WO2011043599A2 - 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치 - Google Patents

무선 및 터치 겸용 조명스위치장치 Download PDF

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WO2011043599A2
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최병관
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Choi Byeonggwan
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    • H01H9/0235—Hand-held casings specially adapted for remote control, e.g. of audio or video apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a wireless and touch lighting switch device capable of both a wireless method and a touch method, and more particularly, not only is not affected by the operation of the AC load, but also does not affect the operation of the AC load. It provides a DC power supply, and relates to a wireless and touch light switch device designed to determine the operation of the load.
  • the fluorescent lamp In general, in the case of a light switch installed on a wall of a home or office, since the power wiring is connected to the fluorescent lamp (lamp) by a wired method, the fluorescent lamp is turned on according to the on / off of the light switch. And to be extinguished.
  • the DC power supply unit of the wireless lighting switch device is composed of a voltage drop circuit including a typical transformer and bridge rectifier circuit and a switch device for switching lighting.
  • the lighting fixtures installed in each room in the existing building are supplied with power through the power wiring at the same time, and the lighting fixtures are connected to each lighting fixture through the light switch and the power wiring so that the lighting fixtures are turned on or off according to the input state of the lighting switch. .
  • the lighting switch is arranged one-to-one through the light fixture and the power wiring, which is inconvenient to change the connection state of the power wiring whenever the lighting fixture is added or the arrangement state is changed.
  • the signal can be sent and received wirelessly between the light switch and the light fixture, two or more of them will be described.
  • Korean Patent No. 007068 is a case where a wireless switch is used, and when a device such as a remote controller is used as a switch, problems such as an increase in wiring cost can be reduced, thereby increasing the number of switches flexibly and realizing it to some extent.
  • the switch needs to bear the problem that the operation cost of the switch increases due to an increase in the power supply (for example, a remote control battery), and to solve the problem of replacing the battery after a certain period of use, the switch has a series of In addition to inducing them to generate their own driving voltage through the electromagnetic induction method, the lights associated with them were selectively turned on / off through a series of wireless methods.
  • Patent No. 007068 a computer module for selectively turning on / off electronic devices associated with each switch is required according to a series of unique tag information transmitted from a switch. There was a problem such that the on / off control module and the like is required more.
  • Republic of Korea Patent No. 0444381 is an electrical wiring structure of a multi-unit house capable of remote control of the lighting fixture, has a power line having a light switch connected to each of one or more lights installed in the living room or room of the multi-unit house, wherein A controller having a light selection button for selecting one or more to selectively connect and lighting the light, and having a remote control switch for lighting a light switch of one or more lights selected by the light selection button with remote signal control; A switch box connected to the controller to operate the remote control switch when detecting a vibration of the vibration sensor; The switch box was equipped with a base station for mounting a pager.
  • a wireless pager can be used to turn on and off lights in a room or living room even at a remote location to further increase security and prevent intrusion of thieves. The same thing is lacking.
  • the present invention has been researched and developed in order to meet the above-mentioned problems and necessities as described above, and its purpose is not only affected by the operation of the AC load, but also without affecting the operation of the AC load, and stably DC.
  • the present invention provides a wireless and touch lighting switch device designed to supply power and determine whether a load is operated.
  • the present invention provides a touch switch for detecting whether or not the user input by contact;
  • An RF communication module for wirelessly transmitting and receiving user input information input through the touch switch;
  • a power driver switching to supply power based on user input information transmitted through the RF communication module; It includes a DC power generation unit for generating a DC power by using the generated power delivered from the power driver.
  • the power drive unit AC zero point detection unit for performing a function for detecting the zero point of the AC power supply voltage as a reference when the power switch is intermittent;
  • a DC power amount control unit which receives the output of the AC zero detection unit and determines a point at which the power switch is actually turned on after the AC power has passed zero and outputs a power switch driving signal based on the power switch;
  • An AC power switch that is controlled in an electronic manner; It includes a power switch driving unit for performing a function to turn on and off the power switch on the basis of the power switch drive signal and the switch block controller (MCU) transmitted from the DC power amount control unit.
  • MCU switch block controller
  • the DC power generation unit includes a current driver for transmitting a current to turn on the DC driver transistor without time delay; A signal amplifier configured to perform an amplifier function to output the input power to a predetermined level of voltage; When the AC power switch is turned on, the DC power is generated through on / off of the current driver using the remaining AC power delivered to the load.When the AC power switch is turned off, only a part of the AC power required is used. It includes a voltage chopping control unit that determines the on / off of the current driver to generate a DC power.
  • the generation of the DC power is preferably generated at a minimum so that a low voltage near the AC zero is applied across the switch to generate a stable DC power when the switch is turned on, which is within a maximum of 0.5% of the total power.
  • the lighting power control can be performed, and self-diagnosis is possible by reflecting the characteristics of the power driving unit.
  • the wireless and touch combined light switch device of the present invention operates with induction electromotive force without separate power wiring, power piping and power supply, and is compatible with new / built buildings as well as a small amount of multi-item by in-mold injection method of touch panel. It is possible to cope with custom design, check the normal operation by two-way transmission / reception control command from the remote place, and have the effect of achieving full wireless home automation as a ubiquitous environment configuration role.
