KR870001036Y1

KR870001036Y1 - 태양전지를 이용한 항공장애물 표시등

Info

Publication number: KR870001036Y1
Application number: KR2019840007042U
Authority: KR
Inventors: 나성계
Original assignee: 나성계
Priority date: 1984-07-23
Filing date: 1984-07-23
Publication date: 1987-03-20
Also published as: KR860002052U

Abstract

내용 없음.

Description

태양전지를 이용한 항공장애물 표시등

제1도는 본 고안에 따른 장치의 기능적블록 다이어그램.

제2도는 본 고안의 구체형에 대한 상세한 회로도.

제3도는 제2도의 회로중 논리회로의 동작상태를 설명하기 위한 진리치표.

본 고안은 상용전원이 없는 지역에 적합한 태양전지를 이용한 경제적이고 성능이 우수한 항공장애물 표시등에 관한 것이다.

항공법에 의하면 고층건물이나 구조물에는 항공장애물 표시등을 의무적으로 설치하도록 되어 있다. 그러나, 산간, 벽지, 섬등 일반상용 전원(AC 110V, 220V)이 없는 지역에 항공장애물 표시등을 설치하고자 할 경우에는 전력을 공급받기 위하여 막대한 경비를 들여 배전선로 공사를 해야한다는 애로사항이 있음은 물론 일부 무인도서 지역에는 그나마도 불가능한 실정이다. 일부 무인등대에는 태양전지(solar cell)에 의해서 낮에 축전지를 충전하였다가 밤에 필라멘트 전구를 사용하여 방전시키는 방법을 쓰기도 한다. 그러나 이러한 방법은 전력소모가 많기 때문에 태양전지와 축전지의 용량을 크게 해야하므로 고가인 동시에 설치비용 등 부대비용이 많이 소모됨과 동시에 필라멘트 전구와 축전지를 정상적으로 운용하기 위하여는 주기적 점검 및 고체가 뒤따르는 불편이 있다.

따라서 본 고안의 주된 목적은 소형의 무보수축전지와 소형의 태양전지를 이용하여 점검이나 유지보수가 필요없으며 상용 전원이 없는 지역에 경제적인 항공장애물 표시 등을 제공하는데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 척째, 모든 스위칭회로를 무점검화하고 둘째, 축전지의 과충전 및 과방전 보호회로에 의거축전지의 수명을 길게하며 셋째, 축전지의 전압변동으로 인한 불규칙한 발광을 제거한 높은 신뢰도의 항공장애물 표시등을 제공하는데 있다.

본 고안에 의한 항공장애물 표시등은 태양의 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지군(1), 태양전지군에 의해 전기에너지가 충전되는 축전지(3), 축전지가 과충전되지 않도록 보호하는 과충전 방지회로(2) 그리고 축전지의 저전압을 발광부(7)의 크세논 튜브가 발광하는데 필요한 전압까지 승압해 주는 DC-DC 변압기(4)로 구성되어 있으며, DC-DC 변환기는 주기적인 구형파 신호를 발생시키는 비안정 멀티 바이브레이터(4a)와, 이 신호를 증폭하여 변압기에 전달하는 증폭기(4b), 증폭된 신호를 승압하는 변압기(4c)와 승압된 신호를 직류로 만들어주는 정류 및 필터회로(4d)로 구성되어 있다.

DC-DC 변환기(4)에 의해 승압된 DC는 발광부(7)의 크세논튜브의 동작 전원으로 사용되는 동시에 크세논 튜브를 발광토록 지시하는 트리거회로에도 공급된다. 이때썬 스위칭회로(5)는 빛의 조도에 따라 저항치 가변 화하는 Cds 및 디지탈회로에 의해 낮에는 (정해진 조도 이상의 밝기) DC-DC 변환기(4)를 "오프"하여 발광부(7)가 동작하지 않도록 해준다. 또한, 디지탈 방식의 과방전 방지회로(6) 역시 축전지(3)의 전압이 규정치 이하로 떨어지면 더이상 방전하지 않도록 DC-DC 변환기(4)를 "오프"해주어 발광부(7)가 동작하지 않도록 한다. 이와같이 두회로(5, 6)는 다이오드(D6)와 다이오드(D7)로 OR회로를 구성하고 있어 두회로(5, 6)중 어느 하나가 동작하면 DC-DC변환기(4)는 "오프"된다 (제3도 진리표 참조).

DC-DC 변환기(4)는 정전류 구동방식의 증폭기(4b)를 사용하여 변환효율을 높임과 동시에 축전지(3)의 방전에 따르는 전압의 변화에도 불구하고 발광부(7)가 일정하게 발광할 수 있도록 한점이 특색이다(DC-DC 변환기의 입력전압을 안정화하면 발광부의 발광회수는 일정하게 되지만 전압안정화에 따른 손실이 발생하여 DC-DC 변환효율이 저함됨).

