KR20120093740A

KR20120093740A - 엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템

Info

Publication number: KR20120093740A
Application number: KR1020110033887A
Authority: KR
Inventors: 윤재식; 위정철; 원동선
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2012-08-23
Also published as: KR101254400B1; KR20120093741A; KR101254396B1

Abstract

이 발명은 원격지에서 다수의 엘이디 가로등의 온/오프 및 조도(dimming)를 제어하는 시스템에 관한 것이다.
이 발명에 따른 엘이디 가로등에 구비된 엘이디 램프의 온/오프 및 조도를 제어하는 조도제어기는, 전력선에 연결되어 중계장치와 전력선통신을 수행하는 전력선커플링부 및 전력선통신부와; 상기 엘이디 램프에 공급되는 전력의 전류와 전압을 동일 위상이 되도록 하여 역률을 보정하는 역률보정회로와; 상기 전력선통신부를 통해 중계장치로부터 조도조절신호를 수신하여 그에 따른 펄스폭변조신호가 생성되도록 하고, 상기 엘이디 램프가 정상적으로 점등되는 동안에만 상기 역률보정회로가 구동되도록 제어하는 마이크로프로세서와; 상기 역률보정회로에서 역률이 보정된 전력으로부터 상기 엘이디 램프를 구동하기 위한 구동전원을 생성하는 LED구동SMPS회로와; 상기 펄스폭변조신호를 입력받아 상기 LED구동SMPS회로에서 생성된 구동전원으로부터 상기 펄스폭변조신호의 펄스폭에 따른 정전류를 생성하여 상기 엘이디 램프에 공급하는 LED정전류회로와; 상기 마이크로프로세서의 제어를 받아 상기 역률보정회로를 구동하거나 구동차단하는 PFC구동차단회로를 포함한다.

Description

엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템 {Remote Dimming Control and Monitoring System of LED Street Light}

이 발명은 엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원격지에서 엘이디 가로등의 온/오프 및 조도(dimming)를 제어하는 시스템에 관한 것이다.

가로등은 거리의 조명이나 교통의 안전 또는 미관 등을 위하여 길가를 따라 설치해 놓은 등을 말하며, 전통적으로 메탈할라이드나 나트륨등으로 설치되어 운영되고 있다. 가로등 원격 제어시스템으로서, 각 가로등에 식별번호를 부여하고 중앙관제소에서 각 가로등을 온(점등)/오프(소등) 제어한다.

즉, 종래의 가로등 원격 제어시스템은 각 가로등을 점등 또는 소등 제어만을 할 수 있기 때문에 외부의 조도나 교통량에 따른 정밀한 조도 제어를 할 수 없다. 즉, 종래의 가로등 원격 제어시스템의 경우에는 가로등들 중 일부는 점등하고 일부는 소등하는 방식으로 전체 조도를 제어하는데, 이렇게 격등 방식으로 조도를 제어하면 어둡고 밝은 구간이 반복됨으로써 균일한 조도를 얻을 수 없고 교통사고 유발 등의 문제점이 발생한다.

한편, 메탈할라이드나 나트륨등으로 이루어진 전통적인 가로등은 에너지 소모량과 환경오염 등의 문제가 제기되며, 최근 엘이디 가로등으로 교체되는 추세인 바, 원격지의 중앙 관제센터에서 엘이디 가로등의 온(점등)/오프(소등) 뿐만 아니라 조도를 보다 정밀하고 균일하게 제어하기 위한 기술이 필요하다.