  • induced electromotive force refers to electromotive force generated by electromagnetic induction, and refers to electromotive force generated by an electromagnetic wave generated from a generator or a transformer or reaching an antenna.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a DC power generation unit for a conventional wireless light switch device.
  • Figure 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a wireless and touch light switch device according to the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the detailed configuration of a wireless and touch light switch according to the present invention.
  • Figure 4 is a block diagram showing a power driver module for a wireless and touch light switch device of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a DC power generation unit constituting the power driver module of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a view illustrating an operation waveform transmitted to an AC power control unit, a DC power generating unit, and an AC load for each of which an ON / OFF operation of a switch is received by an AC power input in a wireless and touch light switch device of the present invention. It is a graph.
  • FIG. 7 is a graph showing the consumption of standby power during the turn on / off the wireless communication in the wireless and touch combined light switch device according to the present invention.
  • Figure 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a wireless and touch light switch device according to the present invention
  • Figure 3 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the light switch device of FIG.
  • the overall configuration of the present invention consists of a light switch 1, an RF / touch receiving unit 2, a lamp 3, a home power supply (4).
  • Lighting switch device is a touch sensor module 10 for receiving a user's touch input, RF communication for receiving a remote control signal from the outside and transmitting a control signal according to the touch sensor module 10 or an external signal Module 13, a power driver module 11 for driving and supplying power in accordance with the control signal transmitted from the RF communication module 13, DC power generation module 12 for the stable supply of power, lighting lamp (3) And a home power source 4.
  • the wall-mounted light switch performs the function of interrupting the AC power of the AC load (lighting equipment, etc.), and when the internal integrated circuit for adding the RF-wireless touch method is implemented, the DC without the additional DC power wiring is required. It is generally difficult to supply stable DC power for loads (MCU, RF, LED, etc.).
  • the power driver module 11 of the present invention serves as a basic switch to control the AC load.
  • the DC power generation module 12 supplies a stable DC power that is not affected by the operation of the AC load without additional DC power supply wiring, and makes a DC power from the AC power while Always supply stable DC power to DC loads regardless of switch ON / OFF status without affecting operation.
  • it is to detect whether the load is operating, and through this, it has a self-diagnosis function that enables to drive and operate power stably, and A / D, D for converting analog to digital and digital signals It has a / D conversion function.
  • FIG. 4 is a detailed block diagram of a power driver module constituting a wireless and touch light switch device according to the present invention
  • the power driver module 13 is a function of the AC power control unit for supplying and controlling AC power to the AC load Is also serving.
  • AC plays a basic role of controlling the power delivered to AC load, and generates AC voltage near zero of AC power (up to 0.5% of total power) to make stable DC power required by DC load. It is composed of a DC power generation unit 135 to generate a DC power according to the AC voltage size determined by the AC power control unit to supply a stable DC power required for the power control unit and DC load.
  • the AC power control unit controls the power delivered to the AC load like a general AC switch (mechanical switch). Unlike the general mechanical switch, a controller (MCU) that controls the entire switch block rather than turning the switch on and off manually by hand. Is to control the switch electronically, and when the switch is turned on to create a DC power source, only the low voltage near the zero point of the input AC power (up to 0.5% of the total power) is transferred to the load. .
  • MCU controller
  • the DC power generation unit 135 can easily make a DC power using this.
  • the power switch 134 when the power switch 134 is turned on, all AC power voltages are applied to both ends of the AC load, and thus, when the switch is turned on, the voltage of both ends of the power switch 134 is within a range that does not affect the AC load. This voltage can be used to make DC power supply.
  • the key function of the AC power control unit is to generate a constant low AC voltage across the switch block so that, when the switch is turned on, it can use the low voltage near the zero point of the AC power to continuously produce the stable DC power required by the switch block.
  • the DC power generation unit 135 plays a role of stably making the DC power required by the DC load.
  • the AC power control unit has an AC power switch 134 that can be interrupted in an electronic manner, and the triac (TRIAC) which is most commonly used for this purpose is used.
  • a driving circuit for controlling the triac switch is required, and since the opening and closing of the switch should always be performed near the zero point of the input AC power, there should be a circuit for detecting the zero point of the AC power, and this function is performed by the AC zero detection unit 131. Perform.
  • the low AC voltage near zero required to generate the DC power is determined by the AC power controller, and according to the magnitude of the voltage, the output current of the DC power, that is, the amount of power supplied to the DC load. Since it is controlled to be able to adjust the voltage magnitude according to the output required by the DC load, this function is performed by the DC power control unit 132.
  • the power driver 13 that is, the AC power controller is composed of an AC zero detector 131, a DC power controller 132, a power switch driver 133, and a power switch 134. Let's explain.
  • the AC zero detection unit 131 of the AC power control unit detects the zero point of the AC power voltage, which is a reference when the power switch is interrupted. When the input AC power passes zero, it generates a pulse output. Since two zeros occur every cycle, if the power frequency is 60Hz, 120 zero detection outputs are generated per second.
