KR20100014983A - 전력 제어용 디밍 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 디밍 회로는 스위치에 선택적으로 연결되는 절연 DC 전압원을 포함하고, 상기 스위치를 통해 전력이 소스로부터 부하에 공급된다. 일실시예에서, 상기 스위치는 두개의 MOSFET을 포함한다. 절연 DC 전압원은 MOSFET의 게이트 및 소스에 직접 선택적으로 연결되어, 전력을 부하에 제공하기 위한 동작 상태로 이들을 설정하게 된다. 절연 DC 전압원이 상기 스위치에 연결될 때 선택적으로 제어를 행하도록 동작하는 제 2 스위치를 컨트롤러가 제어한다.

Description

전력 제어용 디밍 회로{DIMMING CIRCUIT FOR CONTROLLING ELECTRICAL POWER }

본 발명은 부하에 대한 전력을 제어함에 관련된 발명으로서, 특히, 부하에 공급되는 전력을 제어하기 위한 디밍 회로(dimming circuit)에 관한 발명이다.

조명과 같은 부하에 대한 전력을 제어하는 소자들이 잘 알려져 있다. 가장 기본적인 것으로, 사용자로 하여금 조명을 켜거나 끄게 할 수 있는 스위치가 있다. 일부 스위치들은 디밍 기능을 포함하는 데, 이 기능에 따르면, 요망 수준의 광량을 얻기 위해 조명에 제공되는 전력의 양을 사용자가 개별화시킬 수 있다. 예를 들어, 일부 스위치들은 사용자가 조명의 밝기를 선택할 수 있는 수동 조절기를 구비하고 있다.

다양한 디머 스위치 구성들이 제시되고 있다. 일부의 경우에는 종래의 벽체 매립형 소켓을 통해 공급되는 전력을 제어하는 데 유용하다. 이러한 디머 스위치의 한가지 사용예로서, 별도의 회로 상에 전용 광원 및 스위치를 제공하지 않으면서 실내에서 조명 제어를 제공할 수 있다. 대신에, 건축가는 실내에서 조도 조절 기능을 가진 조명을 제공하는 한가지 방식으로, 램프를 꽂게 될 조도 조절형 벽체 소켓을 제공할 것이다. 이는 별도의 조명 회로 및 스위치를 제공하는 것에 비해 저렴한 편이다.

이러한 소자들의 다양한 구성이 알려져 있으나, 당 업자라면 이를 개선시키기 위해 계속하여 노력을 경주할 것이다. 개선이 요구되는 한가지 영역이라면, 이러한 소자들의 비용을 절감하고 복잡도를 낮추는 것이 될 것이다. 이러한 소자들 중 상당수가 두개의 MOSFET스위치를 포함하는 리버스 위상 제어 회로를 포함하고 있다. AC 사이클의 MOSFET 제어는 어려운 편이다. MOSFET스위치의 게이트와 소스에 인가되는 전압을 제어하기 위해 RC 회로를 배치하는 것이 제시된 바 있다. 하지만 풀 웨이브 정류기를 포함시킴으로써 전체 회로의 효율이 저하된다. 또한 조금더 경제적인 대안이 필요하다.

본 발명에 따른 일례의 디밍 회로는 부하에 대한 전력 공급을 제어하는 MOSFET 스위치의 게이트 및 소스에 선택적으로 연결되는 절연 DC 전압원을 포함한다.

일실시예에 따르면, MOSFET 스위치의 게이트 및 소스에 절연 DC 전압원을 선택적으로 연결하는 스위치를 제어 모듈이 제어한다. 이 제어 모듈은 MOSFET 스위치를 통해 부하에 공급되는 전력의 양을 제어한다.

도 1은 전체 전력 제어 시스템의 블록도표.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 디머 회로의 개략도.

도 1은 건물의 조명 제어 회로(20)를 도시한다. 복수의 디머 스위치(22A, 22B)가 무선 연결을 통해 멀티-채널 수신기(24)에 통신연결된다. 수신기(24)는 시중에서 구입가능한 종류 중 한가지에 해당한다. 무선 수신기 및 무선 스위치를 이용한다는 것에 본 발명이 제한되는 것은 아니며, 한가지 가능한 타입으로 언급될 뿐이다. 스위치(22)와 수신기(24) 간의 무선 연결은 수신기(24)로부터 멀리 이격하여 스위치를 배치할 수 있게 한다. 예를 들어, 수신기(24)는 선택된 방 내의 콘센트 부근에 지지될 수 있고 스위치는 방 내부나 방 근처의 다른 편리한 위치에 배치될 수 있다.

