KR101406093B1 - 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기 - Google Patents

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이광선
이민행
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주식회사 선에너지엘이디
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Abstract

본 발명은 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 솔라셀(solar cell)로부터 전력을 전달받아 연결된 배터리에 충전하고, 배터리에 충전된 전력을 조명기기 등의 장치에 공급하는 태양광 충전제어기를 구성함에 있어서, 솔라셀로부터 배터리로 전달되는 전력의 출력전압을 안정화하기 위한 연산증폭모듈과, 배터리 충전 전력의 전압 변화를 감지하기 위한 전압검출모듈 및 조명기기에 공급되는 전력의 전압을 제어하여 조명기기의 조명 밝기를 자동 조정하기 위한 디밍모듈을 포함하여 구성함으로써, 솔라셀로부터 배터리로 전달되는 전력의 전압을 연산증폭모듈을 통해 즉각 제어, 안정화하여, 초기 구동 시, 배터리에 전력을 충전하기 위해 소요되는 동작 대기 시간을 단축시키고, 배터리 충전 전력의 전압 변화를 전압검출모듈을 통해 감지하여, 배터리의 과방전 및/또는 과충전을 방지하는 동시에 배터리의 충/방전을 효과적으로 제어함으로써 배터리의 사용 효율을 높일 수 있으며, 또한, 디밍모듈을 통해 배터리에서 공급되는 전력을 상황에 따라 자동 조절하여 조명기기에 공급해줌으로써, 조명기기의 조명 밝기를 효율적으로 제어함은 물론, 전력 사용량을 감소하여 에너지를 절약할 수 있는 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전 제어기에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 솔라 셀(Solar cell)로부터 전력을 전달받아 외부에 연결된 배터리에 충전하고, 배터리에 충전된 전력을 제어하여 조명기기에 공급하는 태양광 충전제어기에 있어서, 상기 솔라 셀로부터 전달되어 들어오는 전력의 전압을 연산 제어하여, 상기 솔라 셀로부터 전달되어 들어오는 전력의 전압을 미리 설정된 배터리 전력 전압의 기준치 이상으로 조절하는 연산증폭모듈; 상기 솔라 셀로부터 연산증폭모듈을 통해 배터리에 전달되는 전력의 전압과, 상기 배터리에서 조명기기로 공급되는 전력의 전압을 검출하는 전압검출모듈; 상기 배터리에 연결되어 상기 배터리로부터 공급되는 전력을 조절하여, 조명기기의 조명 밝기를 제어하는 디밍모듈; 상기 솔라셀과 배터리 사이에 연결되는 전력선상에 구비되는 제1 스위치; 상기 배터리와 조명기기 사이에 연결되는 전력선상에 구비되는 제2 스위치; 상기 디밍모듈과 조명기기 사이에 연결되는 전력선상에 구비되는 제3 스위치; 및 상기 전압검출모듈을 통해 검출되는 전압값에 따라 상기 제1, 제2 및 제3 스위치를 선택적으로 온/오프시키는 마이크로프로세서;를 포함하여 구성되어, 상기 전압검출모듈을 통해 검출되는 전압값을 통해 파악되는 배터리의 충전 잔존량에 따라, 상기 디밍모듈을 통해 상기 배터리에서 조명기기로 공급되는 전력의 공급량을 조절하여 공급함으로써 조명기기의 조명을 자동 디밍 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기{A solar cell charge controller with auto dimming fuction}
본 발명은 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 솔라셀(solar cell)로부터 전력을 전달받아 연결된 배터리에 충전하고, 배터리에 충전된 전력을 조명기기 등의 장치에 공급하는 태양광 충전제어기를 구성함에 있어서, 솔라셀로부터 배터리로 전달되는 전력의 출력전압을 안정화하기 위한 연산증폭모듈과, 배터리 충전 전력의 전압 변화를 감지하기 위한 전압검출모듈 및 조명기기에 공급되는 전력의 전압을 제어하여 조명기기의 조명 밝기를 자동 조정하기 위한 디밍모듈을 포함하여 구성함으로써, 솔라셀로부터 배터리로 전달되는 전력의 전압을 연산증폭모듈을 통해 즉각 제어, 안정화하여, 초기 구동 시, 배터리에 전력을 충전하기 위해 소요되는 동작 대기 시간을 단축시키고, 배터리 충전 전력의 전압 변화를 전압검출모듈을 통해 감지하여, 배터리의 과방전 및/또는 과충전을 방지하는 동시에 배터리의 충/방전을 효과적으로 제어함으로써 배터리의 사용 효율을 높일 수 있으며, 또한, 디밍모듈을 통해 배터리에서 공급되는 전력을 상황에 따라 자동 조절하여 조명기기에 공급해줌으로써, 조명기기의 조명 밝기를 효율적으로 제어함은 물론, 전력 사용량을 감소하여 에너지를 절약할 수 있는 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전 제어기에 관한 것이다.
