KR200286046Y1 - 태양광 가로등 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 태양광 가로등 제어장치에 관한 것으로,

태양 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하여 공급하는 태양전지와;

상기 태양전지의 전원을 배터리에 충전하는 전원변환장치인 DC-DC 변환부와;

상기 배터리에서 방전되는 DC전원을 승압 및 고주파 AC 전원으로 변환하고 저압나트륨램프의 점등 및 밝기를 조절하는 램프구동부와;

검출부와 LP필터로 이루어지며 태양전지 전압, 배터리 전압과 배터리 전류를 검출하는 센서부와;

입력장치로 키보드와 출력장치로 LCD 및 LED로 구성되는 입출력부와;

배터리 전압을 +5V와 +15V의 전원으로 변환하는 전원부와;

상기 센서부 및 입출력부의 입력장치에서 검출된 시스템 상태에 따라 제어 알고리즘을 수행하여 DC-DC 변환부에는 PWM 신호를 발생시키며, 램프 구동부에는 3비트의 제어 신호를 발생시켜 램프의 점,소등 및 밝기를 조절하며, 입출력부에 각종 시스템 상태를 출력하는 제어부로 구성함으로써, 램프의 점등 및 소등 제어시 램프측 전류를 계측하여 램프의 소손 여부를 판단하여 램프의 소손시 램프의 점등을 중단하도록 한 것이다.

Description

태양광 가로등 제어장치{solar light streetlamp control device}

본 고안은 태양광 가로등 제어장치에 관한 것으로, 특히 태양전지의 전압과 전류를 검출하면서 배터리로의 충전상태를 제어하고, 배터리의 잔존용량을 검출하여 방전전압을 조절하며, 램프의 점등 시에 배터리의 충전 및 방전 전류를 측정하면서 여 램프의 소손을 검출하도록 하여 태양전지 제어 및 배터리 충전제어의 성능을 향상시키면서 시스템의 효율을 높여줌은 물론, 램프의 밝기 조절을 통하여 부조일수를 향상시키고 유지보수가 편리해지도록 한 태양광 가로등 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 가로등은 주변에 조명시설이 없는 도로나 지역에 설치하여 주위를 밝게 유지하여 사고를 예방하도록 한 것임은 이미 잘 알려진 사실이다.

그리고 상기의 가로등은 절전의 효과를 살리기 위하여 주간에는 소등되고 야간에만 점등되도록 하고, 외부로부터의 전원을 지속적으로 공급받는 것에서 탈피하여 태양전지를 이용하여 보다 효율적으로 사용하도록 하였다.

이와 같은 태양전지에 전원을 충전시키면서 사용하는 종래의 태양광 가로등은 크게 제어장치(100), 태양전지(200), 배터리(300) 및 램프(400)로 구성된다.

주간에는 태양전지(200)에서 발전된 전기 에너지를 배터리(300)에 저장하고, 야간에는 배터리(300)에 저장된 전기 에너지를 이용하여 램프(400)를 점등하는 등의 기능을 제어하는 제어장치(100)는 센서부(110), 제어부(120), 충전장치부(130), 램프 구동부(140)로 구분될 수 있다.

센서부(110)는 태양의 일출 및 일몰을 감지하기 위해 태양전지 전압 혹은 광센서를 이용하며, 배터리의 충방전 제어를 위해 배터리 전압을 검출하도록 한다.

제어부(120)는 센서부(110)에서 검출한 정보를 통하여 태양전지(200)에 발전하고 배터리(300)의 충전전압이 부족할 시 충전장치부(130)를 동작시켜 배터리(300)를 충전하며, 배터리의 충전완료 시 충전장치부(130)를 동작을 중지하여 배터리(300)의 충전을 중지시킨다.

센서부(110)에서 일몰이 검출되면 제어부(120)는 램프 구동부(140)를 동작시켜 램프(400)를 점등시키고, 배터리(300) 전압이 저전압인 경우에는 배터리(300)의 보호를 위하여 램프(400)의 점등을 금지시킨다.

충전 장치부(130)는 릴레이 혹은 트랜지스터 등의 반도체 소자를 이용하여 배터리(300)와 연결하도록 하여 배터리(300)의 방전전압에 의해 램프(400)가 점등되도록 한다.

상기의 램프 구동부(140)는 제어부(120)의 지령을 받아 램프(400)를 점등 및 소등시키며, 사용된 램프(400)의 종류에 따라 전압이나 전류의 크기를 변환하는 역할을 수행한다.

