KR102254002B1

KR102254002B1 - Led 조명장치용 전원 스위치

Info

Publication number: KR102254002B1
Application number: KR1020210007257A
Authority: KR
Inventors: 이석현; 이대상
Original assignee: 이석현
Priority date: 2021-01-19
Filing date: 2021-01-19
Publication date: 2021-05-18
Anticipated expiration: 2041-01-19

Abstract

본 발명은 AC 220V의 전원전압을 사용하지 않고 12V이하의 낮은 DC 전원을 사용하여 스위칭하는 전원스위치를 사용함으로서 아크발생을 원천적으로 차단할 뿐만 아니라 가변저항의 수명을 연장함으로서 조명 스위치의 사용에 따른 수명을 크게 연장하고 동시에 최소의 절연거리 확보로 스위칭 모듈의 크기가 작아지고 이에 따라 조광기능 등을 포함한 복잡한 회로를 갖는 고기능성 회로소자를 규격화된 전원스위치에 포함시킬 수 있어 경제적이며 다양한 기능을 갖는 전원스위치를 제공하는 것으로 입력전류와 입력전압을 일치시켜 PF(Power Factor)가 저하를 방지하고, THD(Total Harmonic Distortion)를 감소시켜, LED 조명장치의 동작 안정화에 따른 시간지연의 발생을 방지하며, 급격한 전압 변동이 없는 LED 조명장치용 전원스위치를 제공하는 것이다.

Description

LED 조명장치용 전원 스위치{Power Switch for LED Light}

본 발명은 LED를 이용한 조명장치의 전원 스위치에 관한 것으로 보다 상세하게는 조광기의 기능이 내재된 LED용 조광스위치에 관한 것이다.

일반적인 주택이나 빌딩에서 실내의 백열등, 형광등과 같은 조명을 켜고 끄기 위해 각 실내 벽면에 조명 스위치가 설치되어 있다.

도1를 참조하면, 조명 스위치(10)는 스위치 패널(3)에 조명등의 온/오프를 위한 버튼(5)이 1개 또는 3개가 설치되어 있는 형태로 되어 있고, 패널(3) 후면에는 상용 AC 전원의 연결 및 스위치의 온/오프를 위한 구성소자가 부착되어 있어서, 전체적으로 가로*세로*폭이 75*123*33.5mm의 사이즈를 갖도록 규격화 되어 있다. 즉 상기 도시된 규격의 조명 스위치(10)는 1구 및 3구 스위치 이며, 도시하지 않았지만 동일한 패널(3) 크기에 스위치가 2개 달려있는 2구 스위치도 가능함을 알 수 있다. 즉, 도1에 도시된 사이즈의 조명 스위치(10)는 1구 내지 3구 스위치까지 사용 가능한 형태이다. 또한 도2에 도시한 조명 스위치(18)는 세로 및 폭은 상기 조명 스위치(10)와 동일하고 가로 길이가 121.4mm로 더 확장된 형태로서, 도시된 것처럼 백열등이나 형광등과 같은 조명을 단순히 온/오프하는 것뿐만 아니라 조명의 디밍(dimming) 조절을 가능하게 하는 조광기를 설치하거나 다수개의 스위치를 필요로 할 때 사용가능하다.

이와 같이 지금까지의 조명 스위치는, 도1에 도시된 일반적인 스위치(10)의 경우 75*123*33.5mm 사이즈의 스위치 패널로는 1구에서 3구까지 사용가능하고 도2에 도시된 121.4*123*33.5mm 사이즈의 스위치 패널로는 조광기를 포함하여 다수개의 스위치가 요청될 때 사용할 수 있도록 되어있다.

또한, 조광 조절기(7)는 조광용 조명전용이고 나머지 조명에 대해서는 버튼(5)으로 구성된 일반 스위치만으로 제어하기 때문에 결국 조광기와 일반 스위치간의 연동이 안되었다.

상기와 같이 도시된 기존의 조광기용 원형의 회전스위치는 시계 방향으로 돌려서 조명의 조도가 가장 낮은 상태에서 높은 상태로 점차 상승하도록 하기 위하여 가변저항을 활용하는데 가변저항은 저항값을 갖는 탄소층에 접촉되어 전원을 조절함으로서 조명의 조도를 제어하는 것으로 전압의 크기에 따라 전원스위치의 수명이 좌우되어 비교적 높은 전압인 AC 220V를 사용할 경우 아크등의 원인으로 전원스위치 수명을 감소시키는 문제가 있었다.