이제 제2도 및 제3도를 참조하여 본 고안에 의한 회로의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

태양전지군에서 발생되는 전기에너지는 다이오드(D1)을 거쳐 축전지(3)에 충전된다. 다이오드(D1)는 밤에 태양전지군(1)으로 축전지(3)의 전압이 역류되지 않도록 하는 기능을 갖는다. 태양전지군(1)의 전기에너지가 축전지(3)를 완전이 충전시켰을 경우, 계속하여 전류가 축전지로 보내진다면 축전지는 과충되어 수명이 단축되는 결과를 초래한다. 이때 더이상 충전되지 않도록 하는 것이 과충전 방지회로(2)이다.

I.C1은 비교기로서 (+) 입력과 (-)입력을 갖는다.

평소, 비교기(I.C1)의 (-)입력에는 저항(R6)과 제너다이오드(D3)에 의한 기준전압이 가해지고, (+)입력에는 저항(R4)과 저항( R5)에 의한 분압된 전압이 가해져 두입력(+, -)은 평형을 이루게 된다. 이때 비교기(I.C1)의 출력은 0V 전위에 있게 되어 트랜지스터(TR1, TR2)는 "오프" 상태에 있게 된다. 만약 축전지(3)가 완전히 충전되어 축전지 전압이 높아지면 비교기의 (+)입력에도 전압이 높아지게 되어 비교기 출력측에는 전위가 상승하게 된다.

이때 저항(R2)를 통하여 트랜지스터(TR2)에는 베이스(base) 전류가 흐르게되며, 트랜지스터(TR1)는 "온"되어, 태양전지군으로부터의 출력전압은 저 저항(R1)을 통하여 소모된다. 즉 축전지(3)의 전위보다 태양지군의 전위가 낮아져 축전지 방향으로의 전류유입을 방지하게 됨에 따라 과충전이 방지된다.

저항(R3)과 제너다이오드(D3) 및 콘덴서(C1)는 축전지 및 전지군의 전압변동에도 불구하고 비교기(I. C1)의 공급전압을 안정화시키고 위한 것이다.

축전지의 전압은 DC-DC 변환기 및 각각의 회로에 공급된다.

DC-DC 변환기(4)에 대한 기능은 다음과 같다. 비안정 멀티바이브레이터(4a)는 저항(R18)과 제너다이오드(D5)에 의한 안정화된 전압을 공급받는다. 안정된 전압은 비안정 멀티 바이브레이터(4a)의 주기를 안정화시켜 DC-DC 변환기(4)의 성능을 높이는 요인인 된다.

NAND게이트(G1, G2) 와 저항(R19-20), 캐패시터(C3)로 이루어지는 멀티 바이브레이터(4a)는 캐패시터(C3)와 저항(R20)에 의해 발전주기가 결정된다. NAND게이트(G3)는 발진부와 후단(트랜지스터 TR3-4)부와의 완충역할을 하여 후단부로부터의 영향을 방지한다.

증폭기(4b)는 트랜지스터(TR3-6), 저항(R17), 저항(R21-R25), 캐패시터(C4)로 이루어져 있으며, NAND게이트(3)에서 나온 신호는 트랜지스터(TR4)에서 전압 증폭되고 트랜지스터(TR6)에 의하여 전력증폭되어 변압기(4c)에 가해진다. 트랜지스터(TR5)는 전계효고 트랜지스터이며, 이것은 가해지는 전압이 변화해도 출력전류는 일정하다는 성질을 이용하여 트랜지스터(TR4)의 콜렉터 전류를 안정화시킨다. 전류의 양은 저항(R22, 23)과 트랜지스터(TR5)로 결정되며 이 전류는 트랜지스터(TR4)를 경우하여 저항(R24) 일부분류됨과 동시에 트랜지스터(TR6)의 베이스에 가해진다. 결과적으로 트랜지스터(TR6)의 베이스는 정전류화되어 축전지의 전압변화에도 불구하고 멀티 바이브레이터의 구형과 신호를 안정하게 전력증폭할 수 있게 되어 DC-DC 변환기는 효율을 높임과 동시에 안정된 성능을 발휘하게 되는 것이다. 변압기(4c)와 병열로 연결된 저항(R25) 및 캐패시터(C4)는 변압기(4c)의 역전압에 의한 트랜지스터(TR6)의 파괴를 방지하기 위한 것이다.

변압기(4c)는 트랜지스터(TR6)에 의한 구형파 신호를 변압기의 변압이만큼 승압하여 정류회로 및필(4d)터에 가한다. 정류회로 및 필터(4d)는 다이오드(D8-11)에 의하여 양파정류되고 캐패시터(C5)에 축전된다. 저항(R26)은 이상 과전압을 억제하는 기능을 갖는다.

