KR101338326B1 - 정전류를 입력받는 항공등화의 역률개선 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정전류를 입력받는 항공등화의 역률개선 구동장치에 관한 것으로서, 정전류기에서 입력되는 정전류를 트랜스포머를 통해 입력받아 직류전압으로 정류하는 정류기(CR)와; 상기 정류기(CR)에서 출력되는 입력전압(Vi)을 스위칭하는 트라이악(T1)과; 상기 입력전압(Vi)에 따라 상기 트라이악(T1)의 게이트 단자에 트리거 전압을 인가하여 상기 트라이악(T1)이 도통상태가 되도록 하는 서로 반대로 연결된 한쌍의 제너다이오드(ZD1, ZD2)와; 상기 트라이악(T1)과 병렬로 연결되는 서로 반대로 연결된 한쌍의 FET(Q1, Q2)와; 상기 한쌍의 FET(Q1, Q2)를 PWM 신호로 스위칭하는 스위칭 구동부(10)와; 상기 정류기(CR)에서 입력되는 입력전압(Vi)을 분압하는 분압저항(R2, R9)과; 상기 분압저항(R2, R9)의 공통연결단자에서 전압을 감지하여 상기 정류기(CR)에서 입력되는 입력전압(Vi)이 설계 기준전압(VR) 이하로 떨어지면 PWM 신호를 발생시켜 상기 한쌍의 FET(Q1, Q2)를 스위칭시키도록 제어하는 제어부(20)와; 상기 정류기(CR)에서 입력되는 입력전압(Vi)을 정전압으로 변환하여 LED로 출력하는 전압 레귤레이터(U1)로 구성되어 한쌍의 FET를 스위칭함으로써 트라이악 대신에 입력전압을 제어하여 트라이악을 동작시켜 정전류를 바이패스시킬 때보다 역률을 향상시킬 수 있다.

Description

정전류를 입력받는 항공등화의 역률개선 구동장치{power factor correction apparatus of airfield light fed constant current}

본 발명은 정전류를 입력받는 항공등화 역률개선 구동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정전류기에서 입력되는 교류 정전류를 정류기로 직류전압으로 변환하여 LED광원으로 공급할 때 과전압이 발생하는 경우 한쌍의 FET로 정류기의 양단을 도통시켜 전압을 낮춤으로서 트라이악을 동작시켜 정전류를 바이패스시킬 때보다 역률을 향상시킬 수 있는 정전류를 입력받는 항공등화 역률개선 구동장치에 관한 것이다.

항공기의 이착륙을 안전하게 유도하기 위한 비행자의 조명관제기구에 전원을 공급하기 위한 전원장치인 정전류조정기(CCR: Constant Current Regulator)는 직렬부하회로(활주로 진입등, 활주로등, 활주로 중심선등 및 기타등화)에 일정한 전류를 공급하는 장치로서 전원전압, 주파수, 부하용량의 변동에도 능동적인 동작을 요구하는 정전류 공급장치이다.

정전류원으로부터 전원을 공급받는 항공등화는 정전류원의 출력전류와 부하특성의 변화조건에서 정상적인 동작이 요구된다. 정전류원의 출력전류와 부하특성의 변화조건에서도 정상적으로 구동되도록 전원트랜스포머의 1차, 2차 권선비를 적절히 조절하면 가능하지만, 입력 대비 출력 전류비가 크며 이에 따라 사용되는 전원트랜스포머의 용량이 증가되어 부피가 커져 항공등화에 실장할 수 없게 되고 결과적으로 규정 역률인 70%를 만족하지 못하게 되어 정 전류 조정기의 출력전류를 불안정하게 구동시켜 동일한 직렬회로에 연결된 항공등화들의 운영에 심각한 문제를 야기하게 된다.

도 1에 종래의 기술에 의한 항공등화의 구동회로가 도시된다.

종래의 기술에 의한 항공등화의 구동회로는 정전류기에서 트랜스포머를 통해 입력되는 전류를 과전류 보호장치(TNR1)와 바이패스 저항(R5)을 통해 트라이악(T1)의 양단에 인가한다.

상기 트라이악(T1)의 양단에 인가되는 교류전류는 정류기(CR)에서 정류되어 맥류 직류전압이 출력되고, 평활회로에서 평활되어 전압레귤레이터(U1)에 인가된다.

