KR101003619B1 - 태양 에너지를 이용한 ｌｅｄ 도로 표지병 - Google Patents

Abstract

태양 에너지를 이용한 LED 도로 표지병이 개시된다. 본 발명의 구성은 빛의 양에 따라 0 ~ 수 V의 전압을 출력시키는 솔라셀 모듈과 상기 솔라셀 모듈의 출력 전압을 유지시키는 전압 레귤레이터와 상기 전압 레귤레이터로부터 출력전압을 충전시키는 배터리와 상기 배터리의 출력전압을 상승시켜 LED 구동용 전압으로 DC-DC 컨버트화하는 스텝-업 회로와 상기 스텝-업 회로로부터 인가된 전압으로 LED를 구동시키는 임펄스 전력 인젝터 회로와 상기 임펄스 전력 인젝터 회로의 신호에 따라 발광하는 LED와 상기 LED를 내장하는 LED 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명은 태양광 전지를 이용한 극소 전력을 소비할 수 있는 LED 도로표지병을 제공하는 것이 가능하며, 혹설기에도 충전을 하지 않아도 장기간 동작을 하는 LED 도로표지병을 제공하는 것이 가능한 것이다.

Description

태양 에너지를 이용한 ＬＥＤ 도로 표지병 {LED Cat's eye using Solar Energy}

본 발명은 태양에너지를 이용한 LED 도로 표지병에 관한 것으로서, 태양에너지를 이용한 극소 전력용 LED 표시병에 충전을 하기 위한 것으로서, 겨울의 장기 혹설기에 전원을 충전시키는 행위가 없이 장기간 동작을 시킬 수 있도록 하는 LED 도로 표지병에 관한 것이다.

일반적으로 태양광(Solar Energy)을 응용하여 낮에는 축전(蓄電)하여 밤에 식별과 길잡이 기능을 하는 도로 표지병이 형성되어 도로의 위치 표시, 횡단보도, 도로 중앙 반사판등의 식별을 하게 하는데 중요한 역할을 하게 된다.

이것은 기존의 야간 표시판을 대치하여 시인성과 경제성이 우수한 친환경 LED(발광 다이오드) 램프를 이용하는 것이 일반적이다.

이것을 설치하였을 경우에, 대부분 무충전으로 3일 이내 소등이 되어 겨울에 장기간의 혹설로 인하여 제때에 올바로 충전을 시키지 못하여 폭설기간 중 모두가 소등이 되어 제대로의 제품의 구실을 하지 못하게 되는 문제점이 있었다.

다시 설명하면, 종래에는 연속전원으로 도로 표지병의 발광원(發光源)인 LED를 구동하였으므로 LED 전류의 손실이 극심하였기 때문이다.

또한, 불규칙한 태양광 전원의 출력전압 환경에서 배터리의 충전보호를 위한 회로 설계의 필요성도 역시 대두되었다.

따라서, 적설량이 많은 지역이나 국가에서는 수명이 오랫동안 지속되는 도로표지병의 설치가 절실히 요구가 되는 실정이었다.

따라서, 본 발명은 장기간의 혹설로 인하여 새롭게 태양광을 이용한 도로표지병의 전원을 충전시키기 어려운 점을 해소하기 위하여, 충전과 방전을 고려한 가변 축전 전압을 사용한 극 저손실 LED 전원회로를 구현하도록 하기 위하여 임펄스 전력 인젝터 회로의 구성에 의한 태양 에너지를 이용한 LED 도로표지병을 제공하는 데 있는 것이다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은,

빛의 양에 따라 0 ~ 수 V의 전압을 출력시키는 솔라셀 모듈;

상기 솔라셀 모듈의 출력 전압을 유지시키는 전압 레귤레이터;

상기 전압 레귤레이터로부터 출력전압을 충전시키는 배터리;

상기 배터리의 출력전압을 상승시켜 LED 구동용 전압으로 DC-DC 컨버트화하는 스텝-업 회로;

상기 스텝-업 회로로부터 인가된 전압으로 LED를 구동시키는 임펄스 전력 인젝터 회로;

상기 임펄스 전력 인젝터 회로의 신호에 따라 발광하는 LED;

