KR20040084512A - Traffic Signal Light Device Capable of Controlling Electric Current Through LED - Google Patents
Traffic Signal Light Device Capable of Controlling Electric Current Through LED Download PDFInfo
- Publication number
- KR20040084512A KR20040084512A KR1020030019645A KR20030019645A KR20040084512A KR 20040084512 A KR20040084512 A KR 20040084512A KR 1020030019645 A KR1020030019645 A KR 1020030019645A KR 20030019645 A KR20030019645 A KR 20030019645A KR 20040084512 A KR20040084512 A KR 20040084512A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- led
- resistor
- operational amplifier
- output
- light emitting
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
- G08G1/09—Arrangements for giving variable traffic instructions
- G08G1/095—Traffic lights
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
- G09F9/00—Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements
- G09F9/30—Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements in which the desired character or characters are formed by combining individual elements
- G09F9/33—Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements in which the desired character or characters are formed by combining individual elements being semiconductor devices, e.g. diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/04—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
- F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
- F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 발광 다이오드(LED)를 이용한 교통 신호등 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입력 전압의 변동에도 불구하고 발광 다이오드를 통해 흐르는 전류를 일정하게 유지하도록 제어하는 한편, 부성 온도 계수를 갖는 저항 소자를 이용하여 발광 다이오드의 휘도를 일정하게 유지하도록 하여, 전압 및 온도 변화에 따른 발광 다이오드의 휘도 변화를 보상하는 발광 다이오드를 이용한 교통 신호등 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a traffic light device using a light emitting diode (LED), and more particularly, a resistance element having a negative temperature coefficient while controlling to maintain a constant current flowing through the light emitting diode despite a change in an input voltage. The present invention relates to a traffic light apparatus using a light emitting diode to compensate for a change in brightness of a light emitting diode according to a voltage and temperature change by maintaining a constant brightness of the light emitting diode.
최근들어, 날로 복잡해지고 위험해지는 교통 환경 속에서 교통 신호에 대한 정확하고 안전한 정보 전달을 제공하고, 기존에 사용된 백열 전구 신호등에서 에너지 절약 문제로 노출된 단점 등을 보완하기 위해 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode, 이하 "LED"라 칭함)를 이용한 교통 신호등이 등장하였다.In recent years, light emitting diodes (LEDs) have been developed to provide accurate and safe information transmission of traffic signals in the increasingly complex and dangerous traffic environment, and to compensate for the disadvantages of energy saving in conventional incandescent bulb signals. A traffic light using Light Emitting Diode (hereinafter referred to as "LED") has appeared.
도 1은 LED를 이용한 종래의 교통 신호등 장치의 회로적 구성을 간략하게 나타낸 회로 구성도이다.1 is a circuit diagram schematically showing the circuit configuration of a conventional traffic light device using the LED.
종래 LED를 이용한 교통 신호등 장치(100)는 전원을 공급하는 전원부(110); 전원부(110)로부터 공급되는 AC 전압을 전파 정류하는 정류부(120); 및 정류된 전압을 공급받아 발광하는 신호등 발광부(130) 등을 포함한 구성을 갖는다.The traffic light device 100 using the conventional LED is a power supply unit 110 for supplying power; Rectifying unit 120 for full-wave rectifying the AC voltage supplied from the power supply unit 110; And a traffic light emitter 130 for emitting light by receiving a rectified voltage.
위와 같이 구성되는 교통 신호등 장치(100)에서 신호등 발광부(130)는 다수의 LED로 이루어져 있다. LED는 일정 이상의 전압이 인가되면 도 2에 도시된 바와 같이 급격히 전류가 증가하는 전기적 특성을 갖는다.Traffic light emitting unit 130 in the traffic light device 100 is configured as described above is composed of a plurality of LEDs. The LED has an electrical characteristic in which a current rapidly increases as shown in FIG. 2 when a predetermined voltage or more is applied.
한편, 도 3에서 보는 바와 같이, 신호등 발광부(130)의 통전 시간은 정류부(120)로부터의 전원 공급 시간의 대략 1/3 밖에 되지 않는다. 이렇듯, LED의 통전 전류를 지속적으로 유지하지 못하는 이유로 LED의 성능을 충분히 이용하지 못해 밝기가 낮아지게 되고, 이에 따라 원하는 조도를 얻기 위하여 고가인 LED의 갯수를 늘려야 하는 결과를 초래하였다.On the other hand, as shown in FIG. 3, the energization time of the traffic light emitting unit 130 is only about 1/3 of the power supply time from the rectifying unit 120. As such, the brightness of the LED may not be fully utilized due to the inability to continuously maintain the conduction current of the LED, thereby increasing the number of expensive LEDs in order to obtain desired illuminance.
이와 같은 단점을 보완하기 위해 도 1의 도면에서 a 지점에 직렬로 인덕터를 삽입하거나 b - c 간에 평활용 콘덴서를 병렬로 삽입하여 구성함으로써 정류부(120)의 출력 전압에 포함된 리플을 감소시켜 LED의 통전 시간을 증가시키는 방법을 이용하고 있으나, LED에 인가되는 전압의 리플이 완전히 제거되는 것은 아니어서 그 효과가 제한적이라는 문제점이 있다.In order to compensate for this disadvantage, in the drawing of FIG. 1, an inductor is inserted in series at a point or a smoothing capacitor is inserted in parallel between b and c to reduce the ripple included in the output voltage of the rectifier 120. Although a method of increasing the energization time of the power supply is used, the ripple of the voltage applied to the LED is not completely eliminated, which has a problem in that the effect is limited.
