WO2020004963A1 - 스마트 홈 구축을 위한 iot 조명 스위치 모듈 - Google Patents

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    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Definitions

  • the problem to be solved by the present invention is to provide an IoT light switch module that enables remote control of lighting without a constant power supply, and without a built-in battery.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram schematically showing an example of an application environment of an IoT light switch module according to an embodiment of the present invention.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

스마트 홈 구축을 위한 IoT 조명 스위치 모듈이 제공된다. 상기 IoT 조명 스위치 모듈은 (i) 활성선과 (ii) 일측 전원 단자가 중성선에 연결된 조명의 타측 전원 단자의 사이에 연결되는 IoT 조명 스위치 모듈로서, 상기 활성선과 상기 조명의 타측 전원 단자의 사이에 연결되는 릴레이 스위치, 사용자 장치와 무선 통신하고, 상기 사용자 장치로부터의 제어 명령에 따라 상기 릴레이 스위치를 온오프 제어하는 컨트롤러, 상기 활성선과 상기 컨트롤러의 전원 입력 단자의 사이에 연결되는 제1 레귤레이터, 상기 조명의 타측 전원 단자와 상기 컨트롤러의 전원 입력 단자의 사이에 연결되는 AC-DC 컨버터, 상기 활성선과 연결되고, 상기 AC-DC 컨버터의 전원 출력 단자와 연결되는 슈퍼 커패시터, 및 상기 슈퍼 커패시터와 상기 컨트롤러의 전원 입력 단자의 사이에 연결되는 커패시터 스위치를 포함한다.

Description

스마트 홈 구축을 위한 IOT 조명 스위치 모듈
본 발명은 스마트 홈 구축을 위한 IoT(Internet of Things) 조명 스위치 모듈에 관한 것이다.
사물인터넷(Internet of Things, IoT)은 인터넷을 기반으로 사람과 사물, 사물과 사물 간의 정보가 상호 소통되도록 하는 기술을 나타낸다. 각종 사물에는 센서와 통신 모듈이 내장되어 인터넷에 연결되도록 한다. 사물인터넷은 인터넷에 연결된 사물들이 상호 정보를 교환하고 스스로 분석하고 학습한 정보를 사용자에게 제공하거나, 사용자가 인터넷을 토해서 사물들을 원격 제어할 수 있도록 한다.
이 같은 사물인터넷 기술이 발전됨에 따라, 스마트 홈 구축이 현실화되어 가고 있다. 스마트 홈은 TV, 에어컨, 냉장고 등의 가전 제품을 비롯하여 수도, 전기, 조명, 냉난방 등의 에너지 소비 장치와 도어락, CCTV 등의 보안 장치 등 집 안의 모든 장치들이 인터넷에 연결되어 사용자가 원격으로 모니터링 및 제어할 수 있도록 하는 기술을 나타낸다. 특히, 스마트 홈 구축이 가장 빠르게 실현되고 있는 분야는 조명과 냉난방 분야이다.
