KR101464916B1 - 고효율 항공등화 전원장치 및 조명 제어시스템. - Google Patents

Abstract

고효율 정형파 정전류 제어 시스템으로 기존 할로겐램프 또는 LED램프의 ILCU 및 본 발명에서 제안하는 소형 ILCU를 구분하지 않고 사용할 수 있어 기존 시설물을 교환하지 않아도 고효율 정형파 정전류 전력을 공급하는 것을 특징이며, 전원주파수를 높임으로 이해 SIT 및 ILCU를 소형으로 제작이 가능함에 따라 항공등화기의 내부에 부착이 가능함에 따라 시설이 용이하고, 제조원가를 줄일 수 있는 것을 특징으로 하는 항공등화 제어장치이다.

Description

고효율 항공등화 전원장치 및 조명 제어시스템. {High-efficiency airfield lighting power supply and light control system.}

본 발명장치는 항공 이착륙 안내를 하기 위한 항공등화 제어용 전원장치(CCR)와 램프 제어장치로 전력 효율을 극대화하기 위한 시스템이다. 기존의 항공등화 전원장치는 정전류 방식으로 전원 공급하기 위해 위상제어 방식을 주로 사용하고 있다. 이로 인하여 역률증가로 인해 전력효율이 많이 떨어진다. 또한, CCR 내부에 전력을 공급하기 위한 트랜스포머도 매우 크고 무겁고 그리고, CCR에서 위상제어함에 따라 전원공급 장치에서 소음과 잡음이 발생하고, 특히 전원잡음으로 인해서 램프 제어를 위한 전력선 통신에 많은 어려움이 있다.

본 발명은 전력효율을 극대화하고, 시스템의 크기를 소형화하여 물류비용을 줄일 수 있으며, 전력선 통신이 용이한 것이 특징이다.

지구 온난화 및 에너지 부족으로 에너지 효율을 높이려는 노력을 많이 하고 있다. 본 발명에서도 에너지 절약을 위한 고효율 항공 등화용 개별램프 제어 시스템에 사용할 정형파 교류 정전류 전원장치에 관한 발명이다.

교류 정전류 구동을 하기 위해서 보편적으로 위상제어를 주로 사용하고 있다. 본 발명에서는 PWM 방식으로 완전한 정형파를 출력하도록 하였다. 물론 이런 기술은 이미 공지된 기술로 AC-AC, DC-AC 이와 같이 교류전압을 출력하는 예가 많이 있다. 본 발명에서는 항공등화에 사용할 수 있는 교류 정형파 정전류 전원공급 시스템과 전력선 통신에 의한 개별 램프 제어를 하기 위한 발명이다.

교류 전원을 발생하기 위한 수단, 정전류 구동을 할 수 있는 수단, 전원공급 주파수를 변경하기 위한 수단, 개별 램프 제어를 위한 전력선 통신이 용이하도록 하기 위한 수단.

현재 항공 등화용 램프는 할로겐램프, LED램프와 절연트랜스로 구성되어 있다. 또한, 개별 램프를 ON/OFF 제어하기 위해 전력선 통신을 사용하고 있다. 상기 어떠한 램프를 사용하던, 어떤 방식의 전력선 통신을 사용하던 기존에 사용하던 것을 변경 없이 사용할 수 있게 해야 할 것이다. 또한, 새로운 방식으로 발명한 ILCU 도 사용할 수 있게 하여야 한다. 이에 대한 구체적 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 상세히 설명하기로 한다.

