KR20100135632A

KR20100135632A - 전자식 스위치기

Info

Publication number: KR20100135632A
Application number: KR1020090055349A
Authority: KR
Inventors: 김진국
Original assignee: 하가전자 주식회사
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2009-06-22
Publication date: 2010-12-27
Also published as: KR101042783B1

Abstract

최근 전등 스위치기가 485통신에 의한 원격제어, 무선 리모콘에 의한 원격제어등의 필요성으로, 기계식에서 전자식으로 빠른 속도로 교체되고 있다. 또 전자식이 되면 초저녁과 새벽에 2∼3시간씩 전등을 자동 점등하여 마치 사람이 활동하고 있는 것과 같은 효과를 내어주는 방범기능도 가능하고, 전등을 오프시는 약 10초의 타임 딜레이를 주어 잠자리로 편리하게 이동할 수 있도록 하는 기능도 가능하여 기계식에 비하여 여러 가지 편리한 점이 많다. 본 발명은 이러한 편리한 기능이 있는 "전자식 벽 스위치기"에 관한 것이다. 종래의 전자식 벽 스위치기는 전자회로 구동을 위하여 스위치기에 상용전원(AC 110V 또는 220V)을 공급받아 SMPS를 사용하여 비충전부 저전압을 만들어 사용 하였다. 그래서 신규아파트 또는 신규 가옥에는 전자식 스위치기 시공이 가능하나, 기존의 아파트나 가옥에는 스위치 함에 스위치선만 내려와 있기 때문에 전자식 스위치기의 시공이 불가능 하였다. 그러나 본 발명의 전자식 스위치기는 스위치선에서 필요한 저전압 구동전력을 만들고 이것을 다시 인버터를 사용하여 비충전부전원(Isolated Power)을 만들기 때문에 기존 가옥의 기계식 스위치기에 바로 교체하여 사용할 수 있는 장점이 있다. 또 AC 상용전원을 필요로 하지 않기 때문에 시공이 간편하고 안전하며 원가절감 효과가 크다. 또 본 발명의 스위치기에는 스위치기에 연결된 부하기기 [조명등, 씰링팬, 온도조절밸브등]에 온.오프 신호, 밝기조절 신호, 속도조절 신호, 온도조절 신호등의 신호를 스위치 선에 실어 보낼 수 있어 스위치기와 그 부하기기 간에는 별도의 통신선을 시공 할 필요가 없으며 스위치기에 과부하감지 및 차단 기능이 있어 스위치기로 인한 화재의 가능성을 차단하고 스위치기의 수명을 대폭 개선하는 효과도 있다.

전자식 벽 스위치기 및 그 부하기기

Description

전자식 벽 스위치기 및 그 부하기기{ The Electronic Wall Mounted Switch and its load equipment}

본 발명은 전자식 벽 스위치기에 있어, 전등이 오프되어 있을 때나 전등이 온되어 있을 때에나, 또 전등이 15W에서 300W등 광범위한 범위에서도 안정된 비충전부 전원을 공급하는 기능을 가진, 또 스위치 정격을 초과한 과부하를 감지하여 이를 차단하는 기능을 가진 그리고 어떠한 전등이 사용 되어도 스위칭용 트라이악이 안전하게 작동 하도록 하는 그러한 기능이 있는 또 스위치기의 부하기기에 신호를 전달하는 그러한 기능이 있는 전자식 스위치기 및 그 부하기기 [조명등, 씰링팬, 온도조절밸브등]에 관한 것이다.

본 발명은 "전자식 벽 스위치기"에 관한 것으로서 전등이 오프되어 있을 때에도 제어회로에 안정된 저전압을 공급하는 기능이 있는, 또 광범위한 범위의 전등(예;15W ∼ 300W)이 온 되어도 안정된 저전압을 공급하는 기능이 있는, 그리고 485통신 등을 위하여 안정된 비충전부전원(Isolated Power)을 공급하는 기능이 있는, 스위치 정격을 초과한 과부하를 감시하여 과부하를 차단하는 기능이 있는, 어떠한 종류(예;백열전구, 삼파장형광등, 할로겐램프, LED등)의 전등이 사용되어도 트라이 악이 안전하게 작동하도록 하는 기능이 있는 또 스위치기의 부하기기에 신호를 전달하는 그러한 기능이 있는 그러한 전자식 벽 스위치기 및 그 부하기기 [조명등, 씰링팬, 온도조절밸브등]에 관한 것이다. 종래의 전자식 스위치기에 있어서는 도1 에서와 같이 스위칭 소자로 릴레이를 사용 하였고, 또 릴레이 구동을 위하여 스위치선외에 별도의 220V AC 전원이 필요하였다. 온·오프 제어 해야할 전등이 재래식 형광등, 삼파장 형광등, 백열전구, 할로겐램프등 그 종류가 다양하고 특성이 모두 다르기 때문에 스위칭 소자로 트라이악을 사용할 경우 온·오프 과도현상 때 트라이악이 파괴되는 현상이 자주 발생하여 릴레이를 사용하여왔다. 또 도2 에서는 스위치선 외에 별도의 220V AC선을 필요로 하고 있지 않으나 스위치가 오프되어 있을 때에는 ACin 단자가 (+)일 때에만

