KR20030077841A

KR20030077841A - 조광장치

Info

Publication number: KR20030077841A
Application number: KR1020020016791A
Authority: KR
Inventors: 채순범; 박창수
Original assignee: 주식회사 라이팅콘트롤
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-04

Abstract

본 발명은 형광등이나 백열등과 같은 광원의 조도를 조절하는 조광장치에 대한 것으로서, 제어신호발생부로부터 전달된 수신부의 조도 조절 신호에 따라 디머출력부를 전력제어하여 광원의 조도를 조절하되, 광원으로의 출력을 AC 위상검출부가 검출한 제로 크로스 포인트로부터 시작하여 수신부에 의한 조도 조절 신호에 대응하는 동안만 출력하여 전원의 전력을 위상제어하는 제어부를 갖는 조광장치를 제공한다.

Description

조광장치{dimming apparatus}

본 발명은 형광등이나 백열등과 같은 광원의 조도를 조절하는 조광장치에 대한 것이다.

일반적으로 조광장치(Dimming apparatus)는 형광등, 백열등, 램프 등 광원의 조도나 색채를 연속적으로 변화시키는 것이며 조도를 변화시키기 위해서는 단권 변압기에 다수의 인출선을 부착하고 이것을 변환시키거나 사이리스터(Thyrister) 등을 이용하여 전자적으로 하는 방법 등이 있다.

조광장치의 개발은 1962년 새로운 형태의 조광장치가 런던에서 공개되었으나 SCR 또는 사이리스터가 사용되는 조광장치는 정현파의 반 사이클을 잘라 내면서 램프에 흐르는 부하전류를 연속적으로 변화시키는 것으로 당시 새로운 기술은 아니고 열음극 방전관을 사용했던 이전의 제품에도 사용되었던 원리를 이용한 것으로 실험적으로 만들어 졌을 뿐 실용화되지는 못하였다.

사이리스터가 조명기기에 적합한 전력등급으로 개발되면서 실용화되기 시작하였으며 반 사이클마다 전류를 제어하여 1초에 100회 정도 부하전류를 스위칭할 수 있기에 이르렀다.

ON되는 주기를 늘이게 되면 빛이 밝아지고 줄이면 빛이 어두워지는 원리를 이용한 것이다.

사이리스터 조광장치는 기존 저항 조광장치, 오토 트랜스 및 마그네틱 조광장치보다 더 작고, 밝고, 빨랐으며 안정성과 온도에 영향을 받지 않는 높은 에너지 효율을 가진 것으로 당시로서는 광범위한 영역의 램프 소비전력의 제어와 원격제어에 아주 적합한 장치로 인정되었다.

종래의 사이리스터 조광장치의 기본구조는 도13에 도시된 바와 같이 스위칭소자를 SCR(G1)(G2)를 사용하고 소음과 고주파를 저감시키기 위하여 초크(Choke(I))를 사용한 것으로 동작원리는 사이리스터의 게이트단자(G1)(G2)에 게이트 펄스시그널(Gate Pulse Signal(S))이 입력되면 도통되어 전원의 극성이 반대가 될 때까지 유지되는 특성을 이용하여 교류전원(E)의 위상각을 제어하여 조명(R)을 통제하는 것이다.

a의 교류전원(E)에 b의 게이트 펄스(G1)와 (G2)에 입력되었을 경우 부하에 흐르는 전압과 전류는 (G1)의 게이트 펄스와 (G2)를 대비하여 전력을 부하에 크거나 작게 공급하여 조광조건을 얻게 되는데 이와 같이 게이트 펄스에 전자회로를 이용하여 임의의 각도에서 출력시킴으로써 조광제어가 가능케 한 것이다.

상기와 같이 사이리스터(Triac) 조광장치의 소자들은 램프의 전류가 상승하는 시점(트리거 포인트)에서 동시에, 제어신호에 의한 램프의 전력 제어기로 동작하게 되며 주전력 파형의 반 사이클이 끝날 때까지 계속 전류를 흘리게 되며 연속적으로 적정한 광도를 만들어 내기 위해 도14에 도시된 바와 같이 매 주기마다 스위칭한다.

