KR20190083411A

KR20190083411A - 대기전력 절감형 조명제어 시스템

Info

Publication number: KR20190083411A
Application number: KR1020180001021A
Authority: KR
Inventors: 송성옥
Original assignee: 송성옥
Priority date: 2018-01-04
Filing date: 2018-01-04
Publication date: 2019-07-12

Abstract

본 발명은 대기전력 절감형 조명제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제어용 마이크로컨트롤러나 주변소자는 평상시 슈퍼커패시터에서 전류를 공급받아 DC 전원으로 축적하고 있다가 충전이 완료될 때 전원공급기를 OFF하여 필요한 만큼 서서히 사용하는 방식으로 슈퍼커패시터가 방전에 도달했을 때 다시 전원공급기를 잠시 켜서 충전하는 방식으로 제어함으로써, 대기전력을 소자에서 소모하는 전류에 근접한 1W 이하로 절감할 수 있고, Transless PSU방식인 전류제한용 커패시터와 저항을 조합하여 전류제어를 통해 전압을 강하시키며 커패시터가 충전되면서 전압폭주가 일어나는 것을 방지하기 위해 방전용 제너다이오드를 사용함으로써, 단가가 저렴함은 물론 작은 용량으로 조명을 제어할 수 있으며, 슈퍼커패시터가 방전시 전원공급기를 잠시 켜서 충전하는 방식으로 제어함으로써, 전원공급기의 주변소자들의 고장의 위험을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 마이크로컨트롤러나 주변소자들의 수명도 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

대기전력 절감형 조명제어 시스템{Lighting control system with standby power saving}

본 발명은 제어용 마이크로컨트롤러나 주변소자는 평상시 슈퍼커패시터에서 전류를 공급받아 DC 전원으로 축적하고 있다가 충전이 완료될 때 전원공급기를 OFF하여 필요한 만큼 서서히 사용하는 방식으로 슈퍼커패시터가 방전에 도달했을 때 다시 전원공급기를 잠시 켜서 충전하는 방식으로 제어함으로써, 대기전력을 소자에서 소모하는 전류에 근접한 1W 이하로 절감할 수 있고, Transless PSU방식인 전류제한용 커패시터와 저항을 조합하여 전류제어를 통해 전압을 강하시키며 커패시터가 충전되면서 전압폭주가 일어나는 것을 방지하기 위해 방전용 제너다이오드를 사용함으로써, 고가의 고효율 SMPS회로를 장착하지 않고 단가가 저렴함을 그대로 유지함은 물론 작은 용량으로 조명을 제어할 수 있으며, 슈퍼커패시터가 방전시 전원공급기를 잠시 켜서 충전하는 방식으로 제어함으로써, 전원공급기의 주변소자들의 고장의 위험을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 마이크로컨트롤러나 주변소자들의 수명도 연장시킬 수 있는 대기전력 절감형 조명제어 시스템에 관한 기술이다.

마이크로컴퓨터 제어에 의해 제어되는 온/오프 회로는 전자기기가 오프상태에 있을 때에도 마이크로컴퓨터는 계속 동작하면서 사용자의 '온명령'을 기다려야 하기 때문에 전자기기의 전원부를 지속적으로 가동시키지 않을 수 없다.

마이크로컴퓨터가 소비하는 전력은 극히 미세하지만 전원부는 220V의 상용교류전원을 사용하면서도 극히 미세한 전력만을 공급하는 것이 불가능하기 때문에 전원부에서 발생하는 전력 손실은 상당히 많을 수밖에 없고, 전자기기가 작동하지 않는 오랜 시간동안 지속적으로 전력손실이 발생한다.

또한, 전자식 스위치를 사용하는 센서 등과, 스마트폰 조명제어 모듈과 같은 조명제어 제품들은 대기전력을 절감하는 로드맵 대상에서 의무사항이 아닌 만큼 가격절감을 위해 SMPS 방식이 아닌 콘덴서, 저항과 제너다이오드로 강제로 전압을 다운시키는 Transless방식으로 전원공급기를 설계하고 있다.

