KR20080076558A - 지그비를 이용한 ｈｉｄ 램프용 안정기 제어시스템 - Google Patents

지그비를 이용한 ｈｉｄ 램프용 안정기 제어시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지그비를 이용한 HID 램프용 자기식 안정기 제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 HID 램프용 자기식 안정기에 각각 용량이 다른 다수개의 콘덴서(condenser) 또는 초크코일(choke coil)을 장착하여, 상기 다수개의 콘덴서 또는 초크코일(choke coil)의 용량의 변화에 따라 조도조절이 가능하도록 전자식 스위치부를 구비하고, 지그비(zigbee) 기반의 주파수를 사용하는 RF 송신/수신 수단을 포함하여, 무선 원격통신으로 HID 램프의 점소등 및 조도제어가 가능하도록 하는 HID 램프용 제어시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 HID 램프 및 안정기의 동작상태를 통신 모듈을 통하여 양방향으로 제어할 수 있으며, HID 램프 또는 안정기의 동작 이상유무를 자동으로 이를 감지하여 사용자에게 알려주므로써, 번거로운 확인작업이 필요하지 않아 가로등, 터널등, 공장전등, 창고 전등, 경관 조명 등에 다양하게 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 상황에 맞는 조도조절로 에너지 절약 차원에서도 큰 효과를 얻을 수 있다.
지그비, HID 램프, 제어, 조도, 디밍, 원격제어

Description

지그비를 이용한 ＨＩＤ 램프용 안정기 제어시스템{Ballast Control System for HID Lamp Using Zigbee}
도 1은 본 발명에 따른 지그비를 이용한 HID 램프용 안정기 제어시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지그비를 이용한 HID 램프용 안정기 제어시스템의 전자식 스위치부와 정전력형 자기식 안정기와의 결선을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 지그비를 이용한 HID 램프용 안정기 제어시스템의 전자식 스위치부와 초크코일형 자기식 안정기와의 결선을 도시한 것이다.
도 4는 일반적인 HID 램프용 초크코일형 자기식 안정기의 회로를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 이그나이터 내장 초크코일형 자기식 안정기의 회로를 나타낸 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 지그비 모듈 2: 컴퓨터
3: RS-232 드라이버 5: 관리 시스템 모듈
10: 무선 제어 모듈 15: 전원부
20: 지그비 무선 모듈 21: 지그비 통신부
22: CPU 제어부 23: 충전용 배터리부
25: 어플리케이션 보드 26: 전압감지 센서
27: 전류감지 센서 28: 온도감지 센서
30: 전자식 스위치부 31: 전자식스위치 릴레이1
32: 전자식스위치 릴레이2 33: 전자식스위치 릴레이3
34: 전자식스위치 릴레이4 35: 안테나
36: 방전회로 40: 외부 센서 모듈
41: 조도감지 센서 42: 동작감지 센서
50: 자기식 안정기부 51: 방전용 저항
52: 콘덴서1 53: 콘덴서2
54: 콘덴서3 55: 오토트랜스
60: HID 램프 90: 초크코일
95: 이그나이터
발명의 분야
본 발명은 지그비를 이용한 HID 램프용 자기식 안정기 제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 HID 램프용 자기식 안정기에 각각 용량이 다른 다수개의 콘덴서 또는 초크코일을 장착하여, 상기 다수개의 콘덴서 또는 초크코일의 용량의 변화에 따라 조도조절이 가능하도록 전자식 스위치부를 구비하고, 지그비(zigbee) 기반의 주파수를 사용하는 RF 송신/수신 수단을 포함하여, 무선 원격통신으로 HID 램프의 점소등 및 조도제어가 가능하도록 하는 HID 램프용 제어시스템에 관한 것이다.
발명의 배경
HID(high intensity discharge)램프는 고강도 방전 램프로서, 발광관 내에 고압의 제논가스와 금속 화합물이 여기 방전되어 빛을 발생시킨다. HID 램프는 특수하게 설계된 안정기와 순간 고압을 발생하는 스타터에 의해 점등되며, 메탈할라이드(metal halide) 램프, 고압나트륨(high pressure sodium) 램프, 고압 수은(high pressure mercury vapor) 램프 등이 있다. HID 램프는 점등시 발광관 내의 전자와 금속원자가 충돌하여 방전시 발광관 내의 금속화합물이 고유의 빛을 발산하며, 제논 가스가 주변의 자외선과 전자파를 소멸시키기 때문에 노란색이 아닌 연색성이 좋고 자연광에 가까운 백색광을 발생시킨다.
