KR20120102681A - 제어 장치로부터 램프 유닛으로 제어 정보 아이템을 전달하는 방법, 그것을 위해 적합한 조명 시스템, 램프 유닛 및 제어 장치 - Google Patents

제어 장치로부터 램프 유닛으로 제어 정보 아이템을 전달하는 방법, 그것을 위해 적합한 조명 시스템, 램프 유닛 및 제어 장치 Download PDF

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Abstract

적어도 하나의 램프 유닛(7)을 구동하는 방법에 있어서, 상기 적어도 하나의 램프 유닛(7)은 AC 전압 전력 공급 시스템에 연결되어 있고, 상기 방법은: 상기 램프 유닛(7)의 상기 운용을 위해 이 공급된 AC 전압상으로 제어 정보 아이템의 모듈레이션 단계, 상기 제어 정보 아이템을 독출하기 위해 상기 램프 유닛 사이드상에 수신된 상기 모듈레이션의 디코딩 단계 및 상기 제어 정보 아이템에 따라 상기 발광 수단(6)의 구동 단계를 포함한다. 이 경우에, 공급은, 상기 제어 정보 아이템의 상기 모듈레이션 이전에 또는 상기 모듈레이션의 초기에 상기 제어 정보 아이템을 전달하기 위해 사용되는 상기 선(3)에서 발생되는 션트를 위해 이루어진다. 본 발명은 또한 상기 방법을 구현하기 위한 램프 유닛(7) 및 제어 장치(1)를 기술한다. 본 발명은 또한 조명 시스템을 기술한다. 이 조명 시스템은 제어 장치(1)를 포함하고, 제어 장치(1)는 AC 전압 전력 공급 시스템에 연결되고, 상기 시스템 전압상에서 모듈레이션을 생성하기 위한 모듈레이터를 포함하고, 모듈레이션은 발광 수단(6)을 위한 제어 정보 아이템을 인코딩하고, 제어 장치는 상기 모듈레이션 및 상기 전기 전력을 전달하기 위한 공급선(3)을 통해 상기 적어도 하나의 발광 수단(6)에 연결된다. 상기 발광 수단(6)을 운용하기 위한 변압기(4) 및 상기 제어 정보 아이템을 결정하기 위해 상기 AC 전압의 상기 모듈레이션을 디코딩하기 위한 디코더(11) - 디코더(11)는 그것의 출력 신호들을 상기 변압기(4)에 인가함 - 는 상기 발광 수단(6)에 배치된다. 이 시스템은, 션트를 발생시키기 위한 스위치 가능한 일정한 전류원(current source, 9, 10)이 상기 램프 유닛(7)에 배치되고, 상기 램프 유닛(7)은 상기 변압기(4), 상기 디코더(11) 및 상기 발광 수단(6)을 포함한다는 점이 특징이다.

Description

제어 장치로부터 램프 유닛으로 제어 정보 아이템을 전달하는 방법, 그것을 위해 적합한 조명 시스템, 램프 유닛 및 제어 장치{Method for transmitting a control information item from a control device to a lamp unit and a lighting system suitable therefor, and a lamp unit and a control device}
본 발명은 적어도 하나의 발광 수단을 포함하는 적어도 하나의 램프 유닛을 구동하는 방법에 관한 것이고, 적어도 하나의 램프 유닛은 AC 전압 전력 공급 시스템에 연결되어 있고, 상기 방법은: 램프 유닛의 운용을 위해 램프 유닛에 공급된 AC 전압상으로(onto the AC voltage) 제어 정보 아이템의 모듈레이션 단계, 제어 정보 아이템을 독출하기 위해 램프 유닛 사이드상에서 수신된 모듈레이션의 디코딩 단계 및 수신된 제어 정보 아이템에 따라 발광 수단의 구동 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 제어 장치를 포함하는 조명 시스템에 관한 것으로, 제어 장치는 AC 전압 전력 공급 시스템에 연결되고, 시스템 전압상에서 모듈레이션을 생성하기 위한 모듈레이터를 포함하고, 모듈레이션은 적어도 하나의 발광 수단을 위한 제어 정보 아이템을 인코딩하고, 제어 장치는 모듈레이션 및 전기 전력을 전달하기 위한 공급선을 통해 램프 유닛에 연결되고, 램프 유닛은 적어도 하나의 발광 수단을 포함하고, 램프 유닛은 적어도 하나의 발광 수단을 운용하기 위한 변압기 및 AC 전압상으로 모듈레이트된 제어 정보 아이템을 결정하고, 유지(conditioning)하기 위한 디코더 - 디코더는 그것의 출력 신호들을 변압기에 인가함 - 를 포함한다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 상기 방법을 구현하기에 적합한 램프 유닛 및 제어 장치에 관한 것이다.
램프 유닛들을 구동하기 위한 방법들은 알려져 있다. 따라서, 버스 시스템을 통해 복수의 전기 로드들(electrical loads)을 구동하는 것이 알려져 있고, 복수의 전기 로드들은 또한 램프 유닛들을 포함할 수 있다. 그러한 서비스 버스 시스템 디지털 형태로 신호들을 전달하고, 각각의 로드의 전력 소비 또는 다른 특징을 제어하기 위해 신호들은 각각의 로드에 배치된 프로세서에 의해 디코딩된다. 일부 그러한 서비스 버스 시스템들을 이용하여, 동일한 선(line)을 지나 제어 신호들을 전달하는 것이 가능하고, 동일한 선은 또한 각각의 로드를 위한 에너지 전달을 위해 사용된다. 로드(들)의 적절한(correct) 구동을 위해, 고유 주소(unique address)가 로드들 각각에 할당되는 것이 보통 필요하다. 새로운 로드가 연결되면, 이 로드에 주소를 할당하는 것이 필요하다. 따라서 그러한 시스템들은 단순한 방식으로 운용 중으로 돌아오기 위해 적합하지 않고, 적어도 수월하게 적합하지 않다. 또한, 그러한 시스템들은 거주 지역(residential sector)에서 램프 유닛들을 운용하기 위해 적합하지 않고, 단순한 방식으로 램프 유닛들을 대체하는 것이 가능해야만 한다.
실내 조명(room lighting)을 위해, 발광 수단의 휘도를 변경 또는 조절 가능하게 하기 위한 요건이 종종 있다. 이러한 목적을 위해, 디머들(dimmers)이 백열성(incandescent) 램프들을 위해 개발되어 왔다. 그러한 디머들은 일반적으로 적어도 하나의 램프 유닛을 구동하기 위한 2선식 장치들로 설계되고, 그 결과 상기 디머들은 수평-장착된 박스(flush-mounted box) 안의 스위치들 대신 기존 시설(existing installation)에서 수월하게 사용될 수 있다. 이 문맥에서 2선식 장치들은, 간단한 스위치의 경우와 같이, 오직 2개의 터미널들을 구비하는 장치들을 의미하는 것으로 이해된다. 그러한 장치들 중성선(neutral conductor)을 위한 제3 터미널을 구비하지 않는다. 따라서, 그러한 장치는 에너지를 받아야만 하고, 장치는 전류 흐름으로부터 에너지를 필요로 하고, 장치는 전류 흐름을 제어하기 위해 사용된다. 예를 들어, 기체 방전 램프들(gas discharge lamps), 낮은 전압 할로겐 백열성 램프들, LED들 또는 OLED들과 같은 대체 가능한 광원들(light sources)은 백열성 램프들과 비교하여 다른 반응(response)을 갖는다는 점 때문에, 백열성 램프들에 적합한 디머들은 오직 상당한 양의 추가적인 복잡성을 가지고 대체 가능한 광원들을 디밍(dimming)하기 위해서 적합하다. 왜냐하면, 그 중에서도, 다음의 어려움들이 이 경우에 발생하기 때문이다: 요구될 수 있는 디머들의 전용 공급은 수월하게 보장되지 않고; 디머에서 세팅된 최소 휘도에서 기체 방전 램프들의 시작이 보장되지 않고; 이 디밍 세팅(dimming setting)에서 램프의 운용 동안 램프가 깜박거릴(flicker) 수 있고; 디머에서 다른 램프들을 혼합하면, 다른 반응이 있고; 동일한 유형의 램프들도 다른 디밍 원리들(예를 들어 페이즈-게이팅(phase-gating) 및 페이즈-초핑(phase-chopping) 디밍)을 요구하고; 디머 및 램프에서 상당한 윙윙거리는(humming) 노이즈들이 있고, 램프 유닛들을 위해 제한된 제어 범위가 있다.
