KR20190071156A

KR20190071156A - Smps를 구비한 무정전 엘이디 조명등

Info

Publication number: KR20190071156A
Application number: KR1020170171930A
Authority: KR
Inventors: 이만호
Original assignee: 한일라이팅주식회사
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-06-24

Abstract

본 발명의 일 실시예는 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등 에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 기존의 엘이디 조명등에 간편하게 적용가능하도록 장치를 소형화 및 단순화시킬 수 있고, 일상에서 접할 수 있는 충전기의 형태로서 간단한 조작으로 쉽게 사용이 가능하며, 배터리가 없더라도 작동되는 방식으로 배터리 부재시 연장선 또는 멀티탭의 기능을 수행할 수 있고, 나아가 안정적인 전원을 엘이디 조명등에 제공할 수 있게 하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 복수의 엘이디 모듈; 교류 입력 전원, SMPS(Switching Mode Power Supply), 상기 교류 입력 전원과 상기 SMPS 사이에 구비된 전원선 및 상기 전원선에 구비된 제1 스위치를 포함하는 전원선 연장부; 상기 전원선 연장부에 병렬로 연결된 배터리 모듈; 및 상기 전원선 연장부 및 상기 배터리 모듈에 연결되어, 상기 전원선 연장부 또는 상기 배터리 모듈을 통하여 교류 전원이 상기 SMPS를 통해 상기 복수의 엘이디 모듈에 출력되도록 하는 제1 릴레이를 포함하고, 상기 배터리 모듈은 상기 교류 입력 전원에 연결된 제2 스위치, 상기 제2 스위치에 연결된 교류직류 컨버터, 상기 교류직류 컨버터에 연결된 배터리 보호회로 모니터링 시스템, 상기 배터리 보호회로 모니터링 시스템에 연결된 배터리, 상기 배터리에 연결된 직류교류 인버터 및 상기 직류교류 인버터와 상기 제1 릴레이의 사이에 연결된 승압회로를 포함하며, 상기 SMPS와 복수의 엘이디 모듈 사이에는 스위칭 동작에 의하여 상기 SMPS를 통하여 출력된 정전압을 각각의 엘이디 모듈에 공급하는 제2 릴레이를 더 포함하는 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등을 개시한다.

Description

SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등{UNINTERRUPTABLE LED LIGHTING DEVICE HAVING SMPS}

본 발명의 일 실시예는 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등에 관한 것이다.

일반적으로 건축물에서 사용되는 전원은 상시전원, 정전시에 공급되는 비상전원, 및 정전이 발생된 후 비상전원이 공급되기까지 배터리에 의해 공급되는 무정전 전원이 있다. 상시전원과 비상전원(또는 무정전 전원)은 각각 정상모드와 비정상모드로 구분할 수 있다.

엘이디 조명등의 일종으로서, 상시전원의 정상적인 공급 시에 내부 배터리에 전원을 충전하고 상시전원의 정전 시에 비상 조명을 제공하도록 설치되는 엘이디 비상등이 널리 사용된다.

이와 같이 기존의 무정전 전원 공급 장치는 정전이 발생된 경우 또는 입력 전원에 이상 사태가 발생되었을 경우 정상적인 전원을 엘이디 조명등 측에 공급하는 설비로, 선로의 완벽한 전원 공급과 최상의 전원을 공급할 목적으로 널리 사용되고 있다.

상술한 무정전 전원 공급 장치는 배터리를 구비하고 있어 평상시 입력 전원을 이용하여 배터리를 충전하였다가 이상이 발생되면 배터리에 충전된 전력을 부하단에 공급하게 된다.

구체적으로, 무정전 전원 공급 장치는 AC 성분을 갖는 상용 전원을 DC 성분으로 변환하는 AC-DC 컨버터 및 DC 성분으로 변환된 전원을 통해 충전되는 배터리를 포함한다.

그러나, 종래의 무정전 전원 공급 장치는 통상 그 부피가 크고 복잡하여 취급이 어려운 문제가 있었다. 즉, 종래의 무정전 전원 공급 장치는 일상에서 접할 수 있는 충전기 형태와 달라서 간단한 조작으로 쉽게 사용하기 어려운 문제가 있었다. 더불어, 종래의 무정전 전원 공급 장치는 배터리의 교체가 불가능하여 사용 시 이상이 발생하면 무정전 전원 공급 장치 자체를 폐기 처리하여야 하는 문제가 있었다. 더욱이, 종래의 무정전 전원 공급 장치는 배터리가 없을 경우 작동이 불가능하여 통상의 전원 연장선으로 사용할 수 없는 문제가 있었다.