또한, AC 입력전원의 스위치는 접점을 이용하여 온/오프 기능을 갖게 되어 필연적으로 스위칭에 따른 아크가 발생되어 이러한 아크에 의한 전원 스위치의 수명이 감소할 수 있을 뿐만 아니라 전압의 크기에 따라 회로 소자간에 최소한의 절연거리 확보가 필요하여 상기와 같은 규격의 전원 스위치의 전원으로 AC 220V를 사용하게 되면 220V에 맞는 용량의 큰 회로소자를 활용해야하기 때문에 불필요하게 전원스위치 모듈이 커짐으로서 경제적 손실을 발생시키며 벽체형 또는 스탠드형 전원스위치를 이용하여 다양한 기능을 갖도록 하기 위해서 규격화된 크기의 전원스위치에 복잡한 회로소자를 포함시키는데 한계가 있었다.

또한, LED 조명장치는 오프-타임 동안 디밍 제어기(또는 제어회로)에 전원을 공급하도록 구성되는 커패시터를 포함하여 구성된다. 그러나, 이러한 종래기술은, 전원 스위치의 동작 상태를 검출해야 하므로 회로 구성이 복잡해지고, 오프-타임 동안 디밍 제어기에 동작전원을 공급하기 위한 커패시터 등의 에너지 충방전 소자를 필수적으로 포함해야 하므로 회로 구성이 복잡해지는 동시에, LED 조명장치의 소형화가 어려워지며, 커패시터의 짧은 수명으로 인해 LED 조명장치의 전체적인 수명이 짧아지고, 제조 단가가 상승한다는 문제점이 있다.

또한, 이러한 종래기술은, 입력전원이 오프상태 전원인 커패시터를 통과하기 때문에 입력전류가 입력전압과 불일치하게 되어 역율(PF : Power Factor)이 저하되고, THD(Total Harmonic Distortion)가 증가하게 되며, 전원 스위치가 턴-온되어 전원이 다시 인가되는 경우 디밍 제어기가 최우선적으로 센싱 동작을 수행해야 하므로 LED 조명장치의 동작 안정화에 시간지연이 발생하며, 급격한 전원 변동으로 인해 불안정한 동작이 야기될 위험성이 높다는 문제점이 있다.

한국등록특허 제10-0940506호(2010년01월28일, 통합형 조광스위치) 한국등록특허 제10-0993581호(2010년11월04일, 원터치 방식의 디밍스위치가 구비된 조명장치)

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상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 조명용 LED 램프의 전원을 차단하는 스위치에 있어 램프에 인가되는 교류전압(AC) 220V를 차단하는 기존의 차단방식을 사용하지 않고 LED 램프의 조광기능을 갖도록 하는 디머회로를 제어하는 직류구동의 제어회로 전원을 직접 차단하도록 함으로서 12V이하의 낮은 DC(직류) 전원을 차단함에 따라 아크발생을 원천적으로 차단할 수 있으며 전압의 크기를 크게 낮춤으로서 조광을 위한 가변저항의 수명을 장시간 연장함과 동시에 규격에서 요구되는 절연거리를 최소화시킴으로서 스위칭 모듈의 크기가 작아지고 이에 따라 조광기능 등의 복잡한 회로를 갖는 고기능성 회로소자를 규격화된 전원스위치 박스에 더 포함시킬 수가 있어 크기 감소에 따른 경제성을 높이고 규격화된 스위치 내에 다양한 기능이 가능하도록 많은 전자소자를 포함할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, AC 전원에 연결되어 있는 LED램프의 전원을 차단하는 스위치 대신 조광용 디머회로의 스위칭 소자를 제어하는 제어회로의 직류전원을 직접 차단할 수 있도록 전원 스위치를 직류 전원 공급 장치인 Power Supply와 제어회로 사이에 위치시켜 12V 이하의 직류(DC)전원을 사용하는 제어회로를 직접 온/오프 할 수 있도록 전원스위치를 설계하여 구성함으로서 LED 램프의 조광 및 전원을 차단할 수 있도록 구성된 회로를 제공한다.

상기와 같이 본 발명은 AC 220V의 전원전압을 사용하지 않고 12V이하의 낮은 DC 전원을 사용하여 스위칭하는 전원스위치를 사용함으로서 아크발생을 원천적으로 차단할 뿐만 아니라 가변저항의 수명을 연장함으로서 조명 스위치의 사용에 따른 수명을 크게 연장하고 동시에 최소의 절연거리 확보로 스위칭 모듈의 크기가 작아지고 이에 따라 조광기능 등을 포함한 복잡한 회로를 갖는 고기능성 회로소자를 규격화된 전원스위치에 포함시킬 수 있어 경제적이며 다양한 기능을 갖는 전원스위치를 제공할 수 있다.

