KR20150046247A - 전기를 제공하고 관리하는 시스템 및 장치 - Google Patents

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Abstract

연결되어 있는 디바이스에 전력을 제공하고 그 에너지 사용을 모니터링하는 시스템 및 디바이스는, 연결된 디바이스의 에너지 사용을 검출하는 구성요소들을 갖는 1 이상의 회로 기판들 및 디바이스에 전기적으로 연결되는 인터페이스를 갖는 유닛을 포함한다. 유닛은 연결된 디바이스 또는 유닛 자체의 상태에 관하여 조정기와 통신한다. 유닛으로부터 수신된 통신에 따라, 조정기는 수신된 데이터를 서버로 중계하고 명령을 기다리거나, 소정 행동을 취하도록 유닛에 즉시 명령한다. 서버가 조정기로부터 데이터를 수신하는 경우, 이는 이러한 데이터를 원격 서버로 보내고 이를 저장하며 이에 기초한 보고들을 발생시키고, 및/또는 동일한 것에 관하여 사용자에게 알린다. 사용자는 시스템을 통해 유닛 또는 디바이스에 명령을 보내도록 선택할 수 있다.

Description

전기를 제공하고 관리하는 시스템 및 장치{A SYSTEM AND APPARATUS FOR PROVIDING AND MANAGING ELECTRICITY}
본 출원은 미국 가출원 제 61/691786호, 제 61/691791호, 제 61/691799호, 제 61/691801호, 및 제 61,781184호의 이익을 주장하며, 이들은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은 전기를 제공하고 관리하는 시스템 및 장치에 관한 것이다.
전기는 현대 생활의 필수적인 부분이다. 개인 주택이든 전문 사무실이든, 전기가 기기(appliance), 툴 및 디바이스에 전력 공급하여 사람들에게 안락하고 편리한 환경을 제공한다. 하지만, 인구가 계속해서 증가함에 따라, 전기의 수요도 증가하고 있다. 이러한 채울 수 없는 수요 및 소비가 어떻게 환경에 영향을 미치고 지속가능성 문제를 야기하는지와 관련하여, 세계 각국의 정부들이 인식을 높이고 에너지 보존 및 효율을 장려하려고 노력하였다.
에너지 보존에 대한 가장 통상적인 접근은 에너지 효율적인 툴 및 기기를 구매하고 사용하는 것이다. 이는 에너지 효율을 장려하기 위한 좋은 시도이지만, 여러 단점들이 존재한다. 첫째로, 이 접근법은 개인의 구매 결정 및 사용 성향에 지나치게 의존한다. 사람들이 에너지를 보존하려는 최선의 의도를 갖고 에너지 효율적인 백열 전구 및 기기를 구매하는 경우에도, 등(light)은 흔히 근무 시간 후에 켜진 채로 있고, 기기는 미사용 시 지속적으로 플러그가 꽂혀서 가동되지 않고 있다. 둘째로, 많은 건물들에서 공동 영역에서의 전기 사용이 필요하지만, 대부분 흔히 최적화되어 있지 않다. 셋째로, 현재에는 비효율적인 지점들을 식별하기 위하여 개별 콘센트(individual outlet) 마다를 기준으로 마이크로 레벨에서, 및 층 또는 건물의 일부분, 또는 층마다와 같은 매크로 레벨에서 에너지 사용을 모니터링하는 방식이 알려져 있지 않다. 이와 유사하게, 문제점들이 식별되는 경우에도, 원하는 결과들을 빠르게 달성하기 위해 사용 패턴을 변경하거나 문제를 해결하도록 패치(patch)를 전달하는 쉬운 방식이 존재하지 않는다.
따라서, 알려진 방법들 및 시스템들의 단점들 및 약점들을 극복하는, 전기를 모니터링하고 관리하는 개선된 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 일반적으로 말하면, 시스템은 사용자가 물리적으로 디바이스 부근에 있지 않은 경우에도 사용자에게 시스템 내의 유닛들에 연결된 디바이스들을 제어할 능력을 제공한다. 예를 들어, 사용자는 휴대폰으로부터 시스템에 로그인하여, 전기 콘센트 유닛에 플러그 연결된 특정한 디바이스의 에너지 사용을 모니터링하거나, 소정 방에 등이 켜 있는지를 보거나, 특정한 방의 천장 선풍기(ceiling fan)의 전력을 조정할 수 있다. 또한, 사용자는 방, 층 등에서의 디바이스에 의한 에너지 소비에 대한 보고들도 볼 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템은 복수의 유닛들을 포함하며, 이들은 유닛들로부터 서버로 데이터를 중계하고 서버로부터 유닛들로 명령들을 중계하는 1 이상의 조정기(coordinator)들과 통신한다. 대안적으로, 조정기들 자체가 유닛들로의 명령들을 개시하고 송신할 수 있다. 바람직하게는, 유닛들은 유닛 자체 또는 유닛에 연결된 디바이스를 자동으로 차단함으로써 과열, 화재 등을 방지하기 위한 안전 메카니즘을 갖는다.
또한, 시스템은 바람직하게는 낭비되는 에너지를 감소시키도록 에너지 절약 프로토콜(energy saving protocol)들을 포함한다. 예를 들어, 시스템은 각각의 디바이스에 제공되고 있는 전류를 조정함으로써 특정한 방 또는 영역의 등 또는 열/공기 컨디셔닝을 자동으로 조정하기 위해 광 센서(light sensor) 또는 열 센서를 사용할 수 있다.
또한, 시스템의 일 실시예는 연기 검출기, 모션 검출기, 일산화탄소 검출기 등으로부터의 경보를 처리하여, 이러한 검출기들이 위치되는 영역에서의 잠재적 위협을 사용자에게 알린다.
시스템의 일 실시예는 디바이스의 예상 에너지 사용 또는 수명을 포함하는 각각의 유닛에 연결된 각각의 디바이스에 대한 정보를 수신하고 추적하며, 이러한 예상으로부터의 편차를 사용자에게 알린다. 그러므로, 디바이스가 제안된 에너지 사용 또는 수명을 만족하지 못하는 경우, 사용자는 제조자에게 알리거나 앞으로 상기 디바이스를 사용하지 않을 수 있다.
유닛의 일 실시예는 구성요소들이 부착되어 있는 복수의 회로 기판들을 포함하여, 전력을 제공하고 연결된 디바이스의 에너지 사용을 검출하며, 유닛의 내부 온도를 감지하고, 유닛 주위의 조건들을 감지 또는 검출하며, 센서 또는 검출기에 의해 수집된 소정 데이터를 처리하고, 조정기와 통신한다. 유닛은 바람직하게는 결함을 검출하면 자동으로 자체 차단하는 안전 메카니즘을 포함한다.
유닛의 일 실시예는 전기 콘센트를 포함하고, 이를 통해 전기 디바이스에 전력 공급할 수 있다. 유닛의 또 다른 실시예는 스위치를 포함하고, 이를 통해 방의 조명 기구(light fixture)들과 같은 디바이스에 의해 소비되는 전력을 조정하거나, 켜거나, 끌 수 있다. 유닛의 또 다른 실시예는 고정물 유닛(fixture unit)을 포함하고, 이를 통해 천장 등 또는 선풍기와 같은 고정물이 그 전력 소스에, 바람직하게는 이러한 고정물의 베이스(base)에 가장 가까운 전력 소스에 연결된다.
본 발명의 일 실시예는 베이스 유닛 및 상호교환가능한 사용자 인터페이스를 갖는 시스템을 제공한다. 사용자 인터페이스는 베이스 유닛에 영구적으로 또는 제거가능하게 부착될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 상이한 플러그 구성들 및 RFI 레벨 요건들을 갖는 나라들에 균일한 전기 콘센트를 제공하는 시스템이다.
본 명세서로부터 본 발명의 다른 목적들 및 장점들이 부분적으로 분명할 것이고 부분적으로 명백할 것이다. 본 발명의 다른 특징들 및 장점들이 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들의 다음 상세한 설명에서 명백해질 것이다.
본 발명의 보다 완전한 이해를 위해, 첨부된 도면과 관련하여 다음 설명이 참조된다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템을 나타내는 다이어그램;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템을 나타내는 다이어그램;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유닛의 분해 사시도;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유닛 및 플러그들의 사시도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유닛 및 다양한 면판(faceplate)의 사시도;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 상호교환가능한 시스템의 사시도;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유닛의 부분분해 사시도;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유닛의 부분분해 사시도;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유닛의 부분분해 사시도;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유닛의 부분분해 사시도;
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 콘센트 유닛의 분해 사시도;
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 유닛의 분해 사시도;
도 13a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정물 유닛의 사시도;
도 13b는 전기 박스(electrical box)로 삽입된 도 13a의 고정물 유닛의 사시도;
도 14는 천장 고정물을 갖는 도 13b의 전기 박스 및 고정물 유닛의 분해도;
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 콘센트 유닛의 블록 다이어그램;
도 16은 도 15의 전기 콘센트 유닛의 측면 사시도;
도 17a는 본 발명의 일 실시예에 따른 면판의 사시도;
도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따른 면판의 사시도;
도 17c는 본 발명의 일 실시예에 따른 면판의 사시도;
도 17d는 본 발명의 일 실시예에 따른 면판의 사시도;
도 17e는 본 발명의 일 실시예에 따른 면판의 사시도;
도 17f는 본 발명의 일 실시예에 따른 면판의 사시도;
도 17g는 본 발명의 일 실시예에 따른 면판의 사시도;
도 17h는 본 발명의 일 실시예에 따른 면판의 사시도;
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 유닛의 블록 다이어그램;
도 19는 도 18의 스위치 유닛의 측면 사시도;
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정물 유닛의 블록 다이어그램; 및
도 21은 도 20의 고정물 유닛의 측면 사시도이다.
시스템 개관. 이제 도면들을 참조하여, 본 발명의 예시적인 소정 실시예들이 설명될 것이다. 도 1 및 도 2가 참조되며, 본 발명의 소정 실시예들에 따른 시스템은 복수의 유닛(100)들, 복수의 조정기(10)들, 라우터(20), 로컬 서버(30), 원격 서버(remote server: 40) 및 복수의 통신 디바이스(50)들을 갖는 것으로 도시된다.
유닛(100)들은 바람직하게는 시설 내의 에너지 소비 디바이스(60)들과 인터페이싱(interface)된다. 예를 들어, 유닛(100)들은 비-제한적인 예시에 의해, 램프, 조명 기구, 기기, 텔레비전, 선풍기(fan), 또는 방, 집 또는 건물 바닥의 다양한 다른 전기 유닛들에 연결될 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 유닛(100)들은 기존 콘센트 및 스위치를 대신하거나, 조명 기구 또는 선풍기 제어부에 설치되어, 바람직하게는 표준 전기 박스에 피팅되도록 설계되고 구성되어, 시설들의 레트로피팅(retrofitting)을 용이하게 할 수 있다.
유닛(100)들은 바람직하게는 다양한 기능들, 예를 들어 유닛에 전기적으로 연결된 여하한의 디바이스의 에너지 사용을 모니터링하는 기능, 디바이스(60)를 켜고 끄는 기능, 적절하다면 이를 디밍(dim)하는 기능, 또는 그 밖에 디바이스를 모니터링하거나 제어하는 기능을 제공한다. 각각의 유닛(100)은 유닛에 전자적으로 연결된 디바이스(60)에 의해 인출(draw)되고 있는 에너지의 양을 모니터링한다. 예를 들어, 디바이스(60)가 2 개의 백열 전구를 갖는 램프이고, 유닛(100)에서의 에너지 사용이 갑자기 이전 사용량의 절반으로 떨어지는 경우, 이는 백열 전구들 중 하나가 끊어지고 교체될 필요가 있음을 나타낼 수 있다. 특정한 기기에 대해 예상되는 것보다 큰 에너지 사용은 기기의 결함을 나타낼 수 있다.
일반적으로, 유닛(100)들은 1 이상의 조정기(10)들로 디바이스(60)에 대해 수집된 데이터를 송신할 수 있다. 예를 들어, 유닛(100)은 규칙적으로 조정기(10)에 디바이스의 에너지 소비에 관한 데이터를 송신할 수 있으며, 또는 디바이스(60)가 갑자기 훨씬 더 크거나 작은 양의 에너지를 인출할 경우, 유닛(100)은 예정된 프로토콜에 관계없이 조정기(10)로 이러한 데이터를 송신할 수 있다.
조정기(10)는 바람직하게는 대부분의, 더 바람직하게는 모든 명령들을 처리한다. 그러므로, 명령들은 서버들(30, 40) 중 하나가 이들을 처리한 경우보다 더 빠르게 처리되고 응답될 수 있다. 소정 시나리오에서, 조정기(10)는 유닛(100)으로부터 데이터를 수신하고, 자체로 이에 응답하여 명령을 송신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 조정기(10)는 유효한 로컬 네트워크 구성 및 보안 제어(security control)들을 갖는다. 그러므로, 조정기(10)는 로컬 보안(local security)을 제어하여, 네트워크에 접속(join)하려고 시도하는 디바이스들의 인증(authenticity)을 보장할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 유닛(100)들의 각각의 트랜스시버(132b)에 바람직하게는 하드웨어 제작 시 고유 MAC(media access contral) 어드레스가 할당되고, 네트워크에 "접속"하는 데 필요하다. 접속은, 인가된 디바이스가 PAN(Personal Area Network)의 멤버가 되도록 허용되는 안전한 프로세스이다. PAN ID가 조정기(10)에 의해 할당되고, 이는 어느 유닛(100)들이 그들의 MAC 어드레스를 통해 네트워크에 허용되는지를 계속 추적한다. 네트워크로부터의 신호들이 유닛(100)의 트랜스시버(132b)에 의해 수신되고 디코딩(decode)된다. 그러므로, 일단 유닛(100)이 네트워크 상에서 검증되면, 명령들 및 데이터의 자유로운 교환(free exchange)을 시작할 수 있다. 또한, 각각의 트랜스시버(132b)에 고유 어드레스를 할당하는 것은 유닛들과 통신하는 경우, 예를 들어 유닛으로부터 데이터를 수신하거나 유닛으로 명령들을 송신하는 경우, 유닛(100)들의 식별을 용이하게 할 수 있다.
