KR100869115B1 - Ｌｅｄ 신호등용 전원장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED 신호등용 전원장치에 관한 것으로서, 상기 교통신호 제어기로부터 입력된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부, 상기 정류부에서 정류된 전압을 검출하여 검출된 전압이 정상 전압이 아닌 경우 상기 LED 신호등으로의 전압 공급을 차단하는 전압 검출부, 상기 정류부에서 정류된 전압을 적정한 전압으로 유지되도록 하는 정전압 유지부, 상기 정류부의 후단에 접속되는 더미 부하 및 상기 정류부 및 더미 부하에 전기적으로 접속되고, 상기 정류부에서 정류된 전압의 파형을 분석하여 상기 파형이 정상 점등신호인 경우에는 상기 더미 부하에 전류가 흐르지 못하도록 하고, 상기 파형이 조광 제어신호인 경우에만 상기 더미 부하에 전류가 흐르도록 제어하는 부하 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 내부에 별도의 조광제어 회로가 구비될 필요가 없어 구조가 간단하고 제조단가가 저렴할 뿐 아니라, 교통신호 제어기로부터 입력되는 구동전원이 조광제어신호인 경우에 더미 저항을 통해 소모전력을 높임으로써 조광제어 동작중의 낮은 소모 전력으로 인한 동작 상태 검지 에러가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

교통, 신호, 제어, 신호등, LED, 조광, 소모전력.

Description

ＬＥＤ 신호등용 전원장치{A Power Supply For LED Traffic Light}

본 발명은 LED 신호등용 전원장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부에 별도의 조광제어 회로가 구비될 필요가 없고, 교통신호 제어기로부터 입력되는 구동전원이 조광제어신호인 경우에 더미 저항을 통해 소모전력을 높임으로써 조광제어동작중의 낮은 소모 전력으로 인한 동작 상태 검지 에러가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 하는 LED 신호등용 전원장치에 관한 것이다.

LED(Light Emitting Diode) 신호등은 백열 신호등에 비하여 소비 전력이 8분의 1 수준인 15W 미만인 고효율 제품으로서, 동일 광도에서 80 내지 90% 정도의 에너지 절감 효과를 갖는 특징이 있다. 또한, 이러한 LED 신호등은 종래의 백열 신호등에 비하여 수명이 10배 이상으로 거의 반영구적이며, 발열에 의한 열손실이 매우 적으며 특정 단색광을 발광함으로써 무색 렌즈 사용에 따른 빛 손실이 적은 장점이 있다.

이러한 특징과 장점을 갖는 LED 신호등은 현재, 에너지 절감이라는 국가적 시책에 의거 점차적으로 백열 신호등을 대체하고 있다.

통상적으로, 종래 기술에 의한 LED 신호등은 LED 신호제어기로부터 인가되는 교류 전압을 SMPS(Switching Mode Power Supply)라는 전원 방식을 채택하여 전원의 안정도를 향상시키고 있다. 그러나, 이러한 SMPS 전원 방식은 복수 개의 변압기, 콘덴서 및 저항 등이 매우 복잡하게 실장되어 회로를 구성함으로써 제조 단가가 높음은 물론, 전기적인 피로 하중에 의해 변압기 또는 콘덴서의 내구성이 저하되어 빈번한 유지보수가 요구되는 문제점이 있다.

더욱이, 시인성이 우수한 종래 기술에 의한 LED 신호등은 야간 작동시 광도를 낮추는 조광 기능이 제공되지 않아 눈부심에 의한 운전 또는 운행 방해는 물론, 이로 인하여 불필요한 전력 손실이 야기되는 단점이 있었다.

이러한 단점을 해결하기 위해 본 출원인은 LED 신호등 구동장치를 특허출원하여 등록특허 제10-440184호로 등록된 바 있으며, 상기 특허의 주요 구성이 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.