상술한 종래기술의 필요성을 충족시키기 위해 안출된 이 발명의 목적은, 원격지의 중앙 관제센터에서 다수의 엘이디 가로등의 점등/소등뿐만 아니라 조도를 제어하면서 소비전력을 최소화할 수 있는 시스템을 제공하기 위한 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 전력선통신을 이용한 엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템은, 엘이디 가로등에 구비된 엘이디 램프의 온/오프 및 조도를 제어하는 조도제어기와, 상기 조도제어기와 전력선통신을 하여 상기 엘이디 램프가 제어되도록 하는 중계장치를 포함한 전력선통신을 이용한 엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템에 있어서, 상기 조도제어기는, 전력선에 연결되어 상기 중계장치와 전력선통신을 수행하는 전력선커플링부 및 전력선통신부와; 상기 엘이디 램프에 공급되는 전력의 전류와 전압을 동일 위상이 되도록 하여 역률을 보정하는 역률보정회로와; 상기 전력선통신부를 통해 상기 중계장치로부터 조도조절신호를 수신하여 상기 조도조절신호에 따른 펄스폭변조신호가 생성되도록 하고, 상기 엘이디 램프가 정상적으로 점등되는 동안에만 상기 역률보정회로가 구동되도록 제어하는 마이크로프로세서와; 상기 역률보정회로에서 역률이 보정된 전력으로부터 상기 엘이디 램프를 구동하기 위한 구동전원을 생성하는 LED구동SMPS회로와; 상기 펄스폭변조신호를 입력받아 상기 LED구동SMPS회로에서 생성된 구동전원으로부터 상기 펄스폭변조신호의 펄스폭에 따른 정전류를 생성하여 상기 엘이디 램프에 공급하는 LED정전류회로와; 상기 마이크로프로세서의 제어를 받아 상기 역률보정회로를 구동하거나 구동차단하는 PFC구동차단회로를 포함한 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 이 발명에 따르면 엘이디 가로등의 점등/소등 뿐만 아니라 정밀하고 균일한 조도를 제어할 수 있고, 엘이디 램프이 점등되거나 소등될 때 소비전력을 최소화하여 에너지를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 이 발명에 따른 전력선통신을 이용한 엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템의 구성 블록도이다.
도 2는 이 발명에 따른 중계장치의 내부 구성 블록도이다.
도 3은 이 발명에 따른 조도제어기의 내부 구성 블록도이다.
도 4는 이 발명에 따른 PFC구동차단회로의 상세 회로도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하며 이 발명의 한 실시예에 따른 전력선통신을 이용한 엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 이 발명에 따른 전력선통신을 이용한 엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템의 구성 블록도이다.

이 발명에 따른 전력선통신을 이용한 엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템은, 각각의 엘이디 가로등(10)에 구비된 엘이디(LED) 램프(11b)의 온/오프 및 조도를 직접 제어하는 조도제어기(11a)와, 다수의 조도제어기(11a)와 전력선통신(PLC; Powr Line Communication)을 수행하여 상기 다수의 엘이디 램프(11b) 각각에 대해 온/오프 및 조도가 제어되도록 하는 중계장치(12)와, 상기 중계장치(12)와 무선통신망(13)으로 통신하여 원격지에서 상기 다수의 엘이디 가로등의 상태를 감시하고 중계장치(12)를 통해 상기 다수의 엘이디 가로등(10)을 각각 제어하는 관제서버(14)를 포함한다.

관제서버(14)는 원격지의 중앙 관제센터에 구비되며 각 엘이디 가로등(10)에 대한 정보 및 상태 등을 저장하는 데이터베이스가 연결된다. 무선통신망(13)은 CDMA 망 또는 TRS 망일 수 있다. 중계장치(12)는 가로등 분전함에 설치되고, 무선통신망(13)을 통해 중앙 관제센터의 관제서버(14)와 통신하며, 다수의 조도제어기(11a)와 전력선통신을 하여 각 조도제어기(11a)를 통해 엘이디 가로등의 상태를 수집하여 관제서버(14)에게 전달하고 관제서버(14)로부터 입력되는 제어신호에 따라 각 조도제어기(11a)를 제어한다. 여기서, 관제서버(14)로부터 각 조도제어기(11a)에 전달되는 제어신호는 조도조절신호를 포함하는데, 이 조도조절신호는 엘이디 램프(11b)의 조도가 0%(소등)에서부터 100%(최대 밝기로 점등) 사이의 임의의 밝기로 조절되도록 한다.

도 2는 이 발명에 따른 중계장치의 내부 구성 블록도이다.

이 발명에 따른 중계장치는, 마이크로프로세서(20)와, 외부 입력전원으로부터 구동전원을 생성하여 각 구성요소에 공급하는 구동전원공급부(21)와, 무선통신망(13)을 통해 관제서버(14)와 통신하는 무선통신모듈(22)과, 지피에스(Global Positioning System) 신호를 수신하여 위치를 파악하는 GPS모듈(23)과, 마이크로프로세서(20)의 제어를 받아 각 엘이디 가로등(10)의 조도제어기(11a)와 전력선 통신을 하기 위한 전력선커플링부(24) 및 전력선통신부(25)와, 마이크로프로세서(26)의 제어를 받아 각 가로등 분전함의 엘이디 가로등에게 공급되는 전력의 MC(Magnetic Contactor)를 제어하는 릴레이제어부(26)와, 각 엘이디 가로등에 공급되는 전력선의 전류를 검출하여 마이크로프로세서(20)에게 제공하는 전류계(CT)(27)와, 각 엘이디 가로등에 공급되는 전력선의 누설전류를 검출하여 마이크로프로세서(20)에게 제공하는 누설전류계(ZCT)(28)와, 분전함 도어의 개폐 또는 모션센서의 가동을 검출하여 마이크로프로세서(20)에게 제공하는 디지털인/아웃회로부(29)와, 마이크로프로세서(20)의 제어를 받아 중계장치의 동작 상태를 표시하는 표시부(30)를 포함한다.

