KR100497813B1 - A temperature compensated LED Traffic Signal Module Controller maintaining constant luminous intensity - Google Patents
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Abstract
발광다이오드(LED) 교통신호등에 사용되는 발광다이오드(LED)의 광출력(光出力)을 온도에 따라 일정하게 유지하기 위한 LED신호등의 LED 광출력 유지 제어기에 있어서: 전원공급기에 의해 변환된 직류전원으로부터 센서단에 인가되는 전류의 값을 일정하게 제어하는 정전류 제어부와; LED 모듈 중 하나의 LED에서 출력되는 광의 광도를 측정하는 광센서와, 온도에 따라 상기 광센서의 저항값이 변화되는 것을 보상하기 위한 온도감지센서로 구성된 센서출력부와; 원하는 기준 광도를 전압값으로 설정하고, 과전류 방지를 위한 전류제한값을 설정하는 기준전압부와; 기준전압부에서 출력되는 기준광도의 전압과 센서출력부에서 출력되는 광도변화값을 비교하여 기준광도를 유지하기 위한 제어신호를 출력하는 전력제어부와; 전력제어부의 제어신호를 입력받아 LED 모듈에 변화된 전력을 공급하는 전력출력부와; 전력출력부의 전류를 센싱하여 기준 전류보다 큰 전류를 제한하는 전류제한부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도보상형 LED 신호등의 광출력 유지 제어기.Light emitting diode (LED) LED light output maintenance controller of LED signal lamp for maintaining constant light output according to temperature of light emitting diode (LED) used for traffic signal lamp: DC power source converted by power supply A constant current controller for controlling the value of the current applied to the sensor stage from the constant; A sensor output unit configured to include an optical sensor for measuring the intensity of light output from one of the LED modules, and a temperature sensor for compensating for a change in the resistance of the optical sensor according to temperature; A reference voltage unit which sets a desired reference luminance to a voltage value and sets a current limit value for preventing overcurrent; A power control unit for outputting a control signal for maintaining the reference luminance by comparing the voltage of the reference luminance output from the reference voltage unit with the luminance change value output from the sensor output unit; A power output unit which receives the control signal of the power control unit and supplies the changed power to the LED module; And a current limiting unit configured to sense a current greater than the reference current by sensing a current of the power output unit.
Description
본 발명은 발광다이오드(LED) 신호등의 광출력을 설치장소 주변온도의 변화를 보상함으로써 광출력을 일정하게 유지할 수 있는 제어기에 관한 것이다.The present invention relates to a controller capable of maintaining a constant light output by compensating for the change in the ambient temperature at the installation location of the light output of the LED signal lamp.
일반적으로 도로주변에는 교통흐름을 원활히 하기 위하여 차량용, 보행자용 교통신호등이 설치되어 있다. 상기 교통신호등의 경우 종래에는 신호등의 점멸을 필라멘트 방식의 백열등을 사용하여 단순히 점멸기능만을 수행하였다. 백열전구는 전력소모가 많아 유지비용이 비싸고 전구내부의 필라멘트가 수명이 짧아 자주 교체하여야 하는 문제점이 있었다.In general, traffic signals for vehicles and pedestrians are installed around roads to facilitate traffic flow. In the case of the traffic light, conventionally, only the blinking function was performed by using the incandescent lamp of the filament type to blink the traffic light. Incandescent bulbs have a problem in that they have to be replaced frequently because of high power consumption and high maintenance cost and short life span of the filament inside the bulb.
이러한 문제를 해결하기 위하여 LED(Light Emitting Diode)를 구비한 교통신호등이 최근에는 많이 사용되고 있다. LED는 PN접합시에 순방향으로 바이어스(bias) 시킬 때 정공(hole)과 전자(electron)가 재결합하면서 빛을 발산하는 원리를 이용한 것이다. LED는 저전압 소전류로 작동가능하며 전구에 비하여 효율이 높고 전원소비가 적고 또한 수명이 대단히 길어 교통신호등을 비롯한 전기계측기의 디스플레이부 표시소자로 많이 사용되고 있다.In order to solve this problem, a traffic light having an LED (Light Emitting Diode) has been widely used in recent years. LEDs use the principle of emitting light when holes and electrons recombine when biasing in the forward direction during PN bonding. LEDs can operate with low voltage and low current, have high efficiency, low power consumption, and very long life compared to light bulbs, and are widely used as display devices of electric measuring devices including traffic signals.
LED 신호등은 광원을 LED 소자를 사용하여 기존의 백열전구 이용시 보다 전력소모가 약 80%~90%이상 절약할수 있는 장점을 가지고 있다. 따라서 세계 여러 국가에서는 오래전부터 전기절약 차원에서 LED 신호등으로 교체하고 있으며, 우리나라도 시행할 예정에 있다.LED traffic light has the advantage of saving 80% ~ 90% of power consumption than conventional incandescent bulbs by using LED element as light source. Therefore, many countries around the world have been replacing LED signal lamps for electricity conservation since long time ago, and Korea is planning to implement them.
