KR20160097560A - 일체형 항공등화장치 - Google Patents

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KR20160097560A
KR20160097560A KR1020150019370A KR20150019370A KR20160097560A KR 20160097560 A KR20160097560 A KR 20160097560A KR 1020150019370 A KR1020150019370 A KR 1020150019370A KR 20150019370 A KR20150019370 A KR 20150019370A KR 20160097560 A KR20160097560 A KR 20160097560A
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ccr
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KR1020150019370A
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고광수
윤태구
이기민
이진근
최형석
임혜린
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인천국제공항공사
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Abstract

본 발명은 활주로내에 설치되어 있는 램프에 전력을 공급함과 동시에 램프의 온/오프를 제어할 수 있는 전원/통신부 및 상기 전원/통신부로부터 전력 및 램프제어명령을 수신하여 각각의 램프를 온/오프 시키는 램프부를 포함하는 일체형 항공등화장치에 있어서, 상기 전원/통신부는 소정의 교류전력을 램프부로 출력하는 정전류 조정기, 램프의 온/오프를 제어하기 위한 제어명령을 램프부로 출력하는 램프 제어부 및 일측에 정전류 조정기와 전기적으로 연결되고, 타측에 램프 제어부로부터 출력되는 전력선 신호를 커플링 하는 커플링 회로(210)와 연결되는 CCR 필터를 포함하는 일체형 항공등화장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 정전류 조정기, 램프 제어부, CCR 필터 및 전력선 커플링 회로를 일체형으로 하여, 전력선 통신시 발생하는 고주파가 정전류 조정기로 유입되는 것을 방지하기 위한 CCR 필터를 설계함으로써 전력선 통신의 품질을 확보할 수 있다.

Description

일체형 항공등화장치{INTERGRATED AIRFIELD LIGHTING SYSTEM}
본 발명은 항공등화장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 항공기의 항행을 돕기 위하여 지상에 설치된 개별램프를 제어하는 항공등화장치에 관한 것이다.
항공등화란 불빛을 이용하여 항공기의 항행을 돕기 위한 항행안전시설로 항공기 조정에 있어 착류단계에 조종사에게 시각적인 정보를 주어 조종사가 심리적인 안정감을 가지고 착륙절차를 수행함으로써 안전에 있어 중요한 기능을 제공한다. 현재 공항의 항공등화시설은 일반조명과는 다르게 항공안전을 위한 목적에 따라 고도의 기술 집약적 첨단 장비로서의 개발과 성능개선이 지속적으로 되고 있는 실정이다.
항공등화는 주간 또는 야간에 항공기 조정사에게 활주로의 방향을 알려주는 진입조명, 항공기가 활주로를 이탈하지 못하도록 불빛 또는 색상으로 활주로의 지역을 알려주는 활주로 조명 및 항공기가 활주로로 착륙하여 유도로를 통하여 계류장 등의 기타 목적지까지 안전하고 빠르게 지상 이동이 가능하도록 설치되는 유도로 조명 등이 있다.
항공등의 개별적인 제어 및 상태를 파악하기 위해서는 개별 항공등과의 통신이 필요한데 공항의 활주로 바닥에 추가적인 케이블 설치가 어렵고, 무선 통신의 경우, 공항의 특성상 무선항법장치의 영향으로 무선통신의 사용에 제약이 있다. 따라서 기존 항공등의 전력을 공급하는 전력 공급선을 이용한 전력선 통신이 항공등의 개별적인 제어 및 고장 유/무의 상태파악에 사용되고 있다. 한편 전력선 통신을 이용하여 개별 램프를 제어하는 경우, 상기 전력선 통신시 발생되는 고주파가 정전류 조정기 쪽으로 유입되지 않도록 정전류 조절 필터는 상기 전력선 통신시 발생되는 통신주파수 대역의 고주파를 제거하기 위한 밴드스톱필터의 특성을 가져야 한다.
본 발명과 관련된 선행기술로 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0080676호의 "발광 다이오드 램프를 이용한 항공 등화 시스템"에서는 일정한 전류를 출력시키는 정전류 조절기, 상기 정전류 조절기에 전기적으로 연결되어 상기 정전류 조절기로 유입되는 고주파신호를 필터링하는 종단 필터, 상기 정전류 조절기에 전기적으로 연결되는 통신용 절연 변압기와 상기 정전류 조절기에 전기적으로 연결되는 복수 개의 전력공급용 절연 변압기를 포함하는 절연 변압기, 상기 전력공급용 절연 변압기 각각에 전기적으로 연결되는 복수 개의 개별전구 감시제어 장치, 상기 개별전구 감시제어 장치 각각과 전기적으로 연결되는 복수 개의 발광 다이오드 드라이브, 상기 발광 다이오드 드라이브 각각과 전기적으로 연결되는 복수 개의 발광 다이오드 램프, 상기 통신용 절연 변압기와 전기적으로 연결되는 직렬통신 장치 및 상기 직렬통신 장치와 전기적으로 연결되고, 상기 직렬통신 장치에 신호를 보내 상기 복수 개의 개별 전구 감시제어 장치를 구동시켜 상기 발광 다이오드 램프를 턴 온 또는 턴 오프시키는 메인제어 장치를 포함하여 형성되는 발광 다이오드 램프를 이용한 항공등화 시스템에 있어서, 상기 정전류 조절기는 상기 절연 변압기에 공급되는 전류의 크기를 단계별로 나누어 출력하고, 상기 발광 다이오드 램프는 상기 정전류 조절기의 단계별 전류 크기에 따라 밝기가 조절되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 램프를 이용한 항공등화 시스템이 개시되고 있다.
그러나 상기 선행기술은 정전류 조절기의 단계별 전류 크기에 따라 밝기만을 조정하고 있고, 종단필터는 정전류 조절기로 유입되는 고주파신호를 필터링한다고 개시되어 있을 뿐 전력선 통신에 따른 통신주파수신호(노이즈)가 상기 정전류 조절기로 유입되는 것을 방지하기 위한 구체적인 필터구조에 대하여 개시하고 있지 않다.
따라서 안정적인 출력전류를 제공하고 전력선 통신의 품질을 확보하여 개별램프를 제어할 수 있는 일체형 항공등화장치의 개발이 필요하다 할 것이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0080676호(2010.07.12)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전력선 신호가 정전류 조정기로 유입되는 것을 방지하여 전력 공급 및 전력선 통신의 품질을 확보하여 개별램프를 제어할 수 있는 일체형 항공등화장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예인 일체형 항공등화장치는 활주로내에 설치되어 있는 램프에 전력을 공급함과 동시에 램프의 온/오프를 제어할 수 있는 전원/통신부 및 상기 전원/통신부로부터 전력 및 램프제어명령을 수신하여 각각의 램프를 온/오프 시키는 램프부를 포함하는 일체형 항공등화장치에 있어서, 상기 전원/통신부는 소정의 교류전력을 램프부로 출력하는 정전류 조정기, 램프의 온/오프를 제어하기 위한 제어명령을 램프부로 출력하는 램프 제어부 및 일측에 정전류 조정기와 전기적으로 연결되고, 타측에 램프 제어부로부터 출력되는 전력선 신호를 커플링 하는 커플링 회로와 연결되는 CCR 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 CCR 필터는 입력단과 출력단 사이의 제1 지로상에 직렬로 접속한 제1 인덕터(L2) 및 제5 인덕터(L5), 제2 지로상에 직렬로 접속한 제3 인덕터(L3) 및 제6인덕터(L6), 상기 제1 및 제5 인덕터 접점과 상기 제3 및 제6 인덕터 접점간 직렬로 접속한 제4 인덕터(L4) 및 제2 커패시터(C2) 및 정전류 조정기측의 제1 지로와 제2 지로 사이에 직렬로 접속한 제2 인덕터(L2) 및 제1 커패시터(C1)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 CCR 필터의 커플링 회로측의 제1 지로와 제2 지로 사이에 커패시터(C3)가 연결되고, 제2 커패시터(C2)의 소자값을 조정함으로써 전력선 신호대역의 주파수를 차단시키는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 정전류 조정기, 램프 제어부, CCR 필터 및 전력선 커플링 회로를 일체형으로 하여, 전력선 통신시 발생하는 고주파가 정전류 조정기로 유입되는 것을 방지하기 위한 CCR 필터를 설계함으로써 전력선 통신의 품질을 확보할 수 있다.
따라서 이러한 전력선 통신의 품질을 확보함에 따라 항공기의 항행을 안전하게 유도할 수 있는 항공등화장치의 안정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 설비 비용을 낮추고, 설치 공간이 줄어들어 장비의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 항공등화장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 통신에 의한 고주파 신호가 정전류 조정기로 유입되는 것을 차단하기 위한 CCR 필터의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CCR 필터의 주파수 차단대역을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 C3가 추가된 CCR 필터의 주파수 차단대역을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 C3값의 변동에 따른 주파수 차단대역을 보여주는 3차원 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 C2값의 변동에 따른 주파수 차단대역을 보여주는 3차원 그래프이다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.
따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 항공등화장치의 블록도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 항공등화장치(1000)는 활주로내에 설치되어 있는 램프(23)에 전력을 공급함과 동시에 램프의 온/오프를 제어할 수 있는 전원/통신부(10)와 상기 전원/통신부(10)으로부터 전력 및 램프제어명령을 수신하여 각각의 램프(23)를 온/오프 시키는 램프부(20)를 포함한다.
전원/통신부(10)는 소정의 교류전력을 램프부로 출력하는 정전류 조정기(100), 램프의 온/오프를 제어하기 위한 제어명령을 램프부로 출력하는 램프 제어부(200) 및 램프 제어부로부터 출력되는 전력선 신호가 정전류 조정기로 유입되는 것을 방지하기 위한 CCR 필터(300)를 포함할 수 있다.
정전류 조정기(100, Constant Current Regulator, CCR)는 절연 변압기(Isolating Transformer, IT)를 통해 각각의 램프(23)와 직렬 회로를 구성하고, 전압,주파수 변동, 부하 용량의 변동이 있더라도 램프부(20)에 정전류 출력을 공급하는 기능을 한다. 정전류 조정기(100)는 상용전원을 입력받아 평활회로를 통하여 직류전압을 생성하고, 상기 직류전압을 펄스폭변조(PWM)방식을 이용하여 FET, IGBT 등의 스위치소자를 제어하여 정현파 교류 전력을 램프부(20)에 출력할 수 있다. 정전류 조정기(100)는 상용전력을 직류로 변환하고, PWM 제어에 의하여 직류를 다시 소정의 교류로 출력하는 장치로 PWM 제어신호를 발생시켜 스위칭 소자를 제어하는 다양한 방식으로 이루어 질 수 있다.
램프 제어부(200,Lamp Control Unit, LCU)는 전체 활주로에 설치되어 있는 각각의 전원/통신부(10)를 유지,제어하는 항공등화제어부 및 관제탑으로부터 램프 제어명령을 TCP/IP를 통하여 수신받아 이를 각각의 램프로 전력선 통신(PLC)을 이용하여 전송할 수 있다.
CCR 필터(300)는 정전류 조정기(100)에서 출력되는 교류전력(정전류)을 램프부(20)로 출력시 정전류 조정기(100)내부에서 발생하는 노이즈를 차단함과 동시에 램프 제어부(200)로부터 출력되는 전력선 통신시 발생하는 고주파신호가 정전류 조정기(100)으로 유입되는 것을 방지하는 밴드스톱필터의 특성을 갖는다.
램프부(20)는 절연 변압기(21), 개별램프 제어기(22) 및 램프(23)를 포함할 수 있다. 램프부(20)는 정전류 조정기(100)의 출력과 각각의 절연 변압기(21)는 직렬 회로로 구성되어 있음으로 어느 하나의 램프가 단선 등의 고장이 발생하더라도 다른 램프의 동작에 영향을 미치지 않는다. 램프(23)는 할로겐 램프 또는 발광 다이오드(LED) 램프로 이루어질 수 있다.