또한, 입력전류와 입력전압을 일치시켜 PF(Power Factor)가 저하를 방지하고, THD(Total Harmonic Distortion)를 감소시켜, LED 조명장치의 동작 안정화에 따른 시간지연의 발생을 방지하며, 급격한 전압 변동이 없는 장점이 있다.

도 1은 기존 발명의 전원스위치
도 2는 기존 발명의 조광스위치가 포함된 전원스위치
도 3은 기존 발명의 전원스위치가 포함된 회로구성도
도 4는 본 발명의 전원스위치가 Power Supply 후에 설계된 회로구성도
도 5는 본 발명의 전원스위치와 램프가 Power Supply 후에 설계된 회로구성도

본 발명은, AC 전원에 연결된 LED램프의 조광 및 온/오프를 위하여 교류(AC) 220V전원을 차단하는 스위치를 사용하지 않고 조광용 디머회로의 스위칭 소자를 제어하는 제어기의 직류전원을 직접 차단할 수 있도록 전원 스위치를 직류전원 발생기인 Power Supply와 제어기 사이에 위치하도록 회로를 설계하여 제어기에 입력되는 직류전원을 직접 차단시키거나 별도의 차단용 스위치를 구성하여 제어기를 직접 온/오프 할 수 있도록 구성함으로서 LED 램프의 조광제어 및 전원을 차단할 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명은 LED 조명장치의 오프-타임 동안 전원 스위치의 동작 상태를 검출할 필요가 없으며, 따라서 제어회로가 동작할 필요가 없도록 제어회로 앞에 전원스위치를 위치시킴으로서 대기전력을 최소화시킬 수 있다. 대기전력 최소화에 따라 LED 조명장치의 전체적인 수명이 길어지고, 제조 단가를 감소시킬 수 있도록 구성하였으며, 입력전원이 오프상태 전원인 커패시터를 통과하지 않기 때문에 입력전류가 입력전압과 일치하게 되어 역율(PF : Power Factor)이 좋아지고, THD(Total Harmonic Distortion)가 감소하게 되며, 전원 스위치가 턴-온되어 전원이 다시 인가되는 경우에 있어서도 LED 조명장치의 동작 안정화에 시간지연이 발생하지 않도록 구성하였다.

전원 스위치는 전원의 차단을 목적으로 하는 것으로 직류(DC)와 교류(AC)의 구별 없이 사용이 가능한 소자로서 차단하고자 하는 전압이 낮을수록 여러 가지 장점을 가지고 있다. 그러나 지금까지 대부분의 조명장치를 차단하는 벽체용 스위치는 교류인 AC 220V 상용전원을 차단함으로서 상기의 다양한 문제점이 발생하였지만 본 발명에 회로설계에 따라 차단 전압을 12V이하로 낮춤으로서 상기의 다양한 문제점 해결과 소형화 및 경제성을 추가할 수 있게 되었다.

또한, 본 발명에 따른 12V이하의 전원 스위치는 벽체용 전원스위치뿐만 아니라 스탠드형 스위치와 리모트 컨트롤용 스위치를 비롯하여 어떠한 스위치에서도 회로설계를 통하여 구성함으로서 소형화가 가능하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일 실시예를 설명한다.

도 3에 나타난 회로도면은 모든 조명시스템의 전원과 부하인 램프를 보여주는 도면으로 교류전원인 AC전원을 입력으로 하여 전원스위치와 부하인 LED 램프가 설치되고 LED 램프에 디밍회로가 연결되어 조광제어를 실행하는 절차로 구성되어 있다.

그러나 본원 발명의 목적에서 밝힌 바와 같이 상기의 AC 교류전원은 사용전원으로 220V를 사용하는 관계로 ON/OFF시 스위치에서 발생하는 아크와 높은 전압에서 동작되는 가변 저항 등의 수명이 감소되는 문제가 있어 이를 해결하기 위하여 발명된 것으로 도 4에 나타난 바와 같이 회로를 설계하여 구성하였다.

일 실시예로서 도 4의 부하인 LED 램프는 AC 교류전원에 연결되고 디밍회로와 연결되어 조광제어를 하는 것은 기존의 발명과 동일하지만 전원스위치는 정류기에 의해 정류된 전원은 직류전압공급기인 DC-DC 컨버터를 통하여 12V 이하의 직류전원으로 변환되어 제어회로의 전원으로서 역할을 하는데 이때 직류전압공급기인 Power Supply와 제어회로 사이에 본 발명의 전원스위치가 연결되어 제어회로의 스위칭소자를 제어하도록 직류전원를 온/온프함으로서 12V이하의 직류전원을 차단하는 전원스위치뿐만 아니라 제어회로를 제어하는 스위치로서 역할을 하게 된다.