상기 LED를 내장하는 LED 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 전압 레귤레이터는 배터리에 안정적인 전압을 충전하기 위하여 상기 솔라셀 모듈의 출력전압이 상기 배터리의 최대 충전전압이 되도록 제한하여 과충전을 방지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 임펄스 전력 인젝터 회로는 상기 발광 드라이버에 듀티 비가 거의 0%인 임펄스 전력 인젝터를 인가하는 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고, 상기 임펄스 전력 인젝터 회로는 상기 솔라셀 모듈의 전압이 상기 배터리 전압이상으로 출력되는 주간에는 임펄스 신호가 출력되지 않는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고, 상기 솔라셀 모듈이 밀폐된 공간에 보관될 때, 어두운 환경으로 인식하여 LED를 구동하는 것을 방지하도록 하는 패키지 디텍터를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

더 나아가, 상기 패키지 디텍터는 도로표지병 외부에 영구자석을 부착하여 상기 영구자석의 자기장을 인식하면 마그네틱 스위치가 온되어 LED 구동전압이 생성되지 않는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 전력은 태양광 전지를 이용한 극소전력을 소비할 수 있는 LED 도로표지병을 제공하는 것이 가능하며, 도로상에 기존의 야간 표시판 대신 인식율이 높은 친환경 LED 램프를 제공할 수가 있다.

그리고, LED 램프를 이용하여 특히, 야간에 선명한 불빛으로 위치를 더욱 분명하게 운전자나 보행자에게 제공할 수가 있고, 4mA 이내 6개의 LED 구동회로의 구현으로 장기간의 무충전 LED를 구동 가능한 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 태양에너지를 이용한 LED 도로표지병을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명 전압 레귤레이터의 피드백 회로도를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명 스텝- 업 회로도를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명을 설명하기 위한 LED 드라이버 입력단 신호의 파형도.
도 5는 임펄스 신호에 대한 상세도.
도 6은 패키지 디텍터를 나타내는 회로 도면.

이하에서는 본 발명에 의한 태양에너지를 이용한 LED 도로표지병의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 공지된 구성이나 기능이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 태양에너지를 이용한 LED 도로표지병을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명 전압 레귤레이터의 피드백 회로도를 나타내는 도면, 도 3은 본 발명의 스텝- 업 회로도를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명을 설명하기 위한 LED 드라이버 입력단 신호의 파형도이고, 도 5는 임펄스 신호에 대한 상세도이고, 도 6은 패키지 디텍터를 나타내는 회로 도면이다.

본 발명의 구성은 태양 에너지를 이용한 LED 도로 표지병(1)에 있어서,

빛의 양에 따라 0 ~ 수 V의 전압을 출력시키는 솔라셀(Solar cell) 모듈(10);

상기 솔라셀 모듈(10)의 출력 전압을 유지시키는 전압 레귤레이터(20);

상기 전압 레귤레이터(20)로부터 출력전압을 충전시키는 배터리(30);

상기 배터리(30)의 출력 전압을 상승시켜 LED 구동용 전압으로 DC-DC 컨버트화하는 스텝-업 회로(40);

상기 스텝-업 회로(40)로부터 인가된 전압으로 LED(미도시)를 구동시키는 임펄스 전력 인젝터 회로(50);

상기 임펄스 전력 인젝터 회로(50)의 신호에 따라 발광하는 LED(미도시);

상기 LED를 내장하는 LED 모듈(70);을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 전압 레귤레이터(20)는 상기 배터리(30)에 안정적인 전압을 충전하기 위하여 상기 솔라셀 모듈(10)의 출력 전압이 상기 배터리(30)의 최대 충전 전압이 되도록 제한하여 과충전을 방지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 임펄스 전력 인젝터 회로(50)는 상기 발광 드라이버(60)에 듀티(duty) 비가 0%인 임펄스 전력 인젝터(Impulse power Injector)를 인가하는 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고, 상기 임펄스 전력 인젝터 회로(50)는 상기 솔라셀 모듈(10)의 전압이 상기 배터리(30) 전압 이상으로 출력되는 주간에는 임펄스 신호가 출력되지 않는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고, 상기 솔라셀 모듈(10)이 밀폐된 공간에 보관될 때, 어두운 환경으로 인식하여 LED를 구동하는 것을 방지하도록 하는 패키지 디텍터(90)를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

더 나아가, 상기 패키지 디텍터(90)는 도로표지병(1) 외부에 영구자석(95)을 부착하여 상기 영구자석(95)의 자기장을 인식하면 마그네틱 스위치(100)가 온(on)되어 LED 구동전압이 생성되지 않는 것을 특징으로 하는 것이다.

이하에서는 상기와 같은 구성적인 특징을 가지는 본 발명에 의한 태양에너지를 이용한 LED 도로 표지병의 작동관계에 대해서 설명하기로 한다.

