KR20140102268A - 쌍방향 부스터/충전기 회로를 포함하는 비상 조명 시스템 - Google Patents

쌍방향 부스터/충전기 회로를 포함하는 비상 조명 시스템 Download PDF

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KR20140102268A
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존 제이. 트레이너
제임스 에이. 맥브라이드
랜달 엘. 파워스
조세프 피. 초보트
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크리, 인코포레이티드
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Abstract

고체 상태 조명 기구에 비상 전력을 제공하기 위한 비상 조명 모듈이 제공된다. 비상 조명 모듈은, 라인 전압을 검출하도록 구성되는 제어 회로, 고체 상태 조명 기구로부터 입력 전압을 수신하도록 구성되는 제1 입력, 및 마이크로컨트롤러에 연결되어 입력 전압을 사용하여 배터리를 충전하도록 구성되는 쌍방향 부스터/충전기 회로를 포함한다. 쌍방향 부스터/충전기 회로는 또한 출력 전압을 제공하도록 구성된다. 비상 조명 모듈은 라인 전압의 감소에 응답하여 고체 상태 조명 기구에 출력 전압을 제공하도록 구성된다.

Description

쌍방향 부스터/충전기 회로를 포함하는 비상 조명 시스템{EMERGENCY LIGHTING SYSTEMS INCLUDING BIDIRECTIONAL BOOSTER/CHARGER CIRCUITS}
<관련 출원>
본 출원은 2011년 12월 12일 출원된 "Emergency Lighting Systems And Methods For Solid State Lighting Apparatus"라는 제목의 미국 가출원 번호 제61/569,588호의 이득 및 그에 대한 우선권을 주장하는 것으로, 그 내용 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
<분야>
본 발명은 비상 조명 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고체 상태 장치용 비상 조명 시스템 및 관련 방법에 관한 것이다.
종종 탈출 조명(egress lighting)이라고도 불리는 비상 조명은 전력 손실시 활성화되는 조명이다. 비상 조명의 목적 중 하나는, 정전이나 기타 비상시 건물 내부의 사람들이 건물을 안전하게 탈출할 수 있게 하는 것이다. 다수의 전기 규정에 의하면 상업용 건물에서는 비상 조명을 사용하도록 되어 있다. 이러한 규정은 일반적으로 전력 손실시 제공되어야 할 광의 양 및 이러한 조명이 제공되어야 할 지속 시간을 특정한다. 예를 들어, 미국 건축물 규정은, 정전 중 탈출 경로를 따라 최소 90분간 1 풋캔들(footcandle)의 광을 제공하는 비상 조명을 요구한다.
비상 조명 기구는 통상적으로, 기구를 잠시 중단하고 광을 스위치 온 상태로 하고, 주 AC 라인 전력이 여전히 온 상태이더라도 배터리 전력으로부터 동작하게 하는 테스트 버튼을 갖는다. 통상적으로, 테스트 버튼은 기술자에 의해 수동으로 조작되어야 하고, 테스트 중에는 억제(hold down)될 수 있다.
건물에는, 비상이 아닌 상황에 광을 제공하는 조명기구들과 함께 건물에 설치되는 배터리-전력 비상 조명 기구에 의해 통상적으로 비상 조명이 제공된다. 일부 시스템에서, 비상 조명은 중앙 저장소의 배터리에 의해 전원을 공급받는다. 건축물 규정은 일반적으로 중앙 전원으로부터 비상 조명 기구로의 배선이 기타 전기 배선과는 격리될 것을 요구한다.
형광 조명 기구에 대해서는, 백업 배터리를 포함하는 비상 안정기(emergency ballast)에 의해 비상 동작이 제어될 수 있다. 통상적인 형광 비상 조명 기구가 도 1에 도시된다. 조명 기구(10)는 백업 배터리(24)를 포함하는 비상 안정기(12)를 포함한다. 2개의 형광 램프(16A, 16B)에는 2-램프 순간 시동 안정기(two-lamp instant start ballast)(14)가 접속된다. 테스트 스위치(18)는 비상 안정기(12)의 수동 활성화를 허용한다.
당업계에 공지된 바와 같이, 형광 램프 안정기는 형광 램프를 통하는 전류를 안정시키는데, 이는 부성 저항(negative resistance) 특성을 갖는다. 안정기는 형광 램프를 통하는 전류를 적정 레벨로 제한하는 정상 저항(positive resistance) 또는 정상 유도저항(positive reactance)을 제공한다. 안정기(14) 등의 순간 시동 안정기는, 높은 초기 전압(약 600V)을 발생시켜 램프의 캐소드를 가열하지 않고도 램프(16A, 16B)를 시동한다.
형광 비상 조명 시스템은, 또한, 별도의 램프 안정기를 요구하지 않고도 비상 안정기(12)가 정상 조명 및 비상 조명 양자를 제공하는 기능을 할 수 있도록 구성될 수 있다.
고체 상태 조명 기구에 비상 전력을 제공하기 위한 비상 조명 모듈이 제공된다. 비상 조명 모듈은, 라인 전압을 검출하도록 구성되는 제어 회로, 고체 상태 조명 기구로부터 입력 전압을 수신하도록 구성되는 제1 입력, 및 마이크로컨트롤러에 연결되고 입력 전압을 사용하여 배터리를 충전하도록 구성되는 쌍방향 부스터/충전기 회로를 포함한다. 쌍방향 부스터/충전기 회로는 또한 출력 전압을 제공하도록 구성된다. 비상 조명 모듈은 라인 전압의 감소에 응답하여 고체 상태 조명 기구에 출력 전압을 제공하도록 구성된다.
비상 조명 모듈은 검출기 및 쌍방향 부스터/충전기에 연결되는 제어 회로를 더 포함할 수 있다. 이 제어 회로는 라인 전압의 상태를 나타내는 검출기로부터의 신호를 수신하도록 구성된다.
쌍방향 부스터/충전기 회로는, 제어 회로로부터의 제1 제어 신호에 응답하여 배터리를 충전하고, 제어 회로로부터의 제2 제어 신호에 응답하여 출력 전압을 생성하도록 구성된다.
라인 전압은 AC 라인 전압을 포함할 수 있고, 입력 전압은 DC 입력 전압을 포함할 수 있고, 출력 전압은 DC 출력 전압을 포함할 수 있다.
검출기는, AC 라인 전압을 정류하여 정류된 AC 전압 신호를 생성하도록 구성되는 정류기 및 정류기에 연결되어 정류된 AC 전압 신호를 기준 전압에 비교하여 라인 전압의 상태를 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는 비교기를 포함할 수 있다.
쌍방향 부스터/충전기는, 제1 입력/출력 단자, 제1 입력/출력 단자에 연결되는 제1 입력/출력 커패시터, 제2 입력/출력 단자, 제1 입력/출력 단자에 연결되는 제2 입력/출력 커패시터, 제1 입력/출력 단자 및 제1 노드에 연결되는 제1 스위치, 제1 노드 및 접지에 연결되는 제2 스위치, 및 제1 노드와 제2 입력/출력 단자 사이에 연결되는 인덕터를 포함할 수 있다. 제1 스위치는 제1 제어 신호에 의해 제어되고, 제2 스위치는 제2 제어 신호에 의해 제어된다.
제1 및 제2 스위치는 MOSFET 스위치를 포함할 수 있다.
제1 입력/출력 단자는, 고체 상태 조명 기구로부터 입력 DC 전압을 수신하고, 고체 상태 조명 기구에 출력 DC 전압을 공급하도록 구성되고, 제2 입력/출력 단자는, 배터리에 충전 전압을 공급하고, 배터리로부터 배터리 전압을 수신하도록 구성된다.
비상 조명 모듈은, AC 라인 신호의 감소 검출에 응답하여, DC 출력 전압을 초기 전압 레벨로부터 타겟 전압 레벨로 상승시키도록 구성된다. 초기 전압 레벨은 0 볼트이다.
비상 조명 모듈은, AC 전압의 복구 검출에 응답하여, DC 출력 전압을 타겟 전압 레벨로부터 0 볼트로 하강시키도록 구성된다.
비상 조명 모듈은, 검출기 및 쌍방향 부스터/충전기에 연결되는 제어 회로를 더 포함할 수 있고, 제어 회로는 라인 전압의 상태를 나타내는 검출기로부터의 신호를 수신하도록 구성된다.
쌍방향 부스터/충전기 회로는 제어 회로로부터의 제1 제어 신호에 응답하여 배터리를 충전하도록 구성될 수 있다. 쌍방향 부스터/충전기 회로는 제어 회로로부터의 제2 제어 신호에 응답하여 출력 전압을 생성하도록 구성될 수 있다.
라인 전압은 AC 라인 전압을 포함할 수 있고, 입력 전압은 DC 입력 전압을 포함할 수 있고, 출력 전압은 DC 출력 전압을 포함할 수 있다.
검출기는, AC 라인 전압을 정류하여 정류된 AC 전압 신호를 생성하도록 구성되는 정류기 및 정류기에 연결되어 정류된 AC 전압 신호를 기준 전압에 비교하여 라인 전압을 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는 비교기를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 쌍방향 부스터/충전기 회로는, 제1 입력/출력 단자, 제1 입력/출력 단자에 연결되는 제1 입력/출력 커패시터, 제2 입력/출력 단자, 제1 입력/출력 단자에 연결되는 제2 입력/출력 커패시터, 제1 입력/출력 단자 및 제1 노드에 연결되는 제1 스위치, 제1 노드 및 접지에 연결되는 제2 스위치, 및 제1 노드와 제2 입력/출력 단자 사이에 연결되는 인덕터를 포함할 수 있다. 제1 스위치는 제1 제어 신호에 의해 제어되고, 제2 스위치는 제2 제어 신호에 의해 제어된다.
다른 실시예에 따른 쌍방향 부스터/충전기 회로는, 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성하도록 구성되는 제어기, 제1 및 제2 입력/출력 단자, 제1 입력/출력 단자 및 제1 노드에 연결되고 제1 제어 신호에 의해 제어되는 제1 스위치, 제1 노드 및 접지에 연결되고 제2 제어 신호에 의해 제어되는 제2 스위치, 및 제1 노드와 제2 입력/출력 단자 사이에 연결되는 인덕터를 포함한다.
제어기는, 제1 및 제2 제어 신호를 선택적으로 활성화하여, 쌍방향 부스터/충전기 회로로 하여금, 제1 입력/출력 단자에 인가되는 공급 전압에 응답하여 쌍방향 부스터/충전기 회로가 제2 입력/출력 단자에 제1 전압을 출력하는 충전 모드에서 선택적으로 동작하게 하거나, 또는, 제2 입력/출력 단자에 인가되는 배터리 전압에 응답하여 쌍방향 부스터/충전기 회로가 제1 입력/출력 단자에 제2 전압을 출력하는 방전 모드에서 선택적으로 동작하게 하도록 구성된다.
제어기는, 쌍방향 부스터/충전기 회로로 하여금, AC 라인 신호의 손실 검출에 응답하여 방전 모드에서 동작하게 하거나, 및/또는 AC 라인 신호의 복구 검출에 응답하여 충전 모드에서 동작하게 하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기타 시스템, 방법, 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품들은 이하 도면 및 상세한 설명을 검토하면 당업자들에게는 자명하거나 또는 자명하게 될 것이다. 이러한 모든 부가적인 시스템, 방법, 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품들은 본 명세서에 포함되고, 본 발명의 범위 내의 것이며, 첨부 특허청구범위에 의해 보호되는 것이다.
본 발명의 이해를 돕기 위해 포함되며, 본 출원에 통합되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 특정 실시예(들)를 도시하고 있다.
도 1은 비상 조명 안정기를 구비하는 종래의 형광등 조명 기구의 개략도이다.
도 2는 전력 인버터에 연결되는 고체 상태 조명 기구의 개략도이다.
도 3은 일부 실시예에 따른 고체 상태 조명 기구용 비상 조명 모듈의 개략도이다.
도 4 및 도 5는 다른 실시예에 따른 고체 상태 조명 기구용 비상 조명 모듈의 개략도이다.
도 6 및 도 7은 일부 실시예에 따른 비상 조명 모듈의 상세 개략도이다.
도 8은 일부 실시예에 따른 비상 조명 모듈용 버크 컨버터(buck converter)의 회로도이다.
도 9는 일부 실시예에 따른 비상 조명 모듈용 부스트 컨버터(boost converter)의 회로도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 비상 조명 모듈의 상세 개략도이다.
도 11은 일부 실시예에 따른 비상 조명 모듈용 쌍방향 부스트/충전 컨버터 회로(bidirectional boost/charge converter circuit)의 회로도이다.
도 12a - 12c는 일부 실시예에 따라 비상 조명 모듈에 접속되는 배터리 식별용 회로의 개략도이다.
도 13은 일부 실시예에 따른 조명 기구 인클로져(luminaire enclosure)의 일부 기계적 양상을 도시하는 분해 사시도이다.
