KR101434110B1 - 싱글 스테이지 포워드-플라이백 컨버터, 전원 공급 장치 및 발광 다이오드용 전원 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 역률 보정 기능과 정전류 제어를 하나의 회로단에서 수행하면서도 역률 보정 및 전력 변환 효율을 증가시킬 수 있는 싱글 스테이지 포워드-플라이백 컨버터, 전원 공급 장치 및 발광 다이오드용 전원 공급 장치에 관한 것으로, 입력 전원을 전달받는 일차 권선 및 상기 일차 권선과 자기 결합되어 전원을 유기받는 이차 권선을 갖는 트랜스포머를 가지며, 상기 입력 전원을 포워드(Forward) 및 플라이 백(Fly Back) 방식으로 전원 변환하는 전원 변환부; 상기 전원 변환부의 포워드 방식에 의한 전원 레벨과 상기 플라이 백 방식에 의한 전원 레벨 간의 평형을 유지하는 밸런스부; 및 상기 전원 변환부의 포워드 방식에 의한 전원과 상기 플라이 백 방식에 의한 전원을 클램프하여 전원 전달 경로를 제공하는 경로 제공부를 포함하여, 상기 전원 변환부는 상기 입력 전원의 전압 레벨에 따라 상기 포워드 방식을 선택적으로 동작시키는 싱글 스테이지 포워드-플라이 백 컨버터, 전원 공급 장치 및 발광 다이오드 전원 공급 장치 제안하는 것이다.

Description

싱글 스테이지 포워드-플라이백 컨버터, 전원 공급 장치 및 발광 다이오드용 전원 공급 장치{SINGLE STAGE FORWARD-FLYBACK CONVERTER, POWER SUPPLYING APPARATUS AND POWER SUPPYING APPARATUS FOR LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 싱글 스테이지로 구성된 포워드-플라이백 컨버터, 전원 공급 장치 및 발광 다이오드용 전원 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 가정 및 사무실 등의 전자 기기를 구동하기 위해서는 상용 전원을 전자 기기에 적합한 구동 전원으로 변환하여 공급하는 전원 공급 장치가 전자 기기 내부 또는 외부에 채용된다.
이러한 전원 공급 장치는 발광 다이오드를 구동하기 위해서도 채용될 수 있다.
최근 들어, 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)에 관한 관심과 수요가 증가하고 있다.
이러한 발광 다이오드를 사용한 기기는 컴팩트한 제작이 가능해 기존 전자 제품으로는 설치가 어려운 장소에도 사용할 수 있고, 조명으로 사용되는 경우 다양한 색상 구현 및 조도 조절이 용이하여 영화 감상, 독서, 회의 등 상황에 적합한 시스템 조명으로써 사용이 가능하다.
또한, 전력소모가 백열등의 1/8 수준으로 수명은 5~10배인 5~10만시간이고, 무수은 광원으로 친환경적이며 다양한 디자인이 가능하다.
이러한 특징으로 인해, 한국을 비롯하여 미국, 일본, 호주 등 많은 국가에서 발광 다이오드 조명 사업을 국책 사업으로 추진하고 있다.
상술한 바와 같이, 그 사용이 증가 추세에 있는 발광 다이오드는 발광 다이오드를 구동시키기 위한 구동 장치를 필요로 하는데, 하기의 선행기술문헌에 기재된 바와 같이, 역률 보정을 수행하는 역률 보정 회로단과 출력 부하의 정전류 제어를 위한 직류/직류 컨버터 회로단의 2 스테이지 구성은 전력 변환 효율이 저하되며, 다수의 발광 다이오드 어레이를 구동하는 경우 필요한 발광 다이오드 구동 전압이 상승하면 고전압 소자 사용에 의한 제조 비용이 상승하는 문제점이 있다.