시스템은 로컬 서버(30)와 직접 통신하는 1 이상의 조정기(10)들을 가질 수 있다. 대안적으로, 중앙 조정기를 갖는 조정기(10)들의 네트워크에서, 조정기(10)들은 중앙 조정기와 통신하고, 그 후 중앙 조정기가 로컬 서버(30)와 통신한다. 바람직한 실시예에서, 각각의 조정기(10)는 최대 100 개의 유닛(100)들을 관리한다. 조정기(10)에 대한 유닛(100)들의 비율은 원하는 응답 시간 및 보고들의 분량 및 빈도, 시설의 레이아웃, 유닛들에 연결되는 장비의 타입 등과 같은 다양한 인자들에 따라 변할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 건물은 층마다 하나의 조정기(10)를 가져서, 대응하는 층의 모든 유닛(100)들을 관리할 수 있다. 조정기(10)들은 로컬 서버(30)와 직접 통신하거나, 1 이상의 다른 조정기(10)들을 통해 이러한 다른 조정기(10)들을 신호 리피터(signal repeater)들로서 이용하여 통신한다.
또한, 시스템의 유닛(100)들은 유닛(100)들과 조정기(10) 사이에서 브리지(bridge)로서 작용하여 이들 간의 데이터, 명령들 등의 전달을 용이하게 하는 신호 리피터 유닛(500)들을 포함할 수 있다. 리피터 유닛들은 유닛(100)들이 서로로부터, 또는 여하한의 조정기로부터 멀리 위치되는 경우에 사용될 수 있다. 리피터 유닛(500)들은 추가적인 유닛(100)들 또는 정의된 제어 기능들이 없는 변형 유닛(100)들 또는 트랜스시버(132b)를 갖지만 제어 기능들은 제거된 변형 유닛(100)들일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유닛(100)들 및 조정기(10)들은 무선으로 연결되어 무선 네트워크를 생성한다. 유닛(100)들 및 조정기(10)들을 연결하는 무선 네트워크는 바람직하게는 메시 네트워크(mesh network)이고, 이때 각각의 유닛(100)이 신호 리피터로서 기능하며, 조정기(10)는 그 네트워크 내의 모든 유닛(100)들에 대한 제어기이다. 이러한 네트워크는 유닛(100)들과 조정기(10)들 간의 데이터 전송을 용이하게 하는 데 필요한 조정기(10)들 또는 신호 리피터 유닛(500)들의 수를 감소시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 적절한 무선 네트워크의 일 예시는 ZigBee® 기반 무선 프로토콜이다. 일단 이것이 정보를 수신하면, 그 후 조정기(10)가 라우터(20)를 통해 로컬 서버(30)에 무선으로 데이터를 중계한다. 무선 통신 네트워크가 예시되지만, 조정기(10)는 이더넷 연결과 같은 유선 연결을 통해 유닛(100)들, 라우터(20), 및/또는 로컬 서버(30)에 연결될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
유닛(100)들에 의해 수집된 정보 및 데이터는 로컬 서버(30)로 보내진다. 로컬 서버(30)는 제어 및 사용자 어플리케이션 플랫폼들이 실행되는 운영 체제, 바람직하게는 Windows® 또는 Linux®를 실행하고 있으며, 원격 서버(40) 및 다른 통신 디바이스들과 상호작용하도록 웹 서비스를 실행할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 제어 어플리케이션들은 인가(authorization)에 기초하여 시스템의 다양한 레벨들로의 사용자 접근을 승낙하는 콘솔 기반 그래픽 사용자 인터페이스를 포함한다. 예를 들어, 건물 관리자가 전체 건물에 대한 점등 조건(lighting condition)들을 지정하고 제어할 수 있는 한편, 개인은 그들의 사무실 또는 직접적인 작업 영역에서의 제어 기능들로의 접근만을 갖는다.
일 실시예에서, 로컬 서버(30)는 1 이상의 통신 디바이스(50)들을 통해, 유닛(100)으로부터 수신된 데이터 또는 보고, 또는 수신된 데이터에 응답하여 로컬 서버(30)에 의해 생성된 보고 또는 경보를 시스템의 사용자에게 전달한다. 그 후, 사용자는 행동 방침에 대해 결정할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 디바이스(60)가 본의 아니게 켜진 채로 있거나 플러그가 꽂혀 있음을 인지하고, 이를 끄거나 이에 제공되는 전력을 감소시키기를 원할 수 있다. 사용자는 원하는 명령을 로컬 서버(30)로 송신할 수 있으며, 이는 이어서 라우터(20) 및 조정기(10)를 통해 디바이스(60)가 전기적으로 연결되는 유닛(100)에 명령을 중계한다. 사용자가 디바이스(60)를 끄기 바라는 경우, 유닛(100)은 디바이스로 흐르는 전류를 중지시킬 것이다. 사용자가 디바이스(60)에 제공되는 전력의 양을 감소시키기 바라는 경우, 유닛(100)은 그 디바이스(60)로 흐르는 전류를 감소시킬 것이다.
앞서 설명된 바와 같이, 데이터는 WiFi, ZigBee® 기반 무선 프로토콜과 같은 무선 로컬 영역 네트워크를 통해 무선으로, 또는 이더넷 케이블 또는 다른 유선 연결을 통해, 또는 그 조합으로 중계될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 시스템의 실시예들은 무선 네트워크를 언급하지만, 유선 연결 또는 다른 네트워킹 시스템이 본 발명의 범위 내에서 고려된다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 산업 표준 프로토콜이 개발 중인 무선 제어 기기와의 호환성이 본 발명의 범위 내에서 고려된다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 조정기(10) 또는 유닛(100)은 디바이스(60)로 직접 명령을 송신하여 자체로 켜거나 끌 수 있다.
사용자는 행동을 취하기 위해 시스템으로부터의 경보 또는 보고에 회신하지 않아도 된다는 것을 이해하여야 한다. 오히려, 사용자는 언제라도 명령들을 송신하기 위해, 사용자가 로컬 서버(30) 또는 원격 서버(40)와 통신할 수 있는 스마트폰, 컴퓨터, 태블릿, 또는 여하한의 다른 디바이스와 같은 통신 디바이스(50)를 사용할 수 있다. 시스템은 바람직하게는 에너지 소비의 효율성을 장려하지만, 이것이 제공하는 수많은 편의도 존재한다. 예를 들어, 사용자가 스토브 끄기를 잊은 경우, 사용자는 집에 빨리 가기보다는 스토브에 연결된 유닛(100)을 체크하고, 이를 끄라는 명령을 송신할 수 있다. 사용자는 아이들이 잘 시간이 지나서 텔레비전을 보고 있는지, 또는 컴퓨터를 사용하는지 등의 여부를 모니터링하고, 이것들을 원격으로 차단할 수 있다. 스프링클러가 소정 시간에 행해질 예정이지만 비가 오는 경우, 사용자는 유닛(100)에 스프링클러를 끄라고 명령하기 위해 통신 디바이스(50)를 사용할 수 있다. 사용자가 더운 날에 집에 도착하기 전에 그의 집을 시원하게 하기 원하는 경우, 그는 제공되는 전력의 양을 조정함으로써 원하는 설정에서 에어 컨디셔닝 유닛 또는 선풍기를 켤 수 있다. 이 작업들의 일부를 원격으로 수행하기 위해 현재 이용가능한 시스템들이 존재할 수 있지만, 본 발명의 실시예는 디바이스들이 전기적으로, 또는 유선 또는 무선 통신 연결에 의해 연결되는 한, 전부는 아니더라도 대부분의 디바이스들을 제어하는 시스템을 제공한다.
시스템은 조건이 만족되는 경우 소정 행동이 취해져야 하는 다양한 설정들을 가질 수 있다. 이러한 설정의 일 예시에서, 유닛(100)이 90 % 이하의 역률(power factor)을 갖는 디바이스를 검출하는 경우, 유닛(100)은 조정기(10)에 알리고, 이는 그 후 로컬 서버(30)에 데이터를 중계하며, 이는 통신 디바이스(50)를 통해 사용자에게 통지한다. 사용자는 유닛(100)에게 디바이스를 끄라고, 또는 그대로 두라고 요청할 수 있다. 동일한 시스템 설정은, 유닛(100)이 75 % 이하의 역률을 갖는 디바이스를 검출하는 경우에, 유닛(100)이 사용자로부터의 지시를 기다리지 않고 즉시 디바이스를 꺼야 한다고 규정할 수 있다. 시스템 설정의 또 다른 예시는 디밍을 위한 디폴트 시간, 예를 들어 30 초를 갖는 것을 포함한다. 에너지 절약 모드, 유닛 고장 모드, 및 네트워크 실패의 경우 디폴트 동작과 같은 다양한 다른 설정들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 램프 또는 조명 기구에 연결된 유닛(100)은, 60 초 이상 네트워크 실패 및 유닛(100)이 조정기(10)와 통신할 수 없는 경우 등을 켜도록 프로그램될 수 있다.
바람직하게는, 몇몇 유닛(100)들은 접지 및 아크 사고들, 및 과열이 검출되고, 바람직하게는 조정기(10) 또는 로컬 서버(30) 또는 원격 서버(40)로부터의 사용자 입력 또는 명령들 없이 유닛 레벨에서 처리될 수 있도록 안전 디바이스들을 갖는다. 예를 들어, 유닛(100)은 이러한 상태들을 검출하고 조정기(10)에 알리도록 센서들을 포함할 수 있다. 조정기(10)는 바람직하게는 정보를 처리하고, 적절하다고 판단되면 유닛(100)에게 즉시 차단하라고 명령하도록 설계되고 프로그램된다. 이는 무슨 행동을 취해야 하는지를 결정하기 위해 서버 및/또는 사용자와 통신할 필요성을 제거함으로써 응답 시간을 빠르게 하기 위해 바람직할 수 있으며, 초(second)의 차이는 화재 발생 여부에 중대할 수 있다. 대안적으로, 유닛(100)은 이러한 사고 또는 과열 시, 조정기(10)로부터의 명령을 기다리지 않고 자동으로 자체 차단하는 메카니즘을 가질 수 있다.
로컬 서버(30)에 추가하여, 또는 대안예로서 원격 서버(40)가 시스템에 포함될 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 로컬 서버(30)는 유닛(100)으로부터 수신된 데이터를 분석하고, 사용 분석 보고들과 같은 보고를 생성한다. 그 후, 이는 수신된 데이터, 분석 및/또는 그 유닛(100)에 대해 생성된 보고(집합적으로, "유닛 데이터")를 원격 서버(40)로 송신한다. 원격 서버(40)는 인터넷을 통해 연결된 클라우드 서버일 수 있으며, 이는 어플리케이션 특정 디자인(application specific design) 선택의 문제로서 인터넷 또는 다른 수단을 통한 접근을 위해 유닛 데이터를 저장한다. 또한, 원격 서버(40)는 주기적인 보고 및 에너지 절약 정보와 같은 보고들을 분석하고 처리할 수 있다.
일단 유닛 데이터가 송신되면, 로컬 서버(30)는 정기적으로 유닛 데이터를 국부적으로 자유롭게 삭제할 것이며, 이는 응답 시간을 빠르게 하고 로컬 서버(30)에 필요한 저장소를 감소시킬 수 있다. 하지만, 시스템은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 로컬 또는 원격인 단 하나의 서버, 다수 로컬 서버들, 다수 원격 서버들, 또는 필요에 따라 여하한의 대체 구조를 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 시스템이 원격 서버(40) 없이 로컬 서버(30)를 갖는 경우, 모든 시스템 명령들 및 데이터 기능들은 로컬 서버(30)에서 이용가능하므로, 시스템은 그 방화벽의 경계 내에 포함될 수 있다. 따라서, 응답 및 보안의 레벨이 개선될 수 있다. 추가적으로, 시스템은 인터넷 연결이 없는 경우에도 백업되고 저장되어 있는 보고 및 데이터를 포함하여, 충분히 기능적으로 유지될 것이다. 하지만, 시스템의 크기에 따라 큰 저장소가 요구되기 쉽고, 이는 보다 작은 시설들에게 부담이 될 수 있다. 몇몇 시설들은 로컬 서버(30) 없이 원격 서버(40)를 갖는 시스템을 선호할 수 있지만, 이러한 구성은 응답 시간을 지연시킬 수 있다. 따라서, 로컬 서버(30)들 및/또는 원격 서버(40)들의 수는 필요에 따라 변할 수 있다.
유닛들. 유닛(100)들은 일반적으로 1 이상의 기판(102)들을 포함한다. 유닛(100)들은 선택적으로 전면 패널(front panel: 120) 및 면판(170)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 유닛(100)은 예를 들어 3 inch × 2 inch × 2.5 inch의 치수를 갖는 하우징의 단일 갱(gang) 전기 박스 내부에 피팅되도록 구성되고 설계된다. 전면 패널(120) 및 면판(170)이 유닛(100)에 포함되는 경우, 전면 패널(120)은 바람직하게는 시트록(sheetrock)과 같은 주위 벽 재료에 의해 생성된 깊이에 매칭하도록 부분적으로 전기 박스의 외부에 위치되고, 면판(170)은 전기 박스에 대해 개방된 벽을 덮는다.