중계장치(12)는 상기 마이크로프로세서(20)가 전력량계 및 조도센서와 통신을 수행하도록 하는 RS485드라이브와, 상기 마이크로프로세서(20)가 GSM 또는 TRS와 통신을 수행하도록 하는 RS232드라이브를 더 포함할 수도 있다. 무선통신망(13은 CDMA망이고 무선통신모듈(22)은 CDMA모듈인 것이 바람직하며, 이 경우 RS232드라이브는 CDMA망 이외의 무선통신망 즉, GSM 망을 이용하여 관제서버(14)와 통신할 수 있도록 한다.

표시부(30)는 LED 디스플레이와 LCD 디스플레이를 포함하며, 중계장치(12)와 관제서버(14)와의 통신 상태와 중계장치(12)와 각 엘이디 가로등(10)과의 통신상태 및 각 엘이디 가로등(10)의 상태를 표시한다.

또한, 중계장치(12)는 충전용 배터리를 더 구비하여 상기 구동전원공급부(21)에 이상이 발생하더라도 일정한 시간동안 정상적으로 구동될 수 있다. 구동전원공급부(21)는 전력선의 과전류 및 서지전압을 차단하여 중계장치를 보호하는 과전류및서지보호회로와 노이즈필터와, SMPS(switched-mode power supply)를 포함하여 이루어진다.

전력선커플링부(24)는 구동전원공급부(21)에 입력되는 상용전원과는 별개의 선을 분리하여 3상4선형식으로 구성하여, AC220V 3상4선 또는 AC220V 단상에서 전력선통신뿐만 아니라 실선을 이용한 전력선통신이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

마이크로프로세서(20)는 관제서버(14)와의 통신을 통해 각 엘이디 가로등의 조도조절신호를 수신하고, 해당 엘이디 가로등의 조도제어기에게 그 조도조절신호를 전달한다. 이 조도조절신호는 각 엘이디 램프(11b)의 조도가 0%(소등) ~ 100%(최대 밝기로 점등)가 되도록 하는 신호이다.

도 3은 이 발명에 따른 조도제어기(11a)의 내부 구성 블록도이다.

전력선(AC 입력)에 연결되어 과전류 및 서지로부터 조도제어기(11a)를 보호하는 보호회로부(301)와, 보호회로부(301)에서 과전류 및 서지전압이 제거된 전력선 입력으로부터 전력선통신을 수행하는 전력선커플링부(302) 및 전력선통신부(303)와, 보호회로부(301)에서 과전류 및 서지전압이 제거된 전력선 입력으로부터 구동전원을 생성하는 SMPS전원회로(304)와, 보호회로부(301)에서 과전류 및 서지전압이 제거된 전력의 전류와 전압을 동일한 위상이 되도록 역률을 보정하는 역률보정회로(PFC; Power Factor Collection)(305)와, SMPS전원회로(304)와 역률보정회로(305)에서 발생하는 노이즈를 저감하면서 임피던스를 분리시키는 노이즈&임피던스필터(306)와, 역률보정회로(305)에서 역률이 보정된 전력으로부터 엘이디램프를 구동하기 위한 구동전원을 생성하는 LED구동SMPS회로(307)와, LED구동SMPS회로(307)에서 생성된 구동전원으로부터 엘이디 램프(LED 램프)(11b)에 정전류를 공급하는 LED정전류회로(308)와, 전력선통신부(303)를 통해 중계장치(12)와 전력선통신을 수행하는 마이크로프로세서(309)와, 마이크로프로세서(309)의 제어를 받아 역률보정회로(305)를 구동 또는 구동차단하는 PFC(Power Factor Collection)구동차단회로(310)와, 누선CT로부터 누설전류를 검출하여 마이크로프로세서(309)에게 제공하는 AD변환기(311)와, LED구동SMPS회로(307)의 고장여부를 검출하여 마이크로프로세서(309)에게 제공하는 컨버터고장검출회로(312)와, 마이크로프로세서(309)의 제어를 받아 LED정전류회로(308)에서 엘이디 램프(11b)에 공급되는 정전류의 세기가 조절되도록 하는 조도제어회로(313)와, 엘이디 램프(11b)의 고장을 검출하는 부하고장검출회로(314)와, 조도제어기(11a)의 장치 어드레스를 설정하는 적외선(IR: Infrared Ray)회로(315)와, 조도제어기(11a)의 상태 및 전력선통신상태를 표시하는 다수의 LED(316)를 포함한다.

