두께 진동모드 적층 압전 변압기를 이용한 고주파 DC-DC 컨버터의 관한 연구 (A) Study on the high Frequency DC-DC Converter using Thickness Vibration Mode Multilayer Piezoelectric Transformer원문보기
본 연구에서는 최근 대체 조명으로 각광받고 있는 Light Emitting Diodes(LED) 구동용 고주파 DC-DC 컨버터를 개발하기 위하여 고주파손실, 자기 노이즈, 코어손실이 없고 소형, 경량화가 가능한 압전변압기를 이용한 1MHz 이상의 고주파 DC-DC 컨버터를 제작 하였다. 압전변압기를 고주파 DC-DC 컨버터에 적용하기 위하여 우수한 ...
본 연구에서는 최근 대체 조명으로 각광받고 있는 Light Emitting Diodes(LED) 구동용 고주파 DC-DC 컨버터를 개발하기 위하여 고주파손실, 자기 노이즈, 코어손실이 없고 소형, 경량화가 가능한 압전변압기를 이용한 1MHz 이상의 고주파 DC-DC 컨버터를 제작 하였다. 압전변압기를 고주파 DC-DC 컨버터에 적용하기 위하여 우수한 압전 및 유전 특성을 보이는 (PbCaSr)Ti(MnSb)O_(3) 조성 저온 소결세라믹스를 내부전극이 들어가는 Low Temperature Co-fired Ceramics(LTCC) 두께진동모드 적층 압전변압기를 제작하였다. 또한 DC-DC 컨버터 회로구성은 Half-Bridge 토폴로지를 사용하였고, Pulse-Width-Modulation IC(PWM IC), 과전압·전류 보호회로, 출력전압 정류회로, 피드백 회로 등을 이용하여 DC-DC 컨버터를 제작하여 전기적 특성을 측정하고 안정적으로 조명용 고휘도 LED 구동용 DC-DC 컨버터로의 응용 가능성을 검토하였다. 제작된 DC-DC 컨버터의 구성회로를 기능을 살펴보면 압전변압기의 공진주파수 발진과 과전압·과전류 보호회로를 위한 PWM IC, 간단한 회로구성과 압전변압기의 구형파 입력을 위한 Half-Bridge 토폴로지, 압전변압기의 공진 주파수 매칭을 위한 공진 인덕터, DC전압출력을 위한 브리지 다이오드를 사용한 정류회로, 정류된 출력 DC전압에 의해 고휘도 LED 부하를 구동하게 된다. 또한 출력단의 보호를 위환 Photocoupler를 이용한 피드백회로를 구성하였다. PSPICE 시뮬레이션을 바탕으로 최적의 구동특성을 같은 압전변압기를 이용한 고주파 DC-DC 컨버터를 제작하여 고휘도 LED를 구동하였을 때의 구동특성을 조사한 결과 DC48V의 전압을 1.12MHz의 구동주파수에서 DC4.11V의 출력전압으로 안정적으로 고휘도 LED를 점등할 수 있었으며. 40분 이상 구동하였을 때의 압전변압기의 표면온도 약 17℃의 온도상승을 보이며 안정적인 동작특성을 나타냄으로써 고휘도 LED 구동용 고주파 DC-DC 컨버터로의 적용이 가능할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 최근 대체 조명으로 각광받고 있는 Light Emitting Diodes(LED) 구동용 고주파 DC-DC 컨버터를 개발하기 위하여 고주파손실, 자기 노이즈, 코어손실이 없고 소형, 경량화가 가능한 압전변압기를 이용한 1MHz 이상의 고주파 DC-DC 컨버터를 제작 하였다. 압전변압기를 고주파 DC-DC 컨버터에 적용하기 위하여 우수한 압전 및 유전 특성을 보이는 (PbCaSr)Ti(MnSb)O_(3) 조성 저온 소결 세라믹스를 내부전극이 들어가는 Low Temperature Co-fired Ceramics(LTCC) 두께진동모드 적층 압전변압기를 제작하였다. 또한 DC-DC 컨버터 회로구성은 Half-Bridge 토폴로지를 사용하였고, Pulse-Width-Modulation IC(PWM IC), 과전압·전류 보호회로, 출력전압 정류회로, 피드백 회로 등을 이용하여 DC-DC 컨버터를 제작하여 전기적 특성을 측정하고 안정적으로 조명용 고휘도 LED 구동용 DC-DC 컨버터로의 응용 가능성을 검토하였다. 제작된 DC-DC 컨버터의 구성회로를 기능을 살펴보면 압전변압기의 공진주파수 발진과 과전압·과전류 보호회로를 위한 PWM IC, 간단한 회로구성과 압전변압기의 구형파 입력을 위한 Half-Bridge 토폴로지, 압전변압기의 공진 주파수 매칭을 위한 공진 인덕터, DC전압출력을 위한 브리지 다이오드를 사용한 정류회로, 정류된 출력 DC전압에 의해 고휘도 LED 부하를 구동하게 된다. 또한 출력단의 보호를 위환 Photocoupler를 이용한 피드백회로를 구성하였다. PSPICE 시뮬레이션을 바탕으로 최적의 구동특성을 같은 압전변압기를 이용한 고주파 DC-DC 컨버터를 제작하여 고휘도 LED를 구동하였을 때의 구동특성을 조사한 결과 DC48V의 전압을 1.12MHz의 구동주파수에서 DC4.11V의 출력전압으로 안정적으로 고휘도 LED를 점등할 수 있었으며. 40분 이상 구동하였을 때의 압전변압기의 표면온도 약 17℃의 온도상승을 보이며 안정적인 동작특성을 나타냄으로써 고휘도 LED 구동용 고주파 DC-DC 컨버터로의 적용이 가능할 것으로 판단된다.