조명 분야의 경우, 조명 장치 그 자체, 스마트 스위치 또는 스마트 조명 소켓 등의 이름과 형태를 갖는 제품들이 보급되고 있다. 원활한 원격 모니터링과 제어를 위하여, 상기 제품들은 조명의 온오프 상태와 관계 없이 항상 전원을 공급받는 상태여야 한다. 상기 제품들은 중성선이 직접 연결되어 상시 전원을 공급받도록 하거나, 대용량의 배터리를 내장하여 또는 건전지를 교체하는 방식으로 상기 전원 문제를 해결하고 있다. 그러나, 스마트 홈 구축 전의 대부분의 가정은 벽체 또는 천정 내에 상기 제품들에 연결할 수 있는 중성선이 사전 준비되어 있지 않은 경우가 대부분이어서, 상시 전원을 공급하기 위해서는 별도의 배선 작업이 요구되는 불편함이 존재한다. 또한, 배터리 내장 또는 건전지 교체 방식은 제품의 무게와 부피를 증가시켜 경량화와 소형화에 장애가 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상시 전원을 공급받지 않고, 또한, 배터리를 내장하지 않고도, 조명의 원격 제어를 가능하게 하는 IoT 조명 스위치 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 IoT 조명 스위치 모듈은, (i) 활성선과 (ii) 일측 전원 단자가 중성선에 연결된 조명의 타측 전원 단자의 사이에 연결되는 IoT 조명 스위치 모듈로서, 상기 활성선과 상기 조명의 타측 전원 단자의 사이에 연결되는 릴레이 스위치, 사용자 장치와 무선 통신하고, 상기 사용자 장치로부터의 제어 명령에 따라 상기 릴레이 스위치를 온오프 제어하는 컨트롤러, 상기 활성선과 상기 컨트롤러의 전원 입력 단자의 사이에 연결되어, 상기 릴레이 스위치가 턴온(turn-on)되는 때에 상기 활성선으로부터 정상 전류를 공급받고, 상기 정상 전류를 상기 컨트롤러에 공급하는 제1 레귤레이터, 상기 조명의 타측 전원 단자와 상기 컨트롤러의 전원 입력 단자의 사이에 연결되어, 상기 릴레이 스위치가 턴오프(turn-off)되는 때에 상기 조명의 타측 전원 단자로부터 누설 전류를 공급받고, 상기 누설 전류를 교류-직류 변환하여 상기 컨트롤러에 공급하는 AC-DC 컨버터, 상기 활성선과 연결되어, 상기 릴레이 스위치가 턴온되는 때에 상기 활성선으로부터 상기 정상 전류를 공급받고, 상기 AC-DC 컨버터의 전원 출력 단자와 연결되어, 상기 릴레이 스위치가 턴오프되는 때에 상기 AC-DC 컨버터로부터 교류-직류 변환된 상기 누설 전류를 공급받는 슈퍼 커패시터, 및 상기 슈퍼 커패시터와 상기 컨트롤러의 전원 입력 단자의 사이에 연결되는 커패시터 스위치를 포함하고, 상기 컨트롤러는 수면(Sleep) 모드로부터 활성(active) 모드로 전환하는 때에 상기 커패시터 스위치가 턴온되도록 상기 커패시터 스위치를 제어하여, 상기 컨트롤러가 상기 슈퍼 커패시터로부터 상기 활성 모드로의 전환에 필요한 전류를 공급받을 수 있도록 하고, 상기 활성 모드에서 상기 사용자 장치로부터의 제어 명령에 따라 상기 릴레이 스위치를 온오프 제어한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상술한 본 발명에 의하면, 슈퍼 커패시터가 릴레이 스위치가 턴온되는 때에는 활성선으로부터 정상 전류를, 그리고, 릴레이 스위치가 턴오프되는 때에는 조명으로부터 누설 전류를 공급받아 이를 저장하게 하고, 컨트롤러가 많은 양의 전류 소비가 필요한 활성 모드로 전환하는 때에 상기 슈퍼 커패시터로부터 전류를 공급받을 수 있도록 하고, 컨트롤러가 릴레이 스위치가 턴오프되는 때에도 조명으로부터 누설 전류를 공급받을 수 있도록 함으로써, 중성선이 직접 연결되어 상시 전원을 공급받지 않고, 또한, 대용량의 배터리를 내장하여 배터리 전원을 이용하지 않고도, 조명의 원격 제어를 가능하게 하는 IoT 조명 스위치 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 조명 스위치 모듈의 적용 환경의 일 예를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 조명 스위치 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 3은 활성 모드로의 전환시 도 2의 IoT 조명 스위치 모듈의 스위치 제어와 전류 흐름을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 4는 조명의 턴온(turn-on) 상태에서 도 2의 IoT 조명 스위치 모듈의 스위치 제어와 전류 흐름을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 5는 조명의 턴오프(turn-off) 상태에서 도 2의 IoT 조명 스위치 모듈의 스위치 제어와 전류 흐름을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 6은 수면 모드로의 전환시 도 2의 IoT 조명 스위치 모듈의 스위치 제어와 전류 흐름을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 7은 도 2의 컨트롤러의 전류 소비와 동작 모드 및 제2 스위치의 온오프 상태 간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 8은 도 2의 IoT 조명 스위치 모듈의 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 조명 스위치 모듈의 적용 환경의 다른 예를 개략적으로 도시한 개념도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
활성선은 교류 전압이 제공되어 전류가 유입되는 선을 의미하고, 중성선은 이상적으로는 0의 전압을 갖고 전류가 유출되는 선을 의미한다. 활성선은 하트선으로 불리기도 한다. 정상 전류는 활성선으로부터 공급되는 정상적인 전류를 나타내며, 누설 전류와의 구별을 위하여 사용된다.
