KR101336929B1 - 고체 콘덴서를 이용한 컨버터 - Google Patents

고체 콘덴서를 이용한 컨버터 Download PDF

Info

Publication number
KR101336929B1
KR101336929B1 KR1020120001087A KR20120001087A KR101336929B1 KR 101336929 B1 KR101336929 B1 KR 101336929B1 KR 1020120001087 A KR1020120001087 A KR 1020120001087A KR 20120001087 A KR20120001087 A KR 20120001087A KR 101336929 B1 KR101336929 B1 KR 101336929B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
converter
solid capacitor
output
input
Prior art date
Application number
KR1020120001087A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130080265A (ko
Inventor
어경원
Original Assignee
(주) 강동테크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주) 강동테크 filed Critical (주) 강동테크
Priority to KR1020120001087A priority Critical patent/KR101336929B1/ko
Priority to PCT/KR2012/011762 priority patent/WO2013103221A1/ko
Publication of KR20130080265A publication Critical patent/KR20130080265A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101336929B1 publication Critical patent/KR101336929B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/145—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/155—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

본 발명은 컨버터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터는 입력 교류 전압을 제1 직류전압으로 정류하고, 상기 제1 직류전압을 스위칭하여 제1 교류전압을 출력하는 1차측 회로부, 제1 교류전압을 권선비에 비례하는 제2 교류전압으로 변환시켜 출력하는 트랜스포머 및 제2 교류 전압을 정류하고 평활시켜 제2 직류 전압으로 출력하는 2차측 회로부를 포함하는 컨버터에 있어서, 상기 2차측 회로부는 상기 트랜스포머로부터 출력된 제2 교류 전압를 정류하는 제2 정류부; 및 고체 콘덴서로 이루어져, 상기 정류된 제2 교류 전압을 평활시켜 제2 직류전압으로 출력하는 평활회로;를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터는 대용량의 전해 콘덴서 대신 소용량의 고체 콘덴서를 사용함으로써, 기존의 전해 콘덴서를 사용하여 컨버터의 수명을 획기적으로 늘릴 수 있다는 장점을 갖는다.