또한, 정류부(120)의 출력 전압이 약 20 % 정도의 범위 내에서 상하로 변동하더라도 신호등 발광부(130)의 밝기가 어느 정도 일정하게 유지될 것이 요구되나, 도 2에 도시된 바와 같이 LED는 전압의 변화에 따라 전류가 급격하게 변하는 특성을 가지고 있으므로 정류부(120)의 출력 전압 변동에 따라 밝기의 편차가 심하다는단점이 있다.In addition, even if the output voltage of the rectifier 120 fluctuates up and down within a range of about 20%, the brightness of the traffic light emitter 130 is required to be kept constant to some extent, as shown in FIG. 2. Since the current has a characteristic of rapidly changing according to the change of the voltage, there is a disadvantage that the brightness deviation is severe according to the output voltage variation of the rectifier 120.
그리고, LED로 이루어진 신호등 발광부(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 온도가 상승함에 따라 밝기가 저하되는 특성을 가지고 있는데, 주변 온도가 2 배 이상 높아지면 그 밝기가 대략 50 % 정도 감소되어, 온도 변화에 따라 휘도 변화가 심하다는 단점 또한 가지고 있다.And, as shown in Figure 4, the traffic light emitting unit 130 made of LED has a characteristic that the brightness decreases as the temperature rises. When the ambient temperature rises more than twice, the brightness decreases by approximately 50%. However, there is a disadvantage that the brightness change is severe according to the temperature change.
상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 입력 전압의 변동에도 불구하고 발광 다이오드를 통해 흐르는 전류를 일정하게 유지하도록 제어하는 한편, 부성 온도 계수를 갖는 저항 소자를 이용하여 발광 다이오드의 휘도를 일정하게 유지하도록 하여, 전압 및 온도 변화에 따른 발광 다이오드의 휘도 변화를 보상하는 발광 다이오드를 이용한 교통 신호등 장치를 제공함에 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention controls the current flowing through the light emitting diode to be kept constant despite the change in the input voltage, while the luminance of the light emitting diode is made constant using a resistance element having a negative temperature coefficient. The purpose of the present invention is to provide a traffic light apparatus using a light emitting diode that compensates for a change in brightness of a light emitting diode according to voltage and temperature changes.
도 1은 LED를 이용한 종래의 교통 신호등 장치의 회로적 구성을 간략하게 나타낸 회로 구성도,1 is a circuit diagram schematically showing the circuit configuration of a conventional traffic light device using the LED,
도 2는 LED의 전압 대 전류 특성을 나타낸 도면,2 shows the voltage versus current characteristics of an LED;
도 3은 종래의 교통 신호등 장치에서 LED에 인가되는 입력 전압에 대한 출력 전류의 파형을 나타낸 도면,3 is a view showing the waveform of the output current with respect to the input voltage applied to the LED in the conventional traffic light device,
도 4는 LED의 온도 대 밝기 특성을 나타낸 도면,4 is a diagram showing the temperature versus brightness characteristics of the LED,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전류 제어 기능을 갖는 LED를 이용한 교통 신호등 장치의 회로 구성을 나타낸 구성도,5 is a block diagram showing a circuit configuration of a traffic light device using an LED having a current control function according to an embodiment of the present invention,
도 6은 온도 변화에 따라 저항값이 변화하는 NTC 저항 회로를 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating an NTC resistor circuit in which a resistance value changes with temperature change.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
110 : 전원부 120 : 정류부110: power supply unit 120: rectification unit
130 : 신호등 발광부 C1 : 콘덴서130: signal light emitting unit C1: condenser
R1 ∼ R7, Rs : 저항 RN: NTC 저항R1 to R7, Rs: resistance R N : NTC resistance
ZD: 제너 다이오드 AMP : 증폭기Z D : Zener Diodes AMP: Amplifiers
MOSFET : 금속산화물 전계효과트랜지스터 Vz : 제너 다이오드 전압MOSFET: Metal Oxide Field Effect Transistor Vz: Zener Diode Voltage
Vc : NTC 전압 Vf : 증폭기 출력단 전압Vc: NTC voltage Vf: Amplifier output voltage
VLED: 신호등 발광부 양단 전압 Vp : V1-VLED V LED : Voltage at both ends of traffic light emitting part Vp: V1-V LED
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 전원을 공급하는 전원부; 상기 전원부로부터 공급되는 AC 전압을 전파 정류하는 정류부; 상기 정류부와 병렬로 연결된 평활용 콘덴서; 상기 평활용 콘덴서와 병렬로 연결되되, 저항 및 제너 다이오드가 직렬로 연결된 정전압부; 및 상기 정전압부의 일정한 전압을 공급받아 다수의 발광 다이오드를 통해 발광하는 발광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 제어 기능을 갖는 LED를 이용한 교통 신호등 장치를 제공한다.The present invention to achieve the above object, the power supply for supplying power; A rectifier for full-wave rectifying the AC voltage supplied from the power supply; A smoothing capacitor connected in parallel with the rectifier; A constant voltage unit connected in parallel with the smoothing capacitor and having a resistor and a zener diode connected in series; And it provides a traffic light device using an LED having a current control function characterized in that it comprises a light emitting unit for receiving a constant voltage of the constant voltage unit and emits through a plurality of light emitting diodes.
