KR100360673B1 - 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용한 도로교통 안전표지용 발광 다이오드 점멸기 - Google Patents

태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용한 도로교통 안전표지용 발광 다이오드 점멸기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용하여 발광 다이오드를 최대휘도로 점멸시키도록 한 도로교통 안전 표지용 발광 다이오드 점멸기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 도로 표지용 발광 다이오드 점멸기는 입사광에 따라 전압신호를 발생하기 위한 광전지와, 광전지로부터 발생되는 전압을 충전하기 위한 충전기와, 광전지의 출력전압과 충전기의 출력전압을 비교하기 위한 비교기와, 비교기의 출력신호에 응답하여 발진신호를 발생하는 발진기와, 발진기의 출력신호를 구형파신호로 변환하는 구형파 발생기와, 구형파신호를 증폭하기 위한 전력 증폭기와, 전력 증폭기의 출력신호에 응답하여 발광하는 발광소자를 구비한다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 도로 표지용 발광 다이오드 점멸기는 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용하여 발광 다이오드를 최대휘도로 점멸시키게 된다.

Description

태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용한 도로교통 안전 표지용 발광 다이오드 점멸기{Flickering Apparatus Of Light Emitting Diode For Traffic saft Using Solar Battery And Low Voltage Storage Battery}
본 발명은 도로교통 안전 표지장치에 관한 것으로, 특히 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용하여 발광 다이오드를 최대휘도로 점멸시키도록 한 도로 표지용 발광 다이오드 점멸기에 관한 것이다.
일반적으로, 도로의 중앙선에는 복반사를 이용한 차선 식별용 구조물이 설치되고 있다. 차선 식별용 구조물은 알루미늄 구조물의 일측면에 복반사 황색 플라스틱 반사판(이하 "복반사판"이라 함)이 부착되고 있다. 이 복반사판에 차량의 헤드 라이트 불빛이 조사되면 반사광에 의해 야간에도 운전자가 차선을 식별할 수 있다. 그러나 이와 같은 차선 식별용 구조물은 안개나 비가 내리거나 복반사판에 먼지가 쌓이게 되면 차량의 헤드라이트로부터 복반사판으로 조사되는 광이 난반사 또는 흡수되어 반사광의 광량이 현저히 떨어지기 때문에 차선 식별이 어려워지는 문제점이 있다. 이는 운전자의 안전운전에 심각한 문제를 초래하게 된다. 이를 상세히 하면, 복반사판은 차량의 헤드라이트로부터 광이 조사되면 광의 경로를 변경하여 재복사시키게 된다. 이 때, 안개나 비가 내리면 헤드라이트로부터 복반사판으로 입사되는 광의 광량은 광경로에 따른 광량손실과 안개나 비와 같은 매질에 의한 광량손실이 더해지면서 현저히 줄어들게 된다. 이와 같은 광량손실을 극복하고 운전자에게 차선을 보다 용이하게 실별할 수 있도록 하기 위해서는 능동적으로 광을 발생시킬 수 있는 차선 식별장치가 요구되고 있으며, 또한 각종 차량에 안전 표지장치가 요구되고 있다.