절연 변압기(21)의 1차측 코일은 정전류 조정기(100)의 출력측과 연결되고 2차측 코일은 개별 램프 제어기(22)와 전기적으로 연결된다.
개별램프 제어기(22)는 활주로내에 설치되어 있는 램프(23)의 상태를 감시하고 상기 램프 제어부(200)로부터 램프 제어 명령을 수신받아 램프를 온/오프시킬 수 있다. 개별램프 제어기(22)는 전원선을 통하여 전원을 공급받을 수 있는 전원부 및 전력선 통신을 통한 램프 제어명령을 수신하기 위한 통신부를 포함할 수 있다. 개별램프 제어기(22)는 공급받은 교류전원을 직류전원으로 변환하고, 램프 제어명령에 따라 램프(23)을 온/오프시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 통신에 의한 고주파 신호가 정전류 조정기로 유입되는 것을 차단하기 위한 CCR 필터의 회로도이다.
도 2에서 보는 바와 같이, CCR 필터(300)는 일측에 정전류 조정기(100)와 전기적으로 연결되고, 타측에 램프 제어부(200)로부터 출력되는 전력선 신호(고주파 신호)를 커플링 하는 커플링 회로(210)와 연결될 수 있다.
전원/통신부(10)는 정전류 조정기(100), 램프 제어부(200) 및 CCR 필터가 하나로 합쳐진 일체형으로 이루어져 효과적인 항공등화를 실현할 수 있다. 즉 종래 정전류 조정기와 개별적으로 관리되어지던 램프 제어부 및 CCR 필터를 하나로 일체화 시킴으로써 램프의 고장 유무 및 램프의 제어의 효율성을 향상시킬 수 있다.
상기 CCR 필터(300)는 정전류 조정기(100)에서 출력되는 전류를 통과시킴과 동시에 램프 제어부(200)로부터 출력되는 전력선 신호(노이즈)가 정전류 조정기로 유입되는 것을 방지하기 위한 밴드스톱필터의 특성을 가져야 한다.
이하 램프 제어부(200)측에서 바라본 필터의 출력특성에 대하여 살펴본다.
CCR 필터(300)는 입력단과 출력단 사이의 제1 지로상에 직렬로 접속한 제2 인덕터(L2) 및 제5 인덕터(L5), 제2 지로상에 직렬로 접속한 제3 인덕터(L3) 및 제6인덕터(L6), 상기 제2 및 제5 인덕터 접점과 상기 제3 및 제6 인덕터 접점간 직렬로 접속한 제4 인덕터(L4) 및 제2 커패시터(C2) 및 정전류 조정기측의 제1 지로와 제2 지로 사이에 직렬로 접속한 제1 인덕터(L1) 및 제1 커패시터(C1)로 이루어질 수 있다.
램프 제어부(200)에서 바라본 CCR 필터(300) 전달함수는 수식 1로 표현되며, L'은 정전류 조정기의 출력 변압기이므로 매우 큰 값을 가지기 때문에 수식 1은 수식 2로 근사화된다.
[수식 1]
Figure pat00001
여기서
Figure pat00002
[수식 2]
Figure pat00003

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CCR 필터의 주파수 차단대역을 나타내는 그래프이다.
CCR 필터(300)는 램프 제어부의 개수에 따라서 인가전압이 비례하기 때문에 최대 인가 기준으로 5kV ~ 6kV의 범위내에서 동작하게 되므로 인덕터에 사용되는 코일은 고압용으로 코팅된 제품을 적용하고, 커패시터는 저압용(200VAC 이상)을 직렬 연결하여 적용한다.
도 3은 커패시터 소자값을 C1,C2 = 35nF, 인덕터 소자값을 L1 = 4.5uH, L4 = 50uH, L2,L3,L5,L6 = 20uH로 설정한 후 고찰하면, 120kHz ~ 400kHz 대역의 전력선 신호의 주파수 대역신호를 차단하고 있음을 알 수 있다.