수신기(24)는 마이크로컨트롤러(26)와 통신연결되고, 마이크로컨트롤러(26)는 디머 회로(28)와 통신연결된다. 디머 회로(28)는 여러개의 조명(30A, 30B)들의 강도를 제어한다. 도시되는 디머 회로(28)는 타이밍 회로(40), 디밍부(42), 그리고 파워 트레인부(44)를 포함한다. 도시되는 예에서는 과부하 보호부와 열관리부가 또한 포함된다.

디머 회로(28)의 한가지 실시예가 도 2에 제시되어 있다. 마이크로컨트롤러(26)는 타이밍 회로(40)에 타이밍 제어 신호 입력을 제공한다. 타이밍 제어 신호는 한 예에서, 펄스 폭 변조 제어 신호를 포함한다. 부하(50)에 공급되는 전력의 양을 제어하기 위해 파워 트레인부(44)의 MOSFET 스위치(46)를 디밍부(42)가 작동시킬 때 타이밍 제어 신호가 제어 작업을 한다. 마이크로컨트롤러(26)는 사용자가 어떤 세팅을 선택하는 지(가령, 어떤 디밍 레벨이 요망되는지)에 기초하여 타이밍 제어 신호를 세팅하는 방식을 결정한다. 일실시예에서는 마이크로컨트롤러(26)가 펄스폭 변조 입력을 제공하기 위해 공지된 기술들을 이용하여 요망하는 양의 디밍을 제공하게 된다.

도시되는 예에서, 파워트레인부(44)는 MOSFET 스위치(46)를 포함한다. 왜냐하면 MOSFET 스위치(46)들은 소정의 파워 레벨(가령, 최고 600W)에 대해 효율적이다. 또다른 예는 더 높은 파워에 적용할 수 있는 것으로서, MOSFET(46) 대신에 IGBT를 포함한다.

일실시예의 부하(50)는 전구다. 전구의 조도 제어가 도시되는 배열의 한가지 사용예에 해당한다. 본 예에서, 부하(50)는 벽체 소켓에 꽂히고, 벽체 소켓은 단자(52, 54)들을 가진다.

한가지 예에서, MOSFET(46)은, MOSFET(46)을 동작 상태(즉, 온 상태)로 설정하기에 충분한 전압으로 게이트 및 소스 각각이 연결될 때, 잘 알려진 리버스 위상 제어 기법에 따라 동작한다. 이에 따라, 전력이 소스(56)(가령, 라인 AC)로부터 부하(50)에 공급될 수 있게 된다. 리버스 위상 제어 회로 예에서, MOSFET(46)은 0볼트에서 온 상태가 되고, 0볼트보다 높은 전압에서 오프 상태가 된다. 또한가지 예에서, 포워드 위상 제어 회로가 사용되어 MOSFET(46)이 0볼트에서 오프, 이보다 높은 전압에서 온 상태가 된다. 또한가지 예에서는 0이 아닌 전압에서 MOSFET(46)을 온 상태로 만들고, 또다른 0이 아닌 전압에서 오프 상태로 만든다.

파워 트레인부(44)가 온 상태일 때 디밍부(42)가 제어 작업을 하여, 부하(50)에 제공되는 전력의 양을 제어한다. 전구에 제공되는 전력의 양을 제어함으로서, 전구가 방출하는 광의 세기를 제어하게 된다.

본 예에서, 절연 DC 전압원(60)이 MOSFET(46)의 게이트 및 소스에 선택적으로 직접 연결되어, MOSFET이 전력을 부하에 전도시킬 수 있게 된다. 절연 DC 전압원(60)은 이와 관련된 부동 접지(62)를 포함한다. 스위치(64)가 마이크로컨트롤러로부터 입력되는 타이밍 제어 신호에 응답하고, 동작 상태(온 상태)에 들어가서 절연 DC 전압원(60)을 MOSFET(46)에 연결시킨다. 본 예에서, 스위치(64)는 옵토-커플러 컴포넌트(opto-coupler component)를 포함한다. 또다른 예에서는 절연 DC 전압원(60)을 MOSFET(46)에 선택적으로 연결하기 위해 릴레이 스위치나 변압기 컴포넌트를 포함한다.

한 예에서, 절연 DC 전압원(60)이 12볼트를 제공한다. 또다른 예에서는 이보다 낮은 전압이 사용된다. 절연 DC 전압원(60)의 전압은 MOSFET(46)을 포화 영역으로 온 상태로 만들기에 충분한 크기로 선택된다.