또한, HID 램프는 필라멘트가 없고 발광관 안의 양쪽 끝단에 방전을 위한 텅스텐 전극이 고정되어 있어, 필라멘트의 단선으로 인한 램프의 번거로운 교체가 없으며, 수명은 할로겐 램프의 5배 이상이다. HID 램프는 할로겐 램프에 비해 40%정도 낮은 전력으로도 안정된 작동을 시킬 수 있어, 최근 에너지 절약 측면과 환경문 제 측면에서 산업용 조명시장을 중심으로 HID 램프에 개량과 사용에 대한 관심이 집중되고 있다.
이러한 HID 램프는 점등시 방전개시를 위하여 초기에 방전개시 전압 이상의 고압을 인가시키는 안정기(ballast)를 통하여 구동된다. 상기 HID 램프용 안정기는 크게 자기식과 전자식 안정기로 나눌 수 있다. 자기식 안정기는 별도의 콘트롤부가 없기 때문에 구조가 간단하고 원가가 낮으며 고장률이 적은 장점이 있는 반면, 조도조절이 어렵고, 전자식 안정기는 전압 조정을 통한 디밍(dimming) 회로를 구성하여 순차적인 조도조절이 가능 하나, 출력 전압이 낮아져 램프의 점등이 불안정하고 수명이 짧아지는 문제점과 전자부품이 많이 사용되기 때문에 원가가 높고 고장이 잦은 단점이 있다. 이에, 조도조절이 가능한 자기식 안정기의 개발이 요구되고 있다.
한편, 근래에는 조명의 인테리어적 측면이 강조됨에 따라, 한 공간 내에서도 다수의 조명 및 다양한 종류의 조명이 사용되고 있다. 또한 산업현장의 경우, 단일 작업장 내에서도 채광이 좋아 낮 시간 동안 별도의 조명이 필요 없는 구역이 있는 반면, 낮 시간에도 조명을 100% 조도로 켜 놓아야하는 구역이나 100%의 조도는 아니더라도 일정 이상의 조도를 더 필요로 하는 구역이 발생할 수 있다. 이에, 다수의 조명과 다양한 종류의 조명을 사용함에 따라 낭비되는 에너지를 절약하고 분위기나 필요에 따른 연출을 위해 램프의 조도 제어가 되고 있다. 이러한 조도제어는 HID 램프의 조도제어를 위해 사용할 경우, HID 램프가 기존에 가지고 있던 환경적인 측면과 에너지적인 측면의 장점에 조도제어를 사용함에 따라 에너지를 절약하고 분위기나 필요에 따라 연출을 할 수 있다는 장점을 부가함으로써, 획기적인 에너지 절약 효과와 환경 문제 개선에 이바지할 수 있다.
이에, 일부 해외 업체에서는 전자식 안정기에 전압을 제어함으로써, HID 램프의 조도를 조절할 수 있는 디밍 안정기를 개발한 바 있으나, 출력 전압이 낮아져 램프의 점등이 불안정하고 수명이 짧아지는 문제점이 있다.
또한, 종래의 HID 램프는 불필요한 시점에 점등되어 초저녁이나 한밤중에 동일한 밝기로 점등되기 때문에 전력이 낭비되고 있고, HID 램프를 원격제어할 수 없어 램프가 고장인 상태에도 지속적으로 안정기에 전원이 공급되어 무부하 손실에 의한 에너지 낭비가 심하며, 비가 오는 날이나 습기가 많은 날에는 점등되지 않는 안정기 부위에서 고전압 스파크가 발생하는 문제점이 있고, 램프만 고장이 발생한 경우 안정기는 정상임에도 불구하고 고압의 펄스전압의 영향으로 결국 정상상태인 안정기의 시동회로에까지 고장이 발생하게 된다.
따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 실용신안 제0385296호는 GPS모듈을 이용하여 위도와 경도 데이터를 입력받아, 마이크로프로세서의 일출 일몰 프로그램을 이용하여 스스로 일출시간과 일몰시간을 계산하여 조명 장치의 온/오프(on/off) 시간을 자동으로 결정할 수 있는 조명제어가 가능한 장치를 고안하였으나, 램프를 제어하는 장치로 GPS를 사용하기 때문에 기상 조건이 나쁜 경우에 GPS의 연결이 끊어져 효과적으로 조명제어를 할 수 없는 단점이 있고, 대한민국 실용신안 제0415595호는 저전력을 사용하는 지그비(zigbee) 무선네트워크를 사용하였으나, 지그비(zigbee) 무선네트워크로 램프의 점소등 제어만을 수행하기 때문에 램프의 조도조절은 불가능한 문제점이 있다.
따라서, 주위의 밝기에 따라서 조도조절이 가능하고, 램프의 동작 및 고장상태와 교체시점을 용이하게 파악할 수 있는 HID 램프용 안정기제어 시스템의 개발이 절실하다.
