KR20170042977A - 철도차량의 후미등 점등 제어장치 - Google Patents

철도차량의 후미등 점등 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량의 후미등 점등 제어장치에 관한 것으로서, 상기 철도차량의 열차 전원부로부터 전원을 공급받아 LED 점등을 위한 직류 정전압을 발생시키는 컨버터; 상기 컨버터의 출력단 양극 단자와 음극 단자 사이에 복수의 LED가 직렬 연결 및 병렬 연결이 조합된 매트릭스 형태로 접속되는 LED 출력부; 및 상기 LED 출력부에 연결되어 상기 LED의 이상 상태를 검출하며, 이상 상태 검출 시에 상기 철도차량의 TCMS(Train Control and Monitoring System)로 이상 신호를 전달하는 LED 이상 검출부를 포함하며, 상기 LED 이상 검출부는, 상기 LED 출력부에 연결되어 상기 LED에 공급되는 전원의 저전압을 검출하는 저전압 검출부; 상기 LED 출력부에 연결되어 상기 LED에 공급되는 전원의 과전압을 검출하는 과전압 검출부; 상기 저전압 검출부 및 상기 과전압 검출부 중 적어도 하나의 출력에 의해 턴 온 되는 스위칭 소자(Q1)를 포함하는 스위칭 회로부; 및 상기 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 동작에 의해 상기 TCMS에 이상 신호를 전달하는 신호 전달부를 포함한다.
본 발명에 따르면, LED 출력부에서 LED가 직병렬 조합된 매트릭스 형태로 접속되어 어느 하나의 LED가 단선되거나 오동작하여도 다른 LED들이 정상적으로 동작을 유지할 수 있고, 열차 전원부의 입력 전원이 아닌 LED 구동라인에서 저전압과 과전압을 검출하여 LED의 이상 상태를 검출함으로써 후미등의 상태를 보다 정확하게 모니터링 할 수 있고, 신호 전달부에서 비접촉 방식으로 피드백 신호를 생성하여 TCMS로 신호를 전달함으로써 신호의 오전달을 방지하고 반영구적으로 신호 전달 체계를 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

철도차량의 후미등 점등 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLLING TAIL LIGHT OF TRAIN}
본 발명은 철도차량의 후미등 점등 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 철도차량의 후미등을 복수의 LED가 직병렬 조합된 매트릭스 형태로 구성하여 장수명화 및 안정적인 점등상태 유지를 도모할 수 있고 후미등의 이상상태를 정확하게 검출할 수 있도록 한 철도차량의 후미등 점등 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 철도차량은 다수의 객차가 연결되어 있고 가장 후미의 객차에는 후방에서 접근하는 차량에게 정차 여부를 알리기 위해 후미등이 설치된다. 최근 들어 철도차량의 후미등은 대개 LED(Light Emitting Diode)로 설치되고 있으며, 철도차량의 열차 전원을 공급받아 이를 직류 정전압으로 변환하여 LED 구동 전원을 제공한다.
그런데, 종래의 철도차량 후미등은 복수의 LED를 직렬 연결하여 점등시키는 구조를 가지고 있다. 이와 같이, 복수의 LED가 직렬 연결되는 경우, 어느 하나의 LED에서 단선이 발생하는 등과 같이 LED가 정상 점등을 수행하지 못하는 경우, 후미등 전체가 점등 불능 상태에 있게 된다. 따라서 LED의 이상 상태를 정확하게 검출하여 대응하지 못하는 경우, 열차 충돌 사고와 같은 대형 안전사고가 발생될 위험성이 존재한다.
또한, 종래에는 철도차량의 후미등 이상상태를 열차 전원부로부터의 입력 전원 여부에 따라 검출하고 있다. 예컨대, LED의 입력전원 라인에 계전기(relay)를 설치하고, 계전기에 연동된 접점의 기계적인 스위칭에 따라 열차의 제어 및 모니터링을 통합 관리하는 TCMS(Train Control and Monitoring System)에 이상 신호를 전달한다.