도 1은 종래 LED 신호등용 전원장치를 구비한 LED 신호등 점멸 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 2는 종래 LED 신호등용 전원장치를 나타내는 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 LED 신호등 구동장치(200)는 교통신호 제어기(100)와 각기 대응된 LED 신호등(300) 사이에 개재되어 있다.

교통신호 제어기(100)는 220V의 교류 전압을 제공한다. 여기서, 교통신호 제어기(100)에서 공급되는 전압은 정상 점등신호, 조광제어신호 등의 정상 전압 외에도 누설전류, 신호등의 정상 동작 여부를 검출하기 위한 검지 신호의 이상 전압을 포함한다.

교통신호 제어기(100)와 정류부(210) 사이에 위치한 전압 검출부(230)는 교통신호 제어기(100)로부터 인가된 교류 전압이 이상 전압인 경우에는 신호등(300)의 소등이 유지되고, 정상 전압인 경우에는 정류부(210)에 의해 교류 전압을 직류 전압으로 정류하도록 하고 있다.

그리고, LED 신호등(300)의 광도를 조절할 수 있도록 교통신호 제어기(100)와 정전압 유지부(220)의 사이에 조광 제어부(240)를 개재하여 구성되어 있다.

조광 제어부(240)는 교통신호 제어기(100)의 조광 신호를 입력받아 정류부(210)로부터 정류된 직류 전압에 대하여 50 내지 100%의 상당하는 정전압이 출력되도록 정전압 유지부(220)를 제어한다. 여기서, 정전압이 정류된 직류 전압에 대하여 100%인 경우는 조광이 구현되지 않은 일반적인 경우이다.

그러나, 상기 등록특허는 교통신호 제어기(100)로부터 입력되는 전원이 교류인 경우에만 동작이 가능하여 직류 전원에서는 사용할 수 없는 단점이 있다.

또한, 야간시 조도를 낮춰주기 위한 조광 제어부의 구성이 구비되어 이의 회로 구성을 위해 제조 단가가 높아지는 단점이 있다.

또한, 조광 제어 동작 시에는 정상 동작 전압의 50 ~ 100%의 전압으로 LED 신호등(300)이 구동되므로 조광 비율이 높은 경우에는 낮은 전압이 LED 신호등(300)에 인가되고 그에 따라 LED 신호등(300)의 소모전력이 낮아지게 된다. 이러한 조광 제어동작시의 낮은 소모전력은 전력 효율면에서는 좋을지 모르나 LED 신호등 정상 동작 검출 시에 검지 에러를 일으키는 주요 원인이 된다.

즉, 신호등은 교차로 등에 복수 개가 설치되므로 각 신호등은 상호 점등 체계가 통일이 되어야 하고 고장시에는 교통사고를 유발할 수 있으므로 교통신호 제어기(100)는 일정 간격으로 모순 검지 신호를 보내어 각 신호등(300)의 정상 동작 여부(red-fail : 적색신호의 부재 지속시간 검지, g-g fail : 신호 모순 검지등)를 확인하게 된다. 만일, 조광 제어동작 시에 신호등(300)의 소모 전력이 낮은 경우 검지 신호에 대한 응답 신호가 미약하여 신호등(300)에 이상이 있는 것으로 잘못 판단하는 경우가 발생하게 된다.　

따라서, 최근 개정된 경찰청 교통신호제어기 표준규격에서는 최저 소모전력이 5W 이상이 되도록 하고 있으나, 상기 등록특허에 의할 경우 조광 제어동작 시의 소모전력이 약 2 ~ 3W 정도로서 상기 규정을 충족하지 못하고 있는 실정이다.