전원스위치는 AC, DC의 구별이 없이 단순한 접점에 의해 전원을 온/오프하는 기능을 갖는 것으로 12V 이하로 전압이 낮은 직류전원에 의한 전원스위치는 목적에서 밝힌 바와 같이 경제성과 장수명화 및 소형화를 가능하게 하는 것이다.

또 다른 실시예로서 상기의 실시예의 경우처럼 직류전압공급기(Power Supply)와 제어회로 사이에 전원 스위치를 설치하지 않고 별도의 직류 전원스위치를 제어회로의 스위칭소자를 온오프 할 수 있다.

상기 제어회로의 스위칭 소자는 FET, 트랜지스터, 트라이악(TRIAC), 사이리스터(SCR) 중 하나를 사용하여 제어할 수 있다.

또 다른 실시예로서, 본 발명은 도5에 나타난 바와 같이 디밍 제어 기능을 구비한 위상 제어용 조광기(디머:Dimmer)의 LED 전구와의 디밍 호환성 및 안정성을 향상시켜서 플리커(FLICKER) 현상과 전력 손실을 최소화하면서 양호한 디밍 특성을 발휘할 수 있는 조광 회로와 상기의 플리커가 발생하지 않으면서도 조명기기를 100% 점등 시키기 위하여 기존의 교류(AC) 전압이 입력되는 LED 램프를 Power Supply 후단에 연결하여 전파 정류된 전압이 인가되도록 구성함으로서 스위칭 소자인 트라이악 또는 FET가 단락되더라도 100% 점등이 가능한 디밍회로를 제공하여 플리커 현상을 차단하고 LED 조명기기를 100% 풀부하로 완전하게 사용할 수 있도록 하는 것으로 LED 조명장치의 조광용 Trailing-edge control dimmer에 있어서, 제로 크로싱 검출 회로를 통해 AC 입력전압의 영전위가 검출되면 스위칭 소자(FET)를 턴온시키고, 타이머 회로에 의해 설정된 시간동안 스위칭 소자(FET)가 ON 상태를 유지하며 설정된 시간동안 조명기기에 전력을 공급함으로써, 조명기기의 밝기를 조절하는 디밍회로와, 스위칭소자(FET) 양단이 단락(SHORT)상태에서도 Power Supply로부터 전원이 공급되어 플리커링 없이 완전 점등할 수 있도록 하였으며, MAINS AC, 가변저항(R1), 저항(R2), 캐패시터(C1), LED 램프로 구성되어 캐패시터(C1)에 충전된 전압이 다이악(DIAC)의 도통 전압 이상이 되면, 트라이악의 게이트를 트리거함으로써, 트라이악을 도통시키고 AC 입력 전압이 영전압(Zero Voltage)를 통과하기 전까지 계속적으로 조명기구에 전압을 공급하는 Leading-edge control dimmer에 있어서, 100% 턴온시 트라이악(TRIAC) 양단은 단락(SHORT)상태가 되고, 조광기 회로부의 전압이 단락(SHORT)상태가 되어도 Power Supply로부터 전원이 공급되어 플리커링 없이 완전 점등할 수 있도록 하였다.

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Claims

LED 램프의 조광 및 전원을 온/온프하는 전원스위치에 있어서,
LED 램프와
교류전압을 정류하는 정류기와
상기 정류기의 정류된 전압의 영전위를 검출하기 위한 제로크로싱 검출회로와
영전위 검출시 턴온되는 스위칭 소자인 FET와
상기 LED 램프의 밝기를 조절하는 제어회로와
상기 제어회로에 전원을 공급하는 Power Supply로 구성되며
전원스위치는 LED 램프 오프시 대기전력 최소화 및 소형화를 위해 Power Supply와 제어회로사이에 직렬로 위치시켜 12V이하의 직류전압을 차단하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치용 전원스위치.
제1항에 있어서,
제어회로의 스위칭 소자는
FET, 트랜지스터, 트라이악(TRIAC), 사이리스터(SCR) 중 하나를 사용하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치용 전원스위치.
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제1항에 있어서,
디밍회로는 입력전류가 입력전압과 일치되어 역율(PF : Power Factor)을 높이는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치용 전원스위치.
제1항에 있어서,
디밍회로는 THD(Total Harmonic Distortion)가 감소하며, 전원 스위치 턴-온시 시간지연 없이 안정화되는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치용 전원스위치.
제1항에 있어서,
LED 램프는 Power Supply와 스위칭소자(FET)사이에 위치하도록 회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치용 전원스위치.