KR20040037443A

KR20040037443A - 등부표용 무접점 충ㆍ방전조절기

Info

Publication number: KR20040037443A
Application number: KR1020020065925A
Authority: KR
Inventors: 고영식; 김희성
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-05-07

Abstract

본 발명은 해저케이블 경과지 표시용 등부표고장을 사전에 예방할 수 있는 등부표용 무접점 충·방전조절기인 바, 이는 일정한 제어전원을 공급하기 위한 정전압 소자설치와 축전지의 최대 충전전압과 최저 방전전압을 검출 차단하여 축전지를 보호함으로 해상에 설치된 태양전지를 이용한 각종 전원시설에 사용될 수 있는 충·방전조절기에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은, 태양전지(13)에서 충·방전 조절기 제어회로나 축전지(14)에 일정한 전압을 유지해주는 정전압장치(20); 태양전지 출력전압이 축전지(14)의 만충전전압(14.5V)에 도달할 때 태양전지(13)와 축전지(14)를 분리시키는 태양전지 전압차단 전계효과트랜지스터(21); 축전지(14)의 출력전압이 방전차단전압(10.5V)에 도달할 때 축전지(14)와 부하측인 등명기(15)를 분리시키는 출력방전 전계효과트랜지스터(22); 만충전전압과 방전차단전압을 검출하여 무접점 전계효과트랜지스터를 제어하는 레벨검출 집적회로(23); 그리고 만충전전압과 방전차단전압을 설정하는 가변저항(24, 25)으로 구성된 것을 그 특징으로 한다.

Description

등부표용 무접점 충ㆍ방전조절기{NON-CONTACT AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR FOR LIGHT BUOY}

본 발명은 해저케이블 경과지 표시용 등부표고장을 사전에 예방할 수 있는 등부표용 무접점 충·방전조절기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정한 제어전원을 공급하기 위한 정전압 소자설치와 축전지의 최대 충전전압과 최저 방전전압을 검출 차단하여 축전지를 보호함으로 해상에 설치된 태양전지를 이용한 각종 전원시설에 사용될 수 있는 충·방전조절기에 관한 것이다.

해저케이블 보호용 등부표는 태양전지, 충·방전조절기, 축전지 및 등명기등으로 구성되어져 있다. 그 실례로는 제주도와 같은 섬에 전력을 공급하기 위해 육지와 섬간에 해저케이블을 설치하고, 해저케이블 경과지표지 및 보호용으로 수 십개의 해상용 등부표가 설치되어 있고 연안에 수천개소에 다용도로 설치되어져 있다. 상기 등부표의 등명기는 선박의 안전운행과 해저케이블 경과지를 표시하기 위해 야간에 약 6 초 간격으로 점등을 한다.

상기 등명기의 전원은 태양전지와 축전지를 조합하여 사용하는 데, 주로 등명기의 DC 모터, 섬광기 및 제어회로에 공급한다. 그러나, 상기 등부표를 운영한 결과, 축전지와 제어회로소자가 자주 고장을 발생하게 되는 데, 단지 대안으로 고장 설비를 교체하거나 수리만 시행하여 왔다. 이러한 고장원인을 분석한 결과, 태양전지의 출력전압 변동폭과 축전지의 과충전등이 고장의 주원인으로 밝혀졌다.

따라서, 해상, 산간 및 오지등 상업전력을 사용할 수 없는 장소에서 태양전지를 이용한 전력 사용시에는 고장률이 적고 최적운전 조건을 유지하는 충·방전조절기가 필요하게 되었다. 종래의 충·방전조절기에서는 스위칭소자로써 대규모 시스템에는 다이리스터를 사용하고 있지만 회로가 복잡하고, 소규모 시스템에는 주로릴레이가 사용되고 있어 수명에 문제, 즉 접점불량이나 기계적 열화에 의한 장치의 고장이 있으며 채터링에 대한 보완도 필요하다.

