KR100990158B1 - High frequency dc-dc converter - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 DC-DC 컨버터는 외부DC전압을 인가받아 이를 AC전압으로 변환하는 DC-AC 변환부와, 1차측이 상기 DC-AC 변환부에 연결되어 상기 변환된 AC전압을 발광다이오드를 구동하기 위한 전압수준으로 승압 또는 강압하는 압전변압기와, 상기 압전변압기의 2차측에 연결되어 상기 승압 또는 강압된 AC전압을 정류하고 이를 상기 발광다이오드에 인가하는 정류기를 포함하는 DC-DC 컨버터에 있어서, 상기 DC-AC 변환부는 상기 압전변압기의 구동주파수를 발진하는 PWM변환기와, 상기 PWM변환기에 연결되어 이로부터의 상기 구동주파수에 따라 상기 외부DC전압을 AC전압으로 변환하여 상기 압전변압기에 인가하는 하프브리지 인버터를 포함하고, 상기 DC-DC 컨버터는 상기 정류기의 출력단과 상기 PWM변환기의 입력단에 연결되어 상기 발광다이오드에 인가되는 전압을 피드백하는 포토커플러를 더 포함하며, 상기 압전변압기는 하기 조성식으로 표현되는 압전세라믹스의 적층형으로 될 수 있다:The DC-DC converter according to the present invention receives an external DC voltage and converts it into an AC voltage, and a primary side is connected to the DC-AC converter to drive the light-emitting diode with the converted AC voltage. In the DC-DC converter including a piezoelectric transformer for boosting or stepping down to a voltage level to be rectified, and a rectifier connected to the secondary side of the piezoelectric transformer to rectify the boosted or stepped AC voltage and apply it to the light emitting diode, The DC-AC converter is a PWM converter that oscillates the driving frequency of the piezoelectric transformer, and a half connected to the PWM converter to convert the external DC voltage into an AC voltage according to the driving frequency therefrom and apply the applied voltage to the piezoelectric transformer. And a bridge inverter, wherein the DC-DC converter is connected to an output terminal of the rectifier and an input terminal of the PWM converter and applied to the light emitting diode. Further comprising: a photo-coupler, the piezoelectric transformer can be fed back to the laminated type of piezoelectric ceramic represented by the following formula:
(Pb0 .76Ca0 .23Sr0 .1)Ti0 .96(Mn1 /3Sb2 /3)0.04O3+0.2wt% Na2CO3+0.2wt% Li2CO3. (Pb 0 .76 Ca 0 .23 Sr 0 .1) Ti 0 .96 (Mn 1/3 Sb 2/3) 0.04 O 3 + 0.2wt% Na 2 CO 3 + 0.2wt% Li 2 CO 3.
DC/DC컨버터, 압전변압기 DC / DC Converters, Piezoelectric Transformers
Description
본 발명은 DC-DC 컨버터에 관한 것으로, 특히 주로 고휘도 발광다이오드(Light Emitting Diode: LED)의 구동전원으로서, 적층형 압전변압기를 사용함으로써 소형화 및 경량화되고 고주파에서 동작되는 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC-DC converter, and more particularly, to a DC-DC converter, which is miniaturized, lightweight, and operated at a high frequency by using a stacked piezoelectric transformer as a driving power source for a high brightness light emitting diode (LED).
최근 기존광원에 비해 에너지 절감 효과가 뛰어나고 반영구적으로 사용할 수 있는 차세대 광원인 고휘도 발광다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 에너지 소비량이 기존 백열전구의 10분 1에 불과하며, 수명 역시 10~50배 이상으로 높은 것으로 보고되고 있다. The energy-saving light emitting diode (LED), a next-generation light source that is more energy-saving and can be used semi-permanently compared to the existing light source, consumes only 10 minutes to 1 times the life of an existing incandescent bulb and has a lifespan of more than 10 to 50 times. It is reported to be high.