최근들어 자연과 에너지에 대한 관심이 높아지면서 친환경적이고 자연을 훼손하지 않는 신 재생 에너지로서 태양광 발전 시스템이 많이 사용되고 있는 실정이다.
특히, 태양광 발전 시스템에서 널리 적용되고 있는 태양광 발광다이오드 가로등 및 보안등 등의 태양광 조명 시스템은 그린시설과 공원산책로 등과 같이 전기 가설이 난해한 지형과 전기가설시 막대한 설치비가 드는 곳에 설치되어 경제적인 면과 실용적인 면 및 경관 예술적인 면에서 많을 효과를 보고 있는 실정이다.
이와 같은 태양광 조명 시스템은 통상 태양 빛을 충분히 받을 수 있는 낮에 태양광 전지판을 이용하여 태양광을 전기에너지로 변환시킨 후 제어기를 통해 이를 배터리에 충전시켜 두었다가 야간에 제어기를 통해 배터리에 축전된 전력을 조명등에 공급해주어 조명등을 구동하고 있다.
그런데 종래의 태양광 조명 시스템에서 사용된 제어기의 경우, 솔라 셀로부터 전달되는 전력을 입력받아 연결된 배터리에 충전시키기 위해서는 통상 약 10분 정도의 동작 대기시간이 소요되는바, 이로 인해 제어기의 동작 대기시간 동안에는 솔라 셀에서 발생하는 전력 에너지를 사용할 수 없게 되는 문제점이 있다.
또한, 상술한 제어기는 전달받는 전력 에너지를 직류 전류 형태로 배터리에 인가하고 있는데, 이에 따라 역극성의 전류가 회로에 흐르게 되는 경우, 내부의 회로가 손상되는 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 솔라 셀로부터 전달되는 전력을 배터리에 충전 및 공급함에 있어서는, 종래의 제어기의 경우, 미리 정해진 일정 일조시간대에만 배터리를 충전시켰다가 정해진 일몰시간부터 일조시간대 이전까지는 배터리에 충전된 전력을 각종 전기기기(예를 들어 발광다이오드 가로등 및 보안등 등, 이하 "조명기기"이라 함)에 공급시켜주는 단순 온/오프 제어방식을 채택하고 있어, 실제 상황에 따른 조명기기의 구동에 필요한 전력량에 비해 상대적으로 많은 전력을 소모함으로써 배터리의 수명이 단축되는 등의 문제점이 있다.
즉, 각 지역별, 날씨별로 서로 다른 일몰 및 일출시간을 갖는데도 불구하고 종래에는 미리 설정시켜둔 일몰 및 일출시간에 맞추어 단순히 조명을 온/오프 제어하고 있어, 배터리의 충전 효율이 저하됨은 물론, 배터리 자체의 수명이 크게 저하되는 문제점이 있다.
또한, 상술한 바와 같은 종래의 태양광 조명 시스템은, 배터리의 충전 잔존량에 관계없이, 조명기기의 밝기를 항상 일정하게 유지하게 됨으로써 배터리의 과방전이 발생하거나 도는 배터리의 충전 잔존량의 부족으로 인해 조명기기로의 전력 공급이 예기치 않게 중단되는 등의 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 이러한 태양광 조명 시스템에 전력의 충전 및 공급을 제어하기 위한 제어기를 적용함에 있어서, 과부하 전력 또는 역극성 전력 등의 비안정적인 입력전력에 관계없이 내부의 회로를 보호할 수 있고, 솔라 셀로부터 전달되는 전력을 처리하기 위한 동작 대기시간을 효과적으로 단축하여 배터리의 충전 효율을 높일 수 있으며, 솔라 셀로부터 전달되는 전력량의 변화를 감지하여 배터리의 충전 및 방전을 효율적으로 제어하고, 상황에 따라 배터리로부터 공급되는 전력량을 자동 조절하여 조명기기로 공급해줌으로써 조명기기의 조명 효율을 높임은 물론, 에너지를 절약할 수 있는 태양광 충전 제어기 기술이 요구된다.