그러나 상기와 같은 종래의 태양광 가로등의 구조에 의하여서는, 태양광 가로등의 부조일수 설계가 3, 4일 정도를 많이 사용하고 있으며, 지속적인 일사량 부족현상이 발생하는 경우에는 배터리의 방전 심도가 깊어지게 되어 배터리 단자전압이 감소되는 단점이 있었다.

그러므로 배터리의 방전심도가 깊어지게 되는 것을 방지하기 위하여 배터리 저전압 상태를 검출하여 램프의 점등을 일시적으로 중단하여 배터리를 보호하도록 하고, 배터리 충전상태가 양호해지면 다시 점등기능을 복귀할 수 있도록 제어하고 있으나, 이러한 제어방식은 배터리 과방전시 램프를 동작하지 않음에 따라 설치 목적인 보안등 및 가로등의 기능을 상실하게 되는 문제점이 있다.

이에, 본 고안은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 태양전지의 전압과 전류를 검출하면서 배터리로의 충전상태를 제어하고, 배터리에 잔존용량을 검출하여 방전전압을 조절하며, 램프의 점등 시에 배터리의 충,방전 전류를 측정하면서 여 램프의 소손을 검출하도록 하여 태양전지 제어 및 배터리 충전제어의 성능을 향상시키면서 시스템의 효율을 높여줌은 물론, 램프의 밝기 조절을 통하여 부조일수를 향상시키고 유지보수가 편리해지도록 한 태양광 가로등 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 태양광 가로등 제어장치는 태양 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하고 이 변환된 전원을 발생하는 태양전지와;

상기 태양전지에서 발생되는 전원을 충전시키는 배터리와;

상기 태양전지의 전원을 배터리에 충전하는 전원변환장치인 DC-DC 변환부와;

상기 배터리에서 방전되는 DC전원을 승압 및 고주파 AC 전원으로 변환하고 저압나트륨의 점등 및 밝기를 조절하는 램프구동부와;

검출부와 LP필터로 이루어지며 태양전지 전압, 배터리 전압과 배터리 전류를 검출하는 센서부와;

입력장치로 키보드와 출력장치로 LCD 및 LED로 구성되는 입출력부와;

배터리 전압을 +5V와 +15V의 전원으로 변환하는 제어장치 전원부와;

상기 센서부 및 입출력부의 입력장치에서 검출된 시스템 상태에 따라 제어 알고리즘을 수행하여 DC-DC 변환부에는 PWM(pulse Width Modulation : 펄스폭변조)신호를 발생시키며, 램프 구동부에는 3비트의 제어 신호를 발생시켜 램프의 점,소등 및 밝기를 조절하며, 입출력부에 각종 시스템 상태를 출력하는 제어부들로 구성함을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 태양광 가로등 제어장치를 도시한 블록도,

도 2는 본 고안에 따른 태양광 가로등 제어장치를 도시한 블록도,

도 3은 본 고안에 따른 홀센서의 구성을 도시한 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 제어부 2 : 태양전지

3 : 배터리 4 : 램프

5 : DC-DC 변환부 6 : 램프 구동부

7 : 센서부 8 : 입출력부

9 : 전원부 11 : 홀센서

12, 13 : 도선

이하, 본 고안을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 고안에 따른 태양광 가로등 제어장치를 도시한 블록도이며, 도 3은 본 고안에 따른 태양광 가로등 제어장치를 도시한 구성도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 태양광 가로등 제어장치는 태양 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하고 이 변환된 전원을 출력하는 태양전지(2)와;

상기 태양전지(2)에서 발생되는 전원을 충전시키는 배터리(3)와;

상기 태양전지(2)의 전원을 배터리(3)에 충전하는 전원변환장치인 DC-DC 변환부(5)와;

상기 배터리(3)에서 방전되는 DC전원을 승압 및 고주파 AC 전원으로 변환하고 저압나트륨의 점등 및 밝기를 조절하는 램프구동부(6)와;

검출부와 LP(Low Pass)필터로 이루어지며 태양전지(2)의 전압과 배터리(3)의 전압 및 배터리(3)의 전류를 검출하는 센서부(7)와;

입력장치인 키보드를 통해 사용자의 선택사양을 입력받으면서 출력장치인 LCD 및 LED를 통해 동작에 따른 상태를 표시하는 입출력부(8)와;

배터리 전압을 +5V와 +15V의 전원으로 변환하는 전원부(9)와;

상기 센서부(7) 및 입출력부(8)의 입력장치에서 검출된 본 기기의 상태에 따라 제어 알고리즘을 수행하여 DC-DC 변환부(5)에는 PWM 신호를 발생시키며, 램프 구동부(6)에는 3비트의 제어 신호를 발생시켜 램프의 점,소등 및 밝기를 조절하며, 입출력부(8)에 각종 시스템 상태를 출력하는 제어부(1)들로 구성한 것이다.