수면 모드는 저전력 모드 또는 절전 모드로서 예를 들어 무선 통신 모듈이 디스에이블되거나 최소화된 기능 또는 동작(예를 들어, 웨이크업 신호의 수신 등)만을 수행하는 상태를 나타내며, 활성 모드는 수면 모드의 대비되는 개념으로 사용된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 조명 스위치 모듈의 적용 환경의 일 예를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 조명 스위치 모듈(100)은 외부에 노출되거나 벽체에 매립되는 스위치의 형태 또는 스위치 박스의 내부 구성으로 제공될 수 있다.
IoT 조명 스위치 모듈(100)은 활성선(Line)과 일측 전원 단자가 중성선(Neutral)에 연결된 조명(10)의 타측 전원 단자의 사이에 연결된다. IoT 조명 스위치 모듈(100)에는 중성선이 직접 연결되지 않는다. 따라서, IoT 조명 스위치 모듈(100)은 상시 전원을 공급받지 않는다. 또한, 도 2를 참조하여 후술하는 바와 같이, IoT 조명 스위치 모듈(100)은 대용량의 배터리를 내장하지 않는다.
IoT 조명 스위치 모듈(100)은 사용자 장치(20)와 무선 통신한다. 예를 들어, 사용자 장치(20)는 스마트폰, 태블릿, PDA, 랩톱 등과 같은 전기 통신 장치, 리모트 콘트롤러 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 무선 통신은 Wi-Fi, Li-Fi, Bluetooth, UWB(Ultra Wide Band), Zigbee 및 Z-wave 방식의 통신 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. IoT 조명 스위치 모듈(100)은 게이트웨이 장치와 무선 통신으로 연결되고, 인터넷을 통해서 사용자 장치(20)와 연결될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 조명 스위치 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 조명 스위치 모듈(100)은 제1 레귤레이터(110), 슈퍼 커패시터(120), 제2 레귤레이터(130), 컨트롤러(140), 스위치 드라이버(150), AC-DC 컨버터(160), 제1 스위치(SW_1), 제2 스위치(SW_2), 제1 내지 제5 다이오드(D1 ~ D5)를 포함한다.
제1 레귤레이터(110)는 활성선과 제1 스위치(SW_1)의 사이, 활성선과 슈퍼 커패시터(120)의 사이, 및 활성선과 제2 레귤레이터(120)의 사이에 배치된다. 예를 들어, 제1 레귤레이터는 출력 전압을 일정하게 유지시키고 출력 전류의 양을 안정화시키기 위한 것이다.
제1 스위치(SW_1)는 제1 레귤레이터(110)를 통해서 활성선과 연결된다. 제1 스위치(SW_1)는 활성선과 조명(10)의 타측 전원 단자의 사이에 연결된다. 예를 들어, 제1 스위치(SW_1)는 릴레이 스위치일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
컨트롤러(140)는 사용자 장치(20)와 무선 통신한다. 이를 위해, 컨트롤러(140)는 무선 통신 모듈(141)을 포함한다. 무선 통신 모듈(141)은, 상술한 바와 같이, Wi-Fi, Li-Fi, Bluetooth, UWB(Ultra Wide Band), Zigbee 및 Z-wave 방식의 통신 중 하나 이상을 이용하여 사용자 장치(20)와 무선 통신할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(140)로서 MCU(Micro Controller Unit)가 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 컨트롤러(140)는 사용자 장치(20)로부터의 제어 명령에 따라 제1 스위치(SW_1)를 온오프 제어한다.