또한, 본 발명의 제2 목적에 의하면, 전원을 공급하는 전원부; 상기 전원부로부터 공급되는 AC 전압을 전파 정류하는 정류부; 상기 정류부의 출력을 공급받아주변 온도 변화에 따른 전류의 변동을 상쇄하여 출력 전류를 일정하게 유지하도록 부성 온도 계수 저항 소자를 갖는 온도 보상부; 및 상기 온도 보상부의 출력을 공급받아 다수의 발광 다이오드를 통해 발광하는 LED 발광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 보상 기능을 갖는 LED를 이용한 교통 신호등 장치를 제공한다.In addition, according to a second object of the present invention, there is provided a power supply unit for supplying power; A rectifier for full-wave rectifying the AC voltage supplied from the power supply; A temperature compensator having a negative temperature coefficient resistance element that receives the output of the rectifier and cancels a change in current according to a change in ambient temperature to maintain a constant output current; And it provides a traffic light device using the LED having a temperature compensation function characterized in that it comprises an LED light emitting unit for receiving the output of the temperature compensation unit and emits through a plurality of light emitting diodes.
또한, 본 발명의 제3 목적에 의하면, 전원을 공급하는 전원부; 상기 전원부로부터 공급되는 AC 전압을 전파 정류하는 정류부; 상기 정류부와 병렬로 연결된 평활용 콘덴서; 상기 평활용 콘덴서와 병렬로 연결되되, 저항 및 제너 다이오드가 직렬로 연결된 정전압부; 상기 정전압부의 출력을 공급받아 주변 온도 변화에 따른 전류의 변동을 상쇄하여 출력 전류를 일정하게 유지하도록 부성 온도 계수 저항 소자를 갖는 온도 보상부; 및 상기 온도 보상부의 출력을 공급받아 다수의 발광 다이오드를 통해 발광하는 LED 발광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 제어 기능을 갖는 LED를 이용한 교통 신호등 장치를 제공한다.In addition, according to a third object of the present invention, a power supply unit for supplying power; A rectifier for full-wave rectifying the AC voltage supplied from the power supply; A smoothing capacitor connected in parallel with the rectifier; A constant voltage unit connected in parallel with the smoothing capacitor and having a resistor and a zener diode connected in series; A temperature compensator having a negative temperature coefficient resistance element that receives the output of the constant voltage unit and cancels a change in current due to a change in ambient temperature to maintain a constant output current; And it provides a traffic light device using the LED having a current control function characterized in that it comprises an LED light emitting unit for receiving the output of the temperature compensation unit and emits through a plurality of light emitting diodes.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명에 대한 기본적인 개념을 설명하면 다음과 같다.When explaining the basic concept of the present invention.
본 발명은 LED로 이루어진 교통 신호등이 LED에 인가되는 전압의 변화에도불구하고 LED를 통해 흐르는 전류가 일정하게 유지되도록 콘덴서와 저항, 증폭기, MOSFET 등을 직, 병렬로 조합시켜 회로를 구성하는 한편, 주변 온도 변화에도 불구하고 LED를 통해 흐르는 전류를 일정하게 유지하도록 부성 온도 계수 저항 소자를 이용하여 회로를 구성한 것이다.According to the present invention, a circuit is constructed by combining a capacitor, a resistor, an amplifier, a MOSFET, and the like in parallel and directly so that a traffic light made of LED maintains a constant current flowing through the LED despite a change in voltage applied to the LED. The circuit is constructed using a negative temperature coefficient resistor to keep the current flowing through the LED constant despite changes in ambient temperature.
여기서, 부성 온도 계수 저항 소자에 대해 좀 더 상세하게 설명한다.Here, the negative temperature coefficient resistance element will be described in more detail.
부성 온도 계수 저항 소자(NTC: Negative Temperature Coefficient of Registor, 이하 'NTC 소자'라 칭함)는 온도가 상승하면 저항이 변화하는 센서 중 (-) 온도 계수를 갖는 써미스터이다. NTC 소자는 사용 온도가 통상 300 ℃ 미만으로 Co, Mn, Cu, Fe 등의 전이 금속 산화물을 2 종류 또는 그 이상 혼합하고 소결성 향상을 위해 CuO, 저항값 감소를 위해 F2O3나 L12O 를, 저항값 증가를 위해 Cr2O를 첨가하여 1200 ∼ 1400 ℃의 고온에서 소성한 소결체로써, 저항이 (-)의 온도 계수를 갖는다.Negative Temperature Coefficient of Resistance (NTC) is a thermistor having a negative temperature coefficient among the sensors whose resistance changes when the temperature rises. NTC devices have a temperature of less than 300 ° C and usually mix two or more transition metal oxides such as Co, Mn, Cu, Fe, CuO to improve sinterability, and F 2 O 3 or L 12 O to reduce resistance. Is a sintered body calcined at a high temperature of 1200 to 1400 ° C. by adding Cr 2 O to increase the resistance, and the resistance has a negative temperature coefficient.
NTC 소자는 온도에 대한 저항 온도 계수가 커서 미소 온도 및 정밀 측정이 양호하고, 구조가 간단하여 소형화가 가능하며, 압력, 자기, 기타 팩터(Factor)에 대해 둔감한 특성이 있다.The NTC device has a large temperature coefficient of resistance to temperature, which results in good micro-temperature and precision measurements, a simple structure, and miniaturization. It is insensitive to pressure, magnetism, and other factors.
