KR20090117342A - 밝기 조절기능을 갖는 교류전원 엘이디 조명시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, SMPS 등의 전용회로구성을 통하지 않고도 간소화된 정류회로와 LED 소자의 개수 조절에 의해 교류로 구동하는 엘이디 조명을 구현하고, 이 LED 조명이 특정의 지역에 적용될 때 인적의 유, 무 감지, 자연광 감지, 시간설정 등의 요건에 의해 디밍(Dimming) 구동될 수 있도록 하여 에너지 절약에 기여함과 동시에, 제작비용의 감소 및 제품 크기를 보다 소형화하여 제작할 수 있도록 한 밝기 조절기능을 갖는 교류전원 엘이디 조명시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, LED 조명을 적용하기 위한 구간에서 인적의 유, 무, 자연광의 밝기, 하루의 시간 경과를 감지하는 센서부와; 상기 센서부의 감지신호가 입력되면, 감지된 상황에 대응하여 LED 조명의 밝기를 조절하기 위한 제어신호를 생성하는 제어부와; 상기 제어부에서 입력된 제어신호에 의해 외부에서 인가되는 교류전원을 PWM 제어하여 LED 소자의 구동밝기가 조절된 구동신호를 생성하는 디밍회로부와; 상기 디밍회로부에서 생성된 구동신호에 의해 LED 소자를 구동시키기 위해 정류를 수행하고, 정류된 전원을 LED 소자로 공급하여 제어부의 제어신호에 의해 LED 조명으로 구동하는 LED 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 밝기 조절기능을 갖는 교류전원 엘이디 조명시스템.
LED, 조명등

Description

밝기 조절기능을 갖는 교류전원 엘이디 조명시스템{LED LIGHTING SYSTEM USING AC POWER SOURCES HAVING BRIGHTNESS CONTROL FUNCTION}
본 발명은 밝기 조절기능을 갖는 교류전원 엘이디 조명시스템에 관한 것이다.
상세하게 본 발명은, SMPS 등의 전용회로구성을 통하지 않고도 간소화된 정류회로와 LED 소자의 개수 조절에 의해 교류로 구동하는 엘이디 조명을 구현하고, 이 LED 조명이 특정의 지역에 적용될 때 인적의 유, 무 감지, 자연광 감지, 시간설정 등의 요건에 의해 디밍(Dimming) 구동될 수 있도록 하여 에너지 절약에 기여함과 동시에, 제작비용의 감소 및 제품 크기를 보다 소형화하여 제작할 수 있도록 한 밝기 조절기능을 갖는 교류전원 엘이디 조명시스템에 관한 것이다.
일반적으로 건축물의 실내 조명은 대표적으로 형광등 또는 할로겐 등이 천장이나 벽체에 설치되어 구현된다. 이와 같은, 형광등 또는 할로겐 등은 실내 등으로 보편적인 것에 반하여 소비전력이 크고, 주로 단색의 조명만을 제공하게 된다.
이러한 높은 소비전력 및 조명의 단조로움을 해결하고자 최근에는 형광등 또는 할로겐 등에 비해 낮은 소비전력으로 다양한 색상의 조명을 연출할 수 있도록 한 LED 조명등이 제작되어 출시되고 있다.
상기와 같은 LED 조명등 장치는 방이나 사무실의 메인등, 탁상용 스텐드 등으로 많이 사용되며, 이러한 실시형태에서 더 발전된 형태로 도광판을 이용한 조명타일 등을 예시할 수 있다.
이와 같은 조명등 장치는 다수의 LED가 실장된 LED 모듈을 특정의 배열로 여러개 배치하고, 상기 LED 모듈을 공간의 천장이나 벽면 등에 설치하여 구성된다. 특히, 상기 LED 모듈은 LED 소자가 적정 전압의 직류전류에 의해 구동하는 특성에 의해 외부에서 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변화시키기 위한 A/D 컨버터를 수반하게 된다. 이 때, 상기 A/D 컨버터는 교류를 강압하기 위한 트랜스 코일을 갖는 변압기 회로를 수반하게 되며, 이러한 변압기 회로는 LED 모듈에서 상당한 크기로 배치되기 때문에 이를 적용한 제품이 대형화되는 문제점이 발생된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 최근에는 LED가 채용되는 소형의 장치에 SMPS(Switching Mode Power Supply)라 호칭되는 전원공급장치가 적용된다. 이와 같은 SMPS는 교류전원의 주파수를 직류전원의 높은 주파수로 변경하도록 하여 기존의 변압기 등에 비해 소형화/경량화된 컨버팅 회로를 구현하도록 한 것이다.