의 경로로 제2콘덴서 C₂ 에 에너지가 충전되고 AC IN 단자가 (-) 일 때에는

의 경로로 제1콘덴서 C₁ 에 충전된 전하만 방전할 뿐 제2콘덴서 C₂ 에는 에너지가 충전되지 않기 때문에 에너지 이용효율이 낮아 적정한 전원전압을 얻기 위하여는 제1콘덴서 용량을 높여야만 했었다. 또 도2 와 같은 종전의 전원회로에 있어서 스 위치가 온되어 전등이 켜졌을 때에는 ACin 단자 전압이 SWout 단자 전압보다 낮을 때에만 부하전류가

와 같이 부하 전류의 일부가 제2콘덴서 C₂ 로 흘러 제2콘덴서 C₂ 에 에너지를 공급하였고 ACin 단자 전압이 SWout 단자 전압보다 높을 때에는 부하전류가

의 경로로 흘러 제2콘덴서 C₂ 에는 에너지를 공급할 수가 없었다. 따라서 스위치가 온 되어 전등이 켜졌을 때 적정 제어전원을 공급하기 위하여는 L₁ 의 인덕턴스를 높여야 하고 이 경우 코일의 선경이 가늘어져 최대 제어가능 전류가 낮아지는 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 전자식 스위치기에 있어 기계식 스위치기에 대체하여 사용이 가능 하면서 스위치기에 사용할 수 있는 전등의 용량이 15W∼300W 이상까지 광 범위하게 하는 것이 가능하고 에너지 이용효율이 좋아 저용량의 부품 사용이 가능하면서 485 통신을 위한 비충전부 전원 공급이 가능하고, 다양한 종류의 등기구를 사용 하더라도 스위칭용 트라이악이 안전하게 동작 하도록 하며 스위치 부하를 감시하여 부하가 스위치의 정격을 초과시 이를 차단하는 기능이 있고, 또 사용자의 편리성을 위하여 전등 오프시 타임 딜레이 기능이 있으며, 디스플레이 LED의 밝기를 사용자가 직접 조절할 수 있으며, 밝기센서를 사용하여 해시계를 만들어 이 해시계에 의하여 방범기능을 수행하는 기능이 있는 또 스위치기의 부하기기에 신호를 전달하는 그러한 기능이 있는 그러한 전자식 스위치기 및 그 부하기기 [조명등, 씰링팬, 온도조절밸브등]를 제공함에 있다.

본 발명은 스위치가 오프되어 전등이 꺼져 있을 때 구동회로용 전력을 보다 효율적으로 공급하는 단계, 스위치가 온(ON)되어 전등이 켜져 있을 때 구동회로용 전력을 보다 효율적으로 공급하는 단계, 충전부 전원으로부터 485 통신을 위한 비충전부 전원을 공급하는 단계, 다양한 종류의 전등을 온·오프제어 하여도 스위칭용 트라이악이 안전하게 동작 하도록 하는 단계, 전등 부하가 스위칭 정격을 초과하였을 때 일정시간 경고음 발생 후 이를 차단하는 단계, 전등 오프시 타임 딜레이를 판단하고 수행하는 단계, 디스플레이 LED의 밝기를 조절하는 단계, 밝기센서를 이용하여 해시계를 만들어 방범기능을 수행하는 단계, 스위치기가 그 부하기기에 신호를 전달하는 단계, 부하기기가 스위치로부터의 신호를 인식하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

본 발명의 전자식 스위치기는 485 통신을 위한 비충전부 전원 공급이 가능하면서, 저용량(10W)에서 고용량(수백W)까지, 다양한 종류의 램프를 안전하게 온(ON), 오프(OFF) 제어가 가능하고 전등 부하가 스위치 정격을 초과하였을 때 경고음과 함께 이를 차단하는 것이 가능하고, 전등 오프시 일정시간 (약10초) 타임 딜레이가 가능하며, 장기간 여행시 방범기능 수행이 가능하면서 추가 배선공사 없이 기존의 기계식 스위치에 대체하여 사용이 가능할 뿐 아니라 스위치기의 부하기기에 별도의 신호선 배선없이 신호를 스위치선에 실어 전달할 수 있고 부하기기는 이 신호를 인식하여 작동하기 때문에 에너지 효율 및 사용의 편리성과 가격 경쟁력, 반영구적인 수명개선 면에 있어 혁신적인 효과가 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 "전자식 벽 스위치기"의 동작 원리를 도면과 함께 상세히 설명한다. 도3 의 실시 예에서와 같이 구성된 본 발명의 "전자식 벽 스위치기"에 있어서는 전등이 오프되어 있고 ACin 단자 전압이 SWout 단자 전압보다 높을 때에는

의 경로로 제2콘덴서 C₂에 에너지가 충전되고 ACin 단자 전압이 SWout 단자 전압보다 낮을 때에는

의 경로로 전류가 흘러 제2콘덴서 C₂에 에너지가 충전되어 C₁이 충·방전 할 때마다 제2콘덴서 C₂에 에너지가 충전되므로 에너지 이용효율이 배가 되어 제1콘덴서 C₁의 용량을 1/2 이하로 줄일 수가 있다. 또 스위치가 온되어 전등이 켜져있고 ACin 단자 전압이 SWout 단자 전압보다 낮을 때에는

의 경로로 부하전류의 일부가 제2콘덴서[C₂]로 흘러 제2콘덴서[C₂]에 에너지가 충전되고 AC IN 단자 전압이 SWout 단자 전압보다 높을 때에는