기판들. 바람직하게는, 기판(102)들은 인쇄 회로 기판(PCB), 브레드보드, 스트립 보드(strip board), 또는 구성요소들을 전기적으로 연결하기에 적절한 다른 구조체와 같은 회로 기판들이다(본 명세서에서, 집합적으로 "회로 기판"이라고 칭해짐). 기판(102)들은 제 1 기판(130) 및 제 2 기판(140)을 포함할 수 있다. 예시된 실시예들은 2 개의 기판(130, 140)을 나타내지만, 유닛(100)은 어플리케이션 특정 디자인 선택의 문제로서 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 하나의 기판 또는 2 개보다 많은 기판을 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
제 1 기판(130) 및 제 2 기판(140)은 바람직하게는 커플링 메카니즘, 예를 들어 1 이상의 인서트 또는 스레드 스탠드오프(threaded standoff)에 의해 물리적으로 결합된다. 전면 패널(120)과 기판들(102) 또는 면판(170) 사이의 커플링 메카니즘들은 동일할 수 있으며, 또는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 상이할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
제 1 기판(130) 및 제 2 기판(140)은 일반적으로 전기 커넥터들(105 및 106)을 포함하고, 이는 제 1 기판(130)을 제 2 기판(140)에 전기적으로 연결한다. 이 전기 커넥터들은 바람직하게는 8-핀 헤더(eight-pin header)이며, 기판들(102)의 각 단부에 위치된다.
제 1 기판. 일반적으로, 제 1 기판(130)은 유닛(100)의 기능들을 수행하는 회로를 포함한다. 예를 들어, 제 1 기판은 MCU(Micro Controller Unit: 132a) 및 명령들을 수신하고 디코딩하는 RF 트랜스시버(132b)를 포함하는 복수의 구성요소들을 포함할 수 있다. 또한, 제 1 기판(130)은 GFI 제어기(132c), AFI 제어기(132d), 프로그램 플래시(program flash: 132e), 안테나(132f) 및 에너지 모니터링 디바이스(132g)와 같은 다른 구성요소들도 포함할 수 있다. 이 제 1 구성요소들은 어플리케이션 특정 디자인 선택의 문제로서 외부에 제공되거나, 통합될 수 있다. 예를 들어, 안테나(132f)가 제 1 기판(130)에 통합되거나, 외부에 제공될 수 있다.
MCU(132a)는 제어 명령들을 대부분 또는 모두 처리하고, 복수의 기능들을 수행한다. MCU(132a) 및 트랜스시버(132b)는 도 3에 나타낸 바와 같이 분리될 수 있으며, 또는 단일 회로로 통합될 수 있다. MCU(132a) 및 트랜스시버(132b)가 별도 구성요소들인 경우, 이들 간의 통신들은 바람직하게는 직렬 주변장치 인터페이스 버스(SPI)에서 발생한다.
또한, MCU(132a)는 바람직하게는 조정기(10)로부터의 프로그래밍 또는 시스템 업데이트들을 수신함으로써 OTA(over-the-air) 프로그램될 수 있다. 또한, MCU(132a)는 프로그램 플래시를 통한 복구를 위해 구성 파라미터들 및 현재 상태들을 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 또한 에너지 모니터링 디바이스(132g)가 포함되며, 이는 바람직하게는 전압 및 전류 흐름을 측정하고 기록하며, 시간 주기에 걸쳐 유효 및 겉보기 에너지 사용을 계산하는 전용 집적 회로이다. 에너지 모니터링 디바이스(132g)는 SPI를 통해 MCU(132a)와 통신할 수 있다.
에너지 정보에 추가하여, MCU(132a)는 온도 정보를 수신하고 처리하며, 조건 하에서의 준수를 위해 온도 정보를 모니터링할 수 있다. 조건들이 준수되지 않는 경우, MCU(132a)는 비활성화하라는 명령을 송신할 수 있다. 또한, 전류 흐름 및 온도는 MCU(132a)에 의해 모니터링되고 제한될 수도 있다. 또한, MCU(132a)는 적절히 디지털 또는 다른 디스플레이에 대한 상태 표시기들을 발생시킬 수 있다.
RF 트랜스시버(132b)는 MCU(132a)에 대한 명령들을 수신하고 디코딩하며, MCU(132a)로 하여금 나머지 시스템과, 예를 들어 조정기(10)와 통신하게 한다. 트랜스시버(132b)의 추가적인 역할은 조정기(10)와의 통신들의 장기적 손실 시 MCU(132a)에게 알리는 것일 수 있다. 그 후, MCU(132a)는 이 상태를 나타내고 대처하도록 적절한 행동을 취할 수 있다.
제 1 기판(130)은 면판(170)을 통해 볼 수 있거나 그 외부에 있는 가시적 상태 표시기(visible status indicator), 예를 들어 LED 표시기를 포함할 수 있다. LED 표시기는 유닛(100)의 상이한 상황을 각각 나타내는 복수의 컬러들 또는 상태들을 가질 수 있다. 예를 들어, LED가 꺼진 경우, 이는 유닛(100)이 오프라인이라는 것을 나타낼 수 있다. 적색 LED는 고장을 나타낼 수 있고, 깜박이는(flashing) 적색 LED는 긴박한 고장을 나타낼 수 있다. 녹색 LED는 유닛(100)이 온라인이고, 제대로 작동 중이라는 것을 나타낼 수 있고, 깜박이는 녹색 LED는 유닛(100)이 네트워크에 접속하거나 재접속하려고 시도 중인 것을 나타낼 수 있다.
광 센서, 실온 센서, 모션 센서 및 일산화탄소 센서 등과 같은 다양한 환경 센서들이 선택적으로 제 1 기판(130)에 통합될 수 있다. 그 기능들에 따라, 이 센서들은 면판(170)에 대응하는 어퍼처(aperture)들을 가질 수 있거나, 갖지 않을 수 있다.
제 2 기판. 제 2 기판(140)은 바람직하게는 나사 단자(screw terminal: 144)들, 전력 공급기(145), 및 다양한 전력 감지 및 제어 메카니즘들을 포함하는 복수의 구성요소들을 포함한다. 비-제한적인 예시에 의해, 복수의 제 2 구성요소들은 전압 억제/전력 컨버터 디바이스(142a), 전류 감지 코일(142b)들, 제어 릴레이(142c), 트라이액(triac: Triode for Alternating Current) 디밍 제어 드라이버(142d)들, 및 열 센서(146c)를 포함할 수 있다.
제 2 기판(140)은 바람직하게는 제어 릴레이(142c)를 포함하고, 이는 본선(mains)으로부터 부하(load)의 연결을 끊기 위해 설계된 보통 때는 개방인 DPDT(double pole double throw) 기계적 릴레이이다. 제어 릴레이(142c)는, 릴레이 드라이버 회로를 비활성화하거나 활성화하라는 신호를 발생시키는 MCU(132a)로부터의 고장 신호들 또는 네트워크에 걸쳐 송신된 통상적인 on/off 명령들에 응답할 수 있다. 고체 버전의 릴레이가 본 발명의 범위 내에서 고려된다는 것을 이해하여야 한다.
또한, 제 2 기판(140)은 디밍 제어 드라이버(142d) 및 디밍 제어 트라이액(142e)을 포함하는 트라이액 회로를 포함할 수 있다. 디밍 제어 드라이버(142d)는 바람직하게는 트라이액 디머 제어부(114)를 구동하기 위해 MCU(132a)로부터의 제어 신호를 증폭시키고 전환시키는 집적 회로이다. 디밍 제어 트라이액(114)은 바람직하게는 두 방향으로 전류의 제어된 전도가 가능한 반도체 디바이스이며, 그러므로 트라이액들은 교류 디밍 어플리케이션들에서 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 트라이액은 트리거라 하는 디바이스의 게이트 단자에 제공되는 전압 펄스에 의해 제어된다. 이 트리거 펄스가 교류 사이클의 시작과 동기되는 경우, 디바이스는 사이클의 전체 또는 일부분에 전도되도록 할 수 있다. 트리거 펄스의 타이밍을 지연시킴으로써, 전압 및 전류 파형의 듀티 사이클이 부하에 제한되어, 디밍 효과를 생성한다.
게이트 펄스의 타이밍 및 지속 시간은 바람직하게는 MCU(132a)에 의해 발생된다. MCU(132a)는 교류 사인파의 각 영점 교차(zero crossing)에 발생되는 싱크 펄스(sync pulse)를 수신할 수 있다. 이 펄스는 내부 타이머를 시작하고, 이는 이어서 지정된 디밍의 레벨을 생성하는 데 필요한 사이클 내의 시간에 트리거를 발생시킨다. 보다 짧은 타이밍이 디밍 제어 트라이액(114)으로 하여금 사이클에서 보다 오래 전도되게 하므로, 더 적은 디밍을 생성한다. 트리거 지연 시간을 증가시키는 것이 더 큰 디밍 효과를 생성한다.
제 2 기판(140)은 바람직하게는 히트 싱크(heat sink: 112)를 포함한다. 히트 싱크(112)는 바람직하게는 100 ℃ 이하의 케이스 온도를 유지하면서, 환경에서 디밍 제어 트라이액(114)의 최대 전력을 완전히 소모(dissipate)할 수 있다. 비-제한적인 예시에 의해, 유닛(100)의 최대 전력이 디밍 제어 트라이액(114)에 대해 23 와트인 경우, 히트 싱크(112)에 대한 열 저항은 바람직하게는 2.1 ℃/와트 이하이다. 히트 싱크(112)는 제 1 기판(130)으로부터 멀리 제 2 기판(140)의 후면에 장착될 수 있으며, 또는 이는 제 2 기판(140)으로부터 분리된 부품일 수 있다.
일반적으로, 전기는 제 2 기판(140)의 나사 단자(144)들을 통해 전력 공급기(145)로부터 유닛(100)에 들어간다. 유입 시, 전압 억제/전력 컨버터 디바이스(142a)에 의해 전력이 컨디셔닝된다. 전압 억제/전력 컨버터 디바이스(142a)는 본선에 반사되는 RFI(Radio Frequency Interference)의 양을 감소시키도록 설계된다. 내부 디밍 회로들을 갖는 디바이스들이 많은 양의 간섭을 발생시킬 수 있고, 많은 나라들이 디밍 디바이스에 의해 발생된 RFI의 규모에 대한 제어를 필요로 한다. 그러므로, RFI 레벨을 감소시키는 것이, 더 바람직하게는 전기 조명 및 유사한 장치(Electrical Lighting and Similar apparatus)에 대한 EU(European Union) 요건들 - EN55015를 만족하거나 능가하는 것이 바람직하다.
전압 억제/전력 컨버터 디바이스(142a)는 금속 산화물 배리스터(MOV)일 수 있다. 문헌은 모든 라인 트랜션트(transient)의 80 %가 1 내지 10 ㎲의 지속 시간 및 1.2 kV까지의 진폭을 갖고, 이는 하루에 10 번 이상 발생한다는 것을 나타낸다. 그러므로, MOV 디바이스는 바람직하게는 시간에 걸쳐 큰 저하 없이 이 트랜션트를 흡수할 수 있는 전압 및 에너지 정격(rating)을 갖는다. MOV는 바람직하게는 약 400 볼트의 클램프 전압을 갖는 연속 300 볼트 AC 정격이다. 바람직하게는, 에너지 정격은 적어도 50 내지 75 줄이다.
일 실시예에서, 전압 억제/전력 컨버터 디바이스(142a)는 스위칭 레귤레이터를 포함하고, 이는 본선의 높은 AC 전압을 더 낮은 DC 공급 전압으로 변환하여, 전력 공급한다. 바람직하게는, 스위칭 레귤레이터는 5 볼트 및 3.3 볼트를 발생시킬 수 있다.
저전압 스위칭 레귤레이터로부터 요구되는 총 전류는 약 800 ma이고, 출력 전류는 1 암페어일 수 있다. 전력 컨버터 스위칭 레귤레이터의 전류 요건들을 감안하면, 회로 구성을 선택하기 전에 고려할 수 개의 다른 인자들이 존재한다. 첫째로, 레귤레이터는 바람직하게는 본선으로부터 직접 인터페이싱되어, 공간을 차지하고 상이한 전압 구성들에 대한 개별화(personalization)를 필요로 할 수 있는 부피가 큰 변압기(bulky transformer)의 필요성을 제거한다. 둘째로, 레귤레이터의 출력은 바람직하게는 절연되지 않고, 따라서 내부 절연 변압기 및 이와 연계된 비용 및 영역을 필요없게 한다. 셋째로, 요구되는 높은 전류들을 감안하면, 레귤레이터 디바이스는 바람직하게는 전력을 소모하도록 히트 싱크(112)에 장착된다. 이 인자들 중 일부 또는 전부가 스위칭 레귤레이터의 최종 출력 사양들을 결정하는 데 작용할 수 있다. 또한, 전압 억제/전력 컨버터 디바이스(142a)는 MCU 및 무선 네트워크 무선 구성요소들에 대해 +5 볼트를 +3.3 볼트로 변환하도록 LDO(low-dropout) 레귤레이터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 유닛(100)으로 통합되는 수 개의 안전 특징부들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 수 개의 안전-관련 검출기들이 유닛(100)으로 통합된다. 예를 들어, 제 2 기판(140)은 선택적으로 내부 열 센서(146c)를 포함할 수 있으며, 이는 바람직하게는 과부하를 검출한다. 또한, 전류들을 모니터링하는 2 개의 전류 감지 코일(142b)들이 제 2 기판(140)에 포함되어, 제 1 기판(130) 상의 GFI(Ground Fault Interrupter) 제어기(132c) 및 AFI(Arc Fault Interrupter) 제어기(132d)에 신호들을 송신할 수 있다. 일반적으로, GFI 회로는 콘센트로의 물체의 우발적 삽입 또는 고장 기기로부터의 감전으로부터 사람들을 보호할 수 있다. AFI 회로는 동작 전류 및 스파이크와 같은 비정상적인 회로 상태들을 검출할 수 있다.
일반적으로, 제 1 기판(130) 상의 GFI 제어기(132c)는 본선의 하이 라인(high line) 및 중성 라인(neutral line)에서의 전류 흐름을 모니터링하기 위해 제 2 기판(140) 상의 2 개의 감지 코일(142b)을 이용한다. 이 신호들은 집적 회로에서 증폭되고, 이는 차동 전류가 4 내지 5 ma를 초과하는 경우에 고장 신호를 내보낸다. GFI 제어기(132c)가 핫(hot)으로부터 중성으로 흐르는 전류의 양을 모니터링할 때, 바람직하게는 이는 4 또는 5 밀리암페어만큼 작은 불일치를 감지할 수 있고, 밀리초 단위로 반응할 수 있으며, 따라서 피해가 발생하기 전에 위험한 조건을 제거한다. 여하한의 불균형이 존재하는 경우, GFI 제어기(132c)로부터 MCU(132a)로 신호가 송신되며, 이는 제어 릴레이(142c)를 트리핑(trip)하고 회로에 대한 구동을 제거한다.