하지만, 하나의 LED 이상으로 인한 단락이나 단선 등에 의해 LED 구동라인에서 저전압이 발생하거나, LED 구동전원을 생성하는 컨버터에서 과전압이 발생하여 LED 구동라인에 과전압이 공급되는 등과 같이, 열차 전원부의 입력은 여전히 존재하지만 LED의 이상이 발생되는 상황에서 TCMS에 이상신호가 적시에 전달되지 않는 문제가 발생된다. 나아가, 계전기의 기계적인 스위칭 방식은 접점의 마모 등에 의해 TCMS에 이상 신호를 오전달하는 현상을 발생시킬 수 있다.
한편, 대한민국 등록특허 제10-1262283호는 철도차량의 정차시 후부차와 선두차에 구비된 후미등을 동시에 점등하여 안전사고의 발생을 방지하도록 하는 철도차량의 후미등 점등 제어회로를 개시하고 있다. 동 선행문헌에 따르면, 철도차량의 정차 시에 전체 편성에 포함된 선두차와 후부차의 후미등들이 모두 점등되어 양방향에서 접근 중인 다른 차량의 승무원들이 시각적으로 용이하게 인식할 수 있도록 하고 있다.
하지만, 위 선행문헌은 열차 전원부의 입력 전원을 감시하는 방식으로 후미등의 저전압이나 과전압과 같은 고장 징후를 적시에 검출하는 것이 곤란한 문제점이 있다. 또한, 계전기의 기계적인 스위칭에 의해 후미등의 점등을 제어하므로, 접점의 기계적인 마모 시에 후미등의 점등 불량이 발생될 수 있다.
대한민국 특허공개 제10-2012-0114604호
본 발명은 철도차량의 후미등을 복수의 LED가 직병렬 조합된 매트릭스 형태로 구성하여 어느 하나의 LED 이상 시에도 이상이 발생된 LED를 제외한 다른 LED의 안정적인 점등 상태를 유지할 수 있으며, LED의 이상상태를 정확하게 검출함은 물론 TCMS로의 신호 전달을 정확하고 신뢰성 높게 전달할 수 있도록 한 철도차량의 후미등 점등 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 철도차량의 후미등 점등 제어장치는, 상기 철도차량의 열차 전원부로부터 전원을 공급받아 LED 점등을 위한 직류 정전압을 발생시키는 컨버터; 상기 컨버터의 출력단 양극 단자와 음극 단자 사이에 복수의 LED가 직렬 연결 및 병렬 연결이 조합된 매트릭스 형태로 접속되는 LED 출력부; 및 상기 LED 출력부에 연결되어 상기 LED의 이상 상태를 검출하며, 이상 상태 검출 시에 상기 철도차량의 TCMS(Train Control and Monitoring System)로 이상 신호를 전달하는 LED 이상 검출부를 포함하며, 상기 LED 이상 검출부는, 상기 LED 출력부에 연결되어 상기 LED에 공급되는 전원의 저전압을 검출하는 저전압 검출부; 상기 LED 출력부에 연결되어 상기 LED에 공급되는 전원의 과전압을 검출하는 과전압 검출부; 상기 저전압 검출부 및 상기 과전압 검출부 중 적어도 하나의 출력에 의해 턴 온 되는 스위칭 소자(Q1)를 포함하는 스위칭 회로부; 및 상기 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 동작에 의해 상기 TCMS에 이상 신호를 전달하는 신호 전달부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 철도차량의 후미등 점등 제어장치는, 상기 저전압 검출부는 상기 양극 단자에 역방향으로 연결되는 제1 제너 다이오드(ZD1)와, 상기 제1 제너 다이오드(ZD1)의 애노드 단자에 분압용 저항(R7, R8)을 매개로 하여 비반전 단자가 연결되고 상기 양극 단자의 출력 측에 반전 단자가 연결되며 상기 LED 출력부의 저전압을 검출하여 출력 신호를 발생시키는 제1 비교기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 철도차량의 후미등 점등 제어장치는, 상기 과전압 검출부는 상기 양극 단자에 역방향으로 연결되는 제2 제너 다이오드(ZD2)와, 상기 제2 제너 다이오드(ZD2)의 애노드 단자에 분압용 저항(R9, R10)을 매개로 하여 반전 단자가 연결되고 상기 양극 단자의 출력 측에 비반전 단자가 연결되며 상기 LED 출력부의 과전압을 검출하여 출력 신호를 발생시키는 제2 비교기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 철도차량의 후미등 점등 제어장치는, 상기 신호 전달부는 상기 양극단자와 상기 스위칭 소자(Q1)의 이미터 단자 사이에 접속되는 발광 다이오드와, 상기 발광 다이오드의 광 신호에 의해 비접촉 방식으로 턴 온 되어 상기 TCMS에 피드백 신호를 전달하는 스위칭 소자가 포토 커플러(PC1)를 구성하여 설치된다.