Description

고체 콘덴서를 이용한 컨버터{Converter using solid condenser}
본 발명은 고체 콘덴서를 이용한 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 컨버터의 평활회로를 기존의 전해액 콘덴서 대신 고체 콘덴서로 구성하고, 상기 고체 콘덴서로 인한 비평활 상태를 고속 펄스폭변조(pulse width modulation; PWM) 제어를 통해 평활상태로 유지하도록 함으로써, 수명이 길면서도 안정적인 고체 콘덴서를 이용한 컨버터에 관한 것이다.
조명등은 전원을 공급받아 전기에너지를 빛에너지로 전환함으로써 사용자에게 어두운 곳에서도 물체를 식별할 수 있도록 하는 도구이다. 현재 사용되고 있는 조명등으로는 백열전구, 형광등 및 LED 등이 있다. 여기서, 백열전구는 저렴하게 제작할 수 있지만 빛보다는 열이 더 많이 발생하는 단점이 있다. 또한, 형광등은 백열전구보다 전기에너지를 빛 에너지로 전환하는 비율이 커서, 에너지 절약이라는 장점을 가지지만 점등에 소요되는 시간이 길고 그 수명이 짧다는 단점이 있다.
LED(Light emitting device)는 비록 아직까지 제작비용은 경제성이 떨어지지만, 작은 전력으로 높은 조도를 얻으면서 그 수명도 1회 사용에 특별한 수리 없이도 3년 이상으로 획기적으로 길어서 장래의 조명등으로서 선호되고 있다. 일반적으로 LED란, 전류를 흘리면 발광하는 다이오드로서 반도체의 PN 접합면에 소수 캐리어를 주입시키면 전자가 보다 높은 에너지 준위로 여기 되고, 다시 안정된 상태로 돌아올 때 가지고 있던 에너지가 빛의 파장대를 가진 전자파로 형성되어 방사되는 발광 소자이다.
LED 조명 기구는 사용용도에 따라 빛의 강약 조절을 할 수 있고, 에너지 절약과 사용자의 시력을 보호할 수 있고, 반영구적인 수명을 갖으며, 주위 온도의 변화에도 영향을 미치지 않는 첨단의 전구라는 장점을 가지지만, LED 조명기구는 직류전원에 의해 구동되므로, 기존의 조명 시스템의 구조 변경 없이 교류전원을 사용하는 일반 조명기구를 바로 대체하기가 어렵다는 단점이 있다.
교류전원인 상용전원에 연결되는 기존의 조명시스템을 사용하기 위하여, 종래의 LED 조명장치는 교류전원을 직류전원으로 바꾸는 컨버터를 구비함으로써, 교류전원을 이용하는 일반 조명 시스템에 적용할 수 있도록 하였다. 도 1은 종래의 LED 구동용 컨버터의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 일반적인 컨버터는 검출회로, 정류회로, 평활회로, PWM 발생장치 등으로 구성되며, 상기 정류회로를 통해 교류전원을 직류전원으로 바꾸는 과정에서 교류전원의 사인파로 인한 전압 변동을 평활 시켜주는 평활회로의 역할이 가장 중요하다. 이러한 역할을 하는 것이 바로 콘덴서이다.
콘덴서의 종류에는 전해 콘덴서, 탄탈콘덴서, 세라믹콘덴서, 마일러 콘덴서 등 여러가지가 있으며, 이 중 전해 콘덴서는 낮은 원가 비용으로 소형 제작이 가능하면서도, 대용량을 갖기 때문에 컨버터의 구성부품으로써 주로 사용되고 있다. 그러나, 상기 전해 콘덴서는 전해액을 사용하기 때문에, 열이 발생하는 컨버터의 특성상 수명에 취약하다는 단점을 지녀, 반영구적인 수명을 갖는 LED 소자를 사용함에도 불구하고, 전술한 LED 조명기구는 약 3만 시간 내지 5만 시간 정도의 수명밖에 보증할 수 없다는 문제점을 갖게 된다. 또한, 다른 종류의 콘덴서의 경우에는 대부분이 장수명을 갖기는 하나, 전해콘덴서와 대비하여 가격이 비싸고 용량이 너무 작기 때문에 LED용 컨버터에 적용하기에는 경제성이 떨어진다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 컨버터의 평활회로를 기존의 전해 콘덴서 대신 고체 콘덴서로 구성하고, 상기 고체 콘덴서로 인한 비평활 상태를 고속 펄스폭변조(pulse width modulation; PWM) 제어를 통해 평활상태로 유지하도록 함으로써, 수명이 길면서도 안정적인 고체 콘덴서를 이용한 컨버터를 제공하고자 하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 입력 교류 전압을 제1 직류전압으로 정류하고, 상기 제1 직류전압을 스위칭하여 제1 교류전압을 출력하는 1차측 회로부, 제1 교류전압을 권선비에 비례하는 제2 교류전압으로 변환시켜 출력하는 트랜스포머 및 제2 교류 전압을 정류하고 평활시켜 제2 직류 전압으로 출력하는 2차측 회로부를 포함하는 컨버터에 있어서, 상기 2차측 회로부는 상기 트랜스포머로부터 출력된 제2 교류 전압를 정류하는 제2 정류부; 및 고체 콘덴서로 이루어져, 상기 정류된 제2 교류 전압을 평활시켜 제2 직류전압으로 출력하는 평활회로;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