이는 시스템이 소모하는 에너지와 상관없이 남은 전기는 저항과 제너다이오드에서 모두 열로 태워버리므로 에너지 낭비(약 2W)가 심하다는 단점을 갖고 있다.

따라서, 슈퍼커패시터가 방전에 도달했을 때 다시 전원공급기를 잠시 켜서 충전하는 방식으로 제어하여 대기전력을 소자에서 소모하는 전류에 근접한 1W 이하로 절감할 수 있고, 전류제한용 커패시터와 저항을 조합하여 전류제어를 통해 전압을 강하시키며 커패시터가 충전되면서 전압폭주가 일어나는 것을 방지하기 위해 방전용 제너다이오드를 사용하므로 단가가 저렴함은 물론 작은 용량으로 조명을 제어할 수 있으며, 슈퍼커패시터가 방전시 전원공급기를 잠시 켜서 충전하는 방식으로 제어하여 제어용 마이크로컨트롤러나 주변소자들의 고장의 위험을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 마이크로컨트롤러나 주변소자들의 수명도 연장시킬 수 있는 대기전력 절감형 조명제어 시스템의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

KR 10-2012-0099678(2012. 9. 10)

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 착상된 것으로서, 제어용 마이크로컨트롤러나 주변소자는 평상시 슈퍼커패시터에서 전류를 공급받아 DC 전원으로 축적하고 있다가 충전이 완료될 때 전원공급기를 OFF하여 필요한 만큼 서서히 사용하는 방식으로 슈퍼커패시터가 방전에 도달했을 때 다시 전원공급기를 잠시 켜서 충전하는 방식으로 제어함으로써, 대기전력을 소자에서 소모하는 전류에 근접한 1W 이하로 절감할 수 있는 대기전력 절감형 조명제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 Transless PSU방식인 전류제한용 커패시터와 저항을 조합하여 전류제어를 통해 전압을 강하시키며 커패시터가 충전되면서 전압폭주가 일어나는 것을 방지하기 위해 방전용 제너다이오드를 사용함으로써, 단가가 저렴함은 물론 작은 용량으로 조명을 제어할 수 있는 대기전력 절감형 조명제어 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 슈퍼커패시터가 방전시 전원공급기를 잠시 켜서 충전하는 방식으로 제어함으로써, 전원공급기의 주변소자들의 고장의 위험을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 마이크로컨트롤러나 주변소자들의 수명도 연장시킬 수 있는 대기전력 절감형 조명제어 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 대기전력 절감형 조명제어 시스템은 전자기기, 전기기기, 조명제어기기, 조명장치 중에서 어느 하나인 부하장치와; 상기 부하장치의 전원코드에 연결되어 전원을 공급하거나 또는 부하장치의 전원코드가 벽면에 인입되어 전원을 공급하는 교류전원부와; 상기 교류전원부로부터 전원을 공급받으며, 교류전력의 전류가 통과하는 180°의 반파 위상을 제어하는 반도체 제어 정류소자(SCR : silicon controlled rectifier)와; 상기 교류전원부로부터 전원을 공급받으며, 교류전력의 전류가 통과하는 360°의 전체 위상을 제어하여 스위칭시켜 조명제어기기 및 Transless PSU의 전원을 끄고 켜는 기능을 수행하는 교류 양방향 제어 소자(TRIAC)과; 상기 반도체 제어 정류소자(SCR) 및 교류 양방향 제어 소자(TRIAC)의 신호에 의해 전류제한용 커패시터와 저항을 조합하여 전류제어를 통해 전압을 강하시키며 커패시터가 충전되면서 전압폭주가 일어나는 것을 방지하는 Transless PSU(power supply unit)와; 마이크로컨트롤러나 블루투스모듈에서 사용하는 최소한의 에너지를 축적하고 있는 슈퍼커패시터와; 상기 슈퍼커패시터에서 전류를 공급받아 DC 전원으로 축적하고 있다가 충전이 완료될 때 전원공급을 차단하고, 슈퍼커패시터가 방전에 도달했을 때 다시 전원공급을 하여 충전하는 방식으로 제어하는 마이크로컨트롤러와; 상기 마이크로컨트롤러와 주변소자가 저전력으로 블루투스(Bluetooth) 통신을 사용하여 통신하는 블루투스모듈; 을 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 Transless PSU는 방전용 제너다이오드인 것을 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러와 주변소자와의 통신은 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), 근거리통신(NFC), 와아파이(wifi), 블루투스 비콘(Beacon), 적외선(IR)통신 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명인 대기전력 절감형 조명제어 시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 본 발명은 제어용 마이크로컨트롤러나 주변소자는 평상시 슈퍼커패시터에서 전류를 공급받아 DC 전원으로 축적하고 있다가 충전이 완료될 때 전원공급기를 OFF하여 필요한 만큼 서서히 사용하는 방식으로 슈퍼커패시터가 방전에 도달했을 때 다시 전원공급기를 잠시 켜서 충전하는 방식으로 제어함으로써, 대기전력을 소자에서 소모하는 전류에 근접한 1W 이하로 절감할 수 있다.