종래의 백열성 램프들은 장차 수많은 애플리케이션들에서 대체 가능한 광원들에 의해 대체될 예정이기 때문에, 운용의 습관적인 모드(customary mode)를 사용하여 대체 가능한 광원들을 포함하는 램프 유닛들을 습관적인 편의(convenience convenience)로 디밍하거나 제어할 수 있는 것이 바람직하다. 이는 주로 통합 안정기(integrated ballast)를 포함하는 소위 소형 형광 램프들(CFLi)에 적용된다. 여기서 에너지 절약 램프들(ESLs)에 관심이 있다. 그러한 소형 형광 램프들은 종래의 백열성 램프 홀더들(holders)(예를 들어 E14 또는 E27)에서의 사용을 위해 만들어지고, 백열성 램프들을 위해 제공되는 공급선들을 통해 운용된다. 마지막으로, 소형 형광 램프들은 이 목적을 위해 설치되어야만 하는 새로운 램프홀더들(lampholders) 없이 또는 설치되어야만 하는 공급선들 없이 종래의 백열성 램프들을 대체하기 위해 만들어진다. 일반적으로 이러한 소형 형광 램프들은 그것의 아래에 집적된 전기 제어 기어를 구비하고, 변압기를 포함하고, 변압기는 발광 수단의 운용을 위해 요구되는 전압들 및 전류들을 생성한다.
게다가, 휘도뿐 아니라 발광 수단의 색상을 제어 가능한 것 또한 바람직할 수 있다. 특히, 램프 유닛들의 경우에, 램프 유닛 안의 발광 수단은 복수의 다른 색상의 LED들(light-emitting diodes)을 포함하고, 예를 들어, 다른 조명 시나리오들(lighting scenarios)이 설정되는 것이 가능해야 한다.
에너지 절약 램프들을 디밍하기 위한 방법들은 알려져 있고, 에너지 절약 램프들에서 에너지 절약 램프의 휘도는 미리 결정된 단계들(predetermined steps)로 세팅될 수 있다. 이는 에너지 절약 램프의 휘도의 연속적인 조절은 가능하지 않음을 의미한다. 따라서 이 방법들은 사용 중에 종래의 백열성 램프 디머들을 위한 습관적인 편의를 제공하지 못한다.
종래 기술에서 에너지 절약 램프들을 디밍하기 위해 공지된 페이즈-게이팅 및 페이즈-초핑 방법들을 사용하기 위한 시도들이 있어 왔다. 이 방법들은, 안정기(ballast)를 에너지 절약 램프에 매치하는 것을 시도하는데, 상기 에너지 절약 램프가 페이즈-게이팅되거나 페이즈 초핑된 시스템 전압상에서 어떤 플리커 없이 운용될 수 있는 것과 같은 방법으로 한다. 그러나, 그러한 방법들은 현재의 에너지 절약 램프들의 기술적 특징 때문에 그들의 전자기 적합성(electromagnetic compatibility, EMC)과 관련하여 문제가 있다. 따라서, 페이즈-게이팅 및 페이즈-초핑 제어 동안 생성되는 전류 및 전압 프로필의 급격한 가장자리들(steep edges) 때문에, 라디오 간섭(radio interference)뿐 아니라 원치 않는 시스템 전류 고조파(current harmonics)도 기존 AC 전압 전력 공급 시스템에 걸친 전력 전달 동안 발생할 수 있다. 게다가, 그러한 업스트림(upstream) 디머가 하위(lower) 디밍 세팅들에서 스크라이킹(striking) 동안 오류들에 대해 사용되면, 결국 기능적 오류로 인지되고, 수행되고 있는 매칭 척도(matching measures)에도 불구하고, 에너지 절약 램프들은 플리커의 경향이 있다. 따라서, 페이즈-게이팅 또는 페이즈 초핑 방법들에 의해 에너지 절약 램프들을 디밍하는 시도들은 분명히 원하는 결과를 주지 않는데, 원하는 결과란 그러한 디머들 중에서도 일반적으로 요구되는 연속적인 전류 흐름을 포함한다.
US 6,476,709 Bl은 AC 전압 공급의 반주기의 하강(descending) 파트에서 디지털 방식으로 인코딩된 정보 아이템을 장치로 전달하는 것을 개시하는데, 장치는 구동되고, AC 전압을 공급받기 위한 것이고, 예를 들어 발광 수단을 포함하는 램프 유닛이다. 이는 AC 전압상으로 제어 정보 아이템의 모듈레이션에 의해 발생한다. 이 목적을 위해, 디코더는 발광 수단의 제어 기어에 배치되고, 디코더는 제어 정보 아이템을 독출하고, 상응하여 로드를 구동하는데, 예를 들어, 로드는 발광 수단의 변압기이다. 이는 장치에 공급될 예정인 전력이 전달되자마자 장치를 구동하기 위한(즉, 예를 들어 휘도를 위한) 정보 아이템이 전달됨을 의미한다. 이 경우에 디지털 신호의 레벨은 시간-의존적(time-dependent)이다. 신호의 포락선(envelope)은 모듈레이트되지 않은 공급 전압의 시간 프로필(time profile)에 대응한다. 이 문서에서 공개된 방법에서, 또한 제어 정보 아이템의 전달에서 상대적으로 높은 에러율(error rate)은 불리한 것으로 여겨진다. 앞서 언급한 문서에서 기술된 방법의 추가 불리한 점은 역률(power factor) 교정(correction)과 관련된다. AC 전압 공급이 일시적으로 중단되면, 역률 교정은 제어 기어 사이드상에서 현저하게 더 어려워진다.
이 배경에 맞서, 본 발명은 제어 장치의 수단에 의해 적어도 하나의 램프 유닛을 구동하기 위한 방법을 제공하는 목적에 기반하는데, 제어 장치는 주로 에너지 절약 램프를 디밍하는 것에 대해 언급된 불리한 점들을 갖지 않고, 램프 유닛을 위한 추가 운용 파라미터들(operational parameters)의 설정 가능성을 열어 놓는다. 게다가, 본 발명의 목적은, 본 발명에 따른 방법이 구현될 수 있는 램프 유닛 및 제어 장치를 명시하는 것이다. 마지막으로, 본 발명의 목적은 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위한 조명 시스템을 편의상 명시하는 것이다.
후속하는 텍스트에서, 본 발명이 본 발명에 따른 방법을 사용하여 실질적으로 기술될 것이다. 이것과 관련하여 모든 서술들은 또한 본 발명에 따른 제어 장치, 본 발명에 따른 램프 유닛 및 본 발명에 따른 조명 시스템에 유사하게 적용된다.
방법과 관계된 목적은 청구항 1에 청구된 방법에 의해 획득된다.
방법과 관계된 목적은 처음에 언급된 것과 같은 포괄적인 유형(generic type)의 방법에 의해 획득되고, 제어 정보 아이템이 전달되는 것을 통해 램프 유닛의 공급 터미널들과 병렬로(in parallel with) 작용(act)하는 션트는 제어 정보 아이템의 모듈레이션(모듈레이션 페이즈) 이전에 또는 모듈레이션 초기에 활성화되고, 게다가 제어 장치의 공급 페이즈(공급 페이즈) 이전에 또는 공급 페이즈 초기에 활성화될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 션트는 제어 정보 아이템의 모듈레이션 이전에 또는 모듈레이션 초기에 발생된다. 션트 발생은 제어 정보 아이템의 전달을 위해 사용되는 선(line)에서 정의된 퍼텐셜 비율들(defined potential ratios)을 제공하기 위해 사용된다. 그러한 션트 때문에, 제어 정보 아이템을 전달하기 위해 사용되는 선(line)은 정의된 임피던스(defined impedance)에서 차단되고(shut off), 정의된 임피던스는 상기 선의 기생 효과(parasitic effects)에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어 선의 단위 길이당(per unit length) 커패시턴스 또는 인덕턴스 또는 인접하게 설치된 선들 사이의 크로스토크(crosstalk)와 같은 기생 효과는 제어 정보 아이템의 전달을 방해할 수 있다. 션트의 임피던스는 이제 예상되는 오류들이 효과적으로 억제될 수 있는 방법으로 선택된다.
유리하게, 션트는 스위치될 수 있다: 즉, 이것은 활성화될 수 있고, 비활성화될 수 있다. 이는 션트가 손실(losses)을 야기하고, 그것이 요구되지 않은 때 중단될 수 있기 때문에 유리하다.
유리하게, 션트는 전류-제한 효과(current-limiting effect)를 포함한다. 가장 간단한 경우에, 이 전류-제한 효과는 저항기(resistor)이다.
유리하게, 전류-제한 소자는 전류 드레인(current drain)의 형태이고, 이를 이용하여 최대 션트 전류가 미리 결정될 수 있다. 이는 최대 션트 전류가 이와 같이 본 발명에 따른 방법의 다른 페이즈들에 매치될 수 있기 때문에 유리하다. 최대 션트 전류는 또한 온도 또는 시스템 전압과 같은 다른 운용 조건들에 매치될 수 있다. 게다가, 최대 션트 전류가 공급 터미널들에 있는 전압과 관계가 없다면, 유리하다.
일반적으로, 전류 드레인은 트랜지스터의 형태이고, 트랜지스터는 그것의 포화 영역(saturation region)에서 그것을 통과하는 전류 흐름을 제한한다.
모듈레이션 페이즈 동안 오류를 억제하기 위해, 션트는 유리하게 2mA에서 30 mA까지의 범위에서 최대 션트 전류를 가지도록 설정되고; 바람직하게는 20mA가 실현된다.
