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문제 정의
- 본 논문에서는 LED를 이용한 조명시스템에서 가장 수명이 짧은 직류전원 장치의 수명을 연장하기 위해 부스트 컨버터를 기반으로 한 새로운 형태의 LED 구동드라이브를 제안하고자 한다. 그림 1은 다채널 구동이 가능한 조명용 LED Power 시스템을 나타내고 있다.
- 그림에서 알 수 있듯 각 채널의 LED 구동 전류를 제어하기 위해서는 전류제어형 부스터 컨버터를 주로 사용한다. 본 논문에서는 현재 사용되는 부스트 컨버터의 출력측 전해 콘덴서를 제거하고 전해 콘덴서에 비해 상대적으로 수명이 긴 MLCC 콘덴서 사용이 가능한 형태의 DC/DC 컨버터를 제안하였다. 제안된 부스트 컨버터는 온도 변화에 따른 LED의 출력전류의 변동분만을 저장할 수 있는 구조의 DC/DC 컨버터를 구성하고 출력측 전해 콘덴서 대신 MLCC를 사용함으로서 LED 구동드라이브의 수명 연장이 가능하며 또한 콘덴서 손실을 저감하여 효율을 향상시켰다.
- 본 논문에서는 온도에 따른 전압 변동률을 보상하기 위해 사용하는 부스트 컨버터 형태의 LED 구동드라이브에서 출력 측 평활 콘덴서로 수명이 낮은 전해 콘덴서 대신 낮은 내전압을 갖는 MLCC 콘덴서를 이용할 수 있는 부스트 컨버터 회로를 제안 한다. 그림 4는 전압 변동률을 보상하기 위해 낮은 내전압을 갖는 MLCC을 사용한 부스트 컨버터 회로를 나타낸다.
- 본 논문에서는 병렬회로수가 많은 대용량 조명용 LED 광원을 구동하기 위해 사용되는 LED 구동드라이브에서 온도 변화에 따른 정 전류 보상을 위한 새로운 방법을 제안하였다. 기존의 온도 변화에 따른 정전류 보상을 위한 전력 변환기의 경우에는 Boost 컨버터를 이용한 정전류 제어를 주로 사용하였다.
- 이 전력 손실로 인해 Boost 컨버터의 효율을 95% 이상으로 설계하기는 어려우며 출력측에 전해 콘덴서를 사용함으로서 LED 조명시스템에 가장 관심이 되는 수명이 낮은 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 기존의 부스트 DC/DC 컨버터의 기본 토폴로지에서 출력 콘덴서를 입력 전원과 직렬로 연결하여 온도변화에 따른 전압 변동분만을 출력 콘덴서에 저장함으로서 출력 측에 사용하던 전해 콘덴서를 전압용량이 작고 수명이 긴 MLCC 사용이 가능한 LED 구동 드라이브를 제안하였다. 제안된 전해 콘덴서리스 LED 구동 드라이브 회로의 타당성을 위해 120W 가로등용 LED 광원과 고효율 LLC 공진형 AC/DC 컨버터를 설계하고 제안된 전해 콘덴서리스 LED 구동 드라이브 회로를 제작하여 실험하였다.
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