전압레귤레이터(U1)는 정류기(CR)에서 정류되어 출력되는 직류 5V 의 정전압을 LED 구동부에 인가한다.

이때 제너다이오드(ZD1, ZD2)는 정류기(CR)에서 출력되는 입력전압(Vin)에 의해 동작되어 트라이악(T1)의 게이트에 트리거 전압을 인가하여 트라이악(T1)이 도통되게 하여 설계전압 이상으로 입력전압(Vin)이 상승하지 않도록 제어한다.

이 종래의 구동회로의 동작은 정현파의 최대값에서 전력이 다이오드 정류회로(CR)를 통과하는 특성과 트라이악(T1)의 동작이 정현파의 반파주기 동안 전류를 통과시키지 않는 동작이 혼합되어 전압과 전류의 위상차를 크게 하여 역률이 70% 이상 유지되지 못한다.

도 2에 종래의 종래의 기술에 의한 항공등화의 구동회로에 인가되는 전원을 트랜스포머의 1차측에서 계측기로 검출한 파형도가 도시된다.

도시된 바와 같이 녹색파형은 전류 파형(1a)을 표시하며, 최대 12.5A를 나타내며 대략 70㎳의 주기를 가지며 정전류기에서 위상제어에 의해 시간 t3와 t5에서 대략 40 ㎳ 동안 전류는 입력되지 않는다.

분홍색 파형은 전압파형(1b)을 표시하며 전류 파형(1a)과 같이 대략 70㎳의 주기를 가지며 전압이 시간 t2와 t3 및 t5 에서 인가되지만, 전류와 같은 방향으로 인가되는 시간은 t2와 t3 뿐이므로 역률은 70%를 넘지 못한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명의 목적은 트라이악과 병렬로 서로 반대로 연결된 한쌍의 FET를 연결하여 정류기에서 입력되는 입력전압이 설계전압 이상의 과전압이 되면 PWM 신호를 발생시켜 한쌍의 FET를 스위칭함으로써 트라이악 대신에 입력전압을 제어하여 역률을 개선할 수 있는 정전류를 입력받는 항공등화의 역률개선 구동장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 정전류를 입력받는 항공등화의 역률개선 구동장치는 정전류기에서 입력되는 정전류를 트랜스포머를 통해 입력받아 직류전압으로 정류하는 정류기와; 상기 정류기에서 출력되는 입력전압을 스위칭하는 트라이악과; 상기 입력전압에 따라 상기 트라이악의 게이트 단자에 트리거 전압을 인가하여 상기 트라이악이 도통상태가 되도록 하는 서로 반대로 연결된 한쌍의 제너다이오드와; 상기 트라이악과 병렬로 연결되는 서로 반대로 연결된 한쌍의 FET와; 상기 한쌍의 FET를 PWM 신호로 스위칭하는 스위칭 구동부와; 상기 정류기에서 입력되는 입력전압을 분압하는 분압저항과; 상기 분압저항의 공통연결단자에서 전압을 감지하여 상기 정류기에서 입력되는 입력전압이 설계 기준전압 이하로 떨어지면 PWM 신호를 발생시켜 상기 한쌍의 FET를 스위칭시키도록 제어하는 제어부와; 상기 정류기에서 입력되는 입력전압을 정전압으로 변환하여 LED로 출력하는 전압 레귤레이터로 구성된다.