  • the zero detection output is a signal that is the standard for switching on and off the power switch, and all the circuit blocks of the AC power control unit operate based on this signal.
  • the DC power control unit 132 of the AC power control unit adjusts the size of the voltage applied to both ends of the switch according to the point of time when the power switch is turned on, based on the AC zero output, and can adjust the output current of the DC power supply using this voltage size.
  • the block receives the output of the AC zero detection unit 131 and determines when the AC power actually turns on after passing the zero point, and applies a switch driving signal based on this to the power switch driving unit 133. Do it. Since it is not desirable to make the DC power to be used in the switch block unnecessarily large capacity, the DC power amount control unit 132 can be used to optimize the power distribution between the DC load of the switch block and the AC load that is actually controlled.
  • the power switch driving unit 133 of the AC power control unit serves to turn on / off the power switch under the control of the power switch driving signal output from the DC power control unit 132 and the switch block controller (MCU).
  • the switch block controller MCU
  • the power switch is turned on at the time of the switch ON that is set by the DC power controller 132 after the next AC zero signal.
  • the power switch block of the AC power control unit is a main switch that turns the power delivered to the AC load on and off.
  • the basic role is the same as a general mechanical contact switch, but when the switch is turned on, a low voltage near the AC zero is applied to both ends of the switch. The difference is that it is controlled to generate stable DC power.
  • a triac (TRIAC) generally used as a bidirectional switch is used, and the rated capacity and the breakdown voltage of the triac switch may be selected according to the size of the AC power supply voltage and the AC load.
  • the DC power generation unit 135 transfers only the remaining power to the load except for a low voltage (within a maximum of 0.5% of the total power) near the zero point of the input AC power when the switch is turned on. Make smooth DC power supply for DC load.
  • the switch is turned off, all AC power voltages are applied across the switch, so only the low voltage near the zero point of the AC power is used to make the DC power.
  • FIG. 5 is an internal block diagram of a DC power generation unit constituting the power driver module in the lighting switch device of the present invention.
  • the DC power generation unit 135 transfers the load to the load when the switch is ON, and turns on / off the current driver 1353 by using almost all of the remaining 0.5% of the AC power.
  • Voltage chopping control unit (Voltage Chopping) to determine the ON / OFF of the current driver (1353) in order to generate the DC power, and when the switch is OFF to generate the DC power by using only a part of the AC power required of the total AC power
  • the current driver 1353 delivers a current to turn on the DC driver transistor without time delay.
  • FIG. 6 shows an operation waveform transmitted to an AC power control unit, a DC power generating unit, and an AC load for each of which the switch is ON / OFF by receiving input of AC power in the wireless and touch light switch device according to the present invention.
  • the lighting switch device of the present invention comprises a self-diagnosis circuit to prevent the breakage of the developed power driver and to determine the operation of the load on the ubiquitous sensor network, the detailed function 1) reflects the characteristics of the optimally designed power driver , 2) alarm after each load / non-detection, and 3) communication module and interface.
  • the self-diagnosis circuit can be used not only for the light switch power driver but also for the outlet sensor node.
  • Figure 7 is a graph showing the standby power consumption at the time of wireless communication turn on and off in the combined wireless and touch light switch device according to the present invention.
  • the standby power of the wireless and the touch light switch can be reduced to a minimum through the wake-sleep period control during the wireless communication turn-on and turn-off of the light switch device.
  • Such a wireless and touch light switch according to the present invention can be applied to a touch switch without a radio (RF) function as well as various modifications can be carried out without departing from the scope of the present invention. All should be construed as being included in the scope of the invention.
  • the present invention has a high possibility of being usefully used in an industrial field of a light switch that can turn on / off various lights installed on a ceiling or a wall of a home, an office, or the like by a wireless method or a touch method.

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Abstract

본 발명은 무선방식과 터치방식을 겸하여 사용할 수 있는 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치에 관한 것으로서, 그 목적은 AC부하의 구동에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라, AC부하의 동작에도 영향을 끼치지 않고, 안정적으로 DC전원을 공급하며, 부하의 동작유무를 판단하도록 설계된 무선 및 터치 겸용 조명스위치를 제공하는데 있다. 본 발명은 통상의 조명스위치 장치에 있어서, 접촉여부로 사용자입력여부로 감지하는 터치스위치; 상기 터치스위치를 통해 입력된 사용자입력정보를 무선송수신하는 RF통신모듈; 상기 RF통신모듈을 통해 전달된 사용자입력정보를 토대로 전원을 공급하도록 스위칭하는 전력구동부; 상기 전력구동부로부터 전달된 최소한의 생성전력(전체 전력의 최대 0.5% 이내)을 이용하여 직류전원을 생성하는 직류전원생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무선 및 터치 겸용 조명스위치장치
본 발명은 무선방식과 터치방식을 겸할 수 있는 무선 및 터치겸용 조명스위치장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, AC부하의 구동에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 AC부하의 동작에도 영향을 끼치지 않고 안정적으로 DC전원을 공급하며, 부하의 동작유무를 판단하도록 설계되어 있는 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치에 관한 것이다.