본 발명은 상기한 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은솔라셀(solar cell)로부터 전력을 전달받아 연결된 배터리에 충전하고, 배터리에 충전된 전력을 조명기기 등의 장치에 공급하는 태양광 충전제어기를 구성함에 있어서, 솔라셀로부터 배터리로 전달되는 전력의 출력전압을 안정화하기 위한 연산증폭모듈과, 배터리 충전 전력의 전압 변화를 감지하기 위한 전압검출모듈 및 조명기기에 공급되는 전력의 전압을 제어하여 조명기기의 조명 밝기를 자동 조정하기 위한 디밍모듈을 포함하여 구성함으로써, 솔라셀로부터 배터리로 전달되는 전력의 전압을 연산증폭모듈을 통해 즉각 제어, 안정화하여, 초기 구동 시, 배터리에 전력을 충전하기 위해 소요되는 동작 대기 시간을 단축시키고, 배터리 충전 전력의 전압 변화를 전압검출모듈을 통해 감지하여, 배터리의 과방전 및/또는 과충전을 방지하는 동시에 배터리의 충/방전을 효과적으로 제어함으로써 배터리의 사용 효율을 높일 수 있으며, 또한, 디밍모듈을 통해 배터리에서 공급되는 전력을 상황에 따라 자동 조절하여 조명기기에 공급해줌으로써, 조명기기의 조명 밝기를 효율적으로 제어함은 물론, 전력 사용량을 감소하여 에너지를 절약할 수 있는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, 솔라 셀(Solar cell)로부터 전력을 전달받아 외부에 연결된 배터리에 충전하고, 배터리에 충전된 전력을 제어하여 조명기기에 공급하는 태양광 충전제어기에 있어서, 상기 솔라 셀로부터 전달되어 들어오는 전력의 전압을 연산 제어하여, 상기 솔라 셀로부터 전달되어 들어오는 전력의 전압을 미리 설정된 배터리 전력 전압의 기준치 이상으로 조절하는 연산증폭모듈; 상기 솔라 셀로부터 연산증폭모듈을 통해 배터리에 전달되는 전력의 전압과, 상기 배터리에서 조명기기로 공급되는 전력의 전압을 검출하는 전압검출모듈; 상기 배터리에 연결되어 상기 배터리로부터 공급되는 전력을 조절하여, 조명기기의 조명 밝기를 제어하는 디밍모듈; 상기 솔라셀과 배터리 사이에 연결되는 전력선상에 구비되는 제1 스위치; 상기 배터리와 조명기기 사이에 연결되는 전력선상에 구비되는 제2 스위치; 상기 디밍모듈과 조명기기 사이에 연결되는 전력선상에 구비되는 제3 스위치; 및 상기 전압검출모듈을 통해 검출되는 전압값에 따라 상기 제1, 제2 및 제3 스위치를 선택적으로 온/오프시키는 마이크로프로세서;를 포함하여 구성되어, 상기 전압검출모듈을 통해 검출되는 전압값을 통해 파악되는 배터리의 충전 잔존량에 따라, 상기 디밍모듈을 통해 상기 배터리에서 조명기기로 공급되는 전력의 공급량을 조절하여 공급함으로써 조명기기의 조명을 자동 디밍 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기는, 솔라셀로부터 배터리로 전달되는 전력의 출력전압을 안정화하기 위한 연산증폭모듈과, 배터리 충전 전력의 전압 변화를 감지하기 위한 전압검출모듈 및 조명기기에 공급되는 전력의 전압을 제어하여 조명기기의 조명 밝기를 자동 조정하기 위한 디밍모듈을 포함하여 구성함으로써, 솔라셀로부터 배터리로 전달되는 전력의 전압을 연산증폭모듈을 통해 즉각 제어, 안정화하여, 초기 구동 시, 배터리에 전력을 충전하기 위해 소요되는 동작 대기 시간을 단축시키고, 배터리 충전 전력의 전압 변화를 전압검출모듈을 통해 감지하여, 배터리의 과방전 및/또는 과충전을 방지하는 동시에 배터리의 충/방전을 효과적으로 제어함으로써 배터리의 사용 효율을 높일 수 있으며, 또한, 디밍모듈을 통해 배터리에서 공급되는 전력을 상황에 따라 자동 조절하여 조명기기에 공급해줌으로써, 조명기기의 조명 밝기를 효율적으로 제어함은 물론, 전력 사용량을 감소하여 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기는 과부하 전력 또는 역극성 전력 입력되는 경우, 이를 수용할 수 있도록 구성되어 내부 회로를 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기의 전체 구성을 개략적으로 보여주기 위한도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기의 전체 구성을 보여주기 위한 회로도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기의 연산증폭모듈 개념적으로 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기의 전압검출모듈을 개념적으로 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기의 디밍모듈을 개념적으로 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기(10)의 전체 구성을 개략적으로 보여주기 위한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기의 전체 구성을 보여주기 위한 회로도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기(10)는 솔라 셀(20)과 조명기기(30) 사이에 연결되어, 솔라 셀(20)로부터 전달되는 전력을 배터리(600)에 충전하고, 배터리(600)에 충전된 전력을 조명기기(30)로 공급하는 역할을 수행한다.
