LED는 친환경적 특성, 긴 수명, 우수한 효율 등의 장점이 있어 최근 기존의 백열전등 및 형광등을 대체하는 조명 수단으로 각광받고 있다. 또한, LED는 전기를 빛으로 변환하는 속도가 굉장히 빠른 반도체로 정보의 변조 및 인코딩이 용이하기 때문에 통신 소자로서 활용이 가능하다. 이를 이용하여 기존의 조명 기능을 수행함과 동시에 부가적으로 근거리 무선 통신을 수행하는 것을 가시광 통신 시스템이라 한다. 기존의 전압원 구동 가시광 통신 시스템의 경우, 스위치의 선형 영역 구동으로 인해 전력 변환 효율의 저하 및 발열이 심각하였다. 본 논문에서는 스위치를 스위칭 영역에서 구동시킴으로써 전력 변환 효율과 발열의 획기적인 개선이 가능한 고효율 스위칭 방식의 LED 드라이버를 제안한다. 또한 3MHz 무선 오디오 통신 시스템에 제안된 20W급 LED 드라이버를 적용하여 그 타당성을 검증한다.
LED는 친환경적 특성, 긴 수명, 우수한 효율 등의 장점이 있어 최근 기존의 백열전등 및 형광등을 대체하는 조명 수단으로 각광받고 있다. 또한, LED는 전기를 빛으로 변환하는 속도가 굉장히 빠른 반도체로 정보의 변조 및 인코딩이 용이하기 때문에 통신 소자로서 활용이 가능하다. 이를 이용하여 기존의 조명 기능을 수행함과 동시에 부가적으로 근거리 무선 통신을 수행하는 것을 가시광 통신 시스템이라 한다. 기존의 전압원 구동 가시광 통신 시스템의 경우, 스위치의 선형 영역 구동으로 인해 전력 변환 효율의 저하 및 발열이 심각하였다. 본 논문에서는 스위치를 스위칭 영역에서 구동시킴으로써 전력 변환 효율과 발열의 획기적인 개선이 가능한 고효율 스위칭 방식의 LED 드라이버를 제안한다. 또한 3MHz 무선 오디오 통신 시스템에 제안된 20W급 LED 드라이버를 적용하여 그 타당성을 검증한다.
Recently, the LED(Light Emitting Diode) replacing incandescent light bulbs and fluorescent light has great attentions as a most promising candidate for the next generation lighting source due to its environment-friendly characteristics, long life and excellent efficiency. Moreover, since it is a sem...
Recently, the LED(Light Emitting Diode) replacing incandescent light bulbs and fluorescent light has great attentions as a most promising candidate for the next generation lighting source due to its environment-friendly characteristics, long life and excellent efficiency. Moreover, since it is a semiconductor device which can convert the electric energy to visible light at a very high speed, it can also used as a communication device. Therefore, the VLC(Visible Light Communication) using the LED can perform the near field communication and lighting function at the same time without additional expenses. However, since the switching device of the conventional LED driver for VLC is operated in the linear region, there exist several drawbacks such as a poor power conversion efficiency and serious heat generation. On the other hand, since the proposed driver is operated in the on/off switching region, it features a higher efficiency and more improved heat generation. To verify the validity of the proposed LED driver, experimental results from a prototype of 20W rated LED driver applied to 3MHz bps broadcasting audio system are given.
Recently, the LED(Light Emitting Diode) replacing incandescent light bulbs and fluorescent light has great attentions as a most promising candidate for the next generation lighting source due to its environment-friendly characteristics, long life and excellent efficiency. Moreover, since it is a semiconductor device which can convert the electric energy to visible light at a very high speed, it can also used as a communication device. Therefore, the VLC(Visible Light Communication) using the LED can perform the near field communication and lighting function at the same time without additional expenses. However, since the switching device of the conventional LED driver for VLC is operated in the linear region, there exist several drawbacks such as a poor power conversion efficiency and serious heat generation. On the other hand, since the proposed driver is operated in the on/off switching region, it features a higher efficiency and more improved heat generation. To verify the validity of the proposed LED driver, experimental results from a prototype of 20W rated LED driver applied to 3MHz bps broadcasting audio system are given.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 기존 희로의 문제점을 해결하는 새로운 방식의 구동 회로를 제안하고, 이를 이론 및 실험적으로 검중한다.