의 경로로 부하전류의 일부가 제2콘덴서[C₂]로 흘러 제2콘덴서[C₂]에 에너지가 충전되므로 스위치가 온 되어 전등이 켜져 있을 때에도 전류 이용 효율이 배가하여 L₁ 의 인덕턴스를 1/2 이하로 줄일 수가 있어 결과적으로 스위치 전류 정격을 2배 이상으로 높일 수 있는 장점이 있다. 또 485 통신을 하기 위해서는 비충전부 전원[Isolated Power]을 만들어 제어회로 블록(3)과 통신회로 블록(4)에 공급 하여야 되는데 회로블럭(1)과 같이 구성된 충전부 전원회로 블록으로 부터 스위치가 온(ON)되어 있을 때나 스위치가 오프(OFF)되어 있을 때나 안정하게 동작하는 충전부 전원 회로 블럭으로부터 충전부 전원을 공급받아 회로블럭(7)과 같이 구성된 멀티바브레이터 회로블럭으로 온(ON) 타임과 오프타임이 약 60％:40％ 되는 구형파를 만들어 FET1과 T₁을 구동하여 비충전부 전원(VDD)을 얻는다. 회로블럭(7)의 제1집적회로(U₁)의 특성은

온타임 t₁ 은,

t₁∝ (R₄+ R₅)·C₄ 이고

off time t2 는,

t₂∝ (R₅)·C₄

주파수 f는,

이므로 R₄, R₅, C₄를 변경하면 원하는 주파수와 원하는 듀티(on time duty)의 구형파를 얻을 수 있다. 회로블럭(2)와 같이 구성된 비충전 회로블럭에서 제1 FET[FET1]이 온(ON)·오프[OFF]를 반복할 때 온[ON]할 때에는 제7다이오드[D₇]가 도통하여

D₇ → L₂ → C₅ → 9[ofT₁] → 7[ofT₁]

의 경로로 제5콘덴서 C₅에 에너지가 충전되고 제1 FET[FET1]가 오프[OFF]할 때에는

L₂ → C₅ → D₈

의 경로로 L₂의 에너지가 C₅에 충전 되도록 제1트랜스[T₁]을 권선 하였고 입력전압[VCC]와 출력전압[VDD]는 약 1:1이 되도록 하였으나 T₁의 권선비에 따라 조정할 수 있다. 회로블럭(3)은 제어회로 블럭으로 제어 마이콤[U₂]이 각종의 입력을 받아 스위치, 디스플레이, 통신등을 제어한다. 제1스위치[SW1]와 제2스위치[SW2]의 입력을 받아 제1트라이악[TRC]을 온·오프 제어하고 디스플레이 LED인 제1발광다이오드[LED1]와 제2발광다이오드[LED2]를 제어한다. 무선 리모콘 수신모듈(9)로 부터의 신호와 485 통신 회로블럭(4)으로 부터의 신호에 의하여도 제어한다. 제어 마이콤[U₂]의 제1출력단자[O₁]에 하이(High)를 출력하면 포토트라이악[PHT]이 온(ON)하여 결과적으로 트라이악[TRC]이 온[ON]한다. 키 입력 시 마다 제5출력단자[O₅]에 비프음을 출력하여 부저[X₁]를 구동한다. 또 ADC 입력단자[I₃]로 인쇄회로기판에 장착된 써미스터[TH1]의 온도를 측정하여 써미스터 [TH1]의 온도가 정격 부하시의 온도보다 약 2℃ 정도 높으면 경보음을 울려주고 이것이 일정시간[약10분]이상 지속되면 켜져있는 스위치 1개를 오프하여 정격을 초과하지 않도록 한다. 제어 마이콤이 오동작이나 고장으로 제 역할을 하지 못할 때에는 제4집적회로[U₄]의 출력단자에 로우(LOW)가 출력 되도록 하여 스위치를 전부 오프한다. 예를 들어 스위치 정격이 4A이고 정격 부하시 인쇄회로기판에 부착된 써미스터[TH1]의 온도가 60℃ 이었으며 이때 써미스터[TH1]의 저항치는

60℃ 에서 12.339 KΩ

62℃ 에서 11.487 KΩ

65℃ 에서 10.332 KΩ

이라고 가정하고,

R₁₃ = R₁₄ = R₁₅= 10.332 KΩ 로 정하면

제어 마이콤[U₂]의 ADC 입력단자에 읽혀지는 전압은

60℃ 이하에서는

이하이고

60℃ 에서는

62℃ 에서는

65℃ 에서는

이다. 제어 마이콤이 제 역할을 하지 못한다 하더라도 65℃ 이상 에서는 비교기(U₄)의 (-)단자 전압이 (+)단자 전압보다 높아지기 때문에 비교기[U₄]의 출력이 로우[LOW]가 되어 트라이악[TRC]을 오프하게 된다. 또, 트라이악 회로블럭(5)에서 트라이악의 T₁단자와 T₂단자 사이에 연결된 TNR는 바리스터로, 전등 부하의 종류에 따라 발생할 수 있는 과도전압을 흡수하여 트라이악을 보호하기 위한 것이고 트라이악의 (T₁단자 또는) T₂단자와 직렬로 연결된 NTC는 부특성 써미스터로 전등 온(ON)시, 전등 부하의 종류에 따라 발생할 수 있는 과도 전류를 방지하여 온(ON).오프시 트라이악을 안전하게 작동하게 하기 위한 것이다. 또, 본 발명에 의한 전자식 벽 스위치기는 오프시 키입력 시점으로부터 일정시간 (약10초간)의 타임 딜레이를 줄 수 있고, 장기간 여행시는 원터치 (One Touch)에 의한 방범기능 설정으로 방범기능을 수행할 수 있으며, 표시 LED의 밝기도 사용자가 직접 조절할 수 있다. 먼저 타임 딜레이 기능에 대하여 설명한다. 도3에서 SW₁과 SW₂는 각각 램프1과 램프2의 온.오프 버튼으로 한번 누르면 켜지고 다시 한번 누르면 꺼진다. 그러나 본 발명에 있어서는 이 버튼을 보통으로 (약200ms이내) 누르면 해당램프가 즉시 꺼진다. 그러나 일정시간 (약300ms)이상 누르면 다시 켜져 약10초후 꺼지도록 하여 사용자가 잠자리로 이동시 편리하게 하였다 (도5 참조). 본 발명의 전자식 벽 스위치기에 있어서 는 램프1, 램프2의 온.오프 상태표시 LED [LED₁, LED₂] 및 방범설정 상태표시 LED [LED₃]가 있는데 사용자에 따라 밝기가 너무 밝다고 느낄 수가 있음을 감안하여 사용자가 표시 LED의 밝기를 조절할 수 있도록 하였다. 사용자가 스위치 버튼을 2초 이상 계속 누르면 LED 밝기가 매2초마다 다음과 같이 변하는 것이다.

