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[국내논문] 출력 리플 저감을 위한 LED 드라이버의 주회로 방식 특성 비교
Comparison of Main Circuit Type Characteristics of LED Driver for Output Ripple Reduction 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.20 no.3, 2019년, pp.491 - 499  

박대수 (한국기술교육대학교 전기전자통신공학과) ,  김태경 (한국기술교육대학교 전기전자통신공학과) ,  오성철 (한국기술교육대학교 전기전자통신공학과)

초록
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최근에, 전원 공급 장치에 있어서 파워의 품질에 대한 요구가 높아지고 있다. IEC 61000-3-2 규격은 조명을 위한 AC/DC 전원 공급 장치에 대하여 역률(PF)과 전체 파형 왜곡률(THD)에 대한 규격을 만족하도록 요구하고 있다. 또 출력단의 전류 변화에 의해 발광체 광량이 바뀜에 따라 발생되는 플리커 현상에 대해 유럽권 선진국가는 ripple rate의 기준을 15~30%로 설정해 규제하고 있다. 따라서 국내에서도 기준을 마련하고 규제를 추진 중에 있다. 그래서 본 논문은 PFC 규격을 만족하고, 회로 1차, 2차 간 절연 기능을 가지기 위해 Flyback 컨버터를 적용하며, LED 전류의 저주파 리플을 저감하기 위해 Flyback, Coupled Inductor, LC 병렬 공진 필터, LLC 공진 필터, Cuk을 이용한 각각의 LED 구동회로를 PSIM을 통해 시뮬레이션 함으로써 각각의 방식들을 비교하였으며, 출력측 리플 저감을 위해 1차측에 Coupled Inductor와 2차측에 LC 공진을 적용한 Coupled LC 공진 회로를 제안하였으며, Coupled LC 공진 방식은 출력 커패시터가 78uF으로 작으며, 출력 리플은 전압 2.38V, 전류 0.05A로 기존의 방식보다 22%의 출력 리플 저감을 확인 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, there has been increasing demand for power quality in power supply devices. The IEC 61000-3-2 standard requires that the AC / DC power supply for lighting meet the specifications for the power factor (PF) and total waveform distortion (THD). In addition, advanced countries in Europe are re...

주제어

#LED   #LC Resonant   #Coupled Inductor   #LLC Resonant   #PFC  

표/그림 (25)

AI 본문요약
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제안 방법

  • 그래서 본 논문은 출력 커패시터가 작은 LC 공진과 출력 리플은 작은 Coupled을 합쳐서 Coupled LC 공진 회로를 만들었다.
  • 그리고 2가지 방식을 PSIM 통해 시뮬레이션 하였으며, 출력 파형에 대한 출력 리플을 비교하였다.
  • 그리고 대용량 전해 커패시터를 소용량 폴리에스테르 필름 커패시터로 교체하고, 출력 전류 리플을 저감시키기 위해 LC 병렬 공진 필터의 이상적인 경우와 기생 성분을 고려하였을 때의 출력 특성을 비교하여 LC 병렬 공진을 적용하였다.[4]
  • 기존에 사용되고 있는 회로의 특성을 비교하고 PSIM을 통해 시뮬레이션하여 출력 전압과 출력 전류 그리고 리플을 비교하였다.
  • 본 논문에서 제안하는 Coupled LC 공진 회로는 출력측 리플 저감을 위해 1차측에 Coupled LC와 출력 커패 시터 용량을 줄이기 위해 2차측에 LC 공진을 적용하였다.
  • 본 논문에서는 One-Stage PFC Flyback 컨버터의 전류 리플 저감 위하여 입력과 출력단에 각각의 회로를 구성하여 시뮬레이션 결과와 회로 통해 비교하였다. 그 결과로 출력 커패시터는 78uF으로 출력단 LC 공진이 작았으며, 출력값은 출력 전압(33.
  • 표 1은 구동회로의 설계 사양을 나타낸다. 입력전원은 220Vac 사용전원을 이용하고 스위칭 주파수는 Transformer 크기와 Noise를 고려하여 40kHz 스위칭 주기를 설정하였으며, 자화 인덕턴스는 다음과 같이 구할수 있다.
  • 따라서 출력측의 리플 성분을 감소 시키기 위하여 LC 병렬 공진 필터를 적용할 수 있다. 제안된 시스템은 소용량의 필름커패시터와 출력측 리플 성분을 줄이기 위해 LC 병렬 공진 필터를 적용 하였다.[5]
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Coupled Inductor는 무엇인가? 본 논문에서는 인덕터의 누설 인덕턴스를 산정하고 이 값을 맞추기 위해 공극과 턴 수를 조절한 Coupled Inductor는 영 전류 스위칭으로 턴-온하면 1차측, 2차측에 전류가 유도되어 전류가 작게 흐르게 되며, 전류 리플을 저감할 수 있다. 그러므로 인덕터 전류 리플 감소를 최대화하기 위하여 결합 인덕의 결합 계수는 충분히 작아야하며 충분한 누설 인덕턴스를 가지고 있어야 한다.
LED를 작동시키려면 무엇이 필요한가? 발광 다이오드 LED는 낮은 소비전력과 긴 수명의 장점으로 인해 날이 갈수록 조명 산업에서 점점 더 많은 비중을 차지하고 있다. LED는 직류를 통해 구동되기 때문에 사용전원에서 사용하기 위해서는 교류 전원을 직류로 변환시켜줄 수 있는 AC/DC 컨버터를 필요로 한다.[1]
전류 리플 저감을 위하여 Coupled LC 공진 방식을 이용하였을때 효과는? 따라서, 본 논문에서는 Coupled LC 공진 방식을 제안하였으며, 이 Coupled LC 공진 방식은 출력 커패시터가 78uF으로 작으며, 출력 리플은 전압 2.38V, 전류 0.05A로 기존의 방식보다 전압 22%, 전류 44%의 출력 리플 저감을 확인 하였다.
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참고문헌 (9)

  1. Choon-Tack Kim, "Optimal Hysteresis Control for CCM Driving of a Single-Stage PFC Flyback Converter for LED Lightings", The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, pp. 586-592, 2016. 

  2. Gyung-Seok Han, "Single-stage LED Driver Circuit of Primary Side Control", 2015. 

  3. Hye-Ri Kim, "Wind turbine/Photovoltaic Hybrid Converter Using Coupled Inductor", 2014. 

  4. Yong-Sung Jeon, Dal-Lae Jin, Jae-Du La, Young-Seok Kim, " Study of the Elimination of the Electrolytic Capacitors and Reduction of the Ripple Current on the Output Node in the One-Stage PFC Flyback Converter for the LED Lighting", The transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers, pp. 1625-1633, 2011. 

  5. Yong-Sung Jeon, "A Study on Single-stage PFC Flyback Converter for LED Lighting without Electrolytic Capacitors", 2013. 

  6. Chang-Gyo Jung, "Using PWM controller LLC Resonant Converter", 2011. 

  7. sheng xu-Piao, "Improve output Ripple by Cuk Converter for Bi-directional Charging Discharge", 2016. 

  8. Yi Li, "Design and Control of a Single-Stage LED Driver with Low Output Current Ripple", 2016. 

  9. Choon-Tack Kim, Young-Seok Kim, "The Study of Ripple Reduction of the PFC CCM Flyback Converter without Electrolytic Capacitor for LED Lightings using LC Resonant Filter", The transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers, pp. 601-610, 2016. 

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