[논문]Coupled Inductor를 적용한 다중 출력 LED 조명용 LLC 공진 컨버터에 관한 연구

박상범; 이우철

Coupled Inductor를 적용한 다중 출력 LED 조명용 LLC 공진 컨버터에 관한 연구
A Study on the LLC Resonant Converter for Multi-Output LED Driver with Coupled Inductor 원문보기

박상범 (한경대학교 전기전자제어공학과) , 이우철 (한경대학교 전기전자제어공학과)

친환경적이고 수명이 길며 높은 효율을 가지고 있는 LED(Light Emitting Diode) 조명은 각광 받고 있다. LED는 응용 분야별로 필요한 용량에 따라 다양하게 정하지 않고 용량을 한가지로 표준화하여 직, 병렬로 연결하여 모듈 형태로 사용하고 큰 용량이 필요한 경우, 여러 개의 모듈로 이용하는 특징을 갖는다. 따라서 LED 구동하기 위한 컨버터는 LED 모듈을 최소 하나에서 여러 대를 구동할 수 있는 PFC 및 DC/DC 컨버터를 요구한다. 기존 단일 출력 컨버터로 LED 모듈을 구성하면 LED 시스템의 높은 효율, 높은 전력 밀도, 대용량화 및 활용도가 떨어지며 효과적으로 유지 보수가 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 다중 출력 LED 컨버터는 각 출력이 정전류 특성을 유지하고 LED 보호 기능을 가지려면 독립적인 컨버터가 채널마다 필요하게 된다. 이에 본 논문은 다중 출력으로 복수의 LED 모듈을 문제없이 구동할 수 있는 LLC 공진 컨버터에 관한 연구이며 이를 시뮬레이션을 통해 확인하였다.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 다중 출력으로 LED 모듈을 문제없이 구동할 수 있게 4 Coupled Inductor를 적용한 다중 출력 LED 조명용 LLC 공진 컨버터를 제안하였다. 기존의 단일 출력 컨버터로 LED 모듈을 구성하면 높은 효율, 높은 전력 밀도, 대용량화 및 활용도가 떨어지게 되며, 고장 발생시 효과적으로 유지 보수가 어렵다는 점과 다중 출력 LED 컨버터는 정전류 제어특성과 LED 보호 기능을 가지려면 독립적인 컨버터가 LED 모듈마다 필요하며 LED 모듈에 문제가 생기면 나머지 LED 모듈도 정상적으로 동작하기 어렵다는 문제점이 있다.
이에 본 논문에서는 다중 출력으로 복수의 LED 모듈을 문제없이 구동할 수 있으며 문제가 발생하는 경우 다른 LED 모듈은 계속해서 정상적으로 동작을 하는 다중 출력 LED 구동 회로를 제안한다. 제안된 회로는 ZVS DC/DC 컨버터인 LLC 컨버터에 4 Coupled Inductor를 적용하여 정전류 제어와 복수의 LED 모듈을 다중 출력으로 문제없이 구동할 수 있도록 하였다.

제안 방법

시뮬레이션 프로그램 PSIM을 통해 Non-Coupled Inductor와 4-Coupled Inductor를 적용한 다중 출력 LED 조명용 LLC 공진 컨버터 동작을 확인하였다.
또한, 다중 출력 시에 하나의 LED 모듈의 고장(Short)이 발생하여도 나머지 LED 모듈은 문제없이 동작할 수 있도록 하였다. 이러한 다중 출력 LED 구동 회로를 시뮬레이션을 통해 확인하였다.
기존의 단일 출력 컨버터로 LED 모듈을 구성하면 높은 효율, 높은 전력 밀도, 대용량화 및 활용도가 떨어지게 되며, 고장 발생시 효과적으로 유지 보수가 어렵다는 점과 다중 출력 LED 컨버터는 정전류 제어특성과 LED 보호 기능을 가지려면 독립적인 컨버터가 LED 모듈마다 필요하며 LED 모듈에 문제가 생기면 나머지 LED 모듈도 정상적으로 동작하기 어렵다는 문제점이 있다. 이에 본 논문에서 제안하는 회로는 정전류 제어 회로로 ZVS DC/DC 컨버터인 LLC 공진 컨버터를 이용하여 높은 효율 및 높은 전력 밀도를 달성하고 4 Coupled Inductor를 적용하여 복수의 LED 모듈을 문제없이 다중 출력으로 구동할 수 있게 하였다. 또한, 다중 출력 시에 하나의 LED 모듈의 고장(Short)이 발생하여도 나머지 LED 모듈은 문제없이 동작할 수 있도록 하였다.
이에 본 논문에서는 다중 출력으로 복수의 LED 모듈을 문제없이 구동할 수 있으며 문제가 발생하는 경우 다른 LED 모듈은 계속해서 정상적으로 동작을 하는 다중 출력 LED 구동 회로를 제안한다. 제안된 회로는 ZVS DC/DC 컨버터인 LLC 컨버터에 4 Coupled Inductor를 적용하여 정전류 제어와 복수의 LED 모듈을 다중 출력으로 문제없이 구동할 수 있도록 하였다.