최소밝기 (5％)시에는 띵·소리를 함께 내주어 사용자가 쉽게 최소밝기에 설정할 수 있도록 하였다. 또 사용자가 장기간 여행시 초저녁과 새벽에 2 ∼ 3시간씩 전등을 자동으로 점등하도록 하는 방범기능 수행을 위하여는 시간설정 및 예약설정이 필요한데 이 경우 시간표시 LCD 및 다수의 설정버튼이 필요해 디자인이 지저분해질 뿐 아니라 설정이 복잡하여 사용자가 거의 사용하지 않는다. 본 발명에 있어서는 이러한 불편을 해소하기 위하여 밝기센서 (CDS 센서)에 의한 해시계를 스위치가 스스로 가동하고 있다가 사용자가 완터치에 의한 방범설정 스위치 [SW₃]로 방범만 설정해 놓으면 스위치기는 매일 초저녁에 약3시간 새벽에 약2시간 전등을 자동 점등하여 마치 사람이 가옥내에서 활동하고 있는 것과 같은 효과를 내도록 하였다. 해시계를 가동하는 방법은 [도6]에서 동틀녘 (t₀)와 노을녘 (t₁)의 중간지점을 낮12시로 하고 이때부터 12시간 후를 밤 12시로 하여 가동한다. 노을녘 (t₁)과 동틀녘 (t₀)의 중간지점을 밤12시로 하고 그로부터 12시간 후를 낮12시로 하여 시계를 가동 할 수도 있다. 밝기는 [도3]에서 제19저항과 밝기센서 [CDS]로 분압된 전압을 제어마이콤이 제6입력단자 [I₆]로 입력받아 감지한다. 이제 스위치기로부터 그 부하기기에 신호전달 과정을 본 발명의 부하기기를 조명등으로 하였을 때의 일 실시예인 [도4]를 기준으로 하여 살펴본다. 스위치기의 제어마이콤 [U₂]의 제1출력단자 [O₁]에서 하이(High)를 출력하면 포토트라이악 (PHT)이 온[ON] 되어 결과적으로 트라이악 [TRC]이 온[ON] 되어 조명등 [2]에 상용교류 전원 [AC 220V]이 인가되어 조명등이 켜지도록 되어 있다. 스위치가 온[ON] 되어 있고 ACcom 단자 전압이 ACin 단자 전압보다 높을 때의 전류는

과 같이 흘러 위상 판별 포인트로 선택한 제3다이오드 [D₃]의 캐소드 전압은 약 -0.7V_DC가 된다. 또 스위치가 온되어 있고 ACcom 단자 전압이 ACin 단자 전압보다 낮을 때에는 전류가

과 같이 흘러 위상 판별 포인트인 D₃ 캐소드 전압은 (V_DD + 0.7)가 된다. 따라서 [ 도7]의 (1)과 같은 전압파형이 위상 판별 포인트인 D₃의 캐소드에 나타나고 이 파형은 제1포토커플러 [PHC]를 통하여 동위상으로 제어마이콤 [U₂]의 제7입력단자 [I₇]에 전달된다. R₂₀, PHC, R₂₁로 구성된 위상 판별 회로블럭은 충전부의 파형을 비충전부에 전달하기 위한 구성이다. 이 파형[[도7]의 (1)과 같은 파형]은 전등이 오프 [트라이악 오프]되어 있을 때에도 동일하게 나타나기 때문에 위상 판별용으로 사용할 수 있다. 한편 전등이 온 [ON]되어 있을 때에 조명등의 Sin 단자에 나타나는 전압을 살펴보면 ACcom 단자 전압이 ACin 단자 전압보다 높을 때에는 전류가 상기 전류 흐름도 (1)에서와 같이 되어 Sin 단자 전압은 약 0V_DC가 된다. ACcom 단자 전압이 ACin 단자 전압보다 낮을 때에의 전류흐름은 상기 흐름도 (2)와 같이 되어 SWin 단자 전압이 약300V_DC가 된다. 이때 조명등의 제1저항과 제2저항의 비율을 30:1로 설정하면 Sin 단자 전압이 약 10V가 되나 조명등의 제5다이오드 [LD₅]로 Lvcc에 묶어 (clamp 해) 놓았기 때문에 (Lvcc + 0.7)V_DC가 된다. 따라서 조명등의 조명등이 온 [ON]되어 있을 때 Sin 단자에 나타나는 전압 파형은 [도7]의 (2)와 같다. 조명등이 오프 (OFF)되어 있을 때에는 전류흐름이 ACcom 단자 전압이 ACin 단자 전압보다 높을 때에는

