KR20220017076A - 색온도 가변 기능을 구비한 led 등기구 조명 제어 장치 - Google Patents

색온도 가변 기능을 구비한 led 등기구 조명 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원격으로 수신되는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 위상 분할하여 서로 상반되는 위상의 두 PWM 구동 신호를 생성하고, 색온도가 상이한 두 LED 모듈을 단일의 컨버터로 조광 제어할 수 있는 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치에 관한 것으로서, 제1 색온도를 갖는 적어도 하나의 제1 LED를 포함하는 제1 LED 모듈; 상기 제1 색온도와 다른 제2 색온도를 갖는 적어도 하나의 제2 LED를 포함하는 제2 LED 모듈; 상기 제1 LED 모듈 및 상기 제2 LED 모듈의 동작을 제어하는 제어 신호를 무선으로 수신하는 무선 통신 모듈; 상기 제어 신호에 따라 상기 제1 LED 모듈 및 상기 제2 LED 모듈에 정전압 및 정전류의 구동 전원을 공급하는 단일의 LED 컨버터; 상기 제어 신호에 포함된 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 수신하여 정상 위상 듀티비(D)의 PWM 신호와 반전 위상 듀티비(1-D)의 PWM 신호로 위상을 분할하는 위상 분할 수단; 상기 반전 위상 듀티비(1-D)의 PWM 신호에 따라 상기 제1 LED 모듈에 상기 구동 전원을 공급하여 상기 제1 LED 모듈을 구동하는 제1 PWM 드라이버; 및 상기 정상 위상 듀티비(D)의 PWM 신호에 따라 상기 제2 LED 모듈에 상기 구동 전원을 공급하여 상기 제2 LED 모듈을 구동하는 제2 PWM 드라이버를 포함한다.
본 발명에 따르면, 단일의 LED 컨버터로 색온도가 서로 다른 두 개의 LED 모듈을 조광 제어함으로써 설치비를 크게 절감할 수 있고, 원격으로 수신되는 PWM 제어 신호를 위상 분할하여 서로 상반되는 두 개의 PWM 구동 신호를 생성함으로써 백색광에서 오렌지색광까지 다양한 색온도 연출이 가능하며, 간단한 회로 구성으로 색온도 및 디밍 제어를 가변할 수 있어 유지보수가 용이한 효과가 있다.

Description

색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치{LED LIGHT FIXTURE CONTROL APPARATUS WITH VARIABLE ILLUMINATION COLOR TEMPERATURE}
본 발명은 원격으로 수신되는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 위상 분할하여 서로 상반되는 위상의 두 PWM 구동 신호를 생성하고, 색온도가 상이한 두 LED 모듈을 단일의 컨버터로 조광 제어할 수 있는 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 가로등은 야간에 조명을 비추어 차량이나 보행자가 안전하게 통행할 수 있도록 하는 등기구이다. 고전적인 가로등은 고휘도 방전 램프를 주로 사용하였지만, 고가이며 전력 소비가 크고 유지보수가 어려운 단점이 있어, 최근에는 소비 전력이 적은 LED 모듈로 대체되고 있다.
LED 가로등은 주로 색온도 6,000K 이상의 백색광을 사용하고 있으며, 백색광은 야간에 가장 양호한 시인성을 제공한다. 하지만, 안개가 끼거나 비가 오는 날씨에서는 백색광의 LED 가로등이 오히려 운전자의 시인성을 저하시키는 문제가 있다.
대한민국 특허공개 제10-2014-0147226호 "실시간 기상 상태에 따라 색온도/조도를 구현하는 LED 가로등 장치 및 그 제어 방법"은 습도와 안개를 감지하고, 감지 결과에 따라 데이터베이스에 저장된 색온도 및 조도를 참조하여 LED 가로등의 색온도 및 조도를 결정한다. 동 선행문헌은 LED 가로등의 색온도를 다양하게 가변할 수 있지만, 복수의 센서들을 사용함에 따라 설치비용이 매우 높고 센서의 고장이 잦으며 유지보수가 어려운 단점이 있다. 또한, 센서의 검출 오류에 의해 가로등의 색온도가 수시로 가변되어 운전자의 주의를 산만하게 만드는 문제가 있다.