또한, AFI 제어기(132d)는 감지 코일들(142b)로부터의 신호들을 이용하고, 동작 전류에서의 스파이크와 같은 비정상적인 회로 상태들을 검출할 수 있다. 이 스파이크들은 느슨한 연결 또는 손상된 와이어에 의해 야기될 수 있다. 이 상태들은 에너지를 낭비할 뿐 아니라, 결국 과열 및 화재를 야기할 수 있다. 전류 흐름을 모니터링하고 상태의 변화들을 분석함으로써, AFI 제어기(132d)는 비정상적인 상태들이 다시 발생하는 경우에 위험을 완화하도록 MCU(132a)를 통해 제어 릴레이(142c)를 트리핑하게 할 수 있다.
또한, 제 2 기판(140)은 열 센서(146c), 예를 들어 온도 센서 회로를 포함할 수 있다. 열 센서(146c)는 히트 싱크(112)에 부착될 수 있다. 열 센서(146c)를 통해, MCU(132a)는 내부 온도를 모니터링하고, 최대 작동 온도 예를 들어 90 ℃가 초과되는 경우에 고장 신호를 보낼 수 있다. 이 상태는 안전 대책으로서 제어 릴레이(142c)를 비활성화하고, 시스템에 경보를 보낼 것이다. 또한, MCU(132a)는 현재 작동 상태들에 기초하여 예상 온도를 모니터링하고, 과도한 경우에 경보 신호를 보낸다.
면판. 또한, 유닛(100)은 면판(170)을 포함하고, 이는 유닛(100)을 미적으로 만족스럽게 만드는 한편, 유닛(100)의 다른 구성요소들을 보호하도록 커버를 제공할 수 있다. 면판은 원하는 용도에 따라 상이한 재료들로 설계되고 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 면판(170)은 종래의 소켓들에 사용된 바와 같은 플라스틱 재료로 만들어질 수 있다. 면판(170)은 어퍼처들을 포함하는 수용부(receiving portion: 172)들을 가질 수 있으며, 이는 전면 패널(120)의 수용부들에 대응할 수 있거나, 대응하지 않을 수 있다. 이 어퍼처들의 구성은 상이한 핀 구성들을 갖는 상이한 타입의 전기 플러그들을 수용하기 위해, 그 장소의 전기 시스템(the location's electric system)에 의존한다.
전면 패널. 전면 패널(120)은 바람직하게는 디바이스(60)가 유닛(100)에 전기적으로 연결되는 인터페이스이며, 전기 박스 외부의 제 1 기판(130)과 면판(170) 사이에 위치된다. 대안적으로, 유닛(100)은 면판(170) 없이 전면 패널(120)을 포함할 수 있다. 면판(170) 및 전면 패널(120)은 별도의 부품들이거나, 단일 부품으로 통합될 수 있다. 또한, 전면 패널(120) 및 제 1 기판(130)은 커플링 메카니즘에 의해, 예를 들어 1 이상의 인서트 또는 스레드 스탠드오프에 의해 물리적으로 결합될 수 있다. 전면 패널(120) 및 제 1 기판(130)은 바람직하게는 전선들에 의해 전기적으로 연결된다. 면판(170)과 전면 패널(120) 간의, 및 전면 패널(120)과 제 1 기판(130) 간의 커플링 메카니즘들은 동일할 수 있으며, 또는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 상이할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 추가적으로, 전면 패널(120)은 도 4 내지 도 8에 나타낸 바와 같이 전기 박스(600) 내에 완전히 또는 부분적으로 피팅되도록 구성되고 배치될 수 있다.
전면 패널(120)은 1 이상의 수용부(122)들을 포함할 수 있다. 특정한 어플리케이션 및 디자인에 따라, 수용부(122)들의 구성은 적용가능한 경우 면판(170) 상의 수용부(172)들과 대응하고 정렬된다. 수용부(122)들은 디바이스가 유닛(100)에 전기적으로 연결될 수 있도록, 부착되는 디바이스에 전력이 제공될 수 있게 하는 케이블, 플러그, 코드 또는 다른 수단을 수용하는 역할을 한다. 비-제한적인 예시에 의해, 수용부(122)들은 다양한 디바이스들 또는 장치들에 연결되도록 구성되고 배치될 수 있다. 예를 들어, 수용부(122)들은 전원 플러그 콘센트, USB(Universal Serial Bus) 포트, 미니-USB 포트, 마이크로-USB 포트, HDMI 포트, 이더넷 잭, 및 전화선 잭일 수 있다. 수용부(122)들은 어플리케이션 특정 디자인 선택의 문제로서 원하는 코드, 디바이스 등을 수용하도록 구성되고 배치된 여하한의 포트 또는 잭을 포함할 수 있으며, 본 명세서에 제공된 예시들에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 대안적으로, 이러한 포트들 또는 잭들 중 1 이상이 어플리케이션 특정 디자인 선택의 문제로서 기판들(102) 중 하나 또는 면판(170)으로 통합될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 포트들 또는 잭들이 본선으로부터 격리되어, 동일한 박스 내에서 고전압 및 저전압 배선의 혼합(mixing)을 회피한다.
또한, 전면 패널(120) 또는 제 1 판(130)은 광 센서, 실온 센서, 모션 센서, 및 일산화탄소 센서와 같은 다양한 환경 센서들을 포함할 수 있다. 그 기능들에 따라, 이 센서들은 면판(170) 및/또는 전면 패널(120) 상에 대응하는 어퍼처들을 가질 수 있거나, 갖지 않을 수 있다. 광 센서는 주변 광을 감지하고, 소정 레벨의 조도(illumination)를 유지하면서 에너지 소비를 최적화하는 시스템의 조정들을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 방으로 많은 햇빛이 들어오는 경우, 시스템은 소정 레벨의 조도를 달성하기 위해 유닛(100)들에 연결된 등을 디밍할 수 있다. 하루가 진행하고 햇빛이 증가하거나 감소할 때, 등의 밝기가 이에 따라 조정되어 원하는 레벨의 조도를 유지할 수 있다. 이러한 시스템은 자연광의 사용을 최대화하고, 낭비되는 빛에 낭비되고 있는 에너지를 없앨 수 있다.
광 센서는 바람직하게는 100 배의 휘도(luminance) 변화 범위, 예를 들어 0.02 mw/㎠로부터 2 mw/㎠까지를 검출할 수 있다. 실온 센서는 바람직하게는 스위치가 위치되는 공간 또는 방의 온도를 검출하고 보고한다. 바람직하게는, 효과적인 온도 범위는 화씨 0 내지 100 도이다. 또한, 실온 센서는 HVAC(난방, 환기 및 공기 조화) 시스템들을 인터페이싱하고 제어하는 데 사용될 수 있다. 모션 센서는 바람직하게는 움직임을 검출하고 검출된 움직임의 시간 및 날짜를 보고한다. 따라서, 시스템은 장소에 대한 커스텀 프로파일(custom profile)들을 개발할 수 있고, 이는 습관 및 실행의 예상을 용이하게 할 수 있다. 모션 센서는 바람직하게는 수직 및 수평으로 약 10 m 이상의 검출 거리, 및 약 100 도 이상의 검출 각도를 갖는다. 일산화탄소 센서는 바람직하게는 1 ppm 내지 10,000 ppm을 검출할 수 있고, 즉시 경보를 위한 내부 알람을 포함하며, 조정기에 통지하고, 바람직하게는 안전 및 보안 에이전트들에게 연결한다. 바람직하게는, 일산화탄소 센서는 60 초 이하의 응답 시간을 갖는다. 여하한의 센서들은 유닛(100)의 일부로 형성될 수 있으며, 또는 형성되지 않을 수 있다. 대안적으로, 이 센서들 중 1 이상은 수용부(122)들 중 1 이상을 통해 유닛(100)에 연결될 수 있다.
또한, 전면 패널(120)은 면판(170) 외부에서, 또는 이를 통해 볼 수 있는 가시적 상태 표시기, 예를 들어 LED 표시기를 포함할 수 있다. LED 표시기는 유닛(100)의 상이한 상황을 각각 나타내는 복수의 색들 또는 상태들을 가질 수 있다. 예를 들어, LED가 꺼진 경우, 이는 유닛(100)이 오프라인이라는 것을 나타낼 수 있다. 적색 LED는 고장을 나타낼 수 있고, 깜박이는 적색 LED는 긴박한 고장을 나타낼 수 있다. 녹색 LED는 유닛(100)이 온라인이고, 제대로 작동 중이라는 것을 나타낼 수 있고, 깜박이는 녹색 LED는 유닛(100)이 네트워크에 접속하거나 재접속하려고 시도 중인 것을 나타낼 수 있다. 바람직하게는, 동일한 기판들(102) 및 다른 연계된 구성요소들이 상이한 전압들의 본선을 갖는 다양한 나라들에서 사용될 수 있다. 더 바람직하게는, 도 3 내지 도 6에 예시되고 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 다양한 나라들의 플러그들을 수용할 수 있는 수용부(122)들을 제공함으로써, 동일한 전면 패널(120)이 상이한 나라들에서 사용된다. 따라서, 면판(170)만이 필요에 따라 국가의 표준 전기 플러그를 수용하기 위해 국가-특정적(country-specific)이어야 할 것이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 유닛(100)은 면판(170) 없이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판들(102)은 원하는 기능을 제공하기 위해 접촉부(contact), 인터페이스, 구성요소 등을 갖는 다양한 전면 패널(130)과 사용될 수 있으며, 따라서 상호교환가능한 전면 패널(130)들의 시스템을 제공한다. 이러한 시스템에서, 동일한 기판들(102)은 천장 선풍기와 같은 고정물의 베이스에, 등 스위치들의 장소에, 및 건물의 전기 콘센트에 설치될 수 있다. 그 후, 명시된 유닛(100)의 원하는 용도에 따라, 적절한 전면 패널(120)이 여기에 연결될 수 있다. 예를 들어, 전력 콘센트 인터페이스를 갖는 전면 패널이 알람 시계, 램프 등을 플러그 연결하는 침대에 의해 제공될 수 있다. 대안적으로, 사용자가 콘센트 대신에 거기에 스위치가 위치되기를 원하는 경우, 스위치 인터페이스를 갖는 전면 패널이 전력 콘센트 인터페이스 대신에 제공될 수 있다.
유아의 방에서는, 지면 위로 보다 높이 전력 콘센트 인터페이스를 갖는 전면 패널을 배치하여, 유아가 이를 손대지 못하게 하는 것이 바람직할 수 있다. 유아의 방 바닥에 가까운 전기 박스들은 여하한의 수용부(122)들이 없는 전면 패널(120)들을 가져서, 유아의 감전을 방지하도록 도울 수 있다. 그 대신, 전면 패널(120)들은 유아를 모니터링하는 카메라를 가질 수 있다. 여하한의 모든 전면 패널(120)들이 어플리케이션 특정 디자인 선택의 문제로서, 필요에 따라 카메라를 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 바람직하게는, 전면 패널(120)의 제거 및 부착은 사용자가 새로운 설치를 필요로 하지 않고 필요에 따라 전면 패널(120)들을 재배치하기에 충분히 간단하다.
대안적으로, 도 5 및 도 6에 나타낸 본 발명의 일 실시예는 단지 면판(170)을 특정한 용도를 위한 면판(170)으로 교체함으로써 기판들(102) 및 전면 패널(120)이 다양한 사용에 적절한 시스템을 제공한다. 또한, 유닛(100)은 도 5, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이 1 이상의 전면 패널(120)을 포함할 수 있다. 나타낸 실시예에서는, 제 2 전면 패널(120a)이 전기 박스(600) 외부에서 전면 패널(120)에 연결된다. 이러한 구성은 전면 패널(120)이 전기 박스(600) 내에 피팅되는 실시예들에서 바람직할 수 있다. 나타낸 바와 같은 제 2 전면 패널(120a)은 플러그-수용부(122a), USB(Universal Serial Bus) 포트(122b), 미니-USB 포트(122c), HDMI 포트(122e), 이더넷 잭(122f), 및 전화선 잭(122g)과 같은 추가 수용부들에 대한 공간(room)을 제공한다. 또한, 나타낸 실시예에서 제 2 전면 패널(120a)은 스피커(124)를 포함하고, 이를 통해 사용자가 유닛(100)이 위치되는 방 안의 누군가에게 말할 수 있다.
또한, 유닛(100)은 방 안의 사람이 사용자에게 말할 수 있는, 또는 사용자가 방에서 일어나고 있는 것을 들을 수 있는 마이크로폰을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유닛(100)이 아기 방에 있는 경우, 또 다른 지역 또는 나라에 사는 조부모가 시스템에 로그인하여 아기를 보고 듣고 아기에게 말할 수도 있으며, 모두 유닛(100)을 통한다. 유닛(100)이 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이 LCD 스크린과 같은 스크린을 갖는 인터페이스를 포함하는 경우, 아기가 조부모의 얼굴을 보고 조부모와 상호작용할 수 있다. 이와 유사하게, 유닛(100)은 인터넷 연결을 통해 네트워크 외부의, 또는 로컬 네트워크를 통해 동일한 시설 내의 누군가와 영상 채팅(video-chat)하는 수단으로서 사용될 수 있다.
또한, 전면 패널(120)은 전화, 휴대폰 또는 태블릿과 같은 디바이스들을 연결하고 전력 공급하는 도킹 후크(docking hook) 또는 다른 연결 메카니즘을 포함하여, 연결된 디바이스의 표면을 유닛(100)에 대한 인터페이스 제어부로 바꿀 수 있다.
