KR101424548B1 - 태양광을 이용한 ｌｅｄ 제어장치 - Google Patents

태양광을 이용한 ｌｅｄ 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온도 및 습도에 약하면서도 고가인 조도센서를 통한 배터리의 충전을 제어하는 것과는 달리 전압 판별부(80)에서 솔라셀 모듈(20)의 전기 에너지의 전압을 기준전압과 비교하여 EDLC(40)의 충전을 제어토록 함으로써 수명을 보장할 수 있음과 동시에 저가로서 제품을 완성할 수 있게 되어 생산성까지 보장할 수 있는 태양광을 이용한 ＬＥＤ 제어장치에 관한 것이다.

Description

태양광을 이용한 ＬＥＤ 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLING LED USING THE LIGHT OF THE SUN}
본 발명은 태양광을 이용한 ＬＥＤ 제어장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 태양광의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 LED를 효율적으로 점등 또는 소등시키는 태양광을 이용한 ＬＥＤ 제어장치에 관한 것이다.
최근 들어 LED는 공원, 아파트 단지, 길가, 교량, 고속도로 등에 일정간격으로 배치되어 기존 가로등이나 정원등 또는 공원등, 안내등을 대신하고 있다.
예를 들어, 종래의 가로등은 주로 중앙관제에 의해 점등이 제어되게 되며, 그 기능을 충실하게 수행하기 위해서는 최소한의 조도가 확보되어야 하므로 주로 고압 나트륨 램프 등을 이용하고 있는데, 이러한 고압 나트륨 램프는 전기 에너지의 소모가 많아 효율적이지 못한 단점을 안고 있다.
이에 따라, 에너지 절전형의 LED가 통상의 가로등 또는 정원등을 대신하고 있는 것이다.
선행기술문헌(10-2007-0077084; LED 가로등) 도 1a는 선행기술문헌의 일 실시예에 의한 LED 가로등의 광원 어셈블리와 방열기판 결합 상태도이다. 통상적으로 가로등주의 일정 높이에 가로등이 설치되게 되는데, 선행기술문헌의 LED 가로등은 빛이 향하는 전방향에 투명성질의 커버(Cover)가 형성되어 있으며, 이 커버 내부에 도 1a에 도시된 바와 같이 광원어셈블리(1)와 방열기판(2)이 설치된다. 광원 어셈블리(1)는 빛의 증폭성(Amplification), 빛의 직진성(go straight ahead), 빛의 확산성(Diffusion) 및 빛의 회절 프레넬(Fresnel) 기능을 갖도록 각각의 부품이 조합된 결과물이거나 하나의 렌즈 형태를 가지며, 이 광원 어셈블리(1) 다수개가 방열기판(2)에 표면 접촉된다. 방열기판(2)은 베이스 플레이트 양측에 판형 핀을 형성시키고 있으며, 광원 어셈블리(1)와 표면 접촉되는 부분은 면 접촉이 이루어지도록 돔형 플레이트가 형성된다. 한편, 광원 어셈블리(1) 각각에는 전원을 공급함과 아울러 각각의 LED 점등 제어를 수행하는 콘솔박스가 접속된다. 도 1b는 선행기술문헌의 LED 가로등에 전원을 공급하는 전원공급부의 구성도이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 전원공급부(3)는 콘솔박스에 수납되는 것이 일반적이며, 이 전원공급부(3)는 교류전원을 평활화시켜 직류전원으로 변환하는 평활부(31)와, 직류전원을 공급받아 전원 공급 제어를 수행하는 제어부(32)와, 외부에 형성된 솔라셀로부터 전달되는 전원을 축적시키는 배터리(33)와, 배터리(33)의 전압을 체크하여 체크된 전압값을 제어부(32)로 전달하는 전압검출부(34)와, 배터리(33)에 축적된 전원을 LED 가로등으로 공급할 수 있도록 제어부(32)에 의해 제어되는 스위칭부(35)와, 조도를 체크하여 체크된 조도값을 제어부(32)로 전달하는 조도센서(36)를 포함하여 구성된다. 솔라셀은 이미 잘 알려진 바와 같이, p-n접합 다이오드로 구성되며 반도체 구조내에서 전자들이 비대칭적으로 존재하도록 구성된다. 통상 n-type 반도체는 큰 전자밀도(electron density)와 작은 정공밀도(hole density)를 가지고, p-type 반도체는 상기와 반대이다. 