대한민국 특허공개 제10-2014-0147226호
본 발명은 색온도가 서로 다른 두 개의 LED 모듈을 단일의 LED 컨버터로 조광 제어하며, 원격으로 수신되는 PWM 제어 신호를 위상 분할하여 서로 상반되는 두 개의 PWM 구동 신호를 생성함으로써, LED 가로등 및 기타 실내외 LED 등기구의 무인 관리가 용이하고 설치비를 크게 절감할 수 있으며 LED 등기구의 운용 및 유지보수를 용이하게 할 수 있는 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 간단한 회로 구성으로 두 LED 모듈을 정전압 및 정전류 제어함으로써 LED 등기구의 안정적인 동작을 보장할 수 있도록 함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 LED 컨버터의 입력측과 출력측 간의 절연 상태를 유지하면서 입출력 상호간의 제어 동작을 유지하여 전기 안전사고를 방지할 수 있도록 함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고가의 변류기 및 변압기를 사용하지 않고 간단한 회로 구성으로 계측용 전압과 전류를 생성함으로써 LED 등기구의 상태 감시를 용이하게 할 수 있도록 함에 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치는, 제1 색온도를 갖는 적어도 하나의 제1 LED를 포함하는 제1 LED 모듈; 상기 제1 색온도와 다른 제2 색온도를 갖는 적어도 하나의 제2 LED를 포함하는 제2 LED 모듈; 상기 제1 LED 모듈 및 상기 제2 LED 모듈의 동작을 제어하는 제어 신호를 무선으로 수신하는 무선 통신 모듈; 상기 제어 신호에 따라 상기 제1 LED 모듈 및 상기 제2 LED 모듈에 정전압 및 정전류의 구동 전원을 공급하는 단일의 LED 컨버터; 상기 제어 신호에 포함된 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 수신하여 정상 위상 듀티비(D)의 PWM 신호와 반전 위상 듀티비(1-D)의 PWM 신호로 위상을 분할하는 위상 분할 수단; 상기 반전 위상 듀티비(1-D)의 PWM 신호에 따라 상기 제1 LED 모듈에 상기 구동 전원을 공급하여 상기 제1 LED 모듈을 구동하는 제1 PWM 드라이버; 및 상기 정상 위상 듀티비(D)의 PWM 신호에 따라 상기 제2 LED 모듈에 상기 구동 전원을 공급하여 상기 제2 LED 모듈을 구동하는 제2 PWM 드라이버를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치는, 상기 위상 분할 수단은, 상기 무선 통신 모듈로부터 수신되는 상기 PWM 신호의 전압 성분을 분압하는 분압 저항(R86, R87)과, 상기 분압 저항(R86, R87) 사이의 접속점에 베이스 단자가 접속되고 콜렉터 단자는 상기 LED 컨버터의 구동 전원 출력단에 접속되고 이미터 단자는 접지측에 접속되는 위상 반전 트랜지스터(Q9)를 포함하는 위상 반전 회로부(210)를 포함하며, 상기 위상 반전 회로부(210)는 상기 PWM 신호가 하이 레벨일 때 상기 구동 전원을 접지 측으로 바이패스 시켜 상기 반전 위상 듀티비(1-D)의 PWM 신호를 생성한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치는, 상기 제1 PWM 드라이버는, 상기 위상 반전 트랜지스터(Q9)의 콜렉터 단자와 접지측 사이에 베이스 단자가 접속되며 이미터 단자는 접지측에 접속되는 제1 스위칭 트랜지스터(Q8)와, 상기 제1 스위칭 트랜지스터(Q8)의 콜렉터 단자에 베이스 단자가 접속되며 턴 온 시에 상기 LED 컨버터의 구동 전원을 상기 제1 LED 모듈에 스위칭 공급하여 상기 제1 LED 모듈이 상기 반전 위상 듀티비(1-D)의 PWM 신호에 따라 점등되도록 제어하는 제1 LED 모듈 구동용 스위칭소자(Q7)를 포함하는 제1 LED 모듈 PWM 구동 회로부(220)를 포함하며, 상기 제2 PWM 드라이버는, 상기 무선 통신 모듈로부터 수신되는 상기 PWM 신호의 입력단과 접지측 사이에 베이스 단자가 접속되며 이미터 단자는 접지측에 접속되는 제2 스위칭 트랜지스터(Q11)와, 상기 제2 스위칭 트랜지스터(Q11)의 콜렉터 단자에 베이스 단자가 접속되며 턴 온 시에 상기 LED 컨버터의 구동 전원을 상기 제2 LED 모듈에 스위칭 공급하여 상기 제2 LED 모듈이 상기 정상 위상 듀티비(D)의 PWM 신호에 따라 점등되도록 제어하는 제2 LED 모듈 구동용 스위칭소자(Q10)를 포함하는 제2 LED 모듈 PWM 구동 회로부(230)를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치는, 상기 LED 컨버터는, 소정의 직류 전압을 분압하여 비반전 단자로 입력받고 상기 LED 컨버터의 출력 전압을 분압하여 반전 단자로 입력받으며 출력단에는 결합 다이오드(D13A)가 역 바이어스 접속되는 비교기(U3A)를 포함하는 정전압 제어 회로부(430)와, 소정의 기준전압을 비반전 단자로 입력받고 상기 소정의 직류 전압을 분압하여 반전 단자로 입력받으며 출력단에는 결합 다이오드(D13B)가 역 바이어스 접속되는 비교기(U3B)를 포함하는 정전류 제어 회로부(440)와, 상기 결합 다이오드(D13A, D13B) 각각의 애노드 단자 접속점에 역 바이어스로 접속되는 포토 커플러(PC1)를 포함하며 상기 비교기(U3A, U3B)들 중 어느 하나에서 증폭된 출력의 크기가 문턱값을 넘어갈 때 상기 포토 커플러(PC1)가 상기 LED 컨버터의 전력 변환부의 입력단을 절연 상태로 턴 오프시켜 상기 LED 컨버터의 구동 전원 출력이 정전압 및 정전류 상태를 유지하도록 하는 절연 피드백 회로부(420)를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치는, 상기 무선 통신 모듈로부터 수신되는 디밍 신호를 분압하여 비반전 단자로 입력받고 반전 단자는 출력단에 궤환 접속되며 출력단에는 저항(R65, R66, R68)과 커패시터(C33, C34)로 구성되는 적분 회로가 접속되는 비교기(U5)를 포함하는 조광 제어 회로부(310)를 더 포함하며, 상기 조광 제어회로부(310)의 출력이 상기 디밍 신호의 전압 레벨 임피던스를 낮춰 상기 정전류 제어 회로부(440)의 상기 비교기(U3B)의 비반전 단자에 인가되는 기준 전압을 형성한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치는, 상기 LED 컨버터의 구동 전원 출력전압을 분압 저항(R72, R73)을 경유하여 비반전 단자로 입력받고 반전 단자는 출력단에 궤환 접속되는 비교기(U6A)를 포함하며, 상기 LED 컨버터의 구동 전원 출력 전압의 임피던스를 낮춰 계측용 전압을 생성하는 계측 전압 생성 회로부(450)를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치는, 상기 조광 제어 회로부(310)의 출력단에 직렬 연결되는 가변저항(VR2) 및 전류 검출용 저항(R69)을 통해 전류 검출 성분을 비반전 단자로 입력받고 반전 단자는 출력단에 궤환 접속되는 비교기(U6B)를 포함하며, 상기 LED 컨버터의 구동 전원 출력 전류의 임피던스를 낮춰 계측용 전류를 생성하는 계측 전류 생성 회로부(460)를 더 포함한다.
본 발명의 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치에 따르면, 단일의 LED 컨버터로 색온도가 서로 다른 두 개의 LED 모듈을 조광 제어함으로써 설치비를 크게 절감할 수 있고, 원격으로 수신되는 PWM 제어 신호를 위상 분할하여 서로 상반되는 두 개의 PWM 구동 신호를 생성함으로써 백색광에서 오렌지색광까지 다양한 색온도 연출이 가능하며, 간단한 회로 구성으로 색온도 및 디밍 제어를 가변할 수 있어 유지보수가 용이한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, LED 모듈 전체를 디밍 제어하는 회로부에서 임피던스를 낮춰 정전류 제어 회로부의 비교기 비반전 단자에 인가되는 기준 전압으로 사용함으로써 안정적인 정전류 제어를 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 정전압 제어 회로부와 정전류 제어 회로부의 동작라인에 설치된 포토 커플러가 전력 변환부의 입력단을 절연 상태로 스위칭 함으로써 구동 전압 출력의 궤환 회로를 절연을 유지하면서 피드백 처리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 비교기를 이용하는 간단한 회로 구성으로 LED 모듈의 구동 전압 임피던스를 낮춰 계측용 전압 및 전류를 출력함으로써, 고가의 변류기 및 변압기를 사용하지 않고 간단한 회로 구성으로 LED 등기구의 상태 감시를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치를 예시한 블록도,
도 2는 본 발명에서 PWM 신호의 위상 분할 회로 구성 및 LED 모듈 각각에 대한 PWM 구동 회로 구성을 예시한 회로도,
도 3은 본 발명에서 두 LED 모듈 전체에 대한 조광 제어 회로부를 예시한 회로도, 및
도 4는 본 발명에서 LED 컨버터의 정전압, 정전류 제어 회로를 예시한 회로도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.
실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치를 예시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명은 LED 컨버터(100)와, 무선 통신 모듈(110)과, 위상 분할 수단(120)과, 제1 PWM 드라이버(130)와, 제2 PWM 드라이버(140)와, 제1 LED 모듈(150)과, 제2 LED 모듈(160)로 구성된다.