과 같이 되어 ACcom과 SWin 단자 사이의 전압 강하가가 거의 없으므로 조명등의 Sin 단자 전압은 (Lvcc + 0.7) V_DC가 된다. 조명등이 오프되어 있고 ACcom 단자 전압이 ACin 단자 전압보다 낮을 때의 전류흐름은

과 같이 되어 SWin 단자 전압이 약 +0.7V_DC가 되어 조명등의 Sin 단자 전압은 거의 0V_DC가 된다. 따라서 조명등이 오프되어 있을 때 조명등의 Sin 단자에 나타나는 파형은 [도7]의 (3)과 같다. 따라서 조명등이 온되어 있을 때 스위치에서 (+) 펄스 1개를 삭제 [이 기간만 트라이악을 오프]하면 조명등의 Sin에 나타나는 파형은 [도7] (4)와 같이 되고 스위치 쪽에서 (-) 펄스 1개 기간만 (약8.3ms) 오프하면 [도7]의 (5)와 같은 파형이 조명등의 Sin 단자에 나타난다. 따라서 스위치 측에서 (+) 위상의 1개 기간 또는 그 이상의 기간만 오프하거나 (-)측의 1개 기간 또는 그 이상의 기간을 오프하여 조명등 측에 밝기조절 신호로 보내어 조명등 측에서 밝기조절 신호로 사용할 수 있다. 또, 조명등이 오프되어 있을 때에는 [도7]의 (3)과 같은 파형이 나타나기 때문에 제7입력단자 [I₇]의 위상이 (+)일 때 1개 기간 [8.3ms]만 온(ON)하면 [도7]의 (6)과 같은 파형이 조명등의 Sin 단자에 나타나고 위상이 (-)일 때 1개 기간만 온 (ON)하면 [도7]의 (7)과 같은 파형이 나타난다. 따라서 조명등이 온 되어 있을 때에는 위상이 (+) 인 기간 일정기간 만 트라이악을 오프하거 나 위상이 (-)인 기간 일정기간만 트라이악을 오프하여 밝기 (+)와 밝기 (-)의 신호 또는 기타 필요한 신호로 사용하고 조명등이 오프되어 있을 때에는 위상이 (+)인 일정기간 만 트라이악을 온하거나 위상이 (-)인 일정기간만 트라이악을 온[ON]하여 밝기(+)와 밝기(-)의 신호 또는 기타 필요한 신호로 사용하여 조명등의 밝기를 조절할 수 있다. 이와 같은 방법으로 조명등에 신호를 전달하면 위상이 (+)인 기간의 온 또는 오프 기간의 인터벌 [on or off time interval]과 위상이 (-)인 기간의 온 또는 오프 기간의 인터벌을 조합하면 스위치기로부터 조명등에 밝기(+), 밝기(-) 뿐 아니라 온.오프등 기타 필요한 신호를 조명등으로 전달할 수 있다. 이와 같은 방법으로 본 발명은 스위치에 연결되어 사용되는 부하기기 [조명등, 씰링팬 (Ceiling Fan), 온도조절밸드등]에 온.오프 제어신호, 밝기제어 신호, 속도제어 신호 온도제어 신호등 다양한 신호를 전달할 수 있고 부하기기는 이 신호를 인식하여 부하기기를 작동시킬 수 있다. 도3에서 SW₄는 밝기(+) 버튼이며 SW₅는 밝기(-) 버튼이다. 또 전자식 스위치가 오프[OFF]되어 있을 때, 충전부 전원 회로블럭(1)의 효율을 높이기 위한 본 발명의 회로 구성예가 도3.1에 나타나있다. 도3의 충전부 전원 회로블럭(1)에서 제1콘덴서, 제3콘덴서, 제1저항, 제1다이오드, 제2다이오드로 구성된 스위치가 오프되어 있을 때의 전원 공급회로를 스위칭 모드 전원 회로블럭[SMPS] (1.1)으로 교체한 것이다. 스위치가 오프되어 있을 때에는 부하기기 회로블럭 2에서의 전압 강하가 거의 없어 ACin 단자와 SWout 단자 사이에 거의 상용교류 전압 110/220V가 걸리기 때문에 이것을 브릿지 다이오드 [BD]로 정류하여, 대기 전력 0.5W미만의 스위칭 모드 전원 회로블럭을 구성한 것이다. 스위칭 전원 IC [U₅]와 제2트랜스 [T2], 제2포토 커플러와 그 주변 부품으로 구성된 스위치의 스위칭 모드 전원 회로블럭 [SMPS] (1.1)은 대기전력을 극소화하기 위한 구성으로 그 출력이 비충전부 전원이기 때문에 스위치가 온[ON] 되었을 때의 비충전부 전원 회로블럭 (7)의 출력과 중첩되어 있다.

도1은 종래의 전원회로를 사용한 전자식 벽 스위치기의 일 실시예를 나타내는 도면.

도2는 기계식 스위치에 대체 사용이 가능한 종래의 전자식 벽 스위치기의 일 실시예를 나타내는 도면.

도3은 본 발명에 따른 전자식 벽 스위치기의 일 실시예를 나타내는 도면.

도3.1은 스위치가 오프[OFF]되었을 때의 효율향상을 위한 충전부 전원 회로블럭이 적용된 본 발명에 따른 스위치기의 일 실시예를 나타내는 도면.