그러나, 상기 SMPS는 기존의 변압기 회로 등에 비해 소형화/경량화된 컨버팅 회로를 구현할 수 있는 반면, 대체로 220V의 교류전원을 12~24V의 직류전원으로 변환시킴에 따른 상당히 많은 전류용량을 요구하게 된다. 이에 따라 높은 전류용량의 SMPS는 상당시간 조명을 구동시켜야 하는 실내 조명등의 특성에 의해 심각한 높은 에너지 손실을 유발하게 된다.
특히, 상기 높은 전류용량의 SMPS는 상당히 고가의 제품으로 단순히 조명등의 용도로 사용되는 LED 모듈에 적용하기에는 LED 모듈의 제작비용을 대폭 상승시켜 조명 용도에는 그 적용이 미미한 실정이다.
또한, 상기 SMPS 모듈은 상당히 소형화, 경량화되었다고는 하나, 대체로 SMPS 모듈에 비해 더 소형화 제작되는 LED 모듈에 비해서는 상당히 큰 크기로 제작되기 때문에 LED 모듈의 소형화/경량화에 한계를 보이게 된다. 이에 따라 SMPS가 적용된 LED 모듈을 채용하는 LED 조명등 장치 역시 소형화하기 어려운 문제점이 노출된다.
동시에, 상기 LED 조명은 주간이나 야간의 구분에 의해 ON/OFF 작용을 수행하도록 하지만, 목적하는 조명 구간에 인적이 있을 경우와 없을 경우 등의 상황이나 자연광이 실내로 유입되어 실내의 밝기 여부에 관계없이 항상 일정한 빛을 발산하기 때문에 LED 조명을 통한 에너지 소모율이 높은 경제적 단점이 발생된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 발명한 것이다.
이에 본 발명은, LED 조명을 구현하기 위한 전원의 입력이 보다 간소화된 회로에 의해 교류/직류를 컨버팅하여 수행될 수 있도록 하고, 조명이 적용되는 구간에 인적의 유, 무, 외부의 자연광에 따른 밝기 정도, 하루의 24시간의 경과에 따른 시간 설정 등에 따라 조명의 밝기가 자동으로 조절될 수 있도록 하여 전력의 낭비요인을 최소화하며, 구성의 간소화에 따른 제작비용의 감소와 동시에 구성을 보다 소형화/경량화 할 수 있도록 한 LED 조명시스템을 구현함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 아래의 구성을 갖는다.
본 발명은, LED 조명을 적용하기 위한 구간에서 인적의 유, 무, 자연광의 밝기, 하루의 시간 경과를 감지하는 센서부와; 상기 센서부의 감지신호가 입력되면, 감지된 상황에 대응하여 LED 조명의 밝기를 조절하기 위한 제어신호를 생성하는 제어부와; 상기 제어부에서 입력된 제어신호에 의해 외부에서 인가되는 교류전원을 PWM 제어하여 LED 소자의 구동밝기가 조절된 구동신호를 생성하는 디밍회로부와; 상기 디밍회로부에서 생성된 구동신호에 의해 LED 소자를 구동시키기 위해 정류를 수행하고, 정류된 전원을 LED 소자로 공급하여 제어부의 제어신호에 의해 LED 조명으로 구동하는 LED 모듈;을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 LED 모듈은, 장치의 구동원이 되는 교류전원을 외부에서 입력받는 전원부; 상기 입력된 전원을 브릿지 정류회로에 의해 정류하는 정류부; 상기 정류부에서 정류된 전원을 공급받아 LED 소자를 구동하며, 입력된 전원에 대응하는 다수개의 LED 소자와 저항이 직렬연결되어 목적하는 전압에 의해 LED 소자가 구동되도록 한 LED 구동부;를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 디밍회로부는 LED 소자가 설정된 시간동안 점차적으로 밝아지도록 하여 점등되는 과정과, 설정된 시간동안 점차적으로 어두워지도록 하여 소등되는 과정 중 어느 한 과정만을 선택하거나, 모든 과정을 수행할 수 있도록 한 구동신호를 생성하도록 한 타이머를 포함하여 구성된다.