따라서 열적 평형상태에서 p-type 반도체와 n-type 반도체의 접합으로 이루어진 다이오드는 캐리어(carrier)의 확산으로 전하의 불균형이 생기고, 이 때문에 전기장이 형성되어 더 이상 캐리어의 확산이 일어나지 않는다. 다이오드를 구성하는 물질의 전도대(conduction band)와 가전자대(valence band) 사이의 에너지 차이인 밴드갭(band gap) 이상의 빛을 가한 경우, 이 빛에너지를 흡수한 전자들이 가전자대에서 전도대로 여기(excite)된다. 이때 전도대로 여기된 전자들은 자유롭게 이동 가능하며, 가전자대에서 전자들이 빠져나간 자리에 정공(hole)이 형성된다. 상기에서 형성된 정공을 익세스 캐리어(excess carrier)라 부르며, 익세스 캐리어(excess carrier)들은 전도대와 가전자대 내에서 확산한다. 이때, p-type 반도체 내에서 여기된 전자들과 n-type 반도체 내에서 만들어진 정공을 각각의 마이너러티케리어(minority carrier)라고 부르며, 마이너러티 캐리어의 확산에 의해 물질내부의 차지 뉴트렐러티(charge neutrality)가 파괴되므로써 전압차가 생긴다. 이때 p-n 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력에 의해 전기가 생성되는 것이다. 이와 같은 회로 구성을 통해, 태양빛이 존재하는 대낮의 경우에는 솔라셀로부터 전달된 전원을 배터리(33)에 충전시키고, 조도센서(36)에서 설정값 이하의 조도센싱값을 제어부(32)로 전달하면, 제어부(32)에서는 스위칭부(35) 제어를 통해 배터리(33)에 충전된 전원을 LED로 공급하도록 한다. 그런데, 선행기술문헌에 따른 LED 가로등은 온도 및 습도에 약하면서도 고가인 조도센서(36)에 의해 솔라셀로부터 전달된 전원을 배터리(33)에 충전함으로 인하여 수명이 짧고 생산성이 떨어지는 단점을 안고 있다.
본 발명의 목적은 전압 판별부를 통해 솔라셀 모듈의 전기 에너지의 전압을 기준전압과 비교하여 EDLC의 충전을 제어토록 함으로써 수명을 보장할 수 있음과 동시에 저가로서 제품을 완성할 수 있게 되어 생산성까지 보장할 수 있는 태양광을 이용한 ＬＥＤ 제어장치를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 0.9V의 전기 에너지를 기준전압으로 하면서 솔라셀 모듈에서 0.9V 이상의 전기 에너지를 발생시킬 경우 정전압 회로부를 통해 EDLC로 충전토록 하고 0.9V 이하의 전기 에너지를 발생시킬 경우 EDLC로 하여금 승압 회로부를 통해 LED로 공급할 수 있도록 온도 및 습도에 강하고 저가인 전압 판별부를 적용하여 수명을 보장함과 동시에 생산성까지 보장할 수 있는 태양광을 이용한 ＬＥＤ 제어장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
전기 에너지를 공급받아 발광하는 LED를 포함하는 태양광을 이용한 ＬＥＤ 제어장치에 있어서,
빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 솔라셀 모듈과,
상기 솔라셀 모듈의 전기 에너지를 일정하게 유지시키는 정전압 회로부와,
상기 정전압 회로부의 전기 에너지를 저장하는 EDLC와,
상기 EDLC에 저장된 전기 에너지를 승압시키는 승압 회로부와,
상기 승압 회로부에서 승압된 전기 에너지를 상기 LED에 공급하거나 차단시키는 스위치부와,
상기 스위치부의 온에 의해 상기 LED가 점등될 때 동작 주파수를 일정하게 조절하는 주파수 발진부와,
상기 솔라셀 모듈의 전기 에너지가 기준전압 이상일 경우 상기 LED를 소등시키면서 상기 정전압 회로부를 통해 상기 EDLC에 충전시키도록 하는 반면 상기 솔라셀 모듈의 전기 에너지가 기준전압 이하일 경우 상기 EDLC에 저장된 전기 에너지를 승압 회로부를 통해 승압시킴과 동시에 상기 LED를 점등시키도록 하는 전압 판별부를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.
본 발명은 전압 판별부를 통해 솔라셀 모듈의 전기 에너지의 전압을 기준전압과 비교하여 EDLC의 충전을 제어토록 함으로써 수명을 보장할 수 있음과 동시에 저가로서 제품을 완성할 수 있게 되어 생산성까지 보장할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 0.9V의 전기 에너지를 기준전압으로 하면서 솔라셀 모듈에서 0.9V 이상의 전기 에너지를 발생시킬 경우 정전압 회로부를 통해 EDLC로 충전토록 하고 0.9V 이하의 전기 에너지를 발생시킬 경우 EDLC로 하여금 승압 회로부를 통해 LED로 공급할 수 있도록 온도 및 습도에 강하고 저가인 전압 판별부를 적용함으로써 수명을 보장함과 동시에 생산성까지 보장할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 EDLC에 저장되는 전기 에너지의 전압이 지나치게 낮을 경우 LED 구동시 원할치 않고 지나치게 클 경우 터지는 경우가 발생하므로 전기 에너지를 2.3∼2.7V로 저장시킬 수 있도록 하고, 이때, 승압 회로부는 EDLC에 저장된 전기 에너지가 2.3V일 경우 2.5V 또는 4V로 승압시킬 수 있도록 하며, 빨강 및 노랑의 LED일 경우 2.5V의 전기 에너지로서 발광토록 하고, 녹색, 청색 및 흰색의 LED일 경우 4V의 전기 에너지로서 발광토록 하여, 보다 효율적으로 LED의 점등을 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 승압 회로부로 하여금 EDLC에 저장된 전기 에너지를 3.5V로 승압시켜 빨강, 노랑, 녹색, 청색 및 흰색의 LED에 관계없이 빛 효율을 유지하면서 점등될 수 있도록 할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 선행기술문헌의 일 실시예에 의한 LED 가로등의 광원 어셈블리와 방열기판 결합 상태도.
도 1b는 선행기술문헌의 LED 가로등에 전원을 공급하는 전원공급부의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 태양광을 이용한 ＬＥＤ 제어장치를 나타내는 블록도.
본 발명에 따른 태양광을 이용한 ＬＥＤ 제어장치의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명하기로 하고, 그 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이러한 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 더욱 잘 이해할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광을 이용한 ＬＥＤ 제어장치를 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 태양광을 이용한 ＬＥＤ 제어장치는 도 2에 도시된 바와 같이 전기 에너지를 공급받아 발광하는 LED(10)와, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 솔라셀 모듈(20)과, 솔라셀 모듈(20)의 전기 에너지를 일정하게 유지시키는 정전압 회로부(30)와, 정전압 회로부(30)의 전기 에너지를 저장하는 EDLC(40)와, EDLC(40)에 저장된 전기 에너지를 승압시키는 승압 회로부(50)와, 승압 회로부(50)에서 승압된 전기 에너지를 LED(10)에 공급하거나 차단시키는 스위치부(60)와, 스위치부(60)의 온에 의해 LED(10)가 점등될 때 동작 주파수를 일정하게 조절하는 주파수 발진부(70)를 포함한다.
이때, 솔라셀 모듈(20)의 전기 에너지가 기준전압 이상일 경우 LED(10)를 소등시키면서 정전압 회로부(30)를 통해 EDLC(40)에 충전시키도록 하는 반면 솔라셀 모듈(20)의 전기 에너지가 기준전압 이하일 경우 EDLC(40)에 저장된 전기 에너지를 승압 회로부(50)를 통해 승압시킴과 동시에 LED(10)를 점등시키도록 하는 전압 판별부(80)를 핵심 구성으로 포함한다.
본 발명에 따른 태양광을 이용한 ＬＥＤ 제어장치는 선행기술문헌의 단점인 온도 및 습도에 약하면서도 고가인 조도센서를 통한 배터리의 충전을 제어하는 것과는 달리 전압 판별부(80)에서 솔라셀 모듈(20)의 전기 에너지의 전압을 기준전압과 비교하여 EDLC(40)의 충전을 제어토록 함으로써 수명을 보장할 수 있음과 동시에 저가로서 제품을 완성할 수 있게 되어 생산성까지 보장할 수 있다.
이때, 전압 판별부(80)의 기준전압은 0.9V로 할 수 있고, 더욱 구체적으로 솔라셀 모듈(20)은 빛 에너지가 150∼250Lux일 경우 0.9V 이상의 전기 에너지로 변환시켜 전압 판별부(80)의 제어에 따라 정전압 회로부(30)를 통해 EDLC(40)에 전기 에너지를 충전시키도록 하는 반면 빛 에너지가 150Lux 이하일 경우 0.9V 이하의 전기 에너지로 변환시키게 되면서 전압 판별부(80)의 제어에 따라 EDLC(40)로 하여금 승압 회로부(50)를 통해 전기 에너지를 LED(10)로 공급하여 발광토록 한다.
통상의 주간일 경우 태양광의 빛 에너지는 150∼250Lux를 유지하고, 이러한 빛 에너지를 솔라셀 모듈(20)에서 0.9V 이상의 전기 에너지로 변환시키게 되는 반면, 통상의 야간일 경우 태양광의 빛 에너지는 150Lux 이하를 유지하며, 이러한 빛 에너지를 솔라셀 모듈(20)에서 0.9V 이하의 전기 에너지로 변환시키게 되는데, 본 발명에서는 0.9V의 전기 에너지를 기준전압으로 하면서 솔라셀 모듈(20)에서 0.9V 이상의 전기 에너지를 발생시킬 경우 정전압 회로부(30)를 통해 EDLC(40)로 충전토록 하고 0.9V 이하의 전기 에너지를 발생시킬 경우 EDLC(40)로 하여금 승압 회로부(50)를 통해 LED(10)로 공급할 수 있도록 온도 및 습도에 강하고 저가인 전압 판별부(80)를 적용함으로써 수명을 보장함과 동시에 생산성까지 보장할 수 있도록 하는 것이다.