상기 릴레이가 갖고 있는 단점을 해소하기 위해 스위칭소자인 절연게이트형 전계효과트랜지스터(FET)를 사용하여 소규모 시스템에 적합한 태양광 발전시스템용 충방전 제어회로를 도 1 및 도 2 에 도시되어져 있다. 도 1 은 종래의 충·방전조절기에서 방전제어회로를 도시해 놓은 회로도이고, 축전지(1)와 등명기로써 부하(4)사이에 전압비교기(2), 전계효과트랜지스터(3), 제너다이오드(ZD1), 그리고 직병렬의 저항(R1 - R8)과 가변저항(VR1), 다이오드(D1)가 연결되어져 있다. 도 2 은 종래의 충·방전조절기에서 충전제어회로를 도시해 놓은 회로도이고, 태양전지(5)와 축전지(8)사이에는 전압비교기(6), 전계효과트랜지스터(7), 제너다이오드(ZD2), 그리고 직병렬의 저항(R10 - R17)과 가변저항(VR2), 다이오드(D2, D3)가 연결되어져 있다.

상기 전압비교기(2, 6)의 출력측으로는 각기 전계효과트랜지스터(3, 7)의 게이트(G), 소스(S) 및 드레인(D)이 연결되어져 있는 바, 상기 전압비교기(2)의 - 단자에 가변저항(VR1)이, + 단자에 제너다이오드(ZD1)가 각각 연결되고 있고, 다른 전압비교기(6)의 - 단자에 제너다이오드(ZD2)가, + 단자에 다이오드(D3)와 가변저항(VR2)이 각각 연결되어 있다. 따라서, 상기 전압비교기(2)의 출력에 의해 전계효과트랜지스터(3)가 동작되어 방전제어회로로 동작되는 한편, 상기 전압비교기(6)의 출력에 의해 전계효과트랜지스터(7)가 동작되어 충전제어회로로 동작하게 된다.

도 2 에 도시된 태양전지(5)는 빛, 온도에 따라 출력전압, 즉 50W, 0 - 20V가 변한다. 제너다이오드(ZD2)의 9V에 의한 기준값과 출력측 궤환값을 비교하여 전압을 조정하나, 태양전지(5)의 변동전압이 제어회로에 공급되어 정동작이 어렵다. 종래의 등명기는 태양전지(5)와 축전지(8)가 직결되어 축전지 수명단축과 소손이 발생한다.

상기 전압비교기(2, 6)는 직병렬의 저항, 제너다이오드, 다이오드 및 가변저항과 결합되어 응용회로가 복잡하므로 이들 소자결선은 외부 노이즈에 취약하다. 고전압비교기와 저전압비교기가 별도로 구성되어 있어 제작과정이 복잡할 뿐만 아니라 고장율도 높다. 상기 제너다이오드와 가변저항을 조정하여 만충전 전압과 방전 차단전압을 설정하게 되는 바, 이는 제어회로에 정전압회로가 없을 때 비교전압의 오차범위가 높다.

따라서, 해상에 설치된 종래의 충·방전조절기는 제어전원을 변화폭이 큰 태양전지 출력전압으로 사용하기 때문에, 전자소자와 축전지의 소손이 빈번하고, 축전지의 방전차단기능이 없어 축전지의 수명과 용량이 감소된다는 문제점이 야기되었다.

한편, 충·방전조절기의 정격제어전원은 10.5 - 14.5V로 유지되어야 하나, 종래의 충·방전조절기는 태양전지의 최대전압(20V)이 제어회로에 공급될 때 전자소자와 축전지에 과전압이 인가되어 고장이 발생하게 된다. 또한, 제어회로 전원의 변동폭이 큰 경우, 만충전 전압과 방전 차단전압을 정확히 검출, 차단하지 못해 축전지의 수명과 용량이 감소하게 된다.