상기와 같이 파형과 램프의 광도는 트리거 포인트를 감지하고 제어가 가능할 때만 출력되고 약간의 오차나 실수로 인한 소자의 파괴는 설치된 전체 시스템의 안정성을 위협하는 문제가 있다.

상기한 바와 같이 사이리스터 조광장치는 상당히 성공적으로 AC전력을 제어할 수 있지만 SCR이 스위칭하는 반주기 사이클동안에 일으키는 전기적 간섭으로 인해 주변의 기기들이 손상을 입고 심지어 심할 경우에는 전원측에도 다량의 고주파를 발생시키며 이로 인한 소음이나 고주파를 저감시키기 위하여 초크를 장치하지만 초크로 인한 전력손실, 가청주파수대의 노이즈 등으로 조광장치가 다량으로 설치되는 공연장 및 스튜디오에서는 심각한 문제점이 있었다.

그리고 도15는 사이리스터 조광장치의 위상각 90°에서 스위칭했을 때 파형을 도시한 것으로 전원전압이 400 일 때 스위칭으로 인한 전압상승이 약 25%이상 발생되고 초기의 돌입전류는 정격의 약 16배 정도에 이르는 것을 알 수 있다.

이러한 일반적인 조광장치의 문제점을 해결하기 위하여 다수의 조광장치들이 제안되었다.

대표적으로, (1)돌입전류(in rush current)를 조절하기 위한 FET1 소자(S1)와 FET2 소자(S2)를 상호 직렬로 접속시켜 램프(L)와 결합시키고 각각의 FET 소자(S1)(S2)에 역방향 전류를 방지하기 위하여 다이오드(D1)(D2)를 사용하고 제어신호(A)가 FET 소자(S1)(S2)의 게이트에 접속되게 한 것을 특징으로 하는 조광장치(공개특허 제2001-103990호)과, (2)제로크로스 검출부와 비교부와의 상호작용으로 교류전원을 직류신호원으로 가변시켜 선형으로 전력을 위상제어하는 조광제어회로(실용신안공고 제1990-2169호)가 제안되었다.

그러나, 이 제안된 조광장치 중 전자는 리버스 위상제어(reverse phase control)가 가능하나 정류회로를 거치지 않아 두개의 FET가 필요하고 돌입전류를 방지하기 위해 각각에 다이오드를 구비하고 있어 회로가 복잡해지는 문제점이 있을 뿐만 아니라 마이크로프로세서의 제어방법을 제시하지 못한 채 개념적인 제안에 머물렀다. 한편, 후자는 선형제어가 가능하나 비교부를 이용하여 교류전원을 직류신호원으로 변경시키는 문제점이 있었다.

또한, 이러한 종래의 조명장치들은 도1a에 도시한 바와 같이 내부의 회로들을 구동하기 위해 별도의 전원선을 광원으로부터 끌어와야 하므로 신축공사시에는 문제가 없지만, 이미 신축된 건물의 스위치를 조명장치로 교체할 때에는 건축공사상 어려운 문제점이 있었다. 이러한 어려움은 아파트나 오피스텔, 대형건물과 같이 전선이 건물 내에 매설된 경우 특히 가중되었다.

또한, 최근의 반도체 기술의 발달로 전력을 선형으로 위상제어하는 칩(chip)들이 개발되고 있으나, 이들을 조광장치에 응용할 필요성이 커짐에도 불구하고 이 칩들을 보조할 조광장치들이 제시되지 않고 있는 상황이었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점들을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명은 전력을 선형으로 위상제어할 수 있는 조광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은, 스위치를 대체하여 설치될 때 별도의 전원선을 끌어올 필요가 없도록 설계된 조광장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은, 고주파 잡음(EMI)이 발생하지 않거나 최소화할 수 있도록 전력을 리버스 위상제어할 수 있는 조광장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은, 최근에 활발하게 개발되고 있는 전력을 선형으로 위상제어할 수 있는 칩들을 응용할 수 있는 조광장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은, 교류위상의 제로 크로스 포인트(zero crosspoint)를 측정하여 정교하게 전력을 위상제어할 수 있는 조광장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은, 광원의 흑화현상을 제거하거나 최소화하여 광원의 수명을 연장시킬 수 있는 조광장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은, 출력전력의 역률을 개선할 수 있는 조광장치를 제공하는 것이다.

도1a는 종래의 조광장치의 설치상태도.