하지만 LED 신호등이 소모전력이 작아 전기절약이 되는 장점이 있지만 온도에 따른 광출력 변동이 심한 단점을 가지고 있다. 또한 우리나라 LED 시험규격에는 온도에 따른 광출력 변동이 대기온도 25℃를 기준으로 -30℃에서 +70℃ 사이에 ±20% 이내로 제한하고 있다. 하지만 현재의 고휘도 LED(적색,녹색,황색)의 경우 온도에 따라 25%~ 50%까지의 광출력 변동을 나타내고 있다. 따라서 온도에 따른 LED 신호등의 광출력을 ±20% 이내로 유지시킬 수 있는 제어기가 필요하다.However, LED signal lamps have the advantage of low power consumption, which makes them electricity-saving. In addition, the LED test standard in Korea limits the light output variation according to temperature to within ± 20% between -30 ℃ and + 70 ℃ based on 25 ℃ of atmospheric temperature. However, the current high-brightness LEDs (red, green, yellow) show a change in light output from 25% to 50% depending on the temperature. Therefore, there is a need for a controller that can maintain the light output of LED signal lamps within ± 20% according to temperature.
일반적인 LED 교통신호등은 110/220V의 상용전원을 정류장치에 인가하여 직류성분으로 전환하여 LED 신호등을 점등시키는 구성으로 이루어진다. 이러한 LED 교통신호등에 대한 개발은 주로 제어신호에 의한 LED 신호등의 온/오프와 점등신호의 전환 및 LED의 배열을 조정하여 휘도 개선 등을 효과적으로 수행하는 장치에 관한 것이 대부분이다. 그 중 LED 신호등의 출력에 관련한 기술로는 대한민국 특허출원 제 1999-057211호로 출원된 "정광 출력 발광다이오드 신호등 구동회로"가 있다. 이 발명은 외부의 온도에 따라 자동적으로 LED의 구동전류와 광출력이 변화하는 정광출력 LED 신호등 구동회로에 관한 것으로 그 발명의 목적이 본 발명과 유사하다. 하지만 위 발명은 일정한 광출력을 내기 위한 방법으로는 단순히 온도센서인 써미스터(thermistor)만을 적용하여 정전류로 LED 모듈을 구동하고 있다. 이 방식은 온도변화에 따른 LED 광출력 변동이 써미스터의 온도곡선과 유사한 경우에만 적용가능하며 그 외의 LED 광출력 변동이 써미스터의 온도곡선과 조금의 차이가 있을 경우에는 적용이 불가능하며 다양한 색상의 LED 교통신호등 (적색, 청색, 황색)에 대해 광유지 제어기로서 재현성이 없다. The general LED traffic light is composed of a structure that turns on the LED signal by switching the DC component by applying a commercial power of 110 / 220V to the stop. The development of such LED traffic lights mainly relates to an apparatus for effectively improving brightness by adjusting on / off and switching of lighting signals and arrangement of LEDs by control signals. Among them, a technology related to the output of the LED signal lamp is a "concentrated output light emitting diode signal lamp driving circuit" filed in Korean Patent Application No. 1999-057211. The present invention relates to a concentrated output LED signal lamp driving circuit in which the driving current and the light output of the LED are automatically changed according to the external temperature, and the object of the present invention is similar to the present invention. However, the above invention drives a LED module with a constant current by applying only a thermistor, which is a temperature sensor, as a method for producing a constant light output. This method is applicable only when the variation of LED light output by temperature changes is similar to the temperature curve of thermistor. It is not applicable when the variation of LED light output is slightly different from the temperature curve of thermistor. There is no reproducibility as a light maintenance controller for traffic lights (red, blue, yellow).
다른 종래 기술로는 대한민국 실용 제 2001-19656호로 출원된 기술로서 "엘이디 신호등의 광량조절 제어장치"가 있다. 이 고안의 목적은 외부의 빛(주간 및 야간)과 대기(大氣)상태(안개 유·무 등)를 광 센서와 온도센서를 사용하여 LED 신호등의 광량을 조절하는 장치를 전원부와 연계하여 구성한 것으로 주변 밝기에 따라 LED 신호등의 밝기를 조절하는 것을 목적으로 한다. 따라서 이 기술은 LED 신호등이 설치된 장소의 외부 온도(-30℃~+70℃)에 대해 ±20%의 광도유지 제어가 불가능하다.Another conventional technology is a technology filed in Republic of Korea Utility No. 2001-19656, there is a "light amount control device for LED traffic lights". The purpose of this design is to configure the external light (day and night) and the atmospheric condition (fog or no fog) by using the light sensor and temperature sensor to control the amount of LED signal light in connection with the power supply. The purpose is to adjust the brightness of the LED traffic light according to the ambient brightness. As a result, the technology is unable to maintain ± 20% brightness over the outside temperature (-30 ° C to + 70 ° C) at the location where the LED light is installed.