도 14a 내지 14c는 일부 실시예에 따른 비상 조명 모듈 및 고체 상태 조명 모듈에 의해 생성되는 전압에 대한 전압 대 시간의 그래프이다.
도 15a 내지 15c는 일부 실시예에 따라 비상 조명 모듈에 접속되는 조명 기구 식별용 회로의 개략도이다.
도 16은 일부 실시예에 따른 비상 조명 모듈에 의해 생성되는 펄스 폭 변조된 조광 신호에 대한 듀티 사이클 대 시간의 그래프이다.
도 17은 일부 실시예에 따른 비상 조명 모듈에 의해 비상 조명 테스트를 수행하기 위한 시스템/방법을 도시하는 순서도이다.
도 18a 내지 18d는 일부 실시예에 따른 비상 조명 모듈의 테스트 스위치를 무선 작동하기 위한 다양한 장치/방법을 도시하는 개략도이다.
도 19 내지 21은 일부 실시예에 따라 다양한 타입의 조광 기능을 구현하도록 구성되는 비상 조명 모듈 및 고체 상태 조명 기구 전력 보드(power board)의 개략도이다.
도 22는 일부 실시예에 따른 AC 검출기의 블록도이다.
도 23은 일부 실시예에 따른 비상 조명 모듈용 재충전형 백업 배터리에 대한 충전 전압 대 충전 전류의 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예가 도시되는 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예가 보다 충실하게 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은, 여러 상이한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 본 명세서에 개시되는 실시예로 한정되는 것으로서 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이러한 실시예는 본 명세서를 철저하고 완벽하게 하고, 본 발명의 범위를 당업자들에게 충분히 전달하기 위해서 제공되는 것이다. 유사한 번호는 전체에 걸쳐서 유사한 요소를 가리킨다.
"제1", "제2" 등의 용어는 본 명세서에서 여러 구성요소를 설명하기 위해 사용되지만, 이들 구성요소가 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 점이 이해될 것이다. 이러한 용어는 하나의 구성요소를 다른 것과 구별하기 위해서 사용되는 것일 뿐이다. 예를 들어, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 지칭될 수 있고, 이와 유사하게, 제2 구성요소는 제1 구성요소로 지칭될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 관련하여 열거되는 항목들 중 하나 이상의 항목의 임의의 조합 및 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에 사용되는 전문 용어는 특정 실시예를 설명하려는 목적일 뿐, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수형("a", "an" 및 "the")은 문맥이 명백히 달리 나타내지 않는 한 복수형도 포함하는 의도이다. "구성하다(comprises)", "구성하는(comprising)", "포함하다(includes)" 및/또는 "포함하는(including)"이라는 용어가 본 명세서에서 사용될 때에는, 서술되는 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 구성요소들 및/또는 성분들의 존재를 명시하는 것으로, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 구성요소들, 성분들 및/또는 이들 그룹의 존재 또는 부가를 불가능하게 하는 것은 아니라는 점이 더 이해될 것이다.
달리 정의되지 않는다면, 본 명세서에 사용되는 모든 용어들(기술적 용어들 및 과학적 용어들을 포함함)은 본 발명이 속하는 분야의 당업자가 통상적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 본 명세서에 사용되는 용어들은 본 명세서의 문맥 및 관련 기술에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로서 해석되어야 하고, 본 명세서에서 명백히 정의되지 않는 한, 이상화되거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 것이다.
최근, 광원으로서 형광 전구 대신 발광 다이오드(LED)를 사용하는 고체 상태 조명 기구가 일반 조명용으로 개발되어 왔다. 따라서, LED 부하 구동에 적합한 비상 조명 시스템이 요구된다.
통상적으로, 고체 상태 조명 기구용 비상 조명은 조명 기구에 접속되는 배터리 전력형 인버터의 사용을 통해 취급되어 왔다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 고체 상태 조명 기구(26)에 인버터(28)가 연결된다. 인버터는, 정상적으로 조명 기구(26)에도 전력을 공급하는 AC 입력(AC_IN)으로부터 수신되는 전력에 의해 충전되는 배터리(도시되지 않음)를 포함한다. 당업계에 공지된 바와 같이, 인버터는, 배터리에 의해 생성되는 DC 신호 등의 DC 전력 신호에 응답하여 사인파 또는 의사-사인파(quasi-sine wave) AC 출력을 생성한다. 인버터(28)는, 입력 전압 AC_IN을 모니터하여, AC_IN 전압이 제거되는 경우에 조명 기구(26)에 AC 신호를 공급한다. 이러한 타입의 시스템의 단점 중 하나는, 고체 상태 조명 기구(26)가 정전을 인식하지 못하고, 자신의 최대 루멘 레벨로 동작을 계속하려 한다는 점이다. 따라서, 적용가능한 규정 요건을 충족하기 위해서, 인버터는, 규정에 의해 요구되는 전체 기간 동안 그 최대 루멘 출력 레벨로 조명 기구(26)를 작동시키기에 충분한 전력을 공급할 수 있어야 한다. 이는 바람직하지 못하게 용량 요건을 증가시키고, 따라서, 배터리의 비용을 증가시키게 된다.
본 발명의 실시예는, 고체 상태 조명 기구에 DC 전력을 제공하며, 비상 조명 모드에서 조명 기구의 동작을 제어하는, 비상 조명 모듈을 제공한다. 일부 실시예는 조명 기구의 조광을 비상이 아닌 모드에서도 제어할 수 있다. 도 3을 참조하면, 비상 조명 모듈(32)은 고체 상태 조명 기구(35)에 비상 전력을 제공한다. 비상 조명 모듈(32)은, AC LED 드라이버(30) 뿐만 아니라 조명 기구(35)의 LED 어레이(34)에 직접 접속하고, LED 어레이(34)에 DC 전압 신호 DC_OUT을 제공한다. 비상 조명 모듈(32) 및/또는 AC LED 드라이버(30)는 LED 어레이(34)와 함께 LED 디스플레이의 일체형 부분으로서 또는 개별 구성요소로서 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 더욱이, LED 어레이(34)는 단일 LED만을 포함하여, 임의의 원하는 구성 및/또는 LED의 수를 가질 수 있다.
정상 동작시, LED 드라이버는 LED 어레이에 DC 전류를 제공한다. 전력은 통상 AC 라인을 통해 공급되므로, DC로 변환되어야 한다. 도 3을 참조하면, AC_IN 라인을 통해 AC 전력이 공급된다. AC 전력은 AC LED 드라이버(30)에 전달되는데, AC LED 드라이버(30)는 비상 LED 드라이버(32)를 통하여 DC_OUT 라인을 통해 LED 어레이(34)에 전달되는 DC 구동 신호 DC_IN을 생성한다.
AC_IN 입력을 통해 공급되는 AC 전력이 중단되는 경우, 재충전형 배터리 팩일 수 있는 보조 전원(36)으로부터 DC 전력이 얻어지고, DC_OUT 라인을 통해 LED 어레이(34)에 전달된다.
이러한 구성은, 인버터를 사용하여 비상 AC 전력을 공급하는 도 2에 도시된 구성에 비하여, 비상 조명 모듈(32)이 정전의 경우에 보다 낮은 전류에서 LED를 DC 전력으로 직접 구동할 수 있다는 개선점이 있다. 그러나, 이러한 구성에서, 비상 LED 드라이버 전류는 고정 레벨로 설정된다. 따라서, 조명 기구(35)의 루멘 출력은, 비상 모듈(32)이 페어링되는(paired) 특정 조명 기구의 구성에 따라서 변동될 수 있다. 예를 들어, 구동 전류가 1 암페어인 LED 10개를 조명 기구(35)가 구비하는 경우, 비상 동작 중 조명 기구(35)에 의해 출력되는 루멘 레벨은, 구동 전류가 750 밀리암페어인 LED 10개를 구비하는 조명 기구의 루멘 출력과는 다를 것이며, 이는 두 조명 기구가 비상 동작시 동일하게 감소된 부하 전류로 동작되기 때문이다.
본 발명의 일부 실시예는 디지털로 제어되는 비상 조명 모듈(ELM)을 제공한다. 디지털 제어는 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array), 또는 기타 적합한 디지털 회로에 의해 달성될 수 있다. 본 명세서에서 "마이크로컨트롤러"라는 용어는 임의의 적합하게 구성되는 디지털 제어 회로를 가리키는 데 사용된다. 원격 통신을 통한 조광 제어를 위해서 LED 조명 시스템에는 마이크로컨트롤러가 통상 채택된다. 본 발명의 일부 실시예는, 마이크로컨트롤러가 조광 제어 이외에도 비상 모니터링 및 제어 기능을 수행하는, 고체 상태 조명 기구용 마이크로컨트롤러 기반 비상 조명 모듈을 제공한다.
일부 실시예에 따른 비상 조명 모듈에서, 마이크로컨트롤러 및 그 펌웨어는 종합적인 시스템 모니터링 및 제어 기능을 제공할 수 있다. 시스템 요건을 구현하기 위해 몇몇 반-자치형(semi-autonomous) 제어 시스템/알고리즘이 함께 병합될 수 있다.
(수반되는 입력/출력, 주변기기 및 펌웨어-기반 알고리즘과 함께) 비상 조명 모듈에 마이크로컨트롤러를 포함하는 것은, 그렇지 않은 경우 실행되는 것에 비해 보다 정교하고 통합적인 제어를 가능하게 한다.
마이크로컨트롤러 및 그의 연관된 입력/출력(I/O) 능력 및 설계 유연성에 의해, 일부 실시예들에 따른 비상 조명 모듈이 동일한 제품 내의 다수의 피처 세트들(feature sets) 및 기술들을 취급하는 능력을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 비상 조명 모듈이 도 4 및 5에 도시된다. 도 4 및 5를 참조하면, 비상 조명 모듈(100, 100')은 고체 상태 조명 기구(70)에 접속되어 비상 전력을 제공한다. 고체 상태 조명 기구(70)는 AC/DC 컨버터(40, 40'), LED 제어 모듈(50) 및 LED 보드(60)를 포함한다.
도 4의 AC/DC 컨버터(40)는, 정류된 AC 신호를 수신하고, 이에 응답하여 DC 출력 신호 DC_IN을 생성한다. 도 5의 AC/DC 컨버터(40')는, 예를 들어 120 또는 220 볼트 AC 신호일 수 있는 전력 라인 AC 입력 신호를 수신하고, 이에 응답하여, AC 입력 신호를 비상 조명 모듈(100)에 전달하는 동안 DC 출력 신호를 생성한다. AC/DC 컨버터(40, 40')의 DC 출력 신호는 LED 제어 모듈(50)에 제공된다. LED 제어 모듈(50)은, DC/DC 변환을 수행하여, LED 보드(60)에서 LED를 원하는 레벨로 구동하도록 구성되는 DC 신호를 생성한다. LED 제어 모듈(50)은, LED 보드(60)에 입력되는 LED DRIVE를 통해 LED 보드(60)에 있는 다양한 LED 또는 LED의 그룹 또는 스트링에 공급되는 전압 및/또는 전류를 제어함으로써, LED 보드(60)에 의해 발광되는 광의 휘도 및/또는 색조를 제어할 수 있다.
LED 보드(60)는, 예를 들어 그 개시내용 전체가 참조로 포함되는 미국 특허 제7,213,940호 및 미국 특허 제8,029,155호에 개시되는 바와 같이, 단일 및/또는 다수 스트링의 백색, 적색, 청색, 녹색 및/또는 BSY(Blue-Shifted Yellow) LED를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 비상 조명 모듈(100)은, AC 라인 전압 신호 AC_IN을 수신하고, 이에 응답하여 정류된 AC 신호를 생성하고, 이는 AC/DC 컨버터(40)에 제공된다. 비상 조명 모듈(100)은 또한 AC/DC 컨버터(40)로부터 DC_IN 신호를 수신하고, 이는 백업 배터리(120)(도 6 참조)를 충전하는데 사용된다. 비상 조명 모듈(100)은 또한 ON/OFF 제어 신호 및 펄스 폭 변조(PWM) 조광 신호 PWM_OUT를 생성하고, PWM_OUT은 LED 제어 모듈(50)에 인가되어 그 동작을 제어한다. 비상 조명 모듈(100)은 또한 AC 입력 신호 손실 시 LED 제어 모듈(50)을 구동하는데 사용되는 DC_OUT 신호를 생성하도록 구성된다.
비상 조명 모듈(100)에 의해 생성되는 DC_OUT 신호 및 AC/DC 컨버터(40, 40')에 의해 생성되는 DC_IN 신호는, LED 제어 모듈(50)에 인가되기 전에 다이오드(72, 74)에 의해 논리적 OR 된다(logical OR'ed). 따라서, 전압들 DC_IN, DC_OUT 중 더 높은 것이 LED 제어 모듈(50)에 인가된다.