발광 수단에 공급되는 AC 전압상으로 모듈레이트된 제어 정보 아이템은 램프 유닛의 사이드상에서 어떤 간섭 없이 수신될 수 있고, 션트의 수단에 의해 디코딩될 수 있다. 이 척도(measure)에 더해, 청구된 방법이 또한 반주기의 이 페이즈들에서 공급 전압상으로 모듈레이트만된 제어 정보 아이템을 제공하는 것이 가능하고, 이 페이즈들에서 구동된 발광 수단은 어떤 운용 에너지도 소비하지 않거나, 실질적으로 운용 에너지를 소비하지 않거나, 주목할 만한(notable) 운용 에너지를 소비하지 않는다.
이 실시예들의 문맥에서 사용되는 용어 "모듈레이션 페이즈"는 정보 아이템이 램프 유닛에 공급되는 AC 전압상으로 새겨지는(impress) 반주기의 파트를 의미하는 것으로 이해된다.
이 실시예들의 문맥에서 사용되는 용어 "공급 페이즈"는 제어 장치가 제어 장치 및 램프 유닛 사이의 공급선을 통해 에너지를 공급받을 수 있는 반주기의 파트를 의미하는 것으로 이해된다.
이 실시예들의 문맥에서 사용되는 용어 "션트 페이즈"는 션트가 활성화되는 반주기의 파트들을 의미하는 것으로 의도된다.
이 실시예들의 문맥에서 사용되는 용어 "운용 페이즈"는 램프 유닛이 빛을 생성하기 위해 에너지를 소비하는 반주기의 파트들을 의미하는 것으로 이해된다.
위에서 이미 언급된 것과 같이, 본 발명에 따른 방법은 전체 모듈레이션 페이즈에서 활성화되는 션트를 유리하게 제공할 수 있다.
제어 장치에 운용 에너지를 공급하기 위해, 션트 페이즈가 위에서 언급된 방법에서 또한 바람직하게 사용되는 것이 일반적으로 적용된다. 션트가 또한 반주기의 공급 페이즈에서 활성화되면, 제어 장치로의 운용 에너지의 공급은 또한 모듈레이션 페이즈의 바깥쪽(outside) 공급 페이즈에서 발생할 수 있다.
위에서 기술된 2선식 기술을 사용하는 제어 장치들에서, 램프 유닛이 전류 흐름을 허용하는 동안에만, 제어 장치가 에너지를 공급받을 수 있는 문제가 있다. 이는 운용 페이즈 동안 자연히(naturally) 발생한다. 그러나, AC 전력 공급 시스템은 운용 페이즈 동안 발광 수단의 안전 운용(safe operation)이 보장되기 위해 가능한한 낮은 저항(resistance)에서 제어 장치에 의해 램프 유닛에 연결되어야만 한다. 따라서 운용 페이즈 동안 제어 장치에 의한 에너지 소비는 방지되어야 하거나, 램프 유닛이 시스템 전압 최대 부근의 전류와 비교하여 오직 낮은 전류를 끌어내는(draw) 시기로 제한되어야만 한다.
어떤 복잡한 역률 교정이 없고, 소위 저장 커패시터를 포함하는 램프 유닛들은 AC 전압 전력 공급 시스템의 전압 최대의 시간(temporal) 부근에서만 운용 페이즈를 갖는다. 운용 페이즈의 바깥쪽에서, 모듈레이션 페이즈 또는 특히 유리하게 공급 페이즈는 이제 유리하게 제어 장치에 에너지를 공급하기 위해 사용될 수 있다.
조명 시스템에 존재하는 전력 손실을 줄이기 위해, 본 발명에 따른 방법은 션트 페이즈 동안 션트를 통해 흐르는 전류의 값이 다른 값들을 취하도록(예를 들어, 공급 페이즈 동안보다 모듈레이션 페이즈 동안 낮은 값) 유리하게 제공할 수 있다.
이 경우에, 특히 공급 터미널들 사이의 전압의 크기가 미리 결정된 값 아래인 경우에만 션트가 활성화되는 것이 유리하다. 이는 션트에서 전력 손실이 그것의 파괴를 초래하지 않도록 보장할 수 있다. 상기 미리 결정될 수 있는 값으로 100V값이 바람직한 것으로 나타나 있다.
이 경우에, 반주기의 제1 파트 안의 공급 페이즈의 경우에서 최대 션트 전류는 디코더에 의해 AC 전압 전력 공급 시스템의 제로 크로싱으로부터 시작되는 미리 결정할 수 있는 시간 주기 동안(예를 들어, 600㎲(microseconds)-800㎲, 유리하게 700㎲) 시간-제어 방식으로 증가시키는 것과 같은 방법(예를 들어, 200mA-400mA, 유리하게 300mA)으로 미리 결정되면, 특히 유리하다. 따라서, 제어 장치는 에너지를 낮은 손실과 함께 신속하게 공급받을 수 있다.
반주기의 마지막 파트 안의 공급 페이즈의 경우에, 최대 션트 전류의 값이 디코더에 의해 AC 전압 전력 공급 시스템의 예상되는 다음(subsequent) 제로 크로싱 이전에 미리 결정할 수 있는 시간 주기 동안(예를 들어, 600㎲-800㎲, 유리하게 700㎲) 시간-제어 방식으로 증가시키는 것과 같은 방법(예를 들어, 200mA-400mA, 유리하게 300mA)으로 미리 결정되면, 유리하다.
램프 유닛에서 전력 손실을 낮게 유지하기 위해, 램프 유닛에 의해 만들어질 수 있는 최대 션트 전류의 값은 공급 페이즈에서 상기 제어 장치로의 공급을 유지하기 위해 제어 장치에 의해 끌어내진(drawn) 전류보다 공급 페이즈에서 더 높도록 만들어진다.
이는 공급 페이즈가 제1 및 제2 파트를 구비하는 점 때문에 유리하게 보장된다. 제1 파트는 위에서 기술된 것과 같이 시간 제한적(time-limited)이고, 제어 장치를 위한 것보다 램프 유닛을 위한 것이 약간 더 짧게 세팅되는 시간을 갖는다. 제2 파트에서, 최대 션트 전류는 감소된 값(reduced value)을 갖는다. 이 감소된 값은, 제어 장치에 의해 어떤 전류 제한조차 없이, 즉, AC 전압 전력 공급 시스템이 공급 터미널들에 직접 인가되면, 션트가 과도하게 높은 전력 손실에 의해 파괴되지 않는 것과 같은 방법으로 선택된다. 램프 유닛이 이미 공급 페이즈의 제2 파트에 있는 동안, 제어 장치는 그것의 전류-제한 효과를 안전하게 세팅할 수 있고, AC 전압 전력 공급 시스템을 램프 유닛에 직접 연결할 수 있다. 유리하게, 션트 전류는 공급 페이즈의 제2 파트에서 활성화되는데, 그러면, 공급 페이즈의 끝(end)에서 또는 공급 페이즈의 초기(beginning)에 스위칭 동작들이 로드상에서 발생하지 않기 때문이다.
램프 유닛이 AC 전압 전력 공급 시스템상에서 직접 운용되면, 디코더는 제어 정보 아이템의 부재(absence)를 식별하고, 그래서 램프 유닛은 적어도 공급 페이즈에서 션트를 비활성화시킨다.
제어 장치로의 에너지 공급이 램프 유닛이 스위치 오프되는 동안에도 유지되는 것을 보장하기 위해, 공급은 더욱이 이 경우에 첫째로 연속적으로 활성화되는 션트를 위해서 이루어지고, 두 번째로 제어 장치가 미리 결정 가능한 값보다 높은 전압을 램프 유닛에 인가하지 않도록 하기 위해서 이루어지는데, 변압기 또는 발광 수단이 스위치 온되는 것을 방지하기 위해서이다. 램프 유닛의 오프 상태에서, 제어 장치는 션트를 유지하기 위해 필요한 전압을 램프 유닛으로 적어도 일시적으로 인가해야만 한다.
이 방법은, 이 방법에서 모듈레이션 페이즈는 반주기의 파트들에 제한되고, 많은 경우들에서, 램프 유닛들이 특정 페이즈 각도 이후에만 실질적으로 에너지를 소비하고, 상당한 에너지 소비가 반주기가 끝나기 전에도 불연속하는 점을 유리하게 이용할 수 있다. 이는 많은 에너지 절약 램프들을 포함하는 경우이다. 따라서, 이 방법에서 모듈레이션 페이즈 및 공급 페이즈는 램프 유닛이 에너지를 소비하지 않거나, 실질적으로 에너지를 소비하지 않는 반주기의 페이즈 각도 구간들(intervals)에 제한될 수 있다. 따라서, 각 반주기 동안에 그러한 램프 유닛의 운용 에너지 소비가 방해되지 않게(undisrupted) 운영(run)되는데, 이론적으로(in principle), 램프 유닛의 적절한 운용을 위해 요구되는 모든 에너지가 이용 가능(available)하기 때문이다. 램프 유닛은 반주기로 전달되는 제어 정보 아이템을 통해 그의 운용 모드에 관하여, 예를 들어 그것의 휘도에 관하여, 수월하게 구동될 수 있다.