스위치를 온오프 제어하기 위한 용도의 스위치 드라이버(150)가 제공된다. 컨트롤러(140)는 스위치 드라이버(150)에게 제1 스위치(SW_1)의 온오프 제어 명령을 전송하고, 스위치 드라이버(150)는 컨트롤러(140)로부터의 제어 명령에 따라 직접 제1 스위치(SW_1)를 온오프 제어한다. 예를 들어, 스위치 드라이버(150)는 릴레이 드라이버일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
AC-DC 컨버터(160)는 제1 스위치(SW_1)와 컨트롤러(140)의 전원 입력 단자의 사이 및 조명(10)의 타측 전원 단자와 컨트롤러(140)의 전원 입력 단자의 사이에 연결된다. 따라서, 도 5를 참조하여 후술하는 바와 같이, AC-DC 컨버터(160)는 제1 스위치(SW_1)가 턴오프되는 때에 조명(10)의 타측 전원 단자로부터 누설 전류를 공급받고, 상기 누설 전류를 교류-직류 변환하여 컨트롤러(140)에 공급한다. 한편, AC-DC 컨버터(160)는 제1 스위치(SW_1)가 턴온되는 때에 부하인 조명(10)의 과대한 전류 소비로 인하여 제1 레귤레이터(110)로부터 정상 전류를 분배받지 못하거나, 매우 작은 크기의 전류만 공급받을 수 있다.
제2 레귤레이터(130)는 제1 레귤레이터(110)와 컨트롤러(140)의 전원 입력 단자의 사이 및 AC-DC 컨버터(160)와 컨트롤러(140)의 전원 입력 단자의 사이에 배치된다. 예를 들어, 제2 레귤레이터(130)는 낮은 입력 전압에도 일정한 출력 전압을 제공하기 위한 LDO(Low Dropout) 레귤레이터일 수 있다. 예를 들어, 제2 레귤레이터(130)는 3.3 V의 전압을 출력할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제2 레귤레이터(130)의 출력 전압은 실시예에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
슈퍼 커패시터(120)는 제1 레귤레이터(110)를 통해서 활성선과 연결된다. 따라서, 도 4를 참조하여 후술하는 바와 같이, 슈퍼 커패시터(120)는 제1 스위치(SW_1)가 턴온되는 때에 활성선으로부터 정상 전류를 공급받는다.
또한, 슈퍼 커패시터(120)는 AC-DC 컨버터(160)의 전원 출력 단자와 연결된다. 따라서, 도 5를 참조하여 후술하는 바와 같이, 슈퍼 커패시터(120)는 제1 스위치(SW_1)가 턴오프되는 때에 AC-DC 컨버터(160)로부터 교류-직류 변환된 누설 전류를 공급받는다.
슈퍼 커패시터(120)는 초고용량 커패시터로서 활성선과 AC-DC 컨버터(160)로부터 공급된 전류를 저장할 수 있다.
제2 스위치(SW_2)는 슈퍼 커패시터(120)와 컨트롤러(140)의 전원 입력 단자의 사이에 연결된다. 제2 스위치(SW_2)가 턴온되는 때에 슈퍼 커패시터(120)에 저장된 전류가 컨트롤러(140)로 공급될 수 있으므로, 제2 스위치(SW_2)는 커패시터 스위치로 불리워질 수 있다.
컨트롤러(140)는 동작 모드에 따라 제2 스위치(SW_2)를 온오프 제어할 수 있다. 컨트롤러(140)는 수면 모드(Sleep mode)로부터 활성 모드(Active mode)로 전환하는 때에 제2 스위치(SW_2)가 턴온되도록 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러(140)는 활성 모드로부터 수면 모드로 전환하는 때에 제2 스위치(SW_2)가 턴오프되도록 제어할 수 있다.