본 발명에 의한 한쌍의 FET는 서로 소스 단자는 연결되고 드레인 단자는 각각 상기 트라이악의 양단자에 연결되고, 게이트단자는 저항을 통해 서로 연결되고 스위칭 구동부의 출력단자에 공통으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 구성되는 것을 제어부는 분압저항에 의해 분압된 전압을 입력받아 설계 기준전압보다 낮은 경우 상기 스위칭 구동부에 PWM 제어신호를 출력하여 PWM 제어신호가 상기 한쌍의 FET를 도통시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 구성되는 것을 상기 제어부는 3㎑ 주파수를 갖는 PWM 신호를 출력하면서 분압저항에 의해 분압된 전압을 계속 감시하여 분압된 전압이 설계 기준전압보다 높은 상태인 경우 3㎑ 주파수를 갖는 PWM 신호의 듀티비를 1/256 씩 증가시켜서 PWM 신호를 출력하고, 분압저항에 의해 분압된 전압이 설계 기준전압보다 낮은 전압으로 되는 경우 다시 PWM 신호의 듀티비를 1/256 씩 감소시키면서 PWM 신호를 스위칭 구동부에 인가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 정전류기에서 입력되는 정전류를 정류기로 직류전압으로 변환하여 LED광원으로 공급할 때 과전압이 발생하는 경우 한쌍의 FET로 정류기의 양단을 도통시켜 전압을 낮춤으로서 PWM 신호를 발생시켜 한쌍의 FET를 스위칭함으로써 트라이악 대신에 입력전압을 제어하여 트라이악을 동작시켜 정전류를 바이패스시킬 때보다 역률을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 의한 종래의 기술에 의한 항공등화의 구동회로도,
도 2는 종래의 종래의 기술에 의한 항공등화의 구동회로에 인가되는 전원을 트랜스포머의 1차측에서 계측기로 검출한 파형도,
도 3은 본 발명에 의한 정전류를 입력받는 항공등화의 역률개선 구동장치의 회로도,
도 4는 본 발명에 의한 정전류를 입력받는 항공등화의 역률개선 구동장치의 파형을 나타내는 파형도,
도 5에 본 발명에 의한 정전류를 입력받는 항공등화의 역률개선 구동장치의 제어방법을 나타내는 플로우차트이다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용과 효과를 바람직한 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3에 본 발명에 의한 정전류를 입력받는 항공등화의 역률개선 구동장치의 회로도가 도시된다.

본 발명에 의한 정전류를 입력받는 항공등화의 역률개선 구동장치는 정전류기에서 입력되는 정전류를 트랜스포머를 통해 입력받아 직류전압으로 정류하는 정류기(CR)와; 상기 정류기(CR)에서 출력되는 입력전압(Vi)을 스위칭하는 트라이악(T1)과; 상기 입력전압(Vi)에 따라 상기 트라이악(T1)의 게이트 단자에 트리거 전압을 인가하여 상기 트라이악(T1)이 도통상태가 되도록 하는 서로 반대로 연결된 한쌍의 제너다이오드(ZD1, ZD2)와; 상기 트라이악(T1)과 병렬로 연결되는 서로 반대로 연결된 한쌍의 FET(Q1, Q2)와; 상기 한쌍의 FET(Q1, Q2)를 PWM 신호로 스위칭하는 스위칭 구동부(10)와; 상기 정류기(CR)에서 입력되는 입력전압(Vi)을 분압하는 분압저항(R2, R9)과; 상기 분압저항(R2, R9)의 공통연결단자에서 전압을 감지하여 상기 정류기(CR)에서 입력되는 입력전압(Vi)이 설계 기준전압(VR) 이하로 떨어지면 PWM 신호를 발생시켜 상기 한쌍의 FET(Q1, Q2)를 스위칭시키도록 제어하는 제어부(20)와; 상기 정류기(CR)에서 입력되는 입력전압(Vi)을 정전압으로 변환하여 LED로 출력하는 전압 레귤레이터(U1)로 구성된다.

정류기(CR)는 정전류기에서 입력되는 정전류를 트랜스포머를 통해 입력받아 직류전압으로 정류하여 출력한다. 전압 레귤레이터(U1)는 정류기(CR)에서 입력되는 입력전압(Vi)을 정전압으로 변환하여 LED광원으로 출력하여 직류전압을 공급한다.

한쌍의 FET(Q1, Q2)는 서로 소스 단자는 연결되고 드레인 단자는 각각 상기 트라이악(T1)의 양단자에 연결된다. 게이트단자는 저항(R3, R7)을 통해 서로 연결되고 스위칭 구동부(10)의 출력단자(6, 7)에 공통으로 연결된다.

따라서 스위칭 구동부(10)의 출력단자(6, 7)에서 출력되는 PWM 신호에 의해 게이트 단자에 PWM 신호가 인가됨으로써 한쌍의 FET(Q1, Q2)는 스위칭되어 트라이악(T1)의 양단을 도통시킨다.