등록특허공보 제101545956호 (공고일: 2015. 08. 21)

본 발명의 일 실시예는 기존의 엘이디 조명등에 간편하게 적용가능하도록 장치를 소형화 및 단순화시킬 수 있고, 일상에서 접할 수 있는 충전기의 형태로서 간단한 조작으로 쉽게 사용이 가능하며, 배터리가 없더라도 작동되는 방식으로 배터리 부재시 연장선 또는 멀티탭의 기능을 수행할 수 있고, 나아가 안정적인 전원을 엘이디 조명등에 제공할 수 있는 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등을 제공한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 전원 연장선 또는 배터리 모듈에 선택적으로 연결되도록 하는 릴레이 사용 시 절체 시간이 제로(0)인 끊김없는 전원 공급을 가능하게 하는 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등은 복수의 엘이디 모듈; 교류 입력 전원, SMPS(Switching Mode Power Supply), 상기 교류 입력 전원과 상기 SMPS 사이에 구비된 전원선 및 상기 전원선에 구비된 제1 스위치를 포함하는 전원선 연장부; 상기 전원선 연장부에 병렬로 연결된 배터리 모듈; 및 상기 전원선 연장부 및 상기 배터리 모듈에 연결되어, 상기 전원선 연장부 또는 상기 배터리 모듈을 통하여 교류 전원이 상기 SMPS를 통해 상기 복수의 엘이디 모듈에 출력되도록 하는 제1 릴레이를 포함하고, 상기 배터리 모듈은 상기 교류 입력 전원에 연결된 제2 스위치, 상기 제2 스위치에 연결된 교류직류 컨버터, 상기 교류직류 컨버터에 연결된 배터리 보호회로 모니터링 시스템, 상기 배터리 보호회로 모니터링 시스템에 연결된 배터리, 상기 배터리에 연결된 직류교류 인버터 및 상기 직류교류 인버터와 상기 제1 릴레이의 사이에 연결된 승압회로를 포함하며, 상기 SMPS와 복수의 엘이디 모듈 사이에는 스위칭 동작에 의하여 상기 SMPS를 통하여 출력된 정전압을 각각의 엘이디 모듈에 공급하는 제2 릴레이를 더 포함할 수 있다.

상기 SMPS는 입력되는 전원에 대한 노이즈를 제거하는 필터링부와, 상기 필터링된 전원을 전파정류하는 전파정류부를 포함할 수 있다.

상기 직류교류 인버터는 상기 릴레이를 통한 상기 배터리 모듈의 교류 전원이 상기 교류 출력 콘센트를 통해 출력된 후 미리 결정된 제1 시간동안 전류 제어 모드로 동작되고, 상기 제1 시간 이후 전압 제어 모드로 동작할 수 있다.

상기 직류교류 인버터는 전류 제어기를 더 포함하고, 상기 전류 제어기는 전류 레퍼런스로서 0 또는 상기 부하의 전류를 이용하며, 상기 직류교류 인버터는 위상 고정 루프를 더 포함하고, 상기 직류교류 인버터는 상기 교류 입력 전원의 이상 검출 전 상기 교류 입력 전원의 전압(Vg)으로부터 상기 위상 고정 루프를 이용하여 위상(sinωt)과 크기(V)를 획득하고, 상기 전류 제어기의 출력값(Dp)에 상기 위상과 크기를 곱한 값(Dn = V sinωt)을 합산하여 최종 출력 전압 레퍼런스(D = Dn + Dp)가 결정될 수 있다.