이러한 본 발명에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기(10)는, 연산증폭모듈(300), 전압검출모듈(400), 디밍모듈(500), 제1, 제2, 제3 스위치(11, 22, 33) 및 마이크로프로세서(700)를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기에는 전력선을 통해 전달되는 낙뢰나 고전압을 흡수하기 위한 제1 및 제2 바리스터(Varistor)(100, 110)와, 전류의 역극성 흐름을 방지하기 위한 다이오드(200)가 추가로 구비될 수 있다.
제1 바리스터(Varistor)(100)는 솔라 셀(20)과 연결되는 입력단자의 전력선 상에 구비되고, 제2 바리스터(110)는 조명기기(30)와 연결되는 출력단자의 전력선 상에 구비되어, 전력선을 통해 전달되는 낙뢰나 고전압을 흡수하는 역할을 수행한다.
즉, 제1 및 제2 바리스터(100, 110)는 입력단자에 연결되는 솔라 셀(20) 또는 출력단자에 연결되는 등기구 등, 외부에 노출되어 연결된 장치들로부터 낙뢰나 고전압이 전달되는 경우, 이를 일정 전압 이상 흡수하여 과부하가 전력선을 따라 내부 회로로 입력되는 것을 방지함으로써 내부에 구비되는 전자 부품들을 보호하게 된다.
다이오드(200)는 입력단자의 전력선상에 구비되어, + 전압을 순방향으로 적용하여 구성되며, 역극성 전류의 흐름으로부터 회로를 보호하는 역할을 수행한다.
연산증폭모듈(300)은 입력단자를 통해 솔라 셀(20)로부터 전달되어 들어오는 전력의 출력전압을 검출, 연산 제어하여, 상기 솔라 셀(20)로부터 전달되어 들어오는 전력을 배터리(600)에 충전하기 위한 전력으로 변환하는 역할을 수행한다.
즉, 연산증폭모듈(300)은 연산증폭기, 온도센서 및 순시 전압비교기로 구성되어, 솔라 셀(20)로부터 전달되는 전력의 전압을 비례적분미분(PID) 연산방식을 통해 연산 제어하여 배터리(600) 전력 전압의 기준치 이상으로 증폭하는 역할을 수행한다.
연산증폭모듈(300)에 의한 증폭이 수행된 후, 마이크로프로세서(700)는 연산증폭모듈(300)과 배터리(600) 사이에 연결된 제1 스위치(11)를 온 시킴으로써, 연산증폭모듈(300)로부터 출력되는 전력을 배터리(600)로 전달하여 배터리(600)에 충전되도록 한다.
이렇게 솔라셀로부터 배터리로 전달되는 전력의 전압을 연산증폭모듈을 통해 즉각 제어, 안정화함으로써, 초기 구동 시, 배터리에 전력을 충전하기 위해 소요되는 동작 대기 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있고, 이를 통해 배터리의 충전이 신속하게 이루어지도록 할 수 있게 된다.
이때, 상술한 연산증폭모듈(300)에 대한 보다 구체적인 설명은 도 3에서 설명하기로 한다.
전압검출모듈(400)은 상술한 연산증폭모듈(300) 및 배터리(600)와 연결되어, 연산증폭모듈(300)로부터 출력되어 배터리(600)로 충전되는 전력과 배터리(600)로부터 조명기기(300)로 공급되는 전력의 전압을 검출하는 역할을 수행한다.
즉, 전압검출모듈(400)은 점등용 전압비교기, 발진카운터 및 전압 검출비교기로 구성되어, 상기 연산증폭모듈(300)을 통해 연산, 제어된 전력의 전압을 미리 정해진 점등 전압값과 비교하여, 제어된 전력의 전압값이 점등 전압값보다 이하로 검출되면 이를 마이크로프로세서(700)로 전달하게 된다.
이때, 점등 전압값은 지역별, 계절별 등 다양한 일몰 조건에 따라 다양하게 변경되어 설정될 수 있다.
이를 통해 마이크로프로세서(700)는 태양이 지는 일몰 시점인 것을 판단하여, 연산증폭모듈(300)과 배터리(600) 사이에 구비된 제1 스위치(11)를 오프시켜 배터리(600)의 충전을 정지시키고, 배터리(600)와 조명기기(30) 사이에 개재된 제2 스위치(22)를 온 시켜 배터리(600)에 충전된 전력이 조명기기(30)로 공급되도록 한다.