본 발명은 단일의 LED 컨버터(100)로 색온도가 서로 다른 두 개의 LED 모듈(150, 160)을 동시에 제어하며, 각각 위상이 상반되는 PWM 신호로 두 LED 모듈(150, 160)을 제어하여 LED 등기구가 다양한 색온도를 연출할 수 있도록 한다. LED 컨버터(100)는 두 LED 모듈(150, 160)에 대하여 동일한 구동 전원을 출력하며, 제1 PWM 드라이버(130) 및 제2 PWM 드라이버(140)는 각각 구동 전원을 서로 위상이 반전된 PWM 신호로 제1 LED 모듈(150)과 제2 LED 모듈(160)에 공급한다.
LED 컨버터(100)는 통상 알려진 바와 같이, 입력 전원에서 전자기파(EMI)를 필터링하는 필터 회로, 입력 전원을 정류하는 정류 회로, 역률을 보정하는 역률 보정 회로, 주파수 가변 전력 변환 회로, LLC 공진 회로, 공진 출력을 절연하기 위한 절연 변압기, 절연 변압기 후단의 정류 필터 회로 및 평활 회로 등을 포함할 수 있다. 본 발명에서는 도 2 내지 4의 회로도를 참조하여 평활 회로의 직류 출력단 이하의 회로에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 2를 참조하여 PWM 신호의 위상 분할 회로 구성 및 LED 모듈 각각에 대한 PWM 구동 회로 구성을 설명하며, 도 3을 참조하여 정전류 제어 회로의 기준 전압을 생성하여 두 LED 모듈 전체에 대한 조광 제어를 하는 구성을 설명하며, 도 4를 참조하여 LED 컨버터(100)의 정전압 및 정전류 제어 구성을 설명하기로 한다.
무선 통신 모듈(110)은 제1 LED 모듈(150) 및 제2 LED 모듈(160)의 동작을 제어하는 제어 신호를 무선으로 수신하는 수단이다. 예컨대, 제어 신호는 도시 안 된 원격의 서버에서 LED 등기구 각각을 제어하기 위해 전송하는 신호로서, 온/오프 신호, 제1 LED 모듈(150) 및 제2 LED 모듈(160)의 점등 제어를 위한 PWM 신호, PWM 신호의 듀티 비율을 규정하는 디밍 신호 등을 포함할 수 있다.
무선 통신 모듈(110)은, 예를 들면, LTE(long term evolution), LTE-A(LTE advanced), CDMA(code division multiple access), WCDMA(wideband CDMA), UMTS(universal mobile telecommunications system), WiBro(wireless broadband), 또는 GSM(global System for mobile communications) 등 중 적어도 하나를 사용하는 이동 통신 모듈을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 무선 통신 모듈(110)은 NB(narrow band)-IoT, MTC(machine type communication), eMTC(enhanced MTC), 로라(lora), 시그폭스(sigfox) 등 중 적어도 하나를 사용하는 IoT 통신 모듈을 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 무선 통신 모듈(110)은 WiFi(wireless fidelity), LiFi(light fidelity), 블루투스, 블루투스 저전력(bluetooth low energy, BLE), 지그비(zigbee), NFC(near field communication), 자력 시큐어 트랜스미션(magnetic secure transmission), 라디오 프리퀀시(radio frequency, RF), 또는 보디 에어리어 네트워크(body area network, BAN) 중 적어도 하나의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 또 다른 예시에서, 무선 통신 모듈(110)은 GNSS를 포함할 수 있다. GNSS는, 예를 들면, GPS(global positioning system), Glonass(global navigation satellite ystem), Beidou Navigation Satellite System 또는 Galileo, the European global satellite-based navigation system의 통신 모듈일 수 있다.
위상 분할 수단(120)은 무선 통신 모듈(110)로부터 제어 신호에 포함된 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 수신한다. 그리고 정상 위상 듀티비(D)의 PWM 신호와 반전 위상 듀티비(1-D)의 PWM 신호로 위상을 분할한다. 본 발명에서 위상 분할은 정상 위상 듀티비(D)의 PWM 신호의 위상을 반전시켜 반전 위상 듀티비(1-D)의 PWM 신호를 생성하는 것을 의미한다. 위상 반전에 대하여는 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
제1 PWM 드라이버(130)는 반전 위상 듀티비(1-D)의 PWM 신호에 따라 제1 LED 모듈(150)에 구동 전원을 공급하는 수단이며, 제2 PWM 드라이버(140)는 정상 위상 듀티비(D)의 PWM 신호에 따라 제2 LED 모듈(160)에 구동 전원을 공급하는 수단이다. 본 발명에서 제1 LED 모듈(150)과 제2 LED 모듈(160)은 서로 다른 색온도를 갖는다. 제1 LED 모듈(150)은 제1 색온도를 갖는 적어도 하나의 제1 LED를 포함한다. 제2 LED 모듈(160)은 제1 색온도와 다른 제2 색온도를 갖는 적어도 하나의 제2 LED를 포함한다. 예를 들어, 제1 LED 모듈(150)은 3,000K의 색온도를 가지며, 제2 LED 모듈(160)은 6,000K의 색온도를 갖는다. 물론 두 LED 모듈(150)은 예시와 다른 색온도를 가질 수도 있다.