상기 직류교류 인버터는 상기 교류 입력 전원의 이상 검출 후 상기 교류 입력 전원과 출력 콘센트가 끊어질 때까지 상기 위상 고정 루프의 동작을 정지하되 상기 위상 고정 루프의 프리 러닝(free-running)을 통해 전압의 위상(sinωt)을 획득하고, 정격 전압의 크기로 전압의 크기(Vr)를 생성하며, 상기 전류 제어기의 출력값(Dp)에 상기 위상과 크기를 곱한 값(Dn' = Vr sinωt)을 합산하여 최종 출력 전압 레퍼런스(D' = Dn' + Dp)가 결정되도록 하고, 상기 직류교류 인버터는 전압 제어기를 더 포함하고, 상기 직류교류 인버터는 상기 교류 입력 전원과 상기 출력 콘센트가 끊어진 후 상기 위상 고정 루프의 프리 러닝(free-running)을 통해 획득한 값(Vr sinωt)을 상기 전압 제어기의 레퍼런스(D)로 이용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등은 기존의 엘이디 조명등에 간편하게 적용가능하도록 장치를 소형화 및 단순화시킬 수 있고, 일상에서 접할 수 있는 충전기의 형태로서 간단한 조작으로 쉽게 사용이 가능하며, 배터리가 없더라도 작동되는 방식으로 배터리 부재시 연장선 또는 멀티탭의 기능을 수행할 수 있고, 나아가 안정적인 전원을 엘이디 조명등에 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 전원 연장선 또는 배터리 모듈에 선택적으로 연결되도록 하는 릴레이 사용 시 절체 시간이 제로(0)인 끊김없는 전원 공급을 가능하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2는 교류 입력 전원 정전시 직류교류 인버터의 파형을 도시한 파형도이다(여기서, a는 본 발명의 실시예에 따른 인버터의 출력 전압, b는 종래 기술에 따른 인버터의 출력 전압, c는 교류 입력 전압).
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등에 구비되는 구성 중 직류교류 인버터의 각 구간별 제어 흐름을 도시한 블럭도이다.

이하,첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어"및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A부재와 B부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A부재와 B부재의 사이에 C부재가 개재되어 A부재와 B부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는"포함하는(comprising,including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등의 전기적 구성을 도시한 블럭도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등(100)은 복수의 엘이디 모듈(160)과, 기본적으로 그리드(101)와 연결되는 교류 입력 전원(102)과 복수의 엘이디 모듈(160)에 연결되는 SMPS(140)의 사이에 전원선 연장부(110)와 배터리 모듈(120)이 상호간 병렬로 연결된 구성을 주요 특징으로 한다.

구체적으로, 전원선 연장부(110)는 교류 입력 전원(102)과 SMPS(140) 사이에 구비된 전원선(111) 및 전원선(111)에 구비된 제1 스위치(112)를 포함한다.

교류 입력 전원(102)은 AC 전원을 엘이디 조명등의 회로로 공급하는 역할을 수행하고, 이를 위하여 일반적인 상용 AC 전원이 입력될 수 있으며, 상용 AC 전원을 보다 안정적으로 공급하기 위한 부가적인 회로를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 교류 입력 전원(102)은 AC 상용 전원단에 위치하는 퓨즈, 바리스터(varistor), 써미스터(thermistor), 라인필터(line filter) 및 콘덴서 등으로 구성되는 EMI(Electro Magnetic Interference) 필터회로를 포함할 수 있다.

SMPS(Switching Mode Power Supply)(140)는, 제1 릴레이(130)로부터 공급되는 교류전류를 직류전류로 전환시킨 후, 복수의 엘이디 모듈(160)의 조건에 맞는 전압으로 변환시켜 공급하는 장치이다. SMPS는 입력전압에 변동이 있더라도 일정한 출력전압을 복수의 엘이디 모듈(160)에 공급함으로써 전압변동에 따른 문제를 방지하는 역할을 한다.

보다 상세하게는, SMPS(140)는 제1 릴레이(130)로부터 공급되는 고압의 전압을 MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transister)과 같은 스위칭 소자로 스위칭하여 고주파 페라이어트 트랜스(ferrite Trans.)에 전달하고, 고주파 페라이어트 트랜스의 2차측에 전달된 2차전압은 다이오드와 평활회로를 포함하는 출력회로에서 출력된다. SMPS(140)에서 출력된 정전류는 정상모드에서 복수의 엘이디 조명등의 구동을 위해 사용된다.

아울러, 도시되어 있지는 않지만, SMPS(140)는 필터링부, 정류부 및 SMS 메인모듈을 포함할 수 있다.