이에, 본 발명자는 종래 기술의 단점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 저가의 HID 램프용 자기식 안정기에 각각 용량이 다른 다수개의 콘덴서 또는 초크코일을 장착하고, 상기 콘덴서 또는 초크코일의 용량의 변화에 따라 조도조절이 가능하도록 전자식 스위치부를 구비한 다음, 지그비(zigbee) 기반의 주파수를 사용하는 RF 송신/수신 수단을 구성한 결과, 무선 원격제어로 HID 램프의 점소등 및 조도조절이 가능하고, 램프의 이상유무 및 교체시점을 용이하게 파악할 수 있음을 확인하므로써, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 주된 목적은 원격으로 HID 램프의 동작을 제어하고, HID 램프의 이상유무 및 교체시점을 용이하게 확인할 수 있는 지그비(zigbee)를 이용한 HID 램프용 자기식 안정기 제어시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 지그비 통신 기반하에 HID 램프 제어 신호를 출력하는 관리 시스템 모듈(5); 상기 관리 시스템 모듈(5)과 양 방향으로 통신하여 HID 램프를 제어시키는 무선 제어 모듈(10); 및 상기 무선 제어 모듈(10)로부터 선택되는 다수개의 역율 개선 콘덴서가 구비되어 안정적인 전력을 공급하는 정전기형 자기식 안정기부(50)를 포함하는 HID 램프용 정전력형 자기식 안정기 제어 시스템을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 무선 제어 모듈(10)은 상기 관리 시스템 모듈(5)과 양방향 통신으로 제어신호를 송수신하는 지그비 무선 모듈(20); HID 램프 상태를 감지하는 하나 또는 그 이상의 센서가 구비된 어플리케이션 보드(25); 상기 지그비 무선모듈(20) 및 어플리케이션 보드(25)가 출력하는 신호에 따라 HID 램프에 인가되는 전원을 제어하는 전자식 스위치부(30); 및 상기 지그비 무선모듈(20), 어플리케이션 보드(25) 및 전자식 스위치부(30)에 전원을 공급하는 전원부(15)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 무선 제어 모듈(10)은 조도 및 사람이나 사물의 동작을 감지하는 하나 또는 그 이상의 센서가 구비된 외부센서모듈(40)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 지그비 무선 모듈(20)은 HID 램프의 제어신호 처리를 담당하여 관리 시스템 모듈(5), 어플리케이션 보드(25) 및 외부센서모듈(40)의 신호에 따라 전자식 스위치부(30)를 제어하는 CPU 제어부(22); 상기 CPU 제어부(22)에서 처리된 정보를 지그비 기반하에 상기 관리 시스템 모듈(5)과 양방향으로 무선 통신하는 지그비 통신부(21); 및 상기 CPU 제어부(22) 및 지그비 통신부(21)에 전원을 인가하는 충전용 배터리부(23)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 정전기형 자기식 안정기부는 방전용 저항이 연결되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 정전기형 자기식 안정기부는 각기 다른 용량의 역율 개선 콘덴서의 조합에 따라 HID 램프의 조도조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 또한, 지그비 통신 기반하에 HID 램프 제어 신호를 출력하는 관리 시스템 모듈(5); 상기 관리 시스템 모듈(5)과 양방향으로 통신하여 HID 램프(60)를 제어시키는 무선 제어 모듈(10); 및 상기 무선 제어 모듈(10)로부터 선택되는 다수개의 초크코일이 구비되어 안정적인 전력을 공급하는 초크코일형 자기식 안정기부(50)를 포함하는 HID 램프용 초크코일형 자기식 안정기 제어 시스템을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 무선 제어 모듈(10)은 상기 관리 시스템 모듈(5)과 양방향 통신으로 제어신호 등을 송수신하는 지그비 무선 모듈(20); HID 램프의 상태를 감지하는 하나 또는 그 이상의 센서가 구비된 어플리케이션 보드(25); 상기 지그비 무선모듈(20) 및 어플리케이션 보드(25)의 신호에 따라 HID 램프에 인가되는 전원을 제어하는 전자식 스위치부(30); 및 상기 지그비 무선모듈(20), 어플리케이션 보드(25) 및 전자식 스위치부(30)에 전원을 공급하는 전원부(15)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 무선 제어 모듈(10)은 조도 및 사람이나 사물의 동작을 감지하는 하나 또는 그 이상의 센서가 구비된 외부센서모듈(40)을 