전술한 특징을 갖는 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터에 있어서, 상기 컨버터의 1차측 회로부는 입력 교류 전압을 정류하여 제1 직류 전압으로 변환하는 제1 정류부; 상기 변환된 제1 직류 전압을 펄스폭변조(Pulse width modulation; PWM)하여 제1 교류 전압을 출력하는 PWM 발생 장치; 피드백 신호를 제공받아 다음 주기에 진행될 출력 전압의 파형을 미리 예측하여 상기 PWM 발생 장치를 제어하는 자동전압제어부; 및 상기 트랜스포머로 입력되는 제1 교류 전압을 검출하여 상기 자동전압제어부로 피드백 신호를 출력하는 검출회로부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징을 갖는 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터에 있어서, 상기 PWM 발생 장치는 사전에 설정된 속도 이상으로 펄스폭변조하는 고속 PWM 발생 장치인 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징을 갖는 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터에 있어서,상기 자동전압제어부는 비례 적분 미분(Proportinal integral differential; 이하 'PID') 제어형 자동전압제어부인 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징을 갖는 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터에 있어서, 상기 1차측 회로부는 입력 교류 전압의 노이즈를 제거하여, 상기 제1 정류부로 제공하는 필터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징을 갖는 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터에 있어서, 상기 필터부는 입력 교류 전압의 고주파 노이즈를 제거하는 EMI 필터(electromagnetic interference filter)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징을 갖는 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터에 있어서, 상기 컨버터는 상기 2차측 회로부로부터 출력되는 제2 직류전압에 따른 고정 전류를 제공하는 고정 전류 회로; 및 외부 부하 장치와 연결되고, 상기 고정 전류 회로로부터 제공되는 제2 직류 전압에 따른 고정 전류를 상기 부하 장치로 전달하는 콘넥터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은, 입력 교류 전압을 제1 직류전압으로 정류하고, 상기 제1 직류전압을 스위칭하여 제1 교류전압을 출력하는 1차측 회로부, 제1 교류전압을 권선비에 비례하는 제2 교류전압으로 변환시켜 출력하는 트랜스포머 및 제2 교류 전압을 정류하고 평활시켜 제2 직류 전압으로 출력하는 2차측 회로부를 포함하는 컨버터에 있어서, 상기 컨버터의 1차측 회로부는 입력 교류 전압을 정류하여 제1 직류 전압으로 변환하는 제1 정류부; 상기 변환된 제1 직류 전압을 펄스폭변조(Pulse width modulation; PWM)하여 제1 교류 전압을 출력하는 PWM 발생 장치; 피드백 신호를 제공받아 다음 주기에 진행될 출력 전압의 파형을 미리 예측하여 상기 PWM 발생 장치를 제어하는 자동전압제어부; 및 상기 트랜스포머로 입력되는 제1 교류 전압을 검출하여 상기 자동전압제어부로 피드백 신호를 출력하는 검출회로부;를 포함하고, 상기 2차측 회로부는 상기 트랜스포머로부터 출력된 제2 교류 전압를 정류하는 제2 정류부; 및 상기 정류된 제2 교류 전압을 평활시켜 제2 직류전압으로 출력하는 평활회로;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
전술한 특징을 갖는 고체 콘덴서를 이용한 컨버터에 있어서, 상기 2차측 회로부의 평활회로는 고체 콘덴서인 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징을 갖는 고체 콘덴서를 이용한 컨버터에 있어서, 상기 컨버터는 상기 2차측 회로부로부터 출력되는 제2 직류전압에 따른 고정 전류를 제공하는 고정 전류 회로; 및 외부 부하 장치와 연결되고, 상기 고정 전류 회로로부터 제공되는 제2 직류 전압에 따른 고정 전류를 상기 부하 장치로 전달하는 콘넥터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터는 대용량의 전해 콘덴서 대신 소용량의 고체 콘덴서를 사용함으로써, 기존의 전해 콘덴서를 사용하여 컨버터의 수명을 획기적으로 늘릴 수 있다는 장점을 갖는다. 종래의 전해 콘덴서를 사용하였을 때의 컨버터의 수명은 약 5만 시간에 불과했지만, 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터의 수명은 약 10만 시간 이상으로 연장시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터는 반영구적인 수명을 갖고 있으나, 전해콘덴서를 이용한 컨버터의 수명으로 인해 수명이 제한적이었던 LED 조명 장치 등에 적용시켜, 실질적인 수명을 연장시켜주는 효과를 발현할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터는 트랜스포머 전단에서 출력 전압의 파형을 검출하여 피드백 신호를 제공하는 검출회로부, 상기 피드백 신호를 이용하여 미래예측제어하는 PID형 자동전압제어부 및 고속 PWM 발생장치로 1차측 회로부를 구성하여, 출력 전압의 파형을 빠르게 검출하고, 정확하게 예측하여 출력 전압을 제어하도록 함으로써, 소용량인 고체 콘덴서를 이용하였을 때 발생되는 출력전압 파형의 굴곡 현상을 해소하여, 종래의 대용량 전해 콘덴서를 사용했을 때와 동일한 출력 파형을 획득할 수 있게 한다.
