전등 스위치에 의한 조명등 제어 장치{LIGHT CONTROLL DEVICE OF A LIGHT SWITCH.}
본 고안은 전등 스위치로써 조명등을 제어하기 위한 수단과 장치에 관한 것이다. 본 고안에서 전등 스위치라는 말은 조명등을 켜고 끄기에 사용되는 스위치로써 대표적 일례로는 옥내배선기구류의 하나로써 벽체(壁體)에 매립(埋立)된 텀블러 스위치(Tumbler switch)를 들 수 있다. 종래의 이러한 스위치들은 선로에 포함된 전등을 켜거나 끌 수 있는 2치 상태의 선택 기능에 한정되어 있었다. 본 고안은 이러한 종래의 스위치 작동이나 구조 또는 전기적인 결선 등에는 하등의 변경이 없이 켜고 끌 때마다 다양한 순환 선택 요소를 부가하는 것에 의하여 다양한 조명환경을 실현하려는 것이다.
LED조명등은 소용량 점(點)광원 LED를 다수 군집하여 구성하는 특징을 갖는다. LED를 다수 군집하여 구성하는 것은 LED가 소용량 점광원이므로 단독으로는 부족한 휘도와 상대걱으로 높은 불쾌 글레어를 갖으므로 휘도 증대의 필요성이나 글레어 감소의 필요성에 따른 것이다. 한편 형광등에서도 소용량의 단위 램프를 2듣, 3등, 4등... 등으로 추가하여 군집 형태의 발광체를 구성하기도 하는데 이것의 주된 목적은 여러 가지 휘도의 조명등을 하나의 등기구에서 실현하고자 하는데 있다. 소용량 점광원 LED를 다수 군집하여 구성하는 앨이디조명등이거나 소용량 단위 형광등을 여럿으로 구성하는 조명등에서의 휘도조절은 여러 개 중에 몇 개의 전등을 끄거나 켜는 것으로 손쉽게 달성된다. LED조명등의 휘도 조절은 펄스폭조절(PWM)방식을 사용하기도 하지만 이는 장치가 복잡해지고 스위칭 손실 등, 불리한 점도 있어 전기한 바와 같이 여러 개중에 몇개를 끄거나 켜는 ON/OFF제어 형태가 선호되고 있다. 형광등에서는 등기구에 기계접점식 로터리 스위치를 부착하여 간단히 등기구 내의 형광등을 1등 점등, 2등 점등, 3등 점등... 등, 순차적 순환 선택을 실현하기도 한다. 최근 엘이디 조명등에서 이러한 것들은 리모컨에 의하거나, 키패드를 내장하는 전용 조작판이 있거나 하여 다단계 순환적 또는 선택적 절환을 실현한 것들이 있다. 또한 상기와 같이 사용자 선택에 의하여 조명 환경에 알맞게 적정한 휘도를 선택할 수 있음으로 소비전력의 효율적인 운용을 유도하여 전력절감 효과를 갖도록 하는 것이다. 본 고안은 덤블러 스위치를 켜고 끄는 조작에 병행하여 다단계 순환적 절환 선택을 실현하려는 것으로 가정(家庭)의 거실등(居室燈)이나 방등(房燈)에서 덤블러 스위치를 켰을 때 적당한 전등의 휘도 단계를 확인하고 부적합하면 다음 순환 조작을 통하여 적정한 휘도를 다시금 선택하고 결정하여 유지케 한다는 편리함을 제공하려는 것이다. 즉, 덤블러 스위치에 회로 또는 장치를 추가 변경을 가함이 없이 덤블러 스위치를 켜고 끄는 조작에 의하여 다단계 순환적 절환 선택을 실현하려는 것이다.