한편, 상기 센서부는, 조명이 적용되는 구간의 인적 유, 무를 감지하기 위한 인체감지센서와; 상기 구간에 자연광이 조사될 때의 광량을 감지하기 위한 광량감지센서와; 시계등과 연동하여 하루의 시간경과를 감지하기 위한 시간감지센서;를 포함하여 구성된다.
바람직하게, 본 발명은 상기 LED 모듈(20)의 ON/OFF 및 설정상태를 입력하기 위해 제어부로 설정신호를 입력하는 전원스위칭부와 설정스위칭부를 포함하며, 상기 각 스위칭부는 유선으로 선택된 조작판넬이거나, 무선으로 선택된 리모트 컨트롤러로 적용된다.
이상에서와 같이 본 발명은, 브릿지 정류회로와 연동하는 적정개수의 LED 소자가 배치된 간소화된 구성에 의해 입력전원이 교류에서 직류로 컨버팅될 수 있게 되고, 인적의 유, 무, 자연광에 의한 밝기, 시간경과 등에 따른 조명의 밝기 조절 이 자동으로 수행되어, 소비전력의 감소에 의해 에너지 낭비요인을 해결하여 경제적인 LED 조명장치가 구현되는 효과를 얻게 된다.
또한, 상기 간소화된 구성에 의해 본 발명은, 제작비용의 감소 및 제품의 크기가 소형화되므로써 제품의 판매원가 절감에 따른 판매효율 촉진 및 소형화된 크기에 따른 제품의 적용범위를 확장시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 구성이 적용된 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 LED 조명시스템의 블록도, 도 2는 본 발명에 의한 LED 조명시스템 중 센서부의 블록도, 도 3은 본 발명에 의한 LED 조명시스템 중 LED 모듈의 회로도, 도 4는 본 발명에 의한 LED 조명시스템 중 디밍회로부의 회로도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 의한 LED 조명시스템은 센서부(1), 제어부로 적용되는 마이콤(2), 디밍회로부(10), LED 모듈(20)로 이루어진다. 이 때, 상기 LED 모듈(20)은 기본적으로 인쇄회로기판(PCB) 상에 다수개의 LED 소자(L)가 정렬되어 배치되고, 이들 LED 소자(L)를 구동(점등 및 소등)시키기 위한 여러 전기, 전자부품이 인쇄회로기판 상에 실장된 구성을 적용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
상기 센서부(1)는 LED 조명을 적용하기 위한 구간에서 인적의 유, 무, 자연 광의 밝기, 하루의 시간 경과를 감지하기 위한 구성이다. 이를 위해 상기 센서부(1)는 인체감지센서(3), 광량감지센서(4), 시간감지센서(5)로 구분되어 구성된다.
상기 인체감지센서(3)는 LED 조명이 적용되어야 할 실내 또는 실외의 구간에 인적의 유, 무를 감지하기 위한 센서이다. 예로써, 상기 인체감지센서(3)는 일반 사무실이나 가정의 주방 또는 공장 내에서 작업인원이 있을 경우 조명을 점등하도록 하고, 작업인원이 없을 경우 조명을 소등하는 용도로 적용될 수 있다.
상기 광량감지센서(4)는 조명이 적용되어질 구간에 태양광이 조사되는 정도를 감지하기 위한 센서이다. 이와 같은 광량감지센서(4)는 가로등이나 실외등에 적용되어 주, 야를 구분하여 조명이 점멸될 수 있도록 하거나, 실내의 조명에 적용되어 실내로 유입되는 태양광의 광량에 따라 아침이 될 경우 자동 점등되고 밤이 될 경우 자동 소등되는 알람조명으로 적용할 수 있다.
즉, 상기 광량감지센서(4)에 의해 LED 조명은 아침에 일어나고 저녁에 잠드는 인체의 생체리듬에 의한 태양광과 같은 조명을 실내에서 구현할 수 있도록 하기 위한 구성인 것이다.