유닛(100)들의 비-제한적인 예시들은 도 11 내지 도 14에 나타낸 바와 같이, 전기 콘센트 유닛(200), 스위치 유닛(300) 및 고정물 유닛(400)을 포함한다. 유닛(들)(100)은 여하한 또는 모든 전기 콘센트 유닛(200), 스위치 유닛(300) 및 고정물 유닛(400)을 언급한다는 것을 이해하여야 한다. 이와 유사하게, 유닛(100)들의 구성요소(들)는 전기 콘센트 유닛(200), 스위치 유닛(300) 및 고정물 유닛(400)의 대응하는 구성요소(들)를 언급한다. 예를 들어, 후면 패널(들)(110)은 여하한 또는 모든 후면 패널들(210, 310, 410)을 언급한다; 전면 패널(들)(120)은 여하한 또는 모든 전면 패널들(220, 320, 420)을 언급한다; 기판들(102)은 여하한 또는 모든 기판들(202, 302, 402)을 언급한다; 제 1 기판(들)(130)은 여하한 또는 모든 제 1 기판들(230, 330, 430)을 언급한다; 제 2 기판(들)(140)은 여하한 또는 모든 제 2 기판들(240, 340, 440)을 언급한다; 면판(들)(170)은 여하한 또는 모든 면판들(270, 370, 470)을 언급한다; 트랜스시버(들)(132b)는 여하한 또는 모든 트랜스시버들(232b, 332b, 432b)을 언급한다.
바람직하게는, 전기 콘센트 유닛(200)은 현재 존재하는 전기 콘센트를 대신하고, 단일 갱 스위치 박스(600) 내부에, 예를 들어 3 inch × 2 inch × 2.5 inch의 치수를 갖는 하우징에 피팅되어, 기존 전기 콘센트를 갖는 시설들이 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 콘센트 유닛(200)들로 레트로피팅될 수 있게 한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기 콘센트 유닛(200)은 전기 콘센트 유닛(200)에 플러그 연결된 디바이스를 켜거나 끌 수 있고, 또는 예를 들어 트라이액(Triode for Alternating Current) 위상 제어를 통해 중간 전압 레벨로 디밍할 수 있다.
도 11, 도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 콘센트 유닛(200)이 도시되고, 이는 후면 패널(210), 1 이상의 기판들(202), 전면 패널(220) 및 면판(270)을 포함한다. 나타낸 실시예에서, 기판들(202)은 제 1 기판(230) 및 제 2 기판(240)을 포함한다. 바람직하게는, 기판들(202)은 인쇄 회로 기판(PCB), 브레드보드, 스트립 보드, 또는 구성요소들을 전기적으로 연결하기에 적절한 다른 구조체와 같은 회로 기판들이며(본 명세서에서, 집합적으로 "회로 기판"이라고 칭해짐), 전면 패널(220) 뒤에 위치된다.
나타낸 실시예에서, 면판(270)은 전면 패널(220)의 대응하는 수용부(222)들과 정렬되는 복수의 수용부(272)들을 포함하고, 이는 디바이스가 전기 콘센트 유닛(200)에 전기적으로 연결될 수 있도록, 부착되는 디바이스에 전력이 제공될 수 있게 하는 케이블, 플러그, 코드 또는 다른 수단을 수용한다. 도 11 및 도 16을 참조하면, 예시된 실시예는 면판(270)에 2 개의 플러그-수용부(272a)를 갖고, 이는 전면 패널(220)의 2 개의 플러그-수용부(222a)와 정렬되며, 각각의 플러그-수용부(222a)는 예를 들어 텔레비전, 라디오, 토스터, 램프, 컴퓨터 등과 같은 전기 디바이스에 전력을 제공하기 위해 전원 플러그를 수용하도록 구성되고 배치된다.
수용부(222)들의 다른 예시들로는 USB(Universal Serial Bus) 포트(222b), 미니-USB 포트(222c), 마이크로-USB 포트(222d), HDMI 포트, 이더넷 잭, 및 전화선 잭을 포함한다. 수용부(222)들은 어플리케이션 특정 디자인 선택의 문제로서 원하는 코드, 디바이스 등을 수용하도록 구성되고 배치된 여하한의 포트 또는 잭을 포함할 수 있으며, 본 명세서에 제공된 예시들에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 대안적으로, 이러한 포트들 또는 잭들 중 1 이상이 어플리케이션 특정 디자인 선택의 문제로서 기판(202) 또는 면판(270)으로 통합될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 포트들 또는 잭들이 콘센트 박스 외부에서 본선에 연결되어, 동일한 박스 내에서 고전압 및 저전압 배선의 혼합을 회피한다.
도 11에 나타낸 실시예에 따르면, 전면 패널(220)은 전원 플러그에 대한 다양한 국제적 구성들을 바람직하게는 대부분, 더 바람직하게는 모든 국제적 구성들을 수용하도록 구성되고 설계된 플러그-수용부(222a)들을 포함한다. 따라서, 면판(270)은 특정한 국제적 구성들로 플러그-수용부(272a)들을 가질 수 있다. 이러한 면판(270)의 예시들이 도 17a 내지 도 17h에 도시되며, 면판(270)은 아메리카 및 일본(도 17a), 유럽 대부분(도 17b), 인도, 스리랑카, 네팔 및 나미비아(도 17c), 벨기에, 프랑스, 폴란드, 슬로바키아, 체코, 튀니지 및 모로코(도 17d), 영국, 아일랜드, 키프로스, 몰타, 말레이시아, 싱가포르 및 홍콩(도 17e), 오스트레일리아, 뉴질랜드, 파푸아뉴기니 및 아르헨티나(도 17f), 스위스 및 리히텐슈타인(도 17g), 및 이탈리아 및 북아프리카의 일부(도 17h)에 대한 구성들을 갖는 플러그들을 수용하도록 구성되고 설계된다. 도 17a 내지 도 17h는 단지 예시들을 나타내며, 면판(270)의 변형들이 고려된다는 것을 이해하여야 한다.
도 16을 참조하면, 전면 패널(220)은 플러그-수용부(222a)로 삽입되는 플러그의 프롱(prong)들과 접촉하도록 구성되고 배치된 전기 접촉부(224)들을 갖는 2 개의 플러그-수용부(222a)를 포함한다. 접촉부(224)들은 바람직하게는 3 개의 레일(rail: 225): 하이 레일(225a), 중성 레일(225b) 및 접지 라인(225c)으로부터 공급된다. 나타낸 실시예에서, 이 레일들(225)은 제 2 기판(240)에 위치된 종래의 나사 단자(244)들을 통해 본선, 전력 소스, 및 접지에 연결된다. 또한, 전면 패널(220)은 USB 포트(222b), 상태 LED를 위한 LED 포트(226a), 및 실온 센서, 광 센서, 모션 검출기 또는 다른 메카니즘들에 전력 공급하는 추가 포트들(226b)을 포함한다. 이러한 센서, 검출기 또는 메카니즘은 전면 패널(220)로 통합되거나, 포트들(226a, 226b)에 직접 연결될 수 있다. 대안적으로, 이러한 센서, 검출기 또는 메카니즘이 면판(270)에 제공되는 경우, 포트들(226a, 226b)에 대한 접촉부들이 전면 패널(220)에 배치되어, 면판(270)의 대응하는 센서, 검출기 또는 메카니즘이 접촉부들에 전기적으로 연결되도록 한다. 그 후, 접촉부들은 1 이상의 전기 커넥터(204)들을 통해 제 1 기판(230)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 전기 커넥터(204)들은 10-핀 헤더 연결 포트일 수 있다. 당업자라면, 라인들(225)을 본선에, 전면 패널(220)로부터의 구성요소들을 기판들(202)에, 및 제 1 기판(230)을 제 2 기판(240)에 전기적으로 연결하는 대체 메카니즘들이 고려되며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
제 1 기판(230)은 바람직하게는 앞서 설명된 기능들을 제공하는 회로를 포함한다. 예를 들어, 제 1 기판(230)은 복수의 구성요소들, 바람직하게는 MCU(Micro Controller Unit: 232a), RF(Radio Frequency) 트랜스시버(232b), GFI 제어기(232c), AFI 제어기(232d), 프로그램 플래시(232e), 안테나(232f) 및 에너지 모니터링 디바이스(232g)를 포함할 수 있다. GFI 제어기(232c), AFI 제어기(232d)는 각각 GFI(246a) 및 AFI(246b)로부터 검출된 신호들을 처리하고 해석한다. GFI(246a) 및/또는 AFI(246b)는 감지 코일(242b)들과 분리되거나 통합될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 안테나(232f)는 어플리케이션 특정 디자인 선택의 문제로서, 제 1 기판(230)에 통합되거나 외부에 제공될 수 있다. 나타낸 바와 같은 제 1 기판(230)은 전기 커넥터들(205, 206)을 통해, 바람직하게는 기판들(202)의 각 단부의 8-핀 헤더들(205a, 206a)에 의해 제 2 기판(240)에 전기적으로 연결되어, 제 2 기판(240)으로부터 전력을 수신한다.
바람직하게는, 트랜스시버(232b)에서 명령들이 수신되고 디코딩된다. 명령이 수신 유닛을 위해 이루어지는 경우, 예를 들어 MAC 어드레스가 일치하는 경우, 명령은 다시 조정기(10)로 답신(acknowledge)되고, 실행을 위해 MCU(232a)로 전해질 수 있다. 이 양방향 인터페이스는 집적 회로들 사이에서 명령들 및 데이터의 통신들을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, MCU(232a)는 제어 명령들, 데이터의 요청들, 및 센서들에 대한 응답을 대부분, 더 바람직하게는 모두 처리한다. MCU(232a)는 바람직하게는 적어도 16 Mhz 사이클 시간을 지속할 수 있는 16-비트 구조이다. MCU(232a)는 바람직하게는 복수의 기능들을 수행한다. 비-제한적인 예시에 의해, MCU는 트랜스시버(232b)로부터 명령들을 수신하고 처리하며, 트랜스시버(232b)로 명령 실행을 답신할 수 있다. 또한, MCU(232a)는 에너지 모니터링 디바이스(232g)로부터 에너지 데이터를 수신하고, 전압, 전류 및/또는 에너지 데이터를 트랜스시버(232b)로 중계할 수 있다. MCU(232a)는 바람직하게는 역률을 계산하고, 전기 콘센트 유닛(200)에 연결된 디바이스의 역률이 특정한 값 아래로 떨어지는 경우, 바람직하게는 역률이 0.8 아래로 떨어지는 경우 조정기(10)에 통지한다. 또한, MCU(232a)는 바람직하게는 부하의 총 와트수에 기초하여 전류 흐름을 제한한다.
에너지 모니터링 디바이스(232g)는 바람직하게는 전압 및 전류 흐름을 측정하고 기록하며, 시간 주기에 걸쳐 유효 및 겉보기 에너지 사용을 계산하는 전용 집적 회로이다. 에너지 모니터링 디바이스(232g)는 직렬 주변장치 인터페이스 버스(SPI) 포트를 통해 MCU(232a)와 통신할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, MCU(232a)는 보고할 에너지 모니터링 디바이스(232g)에 질문(query)하여, 데이터를 수신한 후 이를 트랜스시버(232b)로 보내고, 이는 예를 들어 조정기(10)로 이를 보냄으로써 시스템과 통신한다. 모니터링되고 보고되는 데이터의 예시들은 수요 라인 전압(demand line voltage), 부하 전류, 유효 에너지(active energy), 겉보기 에너지(apparent energy) 및 누적 에너지를 포함하며, 이에 제한되지 않는다. 또한, 실내 등 레벨 및 온도가 보고될 수 있다. 유효 에너지에 대한 겉보기 에너지의 비는 부하의 역률을 계산하는 데 사용될 수 있다. 역률이 사전설정 값 아래로, 예를 들어 0.8 아래로 떨어지는 경우, 시스템은 경고를 발생시키고 전기 콘센트 유닛에 연결된 디바이스를 차단할 수 있다.
MCU(232a)의 다른 가능한 기능들로는 네트워크로부터, 예를 들어 조정기(10)로부터 수신된 데이터에 기초하여 릴레이 활성화/비활성화 명령들을 발생시키는 것을 포함한다. MCU(232a)는 바람직하게는 조정기(10)로부터 프로그래밍 또는 시스템 업데이트들을 수신함으로써 OTA 프로그램될 수 있다. 또한, MCU(232a)는 프로그램 플래시(232h)를 통한 복구를 위해 구성 파라미터들 및 현재 상태들을 저장할 수 있다. 바람직하게는, MCU(232a)는 전기 콘센트 유닛(200)에 대한 추가 향상 및 부가를 위해 확장가능하다.
MCU(232a)는 메인 인터페이스 드라이버에 대한 라인 싱크 펄스(243)들을 수신하고 처리하며, 라인 싱크 및 디밍 설정점(dim set point)들에 기초하여 디밍을 위해 타이밍된 트리거 펄스들을 발생시키고, 메인 인터페이스 드라이버에 대한 라인 싱크 펄스(243)들을 처리하며, 디밍 트리거 펄스들의 타이밍을 수정하여, 상이한 디밍 프로파일들을 생성할 수 있다.
메인 인터페이스는 트라이액 회로에 의해 요구되는 싱크 펄스를 발생시키도록 본선으로부터의 신호들을 광학적으로 커플링하는 집적 회로이다. 커플러는 메인 AC 전압이 0 볼트를 가로지르고, 양 출력 펄스를 발생시킬 때마다 검출한다. 표준 60 사이클 시스템에 대해, 이들은 8.33 밀리초마다 발생한다. 이 펄스들은 트라이액 디밍 제어 드라이버(242d)에 의해, 각각의 디밍 사이클의 시작을 결정하고 이에 따라 디밍 제어 트라이액(242e)을 시동(trigger)하는 데 사용된다.