조명등의 덤블러 스위치를 끄는 것은 조명등의 소등은 물론 스위치 후단의 모든 부위에 대한 정전을 의미한다. 따라서 본 고안이 목적하는 바에 따라 덤블러 스위치의 차단을 검출하고 이에 의하여 여러 개의 소용량 전등으로 군집 구성된 조명기구 내의 부분 전등을 끄고 켜는 순환적 점등 절환을 실현하려는 것이며 이때 보조 배터리전원이나 수퍼 캡 등의 지원 없이 전자장치가 정전으로 이행중인 회로 내에서 실현하려는 것이라는 곤란한 상황을 갖는다. 본 고안은 이러한 곤란을 극복하고 전등 스위치 즉, 벽체에 매립된 덤블러 스위치에 회로 또는 장치를 추가 변경을 가함이 없이 덤블러 스위치를 켜고 끄는 조작에 의하여 여러 개의 소용량 전등으로 군집구성된 조명기구 내의 부분 전등을 순환적 점등 절환을 염가로 실현하려는 것이다.
마이크로 포로세서를 포함하는 전자회로의 전원은 안정화 전원으로써 양질의 것이어야 한다. 이러한 양질의 전원에는 출력의 안정을 위하여 비교적 큰 값의 전해콘덴서를 사용할 수 있는데 용량이 큰 전해콘덴서에 의하여 전원이 차단된 경우에도 얼마간의 전류공급 지속을 위한 지연을 얻어 낼수 있다. 이에 더하여 일례로 전원 전압 5V로 작동하도록 되어 있는 마이크로프로세서에서 전원전압이 3V 정도까지 내려갔을 때도 작동을 계속하는 전원전압 마진을 갖는다는 특징에서 전원이 차단된 경우에도 전원전압의 점진적 강하가 일정 전압에 이르기까지 마이크로프로세서의 Dead-out의 지연을 얻어낼 수 있음을 의미한다. 이에 더하여 마이크로 프로세서의 MOS-FET로 된 데이타 메모리는 특별한 값으로 재기입하지 않는 한 아주 낮은 전압(드래시호울드전압)에서도 현재 상태를 그대로 유지하는 빈도가 높다. 즉, 전원이 차단된 경우에도 얼마간의 전류공급 지속을 위한 전원의 지연과 이에 더하여 마이크로프로세서의 Dead-out의 지연과 이에 더하여 데이타 메모리의 현재 상태를 그대로 유지하는 특성, 또는 낮은 전원 리셋 전압 등에 의하여 획득할 수 있는 지연시간에 기초하여 전원스위치의 차단 이후 마이크로프로세서의 데이터를 갱신하고 점등 선택의 절환을 실현한다.
본 고안은 덤블러 스위치를 켜고 끄는 조작에 병행하여 조명등의 다단계 순환적 절환 선택을 실현하려는 것으로 가정(家庭)의 거실등(居室燈)이나 방등(房燈)에서 덤블러 스위치를 켰을 때 적당한 전등의 휘도 단계를 확인하고 부적합하면 다음 순환 조작을 통하여 적정한 휘도를 다시금 선택하고 결정하여 유지케 한다는 편리함을 제공하려는 것이다. 상기와 같은 편리함은 물론 전기절약의 효과 또한 있는 것으로 장치가 간단하고 염가인 특징을 갖는다.
도1 : 본 고안 실시예 회로도.
도2 : 본 고안 실시예의 타이밍도.
도3 : 본 고안 실시예의 흐름도.