국내공개특허공보 제2012-0031215호
본 발명의 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 역률 보정 기능과 정전류 제어를 하나의 회로단에서 수행하면서도 역률 보정 및 전력 변환 효율을 증가시킬 수 있는 싱글 스테이지 포워드-플라이백 컨버터, 전원 공급 장치 및 발광 다이오드용 전원 공급 장치를 제안한다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 하나의 기술적인 측면으로는 입력 전원을 전달받는 일차 권선 및 상기 일차 권선과 자기 결합되어 전원을 유기받는 이차 권선을 갖는 트랜스포머를 가지며, 상기 입력 전원을 포워드(Forward) 및 플라이 백(Fly Back) 방식으로 전원 변환하는 전원 변환부; 상기 전원 변환부의 포워드 방식에 의한 전원 레벨과 상기 플라이 백 방식에 의한 전원 레벨 간의 평형을 유지하는 밸런스부; 및 상기 전원 변환부의 포워드 방식에 의한 전원과 상기 플라이 백 방식에 의한 전원을 클램프하여 전원 전달 경로를 제공하는 경로 제공부를 포함하여, 상기 전원 변환부는 상기 입력 전원의 전압 레벨에 따라 상기 포워드 방식을 선택적으로 동작시키는 싱글 스테이지 포워드-플라이 백 컨버터를 제안하는 것이다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 변환부는 상기 입력 전원의 전압 레벨과 상기 밸런스부에 충전된 전압 레벨의 합이 출력 전원의 전압 레벨보다 높을 경우, 상기 포워드 방식으로 전원 변환 동작할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 변환부는 상기 입력 전원의 전압 레벨에 무관하게 상기 플라이 백 방식으로 상시 전원 변환 동작할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 변환부는 상기 트랜스포머의 상기 일차 권선에 입력되는 전원을 스위칭하는 전원 스위치를 더 포함시킬 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 스위치는 턴 온 듀티를 일정하게 유지하여 상기 입력 전원의 역률을 개선할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 입력 전원은 정류되어 상기 일차 권선에 전달될 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 밸런스부는 상기 이차 권선과 출력 인덕터 사이에 형성되어 전원을 충방전하는 캐패시터일 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 경로 제공부는 접지와 상기 밸런스부의 일단 및 출력 인덕터의 일단 사이에 연결되어 전원 전달 경로를 제공하는 제1 다이오드; 접지와 상기 이차 권선의 일단 사이에 연결되어 전원 전달 경로를 제공하며 전원을 클램프하는 제2 다이오드; 및 상기 이차 권선의 일단과 출력 캐패시터 및 상기 출력 인덕터의 타단 사이에 연결되어 전원 전달 경로를 제공하며 전원을 클램프하는 제3 다이오드를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 변환부의 출력은 적어도 하나의 발광 다이오드에 공급될 수 있다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 하나의 기술적인 측면으로는 교류 전원을 정류하는 정류부; 상기 정류부로부터의 정류된 전원을 전달받는 일차 권선 및 상기 일차 권선과 자기 결합되어 전원을 유기받는 이차 권선을 갖는 트랜스포머를 가지며, 상기 정류된 전원을 포워드(Forward) 및 플라이 백(Fly Back) 방식으로 전원 변환하는 전원 변환부; 상기 전원 변환부의 포워드 방식에 의한 전원 레벨과 상기 플라이 백 방식에 의한 전원 레벨 간의 평형을 유지하는 밸런스부; 및 상기 전원 변환부의 포워드 방식에 의한 전원과 상기 플라이 백 방식에 의한 전원을 클램프하여 전원 전달 경로를 제공하는 경로 제공부를 포함하여, 상기 전원 변환부는 상기 정류된 전원의 전압 레벨에 따라 상기 포워드 방식을 선택적으로 동작시키는 전원 공급 장치를 제안하는 것이다.