도4는 본 발명에 따른 전자식 벽 스위치기와 부하기기 [조명등]의 일 실시예를 나타내는 도면.

도5는 오프시 타임 딜레이를 수행방법을 나타내는 도면.

도6은 밝기센서로 밝기를 감지하여 해시계를 가동하는 원리를 나타내는 도면.

도7의 (1)은 스위치가 온[ON] 또는 오프[OFF] 되어 있을 때 스위치의 위상 입력단자 [I₇]에 나타나는 전압 파형도.

(2)는 스위치가 온[ON]되어 있을 때 스위치에 연결되어 사용되는 부하기기 [조명등]의 신호 입력단자 [Sin]에 나타나는 전압 파형도.

(3)은 스위치가 오프[OFF]되어 있을 때 부하기기 [조명등]의 신호 입력단자에 나타나 는 전압 파형도.

(4)는 스위치가 온[ON]되어 있을 때 스위치의 위상 입력 파형중 (+) 펄스 1개 기간만 오프하였을 때 부하기기 [조명등]의 신호 입력 [Sin] 단자에 나타나는 전압 파형도.

(5)는 스위치가 온[ON]되어 있을 때 스위치의 위상 입력 파형중 (-) 펄스 1개 기간만 오프하였을 때 부하기기 [조명등]의 신호 입력 [Sin] 단자에 나타나는 전압 파형도.

(6)은 스위치가 오프[OFF]되어 있을 때 스위치의 입력 파형중 (+) 펄스 1개 기간만 온[ON]하였을 때 부하기기 [조명등]의 신호 입력 [Sin] 단자에 나타나는 전압 파형도.

(7)은 스위치가 오프[OFF]되어 있을 때 스위치의 입력 파형중 (-) 펄스 1개 기간만 온[ON]하였을 때 부하기기 [조명등]의 신호 입력 [Sin] 단자에 나타나는 전압 파형도

＜ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

AC 110 / 220V ; 110V 또는 220V 교류전원

ACcom ; 교류 상시입력 공통단자

SWin ; 스위칭된 교류 입력단자

SWout ; 스위치 출력단자

ACin ; 교류 입력단자

1 ; 스위치기 회로블럭

2 ; 부하기기 회로블럭

(1) ; 충전부 전원 회로블럭

(1.1) ; 스위치의 스위칭 모드 전원 회로블럭 (SMPS)

(2) ; 비충전부 전원 (isolated power) 회로블럭

(3) ; 제어회로블럭

(4) ; 485 통신 회로블럭

(5) ; 트라이악 회로블럭

(6) ; 위상판별 회로블럭

(7) ; 멀티 바이브레이터 회로블럭

(8) ; 과부하 감시 회로블럭

(9) ; 리모콘 수신 모듈

(10) ; 부하기기의 브릿지 정류 회로블럭

(11) ; 부하기기의 스위칭 모드전원 [SMPS] 회로블럭

(12) ; 부하기기의 제어 [온.오프 및 밝기등] 회로블럭

U₁ ; 타이머 IC

U₂ ; 제어마이콤

U₃ ; 485IC

U₄ ; 비교기 (Comparator)