상기한 바와 같은 구성을 달성하기 위하여 본 고안은 제어부(1)에 마이크로 프로세서를 적용하여 본 기기의 각 부분을 통괄 제어하며, 제어에 필요한 알고리즘을 수행하도록 한다.

여기서, 본 고안에 따른 태양광 가로등 제어장치는 제어부(1), DC-DC 변환부(5), 램프 구동부(6), 센서부(7), 입출력부(8) 및 전원부(9)로 구성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 DC-DC 변환부(5)는 태양전지(2)의 전원을 배터리(3)에 충전하는 전원변환장치로 태양전지(2)의 최대출력점 추종 제어 및 배터리 정전압 충전제어를 수행하기 위한 알고리즘을 수행하도록 한다.

상기의 최대출력점 추종제어 및 정전압 충전제어를 위한 알고리즘은 실용신안등록출원 제 20-1997-5168호(가로등의 제어장치)와 특허출원 제 10-1997-80357호(태양전지를 이용한 충전 및 자동점멸 조절기)에 의하여 공개된 기술이므로 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 램프 구동부(6)는 배터리(3)에서 방전되는 DC전원을 승압 및 고주파의 AC 전원으로 변환하여 저압나트륨 램프(4)를 점등시키는 동시에 점등된 상태에서의 밝기를 조절하도록 한다.

그리고, 상기 센서부(7)는 검출부와 LP필터로 구성되어 태양전지의 전압값,배터리의 전압값 및 배터리 전류값을 검출하여 상기의 제어부(1)로 전달한다.

또한, 상기 입출력부(8)는 입력장치인 키보드를 통한 관리자의 선택사양을 상기의 제어부(1)에 전달하거나, 출력장치인 LCD 및 LED를 통하여 상기의 제어부(1)에서 동작에 따른 상태를 문자나 숫자 및 점등여부로 알려주도록 한다.

그리고, 상기 전원부(9)는 배터리 전압을 내부의 동작을 위한 +5V와 램프(4)의 점등을 위한 +15V의 전원으로 변환한다.

또한, 상기 제어부(1)는 센서부(7) 및 입출력부(8)의 입력장치에서 검출된 본 기기의 상태 및 선택사양에 따라 제어 알고리즘을 수행하여 DC-DC 변환부(5)에는 PWM 신호를 발생시켜 배터리(3)에 충전되는 전원을 조절되도록 한다.

그리고 상기의 제어부(1)는 램프 구동부(6)에 3비트의 제어 신호를 발생시켜 배터리(3)에서 방전되는 전원의 상태를 조절하여 램프(4)의 점등과 소등 및 밝기를 조절하는 동시에 배터리(3)가 과방전되는 현상을 방지하도록 한다.

상기의 제어부(1)는 입출력부(8)에 제어신호를 출력하여 LCD를 통하여는 기기의 동작상태를 문자나 숫자로 알려주는 동시에 LED를 통하여는 점등여부로 상태를 외부에 알려주도록 한다.

즉, 상기의 입출력부(8)는 키보드의 입력에 따라 태양전지 전압, 태양전지 전류, 배터리 전압, 배터리 전류, 램프의 이상상태 검출, 배터리 충전 용량 및 방전용량 등을 표시할 수 있도록 구성된다.

한편, 도 3은 도 2의 센서부(1)에서 전류를 검출하기 위한 홀센서(11)의 상세한 구성을 도시한 것으로서,

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 도선(12)은 DC-DC 변환부(5)에서 변환된 전원을 배터리(3)에 공급하여 충전시키도록 하는 도선으로 한 방향의 전류만 발생한다.

또한, 제2 도선(13)은 배터리(3)에서 램프 구동부(6)로 전원을 전달하여 램프(4)를 점등시키도록 하는 도선으로 한 방향의 전류만 발생한다.