본 발명은 대기 온도 변화에 따른 LED 신호등 광출력을 ±20％ 이내로 유지시킬 수 있는 제어기를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a controller capable of maintaining the LED signal light output in response to changes in the ambient temperature within ± 20%.
본 발명의 다른 목적은 LED의 광도변화에 따라 LED 모듈의 소모전력을 제어하는 것이다.Another object of the present invention is to control the power consumption of the LED module according to the brightness change of the LED.
이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 LED신호등 LED 광출력 유지제어기는 전원공급기에 의해 변환된 직류전원으로부터 센서단에 인가되는 전류의 값을 일정하게 제어하는 정전류 제어부와; LED 모듈 중 하나의 LED에서 출력되는 광의 광도를 측정하는 광센서와, 온도에 따라 상기 광센서의 저항값이 변화되는 것을 보상하기 위한 온도감지센서로 구성된 센서출력부와; 원하는 기준 광도를 전압값으로 설정하고, 과전류 방지를 위한 전류제한값을 설정하는 기준전압부와; 상기 기준전압부에서 출력되는 기준광도의 전압과 상기 센서출력부에서 출력되는 광도변화값을 비교하여 기준광도를 유지하기 위한 제어신호를 출력하는 전력제어부와; 상기 전력제어부의 제어신호를 입력받아 LED 모듈에 변화된 전력을 공급하는 전력출력부와; 상기 전력출력부의 전류를 센싱하여 기준 전류보다 큰 전류를 제한하는 전류제한부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. LED signal light maintaining controller according to the present invention for achieving these objects is a constant current control unit for controlling a constant value of the current applied to the sensor stage from the DC power source converted by the power supply; A sensor output unit configured to include an optical sensor for measuring the intensity of light output from one of the LED modules, and a temperature sensor for compensating for a change in the resistance of the optical sensor according to temperature; A reference voltage unit which sets a desired reference luminance to a voltage value and sets a current limit value for preventing overcurrent; A power control unit for outputting a control signal for maintaining the reference luminance by comparing the voltage of the reference luminance output from the reference voltage unit with the luminance change value output from the sensor output unit; A power output unit which receives the control signal of the power control unit and supplies changed power to the LED module; And a current limiting unit configured to sense a current greater than the reference current by sensing a current of the power output unit.
본 발명에 따른 LED신호등 LED 광출력 유지제어기는 스위칭 모드 전압 공급기(SMPS)의 2차측 출력단으로부터 제공되는 전원을 LED 모듈에 일정하게 제공하기 위한 정전압 제어부(210)와; LED 모듈 중 하나의 LED에서 출력되는 광의 광도를 측정하는 포토다이오드(PD)를 포함하는 센서부(220)와, 기준 광도의 조절과 과전류를 제한하기 위한 전압을 설정하기 위한 기준값 조절부(230)와; 광센서의 전류값을 전압값으로 변환하기위한 광센서 제어부(240)와; 광센싱용 LED에 흐르는 전류를 센싱하여 상기 기준값 조절부(230)에서 제공된 기준값과 비교하여 제어신호를 출력하는 과전류 방지부(250)와; 과전류시 센서출력부에서 출력되는 광도변화값을 차단하고 스위치 모드 전원공급기의 기준값으로 유지시키는 제어신호 차단부(260)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. LED light output maintenance controller according to the present invention includes a constant voltage control unit 210 for constantly supplying the power supply from the secondary output terminal of the switching mode voltage supply (SMPS) to the LED module; Sensor unit 220 including a photodiode (PD) for measuring the brightness of the light output from one of the LED module LED, and reference value control unit 230 for setting a voltage for adjusting the reference brightness and limit the overcurrent Wow; An optical sensor controller 240 for converting a current value of the optical sensor into a voltage value; An overcurrent prevention unit (250) for sensing a current flowing in the light sensing LED and outputting a control signal by comparing the reference value provided by the reference value adjusting unit (230); And a control signal blocking unit 260 which blocks the brightness change value output from the sensor output unit during overcurrent and maintains the reference value of the switch mode power supply.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 LED 신호등의 LED 광출력 유지제어기의 구성과 그에 따른 동작을 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the LED light output maintenance controller of the LED signal lamp according to the present invention with reference to the accompanying drawings will be described.