도 1을 보면, 본 발명에 의한 태양에너지를 이용한 LED 도로표지병(1)을 나타내는 블록도인데, 솔라셀 모듈(10)을 통하여 빛의 양에 비례하여 0 - 수V의 전압이 출력되면, 전압 레귤레이터(20)를 통하여 전압이 1.2V의 소형 배터리(30)에 안정적인 전압을 충전하도록 최대충전 전압의 이상으로 전력을 생산할 경우가 있으면, 이를 방지하기 위하여, 도 2와 같이 궤환(Feedback) 회로를 이용하여 출력전압 Vb값을 피드백하여 기준 전압(reference voltage)을 산출하여 입력전압과 비교하여 제어하는 방식을 갖게 되는 것이다.

또한, 도 2에서의 회로는 배터리(30)의 전압이 솔라셀 모듈(10)의 출력 전압보다 낮은 어두운 야간등의 조건에서 상기 배터리(30)의 전류가 솔라셀 모듈(10)로 흐르게 되는 것을 방지하는 역전류를 보호하는 역할도 하는 것이다.

블록 3의 배터리(30)를 충전하면, 블록 4의 스텝 업 회로(40)를 통하여 상기 배터리(30) 전압의 상승작용을 하게 된다.

이것은 도 3에서 도시된 바와 같이 트랜지스터(Tr)를 이용한 피드백 제어를 통하여 전류의 소모량을 최소화시키는 것이다.

이와 같이, 평활화 작용으로 1.2 V에서 2.0 V - 3.0 V의 전압 스텝-업(Step-up) 작용을 수행할 수가 있는 것이다.

그리고, 상기 스텝 업 회로(40)를 통해 출력된 전압은 듀티(duty) 비가 거의 0%에 가까운 블록 6의 임펄스(Impulse) 신호의 생성회로를 통한 임펄스 전력 인젝터(Impulse Power Injector) 신호를 생성하여 인가하는데, 상기 임펄스 신호가 인가되는 동안만 LED 도로표지병(1)은 순간적으로만 동작을 하게 된다. 여기에서, 임펄스 전력 인젝터 신호의 생성에 관하여는 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이를 더 자세히 설명하면, 도 4는 본 발명을 설명하기 위한 LED 드라이버 입력단 신호의 파형도인데 이를 보면, 전압이 일정하며 신호가 가해질 경우에만 순간적인 동작을 하므로 LED 구동을 할 경우, 전류 소모량이 거의 적은 0[A]가 되므로 솔라셀 모듈(10)로 배터리(30)를 통한 충전이 제대로 이루어지지 않아도 2주 이상의 작동이 가능한 것이다.

이것을 다시 설명하면, 전압이 일정하게 가해질 경우, 순간적으로 LED를 약 40(Hz) 이상 동작을 시키면 사람 눈의 착시현상으로 인하여 LED 모듈(70) 내부의 LED가 지속적으로 작동하는 것처럼 보이게 되는 것이다.

따라서, 순간적인 펄스의 온오프 현상을 응용한 것으로, 연속 전원으로 LED를 구동하지 않고 임펄스 전원으로 LED를 구동시킴으로 LED 전류 손실을 극소화시킬 수 있는 것이다.

도 5는 임펄스 신호에 대한 상세도로서, 도 5에서 50 Hz로 LED를 구동을 하는 경우, 주기 T = 20ms이고, Th= 0.1[ms] 이내의 신호가 생성되도록 회로를 구현한 것이다. 그러면, 듀티 비가 0.5% 동안만 동작하게 되어 LED 1개당 0.1mA의 동작전류로 구동을 하게 된다.

그러므로, LED를 10개를 병렬로 구동하여도 LED 구동전류는 1mA만 소모하게 되므로 일반적으로 LED를 연속적으로 구동할 때, LED 1개당 20mA의 전류가 소모되므로 LED 1개를 1일 24시간 동안 작동시키면 배터리의 용량이 480mAH의 방전이 있게 된다.

따라서, 2000mAH의 배터리를 이용하여 3개의 LED를 구동시킨다면 33시간에 지나지 않아 오프(off)되므로, 혹설기와 같이 LED 도로표지병에 눈이 쌓여 솔라셀 모듈이 더 이상 동작을 하지 않을 때, 기존의 LED 도로표지병은 2일 이내에 작동하지 않게 된다.