그리고, 도선(12)과 도선(13)은 동일한 홀센서(11)를 통과하며, 이 경우 도선(12)은 주간에 전원을 공급하고, 도선(13)은 야간에 전원을 공급하는 특성을 가지므로 동일한 홀센서를 사용하여도 각각의 전류를 측정할 수 있게 된다.

이와 같이 전류의 검출을 위한 홀센서(11)를 구성하는 경우, 마이크로 프로세서 및 전원부의 전원을 양의 전압만으로 구성하여 사용할 수 있는 장점이 있다.

그리고 램프(4)를 점등시킬 때, 만일 램프(4)의 소손이 있거나, 수명이 종료된 경우에는 램프(4)가 개방회로로 구성되어 램프 구동부(6)가 동작하여도 램프(4)로 전류가 전달되지 않는다.

그러므로 도 3도에 도시된 바와 같이, 홀센서(11)에서 제1 또는 제2 도선(12)(13)을 통하여 전류를 검출하여 램프 구동부(6)를 구동하여도 전류가 검출되지 않으면 램프의 소손으로 판단하여 제어부(1)에서 입출력부(8)의 LCD로 제어신호를 출력하고 램프(4)의 구동을 정지한다.

상기의 배터리(3)는 연축 배터리로서 이의 개로전압은 전해액의 비중에 따라 변화한다.

따라서 개로전압의 측정에 의하여 배터리(3)의 잔류용량을 예상할 수 있다.

상기의 제어부(1)에서 도면에 도시하지 않은 광센서를 통하여 일몰이 시작되는 상태를 인식하게 되면, 그 때에는 태양전지(2)의 전압이 감소하여 충전전류가 발생하지 않게 되고, 그에 따라 배터리(3)의 전압이 안정화된다.

그리고 완전한 일몰이 되면, 제어부(1)에서 램프구동부(6)에 제어신호를 출력하여 램프(4)를 점등하기 바로 전에 센서부(7)를 통하여 측정한 배터리(3)의 충전전압값을 기준으로 하여 당일에는 램프 구동부(6)를 통하여 램프(4)로 출력되는 방전전원을 조절하도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 태양광 가로등 제어장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 고안에 따른 태양광 가로등 제어장치는 램프의 점등 및 소등 제어시 램프측 전류를 계측하여 램프의 소손 여부를 판단하여 램프의 소손시 램프의 점등을 중단하고 이를 디스플레이 하는 기능을 구현하여 유지보수의 장점을 가지고 있다.

둘째, 본 고안에 따른 태양광 가로등 제어장치는 배터리 잔존용량을 검출하여 램프의 밝기를 조절하여 배터리 방전심도를 낮게 가져감으로써 배터리 수명향상에 도움을 준다.

Claims (2)

1. 태양 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하고 이 변환된 전원을 발생하는 태양전지와;

   상기 태양전지에서 발생되는 전원을 충전시키는 배터리와;

   상기 태양전지의 전원을 배터리에 충전하는 전원변환장치인 DC-DC 변환부와;

   상기 배터리에서 방전되는 DC전원을 승압 및 고주파 AC 전원으로 변환하고 저압나트륨의 점등 및 밝기를 조절하는 램프구동부와;

   검출부와 LP필터로 이루어지며 태양전지 전압, 배터리 전압과 배터리 전류를 검출하는 센서부와;

   입력장치로 키보드와 출력장치로 LCD 및 LED로 구성되는 입출력부와;

   상기 배터리 전압을 +5V와 +15V의 전원으로 변환하는 제어장치 전원부와;

   상기 센서부 및 입출력부의 입력장치에서 검출된 시스템 상태에 따라 제어 알고리즘을 수행하여 DC-DC 변환부에는 PWM 신호를 발생시키며, 램프 구동부에는 3비트의 제어 신호를 발생시켜 램프의 점소등 및 밝기를 조절하며, 입출력부에 각종 시스템 상태를 출력하는 제어부들로 구성하여서 됨을 특징으로 하는 태양광 가로등 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기의 센서부에서 전류를 검출하기 위한 홀센서는 DC-DC 변환부에서 변환된 전원을 배터리에 공급하여 충전시키도록 하는 제1 도선과 배터리에서 램프 구동부로 전원을 전달하여 램프를 점등시키도록 하는 제2 도선이 모두 한 방향으로 전류가 흐르도록 한 태양광 가로등 제어장치.