본 발명에서 정상 위상 듀티비(D)가 100%라고 할 때 반전 위상 듀티비(1-D)는 0%이며, 제1 LED 모듈(150)은 실질적으로 소등된 상태에 있고 제2 LED 모듈(160)은 점등을 유지한다. 즉, LED 등기구는 백색광으로 점등될 것이다. 다른 예로서, 정상 위상 듀티비(D)가 0%라고 할 때 반전 위상 듀티비(1-D)는 100%이며, 제1 LED 모듈(150)은 점등을 유지하며, 제2 LED 모듈(160)은 실질적으로 소등된 상태에 있게 된다. 즉, LED 등기구는 오렌지색광으로 점등될 것이다. 또 다른 예로서, 정상 위상 듀티비(D)가 0% 내지 100% 사이의 값을 갖는다면 LED 등기구는 두 LED 모듈(150, 160)의 색온도가 혼합된 색상의 광으로 점등될 것이다.
이와 같이 단일의 LED 컨버터(100)로 색온도가 서로 다른 두 개의 LED 모듈을 상호 반전된 위상의 듀티비를 갖는 PWM 제어 신호로 조광 제어함으로써 백색광에서 오렌지색광까지 다양한 색온도 연출이 가능하며, 간단한 회로 구성으로 색온도 및 디밍 제어를 가변할 수 있어 유지보수가 용이한 이점을 갖는다.
도 2는 본 발명에서 PWM 신호의 위상 분할 회로 구성 및 LED 모듈 각각에 대한 PWM 구동 회로 구성을 예시한 회로도이다. 도 2를 참조하면, 무선 통신 모듈(110)로부터 수신하는 PWM 신호의 입력단에 위상 반전 회로부(210)가 연결된다. PWM 신호의 입력단에는 정상 위상 듀티비(D)의 PWM 신호가 입력되며, 이 신호에 의해 제2 LED 모듈 PWM 구동 회로부(230)가 동작한다. 위상 반전 회로부(210)는 입력되는 PWM 신호의 위상을 반전시켜 반전 위상 듀티비(1-D)의 PWM 신호를 생성하며, 이 신호에 의해 제1 LED 모듈 PWM 구동 회로부(220)가 동작한다.
위상 반전 회로부(210)는, 무선 통신 모듈(110)로부터 수신되는 PWM 신호의 전압 성분을 분압하는 분압 저항(R86, R87)과, 이 분압 저항(R86, R87) 사이의 접속점에 베이스 단자가 접속되고 콜렉터 단자는 LED 컨버터(100)의 구동 전원 출력단에 접속되고 이미터 단자는 접지측에 접속되는 위상 반전 트랜지스터(Q9)를 포함한다. 위상 반전 회로부(210)는 입력되는 PWM 신호가 하이 레벨일 때에는 구동 전원을 접지 측으로 바이패스 시키며, 로우 레벨일 때에는 제1 LED 모듈 PWM 구동 회로부(220)를 트리거시켜 동작시킨다.
제1 LED 모듈 PWM 구동 회로부(220)는, 위상 반전 트랜지스터(Q9)의 콜렉터 단자와 접지측 사이에 베이스 단자가 접속되며 이미터 단자는 접지측에 접속되는 제1 스위칭 트랜지스터(Q8)와, 제1 스위칭 트랜지스터(Q8)의 콜렉터 단자에 베이스 단자가 접속되며 턴 온 시에 LED 컨버터(100)의 구동 전원을 제1 LED 모듈(150)에 스위칭 공급하는 제1 LED 모듈 구동용 스위칭소자(Q7)를 포함한다. 따라서 제1 LED 모듈(150)이 반전 위상 듀티비(1-D)의 PWM 신호에 따라 점등될 수 있다.
제2 LED 모듈 PWM 구동 회로부(230)는, 무선 통신 모듈(110)로부터 수신되는 PWM 신호의 입력단과 접지측 사이에 베이스 단자가 접속되며 이미터 단자는 접지측에 접속되는 제2 스위칭 트랜지스터(Q11)와, 이 제2 스위칭 트랜지스터(Q11)의 콜렉터 단자에 베이스 단자가 접속되며 턴 온 시에 LED 컨버터(100)의 구동 전원을 제2 LED 모듈(160)에 스위칭 공급하는 제2 LED 모듈 구동용 스위칭소자(Q10)를 포함한다. 따라서 제2 LED 모듈(160)이 정상 위상 듀티비(D)의 PWM 신호에 따라 점등될 수 있다.