현재까지 태양전지로 충전한 축전지의 충전량과 방전량을 조절하는 적절한제어회로가 없어 축전지의 수명단축과 부하측의 잦은 기기 고장으로 과대한 수리비와 신규 구입비등 많은 예산이 소요되었고, 현장에 설치된 등부표의 역할을 제대로 수행하지 못하면 선박의 닻에 의해 해저케이블 소손과 대형 선박사고로 많은 재산과 인명피해가 발생되었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같이 종래의 충·방전조절기가 가지고 있는 문제점을 해소하기 위해 발명한 것으로, 충·방전 조절기의 제어전원을 일정하게 유지하고 축전지의 과충전과 과방전을 사전에 검출, 차단하여 축전지 고장을 예방할 수 있는 등부표용 무접점 충·방전조절기를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 기술과제는, 태양전지에서 충·방전조절기 제어회로나 축전지에 일정한 전압을 공급해주는 정전압 유지장치가 필요하고, 태양전지에서 축전지로 충전을 시작하여 만충전 설정치에 도달할 때 기능이 필요하며, 검출한 전압이 만충전 설정치가 될 때 태양전지 전압을 차단하는 기능이 필요하고, 축전지에서 등명기로 방전을 시작하여 방전차단 전압에 도달할 때 검출하는 기능이 필요하며, 검출한 전압이 방전차단 전압에 도달할 때 축전지 출력단에서 방전 차단하는 기능이 필요하도록 되어 있다.

도 1 은 종래의 충·방전조절기에서 방전제어회로를 도시해 놓은 회로도,

도 2 은 종래의 충·방전조절기에서 충전제어회로를 도시해 놓은 회로도,

도 3 은 본 발명의 실시예에 관한 등부표용 무접점 충·방전조절기를 도시해 놓은 회로도,

도 4 는 본 발명의 등부표용 무접점 충·방전조절기가 설치되는 상태도이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 -

10 : 본체 11 : 전류계

12 : 전압계 13 : 태양전지

14 : 축전지 15 : 등명기

20 : 정전압장치 21 : 전압차단 전계효과트랜지스터

22 : 방전차단 전계효과트랜지스터 23 : 레벨검출 집적회로

24, 25 : 가변저항

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 태양전지(13)에서 충·방전 조절기 제어회로나 축전지(14)에 일정한 전압을 유지해주는 정전압장치(20); 태양전지 출력전압이 축전지(14)의 만충전전압(14.5V)에 도달할 때 태양전지(13)와 축전지(14)를 분리시키는 태양전지 전압차단 전계효과트랜지스터(21); 축전지(14)의 출력전압이 방전차단전압(10.5V)에 도달할 때 축전지(14)와 부하측인 등명기(15)를 분리시키는 출력방전 전계효과트랜지스터(22); 만충전전압과 방전차단전압을 검출하여 무접점 전계효과트랜지스터를 제어하는 레벨검출 집적회로(23); 그리고 만충전전압과 방전차단전압을 설정하는 가변저항(24, 25)으로 구성된 것을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3 은 본 발명의 실시예에 관한 등부표용 무접점 충·방전조절기를 도시해 놓은 회로도로서, 본 발명은 도 4 에 도시된 태양전지(13)와 축전지(14)사이에 정전압충전회로구성과 저전력 레벨검출집적회로의 적용으로 현지 등부표에 장착하여 실용화함으로 해저케이블 경과지 표시용 등부표고장을 사전에 예방할 수 있는 등부표용 무접점 충·방전조절기인 바, 이는 일정한 제어전원을 공급하기 위한 정전압장치(20)의 설치와 축전지(14)의 최대 충전전압과 최저 방전전압을 검출 차단하여 축전지(14)를 보호함으로 해상에 설치된 태양전지(13)를 이용한 각종 전원시설에 사용될 수 있도록 되어 있다.

따라서, 해저케이블 보호용 등부표는 도 4 에 도시된 바와 같이 전류계(11)와 전압계(12)가 설치된 충·방전조절기 본체(10)에 각기 케이블을 통해 태양전지(13), 축전지(14) 및 등명기(15)가 연결되어져 있다. 그리고, 도 3 에 도시된 태양전지 정전압장치(20)를 태양전지(13)와 축전지(14)사이 설치하여 충·방전 조절기 제어전원을 일정하게 공급해주고, 일정한 제어전원하에서 가변저항(24)의 만충전전압과 다른 가변저항(25)의 방전차단전압을 검출하여 축전지(14)의 전원측과 부하측의 등명기(15)를 분리시키므로 축전지(14)를 보호할 수 있다.