본 발명의 다른 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 교류 전원의 전자기 간섭을 제거하는 EMI 필터를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 또 다른 하나의 기술적인 측면으로는 교류 전원을 정류하는 정류부; 상기 정류부로부터의 정류된 전원을 전달받는 일차 권선 및 상기 일차 권선과 자기 결합되어 전원을 유기받는 이차 권선을 갖는 트랜스포머를 가지며, 입력 전원을 포워드(Forward) 및 플라이 백(Fly Back) 방식으로 전원 변환하여 적어도 하나의 발광 다이오드에 전원을 공급하되, 상기 교류 전원의 전압 레벨에 따라 상기 포워드 방식을 선택적으로 동작시키는 전원 변환부; 상기 전원 변환부의 포워드 방식에 의한 전원 레벨과 상기 플라이 백 방식에 의한 전원 레벨 간의 평형을 유지하는 밸런스부; 및 상기 전원 변환부의 포워드 방식에 의한 전원과 상기 플라이 백 방식에 의한 전원을 클램프하여 전원 전달 경로를 제공하는 경로 제공부를 포함하는 발광 다이오드용 전원 공급 장치를 제안하는 것이다.
본 발명에 따르면, 역률 보정 기능과 정전류 제어를 하나의 회로단에서 수행하여 전력 변환 효율이 증가되고, 입력 전원의 데드존이 제거되어 역률을 증가시킬 수 있으며, 특히 포워드 방식의 전력 변환 방식이 적용되는 입력 전원의 전압 범위가 넓어져서 전력 변환 효율이 보다 더 증가되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 전원 공급 장치의 개략적인 회로도.
도 2는 본 발명의 전원 공급 장치의 전원 변환 동작의 기준을 나타내는 그래프.
도 3 및 도 4은 본 발명의 전원 공급 장치의 동작 모드에 따른 전류 흐름을 나타내는 회로도.
도 5 및 도 6는 본 발명의 전원 공급 장치의 동작 모드에 따른 전기적 특성을 나타내는 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다라고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때는 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 어떤 구성요소를 포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 전원 공급 장치의 개략적인 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치(100)는 전원 변환부(110), 밸런스부(120) 및 경로 제공부(130)를 포함할 수 있으며, EMI 필터(140) 및 정류부(150)를 더 포함할 수 있다.
전원 변환부(110)는 일차 권선(p) 및 이차 권선(s)을 갖는 트랜스포머(T)를 구비할 수 있으며, 일차 권선(p)에 입력된 전원을 스위칭하는 전원 스위치(Q)를 구비할 수 있다. 일차 권선(p)과 이차 권선(s)는 사전에 설정된 권선비를 갖도록 자기 결합되어 있을 수 있으며, 일차 권선(p)에 입력된 전원은 전원 스위치(Q)의 스위칭에 따라 이차 권선(s)에 전원을 유기할 수 있으며, 이차 권선(s)에 유기된 전원의 전압 레벨은 상기 권선비에 의해 결정될 수 있다.
더하여, 전원 변환부(110)는 포워드(forward) 방식 및 플라이 백(fly back) 방식으로 전원 변환 동작을 수행할 수 있는데, 입력 전원의 전압 레벨과 밸런스부(120)에 충전된 전원의 전압 레벨의 합에 따라 포워드 방식을 선택적으로 동작시킬 수 있다.
전원 변환부(110)의 출력 전원은 부하(Ro)에 전달될 수 있으며, 특히 적어도 하나의 발광 다이오드(LED)에 전달되어 발광 다이오드(LED)가 발광 동작을 수행할 수 있도록 할 수 있다. 발광 다이오드(LED)는 복수개가 직렬 연결되어 하나의 발광 다이오드 어레이(array)를 구성할 수 있으며, 도시되지 않았지만 복수 개의 발광 다이오드 어레이가 병렬로 연결되어 상기 출력 전원을 공급받아 발광 동작을 수행할 수도 있다.
밸런스부(120)는 전원 변환부(110)의 포워드 방식에 의한 전원 레벨과 상기 플라이 백 방식에 의한 전원 레벨 간의 평형을 유지할 수 있으며, 출력 인덕터(Lo)와 이차 권선(s) 간에 전기적으로 연결된 캐패시터로 이루어질 수 있으며, 전원을 충방전 할 수 있다.