또한, 형광등에 사용되는 수은 등의 유해성 물질이 없는 LED는 환경 친화적인 우수한 특성을 갖고, 종래 문제로 되었던 휘도 문제가 크게 개선되면서 차세대 광원으로서 한층 더 주목받고 있는 실정이다. 이에, 종래의 형광등을 대체할 수 있는 조명으로서의 응용이 확산됨에 따라, 이러한 LED를 구동하기 위한 DC-DC 컨버터(DC-DC converter)의 개발이 가속화되고 있다.In addition, LEDs that are free of harmful substances such as mercury used in fluorescent lamps have excellent environmentally friendly characteristics, and have been attracting more attention as next-generation light sources as the luminance problem, which has become a conventional problem, is greatly improved. Accordingly, as the application of lighting as an alternative to the conventional fluorescent lamp is spreading, the development of a DC-DC converter for driving such LEDs is accelerated.
이러한 DC-DC 컨버터의 소형화를 위해서는 동작 주파수의 상승이 필연적인데, 기존의 자기 변압기로는 누설 인덕턴스의 증가와 코어 손실 등의 문제로 인해 상기 동작 주파수의 상승은 제한되었다. In order to reduce the size of the DC-DC converter, an increase in operating frequency is inevitable. However, the increase in the operating frequency has been limited due to problems such as an increase in leakage inductance and core loss.
그러나, 소형화 및 경량화 제조가 가능한 압전 변압기는 누설 인덕턴스의 증가와 코어 손실 문제가 따르지 않으므로 고주파수에도 높은 효율을 얻을 수 있는 장점을 가질 뿐만 아니라, 만약에 있을 2차 단락 사고시 단순히 압전 변압기가 파괴되어 화재가 발생할 염려도 없다. 따라서, 이러한 압전 변압기를 사용한 DC-DC 컨버터는 소형화 및 경량화가 가능하며, 화재에도 안전하다. 그러나, 상기 압전 변압기를 구동시키기 위해서는 이에 적합한 고주파수의 공급이 필수적이다.However, piezoelectric transformers that can be made smaller and lighter have advantages in that high efficiency can be obtained even at high frequencies because they do not have increased leakage inductance and core loss problems. There is no worry about it. Therefore, the DC-DC converter using the piezoelectric transformer can be miniaturized and light in weight, and is safe from fire. However, in order to drive the piezoelectric transformer, supply of a high frequency suitable for it is essential.
이에, 본 발명의 목적은 적정의 고주파대역의 동작주파수를 공급하여 소형화 및 경량화, 그리고 화재안정성이 뛰어난 적층형 압전변압기를 사용하는 DC-DC 컨버터를 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a DC-DC converter using a stacked piezoelectric transformer with excellent miniaturization, weight reduction, and fire stability by supplying an operating frequency in an appropriate high frequency band.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 관점에 의한 DC-DC 컨버터는 외부DC전압을 인가받아 이를 AC전압으로 변환하는 DC-AC 변환부와, 1차측이 상기 DC-AC 변환부에 연결되어 상기 변환된 AC전압을 발광다이오드를 구동하기 위한 전압수준으로 승압 또는 강압하는 압전변압기와, 상기 압전변압기의 2차측에 연결되어 상기 승압 또는 강압된 AC전압을 정류하고 이를 상기 발광다이오드에 인가하는 정류기를 포함하는 DC-DC 컨버터에 있어서, 상기 DC-AC 변환부는 상기 압전변압기의 구동주파수를 발진하는 PWM변환기와, 상기 PWM변환기에 연결되어 이로부터의 상기 구동주파수에 따라 상기 외부DC전압을 AC전압으로 변환하여 상기 압전변압기에 인가하는 하프브리지 인버터를 포함하고, 상기 DC-DC 컨버터는 상기 정류기의 출력단과 상기 PWM변환기의 입력단에 연결되어 상기 발광다이오드에 인가되는 전압을 피드백하는 포토커플러를 더 포함하며, 상기 압전변압기는 하기 조성식으로 표현되는 압전세라믹스의 적층형으로 될 수 있다:In order to achieve the above object, the DC-DC converter according to an aspect of the present invention is a DC-AC converter for receiving an external DC voltage and converting it to an AC voltage, and the primary