고효율 전력을 램프에 공급함에 따라 전력손실을 줄일 수 있고, 개별램프 제어를 위한 전력선 통신이 용이하다. 또한, 교류 정전류 전원장치를 소형으로 만들 수 있고, 램프 구동을 위한 절연트랜스(SIT) 또한, 소형으로 만들 수 있어 원자재 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 물류비용도 많이 줄일 수 있다. 또한, 위상제어를 하지 않음에 따라 운전실이 조용하고, 전자파 잡음이 없어 주변 설비에 영향을 주지 않으며, 설치시에 공간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1. CCR 위상제어 전압 파형
도 2. 교류 전원 입력방식에 의한 PWM 제어에 의해 정형파 정전류 전원 시스템 블록도.
도 3. 교류를 직류변환하여 PWM 제어에 의해 정형파 정전류 전원 시스템 블록도.
도 4. PWM 구동 드라이브.
도 5. 직렬로 연결한 절연변압기 및 램프제어 장치.
도 6. PWM 제어에 의한 전압출력 파형.
도 7. CCR 출력전압을 이용 데이터 통신하기 위한 파형.
도 8. 효과적인 PWM 제어를 설명하기 위한 블록도.
도 9. LED 불량 검출 설명을 위한 참고회로.

본 발명에 관한 상세 설명은 이미 공지된 기술은 가급적 간략하게 설명하기로 하고, 항공 등화용 램프 구동을 위한 교류 정전류 전원을 써야 하는 이유에 대한 전반적인 사항은 대한민국 특허 10-1036025호의 본문 내용에 상세하게 서술하고 있다. 따라서, 본 발명에 관한 주요 사항을 위주로 구체적 설명을 하기로 한다.

먼저, 항공 등화용 조명장치에 있어서 최근 전력효율을 높이고 긴 수명을 위해 LED 램프를 사용하는 추세이다. LED 램프는 직류전원을 이용하여 사용하면 더욱 효과적이겠으나 항공등화 시스템에서는 비행장의 항공유도 안전을 목적으로 사용함에 따라, 비행장에서 수많은 낙뢰가 발생함으로 직류전원 공급시 한 개의 조명 회로가 파손되어 그 조명을 단락시키지 못하면 전체 조명이 작동하지 않게 된다. 따라서, 가장 바람직한 방법은 교류 전원을 인가하고 각 램프별 절연트랜스를 부착하여 사용하면 전체 조명 전원에 폐 회로를 유지할 수 있다.

본 발명의 항공 등화용 교류 정전류 전원장치는 기존의 항공 등화용 교류 정전류 전원장치의 하부 장치들을 변경 없이도 사용이 용이하도록 하는 기술과, 또한, 본 발명의 교류 정전류 전원장치는 교류 정전류 전원장치와 램프 구동용 절연변압기를 소형화할 수 있도록 하는 기술을 설명하고, 전력선 통신에 의해 개별 램프 제어에 관한 설명을 한다.

실시 예1) 교류 정전류 전원장치.

기존의 재래식 교류 정전류 전원장치는 도 1과 같이 전류를 위상제어 하여 정전류가 유지되도록 제어하고 있다. 도 1에서 101, 101'는 전력이 공급되지 않는 상태이고, 103, 103'는 전력이 공급되는 상태이다. 위상제어를 위한 반도체 스위칭 소자에 트리거 신호를 101, 101'의 끝단에 공급하여 전류가 흐를 수 있도록 하고 있다. 이로 인하여 전원 공급 파형이 왜곡되어 트리거 되는 순간 매우 강한 잡음이 발생하고, 전력효율이 많이 떨어진다. 특히 비행장에는 다수의 교류 정전류 장치가 시설되어 있는데 위상제어되는 시간적 위치만 다를 뿐 동일한 입력 전력을 사용함으로 역률 상승이 불가피하다.

항공등화 램프는 대표적으로 할로겐 램프와 LED 램프를 사용하고 있다. 최근 에너지 절약을 위해 LED 램프로 교체되는 상태이며, 향후 대부분의 램프는 LED 램프로 대체될 것으로 본다. 상기 두 가지 램프 특성을 보면 할로겐 램프의 경우는 전력을 증가하게 되면 램프 양단에 걸리는 전압이 자연스럽게 상승하게 된다. 그러나 LED 램프의 경우 램프 양단에 전압상승은 하지 않고 전류만 증가하는 특성이 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 특성을 고려해 좀더 고효율 전력공급을 위해 다양한 교류 정전류 전원 공급을 제공한다.

상술한 것과 같이 교류 정전류 전원공급장치는 다양한 방법으로 전력을 공급할 수 있도록 할 필요가 있다. 구체적 실시 예를 설명하기로 한다.

먼저 상용전력은 대부분 나라별 다르지만 정형파 50Hz 또는 60Hz로 공급을 받고 있다. 입력받는 전력과 동일한 주파수로 정형파 정전류를 구동하는 방법은 도 2와 같이 구성할 수 있다. 1차 전원입력 201에서 상용전원을 입력받아 PWM 구동 모듈 202에서 램프 밝기를 스텝별로 조절할 수 있도록 하고, 상기 PWM 구동 모듈은 필터모듈 204와 함께 구성하여 도 4와 같이 PWM 스위칭 드라이버 및 필터 회로를 구성하여 정형파 2차 전압이 발생할 수 있도록 한다. 위상 및 전압검출 모듈 203에서는 전원입력의 제로교차 위치와 위상이 (+)전위 또는 (-)전위 상태를 검출하여 마이컴 연산 및 제어장치 모듈 205로 신호를 전송한다. 마이컴 연산 및 제어장치 모듈에서는 상기 위상 및 전압검출 모듈로부터 신호를 받아 전원입력 주파수를 연산할 수 있으며, 입력받은 주파수와 동기화하고 (+)전위와 (-)전위를 구별하여 동일한 전위의 전압을 발생시킨다.

마이컴 연산 및 제어장치 모듈에서 PWM 신호를 발생하도록 한다. 이때, PWM신호는 램프(조명) 밝기 선택에 따라 펄스 변조 폭을 조절하여 램프에 흐르는 전류를 제어한다. 이때, 필터 모듈의 출력단은 정형파 전압이 나오도록 하여야 한다. 필터 모듈로부터 발생 된 전압을 변압기 209를 통해 3차 전압을 상승 또는 하강하여야 한다. 대부분은 램프구동 소자가 많으므로 정격전류를 흘려 주기 위해서는 전압을 상승시켜야 한다. 상기 변압기의 출력단에 전류검출 모듈 208 및 전압검출 모듈 210을 구비하고, 검출된 전류 및 전압 신호를 마이컴 연산 및 제어장치 모듈로 신호를 보낸다. 마이컴 연산 및 제어장치 모듈에서 상기 검출된 전류에 따라 정전류를 흘리기 위한 PWM 신호를 발생한다. 또한, 상기 전압 및 전류 신호를 연산처리 하여 조작버튼 및 디스플레이 모듈 206에 표시하여 운전자가 손쉽게 알 수 있도록 한다. 본 발명장치는 개별램프를 ON/OFF하기 위해 전력선 통신이 용이하도록 구성하고, 도 5는 램프를 연결하는 기본 구성도이다. 전원 입력단자 501, 502를 램프구동을 위한 전원출력단자 214, 215를 연결할 수 있도록 단자를 부착한다.

통신모듈 207은 이더넷, 시리얼, 무선통신 등등 통신시스템을 구비하여 서버 측의 감시시스템(ILCMS)과 통신할 수 있도록 하고, 램프의 ON/OFF 및 밝기선택, 램프고장 유무, 지상감시 레이더(ASDE)인 비행기 이착륙시 비행기의 위치정보를 송수신할 수 있도록 한다.

전력선 통신 모듈 213에서 전력선 데이터 신호를 송출할 수 있도록 전력선 데이터 신호를 전력선 라인으로 송출하기 위해 절연변압기 211을 부착하고, 전력공급의 고주파 잡음제거 및 전력선통신이 용이하도록 필터 212를 부착한다. 또한, 시스템을 수동조작할 수 있도록 조작버튼 및 디스플레이 모듈 206에서 램프 점검, 램프 ON/OFF 및 램프 밝기 선택(통상적으로 5단계 밝기)을 할 수 있도록 하고, 램프 밝기, 전류, 전압, 전력 등등 각종 다양한 정보를 디스플레이에 표시하도록 하는 것을 제공한다.

도 3은 도 2와 동일하지만 구동방식이 조금 다르다. 도 2는 교류 전원을 그대로 입력받아 PWM 구동하여 2차 교류전압을 얻고 있지만 도 3의 경우는 교류 전원을 직류변환(평활회로) 모듈 216에 의해 직류로 변환하여 PWM 구동에 의해 2차 교류 전원을 출력하도록 한다. 여기서 스위칭회로 217은 PWM 구동 모듈에 직류 또는 교류 공급을 선택할 수 있는 스위칭회로를 제공한다. 참고로 설명의 혼동을 피하기 위해 도 2의 방식을 교류입력 방식이라 칭하고, 도 3의 직류 변환 모듈이 동작 되는 상태를 직류입력 방식이라 칭하겠다.

PWM 신호 발생을 하기 위한 마이컴 연산 및 제어장치 모듈을 좀더 상세한 설명으로 본 발명에서는 다양한 방식의 전력을 공급할 수 있는 것을 특징으로 한다. 먼저, 도 2와 같이 입력받은 교류 전력을 그대로 PWM 제어를 통해 교류전력을 출력하고, 출력전류 검출 및 연산한 후 전류를 보정하여 정전류 구동하는 방식과, 도 3과 같이 교류에서 직류로 변환하여 교류전력을 출력하고 출력전류 검출 및 연산한 후 전류를 보정하여 정전류 구동이 되는 것을 제공한다.

교류방식에서는 도 6 입력전압 파형 601에 대해 PWM 제어를 하여 출력전압 602와 같은 전압을 얻어낸다. PWM 제어는 펄스 폭이 일정한 비율을 같게 되며 부하전력에 따라 펄스 폭을 변화를 주면 된다. 본 발명은 정전류 출력을 하여야 함으로 전류를 검출하여 PWM 제어의 전류 보정치 만큼 펄스 폭을 변화를 주면 된다. 직류방식에서는 입력전압 601을 직류변환회로(평활회로)에서 직류전압을 만들고, 부하전력에 의해 평활회로의 전압파형이 603과 같이 나올 것이다. 이 직류전압을 PWM 제어기의 펄스 폭을 604와 같이 함으로서 602와 같은 출력전압을 얻을 수 있다. 여기서 정전류 출력을 하여야 함으로 전류를 검출하여 PWM 제어의 전류 보정치 만큼 펄스 폭을 변화를 주면 된다. PWM 구동모듈의 기본 회로인 도 4와 같이 구성할 수 있다. 전원 입력 401은 직류 또는 교류에 관계없이 상술한 봐와 같이 목적에 따라 사용할 수 있다. PWM 스위칭 대표적 소자는 트랜지스터, FET, IGBT를 사용할 수 있으며 그 소자들은 402~405이다. 교류 전력을 얻기 위해 PWM 제어의 1/2 주기는 402, 403이 한 조로 동작하고, 나머지 1/2 주기는 404, 405가 한 조로 동작하고, 필터 406, 407을 통과하면서 출력 408에는 정형파 교류 전력을 출력하게 된다.

기존에 사용하던 개별램프 제어를 위한 전력선 모뎀 이하 ILCU라 칭하고 이 ILCU의 경우 데이터 통신 및 램프 ON/OFF 제어를 위한 전력이 필요하다. 이 전력을 정전류 교류 전원장치 이하 CCR이라 표현하기로 하고, CCR에서 출력되는 전력의 일부를 공급받아 구동하고 있다. 기존의 CCR은 위상제어를 함에 따라 필요 전압을 얻기가 용이하였으나 본 발명장치는 정형파 전력을 출력함에 따라 램프 밝기 5단계 중 암전류가 흐르는 최소 전류일 경우 출력전력은 동일하지만 위상제어 방식에 비해 전압이 매우 낮아지게 된다. 따라서, 기존의 ILCU에 필요한 최소 전압을 얻기가 어렵게 된다. 본 발명에서는 기존(할로겐램프 및 LED램프 모두 적용)에 사용하는 ILCU도 내부회로 변경 없이 사용가능하도록 하기 위한 방법을 다음과 같이 제안한다.