비상 조명 모듈(100)은 또한 비상 조명 모듈(100)이 부착되는 조명 기구(70)의 타입 및/또는 아이덴티티(identity)를 나타내는 모듈 타입 신호 MT를 수신한다. 이하 더 상세히 논의되는 바와 같이, 비상 조명 모듈(100)은, 모듈 타입 정보를 사용하여, 비상 조명용 최소 발광 요건을 충족하기 위해서는 비상 동작 중 조명 기구(70)가 어느 정도 조광되어야 하는지를 결정할 수 있다.
도 5를 참조하면, 비상 조명 모듈(100')은, AC/DC 컨버터(40')로부터 AC 신호 및 AC/DC 컨버터(40')로부터 DC_IN 신호를 수신한다. 비상 조명 모듈(100')은 또한 ON/OFF 제어 신호 및 LED 제어 모듈(50)에 인가되는 PWM_OUT 조광 신호를 생성한다. 비상 조명 모듈(100')은 또한 AC 입력 신호 손실시 LED 제어 모듈(50)을 구동하는데 사용되는 DC_OUT 신호를 생성하도록 구성된다.
일부 실시예에 따른 비상 조명 모듈(100)이 도 6에 보다 상세히 도시된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 비상 조명 모듈(100)은 비상 조명 모듈(100)의 동작을 제어하는 마이크로컨트롤러(110)를 포함한다.
마이크로컨트롤러(110)는, 프로그래머블 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 필드 프로그래머블 게이트 어레이 또는 기타 적합한 회로를 포함할 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 마이크로컨트롤러(110)는 Texas Instruments사 제조의 모델 MSP430 마이크로컨트롤러 등의 범용 프로그래머블 마이크로컨트롤러일 수 있다.
종래의 AC 필터(114)는 AC 라인 전압 AC_IN을 필터링하고 정류한다. 정류된 AC 신호는 AC 필터(114)에 의해 출력된다. AC 검출기(112)는, AC 필터(114)에 연결되어, AC 필터(114)로의 AC 입력 신호의 존재 또는 부재를 검출한다. AC 검출기(112)의 출력은 마이크로컨트롤러(110)에 제공된다.
일부 실시예에 따른 AC 검출기(112)를 보다 구체적으로 도시하는 도 22를 간략히 참조한다. 도 22에 도시된 바와 같이, AC 검출기는 정류기 회로(111)를 포함할 수 있는데, 그 입력은 AC 필터(114)에 연결되고, 그 출력은 AC 라인 전압을 나타내는 S1 신호를 제공하기 위한 옵토-커플러(opto-coupler)(115)를 구동하는 비교기(113)에 연결된다. 옵토-커플러(115) 출력은 AC 전압 규모가 미리 결정된 컷오프 레벨 Vref 위이면 라인 주파수 비율(line frequency rate)로 펄스(pulse)할 것이다. AC 전압이 컷오프 레벨 아래로 떨어지는 경우, 비교기(113) 출력은 고정되고, 옵토-커플러(115)를 통해 더 이상의 펄스는 생성되지 않는다. 마이크로컨트롤러(110)는 활동에 대해 옵토-커플러 출력 신호를 모니터한다. 옵토-커플러 출력이 라인 주파수로 천이(transitions)를 생성하는 것을 중지하면, 마이크로컨트롤러(110)는 이를 AC 신호의 손실로서 검출할 수 있다.
도 6을 다시 참조하면, 마이크로컨트롤러(110)는 배터리 충전기(116) 및 전압 부스터(118)에도 연결되어, 이들의 동작을 제어한다. 배터리 충전기(116)에는 DC 입력이 제공되는 한편, 전압 부스터(118)에 의해 DC 출력 전압 DC_OUT이 제공된다. 마이크로컨트롤러(110)에 대한 휘발성 및 불휘발성 메모리 요건들은 내부 및/또는 외부 회로로 충족될 수 있다. 디지털 컨트롤러는 내부 및/또는 외부 디바이스를 사용하여 아날로그 및 디지털 입력/출력 신호들을 변환할 수 있다.
배터리(120)는 마이크로컨트롤러(110), 배터리 충전기(116) 및 전압 부스터(118)에 연결된다. 배터리(120)는 재충전형 배터리일 수 있고, 일부 실시예에서는 리튬-철-인산염(LiFePO4) 충전형 배터리 셀을 포함할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니지만, NiCd, NiMH, 납-산(lead-acid) 등을 포함하는 다른 타입의 배터리 기술이 사용될 수 있다. 배터리(120)는 도 4에 도시된 바와 같은 비상 조명 모듈(100) 외부에 제공될 수 있거나, 또는 비상 조명 모듈(100) 내부에 통합될 수 있다.
배터리(120)는 비상 조명 모듈(100)에 연결되는 배터리의 타입을 나타내는 배터리 타입 신호 BT를 제공한다. 마이크로컨트롤러(110)는 이 정보를 사용하여 배터리(120)의 배터리 타입, 전압 및/또는 용량(예를 들어, 시간당 밀리암페어 단위)을 결정할 수 있다.
배터리(120) 및/또는 비상 조명 모듈(100)은, 배터리(120)의 온도를 나타내는 온도 신호 TEMP를 마이크로컨트롤러(110)에 제공하는 온도 센서(125)를 포함할 수 있다. 배터리(120)의 온도는 마이크로컨트롤러에 의해 배터리 팩의 안전성을 향상시키고 또한 충전 성능을 향상시키는데 사용될 수 있다. 온도 정보를 사용하여, 마이크로컨트롤러(110)가 충전 및 방전 기능을 조정하여 주어진 온도에 대한 효율을 향상시키는 것이 가능할 수 있다. 마이크로컨트롤러(110)는 또한 오동작의 경우에 온도 센서(125)에 의해 검지되는 온도에 응답하여 배터리 팩(120)을 차단할 수 있다.
충전 알고리즘의 예가 도 23에 도시되는데, 도 23은 충전 전압 대 충전 전류의 그래프이다. 방전된 배터리가 V1의 방전 전압 레벨을 갖는다고 가정하면, 정전류 I2를 배터리에 인가하여 배터리가 충전된다. 충전 전류에 응답하여, 충전 전류가 일정하게 유지되는 동안 배터리 전압은 V1에서 V2로 상승할 수 있다. 일단 배터리 전압이 V2의 충전 전압 레벨에 도달하면, 배터리 전압은 일정하게 유지되고, 충전 전류는 I2에서 I1으로 감소된다.
I1, I2, V1 및 V2의 값은 온도 센서(125)에 의해 검지되는 온도에 응답하여 결정되거나 선택될 수 있다. 이러한 결정은, 예를 들어, 공식, 룩업 테이블 등을 사용하여 이루어질 수 있다. 특정 실시예에서는, I1 및 I2의 값이, 고온이 검출되는 경우 감소되고, 저온이 검출되는 경우 증가된다. 더욱이, 임계 온도보다 높은 온도가 검출되면 충전이 보류될 수 있다. 온도 기반 차단 이후에, 미리 정의된 기간을 대기한 후 및/또는 검지되는 온도가 제2 임계 레벨 아래로 떨어질 때까지 대기한 후, 충전이 재시도될 수 있다.
도 6을 다시 참조하면, 마이크로컨트롤러(110)는 테스트 스위치용 입력과 배터리 상태용 출력을 갖는다. 마이크로컨트롤러(110)는 또한 상술된 ON/OFF 제어 신호 및 PWM_OUT 조광 신호를 생성한다.
마이크로컨트롤러(110)는, AC 검출기(112)의 상태를 모니터하고, 검출된 AC 입력 전력 손실에 응답하여, 전압 부스터(118)로 하여금 LED 제어 모듈(50)에 공급될 DC 출력 전압 DC_OUT을 생성하게 하도록 구성된다. 마이크로컨트롤러(110)는 또한 고체 상태 조명 기구(70)에 의해 출력되는 광의 레벨을 PWM_OUT 조광 신호를 이용하여 제어한다.
일부 실시예에 따른 비상 조명 모듈(100')이 도 7에 보다 상세히 도시된다. 도 7에 도시된 비상 조명 모듈(100')은, 정류된 AC 신호를 수신하고, 이에 응답하여, 마이크로컨트롤러(110)에 제공되는 AC 전원의 상태를 나타내는 신호를 생성하는 AC 검출기(112')를 포함한다는 점을 제외하고는, 도 6에 도시된 비상 조명 모듈(100)과 유사하다.
전술한 바와 같이, 조명 기구(70)에서 AC/DC 컨버터(40, 40')(도 4 및 도 5)는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하고, 이는 DC/DC LED 제어 모듈(50)에 전달된다. LED 제어 모듈(50)은, DC 입력 전압을, LED 보드(60)의 단일 또는 복수의 LED 스트링을 구동하기 위한 제어되고 조정되는 전류로 변환한다.
도 7에 도시된 구성에서, 비상 조명 모듈(100')은 AC 신호를 입력으로서 수신한다. 이 AC 신호는, 백업 동작으로의 전환 및 배터리(120) 충전을 위해, AC 전력의 손실 표시에 대해 모니터된다. 마이크로컨트롤러(110)는, AC 신호의 부재를 검출하고, 이에 응답하여 비상 조명 모드로 전환한다. 비상 조명 모드에 진입되는 경우, 마이크로컨트롤러(110)는, ON/OFF 제어 신호를 통해 AC/DC 컨버터(40)를 셧오프시키고, 비상 모드에서 조명 기구에 의해 출력되는 루멘 레벨을 결정하는 LED 제어 모듈(50)에 펄스 폭 변조 신호 PWM_OUT을 전달한다. 마이크로컨트롤러(110)는 또한 전압 부스터(118)로 하여금 LED 제어 모듈(50)에 DC 전압 DC_OUT을 전달하게 한다. 이러한 통합 레벨은, LED 제어 모듈(50)에서의 DC/DC 회로 및 AC/DC 컨버터(40)에서의 AC/DC 정류기 등 조명 기구(70) 상의 기존 전자장치의 재사용을 가능하게 한다. 즉, 비상 조명 모듈(100')과 조명 기구(70) 사이에 단일 AC/DC 컨버터 및 단일 DC/DC LED 제어 회로만이 필요할 수 있다.
일부 기존 형광 및 LED 비상 조명 기구는, AC 전력이 완전히 소멸되지 않았더라도 조명 기구가 꺼지게 할 수 있는 절전 조건들(brown out conditions)(완전한 전력 손실 조건(complete power loss conditions)과는 상반됨)을 검지하는 검출 회로를 포함한다. 절전 조건 중에는 비상 조명이 광 출력을 최소 레벨로 유지하는 것이 바람직할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 마이크로컨트롤러(110)는 LED 스트링에 전력을 공급하는 2차측 DC 전압(도 4 및 5에서의 DC_IN 신호)을 모니터할 수 있다. 이러한 전압이 하강하기 시작할 때(잠재적인 절전 조건을 나타냄), 디지털 컨트롤러는 비상 모드로 전환하여, 기타 비상이 아닌 LED 광이 꺼지게 할 수 있는 절전 중에 광 출력을 보장할 수 있다. 따라서, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, DC_IN 신호는 마이크로컨트롤러(110)의 아날로그-디지털 컨버터 입력 ADC에 제공될 수 있고, 이는 마이크로컨트롤러(110)가 AC/DC 컨버터(40)에 의해 생성되는 DC_IN 전압의 레벨을 모니터할 수 있게 해준다.
배터리 충전기(116)는, 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이 버크 컨버터로서 구현될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 배터리 충전기(116)는 입력 커패시터 C1, 출력 커패시터 C2, N-채널 확장 모드 MOSFET일 수 있는 트랜지스터 Q1, 다이오드 정류기 D1 및 인덕터 L1을 포함할 수 있다. 트랜지스터 Q1은, P 채널 MOSFET, 바이폴라 접합 트랜지스터 등 임의 타입의 적합하게 구성된 전류 또는 전압 제어형 스위치일 수 있다는 점이 이해될 것이다. 입력 전압 DC_IN은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 조명 기구(70)의 AC/DC 컨버터(40, 40')로부터 유도된다. 출력 전압 VCHG은 배터리(120)에 제공된다. 조명 기구(70)의 AC/DC 컨버터(40, 40')에 의해 생성되는 전압은 배터리(120)를 충전하는데 필요한 전압보다 통상적으로 훨씬 높다. 따라서, 배터리 충전기(116)는 전압을 낮추어 배터리(120)를 충전하기 위한 원하는 전압 레벨 VCHG을 제공한다.