둘째, 본 발명은 Transless PSU방식인 전류제한용 커패시터와 저항을 조합하여 전류제어를 통해 전압을 강하시키며 커패시터가 충전되면서 전압폭주가 일어나는 것을 방지하기 위해 방전용 제너다이오드를 사용함으로써, 단가가 저렴함은 물론 작은 용량으로 조명을 제어할 수 있다.

셋째, 본 발명은 슈퍼커패시터가 방전시 전원공급기를 잠시 켜서 충전하는 방식으로 제어함으로써, 전원공급기의 주변소자들의 고장의 위험을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 마이크로컨트롤러나 주변소자들의 수명도 연장시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대기전력 절감형 조명제어 시스템의 구성을 나타낸 도면.

이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명인 대기전력 절감형 조명제어 시스템을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 대기전력 절감형 조명제어 시스템을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대기전력 절감형 조명제어 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.

본 발명인 대기전력 절감형 조명제어 시스템은 부하장치(10), 교류전원부(20), 반도체 제어 정류소자(SCR)(30), 교류 양방향 제어 소자(TRIAC)(31), Transless PSU(40), 슈퍼커패시터(50), 마이크로컨트롤러(60), 블루투스모듈(70) 등으로 구성된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명인 대기전력 절감형 조명제어 시스템은 전자기기, 전기기기, 조명제어기기, 조명장치 중에서 어느 하나인 부하장치(10)와; 상기 부하장치(10)의 전원코드에 연결되어 전원을 공급하거나 또는 부하장치(10)의 전원코드가 벽면에 인입되어 전원을 공급하는 교류전원부(20)와; 상기 교류전원부(20)로부터 전원을 공급받으며, 교류전력의 전류가 통과하는 180°의 반파 위상을 제어하는 반도체 제어 정류소자(SCR : silicon controlled rectifier)(30)와; 상기 교류전원부(20)로부터 전원을 공급받으며, 교류전력의 전류가 통과하는 360°의 전체 위상을 제어하여 스위칭시켜 조명제어기기(10) 및 Transless PSU(40)의 전원을 끄고 켜는 기능을 수행하는 교류 양방향 제어 소자(TRIAC)(31)과; 상기 반도체 제어 정류소자(SCR)(30) 및 교류 양방향 제어 소자(TRIAC)(31)의 신호에 의해 전류제한용 커패시터와 저항을 조합하여 전류제어를 통해 전압을 강하시키며 커패시터가 충전되면서 전압폭주가 일어나는 것을 방지하는 Transless PSU(power supply unit)(40)와; 마이크로컨트롤러(60)나 블루투스모듈(70)에서 사용하는 최소한의 에너지를 축적하고 있는 슈퍼커패시터(50)와; 상기 슈퍼커패시터(50)에서 전류를 공급받아 DC 전원으로 축적하고 있다가 충전이 완료될 때 전원공급을 차단하고, 슈퍼커패시터가 방전에 도달했을 때 다시 전원공급을 하여 충전하는 방식으로 제어하는 마이크로컨트롤러(60)와; 상기 마이크로컨트롤러(60)와 주변소자가 저전력으로 블루투스(Bluetooth) 통신을 사용하여 통신하는 블루투스모듈(70); 을 구비한다.