많은 에너지 절약 램프들은 오직 대략 60°의 페이즈 각도에서 AC 전압 전력 공급 시스템으로부터의 에너지를 소비하기 시작하고, 에너지 소비는 대략 90-100°의 페이즈 각도에서 이미 종료되는 것이 나타내져 있다. 그러한 에너지 절약 램프들의 경우에, 제어 정보 아이템의 전달을 위한 모듈레이션 페이즈는 반주기의 제1 파트 또는 반주기의 마지막 파트에서 제공될 수 있고, 정확히 말하면 램프 유닛에 의해 적어도 실질적으로 그것의 운용 에너지 소비를 위해 요구되는 페이즈 각도 구간의 바깥쪽이다. 램프 유닛에 의해 그것의 운용 에너지 소비를 위해 사용되지 않거나, 실질적으로 사용되지 않는 반주기의 페이즈들은, 제어 정보 아이템의 전달을 위해서뿐 아니라, 공급 페이즈의 공급에 의해 운용 에너지를 제어 장치에 공급하기 위해서도 사용될 수 있다. 조명 시스템의 설계(design) 및 적용받아야 하는 요건에 따라, 모듈레이션 페이즈 및 공급 페이즈는 각각의 반주기의 동일한 파트에서 제공될 수 있다. 또한 다른 반주기 파트들에서 두 페이즈들 모두(예를 들어, 반주기의 제1 파트에서 모듈레이션 페이즈 및 반주기의 마지막 파트에서 공급 페이즈, 또는 역도 마찬가지임(vice versa))를 제공하는 것이 가능하다.
션트가 램프 유닛의 사이드상에서 제어되기 때문에, 션트 전류는 램프 유닛으로부터 제어 장치로 정보 아이템들을 전달하기 위해 사용될 수 있다. 이 정보 아이템은 션트 전류의 레벨에 의해 및/또는 그것의 특정 클로킹(clocking)에 의해 인코딩될 수 있다.
모듈레이트된 AC 전압은 공급선을 통해 램프 유닛으로 전달된다. 램프 유닛에 의해 요구되는 전기 전력 및 발광 수단의 운용을 위한 제어 정보 아이템은 모두 공급선을 통해 전달된다. 이 경우에, 공급선은 2선식 기술을 이용하는 전력선(power line)일 수 있거나(전력선은 실내 조명 시스템을 운용하기 위해 영구적으로 설치됨), 또는 이동 가능한 조명 장치에 배치된 연결선(connecting line)일 수 있다. 이 경우에 제어 기어는 바람직하게 발광 수단의 바로 공간적인(direct spatial) 부근에 배치된다. 일반적으로, 제어 기어는 발광 수단의 아래 부분(base)에 통합적인 방식(integrated fashion)으로 위치되고, 소형 형광 램프들을 위한 경우와 같다. 그러나, 램프 유닛의 파트들이 발광 수단으로부터 별도로, 분리된 하우징(separate housing)에서 수용되는 것 역시 가능하다.
램프 유닛의 디코더는 모듈레이트된 AC 전압과 함께 전달된 제어 정보 아이템을 디코딩하고, 요구되는 제어 정보 아이템을 발광 수단의 업스트림에 연결된 변압기에 인가한다. 동시에, 모듈레이트된 AC 전압은 전체의 램프 유닛으로 에너지를 공급하기 위해 사용된다.
제어 정보 아이템은 디지털 방식으로 인코딩될 수 있고, 이론적으로 임의의 원하는 디지털 코드가 사용되는 것이 가능하다. 바람직한 실시예에서, 모듈레이트된 전압의 레벨은 실질적으로 일정(constant)하다. 결과적으로, 특히 안전한 디코딩(safe decoding)이 보장되고, 전자기 적합성(electromagnetic compatibility)에 관한 요건을 만족시키는 것이 보장된다. 특히, 모듈레이션 전압은 실질적으로 구형파(square-wave) 형태로 모듈레이트되고, 모듈레이션 전압의 레벨은 대략 2V로부터 10V까지, 특히 4-5V이다. 이는 디지털 디코딩을 위해 비싸지 않은 전기 회로망을 사용하는 것을 가능하게 만든다.
바람직한 실시예는 코딩으로 맨체스터 코드(Manchester code)의 사용을 제공한다.
제어 정보 아이템은 크기 및 사용되는 코딩에 따라 개개의(individual) 반주기 이내에서 전달될 수 있다. 그러나, 또한 복수의, 바람직하게는 연속적인 반주기들에 걸쳐 제어 정보 아이템을 분산시키는 것이 필요할 수도 있다.
모듈레이트된 AC 전압을 통해 전달된 제어 정보 아이템은 예를 들어 발광 수단의 휘도 및/또는 색상에 관계될 수 있다. 따라서, 제어 장치는 디머의 형태일 수 있고, 이 경우에 발광 수단의 휘도는 제어 소자를 통해 세팅될 수 있고, 제어 소자는 예를 들어 회전식 노브(rotary knob) 또는 푸시버튼(pushbutton)이다. 제어 소자의 세팅에 대응하여, 코딩이 생성되고, 이는 램프 유닛으로 전달되고, 거기에서 디코딩되고, 변압기를 구동하는데, 발광 수단에 전달된 전력이 휘도 또는 색상 설정에 대응하여 조절되는 것과 같은 방식이다. 마찬가지로, 발광 수단은 많은 다른 운용 프로그램들에 더하여, 예를 들어 블링크 모드(blink mode)를 구현하기 위해 구동될 수 있다.
기술된 방법은 주로 적어도 하나의 소형 형광 램프 또는 하나의 에너지 절약 램프를 구동하기에 적합하다. 그러나, 상기 방법은 또한 다른 발광 수단, 예를 들어 LED 램프를 구동하기에 적합하다. 다른 색상들(예를 들어 RGB 램프)의 복수의 발광 다이오드들(light-emitting diodes; LEDs)를 포함하는 LED 램프의 경우에서, 그러한 램프의 색상은 또한 제어 정보 아이템 및 개개의 색상 채널들의 대응하는 구동(driving)에 의해 세팅될 수 있다. 이 목적을 위해, 제어 장치는 복수의 제어 소자들을 구비할 수 있고, 이는 예를 들어, RGB 시스템에서 LED들의 휘도들을 개별적으로 세팅하거나, 그 밖에 HSL 시스템에서 색상(색조(hue)), 포화도(saturation) 및 휘도 (밝기(lightness))를 세팅하는 것을 가능하게 한다.
모듈레이션은 AC 전압 전력 공급 시스템의 주파수보다 높은 주파수에서 발생한다. 모듈레이션의 기본 주파수(fundamental)은 일반적으로 1kHz 및 20kHz 사이, 바람직하게는 3kHz 및 10kHz의 범위내이고, 특히 대략 10kHz이다. 첫째로, 이는 충분히 빠르게 정보 아이템을 전달하는 것을 가능하게 하고, 두 번째로 이 주파수들은 병렬선들(parallel lines) 및 병렬-연결된(parallel-connected) 동일한(identical) 조명 시스템들 위에서 충분한 정도(extent)로 간섭의 낮은 레벨을 보장하고, 제어 신호들의 또는 모듈레이션의 가능한 크로스토크를 억제하기에 충분히 더 낮다. 이는 또한 AC 전압 전력 공급 시스템에서 본 발명에 따른 방법을 이용하여 복수의 소형 형광 램프들 또는 복수의 제어 장치들이 어떤 상호 간섭없이 서로 독립적으로 운용될 수 있음을 보장한다.
바람직한 실시예에 따라, 제어 장치 및 제어 기어는 직렬로 연결된다. 기존 조명 장치가 본 발명에 따른 시스템으로 변환되면, 기존 시설은 변하지 않고 유지될 수 있다. 예를 들어, 백열성 램프에 적합한 스위치 또는 디머는 본 발명에 따른 제어 장치에 의해 대체될 수 있는데, 특히 제어 장치가 압축 설계(compact design)를 가지고, 수평-장착된 박스(flush-mounted box)에서 종래의 스위치 또는 디머를 대신해서 사용될 수 있는 경우에 그러하다.
다른 바람직한 실시예에 따라, 제어 장치 및 제어 기어는 직렬로 연결되고, 발광 수단이 스위치 오프되는 경우에도 제어 장치에 에너지를 공급하기 위해 션트가 적어도 일시적으로 활성화될 수 있다.