추가로 포 함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전자식 스위치부(30)는 HID 램프의 조도조절시의 전자식 스위치 릴레이 동작속도가 5ms~50ms인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 지그비 무선 모듈(20)은 HID 램프의 제어신호 처리를 담당하여 관리 시스템 모듈(5), 어플리케이션 보드(25) 및 외부센서모듈(40)의 신호에 따라 전자식 스위치부(30)를 제어하는 CPU 제어부(22); 상기 CPU 제어부(22)에서 처리된 정보를 지그비 기반하에 상기 관리 시스템 모듈(5)과 양방향으로 무선 통신하는 지그비 통신부(21); 및 상기 CPU 제어부(22) 및 지그비 통신부(21)에 전원을 인가하는 충전용 배터리부(23)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 정전기형 자기식 안정기부는 각기 다른 용량의 초크코일(90)의 조합에 따라 HID 램프의 조도 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 지그비(zigbee) 무선 통신 기술을 이용하여 HID 램프의 점소등, 조도조절, 누점감지 및 차단, HID 램프의 이상유무 감지, 안정기의 이상유무, 온도감지, 출력전압 및 전류 감지 등을 수행할 수 있는 HID 램프용 자기식 안정기 제어시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 지그비(zigbee)는 IEEE 802.15.4에 기반한 하드웨어와 소프트웨어 표준규격이다. 상기 지그비는 1~100m의 짧은 거리에서 20~250kbps의 속도로 데이터를 전송할 수 있고, 지그비의 가장 주목할 만한 특징 중 하나는 바로 저전력 소모로써, 외부에서 신호를 보낼 때까지 휴면 모드로 유지되어 전력 소모가 매우 낮기 때문에 배터리가 수개월에서 수년간 지속 될 수 있으며, 블루투스나 무선랜 프로토콜보다 훨씬 간단하여 소형화에 유리하고, 그에 따른 시스템에 지그비를 구현하는 비용 또한 저렴하다는 장점이 있다.
또한, 지그비 통신 모드가 마스터-슬레이브 방식을 기본으로 하고 있지만, 메쉬 모드(mesh mode)라 불리우는 점대점 방식의 네트워킹이 가능하여 하나의 대역 내에 수용되어 있는 수많은 기기들이 동일한 레벨로서 상호 양방향 통신을 하게 된다는 장점이 있다. 지그비에 대하여 개략적으로 전술한 바 있지만 보다 구체적으로 보충 설명하자면, 지그비는 저속 전송속도를 갖는 홈오토메이션 및 데이터 네트웨크를 위한 표준기술로서 버튼 하나의 동작으로 각종 장치의 원격제어가 가능하고 인터넷을 통한 전화 접속으로 홈 오토메이션을 더욱 편리하게 이용하려는 것에서 부터 출발한다. IEEE 802.15.4 Task Group에서는 PHY, MAC의 표준화를 진행하고 있고, 지그비 연합(zigbee alliance)에서는 PHY, MAC, Data Link, Net work, Application layer까지 표준화를 진행하고 있다. 듀얼 PHY 형태로 주파수 대역은 2.4GHz, 868/915MHz를 사용하고, 모뎀방식은 DSSS(direct sequence spread spectrum), MAC는 CSMA/CA를 사용하며, 데이터 전송속도는 20kbps~250kps까지 가능하다. 통신 가능 거리는 약 100~500m 이고, 전력 소모량은 500μW 이하의 저전력을 소모한다.
본 발명은 상기와 같은 지그비 기반 기술을 토대로 사무실, 공장 또는 가정 에서 무선주파수 통신으로 HID 램프를 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지그비를 이용한 HID 램프용 자기식 안정기 제어시스템을 개략적으로 나타낸 것으로, 지그비 통신 기반하에 전등 제어 신호를 출력하는 관리 시스템 모듈(5), 지그비 통신 기반하에 상기 관리 시스템 모듈(5)과 양 방향 통신하여 HID 램프를 제어하는 무선 제어 모듈(10) 및 상기 무선 제어 모듈(10)로부터 선택되는 다수개의 역율 개선 콘덴서 또는 다수개의 초크코일이 구비되어 안정적으로 전력을 공급하는 자기식 안정기부(50)로 구성된다.
상기 무선 제어 모듈(10)은 지그비 통신을 지원하여 상기 관리 시스템 모듈(5)과 양 방향통신으로 제어신호를 송수신하는 지그비 무선 모듈(20), HID 램프의 상태를 감지하는, 하나 또는 그 이상의 센서가 구비된 어플리케이션 보드(25), 및 상기 지그비 무선 모듈(20), 어플리케이션 보드(25)가 출력하는 신호에 따라 HID 램프에 인가되는 전원을 제어하는 전자식 스위치부(30) 및 상기 지그비 무선 모듈(20), 어플리케이션 보드(25) 및 전자식 스위치부(30)에 전원을 인가하는 전원부(15)를 구비한다.