일반적으로, 가정이나 사무소 등의 벽에 설치되어 사용되는 조명스위치의 경우, 유선방식으로 형광등(램프)까지 전원배선이 연결되어 있으므로 조명스위치의 온(on)/오프(off)에 따라 형광등이 점등되고 소등되도록 이루어져 있다.
도 1은 종래의 무선조명 스위치장치에서 DC전원부를 나타낸 회로도이다. 여기서는, 무선조명 스위치장치의 DC전원부가 전형적인 트랜스와 브리지정류회로를 포함하는 전압강하회로와 조명을 스위칭하기 위한 스위치장치로 구성된다.
상기한 바와 같은 구성으로 된 종래의 무선조명 스위치장치에서는, 전원의 오프시에도 대기전력이 소모되고, 기구물이 3회로로 기구물공용화에 역행하는 2회로로 구성되어 인터페이스 측면에서 불리하며, 절전을 기대할 수가 없었다.
따라서, 종래의 무선조명 스위치장치를 설치하기 위해서는 벽에 별도의 DC전원배선, 전원배관작업이 선행되어야 했으며, 상기 조명스위치의 온/오프 동작에 따른 전원이 소요되는 것이었다.
기존의 건물 내에 각각의 방마다 설치되는 전등기구는 전원배선을 통해 전원을 각각 공급받는 동시에 전등기구마다 조명스위치와 전원배선을 통해 연결되어 조명스위치의 입력 상태에 따라 전등기구가 온/오프 동작되게 된다.
이로 인하여 상기 조명스위치는 전등기구와 전원배선을 통해 일대일 배열되어 있어 전등기구가 추가되거나 배치 상태가 변경될 때마다 전원배선의 연결 상태도 변경해야하는 불편함이 수반된다.
또한, 전등기구와 조명스위치 사이의 전원배선이 혼선되거나 벗겨져서 스위치의 입력 상태가 제대로 파악되지 않거나 사용자의 명령이 정확히 전달되지 않는 문제점이 있다.
이와 같은 종래의 조명스위치에 대한 문제점을 해결하기 위하여, 조명스위치와 전등기구 간에 무선으로 신호를 주고받을 수 있도록 한 것들이 제안되어 있는데, 이들 중에서 두어 개를 발췌하여 설명한다.
대한민국 특허 제0702068호는 무선스위치를 사용한 경우로서, 리모컨(Remote controller)과 같은 기기를 스위치로 활용하면, 배선비용증가 등의 문제점을 감소시킬 수 있어 스위치의 개수를 융통성 있게 증가시켜 어느 정도 현실화시킬 수 있으나, 사용자 측에서는 전원(예컨대, 리모컨배터리)의 증가로 인해 스위치 운용비용이 증가하는 문제를 감수해야 하고, 일정 사용기간이 지나면 배터리를 교체해 주어야 하는 등의 문제를 해소하기 위하여, 스위치가 일련의 전자기유도방식을 통해 자체 구동전압을 생성할 수 있도록 유도함과 아울러, 자신과 연계된 전등을 일련의 무선방식을 통해 선택적으로 온/오프시키는 것이었다.
상기 특허 제0702068호에 있어서는, 스위치로부터 전송되는 일련의 고유 태그정보에 따라 각각의 스위치와 연계된 전자기기들을 선택적으로 온(on)/오프(off)시킬 수 있는 전산모듈 등이 요구되며, 별도의 온/오프 제어모듈 등이 더 요구되게 되는 등의 문제점이 있었다.
또한 대한민국 특허 제0844381호는 조명기구의 원격제어가 가능한 공동주택의 전기배선구조로서, 공동주택의 거실이나 방안에 설치된 하나 이상의 조명등이 각각 연결된 조명스위치를 갖는 전원선을 갖고, 상기 하나 이상의 조명등 중 하나 이상을 선택하여 선택적으로 연결시켜 점등시키는 조명선택버튼을 갖으며, 원격신호제어로 상기 조명선택버튼에 의해 선택된 하나 이상인 조명등의 조명스위치를 점등시키는 원격제어스위치를 갖는 제어기와; 상기 제어기와 연결되어 진동센서의 진동감지시 상기 원격제어스위치를 동작시키는 스위치박스와; 이 스위치박스에 무선호출기를 거치시키기 위한 무선호출기거치대로 구비된 것이었다.
그러나, 상기한 특허 제0844381호에 있어서는 무선호출기를 이용하여 원격지에서도 방안이나 거실의 조명등을 점등 및 소등시킬 수 있어 방범성을 보다 높여 도둑의 침입을 미연에 방지하기 위한 것이나, 아래에 열거한 바와 같은 점이 결여되어 있다.
첫째, 유비쿼터스 기반의 홈오토메이션용 무선방식 및 터치방식을 겸하는 조명스위치가 없어서 개발할 필요가 있었다.
둘째, 유비쿼터스 센서 네트워크 상 부하의 동작유무를 파악하기 위한 자기진단회로가 구비되지 않아서 개발할 필요가 있었다.