도1b는 본 발명의 일실시예에 따른 조광장치의 설치상태도

도2a 내지 도2d는 본 발명의 일실시예에 따른 조광장치의 스위치의 설치상태도.

도3a는 도2c의 IR수신부의 AA'선 단면도를, 도3b는 도2c의 조도조절스위치의 BB'선 단면도.

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 조광장치의 블럭도.

도5는 도4의 저전압구동부와 AC 위상검출부, IGBT 보호회로부, IGBT 출력부의 회로도.

도6은 도2에 도시한 수신부에 의한 전원점멸이나 조도조절 명령을 마이크로프로세서가 수신하였을 때 마이크로프로세서가 이를 처리하는 흐름도.

도7은 마이크로프로세서가 IGBT 출력부를 제어하여 전력을 위상제어하여 조도를 조절하는 흐름도.

도8은 인가되는 전력 중 도7에 의한 위상제어에 의해 조도가 조절되는 파형.

도9 내지 도11은 조도를 off시켰을 때와 조도를 50%로 조정했을때와 90%로 조정했을 때 반파정류된 정류부 출력파형과 AC 위상검출부 출력파형과, IGBT 출력부 출력파형.

도12는 본 발명에 따른 조광장치의 또다른 실시예의 일부 블럭도.

도13은 종래의 조광장치의 회로도.

도14는 종래의 포워드 위상제어시 파형의 일예.

도15는 종래의 포워드 위상제어시 돌입전류발생을 도시한 파형의 일예.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ***

20: 조명장치22: 광원(램프)

24: 스위치26: 노브

28: on/off스위치30: IR수신부

32: 조도조절스위치34: 반사체

36: 간격42: 저전압구동부

44: AC 위상검출부46: 마이크로프로세서

48: PWM 발생부50: IGBT 보호회로부

52: IGBT 출력부54: 정류부

60:방전램프 흑화현상 제거회로

62: 출력 역률 보상회로

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 광원의 조도를 조절하는 조광장치에 있어서, 조도 조절 신호를 수신하는 수신부와; 상기 수신부에 의해 수신된 조도 조절 신호를 제어부에 전달하는 제어신호발생부와, 전원과 연결되어 회로 전체에 일정한 임피던스를 형성하게 하여 회로 전체를 구동할 수 있는 전력을 제공하는 저전압구동부와; 전원과 연결되어 입력전원의 제로 크로스 포인트를 검출하여 이를 상기 제어부에 전달하는 AC 위상검출부와; 상기 광원에 전력을 공급하는 디머출력부와; 상기 제어신호발생부로부터 전달된 상기 수신부의 조도 조절 신호에 따라 상기 디머출력부를 전력제어하여 광원의 조도를 조절하되, 광원으로의 출력을 상기 AC 위상검출부가 검출한 제로 크로스 포인트로부터 시작하여 상기 수신부에 의한 조도 조절 신호에 대응하는 동안만 출력하여 전원의 전력을 위상제어하는 제어부를 갖는 조광장치를 제공한다.

한편, 본 발명은 상기 디머출력부는 IGBT를 포함하며, 상기 제어부는 상기 제로 크로스 포인트에 상기 IGBT를 on시킨 후, 상기 수신부에 의한 조도 조절 신호에 대응하는 시간 경과 후 상기 IGBT를 off시켜 전원의 전력을 위상제어할 수도 있다.

또한, 본 발명은, 상기 제어부와 상기 디머출력부 사이에 IGBT보호회로를 추가로 포함하여 상기 IGBT를 유도성부하로부터 보호할 수 있다.

또한, 상기 제어신호 발생부는 PWM발생회로를 포함하며, 상기 수신부는 스위치, IR수신부, 노보스위치 및 음성인식장치 중 어느 하나이며, 상기 제어신호 발생부는 PWM발생회로를 포함하여 상기 수신부의 입력신호를 PWM에 의해 상기 제어부에 전달할 수도 있다.

또한, 본 발명은, 교류 입력전원을 반파정류하는 정류부를 추가로 포함하며, 상기 IGBT가 한개여서 이 반파정류된 입력전원을 위상제어할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 광원은 방전램프이며, 상기 IGBT 보호회로와 상기 디머출력부사이에 상기 방전램프의 흑화를 방지하도록 초기 점등시 출력하게 하는 방전램프. 흑화현상 제거회로를 추가로 포함할 수도 있다.