또한, 본 발명의 HID 램프용 자기식 안정기 제어시스템은 조도 및 사람이나 사물의 동작을 감지하는, 하나 또는 그 이상의 센서가 구비된 외부센서모듈(40)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 지그비 무선 모듈(20)은 HID 램프의 제어신호 처리를 담당하여 관리 시스템 모듈(5), 어플리케이션 보드(25) 및 외부센서모듈(40)의 신호에 따라 전자식 스위치부(30)를 제어하는 CPU 제어부(22), 상기 CPU 제어부(22)에서 처리된 정보를 지그비 기반하에 상기 관리 시스템 모듈(5)과 양방향으로 무선 통신하는 지그비 통신부(21) 및 상기 CPU 제어부(22) 및 지그비 통신부(21)에 전원을 인가하는 충전용 배터리부(23)을 구비한다.
상기 관리 시스템 모듈(5)는 지그비 통신 프로코톨을 지원하여 상기 무선 제어 모듈(10)과 양방향 통신으로 상기 무선 제어모듈(10)을 제어하는 지그비 모듈(1), 소등 시간 셋팅 및 제어 신호를 입력하기 위한 컴퓨터(2) 및 상기 컴퓨터(2)와 상기 지그비 모듈(1)과의 직렬 통신을 수행하기 위한 RS-232 드라이버(3)을 구비하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 관리 시스템 모듈(5)의 고장시에 게이트웨이(gateway)을 통한 프로그래밍으로 관리 시스템 모듈(5) 없이, 자동으로 무선 제어 모듈(10)을 제어할 수 있다. 기본적으로, 무선 제어 모듈(10)은 지그비 무선 네트워크를 통하여 게이트웨이 장치와 통신하면서 게이트 웨이의 명령에 따라 동작하지만, 본 발명의 HID 램프용 자기식 안정기 제어시스템은 서버의 직접 명령도 받을 수 있도록 구성되어 지며, 또한 자체 RTC(real time clock)로 일정 시간 간격으로 펄스를 내보내어 자기식 안정기를 제어할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 관리 시스템 모듈(5)에서, 각 HID 램프에 해당하는 지그비 모듈(1)의 어드레스(address)를 갖고 있기 때문에, 개별적으로 HID 램프를 제어하기 위해서는, HID 램프를 제어하고자 하는 지그비 통신부(21)의 어드레스를 지정하고, 지정한 어드레스에 HID 램프를 제어하기 위한 제어신호를 입력한다. 그러면 상기 지그비 모듈(1)과 상기 지그비 통신부(21) 사이에 양방향으로 통신이 이루어지고, 상기 어드레스에 해당하는 상기 지그비 통신부(21)는 그 신호를 수신하여, 해당 지그비 통신부(21)가 구비된 지그비 무선 모듈(20)의 CPU 제어부(22)가 상기 전자식 스위치부(30)를 제어한다. 상기 전자식 스위치부(30)는 HID 램프(60)에 공급되는 전원을 차단하므로써, 개별적 또는 일괄적으로 HID 램프를 제어하기 위한 지그비 통신부(21)를 지정하여 HID 램프를 제어할 수 있다.
상기 CPU 제어부(22)는 관리 시스템 모듈(5)로부터 제어신호를 받은 지그비 통신부(21)의 신호를 수신하여 전자식 스위치부(30)을 제어할 뿐만 아니라, 어플리케이션 보드(25) 및 외부센서모듈(40)의 하나 또는 그 이상의 센서로부터 감지된 감지신호 및 제어신호를 수신할 수 있고, 수신된 감지신호 및 제어신호에 따라 전자식 스위치부(30)에 전달하거나, 또는 지그비 통신부(21)를 통하여 관리 시스템 모듈(5)로 피드백할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 지그비 무선 모듈(20)에 구비된 충전용 배터리부(23)는 정전시와 같이, 지그비 무선 모듈(20)에 전원이 인가되지 않을 경우에 대비하여 사용할 수 있다.
한편, 어플리케이션 보드(25)는 전압감지 센서(26), 전류감지 센서(27), 온도감지 센서(28)를 구비할 수 있다. 상기 전압감지 센서(26), 전류감지 센서(27) 및 온도 감지 센서(28)는 자기식 안정기(50) 및 HID 램프(60)의 전압, 전류 및 온도 변화를 감지하여 자기식 안정기(50) 및 HID(60)의 이상유무를 확인할 수 있다.즉, 안정기 및 HID 램프의 전압, 전류 또는 온도변화가 평상시에 상이할 경우에는, CPU 제어부(22)에 신호를 보내고, 신호를 받은 CPU 제어부(22)는 다시 전자식 스위치부(30)에 제어신호를 보내어 이상이 있는 부분에 전원을 차단한다.