바람직하게, EDLC(40)는 정전압 회로부(30)의 전기 에너지를 2.3∼2.7V로 저장시킬 수 있도록 한다.
EDLC(40)에 저장되는 전기 에너지의 전압이 지나치게 낮을 경우 LED(10) 구동시 원할치 않고 지나치게 클 경우 터지는 경우가 발생하므로 본 발명에서는 전기 에너지를 2.3∼2.7V로 저장시키는 것이고, 이때, 승압 회로부(50)는 EDLC(40)에 저장된 전기 에너지가 2.3V일 경우 2.5V 또는 4V로 승압시킬 수 있도록 하며, 빨강 및 노랑의 LED(10)일 경우 2.5V의 전기 에너지로서 발광토록 하고, 녹색, 청색 및 흰색의 LED(10)일 경우 4V의 전기 에너지로서 발광토록 하여, 보다 효율적으로 LED(10)의 점등을 유지할 수 있도록 한다.
더 나아가, 승압 회로부(50)는 EDLC(40)에 저장된 전기 에너지를 3.5V로 승압시켜 빨강, 노랑, 녹색, 청색 및 흰색의 LED(10)에 관계없이 빛 효율을 유지하면서 점등될 수 있도록 할 수도 있다.
본 발명은 공원이나 도로 등에 설치되는 공원등, 정원등, 안내등, 가로등 또는 도로등에 적용되는 LED를 발광시키는 산업분야에 이용될 수 있다.
10 : LED 20 : 솔라셀 모듈
30 : 정전압 회로부 40 : EDLC
50 : 승압 회로부 60 : 스위치부
70 : 주파수 발진부 80 : 전압 판별부

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 전기 에너지를 공급받아 발광하는 LED(10)를 포함하는 태양광을 이용한 ＬＥＤ 제어장치에 있어서,
    빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 솔라셀 모듈(20)과,
    상기 솔라셀 모듈(20)의 전기 에너지를 일정하게 유지시키는 정전압 회로부(30)와,
    상기 정전압 회로부(30)의 전기 에너지를 저장하는 EDLC(40)와,
    상기 EDLC(40)에 저장된 전기 에너지를 승압시키는 승압 회로부(50)와,
    상기 승압 회로부(50)에서 승압된 전기 에너지를 상기 LED(10)에 공급하거나 차단시키는 스위치부(60)와,
    상기 스위치부(60)의 온에 의해 상기 LED(10)가 점등될 때 동작 주파수를 일정하게 조절하는 주파수 발진부(70)와,
    상기 솔라셀 모듈(20)의 전기 에너지가 기준전압 이상일 경우 상기 LED(10)를 소등시키면서 상기 정전압 회로부(30)를 통해 상기 EDLC(40)에 충전시키도록 하는 반면 상기 솔라셀 모듈(20)의 전기 에너지가 기준전압 이하일 경우 상기 EDLC(40)에 저장된 전기 에너지를 승압 회로부(50)를 통해 승압시킴과 동시에 상기 LED(10)를 점등시키도록 하는 전압 판별부(80)를 포함하고,
    상기 전압 판별부(80)의 기준전압은 0.9V이며,
    상기 솔라셀 모듈(20)은 빛 에너지가 150∼250Lux일 경우 0.9V 이상의 전기 에너지로 변환시켜 상기 전압 판별부(80)의 제어에 따라 상기 정전압 회로부(30)를 통해 상기 EDLC(40)에 전기 에너지를 충전시키도록 하는 반면 빛 에너지가 150Lux 이하일 경우 0.9V 이하의 전기 에너지로 변환시키게 되면서 상기 전압 판별부(80)의 제어에 따라 상기 EDLC(40)로 하여금 상기 승압 회로부(50)를 통해 전기 에너지를 상기 LED(10)로 공급하여 발광토록 하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 ＬＥＤ 제어장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 EDLC(40)는 상기 정전압 회로부(30)의 전기 에너지를 2.3∼2.7V로 저장시키는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 ＬＥＤ 제어장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 승압 회로부(50)는 상기 EDLC(40)에 저장된 전기 에너지가 2.3V일 경우 2.5V 또는 4V로 승압시키는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 ＬＥＤ 제어장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 승압 회로부(50)는 상기 EDLC(40)에 저장된 전기 에너지를 3.5V로 승압시키는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 ＬＥＤ 제어장치.
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