버크 컨버터의 동작은 잘 알려져 있다. 다시 도 8을 참조하면, 트랜지스터 Q1은 마이크로컨트롤러(110)의 제어하에서 스위치로서 동작되고, 마이크로컨트롤러(110)는, 배터리 충전기(116)의 출력 전류 및 전압을 모니터하고, 이에 응답하여, 트랜지스터 Q1의 게이트에 인가되는 제어 신호 CTRL1를 통해 트랜지스터 Q1의 ON/OFF 상태를 제어한다. 트랜지스터 Q1의 ON/OFF 상태를 제어함으로써, 버크 충전기 회로는, 트랜지스터 Q1이 ON(도통) 상태인 경우에 인덕터 L1을 소스 전압 DC_IN에 연결하여 인덕터 L1에 에너지를 저장하고, 트랜지스터 Q1이 OFF(비도통) 상태인 경우에 인덕터 L1을 출력 커패시터 C2 쪽으로 방전(정류 다이오드 D1을 통해 유도되는 전류를 사용함)하는 것 사이에서 교대한다. 출력 전압 VCHG를 측정함으로써, 마이크로컨트롤러(110)는 스위치 Q1을 제어하여 출력 커패시터 C2 상의 일정 출력 전압을 유지하는 듀티 사이클을 갖게 할 수 있다. 당업계에 공지된 바와 같이, 펄스 트레인의 "듀티 사이클"은 펄스 지속시간 대 펄스 주기의 비율(ratio of the pulse duration to the pulse period)을 지칭한다.
이와는 대조적으로, 비상 동작 중에는, 배터리(120)에 의해 제공되는 출력 전압 VBATT를 승압하여, 조명 기구가 LED 제어 모듈(50)을 구동하는데 사용할 수 있게 하는 것이 필요하다. 배터리에 의해 생성되는 전압 VBATT는, 따라서, DC_OUT 전압 신호로서 출력되기 이전에 조명 기구의 AC/DC 컨버터(40, 40')에 의해 그렇지 않은 경우 제공되는 것과 동일한 전압 레벨로 승압되어야 한다.
따라서, 전압 부스터(118)는 도 9에 도시된 바와 같은 부스트 컨버터로서 구현될 수 있다. 부스트 컨버터는 입력 전압을 보다 높은 전압 레벨로 승압하는 DC/DC 컨버터이다. 도 9를 참조하면, 전압 부스터(118)는 입력 커패시터 C3, 출력 커패시터 C4, N-채널 확장 모드 MOSFET일 수 있는 트랜지스터 스위치 Q2, 다이오드 D2 및 인덕터 L2를 포함할 수 있다. 트랜지스터 Q2는 P-채널 MOSFET, 바이폴라 접합 트랜지스터 등의 임의 타입의 적합하게 구성된 전류 또는 전압 제어형 스위치일 수 있다는 점이 이해될 것이다.
입력 전압 VBATT은 배터리(120)로부터 제공되고, 부스트 컨버터는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 LED 제어 모듈(50)에 제공되는 출력 전압 DC_OUT을 생성한다.
트랜지스터 스위치 Q2의 상태는 트랜지스터 Q2의 게이트에 인가되는 게이트 제어 신호 CTRL2를 통해 마이크로컨트롤러(110)에 의해 제어된다.
트랜지스터 Q2의 ON/OFF 상태를 제어하는 것에 의해서, 부스트 컨버터(118)는, 인덕터 L2의 전류 변화를 저항하려는 경향에 기인하여 출력 커패시터 C4 상의 충전이 입력 전압 VBATT 보다 높은 레벨로 증가하게 한다. 트랜지스터 Q2가 온(도통) 상태인 경우는, 인덕터를 통하는 전류가 급격하게 증가하여, 인덕터 L2가 에너지를 흡수하게 하고, 이는 인덕터의 자계에 저장된다. 트랜지스터 Q2가 OFF(비도통) 상태로 전환되는 경우는, 인덕터 L2가 다이오드 D2를 통해 출력 커패시터 C4 쪽으로 저장된 에너지를 방전한다. 방전 상태 중 인덕터 L2에 의해 생성되는 전압은 본래 충전 전압이 아니라 전류 변화율에 관련되는 것이므로, 출력 커패시터 C4에 저장되는 출력 전압 DC_OUT이 입력 전압 VBATT을 초과할 수 있게 해준다.
출력 전압 DC_OUT을 모니터함으로써, 마이크로컨트롤러(110)는 트랜지스터 Q2를 제어하여 출력 전압 DC_OUT이 원하는 전압 레벨로 유지되도록 하는 듀티 사이클을 갖게 할 수 있다.
도 10을 참조하면, 일부 실시예에서, 부스트 및 충전 회로는 단일 쌍방향 부스터/충전기(168)로 조합될 수 있고, 이는 정상 동작 조건 하에서는 배터리(120)를 충전하고, 비상 동작에서는 LED 제어 모듈(50)에 DC 전압을 공급하는 역할을 한다.
쌍방향 부스터/충전기(168)의 동작은 마이크로컨트롤러(110)에 의해 생성되는 2개의 제어 신호 CTRL3 및 CTRL4에 의해 제어된다. 정상 동작시, 쌍방향 부스터/충전기(168)는 배터리 충전기로서 작동한다. 특히, 정상 동작(충전 모드)에서, 쌍방향 부스터/충전기(168)는, 단자 T1에서 DC 입력 전압 DC_IN을 수신하고, 단자 T2에서 배터리(120)에 충전 전압 VCHG을 공급한다. 비상 모드(방전 모드)에서, 쌍방향 부스터/충전기(168)는 전압 부스터로서 작동하는데, 이 경우 쌍방향 부스터/충전기(168)는, 단자 T2에서 배터리 전압 신호 VBATT를 수신하고, 단자 T1에서 LED 제어 모듈(50)에 DC 출력 전압 DC_OUT을 제공한다.
도 11은 일부 실시예에 따른 쌍방향 부스터/충전기(168)의 회로도이다. 쌍방향 부스터/충전기(168)는, P-채널 MOSFET, 바이폴라 접합 트랜지스터 등을 포함하는 다른 타입의 적합하게 구성되는 트랜지스터 스위치도 사용될 수 있지만, N-채널 확장 모드 MOSFET일 수 있는 스위칭 트랜지스터 Q3, Q4를 포함한다. 쌍방향 부스터/충전기(168)는 또한 커패시터 C5, C6 및 인덕터 L3를 포함한다. 제1 입력/출력 단자 T1 및 제2 입력/출력 단자 T2가 제공된다.
쌍방향 부스터/충전기(168)에서, 전력은 스위칭 트랜지스터 Q3, Q4가 어떻게 구동되는가에 기초하여 어느 한 방향으로 이동한다. 이러한 회로를 효과적으로 구현하는 시도는 다수 존재한다. 첫번째 시도로는 전압을 각 방향으로 제어할 수 있게 하는 것이다. 2개의 회로 토폴로지(충전기 및 부스터)는 2개의 개별 제어 루프에 이를 것을 요구하는 매우 상이한 전송 특성을 갖는다. 그리고, 이들 2개의 루프는 전력이 이동하기에 바람직한 방향에 기초하여 함께 매끄럽게(seamlessly) 동작하여야 한다.
마이크로컨트롤러(110)는, 부스터/충전기(168)의 각 단에서의 전압 및 전류를 모니터하고, 측정된 전압 및 전류에 응답하여 트랜지스터 스위치 Q3, Q4를 직접 구동한다. 이러한 구현에서, 트랜지스터 스위치의 제어는 소프트웨어로 구현될 수 있는데, 이는 마이크로컨트롤러로 하여금 비상 조명 모듈(100)이 연결되는 조명 기구 및/또는 배터리의 타입에 기초하여 부스터/충전기(168)의 동작을 커스터마이즈(customize)할 수 있게 해 준다.
트랜지스터 Q3 및 Q4는 마이크로컨트롤러(110)의 제어하에 스위치로서 작동되고, 마이크로컨트롤러(110)는 트랜지스터 Q3, Q4의 게이트에 각각 인가되는 제어 신호 CTRL3 및 CTRL4를 통해 트랜지스터 Q3 및 Q4의 ON/OFF 상태를 제어한다.
충전 모드(정상 동작)에서, 회로는 단자 T1에 인가되는 전압 및 단자 T2에서의 부하를 본다. 이 경우, 회로는 T1으로부터 T2로 전압 레벨을 감압한다. 트랜지스터 스위치 Q3가 ON(도통) 상태이고 트랜지스터 스위치 Q4가 오프(비도통) 상태인 경우, 인덕터 L3은 소스 전압 DC_IN에 접속되고, 인덕터 L3에 에너지가 저장된다. 트랜지스터 스위치 Q3가 OFF(비도통) 상태로 전환되고 트랜지스터 Q4가 ON(도통) 상태로 전환되는 경우, 도통 스위치 Q4를 통해 유도되는 전류를 사용하여 에너지가 인덕터 L3로부터 출력 커패시터 C6으로 방전된다. 따라서, 충전 모드에서, 트랜지스터 Q3 및 Q4는 선택된 듀티 사이클 Dchg로 상보형 제어 신호에 의해 구동된다.
출력 전압 VCHG을 측정하는 것에 의해, 마이크로컨트롤러(110)는 스위치 Q3, Q4를 제어하여, 출력 커패시터 C6 상에 일정 출력 전압을 유지하는 듀티 사이클을 갖게 할 수 있다.
충전 모드에서, 출력 전압 VCHG은 이하 수학식에 따라 입력 전압 DC_IN에 관련된다:
Figure pct00001
부스트 모드(비상 동작)에서, 회로는 단자 T2에 인가되는 전압 및 단자 T1에서의 부하를 본다. 이 경우, 쌍방향 부스터/충전기(168)는 단자 T1에서 출력 커패시터 C5 상의 충전이 단자 T2에 인가되는 입력 전압 VBATT보다 높은 레벨로 증가하도록 한다. 트랜지스터 Q4가 ON(도통) 상태이고 트랜지스터 Q3가 OFF(비도통) 상태인 경우, 인덕터 L3를 통하는 전류는 급속하게 증가하여, 인덕터 L3가 에너지를 흡수하게 하고, 이는 인덕터의 자계에 저장된다. 트랜지스터 Q4가 OFF(비도통) 상태로 전환되고 트랜지스터 Q3가 ON(도통) 상태로 전환되는 경우, 인덕터 L3는 저장된 에너지를 커패시터 C5에 방전하는데, 커패시터 C5는 부스트 모드에서 출력 커패시터로서 기능한다. 따라서, 부스트 모드에서, 트랜지스터 Q3 및 Q4는 선택된 듀티 사이클 Dboost로 상보형 제어 신호에 의해 구동된다.
방전 상태 중 인덕터 L3에 의해 생성되는 전압은 본래 충전 전압이 아니라 인덕터를 통하는 전류의 변화율에 관련되는 것이므로, 출력 커패시터 C5에 저장되는 출력 전압 DC_OUT이 입력 전압 VBATT를 초과할 수 있게 해 준다. 부스트 모드에서, 출력 전압 DC_OUT은 이하의 수학식에 따라 입력 전압 VBATT에 관련된다:
Figure pct00002
비상 조명 모듈(100)의 충전 서브시스템은, 충전기 전원 전자장치(즉, 전압 충전기(116) 또는 쌍방향 부스터/충전기(168)), 마이크로컨트롤러(110), 아날로그-디지털 컨버터(ADC) 및 펄스 폭 변조(PWM) 출력 생성기를 포함한다. ADC 및 PWM 생성기는, 마이크로컨트롤러(110) 내에 구현되어도 좋고, 마이크로컨트롤러(110)에 연결되는 주변 소자로서 구현될 수 있다.
전압 충전기(116) 또는 쌍방향 부스터/충전기(168)는 충전 처리에 필요한 전압 및 전류를 제공한다. 마이크로컨트롤러(110)는 ADC를 통해 충전 전압 및 충전 전류 양자 모두를 모니터한다. 마이크로컨트롤러(110)는 ADC 값을 모니터하고, 이에 따라 충전기 PWM 신호 출력을 조절한다. 충전기 PWM 출력은, 충전기(116)용 제어 신호 CTRL1(도 8) 및/또는 쌍방향 부스터/충전기(168)용 제어 신호 CTRL3 및 CTRL4(도 11)을 제공한다.
리튬-철-인산염(LiFePO4) 배터리를 충전하는 것은 정확한 모니터링과 제어를 요구한다. 초기 충전 상태 중, 충전 서브시스템은 PWM 출력을 제어하여 배터리 사양에 따르는 일정한 충전 전류를 달성한다. 배터리가 충전됨에 따라, 그 전압은 일정한 전류 조건 하에서 안정적으로 증가한다. 따라서, 충전 서브시스템은 전압 상승을 위해 배터리(120)를 모니터하면서 일정한 충전 전류를 유지한다.
일단 배터리 전압이 그 타겟 레벨에 도달하면, 충전 서브시스템은 그 출력 제어를 수정하여 배터리(120) 상에 일정한 전압을 유지한다. 이러한 정전압 상태 중, 충전 서브시스템은 제어 출력을 조절하여 충전기 전압을 안정하게 유지한다. 이러한 방법으로 충전된 정상 LiFePO4 배터리에 대해서, 충전 전류는 정전압 상태 중 안정적으로 감소할 것이다.