도 1은 본 발명의 일실시에 따른 LED 광 출력 유지제어기를 적용하는 LED 신호등의 전체 구성도이다. 교통신호등 제어 전원인 교류전원(AC 90V ∼ AC 245V)을 입력받아 DC 전원으로 변환시키는 스위칭모드 전원공급기(Switching Mode Power Supply: SMPS)와 LED 광원의 광출력을 일정하게 유지시킬 수 있는 LED 광출력 유지 제어기(100) 및 상기 제어기(100)를 거져 제공되는 전원을 이용하여 빛을 발하는 다수의 LED로 이루어진 LED 모듈로 구성되어 있다.1 is an overall configuration diagram of an LED signal lamp applying the LED light output maintaining controller according to an embodiment of the present invention. Switching Mode Power Supply (SMPS) which receives AC power (AC 90V ~ AC 245V), which is the traffic light control power, and converts it into DC power and LED light output that can keep the light output of LED light source constant It consists of a maintenance module 100 and an LED module consisting of a plurality of LEDs that emit light using a power provided through the controller 100.
도 2는 도 1에 도시된 LED 광 출력 유지제어기(100)의 구성을 나타낸 구성도이다. 도시된 바와 같이, 전원공급기에 의해 변환된 직류전원으로부터 센서단에인가되는 전류의 값을 일정하게 제어하는 정전류 제어부(110)와; LED 모듈 중 하나의 LED에서 출력되는 광의 광도를 측정하는 광센서(CdS)와, 온도에 따라 상기 광센서(CdS)의 저항값이 변화되는 것을 보상하기 위한 온도감지센서(NTC)로 구성된 센서출력부(120)와; 원하는 기준 광도 및 전류 제한을 셋팅할 수 있도록 기준광도의 전압값을 출력하는 기준전압부(130)와; 상기 기준전압부(130)에서 출력되는 기준광도의 전압과 상기 센서출력부(120)에서 출력되는 광도변화값을 비교하여 기준광도를 유지하기 위한 제어신호를 출력하는 전력제어부(140)와; 상기 전력제어부(140)의 제어신호를 입력받아 LED 모듈에 변화된 전력을 공급하는 전력출력부(160)와; 상기 전력출력부(160)의 출력전류를 센싱하여 기준 전류보다 큰 전류를 제한하는 전류제한부(150)를 포함하여 이루어진다.2 is a configuration diagram showing the configuration of the LED light output maintenance controller 100 shown in FIG. As shown, the constant current control unit 110 for constantly controlling the value of the current applied to the sensor stage from the DC power converted by the power supply; Sensor output consisting of a light sensor (CdS) for measuring the intensity of light output from one of the LED module, and a temperature sensor (NTC) for compensating for the change in the resistance value of the light sensor (CdS) according to the temperature Unit 120; A reference voltage unit 130 for outputting a voltage value of the reference luminance so as to set a desired reference luminance and current limit; A power controller 140 for outputting a control signal for maintaining the reference brightness by comparing the voltage of the reference brightness output from the reference voltage unit 130 with the brightness change value output from the sensor output unit 120; A power output unit 160 which receives the control signal of the power controller 140 and supplies the changed power to the LED module; And a current limiter 150 that senses an output current of the power output unit 160 to limit a current larger than a reference current.
본 발명에 따른 LED 광출력 유지제어기(100)는 전원변환기를 통해 일정한 DC 전원을 공급받아 대기온도 25℃에서 기준광도와 전류 제한값을 셋팅한다. LED 모듈의 광원중 하나의 광도를 센싱한다. 이 LED의 광도 변화에 따라 기준광도를 유지하도록 LED 모듈에 공급되는 전력을 제어하여 일정한 광출력을 유지하도록 한다. 제어 중 과도한 전류가 흐르는 것을 방지하기 위해 전류 제한회로를 이용하여 전류를 제한한다.The LED light output maintenance controller 100 according to the present invention receives a constant DC power supply through a power converter and sets the reference luminance and the current limit value at an atmospheric temperature of 25 ° C. Sensing the intensity of one of the light sources of the LED module. As the brightness of the LED changes, the power supplied to the LED module is controlled to maintain the reference brightness to maintain a constant light output. The current limiting circuit is used to limit the current to prevent excessive current from flowing during control.
정전류 제어부(110)는 전압 레귤레이터를 사용하여 정전류원으로 사용하였으며 저항(R)을 사용하여 인가전류의 값을 조절할 수 있다. 온도보상용 센서(NTC)와 광 센서(CdS)에 일정한 전류를 공급한다. 이 정전류 제어부(110) 회로는 트랜지스터(Transistor) 및 기타 능동소자를 이용하여 구성할 수 있다.The constant current controller 110 is used as a constant current source using a voltage regulator, and can adjust the value of the applied current using the resistor R. The constant current is supplied to the temperature compensation sensor NTC and the optical sensor CdS. The constant current control unit 110 circuit can be configured using a transistor and other active elements.