도 1에는 본 고안 취지를 나타내는 실시 예가 제시되어 있다. 도 1에서 101은 덤블러 스위치이며 조명등의 전원을 접속하거나 차단하는 스위치이다. 도 1에서 102는 조명등용 전원장치이다. 이러한 장치는 교류거나 직류, 또는 상용전원 직결형이거나 강압(降壓)형, 또는 정전압형이거나 정전류형인 것 등, 수다한 종류가 있을 수 있다. 도 1에서 103은 전원레귤레이터이다. 이것은 마이크로 프러세서(104)에 양질의 전원을 공급하기에 적합한 것이다. 도 1에서 105(K1,K2,K3,K4)는 조명전원 지류(支流) 선택 스위치로써 실시 예에서는 릴레이(繼電器:Relay)로 도시되어 있다. 전기안전을 위하여 일반적으로 30V이하의 저전압으로 LED군집 조명등을 구성하는 경우 이들 LED군집에 전원을 공급하거나 차단하는 스위치 수단으로써 트랜지스터이거나 FET 등, 반도체 스위치를 사용하는 것이 일반적이다. 그러나 이 경우 최소한 0.6V 또는 그 이상의 전원 손실을 갖어 오며 이러한 손실은 전력절감의 효과를 저해하는 것이므로 바람직하게는 릴레이를 사용하는 것이 좋다. 조명전원 지류(支流) 선택 스위치(105)를 릴레이로 구성하는 것은 본 고안의 특징이다. 그러나 조명전원 지류(支流) 선택 스위치(105)를 릴레이로 구성하는 것에 대하여 본 고안 취지 내에서 변용이 가능한 것이며 트랜지스터이거나 FET 등, 반도체 스위치, SCR, 트라이악, SSR 등, 수다한 종류가 있을 수 있다. 이것은 발광체(106)의 종류, 구동전원 등에 의하여 유용한 것을 선택하게 된다. 도 1에서 조명전원 지류 선택 스위치(105)로써 K1,K2,K3,K4 등, 4개의 릴에이로 구성하는 것을 도시하고 있으나 이의 수효 또한 지류를 구성하는 조명등의 분지(分枝) 수효에 의하여 결정되는 것으로 2 개 또는 그 이상 다수개의 수효로 구성 될 수 있다. 도 1에서 LEDa1...LEDan으로 되는 한개의 지류, LEDb1...LEDbn으로 되는 한개의 지류, LEDc1...LEDcn으로 되는 한개의 지류, LEDd1...LEDdn으로 되는 한개의 지류 등, 4개의 지류를 구성하는 발광체(106)를 도시하고 있다. 그러나 전기한 바와 같이 이의 수효 또한 지류를 구성하는 조명전원 지류 선택 스위치(105)의 수효에 의하여 결정되는 것으로 2 개 또는 그 이상 다수 개로 구성될 수 있다. 도 1에서의 발광체(106)를 LED로 도시하고 있으나 본 고안 취지 내에서 백열등, 형광등, 할로겐 램프, 기타 여러 가지 조명용 광원이 사용될 수 있다. 이하 도 2의 도표를 참조로 회로의 작동을 설명한다. 전등 스위치 S1(101)이 ON되었을 때 조명등용 전원장치 T1(102)에 의하여 조절된 전원은 충전회로(108)의 역방향 전류 저지 다이오드 D1을 경유 전해콘덴사 C1이 충전되고 전원레귤레이터 U1(103)에 의하여 U2의 마이크로프로세서(104) 구동을 위한 전원 전압을 생성한다. 이 전압은 역방향 전류 저지 다이오드 D2를 경유하여 전해콘덴사 C3을 충전하고 마이크로프러세서(104)를 작동시킨다. 도 1의 실시 예는 조명등용 전원장치 T1(102)의 출력 전압이 U2의 마이크로프로세서(104) 구동을 위한 전원 전압보다 높은 경우 강압기의 역할을 겸하여 전원레귤레이터 U1(103)이 사용되었으나 조명등용 전원장치 T1(102)의 출력 전압이 U2의 마이크로프로세서(104) 구동을 위한 전원 전압으로 적당하게 공급되고 있을 때는 강압기의 역할이 필요 없으므로 전원레귤레이터 U1(103)이 사용될 필요가 없다. 