일반적으로 써미스터의 저항값은 표준 온도 25 ℃에서의 무부하 저항치이다. 무부하 저항치는 규정 온도에서 전기적인 열 방산이 없는 상태에서 써미스터의 직류 저항값이다. 이 값을 측정하기 위하여 열이 발생 하더라도 직류 저항치의 변화가 ±0.01 %이내가 되도록 써미스터의 열방산을 제한하여야 한다.In general, the resistance of the thermistor is the no-load resistance at the standard temperature of 25 ° C. The no-load resistance is the dc resistance of the thermistor with no electrical heat dissipation at the specified temperature. In order to measure this value, the thermistor's heat dissipation should be limited so that the change of DC resistance is within ± 0.01% even if heat is generated.
온도의 무부하 상태에서 높은 부 온도 계수를 갖는 NTC 소자의 저항과 온도사이의 관계는 수학식 1과 같이 나타낸다.The relationship between the resistance and the temperature of an NTC device having a high negative temperature coefficient in the no-load state of temperature is expressed by Equation 1.
여기서, R1은 절대온도 T1(K)에서의 저항값을 나타내고, R0는 절대온도 T0(K)에서의 저항값을 나타내며, β는 β 정수, T0및 T1은 절대 온도를 나타낸다.Where R 1 represents the resistance value at absolute temperature T 1 (K), R 0 represents the resistance value at absolute temperature T 0 (K), β is the β integer, and T 0 and T 1 represent the absolute temperature. Indicates.
β 정수는 NTC 소자의 재료 정수로서 저항 - 온도 특성에서 임의의 두 온도 간(T0, T1)의 온도에 대한 저항 변화의 크기를 나타내는 정수이고, 온도가 증가함에 따라서 약간씩 증가하며 재료 및 온도의 범위에 따라 차이가 있다. β 정수가 크다는 것은 온도에 대한 저항 변화가 크다는 것을 의미하며, 특별한 언급이 없다면 β 정수는 25 ℃와 85 ℃의 저항값으로 계산되며, 재료의 조성이나 소결 조건에 따라 결정된다.β constant is the material constant of the NTC device and is an integer indicating the magnitude of the resistance change with respect to the temperature between any two temperatures (T 0 , T 1 ) in the resistance-temperature characteristic, and increases slightly as the temperature increases. It depends on the temperature range. A large β constant means a large change in resistance to temperature, and unless otherwise specified, the β constant is calculated as a resistance value between 25 ° C. and 85 ° C. and depends on the composition of the material and the sintering conditions.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전류 제어 기능을 갖는 LED를 이용한 교통 신호등 장치의 회로 구성을 나타낸 구성도이다.5 is a block diagram showing a circuit configuration of a traffic light device using an LED having a current control function according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 교통 신호등 장치(200)는 전원부(110)와 정류부(120) 및 신호등 발광부(130)가 전기적으로 연결되고, 정류부(120)와 병렬로 평활용 콘덴서(C1)가 연결되며, 저항(R1) 및 제너(Zener) 다이오드(ZD)의 직렬 연결이 평활용 콘덴서(C1)와 병렬로 연결되고 제너 다이오드(ZD)의 양극은 접지되어 있다.Traffic light device 200 according to the present invention is the power supply unit 110 and the rectifier 120 and the traffic light emitting unit 130 is electrically connected, the smoothing capacitor (C1) is connected in parallel with the rectifier 120, The series connection of the resistor R1 and the zener diode Z D is connected in parallel with the smoothing capacitor C1 and the anode of the zener diode Z D is grounded.
또한, 신호등 발광부(130)와 접지 사이에 전계효과 트랜지스터(FET)와저항(Rs)이 직렬로 연결되며, 저항(Rs)의 일측 단자는 접지와 연결되어 있다. 저항(R1) 및 제너 다이오드(ZD)의 연결점인 (가)와 전계효과 트랜지스터(FET) 사이에 NTC 저항(RN)과 증폭기(AMP)가 직렬로 연결되어 있다.In addition, the field effect transistor FET and the resistor Rs are connected in series between the traffic light emitter 130 and the ground, and one terminal of the resistor Rs is connected to the ground. An NTC resistor R N and an amplifier AMP are connected in series between (a), which is a connection point of the resistor R1 and the zener diode Z D , and the field effect transistor FET.
그리고, NTC 저항(RN)과 증폭기(AMP)의 연결점 (나)와 접지 사이에 저항(R2)이 연결되고, 증폭기(AMP)의 출력 단자와 (-) 입력 단자 사이에는 궤환용 저항(R4)이 연결되어 있으며, 전계효과 트랜지스터(FET)와 저항(Rs)의 연결점 (다)와 증폭기(AMP)의 (-) 입력 단자 사이에는 저항(R3)이 연결되는 구성을 갖는다.A resistor R2 is connected between the connection point (b) of the NTC resistor R N and the amplifier AMP and ground, and a feedback resistor R4 is provided between the output terminal of the amplifier AMP and the negative input terminal. ) Is connected, and a resistor R3 is connected between the connection point (c) of the field effect transistor (FET) and the resistor (Rs) and the (-) input terminal of the amplifier (AMP).