외부센서모듈(40)은 조도감지 센서(41) 및 동작감지 센서(42)를 구비할 수 있다. 조도감지 센서(41) 및 동작감지 센서는 주변의 밝기를 감지하거나, 인체의 동작을 감지하는 것으로, 감지된 상응신호는 CPU 제어부(22)에 전달하고, 전달된 상응신호에 따라 CPU 제어부(22)의 저장된 프로그램에서 처리가 되며, 처리된 신호가 전자식 스위치부(30)로 전달되어, 전달된 신호에 따라 전자식 스위치부(30)가 HID 램프의 조도를 조절할 수 있다.
본 발명에 있어서, HID 램프의 조도조절은 상기 CPU 제어부(22)에 상기 지그비 무선모듈(20), 어플리케이션 보드(25) 및 외부센서모듈(40)로부터 출력된 신호가 입력되면, 출련된 신호는 CPU 제어부(22)에서 처리에 따라 전자식 스위치부(22)에 전달되고, 전자식 스위치부(22)에 전달된 신호는 전자식 스위치부의 스위치(릴레이)의 동작을 결정한다. 본 발명의 전자식 스위치부(30)는 HID 램프용 자기식 안정기와 결합하여 조도조절 작동을 수행한다.
상기 HID 램프용 자기식 안정기는 일반적으로 정전력형 자기식 안정기 및 초크코일형 자기식 안정기로 나눌 수 있다. 먼저, 본 발명에 따른 정전력형 자기식 안정기는 도 2에 나타난 바와 같이, 오토트랜스와 콘덴서의 부착 위치에 다수개의 역율 개선용 콘덴서와 한 개의 저항이 병렬로 연결된다.
상기 정전력형 자기식 안정기에 대한 전자식 스위치부(30)는 전자식 스위치(릴레이 스위치)를 사용하여 구성되고, 정전력형 자기식 안정기에는 역율 개선용 콘덴서의 값을 조정하기 위해 콘덴서의 접속기능을 가진 전자식 스위치 디밍릴레이 1(31), 전자식 스위치 디밍릴레이2(32) 및 전자식 스위치 디밍릴레이3(33)로 구성되나, 이에 제한되는 것은 아니고, 다수개의 전자식 스위치 디밍릴레이로 구성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 방전회로(36)의 방전용 저항(51)은 콘덴서가 동작시 가지고 있던 잔류 전류를 방전시켜, 콘덴서의 잔류 전류에 의해 스파크가 발생되어 전자식 스위치부(30)의 수명을 단축시키는 것을 방지한다.
한편, 본 발명에 따른 초크코일형 자기식 안정기는 일반적인 초크코일형 자기식 안정기의 구조에 초크코일 일부에 다수개의 선택 선을 연결한다. 초크코일의 연결도는 도 3과 같다.
본 발명에 따른 초크코일형 자기식 안정기에 대한 전자식 스위치부는 전자식 스위치(릴레이 스위치)를 사용하여 구성되고, 안정기의 초크코일에서 나오는 출력선을 선택하는 기능을 가진 전자식 스위치 디밍릴레이1(31), 전자식 스위치 디밍릴레이2(32), 전자식 스위치 디밍릴레이3(33) 및 전자식 스위치 디밍릴레이4(34)로 구성되나, 이에 제한되는 것은 아니고, 다수개의 전자식 스위치 디밍릴레이로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 초크코일형 자기식 안정기의 전자식 스위치부(30)는 HID 램프의 조도조절시에, 전자식 스위치 디밍릴레이가 순각적으로 스위치 접점과 연결이 끊어지게 되는데, HID 램프의 초기 점등이 어렵기 때문에 출력이 연결되지 않은 시간을 가능하면 짧게 하도록 하는 것이 바람직하다. 스위치 동작 속도가 5ms이하인 경우에는, 스위치 동작이 불가능하고, 스위치 동작 속도가 50ms이상인 경우에는 스 위치 동작시간이 너무 길어 접점의 연결이 끊어져, HID 램프가 다시 점등하기 어렵기 때문에, 본 발명에 따른 전자식 스위치 디밍 릴레이의 스위치는 스위치 동작 속도가 5ms~ 50ms인 전자식 릴레이 스위치를 사용한다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1: HID 램프용 정전력형 자기식 안정기의 조도조절
역율 개선용 콘덴서의 값이 15uF로 100% 출력을 시킬 때의 콘덴서의 조합 단계 구성은 하기와 같다.
1-1: 2단 조도조절
역율 개선용 콘덴서의 값이 각각 10uF 및 5uF을 가지는 역율 개선용 콘덴서 2개로 조합하였다.