경로 제공부(130)는 전원 변환부(110)의 포워드 방식에 의한 전원과 플라이 백 방식에 의한 전원을 클램프하여 전원 전달 경로를 제공할 수 있으며, 접지와 밸런스부(120)의 캐패시터의 일단 및 출력 인덕터(Lo)의 일단 사이에 연결되어 전원 전달 경로를 제공하는 제1 다이오드(Do1)와, 접지와 이차 권선(s)의 일단 사이에 연결되어 전원 전달 경로를 제공하며 전달되는 전원을 클램프하는 제2 다이오드(Do2)와, 이차 권선(s)의 일단과 출력 캐패시터(Co) 및 출력 인덕터(Lo)의 타단 사이에 연결되어 전원 전달 경로를 제공하며 전달되는 전원을 클램프하는 제3 다이오드(Do3)를 포함할 수 있다.
더하여, EMI 필터(140)는 입력된 교류 전원의 전자기 간섭(elctro-magnetic interference;EMI)을 필터링할 수 있으며, 정류부(150)는 필터링된 전원을 정류하여 트랜스포머(T)의 일차 권선(p)에 전달할 수 있다.
전원 변환부(110)는 입력 전원의 전압 레벨과 밸런스부(120)의 캐패시터에 충전된 전원의 전압 레벨의 합에 따라 선택적으로 포워드 방식으로 전원 변환 동작을 수행할 수 있으며, 보다 상세하게는 입력 전원의 전압 레벨과 밸런스부(120)의 캐패시터에 충전된 전원의 전압 레벨의 합이, 출력 전원의 전압 레벨보다 높을 경우, 전력 변환 동작을 수행할 수 있다. 한편, 플라이백 방식은 입력 전원의 전압 레벨에 무관하게 상시 동작을 수행할 수 있다.
더하여, 전원 변환부(110)는 전원 스위치(Q)를 공유할 수 있는데, 전원 스위치(Q)는 턴 온 듀티를 일정하게 유지하여 입력 전원의 역률을 개선할 수 있다.
즉, 전원 변환부(110)는 하나의 전원 변환 회로내에서, 역률 개선 및 전원 변환 동작을 수행할 수 있다.
이하, 입력 전원과 출력 전원이 트랜스포머(T)의 일차 권선에 유기된 전원의 전압 레벨 간의 전압 레벨 비교에 따라 전원 변환부(110)의 전원 변환 동작에 관하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 전원 공급 장치의 전원 변환 동작의 기준을 나타내는 그래프이고, 도 3 및 도 4은 본 발명의 전원 공급 장치의 동작 모드에 따른 전류 흐름을 나타내는 회로도이다.
상술한 바와 같이, 전원 변환부(110)는 입력 전원의 전압 레벨과 밸런스부(120)의 캐패시터에 충전된 전원의 전압 레벨의 합과, 출력 전원의 전압 레벨 간의 전압 레벨 비교 결과에 따라 선택적으로 포워드 방식으로 전원 변환 동작을 수행할 수 있으며, 입력 전원의 전압 레벨과 밸런스부(120)의 캐패시터에 충전된 전원의 전압 레벨의 합이, 출력 전원의 전압 레벨보다 높을 경우, 포워드 방식으로 전원 변환 동작을 수행하고, 반대로 입력 전원의 전압 레벨과 밸런스부(120)의 캐패시터에 충전된 전원의 전압 레벨의 합이, 출력 전원의 전압 레벨보다 낮을 경우, 포워드 방식의 전원 변환 동작을 중단할 수 있다. 더하여, 입력 전원의 전압 레벨이 아니라, 입력 전원의 전압 레벨과 밸런스부(120)의 캐패시터에 충전된 전원의 전압 레벨의 합과, 출력 전원의 전압 레벨 간의 전압 레벨 비교 결과에 따라 선택적으로 포워드 방식으로 전원 변환 동작을 수행하여, 포워드 방식의 전력 변환 방식이 적용되는 입력 전원의 전압 범위가 넓어져서 전력 변환 효율이 보다 더 증가될 수 있다.