또한, 본 발명은, 상기 디머출력부는 광원으로 출력 전에 찌그러진 파형을 성형하여 출력의 역률을 보상하는 출력 역률 보상회로를 추가로 포함할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 조광장치를 상세히 설명한다.

도1b는 본 발명의 일실시예에 따른 조광장치(20)의 설치상태도를 도시하고 있다.

도1b를 참조하면, 조광장치(20)는 전원과 한쪽으로 연결되어 있으며, 다른쪽으로 광원인 램프(22)와 연결되어 있다. 이 램프(22)는 전원으로부터 공통선(common line)이 연결되어 있다. 이 조광장치(20)는 램프(22)에 전원의 전력을 조절하여 제공하므로 램프(22)의 조도를 조절할 수 있게 된다. 한편, 조광장치(20)는 전원선으로부터 별도의 전력을 공급할 수 있는 전선이 연결되어 있지 않아 조광장치(20) 내부에 전류를 분배할 수 있도록 임피던스를 조절할 수 있는 회로가 존재하여야 함을 알 수 있다.

도2a 내지 도2d는 본 발명의 일실시예에 따른 조광장치(20)의 스위치(24)의 설치 상태를 도시하고 있다.

도2a에 도시한 스위치(24a)는 노브(26)을 갖고 있어 노브(26a)의 회전에 의하여 조광장치를 on/off시키고 광원(22)의 조도를 증감할 수 있다.

또한, 도2b에 도시한 스위치(24b)는 도2a와 동일한 노브(26b)를 포함하되 노브(26b)의 하부에 on/off스위치(28b)와 IR수신부(30b)를 갖고 있다. IR수신부(30b)는 리모콘으로부터 IR신호를 수신하여 조광장치(20)를 원격제어할 수 있게 한다.

도2c에 도시한 스위치(24c)는 on/off스위치(26c)와 IR수신부(30c)를 갖고있고, 이들 사이에 조도를 증감시킬 조도조절스위치(32c)를 포함하고 있다. 이 조도조절스위치(32c)의 한쪽 끝을 누르면, 조광장치(20)에 조도의 감소신호를 전달하고 다른 쪽 끝을 누르면 조도의 증가신호를 전달하게 된다.

도2d에 도시된 스위치(24d)는 on/off스위치(26d)와 조도조절스위치(32d)가 두개인 점에서 다른 스위치들과 다르다. 이를 통해 알 수 있듯이 본 발명에 따른 조광장치(24)는 다수의 광원(22)의 조도를 조절할 수 있음을 알 수 있다.

도3a는 도2c의 IR수신부(30c)의 AA'선 단면도를, 도3b는 도2c의 조도조절스위치(28)의 BB'선 단면도를 도시하고 있다. 다른 스위치들의 IR수신부(30)와 조도조절스위치(32)도 동일한 구조로 되어있다. 도3a를 참조하면, IR수신부(30)의 외부형태는 반원형상이다. IR수신부(30)의 내부에는 삼각형상의 반사체(34)가 존재하여 IR수신부(30)로 입사된 IR신호를 반사시킨다. 한편, 반사체(34)의 삼각형상은 좌우로 갈수록 높이가 작아 반원형상의 외부 형태와 균형을 이루고 있다. 반사체(34) 사이는 분리되어 간격(36)을 형성한다. IR신호는 일단 입사된 후 반사체(34)에 순차적으로 반사되어 간격(36)으로 향한다. 이러한 IR수신부(30)의 구조를 통해 넓은 각도에서 입사된 IR신호를 수신할 수 있어 조광장치(20)를 넓은 범위에서 리모콘을 이용해 원격제어할 수 있게 된다.

도3b를 참조하면, 조도조절스위치(28c)의 외부형태도 반원형상 또는 중앙부는 평평하되 양단부의 높이가 낮아지는 형상이다. 조도조절스위치(28c)의 하부에는 두개의 스위치(40a, 40b)가 존재한다. 스위치(40a, 40b) 각각은 조도의 증감 신호를 조광장치(20)에 전달하게 된다. 이처럼 조도조절스위치(28)의 외부형태에 의해 스위치를 잘못 누르는 실수를 줄일 수 있다.

도4는 조광장치(20)의 블럭도이다.

도4를 참조하면, 도1b에 도시한 전원의 한선은 조광장치(24)의 저전압구동부(42)와 AC 위상검출부(44)와 각각 연결된다. 저전압구동부(42)는 위에서 설명한 바와 같이 다른 전력선을 끌어오지 않고 전원의 전력만을 이용하여 조광장치(20)를 구동할 수 있도록 적절한 임피던스를 갖는다. 즉, 저전압구동부(42)와 나머지 조광장치(24)의 임피던스를 적절하게 조절하여 전류가 조광장치(20) 내부에 흐를 수 있도록 한다.

한편, AC 위상검출부(44)는 AC전원의 제로 크로스 포인트(zero cross point)를 검출하여 마이크로프로세서(46)에 전달한다. 이렇게 검출된 제로 크로스 포인트를 이용해 이후에 설명할 IGBT 출력부(52)의 트랜지스터(IGBT)를 정확하게 on시킨다. 이 마이크로프로세서(46)도 AC 위상검출부(44)와 연결되어 있는 한편, 저전압구동부(42)와도 연결되어 있다.

마이크로프로세서(46)는 PWM 발생부(48)와도 연결되어 있다. PWM 발생부(48)는 또한 도2에 도시한 스위치(24)의 노브(26)나 조도조절스위치(32)와 연결되어 있으며, IR수신부(30)와도 연결되어, 이들의 조작에 의해 PWM신호를 발생하여 마이크로프로세서(46)에 전달하므로, 마이크로프로세서(46)가 광원(22)의 조도를 제어할 수 있게 한다.

한편, 마이크로프로세서(46)는 IGBT 보호회로부(50)를 통해 IGBT 출력부(52)와 연결되어 있다. IGBT 출력부(52)는 마이크로프로세서(46)의 제어신호에 따라 내부의 트랜지스터(IGBT)를 on시켰다가 일정한 위상에 도달하면(다시 말해 일정한 시간이 경과하며) 트랜지스터(IGBT)를 off시킨다. 이때 on되는 시점은 AC 위상검출부(44)에서 검출된 제로 크로스 포인트와 일치하게 하고, 위상은 PWM 발생부(48)에서 전달된 신호에 대응하도록 하여, 위상에 따라 램프(22)의 조도를 조절하게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 조광장치(20)에는 전원과 조광장치(20) 사이에 도4에 도시하지 않은 정류부를 구비하여 반파전력을 제어하므로 IGBT 출력부(52)에 한개의 IGBT만을 구비하면 되지만, 정류부를 두지 않아 IGBT를 두개 병렬로 연결하여 위상제어할 수 있도록 구성할 수도 있다.

한편, IGBT 보호회로부(50)는 IGBT 출력부(52)의 내압 이상의 전압에 유기되는 순간 전력의 공급을 차단(isolation)하여 IGBT의 손상을 방지한다. 즉, IGBT 보호회로부(50)는 IGBT를 유도성부하 또는 돌입전류(in rush current)로부터 보호하는 역할을 한다.

그 외, IGBT 출력부(52)는 마이크로프로세서(46)에 피드백신호(feedback signal)를 피드백하므로 PWM출력부(48)의 신호와 IGBT 출력부(52)의 출력을 비교하므로 마이크로프로세서(46)가 위상제어상태를 검증할 수 있도록 한다.

도5는 도4의 저전압구동부(42)와 AC 위상검출부(44), IGBT 보호회로부(50), IGBT 출력부(52)의 회로의 일예를 도시하고 있다. 도5에는 도4에서 도시하지 않은 정류부(54)를 도시하고 있다.

도5를 참조하면, 저전압구동부(42)는 도5와 같이 다이오드를 통해 한방향으로만 전류가 흐르게 한다. 또한, 저항을 통해 전류를 낮추고, 제너다이오드로 일정한 DC전압을 유지하고, 캐패시터로 평활하여 안정된 DC 전원을 형성한다.

AC 위상검출부(44)는 도5와 같이 저항을 통해 전류를 낮추고 제너다이오드를 통해 낮은 전압으로 만든 후 캐패시터를 통해 EMI 리플을 없애고 트랜지스터를 통해 완벽한 펄스형태의 파형으로 만들어 제로 크로스 포인트를 마이크로프로세서(46)가 인식할 수 있는 5V 레벨의 펄스로 성형한다.