In this study, DC-DC converter using the thickness- vibration- mode piezoelectric transformer for driving highly brightness LED was manufactured and its driving properties were investigated. LED output voltage of DC4.11V, which can be reliably turned on, was observed. At the time, driving frequency ...
In this study, DC-DC converter using the thickness- vibration- mode piezoelectric transformer for driving highly brightness LED was manufactured and its driving properties were investigated. LED output voltage of DC4.11V, which can be reliably turned on, was observed. At the time, driving frequency of 1.14MHz was measured. When the high brightness LED was turned on for 40 min the surface temperature of the piezoelectric transformer under 4.11V input voltage showed the temperature rise of 17℃. Its temperature was saturated after 25 min. from turning on, and driving frequency slightly decreased as the temperature of the piezoelectric transformer increased. The high brightness LED was stably turned on at the frequency of 1.14MHz. The resonance frequency of the piezoelectric transformer was in the vicinity of 1.2MHz. However, when it was actually operated using the designed DC-DC converter, its resonance frequency was decreased due to increase in temperature of the piezoelectric transformer, and accordingly, the driving frequency was decreased from 1.2MHz to 1.14MHz
In this study, DC-DC converter using the thickness- vibration- mode piezoelectric transformer for driving highly brightness LED was manufactured and its driving properties were investigated. LED output voltage of DC4.11V, which can be reliably turned on, was observed. At the time, driving frequency of 1.14MHz was measured. When the high brightness LED was turned on for 40 min the surface temperature of the piezoelectric transformer under 4.11V input voltage showed the temperature rise of 17℃. Its temperature was saturated after 25 min. from turning on, and driving frequency slightly decreased as the temperature of the piezoelectric transformer increased. The high brightness LED was stably turned on at the frequency of 1.14MHz. The resonance frequency of the piezoelectric transformer was in the vicinity of 1.2MHz. However, when it was actually operated using the designed DC-DC converter, its resonance frequency was decreased due to increase in temperature of the piezoelectric transformer, and accordingly, the driving frequency was decreased from 1.2MHz to 1.14MHz
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