입력 전원의 전압 레벨과 밸런스부(120)의 캐패시터에 충전된 전원의 전압 레벨의 합이, 출력 전원의 전압 레벨보다 높을 경우, 전원 변환부(110)는 포워드 방식 및 플라이 백 방식으로 전원 변환 동작을 수행할 수 있으며, 도 3를 참조하면, 전원 스위치(Q)가 켜지면 도시된 바와 같은 화살표 방향의 전류 경로가 형성되며, 포워드 방식으로 이차측에 전력 전달을 수행한다. 이때 일차측 자화 인덕터(Lm)에는 전원 스위치가 턴-온 되는 시간만큼 자기 에너지가 저장된다. 이차측에는 밸런스부(120)의 캐패시터가 형성될 수 있으며, 상기 캐패시터의 역할은 포워드 방식의 전원 스위치(Q) 턴-온 구간에 전달되는 전력과 플라이백 방식으로 전달되는 전력의 밸런스를 맞춤으로써, 포워드 방식이 동작할 수 있는 입력 전원의 전압 레벨을 확장시킬 수 있어서, 고효율 전력 전송이 가능하게 된다. 상기 캐패시터에 걸리는 전압을 VCB라고 하면, 제1 다이오드(Do1)에 걸리는 전압 스트레스는 Ns/Np*Vin+ VCB이다(여기서, Np, Ns는 일차 권선 및 이차 권선의 권선수이고, Vin은 입력 전원의 전압 레벨을 의미할 수 있다). 그리고, 제3 다이오드(Do3)에 걸리는 전압 스트레스는 출력전압(Vo)이다.
다음으로, 전원 스위치(Q)가 턴-오프되면, 도 4에 도시된 바와 같이 포워드 방식(일점쇄선)과 플라이 백 방식(파선)으로 전력을 전달한다. 도 4에 도시된 바와 같이 출력 인덕터(Lo)에 저장된 에너지는, 포워드 방식에 의해 형성된 전원 전달 경로를 통해 전력을 전달하고, 자화 인덕터(Lm)에 저장된 에너지는 플라이 백 방식에 의해 형성된 전원 전달 경로를 통해 전력을 전달한다. 이때, 전원 스위치(Q)의 전압 스트레스는 Vin + Np/Ns*(Vo+VCB)이고, 제2 다이오드(Do2) 전압 스트레스는 출력 전압(Vo)이다.
도 5 및 도 6는 본 발명의 전원 공급 장치의 동작 모드에 따른 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5 및 도 6를 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치는 입력 전원의 전압 레벨이 100V(도 5), 200V(도 6)로 가변되어도 출력 전원이 42V , 570mA로 제어되고 있으며, BCM 동작이 되는 것을 확인할 수 있다. 또한 트랜스포머의 턴비가 3 : 1 이어도 이차측의 밸런스 캐패시터에 의해서 낮은 입력전압에서도 이차측 출력 인덕터(Lo)에 전류가 흐르며, 자화 인덕터(Lm)의 자화 전류(iLm)가 일차측 전류(ipri)보다 작은 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 발명의 전원 공급 장치는 낮은 입력 전압에서도 코어 로스(Core loss) 개선을 통해 고효율 동작이 가능할 것으로 예상된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 역률 보정 기능과 정전류 제어를 하나의 회로단에서 수행하여 전력 변환 효율이 증가되고, 입력 전원의 데드존이 제거되어 역률을 증가시킬 수 있다.