그 외에, 국내등록특허 제10-535960, 등록실용신안 제20-413278호 등에도 조광 제어가 가능한 LED 신호등용 전원장치가 제안된 바 있으나, 이러한 기술들은 변압기, 콘덴서, 역률 보상회로 등이 구비되어 회로가 복잡할 뿐 아니라 이러한 구성을 이용하여 조광 제어기능을 구현할 경우 회로가 소손되거나 광의 깜박임 현상이 발생하는 문제점이 발생하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 교통신호 제어기로부터 제공되는 조광제어신호를 정류 및 정전압 제어 처리만 한 후 LED 신호등에 제공하도록 함으로써 내부에 별도의 조광제어 회로가 구비 될 필요가 없어 구조가 간단하고 제조단가가 저렴한 LED 신호등용 전원장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 교통신호 제어기로부터 입력되는 구동전원이 조광제어신호인 경우에 더미 저항을 통해 소모전력을 높임으로써 조광제어동작중의 낮은 소모 전력으로 인한 동작 상태 검지 에러가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 상기 전원장치의 선단에 위치하여 상기 교통신호 제어기로부터 교류 전압이 인가되는 경우 이를 직류 전압으로 정류하고 직류 전압이 인가되는 경우 그대로 통과시키는 정류부, 상기 정류부에서 정류된 전압을 검출하여 검출된 전압이 정상 전압이 아닌 경우 상기 LED 신호등으로의 전압 공급을 차단하는 전압 검출부, 상기 정류부에서 정류된 전압을 적정한 전압으로 유지되도록 하는 정전압 유지부, 상기 정류부의 후단에 접속되는 더미 부하 및 상기 정류부 및 더미 부하에 전기적으로 접속되고, 상기 정류부에서 정류된 전압의 파형을 분석하여 상기 파형이 정상 점등신호인 경우에는 상기 더미 부하에 전류가 흐르지 못하도록 하고, 상기 파형이 조광 제어신호인 경우에만 상기 더미 부하에 전류가 흐르도록 제어하는 부하 제어부를 포함하되, 상기 정상 점등신호는 전파 신호이고 상기 조광제어신호는 반파 신호인 것을 특징으로 하는 LED 신호등용 전원장치가 제공된다.

여기서, 상기 부하 제어부는 상기 정류부에서 정류된 전압을 구형파로 변환하는 펄스 변환부, 상기 구형파의 방전 시간을 검출하여 상기 방전시간이 기준값 이상인 경우 조광제어신호로 판단하여 제 1 제어신호를 출력하고, 상기 방전시간이 기준값 이하인 경우에는 정상 점등신호로 판단하여 제 2 제어신호를 출력하는 파형 검출부 및 상기 파형 검출부와 상기 더미 부하의 사이에 접속되고, 상기 제 1 제어신호가 입력되는 경우 턴온되어 상기 더미 부하에 전류가 흐르게 하고 상기 제 2 제어신호가 입력되는 경우 턴오프되어 상기 더미 부하에 전류가 흐르지 않게 차단하는 제어 스위치부를 포함하는 것이 바람직하다.

삭제

또한, 상기 정류부에서 정류된 전압을 강하시킨 후 일정한 전압으로 변환하여 상기 부하 제어부에 직류전원을 공급하는 보조 전원부가 더 포함되는 것이 더욱 바람직하다.

그리고, 상기 더미 부하의 크기는 전체회로의 최저 소모전력이 5W 이상이 되도록 하는 범위에서 결정되는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 교통신호 제어기로부터 제공되는 조광제어신호를 정류 및 정전압 제어 처리만 한 후 LED 신호등에 제공하도록 함으로써 내부에 별도의 조광제어 회로가 구비될 필요가 없어 구조가 간단하고 제조단가가 저렴한 LED 신호등용 전원장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 교통신호 제어기로부터 입력되는 구동전원이 조광제어신호인 경우에 더미 저항을 통해 소모전력을 높임으로써 조광제어동작중의 낮은 소모 전력으로 인한 동작 상태 검지 에러가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 LED 신호등용 전원장치를 나타내는 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 LED 신호등용 전원장치의 상세 회로도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 신호등용 전원장치(2)는 정류부(10), 전압 검출부(20), 정전압 유지부(30), 온도 보상부(40), 부하 제어부(50) 및 더미 부하(60 : dummy load)를 포함하여 구성된다.