스위칭 구동부(10)는 포토커플러(U2)와 저항(R4, R10)으로 구성되며, 제어부(20)에서 인가되는 PWM 제어신호에 따라 스위칭하여 PWM 제어신호를 상기 한쌍의 FET(Q1, Q2)의 게이트 단자에 인가하여 스위칭되도록 한다.

포토커플러(U2)는 저항(R4, R10)을 통해 정류기(CR)의 양단자와 연결되고, 발광부가 제어부(20)에 연결되어 있어서 제어부(20)에서 출력되는 PWM 제어신호에 따라 발광하여 수광부의 스위칭 소자들이 도통하여 정류기(CR)의 양단자에 걸려있는 입력전압(Vi)이 한쌍의 FET(Q1, Q2)의 게이트 단자에 인가된다.

제어부(20)는 분압저항(R2, R9)에 의해 분압된 전압을 입력받아 설계 기준전압보다 낮은 경우 상기 스위칭 구동부(10)에 PWM 제어신호를 출력하여 PWM 제어신호가 상기 한쌍의 FET(Q1, Q2)의 게이트 단자에 인가되도록 하여 제너다이오드(ZD1, ZD2)가 도통되지 않도록 하여 트라이악(T1)의 게이트 단자에 트리거 전압이 걸리지 않도록 한다.

그럼으로써 트랜스포머에서 입력되는 정전류는 정류기(CR)에 인가되어 정류되고, 정류기(CR)에서 출력되는 입력전압(Vi)은 차단되지 않고 계속 레귤레이터(U1)에 인가되어 정전압이 LED 광원 모듈에 인가되어 발광하게 한다.

도 4에 본 발명에 의한 정전류를 입력받는 항공등화의 역률개선 구동장치의 파형을 나타내는 파형도가 도시되고, 도 5에 본 발명에 의한 정전류를 입력받는 항공등화의 역률개선 구동장치의 제어방법을 나타내는 플로우차트가 도시된다.

정전류원에서 입력되는 정전류의 범위는 2.8A∼6.6A 이며, 부하율 변동(10%∼99%)에 대해 LED 광원 모듈에 과전압이 걸리지 않도록 제어부(20)는 분압저항(R2, R9)에 의해 분압된 전압을 입력받아 과전압이 걸리는지를 감시한다(단계 S1).

과전압이 걸리는 경우 제어부(20)는 상기 분압저항(R2, R9)에 의해 분압된 전압(즉, 입력전압(Vi))을 입력받아 설계 기준전압과 비교하여 분압된 전압이 설계 기준전압보다 높은 전압인지를 판단한다(단계 S2).

분압된 전압이 설계 기준전압보다 높은 전압인 경우 단계 S3에서, 3㎑ 주파수를 갖는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 스위칭 구동부(10)에 출력한다. 제어부(20)는 3㎑ 주파수를 갖는 PWM 신호를 출력하면서 분압저항(R2, R9)에 의해 분압된 전압을 계속 감시하여 분압된 전압이 설계 기준전압보다 높은 상태인 경우 3㎑ 주파수를 갖는 펄스 신호의 듀티비를 1/256 씩 증가시켜서 PWM 신호를 출력한다.

스위칭 구동부(10)는 포토커플러로 구성되어 있으며, 제어부(20)로부터 PWM 신호를 입력받아 한쌍의 FET(Q1, Q2)의 게이트 단자로 동일한 듀티비를 갖는 PWM 신호를 출력한다.

따라서 정류기(CR)에서 출력되는 입력전압(Vi)을 분압저항(R2, R9)에 의해 분압된 전압이 설계 기준전압보다 높은 전압인 경우 LED 광원에 과전압이 인가되어 고장나는 것을 방지하기 위하여 PWM 신호가 인가되는 동안 한쌍의 FET(Q1, Q2)를 도통시켜 정류기(CR)에서 출력되는 입력전압(Vi)을 낮추게 된다.

그럼으로써 정류기(CR)에서 출력되는 입력전압(Vi)을 낮추어져서 단계 S4에서 분압저항(R2, R9)에 의해 분압된 전압이 설계 기준전압보다 낮은 전압으로 되는 경우 단계 S5에서 다시 PWM 신호의 듀티비를 1/256 씩 감소시키면서 PWM 신호를 스위칭 구동부(10)에 인가한다.