또한, 전압검출모듈(400)은 배터리(600)로부터 공급되는 전력의 전압값이 미리 설정된 일정 최저 전압값 이하로 내려가는지를 검출하여, 공급되는 전력의 전압값이 일정 최저 전압값 이하로 검출되면 이를 마이크로프로세서(700)로 전달하게 된다.
이때, 미리 설정된 일정 최저 전압값은 배터리(600)의 용량 및 조명기기(30)에 공급되는 전력의 전체 공급량 등에 따라 다양하게 설정될 수 있음은 물론이다.
이를 통해 마이크로프로세서(700)는 배터리(600)에 충전된 전력이 부족한 상태임을 판단하여, 배터리(600)로부터 조명기기(30)로 공급되는 전력을 차단함으로써 배터리(600)의 과방전을 방지할 수 있게 된다.
또한, 상기 전압검출모듈(400)은 배터리(600)로부터 공급되는 전력의 전압을 감지하여 배터리의 전력 잔존량을 검출, 파악하고, 이를 마이크로프로세서로 전달함으로써, 후술할 디밍모듈을 통해 배터리(600)의 공급 전력량을 제어하여 조명기기(30)로 전달할 수 있도록 한다.
이때, 상술한 바와 같은 전압검출모듈(400)에 대한 보다 구체적인 설명은 도 4에서 설명하기로 한다.
디밍모듈(500)은 배터리(600)와 연결되어, 상기 마이크로프로세서의 제어에 따라 배터리(600)에서 조명기기(30)로 공급되는 전력의 전압을 조절(디밍)하여 조명기기(30)로 공급되도록 함으로써 조명기기(30)의 조명 밝기를 제어하는 역할을 수행한다.
즉, 상술한 전압검출모듈(400)에서 검출되는 배터리(600)의 잔존량에 따라 마이크로프로세서(700)가 배터리(600)의 전력 공급량을 조절할 필요가 있다고 판단하게 되면, 마이크로프로세서(700)는 제2 스위치(22)를 오프시키고, 제3 스위치(33)를 온 시켜, 디밍모듈(500)을 통해 조절되는 전력을 제3 스위치(33)를 통해 조명기기(30)로 공급함으로써, 조명기기(30)의 조명 밝기를 자동 조정하게 된다.
이때, 상술한 바와 같은 디밍모듈(500)에 대한 보다 구체적인 설명은 도 5에서 설명하기로 한다.
이러한 구성을 통해 본 발명에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기(10)는 솔라셀(20)로부터 배터리(600)로 전달되는 전력의 출력전압을 안정화하기 위한 연산증폭모듈(300)과, 배터리 충전 전력의 전압 변화를 감지하기 위한 전압검출모듈(400) 및 조명기기에 공급되는 전력의 전압을 제어하여 조명기기의 조명 밝기를 자동 조정하기 위한 디밍모듈(500)을 포함하여 구성함으로써, 솔라셀(20)로부터 배터리(600)로 전달되는 전력의 전압을 연산증폭모듈(300)을 통해 즉각 제어, 안정화하여, 초기 구동 시, 배터리(600)에 전력을 충전하기 위해 소요되는 동작 대기 시간을 단축시키고, 배터리(600) 충전 전력의 전압 변화를 전압검출모듈(400)을 통해 감지하여, 배터리(600)의 과방전 및/또는 과충전을 방지하는 동시에 배터리의 충/방전을 효과적으로 제어함으로써 배터리의 사용 효율을 높일 수 있으며, 또한, 디밍모듈(500)을 통해 배터리(600)에서 공급되는 전력을 상황에 따라 자동 조절하여 조명기기(30)에 공급해줌으로써, 조명기기(30)의 조명 밝기를 효율적으로 제어함은 물론, 전력 사용량을 감소하여 에너지를 절약할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기의 연산증폭모듈(300)의 구성을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 연산증폭모듈(300)은 연산증폭기(310), 온도센서(320) 및 순시 전압비교기(330)를 포함하여 구성된다.
연산증폭기(310)는 입력된 전력을 정밀한 전압 제어를 통해 그 출력 전압을 안정하게 유지시키는 역할을 수행하며, 본 실시예에서의 연산증폭기(310)는 비례적분미분(PID) 연산 제어방식을 적용하여 입력되는 전력의 전압을 검출, 연산 제어함으로써, 배터리(600) 전력 전압의 기준치 이상으로 증폭시키는 역할을 수행한다.