side is connected to the DC-AC converter A piezoelectric transformer for boosting or stepping down the converted AC voltage to a voltage level for driving the light emitting diode, and a rectifier connected to the secondary side of the piezoelectric transformer to rectify the boosted or stepped AC voltage and apply the same to the light emitting diode. In the DC-DC converter comprising a PWM converter for oscillating the drive frequency of the piezoelectric transformer, the DC-DC converter is connected to the PWM converter and converts the external DC voltage according to the drive frequency therefrom AC voltage And a half bridge inverter applied to the piezoelectric transformer, wherein the DC-DC converter is connected to an output terminal of the rectifier and an input terminal of the PWM converter. Is the piezoelectric transformer further comprising a photo-coupler for feeding back a voltage applied to the LED may be a laminate of piezoelectric ceramic represented by the following formula:
(Pb0 .76Ca0 .23Sr0 .1)Ti0 .96(Mn1 /3Sb2 /3)0.04O3+0.2wt% Na2CO3+0.2wt% Li2CO3. (Pb 0 .76 Ca 0 .23 Sr 0 .1) Ti 0 .96 (Mn 1/3
이때, 상기 DC-DC 컨버터는 상기 압전변압기에 인가되는 AC전압을 정현파로 만들기 위해 상기 하프브리지 인버터의 출력단과 상기 압전변압기의 상기 1차측 간에 직렬연결되는 공진인덕터를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 DC-DC 컨버터는 상기 압전변압기에 인가되는 과전류를 방지하기 위해 상기 PWM변환기의 출력단과 상기 압전변압기의 상기 1차측 간에 연결되는 센싱저항을 더 포함할 수 있다.In this case, the DC-DC converter may further include a resonant inductor connected in series between the output terminal of the half-bridge inverter and the primary side of the piezoelectric transformer to make the AC voltage applied to the piezoelectric transformer into a sine wave. The DC-DC converter may further include a sensing resistor connected between the output terminal of the PWM converter and the primary side of the piezoelectric transformer to prevent overcurrent applied to the piezoelectric transformer.
상술한 바와 같이, 본 발명은 적층형 압전변압기를 사용한 DC-DC 컨버터에 있어서 상기 압전변압기에 적정한 고주파대역의 동작주파수의 공급을 구현하여 소형화 및 경량화, 그리고 화재안정성이 뛰어난 DC-DC 컨버터를 제공한다. 본 발명의 DC-DC 컨버터는 고휘도 발광다이오드를 구동하는데 적합하다.As described above, the present invention provides a DC-DC converter excellent in miniaturization, light weight, and fire stability by implementing a supply of an operating frequency of a high frequency band suitable for the piezoelectric transformer in a DC-DC converter using a stacked piezoelectric transformer. . The DC-DC converter of the present invention is suitable for driving high brightness light emitting diodes.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 특히, 하기 실시예들은 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공되는 것이며, 본 발명은 하기 실시예들로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In particular, the following examples are provided to aid the overall understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
두께진동모드Thickness vibration mode 적층형Stacked 압전변압기의 제조 Manufacture of Piezoelectric Transformer