위의 구성에서, 전계효과 트랜지스터(FET)는 입력 전압으로 출력 전류를 제어하는 소자로써, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET: Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)로 구현하였으나, 다른 반도체 증폭 소자로 대체하여 구성할 수 있다. 전계효과 트랜지스터(FET)는 입력 게이트가 산화 실리콘 박막으로 절연되어 있는 트랜지스터로 상당히 높은 입력 임피던스를 갖고 있다.In the above configuration, the field effect transistor (FET) is an element that controls the output current with an input voltage, and is implemented as a metal oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET), but with another semiconductor amplification element. It can be configured alternatively. Field effect transistors (FETs) are transistors whose input gates are insulated with a thin silicon oxide film and have a fairly high input impedance.
증폭기(AMP)는 연산 증폭기(Operational Amplifier)로서, 두 개의 차동 입력(+, -)과 하나의 출력 단자를 가진다. 증폭기(AMP)는 기본적으로 두 입력 단자간 전압의 차이를 증폭하여 출력하는 것으로, 차동 입력의 (+) 입력측 전압이 높으면 출력도 (+)로 되고 (-) 입력측 전압이 높으면 출력은 (-)로 된다. 그러나 이렇게 하면 증폭도가 무한대에 가까운 크기가 되기 때문에 차동 입력 전압이 있으면 출력은 (+) 또는 (-)의 최대치로 되어 실용적으로 사용할 수 있는 증폭기로 작동하지 않게 된다. 따라서, 출력이 저항(R4)을 통해 (-) 입력측으로 궤환되도록 하는 부궤환을 걸어 줌으로써, 차동 입력의 전압 차이를 상쇄시키는 작용을 하게 하였다.The amplifier AMP is an operational amplifier and has two differential inputs (+,-) and one output terminal. The amplifier (AMP) basically amplifies the difference between the voltages between the two input terminals and outputs the output.If the positive input voltage of the differential input is high, the output becomes positive, and if the input voltage is high, the output is negative. It becomes However, this results in an amplification near infinity, so if there is a differential input voltage, the output will be at the maximum of (+) or (-) and will not work as a practically usable amplifier. Therefore, the negative feedback which causes the output to be fed back to the negative input side through the resistor R4 is made to cancel the voltage difference of the differential input.
제너 다이오드(ZD)는 PN 접합의 항복(Breakdown) 영역에서 동작 특성이 나타나도록 제작된 정전압용 다이오드이다. PN 반도체의 도핑 레벨(Doping Level)을 변화시켜서 2 ~ 200 [V]의 항복 범위를 갖도록 해당 전압별로 제작된다. 제너 항복은 애벌런취(Avalanche) 항복과 달리 다이오드가 강하게 도핑(Doping)되면 공핍층이 대단히 좁아지는데, 공핍층에서 인가되는 전계의 세기가 300,000 [V/cm]정도가 되면 가전자대 전자가 전도대로 충분히 끌어 올려져 도전 상태가 된다. 이러한 형태에 의한 항복을 말하며, 고전계방출(High Field Emission)이라고도 한다. 제너 다이오드(ZD)의 특성에서 항복 전압 Vz 에 도달하기까지 역방향 전류는 무시할 수 있다.Zener diode (Z D ) is a diode for constant voltage fabricated to exhibit operating characteristics in the breakdown region of the PN junction. By changing the doping level of the PN semiconductor is produced by the corresponding voltage to have a breakdown range of 2 ~ 200 [V]. Zener breakdown, unlike Avalanche breakdown, when the diode is strongly doped, the depletion layer becomes very narrow.When the intensity of the applied field in the depletion layer reaches 300,000 [V / cm], the valence band electrons It is pulled up sufficiently to become a conductive state. This form of surrender is referred to as high field emission. The reverse current can be ignored until the breakdown voltage Vz is reached in the characteristics of the zener diode Z D.
NTC 저항(RN)은 앞에서 설명한 바와 같이 온도 변화에 따라 저항값이 변화하는 저항 소자로서, 더욱 상세히 설명하면 도 6과 같이 나타낼 수 있다.As described above, the NTC resistor R N is a resistor in which a resistance value changes according to a temperature change. The NTC resistor R N may be described in detail with reference to FIG. 6.
도 6에 도시된 바와 같이, NTC 저항(RN)은 제너 다이오드(ZD)의 제너 전압(VZ)과 NTC 전압(Vc) 사이에 저항(R5)과 저항(R7)을 직렬로 연결하고, 저항(R5)에 대해 병렬로 NTC(R6)를 연결한 구성을 갖는다.As shown in FIG. 6, the NTC resistor R N connects the resistor R5 and the resistor R7 in series between the zener voltage V Z and the NTC voltage Vc of the zener diode Z D. , In which the NTC R6 is connected in parallel to the resistor R5.
이어, 위와 같이 구성된 교통 신호등 장치(200)의 바람직한 동작에 대해 구체적으로 설명한다.Next, the preferred operation of the traffic light device 200 configured as described above will be described in detail.