더욱 상세하게는, 필터링부는 제1 릴레이(130)로부터 스위치 신호를 포함한 교류 전원을 입력받고, 전자파(Electromagnetic Interference, EMI)를 포함한 노이즈(잡음)를 제거하는 것이다. SMPS는 전력 반도체 소자의 스위칭을 통해서 입력단으로 입력되는 전원을 출력단으로 출력하는 시스템이기 때문에 노이즈가 많이 발생한다. 상기 노이즈는 EMI 필터 또는 확산 스펙트럼 스위칭 등을 포함한 방법을 이용하여 제거할 수 있다.

EMI 필터는 제1 릴레이(130)를 통하여 입력되는 전원에서 입력신호를 제외한 고주파의 전자파 성분을 제거하는 것이다. 확산 스펙트럼 스위칭은 SMPS의 동작 주파수를 넓은 대역폭에 걸쳐 확산시키는 것이다. 확산스펙트럼 스위칭이 의도하는 효과는 SMPS의 기본동작 주파수 및 고조파에서 발생할 수 있는 EMI 피크를 낮춰 EMI 에너지를 일정 범위의 주파수에 확산시키는 것이다.

정류부는 필터링부로부터 노이즈가 제거된 비교적 양호한 전원을 입력받아 정류(rectifying)를 수행하는 역할을 한다. 즉, 입력된 교류 전원을 전파정류파로 변환하는 역할을 수행한다. 본 정류기는 보통 브리지 정류기 회로를 사용하여 구성되는 것이 일반적이나, 그 밖의 특수한 형태를 가진 회로를 사용하여 정류기를 구성하여도 무방하다.

SMS 메인모듈은 정류부로부터 입력된 전원을 복수의 엘이디 모듈(160)의 조건에 맞게 변환하도록 제어하는 것이다.

SMPS 메인 모듈의 출력 전압은 복수의 엘이디 모듈(160)이 허용하는 일정 오차 범위 내에서 항상 일정하게 공급되어야 한다. SMPS에서는 부하가 변동하면 출력 전압에 변동이 생기는데 이 변화를 최소화시키고 안정된 출력 전압을 유지하기 위하여 펄스폭 변조회로(PWM: Pulse Width Modulation)를 이용하여 스위칭 단계를 적절하게 조절해야 한다.

또한, 제2 릴레이(150)는 SMPS(140)로부터 출력된 정전류가 공급될 때 복수의 엘이디 모듈(160)을 구동시킨다. 상세하게는, 제2 릴레이(150)는 정전류가 공급될 때 오프(OFF) 상태에서 온(ON) 상태로 동작하여 복수의 엘이디 모듈(160)을 구동시키고, 정전류의 공급이 차단될 때 온 상태에서 오프 상태로 되어 복수의 엘이디 모듈(160)의 구동을 정지시킨다. 이와 관련하여, 제2 릴레이(150)가 온 상태인 경우는 정상모드에 해당하고, 제2 릴레이(150)가 오프 상태인 경우는 비정상모드에 해당한다. 비정상모드는 정전이 되어 교류 입력전원(102)으로부터 교류전압이 공급되지 않는 경우나 SMPS가 고장인 경우 등을 예로 들 수 있는데, 이에 한정되지 않고 제2 릴레이(150)가 오프 상태인 경우는 모두 해당될 수 있다.

복수의 엘이디 모듈(160)은 서로 직렬 연결되어 배치된다. 엘이디 모듈(160)은 복수의 엘이디(#1, #2,..#n)를 포함하고, 복수의 엘이디는 서로 병렬 연결된다. 엘이디 모듈(160) 및 엘이디의 개수는 특정되지 않고, 다양하게 설계될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 일 실시예에서 엘이디 조명등은 형광등과 같은 직관등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 엘이디 모듈이 구비된 조명등이라면 모두 사용될 수 있다.

또한, 배터리 모듈(120)은 전원선 연장부(110)에 병렬로 연결되어 교류 입력 전원(102)으로부터 충전되거나 제1 릴레이(130)와 SMPS(140)를 통해 방전될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등(100)은 전원선 연장부(110) 및 배터리 모듈(120)에 연결되어, 전원선 연장부(110) 및/또는 배터리 모듈(120)을 통하여 교류 전원이 SMPS(140)를 통해 부하인 복수의 엘이디 모듈(160)에 출력되도록 하는 제1 릴레이(130)를 포함할 수 있다.