MCU(232a)는 바람직하게는 조건 하에서의 준수를 위해 전기 콘센트 유닛(200)의 내부 온도 정보를 수신, 처리, 및 모니터링하고, 준수되지 않는 경우 비활성화하도록 제어 릴레이(242c)에 전달한다. 또한, 전류 흐름 및 온도는 MCU(232a)에 의해 모니터링되고 제한될 수도 있다. 바람직하게는, 전기 콘센트 유닛(200)은 on/off 어플리케이션에서 20 암페어, 및 디밍 구성에서 15 암페어까지 지원할 수 있다. 또한, MCU(232a)는 적절히 디지털 또는 다른 디스플레이에 대한 상태 표시기들을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 상태는 "연결(Connected)" 또는 "실패(Fault)"일 수 있다.
도 15 및 도 16은 MCU(232a) 및 트랜스시버(232b)가 분리되어 있는 실시예들을 나타내지만, MCU(232a) 및 트랜스시버(232b)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 단일 회로로 통합될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. MCU(232a) 및 트랜스시버(232b)가 분리되는 경우, 통신들은 바람직하게는 직렬 주변장치 인터페이스 버스(SPI)에서 일어난다.
트랜스시버(232b)의 추가적인 역할은 조정기(10)와의 통신들의 장기적 손실 시 MCU(232a)에게 알리는 것일 수 있다. 그 후, MCU(232a)는 이 상태를 나타내도록 적절한 행동을 취할 수 있다. 예를 들어, 통신의 손실이 존재하는 경우, 전기 콘센트 유닛(200)은 최대로 디폴트(default to full on)될 수 있다.
제 1 기판(230)은 바람직하게는 면판(270) 외부에서, 또는 이를 통해 볼 수 있는 가시적 상태 표시기, 예를 들어 LED 표시기를 포함한다. 바람직하게는, 면판(270)은 1 이상의 어퍼처 또는 렌즈를 포함하고, 이를 통해 LED 표시기가 보일 수 있다. LED 표시기는 전기 콘센트 유닛(200)의 상이한 상황을 각각 나타내는 복수의 컬러들 또는 상태들을 가질 수 있다. 예를 들어, LED가 꺼진 경우, 이는 전기 콘센트 유닛(200)이 오프라인이라는 것을 나타낼 수 있다. 적색 LED는 고장을 나타낼 수 있고, 깜박이는 적색 LED는 긴박한 고장을 나타낼 수 있다. 녹색 LED는 전기 콘센트 유닛(200)이 온라인이고, 제대로 작동 중이라는 것을 나타낼 수 있고, 깜박이는 녹색 LED는 전기 콘센트 유닛(200)이 네트워크에 접속하거나 재접속하려고 시도 중인 것을 나타낼 수 있다.
제 2 기판(240)은 바람직하게는 복수의 구성요소들, 비-제한적인 예시에 의해 전력 공급기(245), 전압 억제/전력 컨버터 디바이스(242a), 전류 감지 코일(242b)들, 제어 릴레이(242c), 트라이액 디밍 제어 드라이버(242d)들, 디밍 제어 트라이액(242e), 및 열 센서(246c)를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전기 콘센트 유닛(200)들, 스위치 유닛(300)들, 및 고정물 유닛(400)들을 포함하는 유닛(100)들은 공통적인 제 2 기판(140)을 포함하며, 이는 유닛(100)들의 제조, 설치 및 상호교환(interchangeability)을 용이하게 할 수 있다. 또한, 예시된 제 2 기판(240)은 본선에 전기 콘센트 유닛(200)을 전기적으로 연결하는 나사 단자(244)들을 포함한다.
도 16에 나타낸 실시예에서, 트라이액 디머(214)가 장착되는 히트 싱크(212)는 제 2 기판(240)의 뒷면에, 바람직하게는 제 1 기판(130)과 반대 측의 제 2 기판(240)에 부착된다. 히트 싱크(212)는 바람직하게는 100 ℃ 이하의 케이스 온도를 유지하면서, 환경에서 트라이액 디머(214)의 최대 전력을 완전히 소모할 수 있다. 비-제한적인 예시에 의해, 전기 콘센트 유닛의 최대 전력이 트라이액 디머(214)에 대해 23 와트인 경우, 히트 싱크에 대한 열 저항은 바람직하게는 2.1 ℃/와트 이하이다.
도 15는 구성요소들 사이의 전력 경로 및 신호 경로를 예시하는 전기 콘센트 유닛(200)의 일 실시예의 블록 다이어그램을 제공한다. 나타낸 실시예에서, 전력은 전력 공급기(245)로부터 전기 콘센트 유닛(200)에 들어가고, 이때 전압 억제/전력 컨버터 디바이스(242a)에 의해 전력이 컨디셔닝된다. 상기 디바이스(242a)는 전기 콘센트 유닛(200)에 의해 다시 본선에 반사되는 RFI(Radio Frequency Interference)의 양을 감소시키도록 설계된다. 내부 디밍 회로들을 갖는 디바이스들이 많은 양의 간섭을 발생시킬 수 있고, 많은 나라들이 디밍 디바이스에 의해 발생된 RFI의 규모에 대한 제어를 필요로 한다. 그러므로, RFI 레벨을 감소시키는 것이, 더 바람직하게는 전기 조명 및 유사한 장치(Electrical Lighting and Similar apparatus)에 대한 EU(European Union) 요건들 - EN55015를 만족하거나 능가하는 것이 바람직하다.
상기 디바이스(242a)는 금속 산화물 배리스터(MOV)일 수 있다. 문헌은 모든 라인 트랜션트의 80 %가 1 내지 10 ㎲의 지속 시간 및 1.2 kV까지의 진폭을 갖고, 이는 하루에 10 번 이상 발생한다는 것을 나타낸다. 그러므로, MOV 디바이스는 바람직하게는 시간에 걸쳐 큰 저하 없이 이 트랜션트를 흡수할 수 있는 전압 및 에너지 정격을 갖는다. 상기 배리스터는 바람직하게는 약 400 볼트의 클램프 전압을 갖는 연속 300 볼트 AC 정격이다. 바람직하게는, 에너지 정격은 적어도 50 내지 75 줄이다.
또한, 예시된 디바이스(242a)는 스위칭 레귤레이터를 포함하며, 이는 본선의 높은 AC 전압을 더 낮은 DC 공급 전압으로 변환하여, 전기 콘센트 유닛(200)에 전력 공급한다. 바람직하게는, 스위칭 레귤레이터는 5 볼트 및 3.3 볼트를 발생시킬 수 있다.
또한, 전기 콘센트 유닛(200)의 실시예는 USB 충전 포트(272b)를 포함한다. USB 충전은 통상적으로 호스트 디바이스(충전기)와 충전될 USB 디바이스 간의 핸드세이크(handshake) 또는 열거(enumeration)를 필요로 한다. 이 기능은 필요한 충전의 레벨에 따라 디바이스로의 충전 전류 흐름을 제한할 수 있다. 전기 콘센트 유닛은 바람직하게는 어플리케이션 특정 집적 회로를 이용하여, USB 포트를 구동한다. USB 3 사양들은 2 암페어까지의 전류 인출(current draw)을 허용하고, (커넥터들의 전류 제한과 같은) 실제 한계가 이용가능한 전류를, 예를 들어 500 ma로 제한할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 저전압 스위칭 레귤레이터로부터 요구되는 총 전류는 약 800 ma이고, 출력 전류는 1 암페어이다. 전력 컨버터 스위칭 레귤레이터의 전류 요건들을 감안하면, 회로 구성을 선택하기 전에 고려할 수 개의 다른 인자들이 존재한다. 첫째로, 상기 레귤레이터는 바람직하게는 본선으로부터 직접 인터페이싱되어, 공간을 차지하고 상이한 전압 구성들에 대한 개별화를 필요로 할 수 있는 부피가 큰 변압기의 필요성을 제거한다. 둘째로, 상기 레귤레이터의 출력은 바람직하게는 절연되지 않고, 따라서 내부 절연 변압기 및 이와 연계된 비용 및 영역을 필요없게 한다. 셋째로, 요구되는 높은 전류들을 감안하면, 레귤레이터 디바이스는 바람직하게는 도 16의 예시된 실시예에서와 같이 전력을 소모하도록 히트 싱크에 장착된다. 이 인자들 중 일부 또는 전부가 스위칭 레귤레이터의 최종 출력 사양들을 결정하는 데 작용할 수 있다.
또한, 상기 디바이스(242a)는 MCU 및 무선 네트워크 무선 구성요소들에 대해 +5 볼트를 +3.3 볼트로 변환하도록 LDO(low-dropout) 레귤레이터를 포함한다.
앞서 언급된 바와 같이, 바람직하게는 전기 콘센트 유닛(200)으로 통합되는 수 개의 안전 관련 검출기들이 존재한다. 예를 들어, 전기 콘센트 유닛(200)은 바람직하게는 GFI(Ground Fault Interrupter: 246a) 및 AFI(Arc Fault Interrupter: 246b), 및 바람직하게는 과부하를 검출하는 내부 열 센서(246c)를 포함한다. GFI(246a)는 콘센트로의 물체의 우발적 삽입 또는 고장 기기로부터의 감전으로부터 사람들을 보호할 수 있다. GFI(246a)가 핫으로부터 중성으로 흐르는 전류의 양을 모니터링한다. 여하한의 불균형이 존재하는 경우, 이는 바람직하게는 제어 릴레이(242c)를 트리핑한다. 바람직하게는, 이는 4 또는 5 밀리암페어만큼 작은 불일치를 감지할 수 있고, 밀리초 단위로 반응할 수 있으며, 따라서 피해가 발생하기 전에 위험한 조건을 제거할 수 있다. AFI(246b)는 동작 전류에서의 스파이크와 같은 비정상적인 회로 상태들을 검출한다. 이 스파이크들은 느슨한 연결 또는 손상된 와이어에 의해 야기될 수 있다. 이 상태들은 에너지를 낭비할 뿐 아니라, 결국 과열 및 화재를 야기할 수 있다. 전류 흐름을 모니터링하고 상태의 변화들을 분석함으로써, AFI(246b)는 비정상적인 상태들이 다시 발생하는 경우에 위험을 완화하도록 제어 릴레이(242c)를 트리핑한다.
예시된 실시예에서, GFI(246a)는 본선의 하이 라인 및 중성 라인에서의 전류 흐름을 모니터링하기 위해 2 개의 감지 코일(242b)을 이용한다. 이 신호들은 집적 회로에서 증폭되고, 이는 차동 전류가 4 내지 5 ma를 초과하는 경우에 고장 신호를 내보낸다. 이 신호는 MCU(232a)에 의해 처리되며, 이는 제어 릴레이(242c)를 개방하고, 트라이액 디머(214) 및 트라이액 디밍 제어 드라이버(242d)를 포함하는 트라이액 회로에 대한 구동을 제거한다. 트라이액은 고속-반응 디바이스이므로, 전기 콘센트 유닛(200)이 바람직하게는 종래의 GFI 회로들보다 빠르게 응답한다. 바람직하게는, 응답 시간은 종래의 릴레이 구동 디바이스가 75 밀리초인 것에 비해, 몇 밀리초이다.
또한, 예시된 실시예에서, AFI 검출기(246b)는 감지 코일(242b)들로부터의 신호들을 이용한다. 이 신호는 MCU(232a)의 AD 컨버터 입력에 제공된다. 디지털화된 신호들은 자기 상관 알고리즘에 의해 처리되어, 신호의 기본 또는 주기 부분을 식별한다. 이제, 예상되거나 기본적인 신호로부터의 편차들이 진폭 및 반복성에 대해 분석될 수 있다. 결함이 있는 연결, 마모되거나 끊어진 와이어에 의해 야기되는 간헐적 고장이 검출될 수 있다. 처리가 정상과 비정상 작동을 분간하도록 전류 파형들의 복잡한 분석을 필요로 하기 때문에, MCU(232a)는 디밍 기능들과 같은 다른 명령들 및 기능들의 처리, 및 에너지 판독의 처리로 바쁠 수 있으며, AFI 계산들을 수행하고 실시간 응답을 제공할 수 없을 수 있으므로, 보조 MCU가 유닛(100)에 포함되고 상관관계 계산들을 수행하도록 지정될 수 있다. 처리 후, 보조 MCU는 신호를 메인 MCU(232a)로 송신하며, 이는 제어 릴레이(242c)를 비활성화하고, 바람직하게는 무선 네트워크를 통해 시스템에 알람을 송신한다.
나타낸 실시예에서, 열 센서(246c) 예를 들어 온도 센서 회로(246c)가 포함되고, 센서 다이오드가 히트 싱크(212)에 부착된다. MCU(232a)는 전기 콘센트 유닛(200)의 내부 온도를 모니터링하고, 최대 작동 온도 예를 들어 90 ℃가 초과되는 경우에 고장 신호를 보낼 수 있다. 이 상태는 안전 대책으로서 제어 릴레이(242c)를 비활성화하고, 시스템에 경보를 보낼 것이다. 또한, MCU(232a)는 현재 작동 상태들에 기초하여 예상 온도를 모니터링하고, 과도한 경우에 경보 신호를 보낸다.
트라이액 디밍 제어 드라이버(242d)는 바람직하게는 트라이액 디머(214)를 구동하기 위해 MCU(232a)로부터의 제어 신호를 증폭시키고 전환시키는 집적 회로이다.
스위치 유닛. 도 12, 도 18 및 도 19를 참조하면, 스위치 유닛(300)의 예시적인 소정 실시예들이 도시된다. 스위치 유닛(300)은 바람직하게는 사용자와의 상호작용을 위한 인터페이스를 제공한다. 예를 들어, 스위치 유닛(300)은 수동 스위치, 예를 들어 터치 슬라이드 스위치(touch slide switch), 토글 스위치, 푸시 버튼 스위치, 멤브레인 스위치(membrane switch), 터치 패드, 터치 스크린, 및 시스템 내 유닛(100) 또는 연결된 디바이스를 제어하도록 구성되고 배치된 전기 회로를 구성하거나 차단할 수 있는 여하한의 전자 디바이스를 가질 수 있다. 예를 들어, 스위치 유닛(300)은 종래의 와이어(들)에 의해 조명들, 선풍기들 또는 유닛(100)들 중 하나 또는 이들의 그룹에 연결될 수 있다.