정류된 직류전압은 발광부(7)의 크세논 튜브와 트리거회로에 가해진다. 이 전압은 저항(R27)을 경유하여 캐패시터(C6)을 축전시킨다. 캐패시터(C6)에 전위가 증가하여, 트리거 다이오드(TD)의 항복전압(breakdown voltage)이상 상승하면 갑자기 트리거 다이오드가 도통하게 되어 트리거 트랜스 1차 코일을 통하여 방전된다. 이때 트리거트랜스 변압비만큼 2차 축에는 고전압의 크세논 튜브트리거 신호가 발생하며 캐패시터(C5) 축전된 전하는 크세논 튜브를 통하여 방전한다. 크세논 튜브가 방전시에는 강한 섬광을 발하게 되며 캐패시터(C5)는 다시 축전되고 같은 동작을 되풀이하여 계속적인 섬광을 발하게 된다.

DC-DC 변환기(4)를 온-오프하는 스위칭 호로로는 썬스위칭회로(5)와 과방전 방지회로(6)가 있으며, 두회로 모두 디지탈방식의 슈미트회로로 구성되어 있어 신뢰도가 높다. 썬스위칭회로의 슈미트회로는 저항 (R15), NAND 게이트(G6, G7)로 구성되며 NAND 게이트(G6)의 입력이 미세하게 변화하여도 그 변화를 검출하여 스위칭되는 시점을 정확히 해주는 역할을 한다. 저항(R7), 제너다이오드(D4), 캐패시터(C2)는 축전지의 전압 변화에도 썬 스위칭(Sun switching) 되는 지점의 정확도를 유지하도록 하기 위함이며 제너다이오드(D4)에 의한 전압은 저항(R13-14), Cds에 가하여 진다.

낮에는 Cds의 저항치가 낮아짐에 따라 NAND 게이트(G6)의 입력전압은 하강하여 논리 "0"수준이 되어 (G6)의 출력은 논리 "1"이 되고 따라서 트랜지스터(TR3)의 베이스에 전류가 흐르게 되고 트랜스터(TR4-6)가 "오포"되며 DC-DC 변화기는 "오프"된다. 밤이 되면 Cds의 저항치가 높아짐에 따라 NAND게이트(G6) 입력전압은 상승하여 논리 "1" 수준에 이르게 되며(G6)의 출력은 논리"0"이며 트랜지스터(TR3)는 "오포"상태를 유지하여 트랜지스터(TR4, 6)가 정상적으로 동작함에 따라 DC-DC변환기가 동작하고 발광부(7)가 계속적으로 동작하게 된다.

가변저항(R13)으로 썬 스위칭(Sun switching)되는 지점을 주변조도에 따라 원하는 지점에 조정할 수가 있다.

과방전 방지회로의 슈미트회로는 NAND게이트(G4-G5) 및 저항(R8) (R11)과 가변저항(R9)으로 구성되어 있으며 가변저항( R9)으로 NAND게이트(G6) 입력전압을 조정할 수 있어 축전지(3)의 방전단점을 임으로 설정할 수가 있게 된다. 이회로 역시 썬 스위칭회로(5)와 동작원리는 같다.

이와같이, 썬 스위칭회로는 저항(R10), 다이오드(D6)에 의거 트랜지스터(TR3)에, 과방전 방지회로는 저항(R16), 다이오드(D7)에 의거 트랜지스터(TR3)에 OR회로를 구성하여 베이스에 가해져 있다. 따라서 두회로(5, 6)중 어느 한회로만 동작하여도 DC-DC 변환기는 "오프"되어 발광부는 계속적으로 동작을 중지, 크세논 튜브는 계속 "오프"된다. 제3도에 논리회로의 동작상태를 설명한 진리치표를 첨부한다.

Claims

태양전지군(1), 과충전 방지회로(2), 축전지(3), DC-DC 변환기(4), 썬 스위칭회로(5), 과방전 방지회로(6), 그리고 발광부(7)로 구성되어 있는 항공장애물 표시등에 있어서, DC-DC 변환기(4)의 한 구성요소인 정전류 증폭(4b)는 저항(R17, R22-R25), 캐패시터(C4), 전계효과 트랜지스터(TR5), 트랜지스터(TR3, TR4, TR6)로 구성되어 있으며, 썬스위칭회로(5)는 NAND 게이트(G6, G7), 자힝(R13-R16) 다이오드(D7), 정전압 다이오드(D4, D5) 및 캐패시터(C2)로 구성되고, 과방전 방지회로(6)는 NAND 게이트(G4, G5), 저항(R8-R12) 및 다이오드(D6)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 항공 장애물 표시등.