셋째, 기본적인 스위치 기능을 수행하면서 직류전원공급용 배선을 추가하지 않고 교류부하의 구동에 영향을 받지 않으면서 안정적으로 직류전원을 공급하며, 교류전원에서 직류전원을 만들면서 교류전원을 필요로 하는 부하의 동작에 영향을 끼치지 않고 스위치 온(on)/오프(off) 상태에 관계없이 항상 직류부하 터치센서모듈, RF통신모듈, 전력구동모듈들로 안정적으로 직류전원을 공급해줄 수 있는 조명스위치 장치를 개발할 필요가 요구되었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점과 필요성을 충족하기 위하여 연구개발한 것으로서, 그 목적은 AC부하의 구동에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라, AC부하의 동작에도 영향을 끼치지 않고, 안정적으로 DC전원을 공급하며, 부하의 동작유무를 판단할 수 있도록 설계된 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 및 터치 겸용 조명스위치 장치의 구성을 살펴본다.
본 발명은 접촉여부로 사용자입력여부로 감지하는 터치스위치; 상기 터치스위치를 통해 입력된 사용자입력정보를 무선송수신하는 RF통신모듈; 상기 RF통신모듈을 통해 전달된 사용자입력정보를 토대로 전원을 공급하도록 스위칭하는 전력구동부; 상기 전력구동부로부터 전달된 생성전력을 이용하여 직류전원을 생성하는 직류전원생성부를 포함하는 것이다.
바람직한 실시예로서, 상기 전력구동부는 전원스위치를 단속할 때의 기준이 되는 교류전원 전압의 영점을 검출하는 기능을 수행하는 교류영점검출부; 상기 교류영점검출부의 출력을 받아 교류전원이 영점을 지난후 실제로 어느 시점에 전원스위치를 켤 것인지를 결정하여 이를 바탕으로 만든 전원스위치 구동신호를 출력하는 기능을 수행하는 직류전력량제어부; 전자적인 방식으로 단속되는 교류전원스위치; 상기 직류전력량제어부에서 전달된 전원스위치 구동신호와 스위치블록 제어기(MCU)를 토대로 전원스위치를 온오프시키는 기능을 수행하는 전원스위치구동부를 포함하는 것이다.
바람직한 실시예로서, 상기 직류전원생성부는 직류드라이버트랜지스터를 시간지연 없이 온(on)시킬 수 있도록 전류를 전달하는 전류드라이버; 입력된 전원을 소정 레벨의 전압으로 출력하기 위해 증폭기능을 수행하는 신호증폭부; 상기 교류전원스위치가 온일 때는 부하에 전달하고 남은 교류전원을 이용하여 전류드라이버의 온/오프를 통해 직류전원을 생성하고, 교류전원스위치가 오프일 때는 교류 전체전원 중 필요한 교류전원의 일부만을 이용하여 직류전원을 생성하기 위해 전류드라이버의 온/오프를 결정하는 전압쵸핑제어부를 포함하는 것이다.
상기 직류전원의 생성은 스위치가 켜졌을 때 AC영점 근처의 낮은 전압이 스위치 양단에 인가되어 안정적인 DC전원을 생성할 수 있도록 최소한으로 생성됨이 바람직하며, 이는 전체 전력의 최대 0.5% 이내이다.
본 발명의 바람직한 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치에 따르면, 조명스위치의 전원안정화를 도모하여 품질상승을 증진하고, 터치센서를 이용한 조명전원제어가 가능할 뿐만 아니라, 지그비(Zigbee) 통신모듈을 이용한 RF방식의 조명전원제어를 수행할 수 있으며, 전력구동부 특성을 반영하여 자기진단이 가능하게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치는 별도의 전원배선, 전원배관 및 전원인가 없이 유도기전력으로 동작하며, 신축/기축 건물에 호환 가능함은 물론 터치패널의 인몰딩 사출공법으로 소량 다품목 주문형 디자인 대응이 가능하고, 원격지에서의 쌍방향 송수신 제어명령으로 정상적인 동작 여부 확인이 가능하며, 유비쿼터스 환경 구성역할로 완전무선화 홈오토메이션을 이룰 수 있는 효과가 있다.
참고로, 유도기전력이란 전자기유도에 의해 생기는 기전력을 말하는 것으로, 발전기나 변압기에서 발생하거나 안테나에 도달하는 전자기파로 인해 발생되는 기전력을 의미한다.
도 1은 종래의 무선조명 스위치장치에 대한 DC전원생성부를 개략적으로 나타낸 블록도이다
도 2는 본 발명에 따른 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치의 세부적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치에 대한 전력구동부모듈을 나타낸 블록도이다.
도 5는 도 4의 전력구동부모듈을 구성하는 DC전원생성부를 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치에서 AC전원의 입력을 받아 스위치가 ON/OFF 동작을 하는 각각에 대하여 AC전원제어부와 DC전원생성부, AC부하에 전달되는 동작파형을 표시한 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치에서 무선통신 턴온/턴오프시 대기전력의 소모량을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치를 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 도 2의 조명스위치장치에 대한 세부적인 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 전체적인 구성은 조명스위치(1), RF/터치수신부(2), 조명등(3), 가정용전원(4)으로 이루어진다.