성능/효과

0.02s에서 LED1 모듈을 고장(Short) 시키게 되면 LED1 모듈의 출력 전압이 감소하게 되며, LED1 모듈에 공급되는 전류는 증가하고, 반대로 LED2 모듈에 공급되는 전류가 감소하는 것을 확인할 수 있다. LLC 공진 컨버터를 이용해 정전류 제어 회로를 사용하고 있어 두 개의 LED 모듈로 들어가는 전류의 총합은 정상 동작 상태와 고장(Short) 동작 상태가 같다.
LLC 공진 컨버터는 크게 3가지로 나눌 수 있다. Half-Bride 형태의 스위치를 스위칭하여 DC 전압을 갖게 하는 구형파 발생단(Square Wave Generator), 공진 인덕턴스 L_r 와 공진 커패시턴스 C_r 그리고 자화 인덕턴스 L_m로 구성된 공진 탱크(Resonant Network)의 회로를 이용하여 공진 현상을 발생시켜 ZVS을 달성하여 높을 효율을 얻을 수 있으며, 변압기의 누설 인덕턴스를 이용하면 공진 인덕턴스의 별도 추가 없이 높은 전력 밀도 및 무게, 크기 저감 효과를 볼 수 있다. 공진 회로와 변압기를 통해 발생된 2차 측 전압을 다이오드로 이루어진 정류기 단(Rectifier Network)을 통하여 전압을 정류하여 직류로 변환하는 구조로 이루어져 있다.
이는 고장(Short) 발생 후에 LED 자체의 내부저항이 없어지게 되어 출력 임피던스가 줄어들게 되어 전류 리플이 LED 모듈에 흐르는 전류에 발생하게 된다. Non-Coupled Inductor를 적용한 경우에는 0.02s 이후 고장(Short) 발생한 LED1 모듈에는 전류가 정상 동작 상태보다 증가한 전류가 흐르게 되며, 고장(Short)이 발생하지 않은 LED2 모듈에 흐르는 전류는 감소하는 것을 확인할 수 있다. 반면에 4 Coupled Inductor의 경우에는 고장(Short) 후에 LED1 모듈에 흐르는 전류 리플은 증가하였지만, Non-Coupled Inductor를 사용하는 경우와는 다르게 LED 모듈 간에 전류 차이도 줄었으며 고장이 발생하지 않은 LED2 모듈에 흐르는 전류가 감소하지 않는 것을 확인할 수 있었다.
반면에 4 Coupled Inductor의 경우에는 고장(Short) 후에 LED1 모듈에 흐르는 전류 리플은 증가하였지만, Non-Coupled Inductor를 사용하는 경우와는 다르게 LED 모듈 간에 전류 차이도 줄었으며 고장이 발생하지 않은 LED2 모듈에 흐르는 전류가 감소하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로 4 Coupled Inductor를 적용한 다중 출력 LED 조명용 LLC 공진 컨버터는 정상 동작 상태뿐만 아니라 고장(Short) 발생하여도 고장(Short)이 발생하지 않은 LED 모듈이 정상 동작을 유지하는 것을 확인할 수 있었다.
02s 이후 고장(Short) 발생한 LED1 모듈에는 전류가 정상 동작 상태보다 증가한 전류가 흐르게 되며, 고장(Short)이 발생하지 않은 LED2 모듈에 흐르는 전류는 감소하는 것을 확인할 수 있다. 반면에 4 Coupled Inductor의 경우에는 고장(Short) 후에 LED1 모듈에 흐르는 전류 리플은 증가하였지만, Non-Coupled Inductor를 사용하는 경우와는 다르게 LED 모듈 간에 전류 차이도 줄었으며 고장이 발생하지 않은 LED2 모듈에 흐르는 전류가 감소하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로 4 Coupled Inductor를 적용한 다중 출력 LED 조명용 LLC 공진 컨버터는 정상 동작 상태뿐만 아니라 고장(Short) 발생하여도 고장(Short)이 발생하지 않은 LED 모듈이 정상 동작을 유지하는 것을 확인할 수 있었다.
그림 5는 Non-Coupled Inductor를 적용한 다중 출력 LED 조명용 LLC 공진 컨버터의 시뮬레이션 결과 파형이다. 시뮬레이션 결과 파형은 위에서부터 순서대로 출력단(LED1, LED2 모듈)의 전압, Non-Coupled Inductor에서 LED 모듈로 공급되는 전류, LED 모듈에 흐르는 전류를 보여준다. 시뮬레이션에서 0.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

Coupled Inductor를 적용한 다중 출력 LED 조명용 LLC 공진 컨버터에 관한 연구
A Study on the LLC Resonant Converter for Multi-Output LED Driver with Coupled Inductor 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

Coupled Inductor를 적용한 다중 출력 LED 조명용 LLC 공진 컨버터에 관한 연구 A Study on the LLC Resonant Converter for Multi-Output LED Driver with Coupled Inductor 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

Coupled Inductor를 적용한 다중 출력 LED 조명용 LLC 공진 컨버터에 관한 연구
A Study on the LLC Resonant Converter for Multi-Output LED Driver with Coupled Inductor 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper