KR20100014700A - 디머 회로용 유도 부하 센서 - Google Patents

디머 회로용 유도 부하 센서 Download PDF

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Abstract

조명 제어 회로는 전기 콘센트용으로 제공된 디머 회로를 포함한다. 유도 부하 검출 회로가 전기 콘센트에서 유도 부하의 존재 여부를 식별하도록 제공된다. 유도 부하가 감지되면, 전기 콘센트로 향하는 전력 약화 동작이 중단되어 전체 전력이 부하에 전달됨으로써 부하 손상을 방지한다. 유도 부하 검출 회로는 전압 스파이크를 감지함으로써 유도 부하의 존재를 식별할 수 있다. 일 실시예에서, 저전압에서 고 임피던스를 가지며 고전압에서 전도성이 되는 다이오드가 이러한 제어에 이용된다.

Description

디머 회로용 유도 부하 센서{Inductive Load Sensor For Dimmer Circuit}
본 출원은 유도 부하의 존재 여부를 감지하는 유도 부하 센서에 관한 것으로, 이 센서는 전압 스파이크를 찾는 것을 특징으로 한다.
조명 제어를 제공하는 전기 시스템이 공지되어 있다. 전형적으로는 스위치가 제공되어 온/오프 위치 사이에서 조명을 동작시킨다. 공지된 하나의 예로 디머 스위치가 있다. 디머 스위치(dimmer switch)는 무한개의 레벨에 걸쳐 조명의 광도를 변경하도록 동작할 수 있다. 따라서, 조명되는 공간의 사용자가 원하는 레벨로 조명을 조절할 수 있다.
디머 스위치는 또한 일부 응용예에서 전기 콘센트와 관련된다. 일 예로, 건축업자는 종종 방안에 디머블(약하게 조정할 수 있는) 조명을 제공하는 방안으로서, 디머블 전기 콘센트를 제공한다. 이는 별개의 조명회로 및 스위치를 제공하는 것보다 비용이 덜 든다. 따라서, 디머 스위치에 의해 제어되는 전기 콘센트가 공지되어 있다.
이러한 전기 콘센트의 문제점 중 하나는 사용자가 전기 콘센트를 조명에 대해서만 사용하게 할 방법이 없다는 것이다. 예를 들어, 사용자는 진공 청소기, 헤어 드라이기 등과 같은 다른 부하(load)에 연결할 수 있다.
이러한 부하(load)는 유도성이며, 이 부하에 전달된 전력이 "약해지거나", 낮아지는 경우에 문제가 될 수 있다. 따라서, 디머 스위치에 연관된 전기 콘센트에서 유도성 부하의 존재 여부를 감지하기 위한 센서를 제공하는 조명 제어 회로가 종래 기술로 알려져 있다. 종래 기술에서, 위상 차를 관찰함으로써 유도성 부하가 검출된다. 그러나 위상 차를 관찰함으로써 유도성 부하를 식별하기 위한 시스템은 상당히 복잡하고 비용이 많이 든다.
본 발명의 실시예에서, 디머 회로에 대한 유도 부하 센서가 전압 스파이크에 의해 유도 부하의 존재를 식별한다. 유도 부하(inductive load)가 감지되는 경우에, 센서는 부하의 약화(dimmining)를 중단하여, 스위치가 켜졌을 때, 유도 부하에 전달된 전력이 완전히 "온(on)" 되도록 한다. 또는 스위치가 꺼졌을 때, 완전히 "오프(off)"되도록 한다. 본 발명의 실시예에서, 부하에 전달된 전압이 부하에 병렬인 라인에도 걸린다. 이러한 병렬 경로는 저전압에서 고 임피던스를 가지나, 고 전압에서는 전도성이 된다. 따라서, 저전압에서, 전력은 로드로 흘러간다. 전압 한계에 다다르면, 병렬 경로가 유효한 유도 경로가 된다.
전압 스파이크가 발생하면, 이러한 경로에 대한 한계 조건(한계값)을 만족하고, 경로가 전도성이 된다. 이러한 점에서, 이 경로의 신호 회로 다운스트림(downstream)은 유도 부하가 감지되었다는 신호를 전달한다. 이러한 신호는 디머 회로를 켜서 더 이상 전력이 소진되지 않도록 하여, 완전히 온 또는 오프 상태가 되도록 하는데 사용된다.