본 발명인 대기전력 절감형 조명제어 시스템을 구성하는 각 기술적 수단들의 기능을 설명하면 다음과 같다.

상기 부하장치(10)는 전자기기, 전기기기, 조명제어기기, 조명장치 중에서 어느 하나인 것이다.

상기 교류전원부(20)는 상기 부하장치(10)의 전원코드에 연결되어 전원을 공급하거나 또는 부하장치(10)의 전원코드가 벽면에 인입되어 전원을 공급하는 것이다.

상기 반도체 제어 정류소자(SCR : silicon controlled rectifier)(30)는 상기 교류전원부(20)로부터 전원을 공급받으며, 교류전력의 전류가 통과하는 반파 위상을 제어하는 것이다. 여기서, 상기 반도체 제어 정류소자(SCR)(30)는 교류전력을 제어할 수 있는 반도체소자로서, 교류전기의 전류가 통과하는 180°의 위상을 조절해서 전기량을 조절하는 것이다.

상기 교류 양방향 제어 소자(TRIAC)(31)는 상기 교류전원부(20)로부터 전원을 공급받으며, 교류전력의 전류가 통과하는 전체 위상을 제어하여 스위칭시켜 조명제어기기(10) 및 Transless PSU(40)의 전원을 끄고 켜는 기능을 수행하는 것이다. 여기서, 상기 교류 양방향 제어 소자(TRIAC)(31)는 반도체 제어 정류소자(SCR)를 서로 반대방향으로 묶어 양방향으로 사용할 수 있게 한 반도체소자로서, 교류전기의 전류가 통과하는 360°의 위상을 조절해서 전기량을 조절하는 것이다. 양방향이므로 브리지 정류회로에서 사용하는 것이다.

상기 Transless PSU(power supply unit)(40)는 상기 반도체 제어 정류소자(SCR)(30) 및 교류 양방향 제어 소자(TRIAC)(31)의 신호에 의해 전류제한용 커패시터와 저항을 조합하여 전류제어를 통해 전압을 강하시키며 커패시터가 충전되면서 전압폭주가 일어나는 것을 방지하는 것이다. 여기서, 상기 Transless PSU(40)는 방전용 제너다이오드인 것이다. 상기 PSU(power supply unit)는 일반적으로 외부의 교류전원 또는 변화가 있는 전기에너지를 부하측에서 원하는 정전압 또는 정전류를 공급해주는 장치인 것이다.

상술한 바와 같은 Transless PSU로 방전용 제너다이오드를 사용하므로 단가가 저렴함은 물론 작은 용량으로 조명을 제어할 수 있는 것이다.

상기 슈퍼커패시터(50)는 마이크로컨트롤러(60)나 블루투스모듈(70)에서 사용하는 최소한의 에너지를 축적하고 있는 것이다. 여기서, 상기 슈퍼커패시터(50)는 슈퍼콘덴서로도 불리는 것이다.

상기 마이크로컨트롤러(60)는 상기 슈퍼커패시터(50)에서 전류를 공급받아 DC 전원으로 축적하고 있다가 충전이 완료될 때 전원공급을 차단하고, 슈퍼커패시터가 방전에 도달했을 때 다시 전원공급을 하여 충전하는 방식으로 제어하는 것이다.