이때, 상술한 바와 같은 연산증폭기(310)에는 반도체 온도센서(320)가 연결되어, 온도센서(320)로부터 감지되는 온도를 통한 보상 기능이 추가될 수 있다.
또한, 순시 전압비교기(330)는 상기 연산증폭기(310)를 통해 증폭 제어된 전력의 전압이 미리 설정된 배터리 전력 전압의 기준치 이상인지를 검출하는 역할을 수행한다.
이때, 검출된 전력의 전압값이 미리 설정된 배터리 전력 전압의 기준치 이상으로 확인되는 경우, 마이크로프로세서(700)는 연산증폭모듈(300)과 배터리(600) 사이에 연결된 제1 스위치(11)를 온 시켜, 연산증폭모듈(300)로부터 출력되는 전력이 배터리(600)로 전달되어 충전되도록 한다.
이에 따라, 솔라 셀(20)로부터 전달되는 전력의 전압을 순시적으로 검출하고, 연산증폭모듈을 통해 즉각 증폭, 제어 및 안정화함으로써, 초기 구동 시, 배터리에 전력을 충전하기 위해 소요되는 동작 대기 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있고, 이를 통해 배터리의 충전이 신속하게 이루어지도록 할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기의 전압검출모듈(400)을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전압검출모듈(400)은 점등용 전압비교기(410), 발진카운터(420) 및 전압 검출비교기(430)를 포함하여 구성된다.
점등용 전압비교기(410)는 연산증폭모듈(300)로부터 출력되어 배터리(600)로 전달되는 전력의 전압값을 미리 설정된 점등 전압값과 비교하여, 전달된 전력의 전압값이 상기 점등 전압값 이하인지를 검출하는 역할을 수행한다.
이때, 전달된 전력의 전압값이 상기 점등 전압값 이하로 검출되는 경우, 이를 마이크로프로세서(700)로 전달한다.
이를 통해 마이크로프로세서(700)는 일몰 등의 이유로 태양광 발전을 중지할 시점인 것을 판단하여, 연산증폭모듈(300)과 배터리(600) 사이에 구비된 제1 스위치(11)를 오프시켜 배터리(600)의 충전을 정지시키고, 배터리(600)와 조명기기(30) 사이에 개재된 제2 스위치(22)를 온 시켜 배터리(600)에 충전된 전력이 조명기기(30)로 공급되도록 한다.
또한, 발진 카운터(420)는 마이크로프로세서의 제어에 따라 일몰 후 정해진 유효 시간 동안에만 배터리(600)에 충전된 전력을 조명기기(30)로 공급하도록 하는 역할을 수행하며, 이때, 시간 설정은 배터리(600)에 충전된 충전량 및/또는 일출 시간대에 따라 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.
전압 검출비교기(430)는 배터리(600)로부터 공급되는 전력의 전압이 미리 설정된 최저 전압값 이하로 내려가는지를 검출하는 역할을 수행하며, 이때, 배터리(600)로부터 공급되는 전력의 전압값이 일정 최저 전압값 이하로 검출되면 이를 마이크로프로세서(700)로 전달하게 된다.
이에 따라, 마이크로프로세서(700)는 배터리(600)에 충전된 전력이 부족한 상태임을 판단하여, 배터리(600)로부터 공급되는 전력을 차단함으로써 배터리(600)의 과방전을 방지할 수 있게 된다.
또한, 전압 검출비교기(430)는 배터리(600)로부터 공급되는 전력을 감지하여 배터리(600)의 전력 잔존량을 검출 파악하고, 이를 마이크로프로세서(700)로 전달하며, 이를 통해 마이크로프로세서(700)는 전달되는 배터리(600)의 잔존량 정보에 따라 디밍모듈(500)을 제어하여, 배터리(600)에서 조명기기(30)로 공급되는 전력의 출력량을 조절함으로써 조명기기(30)의 조명 밝기가 자동 제어되도록 한다.
상술한 바와 같은 전압검출모듈(400)의 구성을 통해, 본 발명에 따른 태양광 충전 제어기는 솔라셀(20)로부터 연산증폭모듈(300)을 통해 배터리(600)로 전달되는 전력의 전압을 검출하여, 조명의 점등 시점을 효과적으로 판단함으로써 솔라셀(20)로부터 배터리(600)로 전달되는 전력의 충전 효율을 높일 수 있고, 배터리(600)에서 조명기기(30)로 전달되는 전력의 전압을 검출하여 배터리(600)의 과방전을 방지할 수 있으며, 배터리(600)의 잔존량을 확인하여 배터리(600)에서 조명기기로 전달되는 전력의 공급량을 효과적으로 제어할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기의 디밍모듈(500)을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 디밍모듈(500)은 선로저항(510), 증폭기(520), 이득조정기(530) 및 구동회로(540)를 포함하여 구성되어, 배터리(600)의 출력단에 연결된 전력선상에 구비되는 선로저항(510)을 통해 배터리(600)로부터 출력되는 전력의 전압을 검출하고, 증폭기(520)를 통해 검출된 전력의 전압을 증폭시킨 후, 이득조정기(530)를 통해 증폭된 전압의 이득을 조정하여 구동회로(540)를 통해 이득 조정된 전력을 제3 스위치(33)로 전달하는 역할을 수행한다.