바람직하게는, 스위치 유닛(300)은 현재 존재하는 전등 스위치들을 대신하고, 단일 갱 스위치 박스(600) 내부에 피팅된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스위치 유닛(300)은 여기에 전기적으로 연결된 조명 디바이스를 켜거나 끄거나, 디밍할 수 있다. 대안적으로, 스위치 유닛(300)이 상이한 디바이스를 제어하는 경우, 디밍 기능은 디바이스에 제공되는 전력을 감소시키는 데 사용될 수 있다. 또한, 스위치 유닛(300)은 바람직하게는 위치되어 있는 방의 온도를 모니터링하고 제어하는 서모스탯 기능을 포함한다.
스위치 유닛(300)의 기판들(302)은 전기 콘센트 유닛(200)의 기판들(202)의 구성요소들 중 일부 또는 전부를 가질 수 있고, 바람직하게는 추가 구성요소들을 갖는다. 대안적으로, 기판들(202)의 구성요소들 중 일부는 스위치 유닛(300)의 기판들(302)로부터 배제될 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 일반적으로 유닛(100)들의 기판들(102)은 사용자가 원하는 기능들을 얻기 위해 단순히 원하는 전면 패널(120)을 교체할 수 있도록 동일한 구성요소들을 가져서, 완전히 상호교환가능한 시스템을 제공할 수 있다. 도 12, 도 18 및 도 19에 나타낸 실시예들에서, 스위치 유닛의 기판들(302)은 전기 콘센트 유닛(200)의 기판들(202)과 동일한 구성요소들 중 전부가 아닌 일부를 포함하고, 몇몇 추가 구성요소들도 포함한다. 따라서, 스위치 유닛(300)과 전기 콘센트 유닛(200)의 예시된 실시예들 간의 차이들 중 일부가 본 명세서에서 설명될 것이다.
예를 들어, 스위치 유닛(300)의 예시된 실시예들은 히트 싱크(312), MCU(332a), 트랜스시버(332b), 에너지 모니터(332c), 프로그램 플래시(332d), 상태 표시기(332e)들, 안테나(332f), 전압 억제/전력 컨버터 디바이스(342a), 전류 감지 코일(342b)들, 트라이액 디밍 제어 드라이버(342c)들, 디밍 제어 트라이액(342d), 및 열 센서(346), 상태 LED를 위한 LED 포트(326a) 및 광 센서(324a), 실온 센서(324b), 일산화탄소 검출기(324c), 모션 검출기(324d) 또는 다른 메카니즘들에 전력 공급하는 추가 포트들(326b, 326c), 나사 단자(344)들, 와이어 커넥터(304)들, 전기 커넥터들(305, 306)을 포함한다; 하지만, USB 충전 연결부, GFI(246a), AFI 검출기(246b), 제어 릴레이(242c) 및 이와 연계된 구성요소들은 포함하지 않는다. 그러므로, 내부 온도를 모니터링하는 MCU(332a)가 최대 작동 온도에 도달함을 나타내는 고장 신호를 보내는 경우, 트라이액 드라이버(342c)가 안전 대책으로서 비활성화된다.
전기 콘센트 유닛(200)과 유사하게, 스위치 유닛(300)의 트랜스시버(332b)는 바람직하게는 명령들을 수신하고 디코딩한다. 몇몇 명령들, 예를 들어 on/off 및 디밍 명령들이 로컬 네트워크를 통해 시스템으로부터 수신되어, 스위치 유닛(300)에서 트라이액 디머(214)를 제어하거나, 실행을 위해 또 다른 유닛(100)으로 중계될 수 있다.
예시된 스위치 유닛(300)의 MCU(332a)는, 활성화/비활성화 명령들을 중계하는 것과 GFI 및 AFI에 대한 신호들을 처리하는 것을 제외하고 전기 콘센트 유닛(200)의 MCU(232a)와 동일한 기능들을 수행한다. 하지만, MCU(332a)는 터치 패드(322)와 같은 전면 패널(320)의 사용자 인터페이스(321)로부터의 사용자 입력에 응답하고, LCD(liquid-crystal display) 디스플레이(323)와 같은 사용자 인터페이스(321) 상에 상태를 보여준다. LCD 디스플레이(323)는 바람직하게는 영숫자 기호들을 보여줄 수 있고, 방 온도 또는 디밍 상태(dim status)를 보여준다. 추가적으로, MCU(332a)는 시스템으로부터의 신호들을 전환시키고, 터치 패드(322) 상에 상태를 보여주며, 및/또는 적절히 접속된 유닛(100)들에 전환된 신호들을 중계한다. 스위치 유닛(300)은 그 디머를 통해 조명 기구 또는 선풍기와 같은 부하 디바이스에 연결될 수 있으며, 이에 따라 이 부하 디바이스에 의해 이용되는 에너지는 바람직하게는 에너지 모니터링 디바이스(332c)에 의해 모니터링되고 조정기(10)로 보고된다.
또한, 예시된 MCU(332a)는 광 센서(324a), 실온 센서(324b), 모션 센서(324c) 및 일산화탄소 센서(324d)와 같은 1 이상의 센서들(324)로부터의 신호들을 처리하며, 응답 처리를 위해 조정기(10)로 전달한다. 광 센서(324a)는 주변광을 감지하고, 소정 레벨의 조도를 유지하면서 에너지 소비를 최적화하는 시스템의 조정들을 용이하게 할 수 있다. 바람직하게는, 광 센서(324a)는 100 배의 휘도 변화 범위, 예를 들어 0.02 mw/㎠로부터 2 mw/㎠까지를 검출할 수 있다. 실온 센서(324b)는 바람직하게는 스위치가 위치되는 공간 또는 방의 온도를 검출하고 보고한다. 바람직하게는, 효과적인 온도 범위는 화씨 0 내지 100 도이다. 또한, 실온 센서(324b)는 HVAC(난방, 환기 및 공기 조화) 시스템들을 인터페이싱하고 제어하는 데 사용될 수 있다. 광 센서(324a) 및 온도 센서(324b)는 전면 패널(320)로 통합되거나, 포트(326b)를 통해 전면 패널(320)에 연결될 수 있다. 대안적으로, 센서들은 제 1 기판(330)에 통합되거나 연결될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
모션 센서(324c)는 바람직하게는 움직임을 검출하고 검출된 움직임의 시간 및 날짜를 보고한다. 따라서, 시스템은 위치에 대한 커스텀 프로파일들을 개발할 수 있고, 이는 습관 및 실행의 예상을 용이하게 할 수 있다. 모션 센서(324c)는 바람직하게는 수직 및 수평으로 약 10 m 이상의 검출 거리, 및 약 100 도 이상의 검출 각도를 갖는다. 일산화탄소 센서(324d)는 바람직하게는 1 ppm 내지 10,000 ppm을 검출할 수 있고, 즉시 경보를 위한 내부 알람을 포함하며, 조정기에 통지하고, 바람직하게는 안전 및 보안 에이전트들에게 연결한다. 바람직하게는, 일산화탄소 센서(324d)는 60 초 이하의 응답 시간을 갖는다. 모션 센서(324c), 일산화탄소 센서(324d) 및/또는 다른 구성요소들은 포트(326c), 예를 들어 USB 포트를 통해 스위치 유닛(300)의 전면 패널(320)에 연결될 수 있다.
고정물 유닛. 도 13a, 도 13b, 도 14, 도 20 및 도 21을 참조하면, 고정물 유닛(400)의 예시적인 소정 실시예들이 도시된다. 본 명세서에서 설명된 전기 콘센트 유닛(200) 및 스위치 유닛(300)의 실시예들과 유사하게, 고정물 유닛(400)은 바람직하게는 본선에서 전력 공급되고, 폭넓은 범위의 전압들 및 발생 주파수(generation frequency)들에 대한 보편적 연결성(universal connectivity)을 갖는다. 고정물 유닛(400)의 일 실시예는 당업계에서 현재 이용가능한 4×4 정사각형 전기 박스들에 피팅되고, 고정물(460)에 직접 무선 제어를 제공한다. 이는 종래의 on/off 능력을 갖고, 디밍 기능을 구동하는 3 개의 상이한 모드들: 통상적인 적용들을 위한 표준 디밍 제어 트라이액(442e); 전자 제어가능한 밸러스트(electronic controllable ballast)들의 디밍을 위한 0-10 아날로그 디머(analog 0 to 10 dimmer: 432g); 및 LED 디밍을 위한 펄스 폭 제어 모듈(PWM: 432h)이 보완된다. 고정물 유닛(400)은 전기적으로 연결된 고정물(460)을 제어하기 위해 조정기(10) 또는 스위치 유닛(300)으로부터의 무선 명령들에 응답할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 고정물 유닛(400)은 독립형 유닛들로서 또는 고정물(460)과 관련하여(in correlation with) 사용되는 것으로서, 고정물 유닛(400)에 통합된 연기, 일산화탄소 및 모션 검출기들 중 1 이상을 갖는다. 고정물 유닛(400)은 바람직하게는 조명 기구의 최상부에 장착된다. 하지만, 형광등 기구에 대해서는 고정물 유닛(400)이 바람직하게는 밸러스트에 의해 트로퍼(troffer) 내부에 장착된다.
고정물 유닛(400)의 기판들(402)은 전기 콘센트 유닛(200) 및/또는 스위치 유닛(300)의 기판들(202, 302)의 구성요소들 중 일부 또는 전부를 가질 수 있고, 바람직하게는 추가 구성요소들을 갖는다. 대안적으로, 기판들(202, 302)의 구성요소들 중 일부는 고정물 유닛(400)의 기판들(402)로부터 배제될 수 있다. 도 20 및 도 21에 나타낸 실시예에서, 고정물 유닛(400)의 기판들(402)은 전기 콘센트 유닛(200)의 기판들(202)과 동일한 구성요소들 중 전부가 아닌 일부를 포함하고, 몇몇 추가 구성요소들도 포함한다. 따라서, 고정물 유닛(400)과 전기 콘센트 유닛(200)의 예시된 실시예들 간의 차이들 중 일부가 본 명세서에서 설명될 것이다.
예를 들어, 고정물 유닛(400)의 예시된 실시예들은 히트 싱크(412), MCU(432a), 트랜스시버(432b), 에너지 모니터(432c), 프로그램 플래시(432d), 상태 표시기(432e)들, 안테나(432f), 아날로그 디머(432g), PWM(432h), 연기 검출기(432i), 모션 검출기(432j), 전압 억제/전력 컨버터 디바이스(442a), 전류 감지 코일(442b)들, 제어 릴레이(442c), 트라이액 디밍 제어 드라이버(442d)들, 디밍 제어 트라이액(442e), PWM 드라이버(442f), 아날로그 디머 드라이버(442g), 상태 LED를 위한 LED 포트(426a) 및 연기 검출기(432i) 또는 모션 검출기(432j) 또는 다른 메카니즘들에 전력 공급하는 추가 포트(426b)들, 바람직하게는 USB 포트, 딤 커넥터(dim connector: 428), 나사 단자(444)들, 와이어 커넥터(404)들, 전기 커넥터들(405, 406)을 포함한다; 하지만, USB 충전 연결부, GFI(246a), AFI 검출기(246b) 및 이와 연계된 구성요소들은 포함하지 않는다.
전압 억제/전력 컨버터 디바이스(442a)는 바람직하게는 전기 콘센트 유닛(200)의 디바이스(242a)와 동일하며, LED 및 아날로그 제어 신호 전압들에 대한 구동 소스(drive source)를 발생시키는 추가 회로를 갖는다.
앞서 언급된 바와 같이, 고정물 유닛(400)의 예시된 실시예는 아날로그 디머 드라이버(442g) 및 LED PWM 드라이버(442f)를 포함한다. 아날로그 디머 드라이버(442g)는, MCU(432a)로부터 제공되는 변동가능한 폭 펄스로부터 유도된 0 내지 10 볼트 범위를 갖는 별도 발생된(separately generated) DC 제어 신호이다. 이 펄스는 벅 스위칭 레귤레이터에 의해 처리되어, 전압 레벨 요건들을 발생시킨다. 0에서 10 볼트까지의 아날로그 디머는 200 밀리암페어의 전류 소스 또는 싱크를 지원할 것이다. LED PWM 드라이버(442f)는 25 와트까지 부하들을 구동할 수 있는 정전류 소스이다. 이는 바람직하게는 드라이버 집적 회로를 이용하며, 이는 본선의 릴레이 측에서 구동되고 MCU(432a)에 의해 발생된 펄스들에 의해 디밍될 것이다.
트랜스시버(432b)는 바람직하게는 on/off 및 디밍 명령들과 같은 명령들을 수신하고 디코딩하며, 이는 조정기(10) 또는 스위치 유닛(300)으로부터 수신될 수 있다. 전기 콘센트 유닛(200)의 트랜스시버(232b)의 기능들에 추가하여, 다수 구성들을 갖는 실시예들에 대해, 명령들이 바람직하게는 탑재된(on-board) 트라이액 디머(442e), 아날로그 디머(432g) 또는 LED PWM 디머(432h)를 제어한다.
예시된 고정물 유닛(400)의 실시예의 MCU(432a)는 GFI 및 AFI에 대한 신호들을 처리하는 것을 제외하고 전기 콘센트 유닛(200)의 MCU(232a)와 동일한 기능들을 수행한다. 하지만, MCU(432a)는 모션 검출기(432j) 및 연기 검출기(432i)와 같은 1 이상의 센서들로부터의 신호들을 처리하며, 처리 응답들을 위해 조정기(10)로 전달한다. 또한, MCU(432a)는 아날로그 디머 드라이버(442g) 및 LED PWM 드라이버(442f)를 구동하도록 타이밍된 변동가능한 듀티 사이클 펄스들을 발생시키며, 디밍 펄스 폭들의 타이밍을 수정하여, 상이한 디밍 프로파일들을 생성한다.