그러나, 상기와 같은 임펄스 신호를 응용한 본 발명은 LED를 구동하기 위한 전체 회로를 포함하여 소모되는 4mA의 소모만 이루어지므로 혹설기에도 2주일 이상의 LED 도로표지병의 동작을 가능하게 하는 것이다.

따라서, 혹설기에도 LED 도로표지병에 눈이 쌓여 솔라셀 모듈(10)이 제 역할을 하지 못하는 것을 방지하게 되는 우수한 기능을 가지는 것이다.

또한, 상기 임펄스 전력 인젝터 회로(50)는 상기 솔라셀 모듈(10)을 통하여 전압을 감지하여 배터리(30)를 충전시켜 구동하도록 하는 전압 디텍터(80)를 가지고 있다. 이것은 상기 전압 디텍터(90) 자체적으로 솔라셀 모듈(10)로부터 전압을 감지하여 상기 임펄스 전력 인젝터 회로(50)의 동작 조건적인 신호를 보낼 수 있도록 하는 것이다.

그리고, 상기 임펄스 전력 인젝터 회로(50)는 상기 솔라셀 모듈(10)의 전압이 상기 배터리(30) 전압 이상으로 출력되는 주간에는 임펄스 신호가 출력되지 않으므로 주간에 태양열이 왕성하게 발생할 경우에는 상기 회로(50)가 출력이 되지 않도록 하여 절전을 할 수 있는 것이다.

그리고, 본 발명은 또 하나의 기능이 있는데, 이것은 도 6에서 도시가 되었듯이, 본 발명의 패키지 디텍터(Package Detecter)(90)를 나타낸 것인데, 이것은 LED 도로표지병(1)이 박스등의 밀폐한 곳에 보관이 되었을 경우에 솔라셀 모듈(10)이 어두운 환경으로 인식을 하였을 경우, LED가 점등이 되어 배터리의 전류소모를 방지하고자 하는 것이다.

도 6을 보면, LED 도로표지병(1)의 외부에 소형 영구자석(95)을 부착시킨다. 그리고, 비접촉 마그네틱 스위치(100)를 R-L-C회로에 내장하여 영구자석(95)의 자기장을 인식하면 상기 마그네틱 스위치(100)가 온(on)되도록 하는 것이다. 상기 마그네틱 스위치(100)는 자기장이 인식되면 상기 R-L-C회로가 충방전이 중단되도록 구성되어 LED가 구동하도록 하는 동작 전압을 발생시키지 않아서 전류가 소모되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다는 것은 자명한 것이다.

1; 도로 표지병
10: 솔라셀 모듈 20: 전압 레귤레이터
30: 배터리 40: 스텝-업 회로
50: 임펄스 전력 인젝터 회로 60: 구동 드라이버
70: LED 모듈 80: 전압 디텍터
90: 패키지 디텍터 95: 영구자석
100: 마그네틱 스위치

Claims (6)

1. 태양 에너지를 이용한 LED 도로 표지병에 있어서,
   빛의 양에 따라 0 ~ 수 V의 전압을 출력시키는 솔라셀 모듈;
   상기 솔라셀 모듈의 출력 전압을 유지시키는 전압 레귤레이터;
   상기 전압 레귤레이터로부터 출력전압을 충전시키는 배터리;
   상기 배터리의 출력전압을 상승시켜 LED 구동용 전압으로 DC-DC 컨버트화하는 스텝-업 회로;
   상기 스텝-업 회로로부터 인가된 전압으로 LED를 구동시키는 임펄스 전력 인젝터 회로;
   상기 임펄스 전력 인젝터 회로의 신호에 따라 발광하는 LED;
   상기 LED를 내장하는 LED 모듈;
   상기 임펄스 전력 인젝터 회로는 상기 발광 드라이버에 듀티 비가 0%인 임펄스 전력 인젝터를 인가하는 것을 포함하여서 됨을 특징으로 하는 LED 도로 표지병.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 임펄스 전력 인젝터 회로는 상기 솔라셀 모듈의 전압이 상기 배터리 전압 이상으로 출력되는 주간에는 임펄스 신호가 출력되지 않는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 LED 도로 표지병.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 솔라셀 모듈이 밀폐된 공간에 보관될 때, 어두운 환경으로 인식하여 LED를 구동하는 것을 방지하도록 하는 패키지 디텍터를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 도로표지병.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 패키지 디텍터는 도로표지병 외부에 영구자석을 부착하여 상기 영구자석의 자기장을 인식하면 마그네틱 스위치가 온(on)되어 LED 구동전압이 생성되지 않는 것을 특징으로 하는 LED 도로표지병.

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