본 발명에 따른 조명스위치장치는 사용자의 접촉입력을 수신하는 터치센서모듈(10), 외부로부터 원격제어신호를 수신하고 상기 터치센서모듈(10) 혹은 외부의 신호에 따라 제어신호를 전달하는 RF통신모듈(13), 상기 RF통신모듈(13)로부터 전달된 제어신호에 따라 전력을 구동하여 공급하는 전력구동부모듈(11), 전력의 안정된 공급을 위한 DC전원생성모듈(12), 조명등(3) 및 가정용전원(4)을 포함하여 구성된다.
여기에서, 벽 매입형 조명스위치는 AC부하(조명기구 등)의 AC전원을 단속하는 기능을 수행하는데, RF-무선 터치방식을 추가하기 위한 내부 집적회로 구현 시 추가적인 DC전원용 배선을 하지 않고는 DC부하(MCU, RF, LED 등)에 필요한 안정적인 DC전원을 일반적으로 공급받기가 어렵다.
또한, AC부하의 구동에 따라 DC전원 자체가 영향을 받아 안정적인 DC전원을 필요로 하는 DC부하들은 오동작 및 불안한 상태의 동작을 하므로 스위치시스템 전체 동작의 신뢰성을 유지하기가 어렵다.
본 발명의 전력구동부모듈(11)은 AC부하를 제어하는 기본적인 스위치 역할을 한다. DC전원생성모듈(12)은 추가적인 DC전원 공급용 배선을 하지 않으면서 AC부하의 구동에 영향을 받지 않는 안정적인 DC전원을 공급하고, AC전원에서 DC전원을 만들면서 AC전원을 필요로 하는 부하의 동작에 영향을 끼치지 않고 스위치 ON/OFF상태에 관계없이 항상 DC부하들에 안정적인 직류전원을 공급한다. 또한, 부하의 동작여부를 검출하기 위한 것으로, 이를 통해서 안정적으로 전력을 구동하고, 운용할 수 있도록 한 자기진단기능을 가지고, 아날로그를 디지털로, 디지털신호간 변환을 수행하기 위한 A/D, D/D변환기능을 가진다.
도 4는 본 발명에 따른 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치를 구성하는 전력구동부모듈의 세부적으로 나타낸 블록도로서, 전력구동부모듈(13)은 AC부하로 AC전원을 공급하고 제어하는 AC전원제어부의 기능을 겸하고 있다.
또한, AC부하로 전달되는 전력을 단속하는 기본적인 역할을 수행하면서 DC부하에서 필요로 하는 안정적인 DC전원을 만들 수 있도록 AC전원의 영점근처 낮은 AC전압(전체 전력의 최대 0.5% 이내)을 생성하는 AC전원제어부와 DC부하에 필요한 안정적인 DC전원을 공급할 수 있도록 AC전원제어부에서 결정되어진 AC전압 크기에 따라 DC전원을 생성하는 DC전원생성부(135)로 구성된다.
AC전원제어부는 일반 AC스위치(기계식 스위치)와 같이 AC부하로 전달되는 전력을 단속하는데 일반적인 기계식 스위치와 다른 점은 사람이 직접 손으로 스위치를 켜고 끄는 것이 아니라 스위치블록 전체를 제어하는 제어기(MCU)를 통해 전자적인 방식으로 스위치의 단속이 이루어지는 것과, DC전원을 만들기 위해 스위치가 켜졌을 때 입력 AC전원의 영점 근처 낮은 전압(전체 전력의 최대 0.5% 이내)을 제외한 나머지 전력만 부하로 전달하는 것이다.
상기 전원스위치(134)가 꺼지면 AC전원 전압이 모두 스위치 양단에 인가되므로, 이를 사용해 DC전원생성부(135)에서 쉽게 DC전원을 만들 수 있다. 그러나 전원스위치(134)가 켜지면 AC전원 전압이 모두 AC부하 양단에 인가되게 되며, 이로 인하여 스위치가 켜졌을 때 AC부하에 영향을 주지 않는 범위 내에서 전원스위치(134) 양단에 어느 정도의 전압이 인가되어야 이 전압을 사용해 DC전원을 만들 수 있다.
AC전원제어부의 핵심 기능은 스위치가 켜졌을 때 AC전원의 영점근처 낮은 전압을 이용해 스위치블록에서 필요로 하는 안정적인 DC전원을 지속적으로 만들 수 있도록 스위치블록 양단에 일정한 낮은 AC전압을 생성하는 것이다. 이를 이용하여 DC전원생성부(135)에서는 DC부하에서 필요로 하는 DC전원을 안정적으로 만드는 역할을 수행하게 된다. AC스위치 기능을 수행하기 위해 AC전원 제어부에는 전자적인 방식으로 단속할 수 있는 AC전원스위치(134)가 있는데, 이러한 목적으로 가장 흔하게 사용하는 트라이악(TRIAC)을 이용한다.