그러나 이 경우에도 역방향 전류 저지 다이오드 D1과 이를 경유하여 충전되는 전해콘덴사 C1에 의한 충전회로(108)은 반드시 존재하여야 한다. 역방향 전류 저지 다이오드 D1과 이를 경유하여 충전되는 전해콘덴사 C1에 의한 충전회로(108)가 반드시 존재하여야 하는 것은 본 고안의 특징이다. 전원이 ON되었을 때 cold start 된 마이크로프러세서에서 데이터 메모리들의 초기값은 클리어 되어 있는 상태이므로 제어 출력은 모두 클리어되며 따라서 K1,K2,K3,K4로 구성된 조명전원 지류 선택 스위치(105) 릴레이들은 클리어 된 초기값을 나타낸다. 조명전원 지류 선택 스위치(105) K1,K2,K3,K4 릴레이들의 초기값이란 이들의 코일에 전원이 인가되지 않은 상태를 의미한다. 이러한 초기값 상태는 조명전원 지류 선택 스위치(105) 릴레이들이 모두 c접점(change-over contact)과 b접점(contact-nominally closed)이 연결되어 있는 상태를 의미한다. 이러한 클리어 상태에서 전원(102)은 조명전원 지류 선택 스위치(105)릴레이들(모두 c접점과 b접점이 연결되어 있는 상태)에 의하여 발광체(106)의 각 지로에 연결되고 따라서 모든 지로의 발광체들은 점등된다. 이러한 초기상태 지정 수법은 K1,K2,K3,K4로 구성된 릴레이들의 접점연결을 모두 c접점과 b접점의 연결하는 것에 한정되는 것은 아니며 c접점과 b접점의 연결과 b접점에서 a접점(arbeit contact)으로 옮겨 접속하는 것을 혼용하는 것으로 다양한 조합을 만들어 낼 수 있다. 모든 릴레이(105)의 접속을 a접점으로 하였다면 초기상태는 LEDa1...LEDan으로 되는 한개의 지류, LEDb1...LEDbn으로 되는 한개의 지류, LEDc1...LEDcn으로 되는 한개의 지류, LEDd1...LEDdn으로 되는 한개의 지류 등, 4개의 지류 모두 소등상태를 초기상태로 나타낼 것이다. 또한 a접점과 b접점을 적당히 혼용하고 있었다면 일부의 지로에는 점등, 그 이외의 지로에는 소등상태를 나타내는 혼합구성으로 초기상태를 만들 수 있다. 조명등의 용도, 사용자의 기호에 따라 가장 밝은 휘도의 초기상태가 선호될 수 있고, 또는 중간 정도의 휘도이거나 가장 낮은 밝기의 초기상태가 선호될 수 있다. 특히 각 지로에 색깔이나 인체 감지와 같은 센서, 기타 부가 기능이 특정되어 있는 경우 이들의 조화로운 운용을 위하여 사용자는 접점들을 옮겨 초기 상태를 사용자의 기호에 따라 지정할 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 초기화의 지정을 사용자의 기호에 따라 스스로 선택할 수 있도록 하기 위하여 추가되는 초기화선택단자대를 도 1의 107로 표시하고 있다. 도 1의 107은 TB1, TB2, TB3, TB4의 네개로 구성된 토글스위치(toggle switch )를 도시하고 있다. 이들 토글스위치들은 조명전원 지류 선택 스위치(105)에 각기 대응하여 TB1과 K1, TB2와 K2, TB3과 K3, TB4과 K4에 접속되는데 TB1은 K1의 a접점 또는 b접점을 택일 선택(select)하고, TB2은 K2의 a접점 또는 b접점을 택일 선택하고, TB3은 K3의 a접점 또는 b접점을 택일 선택하고, TB4는 K4의 a접점 또는 b접점을 택일 선택할 수 있도록 구성되어 있다. 이상과 같은 초기화선택단자대(107)는 토글스위치에 한정되는 것은 아니다. 