상기 블루투스모듈(70)은 상기 마이크로컨트롤러(60)와 주변소자가 저전력으로 블루투스(Bluetooth) 통신을 사용하여 통신하는 것이다.

여기서, 상기 마이크로컨트롤러(60)와 주변소자와의 통신은 블루투스(Bluetooth)가 가장 바람직하나, 지그비(ZigBee), 와아파이(wifi), 근거리통신(NFC), 블루투스 비콘(Beacon), 적외선(IR)통신도 가능할 것이다. 상기 NFC(Near Field Communication)는 전자태그(RFID)의 하나로 13.56MHz 주파수 대역을 사용하는 비접촉식 근거리 무선통신 모듈로 10cm의 가까운 거리에서 단말기 간 데이터를 전송하는 기술을 말한다. NFC는 결제뿐만 아니라 슈퍼마켓이나 일반 상점에서 물품 정보나 방문객을 위한 여행 정보 전송, 교통, 출입통제 잠금장치 등에 광범위하게 활용되는 것이며, 상기 블루투스 비콘(Beacon)은 위치 정보 전달을 위해 주기적으로 특정 신호를 전달하는 기기인 것이다.

상술한 바와 같은, 본 발명인 대기전력 절감형 조명제어 시스템은 가정용과 산업용의 조명기기 제어분야에 사용할 수 있는 것이다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 이해할 수 있을 것이다.

10 : 부하장치 20 : 교류전원부
30 : 반도체 제어 정류소자(SCR) 31 : 교류 양방향 제어 소자(TRIAC)
40 : Transless PSU 50 : 슈퍼커패시터
60 : 마이크로컨트롤러 70 : 블루투스모듈

Claims

대기전력 절감형 조명제어 시스템에 있어서,
전자기기, 전기기기, 조명제어기기, 조명장치 중에서 어느 하나인 부하장치와;
상기 부하장치의 전원코드에 연결되어 전원을 공급하거나 또는 부하장치의 전원코드가 벽면에 인입되어 전원을 공급하는 교류전원부와;
상기 교류전원부로부터 전원을 공급받으며, 교류전력의 전류가 통과하는 180°의 반파 위상을 제어하는 반도체 제어 정류소자(SCR : silicon controlled rectifier)와;
상기 교류전원부로부터 전원을 공급받으며, 교류전력의 전류가 통과하는 360°의 전체 위상을 제어하여 스위칭시켜 조명제어기기 및 Transless PSU의 전원을 끄고 켜는 기능을 수행하는 교류 양방향 제어 소자(TRIAC)과;
상기 반도체 제어 정류소자(SCR) 및 교류 양방향 제어 소자(TRIAC)의 신호에 의해 전류제한용 커패시터와 저항을 조합하여 전류제어를 통해 전압을 강하시키며 커패시터가 충전되면서 전압폭주가 일어나는 것을 방지하는 Transless PSU(power supply unit)와;
마이크로컨트롤러나 블루투스모듈에서 사용하는 최소한의 에너지를 축적하고 있는 슈퍼커패시터와;
상기 슈퍼커패시터에서 전류를 공급받아 DC 전원으로 축적하고 있다가 충전이 완료될 때 전원공급을 차단하고, 슈퍼커패시터가 방전에 도달했을 때 다시 전원공급을 하여 충전하는 방식으로 제어하는 마이크로컨트롤러와;
상기 마이크로컨트롤러와 주변소자가 저전력으로 블루투스(Bluetooth) 통신을 사용하여 통신하는 블루투스모듈; 을 포함함을 특징으로 하는 대기전력 절감형 조명제어 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 Transless PSU는 방전용 제너다이오드인 것을 포함함을 특징으로 하는 대기전력 절감형 조명제어 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 마이크로컨트롤러와 주변소자와의 통신은 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), 와아파이(wifi), 근거리통신(NFC), 블루투스 비콘(Beacon), 적외선(IR)통신 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 대기전력 절감형 조명제어 시스템.