모션 검출기(432j)는 바람직하게는 움직임들을 검출하여, 전등 또는 다른 트리거 알람들을 활성화한다. 모션 검출기(432j)로부터의 정보는 위치에 대한 커스텀 사용자 프로파일들을 개발하기 위해 저장되고 사용될 수 있다. 이 프로파일들은 습관 및 실행을 예상하는 데 사용될 수 있다. 모션 검출기(432j)는 바람직하게는 수직 및 수평으로 약 10 m 이상의 검출 거리, 및 약 100 도 이상의 검출 각도를 갖는다. 연기 검출기(432i)는 바람직하게는 즉시 경보를 위한 내부 알람을 포함하며, 조정기(10)에 통지하고 안전 및 보안 에이전트들에게 연결한다.
제공된 예시들은 어플리케이션 특정 디자인 선택의 문제로서 단지 예시적이며, 어떠한 방식으로도 본 발명의 범위를 제한하도록 해석되어서는 안 된다.
따라서, 바람직한 실시예들에 적용된 바와 같이 본 발명의 신규한 특징들을 나타내고 설명하며 지시하였지만, 당업자에 의해 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않고 개시된 발명의 형태 및 세부사항에 있어서 다양한 생략 및 대체 및 변화가 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 어느 기판 또는 전면 패널 또는 면판 상에 어느 구성요소들이 제공되는지를 포함한 구성요소들의 구성이 어플리케이션 특정 디자인 선택의 문제로서 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변화될 수 있다.
유닛들, 조정기들 및 서버들이 통신하는 통신 시스템이 변경될 수도 있다. 시스템은 모두 무선이거나, 모두 유선이거나, 여하한의 그 조합일 수 있다. 시스템은 조정기를 제거하고, 유닛들이 로컬 또는 원격 서버와 직접 통신하게 할 수 있다. 시스템은 로컬 서버를 제거하고, 조정기가 모든 데이터를 처리하고 유닛들에 대한 명령들을 개시하게 할 수 있다. 유닛들은 자체로 명령들을 처리하고, 조정기의 다른 기능들을 수행할 수 있다. 유닛들은 네트워크에서 다른 디바이스들에 대한 무선 라우터로서 기능하도록 구성될 수 있고, 이를 통해 디바이스들이 네트워크 상의 다른 디바이스들에 연결되고 인터넷에 연결될 수 있다.
유닛들은 정전 시 유닛들이 계속해서 기능할 수 있도록 에너지를 보유하는 배터리 또는 몇몇 메카니즘을 포함할 수 있다. 전면 패널 자체가 에너지를 보유하는 배터리 또는 몇몇 메카니즘을 포함할 수 있다. 마이크로폰, 스피커, 스크린 등과 같은 통신 메카니즘을 갖는 전면 패널들에 대해, 사용자는 유닛의 기판들로부터 전면 패널을 제거하고 계속 그 통신 메카니즘을 이용할 수 있다. 또는, 전면 패널은 예를 들어 휴대폰, 태블릿 등에 대한 휴대용 충전 도크로서 사용될 수 있다.
유닛들은 전기의 갑작스러운 서지로부터 유닛 자신 및/또는 이에 연결된 디바이스를 보호하도록 서지 보호 메카니즘을 포함할 수 있다. 면판 또는 전면 패널은 전기 박스에 부착되고 기판에 직접 부착되지 않을 수 있다. 유닛은 기판들, 또는 기판들 및 전면 패널, 또는 기판들, 전면 패널 및 면판이 하우징되는 하우징을 포함하여, 단일 디바이스를 제공할 수 있다.
본 명세서에서는 "조정자"라는 용어가 사용되지만, 언급된 "조정자"가 "조정"할 필요는 없다는 것을 이해하여야 한다. 오히려, 조정자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 단일 유닛에 연결되거나, 단일 기능을 갖거나, "조정"하는 것으로 간주되지 않도록 여하한의 방식으로 변할 수 있다.
추가적으로, 다른 변경들이 이루어질 수 있고, 비-제한적인 예시에 의해, 기판들의 수 및 그 구성, 전면 패널들 및 면판의 수, 기판들 또는 패널들의 제거 또는 추가, 그 크기가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변할 수 있다. 실시예들은 기판들이 앞쪽으로 쌓인(stacked one in front of the other) 것으로 도시되지만, 기판들은 나란히 위치되거나, 그 사이에 패널 또는 다른 구성요소를 가질 수 있다. 단일 기판이 제 1 및 제 2 기판들의 구성요소들을 모두 포함할 수 있고, 앞서 설명된 기존 전기 박스들보다 클 수 있다. 예를 들어, 기존 전기 박스들이 없는 새로운 건물들에서, 유닛들은 현재 존재하는 전기 박스들에 피팅되는 실시예들과 상이한 크기 및 구성을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
고려되는 본 발명의 또 다른 실시예는 공통 기판(들) 상에서 동시에 다수 전면 패널들을 사용하는 것을 포함하여, 모듈식 시스템(modular system)을 제공한다. 예를 들어, 전면 패널은 기판의 일부분을 덮는 한편, 기판의 나머지 부분들은 노출되어, 여기에 1 이상의 다른 전면 패널들이 연결되도록 할 수 있다. 이러한 시스템의 일 예시로는 국가-특정 플러그-수용부들을 갖는 전면 패널들을 포함한다. 예를 들어, 호텔이 다수 구성들을 갖는 콘센트를 제공하기 원할 수 있다. 그러므로, 유닛은 하나의 미국 플러그-수용부를 갖는 전면 패널 및 하나의 유럽 플러그-수용부를 갖는 또 다른 전면 패널을 포함할 수 있다. 숙박객이 어디에서 왔는지에 따라, 호텔은 숙박객의 국가-특정 플러그-수용부를 갖는 전면 패널, 및 로컬 구성의 플러그-수용부를 갖는 하나의 전면 패널을 제공할 수 있다. 대안적으로, 사용자는 콘센트 또는 USB 포트를 갖는 실내등 스위치를 원할 수 있다. 사용자는 동일한 유닛 상에 스위치 인터페이스를 갖는 전면 패널 및 수용부를 갖는 또 다른 전면 패널을 부착할 수 있다. 이러한 모듈식 시스템은 대량으로 제조된 전면 패널 구성들에 제한되지 않고 개별화 및 유닛에 대한 다기능을 제공할 수 있다. 추가적으로, 이러한 시스템은 전면 패널의 보다 적은 구성들이 필요할 수 있기 때문에 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 다른 조합들 및 구성들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 고려된다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 모듈식 전면 패널은 도 7 및 도 8에 예시된 바와 같이 다수 스태킹(multiple stacking) 전면 패널들을 갖는 시스템으로 기판(들)에 부착된 제 1 전면 패널에 연결될 수 있다.
그러므로, 이는 본 명세서에 첨부된 청구항들의 범위에 의해서만 제한되도록 의도된다.
또한, 다음 청구항들은 본 명세서에서 설명된 본 발명의 일반적이고 특정한 특징들을 모두 포함하고, 언어의 문제로서 그 사이에 있다고 할 수 있는 본 발명의 범위의 모든 언급들을 포함하도록 의도된다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (20)

  1. 전기 관리 시스템(electrical management system)에 있어서:
    복수의 제어 유닛들 -각각 데이터를 수집하고 전송하며, 명령들을 실행하도록 구성된 적어도 하나의 회로 기판을 포함함- ;
    1 이상의 조정기(coordinator); 및
    상기 조정기들 중 적어도 하나로부터 데이터를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 서버
    를 포함하며,
    상기 제어 유닛들은 상기 조정기들 중 적어도 하나로 데이터를 전송하고,
    상기 조정기들 중 적어도 하나는 상기 데이터를 상기 서버로 전송하며, 상기 서버로부터 명령을 수신하고, 상기 명령을 상기 제어 유닛들로 전송하는 전기 관리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정기들 중 적어도 하나는 명령을 개시하고, 상기 명령을 상기 제어 유닛들로 전송하는 전기 관리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정기 및 상기 서버는 단일 디바이스(unitary device)인 전기 관리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 유닛들은 일정 조건들에서(at certain conditions) 자동으로 자체 차단하도록 적어도 하나의 안전 메카니즘을 더 포함하는 전기 관리 시스템.
  5. 전기 콘센트 유닛(electrical outlet unit)에 있어서:
    복수의 구성요소들을 갖는 적어도 하나의 기판; 및
    전기 디바이스의 전원 플러그의 프롱(prong)들을 수용하는 플러그-수용부(plug-receiving portion)를 갖는 전면 패널 -상기 플러그-수용부는 상기 전원 플러그가 상기 플러그-수용부 내에 수용되는 경우에 상기 전원 플러그의 프롱들을 접촉시키도록 구성되고 배치된 복수의 전기 접촉부(electrical contact)들을 가짐-
    을 포함하며,
    상기 기판은 전력 소스에 연결되고, 상기 전기 접촉부들은 상기 전력 소스에 전기적으로 연결되어, 상기 전원 플러그가 플러그-수용부에 수용되는 경우 상기 전원 플러그 및 전기 디바이스로 전력이 흐르도록 하는 전기 콘센트 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    2 이상의 회로 기판들을 포함하는 전기 콘센트 유닛.
  7. 제 5 항에 있어서,
    명령들을 수신하는 트랜스시버(transceiver), 및 상기 전기 디바이스를 제어하도록 명령들을 처리하는 프로세서를 더 포함하는 전기 콘센트 유닛.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 기판은 개구부(opening)를 갖는 단일 갱 전기 박스(single gang electric box) 내에 피팅되도록 설계되고 구성되며, 상기 전면 패널은 상기 전기 박스의 상기 개구부를 덮도록 설계되고 구성되는 전기 콘센트 유닛.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 전면 패널의 상기 플러그-수용부에 대응하는 어퍼처(aperture)들을 갖는 면판(faceplate)을 더 포함하는 전기 콘센트 유닛.
  10. 제 5 항에 있어서,
    적어도 하나의 센서를 더 포함하는 전기 콘센트 유닛.
  11. 전기 콘센트 유닛에 있어서:
    복수의 구성요소들을 갖는 적어도 하나의 기판; 및
    외부 디바이스에 대한 연결을 수용하는 수용부를 갖는 적어도 하나의 패널
    을 포함하는 전기 콘센트 유닛.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 수용부는 특정한 코드(specific cord)를 수용하도록 잭들을 포함하는 전기 콘센트 유닛.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 수용부는 USB(Universal Serial Bus) 포트를 포함하는 전기 콘센트 유닛.
  14. 전기 스위치 유닛에 있어서:
    적어도 하나의 기판; 및
    사용자가 상기 전기 스위치 유닛에 연결된 디바이스의 전기 회로를 완성하거나 끊게 하는 인터페이스(interface)
    를 포함하며,
    상기 기판은 전기 소스에 연결되고, 상기 디바이스에 전력을 공급하며,
    상기 전기 스위치 유닛은 상기 전기 회로를 완성하거나 끊음으로써 상기 디바이스로의 전력 공급을 제어하는 전기 스위치 유닛.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판은 개구부를 갖는 단일 갱 전기 스위치 박스 내에 피팅되도록 설계되고 구성되며, 상기 인터페이스는 상기 전기 스위치 박스의 외부에 위치되어 상기 개구부를 덮는 전기 스위치 유닛.
  16. 제 14 항에 있어서,
    명령들을 수신하는 트랜스시버, 및 상기 디바이스로의 전력 공급을 제어하도록 명령들을 처리하는 프로세서를 더 포함하는 전기 스위치 유닛.
  17. 고정물(fixture)들에 대한 전기 유닛에 있어서:
    프로세서 및 트랜스시버를 갖는 적어도 하나의 회로 기판을 포함하며,
    상기 회로 기판은 전력 소스에 연결되고, 상기 전기 유닛에 연결된 고정물에 전력을 공급하며,
    상기 트랜스시버는 명령들을 수신하고, 상기 프로세서는 상기 고정물을 제어하도록 상기 명령들을 디코딩하고 실행하는 전기 유닛.
  18. 상호교환가능한 전기 유닛 시스템에 있어서:
    제 1 전기 커넥터를 갖는 적어도 하나의 기판 -상기 기판은 전력 소스에 연결되도록 구성됨- ;
    제 2 전기 커넥터를 갖는 복수의 제거가능한 전면 패널들 -상기 제거가능한 전면 패널들은
    전원 플러그를 수용하도록 구성되고 배치된 플러그-수용부를 갖는 전기 콘센트 전면 패널 -상기 플러그-수용부는 상기 전원 플러그가 상기 플러그-수용부 내에 수용되는 경우에 상기 전원 플러그의 프롱들을 접촉시키도록 구성되고 배치된 전기 접촉부들을 가짐- ; 및
    사용자가 상기 전기 유닛에 연결된 디바이스를 제어할 수 있게 하는 인터페이스를 갖는 스위치 전면 패널을 포함함- ; 및
    잠금 위치에 있는 경우, 상기 기판 및 상기 제거가능한 전면 패널들 중 적어도 하나를 고정된 구성으로 유지하도록 구성되고 배치된 로킹 메카니즘
    을 포함하며,
    상기 제 1 전기 커넥터 및 상기 제 2 전기 커넥터는 상기 잠금 위치에 있는 경우에 상기 기판 및 상기 제거가능한 전면 패널을 전기적으로 연결하고,
    상기 로킹 메카니즘은, 상기 기판이 하나의 제거가능한 전면 패널과 분리되고 또 다른 제거가능한 전면 패널과 연결될 수 있도록 해제가능한 메카니즘인 전기 유닛 시스템.
  19. 전기 유닛에 있어서:
    적어도 하나의 회로 기판을 포함하고, 상기 기판은
    상기 회로 기판 및 상기 전기 유닛에 전기적으로 연결된 여하한의 디바이스에 전력 공급하도록 전력 소스에 연결되는 전력 구성요소; 및
    상기 디바이스의 전력 사용을 모니터링하는 처리 구성요소를 갖는 전기 유닛.
  20. 제 19 항에 있어서,
    명령들을 수신하도록 통신 구성요소를 더 포함하는 전기 유닛.
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