본 고안의 취지 내에서 스냅스위치, 코넥터, 단자대, 쇼트바, 퓨우즈 등으로 구성될 수 있는 것이다. 이러한 초기화의 지정을 사용자의 기호에 따라 스스로 선택할 수 있도록 하기 위하여 초기화선택단자대(107)을 조명전원 지류에 개재시키는 것은 본 고안의 특징이다. 이상과 같이 사용자에 의하여 릴레이(105)의 a접점과 b접점을 선택적으로 연결하여 초기상태를 지정할 수 있는 사용자 선택기능을 본 고안의 특징으로 한다. U3는 전압비교기로 작동된다. U3의 비반전 입력은 U3의 전원단자로부터 받아 들인다. U3의 반전입력은 S1(102)의 후단, 역방향 전류 저지 다이오드 D1의 전단에서 받아들인다. 전원 ON중에는 VR1과 VR2의 조절에 의하여 U3는 출력이 Low에 있도록 설정되어 있다. 도 2에는 이 회로의 작동 상황이 도시되어 있다. 도 2에서 ①은 U3의 반전 입력이고 ②는 U3의 비반전입력이며 ④는 U3의 출력상태를 나타낸다. 또한 도 2에서 A는 전원이 ON인 기간을 나타내고 B, C는 전원이 OFF된 기간을 나타낸다. 도 2에 의하여 전원 ON에 해당하는 기간 A에서 U3의 입력은 모두 High이고 출력은 Low로 되어 있음을 알 수 있다. 상기와 같은 ON 상태에서 텀블러 스위치치S1(101)을 OFF 시키면 조명등용 전원장치(102)의 출력은 도 2의 ①에서 보이는 바와 같이 감소하고 발광체(106)의 점등은 소등으로 전환된다. 텀블러 스위치S1(101)의 OFF에 따라 조명등용 전원장치(102)의 출력 또한 OFF로 되지만 다이오드 D1의 역방향 전류 저지 기능에 의하여 C1, C2에 충전된 전하는 곧바로 감소하지 않는다. 이러한 양태는 도 2의 ②로 나타낸 곡선과 ①로 나타낸 곡선의 차이로써 구별될 수 있다. 도 2에 의하면 ②로 나타낸 곡선과 ①로 나타낸 곡선에 비하여 약 500mS정도 더 유지되는 것으로 표시되어 있으나 이러한 차는 회로의 상태에 따라 유동적이다. 그러나 바람직하게는 최소한 약 100mS 이상 더 유지되는 것이 좋다. D2와 C3을 경유하는 전류 및 전압에 의한 마이크로프로세서(104)의 전원 전압은 상기 ② 보다 좀 더 지연된 전류 유지 기간을 나타내는데 이러한 양태는 도 2의 ③으로써 구별되고 있다. 상기하는 바와 같이 덤블러 스위치(101) 차단에 따른 발광체(106)의 소등 이후, 역방향 전류 저지 다이오드D1과 전해 콘덴서C1에 의하여 100mS이상의 전원 OFF검출 신호를 발생시키는 것은 본 고안의 특징이다. 도 2의 ①과 ②의 전압은 전압비교기 U3에 의하여 비교되고 그 결과 ④에서 B와 같이 U3의 출력은 High로 되며, 이러한 출력은 약 500mS정도 지속되다가 ②의 전압 곡선과 같이 하강한다. U3의 출력이 High로 되는 기간 중에 마이크로프로세서(104)는 전원지류선택스위치(105)의 상태를 준비된 데이터에 의한 상태로 변경 출력한다. 도 2의 ①에서와 같이 이미 발광체(106)는 소등되어 있으므로 변경된 출력은 발광체(106)에 나타나지 않는다. 이상과 같은 변경출력은 수밀리세컨드 이내에 완수되는 것이나 마이크로프러세서(104)는 도 2의 ③에서와 같은 전원전압 하강의 지연으로 인하여 작동상태를 좀 더 유지한다. 일례로 5V 전원전압으로 작동하도록 구성한 C-MOS 마이크로프로세서에서 전원전압 2V에서 6V 범위에서 동작범위로 있으며, 이에 더하여 전원전압 1V 정도에서 내부 데이터 메모리의 값들이 유효한 값을 가질 수 있음을 이유로 전원전압이 5V에서 2V에 이르기 전에 출력의 데이터 갱신이 이루어지고 전원 전압이 1V에 이르기 이전에 새로 전원이 투입된다면 전원의 OFF를 검출하고 그에 동기하여 마이크로프로세서의 출력 데이터를 갱신하고 새로 투입되는 전원에 의하여 새로운 마이크로프로세서의 출력 데이터 상태의 점등 조건이 실현되는 일련의 작동은 완수된다. 