먼저, 본 발명에 의한 DC-DC 컨버터는 하기 식 1을 조성으로 하는 두께진동모드 적층형 압전변압기를 포함한다:First, the DC-DC converter according to the present invention includes a thick vibration mode multilayer piezoelectric transformer having the following formula (1):
(Pb0 .76Ca0 .23Sr0 .1)Ti0 .96(Mn1 /3Sb2 /3)0.04O3+0.2wt% Na2CO3+0.2wt% Li2CO3 (식 1) (Pb 0 .76 Ca 0 .23 Sr 0 .1) Ti 0 .96 (Mn 1/3
본 발명에서 상기 압전변압기는 산화물혼합법, 졸겔법 등을 포함한 해당 분야에서 공지된 방법으로 제조될 수 있다. 특히, 산화물혼합법을 사용하는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 두께진동모드 적층형 압전변압기는 바람직하게는 다음과 같이 제조된다: 즉, 식 1에서의 (Pb0.76Ca0.23Sr0.1)Ti0.96(Mn1/3Sb2/3)0.04O3의 조성을 순도 99%이상의 파우더로 10-4g 까지 평량하고, 아세톤을 분산매로 하여 24시간 동안 볼밀하고, 볼밀한 분말을 12시간 이상 건조한 후, 850℃에서 2시간 동안 하소한다; 그리고, 상기 하소된 분말에 소결조제로 식 1에서의 0.2wt% Na2CO3+0.2wt% Li2CO3를 첨가하여 24시간 동안 재혼합 분쇄한 후 건조한다; 그리고, 건조된 파우더와 PVB(Ferro B73305)의 비율을 72:28로 하여 혼합한 후, 닥터블레이드법(Doctor Blade)으로 테이프캐스팅(tape casting) 하여 75㎛ 두께의 시트(sheet)를 제조한다; 그리고, 적어도 하나 이상의 상기 시트를 적층하여 70℃에서 3200psi의 압력으로 일축성형한 후, 340℃에서 3시간 동안 번아웃(burn-out)하고 900℃에서 90분 동안 소결한다; 그리고, 소결을 마친 후, 두께 3.5㎜로 연마하여 표면에 전극을 발라 600℃에서 10분간 열처리하여 전극을 형성하고, 이를 50℃ 실리콘유 속에서 45㎸/㎝로 분극한다; 이렇게 적층제조된 각 압전세라믹 시트들은 전계 인가시 두께진동모드(thickness vibration mode)로 작동하게 된다. In the present invention, the piezoelectric transformer may be manufactured by a method known in the art, including an oxide mixing method and a sol gel method. In particular, according to one embodiment of the invention using the oxide mixing method, the thickness vibration mode multilayer piezoelectric transformer is preferably manufactured as follows: (Pb 0.76 Ca 0.23 Sr 0.1 ) Ti 0.96 (Mn 1/3 Sb 2/3 ) The composition of 0.04 O 3 is weighed to 10 -4 g with a powder having a purity of 99% or more, ball milled for 24 hours with acetone as a dispersion medium, and the ball milled powder is dried for 12 hours or more. Calcining at 850 ° C. for 2 hours; Then, 0.2 wt% Na 2 CO 3 +0.2 wt% Li 2 CO 3 of the formula 1 was added to the calcined powder, followed by remixing and grinding for 24 hours, followed by drying; Then, after mixing the dry powder and PVB (Ferro B73305) in a ratio of 72:28, tape casting is performed by a doctor blade to prepare a sheet having a thickness of 75 μm; And laminating at least one of the sheets at a temperature of 3200 psi at 70 ° C., then burn-out at 340 ° C. for 3 hours and sintering at 900 ° C. for 90 minutes; Then, after sintering, the electrode was polished to a thickness of 3.5 mm to apply an electrode to the surface, followed by heat treatment at 600 ° C. for 10 minutes to form an electrode, which was polarized at 45 ° C./cm in 50 ° C. silicon oil; Each of the laminated piezoelectric ceramic sheets is operated in a thickness vibration mode when an electric field is applied.
도 1a는 본 실시예에 의해 제조된 적층형 압전변압기를 도시하며, 이 압전변압기는 3층의 출력부와 1층의 입력부를 갖고 강압형이다.Fig. 1A shows a stacked piezoelectric transformer manufactured by the present embodiment, which is a step-down type with three layers of outputs and one layer of inputs.