따라서, 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터는 고체 콘덴서를 통해 2배 이상의 수명이 연장되면서도 종래의 전해 콘덴서와 동일한 효과를 발휘할 수 있을 뿐만 아니라, 원가 향상 요인이 상대적으로 크지 않기 때문에, 매우 경제적이면서 안정적인 컨버터를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 LED 구동용 컨버터의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터를 개략적으로 도시한 구조도이다.
도 3은 종래의 전해 콘덴서를 사용하는 컨버터와 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터를 비교하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터의 PID 제어된 출력 파형을 나타낸 그래프이다.
도 5는 일반적인 PID 제어에 있어서, 파라미터 값에 따른 출력파형의 변화를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터의 구조 및 동작 원리에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터를 개략적으로 도시한 구조도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터(20)는 1차측 회로부(200), 트랜스포머(220), 2차측 회로부(240), 고정전류회로(250) 및 콘넥터(260)를 포함한다. 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터(20)는 상기 2차측 회로부(240)의 평활회로(244)를 종래의 대용량 전해 콘덴서 대신 소용량의 고체 콘덴서로 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 1차측 회로부(200)는 입력 교류 전압을 제1 직류 전압으로 정류하고, 상기 제1 직류 전압을 스위칭하여 제1 교류전압을 출력한다.
상기 트랜스포머(220)는 상기 제1 교류 전압을 권선비에 비례하는 제2 교류전압으로 변환시켜 출력한다.
상기 2차측 회로부(240)는 상기 제2 교류전압을 정류하고, 평활시켜 제2 직류전압으로 출력한다. 여기서, 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터(20)의 상기 2차측 회로부(240)는 상기 트랜스포머로부터 출력된 제2 교류 전압을 정류하는 제2 정류부(242) 및 고체 콘덴서로 이루어져, 상기 정류된 제2 교류 전압을 평활시켜 제2 직류 전압으로 출력하는 평활회로(244)를 구비하게 된다.
종래에는 평활회로로 대용량의 전해 콘덴서가 사용되는데, 이러한 전해 콘덴서는 전해액을 사용하기 때문에 열, 주파수와 같은 사용 주변 조건에 따라 특성값의 변화가 심하다는 단점이 있다. 특히, 전해 콘덴서는 컨버터와 같이 열이 발생하는 장치에 적용되는 경우에는 지속적인 특성 변화로 인하여 사용 가능한 수명이 짧을 수밖에 없다. 따라서, 전해 콘덴서를 사용하는 컨버터 또한 사용 수명이 짧다는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 평활회로를 전해 콘덴서 대신 사용 주변 조건에 대해 내구성이 강한 고체 콘덴서를 사용하는 것을 특징으로 한다. 그러나, 고체 콘덴서는 용량이 작기 때문에, 대용량인 전해 콘덴서를 상기 고체 콘덴서로 바로 대체하게 되면, 평균 무고장 시간(meantime between failure; MTBF)이 증가하기는 하나, 출력되는 전압의 파형이 평활을 이루지 못하고 유동성이 생기므로 전원 공급장치인 컨버터로서 사용할 수 없게 된다.
도 3은 종래의 전해 콘덴서를 사용하는 컨버터와 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터를 비교하기 위한 도면으로서, 도 3의 (a)는 종래의 전해 콘덴서를 사용하는 컨버터의 출력 파형을 나타낸 그래프이며, 도 3의 (b)는 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터의 출력 파형을 나타낸 그래프이다. 도 3의 (a)를 참조하면, 대용량을 갖는 전해 콘덴서를 사용하는 컨버터는 평활한 전압을 지속적으로 출력하는 것을 알 수 있다. 이에 비해, 도 3의 (b)를 참조하면, 소용량을 갖는 고체 콘덴서를 이용하는 컨버터의 경우, 출력 파형이 주기적으로 증감을 반복하면서 평활을 이루지 못하고 있음을 알 수 있다. 이러한 주기적인 파형의 굴곡이 나타나는 이유는 부하가 고정이면 전류값이 같을 수밖에 없는 옴의 법칙에 준하기 때문이다. 즉, 부하가 같으면 전류값인 시간당 흐르는 전하량이 동일하게 되는데, 용량이 큰 콘덴서에 비해 용량이 작은 콘덴서는 방전이 빠르게 이루어져 출력 전압을 일정하게 유지하지 못하고, 전술한 바와 같이 주기적인 파형의 굴곡이 발생되는 것이다. 이러한 출력전압이 파형의 굴곡을 갖고 LED와 같은 부하에 전달되는 경우에는 전압에 따라 LED의 밝기도 주기적으로 변화하게 되므로, 이렇게 출력 파형이 평활하지 못하면 전원 공급장치로서 사용할 수 없다. 이를 보안하기 위해 후술하는 원리에 의한 컨버터의 1차측 회로부(200)를 구성하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터는 상기 2차측 회로부(240)로부터 출력되는 제2 직류 전압에 따른 고정 전류를 제공하는 고정전류회로(250) 및 외부 부하 장치와 연결되고, 상기 고정 전류 회로(250)로부터 제공되는 제2 직류 전압에 따른 고정 전류를 상기 부하 장치로 전달하는 콘넥터(260)을 더 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터의 1차측 회로부의 구조 및 동작 원리에 대하여 구체적으로 설명한다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터(20)의 1차측 회로부(200)는 입력 교류 전압을 정류하여 제1 직류 전압으로 변환하는 제1 정류부(202), 상기 변환된 제1 직류 전압을 펄스폭변조(Pulse width modulation; 이하,'PWM')하여 제1 교류 전압을 출력하는 PWM 발생장치(204), 피드백 신호를 제공받아 다음 주기에 진행될 출력 전압의 파형을 미리 예측하여 상기 PWM 발생 장치를 제어하는 자동전압제어부(206) 및 상기 트랜스포머로 입력되는 제1 교류 전압을 검출하여 상기 자동전압제어부로 피드백 신호를 출력하는 검출회로부(208)를 포함하며, 필터부(201)를 더 포함할 수 있다.
전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터의 1차측 회로부는, 정확한 출력 파형을 빠르게 감지하여 피드백하고, 이에 따른 예측 제어를 통해 PWM 발생 장치를 제어하는 것으로서, 대용량 전해 콘덴서를 대체하여 소용량 고체 콘덴서를 사용하였을 때 나타나는 주기적인 출력 파형의 굴곡을 보안하고 평활하게 출력할 수 있게 된다.
먼저, 검출회로부(208)에 대하여 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 검출회로부는 평활회로 이후에 진행되는 전압을 감지하여 자동전압제어기로 제공하는 경로를 갖는다. 이러한 경로를 갖는 종래의 검출회로부는 평활된 출력 전압을 측정하기 때문에 CV(constant voltage) 값을 상기 자동전압제어기로 제공하게 되는데, 이러한 CV 값은 다음 주기에 진행될 출력 전압의 파형을 미리 예측하는 제어에는 부적합하다. 따라서, 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터의 검출회로부는 빠르고 정확한 출력 전압의 파형 검출을 위해, 리플(Ripple)이 그대로 존재하는 트랜스포머 전단에서 펄스폭변조된 출력 파형을 그대로 검출하게 된다. 다시 말해, 트랜스포머로 입력되는 제1 교류 전압을 검출하여 상기 자동전압제어부로 피드백 신호를 출력한다.
다음, 상기 출력된 피드백 신호를 이용하여 상기 자동 전압 제어부는 다음 주기에 진행될 출력 전압의 파형을 미리 예측하여 상기 PWM 발생 장치를 제어하게 된다. 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터의 상기 자동 전압 제어부는 비례 적분 미분(Proportinal integral differential; 이하, PID) 제어형 자동전압제어부인 것을 특징으로 한다.
상기 PID 제어형 자동전압제어부(206)는 상기 검출회로부(208)로부터 피드백 신호가 제공되면, 상기 피드백 신호를 목표전압값과 비교하고, 오차를 측정한 후, 이를 제어하게 된다. 일반적으로, P(proportinal) 제어는 목표 신호와 피드백 신호 사이의 오차 신호에 적당한 비례 상수 이득을 곱해서 제어 신호를 만들고, I(integral) 제어는 오차 신호를 적분하여 제어 신호를 만드는 적분 제어를 비례 제어에 병렬로 연결해 사용하며, D(differential) 제어는 오차 신호를 미분하여 제어 신호를 만드는 미분 제어를 비례 제어에 병렬로 연결하여 사용한다. PID 제어는 이미 공지공용된 기술이므로, 자세한 설명은 생략한다. 이러한 PID 제어형 자동전압제어부(206)를 통해, 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터는 빠르고 정확한 미래 예측 제어가 가능하게 된다.