상기 시간감지센서(5)는 실내, 외부의 시계등과 연동하여 하루의 시간경과에 따라 조명의 밝기를 조절하기 위한 신호를 입력하는 센서이다. 즉, 상기 시간감지센서는 타이머 등으로 적용될 수 있는 구성이며, 그 기능이 센서부(1)의 기능과 유사하여 센서부(1)에 포함한 것임을 밝혀둔다.
상기 마이콤(2)은 센서부(1)의 감지신호가 입력되면, 감지된 상황에 대응하여 LED 조명의 밝기를 조절하기 위한 제어신호를 생성하기 위한 구성이다. 이와 같은 마이콤(2)은 도시되지 않았지만, 센서부(1)에서 입력되는 각각의 신호에 대응하는 제어신호를 생성하기 위해 각종 조명의 점멸, 밝기조절에 대한 데이터가 저장된 메모리 등의 구성을 포함하게 된다.
상기 디밍회로부(10)는 마이콤(2)에서 입력된 제어신호에 의해 외부에서 인가되는 교류전원을 PWM 제어하여 LED 소자(L)의 구동밝기가 조절된 구동신호를 생성하는 구성이다. 즉, 상기 디밍회로부(10)는 PWM(펄스폭 변조) 제어를 통해 전류의 입력량을 제어하여 LED 소자(L)의 구동밝기를 조절할 수 있도록 한 구성이다. 이를 위해 상기 디밍회로부(10)는 적외선 인터페이스 회로를 LED 모듈(20)에 연결하여 구현할 수 있다.
특히, 상기 디밍회로부(10)는 LED 소자(L)가 설정된 시간동안 점차적으로 밝아지도록 하여 점등되는 과정과, 설정된 시간동안 점차적으로 어두워지도록 하여 소등되는 과정을 수행할 수 있도록 구성된다. 상기 디밍회로부(10)는 조명이 밝아지는 시간과 어두워지는 시간을 각각 설정할 수 있도록 한 타이머(11)와 연결되어 구성된다.
이러한 구성에서 상기 LED 소자(L)에 의해 구현된 조명이 점차 밝아지는 과정, 점차 어두워지는 과정은 어느 한 과정을 선택적으로 적용하거나 모두 동시에 적용 할 수 있다.
상기 LED 모듈(20)은 디밍회로부(10)에서 생성된 구동신호에 의해 설정된 조명의 기능을 수행하기 위한 구성이다. 이를 위해 상기 LED 모듈(20)은 전원부(40), 정류부(50), LED 구동부(60)로 이루어진 기본 구성을 갖는다.
상기 전원부(40)는 장치의 구동원이 되는 교류전원을 외부에서 입력받기 위한 구성이다. 이 때, 상기 외부의 교류전원은 본 실시예에서 한국표준으로 사용되는 220V의 전원이며 이에 따라 후술할 LED 구동부(60)의 LED 소자(L) 개수가 지정된다.
특히, 상기와 같은 전원부(40)는 특정한 상황시 외부의 전원을 차단하기 위한 퓨즈(41)를 포함한다. 여기서, 상기 특정한 상황은 합선 등의 불의의 요인에 의해 외부에서 정격을 초과하는 과도한 교류전원이 입력되는 상황등을 의미한다.
상기 정류부(50)는 입력된 전원을 정류하기 위한 다이오드 회로로 구성된다. 이 때, 상기 다이오드 회로는 브릿지 정류회로(51)가 적용된다.
상기 LED 구동부(60)는 전술한 220V의 전원에 대응하여 다수개의 LED 소자(L)와 저항(61)이 직렬연결되어 구성된다. 이와 같은 LED 구동부(60)는 정류부(50)에서 정류된 전원을 공급받아 LED 소자(L)를 목적하는 전압으로 구동시키기 위한 구성이다.
즉, 도면에서와 같이 상기 외부의 교류 전압이 220V로 입력되고 LED 소자(L)의 구동전압이 3.2V일 때, 상기 LED 소자(L)는 60개를 배치하여 192V의 전압이 LED 소자(L)에 나누어져 인가되도록 하고, 나머지 8V의 전압이 저항에 걸리도록 하면 안정적인 회로를 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기 LED 구동부(60)를 더 증설하기 위해서는 다수의 LED 소자(L)와 저항(61)의 직렬연결된 구성을 1조로 하여 다수조가 병렬연결되어 구성된다.
