KR20010079315A - 엘이디 교통 신호등용 구동회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교차로나 횡단보도 등에 설치되어 교통신호를 표시하는 교통 신호등을 구동하기 위한 교통신호등용 구동 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엘이디(LED)를 이용한 교통 신호등용 구동 회로에 관한 것이다.
본 발명의 엘이디(LED)를 이용한 교통 신호등용 구동 회로는 교류입력에 포함된 고조파 노이즈를 차단하기 위한 노이즈 필터와; 교류를 전파정류하여 직류로 변환하기 위한 브리지 다이오드; 정류된 직류전원을 스위칭하기 위한 스위칭소자; 소정 주파수의 PWM신호를 발생하고, 역률을 보상하며 상기 스위칭소자를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단; 소정의 권선비에 따라 스위칭된 일차전원을 이차측으로 전달하기 위한 트랜스; 상기 트랜스에 유기된 이차전원을 다시 정류하여 직류전원을 출력하기 위한 정류부로 구성되어지며, 역률보상, 발진, 정전압, 과부하방지 등이 하나의 회로소자로 이루어져 그동안 2개 이상의 변압기와 각각의 역률보상회로와 스위칭회로로 구성되던 전원공급장치를 1개의 변압기와 하나의 회로로 구현함으로써 비용절감과 소형화가 가능해 전구형으로 LED 교통 신호등을 제조, 사용하므로서 백열등을 LED를 이용한 신호등으로 교체함으로써 고장없이 반영구적으로 사용할 수 있고, 이에 따라 신호등 유지보수를 위한 인력 및 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라기존의 교통 신호등 설비를 그대로 이용함으로써 업그레이드 비용을 최소화하면서 교통 신호등의 성능을 개선할 수 있고, 저전력의 LED를 사용함으로써 전력 에너지를 절감할 수 있다.

Description

엘이디 교통 신호등용 구동회로{The circute for the traffic signal lamps using LED }
본 발명은 교차로나 횡단보도 등에 설치되어 교통신호를 표시하는 교통 신호등을 구동하기 위한 교통신호등용 구동 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교류입력에 포함된 고주파 노이즈를 차단하기 위한 노이즈 필터와; 교류를 전파정류하여 직류로 변환하기 위한 브리지 다이오드; 정류된 직류전원을 스위칭하기 위한 스위칭소자; 소정 주파수의 PWM신호를 발생하고, 역률을 보상하며 상기 스위칭소자를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단; 소정의 권선비에 따라 스위칭된 일차전원을 이차측으로 전달하기 위한 트랜스; 상기 트랜스에 유기된 이차전원을 다시 정류하여 직류전원을 출력하기 위한 정류부로 구성되는 것을 특징으로 하는 엘이디(LED)를 이용한 교통 신호등용 구동 회로에 관한 것이다.
일반적으로, 교차로나 횡단보도에는 차량이나 보행자의 통행을 제어하기 위한 교통 신호등이 설치되어 있다. 이와 같은 교통 신호등의 예로서 횡단보도에 설치되는 통상의 교통 신호등 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 지지대(100)에 부착되어 적색등(104)과 녹색등(106)의 점등/소등으로 신호를 표시하는 신호등(102)과 교통신호 제어기(108)로 이루어진다. 이러한 교통 신호등 장치에서 종래의 신호등은 도 2에 도시된 바와 같이, 교통신호 제어기(108)의 제어에 따라 교류전원(220V AC)이 인가되면 백열등(206)을 점등시켜 신호를 표시하도록 되어 있다. 즉, 종래의 신호등은 신호램프 케이스(202) 내의 인쇄회로 기판상에 램프홀더(204)를 설치하고, 이 램프홀더(204)에는 백열등(206)을 장착하며, 백열등(206)의 전면에는 적색이나 녹색의 칼라창(208)이 설치되어 있다. 그리고, 신호램프 케이스(202)의 상부에는 눈, 비로부터 칼라창(208)이 오염되는 것을 방지하고, 운전자나 보행자에게 시인성을 향상시키기 위한 보호커버(210)가 설치되어 있다.
그런데, 이와 같은 종래의 신호등에서는 수명이 제한된 백열등을 사용하기 때문에 자주 고장이 발생되어 교통 혼잡의 원인이 되고, 유지보수를 위해 백열등을 자주 교체해야 하므로 인력과 비용이 낭비되는 문제점이 있다. 또한, 시인성을 위해 약 100W 정도의 백열등을 사용하므로 전력 낭비도 심한 문제점이 있다.
특히, 소비 전력을 절감하기 위하여 LED(발광 다이오드)를 이용하는 교통 신호등에 대한 관심이 증가되면서 다양한 형태의 LED 교통신호등이 개발되고 있는 추세이다.
현재까지 개발된 LED 교통신호등은 원형 또는 사각형의 PCB 기판상에 LED를 집적하고, 신호등의 함체에 이를 삽입 고정하되 다양한 형태의 렌즈를 이용하는 것들이 대부분이므로, 기존의 백열등을 이용한 교통신호등의 대체시 함체의 겉부분만을 사용할 수 밖에 없어 대체품이라는 효과를 전혀 거둘 수 없으며, LED의 사용 갯수가 많아 교통 신호등의 가격 자체가 너무 비싸고, 기존의 교통 신호등을 교체하기 위해서는 함체를 철거하여 대체 작업을 한 후에 재설치하여야 하므로 많은 인력과 비용이 투입되는 등의 단점이 있다.
뿐만 아니라, 전력의 절약이라는 측면에서 고려하여 볼 때 역률이 낮아 실제의 전력의 절약 정도가 이론치의 70% 정도 밖에 되지 않으며, 교통 신호등에서 발생하는 열폭주 현상에 의하여 LED가 손상되어 내구성에 문제가 발생할 수도 있고,LED가 직류 전원을 이용하기 때문에 교류 전원을 이용하는 백열등을 이용하는 기존의 교통 신호등에 적용되는 전원공급장치를 사용할 수 없어 별도의 전원공급장치를 부가하여야 하는 단점이 있다.
또한, 2개 이상의 변압기와 각각의 역률보상회로와 스위칭회로로 구성되기 때문에 전원 공급장치의 크기가 커지게 되어 전구형으로 개발될 수 없는 한계를 가지고 있다.
즉, 기존의 백열등을 이용한 교통 신호등은 함체내에 반사경이 내삽되어 있고, 반사경의 중앙에 백열등이 삽입될 수 있도록 백열등 삽설공이 나선형으로 형성되어 있으며, 백열등의 소켓이 백열등 삽설공에 나합되도록 구성되어 있으나 백열등 삽설공의 지름이 80mm이므로 이 보다 적은 크기로 구동회로를 구성하여야 하지만, 이의 구성이 용이하지 않아 전구형으로의 개발이 용이하지 못하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하여 전구형으로 LED 교통 신호등을 제조할 수 있도록 하기 위하여 제안된 것으로, 다수의 회로로 분리되어 구현된 기능을 1개의 변압기와 소수의 간단한 회로로 구현함으로써 비용을 절감함과 아울러 소형화가 가능한 LED 교통 신호등용 구동회로를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적의 LED 교통 신호등용 구동회로를 이용하여 반영구적으로 사용할 수 있고, 저전력으로 구동가능하여 에너지를 절약할 수 있으며, 칼라창도 필요없는 엘이디(LED)를 이용한 교통 신호등을 제공하는데 그 목적이있다.
상기 목적 뿐만 아니라 용이하게 표출될 수 있는 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 교류입력에 포함된 고조파 노이즈를 차단하기 위한 노이즈 필터와; 교류를 전파정류하여 직류로 변환하기 위한 브리지 다이오드; 정류된 직류전원을 스위칭하기 위한 스위칭소자; 소정 주파수의 PWM신호를 발생하고, 역률을 보상하며 상기 스위칭소자를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단; 소정의 권선비에 따라 스위칭된 일차전원을 이차측으로 전달하기 위한 트랜스; 상기 트랜스에 유기된 이차전원을 다시 정류하여 직류전원을 출력하기 위한 정류부로 구성되어지며, 역률보상, 발진, 정전압, 과부하방지 등이 하나의 회로소자로 이루어져 그동안 2개 이상의 변압기와 각각의 역률보상회로와 스위칭회로로 구성되던 전원공급장치를 1개의 변압기와 하나의 회로로 구현함으로써 비용절감과 소형화가 가능해 전구형으로 LED 교통 신호등을 제조, 사용하므로서 백열등을 LED를 이용한 신호등으로 교체함으로써 고장없이 반영구적으로 사용할 수 있고, 이에 따라 신호등 유지보수를 위한 인력 및 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라기존의 교통 신호등 설비를 그대로 이용함으로써 업그레이드 비용을 최소화하면서 교통 신호등의 성능을 개선할 수 있고, 저전력의 LED를 사용함으로써 전력 에너지를 절감할 수 있었다.
도 1은 일반적인 횡단 보도용 교통 신호등 장치의 개략도,
도 2는 종래 교통 신호등의 구조를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 교통 신호등의 회로도,
도 4는 도 3에 도시된 LED어레이의 세부 회로도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
300 : 교통 신호등 302 : 소켓
304, 410 : LED어레이 306 : 케이스
401 : 노이즈필터 402 : 다이오드 브리지
403 : 전압검출부 404 : 온도검출부
405 : 역률보상 및 스위칭회로 406 : 트랜스
407 : 정류부
본 발명에 따른 LED 교통신호등용 구동회로는
교류입력에 포함된 고조파 노이즈를 차단하기 위한 노이즈 필터와, 교류를전파정류하여 직류로 변환하기 위한 브리지 다이오드, 직류전원을 스위칭하기 위한 스위칭소자, 소정주파수의 PWM신호를 발생하고, 역률을 보상하며 상기 스위칭소자를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부, 스위칭된 일차전원을 이차측으로 전달하기 위한 트랜스, 트랜스에 유기된 2차전원을 다시 정류하여 직류전원을 출력하기 위한 정류부로 구성된다.
또한, 상기의 LED 교통신호등용 구동회로를 이용한 LED 교통신호등은 교류전원을 입력받아 직류전원을 제공하는 구동회로와, 다수의 LED 어레이로 이루어져 상기 구동회로의 전원에 의해 점등되어 소정 색의 빛을 발하는 LED 어레이, 일단이 램프홀더에 나사결합 가능한 소켓, 소켓과 결합 구성되어 있고 구동회로가 실장된 PCB기판 및 LED 어레이가 다단으로 결합 구성되는 하우징으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 LED 교통 신호등용 구동 회로도이며, 도 4는 도 3에 도시된 LED 어레이의 세부 회로도이다.
본 발명에 따른 LED 교통 신호등용 구동회로는 도 3에 도시된 바와 같이, 스위칭모드 파워서플라이(SMPS)방식의 전원공급장치(400)와 LED 어레이(410)로 구성되고, 전원공급장치(400)는 노이즈필터(401), 다이오드 브리지(402), 전압검출부(403), 온도검출부(404), 역률보상 및 스위칭회로(405), 트랜스(406), 2차 정류부(407)로 구성된다. 특히, 본 발명에 따른 전원공급장치(400)는 종래의 전원공급장치에서 역률보상회로와 스위칭회로가 분리되어 있던 것을 하나의 회로소자로 단일화시켜 부피를 줄인 것이 특징이다. LED 어레이(410)는 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 병렬 연결된 LED 쌍이 다수개 직렬로 연결되어 +/- 전원선로에 연결된 구조로 되어 있다. 그리고, LED 어레이(410)에 사용되는 LED는 적색 빛을 발광하는 LED나 녹색 빛을 발광하는 LED, 황색 빛을 발광하는 LED중 어느 하나이다.