이에 따라, 마이크로프로세서(700)는 전술한 전압검출모듈을 통해 배터리의 잔존량을 파악하여, 전력 공급량 조절을 위한 디밍 제어가 필요한 경우, 배터리(600)와 조명기기(30) 사이에 개재된 제2 스위치(22)를 오프시키고, 디밍모듈(500)과 조명기기(30) 사이에 개재되는 제3 스위치(33)를 온 시켜, 디밍모듈(500)을 통해 조절된 전력을 제3 스위치(33)를 통해 조명기기(30)로 공급한다.
이러한 구성을 통해, 본 발명에 따른 태양광 충전 제어기는 배터리(600)의 충전 전력을 조명기기(30)에 공급함에 있어서, 조명기기(30)의 점등 상태를 지속적으로 유지하면서도 조명기기를 점등해야하는 시간 동안 배터리(600)의 전력을 효과적으로 배분하여 조명기기(30)로 공급해줌으로써, 배터리(600)의 사용 효율을 높일 수 있음은 물론, 조명기기(30)의 조명을 효과적으로 디밍 제어할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기(10)는, 솔라셀(20)로부터 배터리(600)로 전달되는 전력의 출력전압을 안정화하기 위한 연산증폭모듈(300)과, 배터리 충전 전력의 전압 변화를 감지하기 위한 전압검출모듈(400) 및 조명기기에 공급되는 전력의 전압을 제어하여 조명기기의 조명 밝기를 자동 조정하기 위한 디밍모듈(500)을 포함하여 구성함으로써, 솔라셀(20)로부터 배터리(600)로 전달되는 전력의 전압을 연산증폭모듈(300)을 통해 즉각 제어, 안정화하여, 초기 구동 시, 배터리(600)에 전력을 충전하기 위해 소요되는 동작 대기 시간을 단축시키고, 배터리 충전 전력의 전압 변화를 전압검출모듈(400)을 통해 감지하여, 배터리(600)의 과방전 및/또는 과충전을 방지하는 동시에 배터리(600)의 충/방전을 효과적으로 제어함으로써 배터리(600)의 사용 효율을 높일 수 있으며, 또한, 디밍모듈(500)을 통해 배터리(600)에서 공급되는 전력을 상황에 따라 자동 조절하여 조명기기에 공급해줌으로써, 조명기기의 조명 밝기를 효율적으로 제어함은 물론, 전력 사용량을 감소하여 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기(10)는 과부하 전력 또는 역극성 전력 입력되는 경우, 이를 수용할 수 있도록 구성되어 내부 회로를 보호할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
10 : 태양광 충전 제어기 20 : 솔라 셀
30 : 조명기기
100 : 제1 바리스터 110 : 제2 바리스터
200 : 다이오드 300 : 연산증폭모듈
400 : 전압검출모듈 500 : 디밍모듈
600 : 배터리 700 : 마이크로프로세서
11, 22, 33 : 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치

Claims (11)

  1. 솔라 셀(Solar cell)로부터 전력을 전달받아 외부에 연결된 배터리에 충전하고, 배터리에 충전된 전력을 제어하여 조명기기에 공급하는 태양광 충전제어기에 있어서,
    상기 솔라 셀로부터 전달되어 들어오는 전력의 전압을 연산 제어하여 배터리로 공급하는 연산증폭모듈;
    상기 솔라 셀로부터 연산증폭모듈을 통해 배터리에 공급되는 전력의 전압과, 상기 배터리에서 조명기기로 공급되는 전력의 전압을 검출하는 전압검출모듈;
    상기 배터리에 연결되어 상기 배터리로부터 공급되는 전력을 조절하여, 조명기기의 조명 밝기를 제어하는 디밍모듈;
    상기 솔라셀과 배터리 사이에 연결되는 전력선상에 구비되는 제1 스위치;
    상기 배터리와 조명기기 사이에 연결되는 전력선상에 구비되는 제2 스위치;
    상기 디밍모듈과 조명기기 사이에 연결되는 전력선상에 구비되는 제3 스위치; 및
    상기 전압검출모듈을 통해 검출되는 전압값에 따라 상기 제1, 제2 및 제3 스위치를 선택적으로 온/오프시키는 마이크로프로세서;를 포함하여 구성되되,
    상기 연산증폭모듈은,
    상기 솔라 셀로부터 전달되는 전력의 전압을 비례적분미분(PID) 연산방식을 통해 연산하여 증폭시키는 연산증폭기;
    상기 연산증폭기에 연결되어 온도를 감지하는 온도 센서; 및