즉, 기존의 역률개선 기능을 수행하는 플라이백 컨버터는 역률보정 회로와 직류/직류 컨버터로 구성된 LED 구동 회로에 비해 회로 구성이 간단하며, 다소 높은 효율로 최대효율이 약 88% 수준이다. 즉, 스너버의 전력 소모, 트랜스포머 코어의 전력 소모, 일차측 전원 스위치에서의 전력 소모가 다소 크게 나타나는 경향이 있으며, 본 발명에서는 이러한 부분들을 개선하여 효율을 극대화하기 위해 트랜스포머의 자화 인덕터 전류를 출력측으로 리셋시킴으로써, 한 주기 전 구간(Ts)에서 파워링(powering)이 가능하므로, 일차측 전류의 RMS가 작아져 도통손실이 줄어드는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 자화 인덕터 전류의 오프셋(offset)이 작아, 트랜스포머 코어 손실이 줄어들어 고효율 달성이 가능하다.
기존의 포워드 컨버터는 입력전압이 출력전압보다 낮은 경우, 출력측으로 파워링(powering)이 되지 않아, 입력 전류의 데드 존(Dead Zone)이 발생하며 이로 인하여 높은 역률개선 효과를 기대하기 어려웠지만, 본 발명에서는 입력 전원의 전압 레벨과 밸런스부(120)의 캐패시터에 충전된 전원의 전압 레벨의 합이 출력 전원의 전압 레벨보다 낮을 경우에는 플라이백 컨버터로, 입력 전원의 전압 레벨과 밸런스부(120)의 캐패시터에 충전된 전원의 전압 레벨의 합이 출력전원의 전압 레벨보다 높은 경우에는 포워드 컨버터 및 플라이백 컨버터로 동작한다. 따라서, 입력 전류의 데드 존없이 높은 역률 특성을 가질 수 있으며 종래의 플라이백 컨버터에 비해 코어 로스가 저감되어 고효율 특성을 가질 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100: 전원 공급 장치
110: 전원 변환부
120: 밸런스부
130: 경로 제공부
140: EMI 필터
150: 정류부

Claims (25)

  1. 입력 전원을 전달받는 일차 권선 및 상기 일차 권선과 자기 결합되어 전원을 유기받는 이차 권선을 갖는 트랜스포머를 가지며, 상기 입력 전원을 포워드(Forward) 및 플라이 백(Fly Back) 방식으로 전원 변환하는 전원 변환부;
    상기 전원 변환부의 포워드 방식에 의한 전원 레벨과 상기 플라이 백 방식에 의한 전원 레벨 간의 평형을 유지하는 밸런스부; 및
    상기 전원 변환부의 포워드 방식에 의한 전원과 상기 플라이 백 방식에 의한 전원을 클램프하여 전원 전달 경로를 제공하는 경로 제공부를 포함하여,
    상기 전원 변환부는 상기 입력 전원의 전압 레벨에 따라 상기 포워드 방식을 선택적으로 동작시키는 싱글 스테이지 포워드-플라이 백 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 상기 입력 전원의 전압 레벨과 상기 밸런스부에 충전된 전압 레벨의 합이 출력 전원의 전압 레벨보다 높을 경우, 상기 포워드 방식으로 전원 변환 동작하는 싱글 스테이지 포워드-플라이 백 컨버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 상기 입력 전원의 전압 레벨에 무관하게 상기 플라이 백 방식으로 상시 전원 변환 동작하는 싱글 스테이지 포워드-플라이 백 컨버터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 상기 트랜스포머의 상기 일차 권선에 입력되는 전원을 스위칭하는 전원 스위치를 더 포함하는 싱글 스테이지 포워드-플라이 백 컨버터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전원 스위치는 턴 온 듀티를 일정하게 유지하여 상기 입력 전원의 역률을 개선하는 싱글 스테이지 포워드-플라이 백 컨버터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 입력 전원은 정류되어 상기 일차 권선에 전달되는 싱글 스테이지 포워드-플라이 백 컨버터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 밸런스부는 상기 이차 권선과 출력 인덕터 사이에 형성되어 전원을 충방전하는 캐패시터인 싱글 스테이지 포워드-플라이 백 컨버터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 경로 제공부는
    접지와 상기 밸런스부의 일단 및 출력 인덕터의 일단 사이에 연결되어 전원 전달 경로를 제공하는 제1 다이오드;
    접지와 상기 이차 권선의 일단 사이에 연결되어 전원 전달 경로를 제공하며 전원을 클램프하는 제2 다이오드; 및
    상기 이차 권선의 일단과 출력 캐패시터 및 상기 출력 인덕터의 타단 사이에 연결되어 전원 전달 경로를 제공하며 전원을 클램프하는 제3 다이오드를 포함하는 싱글 스테이지 포워드-플라이 백 컨버터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전원 변환부의 출력은 적어도 하나의 발광 다이오드에 공급되는 싱글 스테이지 포워드-플라이 백 컨버터.