게시된 실시예에서, 경로는 임피던스/컨덕티버티 특성을 얻기 위한 하나 이상의 다이오드에 의해 제공된다. 이는 양-방향 제너 다이오드일 수 있다(TVS:transient voltage suppressor). 두 개의 TVS가 하나의 실시예에 존재하여, 하나는 저전압 한계값을 가지고, 다른 하나는 이보다 훨씬 높은 고전압 한계값을 가진다. 저전압 한계값을 가진 TVS는 신호 회로의 일부이므로, 두 개의 한계값의 합을 만족하는 경우에 저전압 TVS로부터의 전압이 신호 회로를 통해 하부방향으로 전달되어 디머 회로를 '풀 온(full-on)' 또는 '풀 오프(full-off)' 상태로 이동시키는 신호를 발생한다.
본 발명의 이러한 또는 다른 특징은 이하의 상세한 설명 및 도면에 의해 잘 이해될 수 있으며 다음은 도면에 대한 간단한 설명이다.
본 발명이 온전히 이해되고 실질적인 효과를 내기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예(이에 제한되는 것은 아님)를 첨부된 도면을 참조하여, 이하에서 설명한다.
도 1은 전체 조명 제어 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명을 결합한 디머 회로를 간략히 나타내는 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면 및 실시예와 함께 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 빌딩용 조명 제어 회로(20)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 복수의 디머 스위치(22A, 22B, 등)가 무선 연결을 통해 멀티-채널 수신기와 컨트롤러(24)와 통신한다. 이러한 수신기는 엔오션(EnOcean) 사에서 구매할 수 있으며, 예를 들 어, 제품 번호 RCM130C인 제품일 수 있다. 무선 수신기 및 무선 스위치의 용도는 이 발명에 한정되는 것은 아니며, 이는 단지 하나의 가능한 시스템 타입으로 언급한 것이다.
수신기(24)는 마이크로컨트롤러(26)와 통신하며, 이는 디머 회로(28)와 차례로 통신한다. 디머 회로(28)는 복수의 조명(30A, 30B, 등)의 광도를 제어한다. 디머 회로(28) 내에 도시되었듯이, 부하 보호 장치(46)가 존재한다. 위에 설명한 바와 같이, 이 부하 보호장치의 하나의 목적은, 유도 부하가 회로에 연결될 때, 부하의 손상을 방지하기 위한 것이다.
디머 회로(28)는 도 2에 도시된다. 도시된 바와 같이, 마이크로컨트롤러는 박스(40)에서 펄스 폭 변조된 신호 입력을 발생한다. 그리고 이 신호는 디머 장치(박스 42), 및 한 쌍의 MOSFET(박스 44)에 의해 제공된 역 위상 제어 장치(reverse phase control)로 전달된다. 박스(40, 42, 44) 내의 회로 소자는 어떠한 디머 회로로도 교체될 수 있다. 그러나, 일 실시예에서, 이 소자들은 도 2에 도시된 바와 같으며, 그리고 동시계속 출원인 출원번호 11/68483 (2007. 03. 13 출원, 발명자: 지안 추(이 출원의 공동 발명자 중 하나임), 제목:"Dimming Circuit for Controlling Electrical Power")에 게시되어 있다.
이러한 디머 회로의 출력단(47)이 부하(30)에 연결된다. 도시된 바와 같이, 부하(30)는 여기서 전기 콘센트(31)의 단자에 플러그인 된다.