수면 모드 및 활성 모드를 포함하는 동작 모드는 무선 통신 모듈(141)에 관한 것일 수 있다. 수면 모드는, 활성 모드에 비하여 무선 통신 모듈(141)이 디스에이블되거나 최소화된 기능 또는 동작(웨이크업 신호의 수신 등)만을 수행하는 상태를 나타낼 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 다이오드(D1)는 활성선과 슈퍼 커패시터(120)의 사이를 연결한다. 제2 다이오드(D2)는 제1 스위치(SW_1)와 AC-DC 컨버터(160)의 전원 입력 단자의 사이 또는 조명(10)의 타측 전원 단자와 AC-DC 컨버터(160)의 전원 입력 단자의 사이를 연결한다. 제3 다이오드(D3)는 AC-DC 컨버터(160)의 전원 출력 단자와 슈퍼 커패시터(120)의 사이에 배치된다. 제4 다이오드(D4)는 AC-DC 컨버터(160)의 전원 출력 단자와 컨트롤러(140)의 전원 입력 단자의 사이에 배치된다. 보다 명확하게는, 제4 다이오드(D4)는 제2 레귤레이터(130)의 전원 출력 단자와 컨트롤러(140)의 전원 입력 단자의 사이에 배치된다. 제5 다이오드(D5)는 슈퍼 커패시터(120)와 컨트롤러(140)의 전원 입력 단자의 사이에 배치된다. 제1 내지 제5 다이오드(D1 ~ D5)는 전류의 정류, 소정의 전압으로의 유지, 소정의 전류로의 유지 등을 위한 목적으로 사용된다.
명확하게 도시하지 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 조명 스위치 모듈(100)은 도 2에 도시되지 않은 임의의 구성요소를 더 포함할 수 있다.
이하에서는, 이상의 구성요소를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 조명 스위치 모듈(100)의 동작 모드 전환시 또는 조명의 온오프 제어시 스위치 제어와 전류 흐름에 대하여 설명한다.
도 3은 활성 모드로의 전환시 도 2의 IoT 조명 스위치 모듈의 스위치 제어와 전류 흐름을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 상술한 바와 같이, IoT 조명 스위치 모듈(100)은 수면 모드로부터 활성 모드로 전환하는 때에 제2 스위치(SW_2)를 턴온 제어한다. 이에 따라, 컨트롤러(140)가 슈퍼 커패시터(120)로부터 활성 모드로의 전환에 필요한 전류를 공급받을 수 있게 된다. 후술하는 바와 같이, 컨트롤러(140)는 수면 모드로부터 활성 모드로 전환하는 때에 전류 소비의 양이 상대적으로 급격하게 증가한다. 이에 대응하여, 컨트롤러(140)는 제2 레귤레이터(130)로부터가 아닌 슈퍼 커패시터(120)에 저장된 전류를 이용함으로써, 많은 양의 전류 소비를 해결할 수 있는 것이다.
한편, 슈퍼 커패시터(120)와 제2 레귤레이터(130)의 전위 차로 인하여, 즉, 슈퍼 커패시터(120)에 걸리는 전압이 상대적으로 높기 때문에, 제2 레귤레이터(130)는 컨트롤러(140)에 전류를 공급할 수 없다.
IoT 조명 스위치 모듈(100)은 외부로부터의 인터럽트(interrupt)에 응답하여 수면 모드로부터 활성 모드로 동작 모드를 전환할 수 있다. 예를 들어, 인터럽트는 사용자 장치(20)로부터의 웨이크업(wake-up) 신호의 수신일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 웨이크업 신호는 수면 모드로부터 활성 모드로 전환을 위하여, 즉 수면 중인 IoT 조명 스위치 모듈(100)(컨트롤러(140) 또는, 무선 통신 모듈(141))을 깨우기 위하여 사전 정의된 신호를 의미한다. 웨이크업 신호는 Wi-Fi, Li-Fi, Bluetooth, UWB(Ultra Wide Band), Zigbee 및 Z-wave 방식의 통신 중 하나 이상의 통신 프로토콜 내에 사전 정의될 수 있다.
IoT 조명 스위치 모듈(100)은 활성 모드에서 사용자 장치(20)로부터의 제어 명령에 따라 릴레이 스위치를 온오프 제어하여 조명(10)을 턴온 또는 턴오프 제어한다.