따라서, 트라이악 스위치를 제어하기 위한 구동회로가 필요하고 스위치의 개폐는 항상 입력 AC전원의 영점 근처에서 이루어져야 하므로 AC전원의 영점을 검출하는 회로가 있어야 하며, 이러한 기능은 AC영점검출부(131)에서 수행한다.
상기 전원스위치(134)가 켜졌을 때 DC전원을 생성하는데 필요한 영점 근처의 낮은 AC전압 크기는 AC전원제어부에서 결정하고, 이 전압의 크기에 따라 DC전원의 출력전류, 즉 DC부하에 공급되는 전력량이 제어되므로 DC부하에서 요구하는 출력에 따라 이 전압크기를 조절할 수 있도록 해야 하며, 이러한 기능은 DC전력량제어부(132)에서 수행한다.
상기 전력구동부(13) 즉, AC전원제어부는 AC영점검출부(131), DC전력량제어부(132), 전원스위치구동부(133) 그리고 전원스위치(134)로 구성되는데, 각 블록들에 대하여 좀 더 상세하게 설명하여 본다.
AC전원제어부의 AC영점검출부(131)는 전원스위치를 단속할 때의 기준이 되는 AC전원 전압의 영점을 검출하는 역할을 한다. 입력 AC전원이 영점을 지날 때 마다 펄스 출력을 만드는데 한 주기마다 두 번의 영점이 발생하므로 전원주파수가 60Hz이면 매 초당 120회의 영점 검출 출력이 발생한다. 영점 검출 출력은 전원스위치 개폐의 기준이 되는 신호이며 AC전원제어부의 모든 회로블록은 이 신호를 기준으로 하여 동작한다.
AC전원제어부의 DC전력량제어부(132)는 AC영점 출력을 기준으로 하여 전원스위치가 켜지는 시점에 따라 스위치 양단에 인가되는 전압크기가 조절되게 되며, 이 전압크기로 DC전원의 출력전류를 조절할 수 있다. 이 블록은 AC영점검출부(131)의 출력을 받아 AC전원이 영점을 지난 후 실제로 어느 시점에 전원스위치를 켤 것인지를 결정하여 이를 바탕으로 만든 스위치구동신호를 전원스위치구동부(133)에 인가하는 역할을 한다. 스위치블록에서 사용할 DC전원을 불필요하게 큰 용량으로 만드는 것은 바람직하지 않으므로, DC전력량제어부(132)를 이용해 스위치블록의 DC부하와 실제 제어대상인 AC부하 사이의 전력분배를 최적화 할 수 있다.
AC전원제어부의 전원스위치구동부(133)는 DC전력량제어부(132)에서 출력한 전원스위치 구동신호와 스위치블록제어기(MCU)의 제어를 받아 전원스위치를 ON/OFF 시키는 역할을 한다. 전원스위치가 켜지는 시점은 DC전력량제어부(132)의 출력이 결정하고, 스위치블록제어기(MCU)의 출력은 전원 스위치를 켜거나 끄는 동작을 정의한다.
따라서, 스위치블록제어기(MCU)에서 전원스위치를 켜는 신호가 전원스위치 구동부(133)로 인가되면 그 다음 AC영점신호 이후부터 DC전력량제어부(132)에서 맞춘 스위치 ON시점에 전원스위치가 켜진다.
AC전원제어부의 전원스위치블록은 AC부하로 전달되는 전력을 ON/OFF하는 주 스위치로 기본역할은 일반 기계식 접점스위치와 동일하지만, 스위치가 켜졌을 때 AC영점 근처의 낮은 전압이 스위치 양단에 인가되어 안정적인 DC전원을 생성할 수 있도록 제어된다는 점이 다르다. 본 발명에서는 양방향 스위치로 일반적으로 사용하는 트라이악(TRIAC)을 사용하며, 트라이악 스위치의 정격용량과 내압은 사용하는 AC전원 전압의 크기와 AC부하에 맞춰 선택하면 된다.
상기 DC전원생성부(135)는 스위치가 켜졌을 때는 AC전원제어부에서 입력 AC전원의 영점 근처 낮은 전압(전체 전력의 최대 0.5% 이내)을 제외한 나머지 전력만 부하로 전달하며, 이렇게 만들어진 낮은 AC전압을 평활시켜 DC부하에 필요한 DC전원을 만든다. 스위치가 꺼지면 AC전원 전압이 모두 스위치 양단에 인가되므로 AC전원의 영점 근처 낮은 전압만을 사용해 DC전원을 만든다.
도 5는 본 발명의 조명스위치장치에서 전력구동부모듈을 구성하는 DC전원생성부의 내부 블록도이다. 여기에서, DC전원생성부(135)는 스위치가 ON일 때는 부하에 전달하고 남은 0.5%정도의 AC전원의 거의 전부를 이용하여 전류드라이버(current driver, 1353)의 온(ON)/오프(OFF)를 통해 DC전원을 생성하고, 스위치가 OFF일 때는 AC전체 전원 중 필요한 AC전원의 일부만을 이용하여 DC전원을 생성하기 위하여 전류드라이버(1353)의 ON/OFF를 결정하는 전압쵸핑제어부(Voltage Chopping Control part, 1351)와, 이 전압쵸핑제어부(1351)에서 정해진 전압 level대로 정확히 전압을 전달하기 위해 증폭기능을 수행하는 신호증폭부(Signal Amp part, 1352)와, 상기 전압쵸핑제어부(1351)의 신호에 따라 DC Driver Transistor를 시간 지연 없이 온(on)시킬 수 있도록 전류를 전달하는 전류드라이버(1353)로 구성된다.