도 3을 참조하면, 노이즈 필터(401)는 주변 전자기기에 장애를 주는 고조파와 AC선로를 통해 입력되는 노이즈를 차단한다. 다이오드 브리지(402)는 노이즈필터(401)를 통해 입력된 교류전원을 전파 정류하여 직류로 변환한다. 다이오드 브리지(402)에서 정류된 직류전원은 필터링된 후 트랜스(406)의 일차 권선(406a)에 인가되는데, 이 때 스위칭소자(Q1)의 온, 오프에 따라 발진된다. 스위칭소자(Q1)는 FET 등과 같은 반도체 소자로 구현된다.
1차 권선(406a)의 발진전원은 권선비에 의해 정해진 전압으로 트랜스의 2차 권선(406b)과 3차 권선(406c)으로 유기된다. 이 때, 2차 권선(406b) 및 3차 권선(406c)에 유기된 전원은 높은 펄스의 전원이므로, 정류 다이오드(D1, D2)에서 다시 정류되어 직류로 변환된 후 LED 어레이(410)와 역률 보상 및 스위칭회로(405)에 인가된다.
한편, 다이오드 브리지(402)에서 변환된 직류전원은 역률 보상 및 스위칭회로(405)에 의해 역률 보상과 스위칭, 전류제어가 이루어진다. 전압 검출부(403)는 회로 내부의 직류전원을 비교기(IC1)로 검출한 후 역률 보상 및 스위칭회로(405)로 전달하여 전원공급장치의 출력전압을 일정하게 유지시키며, 온도 검출부(404)는 온도감지센서(TH1)에 의해 온도상승이 검지되면 온도상승에 의한 과부하를 비교기(IC2)에 의해 검출한 후 역률 보상 및 스위칭회로(405)로 보내어 회로 내부의 열폭주 현상을 방지하여 부품의 파손을 방지한다. 이와 같이 본 발명에 따르면 역률 보상, 발진, 정전압, 과부하방지 등이 하나의 회로소자로 이루어져 그 동안 2개 이상의 변압기와 각각의 역률 보상회로와 스위칭회로로 구성되던 전원공급장치를 1개의 변압기와 하나의 회로로 구현함으로써 비용절감과 소형화가 가능해진다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 교통 신호등에 사용되는 백열등을 LED를 이용한 신호등으로 교체함으로써 고장없이 반영구적으로 사용할 수 있고, 이에 따라 신호등 유지보수를 위한 인력 및 비용을 절감할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 교통 신호등은 기존의 교통 신호등 설비를 그대로 이용함으로써 업그레이드 비용을 최소화하면서 교통 신호등의 성능을 개선할 수 있고, 저전력의 LED를 사용함으로써 전력 에너지를 절감할 수 있다. 또한, 본 발명에 적용되는 전원공급장치는 다수의 회로로 분리되어 구현된 기능을 1개의 변압기와 소수의 간단한 회로로 구현함으로써 비용을 절감함과 아울러 소형화가 가능한 잇점이 있다.

Claims (3)

  1. 교류입력에 포함된 고조파 노이즈를 차단하기 위한 노이즈 필터와; 교류를 전파 정류하여 직류로 변환하기 위한 브리지 다이오드; 정류된 직류전원을 스위칭하기 위한 스위칭소자; 소정 주파수의 PWM신호를 발생하고, 역률을 보상하며 상기 스위칭소자를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단; 소정의 권선비에 따라 스위칭된 일차전원을 이차측으로 전달하기 위한 트랜스; 상기 트랜스에 유기된 이차전원을 다시 정류하여 직류전원을 출력하기 위한 정류부로 구성된 것을 특징으로 하는 엘이디 교통 신호등용 구동회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 구동회로는 온도를 검출하여 과부하를 방지하기 위한 온도검출부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 엘이디 교통 신호등용 구동회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 구동회로는 내부전압을 검출하여 출력전압을 일정하게 제어하기 위한 전압 검출부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 엘이디 교통 신호등용 구동회로.
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