도 3은 본 발명에서 두 LED 모듈 전체에 대한 조광 제어 회로부를 예시한 회로도이다. 도 3을 참조하면, 조광 제어 회로부(310)는 무선 통신 모듈(110)로부터 수신되는 디밍 신호를 수신하여 조광 제어를 수행한다. 여기서 디밍 신호는 PWM 신호의 듀티 비율을 의미한다. 조광 제어 회로부(310)는 디밍 신호를 분압 저항(R28, R29, R30, R31)로 분압하여 비반전 단자로 입력받고 반전 단자는 출력단에 궤환 접속되며 출력단에는 저항(R65, R66, R68)과 커패시터(C33, C34)로 구성되는 적분 회로가 접속되는 비교기(U5)를 포함한다. 여기서 분압 저항(R28, R29, R31)의 접속점과 접지측 사이에는 디밍 신호의 전압 레벨을 일정하게 유지하기 위한 제너 다이오드(ZD5)가 접속된다. 비교기(U5)는 비반전 단자로 입력되는 디밍 신호를 기준 전압으로 하여 적분 회로에 의해 설정되는 시정수에 의해 디밍 신호의 임피던스를 낮춰 출력한다. 도 3에서 화살표 a로 묘사된 바와 같이, 비교기(U5)의 출력은 도 4를 참조하여 후술하는 바와 같이 정전류 제어 회로부(440)의 비교기(U3B)의 비반전 단자에 인가되는 기준 전압을 형성한다. 이에 따라, LED 등기구 전체를 디밍 제어하는 조광 제어 회로부(310)를 이용하여 디밍 신호의 전압 레벨 임피던스를 낮춰 정전류 제어 회로부(440)의 비교기 기준 전압으로 사용함으로써 안정적인 정전류 제어를 수행할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에서 LED 컨버터의 정전압, 정전류 제어 회로를 예시한 회로도이다. 도 4를 참조하면, LED 컨버터(100)는 기준전압 발생 회로부(410)와, 절연 피드백 회로부(420)와, 정전압 제어 회로부(430)와, 정전류 제어 회로부(440)와, 계측 전압 생성 회로부(450)와, 계측 전류 생성 회로부(460)를 포함한다.
기준전압 발생 회로부(410)는 LED 컨버터(100)에서 출력되는 출력 전압과 전류를 정전압 및 정전류로 제어하기 위한 기준 전압(DC 5V)을 생성하기 위한 회로이다. 기준전압 발생 회로부(410)는 출력 전압을 저항(R50)을 통해 인가받고 제너 다이오드(U4)에 의해 규정된 일정 전압으로 트랜지스터(Q4)를 도통시킨다. 트랜지스터(Q4)가 턴 온 되면서 제너 다이오드(U4)에 의해 DC 5V의 기준전압이 생성된다.
절연 피드백 회로부(420)를 설명하기에 앞서 정전압 제어 회로부(430) 및 정전류 제어 회로부(440)를 먼저 설명한다. 정전압 제어 회로부(430)는, 기준전압 발생 회로부(410)에서 생성된 DC 5V의 전압을 분압 저항(R54, R57)으로 분압하여 비반전 단자로 입력받고 LED 컨버터(100)의 출력 전압(DC 36V)을 분압 저항(R58, R59, R60)으로 분압하여 반전 단자로 입력받으며 출력단에는 결합 다이오드(D13A)가 역 바이어스 접속되는 비교기(U3A)를 포함한다.
정전류 제어 회로부(440)는, 조광 제어 회로부(310)의 출력단(a)을 통해 인가되는 기준전압을 저항(R67)과 가변저항(VR2)으로 분압하여 비반전 단자로 입력받고, DC 5V를 분압 저항(R57, R69)으로 분압하여 반전 단자로 입력받으며 출력단에는 결합 다이오드(D13B)가 역 바이어스 접속되는 비교기(U3B)를 포함한다.
절연 피드백 회로부(420)는 결합 다이오드(D13A, D13B) 각각의 애노드 단자 접속점에 역 바이어스로 접속되는 포토 커플러(PC1)를 포함한다. 만약 비교기(U3A, U3B)들 중 어느 하나에서 증폭된 출력의 크기가 문턱값을 넘어갈 때 포토 커플러(PC1)가 도시되지 아니한 LED 컨버터(100)의 전력 변환부의 입력단을 절연 상태로 턴 오프시킨다. 따라서 정전압 제어 회로부(430)와 정전류 제어 회로부(440)의 동작라인에 설치된 포토 커플러(PC1)가 전력 변환부의 입력단을 절연 상태로 스위칭 함으로써, 구동 전압 출력의 궤환 회로를 절연을 유지하면서 피드백 처리할 수 있게 된다.