한가지 예는 절연 DC 전압원(60)을 얻기 위해 절연 DC-DC 컨버터를 이용한다. 또다른 예는 제2-스테이지 변압기를 포함한다. 본 예는 저항기(66, 68)와 제너 다이오드(70)를 포함한다. 저항기(66)는 MOSFET(46)을 온 상태로 만드는데 걸리는 시간, 즉, 턴-온 속도를 설정한다. 저항기(66, 68)는 MOSFET(46)을 오프 상태로 만드는데 걸리는 시간, 즉, 턴-오프 속도를 설정한다. 한 예에서, 저항기(68)는 저항기(66)에 비해 훨씬 큰 저항을 가진다. 그래서, 저항기(68)가 MOSFET(46)의 턴 오프 시간을 효과적으로 설정할 수 있게 된다. 오프 속도 및 온 속도를 선택함으로서, MOSFET(46)의 발진을 방지할 수 있고, MSOFET(46)이 선형 동작 영역에 너무 오래 머무를 경우의 열 발생을 방지할 수 있다.

제너 다이오드(70)는 전압 스파이크 및 노이즈, 등등으로부터 MOSFET을 차폐시키기 위한 과전압 보호를 제공한다. 제너 다이오드(70)는 잘 알려진 방식으로, MOSFET 게이트 및 소스 입력에 제공되는 전압을 다이오드의 리버스 브레이크다운 전압 이하로 유지하도록 구성된다.

개시되는 예에서의 한가지 장점은 MOSFET이 정류기없이도 전체 AC 사이클동안 완전하게 제어될 수 있다는 것이다. 제시되는 예는 MOSFET 제어를 위한 정류기나 RC 회로에 의존하는 소자들에 비해 효율적인 회로 구성에 해당한다.

Claims (14)

1. 전력 공급원과 부하 사이에 배치되는 한개 이상의 스위치와,

   소스로부터 부하까지 전력을 제공하도록 스위치를 설정하기 위해 상기 한개 이상의 스위치에 선택적으로 연결되는 절연 DC 전압원을 포함하는 것을 특징으로 하는 디머 회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 한개 이상의 스위치는 두개의 MOSFET을 포함하고, 절연 DC 전압원은 MOSFET의 게이트와 소스에 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 디머 회로.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 절연 DC 전압원과 상기 한개 이상의 스위치 사이에 제 2 스위치가 연결되고, 상기 제 2 스위치의 제 1 동작 상태에서는 절연 DC 전압원이 상기 한개 이상의 스위치에 연결되고, 상기 제 2 스위치의 제 2 동작 상태에서는 상기 절연 DC 전압원이 상기 한개 이상의 스위치로부터 차단되는 것을 특징으로 하는 디머 회로.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 스위치가 옵토-커플러(opto-coupler)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디머 회로.
5. 제 3 항에 있어서, 절연 DC 전압원을 상기 한개 이상의 스위치에 선택적으로 연결하기 위해 제 2 스위치의 동작 상태를 제어하는 타이밍 제어 신호를 제공하는 컨트롤러를 상기 디머 회로가 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 디머 회로.
6. 제 5 항에 있어서, 타이밍 제어 신호는 상기 한개 이상의 스위치를 통해 부하에 조절가능한 크기의 전력을 제공하도록 하기 위해 펄스 폭 변조 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 디머 회로.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 한개 이상의 스위치에 인가되는 전압을 제한하기 위해 상기 절연 DC 전압원과 상기 한개 이상의 스위치 사이에 한개 이상의 전압 제어 컴포넌트를 상기 디머 회로가 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 디머 회로.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 한개 이상의 전압 제어 컴포넌트가 제너 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 디머 회로.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 한개 이상의 전압 제어 컴포넌트는 상기 한개 이상의 스위치의 턴-온 시간을 제어하도록 동작하는 제 1 저항기와, 상기 한개 이상의 스위치의 턴-오프 시간을 제어하도록 동작하는 제 2 저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디머 회로.
10. 한개 이상의 스위치에 절연 DC 전압원을 선택적으로 연결하는 단계와,

    상기 한개 이상의 스위치를 통해 소스로부터 부하에게 전력이 제공되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디머 회로 제어 방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    절연 DC 전압원이 상기 한개 이상의 스위치에 연결될 때 제 2 스위치가 제어 작업을 행하도록 절연 DC 전압원과 상기 한개 이상의 스위치 사이의 제 2 스위치를 선택적으로 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 디머 회로 제어 방법.
12. 제 10 항에 있어서, 선택된 값 이하로 제공 전압을 유지하기 위해 절연 DC 전압원으로부터 상기 한개 이상의 스위치에 제공되는 전압을 제한하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 디머 회로 제어 방법.
13. 제 10 항에 있어서, 상기 한개 이상의 스위치가 두개의 MOSFET을 포함하는 것을 특징으로 하는 디머 회로 제어 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 리버스 위상 제어를 위해 상기 두개의 MOSFET을 이용하는 것을 특징으로 하는 디머 회로 제어 방법.

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