도 4는 조명의 턴온(turn-on) 상태에서 도 2의 IoT 조명 스위치 모듈의 스위치 제어와 전류 흐름을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 깨어난 IoT 조명 스위치 모듈(100)의 컨트롤러(140)가 턴온 제어 명령을 스위치 드라이버(150)에게 전송하고, 스위치 드라이버(150)가 제1 스위치(SW_1)를 턴온 제어한다. 이 상태에서의 전류 흐름이 도 4에 도시된다.
제1 레귤레이터(110)에 의해서 출력된 정상 전류는 제1 스위치(SW_1), 슈퍼 커패시터(120), 및 제2 레귤레이터(130)에 공급된다. 제1 스위치(SW_1)를 통과한 정상 전류는 (대부분) 조명(10)으로 공급된다. 그리고, 제2 레귤레이터(130)에 의해서 출력된 정상 전류가 컨트롤러(140)에 공급된다.
도 5는 조명의 턴오프(turn-off) 상태에서 도 2의 IoT 조명 스위치 모듈의 스위치 제어와 전류 흐름을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 5를 참조하면, 깨어난 IoT 조명 스위치 모듈(100)의 컨트롤러(140)가 턴오프 제어 명령을 스위치 드라이버(150)에게 전송하고, 스위치 드라이버(150)가 제1 스위치(SW_1)을 턴오프 제어한다. 이 상태에서의 전류 흐름이 도 5에 도시된다.
조명(10)으로부터의 누설 전류가 AC-DC 컨버터(160)로 공급된다. AC-DC 컨버터(160)에 의해서 출력된 교류-직류 변환된 누설 전류는 제2 레귤레이터(130)와 슈퍼 커패시터(120)로 공급된다.
그리고, 제2 레귤레이터(130)에 의해서 출력된 정상 전류가 컨트롤러(140)에 공급된다. 이로써, 컨트롤러(140)는 제1 스위치(SW_1)가 턴오프되어 조명(10)이 턴오프된 상태에서도 전류를 공급받을 수 있다.
도 6은 수면 모드로의 전환시 도 2의 IoT 조명 스위치 모듈의 스위치 제어와 전류 흐름을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 6을 참조하면, 상술한 바와 같이, IoT 조명 스위치 모듈(100)은 활성 모드로부터 수면 모드로 전환하는 때에 제2 스위치(SW_2)를 턴오프 제어한다. 이에 따라, 슈퍼 커패시터(120)로부터 컨트롤러(140)에의 전류 공급은 차단된다. 이 때, 컨트롤러(140)는 제2 레귤레이터(130)로부터 전류를 공급받을 수 있다. 후술하는 바와 같이, 컨트롤러(140)는 수면 모드로 동작하면서 전류 소비의 양을 상대적으로 감소시킨다.
도 7은 도 2의 컨트롤러의 전류 소비와 동작 모드 및 제2 스위치의 온오프 상태 간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, IoT 조명 스위치 모듈(100)은 수면 모드로 대기 중 예를 들어 사용자 장치(20)로부터의 웨이크업 신호의 수신과 같은 인터럽트에 응답하여 수면 모드로부터 활성 모드로 동작 모드를 전환할 수 있다. 또한, IoT 조명 스위치 모듈(100)은 활성 모드로 동작 중 예를 들어 소정의 시간 동안 아무런 조작도 없는 경우 동작 모드 전환 조건을 충족한 것으로 판단하고, 활성 모드로부터 수면 모드로 동작 모드를 전환할 수 있다.
IoT 조명 스위치 모듈(100)의 컨트롤러(140)는 활성 모드에서 상대적으로 많은 양의 전류를 소비하고 수면 모드에서 상대적으로 적은 양의 전류를 소비한다. 특히, 수면 모드에서 활성 모드로 전환하는 때에, 컨트롤러(140)의 전류 소비의 양이 급격하게 증가한다. 따라서, 이 때에는 제2 레귤레이터(130)로부터 공급되는 전류로는 부족하여, 컨트롤러(140)가 제2 스위치(SW_2)를 턴온 제어하여 슈퍼 커패시터(120)로부터 활성 모드로의 전환에 필요한 전류를 공급받을 수 있도록 한다.