상기와 같은 구성에서 LED 조명시스템은 LED 모듈(20)의 ON/OFF 및 설정상태를 입력하기 위해 제어부(2)로 설정신호를 입력하는 전원스위칭부(6)와 설정스위칭부(7)를 더 갖추어 구성된다.
이 때, 상기 각 스위칭부(6, 7)는 유선으로 선택된 조작판넬, 무선으로 선택된 리모트 컨트롤러의 양자 형태를 선택적으로 또는 모두 구현하여 사용상의 편리함을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 LED 조명시스템의 블록도.
도 2는 본 발명에 의한 LED 조명시스템 중 센서부의 블록도.
도 3은 본 발명에 의한 LED 조명시스템 중 LED 모듈의 회로도.
도 4는 본 발명에 의한 LED 조명시스템 중 디밍회로부의 회로도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 센서부 2: 제어부
10: 디밍회로부 11: 타이머
20: LED 모듈 40: 전원부
50: 정류부 51: 브릿지 정류회로
60: LED 구동부

Claims (5)

  1. LED 조명을 적용하기 위한 구간에서 인적의 유, 무, 자연광의 밝기, 하루의 시간 경과를 감지하는 센서부(1)와;
    상기 센서부(1)의 감지신호가 입력되면, 감지된 상황에 대응하여 LED 조명의 밝기를 조절하기 위한 제어신호를 생성하는 제어부(2)와;
    상기 제어부(2)에서 입력된 제어신호에 의해 외부에서 인가되는 교류전원을 PWM 제어하여 LED 소자(L)의 구동밝기가 조절된 구동신호를 생성하는 디밍회로부(70)와;
    상기 디밍회로부(10)에서 생성된 구동신호에 의해 LED 소자(L)를 구동시키기 위해 정류를 수행하고, 정류된 전원을 LED 소자(L)로 공급하여 제어부(2)의 제어신호에 의해 LED 조명으로 구동하는 LED 모듈(20);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 밝기 조절기능을 갖는 교류전원 엘이디 조명시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 LED 모듈(20)은
    장치의 구동원이 되는 교류전원을 외부에서 입력받는 전원부(40);
    상기 입력된 전원을 브릿지 정류회로(51)에 의해 정류하는 정류부(50);
    상기 정류부(50)에서 정류된 전원을 공급받아 LED 소자(L)를 구동하며, 입력 된 전원에 대응하는 다수개의 LED 소자(L)와 저항(61)이 직렬연결되어 목적하는 전압에 의해 LED 소자(L)가 구동되도록 한 LED 구동부(60);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 밝기 조절기능을 갖는 교류전원 엘이디 조명시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 디밍회로부(10)는
    LED 소자(L)가 설정된 시간동안 점차적으로 밝아지도록 하여 점등되는 과정과, 설정된 시간동안 점차적으로 어두워지도록 하여 소등되는 과정 중 어느 한 과정만을 선택하거나, 모든 과정을 수행할 수 있도록 한 구동신호를 생성하도록 한 타이머(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 밝기 조절기능을 갖는 교류전원 엘이디 조명시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 센서부(1)는
    조명이 적용되는 구간의 인적 유, 무를 감지하기 위한 인체감지센서(3)와;
    상기 구간에 자연광이 조사될 때의 광량을 감지하기 위한 광량감지센서(4)와;
    시계등과 연동하여 하루의 시간경과를 감지하기 위한 시간감지센서(5);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 밝기 조절기능을 갖는 교류전원 엘이디 조 명시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 모듈(20)의 ON/OFF 및 설정상태를 입력하기 위해 제어부(2)로 설정신호를 입력하는 전원스위칭부(6)와 설정스위칭부(7)를 포함하며,
    상기 각 스위칭부(6, 7)는 유선으로 선택된 조작판넬이거나, 무선으로 선택된 리모트 컨트롤러로 적용된 것을 특징으로 하는 밝기 조절기능을 갖는 교류전원 엘이디 조명시스템.
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