한 쌍의 다이오드(50, 52)는 전기 콘센트(31)에 병렬인 라인(80)에 배치된다. 전기 콘센트의 터미널 중 하나가 도시된 바와 같이 뉴트럴에 연결된다(48). TVS(50)는 바람직하게는 저전압 한계 조건(한계값)이 만족할 때까지 고 임피던스를 가진다. 저전압 한계값은 약 5 볼트일 수 있으나, 다른 전압이 이용될 수도 있다. TVS(52)는 이보다 훨씬 높은 전압 한계값(약 수백 볼트) 조건을 만족할 때까지 고 임피던스를 가진다. 다시 말해, 본 발명에 특정 전압이 제한적으로 이용되어야 하는 것은 아니나, 120 볼트 AC 전력에 대해 200볼트 범위이다.
부하(30)로부터 상부방향으로 다시 입력되는 전압 스파이크가 없는 한, 일반적으로 출력단(47)을 통과하는 전력의 약화(dimming) 현상이 발생해서는 안 된다.
라인(80)은 전력을 효과적으로 제한한다. 유도 부하(예, 진공 청소기 모터)가 전기 콘센트(30)에 꼽히면, 부하가 "약해질 때", EMF 펄스가 회귀한다.
전압 스파이크가 TVS(50)및 TVS(52)의 전압 한계값의 합을 초과하면, TVS(50) 값의 전압이 신호 회로로 하부방향으로 공급되고, 광학 커플러(54) 및 저항기(63)를 통과한다. 커패시터(56) 및 저항기(58)의 목적은 로패스 필터링을 제공하기 위한 것이다. 저항기(63), 저항기(58) 및 커패시터(56)는 함께 출력 인디케이터 라인(60)으로의 출력에 대한 시간 상수 제어(time constant control)를 제공한다. 저항기(61)는 전류를 제한하도록 제공된다.
TVS 다이오드(50)로부터의 전압이 레지스터(63)에 연결되고 라인(60) 상에 신호를 생성한다.
박스(40)에 예를 들어 도시한 바와 같이, 라인(60)은 저항기(65, 67)의 교차부분으로 다시 연결된다. 이는 신호가 출력 라인(60)에 인가될 때, 출력단(47)으로 전체 전력이 전달되도록 하기 위해 디밍 회로(dimming circuit)를 끌 수 있는 하나 의 방법이다. 디밍(dimming)을 중단하기 위해 라인(60) 상의 신호를 이용하는 다른 방법이 사용될 수 있다.
특히, 도 2는 포지티브 전압 스파이크를 검출할 수 있는 회로를 게시한다. 부하(31)는 네거티브 및 포지티브 스파이크 모두를 생성할 있다. 유사한 기능성을 가지는 회로 디자인이 네거티브 스파이크를 검출하도록 설계되거나, 포지티브 및 네거티브 스파이크 모두를 검출하도록 설계될 수 있다. 도 2의 회로에서, 다이오드(100)는 네거티브 스파이크의 흐름을 차단한다. 도면부호(54) 내의 다이오드(100) 및 포토 다이오드의 방향을 역으로 함으로써, 회로가 포지티브 스파이크가 아닌 네거티브 스파이크를 검출하도록 변경될 수 있다. 대부분의 유도 부하는 포지티브 및 네거티브 스파이크 모두를 발생시키며, 따라서 하나 또는 나머지를 검출하는 것으로 충분하다.
본 발명은 전기 콘센트에 부착된 유도 부하 센서에 대해 게시하고 있으나, 다른 부하에 하드와이어드(hard wired) 연결 또한 본 발명으로부터 효과를 얻을 수 있음은 알 수 있다. 나가, 본 발명은 AC 전력에서 동작하는 빌딩 조명 시스템에 대해 게시하고 있으나, 본 발명이 DC 전력으로 동작할 수 있음을 알 수 있다. 마지막으로 본 발명의 유도 부하 검출은 디머 회로 이외의 다른 응용예에 적용될 수 있다.
특정 타입 다이오드가 소자(50, 52)를 위해 게시되어 있으나, 전압 한계값 조건을 만족할 때까지 전압을 규제할 수 있는 것은 어느 것이나 사용될 수 있다. 다른 적합한 구성요소의 예에는 MOV(Metal oxide varistors)가 있다.
상술한 본 발명의 실시예들은 단지 예시와 설명을 위한 것일 뿐이며, 본 발명을 설명된 형태로 한정하려는 것이 아니다. 따라서, 다양한 변화 및 변경을 할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 자명하다. 또한, 이 명세서의 상세한 설명이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해서 정의된다.

