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이중강압 DC-DC 컨버터를 이용한 새로운 LED 전류 밸런싱 기법
A New LED Current Balancing Scheme Using Double-Step-Down DC-DC Converter 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.66 no.10, 2017년, pp.1474 - 1480  

김기수 (School of Energy Engineering, Kyungpook National University) ,  도 득 뜨완 (School of Energy Engineering, Kyungpook National University) ,  김흥근 (School of Energy Engineering, Kyungpook National University) ,  차헌녕 (School of Energy Engineering, Kyungpook National University)

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This paper presents a new LED current balancing scheme using double-step-down dc-dc converter. With the proposed structure, the two channel LED currents are automatically balanced without using any dedicated control or auxiliary circuit. In addition, switching loss of the switching devices in the pr...

주제어

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문제 정의

  • 본 논문에서는 기존 이중강압 dc-dc 컨버터를 2-채널 LED 구동 시스템에 적용한 LED 구동 회로를 제안하였다. 비록 2-채널 LED가 온도 및 다른 요인에 의해 가변성을 지니더라도 제안한 LED 구동 회로의 2-채널 LED 전류는 추가적인 제어나 소자 없이 이중강압 회로의 전류 평형 특성으로 인해 자동으로 평형을 이루게 된다.
  • 그렇기에 n-채널로 개선된 제안한 LED 구동 회로는 1개의 전류제어기로 n개의 LED 전류 평형을 유지할 수 있다. 본 논문은 시제품을 이용한 실험결과를 통해 제안한 LED 구동 회로의 타당성을 검증하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
n-채널의 LED가 사용되는 경우에는, n개의 전류 제어기가 요구됨으로써 발생하는 문제점은? 그림 2와 같이 만약 n-채널의 LED가 사용되는 경우에는, n개의 전류 제어기가 요구된다[8-10]. 이는 시스템 전체 부피를 증가시키며 제작단가를 높이는 단점이 된다. 또한 벅 회로는 높은 정격전압을 가진 스위치와 다이오드가 요구되기 때문에 제작단가가 증가하고 높은 효율을 확보하지 못하는 문제점을 가진다. 따라서 산업계에서는 1개의 전류 제어기를 이용하며 회로 내부의 동작에 의해 두 개 이상의 출력 전류가 평형을 이루는 회로들에 대한 연구가 이루어지고 있다.
LED의 장점은? LED(Light Emitting Diode)는 긴 수명, 고효율, 친환경 등의 장점으로 차세대 조명 소자로 각광받고 있다. 이에 따라 조명 시장에서 LED의 사용이 증가하고 있으며 다양한 LED 구동용 전력변환 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다[1-5].
LED에서 전류 제어기가 필요한 이유는? LED는 전류로 구동되기 때문에 일정한 출력 전류가 유지되어야 한다. 하지만 LED는 온도에 의한 가변성을 지니고 있기 때문에 일정한 LED 전류를 출력하기 위해서는 전류 제어기가 요구된다[6,7]. 그림 2와 같이 만약 n-채널의 LED가 사용되는 경우에는, n개의 전류 제어기가 요구된다[8-10].
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참고문헌 (17)

  1. H. Shih-Chang, S. Ming-Hwa, H. Po-Yu, and C. Kuan-Cheng, "Auto tracking DC/DC converter for adaptive LED driving system," IEEE Wireless Power Transfer Converence (WPTC), pp. 1-4, May. 2017. 

  2. D. R. Weisz and F. A. Himmelstoss, "LED converter with limited duty cycle," 2014 ELEKTRO, pp. 406-410, May. 2014. 

  3. X. Chen, D. Huang, Q. Li, and F. C. Lee, "Multichannel LED driver with CLL resonant converter," IEEE J. Emerging Sel. Topics Power Electron., vol. 3, no. 3, pp. 589-598, Sep. 2015. 

  4. H. J. Chiu and S. J. Cheng, "LED backlight driving system for large-scale LCD panels," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 54, no. 5, pp. 2751-2760, Oct. 2007. 

  5. Y.-K. Lo, K.-H. Wu, K.-J. Pai, and H.-J. Chiu, "Design and implementation of RGB LED drivers for LCD backlight modules," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, no. 12, pp. 4862-4871, Dec. 2009. 

  6. K. Marn-Go, "Proportional-Integral (PI) Compensator Design of Duty-Cycle-Controlled Buck LED Driver," IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, no. 7, pp. 3852-3859, Jul. 2015. 

  7. M. Tavazoei, "From traditional to fractional PI control: A key for generalization," IEEE Ind. Electron. Mag., vol. 6, no. 3, pp. 41-51, Sep. 2012. 

  8. C.-Y. Park, J.-W. Song, J.-W Yoo, "The reduction method of strings current unbalancing in LED lighting drving system," Journal of KIIEE, vol. 27, no. 5, pp. 26-32, May. 2013. 

  9. S.-H. Lee, S.-H. Cho, C.-W Roh, S.-S. Hong, S.-K. Han, "A new current-balancing multi-channel LED driver for a large screen LCD backlight unit," Journal of KIPE, vol. 15, no. 2, pp. 111-118, Apr. 2010. 

  10. H. Yuequan, M. M. Jovanovic, "LED Driver With Self-Adaptive Drive Voltage," IEEE Trans. Power Electron., vol. 23, no. 6, pp. 3116-3125, Nov. 2008. 

  11. W. Jianfeng, Z. Junming, H. Xiucheng, and X. Lianghui, "A Family of Capacitive Current Balancing Methods for Multi-Output LED Drivers," Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC)., pp. 2040-2046, Mar. 2011. 

  12. L. Xueshan, Y. Qi, Z. Qun, X. Jianping, and Z. Guohua, "Single-Stage Single-Switch Four-Output Resonant LED Driver With High Power Factor and Passive Current Balancing," IEEE Trans. Power Electron., vol. 32, no. 6, pp. 4566-4576, Jul. 2017. 

  13. K. I. Hwa and W. Z. Jiang, "Nonisolated Two-Channel LED Driver With Automatic Current Balance and Zero-Voltage Switching," IEEE Trans. Power Electron., vol. 31, no. 12, pp. 8359-8370, Dec. 2016. 

  14. Y. Yuanmao, K. W. Eric, L. Jiongkang, and W. Daohong, "Single-Switch Multichannel Current-Balancing LED Drive Circuits Based on Optimized SC Techniques," IEEE Ind. Electron., vol. 62, no. 8, pp. 4761-4768, Aug. 2015. 

  15. Y. Jang, M. M. Jovanovic, and Y. Panov, "Multi-phase buck converters with extended duty cycle," in Proc. 21st Annu. IEEE Appl. Power Electron. Conf. Expo., pp. 38-44, Mar. 2006. 

  16. B. S. Oraw, and R. Ayyanar, "Voltage Regulator Optimization Using Multiwinding Coupled Inductors and Extended Duty Ratio Mechanisms," IEEE Trans. Power Electron., vol. 24, no. 6, pp. 1494-1505, June. 2009. 

  17. Shenoy, P. S., M. Amaro, J. Morroni, and D. Freeman, "Comparison of a Buck Converter and a Series Capacitor Buck Converter for High-Frequency, High-Conversion- Ratio Voltage Regulators," IEEE Trans. Power Electron., vol. 31, no. 10, pp. 7006-7015, Oct. 2016. 

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