또한, 도 1b는 본 실시예에 의해 제조된 적층형 압전변압기의 공진 및 반공 진 주파수 특성그래프이고, 이에 근거하여 압전 및 유전특성 요소들, 즉 압전변압기의 유효전기기계결합계수 keff, 출력임피던스 Zout, 기계적품질계수 Qmt, 전기기계결합계수 kt은 IEEE규정에 따라 하기 식들 2-5로부터 구할 수 있다:In addition, Figure 1b is a graph of the resonance and anti-resonance frequency characteristics of the stacked piezoelectric transformer manufactured by the present embodiment, based on the piezoelectric and dielectric properties, that is, the effective electromechanical coupling coefficient k eff , output impedance Z of the piezoelectric transformer out , the mechanical quality factor Q mt , and the electromechanical coupling factor k t can be obtained from the following Equations 2-5 according to the IEEE:
식 2
식 3
식 4
식 5
따라서, 상기 압전변압기의 등가회로 상의 제반 구성요소들의 값들은 하기 표 1과 같이 정리된다:Accordingly, the values of the various components on the equivalent circuit of the piezoelectric transformer are summarized as in Table 1 below:
표 1TABLE 1
DCDC -- DCDC 컨버터의 설계 Converter design
본 발명에 의한 적층형 압전변압기를 이용한 DC-DC 컨버터는 대체로 다음과 같은 요건이 요구된다. 첫째로, 적층형 압전변압기를 구동하기 위해서는 고주파의 DC-AC 컨버터가 있어야 한다. 즉, 적층형 압전변압기는 일반 권선형 변압기와 달리 높은 강압비를 얻기 위해서는 상기 압전변압기의 공진주파수와 동일한 구동주파수의 선형적 교류전압을 인가하여야 하고, 또한 공진주파수 영역은 압전변압기의 특성상 좁은 영역을 가지기 때문에 구동주파수의 매칭이 필수적이다. 둘째로, 부하의 손상시 과전압보호, 저전압 입력방지, 그리고 과전류 보호회로 등이 필요하다. The DC-DC converter using the stacked piezoelectric transformer according to the present invention generally requires the following requirements. First, in order to drive a stacked piezoelectric transformer, a high frequency DC-AC converter must be provided. That is, unlike the general winding type transformer, the multilayer piezoelectric transformer needs to apply a linear AC voltage of the same driving frequency as the resonance frequency of the piezoelectric transformer to obtain a high step-down ratio, and the resonance frequency region has a narrow region due to the characteristics of the piezoelectric transformer. Since the matching of the driving frequency is essential. Second, overvoltage protection, undervoltage input protection, and overcurrent protection circuits are required in case of load damage.
상기한 요건에 따라 본 발명에 의한 적층형 압전변압기를 이용한 DC-DC 컨버터는 도 2a-2c와 같이 구현된다. 도 2a는 본 발명에 의한 DC-DC 컨버터의 블록 구조도이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 의한 DC-DC 컨버터의 블록 구조도이며, 도 2c는 도 2b의 개략 회로도이다.According to the above requirements, the DC-DC converter using the stacked piezoelectric transformer according to the present invention is implemented as shown in FIGS. 2A-2C. 2A is a block diagram of a DC-DC converter according to the present invention, FIG. 2B is a block diagram of a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2C is a schematic circuit diagram of FIG. 2B.