센서출력부(120)는 광 센서인 CdS(황화 카드뮴)와 광 센서 온도보상용 NTC 써미스터(Negative Temperature Coefficient Thermistor)를 사용하고 있다. LED 모듈 중 하나의 LED와 광센서인 CdS가 하나의 모듈로 이루어져 상기 써미스터와 함께 LED 모듈의 전면에 구성된다. NTC 써미스터는 저항체의 온도가 올라가면 저항이 감소하는 특성을 이용한 센서로 전류를 흘려 전압의 변화를 감지하여 온도로 환산하는 방식으로 이용된다. 센서출력부(120)는 온도에 따른 광센서의 온도를 보상하고 광센서의 변동값을 전압으로 출력시킨다.The sensor output unit 120 uses an optical sensor CdS (cadmium sulfide) and an optical sensor temperature compensation NTC thermistor (Negative Temperature Coefficient Thermistor). One LED of the LED module and CdS, which is a light sensor, are configured as one module and are configured on the front of the LED module together with the thermistor. NTC thermistor is a sensor that uses the characteristic that the resistance decreases when the temperature of the resistor rises, and it is used by converting the temperature by detecting the change of voltage by flowing a current. The sensor output unit 120 compensates the temperature of the optical sensor according to the temperature and outputs a change value of the optical sensor as a voltage.
전력출력부(160)는 LED 모듈에 전력을 공급하는 드라이버 장치로서 전력제어부(140)에서 제어 입력을 받아 변화된 전력을 출력한다. 전력출력부(60)의 출력신호를 받는 전면 LED 모듈 중 하나의 LED를 제어기판으로 연결한다. 이 LED의 광도가 온도에 따라 변화되고 이에 따라 광센서(CdS)의 저항값이 변하게 된다. 광센서(CdS) 양단자에는 빛에 의해 변동된 전압을 출력한다. 하지만 광센서(CdS)는 온도에 따라 저항값이 변화되기 때문에 이를 보상하기 위해 NTC 써미스터를 사용한다.The power output unit 160 is a driver device that supplies power to the LED module and receives the control input from the power controller 140 to output the changed power. Connect one LED of the front LED module receiving the output signal of the power output unit 60 to the control board. The light intensity of the LED changes with temperature, thereby changing the resistance value of the optical sensor CdS. Both terminals of the optical sensor CdS output a voltage changed by light. However, the optical sensor (CdS) uses an NTC thermistor to compensate for this because the resistance changes with temperature.
기준전압부(130)는 원하는 기준 광도 및 전류 제한을 세팅할 수 있도록 기준전압 값을 맞출 수 있도록 한다.The reference voltage unit 130 allows the reference voltage value to be adjusted to set a desired reference brightness and current limit.
전력제어부(140)는 기준전압부(130)에서 출력되는 기준광도의 전압과 센서출력부(120)에서 출력되는 광도변화값을 비교기를 사용하여 비교하여 기준광도를 유지하도록 제어신호를 출력한다. 원하는 광도의 기준값과 광도변화량을 비교하여 온도가 변하더라도 초기 기준값을 유지하도록 전압을 제어한다. 비교기를 구성하는데 있어 간단히 OP AMP를 사용할 수 있지만 아날로그-디지탈(A/D) 변환기가 내장된 프로세서를 사용하여 프로그램으로 정밀하게 제어신호를 출력할 수 있다.The power control unit 140 outputs a control signal to maintain the reference luminance by comparing the voltage of the reference luminance output from the reference voltage unit 130 with the intensity change value output from the sensor output unit 120 using a comparator. The voltage is controlled to maintain the initial reference value even if the temperature changes by comparing the reference value of the desired brightness with the amount of light change. The OP AMP can be simply used to construct a comparator, but a control with an analog-to-digital (A / D) converter can be used to precisely output control signals to the program.
전류제한부(150)는 기준전압부(130)에서 최대 구동전류를 세팅하여 전력출력부(160)에서 센싱된 전류와 비교하여 기준 전류보다 큰 전류를 제어함으로써 전류제한을 수행한다. 회로의 구성은 간단히 OP AMP를 사용하여 기준전류와 센싱전류를 비교하여 제어할 수 있도록 구성하였지만 A/D 변환기가 내장된 프로세서를 사용하여 프로그램으로 정밀하게 전류를 제어할 수도 있다.The current limiter 150 sets the maximum driving current in the reference voltage unit 130 to control the current greater than the reference current compared to the current sensed by the power output unit 160 to perform the current limit. The circuit is simply configured to control the comparison of reference current and sensing current using OP AMP, but it is also possible to precisely control current with a program using a processor with an A / D converter.