Claims (21)

  1. 전압 스파이크를 식별함으로써 전기 출력단에서 유도 부하의 존재 여부를 감지하는 유도 부하 센서; 그리고
    상기 유도 부하가 감지될 때, 출력되는 신호
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도 부하 센서는 전기 출력을 약화시키는 기능을 제공하는 디머 회로(dimmer circuit)의 일부이고,
    상기 신호는 디머 회로가 전기 출력을 약화시키는 것을 멈추도록 하는 것을 특징으로 하는 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전기 출력단에 병렬인 라인이 제공되고,
    상기 라인은 전압 한계값 이하에서 고 임피던스를 가지며, 상기 전압 한계값 이상에서 전도성이 되는 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 소자는 다이오드인 것을 특징으로 하는 회로.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 라인 상에 직렬로 설치된 두 개의 다이오드가 존재하는 것을 특징으로 하는 회로.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 다이오드 중 제 1 다이오드는 제 2 다이오드보다 높은 전압 한계값을 가지는 것을 특징으로 하는 회로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 다이오드는, 상기 두 개의 다이오드의 전압 한계값의 합을 초과할 때 전압을 하부방향으로 신호회로에 공급하는 것을 특징으로 하는 회로.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 다이오드는 양방향 제너 다이오드인 것을 특징으로 하는 회로.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 전기 출력단은 전기 콘센트인 것을 특징으로 하는 회로.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 디머 회로는 AC 전력으로 동작하는 것을 특징으로 하는 회로.
  11. 조명 제어 회로를 동작시키는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    디머 회로를 제공하고, 전기 콘센트에 제공된 전력을 약화시키는 단계; 그리고
    전압 스파이크를 식별함으로써 상기 전기 콘센트의 유도 부하의 존재 여부를 감지하고, 유도 부하가 감지되면 전력을 약화시키는 것을 중단하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 회로 동작 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 부하에 병렬인 라인이 제공되며, 상기 라인은 전압 한계값 이하에서 고 임피던스를 가지며, 상기 전압 한계값 이상에서 전도성인 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 회로 동작 방법.
  13. 컨트롤러에 사용자 제어 신호를 전달하는 복수의 입력 장치;
    상기 컨트롤러는 디머 회로와 통신하고;
    상기 디머 회로는 상기 사용자 제어 신호에 의한 약화 동작 요청에 근거하여 전기 출력을 약화시키는 기능을 가지며; 그리고
    전압 스파이크를 식별함으로써 전기 부하에서 유도 부하의 존재 여부를 감지하는 유도 부하 센서, 그리고 유도 부하가 감지된 때 전송되는 신호로서, 상기 디 머 회로가 상기 전기 출력을 약화시키는 동작을 중단하도록 하는 신호
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 회로.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전기 출력은 전기 콘센트인 것을 특징으로 하는 조명 제어 회로 동작 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전기 콘센트에 병렬인 라인이 제공되고, 상기 라인은 전압 한계값 이하에서 고 임피던스를 가지며 상기 전압 한계값 이상에서 전도성이 되는 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 회로.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 소자는 다이오드인 것을 특징으로 하는 조명 제어 회로.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 라인에 직렬로 장착된 두 개의 다이오드가 존재하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 회로.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 다이오드 중 제 1 다이오드는 제 2 다이오드보다 높은 전압 한계값을 가지는 것을 특징으로 하는 조명 제어 회로.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 다이오드는, 상기 두 개의 다이오드의 전압 한계값의 합을 초과할 때, 전압을 하부방향으로 신호 회로에 공급하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 회로.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 다이오드는 양방향 제너 다이오드인 것을 특징으로 하는 조명 제어 회로.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 입력 장치는 수신기에 무선 신호를 제공하고, 상기 수신기는 상기 컨트롤러와 통신하는 것을 특징으로 하는 조명 제어 회로.
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