상술한 조도제어기(11a)의 회로 동작을 설명한다. 전력선 입력은 보호회로부(301)를 통해 과전류와 서지전압이 제거된 후 전력선커플링부(302)와 임피던스&노이즈필터(306)에 공급된다. 전력선커플링부(302)는 전력선 입력으로부터 전력선신호를 추출하고 전력선통신부(303)는 전력선신호로부터 중계장치(12)로부터 입력되는 조도조절신호를 추출하여 마이크로프로세서(309)에게 제공한다. 마이크로프로세서(309)는 그 조도조절신호에 따라 조도제어회로(313)의 펄스폭변조(PWM)신호의 펄스폭을 조절하여 LED정전류회로(308)에서 엘이디 램프(11b)에 공급되는 정전류의 세기가 조절되도록 한다. 즉, 엘이디 램프(11b)의 조도를 높일 경우에는 정전류의 세기가 커지도록 하고, 엘이디 램프(11b)의 조도를 낮출 경우에는 정전류의 세기가 낮아지도록 한다. 물론, 엘이디 램프(11b)를 소등할 경우에는 조도제어회로(313)의 펄스폭변조신호를 오프시켜 엘이디 램프(11b)에 정전류가 공급되지 않도록 한다.

한편, 마이크로프로세서(309)는 부하고장검출회로(314)를 통해 엘이디 램프(11b)의 고장 여부를 검출하고, 컨버터고장검출회로(312)와 AD변환기(311)를 통해 각각 LED구동SMPS회로(307)의 고장여부와 누설전류를 검출한다. 마이크로프로세서(309)는 부하고장검출회로(314)에서 엘이디 램프(11b)가 고장난 것으로 검출되거나 컨버터고장검출회로(312)에서 LED구동SMPS회로(307)가 고장난 것으로 검출되거나 AD변환기(311)누설전류가 검출되어 엘이디 램프(11b)를 점등시킬 수가 없거나 중계장치로부터 입력된 조도조절신호에 의해 엘이디 램프(11b)를 소등시키고자 할 경우, PFC구동차단회로(310)를 동작시켜 역률보정회로(305)의 구동을 차단시킨다. 물론, 마이크로프로세서(309)는 엘이디 램프(11b)가 정상적으로 점등될 경우에는 그 조도에 관계없이 PFC구동차단회로(310)를 동작시키지 않음으로써 역률보정회로(305)가 정상적으로 구동되도록 한다.

이렇게 마이크로프로세서(309)가 PFC구동차단회로(310)를 동작시켜 역률보정회로(305)를 구동 또는 구동차단하는 이유를 설명한다.

역률보정회로(305)는 엘이디 램프(11b)에 공급되는 전력의 전압과 전류가 동일한 위상이 되도록 함으로써, 소비전력을 저감하기 위한 회로이다. 그러나, 엘이디 램프(11b)가 소등되거나 고장으로 인하여 점등될 수 없는 상황에서도 역률보정회로(305)가 구동하면 역률보정회로(305)의 구동으로 인해 불필요한 소비전력이 발생하는 문제점이 발생한다. 이 발명에서는 마이크로프로세서(309)의 제어에 의해 PFC구동차단회로(310)가 역률보정회로(305)의 구동의 차단시킴으로써 엘이디 램프(11b)가 소등되거나 점등될 수 없는 상황에서 소비전력을 저감시킨다.

도 4는 이 발명에 따른 PFC구동차단회로(310)의 상세 회로도이다.

PFC구동차단회로(310)는, 발광부와 수광부로 이루어진 포토커플러(41)와, 마이크로프로세서(309)의 제어에 의해 포토커플러(41)의 발광부에 전원을 공급하거나 차단하는 스위칭소자(TR1)와, 상기 포토커플러(41)의 발광부에 전원이 공급되는 동안에 역률보정회로(305)에 공급되는 구동전원을 차단하는 스위칭소자(TR2)를 포함한다.