최근에는 광전자 기술의 발달로 매우 밝은 발광 다이오드(Light Emitting Diode)가 생산되고 있으며 고용량으로 재충전이 가능한 충전 밧데리가 판매되고 있다. 이와 같은 LED는 입력전압이 2V일 때 최대 광량의 출력을 발생한다. 이와 아울러, 태양전지는 작은 크기와 면적으로도 1.2V의 충전 밧데리를 주간에 최대로 충전시킬 수 있는 발전량을 발생하고 있다. 이에 따라, LED를 차선 식별용 발광체로 적용하기 위해서는 LED의 광량이 최대로 나타날 수 있도록 1.2V의 충전 밧데리를 다수로 직렬 접속하여야 한다. 그러나 복수 개의 충전 밧데리가 작은 차선 식별장치에 포함되어야 하므로 설계공간이 부족하게 되고 차선 식별장치의 부피를 크게 하는 문제점이 발생된다. 특히, 충전 밧데리는 고가이기 때문에 충전 밧데리의 수를 증가시킬수록 생산단가가 그만큼 높아지기 때문에 경제성이 떨어지게 된다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여, 1.2V의 충전 밧데리로부터 공급되는 전원을 이용하여 2V LED로 하여금 최대 광량의 광을 발생시킬 수 있게 하는 전력 증폭회로가 개발되어야 한다. 또한, 이와 같은 전력 증폭회로는 차선 식별장치에 적용되어야 하기 때문에 차선식별이 보다 용이하도록 LED를 연속적으로 점멸시킬 수 있는 기능이 추가됨이 바람직하고 주·야간의 태양광 변화를 감지하여 주간에 점멸을 정지시킬 수 있는 기능이 필요하다.
본 발명의 목적은 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용하여 발광 다이오드를 최대휘도로 점멸시키도록 한 도로 표지용 LED 점멸기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 LED 점멸기를 이용하여 도로의 안전 표시를 함으로써 운전자가 안전운행을 유도할 수 있도록 함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 도로 표지용 LED 점멸기는 입사광에 따라 전압신호를 발생하기 위한 광전지와, 광전지로부터 발생되는 전압을 충전하기 위한 충전기와, 광전지의 출력전압과 충전기의 출력전압을 비교하기 위한 비교기와, 비교기의 출력신호에 응답하여 발진신호를 발생하는 발진기와, 발진기의 출력신호를 구형파신호로 변환하는 구형파 발생기와, 구형파신호를 증폭하기 위한 전력 증폭기와, 전력 증폭기의 출력신호에 응답하여 발광하는 발광소자를 구비한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용한 도로교통 안전 표지용 발광 다이오드 점멸기를 나타내는 회로도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
ESOL: 태양전지 EBAT: 충전 밧데리
Q1,Q3,Q4,Q6,Q8 : NPN 형 트랜지스터 Q2,Q5,Q7,Q9 : PNP형 트랜지스터
D1 : 역방향 전류 차단용 다이오드 D2 : 발광 다이오드
C1,C2,C3 : 캐패시터 L : 인덕터
10 : 점멸 발진기 20 : 전력 증폭기
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 도로 표지용 LED 점멸기는 태양전지(ESOL)와 충전 밧데리(EBAT) 사이에 종속적으로 설치되는 제1 내지 제3 트랜지스터(Q1,Q2,Q3), 점멸 발진기(10), 제6 및 제7 트랜지스터(Q6,Q7), 전력 증폭기(20), LC 병렬 공진회로 및 LED(D2)를 구비한다.
태양전지(ESOL)는 주간과 야간에 입사광량에 따라 0∼4V의 발진전압을 발생한다. 충전 밧데리(EBAT)는 태양전지(ESOL)로부터 공급되는 발전전류에 의해 충전된다. 태양전지(ESOL)와 충전 밧데리(EBAT) 사이에 설치된 다이오드(D1)는 충전 밧데리(EBAT)로부터 태양전지(ESOL) 쪽으로 유입되는 역전류를 방지하는 역할을 한다. 충전 밧데리(EBAT)는 1.2V 한 개의 충전 셀로 구성되며 크기는 AA규격 또는 SC 규격으로 설정된다. 이와 같은 충전 밧데리(EBAT)는 수천번의 충/방전이 가능하도록 하고 안정적인 전압유지 특성을 갖는 것이 바람직하다.