정전압(CV) 상태 중, 충전 서브시스템은, 충전기 전류를 모니터하고, 충전 전류가 CV 최소 충전 전류 임계값 아래로 떨어지면 충전을 중단한다. 마이크로컨트롤러(110)는, 상태 플래그 레지스터를 "충전됨"으로 업데이트하고, 배터리 전압의 모니터링을 계속한다. 배터리 전압이 "충전기 턴 온(turn on charger)" 임계값 아래로 떨어지는 경우, 충전 알고리즘은 충전(정전류로 시작함)으로 복귀한다. 일부 실시예에서, 마이크로컨트롤러는, 충전이 재개되기 이전에, "충전기 턴 온" 임계값이 몇 분 등의 특정 기간 동안 유지될 때까지 대기할 수 있다.
따라서, 일부 실시예는 고체 상태 조명 기구용 비상 조명 모듈에서의 재충전형 배터리에 대한 마이크로컨트롤러 제어형 충전 제어 루프를 제공한다. 마이크로컨트롤러는 LiFePO4 배터리에 특정하게 조정된 충전 알고리즘을 구현할 수 있지만, 충전 알고리즘은 임의의 배터리 기술 요구사항에 적응될 수 있다. 충전 알고리즘은 충전을 위해 마이크로컨트롤러의 피처 세트 및 대역폭의 일부만을 사용할 수 있고, 이로 인해 마이크로컨트롤러는 배터리 충전과 동시에 많은 다른 작업을 수행할 수 있다. 더욱이, 충전 알고리즘은 충전 신호의 제어된 램프 업(controlled ramp up)을 사용하여 하드웨어 제어 루프를 단순화하거나 및/또는 대체할 수 있다.
비상 조명 모듈이 사용될 수 있는 조명 기구에서 지원되는 광범위한 루멘 레벨이 이용될 수 있기 때문에, 이들 모두를 지원하는 단일 배터리 팩을 사용하는 것은 비용에 효과적이지 못할 수 있다. 단일 배터리 팩은 최고 루멘 등급의 조명 기구를 지원하는 크기가 되어야 하고, 보다 낮은 루멘 등급의 조명 기구에 대해서는 상당히 크기가 큰 것이 될 수 있다.
하나의 해결책은 보다 좁은 범위의 응용 요구를 충족하기 위해 보다 많이 조정되는 다중 배터리 팩을 사용하는 것이다. 재고 및 비용을 저감하기 위해서는, 동일한 비상 조명 모듈 전자장치들을 사용하여 다양한 서로 다른 배터리 팩을 지원하는 것이 바람직하다. 이를 달성하기 위해서는, 비상 조명 모듈의 마이크로컨트롤러가 배터리 용량을 식별할 수 있는 것이 바람직하다.
배터리 타입 신호 BT를 생성하는 방법이 도 12a 내지 12c에 도시되며, 이에 한정되는 것은 아니지만, 배터리(120)와 비상 조명 모듈(100) 사이에 I2C 통신 채널의 사용을 포함할 수 있다(도 12a). I2C 채널은 POWER, CLOCK, DATA 및 GROUND 라인들을 사용하여 비상 조명 모듈과 통신하는 배터리(120) 내의 프로그래머블 디바이스(180)를 사용하여 구현된다. 다른 실시예에서, 논리 '1' 또는 논리 '0'로 연결되어(tied) 디지털 컨트롤러에 의해 판독되는 고정 인터페이스 라인들(도 12b)이 사용될 수 있다. 도 12b에 도시된 예에서는, 2개의 데이터 라인이 논리 '1'에 연결되는 한편, 1개의 데이터 라인은 논리 '0'에 연결된다. 이러한 3개의 데이터 라인들에 의해, 8개 까지의 서로 다른 배터리 타입이 인식될 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 전류가 인가되고 전압이 비상 조명 모듈(100)의 마이크로컨트롤러에 의해 판독되는 고정 저항(도 12c)을 사용하여 배터리(120)를 식별한다. 이러한 접근방식 중 임의의 것은, 마이크로컨트롤러(110)로 하여금, 비상 조명 모듈(100)에 연결되는 배터리의 타입이나 모델을 식별할 수 있게 하고, 이에 따라 비상 조명 모듈의 충전 및 부스팅 알고리즘을 조정할 수 있게 한다.
BT 신호를 제공하는 대안적인 방법은 제품 조립 중 구성을 통해서이다. 이러한 방법에서는, ELM 마이크로컨트롤러(110)를 포함하는 PWBA(Printed Wiring Board Assembly)가 공지된 배터리 입력을 갖는 시스템에 조합될 때, 마이크로컨트롤러는 배터리 사양에 관한 구성 정보를 수신하고, 비상 동작 중 제어 알고리즘에 의해 사용하기 위해 그 정보를 불휘발성 메모리에 저장한다.
배터리(120)의 수명은 배터리가 사용되는 조명 기구 또는 비상 조명 모듈의 수명에 비하여 상당히 짧을 것으로 예상된다. 비용을 더욱 저감하고 조명 기구 및 비상 조명 모듈의 사용 기간을 증가시키기 위해서, 일부 실시예에 따른 비상 조명 모듈은 현장 교체형 배터리 팩(field replaceable battery pack)을 포함한다.
비상 조명 모듈(100)을 포함하는 조명 기구(70)의 분해 사시도인 도 13을 참조하면, 하우징(200)은 LED 제어 회로(50) 및 비상 조명 모듈(100)을 수용한다. AC/DC 컨버터(40)가 또한 하우징(200) 내에 수용될 수 있다. 배터리(120)는 배터리 케이지(210)에 장착되는데, 이는 하우징(200) 내에 설치될 수 있다. 커버(220)는 하우징 위에 배치되어 내부에 장착되는 구성요소를 덮고, 커버 리테이너(215)가 커버(220) 위에 배치되어 커버(220)를 제자리에 유지할 수 있다. 커버 리테이너(215) 및 커버(220)가 제거되면, 배터리(120)는 서비스 기술자에 의한 현장 교체를 위해 노출될 수 있다.
AC 라인 전압을 모니터함으로써, 일부 실시예에 따른 비상 조명 모듈은, 자동으로 AC 전력의 손실을 검출하고, 배터리로부터 조명 기구에 전력이 공급되는 비상 조명 동작으로 순조롭게 전환할 수 있다.
고체 상태 광원은 대부분의 배터리 팩에 의해 생성되는 전압보다 공칭으로 훨씬 더 큰 전압으로부터 가장 효과적으로 구동된다. 2개 내지 4개의 셀로 제한되는 경우에는 배터리 팩이 가장 효과적이고 비용 효율적이다. 두 디바이스에 대해 효율 증가를 달성하기 위해서는, 전압 부스팅 회로를 사용하여 배터리 전압을 LED 구동에 필요한 레벨까지 상승시키는 것이 바람직하다. 비상 조명 제어 알고리즘을 단순화하기 위해서는, 배터리 전력으로의 및 배터리 전력으로부터의 전환을 제어하는 것이 바람직하다. 일부 실시예에서, 배터리 부스터 전압은 배터리 동작으로의 전환시 점진적으로 증가할 수 있다. 마찬가지로, 배터리 부스터 전압은 배터리 동작으로부터의 전환시 점진적으로 감소할 수 있다. 이는 배터리 부스터와 AC/DC 컨버터 사이의 부하를 점진적으로 전환할 수 있게 해준다.
도 14a - 14c는 정상 동작으로부터 비상 동작으로의 전환 및 정상 동작으로의 복귀의 예를 도시하고 있다. 도 14a는 AC/DC 컨버터(40)에 의해 생성되는 DC_IN 전압의 예에 대한 그래프(272)이다. 거기에 도시된 바와 같이, 전압 DC_IN은 AC/DC 컨버터(40)에 의해 전압 레벨 V0로 생성된다. 일부 실시예에서, V0는 약 37 볼트일 수 있지만; V0의 레벨은 LED 제어 모듈(50) 및 LED 보드(60)의 구성에 따르는 것이다. 일반적으로, 고체 상태 조명 적용에 있어서, V0는 약 15 볼트와 500 볼트 사이일 수 있다.
시간 T0에서, AC/DC 컨버터(40)에 입력되는 AC 라인 전압이 끊기고, 이 지점에서 DC 전압 DC_IN은 AC/DC 컨버터(40)의 커패시턴스가 방전함에 따라 감소하기 시작한다. 시간 T1에서, AC 라인 전압이 복구되고, 이 지점에서 전압 DC_IN은 V0 레벨까지 상승하기 시작한다.
도 14b는 배터리 전력(비상 모드)으로 전환하고 라인 전력으로의 복귀시 전압 부스터(118) 또는 쌍방향 부스터/충전기(168)에 의해 생성되는 부스터 전압 DC_OUT의 그래프(274)이다. 도 14b를 참조하면, 시간 T0에서, 마이크로컨트롤러(110)는 AC 라인 전압의 손실을 검출한다. AC 라인 전압의 손실은 AC/DC 컨버터(40)에 의한 정류된 AC 출력으로부터 또는 라인 전압으로부터 비상 조명 모듈(100)에 직접 검출된다. 따라서, 비상 조명 모듈은 AC/DC 컨버터(40)에 의한 DC 전압 DC_IN 출력이 너무 많이 떨어지기 전에 AC 전력의 손실을 검출할 수 있다.
도 14c는 LED 제어 모듈(50)에 실제 인가되는 전압 VDC의 그래프(276)이다. 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 전압 VDC는 DC_IN과 DC_OUT의 다이오드-OR 결과물(diode-OR'ed product)일 수 있다. 따라서, 전압 VDC는 DC_OUT과 DC_IN 중 보다 큰 값을 취할 수 있다.
도 14a - 14c를 다시 참조하면, 시간 T0에서 비상 모드가 진입될 때, 마이크로컨트롤러(110)는 전압 부스터(118) 또는 쌍방향 부스터/충전기(168)로 하여금 부스트된 출력 전압 DC_OUT을 발생하기 시작하게 한다. DC_OUT의 레벨은 시간 T0에서 최대 레벨 V0까지 증가하고, 이는 그렇지 않다면 조명 기구(70)의 AC/DC 컨버터(40)에 의해 공급될 DC 전압의 레벨과 동등할 수 있다. LED 제어 모듈(50)에 공급되는 전압 레벨 VDC는 DC_IN 전압이 하강할 때 내려갈 수 있다(278). 그러나, DC_OUT 전압은 LED 제어 모듈(50)에 공급되는 전압 레벨 VDC가 너무 많이 하강하지 않기에 충분히 빨리 상승하기 시작할 수 있다. 예를 들어, DC_OUT 전압은, DC_IN의 값이 미리 정의된 레벨 ΔV (37 볼트 시스템에서 약 4볼트일 수 있음)보다 많이 하강하기 이전에, DC_OUT의 상승 레벨이 DC_IN의 하강 값을 초과하기에 충분히 빨리 상승할 수 있다. 전압 DC_OUT을 V0까지 상승시키는 것은 약 0.1 내지 4초가 걸릴 수 있고, 일부 실시예에서는 약 0.01초와 100초 사이이다. 따라서, V0까지의 상승 속도는 약 1 내지 40 V/s일 수 있다. DC_OUT 레벨은 배터리가 방전되거나 AC 라인 전력이 재개될 때까지 비상 조명 동작 내내 유지된다.
도 14에 도시된 예에서, 마이크로컨트롤러(110)는 시간 T1에서 AC 라인 전압의 재개를 검출한다. 이 때, 마이크로컨트롤러는 전압 부스터(118) 또는 쌍방향 부스터/충전기(168)로 하여금 전압 DC_IN이 다시 상승하기 시작함에 따라 다시 전압을 하강하기 시작하게 한다. 그러나, DC_OUT 전압 하강은 다소 지연되어 VDC 신호에 경미한 하강(dip; 279)만 존재하는 것이 보장될 수 있다. 전압을 V0로부터 하강시키는 것은 약 0.01 내지 100초가 걸릴 수 있다. 제조자는 본 명세서에 개시되는 바와 같은 비상 조명 모듈을 다수의 상이한 타입의 조명 기구와 함께 사용하기를 원할 수 있다. 따라서, 비상 조명 모듈이 상이한 응용에 대해 상이한 루멘 레벨을 지원하는 것이 바람직하다.
일부 실시예에서, 조명 기구(70)는 비상 조명 모듈(100, 100')에 피드백 신호 MT를 제공하는데, 이는 조명 기구 모델을 식별하고, 비상 조명 모듈(100, 100')에 의해 사용되어 조명 기구(70)의 루멘 레벨을 판정할 수 있다. 조명 기구(70)의 루멘 레벨에 기초하여, 비상 조명 동작에 바람직한 루멘 레벨로 조명 기구를 구동하기 위해 PWM_OUT 신호가 생성된다. 이는, 단일 비상 조명 구성으로, 다수의 상이한 루멘 레벨 조명 기구를 지원할 수 있게 해주고, 비상 조명 모듈(100, 100')이 연결되는 조명 기구의 루멘 등급에 무관하게 비상 동작 중 동일 루멘 레벨을 제공할 수 있게 해준다.