계측 전압 생성 회로부(450)는 LED 컨버터(100)의 구동 전원 출력전압을 분압 저항(R72, R73)을 경유하여 비반전 단자로 입력받고 반전 단자는 출력단에 궤환 접속되는 비교기(U6A)를 포함한다. 비교기(U6A)는 LED 컨버터(100)의 구동 전원 출력 전압의 임피던스를 낮춰 대략 1/20 스케일의 계측용 전압을 생성하게 된다.
계측 전류 생성 회로부(460)는 조광 제어 회로부(310)의 출력단에 직렬 연결되는 가변저항(VR2) 및 전류 검출용 저항(R69)을 통해 전류 검출 성분을 비반전 단자로 입력받고 반전 단자는 출력단에 궤환 접속되는 비교기(U6B)를 포함한다. 비교기(U6B)는 LED 컨버터(100)의 구동 전원 출력 전류의 임피던스를 낮춰 대략 1/2 스케일의 계측용 전류를 생성하게 된다.
따라서, 계측용 전압과 계측용 전류 각각을 모니터링하여, 또한, 계측용 전압과 계측용 전류의 곱셈한 값을 모니터링하여 LED 등기구의 전압, 전류, 전력 등의 상태를 감시하고 무선 통신 모듈(110)을 통해 원격의 서버로 전송함으로써, 고가의 변류기 및 변압기를 사용하지 않고 간단한 회로 구성으로 LED 등기구의 상태 감시를 효율적으로 달성할 수 있게 된다.
위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
100 : LED 컨버터 110 : 무선 통신 모듈
120 : 위상 분할 수단 130 : 제1 PWM 드라이버
140 : 제2 PWM 드라이버 150 : 제1 LED 모듈
160 : 제2 LED 모듈 210 : 위상 반전 회로부
220 : 제1 LED 모듈 PWM 구동 회로부
230 : 제2 LED 모듈 PWM 구동 회로부
310 : 조광 제어 회로부 410 : 기준전압 발생 회로부
420 : 절연 피드백 회로부 430 : 정전압 제어 회로부
440 : 정전류 제어 회로부 450 : 계측 전압 생성 회로부
460 : 계측 전류 생성 회로부

Claims (7)

  1. LED 등기구의 동작을 제어하는 LED 등기구 조명 제어 장치에 있어서,
    제1 색온도를 갖는 적어도 하나의 제1 LED를 포함하는 제1 LED 모듈;
    상기 제1 색온도와 다른 제2 색온도를 갖는 적어도 하나의 제2 LED를 포함하는 제2 LED 모듈;
    상기 제1 LED 모듈 및 상기 제2 LED 모듈의 동작을 제어하는 제어 신호를 무선으로 수신하는 무선 통신 모듈;
    상기 제어 신호에 따라 상기 제1 LED 모듈 및 상기 제2 LED 모듈에 정전압 및 정전류의 구동 전원을 공급하는 단일의 LED 컨버터;
    상기 제어 신호에 포함된 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 수신하여 정상 위상 듀티비(D)의 PWM 신호와 반전 위상 듀티비(1-D)의 PWM 신호로 위상을 분할하는 위상 분할 수단;
    상기 반전 위상 듀티비(1-D)의 PWM 신호에 따라 상기 제1 LED 모듈에 상기 구동 전원을 공급하여 상기 제1 LED 모듈을 구동하는 제1 PWM 드라이버; 및
    상기 정상 위상 듀티비(D)의 PWM 신호에 따라 상기 제2 LED 모듈에 상기 구동 전원을 공급하여 상기 제2 LED 모듈을 구동하는 제2 PWM 드라이버
    를 포함하는 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상 분할 수단은, 상기 무선 통신 모듈로부터 수신되는 상기 PWM 신호의 전압 성분을 분압하는 분압 저항(R86, R87)과, 상기 분압 저항(R86, R87) 사이의 접속점에 베이스 단자가 접속되고 콜렉터 단자는 상기 LED 컨버터의 구동 전원 출력단에 접속되고 이미터 단자는 접지측에 접속되는 위상 반전 트랜지스터(Q9)를 포함하는 위상 반전 회로부(210)를 포함하며,