일반적인 상용전원의 주파수는 국가별 다르지만 대부분 50Hz 또는, 60Hz를 사용하고 있다. 대한민국 기준으로 60Hz를 사용한다고 가정하고, 본 발명에서 CCR의 출력전력 제어의 예를 들면, 1초에 60회 발생하는 정형파 출력을 60회 중 6회 마다 10회 출력하게 하거나, 10회를 연속 출력하고 50회를 출력하지 않거나 하는 방법도 있고 이것은 다양한 어떤 방법으로 하던 관계없을 것이다. 세밀한 전류는 출력하는 전압의 크기로 조정하는 방법을 구현한다. 상기와 같이 한다면 단순하게 생각하면 전력은 1/6의 전력을 송출하게 된다. 이렇게 하면 ILCU에서 필요한 최소 전압 이상을 얻어 램프 ON/OFF 및 전력선 통신에 필요한 전력을 어렵지 않게 얻을 수 있다. 상기와 같은 제어를 위해 마이컴 연산 및 제어장치 모듈에서 램프 밝기 단계 예를 들어 5단계가 있다면 각 단계별 가장 적합한 정전류 전력제어에 필요한 1초에 몇 번의 정형파를 출력할 것인가와 출력전압은 얼마로 할 것인지 연산처리 또는, 최적의 데이터를 각 단계별 데이터베이스를 만들어 메모리에 저장하여 두고 램프 구동시 각 단계별 연산 처리를 하여 정전류 출력을 하거나, 데이터베이스의 데이터를 가지고 정전류 출력을 할 수 있겠다. 이와 같은 방법은 후술에 있는 교류전력의 주파수를 높여 공급하는 방법에도 적용이 된다. 따라서, 좀더 진보된 실시 예를 후술에서 좀더 상세히 설명하기로 한다.

도 7은 ILCU에 CCR의 전원전압을 이용한 램프 밝기를 명령을 내리기 위한 방법을 소개한 도면이다. 전력선 통신에 의해 램프의 밝기 명령내릴 수도 있지만 본 발명에서는 CCR의 전원전압으로도 명령을 전달할 수 있는 방법을 제공하고 있다. 701은 정형파 출력전압이 나오는 상태이고, 702는 전압이 나오지 않는 상태이다. 701과 702의 상태를 가지고 디지털로 1과 0을 표현할 수 있겠다. 이것을 조합하여 다음과 같은 데이터를 만들 수 있다. 그 예로 703은 명령 시작코드이고, 704는 명령 데이터코드를 만들 수 있겠다. 추가로 종료코드, CRC코드 등등을 만들 수도 있으나 CCR의 전원전압으로 할 경우 전압대비 잡음이 거의 없어 매우 정확한 데이터 송출이 가능함으로 복잡한 코드를 만들 필요가 없을 것으로 본다. ILCU에서는 상기 명령코드 및 데이터코드를 얻기 위한 간단한 회로를 통해 접수가 가능하고, 접수된 데이터에 따라 램프 ON/OFF 및 밝기 제어 구동을 하도록 한다.