상기 태양전지 정전압장치(20)는 태양전지(13)의 0 - 20V가 14.5V로 정전압을 유지하고, IN, ADJ 및 OUT단자에 콘덴서(C4, C5), 가변저항(VR3) 및 저항(R20)이 연결되어 있 다. 태양전지(13)의 출력단에 정전압장치(20)가 연결되어 충방전조절기 제어회로와 축전지(14)에 정전압(14.5V)을 공급한다. 따라서, 제어회로가 정동작하며, 축전지(14)의 소손을 방지하여 수명이 연장되고 있다.

상기 레벨검출 집적회로(23)는 전압비교에 의한 레벨IC로 설정된 가변저항(24)의 만충전 전압과 가변저항(25)의 방전차단 전압을 검출하여 무접점 전계효과트랜지스터(21, 22)를 제어한다. 상기 레벨검출 집적회로(23)의 출력단에는 포토커플러(26)를 통한 전압차단 전계효과트랜지스터(21)와 출력방전차단 전계효과트랜지스터(22)가 각기 연결된다.

이 레벨검출 집적회로(23)는 축전지(14)가 만충전전압(14.5V)나 방전차단전압(10.5V)에 도달할 때 그 전압을 검출하여 전압차단 전계효과트랜지스터(21) 또는 출력방전차단 전계효과트랜지스터(22)에 차단지령을 주어 축전지(14)를 분리시키는 중간 역할을 한다. 따라서, 안정된 고전압, 저전압 검출 전용소자로 필요한 전압을 정확히 검출하게 되고, 외부의 노이즈에 강하고 신뢰도가 높아지게 된다.

태양전지 전압차단 전계효과트랜지스터(21)는 만충전전압(14.5V)시 태양전지 전압을 차단한다. 이는 태양전지(13)와 축전지(14)를 분리시키므로 축전지(14)의 과전압(14.5 - 20V)을 방지하여 축전지 수명을 연장한다. 출력 방전차단 전계효과트랜지스터(22)는 방전차단전압(10.5V)시 축전지 출력단을 차단한다. 이는축전지(14)와 등명기(15)를 분리시키므로 축전지(14)의 과도한 저전압을 방지하여 축전지 수명이 연장된다. 무접점 전계효과트랜지스터는 드레인과 소스간에 자체저항(0.08Ω)이 적어 전압강하가 적고 열발생이 적다.

충전시 태양전지 전류값표시로써 전류계(11)는 태양전지(13)에서 축전지(14)에 충전시 전류값을 표시한다. 출력전압 표시로써 전압계(12)는 축전지(14)의 출력전압을 표시한다. 상기 정전압장치(20)가 제어회로에 정전압을 공급한다. 만충전조정의 가변저항(24)과 방전차단 전압조정의 가변저항(25)을 조정하여 정확한 비교전압을 설정하여 레벨검출 집적회로(23)에 공급할 수 있다.

본 발명은 태양전지(13)에는 축전지(14)에 정전압(14.5V)을 공급하는 정전압장치(20)를 통해 전압차단 전계효과트랜지스터(21)와 포토커플러(26)가 각기 연결되고, 각기 케이블로 연결된 태양전지(13), 축전지(14) 및 등명기(15)가 충·방전조절기의 전류계(11)와 전압계(12)에 연결되며, 상기 축전지(14)와 등명기(15)사이에 출력 방전차단 전계효과트랜지스터(22)가 연결되고, 상기 전계효과트랜지스터 (21, 22)가 레벨검출 집적회로(23)를 통해 만충전전압과 방전차단전압을 설정하는 가변저항(24, 25)에 연결된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 해상에 설치된 태양전지를 이용한 각종 전원시설에 사용될 수 있는 무접점 충·방전 조절기를 설치함으로 축전지의 수명연장 및 해상 안전사고를 예방하고, 대형 어선이 해저케이블 경과지 상부에 설치된 등부표를 인지하여 선박의 닻 내림과 어로 행위를 예방하는 등 효과가 크다.

또한, 본 발명은 등대, 등부표, 무인공중전화, 가로등, 무인화장실의 환기 및 정화등 소용량의 전력이 소요되는 부하설비에 설치가능하고, 육상에서는 저전압의 사용설비 및 시험설비에서도 확대 적용이 가능하도록 되어 있다.

Claims

태양전지(13)에서 충·방전 조절기 제어회로나 축전지(14)에 일정한 전압을 유지해주는 정전압장치(20);

태양전지 출력전압이 축전지(14)의 만충전전압(14.5V)에 도달할 때 태양전지(13)와 축전지(14)를 분리시키는 태양전지 전압차단 전계효과트랜지스터(21);

축전지(14)의 출력전압이 방전차단전압(10.5V)에 도달할 때 축전지(14)와 부하측인 등명기(15)를 분리시키는 출력방전 전계효과트랜지스터(22);

만충전전압과 방전차단전압을 검출하여 무접점 전계효과트랜지스터를 제어하는 레벨검출 집적회로(23); 그리고

만충전전압과 방전차단전압을 설정하는 가변저항(24, 25)으로 구성된 것을 특징으로 하는 등부표용 무접점 충·방전조절기.
제 1 항에 있어서,

상기 태양전지(13)에서 축전지(14)에 충전시 전류값을 표시하는 전류계(11)와 축전지(14)의 출력전압을 표시하는 전압계(12)가 설치된 것을 특징으로 하는 등부표용 무접점 충·방전조절기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

각기 케이블을 통해 태양전지(13), 축전지(14) 및 등명기(15)가 전류계(11)와 전압계(12)가 설치된 충·방전조절기 본체(10)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 등부표용 무접점 충·방전조절기.
제 1 항에 있어서,

상기 레벨검출 집적회로(23)의 출력단에는 포토커플러(26)를 통한 전압차단 전계효과트랜지스터(21)와 출력방전차단 전계효과트랜지스터(22)가 각기 연결된 것을 특징으로 하는 등부표용 무접점 충·방전조절기.
태양전지(13)에는 축전지(14)에 정전압(14.5V)을 공급하는 정전압장치(20)를 통해 전압차단 전계효과트랜지스터(21)와 포토커플러(26)가 각기 연결되고; 각기 케이블로 연결된 태양전지(13), 축전지(14) 및 등명기(15)가 충·방전조절기의 전류계(11)와 전압계(12)에 연결되며; 상기 축전지(14)와 등명기(15)사이에 출력 방전차단 전계효과트랜지스터(22)가 연결되고; 상기 전계효과트랜지스터(21, 22)가 레벨검출 집적회로(23)를 통해 만충전전압과 방전차단전압을 설정하는 가변저항(24, 25)에 연결된 것을 특징으로 하는 등부표용 무접점 충·방전조절기.
제 5 항에 있어서,

상기 전압차단 전계효과트랜지스터(21)는 태양전지 출력전압이 축전지(14)의 만충전 전압(14.5V)에 도달할 때 태양전지(13)와 축전지(14)를 분리시키는 것을 특징으로 하는 등부표용 무접점 충·방전조절기.
제 5 항에 있어서,

상기 출력방전 차단전계효과트랜지스터(22)는 축전지(14)의 출력전압이 방전차단전압(10.5V)에 도달할 때 축전지(14)와 등명기(15)을 분리시키는 것을 특징으로 하는 등부표용 무접점 충·방전조절기.
제 5 항에 있어서,

상기 레벨검출 집적회로(23)는 축전지(14)가 만충전전압(14.5V)나 방전차단전압(10.5V)에 도달할 때 그 전압을 검출하여 전압차단 전계효과트랜지스터(21) 또는 출력방전차단 전계효과트랜지스터(22)에 차단지령을 주어 축전지(14)를 분리시키는 것을 특징으로 하는 등부표용 무접점 충·방전조절기.