먼저, 도 2a를 참조하면, 본 발명에 의한 적층형 압전변압기를 이용한 DC-DC 컨버터(10)는 전원부(20)로부터 입력되는 DC전압(일 예를 들어, DC 34V)을 AC전압으로 변환하는 DC-AC 변환부(30)와, 이의 출력을 인가받아 전압을 승압 또는 강압하는 압전변압기(40)와, 상기 압전변압기의 출력을 DC전압으로 변환하여 LED부(70)를 구동하는 정류기(50)를 포함하여 구성된다. 또한, DC-AC 변환부(30)는 인가되는 DC전압을 PWM(Pulse Width Modulation) 변환하여 압전변압기(40)의 구동주파수를 발진하는 PWM 변환기(32)와, DC전압을 AC전압으로 변환하는 하프브리지 인버터(34)로 구성된다. First, referring to FIG. 2A, the DC-
본 발명의 일 실시예에서, 도 2b를 참조하면, 상기 PWM 변환기(32)는 PWM IC(LM5035, National Semiconductor)를 사용할 수 있으며, 이 IC는 105V/2A Half-bridge Gate Drivers, Line Under-Voltage Lockout(UVLO), Line Over-Voltage Protection(OVP), Current Sense input for current limit(CS) 등의 기능을 가진다. In an embodiment of the present invention, referring to FIG. 2B, the
또한, 하프브리지 인버터(34)의 2개의 MOSFET 스위치는 PWM 변환기(32)로부터의 상기 구동주파수에 따라 상호교대로 작동함으로써 입력되는 DC전압을 구형파 AC전압으로 변환한다. 이때, 도 2b를 참조하면, 하프브리지 인버터(34)의 상기 2개의 MOSFET의 게이트 펄스 신호전압을 인가하기 위해서 PWM 변환기 또는 PWM LM5035(32)의 주파수 발진은 RT와 AGND 핀 사이에 결합된 단일 외부저항 RT로 설정할 수 있다. 이 RT는 하기 식 6으로 유도되고, 이에 따라 RT에 의해 프로그램된 펄스 신호는 PWM LM5035(32)의 HO와 LO핀에 의해서 교번 발진되어 하프브리지 인버터(34)의 2개의 MOSFET 스위치에 인가된다: In addition, the two MOSFET switches of the half-
식 6
또한, 상기와 같은 하프브리지 토폴로지에서 보다 정현파에 가까운 파형을 만들기 위해 조절가능한 부분은 공진인덕터 Lr이다. 왜냐면, 압전변압기(40) 제조시 모든 상수값들이 정해질 뿐만 아니라 압전 변압기는 커패시터 값이 큰 소자이어서 매칭 인덕터의 선정이 중요하기 때문이다. LC 공진 주파수는 반드시 스위칭 주파수보다 커야 하므로 직렬공진인덕터 Lr의 용량은 하기 식 7 및 8로 유도될 수 있다: In addition, in the half-bridge topology as described above, the adjustable part is a resonant inductor L r to produce a waveform closer to sinusoidal wave. This is because not only all constant values are determined when the
식 7 Equation 7
식 8
또한, 상술한 실시예(표 1 참조)의 압전변압기에서 측정된 공진주파수 fr은 1.2MHz 부근이고 측정된 입력측 캐패시터 C0의 값은 0.59nF이므로, Lr은 30μH 보다 작은 값으로 선정함이 바람직하다. 또한, 직렬공진인덕터 Lr의 용량은, 작은 경우에는 고조파에 의해 정현파로 되지 않고 또한 입력 전류의 증가로 인해 효율이 낮고, 또한 큰 경우에는 입력 전류의 감소로 인하여 충분한 출력을 얻기 힘들다. 본 실시예에서 선정한 직렬공진인덕터 Lr의 용량은 22μH이다.In addition, since the resonance frequency f r measured in the piezoelectric transformer of the above-described embodiment (see Table 1) is about 1.2 MHz and the measured value of the input capacitor C 0 is 0.59 nF, L r is selected to be smaller than 30 μH. desirable. In addition, the capacitance of the series resonant inductor L r is not sine wave due to harmonics, and the efficiency is low due to the increase of the input current, and in the large case, it is difficult to obtain sufficient output due to the decrease of the input current. The capacity of the series resonant inductor L r selected in this example is 22 µH.
또한 본 실시예에서, 도 2b를 참조하면, 본 구동회로에 사용된 보호회로는 PWM 변환기 또는 PWM LM5035(32)에서 입력단과 UVLO 및 OVP 핀과 연결된 저항으로 프로그램된, 과전압입력 및 저전압입력 시 자동오프 기능을 갖도록 하여 입력신호에 대한 보호회로를 구성함이 바람직하다. Also in this embodiment, referring to FIG. 2B, the protection circuit used in this drive circuit is automatically programmed at the overvoltage input and undervoltage input, programmed with a PWM converter or a resistor connected to the UVLO and OVP pins at the PWM LM5035 (32). It is desirable to configure a protection circuit for the input signal to have an off function.