2선식 회로의 경우에서 제어 장치의 전류 소비를 제어하기 위해, 션트, 특히 활성화가능한 션트는 바람직하게는 램프 유닛에 배치된다. 이 션트는 일정한 전류원(current source)의 형태일 수 있고, 램프 유닛의 디코더에 의해 제어된다. 가장 간단한 경우에, 이 션트는, 션트를 활성화시키기 위해 제공되는 스위치를 포함하는 저항기의 형태일 수 있다. 예를 들어, 스위치는 전압-의존적 방식 그렇지 않으면 디코더에 포함되는 프로세서에 의해 시간-제어(time-controlled) 또는 이벤트-제어(event-controlled) 방식으로 운용될 수 있다. 램프 유닛이 발광 수단의 운용을 위해 요구되는 공급 시스템으로부터 어떤 주목할 만한(notable) 전류를 끌어내지(draw) 않으면, 션트는 또한 제어 장치를 통과하는 전류 흐름(current flow)을 보장한다. 이 경우에, 전류 흐름이 제어 기어에서 램프 유닛이 실질적으로 운용 에너지를 소비하지 않는 반주기의 페이즈들에서 발생하면, 그것은 중요하지 않다. 따라서 제어 장치로의 데이터 전달 및/또는 에너지 공급이 이 상태(state)에서 수행될 수 있는 것이 가능하다. 결과적으로, 램프 유닛이 실질적인 운용 에너지를 소비하지 않는 공급 시스템의 전압 값들에서 션트의 활성화에 의해, 발광 수단이 스위치 오프되는 경우에도 제어 장치로의 전류 공급이 보장될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 제어 기어 및 발광 수단은 소형 램프 유닛을 형성하도록 결합된다. 이는 발광 수단이 교체되면, 이 발광 수단을 위해 적합한 제어 기어가 항상 제공된다는 장점을 가지고, 또한 특히 소형 램프 유닛이 예를 들어 E14 또는 E27 스크루-유형 베이스(screw-type base)를 구비할 수 있고, 따라서 기존 램프홀더에 삽입될 수 있다는 장점을 가진다. 그러한 소형 램프 유닛은 에너지 절약 램프 또는 소형 형광 램프일 수 있다.
특히 안정기(ballast) 및 발광 수단이 소형 램프 유닛을 형성하면, 종래의 백열성 램프 조명 시스템에 제공되는, 램프홀더들 및 벽 시설들(wall installations)을 포함하는 공급선들 모두는, 기술된 방법의 목적을 위해 또는 기술된 것과 같은 조명 시스템을 형성하기 위해 대체 가능한 광원들로 변환될 때 사용되는 것을 유지할 수 있다.
본 발명의 다른 장점들 및 개량들(refinements)이 첨부된 도면들을 참고하여 바람직한 실시예들과 관련되어 하기 상세한 설명에서 주어지고, 도면들에서:
도 1은 제어 장치 및 램프 유닛을 포함하는 조명 시스템의 제1 바람직한 실시예를 위한 블록 회로도 형태의 도식적인 회로 배치를 나타내고,
도 2는 제어 장치 및 램프 유닛을 포함하는 조명 시스템의 제2 바람직한 실시예를 위한 블록 회로도 형태의 도식적인 회로 배치를 나타내고,
도 3은 도 2에 도시된 회로 배치를 램프 유닛의 어셈블리들(assemblies)의 더욱 상세한 도시로 나타내고,
도 4a-c는 제1 방법 개량에 따른 램프 유닛 및 제어 장치의 전류 및 전압 프로필(profile)의 그래프들을 나타내고,
도 5a-c는 추가의 방법 개량에 따른 램프 유닛 및 제어 장치의 전류 및 전압 프로필의 그래프들을 나타내고, 그리고,
도 6은 램프 유닛으로 제어 정보 아이템들을 전달하기 위한 데이터 전문(data telegram)의 예시를 나타낸다.
도 1에 도시된 회로 배치(circuit arrangement)에 따르면, 조명 시스템(lighting system)은 제어 소자(control element, 2)를 포함하는 제어 장치(control device, 1)를 포함하고, 예를 들어, 제어 소자(2)는 푸시버튼(pushbutton) 또는 회전식 노브(rotary knob)의 형태일 수 있다. 제어 장치(1)는 입력 사이드상에서 AC 전압 전력 공급 시스템의 페이즈(phase, L) 및 중성선(neutral conductor, N)에 연결되고, 예를 들어, 공급 시스템은 유럽에서 보통 230 볼트의 실효 AC 전압(effective AC voltage)을 갖는다. 출력 사이드상에서, 제어 장치(1)는 공급선(supply line, 3)을 통해 제어 기어(control gear, 5)에 연결되고, 제어 기어는 입력 사이드상에서 추가로 중성선(N)에 연결되고, 결국(in turn) 발광 수단(light-emitting means, 6)을 운용한다(operate). 도면들에 도시된 바람직한 실시예에서, 에너지 절약 램프(energy saving lamp; ESL)가 발광 수단(6)을 포함하는 램프 유닛(lamp unit, 7)으로 제공된다. 변압기(transformer, 도 1에 미도시)는 AC 전압 전력 공급 시스템으로부터의 전기 에너지를 발광 수단(6)을 운용하기 위한 형태로 변환한다. 에너지 절약 램프의 일부로서의 변압기(4)는 램프를 운용하기 위해 필요한 장비(necessary equipment)를 포함한다. 제어 기어(5)의 필수 어셈블리들(essential assemblies)은 도 3에서 더욱 상세하게 기술된다. 램프 유닛(7)으로서의 제어 기어(5) 및 발광 수단(6)은 에너지 절약 램프를 형성한다.
제어 정보 아이템(control information item)은 제어 장치(1)의 제어 소자(2)의 세팅(setting)을 통해 입력될 수 있는데, 예를 들어, 회전식 노브의 회전 또는 푸시버튼의 작동(actuation)에 의해서이다. 제어 정보 아이템은 제어 장치(1)에 의해 모듈레이션(modulation)으로 변환되고, 모듈레이션은 공급선(3)을 통해 전달되는 공급 전압과 함께 램프 유닛(7)으로 전달된다. 모듈레이션은 램프 사이드상에서 디코더(11)에 의해 디코딩되고, 디코더(11)는 제어 기어(5)에 배치되고, 변압기(4)를 통해 발광 수단(6)을 구동하기 위해 사용된다. 이 목적을 위해, 제어 장치(1) 및 제어 기어(5)는 프로세서들(예를 들어 마이크로프로세서들)과 같은 대응하는 신호 처리 유닛들(signal processing units)을 포함한다.
도 2에 도시된 조명 시스템에서, 제어 장치(1)는 램프 유닛(7)과 직렬로 연결된다. 제어 장치(1) 및 중성선(N) 사이의 직접 연결(direct connection)은 제공되지 않는다. 도 2에 도시된 조명 시스템의 구성 요소들은 도 1에 도시된 조명 시스템을 위한 것과 동일한 참조 부호들로 나타낸다.
하나 이상의 추가의 램프 유닛들이 램프 유닛(7)과 병렬로 제어 장치(1)에 연결될 수 있다. 그러면 이 병렬로 연결된 램프 유닛들은 제어 장치(1)를 통해 공동으로(jointly) 운용되고, 제어 장치(1)는 램프 유닛들의 업스트림(upstream)에 연결된다.
제어 장치(1)는 모듈레이터(modulator, 도면들에 미도시)를 포함하고, 모듈레이터는 제어 정보 아이템을 램프 유닛(7)에 공급되는 AC 전압 전력 공급 시스템(L, N)의 반주기들(half-cycles)의 특정 성분들(specific components)로 모듈레이트하기 위한 것이다. 제어 정보 아이템 자체는 제어 소자(2)를 통해 세팅되고, 위에서 이미 간단하게 설명되었다. 예를 들어, 제어 정보 아이템은, 램프 유닛(7)(특히 램프 유닛(7)에 배치된 발광 수단(6))의 휘도(brightness) 및/또는 다른 운용 세팅(operational setting)에 관한 정보 아이템일 수 있다.
도 3은 발광 수단(6)에 더하여 램프 유닛(7)의 필수 장비(essential equipment)를 포함하는, 램프 유닛(7)의 제어 기어(5)를 나타낸다. 제어 기어(5)는 스위치(10)를 통해 활성화될 수 있는 션트 저항기(shunt resistor, 9)를 포함한다. 제어 기어(5)에 배치되고, 전송된 제어 정보 아이템을 디코딩하기 위한 디코더는 참조 부호 11로 나타낸다. 입력 사이드상에서, 램프 유닛(7)은 풀-브리지 정류기(full-bridge rectifier, 12)를 포함하고, 풀-브리지 정류기(12)는 공급선(3) 및 중성선(N)에 연결되어 있다. 디코더(11)는 디코딩된 제어 정보 아이템을 변압기(4)에 인가하고, 변압기(4)는 발광 수단(6)에 작용한다. 또한 디코더(11)는 스위치(10)를 구동한다(drive). 램프 유닛(7)은 발광 수단(6)을 운용하기 위해 요구될 수 있는 추가의 회로들을 포함할 수 있는데, 예를 들어 전류 제한(current limitation)을 위해서나 더 높은 주파수를 생성하기 위해서이고, 그러한 회로들은 일반적으로 소형 형광 램프(compact fluorescent lamp)의 직접된(integrated) 변압기(4) 안에 구현된다.
게다가, 에너지 저장소(energy store)의 형태인 커패시터(8)는, 회로에 관하여 상직적으로만 도시되고, 제어 장치(1)에 배치되고, 그리고 커패시터(8)는 아래에서 설명되는 것과 같이, 제어 장치(1)에 운용 전압(operationg voltage)을 공급하기 위해 사용된다.