예를 들어, 바람직한 비상 조명 레벨이 1000루멘인 경우, 4000 루멘 등급의 조명 기구(70)는, 1000 루멘 동작에 대응하는 고정 PWM 듀티 사이클로 비상 조명 모듈(100, 100')에 의해 구동될 수 있다. 2000 루멘 등급의 조명 기구는 동일한 1000 루멘 동작을 위한 상이한 PWM 듀티 사이클로 구동될 수 있다. 이러한 구성은 동일한 배터리 사이즈로 일관성 있는 비상 동작을 촉진한다.
모듈 타입 신호 MT를 생성하는 방법이 도 15a 내지 15c에 도시되고, 이에 한정되는 것은 아니지만, 조명 기구(70)와 비상 조명 모듈(100) 사이의 I2C 통신 채널(도 15a)의 사용을 포함할 수 있다. I2C 채널은 POWER, CLOCK, DATA 및 GROUND 라인들을 사용하여 비상 조명 모듈과 통신하는 조명 기구(70) 내의 프로그래머블 디바이스(180)를 사용하여 구현된다. 다른 실시예에서, 논리 '1' 또는 논리 '0'로 연결되어 디지털 컨트롤러에 의해 판독되는 고정 인터페이스 라인들(도 15b)이 사용될 수 있다. 도 15b에 도시된 예에서는, 2개의 데이터 라인이 논리 '1'에 연결되는 한편, 1개의 데이터 라인은 논리 '0'에 연결된다. 이러한 3개의 데이터 라인들에 의해, 8개 까지의 서로 다른 조명기구 타입이 인식될 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 전류가 인가되고 전압이 비상 조명 모듈(100)의 마이크로컨트롤러에 의해 판독되는 고정 저항(도 15c)을 이용하여 조명 기구(70)를 식별한다. 이러한 접근방식 중 임의의 것은, 마이크로컨트롤러(110)로 하여금, 비상 조명 모듈(100)이 연결되는 조명 기구의 타입이나 모델을 식별할 수 있게 하고, 이에 따라 조명 기구의 등급 루멘 레벨을 추정할 수 있게 한다.
I2C 접속 대신에, 이더넷, 동기식 또는 비동기식 직렬 또는 병렬 인터페이스, 또는 임의의 기타 통신 프로토콜이 채택될 수 있는 것이 인식될 것이다.
MT 신호를 제공하는 대안적인 방법은 제품 조립 중 구성을 통해서이다. 이러한 방법에서는, ELM 마이크로컨트롤러를 포함하는 PWBA(Printed Wiring Board Assembly)가 공지된 광 출력을 갖는 시스템에 조합될 때, 마이크로컨트롤러는 광 출력 요건에 관한 구성 정보를 수신하고, 비상 동작 중 제어 알고리즘에 의해 사용하기 위해 그 정보를 불휘발성 메모리에 저장한다.
비상 조명 모드에 있는 동안, 비상 조명 모듈은 마이크로컨트롤러(110)에 의해 생성되는 조광기 펄스 폭 변조 신호 PWM_OUT을 통해 LED 제어 모듈(50)을 구동하면서 배터리 전압 및 전류를 모니터한다.
도 16은 일부 실시예에 따른 비상 조명 모듈(100)의 마이크로컨트롤러(110)에 의해 생성되는 PWM 신호의 듀티 사이클 대 시간의 그래프이다. 배터리 전력으로 전환시, 마이크로컨트롤러(110)는 조광기 PWM_OUT 신호를 낮은 초기 듀티 사이클(예를 들어, 약 1%)로 시작할 수 있고, 그 후 PWM_OUT 신호를 도 15에 TARGET으로서 도시된 바람직한 듀티 사이클(예를 들어, 35%)로 상승시킬 수 있다. PWM_OUT 신호를 상승시키는 것은 LED 제어 모듈(50)에서의 드라이버 회로와의 시동 이슈를 회피할 수 있다. 일단 마이크로컨트롤러(110)가 PWM_OUT 신호를 타겟 듀티 사이클로 상승시키면, 타겟 듀티 사이클은 초기 주기 동안 유지되며, 이는 일부 경우 약 3분일 수 있다. 초기 주기의 종료에서, 마이크로컨트롤러(110)는 듀티 사이클의 점진적 하강을 시작하여, 비상 조명 모듈(100)이 비상 조명 모드에 진입한 이후 90분에 타겟 듀티 사이클의 공칭으로 60%인 최종 PWM 듀티 사이클을 달성할 수 있다. 예를 들어, 타겟 듀티 사이클이 35%인 경우, 최종 듀티 사이클(ending duty cycle)은 90분 지점에서 약 21%일 것이다. 하강은 선형, 의사-선형(quasi-linear), 포물선형, 구분적 선형(piecewise linear), 지수형일 수 있거나, 또는 임의의 기타 파형을 따를 수 있다. 최종 PWM_OUT 듀티 사이클은 전력이 다시 인가되거나 배터리가 완전-방전 레벨 아래로 떨어질 때까지 유지된다. 배터리 레벨이 완전 방전 레벨까지 떨어지면, 마이크로컨트롤러(110)는, 램프 드라이브를 끄고, 전력이 복구될 때까지 저전력 모드로 진입한다.
상술된 PWM_OUT 조광 신호의 하강은, 비상 탈출 광의 최종 광 출력이 초기 값의 60%라는 보험업자 연구소(Underwriters Laboratories) UL924 규격 요건을 충족한다. 또한, 조광을 낮춤으로써, 비상 조명 모듈(100)이 전력을 절약하고, 이는 조광 신호가 전체 90분 동안 정상 상태로 유지되는 경우에 요구되는 것보다 적은 용량의 배터리(및 낮은 비용)를 허용한다.
PWM_OUT 조광 신호를 하강시키는 것은 조명 기구(70)에 의해 방출되는 광이 시간에 대해 감소하도록 하며, 이는 건물 입주자들에게 비상 조명 전력이 감소하고 있다는 시각적 표시를 제공하므로, 입주자들이 건물을 보다 빨리 탈출하도록 권장할 수 있다.
디지털 컨트롤러를 사용하여, 조명 기구(70)의 광 출력 및/또는 온도를 직접 검지함으로써 부가적인 동작 개선이 이루어질 수 있다. LED 스트링 전류 및 전압은 센서 측정치에 응답하여 최적의 효율 및 광 출력 품질을 유지하도록 조절될 수 있다.
또 다른 일부 실시예에서, 조명 컨트롤러의 전력 우수 출력은 비상 조명 모듈(100)에 의해 모니터될 수 있고, 이는 비정상 조건들에 응답하여, 전체 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 6을 다시 참조하면, 일부 실시예에 따른 비상 조명 모듈(100)은, 비상 조명 모듈(100)의 테스트 동작을 개시하는데 사용될 수 있는 테스트 스위치(135)를 포함한다. 테스트 기능의 구현은 제품 인증 요건과 부합할 필요가 있을 수 있다. 비상 조명 모듈(100)은 또한 사용자에게 비상 조명 모듈의 상태, 현재 배터리 상에 사용가능한 충전의 레벨 등에 관한 피드백을 제공할 수 있는, LED 상태 표시기일 수 있는, 상태 표시기(140)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리의 충전 상태는, 배터리가 보다 많이 충전됨에 따라 표시기 램프를 증가하는 속도로 깜빡거리는 것에 의해서, 또는 일련의 표시기 램프를 제공하고 배터리가 충전될 때까지 일련의 표시기 램프를 점진적으로 발광시키는 것에 의해서, 등으로 표시될 수 있다.
비상 조명 모듈 테스트 스위치 서브시스템은, 테스트 스위치(135) 및 테스트 스위치(135)를 관리하기 위한 알고리즘을 구현하는 마이크로컨트롤러(110)를 포함한다.
일부 실시예에서, 마이크로컨트롤러(110)는 배터리가 완전 충전된 경우에만 배터리 테스트를 개시함으로써 테스트 스위치의 활성화에 응답할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 테스트가 개시되기 이전에 배터리가 완전 충전될 필요는 없을 수 있다.
초기 상태로부터, 마이크로컨트롤러는 테스트 스위치 신호의 지속시간을 측정할 수 있다. 테스트 스위치가 활성화 해제되는(de-actuated) 경우(예를 들어, 푸쉬버튼 스위치가 릴리즈되는 경우), 마이크로컨트롤러는 테스트 스위치 활성화의 지속기간에 따라서 "월간(monthly)" 또는 "연간(yearly)" 테스트를 활성화할 수 있다. 월간 테스트는, AC 라인 전압의 손실에 응답하여 조명 기구가 배터리 전력으로 작동하게 될 것을 보장하는 간략한(예를 들어, 30초) 테스트일 수 있다. 연간 테스트는, AC 라인 전압의 손실 후 조명 기구가 90분 내내 연속하여 배터리 전력에서 동작하는가를 검증하는 보다 철저한 테스트일 수 있다.
예를 들어, 테스트 스위치가 잠시 활성화되는 경우(예를 들어, 푸쉬버튼 스위치가 10초 미만 눌려지는 경우), 마이크로컨트롤러(110)는 "월간(monthly)" 테스트를 개시할 수 있고; 버튼이 10초보다 오래 활성화되는 경우, 마이크로컨트롤러(110)는 보다 철저한 "연간(yearly)" 테스트를 개시할 수 있다. 다른 실시예에서, 버튼이 미리 정의된 기간보다 오래 눌려지는 경우, 비상 조명 모듈은 버튼이 눌려진 동안만 동작하는 테스트를 시작할 것이다.
일단 배터리 테스트가 개시되면, 마이크로컨트롤러(110)는 부가적인 버튼 누름을 무시하는 5초 타이머("취소 잠금 기간(cancel lock-out period)")를 활성화할 수 있다.
취소 잠금 주기에 후속하여, 마이크로컨트롤러(110)는 테스트 스위치(135) 모니터링을 재개할 수 있다. 5초 취소 잠금 기간이 경과한 후 사용자가 테스트 스위치를 활성화하면, 마이크로컨트롤러(110)는 배터리 테스트 취소를 진행할 수 있다.
배터리 테스트 실패의 경우, 마이크로컨트롤러는 테스트 스위치(135)가 눌려지고 해제될 때까지 비상 조명 모듈(100)을 "실패 대기(fail wait)" 상태로 둘 수 있다.
테스트 스위치(135)가 10초보다 오래 활성화되는 경우, 비상 조명 모듈(100)은 90분 내내 비상(배터리 전력) 모드로 전환할 수 있다.
마이크로컨트롤러(110)는, 배터리가 완전 충전되지 않고 AC 라인 전압이 존재하지 않으면 배터리 테스팅 개시 요구를 무시하도록 구성될 수 있다.
테스트 스위치 조작은, 예를 들어, 도 17의 순서도에 도시된다. 거기에 도시된 바와 같이, 마이크로컨트롤러(110)는 테스트 스위치(135)의 상태를 모니터한다(블록 302). 스위치가 활성화되면(블록 304), 동작은 블록 306으로 진행한다. 그렇지 않으면, 마이크로컨트롤러(110)는 스위치의 상태를 계속 모니터한다.
스위치의 활성화 후, 블록 306에서, 마이크로컨트롤러(110)는 배터리(120)가 완전 충전되었는지 여부를 알아보는 체크를 행한다. "아니오"인 경우, 마이크로컨트롤러는 스위치를 무시하고, 동작은 블록 302로 복귀하여 스위치 상태를 계속 모니터한다.
배터리가 완전 충전되면, 마이크로컨트롤러(110)는 스위치가 임계 시간보다 오래, 예를 들어, 10초보다 오래 활성화되었는지를 알아보는 체크를 행한다(블록 308). "아니오"인 경우, 월간 테스트가 개시되고(블록 310), "예"인 경우, 연간 테스트가 개시된다(블록 312).
그리고, 마이크로컨트롤러는, 더 이상의 버튼 누름을 무시하는, 5초 등의 취소 잠금 기간을 시작한다(블록 314). 잠금 기간의 종료 이후, 마이크로컨트롤러(110)는 다시 스위치 상태를 모니터한다(블록 320). 스위치가 다시 활성화되면, 마이크로컨트롤러(110)는 현재 테스트를 취소할 것이다(블록 322). 스위치가 활성화되지 않으면, 마이크로컨트롤러는 테스트가 완료되었는지 여부를 알아보는 체크를 수행하고(블록 324), 그렇지 않으면 블록 320으로 복귀하여 블록 320에서 테스트 스위치의 상태를 체크한다. 테스트가 완료되면 도 17의 동작은 처음부터 다시 시작되어도 좋다.