한편, 이러한 PID 제어형 자동전압제어부(206)는 PWM 발생 장치의 시간 지연을 고려하지 않더라도 PID 제어의 특성상 출력 파형은 바로 정상화되기는 어렵다. 도 4는 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터의 PID 제어된 출력 파형을 나타낸 그래프이다. 실선(a1)은 종래 컨버터의 전해 콘덴서를 고체 콘덴서로 단순 교체 시의 출력 파형이며, 점선(b1)은 종래 컨버터의 전해 콘덴서를 고체 콘덴서로 교체하고, PID 제어형 자동전압제어부를 적용했을 때의 출력 파형을 나타낸 것이다. 도 4를 참조하면, 고체 콘덴서로 평활회로를 구성하고, PID 제어를 적용하였을 경우, 초기 1주기 동안의 파형은 전압 공급으로서 사용할 수 없는 파형이며, 다음 1주기 동안 보정을 하게 되므로, 실질적인 출력 파형은 2주기가 지난 후에 정상화되어 전원 공급용으로서 사용할 수 있게 된다. 비록 대용량 전해콘덴서를 사용하는 경우에 비해 2주기라는 시간의 지체는 있겠지만, 2주기 후에는 대용량 전해 콘덴서와 동일한 출력 파형을 나타낼 수 있으므로, 대용량 전해 콘덴서를 사용하지 않고도 출력 파형을 평활하게 할 수 있게 된다.
한편, 상기 PID 제어에 있어서, 상기 초기 1주기에 의해 설정된 파라미터 특성이 2번째 주기의 출력 파형 변화에 영향을 주게 된다. 도 5는 일반적인 PID 제어에 있어서, 파라미터 값에 따른 출력파형의 변화를 도시한 그래프이다. 도 5를 참조하면, 파라미터 값이 큰 경우, PID 제어에 있어서, 오버슈트(over shoot)가 발생되며, 파라미터 값이 작은 경우, 유연하게 실제의 목표값으로 제어할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 컨버터는 일종의 전원 공급장치로서, 파라미터 값을 크게 잡을 수가 없다. 이것은 부하 전압이 설정 값보다 커지면 안되기 때문이다. 전술한 설명을 통해, 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터는 파라미터 값을 작게 해야 함을 알 수 있다. 그러나, 도 5에서와 같이, 파라미터 값을 작게 하였을 경우에는 제어되는 출력 전압값이 신속하게 목표값에 도달하는데 한계가 있으므로, 신호 처리에 의해 빠른 출력 전압값을 도출하기 위해서는 고속 PWM 발생장치의 적용이 필요하다.
상기 PWM 발생장치(204)는 제1 정류부로부터 변환된 제1 직류 전압을 PWM 제어하여 제1 교류 전압을 출력하게 된다. 이때, 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터는 실질적으로 출력 전압 파형을 생성하는 PWM 발생장치를 사전에 설정된 속도 이상으로 펄스폭변조하는 고속 PWM 발생 장치로 적용함으로써, 파라미터에 의한 초기 출력전압값의 변화를 빠르게 잡을 수 있어, 평탄 특성을 향상시키게 된다.
한편, 상기 제1 정류부(202)로 입력되기 전에 상기 1차측 회로부(200)는 필터부(201)을 더 구비하여, 상기 제1 정류부(202)로 입력되는 교류 전압의 노이즈를 제거한다. 본 발명에서는 상기 필터부(201)를 EMI 필터(electromagnetic interference filter)로 구성하고, 상기 EMI 필터는 상기 입력 교류 전압의 고주파 노이즈를 제거하게 된다.
전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터는 대용량의 전해 콘덴서 대신 소용량의 고체 콘덴서를 사용함으로써, 기존의 전해 콘덴서를 사용하여 컨버터의 수명을 획기적으로 늘릴 수 있다는 장점을 갖는다. 종래의 전해 콘덴서를 사용하였을 때의 컨버터의 수명은 약 5만 시간에 불과했지만, 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터의 수명은 약 10만 시간 이상으로 연장시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터는 반영구적인 수명을 갖고 있으나, 전해콘덴서를 이용한 컨버터의 수명으로 인해 수명이 제한적이었던 LED 조명 장치 등에 적용시켜, 실질적인 수명을 연장시켜주는 효과를 발현할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터는 트랜스포머 전단에서 출력 전압의 파형을 검출하여 피드백 신호를 제공하는 검출회로부, 상기 피드백 신호를 이용하여 미래예측제어하는 PID형 자동전압제어부 및 고속 PWM 발생장치로 1차측 회로부를 구성하여, 출력 전압의 파형을 빠르게 검출하고, 정확하게 예측하여 출력 전압을 제어하도록 함으로써, 소용량인 고체 콘덴서를 이용하였을 때 발생되는 출력전압 파형의 굴곡 현상을 해소하여, 종래의 대용량 전해 콘덴서를 사용했을 때와 동일한 출력 파형을 획득할 수 있게 한다.
따라서, 본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터는 고체 콘덴서를 통해 2배 이상의 수명이 연장되면서도 종래의 전해 콘덴서와 동일한 효과를 발휘할 수 있을 뿐만 아니라, 원가 향상 요인이 상대적으로 크지 않기 때문에, 매우 경제적이면서 안정적인 컨버터를 제공할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 고체 콘덴서를 이용한 컨버터는 전원 공급 장치를 필요로 하는 모든 분야에 널리 적용할 수 있다. 산업용 SMPS, TV 등 전자 제품뿐만 아니라, 특히, LED 조명에 적용되는 전원 공급 장치로서 활용이 가능하다.
20 : 컨버터
200 : 1차측 회로부
201 : 필터부
202 : 제1 정류부
204 : PWM 발생장치
206 : 자동전압제어부
208 : 검출회로부
220 : 트랜스포머
240 : 2차측 회로부
242 : 제2 정류부
244 : 평활회로
250 : 고정전류회로
260 : 콘넥터