또한, 일반적으로 압전 변압기(40)는 무부하시 최대 승압비를 나타내므로, 갑작스런 부하개방상태가 되면 발진이 상승하여 과진동을 초래하여 파손의 위험이 있다. 따라서, 이러한 파손을 방지하여 컨버터 전체(10)와 압전 변압기(40)에 무리가 가지 않도록 지속적인 센싱이 필요하다. 본 발명의 일 실시예에서는 도 2b와 같이 압전 변압기(40)의 1차측 전류신호를 센싱저항 Rs에서 감지하여 과전류로부터 보호하며, 또한 포토 커플러(일 예로서, NEC PS2811-1M)를 사용하여 피드백 회로(도 2a 및 2b의 60)를 구성하여 PWM 변환기 또는 PWM LM5035(32)의 HO, LO에서 출력되 는 펄스 신호의 듀티 사이클을 조절하여 출력전압을 고정하는 것이 바람직하다.In addition, in general, the
또한, 압전변압기(40)는 부하에 따라 강압율이 변동하는 특징을 가지므로, 높은 강압율을 얻기 위해서는 부하의 임피던스와 압전 변압기간에 임피던스 정합을 함이 바람직하다. 일 예를 들면, 이와 같은 부하의 임피던스 매칭을 위해 3.4[V], 50[mA] 고휘도 LED 6개를 병렬로 연결하여 부하로 사용할 수 있다.In addition, since the
특성characteristic
도 3a-3c는 상술한 본 실시예에 의한 DC-DC 컨버터(10)의 제반특성 그래프로서, 도 3a는 하프브리지 인버터(34)의 2개의 MOSFET의 게이트 신호 및 압전변압기(40)의 입력전압파형이고, 도 3b는 정류기(50)를 거친 DC파형으로 고휘도 LED부(70)를 점등하였을 때 출력파형이며, 도 3c는 40분간 2차례에 걸쳐 LED부(70)를 점등하였을 때 압전변압기(40)의 온도특성그래프이다. 3A and 3C are graphs showing general characteristics of the DC-
도 3a를 참조하면, 본 실시예에서 압전변압기(40)의 구동주파수는 약 872[KHz]에서 DC38[V]의 입력을 받아 DC3.4[V]로 가장 높은 강압율을 나타낸다. 본 실시예에서 측정된 압전변압기의 공진 주파수는 1.2MHz 부근이나(표 1 참조), 실제 설계된 DC-DC 컨버터(10)에 적용하였을 때 최대 승압비는 이와 같이 구동주파수가 872[KHz]일 때 가장 높게 나타난 것은 직렬연결된 공진인덕터 Lr과 압전 변압기의 자체 인덕터 값에 의해서 구동주파수가 감소된 것으로 사료된다.Referring to FIG. 3A, the driving frequency of the
또한, 도 3c를 참조하면, LED부(70)의 구동 15분까지 압전변압기(40)의 표면 온도가 지속적으로 상승하다가 15분 이후 감소하고 25분 후부터는 압전변압기(40)의 포면온도는 약 33[℃]에서 포화되어 안정화되며, 압전변압기(40)의 온도상승은 약 17[℃]이다.In addition, referring to FIG. 3C, the surface temperature of the
상술된 본 발명의 실시예들에 있어서, 조성분말의 평균입도, 분포 및 비표면적과 같은 분말특성과, 원료의 순도, 불순물 첨가량 및 소결 조건에 따라 통상적인 오차범위 내에서 다소 변동이 있을 수 있음은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 지극히 당연하다.In the above-described embodiments of the present invention, the powder characteristics such as the average particle size, distribution and specific surface area of the composition powder, the purity of the raw material, the amount of impurity added and the sintering conditions may vary slightly within the usual error range. Is quite natural to those of ordinary skill in the art.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.In addition, the preferred embodiment of the present invention is disclosed for the purpose of illustration, anyone of ordinary skill in the art will be possible to various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, such modifications, changes, Additions and the like should be considered to be within the scope of the claims.
도 1a는 본 실시예에 의해 제조된 적층형 압전변압기의 개략 구조도.1A is a schematic structural diagram of a stacked piezoelectric transformer manufactured by the present embodiment.
도 1b는 본 실시예에 의해 제조된 적층형 압전변압기의 공진 및 반공진 주파수 특성그래프.Figure 1b is a graph of the resonance and anti-resonance frequency characteristics of the multilayer piezoelectric transformer manufactured by the present embodiment.
도 2a는 본 발명에 의한 DC-DC 컨버터의 블록 구조도.Figure 2a is a block diagram of a DC-DC converter according to the present invention.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 의한 DC-DC 컨버터의 블록 구조도.Figure 2b is a block diagram of a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
도 2c는 도 2b의 개략 회로도.2C is a schematic circuit diagram of FIG. 2B.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>
10: DC-DC 컨버터 20: 전원부10: DC-DC converter 20: power supply
30: DC-AC 변환부 32: PWM 변환기30: DC-AC converter 32: PWM converter
34: 하프브리지 인버터 40: 압전변압기34: half bridge inverter 40: piezoelectric transformer
50: 정류기 60: 피드백회로50: rectifier 60: feedback circuit
70: LED부70: LED unit
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