마이크로프로세서 전원전압의 마진 범위 내에서 전원의 OFF를 검출하고 그에 동기하여 마이크로프로세서의 출력 데이터를 갱신하고 최소한 마이크로프로세서 내부 데이터메모리의 데이터 유지전압 범위 내에서 전원전압이 새로 인가되었을 때 새로 투입되는 전원에 의하여 새로운 마이크로프로세서의 출력 데이터 상태의 점등 조건이 실현된다는 것은 본 고안의 특징이다. 마이크로프로세서에 의하여 준비된 데이터로 출력 상태를 전환하였다고 할지라도 수초 이내에 전원이 ON되지 않으면 도 2의 ③에서와 같은 전원전압 하강은 계속되어 마이크로프로세서 내부 데이터메모리의 데이터 유지전압 범위 이하에서 마이크로프로세서의 작동은 정지되고 이후의 전원 ON에서는 데이터들은 초기화되어 초기화된 점등조건을 되돌릴 것이다. 즉, 텀블러 스위치를 끈 다음 발광체의 점등이 꺼지면 이내 다시 텀블러 스위치를 ON 한다고 하는 직관에 연계되는 시간 순서에 의하여 발광체의 다단계 순환적 점등 절환을 실현하는 것이며 소등 후 수분 이상 시간 지연 후 점등하였을 때는 초기화 된 점등조건이 될 것이다 도 3에는 이러한 마이크로프로세서의 처리과정을 흐름도로써 도시한 것이다. 도3의 301에서 마이크로 프로세서는 U3의 출력을 조사하여 High가 되는가 조사하는 루프에 갇혀 있다. 이 루프는 U3의 출력이 High가 되었을때 탈출 된다. 도 3의 302에서 301에서 탈출한 후 U3의 출력이 High로 되어 지속되는 기간이 일정기간 이상인가 카운트한다. 도 3의 302에서는 30mS로 하고 있으나 이 시간은 잡음이거나 오동작의 가능성을 배제하는 것을 고려하는 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 바람직하게는 10mS 이상이 되는 것이 좋다. U3의 출력을 조사하여 High가 되는 지속 기간이 30mS로 이상으로 판단되었을때 도 3의 302의 루프를 벗어나 점등데이터를 변경시켜 출력한다. 데이터의 변경은 현재의 값에 +1을 하는 간단한 것으로 하는 것이 좋다. 변경된 데이터가 출력되지만 이 싯점에서 발광체의 점등은 되지 않는다. 변경된 데이터가 출력된 후 도 3의 305에서 전원 상태를 조사하는 루프에 갇히게 된다. 도 3의 305는 전원이 ON된다면 도 3의 301의 루프로 되돌려지고 전원이 ON되지 않는다면 현재의 루프(305)를 벗어나지 않는다. 루프(305)에 있을 때 전원전압의 하강이 계속되고 전원전압이 0V에 가까이 되었다면 이후 전원이 다시 ON 되었을 때 초기화 상태를 되돌린다. 마이크로프로세서의 이러한 처리를 위하여 보조전원으로써 배터리를 사용하거나 슈퍼 캡, 또는 마이크로 프로세서의 슬립모드와 웨이크 조작을 추가하는등 또는 마이크로프로세서 내장 EEPROM Memory이거나 외부ROM등을 황용하는등 다양한 구성이 가능하나 본 고안 수단의 범위에서는 불필요한 낭비이며 본 고안 취지의 변용으로 해석된다.
101 : 텀블러 스위치(Tumbler switch).
102 : 조명등용 전원장치.
103 : 전원레귤레이터.
104 : 마이크로프러세서.
105 : 조명전원 지류(支流) 선택 스위치.
106 : 발광체.
107 : 초기화선택단자대.
108 : 충전회로. |
