴오프시키기 위한 신호를 발생하게 하는 역할을 한다. 스위치 보호부(360)는 일반적으로 반도체 제조 메이커에 의하여 스위치 구동부(350)와 일체형으로 제조 판매되고 있어 추가적인 설명을 생략하기로 한다. 스위치 보호부(360)는 본 고안의 목적을 달성하기 위하여 반드시 필요한 것은 아니므로 전체적인 구성에서 생략되어도 본고안의 목적을 달성할 수 있다.

스위치부(370)는 임의적인 단속이 가능한 반도체 소자로 구성되며, 교류를 입력전원으로 사용하므로 양방향성 스위치 형태로 구성된다.

도 4는 본 고안에 따른 스위치부의 구체 회로도이고, 도 5는 본 고안에 따른 전원과 스위치부와 램프부의 연결도이다.

도 4의 작용을 설명하면, 노드1이 교류의 양전위 방향일 경우 노드2는 교류의 음전위 방향이 되므로, 전류는 D1->Q1->D4을 통과하여 부하 쪽으로 흐르고, 노드1이 교류의 음전위 방향일 경우 노드2는 교류의 양전위 방향이 되므로, 전류는 램프부(380)를 지나 D3->Q1->D2를 통과하여 노드1을 통해 흐른다. 그러므로, Q1의 턴온/턴오프에 의하여 전류의 흐름을 단속할 수 있게 된다. Q1은 전계효과트랜지스터(FET), 바이폴라트랜지스터(BJT), IGBT 등 부하에 흐르는 전류를 임의로 온/오프할 수 있는 전력용 반도체 소자이면 가능하고 어느 것에 한정될 필요는 없다.

램프부(380)는 일반적으로 백열등, 삼파장등, 할로겐등, 형광등의 형태가 예가 될 수 있으며 전압조절에 의하여 조도가 변하는 어떠한 형태의 조명등으로도 구성이 가능하다. 또한, 램프부(380)에는 필터가 같이 내장될 수도 있다.

도 6은 본 고안에 따른 전력제어부의 동작 흐름도로서, 전력제어부에 마이크로프로세서를 사용할 수도 있다.

본 고안의 전원 입력부에 공급되는 교류전압은 다음의 수학식1과 같이 나타낼 수 있다.

따라서, 반주기동안의 전력은 입력전압의 크기가 0인 t=t0로부터 조도 설정부(330)에서 설정된 전력에 따라 결정되는 t=t1까지 공급된다. 평균전력은 최대치 전압과 최대치 전류가 고정된 값이므로 턴온되는 시간(t)에 의해 결정된다. 마이크로프로세서를 사용하는 경우, 공급 전력은 마이크로프로세서 내부의 카운트를 시간(t)으로 매핑함으로써 결정될 수 있다.

위와 같이 마이크로프로세서의 동작을 설명하면 다음과 같다.

조도설정부(330)를 통해 전력 P값이 입력되면, 전력제어부에서는 매핑테이블을 이용하여 전력공급 차단시간(t1)을 확정하고, 순시치 전압의 위상이 t=t0인 시점을 인지하여 스위치부를 턴온시키도록 스위치구동부에 신호를 보낸다. 이후, 카운트가 증가되어 전력공급 차단시간(t=t1)에 해당하는 카운트에 이르게 되면 스위치부를 턴오프시키도록 스위치구동부에 신호를 내보낸다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 구성에 의해 본 고안은 부하에 전압충격을 주지 않으면서 전력을 연속적으로 조절할 수 있고, 또한 전압충격이 없기 때문에 소음이 거의 발생되지 않는 현저한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 교류전원을 입력받는 전원 입력부;

   상기 전원 입력부에 입력되는 전원의 영전위 위상을 검출하기 위한 전원 검출부;

   부하의 조도를 설정하기 위한 조도 설정부;

   상기 조도 설정부에서 설정한 조도치 만큼의 전력 공급을 상기 전원 검출부에서 검출된 영전위 위상으로부터 시작하기 위하여 상기 교류전원의 반주기 내에서 전력공급시간을 결정하여 출력하는 전력 제어부;

   상기 전력공급시간동안 하기 스위치부를 턴온시키는 신호를 출력하기 위한 스위치 구동부; 및

   상기 스위치 구동부의 출력신호에 응하여 상기 부하에 전달되는 전력을 단속하기 위한 스위치부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 스위치부는

   제1 노드와 제3 노드 사이에 순방향으로 연결된 제1 다이오드;

   제1 노드와 제4 노드 사이에 역방향으로 연결된 제2 다이오드;

   제3 노드와 제2 노드 사이에 역방향으로 연결된 제3 다이오드;

   제4 노드와 제2 노드 사이에 순방향으로 연결된 제4 다이오드; 및

   제3 노드로부터 제4 노드로 전류가 흐를 수 있도록 연결된 임의로 전류를 온/오프할 수 있는 전력용 반도체 소자

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 전력용 반도체 소자는

   전계효과트랜지스터, 바이폴라트랜지스터 및 아이지비티 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 조명 제어 장치.