IGBT 보호회로부(50)는 마이크로프로세서(46)에서 출력된 위상제어 신호로 저전압구동부((44)의 전원을 단속하여 IGBT의 게이트를 구동하게 되며, 다이오드를 통해 신속히 IGBT의 게이트를 충전하여 구동하고 저항을 통해 천천히 방전하게 함으로서 완만한 위상출력을 제어하게 된다. 또한, 제너다이오드는 IGBT 게이트에 내압 이상의 전압이 가해졌을 때 IGBT를 보호한다.

IGBT 출력부(52)는 도5와 같이 저항, 캐패시터에 의해 IGBT의 콜렉터와 이미터 사이에의 가해질 수 있는 돌입전류로부터 보호한다.

정류부(54)는 다이오드 4개가 브릿지를 구성하여 반파정류한다.

도6은 도2에 도시한 스위치(24)나 on/off스위치(28), IR수신부(30)와 같은 수신부에 의한 전원점멸이나 조도조절 명령을 마이크로프로세서(46)가 수신하였을 때 마이크로프로세서(46)가 이를 처리하는 과정을 도시하고 있다.

도6을 참조하면, 마이크로프로세서(46)가 초기화되어 있는 상태(s10)에서 수신부(24, 26, 28, 30)로부터 on/off키 입력을 받게되면(s12), 마이크로프로세서(46)는 먼저 현재 상태를 확인한 후(s14), 현재 상태가 off이면on상태로 전환하고(s16), 현재 상태가 on이면 off상태로 전환한다(s18).

또한, 마이크로프로세서(46)가 초기화되어 있는 원상태(s10)에서 수신부(24, 26, 28, 30)로부터 on/off키 입력을 받지 않은 상태이면, 조도 증가 또는 감소 명령인지 판단한 후(s20), 조도 증가 명령(up키 입력)을 받게 되면, 광원의 밝기가 증가하도록 제어하며(s22), 조도 감소 명령(down키 입력)을 받게 되면, 광원의 밝기가 감소하도록 제어한다(s24).

도7은 마이크로프로세서(46)가 IGBT 출력부(52)를 제어하여 전력을 위상제어하여 조도를 조절하는 흐름도이며, 도8은 인가되는 전력 중 도7에 의한 위상제어에 의해 조도가 조절되는 파형을 도시하고 있다.

도7 및 도8을 참조하면, 마이크로프로세서(46)가 초기화되어 있는 상태(s30)에서, AC 위상검출부(44)로부터 제로 크로스 포인트를 검출(s32)하여 제로 크로스 포인트 상태인 경우 IGBT 출력부(52)의 IGBT를 on시킨다(s34). 도2의 스위치(24)와 같은 수신부로부터 입력된 조도의 정도에 해당하는 시간이 되었는지 판단(s36)하여, 그 시간에 도달하지 않았으면, IGBT의 on상태를 유지하고, 그 시간에 도달하였으면 IGBT를 off(s38)시킨 후 다시 제로 크로스 포인트인지를 판단하여 위 과정을 반복한다. 이와 같은 IGBT 출력부(52)의 IGBT 동작에 의해 전력을 선형으로 위상제어하여 램프(22)의 조도를 정밀하게 조절할 수 있다.

도8에서 제로 크로스 포인트에서 IGBT 출력부(52)의 IGBT가 on상태인 것을 빗금으로 표시하였다. 도8을 통해 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른조광장치(20)는 IGBT를 사용하여 위상제어 중 리버스 위상제어(reverse phase control) 방식을 사용하므로 SCR이나 Triac을 사용하여 포워드 위상제어(forward phase control) 방식의 문제점이던 고주파 잡음(EMI)과 음향잡음을 최소화하거나 제거할 수 있는 장점이 있다. 포워드 위상제어 방식은 도도15에 도시한 바와 같이 SCR이나 Triac을 ON시킬 때 과도전류가 발생하여 고주파 잡음이나 음향잡음을 발생할 수밖에 없는데, 본 발명은 리버스 위상제어 방식을 사용하므로 이런 문제점들을 제거하였다.