도 3은 본 발명의 다른 실시에 따른 LED 광 출력 유지제어기를 적용하는 LED 신호등의 전체 구성도이다. 도 1 내지 도 2의 실시 예와 달리 유지제어기(200)의 제어신호를 전원공급부에 피드백(feedback)형태로 제공된다는 점이다. 즉, 온도에 따른 LED 광도변화를 포토다이오드 등의 광센서를 사용하여 LED에 직류전원을 공급하는 스위치 모드 전원공급기(SMPS: Switching Mode Power Supply)의 출력전압을 제어하여 광도를 유지하는 방법을 적용한 회로이다.3 is an overall configuration diagram of an LED signal lamp to which the LED light output maintaining controller according to another embodiment of the present invention is applied. Unlike the embodiment of FIGS. 1 and 2, the control signal of the maintenance controller 200 is provided in a feedback form to the power supply. That is, the method of maintaining the brightness by controlling the output voltage of the Switching Mode Power Supply (SMPS) that supplies the DC power to the LED using an optical sensor such as a photodiode is applied according to the temperature. Circuit.
도 4는 도 3의 LED 광 출력 유지제어기의 구성을 나타낸 구성도이다. 도 2에서 나타난 실시 예와 유사한 구성요소를 구비하고 있으며, 그 동작원리 또한 유사하다. 4 is a configuration diagram showing the configuration of the LED light output maintenance controller of FIG. It is provided with components similar to the embodiment shown in Figure 2, the operation principle is similar.
도시된 바와 같이, 스위칭모드전원공급기(SMPS)의 2차측 출력단으로부터 제공되는 전원을 LED 모듈에 일정하게 제공하기 위한 정전압 제어부(210)와; LED 모듈 중 하나의 LED에서 출력되는 광의 광도를 측정하는 포토다이오드(PD)를 포함하는 센서부(220)와, 기준 광도의 조절과 과전류를 제한하기 위한 전압을 설정하기 위한 기준값 조절부(230)와; LED 모듈에 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 광센서 제어부(240)와; 광센싱용 LED에 흐르는 전류를 센싱하여 상기 기준값 조절부(230)에서 제공된 기준값과 비교하여 제어신호를 출력하는 과전류 방지부(250)와; 과전류시 센서출력부에서 출력되는 광도변화값을 차단하고 스위치 모드 전원공급기의 기준값으로 유지시키는 제어신호 차단부(260)를 포함하여 이루어진다.As shown, the constant voltage control unit 210 for constantly supplying the power supply from the secondary output terminal of the switching mode power supply (SMPS) to the LED module; Sensor unit 220 including a photodiode (PD) for measuring the brightness of the light output from one of the LED module LED, and reference value control unit 230 for setting a voltage for adjusting the reference brightness and limit the overcurrent Wow; An optical sensor controller 240 for preventing overcurrent from flowing through the LED module; An overcurrent prevention unit (250) for sensing a current flowing in the light sensing LED and outputting a control signal by comparing the reference value provided by the reference value adjusting unit (230); It includes a control signal blocking unit 260 for blocking the light intensity change value output from the sensor output unit during overcurrent and maintains the reference value of the switch mode power supply.
LED 광출력 유지제어기(200)는 도 2의 실시 예와 달리 LED 모듈의 광원중 하나의 광도를 센싱하여 이 LED의 광도 변화에 따라 기준광도를 유지하도록 LED 모듈에 일정 전원을 공급되는 스위치모드전원공급기(SMPS)를 제어하여 일정한 광출력을 유지하도록 한다.Unlike the embodiment of FIG. 2, the LED light output maintaining controller 200 senses the intensity of one of the light sources of the LED module and supplies a predetermined power to the LED module to maintain a reference intensity according to the change in the intensity of the LED. The feeder (SMPS) is controlled to maintain a constant light output.
기준값 조절부(230)는 대기온도 25℃에서 LED 모듈의 광도와 과전류방지를 위한 허용전류값을 셋팅한다. 셋팅방법은 광센서제어부(240)의 게인저항인 Rg을 LED 색상(파장)에 따라 값을 결정한후, 기준광도을 위한 저항값을 조절하여 원하는 기준광도를 맞춘다. 이때 스위치 모드 전원공급기(SMPS)의 초기 전압값은 기준광도을 출력하는 전압값과 일치하여야한다. 또한 과전류 방지를 위해 허용전류값을 결정한 후, 허용전류값에 맞는 저항을 선택한다.The reference value control unit 230 sets the allowable current value for preventing the over-current and the brightness of the LED module at the ambient temperature 25 ℃. The setting method determines a value of Rg, which is the gain resistance of the photosensor control unit 240, according to the LED color (wavelength), and then adjusts the resistance value for the reference luminance to adjust the desired reference luminance. At this time, the initial voltage value of the switch mode power supply (SMPS) should match the voltage value outputting the reference luminance. In addition, after the allowable current value is determined to prevent overcurrent, select a resistor suitable for the allowable current value.