배터리 테스팅은 온-배터리(즉, 비상 조명) 시나리오를 시뮬레이트한다. 연간 테스트 시나리오에서, 비상 조명 모듈(100)은 전술한 바와 같이 동작하여, 90분 배터리 테스트 과정 동안 초기 값으로부터 초기 값의 60%로 램핑(ramping) 한다.
푸쉬버튼 스위치로서 전술하였지만, 테스트 스위치(135)는 도 18a - 18d에 도시된 바와 같이 다수의 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 특히, 일부 실시예는 테스트 스위치(135)를 활성화하기 위한 무선 인터페이스를 제공한다. 도 18a를 참조하면, 테스트 스위치(135)는, 비상 조명 모듈(100)의 마이크로컨트롤러(110)에 연결되고, 적외선 송신기(350A)에 의해 송신되는 적외선 신호(355A)에 응답하여 적외선 수신기(360A)에 의해 활성화될 수 있다.
이와 유사하게, 도 18b를 참조하면, 테스트 스위치(135)는, 블루투스 송신기(350B)에 의해 송신되는 블루투스 신호(355B)에 응답하여 블루투스 수신기(360B)에 의해 활성화될 수 있다.
도 18c를 참조하면, 테스트 스위치(135)는, WIFI 송신기(350C)에 의해 송신되는 WIFI 신호(355C)에 응답하여 WIFI 수신기(360C)에 의해 활성화될 수 있다.
도 18d를 참조하면, 다른 실시예에서 테스트 스위치(135)는, 손전등, 레이저 포인터 등의 발광 디바이스(350D)에 의해 송신되는 가시광 신호(355D)에 응답하여 가시광 검출기(360D)에 의해 활성화될 수 있다.
비상 조명 모듈의 테스트 스위치에 무선 인터페이스를 제공하는 것은, 조명 기구가 손이 닿지 않는 곳에 있는 설치의 경우 특히 유익한 것으로, 기술자는 푸쉬버튼 스위치를 수동으로 만지기 위해 조명 기구의 위치까지 물리적으로 올라갈 필요가 없다.
도 6을 다시 참조하면, 비상 조명 모듈(100)은 상태 표시기(145)를 더 포함할 수 있는데, 이는 서로 다른 색깔의 발광 다이오드를 하나 이상 포함할 수 있다.
상태 표시기(145)를 사용하여, 비상 조명 모듈(100)은, 배터리 충전중, 배터리 충전됨, 배터리 테스트 진행중, "온 배터리(on battery)"(즉, 비상) 동작중, 배터리 실패(battery failure) 등을 포함하는 다양한 기계 상태에 관한 정보를 표시할 수 있다.
일부 실시예에서, 상태 표시기(145)는 비상 조명 모듈(100)의 상태를 표시하기 위한 1개의 적색 LED 및 1개의 녹색 LED를 포함할 수 있다. 2개의 LED에 의하면, 구별되는 LED 점멸 시퀀스의 가능한 조합이 다양하므로, 보다 상세한 사항을 표시할 수 있고, 용이하게 해석될 수 있다. 예를 들어, 적색과 녹색 패턴을 번갈아 행하는 것은 테스트 시퀀스를 나타내는데 사용될 수 있다. 표 1은 비상 조명 응용에서 사용하기 위한 여러 가능한 LED 표시기 조합을 열거한다.
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다른 실시예에서, 상태 표시기는, 마이크로컨트롤러(110)의 제어하에 상태 정보를 영숫자로 표시할 수 있는 영숫자 LCD 디스플레이를 포함할 수 있다.
여러 환경에서, 조광은 조명 기구를 구현하기 위한 중요한 특성이다. 백열등 및 형광등 양자 모두에 대하여 여러 상이한 조광 기술들이 개발되어 왔고, 이는 오늘날 설치되는 상용 조명 설비의 대부분을 나타낸다. 고체 상태 조명 기구가 개발되어 점점 백열등 및 형광등에 대한 대체 기술로서 사용가능하게 됨에 따라, 고체 상태 조명 기구가 여러 상이한 타입의 조광 시스템에 의해 생성되는 조광 신호들에 적절히 응답하는 것이 바람직하다.
조광 제어의 기본적인 방법 중 하나로는 단계 조광이라는 것이 있다. 단계 조광은, 사용자로 하여금 복수의 스위치를 적절히 설정함으로써 조명 기구에 대한 몇몇(예를 들어, 2 또는 3) 상이한 휘도 레벨 중 하나를 선택할 수 있게 하는 복수의 스위치를 사용한다. 예를 들어, 3-전구 형광등 조명 기구에서, 1개의 스위치는 2개의 외부 전구를 제어할 수 있는 한편, 다른 스위치는 1개의 내부 전구를 제어할 수 있다. 스위치를 적절히 설정함으로써, 사용자는 조명 기구의 전구를 한 번에 1개, 2개, 3개 또는 0개를 켤 수 있으므로, 효과적으로 4개 레벨의 조광을 제공한다.
0 -10V 조광은 휘도 레벨들 사이에 연속적인 조광을 가능하게 하는 전자 조명 제어 신호 시스템(electronic lighting control signaling system)이다. 0-10V 조광 스위치는, 전위차계(potentiometer)에 연결되는 슬라이드 스위치 또는 다이얼의 위치와 같은 사용자 설정에 응답하여 0 볼트와 10 볼트 사이에서 변화하는 DC 전압을 생성한다. 제어되는 조명 기구는 통상적으로 그 출력 크기를 조정하여, 10V 제어 신호에 응답하여 최대 휘도를 방출하고, 1 V 제어 신호에 응답하여 꺼진다(휘도 0). 조광 디바이스는 중간 전압에 다양한 패턴으로 응답하도록 설계될 수 있는데, 전압 출력, 실제 광 출력, 전력 출력, 인식되는 광 출력 등에 선형적인 출력 곡선을 주는 것 등이 있다.
조광 형광 안정기 및 조광 LED 드라이버는 종종 0-10V 제어 신호를 사용하여 조광 기능을 제어한다. 그러나, 다수의 경우에, 전원 또는 안정기의 조광 범위가 제한된다.
DALI(Digital Addressable Lighting Interface)는 건물에서 조명을 제어하는 네트워크-기반 시스템의 기술적 표준이다. 이는 0-10V 조명 제어 시스템의 뒤를 이어 수립되었다. 형광등 안정기용 IEC 60929 표준에 특정되는 DALI 표준은 조명 제어 네트워크용 통신 프로토콜 및 전기적 인터페이스를 포함한다. DALI 네트워크는 DALI 인터페이스를 갖는 하나 이상의 조명 디바이스(예를 들어, 전기 안정기 및 조광기) 및 컨트롤러로 이루어진다. 컨트롤러는 쌍방향 데이터 교환에 의해 각 광을 모니터하고 제어할 수 있다. 컨트롤러와 디바이스 사이에는 데이터가 2선식 차동 버스를 통해 비동기식, 반-이중(half-duplex), 시리얼 프로토콜로 전송된다.
조명 기구는, 예를 들어, 단계 조광 제어 신호, 0-10V 조광 제어 신호, DALI 조광 제어 신호 및 기타 조광 제어 신호를 포함하는 다수 타입의 조광 제어 신호에 응답하도록 설계될 수 있다. 또한, 조명 기구는 상술된 바와 같은 비상 조명 모듈에 의해 생성되는 PWM_OUT 조광 신호에 응답하도록 설계될 수 있다.
도 19는 일부 실시예에 따른 조명 기구의 전원 보드(400A)에 연결되는 일부 실시예에 따른 비상 조명 모듈(500A)을 도시하고 있다. 전원 보드(400A)는, 도 4 및 5와 관련하여 상술된 AC/DC 컨버터(40, 40') 및 LED 제어 모듈(50)을 포함하지만, 조명 기구의 LED 보드(60)는 포함하지 않는다. 비상 조명 모듈(500A)은, 상술된 비상 조명 모듈(100, 100')과 유사한 방식으로 구성될 수 있지만, 비상 조명 모듈(500A)이 이하에 보다 상세히 설명되는 바와 같이 LED 보드(400A)에 조광 신호 소스 선택 신호 SELECT를 출력하도록 부가적으로 구성된다는 점은 예외적이다.
LED 보드(400A)는, 단계 조광, 0-10V 조광, DALI 조광, 및/또는 기타 타입의 조광 신호를 포함한 다수의 상이한 타입의 조광 시스템에 의해 생성되는 조광 신호를 처리하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, LED 보드(400A)는, 하나 이상의 단계 조광 스위치의 상태에 대응하여, 다수 스위칭된 AC 라인들 상의 AC 신호의 존재를 검출하는 단계 조광 인터페이스(410)를 포함할 수 있다. LED 보드(400A)는, 또한, 0-10V 조광 신호를 처리하도록 구성되는 0-10V 인터페이스(420)를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, LED 보드(400A)는, 또한, DALI 컨트롤러(도시되지 않음)와 통신하여 DALI 조광 신호를 수신하고 처리하도록 구성되는 DALI 조광 인터페이스(430)를 포함할 수 있다.
단계 조광 인터페이스(410)는, 비상 조명 모듈(500A)의 AC 필터(114)에 의해 제공되는 AC 신호에 기초하여 다수 스위칭된 라인들 상의 AC 전압의 존재를 검출하는 하나 이상의 AC 검출기를 포함할 수 있다. 응답으로, 단계 인터페이스(410)는 멀티플렉서(440)에 대하여 스위칭된 라인들의 상태를 나타내는 PWM 신호를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 2개의 스위칭된 라인들인 경우, 단계 인터페이스(410)는, 스위칭된 라인들 양자 모두에 전원이 인가되면 듀티 사이클이 100%인 PWM 신호를 생성하고, 하나의 스위칭된 라인에만 전원이 인가되면 듀티 사이클이 50%인 PWM 신호를 생성하고, 스위칭된 라인들 어느 것에도 전원이 인가되지 않으면 듀티 사이클이 0%인 PWM 신호를 생성할 수 있다. 다른 구성도 가능하다. 예를 들어, 단계 인터페이스는, 스위칭된 라인 1에 전원이 인가되고 스위칭된 라인 2에 전원이 인가되지 않으면 듀티 사이클이 30%인 PWM 신호를 생성하고, 스위칭된 라인 1에 전원이 인가되지 않고 스위칭된 라인 2에 전원이 인가되면 듀티 사이클이 60%인 PWM 신호를 생성할 수 있다.
0-10V 인터페이스(420)는, 0-10V 조광기에 의해 제공되는 전압 레벨을 검출하고, 0-10V 신호의 레벨에 관련된 듀티 사이클을 갖는 PWM 신호를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 0-10V 인터페이스(420)에 의해 생성되는 PWM 신호의 듀티 사이클은, 0-10V 신호의 전압 레벨에 정비례할 수 있다(예를 들어, 5V 신호에 응답하여 50% 듀티 사이클을 생성하고, 6V 신호에 응답하여 60% 듀티 사이클을 생성하는 등). 다른 실시예에서, PWM 신호의 듀티 사이클은 예를 들어, 조명 기구의 전압 출력, 실제 광 출력, 전원 출력, 인식되는 광 출력 등에 선형 변화를 초래하는 PWM 신호를 제공하기 위하여 0-10V 신호의 전압 레벨에 선형 또는 비선형 형태로 관련될 수 있다. 0-10V 인터페이스(420)에 의해 출력되는 PWM 신호는 멀티플렉서(440)에 입력으로서 제공된다.
DALI 인터페이스(430)는, 2선식 차동 버스를 통해 비동기식, 반-이중, 시리얼 프로토콜을 사용하여 DALI 컨트롤러와 통신해서 DALI 신호를 처리하여, DALI 인터페이스를 통해 수신되는 조광 명령에 응답하여 PWM 신호를 생성하는 회로를 포함할 수 있다. DALI 인터페이스(430)에 의해 출력되는 PWM 신호도 멀티플렉서(440)에 입력으로서 제공된다.
특정 설비에서는 1가지 타입의 조광 제어만이 사용가능할 수 있다는 점이 이해될 것이다. 따라서, 멀티플렉서(440)는 단계 인터페이스(410), 0-10V 인터페이스(420) 및 DALI 인터페이스(430)로부터 1개의 PWM 입력만을 수신할 것이다. DALI 인터페이스는 표준 DALI 인터페이스일 수 있다. 0-10V 인터페이스가, 아날로그 0-10V 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터, 및 디지털 신호를 판독하고 이에 응답하여 멀티플렉서(440)에 제공되는 PWM 신호를 생성하는 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 단계 인터페이스가, 단계 전압 신호를 PWM 신호로 변환하는 아날로그 및/또는 디지털 회로를 포함할 수 있다. 이러한 인터페이스 회로의 설계는 당업계에 공지되어 있다.