도 8은 도 2의 IoT 조명 스위치 모듈의 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 단계 S210에서, 컨트롤러(140)는 수면 모드로 대기한다.
이어서, 단계 S220에서, 컨트롤러(140)는, 보다 명확하게는, 컨트롤러(140)의 무선 통신 모듈(141)이 사용자 장치(20)와 무선 통신하여, 사용자 장치(20)로부터 웨이크업 신호를 수신한다. 웨이크업 신호는 사용자 장치(20)로부터 조명(10) 제어를 위한 제어 명령과 함께 또는 그 전에 수신될 수 있다.
이어서, 단계 S230에서, 컨트롤러(140)는 동작 모드를 수면 모드로부터 활성 모드로 전환하여 구동하고, 제2 스위치(SW_2)를 턴온 제어한다. 이에 따라, 컨트롤러(140)가 슈퍼 커패시터(120)로부터 전류를 공급받게 됨은 상술한 바와 같다.
이어서, 단계 S240에서, 컨트롤러(140)는 (사용자 장치(20)로부터 제어 명령을 수신하고) 사용자 장치(20)로부터의 제어 명령에 따라 제1 스위치(SW_1)를 턴온 또는 턴오프 제어한다.
이어서, 단계 S250에서, 컨트롤러(140)는 동작 모드를 활성 모드로부터 수면 모드로 전환하기 위한 조건에 대해서 판단한다. 예를 들어, 소정의 시간 동안 아무런 조작도 없는 경우, 즉 사용자 장치(20)로부터의 제어 명령이 수신되지 않는 경우, 컨트롤러(140)는 상기 조건이 충족한 것으로 판단할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 단계 S260에서, 상기 조건이 충족한 경우, 컨트롤러(140)는 동작 모드를 활성 모드로부터 수면 모드로 전환하여 구동하고, 제2 스위치(SW_2)를 턴오프 제어한다. 이에 따라, 슈퍼 커패시터(120)로부터 컨트롤러(140)에의 전류 공급이 차단됨은 상술한 바와 같다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 조명 스위치 모듈의 적용 환경의 다른 예를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 IoT 조명 스위치 모듈(300)은 조명용 소켓형으로 또는 그 소켓의 내부 구성으로 제공될 수도 있다.
상술한 본 발명에 의하면, 슈퍼 커패시터가 릴레이 스위치가 턴온되는 때에는 활성선으로부터 정상 전류를, 그리고, 릴레이 스위치가 턴오프되는 때에는 조명으로부터 누설 전류를 공급받아 이를 저장하게 하고, 컨트롤러가 많은 양의 전류 소비가 필요한 활성 모드로 전환하는 때에 상기 슈퍼 커패시터로부터 전류를 공급받을 수 있도록 하고, 컨트롤러가 릴레이 스위치가 턴오프되는 때에도 조명으로부터 누설 전류를 공급받을 수 있도록 함으로써, 중성선이 직접 연결되어 상시 전원을 공급받지 않고, 또한, 대용량의 배터리를 내장하여 배터리 전원을 이용하지 않고도, 조명의 원격 제어를 가능하게 하는 IoT 조명 스위치 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (12)

  1. (i) 활성선과 (ii) 일측 전원 단자가 중성선에 연결된 조명의 타측 전원 단자의 사이에 연결되는 IoT 조명 스위치 모듈로서,
    상기 활성선과 상기 조명의 타측 전원 단자의 사이에 연결되는 릴레이 스위치;
    사용자 장치와 무선 통신하고, 상기 사용자 장치로부터의 제어 명령에 따라 상기 릴레이 스위치를 온오프 제어하는 컨트롤러;
    상기 활성선과 상기 컨트롤러의 전원 입력 단자의 사이에 연결되어, 상기 릴레이 스위치가 턴온(turn-on)되는 때에 상기 활성선으로부터 정상 전류를 공급받고, 상기 정상 전류를 상기 컨트롤러에 공급하는 제1 레귤레이터;
    상기 조명의 타측 전원 단자와 상기 컨트롤러의 전원 입력 단자의 사이에 연결되어, 상기 릴레이 스위치가 턴오프(turn-off)되는 때에 상기 조명의 타측 전원 단자로부터 누설 전류를 공급받고, 상기 누설 전류를 교류-직류 변환하여 상기 컨트롤러에 공급하는 AC-DC 컨버터;
    상기 활성선과 연결되어, 상기 릴레이 스위치가 턴온되는 때에 상기 활성선으로부터 상기 정상 전류를 공급받고,