즉, 제1 릴레이(130)는 교류 입력 전원(102)으로부터 SMPS(140)를 통하여 부하인 복수의 엘이디 모듈(160)로 전류 공급을 중단할 때, 배터리 모듈(120)로부터 SMPS(140)를 통하여 부하인 복수의 엘이디 모듈(160)로 전류 공급을 수행하도록 한다. 이러한, 제1 릴레이(130)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 2입력 1출력 릴레이를 포함할 수 있다.

더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등(100)은 릴레이(130)와 SMPS(140) 사이에 연결되어, 전원선 연장부(110)로부터 교류 전원이 끊기고 배터리 모듈(120)을 통하여 교류 전원이 인가될 때 전위를 유지하는 콘덴서(미도시)를 더 포함할 수도 있다.

배터리 모듈(120)은 교류 입력 전원(102)에 연결된 제2 스위치(121), 제2 스위치(121)에 연결된 교류직류 컨버터(122), 교류직류 컨버터(122)에 연결된 배터리 보호회로 모니터링 시스템(123), 배터리 보호회로 모니터링 시스템(123)에 연결된 배터리(124), 배터리(124)에 연결된 직류교류 인버터(125) 및 직류교류 인버터(125)와 릴레이(130)의 사이에 연결된 승압회로(126)를 포함할 수 있다.

여기서, 제2 스위치(121)는 정상 상태(비정전 상태)에서 턴온되어 배터리(124)가 충전되도록 하고, 교류직류 컨버터(122)는 교류 전원을 직류 전원으로 컨버팅하며, 배터리 보호회로 모니터링 시스템(123)은 배터리(124)의 과충전, 과방압, 과전류 등을 방지하고 용량을 확인하도록 하며, 배터리(124)는 재충전 가능한 리튬이온배터리 또는 리튬폴리머배터리일 수 있고, 직류교류 인버터(125)는 배터리(124)의 직류를 부하인 복수의 엘이디 모듈(160)이 이용할 수 있는 교류로 인버팅하며, 승압회로(126)는 배터리(124)의 전압을 부하인 복수의 엘이디 모듈(160)에서 요구하는 전압까지 승압한다.

이와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등(100)은 기존의 엘이디 조명등에 간편하게 적용가능하도록 장치를 소형화 및 단순화시킬 수 있고, 일상에서 접할 수 있는 충전기의 형태로서 간단한 조작으로 쉽게 사용이 가능하며, 배터리가 없더라도 작동되는 방식으로 배터리 부재시 연장선 또는 멀티탭의 기능을 수행할 수 있고, 나아가 안정적인 전원을 엘이디 조명등에 제공할 수 있도록 한다.

도 2는 교류 입력 전원 정전시 직류교류 인버터(125)의 파형을 도시한 파형도이다. 여기서, a는 본 발명의 실시예에 따른 인버터(125)의 출력 전압, b는 종래 기술에 따른 인버터의 출력 전압, c는 교류 입력 전압이다. 또한, 도 2에서 X축은 시간을, Y축은 위상을 나타낸다.

좀 더 구체적으로, 도 2에서, Ta 시점에 정전이 발생했을 때 c) 파형은 정전 된 교류 입력 전압을 나타낸 것이고, b) 파형은 종래 기술을 사용했을 때 반주기 절체 시간 동안 출력 파형이 끊어짐을 나타낸 것이며, a) 파형은 본 발명의 실시예에 따른 직류 교류 인버터(125)를 이용했을 때에 끊김이 없이 무순단으로 절체되는 파형을 나타낸 것이다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등(100)은 절체 시간 동안 끊김없이 전압/전류가 SMPS(140)를 통하여 복수의 엘이디 모듈(160)에 제공될 수 있다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등(100)은 교류 입력 전원(102)의 이상 검출 시 직류교류 인버터(125)의 스위치(IGBT 또는 FET)를 턴오프하지 않고 전류 제어 모드로 운전을 지속하면서 제1 릴레이(130)가 동작하여 완전히 전원 연장부(110)가 끊어질 때 비로서 전압 제어 모드로 전환되어 운전되도록 한다.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 직류교류 인버터(125)는 저속 릴레이인 제1 릴레이(130)를 사용하는 경우에도 절체 시간이 오래 걸리지 않게 된다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 직류교류 인버터(125)는 절체 시간이 제로(0)인 끊김없는 전원을 공급하게 된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 직류교류 인버터(125)는 제1 릴레이(130)로서의 소호 능력과 절체 시간을 모두 만족시키는 기술로서 UPS뿐만 아니라 ESS와 같은 시스템에 널리 활용될 수 있다.

