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LLC 공진형 컨버터를 이용한 고효율 조명용 LED 구동회로
A High Efficiency LED Driver Circuit using LLC Resonant Converter 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.15 no.1, 2010년, pp.35 - 42  

신대성 (국민대 전자공학과) ,  정영진 (국민대 전자공학과) ,  홍성수 (국민대 전자정보통신공학부) ,  한상규 (국민대 전자정보통신공학부) ,  장병준 (국민대 전자공학과) ,  김종해 (삼성전기(주) P&M 사업부) ,  이일운 (삼성전기(주) P&M 사업부) ,  노정욱 (국민대 전자정보통신공학부)

초록
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본 논문은 고효율의 조명용 LED 구동회로를 위해 LLC 공진형 컨버터를 이용한 2단 구성의 LED 구동회로를 제안한다. 기존의 3단 구성의 LED 구동회로는 LED의 휘도 및 제어를 위해 별도의 비절연형 DC/DC 컨버터를 사용하여 낮은 효율의 문제점을 지니고 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 제안된 회로는 비절연형 DC/DC 컨버터 단 없이 PFC단과 LLC단으로 총 2개의 단으로 구성하였다. LLC단에서 절연과 LED의 제어 및 휘도 조절 기능이 가능하여 90% 이상의 고효율 동작을 보장한다. 본 논문에서는 제안회로의 동작원리를 설명하고, 모의실험 및 45W급 LED 구동회로를 제작하여 하드웨어실험을 통해 제안회로의 유용성을 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the Two-stage LED Driving system using LLC resonant converter for LED lighting application. Due to the existence of the nonisolation DC/DC converter to control the LED current and the light intensity, the conventional three-stage LED Driving system has the problem of low power co...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 고효율 LED 구동회로를 위해 2단 구성의 LLC 공진형 LED 구동회로를 제안하였다. 기존의 LED 구동회로는 휘도조절과 정전류 제어를 위한 비절연형 DC/DC 컨버터의 사용으로 90% 이상의 고효율 동작을 보장할 수 없었다.
  • 이에 본 논문에서는 90% 이상의 고효율을 달성하기 위해 비절연형 DC/DC 컨버터단이 필요 없는 2단 구성의 LED 구동회로를 제안한다. 제안된 회로는 PFC단과 LLC 컨버터단으로 구성되어 있다.
  • 이에 본 논문에서는 LED 램프의 휘도 조절을 위해 PWM Dimming 신호 ON시 기존 소프트 스타트 명령 제어를 사용하지 않고 제어기의 빠른 응답특성을 이용한 전류 명령 제어를 채용하여 과전압·과전류가 없으며 소프트 스위칭이 가능하도록 하였다.
  • 이에 본 논문에서는 비절연형 DC/DC 컨버터단이 없는 새로운 LED 구동회로 구조를 제안한다.

가설 설정

  • 이에 본 논문에서는 LED 램프의 휘도 조절을 위해 PWM Dimming 신호 ON시 기존 소프트 스타트 명령 제어를 사용하지 않고 제어기의 빠른 응답특성을 이용한 전류 명령 제어를 채용하여 과전압·과전류가 없으며 소프트 스위칭이 가능하도록 하였다. PWM Dimming 신호시 그림 7(b)와 같이 전류명령을 인가함으로써 LED 전류는 소프트 스타트 명령을 이용하는 경우에 비해 보다 더 빠르게 정상 상태주파수에 도달 할 수 있다. 이에 따라, 기존의 소프트 스타트 명령 제어를 사용하였을 때 생겼던 1차측 스위치의 하드 스위칭 문제를 개선할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
LED의 장점은? 최근의 조명업체들은 친환경적이고 장수명, 높은 전력변환효율을 지닌 차세대 광원인 LED를 위한 Driver (LED 구동회로)의 조건으로 90% 이상의 고효율을 요구하고 있다. 하지만 기존회로는 역률만족을 위한 PFC 단, 안전을 위한 절연형 DC/DC 단, LED의 제어와 휘도 조절을 위한 Buck, Boost 타입의 비절연형 DC/DC 단으로 크게 3개의 단으로 구성되어 90% 이상의 고효율을 달성할 수 없었다.
기존의 3단 구성의 LED 구동회로의 문제점은? 본 논문은 고효율의 조명용 LED 구동회로를 위해 LLC 공진형 컨버터를 이용한 2단 구성의 LED 구동회로를 제안한다. 기존의 3단 구성의 LED 구동회로는 LED의 휘도 및 제어를 위해 별도의 비절연형 DC/DC 컨버터를 사용하여 낮은 효율의 문제점을 지니고 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 제안된 회로는 비절연형 DC/DC 컨버터 단 없이 PFC단과 LLC단으로 총 2개의 단으로 구성하였다.
PFC단과 LLC 컨버터단의 기능은? 제안된 회로는 PFC단과 LLC 컨버터단으로 구성되어 있다. PFC단은 25W이상 조명기기의 고조파규제 만족을 위한 역률보정(IEC 61000-3-2 Class C)을 담당하며, LLC 컨버터단은 1, 2차 측의 절연과 2차측 LED에 정전류를 공급 하고 LED의 휘도조절 기능을 제공한다.
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참고문헌 (6)

  1. 박규민, 이광일 외, "전압 스트레스 저감을 위한 새로운 조명용 LED 조명 회로", 전력전자학회 논문지, 제14권 제3호, pp. 243-250, 2009. 6. 

  2. 이상훈, "LED 조명 시스템을 위한 LED 및 직류전원 기술", 전력전자학회지, 제14권 제3호, 2009. 6. 

  3. 조상호, 윤종규 외, "단일 변압기를 이용한 고효율.저가격 형 다중출력 LLC공진형 컨버터", 전력전자학회 논문지, 제13권 제6호, pp. 439-446, 2008. 12. 

  4. JACOBS, Ronny "Flyback converter as LED Driver", International patent application, WO 01/05193 A1 

  5. B. Yang, F.C. Lee, A.J. Zhang, G. Huang, "LLC resonant converter for front end DC/DC conversion", in IEEE-APEC 2002, pp. 1108-1112, 2002 

  6. Bing Lu, Wenduo Liu, Yan Liang, Fred C. Lee, Jacobus D. van Wyk, "Optimal Design Methodology for LLC Resonant Converter", in IEEE-APEC 2006, pp. 533-538, 2006. 

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