태양전지(ESOL)와 제1 트랜지스터(Q1) 사이에는 가변저항(R1)과 분압저항(R2,R3)이 접속된다. 제1 트랜지스터(Q1)는 태양전지(ESOL)와 충전 밧데리(EBAT) 간의 전압차를 비교하여 점멸 발진기(10)를 제어하기 위한 점멸 제어신호를 발생하는 역할을 한다. 제2 트랜지스터(Q2)는 제1 트랜지스터(Q1)로부터 발생되는 점멸 제어신호를 안정화하는 버퍼 역할을 한다. 제3 트랜지스터(Q3)는 제2 트랜지스터(Q)의 제어에 의해 점멸 발진기(10)를 구동시키는 역할을 한다. 이를 위하여 점멸 발진기(10)는 정궤한 회로로 구성된 제4 및 제5 트랜지스터(Q4,Q5)를 포함한다. 제6 트랜지스터(Q6)는 점멸 발진기(10)로부터 발생되는 점멸 발진신호를 안정화하는 버퍼 역할을 한다. 제7 트랜지스터(Q7)는 제6 트랜지스터(Q6)의 출력신호를 증폭하게 된다. 제8 및 제9 트랜지스터(Q8,Q9)는 LC 병렬 공진회로를 사이에 두고 LED(D2)에 접속되어 LED(D2)에 전력을 공급함으로써 LED(D2)를 구동시키는 역할을 한다. 제1 트랜지스터(Q1), 제3 트랜지스터(Q3), 제4 트랜지스터(Q4), 제6 트랜지스터(Q6) 및 제8 트랜지스터(Q8)는 NPN 형 트랜지스터로 이루어지며, 제2 트랜지스터(Q2), 제5 트랜지스터(Q5), 제7 트랜지스터(Q7) 및 제9 트랜지스터(Q9)는 PNP형 트랜지스터로 이루어진다.
본 발명에 따른 도로 표지용 LED 점멸기의 동작을 태양광의 입사여부에 따라 나누어 설명하기로 한다.
태양광이 태양전지(ESOL)에 입사되면, 태양전지(ESOL)의 출력전압이 입사광량에 비례하여 상승하게 된다. 이렇게 발생되는 태양전지(ESOL)의 발진전압은 제1 저항(R1)과 분압저항(R2,R3)을 경유하여 제1 트랜지스터(Q1)의 베이스에 입력된다. 그러면, 분압저항(R1,R2)에 의해 바이어스된 제1 트랜지스터(Q1)는 베이스 전류가 증가함에 따라 턴-온(Turn-on)된다. 이 때, 제1 트랜지스터(Q1)의 이미터-컬렉터간에 전류가 상승하게 되고 제2 트랜지스터(Q2)의 베이스 공급전압은 하강하게 된다. 이렇게 제2 트랜지스터(Q2)의 베이스 전압이 하강하면 제2 트랜지스터(Q2)는 자신의 베이스가 순방향으로 바이어스되어 턴-온되어 된다. 이렇게 제2 트랜지스터(Q2)는 제1 트랜지스터(Q1)로부터의 점멸 제어신호를 증폭 안정화시키게 된다. 제2 트랜지스터(Q2)의 출력전압은 제6 저항(R6)을 경유하여 제3 트랜지스터(Q3)의 베이스 단자에 공급된다. 제3 트랜지스터(Q3)는 제2 트랜지스터(Q2)의 출력전압은턴-온(Turn-on)되어 제7 및 제8 저항(R7,R8)으로 이루어진 분압저항으로부터 점멸 발진기(10)에 입력되는 전압을 낮추게된다. 따라서, 제3 트랜지스터(Q3)는 제4 및 제5 트랜지스터(Q4,Q5)를 포함한 점멸 발진기(10)의 구동신호를 온/오프(on/off) 시키는 스위치 역할을 하게 된다.