전원부(110)로부터 AC 전원이 공급되면, 정류부(120)에 의해 전파 정류되어 콘덴서(C1)로 평활화된 전압이 저항(R1)과 제너 다이오드(ZD)의 직렬 구조에 인가된다. 이때, 제너 다이오드(ZD)의 양단에는 제너 전압(VZ)이 발생하고, 제너 다이오드(ZD)에 직렬로 연결된 저항(R1)에는 양단 전압(VE)이 인가된다. 여기서, 제너 전압(VZ)은 전원 전압이 변한다고 하더라도 일정한 전압을 유지하므로, 전원 전압의 변화는 저항(R1)의 양단 전압(VE)의 변화를 가져온다.When AC power is supplied from the power supply unit 110, the voltage rectified by the rectifier 120 and smoothed to the capacitor C1 is applied to the series structure of the resistor R1 and the zener diode Z D. At this time, both ends of the Zener diode (D Z) and has a Zener voltage (V Z) occurs, the Zener diode resistor (R1) connected in series (D Z) is applied to the both-end voltage (V E). Here, since the Zener voltage V Z maintains a constant voltage even if the power supply voltage changes, the change in the power supply voltage causes a change in the voltage V E of both ends of the resistor R1.
도 5에서, 콘덴서(C1) 양단의 전압(V1)은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.In FIG. 5, the voltage V1 across the capacitor C1 may be represented by Equation 2 below.
여기서, V1은 입력 전압, VLED는 신호등 발광부(130)의 양단 전압, VP는 입력 전압에서 신호등 발광부(130)의 양단 전압을 제외한 전압, 즉 접지에서 저항(Rs)을 경유해 전계효과 트랜지스터(FET)의 드레인(Drain)까지의 전압을 나타낸다.Here, V1 is the input voltage, V LED is the voltage at both ends of the traffic light emitting unit 130, V P is the voltage except the voltage at both ends of the traffic light emitting unit 130 from the input voltage, that is, the electric field through the resistor (Rs) at ground The voltage up to the drain of the effect transistor FET is shown.
한편, 증폭기(AMP)의 (+) 입력 단자에 인가되는 NTC 전압(Vc)은 수학식 3과 같이 얻어진다.On the other hand, the NTC voltage Vc applied to the positive input terminal of the amplifier AMP is obtained as shown in Equation (3).
NTC 전압(Vc)은 증폭기(AMP)의 (+) 입력 단자로 인가되고, 증폭기(AMP)의 출력단의 출력은 전계효과 트랜지스터(FET)의 게이트 단자로 인가됨과 더불어 일부 증폭기(AMP)의 (-) 입력 단자로 저항(R4)을 통해 부궤환된다. 따라서, NTC 전압(Vc)과 연결점 (다)의 전압(Vf)은 비슷한 값이 되도록 제어된다.The NTC voltage Vc is applied to the positive input terminal of the amplifier AMP, and the output of the output terminal of the amplifier AMP is applied to the gate terminal of the field effect transistor FET. ) Is negative feedback through the resistor (R4) to the input terminal. Therefore, the NTC voltage Vc and the voltage Vf at the connection point (c) are controlled to be similar values.
증폭기(AMP)의 출력은 전계효과 트랜지스터(FET)의 게이트 단자에 인가되어, 전계효과 트랜지스터(FET)가 작동됨으로써, 전계효과 트랜지스터(FET)의 소스(Source)에서 드레인을 경유해 신호등 발광부(130)로 전류가 흐르게 된다. 이때, 신호등 발광부(130)로 흐르는 LED 전류(ILED)는 수학식 4와 같이 얻어진다.The output of the amplifier AMP is applied to the gate terminal of the field effect transistor FET, so that the field effect transistor FET is operated, so that the signal light emitting part (eg, a source of the field effect transistor FET passes through a drain). 130 flows through the current. At this time, the LED current (I LED ) flowing to the traffic light emitting unit 130 is obtained as shown in Equation 4.
여기서, 만일 예컨대, Rs = 75 Ω이고, Vc = 3 V 이면 ILED는 40 mA가 된다. 수학식 4로부터, NTC 전압(Vc)을 제어함으로써 신호등 발광부(130)로 흐르는 전류를 조절할 수 있음을 알 수 있다.Here, for example, if Rs = 75 Ω and Vc = 3 V, the I LED is 40 mA. It can be seen from Equation 4 that the current flowing to the traffic light emitting unit 130 can be adjusted by controlling the NTC voltage Vc.
표 1은 본 출원인이 실험을 통하여 얻은 온도 변화에 따른 NTC 저항값과 NTC 전압(Vc), NTC 전압을 정규화한 값, 신호등 발광부(130)의 LED의 휘도값, 최종 휘도값 등을 나타낸 것이다. 표 1은 도 5 및 도 6에서 제너 전압(VZ)이 17 V 이고, 저항(R2)이 7 KΩ, 저항(R5)은 47 KΩ, 저항 R7은 20 KΩ, NTC 저항은 25 ℃에서 15 KΩ을 사용한 경우의 실험값이다.Table 1 shows the NTC resistance value, NTC voltage (Vc), NTC voltage, the normalized value, the luminance value of the LED of the traffic light emitter 130, the final luminance value, etc. according to the temperature change obtained by the applicant through the experiment. . Table 1 shows a Zener voltage (V Z ) of 17 V in FIGS. 5 and 6, resistance R2 of 7 KΩ, resistance R5 of 47 KΩ, resistance R7 of 20 KΩ, NTC resistance of 15 KΩ at 25 ° C. It is an experimental value when using.