Claims (10)

  1. 입력 교류 전압을 제1 직류전압으로 정류하고, 상기 제1 직류전압을 스위칭하여 제1 교류전압을 출력하는 1차측 회로부, 제1 교류전압을 권선비에 비례하는 제2 교류전압으로 변환시켜 출력하는 트랜스포머 및 제2 교류 전압을 정류하고 평활시켜 제2 직류 전압으로 출력하는 2차측 회로부를 포함하는 컨버터에 있어서,
    상기 2차측 회로부는
    상기 트랜스포머로부터 출력된 제2 교류 전압를 정류하는 제2 정류부; 및
    고체 콘덴서로 이루어져, 상기 정류된 제2 교류 전압을 평활시켜 제2 직류전압으로 출력하는 평활회로;
    를 구비하고,
    상기 컨버터의 1차측 회로부는
    입력 교류 전압을 정류하여 제1 직류 전압으로 변환하는 제1 정류부;
    상기 변환된 제1 직류 전압을 펄스폭변조(Pulse width modulation; PWM)하여 제1 교류 전압을 출력하는 PWM 발생 장치;
    피드백 신호를 제공받아 다음 주기에 진행될 출력 전압의 파형을 미리 예측하여 상기 PWM 발생 장치를 제어하는 자동전압제어부; 및
    상기 트랜스포머로 입력되는 제1 교류 전압을 검출하여 상기 자동전압제어부로 피드백 신호를 출력하는 검출회로부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 콘덴서를 이용한 컨버터.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 PWM 발생 장치는
    사전에 설정된 속도 이상으로 펄스폭변조하는 고속 PWM 발생 장치인 것을 특징으로 하는 고체 콘덴서를 이용한 컨버터.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 자동전압제어부는
    비례 적분 미분(Proportinal integral differential; 이하 'PID') 제어형 자동전압제어부인 것을 특징으로 하는 고체 콘덴서를 이용한 컨버터.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 1차측 회로부는
    입력 교류 전압의 노이즈를 제거하여, 상기 제1 정류부로 제공하는 필터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 콘덴서를 이용한 컨버터.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 필터부는
    입력 교류 전압의 고주파 노이즈를 제거하는 EMI 필터(electromagnetic interference filter)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 콘덴서를 이용한 컨버터.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 컨버터는
    상기 2차측 회로부로부터 출력되는 제2 직류전압에 따른 고정 전류를 제공하는 고정 전류 회로; 및
    외부 부하 장치와 연결되고, 상기 고정 전류 회로로부터 제공되는 제2 직류 전압에 따른 고정 전류를 상기 부하 장치로 전달하는 콘넥터;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 콘덴서를 이용한 컨버터.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
KR1020120001087A 2012-01-04 2012-01-04 고체 콘덴서를 이용한 컨버터 KR101336929B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120001087A KR101336929B1 (ko) 2012-01-04 2012-01-04 고체 콘덴서를 이용한 컨버터
PCT/KR2012/011762 WO2013103221A1 (ko) 2012-01-04 2012-12-28 고체 콘덴서를 이용한 컨버터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120001087A KR101336929B1 (ko) 2012-01-04 2012-01-04 고체 콘덴서를 이용한 컨버터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130080265A KR20130080265A (ko) 2013-07-12
KR101336929B1 true KR101336929B1 (ko) 2013-12-03