마이크로컨트롤러(110)에 의해 생성되는 PWM 조광 제어 신호 PWM_OUT 또한 멀티플렉서(440)에 입력으로서 제공된다. 멀티플렉서(440)는, 한편으로 마이크로컨트롤러(110)에 의해 생성되는 PWM_OUT 신호, 또는 다른 한편으로 단계 인터페이스(410), 0-10V 인터페이스(420) 또는 DALI 인터페이스(430)에 의해 생성되는 PWM 신호들 중 이용가능한 하나의 신호로부터 PWM 조광 제어 신호를 선택하고, 선택된 PWM 신호를 마이크로컨트롤러(110)에 의해 출력되는 SELECT 신호에 응답하여 LED 제어 모듈(50)에 공급한다. 따라서, 전력 손실의 경우, 조명 기구의 조광 제어는 비상 조명 모듈(500A)을 통해 수행될 수 있다. 이 경우, 조명 기구의 조광은 마이크로컨트롤러(110)에 의해 출력되는 PWM_OUT 조광 신호에 기초하고, 정상 조광 시스템(예를 들어, 단계, 0-10V 또는 DALI)에 의해 생성되는 임의의 조광 신호는 조명 기구에 의해 무시된다.
또 다른 실시예에 따른 조명 기구의 비상 조명 모듈(500B) 및 전원 보드(400B)가 도 20에 도시된다. 도 20에 도시된 비상 조명 모듈(500B) 및 전원 보드(400B)는, 도 20에 도시된 실시예에서 일부 조광 제어 기능이 비상 조명 모듈(500B)로 이동된다는 점을 제외하고는, 도 19에 도시된 비상 조명 모듈(500A) 및 전원 보드(400A)와 유사하다.
도 20을 참조하면, 비상 조명 모듈(500B)은, 0 -10V 조광기(도시되지 않음)로부터 0-10V 신호를 수신하여, 0-10V 신호의 레벨에 비례하는 디지털 값을 생성하는 아날로그-디지털 컨버터(510)를 포함한다. ADC(510)는, 마이크로컨트롤러(110)에 통합되거나 및/또는 그의 별도의 주변 소자로서 구현될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 비상 조명 모듈(500B)은 또한 스위칭되지 않은 AC 라인 뿐만 아니라 다수의 스위칭된 라인들(스위칭된 라인 1 및 스위칭된 라인 2) 상의 AC 전압의 존재를 검출하기 위한 개별 AC 검출기(512A - 512C)를 포함한다. 마이크로컨트롤러(110)는 검출된 스위칭된 라인들 상의 AC 전압의 존재 또는 부재에 기초하여 단계 조광 제어의 상태를 결정할 수 있다.
따라서, 마이크로컨트롤러(110)는, 단계 조광 신호, 0-10V 조광 신호에 응답하여, 또는, 스위칭되지 않은 AC 라인 상의 AC 전원의 손실에 응답하여, PWM_OUT 조광 신호를 생성할 수 있다. 이와 같이, PWM_OUT 신호는 단지 비상 동작중이 아니라 정상 동작중에 비상 조명 모듈(500B)에 의해 생성될 수 있다. 그러나, 전원 보드(500B)가 여전히 DALI 인터페이스(430)를 포함하므로, 마이크로컨트롤러(110)는 여전히 SELECT 신호를 생성하여, 멀티플렉서(440)가, 마이크로컨트롤러(110)에 의해 생성된 PWM_OUT 신호와 DALI 인터페이스(430)에 의해 생성된 PWM 신호 사이에서 선택을 하게 해준다. 비상 조명 모듈(500B)에서의 점퍼 세팅(jumper setting)은 어느 타입의 조광 제어가 사용되고 있는지를 마이크로컨트롤러(110)에 표시하는 데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서는, 제조시 프로그래머블 디바이스에 기입되는 구성 데이터를 사용하여, 사용되는 조광 제어의 타입을 식별할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 조명 기구의 비상 조명 모듈(500C) 및 전원 보드(400C)가 도 21에 도시된다. 도 21에 도시된 비상 조명 모듈(500C) 및 전원 보드(400C)는, 도 21에 도시된 실시예에서, 조광 제어 기능 모두가 비상 조명 모듈(500C)로 이동된다는 점을 제외하고는, 도 20에 도시된 비상 조명 모듈(500B) 및 전원 보드(400B)와 유사하다.
도 21을 참조하면, 비상 조명 모듈(500C)은 DALI 컨트롤러(도시되지 않음)와 통신하여 DALI 조광 제어 명령을 수신하고 처리하는 DALI 인터페이스를 포함한다. 본 실시예에서는, 전원 보드(400C)에 의한 모든 조광이 마이크로컨트롤러(110)에 의해 생성되는 PWM_OUT 신호에 의해 제어된다. 따라서, 전원 보드(400C)는 멀티플렉서를 포함하지 않고, 마이크로컨트롤러(110)는 그 동작을 제어하는 SELECT 신호를 생성하지 않아도 된다.
본 명세서에 다수의 상이한 실시예들이 상술한 설명 및 도면과 함께 개시되었다. 이들 실시예의 모든 조합 및 부조합을 완전히 개시하고 설명하는 것은 과도하게 반복적이고 혼란스럽다는 점이 이해될 것이다. 따라서, 모든 실시예는 임의의 방식 및/또는 조합으로 조합될 수 있고, 도면을 포함하는 본 명세서는 본 명세서에 개시되는 실시예들의 모든 조합 및 부조합과, 이들을 이루고 사용하는 방식 및 처리에 대한 완전한 서면 설명을 구성하는 것으로 해석되어야 하며, 이러한 임의의 조합 또는 부조합에 대한 특허청구범위를 지지한다.
도면 및 명세서에 있어서, 본 발명의 전형적인 실시예들이 개시되었고, 특정 용어들이 채택되었지만, 이 용어들은 일반적이고 서술적인 의미로만 사용된 것으로, 이하 특허청구범위에 개시되는 본 발명의 범위를 제한하려는 목적은 아니다.

Claims (20)

  1. 고체 상태 조명 기구(solid state luminaire)에 비상 전력을 제공하기 위한 비상 조명 모듈로서,
    라인 전압을 검출하도록 구성되는 검출기;
    상기 고체 상태 조명 기구로부터 입력 전압을 수신하도록 구성되는 제1 입력; 및
    상기 입력 전압을 사용하여 배터리를 충전하고, 출력 전압을 제공하도록 구성되는 쌍방향 부스터/충전기 회로(bidirectional booster/charger circuit)
    를 포함하고,
    상기 비상 조명 모듈은 상기 라인 전압의 감소에 응답하여, 상기 고체 상태 조명 기구에 상기 출력 전압을 공급하도록 구성되는 비상 조명 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 쌍방향 부스터/충전기 회로는:
    제1 입력/출력 단자;
    상기 제1 입력/출력 단자에 연결되는 제1 입력/출력 커패시터;
    제2 입력/출력 단자;
    상기 제1 입력/출력 단자에 연결되는 제2 입력/출력 커패시터;
    상기 제1 입력/출력 단자 및 제1 노드에 연결되는 제1 스위치;
    상기 제1 노드 및 접지에 연결되는 제2 스위치; 및
    상기 제1 노드와 상기 제2 입력/출력 단자 사이에 연결되는 인덕터를 포함하고,
    상기 제1 스위치는 제1 제어 신호에 의해 제어되고, 상기 제2 스위치는 제2 제어 신호에 의해 제어되는 비상 조명 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위치들은 MOSFET 스위치들을 포함하는 비상 조명 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 입력/출력 단자는, 상기 고체 상태 조명 기구로부터 입력 DC 전압을 수신하고, 상기 고체 상태 조명 기구에 출력 DC 전압을 공급하도록 구성되고;
    상기 제2 입력/출력 단자는 상기 배터리에 충전 전압을 공급하고, 상기 배터리로부터 배터리 전압을 수신하도록 구성되는 비상 조명 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비상 조명 모듈은 AC 라인 신호의 감소 검출에 응답하여, DC 출력 전압을 초기 전압 레벨로부터 타겟 전압 레벨로 상승시키도록 구성되는 비상 조명 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 초기 전압 레벨은 0 볼트인 비상 조명 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 비상 조명 모듈은 AC 라인 신호의 복구 검출에 응답하여, 상기 DC 출력 전압을 상기 타겟 전압 레벨로부터 0 볼트로 하강시키도록 구성되는 비상 조명 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 검출기 및 상기 쌍방향 부스터/충전기 회로에 연결되는 제어 회로를 더 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 라인 전압의 상태를 나타내는 상기 검출기로부터의 신호를 수신하도록 구성되는 비상 조명 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 쌍방향 부스터/충전기 회로는 상기 제어 회로로부터의 제1 제어 신호에 응답하여 상기 배터리를 충전하도록 구성되는 비상 조명 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 쌍방향 부스터/충전기 회로는 상기 제어 회로로부터의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 출력 전압을 생성하도록 구성되는 비상 조명 모듈.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 라인 전압은 AC 라인 전압을 포함하고, 상기 입력 전압은 DC 입력 전압을 포함하며, 상기 출력 전압은 DC 출력 전압을 포함하는 비상 조명 모듈.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 검출기는, 상기 AC 라인 전압을 정류하여 정류된 AC 전압 신호를 생성하도록 구성되는 정류기, 및 상기 정류기에 연결되어 상기 정류된 AC 전압 신호를 기준 전압에 비교하여 상기 라인 전압을 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는 비교기를 포함하는 비상 조명 모듈.
  13. 쌍방향 부스터/충전기 회로로서,
    제1 입력/출력 단자;
    상기 제1 입력/출력 단자에 연결되는 제1 입력/출력 커패시터;
    제2 입력/출력 단자;
    상기 제1 입력/출력 단자에 연결되는 제2 입력/출력 커패시터;
    상기 제1 입력/출력 단자 및 제1 노드에 연결되는 제1 스위치;
    상기 제1 노드 및 접지에 연결되는 제2 스위치; 및
    상기 제1 노드와 상기 제2 입력/출력 단자 사이에 연결되는 인덕터
    를 포함하고,
    상기 제1 스위치는 제1 제어 신호에 의해 제어되고, 상기 제2 스위치는 제2 제어 신호에 의해 제어되는 쌍방향 부스터/충전기 회로.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 입력/출력 단자는, 고체 상태 조명 기구로부터 입력 DC 전압을 수신하고, 상기 고체 상태 조명 기구에 출력 DC 전압을 공급하도록 구성되고;
    상기 제2 입력/출력 단자는 배터리에 충전 전압을 공급하고, 상기 배터리로부터 배터리 전압을 수신하도록 구성되는 쌍방향 부스터/충전기 회로.
  15. 제13항에 있어서,
    검출기 및 상기 쌍방향 부스터/충전기 회로에 연결되는 제어 회로를 더 포함하고, 상기 제어 회로는 라인 전압의 상태를 나타내는 신호를 수신하도록 구성되는 쌍방향 부스터/충전기 회로.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 쌍방향 부스터/충전기 회로는 상기 제어 회로로부터의 제1 제어 신호에 응답하여 배터리를 충전하도록 구성되는 쌍방향 부스터/충전기 회로.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 쌍방향 부스터/충전기 회로는 상기 제어 회로로부터의 제2 제어 신호에 응답하여 출력 전압을 생성하도록 구성되는 쌍방향 부스터/충전기 회로.
  18. 쌍방향 부스터/충전기 회로로서,
    제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성하도록 구성되는 제어기;
    제1 입력/출력 단자;
    제2 입력/출력 단자;
    상기 제1 입력/출력 단자 및 제1 노드에 연결되는 제1 스위치- 상기 제1 스위치는 상기 제1 제어 신호에 의해 제어됨 -;
    상기 제1 노드 및 접지에 연결되는 제2 스위치- 상기 제2 스위치는 상기 제2 제어 신호에 의해 제어됨 -; 및
    상기 제1 노드와 상기 제2 입력/출력 단자 사이에 연결되는 인덕터
    를 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 선택적으로 활성화하여, 상기 쌍방향 부스터/충전기 회로로 하여금, 상기 제1 입력/출력 단자에 인가되는 공급 전압에 응답하여 상기 쌍방향 부스터/충전기 회로가 상기 제2 입력/출력 단자에 제1 전압을 출력하는 충전 모드에서 선택적으로 동작하게 하거나, 또는, 상기 제2 입력/출력 단자에 인가되는 배터리 전압에 응답하여 상기 쌍방향 부스터/충전기 회로가 상기 제1 입력/출력 단자에 제2 전압을 출력하는 방전 모드에서 선택적으로 동작하게 하도록 구성되는 쌍방향 부스터/충전기 회로.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 쌍방향 부스터/충전기 회로로 하여금, AC 라인 신호의 손실 검출에 응답하여 상기 방전 모드에서 동작하게 하도록 구성되는 쌍방향 부스터/충전기 회로.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 쌍방향 부스터/충전기 회로로 하여금, AC 라인 신호의 복구 검출에 응답하여 상기 충전 모드에서 동작하게 하도록 구성되는 쌍방향 부스터/충전기 회로.
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