그동안 램프를 내장하는 메인프레임의 케이스는 일정규격의 크기로 정해져 있으므로 직렬절연트랜스 이하 SIT라 칭하기로 하고, 현재의 SIT로는 메인프레임 속에 SIT 및 램프제어 회로를 넣을 수가 없다. 본 발명에서는 이를 해소하기 위해 다음과 같은 사항을 제안한다. 종래의 SIT는 전원주파수가 50Hz 또는 60Hz를 사용하다 보니 크기가 커서 램프 유닛 속에 넣을 수가 없으며, SIT 코일의 권선수가 많아지고 또한, 철심 코어가 커지게 되어 원자재 비용이 상승하는 단점이 있으나, 본 발명에서는 SIT의 크기를 소형화하고 램프 유닛 속에 SIT, 램프전력제어기, 전력선통신 등등 모두 하나의 유닛 속에 넣을 수 있는 것이 특징이다. 이를 해소하기 위해 도 2에서 직류입력 방식에서 CCR의 전원출력 주파수를 높이는 방식을 사용한다. 전원출력 주파수가 높아지면 SIT를 소형 철심 코어를 사용할 수 있고, 코일 권선수를 대폭 줄일 수 있는 장점과 ILCU 내부 구동용 전원회로의 직류변환에 필요한 일부 부품을 작은 것을 사용할 수 있다. 예를 들면 전원트랜스, 평활회로의 콘덴서 등등을 소형화할 수 있다. 특히 SIT의 코일 권선수가 줄어들게 되어 인덕턴스 값이 대폭 줄어들어 전력선통신이 매우 용이할 뿐만 아니라 전력효율이 높아지는 효과를 얻을 수 있다.

상기와 같이 CCR에서 전원주파수 예를 들면 240Hz 또는 400Hz등등 다양하게 사용가능하겠으나, CCR 과 ILCU와의 전원 라인 루프 임피던스는 전원 주파수가 매우 낮아 무시하기로 하고, 변압기의 철심 코어의 주파수 특성과 효율이 가장 좋은 주파수로 구동하면 될 것이다. 만약 그 주파수가 400Hz 이라면 400Hz에 적합한 PWM 구동과 필터모듈 204의 인덕턴스 406과 커패시터 407을 적절한 용량을 부착하도록 한다. 물론 인덕턴스와 커패시터를 스위칭하여 다양한 주파수로 동작하게 할 수도 있지만 통상적으로 해당 조건에 맞는 시설을 하면 변경할 이유가 없기 때문에 제품을 생산할 때 인덕턴스와 커패시터의 용량을 고정하여도 무방할 것으로 본다. 그리고 정전류 구동방법이나 램프 밝기 제어는 주파수만 바뀌었을 뿐 상술한 봐와 동일한 방법으로 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명은 후술하게 될 새로운 발명의 ILCU 뿐만 아니라 기존에 사용하던 할로겐램프 및 LED램프를 모두 사용가능하도록 하면서 고효율 CCR을 발명한 것이 특징이다.

실시 예2) 효과적인 PWM 제어 방식

*상술한 실시 예1)에서도 설명한 것과 같이 고효율 정형파 교류 정전류 전력을 공급하기 위해서 PWM 제어 방식이 매우 효과적이다. 내용의 요점은 교류입력방식, 직류입력방식, 상용전원 주파수와 동일한 주파수로 전력을 공급하는 방법, 주파수를 높여서 효율을 극대화 및 소형화하는 방법, 재래식 SIT 및 ILCU를 회로변경 없이 사용할 수 있는 기능을 제공하고 있다.

항공등화 시스템의 램프 밝기는 통상적으로 5단계로 구분하고 있다. 그중 1단계는 암전류로서 램프의 조명이 밖으로 표출되지 않으면서 평소 ILCU의 내부에 전원을 공급하여 램프의 고장 유무를 진단하여 결과를 받기 위한 것과 비행기의 이착륙에 돌발사태가 발생하여 정해진 활주로 외에 비행기가 이착륙할 수도 있으므로 이때, ASDE의 센서로 검출된 정보를 전달할 수도 있을 것이다. 따라서, 지속적인 전력 공급을 해야 할 목적이 있는 경우를 제외하고, 그 외에는 지속적인 전력을 공급하는 것은 에너지 효율적인 사용 측면에서 바람직한 방법이 아니라 판단되며, 일정한 주기로 전력을 공급하는 것이 바람직해 보인다.