본 논문에서는 가시광 통신 시스템 중 송신부에 해당하는 LED 드라이버에 대해 기존 방식을 고찰하고, 기존의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 방식의 LED 드라이버를 제안한다.
또한 맨체스터 코딩 방식을 이용하여 송신 데이터를 변조함으로써 LED 전류는 항상 50%의 시비율이 보장되므로 데이터의 종류에 관계없이 항상 일정한 휘도로 조명기능을 수행할 수 있다. 본 논문에서는 제안 가시광 통신용 LED 드라이버의 이론적 해석을 통해 실제 무선 통신 오디오 시스템을 구현하여 제안 회로의 우수성과 이론적 분석의 타당성을 검증하였다.
본 논문에서는 최근 근거리 무선 통신 기술로 주목받고 있는 가시광 통신을 위한 LED 드라이버를 제안하였다. 기존 가시광 통신용 LED 드라이버는 스위치 Md의 선형 영역 구동으로 인해 LED 드라이버의 전력변환 효율이 낮아 조명 장치와 같은 대용량 LED 조명에 적용하기 어려운 단점이 있었다.
기존 가시광 통신용 LED 드라이버는 스위치 Md의 선형 영역 구동으로 인해 LED 드라이버의 전력변환 효율이 낮아 조명 장치와 같은 대용량 LED 조명에 적용하기 어려운 단점이 있었다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 스위치 Md의 스위칭 영역 구동을 통해 전력 변환 효율의 개선이 가능하고 출력 구조에 관계없이 모든 컨버터에 적용할 수 있는 새로운 스위치 모드 LED 드라이버를 제안하였다. 제안 회로는 낮은 대역폭의 출력 인덕터 전류를 제어하므로 DC/DC 단은 일반 전력 단과 동일한 수십 kHz대의 낮은 스위칭 주파수로 구동 가능한 동시에 LED 전류의 정밀한 순시 값 제어가 가능하다는 장점이 있다.
제안 방법
본 논문에서 제안하는 가시광 통신용 LED 드라이버를 데이터 통신 기능과 더불어 LED 본래의 조명 기능을 수행하게 하기 위해서는 사용자의 명령에 따른 휘도 조절이 가능해야 한다. 그림 8은 제안 회로의 LED 휘도 조절에 대해 보이고 있다.
대상 데이터
모의실험은 PSIM 을 사용하였으며, LED 드라이버의 전력단은 고효율 전원장치에 유리한 LLC 공진형 컨버터로 구성하였다. 주요 파라미터값은 표 2와 같다.
이론/모형
본 논문에서도 송신을 위한 데이터를 맨체스터 코딩기법을 이용하여 변조하였다.
성능/효과
따라서 제안 희로는 LED 순시 전류를 제어했던 그림 5의 기존 스위칭 방식구동 호로 와와 달리 LED 전류의 순시값이 아닌 평균값을 제어하기 때문에 DC/DC 단의 스위칭 주파수는 일반 전력단 스위칭 주파수인 수십 kHz 내외의 낮은 주파수로 구동이 가능하다는 장점이 있다. 뿐만 아니라 제안 회로의 DC/DC 컨버터는 회로 토폴로지의 종류에 관계없이 적용이 가능하고, Md의 주파수가 수M田의 송신데이터 주파수와 동일하므로 Lo는 작은 인덕터로 구현이 가능하다.
세 번째 파형은 Vgs로, 전력 단에 비해 3[MHz]의 고속 스위칭으로 동작한다. 마지막으로 네 번째 파형은 LED 전류로서 주파수는 송신 데이터 주파수와 동일한 3[MHz]이고 LED 순시 전류 크기는 약 200[mA]로 일정하게 제어됨을 알 수 있다.
모의실험 결과 파형의 첫 번째는 1面를 나타내며, 1차측 스위칭 주파수는 62.5[kHz]로 동작하고 있어 전송 데이터의 주파수에 관계없이 낮은 구동 주파수를 통해 LED 전류를 제어하고 있음을 확인하였다. 두 번째 파형은 Ilo를 나타내며 낮은 대역폭의 DC 값을 갖는 형태로 동작함을 보인다.