본 발명의 철도차량의 후미등 점등 제어장치에 따르면, LED 후미등을 구성하는 LED가 직병렬 조합된 매트릭스 형태로 접속되어 어느 하나의 LED가 단선되거나 오동작하여도 다른 LED들이 정상적으로 동작을 유지할 수 있고, 열차 전원부의 입력 전원이 아닌 LED 구동라인에서 저전압과 과전압을 검출하여 LED의 이상 상태를 검출함으로써 후미등의 상태를 보다 정확하게 모니터링 할 수 있고, 신호 전달부에서 비접촉 방식으로 피드백 신호를 생성하여 TCMS로 신호를 전달함으로써 신호의 오전달을 방지하고 반영구적으로 신호 전달 체계를 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 철도차량의 후미등 점등 제어장치를 예시한 블록도,
도 2는 본 발명에서 LED 출력부의 회로 구성을 예시한 회로도, 및
도 3은 본 발명에서 LED 이상 검출부의 회로 구성을 예시한 회로도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.
실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 철도차량의 후미등 점등 제어장치를 예시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 철도차량의 후미등 점등 제어장치는 열차 전원부(100)와, 컨버터(200)와, LED 출력부(300)와, LED 이상 검출부(400)와, TCMS(500)로 구성된다.
열차 전원부(100)는 철도차량에 탑재된 배터리, 또는 기타 발전 전원으로서, 철도차량 내에 장치되는 각종 전기기기에 전원을 공급하는 구성이다. 컨버터(200)는 열차 전원부(100)로부터 전원을 공급받아 LED 점등을 위한 직류 정전압을 발생시킨다. 바람직하게는, 컨버터(200)는 플라이백 컨버터로서, 정전류 제어 방식으로 LED 출력부(300)에 구동 전원을 공급한다.
TCMS(Train Control and Monitoring System, 500)는 열차 내에 장치된 열차 종합 제어 및 감시 시스템으로서, 열차 내 각종 기기들을 제어하고 각종 기기의 이상 상태 정보를 수집하여 감시하는 시스템을 일컫는다. 본 발명에서 TCMS(500)는 LED 이상 검출부(400)로부터 LED 출력부(300)의 이상 상태에 대한 정보를 수집한다.
도 2는 본 발명에서 LED 출력부(300)의 회로 구성을 예시한다. 도 2에서와 같이, 컨버터(200) 출력단의 양극 단자와 음극 단자 사이에 LED 출력부(300)가 배치된다. LED 출력부(300)는 복수의 LED가 직렬 연결 및 병렬 연결이 조합된 매트릭스 형태로 접속된다. 구체적으로는, 도 2에서와 같이 단위 LED는 적어도 하나의 다른 LED와 직렬 연결되어 있는 동시에 병렬 연결되어 있다. 따라서 어떤 하나의 LED가 회로에서 단선되거나 단락되는 경우에도, 다른 LED들은 컨버터(200) 출력단의 양극 단자와 음극 단자에 정상적으로 연결된 상태를 유지할 수 있다. 즉, 이상이 발생된 LED를 제외하고 다른 LED들은 정상 점등 상태를 유지할 수 있다.
도 3 본 발명에서 LED 이상 검출부의 회로 구성을 예시한 회로도이다. 도 3을 참조하면, LED 이상 검출부(400)는 신호 전달부(410)와, 스위칭 회로부(420)와, 저전압 검출부(430)와, 과전압 검출부(440)로 구성된다.
먼저, 저전압 검출부(430)는 LED 출력부(300)에 연결되어, LED에 공급되는 전원의 저전압을 검출한다. 저전압 검출부(430)는 LED 출력부(300)의 양극 단자에 역방향으로 연결되는 제1 제너 다이오드(ZD1)와, 제1 비교기(432)를 포함한다. 제1 비교기(432)는 OP AMP로 구성되며, 반전 단자는 양극 단자에 연결되며 비반전 단자는 제1 제너 다이오드(ZD1)의 애노드 단자에 분압용 저항(R7, R8)을 매개로 연결된다.