    상기 연산증폭기로부터 연산, 증폭되는 전력의 전압값이 미리 설정된 배터리 전력 전압의 기준치 이상인지를 비교, 검출하는 순시 전압비교기;를 포함하여 구성되어,
    상기 솔라 셀로부터 전달되어 들어오는 전력의 전압을 미리 설정된 배터리 전력 전압의 기준치 이상으로 조절하여 배터리에 공급함으로써, 초기 구동 시, 배터리에 전력을 충전하기 위해 소요되는 동작 대기 시간을 단축시키고,
    상기 전압검출모듈을 통해 검출되는 전압값을 통해 파악되는 배터리의 충전 잔존량에 따라, 상기 디밍모듈을 통해 상기 배터리에서 조명기기로 공급되는 전력의 공급량을 조절하여 공급함으로써 조명기기의 조명을 자동 디밍 제어하는 것을 특징으로 하는 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 솔라 셀과 배터리가 연결되는 전력선 상에는, 상기 솔라 셀로부터 전달되는 낙뢰 또는 고전압을 흡수하기 위한 제1 바리스터가 구비되고,
    상기 배터리와 조명기기와 연결되는 전력선 상에는, 상기 조명기기로부터 전달되는 낙뢰 또는 고전압을 흡수하기 위한 제2 바리스터가 구비되는 것을 특징으로 하는 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 솔라 셀과 배터리가 연결되는 전력선 상에는,
    + 전압을 순방향으로 적용하여 역극성 전류의 흐름을 방지하기 위한 다이오드가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전압검출모듈은,
    상기 연산증폭모듈로부터 출력되어 배터리로 공급되는 전력의 전압값을 검출하고, 검출된 전압값을 미리 설정된 점등 전압값과 비교하는 점등용 전압비교기; 및
    상기 배터리로부터 조명기기로 공급되는 전력의 전압값을 검출하는 전압 검출비교기;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 디밍모듈은,
    선로저항, 증폭기, 이득조정기 및 구동회로를 포함하여 구성되어,
    상기 배터리의 출력단에 연결된 전력선 상에 구비되는 선로저항을 통해 배터리로부터 출력되는 전력의 전압을 검출하고, 증폭기를 통해 검출된 전력의 전압을 증폭시킨 후, 이득조정기를 통해 증폭된 전압의 이득을 조정하여 구동회로를 통해 이득 조정된 전력을 상기 제3 스위치를 경유하여 조명기기로 전달하는 것을 특징으로 하는 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는,
    상기 솔라 셀로부터 전달되어 연산증폭모듈을 통해 연산, 제어되는 전력의 전압값이 미리 설정된 배터리 전력 전압의 기준치 이상으로 검출되면, 상기 제1 스위치를 온 시켜, 상기 연산증폭모듈로부터 출력되는 전력을 상기 배터리로 공급하여, 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는,
    상기 전압검출모듈에서 검출되는, 상기 연산증폭모듈을 통해 배터리에 공급되는 전력의 전압값이 미리 설정된 점등 전압값 이하인 경우,
    상기 제1 스위치를 오프시켜 상기 배터리의 충전을 정지시키고, 상기 제2 스위치를 온 시켜 상기 배터리에 충전된 전력이 상기 제2 스위치를 통해 조명기기로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는,
    상기 전압검출모듈을 통해 검출되는, 상기 배터리로부터 조명기기로 공급되는 전력의 전압값이 미리 설정된 최저 전압값 이하로 검출되는 경우,
    상기 제2 스위치를 오프시켜 배터리로부터 조명기기로 공급되는 전력을 차단시키는 것을 특징으로 하는 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는,
    상기 전압검출모듈을 통해 검출되는 전압값을 통해 배터리의 충전 잔존량을 파악하여, 배터리로부터 출력되는 전력의 디밍 제어가 필요하다고 판단되면, 상기 제2 스위치를 오프시키고, 제3 스위치를 온 시켜, 디밍모듈을 통해 조절된 전력을 제3 스위치를 통해 조명기기로 공급하는 것을 특징으로 하는 자동디밍기능이 구비된 태양광 충전제어기.
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