정류부(10)는 교통신호 제어기(1)로부터의 구동 전원이 입력되는 부분으로서, 교류신호 입력부나 전압 검출부 등이 전원장치의 선단에 위치하는 종래기술들과 달리 정류부(10)가 전원장치의 선단에 위치하는 것이 특징이다. 즉, 종래기술에 의할 경우에는 교통신호 제어기(1)로부터 입력되는 전원이 교류전압인 경우인 경우에만 사용이 가능하나 본 발명에서는 정류부(10)가 선단에 위치하여 직류전압은 그대로 통과시키고 교류전압은 전파 정류하여 직류전압으로 정류한 후 후단으로 출력하게 되어 적용범위가 확대되는 장점이 있다.

전압 검출부(20)는 정류부(10)에서 정류된 전압을 검출하여 검출된 전압이 정상 전압이 아닌 경우(선로 노후화및 시공불량에 따른 누설전류 발생, 교통신호제어기의 신호등 개폐여부 검지를 위한 미약전류 등), LED 신호등(3)으로의 전압 공급을 차단하는 부분으로서 이는 종래와 동일한 구성이므로 상세한 설명을 생략한다.

정전압 유지부(30) 또한 정류부에서 정류된 전압을 적정한 전압으로 유지되도록 하는 것으로서 종래와 동일한 구성이므로 상세한 설명을 생략한다.

온도 보상부(40) 역시 온도 변화에 의한 LED의 전류변화 특성을 상대적으로 보상하여 전류량을 제어하는 것으로서 종래와 동일한 구성이므로 상세한 설명을 생략한다.

더미 부하(60)는 일단이 정류부(10)의 출력단에 접속되고 타단이 부하 제어부(50)의 제어 스위치(57)의 출력단에 접속된다.

부하 제어부(50)는 정류부(10) 및 더미 부하(60)에 전기적으로 접속되고, 정류부(10)에서 정류된 전압의 파형을 분석하여 파형이 정상 점등신호인 경우에는 더미 부하(60)에 전류가 흐르지 못하도록 하고, 파형이 조광 제어신호인 경우에만 더미 부하(60)에 전류가 흐르도록 제어하는 것이다.

부하 제어부(50)는 보다 세부적으로 보조전원부(51), 펄스 변환부(53), 파형 검출부(55) 및 제어 스위치부(57)를 포함하여 구성된다.

보조전원부(51)는 정류부(10)에서 정류된 전압을 강하시킨 후 일정한 전압으로 변환하여 부하 제어부(50)에 직류전원을 공급하는 것이다. 보조전원부(51)는 도 4에 도시된 바와 같이, B지점에 접속되어 300V의 전압을 12V로 강하시키는 저항 R13과 저항 R13에 직렬연결되어 DC12V를 유지하는 제너다이오드(Z8) 및 커패시터 C2로 구성된다.

펄스 변환부(53)는 정류부(10)에서 정류된 전압을 펄스 형태의 구형파로 변환하는 부분으로서, A 지점(정류부(10)의 출력단)으로부터 입력되는 정류 전압을 저항 R14를 통해 전압강하시킨 후 구형파로 변환한다.

파형 검출부(55)는 펄스 변환부(53)에서 변환된 구형파의 방전 시간을 검출하여 방전시간이 기준값 이상인 경우 조광제어신호로 판단하여 제 1 제어신호를 출력하고, 상기 오프 타임의 크기가 기준값 이하인 경우에는 정상 점등신호로 판단하여 제 2 제어신호를 출력한다. 보다 상술하면, 다이오드 D3 및 D4와 저항, 커패시터 C3이 조합되어 충방전회로를 구성하게 되며, 펄스 변환부(53)에서 인가되는 구형파가 정상 점등신호(전파신호)인 경우 펄스와 펄스 사이의 간격(휴지 기간)이 짧아 방전 시간이 짧게 되어 HIGH 신호(제 2 제어신호)가 출력되고, 구형파가 조광제어신호(반파신호)인 경우 펄스와 펄스 사이의 간격(휴지 기간)이 길어 LOW 신호(제1제어신호)가 출력된다.

제어 스위치부(57)는 파형 검출부(55)로부터 LOW 신호가 입력되는 경우 스위치 Q4가 턴온되어 더미 부하(60)에 전류가 흐르게 하고 파형 검출부(55)로부터 HIGH 신호가 입력되는 경우 턴오프되어 더미 부하(60)에 전류가 흐르지 않게 차단하게 된다.

도 4의 회로에서 더미 부하(60)가 A지점과 C지점 간에 접속되도록 하였으나, 그 외에 조광제어신호 입력 시에 원하는 전력 소모가 이루어질 수 있는 지점이면 어디든 접속이 가능함은 당연하다.

출원인의 종래 기술에 따른 LED 신호등용 전원장치(200)와 도 4의 LED 신호등용 전원장치(2)에서 더미 부하(60)의 저항값이 3.6KΩ일 때, 정상점등 동작과 조광제어 동작 시의 소모전력을 비교하면 다음 표1 과 같다.

구분	종래기술의 소모전력	본 발명의 소모전력
정상 점등 상태	8.5W	8.9W
조광 상태	2.5W	6.5W

그리고, 본 발명의 더미 부하(60)의 저항값이 9.4KΩ일 때, 정상점등 동작과 조광제어 동작 시의 소모전력을 비교하면 다음 표2와 같다.

구분	종래기술의 소모전력	본 발명의 소모전력
정상 점등 상태	8.5W	8.9W
조광 상태	2.7W	6.0W

표 1 및 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 종래기술에서는 조광 상태의 경우 소모전력이 5W 미만으로 경찰청 교통신호제어기 표준규격을 만족하지 못하나 본 발명에 의할 경우 5W 이상으로 경찰청 교통신호제어기 표준규격을 만족하며, 더미부하(60)의 저항값의 크기를 조절하면 원하는 소모전력을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 LED 신호등용 전원장치의 작동 단계를 나타내는 순서도이다.

도 5를 참조하면, 우선 교통신호 제어기(1)로부터 LED 신호등(3)을 점등하기 위한 외부 전원이 정류부(10)로 인가된다(S500). 교통신호 제어기(1)로부터 인가되는 전원은 누설전류나 신호등 동작상태를 검지하기 위한 검지신호 등의 이상 전압과 정상적인 LED 구동전압인 정상 점등신호와 야간시의 조광제어 점등신호를 포함한다. 정상 점등신호는 완전한 정현파 형태의 전파 신호이고 조광제어신호는 반파정류된 반파신호이다.

정류부(10)는 상기 외부 전원이 조광제어신호인 경우에는 그대로 통과시키고 외부 전원이 교류 전압인 경우에는 이를 직류 전압으로 정류시킨다(S510).

그 다음, 전압 검출부(20)에서 정류 전압의 크기를 검출하고(S520), 검출된 정류 전압의 크기가 정상 전압이 아닌 경우 LED 신호등(3)으로의 전원 공급을 차단하고, 검출된 외부 전압의 크기가 정상 전압인 경우 정류 전압의 파형을 검출한다(S530). S530 단계는 펄스 변환부(53)에서 정류 전압을 구형파 형태로 변환하는 단계와 파형 검출부(55)에서 파형을 검출하는 단계를 포함한다.

만일, 검출된 파형이 반파 신호이면, 제어 스위치부(57)가 ON되고 그에 따라 더미 부하(60)의 일단이 접지에 연결되어 전류의 통로가 제공되므로 더미 부하(60)가 전력을 소모하는 부하로서 동작하게 된다(S540). 만일, 검출된 파형이 전파 신호이면, 제어 스위치부(57)가 OFF되고 그에 따라 더미 부하(60)의 전류 통로가 차단되므로 더미 부하(60)의 전력 소모는 없게 된다.

교통신호 제어기(1)로부터 인가되는 전원이 정상 전압인 경우 그 신호가 전파 신호인지 반파 신호인지에 관계없이 정전압 유지부(30)가 동작하여 LED 신호등(3)에 정전압이 출력되어 LED가 점등되게 된다(S550).

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

도 1은 종래 LED 신호등용 전원장치를 구비한 LED 신호등 점멸 시스템을 나타내는 블록도이다.

도 2는 종래 LED 신호등용 전원장치를 나타내는 블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 LED 신호등용 전원장치를 나타내는 블록도이다.

도 4는 본 발명에 따른 LED 신호등용 전원장치의 상세 회로도이다.

도 5는 본 발명에 따른 LED 신호등용 전원장치의 작동 단계를 나타내는 순서도이다.

<주요도면부호에 관한 설명>

1 : 교통신호 제어기 2 : LED 신호등용 전원장치

3 : LED 신호등 10 : 정류부

20 : 전압 검출부 30 : 정전압 유지부

40 : 온도 보상부 50 : 부하 제어부

51 : 보조전원부 53 : 펄스 변환부

55 : 파형 검출부 57 : 제어 스위치부

60 : 더미 부하

Claims (5)

1. 교통신호 제어기로부터 전원을 입력받아 LED 신호등을 점멸하는 전원장치에 있어서,

   상기 전원장치의 선단에 위치하여 상기 교통신호 제어기로부터 교류 전압이 인가되는 경우 이를 직류 전압으로 정류하고 직류 전압이 인가되는 경우 그대로 통과시키는 정류부;

   상기 정류부에서 정류된 전압을 검출하여 검출된 전압이 정상 전압이 아닌 경우 상기 LED 신호등으로의 전압 공급을 차단하는 전압 검출부;

   상기 정류부에서 정류된 전압을 적정한 전압으로 유지되도록 하는 정전압 유지부;

   상기 정류부의 후단에 접속되는 더미 부하; 및

   상기 정류부 및 더미 부하에 전기적으로 접속되고, 상기 정류부에서 정류된 전압의 파형을 분석하여 상기 파형이 정상 점등신호인 경우에는 상기 더미 부하에 전류가 흐르지 못하도록 하고, 상기 파형이 조광 제어신호인 경우에만 상기 더미 부하에 전류가 흐르도록 제어하는 부하 제어부를 포함하되,

   상기 정상 점등신호는 전파 신호이고 상기 조광제어신호는 반파 신호인 것을 특징으로 하는 LED 신호등용 전원장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 부하 제어부는

   상기 정류부에서 정류된 전압을 구형파로 변환하는 펄스 변환부;

   상기 구형파의 방전 시간을 검출하여 상기 방전시간이 기준값 이상인 경우 조광제어신호로 판단하여 제 1 제어신호를 출력하고, 상기 방전시간이 기준값 이하인 경우에는 정상 점등신호로 판단하여 제 2 제어신호를 출력하는 파형 검출부;

   상기 파형 검출부와 상기 더미 부하의 사이에 접속되고, 상기 제 1 제어신호가 입력되는 경우 턴온되어 상기 더미 부하에 전류가 흐르게 하고 상기 제 2 제어신호가 입력되는 경우 턴오프되어 상기 더미 부하에 전류가 흐르지 않게 차단하는 제어 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 신호등용 전원장치.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 정류부에서 정류된 전압을 강하시킨 후 일정한 전압으로 변환하여 상기 부하 제어부에 직류전원을 공급하는 보조 전원부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 LED 신호등용 전원장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 더미 부하의 크기는 전체회로의 최저 소모전력이 5W 이상이 되도록 하는 범위에서 결정되는 것을 특징으로 하는 LED 신호등용 전원장치.

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