보다 구체적으로는, 반전 단자는 양극 단자에 분압용 저항(R4, R5)를 매개로 연결되며, 평상 시에는 반전 단자에 인가되는 기준 전압이 제1 제너 다이오드(ZD1)에 의해 비반전 단자에 인가되는 전압보다 높게 형성된다. 제1 제너 다이오드(ZD1)에 의해 비반전 단자에는 일정한 전압이 인가되므로, 평상시에는 제1 비교기(432)의 출력이 발생되지 않는다. 만약, LED 이상으로 단선 또는 단락이 발생하는 등 LED 출력부(300)에서 저전압이 발생되는 경우, 제1 비교기(432)의 반전 단자에 인가되는 전압이 떨어지게 되며, 제1 제너 다이오드(ZD1)에 의해 설정된 전압보다 떨어지는 순간, 제1 비교기(432)는 입력전원과 동등한 레벨의 출력 신호를 발생시킨다.
과전압 검출부(440)는 LED 출력부(300)에 연결되어, LED에 공급되는 전원의 과전압을 검출한다. 과전압 검출부(440)는 LED 출력부(300)의 양극 단자에 역방향으로 연결되는 제2 제너 다이오드(ZD2)와, 제2 비교기(442)를 포함한다. 제2 비교기(442) 역시 OP AMP로 구성되며, 제1 비교기(432)의 연결 방식과 달리, 반전 단자는 제2 제너 다이오드(ZD2)의 애노드 단자에 분압용 저항(R9, R10)을 매개로 연결되고, 비반전 단자는 양극 단자에 연결된다.
보다 구체적으로는, 반전 단자는 제2 제너 다이오드(ZD2)에 의해 일정한 전압을 유지한다. 즉, 기준 전압은 일정하게 설정된다. 비반전 단자는 양극 단자에 분압용 저항(R4, R5)를 매개로 연결되며, 정상 상태에서 비반전 단자에 인가되는 전압은 제2 제너 다이오드(ZD2)에 의해 설정되는 기준 전압보다 낮게 선택된다. 만약, 컨버터 이상 등에 의해 LED 출력부(300)에서 과전압이 발생되는 경우, 제2 비교기(442)의 비반전 단자에 인가되는 전압이 상승하게 되며, 제2 제너 다이오드(ZD2)의해 설정된 기준 전압을 초과하는 순간, 제2 비교기(442)는 입력전원과 동등한 레벨의 신호를 발생시킨다.
여기서, 제1 비교기(432)와 제2 비교기(442)는 하나의 OP AMP IC로 구성될 수 있다. 제1 비교기(432)는 비반전 단자에 제1 제너 다이오드(ZD1)를 이용하여 일정한 전압을 유지시키고, 반전 단자에 인가되는 LED 출력부(300)의 전압이 소정치 미만으로 떨어지는 것을 검출하도록 설정하며, 제2 비교기(442)는 반전 단자에 제2 제너 다이오드(ZD2)를 이용하여 일정한 기준 전압을 유지시키고, 비반전 단자에 인가되는 LED 출력부(300)의 전압이 소정치를 초과하는 것을 검출하도록 설정함으로써, 하나의 IC로 저전압 검출 및 과전압 검출을 모두 수행하도록 할 수 있다.
스위칭 회로부(420)는 양극 단자와 음극 단자에 순방향으로 연결되어 역류를 방지하는 제1 다이오드(D1)와, 제1 비교기(432) 및 제2 비교기(442)의 출력측 순방향에 공통 접속된 제2 다이오드(D2)와, 제2 다이오드(D2)의 캐소드 단자에 베이스가 접속되며, 제1 다이오드(D1)의 캐소드 단자에 이미터 단자가 접속되는 스위칭 소자(422, Q1)로 구성된다. 제1 비교기(432) 또는 제2 비교기(442)에서 각 비교기의 입력 전원에 상응하는 전압이 출력되는 경우, 스위칭 소자(422)가 턴 온 된다. 스위칭 소자(422)가 턴 온 되면서, 제1 다이오드(D1)를 통해 입력 전원이 스위칭 되어 신호 전달부(410)에 공급된다.