U₅ ; 스위칭 전원 IC

R₁∼ R₂₄ ; 제 1 ∼ 제 24저항

C₁∼ C₁₆ ; 제1 ∼ 제 16콘덴서

D₁∼ D₁₃ ; 제1 ∼ 제13다이오드

BD ; 브릿지 다이오드

TRC ; 트라이악

NTC ; 부특성 써미스터

TNR ; 바리스터

FET₁ ; FET

T₁, T₂ ; 제1트랜스, 제2트랜스

L₁, L₂ ; 제1코일, 제2코일

TH₁ ; 써미스터

LED₁, LED₂ ; 제1발광다이오드, 제2발광다이오드

LED₃ ; 방범표시 발광다이오드

X₁ ; 부저

XT₁ ; 크리스탈

SW₁, SW₂ ; 제1스위치, 제2스위치

SW₃ ; 방범 스위치

SW₄ ; 밝기(+) 스위치

SW₅ ; 밝기(-) 스위치

PHT ; 포토트라이악

PHC1, PHC2 ; 제1포토 커플러, 제2포토 커플러

V_CC ; 충전부 전원(+) 단자

V_DD ; 비충전부 전원(+) 단자

I₁∼ I₉ ; 제1 ∼ 제9 입력단자

O₁∼ O₆ ; 제1 ∼ 제6 출력단자

RXD ; 데이터 입력단자

TXD ; 데이터 출력단자

CDS ; 밝기센서

L_D1∼ L_D5 ; 부하기기의 제1 ∼ 제5 다이오드

L_R1, L_R2 ; 부하기기의 제1저항, 제2저항

L_C1 ; 부하기기의 제1콘덴서

Hvcc ; 부하기기의 직류 고전압단자

Lvcc ; 부하기기의 직류 저전압단자

Lamp₁ ; 제1램프

Lamp₂ ; 제2램프

Claims

전자식 스위치기와 여기에 연결하여 사용되는 부하기기에 있어 스위치기의 ACin 단자와 트라이악 회로블럭(5) 사이에 충전부전원 회로블럭(1)을 구성하고 상기 충전부전원 회로블럭(1)으로부터 충전부전원[VDD]을 공급받아, 비충전부전원(Isolated Power)[VDD]을 만드는 비충전부 전원 회로블럭(2)을 구성해서 이 비충전부전원[VDD]을 마이콤제어 회로블럭(3)과 통신 회로블럭(4)의 구동 전원으로 공급하고, 상기 충전부 전원 회로블럭(1)과 스위치출력 [SWout] 단자 사이에 트라이악 회로블럭(5)을 연결하여 구성하고, 상기 마이콤제어 회로블럭(3)의 제어마이콤[U₂]에는 키 입력단자[I₁, I₂, I₅, I₈, I₉], ADC 입력단자[I₃], 위상 입력단자 [I₇], 리모콘 입력단자[I₄], 485 데이터 입력단자[RXD], 485 데이터 출력단자[TXD], 제1출력단자[O₁] LED1 출력단자[O₃], 부저음 출력단자[O₅]를 설정한 후 상기 제어마이콤[U₂]의 각 입출력 단자에 각 해당 입출력 부품[SW₁, SW₂, SW₃, SW₄, SW₅, 써미스터(TH1), 리모콘 수신모듈(9), 485 통신블럭(4), 위상판별 회로블럭(6), 표시LED (LED₁, LED₂, LED₃), 부저(R₁₂, X₁), 포토트라이악 (R₁₁, PHT)]을 연결하여 구성해서 키 입력 또는 리모콘 입력 또는 485 통신 데이터에 따라 전등 스위치를 어떠한 부하에도 안전하게 온·오프 제어하면서 부하가 정격부하 초과시 일정시간 경고 후 이를 차단하는 기능이 있고, 전등 오프시 버튼을 일정시간 (300ms) 이상 누르면 일정시간 (10초) 타임 딜레이 기능이 있으며, 스위치 버튼[SW₁ or SW₂]을 일정시간 (2초) 이상 누르면 계속 표시 LED의 밝기가 어두워지게 하는 기능이 있으며 밝기센서 [CDS]로 밝기를 감지하여 해시계를 가동해서 초저녁과 새벽에 일정시간 [2∼3시간] 전등을 자동 점등하는 방식으로 방범기능을 수행하고, 부하기기가 온되어 있을 때에는 위상 판별 회로로 판별한 위상을 기준으로 (+) 펄스의 일정 인터벌을 오프하거나 (-) 펄스의 일정 인터벌을 오프하는 방식으로 부하기기에 신호를 전달하고 부하기기가 오프되어 있을 때에는 (+) 펄스의 일정 인터벌을 온하거나 (-) 펄스의 일정 인터벌을 온하는 방식으로 부하기기에 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 전자식 스위치기.
1항에 있어 부하기기[2] [조명등, 씰링팬, 온도조절밸브등]에 브릿지 정류회로블럭(10)과 스위칭 전원회로블럭(11), 기기제어 회로블럭(12)을 구성하고 기기의 스위치 입력 [SWin]단자와 기기의 접지단자 사이에 기기의 제1저항 [L_R1]과 제2저항 [L_R2]을 직렬 연결하여 구성해서 기기의 스위치 입력 [SWin]단자 전압을 분압해서 기기제어 입력신호 [Sin]로 사용해서 스위치기로부터 전달받은 온타임 인터벌 또는 오프타임 인터벌을 신호로 인식하여 기기를 작동시키는 것을 특징으로 하는 기기 [조명등, 씰링팬, 온도조절밸브등].
1항에 있어 충전부전원 회로블럭(1)의 제1코일[L₁]을 AC IN 단자와 제1트라 이악[TRC₁] 사이에 연결하고 L₁의 양단에 제3, 제4 다이오드[D₃, D₄]의 캐소드를 연결하고 제3, 제4 다이오드[D₃, D₄]의 애노드는 충전부의 접지단자에 연결하며, 상기 코일 L1의 양단에 제5, 제6 다이오드[D₅, D₆]의 애노드를 연결하고 제5, 제6다이오드[D₅, D₆]의 캐소드는 충전부전원 (+)단자[VCC]에 연결하고 충전부전원 (+)단자[VCC]와 접지단 사이에 제2콘덴서[C₂]를 연결하여 구성해서 전등 스위치[TRC] 온 하여 전등이 켜져 있을 때 부하전류의 일부를 D₅, D₄ 와 D₆, D₃ 를 통하여 구동전류로 활용하는 것을 특징으로 하는 것.