    상기 위상 반전 회로부(210)는 상기 PWM 신호가 하이 레벨일 때 상기 구동 전원을 접지 측으로 바이패스 시켜 상기 반전 위상 듀티비(1-D)의 PWM 신호를 생성하는 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 PWM 드라이버는, 상기 위상 반전 트랜지스터(Q9)의 콜렉터 단자와 접지측 사이에 베이스 단자가 접속되며 이미터 단자는 접지측에 접속되는 제1 스위칭 트랜지스터(Q8)와, 상기 제1 스위칭 트랜지스터(Q8)의 콜렉터 단자에 베이스 단자가 접속되며 턴 온 시에 상기 LED 컨버터의 구동 전원을 상기 제1 LED 모듈에 스위칭 공급하여 상기 제1 LED 모듈이 상기 반전 위상 듀티비(1-D)의 PWM 신호에 따라 점등되도록 제어하는 제1 LED 모듈 구동용 스위칭소자(Q7)를 포함하는 제1 LED 모듈 PWM 구동 회로부(220)를 포함하며,
    상기 제2 PWM 드라이버는, 상기 무선 통신 모듈로부터 수신되는 상기 PWM 신호의 입력단과 접지측 사이에 베이스 단자가 접속되며 이미터 단자는 접지측에 접속되는 제2 스위칭 트랜지스터(Q11)와, 상기 제2 스위칭 트랜지스터(Q11)의 콜렉터 단자에 베이스 단자가 접속되며 턴 온 시에 상기 LED 컨버터의 구동 전원을 상기 제2 LED 모듈에 스위칭 공급하여 상기 제2 LED 모듈이 상기 정상 위상 듀티비(D)의 PWM 신호에 따라 점등되도록 제어하는 제2 LED 모듈 구동용 스위칭소자(Q10)를 포함하는 제2 LED 모듈 PWM 구동 회로부(230)를 포함하는 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 LED 컨버터는,
    소정의 직류 전압을 분압하여 비반전 단자로 입력받고 상기 LED 컨버터의 출력 전압을 분압하여 반전 단자로 입력받으며 출력단에는 결합 다이오드(D13A)가 역 바이어스 접속되는 비교기(U3A)를 포함하는 정전압 제어 회로부(430)와,
    소정의 기준전압을 비반전 단자로 입력받고 상기 소정의 직류 전압을 분압하여 반전 단자로 입력받으며 출력단에는 결합 다이오드(D13B)가 역 바이어스 접속되는 비교기(U3B)를 포함하는 정전류 제어 회로부(440)와,
    상기 결합 다이오드(D13A, D13B) 각각의 애노드 단자 접속점에 역 바이어스로 접속되는 포토 커플러(PC1)를 포함하며 상기 비교기(U3A, U3B)들 중 어느 하나에서 증폭된 출력의 크기가 문턱값을 넘어갈 때 상기 포토 커플러(PC1)가 상기 LED 컨버터의 전력 변환부의 입력단을 절연 상태로 턴 오프시켜 상기 LED 컨버터의 구동 전원 출력이 정전압 및 정전류 상태를 유지하도록 하는 절연 피드백 회로부(420)를 포함하는 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 무선 통신 모듈로부터 수신되는 디밍 신호를 분압하여 비반전 단자로 입력받고 반전 단자는 출력단에 궤환 접속되며 출력단에는 저항(R65, R66, R68)과 커패시터(C33, C34)로 구성되는 적분 회로가 접속되는 비교기(U5)를 포함하는 조광 제어 회로부(310)를 더 포함하며,
    상기 조광 제어회로부(310)의 출력이 상기 디밍 신호의 전압 레벨 임피던스를 낮춰 상기 정전류 제어 회로부(440)의 상기 비교기(U3B)의 비반전 단자에 인가되는 기준 전압을 형성하는 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 LED 컨버터의 구동 전원 출력전압을 분압 저항(R72, R73)을 경유하여 비반전 단자로 입력받고 반전 단자는 출력단에 궤환 접속되는 비교기(U6A)를 포함하며, 상기 LED 컨버터의 구동 전원 출력 전압의 임피던스를 낮춰 계측용 전압을 생성하는 계측 전압 생성 회로부(450)를 더 포함하는 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조광 제어 회로부(310)의 출력단에 직렬 연결되는 가변저항(VR2) 및 전류 검출용 저항(R69)을 통해 전류 검출 성분을 비반전 단자로 입력받고 반전 단자는 출력단에 궤환 접속되는 비교기(U6B)를 포함하며, 상기 LED 컨버터의 구동 전원 출력 전류의 임피던스를 낮춰 계측용 전류를 생성하는 계측 전류 생성 회로부(460)를 더 포함하는 색온도 가변 기능을 구비한 LED 등기구 조명 제어 장치.
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