한편 Chirp-CSK Carrier Frequency를 Decoupling하기 위해 커패시터(C3)가 램프 제어부(200)로부터 출력되는 전력선 신호(고주파 신호)를 커플링 하는 커플링 회로(210)측에 제1 지로와 제2 지로사이에 접속하는 경우, 회로가 종속적이므로 도 3과는 다르게 도 4에서 보는 바와 같이, 전력선 신호대역(120kHz ~ 400kHz)을 완전하게 차단하고 있지 않는 특성을 보인다. 여기서 커패시터(C3)는 2.2uF 20개를 직렬 연결하여 110nF 값으로 설정하였다.
한편 상기 커패시터(C3)의 값을 변동시켜 전력선 신호대역(120kHz ~ 400kHz)의 주파수 특성을 도 5를 참고하여 살펴보면, 커패시터(C3)의 값의 변동이 있더라도 곡선의 3차원 모양에는 거의 변화가 없다는 것을 확인할 수 있다.
한편 도 6에서 보는 바와 같이, CCR 필터(300)의 제2 커패시터(C2)의 소자값을 변동시켜 전력선 신호대역(120kHz ~ 400kHz)의 주파수 차단특성을 살펴보면, 제2 커패시터(C2)의 소자값이 점점 커질수록 전력선 신호대역(120kHz ~ 400kHz)의 주파수 차단특성이 향상됨을 알 수 있다. 따라서 커패시터(C3)의 접속에 의하여 CCR 필터(300)의 주파수 차단특성이 나빠지더라도 CCR 필터(300)의 커패시터(C2)의 소자값을 조정함으로서 전력선 신호대역에서의 주파수 차단특성을 향상시킬 수 있다.
따라서 본 발명의 일체형 항공등화장치는 종래 개별적으로 관리되어지던 정전류 조정기, 램프 제어부 및 CCR 필터를 일체화하였고, 시뮬레이션을 통하여 전력선 신호(노이즈)가 정전류 조정기로 유입되는 것을 차단할 수 있는 대역차단특성을 갖는 CCR 필터를 설계하여 전력선 통신의 문제점을 개선함으로써 정전류 조정기의 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10:전원/통신부 20:램프부
21:절연 변압기 22:개별 램프 제어기
23:램프 100:정전류 조정기
200:램프 제어부 210:커플링회로
300:CCR 필터 1000:항공등화장치

Claims (3)

  1. 활주로내에 설치되어 있는 램프에 전력을 공급함과 동시에 램프의 온/오프를 제어할 수 있는 전원/통신부 및 상기 전원/통신부로부터 전력 및 램프제어명령을 수신하여 각각의 램프를 온/오프 시키는 램프부를 포함하는 일체형 항공등화장치에 있어서,
    상기 전원/통신부는
    소정의 교류전력을 램프부로 출력하는 정전류 조정기,
    램프의 온/오프를 제어하기 위한 제어명령을 램프부로 출력하는 램프 제어부 및
    일측에 정전류 조정기와 전기적으로 연결되고, 타측에 램프 제어부로부터 출력되는 전력선 신호를 커플링 하는 커플링 회로와 연결되는 CCR 필터를 포함하는 일체형 항공등화장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 CCR 필터는
    입력단과 출력단 사이의 제1 지로상에 직렬로 접속한 제2 인덕터(L2) 및 제5 인덕터(L5),
    제2 지로상에 직렬로 접속한 제3 인덕터(L3) 및 제6인덕터(L6),
    상기 제2 및 제5 인덕터 접점과 상기 제3 및 제6 인덕터 접점간 직렬로 접속한 제4 인덕터(L4) 및 제2 커패시터(C2) 및
    정전류 조정기측의 제1 지로와 제2 지로 사이에 직렬로 접속한 제1 인덕터(L1) 및 제1 커패시터(C1)를 포함하는 일체형 항공등화장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 CCR 필터의 커플링 회로측의 제1 지로와 제2 지로 사이에 커패시터(C3)가 연결되고, 제2 커패시터(C2)의 소자값을 조정함으로써 전력선 신호대역의 주파수를 차단시키는 것을 특징으로 하는 일체형 항공등화장치.
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