먼저, 도 5에서 SIT의 폐회로 망이 비행장 공사를 하거나 어떠한 이유로든 접속이 단선 되었을 경우 CCR은 이를 감지하고 출력 전력을 차단하고 알람 경보를 울려야 한다. 만약 폐회로 망이 단선 되었을 때는 CCR에서 정전류 구동을 하기 때문에 출력전압이 최대 전압으로 구동하게 된다. 따라서, 초기 동작은 안전한 범위의 전압을 발생시켜 CCR의 출력단에 전류 흐름을 확인하고 예상되는 전류가 흐를 경우 정상적인 전력을 공급하는 것이 바람직할 것이다. 또한, ILCU의 설치 수에 따라 CCR의 전력이 다르게 된다. 전류는 정전류로 공급하지만 CCR의 출력전압이 달라질 수 있다는 이야기와 같다. 따라서, 마이컴 연산 및 제어장치 모듈에서 다양한 변수에 대한 PWM 구동이 필요하다. 본 발명에서 다양한 방법들을 응용할 수 있겠지만 가장 바람직한 방법을 제안한다.

본 내용에서는 PWM을 효과적인 기능을 설명하기 위한 것으로 제한된 부분만 설명하기로 한다. 도 8의 마이크로프로세서(MPU) 801은 동작제어 조건 설정부 804로부터 설정조건을 외부 통신망 또는, 내부적 설정조건을 입력받는다. 데이터베이스에 등록할 설정 조건을 열거하면 직류전원 입력방식, 교류 전원 입력방식, 출력주파수, 1초에 몇 회를 정형파 전력을 공급할 것인가, 최소 전압 및 피크 출력전압 등등 설정조건을 입력받는다. 정해진 램프 밝기를 스텝별 전류를 흘리기 위해서 각 스텝별 전류용량을 정하고, 직류전원 입력 및 교류 전원 입력, 초당 정형파 출력 횟수 데이터, ILCU 설치 수량에 따라 출력전력 데이터, 각각의 주파수 예를 들어 50Hz, 60Hz, 400Hz에 대한 출력전력을 정형파가 발생할 수 있도록 각각의 전류 용량별 PWM 데이터를 만들어 데이터베이스에 등록한다. PWM 신호 발생기 805는 MPU 제어명령에 따라 PWM 신호를 발생시키고 이 신호를 PWM 전력구동부 806에서 반도체 스위칭 소자에 의해 필요한 전력을 만들어 낸다. 또한, 전류 오차에 대해서 전류, 전압 검출 모듈 802에서 검출하여 MPU에서 연산처리하여 PWM의 펄스 폭을 조정하여 오차를 보정하여 정전류로 전력제어를 할 수 있도록 구동한다. 상기의 방법은 전력출력제어를 사전에 근사치를 데이터베이스에 저장하여 두고 필요한 조건에 따라 구동하기 때문에 비교적 빠르고 안정적인 구동을 할 수 있다. 만약, 데이터베이스에 상술한 데이터가 없는 상태에서는 조건별 시운전을 하면서 연산처리하여 필요한 데이터를 생성하여 데이터베이스에 저장할 수도 있다. 상기 CCR의 최소 전압 및 피크 전압은 ILCU가 최소한의 전압을 얻기 위한 목적이며, ILCU에서 소비되는 전력이 매우 작아 일정 전압을 공급받으면 램프제어가 가능하기 때문이다.

ICLU 램프 제어 실시 예3)

도 5는 CCR로부터 전력을 공급받아 SIT 504, 504-1, 504-n을 직렬로 연결하여 CCR과 폐 회로를 구성하고, 램프제어 및 전력선통신 모듈 503, 503-1, 503-n과 램프 505, 505-1, 505-n을 연결하고, 항공기 검출을 할 수 있는 ASDE 센서 506, 506-1, 506-n을 부착하여 구성한다. 기존의 할로겐 램프의 ON/OFF 및 램프 단선 유무에 대한 사항은 대한민국 특허 10-1036025호에 공지된 기술이므로 설명을 하지 않고, 신규사항에 대한 기술적 방법을 설명하기로 한다.

LED가 고장이 발생하게 되면 대부분 할로겐 램프처럼 단선 되는 것으로 착각하기 쉽다. 그러나 단선될 수도 있고, 단락될 수도 있다. 그 이유는 LED는 반도체에 속하다 보니 과도 전류가 흐르거나 과도한 열화로 PN접합부가 파손될 경우 단락현상이 생기기도 한다. 실제 조도가 높은 LED의 경우 열이 매우 심한 편이다. 또한, LED의 수명이 노후 되면 LED 양단의 구동전압이 조금씩 변화되기도 한다. 그리고 LED에 정전류 구동하는 기술은 오래전부터 LED 외에 이미 다른 유사한 정전류 방식이 많이 있는 공지기술이므로 생략하기로 한다. LED 회로 결선은 통상적으로 직, 병렬 조합하여 구동하면 효과적일 것이다. 상술한 봐와 같이 LED는 할로겐램프와 달리 전류변화에 LED 양단의 전압은 크게 변함이 없이 전류만 변화하게 되는 것이 특징이 있다. 만약 정상적인 전류가 흐르는 LED 1개의 전극 양단에 1.5V가 걸린다면 직렬 및 병렬 혼합하여 회로가 구성되어도 직렬 구성된 LED 수를 곱해주면 실제 걸리는 전압을 환산할 수 있을 것이다. 따라서, LED 양단의 전압을 검출해서 LED 불량 유무를 손쉽게 판독할 수 있겠다. 도 9는 LED 구동을 위한 기본회로이다. 상기 설명을 돕기 위한 도면으로 전류설정을 입력받아 Q1의 베이스에 바이어스를 걸어 Q1에 의해 LED D1 및 D2에 전류가 흐르도록 하고, 흐르는 전류를 전류검출 저항에 의해 전류를 검출하고, 검출된 전류와 전류설정치와 비교하여 전류 보정회로를 통해 Q1의 바이어스 전류를 조정하여 LED에 흐르는 전류를 조정하도록 하는 원리이다. 여기서, LED의 불량 유무는 VD1전압에서 VD2의 전압을 빼주면 LED에 걸리는 전압을 환산할 수 있다. 정상적인 LED의 전압은 LED에 가해지는 전류선택(LED램프 밝기 선택)에 따라 전압변동이 약간 있으므로 전류대비 전압데이터를 사전에 마이컴 프로그램에 입력하여두고 LED램프 밝기 선택에 따라 LED에 걸리는 전압 허용오차 범위 밖에 있을 때 LED를 불량으로 간주하도록 하는 것을 제공한다.

CCR : Constant Current Regulator.
PWM : Pulse Width Modulation.
ILCMS : Individual Lamp Control and Monitoring System.
ILCU : Individual Lamp Control Unit.
SIT : Series Isolation Transformer.
ASDE : Airport Surface Detection Equipment.

Claims (1)

1. 조명제어 시스템에 있어서,
   
   LED 램프의 수명 또는 고장 유무를 판독하기 위한 수단으로,
   LED 램프의 불량 유무를 판독할 수 있는 마이컴 연산 제어 모듈을 포함하고,
   상기 마이컴 연산 제어 모듈은 LED 램프 양단의 전류 및 전압을 검출할 수 있는 수단과,
   LED 램프에 흐르는 전류대비 전압 데이터를 저장하는 수단을 더 포함하고,
   상기 마이컴 연산 제어 모듈은 상기 검출된 전류 및 전압과
   상기 저장되어 있는 전류대비 전압 데이터와 비교하여 LED 램프의 불량 유무를 판독 할 수 있는 것을 특징으로 하는 조명제어 시스템.
   

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