표 1에서, 온도가 25 ℃일 때 NTC 전압(Vc)은 0.182 VZ이므로 3.094 V가 되고, 제어 전류(ILED)는 대략 41 mA가 된다. 온도가 70 ℃일 경우, NTC 전압(Vc)은 0.232 VZ이므로 3.944 V가 되고, 제어 전류(ILED)는 대략 52 mA가 된다. 그리고, 온도가 -20 ℃일 경우, NTC 전압(Vc)은 0.1168 VZ이므로 1.9856 V가 되고, 제어 전류(ILED)는 대략 26 mA가 된다.In Table 1, when the temperature is 25 ° C, the NTC voltage (Vc) is 0.182 V Z , and thus 3.094 V, and the control current (I LED ) is approximately 41 mA. When the temperature is 70 ° C, the NTC voltage (Vc) is 0.232 V Z, so it is 3.944 V, and the control current (I LED ) is approximately 52 mA. When the temperature is -20 ° C, since the NTC voltage Vc is 0.1168 V Z , the temperature is 1.9856 V, and the control current I LED is approximately 26 mA.
여기서, 온도가 25 ℃ 일 때의 NTC 전압(Vc)을 1로 정규화할 경우, 온도가 70 ℃로 변화하게 되면, 1.27 배의 LED 전류(ILED)가 흐르게 되고, 신호등 발광부(130)의 LED의 휘도는 도 4에 도시된 바와 같이 온도가 25 ℃ 일 때에 비해 70 % 정도의 성능을 보이게 된다. 따라서, 최종 휘도는 1.27*0.7로 계산되어 0.889로 나타나고, 25 ℃ 일 때에 비하여 약 10 % 정도의 휘도 감소를 보였다.Here, when the NTC voltage (Vc) when the temperature is 25 ℃ normalized to 1, when the temperature is changed to 70 ℃, 1.27 times the LED current (I LED ) flows, the signal light emitting unit 130 As shown in FIG. 4, the brightness of the LED shows about 70% of the performance when the temperature is 25 ° C. FIG. Therefore, the final luminance was calculated as 1.27 * 0.7 and appeared as 0.889, and the luminance was decreased by about 10% compared with the 25 ℃.
온도가 -20 ℃ 일 경우에는 25 ℃일 때보다 0.64 배의 LED 전류(ILED)가 흐르게 되고, LED의 휘도는 도 4에 도시된 바와 같이 온도가 25 ℃ 일 때에 비해 140 % 정도의 성능을 보여 1.4 배로 증가하였으며, 최종 휘도는 0.64*1.4로 계산되어 0.896로 나타나, 25 ℃ 일 때에 비하여 약 10 % 정도의 휘도 감소를 보였다.If the temperature is -20 ℃, 0.64 times the LED current (I LED ) flows than when the 25 ℃, the brightness of the LED is about 140% performance compared to when the temperature is 25 ℃ as shown in FIG. It was increased 1.4 times, and the final luminance was calculated as 0.64 * 1.4, which is 0.896, which showed about 10% decrease in luminance compared to 25 ℃.
즉, 신호등 발광부(130)에 있는 LED의 온도 변화에 따라 휘도 특성이 70 %에서 140 % 까지 변하여도 온도에 따라 부성 특성을 가지는 NTC 저항을 이용하여 인가 전류를 제어함으로써 최종 휘도를 ± 10 % 이내로 보상해줄 수 있음을 알 수 있다.That is, even if the luminance characteristic varies from 70% to 140% according to the temperature change of the LED in the traffic light emitter 130, the final luminance is controlled by ± 10% by controlling the applied current using an NTC resistor having negative characteristics according to the temperature. It can be seen that it can be compensated within.
또한, 입력 전압(V1)이 변화하더라도 증폭기(AMP)에 의해 VcVf가 되도록 제어됨으로써, 전류는 일정하게 제어되어 VLED는 일정하게 되며, 결국 입력 전압(V1)의 변화분 만큼 전계효과 트랜지스터(FET)에서 나머지 전압 변동분을 흡수하게 된다.Also, even if the input voltage V1 changes, the amplifier AMP causes Vc. By being controlled to be Vf, the current is constantly controlled so that the V LED is constant, and eventually absorbs the remaining voltage variation in the field effect transistor FET by the change in the input voltage V1.
따라서, 입력 전압(V1)이 상승하더라도 Vp 만 상승할 뿐 VLED는 일정하게 유지되며, 온도가 고온이 되면 NTC 저항(RN)에 의해 NTC 전압(Vc)이 상승하게 되어 온도에 따른 보상이 이루어지게 된다. 이는 NTC 저항(RN)이 도 4에 도시된 바와 같이 저온에서는 저항값이 상승하여 NTC 전압(Vc)이 적어지게 하는 것과, 고온에서는 저항값이 하강하여 NTC 전압(Vc)을 커지게 하는 성질에 의한 것이다.Therefore, even if the input voltage V1 rises, only Vp rises, but the V LED remains constant. When the temperature becomes high, the NTC voltage Vc rises due to the NTC resistor R N. Will be done. This is because the NTC resistance (R N ), as shown in FIG. 4, causes the resistance value to increase at low temperatures to decrease the NTC voltage (Vc), and at high temperatures, the resistance value drops to increase the NTC voltage (Vc). It is by.