  10. 교류 전원을 정류하는 정류부;
    상기 정류부로부터의 정류된 전원을 전달받는 일차 권선 및 상기 일차 권선과 자기 결합되어 전원을 유기받는 이차 권선을 갖는 트랜스포머를 가지며, 상기 정류된 전원을 포워드(Forward) 및 플라이 백(Fly Back) 방식으로 전원 변환하는 전원 변환부;
    상기 전원 변환부의 포워드 방식에 의한 전원 레벨과 상기 플라이 백 방식에 의한 전원 레벨 간의 평형을 유지하는 밸런스부; 및
    상기 전원 변환부의 포워드 방식에 의한 전원과 상기 플라이 백 방식에 의한 전원을 클램프하여 전원 전달 경로를 제공하는 경로 제공부를 포함하여,
    상기 전원 변환부는 상기 교류 전원의 전압 레벨에 따라 상기 포워드 방식을 선택적으로 동작시키는 전원 공급 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 상기 정류된 전원의 전압 레벨과 상기 밸런스부에 충전된 전원의 전압 레벨의 합이 출력 전원의 전압 레벨보다 높을 경우, 상기 포워드 방식으로 전원 변환 동작하는 전원 공급 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 상기 정류된 전원의 전압 레벨에 무관하게 상기 플라이 백 방식으로 상시 전원 변환 동작하는 전원 공급 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 상기 트랜스포머의 상기 일차 권선에 입력되는 전원을 스위칭하는 전원 스위치를 더 포함하는 전원 공급 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전원 스위치는 턴 온 듀티를 일정하게 유지하여 상기 교류 전원의 역률을 개선하는 전원 공급 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 밸런스부는 상기 이차 권선과 출력 인덕터 사이에 형성되어 전원을 충방전하는 캐패시터인 전원 공급 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 경로 제공부는
    접지와 상기 밸런스부의 일단 및 출력 인덕터의 일단 사이에 연결되어 전원 전달 경로를 제공하는 제1 다이오드;
    접지와 상기 이차 권선의 일단 사이에 연결되어 전원 전달 경로를 제공하며 전원을 클램프하는 제2 다이오드; 및
    상기 이차 권선의 일단과 출력 캐패시터 및 상기 출력 인덕터의 타단 사이에 연결되어 전원 전달 경로를 제공하며 전원을 클램프하는 제3 다이오드를 포함하는 전원 공급 장치.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 교류 전원의 전자기 간섭을 제거하는 EMI 필터를 더 포함하는 전원 공급 장치.