이를 좀 더 상세하게 설명한다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등(100) 중 직류교류 인버터(125)의 각 구간별 제어 흐름을 도시한 블럭도이다.

여기서, 도 3은 상술한 도 2에서 Ta 이전 구간의 동작을 도시한 것이고, 도 4는 상술한 도 2에서 Ta-Tb 구간의 동작을 도시한 것이며, 도 5는 상술한 도 2에서 Tb 이후 구간의 동작을 도시한 것이다.

우선 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 직류교류 인버터(125)는 전류 제어기(125a) 및 위상 고정 루프(125b)를 포함할 수 있다.

또한, 직류교류 인버터(125)는 Ta 시점 이전(즉, 교류 입력 전원(102)의 이상 검출 전)에 교류 입력 전원(102)으로부터 충전(또는 교류 입력 전원(102)으로 방전)하는 전류 제어 모드로 동작(운전)한다.이를 위해, 전류 제어기(125a)는 전류 레퍼런스로서 0 또는 복수의엘이디 모듈(160)의 전류를 이용함이 바람직하며, 이는 전압 파형의 과도 상태를 최소화하는 방향으로 튜닝을 통해 조절될 수 있다.

또한, 위상 고정 루프(125b)는 교류 입력 전원(102)의 이상 검출 전 교류 입력 전원(102)의 전압(Vg)으로부터 위상(sinωt)과 크기(V)의 성분을 획득하는 역할을 한다.

더불어, 직류교류 인버터(125)는 전류 제어기(125a)의 출력값(Dp)에 위상 고정 루프(125b)를 통해 획득한 위상과 크기를 곱하여 획득한 값(Dn = V sinωt)을 합산하여 최종 출력 전압 레퍼런스(D = Dn + Dp)가 결정되도록 한다.

다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 교류 입력 전원(102)의 이상 검출 후 Ta 시점으로부터 Tb 시점까지 제1 릴레이(130)가 꺼지는 과도 상태 구간에서, 직류교류 인버터(125)는 교류 입력 전원(102)이 정전 상태이므로 교류 입력 전원(102)의 전압(Vg)에 의한 위상 고정 루프(125b)의 동작을 정지하되, 위상 고정 루프(125b)의 프리 러닝(free-running)(교류 입력 전원(102)의 주파수에 해당하는 만큼 일정한 주기로 움직이는 위상을 발생시킴)을 통해 전압의 위상(sinωt)을 획득하고, 정격 전압의 크기로 전압의 크기(Vr)를 생성한다.

또한, 직류교류 인버터(125)는 전압의 위상(sinωt)과 정격 전압의 크기(Vr)를 곱한 값(Dn = Vr sinωt)을 획득한다. 더불어, 직류교류 인버터(125)는 전류 제어기(125a)의 출력값(Dp)에 상술한 바와 같이 획득한 위상과 크기를 곱한 값(Dn = Vr sinωt)을 합산하여 최종 출력 전압 레퍼런스(D = Dn + Dp)가 결정되도록 한다.

마지막으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 직류교류 인버터(125)는 전압 제어기(125c)를 더 포함한다. 직류교류 인버터(125)는 제1 릴레이(130)가 꺼진 이후(Tb 시점 이후), 전압 제어 모드로 직류교류 인버터(125)를 운전하여 독립 운전을 통해 복수의 엘이디 모듈(160)에 전원을 공급하게 된다.

이때, 직류교류 인버터(125)는 위상 고정 루프(125b)의 프리 러닝(free-running)을 통해 획득한 값(V0* = Vr sinωt)을 전압 제어기(125c)의 레퍼런스(D)로 이용한다.