Family

ID=48745258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120001087A KR101336929B1 (ko) 2012-01-04 2012-01-04 고체 콘덴서를 이용한 컨버터

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101336929B1 (ko)
WO (1) WO2013103221A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101695264B1 (ko) * 2016-05-20 2017-01-11 주식회사 금강에너텍 Led 조명장치용 컨버터
KR101708400B1 (ko) * 2016-07-18 2017-02-20 엘이디라이팅 주식회사 전원 오프를 감지하여 다단계로 조광되는 엘이디 조명등기구
KR102011110B1 (ko) * 2019-01-25 2019-08-14 금호이앤지 (주) 고체콘덴서를 이용한 led 컨버터

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0638415Y2 (ja) * 1988-06-07 1994-10-05 ティーディーケイ株式会社 平滑回路
JP2003151784A (ja) * 2001-11-09 2003-05-23 Nec Access Technica Ltd 発光ダイオード駆動回路、及びその制御方法、並びに該発光ダイオード駆動回路を備えた電子機器
JP2010045913A (ja) * 2008-08-12 2010-02-25 Rohm Co Ltd 駆動装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1943717A4 (en) * 2005-10-09 2011-10-12 System General Corp SWITCHING CONTROL UNIT WITH VARIABLE SWITCHING FREQUENCY FOR PRIMARY CIRCULAR CONTROLLED STOMMETERS

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0638415Y2 (ja) * 1988-06-07 1994-10-05 ティーディーケイ株式会社 平滑回路
JP2003151784A (ja) * 2001-11-09 2003-05-23 Nec Access Technica Ltd 発光ダイオード駆動回路、及びその制御方法、並びに該発光ダイオード駆動回路を備えた電子機器
JP2010045913A (ja) * 2008-08-12 2010-02-25 Rohm Co Ltd 駆動装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130080265A (ko) 2013-07-12
WO2013103221A1 (ko) 2013-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9300215B2 (en) Dimmable LED power supply with power factor control
KR101248807B1 (ko) Ｌｅｄ 구동장치를 위한 절연형 플라이백 변환회로
US9190917B2 (en) Isolated flyback converter for light emitting diode driver
US20120249000A1 (en) Led dimmer circuit
US20110140622A1 (en) Led driving circuit
JP2011065980A (ja) 光源を駆動するためのシステム及び方法
JP5821023B2 (ja) 固体発光素子点灯装置及びそれを用いた照明器具
US9288855B2 (en) Driving circuit for driving LED load
US9131570B2 (en) Lighting device and luminaire
US8957592B2 (en) Electrical power conversion device and lighting device
JP2015084616A (ja) 点灯装置および照明器具
KR101336929B1 (ko) 고체 콘덴서를 이용한 컨버터
KR20110136537A (ko) 과전압 보호와 정전류 구동을 위한 ｌｅｄ 구동 회로 및 방법
US9532414B2 (en) Lighting device
WO2016104345A1 (ja) 非絶縁型電源装置
JP2015072739A (ja) 点灯装置、照明器具、及び照明システム
JP6477056B2 (ja) 点灯装置、照明器具
JP5393744B2 (ja) Ｌｅｄ点灯装置
KR101267957B1 (ko) Ｌｅｄ조명 제어장치
US9326332B1 (en) Ripple reduction in light emitting diode (LED)-based light bulb through increased ripple on an energy storage capacitor
US9497810B1 (en) Dimmable switching mode LED driving circuit without phase angle measurement
KR101039407B1 (ko) Ｌｅｄ용 전원 제공 장치
KR20140053650A (ko) 발광 다이오드 조명 장치
US20140159603A1 (en) Led driving apparatus and method
KR101459765B1 (ko) 발광 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161025

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191127

Year of fee payment: 7