광센서부(220)는 LED 모듈에서 하나의 LED광을 광센서인 포토다이오드(혹은 Cds:황화 카드뮴)를 사용하여 온도에 따른 광도의 변화를 전류값(혹은 저항값)으로 변화시켜 출력하고 있다.The optical sensor unit 220 outputs a single LED light in the LED module by using a photodiode (or Cds: cadmium sulfide) as a light sensor to change the intensity of light with a current value (or resistance). .
광센서 제어부(240)는 OP AMP를 이용하여 광센서부(220)에 의해 검출된 광센서의 광량을 전압값으로 변환시키는 회로의 일 예로서 반전단자(-)로 전달받고, 비반전단자(+)로는 상기 기준값 조절부(230)에서 설정된 기준전압(Vref 2)을 전달받는다. 광센서부(220)에서 출력되는 전류의 변화량을 전압으로 변화시키며 전압게인(gain)은 전압게인용 저항(Rg)를 사용하고 NTC를 이용하여 광센서(PD)의 온도 보상용으로 사용한다. 그리고 기준광도에 맞도록 기준값 조절부(230)에서 전압값을 조절하여 제어전압을 출력한다. 따라서 광센서(240)의 회로는 광센서의 전류값을 전압값으로 변환시킬 수 있는 모든 회로들을 사용할 수 있으며, Cds(황화카드뮴)를 사용할 경우 OP AMP를 사용하여 Cds 저항값을 전압값으로 변환시킬 수 있는 모든 회로들을 사용할 수 있다.The optical sensor controller 240 is received as an inverting terminal (-) as an example of a circuit for converting the light amount of the optical sensor detected by the optical sensor unit 220 to a voltage value using the OP AMP, and the non-inverting terminal ( +) Receives the reference voltage Vref 2 set by the reference value adjusting unit 230. The amount of change in the current output from the optical sensor unit 220 is changed into a voltage, and the voltage gain is used for the temperature compensation of the optical sensor PD using the voltage gain resistor Rg and NTC. In addition, the reference value adjusting unit 230 adjusts the voltage value to match the reference brightness, and outputs a control voltage. Therefore, the circuit of the optical sensor 240 may use all the circuits that can convert the current value of the optical sensor into a voltage value, and in the case of using Cds (cadmium sulfide) using the OP AMP to convert the resistance of the Cds to voltage values Any circuit that can be used can be used.
과전류 방지부(250)는 광센싱용 LED의 이상 또는 고장에 의해 광도가 갑자기 저하되거나 광도가 나오지 않을 경우, 광센서 제어부(240)의 출력전압이 급격히 감소되고 스위치 모드 전원공급기(SMPS)의 출력은 급격히 증가되어 순간적으로 LED 모듈에 과전류가 공급되어 LED를 파괴시킬수 있다. 따라서 LED 모듈에 흐르는 전류를 센싱하여 비교기를 이용하여 광센싱 제어기(100)의 출력을 제어한다.The overcurrent protection unit 250 suddenly decreases the output voltage of the light sensor controller 240 when the light intensity suddenly decreases or the light intensity does not come out due to an abnormality or failure of the light sensing LED, and the output of the switch mode power supply SMPS. Is rapidly increased so that overcurrent can be supplied to the LED module and destroy the LED. Therefore, the current flowing through the LED module is sensed to control the output of the light sensing controller 100 using a comparator.
제어신호 차단부(260)는 광센서 제어부(240)에서 이상전압이 발생하여 스위치모드전원공급기(SMPS)의 전압이 급속히 증가되면 과전류방지부(250)에서 허용전류치 이상이면 광센서 제어부(240)의 제어신호를 차단하여 스위치 모드 전원공급기(SMPS)의 기준전압을 유지하도록 하여 광센싱용 LED, 광센서 및 주변회로의 이상으로 인해 신호등 자체의 이상이 발생하지 않도록 예방한다.The control signal blocking unit 260 generates an abnormal voltage in the optical sensor control unit 240, and if the voltage of the switch mode power supply (SMPS) increases rapidly, the optical sensor control unit 240 if the overcurrent protection unit 250 exceeds the allowable current value. Blocks the control signal to maintain the reference voltage of the switch mode power supply (SMPS) to prevent the abnormality of the signal lamp itself due to the abnormality of the light-sensing LED, optical sensor and peripheral circuit.