상기한 바와 같이 제안된 LED 드라이버는 스위치 Mo를 스위칭 영역에서 구동 시켜 전력 변환 효율과 스위치 손실의 획기적인 개선이 가능하므로 대용량 조명용 LED로의 적용이 가능하다. 또한 낮은 대역폭의 인덕터 전류 제어를 통해 전력 단의 저속 스위칭 동작이 가능하므로 실제 구현 가능성 즉면에서 매우 유리하다.
이를 해결하기 위해 본 논문에서는 스위치 Md의 스위칭 영역 구동을 통해 전력 변환 효율의 개선이 가능하고 출력 구조에 관계없이 모든 컨버터에 적용할 수 있는 새로운 스위치 모드 LED 드라이버를 제안하였다. 제안 회로는 낮은 대역폭의 출력 인덕터 전류를 제어하므로 DC/DC 단은 일반 전력 단과 동일한 수십 kHz대의 낮은 스위칭 주파수로 구동 가능한 동시에 LED 전류의 정밀한 순시 값 제어가 가능하다는 장점이 있다. 또한 맨체스터 코딩 방식을 이용하여 송신 데이터를 변조함으로써 LED 전류는 항상 50%의 시비율이 보장되므로 데이터의 종류에 관계없이 항상 일정한 휘도로 조명기능을 수행할 수 있다.
또한 낮은 대역폭의 인덕터 전류 제어를 통해 전력 단의 저속 스위칭 동작이 가능하므로 실제 구현 가능성 즉면에서 매우 유리하다. 제안 회로는 출력 구조에 관계없이 작은 크기의 인덕터를 추가함으로써 모든 컨버터에 적용 가능하므로 실제 시작품 구현 및 제작이 매우 용이한 장점을 가진다.
후속연구
따라서 본 논문에서 제안된 LED 드라이버는 LED 고유의 조명 기능에 부가적인 근거리 무선 통신을 수행하는 가시광 통신 시스템에 매우 적합하게 적용될 수 있을 것이다.
참고문헌 (8)
Y. Tanaka, T. Komine, S. Haruyama, M. Nakagawa, "Indoor Visible Light Transmission System Utilizing White LED Lights", IEICE Trans. on Commun., Vol. E86-B, No. 8, pp. 2440-2454, 2003. 8.
T. Komine, M. Kakagawa, "Fundamental Analysis for Visible-Light Communication System using LED lights", IEEE Trans. on Consumer Electron., Vol. 50, No. 1, pp. 100-107, 2004. 2.
조의주, 이송이, 김주은, "가시광통신(VLC)의 기술 동향 및 이용 활성화 방안 연구", 한국전파진흥원, pp. 36, 42, 59-61, 2009. 1.
Huang-Jen Chiu Yu-Kang Lo, Jun-Ting Chen, Shih-Jen Cheng, Chung-Yi Lin, and Shann-Chyi Mou, "A High-Efficiency Dimmable LED Driver for Low-Power Lighting Applications", IEEE Trans. on Industronics, Vol. 57, No. 2, pp. 735, 2010. 2.
N. Kumar, N. Lourenco, M. Spiez, and R. Aguiar, "Visible light communication systems conception and VIDAS", IETE Journal, Vol. 25, Issue 6, pp. 359-367. 2008. 11.
H. L. Minh, D. O'Brien, G. Faulkner, L. Zeng, K. Lee, D. Jung, and Y. Oh, "High-speed visible light communication using multiple-resonant equalization", IEEE Photonics Technology, Vol. 20, No. 14, pp. 1243-1245, 2008, July.
K. Inoue, "Waveform Distortion in a Gain-Saturated Semiconductor Optical Amplifier for NRZ and Manchester formats", Optoelectronics, IEE Proceedings, Vol. 44, Issue 6, pp. 433-437, 1997.
문공보, 박찬국, 이장규, "CCR 반사경과 Manchester Coding을 이용한 광(光)통신 기법", 대한전기학회 하계학술대회 논문집, pp. 1792-1793, 2009. 7.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.