구분 10uF 5uF 합계
점등시 사용 유 사용 유 10uF + 5uF = 15uF (100% 출력)
조도조절시 사용 유 사용 무 10uF 단독사용 = 10uF (50% 출력)
소등시 사용 무 사용 무 전원오프 (0% 출력)
1-2: 4단 조도조절
역율 개선용 콘덴서의 값이 각각 10uF, 3uF 및 2uF을 가지는 역율 개선용 콘덴서 3개로 조합하였다.
구분 10uF 3uF 2uF 합계
점등시 사용 유 사용 유 사용 유 10uF +3uF+2uF = 15uF (100% 출력)
조도 조절시 사용 유 사용 유 사용 무 10uF+3uF = 13uF (80% 출력)
조도 조절시 사용 유 사용 무 사용 유 10uF+2uF = 15uF (70% 출력)
조도 조절시 사용 유 사용 무 사용 무 10uF 단독사용 = 10uF (50% 출력)
소등시 사용 무 사용 무 사용 무 전원오프 (0% 출력)
상기와 같이, HID 램프용 정전력형 자기식 안정기의 조도조절은 기본적으로 HID 램프와 직결되는 기본 콘덴서와 값을 조절할 수 있는 소형 콘덴서를 구비하여 조도조절할 수 있다. 조도조절의 범위는 100%로 램프를 켠 후, 10~15분의 램프가 안정되는 시간을 거친 후 최대 50%선의 출력에서 100%까지 출력이 나오도록 하여 콘덴서의 용량으로 조도를 조절한다. 다른 용량의 콘덴서의 개수에 따라 2개일 때는 2단 조도조절, 3개일 때는 4단 조도조절, 4개일 때는 7단 조도조절이 가능하며 필요에 따라 콘덴서의 용량을 세분하여 숫자는 늘이는 만큼의 조도조절 단계를 조절할 수 있다.
실시예 2: HID 램프용 초크코일형 자기식 안정기의 조도조절
HID 램프용 초크코일형 자기식 안정기의 조도조절은 도 4에 나타난 바와 같이, 일반적인 HID 램프용 초크코일형 자기식 안정기의 회로에 기본적인 CCP(초크코일+역율개선용 캐페시터+이그나이터)에서 초크코일의 중간에 출력선을 연결하여 초크 코일의 출력 용량을 조정하여 HID 램프의 조도를 조절하였다.
도 5는 본 발명에 따른 이그나이터 내장 초크코일형 자기식 안정기의 회로를 나타낸 것으로, 400Watt HID 램프를 사용하여, 최대 300Watt의 조도조절을 하고 그 중간 값인 350Watt 의 출력을 내어주어 3단 조도조절 시스템을 구성하였다.
본 발명에 따른 HID 램프용 초크코일형 자기식 안정기의 조도조절은 초크코일의 출력 선의 숫자에 따라 2개일 때는 2단 조도조절, 3개일 때는 3단 조도조절 및 4개일 때는 4단 조도조절이 가능하며 필요에 따라 출력 선을 세분하여 숫자는 늘이는 만큼의 조도조절 단계를 조절할 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 원격으로 HID 램프의 동작을 제어하고, HID 램프의 이상유무 및 교체시점을 용이하게 확인할 수 있는 지그비(zigbee)를 이용한 HID 램프용 자기식 안정기 제어시스템을 제공하는데 효과가 있다. 본 발명에 따르면 HID 램프 및 안정기의 동작상태를 통신 모듈을 통하여 양 방향으로 제어할 수 있으며, HID 램프 또는 안정기의 동작 이상유무를 자동으로 이를 감지하여 사용자에게 알려주므로써, 번거로운 확인작업이 필요하지 않아 가로등, 터널등, 공장전등, 창고 전등, 경관 조명 등에 다양하게 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 상황에 맞는 조도조절로 에너지 절약 차원에서도 큰 효과를 얻을 수 있다.

Claims (12)

  1. 다음을 포함하는 HID 램프용 정전력형 자기식 안정기 제어 시스템:
    지그비 통신 기반하에 HID 램프 제어 신호를 출력하는 관리 시스템 모듈(5);
    상기 관리 시스템 모듈(5)과 양방향으로 통신하여 HID 램프를 제어시키는 무선 제어 모듈(10); 및
    상기 무선 제어 모듈(10)로부터 선택되는 다수개의 역율 개선 콘덴서가 구비되어 안정적인 전력을 공급하는 정전기형 자기식 안정기부(50).