태양광이 광량이 적어지면 예를 들면, 야간이나 날씨가 어두운 경우에는 태양전지(ESOL)의 출력전압이 발생되지 않고 제1 트랜지스터(Q1)는 순방향에서 역방향으로 변환되어 턴-오프된다. 그러면 제1 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 전압이 상승하기 때문에 제2 트랜지스터(Q2)의 증폭율도 감소하고 제6 저항(R6)에 흐르는 전류양도 감소하게 된다. 따라서, 제3 트랜지스터(Q3)는 턴-오프 상태가 되어 분압저항(R7,R8)으로부터 점멸 발진기(10)에 입력되는 전압을 상승시키게 된다. 그 결과, 점멸 발진기(10)는 기동하게 된다. 이 때, 충전 밧데리(EBAT)로부터 공급되는 전압은 분압저항(R7,R8)에 의해 분압되어 제4 트랜지스터(Q4)의 베이스 단자에 공급된다. 제4 트랜지스터(Q4)는 분압저항(R7,R8)으로부터 공급되는 전압에 의해 순방향 바이어스로 변환된다. 제5 트랜지스터(Q5)는 제10 저항(R10)을 경유하여 입력되는 제4 트랜지스터(Q4)의 출력전압을 증폭시키게 된다. 이 때, 제5 트랜지스터(Q5)의 출력전압 일부가 캐패시터(C3)를 경유하여 제4 트랜지스터(Q4)의 베이스 단자에 정 피드백되므로 제4 및 제5 트랜지스터(Q4,Q5)는 점멸 발진기 역할을 하게 된다. 여기서, 발진주기는 캐패시터(C3)와 제9 저항(R9)의 시정수에 의해 결정된다. 이와 같이 정궤환 회로로 구성된 제4 및 제5 트랜지스터(Q4,Q5)를 포함한점멸 발진기(10)는 태양전지(EBAT)의 출력전압 발생여부에 따라 점멸하게 된다. 한편, 제5 트랜지스터(Q5)의 출력은 정현파로 발생되므로 제6 트랜지스터(Q6)의 베이스 단자에는 큰 진폭의 전압이 인가된다. 이에 따라, 제6 트랜지스터(Q6)는 정현파 신호에 응답하여 구형파 형태의 전압을 발생하고, 그 구형파 전압을 출력하게 된다. 제7 트랜지스터(Q7)는 PNP형이므로 제6 트랜지스터(Q6)로부터 입력되는 구형파의 나머지 반주기를 구형파로 변환시키게 된다. 제7 트랜지스터(Q7)로부터 출력되는 구형파는 제14 저항(R14)을 경유하여 전력 증폭기(20)에 입력된다. 전력 증폭기(20)는 정궤환회로로 구성된 제8 및 제9 트랜지스터(Q8,Q9)을 포함한다. 제7 트랜지스터(Q7)의 구형파 출력주기 중에서, 플러스 구간에 제8 트랜지스터(Q8)는 순방향으로 바이어스된다. 이 때 제8 트랜지스터(Q8)와 접속된 제9 트랜지스터(Q9) 역시 순방향으로 바이어스되어 제8 및 제9 트랜지스터(Q8,Q9)는 제7 트랜지스터(Q7)는 고이득 증폭기로 작용하게 된다. 또한, 제7 트랜지스터(Q7)로부터 출력되는 구형파의 플러스 구간에 증폭된 신호는 제9 트랜지스터(Q9)의 콜렉터 단자에 접속된 캐패시터(C1)을 경유하여 제8 트랜지스터(Q8)의 베이스 단자로 피드백 되므로 제8 및 제9 트랜지스터(Q8,Q9)를 포함한 전력 증폭기(20)는 발진 상태로 전환된다. 이때, 제9 트랜지스터(Q9)의 콜렉터 단자와 그라운드 단자 사이에 병렬 접속된 캐패시터들(C1,C2)과 인덕터(L)는 병렬 공진 회로를 구성하므로 발진 주파수를 발생한다. 병렬 공진시, 임피던스는 확대되어 충전 밧데리(EBAT)의 전원 전압인 1.2V보다 높은 전압이 LED(D2)에 공급된다. 이 때, LC병렬 공진회로로부터 LED(D2)에 공급되는 전압은 LED(D2)가 최대광량으로 광을 발생할 수 있는 최대 휘도 발생전압인 2V까지 상승된다. 반면에, 제7 트랜지스터(Q7)로부터 제8 트랜지스터(Q8)의 베이스 단자에 입려되는 구형파의 마이너스 구간에는 제8 트랜지스터(Q8)가 턴-오프되면서 LED(D2)는 발광을 멈추게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 도로 표지용 LED 점멸기는 태양전지와 저전압 충전 밧데리 사이에 태양전지와 충전 밧데리 사이의 전압을 비교하여 비교결과에 따라 점멸발진기를 제어하고, LED에 공급되는 점멸 발진신호를 LED의 최대 휘도 발생전압의 전압레벨까지 증폭함으로써 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용하여 발광 다이오드를 최대휘도로 점멸시키게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (12)

  1. 입사광에 따라 전압신호를 발생하기 위한 광전지와,
    상기 광전지로부터 발생되는 전압을 충전하기 위한 충전기와,
    상기 광전지의 출력전압과 충전기의 출력전압을 비교하기 위한 비교기와,
    상기 비교기의 출력신호에 응답하여 발진신호를 발생하는 발진기와,
    상기 발진기의 출력신호를 구형파신호로 변환하는 구형파 발생기와,
    상기 구형파신호를 증폭하기 위한 전력 증폭기와,