이와 같이 정전류기에서 정전류를 입력받아 직류전압으로 변환하여 LED광원으로 공급하는 동안 과전압이 인가될 때 트라이악(T1)을 동작시켜 정전류를 바이패스시키는 대신에 PWM 신호에 의해 한쌍의 FET(Q1, Q2)를 도통시켜 바이패스시키게 된다.

따라서 한쌍의 FET(Q1, Q2)를 도통시켜 정류기(CR)에서 출력되는 입력전압(Vi)을 설계 기준전압으로 낮추게 되어 트라이악(T1)에 의해 정전류를 바이패스 시키는 것에 비하여 계속 입력전압(Vi)을 LED광원에 인가할 수 있다.

10: 스위칭 구동부 20: 제어부
CR: 정류기 T1: 트라이악
Q1, Q2: FET R2, R9: 분압저항
U1: 전압 레귤레이터 U2: 포토커플러

Claims (4)

1. 정전류기에서 입력되는 정전류를 트랜스포머를 통해 입력받아 직류전압으로 정류하는 정류기(CR)와;
   상기 정류기(CR)에서 출력되는 입력전압(Vi)을 스위칭하는 트라이악(T1)과;
   상기 입력전압(Vi)에 따라 상기 트라이악(T1)의 게이트 단자에 트리거 전압을 인가하여 상기 트라이악(T1)이 도통상태가 되도록 하는 서로 반대로 연결된 한쌍의 제너다이오드(ZD1, ZD2)와;
   상기 트라이악(T1)과 병렬로 연결되고, 서로 소스 단자는 연결되고 드레인 단자는 각각 상기 트라이악(T1)의 양단자에 연결되어 서로 반대로 연결된 한쌍의 FET(Q1, Q2)와;
   상기 한쌍의 FET(Q1, Q2)를 PWM 신호로 스위칭하는 스위칭 구동부(10)와;
   상기 정류기(CR)에서 입력되는 입력전압(Vi)을 분압하는 분압저항(R2, R9)과;
   상기 분압저항(R2, R9)의 공통연결단자에서 전압을 감지하여 상기 정류기(CR)에서 입력되는 입력전압(Vi)이 설계 기준전압(VR) 이하로 떨어지면 PWM 신호를 발생시켜 상기 한쌍의 FET(Q1, Q2)를 스위칭시키도록 제어하는 제어부(20)와;
   상기 정류기(CR)에서 입력되는 입력전압(Vi)을 정전압으로 변환하여 LED로 출력하는 전압 레귤레이터(U1)로 구성되는 것을 특징으로 하는 정전류를 입력받는 항공등화의 역률개선 구동장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 한쌍의 FET(Q1, Q2)는 서로 소스 단자는 연결되고 드레인 단자는 각각 상기 트라이악(T1)의 양단자에 연결되고, 게이트단자는 저항(R3, R7)을 통해 서로 연결되고 스위칭 구동부(10)의 출력단자(6, 7)에 공통으로 연결되는 것을 특징으로 하는 정전류를 입력받는 항공등화의 역률개선 구동장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부(20)는 분압저항(R2, R9)에 의해 분압된 전압을 입력받아 설계 기준전압보다 낮은 경우 상기 스위칭 구동부(10)에 PWM 제어신호를 출력하여 PWM 제어신호가 상기 한쌍의 FET(Q1, Q2)를 도통시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 정전류를 입력받는 항공등화의 역률개선 구동장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어부(20)는 3㎑ 주파수를 갖는 PWM 신호를 출력하면서 분압저항(R2, R9)에 의해 분압된 전압을 계속 감시하여 분압된 전압이 설계 기준전압보다 높은 상태인 경우 3㎑ 주파수를 갖는 PWM 신호의 듀티비를 1/256 씩 증가시켜서 PWM 신호를 출력하고,
   분압저항(R2, R9)에 의해 분압된 전압이 설계 기준전압보다 낮은 전압으로 되는 경우 다시 PWM 신호의 듀티비를 1/256 씩 감소시키면서 PWM 신호를 스위칭 구동부(10)에 인가하는 것을 특징으로 하는 정전류를 입력받는 항공등화의 역률개선 구동장치.

Images