  2. 제1항에 있어서, 상기 무선 제어 모듈(10)은 다음을 포함하는 것을 특징으로 하는 HID 램프용 정전력형 자기식 안정기 제어 시스템:
    상기 관리 시스템 모듈(5)과 양방향 통신으로 제어신호를 송수신하는 지그비 무선 모듈(20);
    HID 램프 상태를 감지하는 하나 또는 그 이상의 센서가 구비된 어플리케이션 보드(25);
    상기 지그비 무선모듈(20) 및 어플리케이션 보드(25)가 출력하는 신호에 따라 HID 램프에 인가되는 전원을 제어하는 전자식 스위치부(30); 및
    상기 지그비 무선모듈(20), 어플리케이션 보드(25) 및 전자식 스위치부(30)에 전원을 공급하는 전원부(15).
  3. 제2항에 있어서, 상기 무선 제어 모듈(10)은 조도 및 사람이나 사물의 동작을 감지하는 하나 또는 그 이상의 센서가 구비된 외부센서모듈(40)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 HID 램프용 정전력형 자기식 안정기 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 지그비 무선 모듈(20)은 다음을 포함하는 것을 특징으로 하는 HID 램프용 정전력형 자기식 안정기 제어 시스템:
    HID 램프의 제어신호 처리를 담당하여 관리 시스템 모듈(5), 어플리케이션 보드(25) 및 외부센서모듈(40)의 신호에 따라 전자식 스위치부(30)를 제어하는 CPU 제어부(22);
    상기 CPU 제어부(22)에서 처리된 정보를 지그비 기반하에 상기 관리 시스템 모듈(5)과 양방향으로 무선 통신하는 지그비 통신부(21); 및
    상기 CPU 제어부(22) 및 지그비 통신부(21)에 전원을 인가하는 충전용 배터리부(23).
  5. 제1항에 있어서, 상기 정전기형 자기식 안정기부는 방전용 저항(51)이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 정전력형 자기식 안정기 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 정전기형 자기식 안정기부는 각기 다른 용량의 역율 개선 콘덴서의 조합에 따라 HID 램프의 조도조절하는 것을 특징으로 하는 정전력형 자기식 안정기 제어 시스템.
  7. 다음을 포함하는 HID 램프용 초크코일형 자기식 안정기 제어 시스템:
    지그비 통신 기반하에 HID 램프 제어 신호를 출력하는 관리 시스템 모듈(5);
    상기 관리 시스템 모듈(5)과 양방향으로 통신하여 HID 램프(60)를 제어시키는 무선 제어 모듈(10); 및
    상기 무선 제어 모듈(10)로부터 선택되는 다수개의 초크코일이 구비되어 안정적인 전력을 공급하는 초크코일형 자기식 안정기부(50).
  8. 제7항에 있어서, 상기 무선 제어 모듈(10)은 다음을 포함하는 것을 특징으로 하는 HID 램프용 초크코일형 자기식 안정기 제어 시스템:
    상기 관리 시스템 모듈(5)과 양방향 통신으로 제어신호 등을 송수신하는 지그비 무선 모듈(20);
    HID 램프의 상태를 감지하는 하나 또는 그 이상의 센서가 구비된 어플리케이 션 보드(25);
    상기 지그비 무선모듈(20) 및 어플리케이션 보드(25)의 신호에 따라 HID 램프에 인가되는 전원을 제어하는 전자식 스위치부(30); 및
    상기 지그비 무선모듈(20), 어플리케이션 보드(25) 및 전자식 스위치부(30)에 전원을 공급하는 전원부(15).
  9. 제8항에 있어서, 상기 무선 제어 모듈(10)은 조도 및 사람이나 사물의 동작을 감지하는 하나 또는 그 이상의 센서가 구비된 외부센서모듈(40)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 HID 램프용 초크코일형 자기식 안정기 제어 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 전자식 스위치부(30)는 HID 램프의 조도조절시에, 전자식 스위치 릴레이의 동작속도가 5ms~50ms인 것을 특징으로 하는 HID 램프용 초크코일형 자기식 안정기 제어 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 지그비 무선 모듈(20)은 다음을 포함하는 것을 특징으로 하는 HID 램프용 초크코일형 자기식 안정기 제어 시스템:
    HID 램프의 제어신호 처리를 담당하여 관리 시스템 모듈(5), 어플리케이션 보드(25) 및 외부센서모듈(40)의 신호에 따라 전자식 스위치부(30)를 제어하는 CPU 제어부(22);
    상기 CPU 제어부(22)에서 처리된 정보를 지그비 기반하에 상기 관리 시스템 모듈(5)과 양방향으로 무선 통신하는 지그비 통신부(21); 및
    상기 CPU 제어부(22) 및 지그비 통신부(21)에 전원을 인가하는 충전용 배터리부(23).
  12. 제7항에 있어서, 상기 정전기형 자기식 안정기부는 각기 다른 용량의 초크코일(90)의 조합에 따라 HID 램프의 조도 조절하는 것을 특징으로 하는 초크코일형 자기식 안정기 제어 시스템.
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