도9 내지 도11은 조도를 off시켰을 때와 조도를 50%로 조정했을때와 90%로 조정했을 때 반파정류된 정류부(54) 출력파형과 AC 위상검출부(44) 출력파형과, IGBT 출력부(52) 출력파형을 각각 a, b, c 순서로 도시하고 있다. 각 파형을 측정한 위치를 도5를 통해 살펴보면, 정류부(54) 출력은 도5의 A점에서, AC 위상검출부(44) 출력은 도5의 B점에서, IGBT 출력부(52) 출력은 도5의 C점에서 측정한 것이다.

도9a 및 도10a, 도11a를 참조하면, off시켰을 때 전력을 전혀 사용하지 않다가 조도가 50%, 90%로 증감함에 따라 전력을 그 비율만큼 사용함을 알 수 있다. 이를 통해 광원의 조도를 낮추었을 때 전력소모를 줄일 수 있다.

도9b 및 도10b, 도11b를 참조하면, 각각 AC 위상검출부(44)가 입력전원의 제로 크로스 포인트를 검출함을 알 수 있다. 검출된 입력전원의 제로 크로스 포인트는 마이크로프로세서(46)에 입력되어 위상제어에 이용된다.

도9c 및 도10c, 도11c를 참조하면, IGBT 출력부(52)의 출력전압이 제로였다가 조도를 50%, 90%로 증가함에 따라 출력전압이 증가하는 것을 알 수 있다.

이상, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 조광장치(20)를 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

도12를 참조하면, 본 발명에 따른 조광장치(20)는 IGBT 보호회로부(50)와 IGBT 출력부(52) 사이에 방전램프 흑화현상 제거회로(60)를 추가로 포함할 수 있다. 흑화현상 제거회로(60)는 광원(22)이 방전 램프인 경우에 방전 램프 특성상 초기 점등시 최대값을 출력하게 하는 기능을 한다. 다시 말해 흑화현상 제거회로(60)는 점등시간을 3.5~4초간 지연시켜 방전램프의 흑화현상을 방지하고, 램프의 수명을 연장시킬 수 있다. 이 흑화현상 제거회로(60)는 회로적으로 구현할 수도 있으나, 소프트웨어적으로 점등시 최대전력을 출력하도록 마이크로프로세서를 프로그래밍하므로 구현할 수도 있다.

도12를 다시 참조하면, 본 발명에 따른 조광장치(20)는 IGBT 출력부(52) 다음에 출력 역률 보상회로(62)를 추가로 포함할 수 있다. 이 출력 역률 보상회로(62)는 IGBT 출력부(52)로부터 출력되는 파형이 찌그러져 있으므로, 찌그러진 출력파형을 정현파로 성형하는 일종의 정현파 성형회로이다. 이 회로(62)를 통해 역률을 90%이상 보상하므로 효율을 증대시킬 수 있다.

한편, 수신부로써 노브스위치, up/down스위치, IR수신부만을 설명하였으나, 다른 형태의 수신수단도 본 발명에 포함된다. 예를 들면 최근에 개발되고 있는 인터넷 빌딩이나 인텔리젼트 빌딩의 경우 유무선망을 이용하여 옥내외 전기기구들이나 브라인드 등을 음성을 이용하여 조절하고 있다. 이때 음성인식부를 구비한 수신부를 추가하므로, 음성을 통해 조도를 조절할 수도 있다. 즉 '조도 50%'라고 사용자가 말을 하게 되면 음성인식부가 이를 인식하여 도4에 도시한 PWM 발생부(48)가 이에 해당하는 신호를 마이크로프로세서(46)에 전달하므로 음성에 의한 램프(22)의 조도 조절이 가능해진다.

또한, 상기 일실시예에서 디머출력부가 IGBT를 포함하는 IGBT 출력부인 것으로 설명하였으나, IGBT 이외에 리버스 위상제거가 가능한 현재 또는 미래의 칩들을 사용하여 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 다만, 다른 칩을 사용할 경우 각 회로부들도 그 칩에 맞게 설계되어야 하는데 이는 당업자라면 용이하게 구현할 수 있다.

또한, 상기 일실시예에서 제호신호발생부가 PWM발생부인 것으로 설명하였으나, PWM 이외의 통신방법을 사용하므로 수신부로부터 마이크로프로세서로 수신신호를 전달할 수 있다.