제어 장치(1)가 그의 운용 전압을 램프 유닛(7)의 션트(shunt)를 통해 끌어내면(draw), 커패시터(8)가 충전된다. 에너지 저장소의 운용 에너지 배출(operating energy emission)은 조명 시스템의 그 운용 상태들(operating states)에서 발생하고, 조명 시스템 안에서 제어 장치(1)는 어떤 에너지도 소비하지 않는다.
페이즈(L) 및 중성선(N)을 통해 인가되는 AC 시스템 전압의 양 및 음의 성분들(positive and negative components)은 정류기(12)에 의해 정류되고, 그 결과 AC 전압 주기(period) 내에서 2개의 양의 반주기들이 정류기의 출력에서 구해질 수 있다(available). 낮은 전압에서, 즉, 반주기의 상승 파트(rising part)의 하위 섹션(section)에서(in the lower section of the rising part of a half-cycle), 아무런 에너지(적어도 램프 유닛(7)의 운용을 위해 필수적인 에너지)도 램프 유닛(7)에 의해 소비되지 않는다.
제1 방법 개량에 따른 램프 유닛(7)의 전류 소비는 도 4a에 도시된 그래프에 나타나 있다. 램프 유닛(7)이 각각의 반주기의 대략 60도(degrees) 및 대략 100도 사이의 구간(interval)에서 램프 유닛(7)의 운용 에너지를 소비하는 것을 상기 도면으로부터 알 수 있다. 운용 전류 소비의 커브(curve)는 도 4a에서 참조 부호 F로 도시되어 있는데, 정확히 말하면, 최대 전력(full power)상에서 발광 수단(6)의 동작 동안이다. 대시 기호로된 커브(dashed curve, F')는 딤 상태(dimmed state)에서 운용 전류 소비를 표현한다.
반주기의 제1 파트에서, 모듈레이션 페이즈(modulation phase, PM)는 도 4a에서 도식적인 형태로 도시되어 있다. 램프 유닛(7)이 운용 에너지를 소비하기 전에, 따라서 60도의 페이즈 각도가 도달되기 전에, 모듈레이션 페이즈(PM)가 종료된다. 반주기의 마지막(last) 파트는 도시된 바람직한 실시예에서 공급 페이즈(Pv)의 형태이다. 제어 장치(1) 및 램프 유닛(7)을 포함하는 직렬연결 회로의 결과로, 션트 스위치(10)가 연결되면, 제어 장치(1)는 그 자체를 위해(for itself) 운용 에너지를 소비할 수 있고, 그것의 에너지 저장소(커패시터(8))를 충전할 수 있다. 반면, 션트 스위치(10)가 오픈(open)되면, 제어 장치(1)는 인가되는 AC 전압으로부터 어떠한 전력도 소비할 수 없다. 그럼에도 불구하고, 스위치(10)가 오픈될 때 제어 장치(1)에 요구되는 에너지를 공급하기 위해, 커패시터(8)가 사용되어, 이 페이즈들에서 제어 장치(1)에 에너지를 공급한다. 각각과 같이 후속하는 반주기들(도 4a에서 더 이상 상세하게 도시되지 않음)은 추가의 모듈레이션 페이즈를 포함하는데, 전달된 제어 정보 아이템이 복수의 연속적인(successive) 반주기들로 나뉘기 때문이다. 게다가, 도시된 바람직한 실시예에서, 제어 정보 아이템은 주기적으로 연속적으로(cyclically continuously) 전달된다. 다음(following) 모듈레이션 페이즈가 이전(preceding) 반주기의 공급 페이즈(Pv)에 바로 앞서기(precedes directly) 때문에, 로드와 평행하게 존재하는 임의의 기생(parastic) 커패시턴스들이 방전되는 것과, AC 공급 전압의 제로 크로싱(zero crossing)에서와 같이 로드의 입력 전압이 제로(zero)가 되는 것이 보장된다.
도 4b는 램프 유닛(7)에 걸친 전압 프로필을 나타낸다. 모듈레이션 페이즈(PM) 동안, 제어 정보 아이템은 램프 유닛(7)으로 공급되는 AC 전압상으로 모듈레이트되는데, 정확히 말하면 대체로 일정한 모듈레이션 전압으로이다(to be precise with a largely constant modulation voltage). 반주기의 마지막 파트에서, 공급 페이즈가 발생하여, 공급 페이즈에서 제어 장치는 전류-제한 효과(current-limiting effect)를 가지고, 따라서 램프 유닛에 걸친 전압을 감소시킨다.
도 4c는 위에서 기술된 반주기의 다른 페이즈들 동안의 제어 장치(control device, 1)에 걸친 전압 프로필을 나타낸다. 반주기의 제1 파트에서 모듈레이션 페이즈(PM) 동안보다 공급 페이즈(Pv)에서, 제어 장치(1)에 걸쳐 더 큰 전압 강하(drop)가 존재하는 것을 명확하게 알 수 있다.
기술된 바람직한 실시예들에서, 제어 소자(2)는 발광 수단(6)의 휘도 세팅 및 따라서 후반의(the latter) 디밍(dimming)을 위해 사용된다. 따라서, 변압기(4)로 전달된 제어 정보 아이템은 제어된 변수(controlled variable)이고, 제어된 변수는 감각 인상(sensory impression)으로서 인지할 수 있는(perceivable) 휘도 값(brightness value)에 대응한다. 상응하여, 대응하는 디밍 커브(dimming curve)가 제어 장치(1)에 저장될 수 있다. 또한, 제어 소자는 오프 세팅(off setting)을 구비하거나, 별개의(separate) 온/오프 스위치가 제공된다. 오프 상태(off state)에서, 램프 유닛(7)의 변압기는 운용 중(in operation)이 아니다. 그러나, 이 경우에도 마이크로프로세서를 제공하기 위해, 제어 장치(1)가 전기 에너지를 공급받는 것이 바람직한데, 마이크로프로세서는 예를 들어 푸시버튼의 구동을 식별하기 위해 요구된다. 오프 상태에서 데이터 전달은 발생하면 안된다.
기계적인 온/오프 스위치를 포함하는 제어 장치의 실시예들이 또한 가능하다. 그러한 구성에서, 제어 장치는 오프 상태에서 전력 공급 시스템으로부터 분리된다. 제어 장치가 스위치 온되면, 그것은 초기화되고, 정상 운용 반응(normal operating response)을 취한다(assume).
모듈레이션은 램프 유닛으로 인가되는 공급 전압의 포락선(envelope)상에 일정 레벨(constant level)을 갖는 구형파(square-wave) 모듈레이션 전압의 중첩(superimposition)에 의해 발생한다. 따라서 AC 전압으로부터 데이터 신호를 분리하기 위해 고역 필터링(high-pass filtering)이 디코더(11)에서 수행된다. 예를 들어, 모듈레이션의 전압 레벨은 4에서 5V까지이다.
비교의 용도를 위해, 발광 수단(6)의 딤 동작(dimmed operation) 동안 램프 유닛(7)의 운용 전류 소비 커브는 도 4a에서 커브(F')를 사용한 일점쇄선(dash-dotted lines)에 의해 나타나 있다. 커브(F')는 커브(F)보다 많이 좁고, 커브(F)에 대해 페이즈-시프트(phase-shifte)되어 있고, 커브(F)는 최대 전력상에서 램프 유닛(7)의 전력 소비를 나타낸다. 2개의 커브들(F, F')은 램프 유닛의 전류 소비가 모듈레이션 페이즈(PM) 및 공급 페이즈(Pv)에 의해 영향받지 않음을 나타낸다. 따라서, 위에서 기술된 것과 같이 어떤 불리한 점을 수용할 필요 없이 발광 수단(6)이 디밍될(dimmed) 수 있다.