광센서 제어부(240)의 출력신호는 제어신호 차단부(260)를 거쳐 정전류 제어부(210)의 가변저항의 중간단자에 연결되어 설정전압 IC(reference voltage IC)에 전달된다. 상기 광센서 제어부(240)에 의한 광센싱 전압값(V2)이 전원공급기 출력전압(V0)의 초기값을 결정하는 전압(V1)보다 작을 때 V0출력을 증가시켜 LED 모듈의 광도를 높여주고, V2가 V1보다 클경우에는 V0출력을 작게 함으로써 광센서를 이용하여 광도의 변화에 따라 LED 모듈에 전원을 제공하는 전원공급기의 출력 전압을 직접 제어한다.The output signal of the photosensor control unit 240 is connected to the intermediate terminal of the variable resistor of the constant current control unit 210 via the control signal blocking unit 260 is transmitted to the reference voltage IC (reference voltage IC). The light intensity of the LED module is increased by increasing the output of V 0 when the light sensing voltage value V 2 by the photosensor control unit 240 is smaller than the voltage V 1 that determines the initial value of the power supply output voltage V 0 . If V 2 is greater than V 1 , the output voltage of the power supply that directly supplies power to the LED module according to the change of the brightness is directly controlled by using the optical sensor by reducing the V 0 output.
광센싱용 LED에 흐르는 전류가 정상적인 경우에는 과전류 방지부(250)에 포함된 비교기의 반전단자(-)에 인가되는 전압과 기준전압(Vref 1)의 차이값이 일정치 이하이므로 제어신호 차단부(260)의 스위치는 연결상태를 유지한다. 만일 광센싱용 LED가 비정상적인 경우에는 기준전압(Vref 1)과의 차이가 일정치를 벗어나게 되므로 제어신호 차단부(260)의 스위치를 차단시킴으로써 광센서제어부(240)로부터 출력되는 광도변화에 따라 LED모듈에 인가되는 제어신호를 원천적으로 봉쇄하고 스위칭모드전원공급기(SMPS)의 기준값으로 유지시켜 잘못된 제어로 인해 LED 모듈에 과전류가 흐르는 것을 방지한다.If the current flowing through the light-sensing LED is normal, the difference between the voltage applied to the inverting terminal (-) of the comparator included in the overcurrent protection unit 250 and the reference voltage Vref 1 is less than or equal to a predetermined value. The switch of 260 remains connected. If the light sensing LED is abnormal, the difference from the reference voltage (Vref 1) is out of a certain value, so the LED according to the brightness change output from the light sensor control unit 240 by shutting off the switch of the control signal blocking unit 260. The control signal applied to the module is essentially blocked and maintained at the reference value of the switching mode power supply (SMPS) to prevent overcurrent from flowing to the LED module due to incorrect control.
본 발명은 원하는 기준 광도를 셋팅하여 외부의 온도가 변화하더라도 항상 기준광도를 유지하도록 스위치 모드 전원공급기(SMPS)의 전압을 직접제어 고효율에 적합하도록 전력소모를 크게 향상시켰으며 저렴한 광센서인 포토다이오드(PD) 및 황화카드뮴(CdS)을 사용하여 광제어를 하였다. 그리고 과전류 방지회로를 구성하여 LED 모듈을 보호하도록 하였다.The present invention greatly improves the power consumption to suit the high efficiency of direct control of the voltage of the switch mode power supply (SMPS) so as to maintain the reference brightness at all times even when the external temperature is changed by setting the desired reference brightness, a photodiode as an inexpensive optical sensor Light control was performed using (PD) and cadmium sulfide (CdS). An overcurrent protection circuit was configured to protect the LED module.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 광출력 유지제어기는 대기온도의 변화에 따른 광 센서 저항값의 변화를 보상함으로써 LED 신호등의 LED 광출력을 ±20％ 이내로 유지시킬 수 있는 효과를 갖는다. 또한 모든 스위치모드전원공급기(SMPS)를 사용하는 LED 신호등에는 본 발명품의 제어기를 간단히 적용하여 광유지가 가능하도록 모듈로 구성되어 있다.As described above, the LED light output maintenance controller according to the present invention has the effect of maintaining the LED light output of the LED signal lamp within ± 20% by compensating for the change in the optical sensor resistance value according to the change in the atmospheric temperature. In addition, the LED signal lamp using all the switch mode power supply (SMPS) is configured as a module to enable light maintenance by simply applying the controller of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시에 따른 광 출력 유지제어기를 적용한 LED 신호등의 전체 구성도,1 is an overall configuration diagram of an LED signal lamp applying a light output maintaining controller according to an embodiment of the present invention,
도 2는 도 1의 LED 광 출력 유지제어기의 구성을 나타낸 구성도,2 is a configuration diagram showing the configuration of the LED light output maintenance controller of FIG.
도 3은 본 발명의 다른 실시에 따른 광 출력 유지제어기를 적용한 LED 신호등의 전체 구성도,3 is an overall configuration diagram of an LED signal lamp to which the light output maintaining controller according to another embodiment of the present invention;
도 4는 도 3의 LED 광 출력 유지제어기의 구성을 나타낸 구성도이다.4 is a configuration diagram showing the configuration of the LED light output maintenance controller of FIG.
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