1항에 있어 충전부전원 회로블럭[1]의 제1콘덴서[C₁]의 한단자는 SWout 단자에 연결하고 다른 1단자는 제1저항[R₁]에 연결하고 R₁의 다른 한 단자는 제2다이오드[D₂]의 애노드와 제1다이오드[D₁]의 캐소드와 연결하고 상기 D₂의 캐소드는 충전부전원 (+)단자[VCC]에 연결하고 상기 D₁의 애노드는 충전부전원 접지단자에 연결하고 충전부전원 (+)단자에 제5다이오드[D₅]의 캐소드를 연결하고 D₅의 애노드는 제3다이오드[D₃]의 캐소드와 AC IN 단자에 연결하고 상기 D3의 애노드는 충전부전원 접지단자에 연결하고 충전부전원(+) 단자와 접지단자 사이에 제2콘덴서[C₂]를 연결하여 구성해서 상기 C₁이 충방전할 때는 상기 C₂를 항상 충전시키면서 충방전 하도록 하여 스위치[TRC]가 오프되어 전등이 꺼져 있을 때 C₁의 이용효율을 배가한 것을 특징으로 하는 것.
1항에 있어 비충전부 회로블럭(2)에 주파수와 온타임듀티(on time dyty) 설정이 가능한 멀티 바이브레이터 회로블럭(7)을 구성하여 상기 멀티 바이브레이터(7)의 출력을 제6저항[R₆]을 통하여 제1 FET[FET1]의 게이트(Gate)에 연결하고 상기 FET1의 소스[Source] 단자는 충전부전원의 접지단자에 연결하고 상기 FET1의 드레인[Drain] 단자는 제1트랜스[T₁]의 1차 코일의 한단자에 연결하고 상기 T₁의 1차 코일의 다른 한 단자는 충전부전원 회로(+) 단자에 연결하고 상기 T₁의 2차 코일의 한 단자는 비충전부전원 회로블럭의 접지단자에 연결하고 T₁의 2차 코일의 다른 한 단자는 제7다이오드[D₇]의 애노드에 연결하고 상기 D₇의 캐소드는 제2 코일[L₂]의 한 단자와 제8다이오드[D₈]의 캐소드에 연결하고 상기 L₂의 다른 한 단자는 제5 콘덴서[C₅]와 제7저항[R₇]에 연결하고 상기 D₈의 애노드와 상기 C₅의 다른 한 단자는 비충전부전원의 접지단자에 연결하고 상기 R₇의 다른 한 단자는 비충전부전원(+)단자[VDD]에 연결하여 구성하는 것을 특징으로 하는 것.
1항에 있어 제어마이콤[U₂]에 ADC 입력단자[I₃], 제1출력단자[O₁]를 두고 제1 출력단자는 제11저항[R₁₁]을 통하여 포토트라이악[PHT] 의 입력다이오드 애노드단자에 연결하고 상기 ADC 입력단자[I₃]는 써미스터[TH₁]의 한 단자와 제13저항[R₁₃]의 한 단자와 비교기[U₄]의 (-) 입력단자에 연결하고 상기 써미스터[TH₁]의 다른 한 단자는 비충전부전원 (+)단자[VDD]에 연결하고 상기 R₁₃의 다른 한 단자는 비충전부전원의 접지단자에 연결하고 상기비교기[U₄]의 (+)입력단자는 제14저항[R₁₄]의 한 단자와 제15저항[R₁₅]의 한단자에 연결하고 상기 R₁₄의 다른 한 단자는 상기 VDD에 연결하고 상기 R₁₅의 다른 한 단자는 비충전부전원의 접지단자에 연결하고 상기 비교기[U₄]의 출력단자는 제10다이오드[D₁₀]와 제11다이오드[D₁₁]의 캐소드에 연결하고, 상기 D₁₀의 애노드는 상기 PHT의 입력다이오드의 애노드단자에 연결하여 구성해서 스위치의 부하전류가 정격을 초과하는지의 판단을 상기 온도센서[TH₁]의 온도로 감지하여 판단해서 정격을 초과한 것으로 판단되면 일정시간 경고음 발생 후 과부하를 차단함과 동시에 상기 비교기[U₄]의 출력으로 강제로 스위치[TRC]를 오프[off]하는을 특징으로 하는 것.
1항에 있어 트라이악 회로블럭(5)의 구성을 트라이악의 T₁단자와 T₂단자 사이에 바리스터를 연결하여 구성하고, 트라이악의 (T₁단자 또는) T₂단자와 부특성 써 미스터를 직렬로 연결하여 구성해서 어떠한 전등 부하에도 안전하게 작동하도록 한 것을 특징으로 하는 것.
1항에 있어 전등 오프시 스위치 [SW₁, SW₂]를 일정시간 [200ms]이내 누르면 타임 딜레이 없이 전등 오프상태를 유지하고 일정시간 [300ms]이상 누르면 전등이 다시 온하여 일정시간 [10초]지연 후 꺼지는 것을 특징으로 하는 것.
1항에 있어 스위치기의 표시 LED [LED₁, LED₂, LED₃]의 밝기를 스위치 버튼 [SW₁, SW₂]을 일정시간 [2초]이상 누르면 밝기가 점점 어두워지다가 최소밝기 [5％]에서는 "띵" 하고 부저소리를 내어 주는 것을 특징으로 하는 것.
1항에 있어 스위치기가 밝기센서 [CDS]로 밝기를 감지하여 동틀녘 [t₀] 과 노을녘 [t₁] 의 중간지점을 낮12시로 하는 해시계를 가동하거나 노을녘 [t₁]과 동틀녘 [t₂]의 중간지점을 밤 12시로 하는 해시계를 가동하여 해시계와 밝기를 가지고 방범기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 것.
1항에 있어 제어마이콤[U₂]이 위상판별회로(6)로부터 위상을 입력받아 스위치가 온[ON]되어 있을 때에는 위상(+) 일 때의 일정기간 [Interval]을 오프(OFF) 하거나 위상(-) 일 때의 일정기간을 오프하는 방식으로 부하기기에 신호를 전달하고, 스위치가 오프되어 있을 때에는 위상(+) 일 때의 일정기간을 온(ON)하거나 위상(-) 일 때의 일정기간을 온하는 방식으로 부하기기에 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 전자식 스위치기.
1항에 있어 충전부 전원 회로블럭 (1)에서 스위치가 오프(OFF)되어 있을 때의 대기전력을 극소화하기 위하여 ACin 단자와 SWout 단자 간의 전압을 브릿지 다이오드 [BD]로 정류한 스위칭 모드 전원 [SMPS] (1.1)을 구성해서 그 출력을 스위치가 온되어 있을 때의 비충전부 전원 회로블럭 (7)의 출력과 중첩하여 사용한 것을 특징으로 하는 것.