이와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따르면, 직류교류 인버터(125)에서 교류 입력 전원(102)의 이상 발생 시 교류 입력 전원(102)을 차단시키고 배터리 모듈(120)의 단독 운전으로 전환하는 경우 발생되는 절체 시간을 제로(0)로 만들어 끊김 없는 무순단 절체를 가능하게 한다. 여기서, 제1 릴레이(130)(또는 차단기)와 같은 저속 차단기를 이용함에도 불구하고 절체 시간을 제로로 할 수 있어 대략 4mS 이내의 짧은 절체 시간을 요구하는 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등(100)에서 기존에 적용할 수 없었던 문제를 해결할 수 있게 된다. 즉, SCR과 같은 반도체 차단기를 이용하지 않음으로써 SCR 반도체 차단기의 차단 실패에 따른 위험 부담을 근본적으로 해결할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등 을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100: SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등
101: 그리드 102: 교류 입력 전원
110: 전원선 연장부 120: 배터리 모듈
130: 제1 릴레이 140: SMPS
150: 제2 릴레이 160: 엘이디 모듈

Claims

복수의 엘이디 모듈;
교류 입력 전원, SMPS(Switching Mode Power Supply), 상기 교류 입력 전원과 상기 SMPS 사이에 구비된 전원선 및 상기 전원선에 구비된 제1 스위치를 포함하는 전원선 연장부;
상기 전원선 연장부에 병렬로 연결된 배터리 모듈; 및
상기 전원선 연장부 및 상기 배터리 모듈에 연결되어, 상기 전원선 연장부 또는 상기 배터리 모듈을 통하여 교류 전원이 상기 SMPS를 통해 상기 복수의 엘이디 모듈에 출력되도록 하는 제1 릴레이를 포함하고,
상기 배터리 모듈은 상기 교류 입력 전원에 연결된 제2 스위치, 상기 제2 스위치에 연결된 교류직류 컨버터, 상기 교류직류 컨버터에 연결된 배터리 보호회로 모니터링 시스템, 상기 배터리 보호회로 모니터링 시스템에 연결된 배터리, 상기 배터리에 연결된 직류교류 인버터 및 상기 직류교류 인버터와 상기 제1 릴레이의 사이에 연결된 승압회로를 포함하며,
상기 SMPS와 복수의 엘이디 모듈 사이에는 스위칭 동작에 의하여 상기 SMPS를 통하여 출력된 정전압을 각각의 엘이디 모듈에 공급하는 제2 릴레이를 더 포함하는 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등.
제1항에 있어서,
상기 SMPS는 입력되는 전원에 대한 노이즈를 제거하는 필터링부와, 상기 필터링된 전원을 전파정류하는 전파정류부를 포함하는 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등.
제1항에 있어서,
상기 직류교류 인버터는 상기 릴레이를 통한 상기 배터리 모듈의 교류 전원이 상기 교류 출력 콘센트를 통해 출력된 후 미리 결정된 제1 시간동안 전류 제어 모드로 동작되고, 상기 제1 시간 이후 전압 제어 모드로 동작하는 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등.
제3항에 있어서,
상기 직류교류 인버터는 전류 제어기를 더 포함하고, 상기 전류 제어기는 전류 레퍼런스로서 0 또는 상기 부하의 전류를 이용하며,
상기 직류교류 인버터는 위상 고정 루프를 더 포함하고, 상기 직류교류 인버터는 상기 교류 입력 전원의 이상 검출 전 상기 교류 입력 전원의 전압(Vg)으로부터 상기 위상 고정 루프를 이용하여 위상(sinωt)과 크기(V)를 획득하고, 상기 전류 제어기의 출력값(Dp)에 상기 위상과 크기를 곱한 값(Dn = V sinωt)을 합산하여 최종 출력 전압 레퍼런스(D = Dn + Dp)가 결정되는 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등.
제4항에 있어서,
상기 직류교류 인버터는 상기 교류 입력 전원의 이상 검출 후 상기 교류 입력 전원과 출력 콘센트가 끊어질 때까지 상기 위상 고정 루프의 동작을 정지하되 상기 위상 고정 루프의 프리 러닝(free-running)을 통해 전압의 위상(sinωt)을 획득하고, 정격 전압의 크기로 전압의 크기(Vr)를 생성하며, 상기 전류 제어기의 출력값(Dp)에 상기 위상과 크기를 곱한 값(Dn' = Vr sinωt)을 합산하여 최종 출력 전압 레퍼런스(D' = Dn' + Dp)가 결정되도록 하고,
상기 직류교류 인버터는 전압 제어기를 더 포함하고, 상기 직류교류 인버터는 상기 교류 입력 전원과 상기 출력 콘센트가 끊어진 후 상기 위상 고정 루프의 프리 러닝(free-running)을 통해 획득한 값(Vr sinωt)을 상기 전압 제어기의 레퍼런스(D)로 이용하는 SMPS를 구비한 무정전 엘이디 조명등.