    상기 AC-DC 컨버터의 전원 출력 단자와 연결되어, 상기 릴레이 스위치가 턴오프되는 때에 상기 AC-DC 컨버터로부터 교류-직류 변환된 상기 누설 전류를 공급받는 슈퍼 커패시터; 및
    상기 슈퍼 커패시터와 상기 컨트롤러의 전원 입력 단자의 사이에 연결되는 커패시터 스위치를 포함하고,
    상기 컨트롤러는 수면(Sleep) 모드로부터 활성(active) 모드로 전환하는 때에 상기 커패시터 스위치가 턴온되도록 상기 커패시터 스위치를 제어하여, 상기 컨트롤러가 상기 슈퍼 커패시터로부터 상기 활성 모드로의 전환에 필요한 전류를 공급받을 수 있도록 하고, 상기 활성 모드에서 상기 사용자 장치로부터의 제어 명령에 따라 상기 릴레이 스위치를 온오프 제어하는,
    IoT 조명 스위치 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 사용자 장치로부터의 웨이크업(wake-up) 신호의 수신에 응답하여, 상기 수면 모드로부터 상기 활성 모드로 전환하고, 상기 커패시터 스위치가 턴온되도록 상기 커패시터 스위치를 제어하는,
    IoT 조명 스위치 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 활성 모드로부터 상기 수면 모드로 전환하는 때에 상기 커패시터 스위치가 턴오프(turn-off)되도록 상기 커패시터 스위치를 제어하는,
    IoT 조명 스위치 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 무선 통신 모듈을 포함하고, 상기 수면 모드 및 상기 활성 모드는 상기 무선 통신 모듈의 동작 모드에 관한 것인,
    IoT 조명 스위치 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 무선 통신은 Wi-Fi, Li-Fi, Bluetooth, UWB(Ultra Wide Band), Zigbee 및 Z-wave 방식의 통신 중 하나 이상을 포함하는,
    IoT 조명 스위치 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 활성선과 상기 슈퍼 커패시터의 사이에 배치되는 제1 다이오드를 더 포함하는,
    IoT 조명 스위치 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 릴레이 스위치와 상기 AC-DC 컨버터의 전원 입력 단자의 사이 및 상기 조명의 타측 전원 단자와 상기 AC-DC 컨버터의 전원 입력 단자의 사이에 배치되는 제2 다이오드를 더 포함하는,
    IoT 조명 스위치 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 AC-DC 컨버터의 전원 출력 단자와 상기 슈퍼 커패시터의 사이에 배치되는 제3 다이오드를 더 포함하는,
    IoT 조명 스위치 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 AC-DC 컨버터의 전원 출력 단자와 상기 컨트롤러의 전원 입력 단자의 사이에 배치되는 제4 다이오드를 더 포함하는,
    IoT 조명 스위치 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 슈퍼 커패시터와 상기 컨트롤러의 전원 입력 단자의 사이에 배치되는 제5 다이오드를 더 포함하는,
    IoT 조명 스위치 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 활성선과 상기 릴레이 스위치의 사이, 상기 활성선과 상기 슈퍼 커패시터의 사이, 및 상기 활성선과 상기 제1 레귤레이터의 사이에 배치되는 제2 레귤레이터를 더 포함하는,
    IoT 조명 스위치 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 IoT 조명 스위치 모듈은 조명용 소켓형으로 제공되는,
    IoT 조명 스위치 모듈.
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