도 6은 본 발명에 따른 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치에서 AC전원의 입력을 받아 스위치가 ON/OFF 동작을 하는 각각에 대하여 AC전원제어부와 DC전원생성부, AC부하에 전달되는 동작 파형을 표시한 그래프이다.
한편, 본 발명의 조명스위치장치는 개발된 전력구동부의 파손방지와 유비쿼터스 센서네트워크상 부하의 동작 유/무를 판단하기 위해 자기진단 회로를 구성하며, 세부 기능은 1) 최적 설계된 전력구동부 특성을 반영하고, 2) 각 부하별 유/무 여부 감지 후 경보, 3) 통신 모듈과 인터페이스를 포함하도록 하는 것이 바람직하며, 자기진단 회로는 조명스위치 전력구동부 뿐만 아니라 콘센트 센서노드에도 활용될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치에서 무선통신 턴온 및 턴오프시의 대기전력소모량을 나타낸 그래프이다. 여기서는, 조명스위치장치의 무선통신 턴온 및 턴오프시 Wakeup-sleep 주기제어를 통하여 무선 및 터치 조명스위치의 대기전력을 최소로 줄일 수 있는 것이다.
다시 말해서, 턴온시에는 전원을 소모하지만, 턴오프시에는 전원을 충전함으로써 기기의 대기전력 소모량을 대폭 절감시킬 수 있는 장점을 갖는다.
이러한, 본 발명에 따른 무선 및 터치 겸용 조명스위치는 무선(RF)기능이 없는 터치스위치에 적용함은 물론 이외에도 다양하게 변형실시가 가능한 것으로 본 발명의 목적범위를 일탈하지 않는 한 변형되는 실시 예들은 모두 본 발명의 권리범위에 포함되어 해석되어야 한다.
본 발명은 가정, 사무소 등의 천정이나 벽에 설치된 각종 조명등을 무선방식 및 터치방식으로 온/오프시킬 수 있는 조명스위치관련 산업분야에 유용하게 활용할 가능성이 높다.

Claims (5)

  1. 적어도 하나 이상의 전원스위치를 제어하는 마이크로프로세서(MCU)를 가지고, 유도기전력으로 동작되도록 한 USN기반 홈오토메이션용 무선/터치 겸용 조명스위치에 있어서,
    접촉여부로 사용자입력여부로 감지하는 터치스위치;
    상기 터치스위치를 통해 입력된 사용자입력정보를 무선송수신하는 RF통신모듈;
    상기 RF통신모듈을 통해 전달된 사용자입력정보를 토대로 전원을 공급하도록 스위칭하는 전력구동부;
    상기 전력구동부로부터 전달된 생성전력을 이용하여 직류전원을 생성하는 직류전원생성부로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력구동부는 전원스위치를 단속할 때의 기준이 되는 교류전원 전압의 영점을 검출하는 기능을 수행하는 교류영점검출부;
    상기 교류영점검출부의 출력을 받아 교류전원이 영점을 지난후 실제로 어느 시점에 전원스위치를 켤 것인지를 결정하여 이를 바탕으로 만든 전원스위치 구동신호를 출력하는 기능을 수행하는 직류전력량제어부;
    전자적인 방식으로 단속되는 교류전원스위치;
    상기 직류전력량제어부에서 전달된 전원스위치 구동신호와 스위치블록 제어기(MCU)를 토대로 전원스위치를 온오프시키는 기능을 수행하는 전원스위치구동부로 구성됨을 특징으로 하는 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 직류전원생성부는 직류드라이버트랜지스터를 시간지연 없이 온시킬 수 있도록 전류를 전달하는 전류드라이버;
    입력된 전원을 소정 레벨의 전압으로 출력하기 위해 증폭기능을 수행하는 신호증폭부;
    상기 교류전원스위치가 온일 때는 부하에 전달하고 남은 교류전원을 이용하여 전류드라이버의 온오프를 통해 직류전원을 생성하고, 교류전원스위치가 오프일 때는 교류 전체전원 중 필요한 교류전원의 일부만을 이용하여 직류전원을 생성하기 위해 전류드라이버의 온오프를 결정하는 전압쵸핑제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 직류전원의 생성은 스위치가 켜졌을 때 AC영점 근처의 낮은 전압이 스위치 양단에 인가되어 안정적인 DC전원을 생성할 수 있도록 최소한으로 생성되는 것을 특징으로 하는 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 직류전원의 생성전력은 전체 전력의 최대 0.5% 이내로 되는 것을 특징으로 하는 무선 및 터치 겸용 조명스위치장치.
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