    상기 전력 증폭기의 출력신호에 응답하여 발광하는 발광소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용한 도로교통 안전 표지용 발광 다이오드 점멸기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전지는 입사광량에 따라 0∼4V의 전압신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용한 도로교통 안전 표지용 발광 다이오드 점멸기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전기는 1.2V의 충전용량을 가지는 하나의 전지셀로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용한 도로교통 안전 표지용 발광 다이오드 점멸기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전지와 충전기 사이에 설치되어 상기 충전기로부터 상기 광전지 쪽으로 유입되는 역방향 전류를 차단하기 위한 다이오드를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용한 도로교통 안전 표지용 발광 다이오드 점멸기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 비교기는 상기 광전지의 양단에 접속된 저항과,
    상기 저항의 양단에 접속된 분압저항과,
    상기 분압저항으로부터 공급되는 제어신호에 응답하여 상기 충전기로부터 상기 발진기에 공급되는 발진기의 구동전압을 절환하기 위한 절환소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용한 도로교통 안전 표지용 발광 다이오드 점멸기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 절환소자의 출력신호를 증폭하여 안정화시키기 위한 버퍼를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용한 도로교통 안전 표지용 발광 다이오드 점멸기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 버퍼의 출력신호에 응답하여 상기 충전기로부터 상기 발진기에 입력되는 전압신호를 절환하기 위한 제2 절환소자를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용한 도로교통 안전 표지용 발광 다이오드 점멸기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 발진기는 상기 제2 절환소자의 출력신호에 의해 제어되고 캐패시터를 경유하여 정궤환 회로로 구성된 두 개의 트랜지스터들을 구비하여 소정 주파수의 정현파신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용한 도로교통 안전 표지용 발광 다이오드 점멸기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 구형파 발생기는 상기 발진기로부터 입력되는 정현파신호에 응답하여 구형파 신호를 발생하고 상기 구형파신호에 응답하여 상기 전력 증폭기에 구형파신호를 공급하기 위한 트랜지스터들을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용한 도로교통 안전 표지용 발광 다이오드 점멸기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 증폭기는 캐패시터를 경유하여 정궤환 회로로 구성된 두 개의 트랜지스터들을 구비하여 상기 구형파 발생기로부터 공급되는 구형파 신호의 전압레벨을 상기 충전기의 출력전압 이상으로 증폭하는 것을 특징으로 하는 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용한 도로교통 안전 표지용 발광 다이오드 점멸기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전력 증폭기와 상기 발광소자 사이에 설치되어 상기 구형파 신호의 발진 주파수를 발생하는 공진회로를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용한 도로교통 안전 표지용 발광 다이오드 점멸기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광소자는 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 태양전지와 저전압 충전 밧데리를 이용한 도로교통 안전 표지용 발광 다이오드 점멸기.
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