PFC구동차단회로(310)는 마이크로프로세서(309)가 하이 레벨의 제어신호를 출력하면 스위칭소자(TR1)가 턴온되면서 포토커플러(41)의 발광부에 전원이 공급되어 발광된다. 그러면 수광부가 그 빛을 수광하여 스위칭소자(TR2)가 턴오프되어서 역률보정회로(305)에 공급되는 구동전원이 차단된다. 한편, 마이크로프로세서(309)가 로우 레벨의 제어신호를 출력하면 스위칭소자(TR1)가 턴오프되면서 포토커플러(41)의 발광부에 전원이 공급되지 않아 발광되지 않는다. 그러면 스위칭소자(TR2)가 턴온되어 역률보정회로(305)에 구동전원이 공급된다.

Claims

엘이디 가로등에 구비된 엘이디 램프의 온/오프 및 조도를 제어하는 조도제어기와, 상기 조도제어기와 전력선통신을 하여 상기 엘이디 램프가 제어되도록 하는 중계장치를 포함한 엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템에 있어서,
상기 조도제어기는, 전력선에 연결되어 상기 중계장치와 전력선통신을 수행하는 전력선커플링부 및 전력선통신부와;
상기 엘이디 램프에 공급되는 전력의 전류와 전압을 동일 위상이 되도록 하여 역률을 보정하는 역률보정회로와;
상기 전력선통신부를 통해 상기 중계장치로부터 조도조절신호를 수신하여 상기 조도조절신호에 따른 펄스폭변조신호가 생성되도록 하고, 상기 엘이디 램프가 정상적으로 점등되는 동안에만 상기 역률보정회로가 구동되도록 제어하는 마이크로프로세서와;
상기 역률보정회로에서 역률이 보정된 전력으로부터 상기 엘이디 램프를 구동하기 위한 구동전원을 생성하는 LED구동SMPS회로와;
상기 펄스폭변조신호를 입력받아 상기 LED구동SMPS회로에서 생성된 구동전원으로부터 상기 펄스폭변조신호의 펄스폭에 따른 정전류를 생성하여 상기 엘이디 램프에 공급하는 LED정전류회로와;
상기 마이크로프로세서의 제어를 받아 상기 역률보정회로를 구동하거나 구동차단하는 PFC구동차단회로를 포함한 것을 특징으로 하는 엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 조도제어기는, 상기 전력선 입력으로부터 구동전원을 생성하여 상기 조도제어기의 각 구성요소에게 공급하는 SMPS전원회로와, 상기 SMPS전원회로와 상기 역률보정회로에서 발생하는 노이즈를 저감하면서 임피던스를 분리시키는 노이즈&임피던스필터를 더 포함한 것을 특징으로 하는 엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 조도제어기는, 상기 LED구동SMPS회로의 고장여부를 검출하여 상기 마이크로프로세서에게 제공하는 컨버터고장검출회로를 더 포함하고, 상기 마이크로프로세서는 상기 LED구동SMPS회로의 고장시 상기 PFC구동차단회로를 제어하여 상기 역률보정회로가 구동차단되도록 하는 것을 특징으로 하는 엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 조도제어기는, 상기 엘이디 램프의 고장여부를 검출하여 상기 마이크로프로세서에게 제공하는 부하고장검출회로를 더 포함하고, 상기 마이크로프로세서는 상기 엘이디 램프의 고장시 상기 PFC구동차단회로를 제어하여 상기 역률보정회로가 구동차단되도록 하는 것을 특징으로 하는 엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 PFC구동차단회로는, 발광부와 수광부로 이루어진 포토커플러와, 상기 마이크로프로세서의 제어에 의해 상기 포토커플러의 발광부에 전원을 공급하거나 차단하는 제1스위칭소자와, 상기 포토커플러의 발광부에 전원이 공급되는 동안에 상기 역률보정회로에 공급되는 구동전원을 차단하는 제2스위칭소자를 포함한 것을 특징으로 하는 엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 중계장치는, 가로등 분전함에 설치되고, 무선통신망을 이용하여 관제서버와 통신하는 무선통신모듈을 포함한 것을 특징으로 하는 엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 중계장치는, 상기 가로등 분전함의 엘이디 가로등에게 공급되는 전력의 MC(Magnetic Contactor)를 제어하는 릴레이제어부와, 상기 엘이디 가로등에 공급되는 전력선의 전류를 검출하는 전류계(CT)와, 상기 엘이디 가로등에 공급되는 전력선의 누설전류를 검출하는 누설전류계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 중계장치는, 상기 가로등 분전함 도어의 개폐 또는 모션센서의 가동을 검출하는 디지털인/아웃회로부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 엘이디 가로등 조도 원격 제어시스템.