도 5a-c는 램프 유닛(7)의 발광 수단(6)을 구동하기 위한 추가의 방법 개량을 나타낸다. 도 4a-4c에서 기술된 방법과 달리 이 방법에서, 공급 페이즈는 반주기의 제1 파트(페이즈 각도 0°에서 <40°) 안에 위치한다. 도 5a-c에 도시된 방법에서 이 공급 페이즈는 제1 파트 및 제2 파트를 포함하는 계단 모양의 디자인(stepped design)을 가지는데, 공급 페이즈(Pv)의 제1 파트에서 후속에서보다 높은 션트 전류 흐름(shunt current flowing)을 가지고, 공급 페이즈의 짧은 제2 파트를 가진다. 공급 페이즈의 제1 파트는 위에서 기술된 것과 같이 시간-제어 방식(time-controlled manner)으로 종료된다. 램프 유닛(7)의 공급 터미널들 사이의 전압 크기가 미리 결정된(predetermined) 전압을 초과하면, 제2 파트는 전압-제어 방식(voltage-controlled manner)으로 종료한다. 예를 들어, 공급 페이즈의 제1 파트에서, 대략 150mA의 전류가 흐를 수 있다. 이 전류는 제어 장치에 의해 제한되고, 상기 제어 장치에 에너지를 공급하기 위해 사용된다. 예를 들어, 공급 페이즈의 제2 파트에서, 대략 20mA의 전류가 흐른다. 이 전류는 램프 유닛(7)의 최대 션트 전류로 미리 결정된다. 공급 페이즈의 제1 파트는 에너지 저장소(8)의 충전을 위해 사용되고, 에너지 저장소(8)는 제어 장치(1)에 배치된다. 램프 유닛(7) 및 제어 장치(1)에서 전류 손실을 낮게 유지하기 위해, 그리고 공급 페이즈의 종료(conclusion) 이후 램프 유닛(7)의 입력에서 정의된 전압 상승(defined voltage rise)을 보장하기 위해, 공급 페이즈는 중간 레벨(이 경우에 대략 20mA)의 형성(formation)을 갖는 제2 파트에서 종료된다. 공급 페이즈가 종료되자마자, 램프 유닛(7)은 운용 페이즈에서 그것의 운용을 위해 요구되는 에너지를 소비한다. 이것이 종료되면, 이 반주기의 모듈레이션 페이즈(PM)가 수행되는데, 정확히 말하면 션트 스위치(10)가 닫힘과 함께이고, 이 션트는 결국(in turn) 공급 페이즈의 하위 레벨에서 존재할 수 있고, 이는 운용 에너지 소비 이전에(즉, 대략 도시된 바람직한 실시예에서 20mA에서) 수행된다. 이 방법 개량과 함께 더 적은 고조파 전류(harmonic currents)가 발생하는 것이 설명된다.
도 5a-c에서 바람직한 실시예와 관련하여 기술된 것과 동일한 방법으로, 도 4a-c에 도시된 바람직한 실시예에서, 공급 페이즈(Pv)는 2개의 파트들로 나뉠 수 있다.
도 6은 예시의 방식으로, 제어 장치(1)에 의해 생성되는 데이터 전문(data telegram)을 나타내고, 데이터 전문은 중단되는 각각의 경우에서 복수의 반주기들로 시간축(x축)에 대해 확장되는데, 제어 정보 아이템의 전달(모듈레이션 페이즈들(PM))을 위한 시간 주기들만을 지시하기 위해서이다. 이 경우에 인코딩(encoding)은 낮은 전압으로부터 높은 전압으로 그리고 역으로(vice versa)의 전압 변환들에 의해 인코딩되는 비트들을 이용하는 맨체스터 코드(Manchester code)에 따라 발생한다. 비트 클록(bit clock)은 맨체스터-인코딩된 신호(Manchester-encoded signal)의 전압 변환들로부터 획득될 수 있다. 예를 들어, 3kHz 또는 10kHz의 주파수가 기본 주파수로 사용될 수 있다. 시스템 주파수가 변경되는 경우에도 데이터 전문이 동일한 개수의 반주기들로 확장되도록 의도되면, 기본 주파수가 가능한 조정될(adapted) 수 있다.
각 반주기에서 데이터 전달의 초기(beginning)에, 전기적으로 하이(electrical high)인 반 비트(half bit, 13)가 전달된다. 기술된 바람직한 실시예에서, 전문(telegram)의 초기에, 먼저 시작 식별(start identification)(4 반 비트들(14): 전기적으로 하이) 그리고 다음 전문 유형 식별(telegram type identification, 15)(3 논리 비트들)이 뒤따른다. 다음에, 제어 정보 아이템을 포함하는 실제 데이터 비트들(16)이 전달되는데, 이 경우에 8 논리 비트들이다. 마지막으로, 패리티 비트(17)(1 논리 비트)가 뒤따른다. 전문 유형 식별에 의해 데이터 전문의 길이는 이미 고정되기 때문에, 정지 식별(stop identification)이 요구되지 않는다. 도시된 바람직한 실시예에서 7개의 연속적인 반주기들로 확장되는 데이터 텔레그램이 종료되자마자, 다음 전문이 시작 식별(14)과 함께 다시 시작된다. 기술된 바람직한 실시예는 데이터 전문들이 주기적으로 연속적으로 전달되는 것을 제공한다. 이 방법으로, 전달의 오류들은 지연 없이 수정될 수 있다. 전달 신뢰성(transmission reliability)은 다중 평가(multiple evaluation)로 인해 증가될 수 있다.
1: 제어 장치
2: 제어 소자
3: 공급선
4: 변압기
5: 제어 기어
6: 발광 수단
7: 램프 유닛
8: 커패시터/에너지 저장소
9: 션트 저항기
10: 스위치
11: 디코더
12: 정류기
13: 시작 반 비트
14: 반 비트들(전문 시작)
15: 논리 비트들(전문 유형 식별)
16: 논리 데이터 비트들
17: 논리 패리티 비트
F, F': 커브
L: 페이즈
N: 중성선
PM: 모듈레이션 페이즈
PN: 션트 페이즈
Pv: 공급 페이즈

Claims (42)

  1. 제어 장치(1)로부터 적어도 하나의 발광 수단(6)을 포함하는 적어도 하나의 램프 유닛(7)으로 제어 정보 아이템을 전달하는 방법에 있어서,
    상기 램프 유닛은 제1 및 제2 공급 터미널을 구비하고,
    상기 제1 공급 터미널은 AC 전압 전력 공급 시스템의 상기 중성선(N)에 연결되고,
    상기 제2 공급 터미널은 공급선(3)을 통해 상기 제어 장치(1)의 출력에 연결되고,
    상기 제어 장치의 제1 입력은 상기 AC 전압 전력 공급 시스템의 상기 페이즈 컨덕터(phase conductor, L)에 연결되고,
    상기 방법은:
    모듈레이션 페이즈 동안 상기 제어 장치(1)에 의해 상기 공급선(3)상으로 상기 제어 정보의 모듈레이션 단계,
    상기 제어 정보 아이템의 디코딩 단계,
    상기 디코딩된 제어 정보 아이템에 따라 상기 발광 수단(6)의 구동 단계를 구비하고,
    상기 방법은, 스위치 가능한 션트(shunt)가 적어도 상기 모듈레이션 페이즈 동안 상기 제1 및 상기 제2 공급 터미널 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모듈레이션 페이즈 동안, 상기 공급선(3)상의 상기 전압은 대체로 일정한 진폭으로(with a substantially constant amplitude) 모듈레이트되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모듈레이션은 진폭의 값이 2볼트에서 10볼트의 범위 내에서, 바람직하게는 4볼트에서 5볼트의 범위 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 션트는 전류-제한 효과(current-limiting effect)를 가지고, 오직 최대 션트 전류를 허용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 최대 션트 전류는 상기 모듈레이션 페이즈 동안 2mA에서 30mA의 범위 내인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 터미널들 사이의 상기 전압의 상기 순시값(instantaneous value)의 상기 크기(magnitude)가 미리 결정된 값(predetermined value)을 초과하는 동안, 상기 션트는 비활성화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    운용 페이즈를 특징으로 하되, 상기 운용 페이즈에서 상기 램프 유닛(7)은 빛을 발생시키기 위해 사용되는 에너지를 소비하고, 상기 션트는 적어도 상기 운용 페이즈 동안 비활성화되는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    공급 페이즈를 특징으로 하되, 상기 공급 페이즈는 적어도 하나의 제1 파트를 구비하고, 상기 적어도 하나의 제1 파트 동안 상기 션트 전류는, 상기 제어 장치(1)에 의해 상기 램프 유닛에 의해 미리 결정된 상기 최대 션트 전류 아래의 값으로 제한되는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 공급 페이즈의 상기 제1 파트에서, 상기 최대 션트 전류는 상기 램프 유닛에 의해 200mA 및 400mA, 바람직하게는 300mA 사이 범위 내의 값으로 세팅되고, 상기 션트 전류는 상기 제어 장치에 의해 200mA 아래, 바람직하게는 150mA 아래의 값으로 제한되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 공급 페이즈의 상기 제1 파트는 미리 결정된 공급 시간(supply time)으로 제한되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 공급 시간의 상기 값은 600㎲(microseconds) 및 800㎲, 바람직하게는 700㎲ 사이 범위 내인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 페이즈의 상기 제1 파트는 상기 AC 전압 전력 공급 시스템의 전압 제로 크로싱(zero crossing)을 바로 뒤따르는(directly follow) 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 공급 페이즈의 제2 파트는 상기 공급 페이즈의 상기 제1 파트를 뒤따르고,
    상기 공급 페이즈의 상기 제2 파트에서, 상기 AC 전압 전력 공급 시스템이 상기 공급 터미널들에 인가될 때에도, 상기 램프 유닛이 적어도 상기 션트에 영구적인 손상이 가능하지 않을 정도(extent)로 상기 최대 션트 전류를 감소시키는 것이 가능하고, 그리고,
    상기 공급 페이즈의 상기 제2 파트에서, 상기 AC 전압 전력 공급 시스템은 상기 제어 장치에 의해 상기 공급 터미널들에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 페이즈의 상기 제1 파트는 상기 AC 전압 전력 공급 시스템의 전압 제로 크로싱에 의해 종료되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 공급 페이즈의 제2 파트는 상기 공급 페이즈의 상기 제1 파트에 앞서고(precede),
    상기 공급 페이즈의 상기 제2 파트에서, 상기 AC 전압 전력 공급 시스템이 상기 공급 터미널들에 인가될 때에도, 상기 램프 유닛은 적어도 상기 션트에 영구적인 손상이 가능하지 않을 정도(extent)로 상기 최대 션트 전류를 감소시키는 것이 가능하고, 그리고,
    상기 공급 페이즈의 상기 제2 파트에서, 상기 AC 전압 전력 공급 시스템은 상기 제어 장치에 의해 상기 공급 터미널들에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제13항 또는 제15항에 있어서,
    상기 공급 페이즈의 상기 제2 파트에서, 상기 최대 션트 전류는 상기 램프 유닛에 의해 300mA 아래의 값으로 세팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 에너지 저장소(8)를 구비하고, 상기 에너지 저장소(8)는 상기 모듈레이션 페이즈 및/또는 상기/하나의 공급 페이즈 동안 충전되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    소형 형광 램프가 상기 발광 수단(6)으로 사용되고,
    상기 모듈레이션 페이즈는 대략 50-60도의 상기 AC 전압 전력 공급 시스템의 페이즈 각도에서 종료되거나, 대략 100-130도의 상기 AC 전압 전력 공급 시스템의 페이즈 각도에서 시작되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모듈레이션은 1kHz 및 20kHz 사이의 주파수, 바람직하게는 3kHz 및 10kHz 사이의 주파수, 특히 바람직하게는 대략 10kHz의 주파수에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 정보 아이템은 상기 발광 수단(6)의 상기 휘도 및/또는 상기 색상(color)을 제어하기 위한 제어 명령들(control commands)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 LED들이 상기 발광 수단(6)으로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 정보 아이템은 상기 AC 전압 전력 공급 시스템의 복수의 연속적인(successive) 반주기들로 나뉘는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 정보 아이템은 주기적으로(cyclically), 특히 주기적으로 및 연속적으로(continuously) 전달되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 정보 아이템은 맨체스터 코드(Manchester code)에 의해 인코딩되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항의 방법에서 사용하기 적합한 램프 유닛(7)에 있어서, 상기 램프 유닛은:
    제1 및 제2 공급 터미널,
    발광 수단(6),
    상기 공급 터미널들에 제공되는 전기 에너지를 상기 발광 수단(6)에 적합한 형태로 변환하고, 이것을 상기 발광 수단(6)에 공급하는 것과 같은 방법으로 설계된 변압기(4),
    상기 공급 터미널들에서 상기 AC 전압의 상기 모듈레이션을 디코딩하기 위한 디코더(11) - 상기 디코더는 제어 정보 아이템을 제공하고, 상기 제어 정보 아이템을 이용하여 상기 변압기가 제어될 수 있음 - 를 포함하고,
    상기 램프 유닛은 스위치 가능한 션트(9, 10)가 상기 공급 터미널들 사이에 연결되고, 상기 공급 터미널들에서 상기 AC 전압이 적어도 모듈레이트되는 동안, 상기 션트가 연결되는 것을 특징으로 하는 램프 유닛(7).
  26. 제25항에 있어서,
    상기 션트(9, 10)는 전류-제한 소자(9)를 포함하고, 상기 전류-제한 소자(9)는 상기 션트를 통해 상기 전류를 최대 션트 전류로 제한하는 것을 특징으로 하는 램프 유닛(7).
  27. 제26항에 있어서,
    상기 공급 터미널들에서 상기 AC 전압이 모듈레이트되면, 상기 최대 션트 전류의 상기 값은 2mA 및 30mA 사이인 것을 특징으로 하는 램프 유닛(7).
  28. 제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 터미널들 사이의 상기 전압의 상기 순시값(instantaneous value)의 상기 크기(magnitude)가 미리 결정된 값(predetermined value)을 초과하면, 상기 디코더(11)는 상기 션트를 비활성화시키는 것을 특징으로 하는 램프 유닛(7).
  29. 제28항에 있어서,
    상기 공급 터미널들 사이의 상기 전압의 상기 순시값의 상기 크기가 100V를 초과하면, 상기 디코더(11)는 상기 션트를 비활성화시키는 것을 특징으로 하는 램프 유닛(7).
  30. 제26항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 램프 유닛(7)은, 고정된 공급 시간(fixed supply time)으로 제한되는 제1 파트를 포함하는 공급 페이즈를 구비하고, 상기 제1 파트에서 상기 디코더(11)는 200mA 및 400mA, 바람직하게는 300mA 사이의 범위 내의 값으로 상기 최대 션트 전류를 세팅하는 것과 같은 방법으로 설계되는 것을 특징으로 하는 램프 유닛(7).
  31. 제30항에 있어서,
    적어도 하나의 반주기 동안 상기 공급 터미널들에서 상기 AC 전압이 어떤 모듈레이션도 이루어지지 않으면, 상기 디코더(11)는 상기 공급 페이즈를 억제하는(suppress) 것을 특징으로 하는 램프 유닛(7).
  32. 제25항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 반주기 동안 상기 공급 터미널들에서 상기 AC 전압이 어떤 모듈레이션도 이루어지지 않으면, 상기 램프 유닛이 다음 운용으로 돌아올 때까지(until the lamp unit is next brought into operation) 상기 디코더(11)는 상기 션트를 비활성화시키는 것을 특징으로 하는 램프 유닛(7).
  33. 제25항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 램프 유닛(7)은 오프 상태를 취할 수 있고, 상기 오프 상태에서 상기 디코더(11)는 상기 변압기를 정지시키는(shut down) 것과 같은 방법으로 설계되는 것을 특징으로 하는 램프 유닛(7).
  34. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항의 방법에서 사용하기 적합한 제어 장치(1)에 있어서, 상기 제어 장치(1)는:
    상기 제어 장치(1)의 상기 운용을 위해 요구되는 에너지의 상기 단기적인(short-term) 저장을 위한 에너지 저장소(8),
    제1 입력(input) 및 출력(output),
    상기 제1 입력 및 상기 출력 사이의 모듈레이션 전압을 생성할 수 있는 모듈레이터,
    제어 정보 아이템을 디지털 비트 패턴으로 인코딩하는 인코더 - 상기 디지털 비트 패턴은 모듈레이션 페이즈 동안 상기 모듈레이션 전압을 제어함 - 를 포함하고,
    상기 제어 장치는 상기 모듈레이션 전압이 대체로 일정(substantially constant)한 것을 특징으로 하는 제어 장치(1).
  35. 제34항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 제1 파트를 포함하는 공급 페이즈를 구비할 수 있고, 상기 제1 파트 동안 상기 제어 장치(1)를 통과하는 상기 전류는 상기 에너지 저장소(8)를 충전하기 위한 상기 에너지를 생성하는 것과 같은 방법으로 설계되는 것을 특징으로 하는 제어 장치(1).
  36. 제35항에 있어서,
    상기 공급 페이즈 동안, 상기 제어 장치(1)에 걸친 상기 전압은 일정하거나, 상기 AC 전압 전력 공급 시스템의 상기 순시값에 대응하는 것을 특징으로 하는 제어 장치(1).
  37. 제35항 또는 제36항에 있어서,
    상기 공급 페이즈의 상기 제1 파트 동안, 상기 제어 장치는 상기 제어 장치를 통과하는 상기 전류를 150mA 이하의 값으로 제한하는 것을 특징으로 하는 제어 장치(1).
  38. 제34항에 있어서,
    상기 제어 장치(1)는 제2 입력을 구비하여, 상기 제어 장치가 상기 제1 및 상기 제2 입력을 통해 상기 제어 장치에 요구되는 상기 에너지를 공급받는 것을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 제어 장치(1).
  39. 제34항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치(1)는 모듈레이션 전압을 생성하고, 상기 제어 장치는 상기 제1 입력에서 상기 전압에 상기 모듈레이션 전압을 더하거나, 상기 제1 입력에서 상기 전압으로부터 상기 모듈레이션 전압을 빼는 것을 특징으로 하는 제어 장치(1).
  40. 제25항 내지 제33항 중 어느 한 항의 적어도 하나의 램프 유닛(7) 및 제34항 내지 제39항 중 어느 한 항의 제어 장치(1)를 포함하는 조명 시스템에 있어서,
    상기 램프 유닛(7)의 상기 제1 공급 터미널은 상기 제어 장치(1)의 상기 출력에 연결되고, AC 전압 전력 공급 시스템은 상기 램프 유닛(7)의 상기 제2 공급 터미널 및 상기 제어 장치(1)의 상기 제1 입력 사이에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  41. 제40항에 있어서,
    복수의 램프 유닛들(7)은 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  42. 제40항에 있어서,
    상기 램프 유닛(7)의 상기 디코더는 상기 션트에서 상기 전류를 모듈레이트하고,
    상기 제어 장치(1)가 상기 램프 유닛(7)으로부터 정보 아이템들을 수신할 수 있는 결과로, 상기 제어 장치는 상기 모듈레이트된 전류를 평가하는 것(evaluating)을 특징으로 하는 조명 시스템.
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