  18. 교류 전원을 정류하는 정류부;
    상기 정류부로부터의 정류된 전원을 전달받는 일차 권선 및 상기 일차 권선과 자기 결합되어 전원을 유기받는 이차 권선을 갖는 트랜스포머를 가지며, 입력 전원을 포워드(Forward) 및 플라이 백(Fly Back) 방식으로 전원 변환하여 적어도 하나의 발광 다이오드에 전원을 공급하되, 상기 정류된 전원의 전압 레벨에 따라 상기 포워드 방식을 선택적으로 동작시키는 전원 변환부;
    상기 전원 변환부의 포워드 방식에 의한 전원 레벨과 상기 플라이 백 방식에 의한 전원 레벨 간의 평형을 유지하는 밸런스부; 및
    상기 전원 변환부의 포워드 방식에 의한 전원과 상기 플라이 백 방식에 의한 전원을 클램프하여 전원 전달 경로를 제공하는 경로 제공부
    를 포함하는 발광 다이오드용 전원 공급 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 상기 정류된 전원의 전압 레벨과 상기 밸런스부에 충전된 전원의 전압 레벨의 합이 출력 전원의 전압 레벨보다 높을 경우, 상기 포워드 방식으로 전원 변환 동작하는 발광 다이오드용 전원 공급 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 상기 정류된 전원의 전압 레벨에 무관하게 상기 플라이 백 방식으로 상시 전원 변환 동작하는 발광 다이오드용 전원 공급 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 상기 트랜스포머의 상기 일차 권선에 입력되는 전원을 스위칭하는 전원 스위치를 더 포함하는 발광 다이오드용 전원 공급 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 전원 스위치는 턴 온 듀티를 일정하게 유지하여 상기 교류 전원의 역률을 개선하는 발광 다이오드용 전원 공급 장치.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 밸런스부는 상기 이차 권선과 출력 인덕터 사이에 형성되어 전원을 충방전하는 캐패시터인 발광 다이오드용 전원 공급 장치.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 경로 제공부는
    접지와 상기 밸런스부의 일단 및 출력 인덕터의 일단 사이에 연결되어 전원 전달 경로를 제공하는 제1 다이오드;
    접지와 상기 이차 권선의 일단 사이에 연결되어 전원 전달 경로를 제공하며 전원을 클램프하는 제2 다이오드; 및
    상기 이차 권선의 일단과 출력 캐패시터 및 상기 출력 인덕터의 타단 사이에 연결되어 전원 전달 경로를 제공하며 전원을 클램프하는 제3 다이오드를 포함하는 발광 다이오드용 전원 공급 장치.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 교류 전원의 전자기 간섭을 제거하는 EMI 필터를 더 포함하는 발광 다이오드용 전원 공급 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101600565B1 (ko) * 2015-04-15 2016-03-07 포항공과대학교 산학협력단 싱글 스테이지 포워드-플라이백을 이용한 태양광 마이크로 인버터

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102372634B1 (ko) * 2015-05-11 2022-03-08 박찬웅 클램프 회로에 의해 생성되는 노이즈를 상쇄시키는 전원장치
KR102028890B1 (ko) * 2018-03-21 2019-10-07 주식회사 스토리지솔루션포닥터스 의료용 비디오 데이터 처리장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5652700A (en) 1995-10-16 1997-07-29 Computer Products, Inc. Low cost AC-to-DC converter having input current with reduced harmonics
US5862043A (en) 1996-04-02 1999-01-19 Korea Telecommunication Authority Switch coupled active forward converter for obtaining a high power factor at a single power stage
US5982638A (en) 1997-10-31 1999-11-09 Astec International Limited Single stage power converter with regenerative snubber and power factor correction

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5652700A (en) 1995-10-16 1997-07-29 Computer Products, Inc. Low cost AC-to-DC converter having input current with reduced harmonics
US5862043A (en) 1996-04-02 1999-01-19 Korea Telecommunication Authority Switch coupled active forward converter for obtaining a high power factor at a single power stage
US5982638A (en) 1997-10-31 1999-11-09 Astec International Limited Single stage power converter with regenerative snubber and power factor correction

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE 논문(제목: Single-Stage Soft-Switching AC-DC Converter With Input-Current Shaping for Universal Line Applications), 논문발표 2009년 1월 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101600565B1 (ko) * 2015-04-15 2016-03-07 포항공과대학교 산학협력단 싱글 스테이지 포워드-플라이백을 이용한 태양광 마이크로 인버터

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