또한, 상기 일실시예에서 방전램프나 백열등 등 조명장치를 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 조명장치 또는 조명 제어회로에 제한되지 않고 모터장치 또는 모터 제어회로나 전열기구 또는 모터 제어회로에도 광원 대신에 모터나 전열기구로 대체하고 다른 구성요소들을 동일하게 하거나 각 회로에 맞게 변경하여 구현할 수 있다.

이상과 같은 구성에 따라, 본 발명에 따른 조광장치는 전력을 선형으로 위상제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 조광장치는, 내부에 임피던스를 적절히 조정하여 스위치를 대체하여 설치될 때 별도의 전원선을 끌어올 필요가 없도록 설계될 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 조광장치는, 고주파 잡음(EMI)이 발생하지 않거나 최소화할 수 있도록 전력을 리버스 위상제어할 수 있는 조광장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 조광장치는, 최근에 활발하게 개발되고 있는 전력을 선형으로 위상제어할 수 있는 칩들을 응용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 조광장치는, 교류위상의 제로 크로스 포인트(zero cross point)를 측정하여 정교하게 전력을 위상제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 조광장치는, 광원의 흑화현상을 제거하거나 최소하하여 광원의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 조광장치는, 램프의 입력파형을 성형하여 출력전력의 역률을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims

광원의 조도를 조절하는 조광장치에 있어서,

조도 조절 신호를 수신하는 수신부와;

상기 수신부에 의해 수신된 조도 조절 신호를 제어부에 전달하는 제어신호발생부와,

전원과 연결되어 회로 전체에 일정한 임피던스를 형성하게 하여 회로 전체를 구동할 수 있는 전력을 제공하는 저전압구동부와;

전원과 연결되어 입력전원의 제로 크로스 포인트를 검출하여 이를 상기 제어부에 전달하는 AC 위상검출부와;

상기 광원에 전력을 공급하는 디머출력부와;

상기 제어신호발생부로부터 전달된 상기 수신부의 조도 조절 신호에 따라 상기 디머출력부를 전력제어하여 광원의 조도를 조절하되, 광원으로의 출력을 상기 AC 위상검출부가 검출한 제로 크로스 포인트로부터 시작하여 상기 수신부에 의한 조도 조절 신호에 대응하는 동안만 출력하여 전원의 전력을 위상제어하는 제어부를 갖는 조광장치.
제1항에 있어서,

상기 디머출력부는 IGBT를 포함하며,

상기 제어부는 상기 제로 크로스 포인트에 상기 IGBT를 on시킨 후, 상기 수신부에 의한 조도 조절 신호에 대응하는 시간 경과 후 상기 IGBT를 off시켜 전원의 전력을 위상제어하는 것을 특징으로 하는 조광장치.
제2항에 있어서,

상기 제어부와 상기 디머출력부 사이에 IGBT보호회로를 추가로 포함하여 상기 IGBT를 유도성부하로부터 보호하는 것을 특징으로 하는 조광장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어신호발생부는 PWM 발생회로를 포함하며,

상기 수신부는 스위치, IR수신부, 노보스위치 및 음성인식장치 중 어느 하나이며,

상기 제어신호발생부는 PWM 발생회로를 포함하여 상기 수신부의 입력신호를 PWM에 의해 상기 제어부에 전달하는 것을 특징으로 하는 조광장치.
제4항에 있어서,

교류 입력전원을 반파정류하는 정류부를 추가로 포함하며,

상기 IGBT가 한개여서 이 반파정류된 입력전원을 위상제어하는 것을 특징으로 하는 조광장치.
제4항에 있어서,

상기 광원은 방전램프, 백열등 중 어느 하나이며,

상기 IGBT 보호회로와 상기 디머출력부 사이에 상기 방전램프 또는 백열등 중 어느 하나의 흑화를 방지하도록 초기 점등시 출력하게 하는 방전램프 흑화현상 제거회로를 추가로 포함하는 조광장치.
제4항에 있어서,

상기 디머출력부는 광원으로 출력 전에 찌그러진 파형을 성형하여 출력의 역률을 보상하는 출력 역률 보상회로를 추가로 포함하는 조광회로.