신호 전달부(410)는 양극 단자와 스위칭 소자(422)의 이미터 단자 사이에 접속되는 발광 다이오드와, 이 발광 다이오드의 광 신호에 의해 비접촉 방식으로 턴 온 되어 TCMS(500)에 피드백 신호를 전달하는 스위칭 소자가 포토 커플러(PC1)를 구성하여 설치된다. 스위칭 회로부(420)의 스위칭에 의해 포토 커플러(PC1)가 트리거 되며, 비로소 TCMS(500)에 피드백 신호가 전달된다.
즉, 저전압 검출부(430) 또는 과전압 검출부(440) 중 어느 하나의 검출부에서 검출 신호가 발생되면, TCMS(500)에 비접촉 방식으로 이상 신호가 전달되며, 철도차량의 운전실 및 열차 종합 감시 시스템에 후미등의 이상 상태 정보가 전달된다.
위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
100 : 열차 전원부 200 : 컨버터
300 : LED 출력부 400 : LED 이상 검출부
410 : 신호 전달부 412 : 포토 커플러
420 : 스위칭 회로부 422 : 스위칭 소자
430 : 저전압 검출부 432 : 제1 비교기
440 : 과전압 검출부 442 : 제2 비교기
500 : TCMS

Claims (4)

  1. 철도차량의 후미등 점등 제어장치에 있어서,
    상기 철도차량의 열차 전원부로부터 전원을 공급받아 LED 점등을 위한 직류 정전압을 발생시키는 컨버터;
    상기 컨버터의 출력단 양극 단자와 음극 단자 사이에 복수의 LED가 직렬 연결 및 병렬 연결이 조합된 매트릭스 형태로 접속되는 LED 출력부; 및
    상기 LED 출력부에 연결되어 상기 LED의 이상 상태를 검출하며, 이상 상태 검출 시에 상기 철도차량의 TCMS(Train Control and Monitoring System)로 이상 신호를 전달하는 LED 이상 검출부를 포함하며,
    상기 LED 이상 검출부는,
    상기 LED 출력부에 연결되어 상기 LED에 공급되는 전원의 저전압을 검출하는 저전압 검출부;
    상기 LED 출력부에 연결되어 상기 LED에 공급되는 전원의 과전압을 검출하는 과전압 검출부;
    상기 저전압 검출부 및 상기 과전압 검출부 중 적어도 하나의 출력에 의해 턴 온 되는 스위칭 소자(Q1)를 포함하는 스위칭 회로부; 및
    상기 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 동작에 의해 상기 TCMS에 이상 신호를 전달하는 신호 전달부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 후미등 점등 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저전압 검출부는 상기 양극 단자에 역방향으로 연결되는 제1 제너 다이오드(ZD1)와, 상기 제1 제너 다이오드(ZD1)의 애노드 단자에 분압용 저항(R7, R8)을 매개로 하여 비반전 단자가 연결되고 상기 양극 단자의 출력 측에 반전 단자가 연결되며 상기 LED 출력부의 저전압을 검출하여 출력 신호를 발생시키는 제1 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 후미등 점등 제어장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 과전압 검출부는 상기 양극 단자에 역방향으로 연결되는 제2 제너 다이오드(ZD2)와, 상기 제2 제너 다이오드(ZD2)의 애노드 단자에 분압용 저항(R9, R10)을 매개로 하여 반전 단자가 연결되고 상기 양극 단자의 출력 측에 비반전 단자가 연결되며 상기 LED 출력부의 과전압을 검출하여 출력 신호를 발생시키는 제2 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 후미등 점등 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 신호 전달부는 상기 양극단자와 상기 스위칭 소자(Q1)의 이미터 단자 사이에 접속되는 발광 다이오드와, 상기 발광 다이오드의 광 신호에 의해 비접촉 방식으로 턴 온 되어 상기 TCMS에 피드백 신호를 전달하는 스위칭 소자가 포토 커플러(PC1)를 구성하여 설치되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 후미등 점등 제어장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113864681A (zh) * 2021-09-23 2021-12-31 佛山电器照明股份有限公司 一种拼接式灯具系统
KR20220086218A (ko) * 2020-12-16 2022-06-23 주식회사 리치룩스 수명을 향상시킨 센서등
KR102488053B1 (ko) * 2022-06-10 2023-01-12 김근식 병렬 연결된 led 모듈의 제어 시스템

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