본 발명의 실시예에 의하면, 입력 전압의 변동에도 불구하고 발광 다이오드를 통해 흐르는 전류를 일정하게 유지하도록 제어하는 한편, 부성 온도 계수를 갖는 저항 소자를 이용하여 발광 다이오드의 휘도를 일정하게 유지하도록 하여, 전압 및 온도 변화에 따른 발광 다이오드의 휘도 변화를 보상하는 발광 다이오드를 이용한 교통 신호등 장치를 실현할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the current flowing through the light emitting diode is kept constant despite the change in the input voltage, and the luminance of the light emitting diode is kept constant by using a resistor having a negative temperature coefficient. In addition, it is possible to realize a traffic light apparatus using a light emitting diode that compensates for a change in luminance of the light emitting diode according to a change in voltage and temperature.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 제너 다이오드 및 그 제어 회로를 사용함으로써, 입력 전압의 변화에도 불구하고 LED에 흐르는 전류가 일정하게 제어되므로 LED의 휘도를 일정한 상태로 유지할 수 있을 뿐만 아니라 120 ㎐의 플리커(Flicker) 현상도 발생하지 않는다.As described above, according to the present invention, the use of the zener diode and its control circuit allows the current flowing through the LED to be constantly controlled in spite of the change in the input voltage. Flicker does not occur.
그리고, NTC 저항 소자를 사용함으로써 온도 변화에 따른 발광 다이오드의 휘도 변동을 보상할 수 있어 일정한 휘도를 유지할 수 있다.In addition, by using the NTC resistive element, it is possible to compensate for the fluctuation of the brightness of the light emitting diode according to the temperature change, thereby maintaining a constant brightness.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020030019645A KR20040084512A (en) | 2003-03-28 | 2003-03-28 | Traffic Signal Light Device Capable of Controlling Electric Current Through LED |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020030019645A KR20040084512A (en) | 2003-03-28 | 2003-03-28 | Traffic Signal Light Device Capable of Controlling Electric Current Through LED |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20040084512A true KR20040084512A (en) | 2004-10-06 |
Family
ID=37368069
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020030019645A KR20040084512A (en) | 2003-03-28 | 2003-03-28 | Traffic Signal Light Device Capable of Controlling Electric Current Through LED |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20040084512A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20060035028A (en) * | 2004-10-20 | 2006-04-26 | (주)티티엘컴 | One signal lamp to display residual time and apparatus for supplying it with power |
KR100753665B1 (en) * | 2006-10-17 | 2007-08-31 | 삼성전기주식회사 | Constant current driving circuit for luminescent diode |
CN101986364A (en) * | 2010-09-02 | 2011-03-16 | 南京宏控科技有限公司 | Road traffic signal control machine |
EP3820253A1 (en) * | 2019-11-11 | 2021-05-12 | GaN Power Technology Co., Ltd. | Led driving structure |
-
2003
- 2003-03-28 KR KR1020030019645A patent/KR20040084512A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20060035028A (en) * | 2004-10-20 | 2006-04-26 | (주)티티엘컴 | One signal lamp to display residual time and apparatus for supplying it with power |
KR100753665B1 (en) * | 2006-10-17 | 2007-08-31 | 삼성전기주식회사 | Constant current driving circuit for luminescent diode |
CN101986364A (en) * | 2010-09-02 | 2011-03-16 | 南京宏控科技有限公司 | Road traffic signal control machine |
EP3820253A1 (en) * | 2019-11-11 | 2021-05-12 | GaN Power Technology Co., Ltd. | Led driving structure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10426009B2 (en) | Apparatus for precise temperature brightness compensation of LED | |
US6366068B1 (en) | Switching power supply with overcurrent protection and method | |
US9820344B1 (en) | Led thyristor switched constant current driver | |
US7646242B2 (en) | Operational amplifier circuit, constant voltage circuit using the same, and apparatus using the constant voltage circuit | |
US20090323376A1 (en) | Semiconductor device, integrated circuit including the semiconductor device, control ic for switching power supply and the switching power supply | |
US20140191670A1 (en) | Circuit for adjusting led current | |
US10405389B2 (en) | Flickerless LED driver device | |
US9974129B1 (en) | Circuit and method for LED current regulation and ripple control | |
KR20060044625A (en) | Voltage detection circuit, power supply unit and semiconductor device | |
US8193733B2 (en) | LED driver circuit | |
US9775210B2 (en) | Lighting circuit, luminaire, and illumination system | |
US8547030B2 (en) | Current source, current source arrangement and their use | |
US4253055A (en) | Adjustable switching current regulator | |
US20220085804A1 (en) | Advanced gate drivers for silicon carbide bipolar junction transistors | |
TWI738416B (en) | A power mosfet drain-source on resistance (rdson) compensation device | |
US20200371538A1 (en) | Power control semiconductor device, variable output voltage power supply, and designing method | |
CN104113961A (en) | Drive Control Of Semiconductor Light Emitting Element | |
US20070200546A1 (en) | Reference voltage generating circuit for generating low reference voltages | |
KR20040084512A (en) | Traffic Signal Light Device Capable of Controlling Electric Current Through LED | |
KR0155183B1 (en) | Isolated switching power source | |
KR100457878B1 (en) | Ballast Circuit for LED Lamp | |
KR101793384B1 (en) | Lighting apparatus | |
TWI604757B (en) | Line voltage compensation system for LED constant current control | |
US4139798A (en) | Temperature compensation circuit for image intensifiers | |
KR102592229B1 (en) | Power Supply for LED Lamp |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |