KR101933823B1 - 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 led 조명장치 - Google Patents

복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 led 조명장치 Download PDF

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Abstract

병렬로 연결되는 2개의 컨버터 방식을 사용하되, PFC 컨버터로 플라이백 컨버터를 적용하여 입력전압에 비례하는 전류 파형을 만들고, 양방향 컨버터로 리플 성분을 제거하는, 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 LED 조명장치에 관한 것으로서, 교류전원을 공급받는 전원부; 상기 교류전원을 정류하여 직류전원을 출력하는 정류부; PWM 제어신호에 의해, 상기 직류전원을 불연속 전도 모드로 공급하는 PFC 컨버터; 상기 PFC 컨버터의 출력과 병렬로 연결되어, 상기 PFC 컨버터의 출력 전류에서 리플 성분을 제거하는 양방향 컨버터; 상기 PFC 컨버터의 출력 전류를 센싱하고, 센싱된 신호를 피드백 신호로 하여 기준신호와 비교하고, 그 결과에 따라 제1 PWM 제어신호(Q), 및, 제2 PWM 제어신호(Q1,Q2)를 생성하여, 각각 상기 PFC 컨버터와 상기 양방향 컨버터에 입력하여 제어하는 제어부; 적어도 1개 이상의 LED로 구성되는 LED 모듈; 및, 상기 PFC 컨버터와 상기 LED 모듈 사이에 구비되고, 필터 커패시터와 필터 인덕터를 포함하는 LC필터를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 장치에 의하여, 입력전압에 비례하는 전류 파형을 만들어 역률을 더욱 개선하고 THDi도 낮출 뿐만 아니라, 리플 성분을 제거하여 LED 모듈에 일정한 전류를 공급할 수 있고, 이를 통해, 고용량의 전해 커패시터 대신 저용량의 커패시터를 사용함으로써 LED 조명장치의 성능과 수명을 안정적으로 늘릴 수 있다.

Description

복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 LED 조명장치 { A LED lighting device with the power supply equipped with a plurality of converters }
본 발명은 병렬로 연결되는 PFC 컨버터와 양방향 컨버터로 구성하여, 고용량의 전해 커패시터 대신 저용량 커패시터를 사용하면서도, 플리커 및 모선의 전기 장애를 제거할 수 있는, 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 LED 조명장치에 관한 것이다.
최근 들어, 기존의 형광 조명을 대체하여 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 조명장치가 다양한 분야의 조명원으로 사용되고 있다. LED 조명은 형광 조명에 비해 에너지 효율이 높고 장수명화가 가능하며, 전력 소모가 적은 장점을 가지고 있다.
그런데 일반적으로, 종래의 LED조명장치의 수명 저하의 대표적인 원인 중 하나는 구동장치인 전원공급장치의 핵심 부품의 짧은 수명이다. 즉, 전원공급장치의 대표적인 핵심부품인 전해 커패시터는 수명이 사용환경에 따라 5,000~30,000 시간이나, 주변온도 또는 사용온도가 높아질수록 수명이 더욱 짧아진다. 이것은 전해 커패시터의 전해액이 그만큼 빨리 말라서 수명이 단축되기 때문이다. 결국, 전해 커패시터 수명이 LED의 50,000시간 이상의 수명에 비하여 매우 짧기 때문에, 조명 장치의 수명이 전해 커패시터의 수명으로 제한되어 단축된다.
또한, LED 조명은 구동 전류가 정전류가 아닐 경우, LED 소자의 특성 상 밝기를 동일하게 유지하는 것이 어렵다. 즉, 구동 전류가 변동됨에 따라 LED 소자의 밝기가 불균일하게 되어 플리커(Flicker) 현상이 발생된다. 또한, 이러한 플리커 현상 또는 전원 모선의 전기 공해 등에 의한 영향을 저감시키기 위하여, 고용량의 전해 콘덴서를 사용해야 한다.
즉, 플리커(또는 빛떨림) 현상이란 TV나 모니터와 같은 수상화면 또는 조명기구(LED조명, 형광등, 전구 등) 빛의 미세한 떨림으로 흔들리는 현상이다. 교류 전류의 파형이 사인(sine) 주기를 나타내는데, 이 파형에 따라 전기가 온(on)/오프(off)를 반복하며 생기는 현상이다. 국내에서는 60Hz의 주파수를 사용하는데, 1초당 60번 온(on)/오프(off)를 반복한다. 이러한 온/오프에 의해 발생되는 플리커 현상은 눈으로는 볼 수 없지만 뇌를 통해 인식되어, 인체에 각종 부작용을 일으키는 것으로 알려져 있다.
플리커(flicker) 현상을 없애려면 LED 광원의 밝기가 거의 일정하게 유지되어야 한다. 이를 위해, LED 부하(load)에 흐르는 전류의 양을 조절하여 항상 거의 일정한 전류가 흐르도록 제어해야 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, AC 입력 전압을 DC 중간 전압으로 변환하는 AC/DC 컨버터, 및 DC 중간 전압을 DC 출력 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터를 포함하는 피드백 제어 방식으로 LED를 구동하는 플리커 방지 기능을 가지는 LED 형광등을 제안하고 있다[특허문헌 1]. 그러나 상기 선행기술은 추가로 DC-DC 컨버터를 설치해야 하므로 원가 상승의 문제가 발생되며, 다단계의 전력변환으로 인해 조명기기의 효율이 나빠지는 문제가 발생된다.
또한, 상기 선행기술과 같은 LED 전원공급장치에서는 전해커패시터를 사용하는 것이 일반적이다. 즉, 전력변환부에서 발생하는 리플 성분이나 모선의 전기 공해를 저감시키기 위하여, 필터용 커패시터로서 고용량의 전해 커패시터를 사용해야 한다. 그런데 일반적으로, LED의 수명이 50,000시간 이상인 반면, 전해커패시터의 수명이 5,000∼30,000시간으로 제한되고 있다. 따라서 LED 조명장치의 수명이 전해 커패시터의 수명으로 제한되거나, 부품을 자주 교체되어야 하는 문제점이 있다.
또한, 두 개의 병렬 연결되는 컨버터 방식의 LED 구동 회로를 활용하여 항상 LED 부하(load)에 거의 일정한 전류를 공급함으로써, AC입력 전원을 사용할 경우 발생할 수 있는 깜빡임(flicker) 현상을 제거하고, 동시에 높은 역률(power factor)을 달성하려는 기술이 제시되고 있다[특허문헌 2].
그러나 상기 선행기술은 입력 전류의 파형이 연속된 정현파가 아닌 펄스 파형과 유사하므로, THDi(Total Harmonic Distortion for the current, 전류의 전고조파 왜율)의 상승을 초래하고 역률이 감소되는 문제점이 있다. 특히, THDi의 상승은 전기의 공해로 모선의 전력 품질을 저하시키며, 각종 통신장비 및 통신 계기류를 오동작시켜 대규모의 정전이나 사고에 직간접적으로 영향을 주고 있다. 이 같은 막대한 손실을 예방하기 위해 국내 산업표준규격인 KS에서는 관련 규격을 점진적으로 상향하고 있다.
또한, 이러한 문제를 해결하기 위하여 고용량의 전해 커패시터를 구비해야 하나, 이러한 구성은 수용가의 제품들의 수명을 단축시키는 원인이 될 수 있다.
한국등록특허 제10-1211094호(2012.12.11.공고) 한국등록특허 제10-1809996호(2017.12.19.공고)
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수의 컨버터가 내장된 전원공급장치로 구성하되, PFC 컨버터로서 플라이백 컨버터를 적용하여 입력전압에 비례하는 전류 파형을 만들어 모선의 전기 장애를 방지하고, 양방향 컨버터로 리플 성분을 제거하여 고용량 전해 커패시터 대신 저용량 커패시터를 구비하는, 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 LED 조명장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 LED 조명장치에 관한 것으로서, 교류전원을 공급받는 전원부; 상기 교류전원을 정류하여 직류전원을 출력하는 정류부; PWM 제어신호에 의해, 상기 직류전원을 불연속 전도 모드로 공급하는 PFC 컨버터; 상기 PFC 컨버터의 출력과 병렬로 연결되어, 상기 PFC 컨버터의 출력 전류에서 리플 성분을 제거하는 양방향 컨버터; 상기 PFC 컨버터의 출력 전류를 센싱하고, 센싱된 신호를 피드백 신호로 하여 기준신호와 비교하고, 그 결과에 따라 제1 PWM 제어신호(Q), 및, 제2 PWM 제어신호(Q1,Q2)를 생성하여, 각각 상기 PFC 컨버터와 상기 양방향 컨버터에 입력하여 제어하는 제어부; 적어도 1개 이상의 LED로 구성되는 LED 모듈; 및, 상기 PFC 컨버터와 상기 LED 모듈 사이에 구비되고, 필터 커패시터와 필터 인덕터를 포함하는 LC필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 LED 조명장치에 있어서, 상기 LC필터의 필터 커패시터는 저장용 커패시터의 커패시턴스 보다 작은 용량을 사용하되, 필름 커패시터 또는 세라믹 캐패시터로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 LED 조명장치에 있어서, 상기 양방향 컨버터는 상기 PFC 컨버터의 출력에 직렬로 연결되는 인덕터(Lb), 상기 제어부로부터 입력되는 제2 PWM 제어신호(Q1,Q2)에 의해 서로 상보적으로 턴 온 및 턴 오프되고 상기 인덕터(Lb)와 서로 직렬로 연결되는 제1 및 제2 트랜지스터, 상기 제1 및 제2 트랜지스터와 병렬로 연결되는 커패시터(Cdc)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 LED 조명장치에 있어서, 상기 양방향 컨버터는 상기 리플 성분이 양인 경우, 상기 제1 트랜지스터가 턴 온되고 상기 제2 트랜지스터가 턴 오프되어 상기 리플 성분이 인덕터(Lb)을 통해 흐르게 하여 에너지를 축적하고, 상기 제1 트랜지스터가 턴 오프되고 상기 제2 트랜지스터가 턴 온되어 상기 리플 성분과 인덕터(Lb)에 축적된 에너지까지 추가하여 커패시터(Cdc)에 에너지를 축적하고, 상기 리플 성분이 음인 경우, 상기 제1 트랜지스터가 턴 오프되고 상기 제2 트랜지스터가 턴 온되어 커패시터(Cdc)에 축적되었던 에너지가 인덕터(Lb)를 통해 흐르게 하여 상기 LED 모듈에 에너지를 공급하고, 상기 제1 트랜지스터가 턴 온되고 상기 제2 트랜지스터가 턴 오프되어 커패시터(Cdc)에 축적되었던 에너지의 공급은 차단되고 인덕터(Lb)의 에너지가 추가적으로 LED 모듈에 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 LED 조명장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 PFC 컨버터에서 출력되는 전류를 센싱하는 센싱부, 상기 제1 PWM 제어신호를 생성하는 PFC 컨트롤러, 및, 상기 제2 PWM 제어신호를 생성하는 양방향 컨트롤러를 포함하고, 상기 센싱부는 복권 트랜스(T2), 다이오드(Dct), 및, 저항(Rct)으로 구성되고, 트랜스(T2)의 1차 측은 상기 PFC 컨버터에 연결되고, 2차측은 다이오드(Dct)와 저항(Rct)에 연결되어, 상기 PFC 컨버터의 출력전류를 센싱하여 상기 PFC 컨트롤러 또는 양방향 컨트롤러에 공급하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 LED 조명장치에 의하면, 입력전압에 비례하는 전류 파형을 만들어 역률을 더욱 개선할 뿐만 아니라, 리플 성분을 제거하여 LED 모듈에 일정한 전류를 공급할 수 있는 효과가 얻어진다. 이를 통해, 고용량의 전해 커패시터 대신 필름 커패시터, 세라믹 커패시터 등 저용량 커패시터를 사용함으로써, LED 조명장치의 성능과 수명을 안정적으로 얻을 수 있으며, 플리커(빛 떨림) 현상을 방지하여 사용자의 시력을 보호할 수 있다.
특히, 본 발명은 종래 기술[특허문헌 2]에 대비하여, 역률은 0.04가 개선되어 0.95로, 리플성분은 0.5%가 개선되어 5.5%로 성능이 향상되었다. 또한, THDi도 국내 표준 규격(KS규격 등)을 만족시켜 모선의 전기 공해를 최소화 시킨다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 LED 조명장치의 구성에 대한 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 LED 조명장치에 대한 세부 회로도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 조명장치에서 이론적인 전류 파형을 도시한 것으로서, PFC 컨버터의 출력전류(is), 고조파 성분이 제거된 출력전류(i'o), LED 모듈에 공급되는 전류(io) 등 회로 내에 흐르는 전류의 크기를 대비한 그래프.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 조명장치에서 이론적인 전류 및 전압 파형을 도시한 것으로서, PFC 컨버터에 공급되는 한 주기의 전압(vin)과 전류(iin)에 대하여, 회로 내의 흐르는 전류, 전압, 전력의 파형을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 조명장치에서 PFC 컨버터의 입출력 파형을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 리플 성분에 대한 충방전 커패시터의 전압의 변화에 대한 그래프.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 컨버터의 입력 전류 파형 및, LED 모듈의 전류를 나타낸 그래프.
도 8은 종래기술과 본 발명에 따른 LED 조명장치의 LED 모듈에 공급되는 DC 전류에 대한 비교 그래프.
도 9는 종래기술과 본 발명에 따른 LED 조명장치의 실제 조광 상태를 비교한 결과 도면.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 LED 조명 장치(100)의 개략적인 구성을 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 LED 조명 장치(100)의 구성에 대한 블록도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명을 실시하기 위한 LED 조명 장치(100)는 상용 AC전원을 공급하는 전원부(10), AC전원을 DC전원으로 정류하는 정류부(20), 정류된 DC전원의 듀티를 제어하여 LED 모듈(60)로 전원을 공급하는 PFC 컨버터(30), PFC 컨버터(30)에 병렬로 연결되어 공급 전원의 리플 성분을 제거하는 양방향 컨버터(40), 역률 개선을 위한 PFC 컨버터(30)에 대한 제어신호 또는, 리플 성분 제거를 위한 양방향 컨버터(40)에 대한 제어신호를 생성하는 제어부(50), 및, 적어도 하나 이상의 LED로 구성된 LED 모듈(60)로 구성된다. 또한, 필터 커패시터(C0)와 필터 인덕터(L0)로 구성된 LC필터(70)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 전원부(10)는 상용 전원, 즉, AC전원을 공급한다.
다음으로, 정류부(20)는 다이오드 브릿지 회로 등으로 구성되어, 공급되는 AC전원(또는 AC전류)을 정류하여 DC전원(또는 DC전류)를 출력한다.
다음으로, PFC 컨버터(30)는 일정한 듀티 사이클(duty cycle)의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호(또는 제어신호)에 의하여, 입력되는 DC전류를 불연속 전도 모드(DCM, Discontinuous Conduction Mode)로 공급한다. 즉, PWM 제어신호는 온/오프 스위칭 듀티 신호로 직류전원의 전류를 제어하기 위한 신호이다.
특히, PFC 컨버터(30)는 제어부(50)로부터 PWM 제어신호(Q)(또는 PFC 제어신호)를 받아, 특정값 이상의 고 역률(power factor)을 달성할 수 있도록 역률 보정(PFC, Power Factor Correction) 기능을 함께 수행한다. 즉, 제어부(50)에서 전송되는 PWM 제어신호(Q)가 PFC 컨버터(30)의 트랜지스터를 온/오프 하여 제어한다. 이때, 제어부(50)는 PFC 컨버터(30)의 출력 전류(LED 모듈로 공급되는 전류)를 감지하여, PWM 신호에 의한 피드백 제어를 수행하여 높은 역률을 달성한다.
즉, PFC 컨버터(30)는 특정한 듀티(D1)를 가지는 PWM 제어신호(Q)에 의해 입력 전류의 파형을 입력 전압의 파형에 추종하도록 제어된다. 이를 통해, 입력 전류 파형을 정현파 형태로 만들어, 역률을 개선할 뿐만 아니라 고조파 규제에 대응할 수 있다.
바람직하게는, PFC 컨버터(30)는 플라이백 컨버터(Flyback converter)로 구성된다. 그러나 다른 실시예로서, PFC 컨버터(30)는 요구되는 소비전력 및 입력전압에 따라, 포워드 컨버터(Forward converter), 푸쉬풀 컨버터(Push-pull converter), 하프 브릿지 컨버터(Half-Bridge converter), 풀 브릿지 컨버터(Full-Bridge converter) 등과 같은 절연 타입으로 구현될 수 있다.
다음으로, 양방향 컨버터(40)는 PFC 컨버터(30)의 출력과 병렬로 연결되어, LED 모듈(60)에 일정한 전류가 흐르도록 제어하여 플리커(빛떨림) 현상을 개선한다. 즉, 양방향 컨버터(40)는 PFC 컨버터(30)와 병렬 연결되어, 리플 성분(ib)을 포함한 PFC 컨버터(30)의 출력 전류(is)가 LED 모듈(60)에 공급되기 전에 리플 성분(ib)을 제거는 활성 필터(Active filter)이다.
이때, 양방향 컨버터(40)도 제어부(50)로부터 PWM 제어신호(Q1,Q2)(또는 양방향 제어신호)를 수신하여, 듀티 사이클(Duty Cycle)에 의해 제어된다. 이때, 제어부(50)의 PWM 제어신호(Q1,Q2)는 PFC 컨버터(30)의 출력을 감지하고 이를 반영하여 생성되는 신호이다. 즉, 양방향 컨버터(40)도 PFC 컨버터(30)의 출력 전류를 센싱하여 얻어진 특정 듀티(D2)를 가지는 PWM 제어신호(Q1,Q2)를 통해 리플 성분(ib)을 제거하여 LED 모듈(60)에 일정한 전류(i0)가 흐르도록 한다.
다음으로, 제어부(50)는 PFC 컨버터(30)와 양방향 컨버터(40)의 제어에 필요한 PWM 제어신호를 생성하여 공급한다.
즉, 제어부(50)는 PFC 컨버터(30)의 출력 전류를 센싱하고, 센싱된 신호를 피드백 신호로 하여 기준신호와 비교하고, 그 결과에 따라 일정한 주파수의 PWM신호(Q)를 생성하여 PFC 컨버터(30)로 전송한다. 즉, PWM신호(Q)의 듀티(D1)를 조정하여, PFC 컨버터(30)의 턴 온 및 턴 오프의 시간을 결정한다. PWM신호의 일정한 주파수는 PFC 컨버터(30)의 입력전류를 입력전압과 비례하게 제어하여 고 역률을 달성하게 한다.
또한, 제어부(50)는 센싱된 신호를 기준신호와 비교하고, 그 결과에 따라 일정한 주파수의 PWM신호(Q1,Q2)를 생성하여 PFC 컨버터(30)로 전송한다. 즉, 비교 값을 통해, 양방향 컨버터(40)에 흐르는 전류를 PFC 컨버터(30)의 출력 전류(is)의 리플 성분(ib)과 동일하게 만들 수 있는 PWM신호의 듀티(D2)를 조정한다. 이를 통해, 양방향 컨버터(40)의 트랜지스터 Q1과 Q2의 턴 온 및 턴 오프의 시간을 결정한다.
다음으로, LED 모듈(60)은 적어도 1개 이상의 LED로 구성된다.
상기와 같이 구성함으로써, 본 발명은 구동 방식이 다른 두 개의 컨버터(30,40)를 활용하여, LED 모듈(60)에 일정한 전류를 공급하고, 이를 통해, 빛 떨림(플리커)을 방지하고 동시에 고 역률을 달성할 수 있다.
다음으로, LC필터(70)는 필터 커패시터(C0)와 필터 인덕터(L0)로 구성된다. 즉, 커패시터(C0)와 인덕터(L0)는 PFC 컨버터(30)의 출력에 각각 병렬과 직렬로 연결되어 LC 필터를 형성한다. 이러한 LC필터는 평활 회로 기능을 수행한다.
특히, LC필터(70)는 PFC 컨버터(30)의 출력 전류(is)의 리플 성분(ib)을 제외한 스위칭 주파수(fs)에 의해 발생된 고주파 하모닉 성분만을 제거하여 출력할 수 있다.
상기와 같은 구성을 통하여, PFC 컨버터(30)의 출력전류인 is에는 스위칭 주파수 리플과 ib(120Hz의 리플)를 포함하는데, 로우 패스 필터로 동작하는 필터 커패시터(C0)와 필터 인덕터(L0)를 통해 스위칭 주파수(fs) 리플은 제거된다. 이때 남은 리플 성분(ib)은 양방향 컨버터(40)의 동작을 통해 사라지며, LED 모듈(60)로 공급되는 i0에는 DC전류만 남게 되어 플리커(빛떨림) 현상을 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 PFC 컨버터(30)의 구성 및 그 동작에 대하여 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 2는 PFC 컨버터(30)가 플라이백 컨버터(Flyback converter)로 구현되는 경우를 도시하고 있다.
도 2에서 보는 바와 같이, PFC 컨버터(30)는 트랜지스터(Q)와 트랜스(T1)로 구성된다. 그리고 PFC 컨버터(30)의 출력에, 다이오드(D), 캐패시터(C0), 인덕터(L0)로 구성되는 LC필터(70)가 구성될 수 있다.
트랜지스터(Q)의 소스는 접지와 연결되고, 드레인은 트랜스(T1)와 연결되며, 게이트에 입력 되는 PWM신호에 의해 턴 온 및 턴 오프 동작을 한다. 트랜지스터(Q)의 게이트에 입력되는 PWM 신호는 입력전류가 입력전압을 추종하도록, 지정된 스위칭 주파수(fs)에 의해 동작된다. 이를 통해, 고 역률을 달성하며, 피드백 제어 루프를 통해 플라이백 컨버터(Flyback converter)의 출력을 안정화 시킨다.
또한, 다이오드(D)는 트랜스(T1)와 인덕터(L0)사이에 연결되며, 트랜스(T1)의 2차 출력을 정류하여 출력한다.
한편, 도 3의 is는 PFC 컨버터(30)의 출력 파형이며, i'0는 LC 필터(70)의 출력 파형이다. LC 필터의 출력 파형(i'0)과 PFC 컨버터의 출력 파형(is)을 비교하면, 리플 성분(ib)을 제외한 고주파 하모닉 성분만이 제거됨을 볼 수 있다. 또한, 도 4는 PFC 컨버터에 공급되는 한 주기의 전압(vin)과 전류(iin)에 대하여, 입력 전력(Pin), LED 모듈에 공급되는 전력(Po), 고조파 성분이 제거된 출력전류(i'o), 리플성분(ib), LED 모듈에 공급되는 전류(io) 등 회로 내의 흐르는 전류, 전압, 전력의 파형을 나타내고 있다.
PFC 컨버터(30) 또는 플라이백 컨버터의 출력전류인 is에는 PWM신호에 의해 발생한 스위칭 주파수 리플, ib(120Hz의 리플) 그리고 i0(DC)를 가진다.
필터 인덕터(L0)는 LED 모듈(60)과 직렬연결 되어 있으며, 필터 커패시터(C0)는 LED 모듈(60)과 병렬연결 되어 있다. 필터 커패시터(C0)와 필터 인덕터(L0)는 LED 모듈(60)로 흐르는 PFC 컨버터(30)의 스위칭 주파수 리플을 막는 로우 패스 필터로 동작한다.
필터 커패시터(C0)는 전통적인 방식으로 쓰였던 저장용 캐패시터로 동작하는 것이 아니라, 입력 주파수의 2배 즉 120Hz의 2차 리플 ib을 제외한 나머지 스위칭 주파수 리플을 막아주는 필터로 동작한다. 따라서, LC필터(70)의 커패시터(C0)는 그 값이 작은 커패시터를 사용할 수 있고, 이러한 이유로 세라믹 혹은 필름 캐패시터로 교체 사용할 수 있다.
스위칭 주파수 리플이 제거된 is는 i'0로 되며, 제거되지 못한 ib(120Hz의 리플) 그리고 i0(DC)성분을 가지고 있다. 즉, 다음 수학식과 같다.
[수학식 1]
i'0 = ib + i0
리플 성분(ib)은 양방향 컨버터(40)로, i0는 LED 모듈(60)로 각각 흐른다.
다시 말하면, LC필터(70)는 PFC 컨버터(30)의 출력 전류(is)의 리플 성분(ib)을 제외한 스위칭 주파수(fs)에 의해 발생된 고주파 하모닉 성분만을 제거하여 출력할 수 있다. 이것은 양방향 컨버터(40)에 의해 리플 성분(ib)이 제거되기 때문에 가능한 구성이다.
이로 인해, 기존 플라이백 컨버터를 사용하는 구성에서 요구되었던 저장용 캐패시터(즉, 고용량의 전해 커패시터)가 아닌 필터 역할만 하는 커패시터(C0)를 사용할 수 있다. 즉, 필터 커패시터(C0)의 캐패시턴스는 저장용 커패시터의 커패시턴스보다 매우 작기 때문에, 전해 커패시터를 대신하여 필름 커패시터나 세라믹 커패시터로 교체하여 사용할 수 있다. 또한, 이러한 커패시터는 전해 커패시터 보다 수명도 길어진다. 예를 들어, 50W 기준인 경우, 종래기술에 따르면 고용량의 전해 커패시터로서 500uF이상을 사용해야 하나, 본 발명에서는 0.47uF 정도의 필름 커패시터를 사용할 수 있다.
도 5는 PFC 컨버터(30), 즉, 플라이백 컨버터의 입출력 파형을 도시하고 있다. 도 5에서, vin은 컨버터의 입력 전압이고, iin은 컨버터의 입력 전류를 나타낸다. 또한, ip는 PFC 컨버터(30)의 1차입력 전류를 나타내고, is는 PFC 컨버터(30)의 2차출력 전류를 나타낸다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 컨버터(40)의 세부 구성 및, 그 동작에 대하여 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2에서 보는 바와 같이, 양방향 컨버터(40)는 Cdc(아웃 필터 캐패시터), Lb(벅/부스터 인덕터) 그리고 두개의 Q1, Q2(트랜지스터)로 구성되어, 흘러 들어온 리플 성분(ib)의 극성에 따라 벅 컨버터와 부스터 컨버터 동작을 번갈아가며 하며 리플 성분(ib)을 상쇄시키는 역할을 한다.
벅/부스터 인덕터(Lb)는 리플 성분(ib)의 경로(path)로, 아웃 필터 캐패시터(Cdc)는 아웃필터로 동작한다. 두 개의 트랜지스터 Q1, Q2는 제어부(50)로부터 제어 신호를 받아 특정한 듀티비를 가지는 PWM신호에 의해 동작한다. Q1, Q2는 동시에 온(on)되거나 오프(off)되지 않으며 서로 번갈아가며 온/오프 동작을 한다.
양방향 컨버터(40)는 부하가 없기 때문에 i0(DC)는 들어가지 않고 ib(120Hz의 리플)만 들어가 소멸된다.
즉, 양방향 컨버터(Bidirectional converter)(40)는 제거하고자 하는 리플 성분(ib)에만 반응하는 활성 필터(Active filter)로서, 리플 성분(ib)의 극성에 따라 벅 모드 동작과 부스트 모드 동작을 수행하는 양방향 컨버터이다.
구체적으로, 리플 성분(ib)의 극성이 양에 있으면, 부스트 모드로 동작하여 LED 모듈(60)에 공급하고 남은 잉여의 에너지를 축적한다. 그리고 리플 성분(ib)의 극성이 음에 있으면, 벅 모드로 동작하여 축적된 에너지를 다시 LED 모듈(60)에 공급한다. 이를 통해 일정한 전류를 LED 모듈에 공급하여 빛 떨림(플리커)를 방지한다.
양방향 컨버터(Bidirectional converter)(40)는 출력에는 부하가 없기 때문에 소비되는 에너지가 없다.
양방향 컨버터(40)는 2개의 스위치를 가진 벅-부스트 컨버터(2-switch buck-boost converter)일 수 있으나, 구성에 따라 1개의 스위치를 가진 벅-부스트 컨버터(1-switch buck-boost converter), 벅 컨버터(Buck converter)와, 부스터 컨버터(Boost converter)와 같은 비절연 타입으로 구현될 수 있다.
양방향 컨버터(40)가 2개의 스위치를 가진 벅-부스트 컨버터(2-switch buck-boost converter)로 구현될 경우, PFC 컨버터(30)의 출력에 직렬로 연결되는 인덕터(Lb), 제어부(50)로부터 입력되는 PWM 제어신호(Q1,Q2)에 의해 턴 온 및 턴 오프되고, 인덕터(Lb)와 서로 직렬로 연결되는 트랜지스터 Q1과 Q2, 트랜지스터 Q1과 Q2와 병렬로 연결되는 커패시터(Cdc)를 더 포함할 수 있다.
트랜지스터 Q1는 일정한 주기의 PWM 제어신호에 의해 동작되며, 트랜지스터 Q2는 Q1의 반전된 제어신호가 인가된다. 따라서 두 개의 트랜지스터 Q1과 Q2는 동시에 켜지거나 꺼지지 않는 상보적 동작을 수행한다.
구체적으로, 양방향 컨버터(40)는 리플 성분(ib)의 양의 부분에서 부스터 모드로 동작한다. 즉, 트랜지스터 Q1이 턴 온 되고 트랜지스터 Q2가 턴 오프 되면, 리플 성분(ib)은 인덕터(Lb)를 통해 흐르게 된다. 이에 따라 인덕터(Lb)에는 에너지가 축적된다. 이후 트랜지스터 Q1이 턴 오프 되고 트랜지스터 Q2가 턴 온하면, 리플 성분(ib)뿐만 아니라 인덕터(Lb)에 축적된 에너지까지 추가되어 커패시터(Cdc)에 에너지가 축적된다. 이에 따라 LED 모듈(60)에 공급하고 남은 잉여의 에너지를 축적한다.
또한, 양방향 컨버터(40)는 리플 성분(ib)의 음의 부분에서 벅 모드로 동작한다. 즉, 트랜지스터 Q1이 턴 오프 되고 트랜지스터 Q2가 턴 온 되면, 커패시터(Cdc)에 축적되어 있던 에너지가 인덕터(Lb)를 통해 흐르게 된다. 이에 따라 LED 모듈(60)에 에너지를 공급한다. 이후 트랜지스터 Q1이 턴 온 되고 트랜지스터 Q2가 턴 오프 되면, 커패시터(Cdc)의 축적된 에너지의 공급은 차단되며, 인덕터(Lb)의 에너지가 추가적으로 LED 모듈(60)에 에너지를 공급한다.
즉, 리플 성분(ib)의 극성에 따라 변하는 벅/부스트 모드 반복을 통해 LED 모듈(60)에 일정한 에너지를 흐르게 한다.
도 7는 양방향 컨버터(40)의 입력 전류 파형 및, LED 모듈(60)에 공급되는 전류를 나타낸다.
i'o는 is의 신호가 커패시터(C0)와 인덕터(L0)에 의해 고조파 성분이 사라진 전류를 나타낸다. 또한, io는 LED 모듈(60)에 공급되는 순수한 직류전류를 나타내고, ib는 양방향 컨버터(40), 즉, 벅/부스트 컨버터의 입력 전류를 나타낸다. 이들 전류들의 관계는 앞서 수학식 1과 같다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 센싱부(51)의 세부 구성에 대하여 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2에서 보는 바와 같이, 제어부(50)는 PFC 컨버터(30)에서 출력되는 전류를 감지하는 센싱부(51), PFC 제어신호(Q)를 생성하는 PFC 컨트롤러(52), 양방향 제어신호(Q1,Q2)를 생성하는 양방향 컨트롤러(53)로 구성된다.
먼저, 센싱부(51)는 PFC 컨버터(30)와 양방향 컨버터(40)의 제어에 필요한 신호를 센싱한다. 즉, 센싱부(51)는 부하전류의 포함된 노이즈 유입을 최소화하기 위해 복권 트랜스를 사용하여 PFC 컨버터(30)의 출력 전류를 센싱하고, 센싱신호(isf)를 PFC 컨트롤러(52) 및 양방향 컨트롤러(53)에 제공한다.
즉, 센싱부(51)는 복권 트랜스를 사용하여 부하전류를 센싱한다.
구체적으로, 센싱부(51)는 복권 트랜스(T2), 다이오드(Dct), 저항(Rct)으로 구성된다. 트랜스(T2)의 1차 측은 PFC 컨버터(30)에 연결되고, 2차측은 다이오드(Dct)와 저항(Rct)에 연결된다. 그리고 센싱부(51)는 PFC 컨버터(30)의 출력전류를 센싱하여 PFC 컨트롤러(52) 또는 양방향 컨트롤러(53)에 공급한다.
다음으로, PFC 컨트롤러(52)는 센싱부(51)로부터 공급받은 센싱신호(isf)를 기준신호와 비교하여 얻어진 값을 통해 Q를 제어하는 PWM신호의 듀티(D1)를 제어한다. 이때, PWM 제어신호를 PFC 제어신호라 부르기로 한다.
도 2에서 보는 바와 같이, PFC 컨트롤러(52)는 기준 전류 Io _ref와 is를 비교하여 PFC 컨버터(30)의 Q에 인가되는 PWM신호의 듀티비(Duty ratio)를 조정할 수 있도록 구성된다. Rf1, Cf1는 센싱된 신호에 대한 필터 기능을 수행하고, E/A1를 포함하는 구성이 기준 전류와 비교하여 제어신호를 생성한다.
구체적으로, PFC 컨트롤러(52)는 센싱부(51)로부터 공급받은 센싱신호(isf)를 피드백 신호로 하여 기준신호와 비교한다. 이 비교 값을 통해 일정한 주파수의 PWM신호의 듀티(D1)를 조정하여, PFC 컨버터(30)의 의 턴 온 및 턴 오프의 시간을 결정한다. PWM신호의 일정한 주파수는 PFC 컨버터(30)의 입력전류를 입력전압과 비례하게 제어하여 고 역률을 달성하게 한다. 또한, PWM신호의 ( D1 : 1-D1 )의 듀티는 PFC 컨버터(30)의 출력을 일정하게 유지시켜 준다. 예를 들어 피드백 신호가 기준신호보다 작다면 D1를 증가시키고, 피드백 신호가 기준신호보다 크다면 D1를 감소시켜 출력을 일정하게 유지한다.
다음으로, 양방향 컨트롤러(53)도 센싱부(51)로부터 공급받은 센싱신호(isf)를 기준신호와 비교하여 얻어진 값을 통해 Q1,Q2를 제어하는 PWM신호의 듀티(D2)를 제어한다. 이때, PWM 제어신호를 양방향 제어신호라 부르기로 한다. 특히, 센싱부(51)로부터 센싱된 is와 ib를 비교하여 is의 120Hz의 리플성분과 동일하게 ib를 만들 수 있도록 양방향 컨버터(40)의 Q1,Q2에 인가되는 PWM신호의 듀티비(Duty ratio)를 조정할 수 있도록 구성된다.
즉, 양방향 컨트롤러(Bidirectional controller)(53)는 센싱부(51)로부터 공급받은 센싱신호(isf)를 기준신호로 하여 양방향 컨버터(40)에 흐르는 전류와 비교한다. 이 비교 값을 통해, 양방향 컨버터(40)에 흐르는 전류를 PFC 컨버터(30)의 출력 전류(is)의 리플 성분(ib)과 동일하게 만들 수 있는 PWM신호의 듀티(D2)를 조정한다. 이를 통해, 양방향 컨버터(40)의 트랜지스터 Q1과 Q2의 턴 온 및 턴 오프의 시간을 결정한다. 예를 들어, 기준 신호가 증가한다면 듀티(D2)를 늘려 양방향 컨버터(40)에 흐르는 전류를 기준신호와 동일하게 증가시키고, 기준 신호가 감소한다면 듀티(D2)를 줄여 양방향 컨버터(40)에 흐르는 전류를 기준신호와 동일하게 감소시켜 준다.
도 2에서, Rf2, Cf2, Rf3, Cf3는 리플 성분을 추출하는 구성이고, E/A2, E/A3는 추출된 신호를 레퍼런스 신호로 공급받아 Q1를 제어하는 제어신호를 생성한다.
구체적으로 설명하면 다음과 같다. 수학식 2는 다음 수학식 3과 같이 표현된다.
[수학식 2]
is - ib = io
[수학식 3]
( io + ib ) - ib = io
is는 본 파형이고, ib는 120Hz 리플이고, i0는 순수한 DC전류라고 가정한다.
양방향 컨트롤러(53)는 ib를 is의 120 Hz 리플과 동일하게 만들기 위해 is와 ib를 비교하여 ib를 크거나 작게 만들어 줄 수 있는 듀티비(Duty ratio)인 D2를 생성한다. D2가 커질수록 ib의 크기는 커지며, 반대로 D2가 작아지면 ib의 크기도 작아진다.
D2는 일정한 스위칭 주파수를 가지고 있는 톱니 파형과 비교하여 PWM신호를 생성하며, 이 신호는 양방향 컨버터(40)의 Q1에 인가된다. Q2의 제어신호는 Q1 제어신호의 리버스 신호로 트랜지스터 Q1과 Q2는 동시에 온(on) 되거나 오프(off) 되지 않는다.
양방향 컨버터(40)의 Q1, Q2는 양방향 컨트롤러(53)에서 생성된 PWM 제어 신호에 의해 동작하며, 벅/부스터 모드의 동작을 구분하는 것은 양방향 컨버터(40)에 흐르는 ib의 극성이다.
ib의 양의 부분에서는 양방향 컨버터(40)는 부스트 모드로 동작하며, 음의 부분에서는 벅 모드로 동작한다. 부스트 모드시 120Hz의 리플의 에너지는 Cdc에 충전되며, 벅 모드시 Cdc에 충전 된 에너지는 방출한다. 이 충방전 동작은 ib의 에너지를 0으로 수렴시키며, 충방전 캐패시터 Cdc를 주파수 아웃 필터로 연결하는 것으로 볼 수 있다.
확실한 벅/부스터 모드의 동작을 위해 Cdc의 전압 VCdc은 Vo보다 커야 하며 VCdc은 양방향 컨트롤러(53) VCdc _ref에 의해 결정된다.
부스트 모드의 경우, Q1 : 온(on) / Q2 : 오프(off) 일 때, 리플 에너지는 Lb에 충전된다. 또한, Q1 : 오프(off) / Q2: 온(on) 일 때, 리플 에너지와 Lb의 충전 에너지가 더해져 Cdc에 충전된다.
벅 모드의 경우, Q1 : 오프(off) / Q2: 온(on) 일 때, Cdc의 충전 에너지는 Lb을 충전하면서 방출하며, Q1 : 온(on) / Q2 : 오프(off) 시 Lb의 충전 에너지만 방출한다. 이렇게 양방향 충방전 동작을 하는 Lb는 120Hz의 리플의 경로(path) 역할을 하며, Cdc는 120Hz의 리플의 아웃 필터 역할을 한다.
즉, ib의 값이 1이라면 ( D2 : 1 - D2 )의 듀티 비를, 10이라면 ( 10D2 : 1 - 10D2 )를 만들어 센싱부(51)에서 센싱된 is의 리플 성분과 동일한 파형 모양을 만든다. 이렇게 만들어진 ib는 Lb 와 Cdc에 의해 그라운드로 사라진다.
리플 성분(ib)에 따른 Cdc의 전압(VCdc)을 도 6에 도시되고 있다.
다음으로, 본 발명의 효과를 도 8 내지 도 9을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 8는 종래기술과 본 발명에 따른 LED 조명장치의 LED 모듈에 공급되는 DC 전류의 그래프를 비교한 것이고, 도 9은 종래기술과 본 발명에 따른 LED 조명장치의 실제 조광 상태를 비교한 것이다.
도 8에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 조명장치는 DC 전류의 떨림 현상을 저감시키는 것을 알 수 있다. 또한, 도 9와 같이, LED 모듈에 공급하는 DC전류의 떨림을 저감시킴으로써, 플리커(빛 떨림) 현상을 제거할 수 있음을 알 수 있다.
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
10 : 전원부 20 : 정류부
30 : PFC 컨버터 40 : 양방향 컨버터
50 : 제어부 51 : 센싱부
52 : PFC 컨트롤러 53 : 양방향 컨트롤러
60 : LED 모듈 70 : LC필터

Claims (5)

  1. 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 LED 조명장치에 있어서,
    교류전원을 공급받는 전원부;
    상기 교류전원을 정류하여 직류전원을 출력하는 정류부;
    제1 PWM 제어신호(Q)에 의해, 상기 직류전원을 불연속 전도 모드로 공급하는 PFC 컨버터;
    상기 PFC 컨버터의 출력과 병렬로 연결되어, 상기 PFC 컨버터의 출력 전류에서 리플 성분을 제거하는 양방향 컨버터;
    상기 PFC 컨버터의 출력 전류를 센싱하고, 센싱된 신호를 피드백 신호로 하여 기준신호와 비교하고, 그 결과에 따라 제1 PWM 제어신호(Q), 및, 제2 PWM 제어신호(Q1,Q2)를 생성하여, 각각 상기 PFC 컨버터와 상기 양방향 컨버터에 입력하여 제어하는 제어부;
    적어도 1개 이상의 LED로 구성되는 LED 모듈; 및,
    상기 PFC 컨버터와 상기 LED 모듈 사이에 구비되고, 필터 커패시터와 필터 인덕터를 포함하는 LC필터를 포함하고,
    상기 LC필터의 필터 커패시터는 필름 커패시터 또는 세라믹 캐패시터로 구성되고,
    상기 양방향 컨버터는 상기 PFC 컨버터의 출력에 직렬로 연결되는 인덕터(Lb), 상기 제어부로부터 입력되는 제2 PWM 제어신호(Q1,Q2)에 의해 서로 상보적으로 턴 온 및 턴 오프되고 상기 인덕터(Lb)와 서로 직렬로 연결되는 제1 및 제2 트랜지스터, 상기 제1 트랜지스터와 병렬로 연결되고 상기 제2 트랜지스터와 직렬로 연결되는 커패시터(Cdc)로 구성되고,
    상기 제1 및 제2 트랜지스터는 서로 병렬로 연결되고,
    상기 양방향 컨버터는 상기 리플 성분이 양인 경우, 상기 제1 트랜지스터가 턴 온되고 상기 제2 트랜지스터가 턴 오프되어 상기 리플 성분이 인덕터(Lb)을 통해 흐르게 하여 에너지를 축적하고, 상기 제1 트랜지스터가 턴 오프되고 상기 제2 트랜지스터가 턴 온되어 상기 리플 성분과 인덕터(Lb)에 축적된 에너지까지 추가하여 커패시터(Cdc)에 에너지를 축적하고,
    상기 리플 성분이 음인 경우, 상기 제1 트랜지스터가 턴 오프되고 상기 제2 트랜지스터가 턴 온되어 커패시터(Cdc)에 축적되었던 에너지가 인덕터(Lb)를 통해 흐르게 하여 상기 LED 모듈에 에너지를 공급하고, 상기 제1 트랜지스터가 턴 온되고 상기 제2 트랜지스터가 턴 오프되어 커패시터(Cdc)에 축적되었던 에너지의 공급은 차단되고 인덕터(Lb)의 에너지가 추가적으로 LED 모듈에 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 LED 조명장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 PFC 컨버터에서 출력되는 전류를 센싱하는 센싱부, 상기 제1 PWM 제어신호를 생성하는 PFC 컨트롤러, 및, 상기 제2 PWM 제어신호를 생성하는 양방향 컨트롤러를 포함하고,
    상기 센싱부는 복권 트랜스(T2), 다이오드(Dct), 및, 저항(Rct)으로 구성되고, 트랜스(T2)의 1차 측은 상기 PFC 컨버터에 연결되고, 2차측은 다이오드(Dct)와 저항(Rct)에 연결되어, 상기 PFC 컨버터의 출력전류를 센싱하여 상기 PFC 컨트롤러 또는 양방향 컨트롤러에 공급하는 것을 특징으로 하는 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 LED 조명장치.
KR1020180016443A 2018-02-09 2018-02-09 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 led 조명장치 KR101933823B1 (ko)

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KR1020180016443A KR101933823B1 (ko) 2018-02-09 2018-02-09 복수의 컨버터가 내장된 전원공급 장치를 구비한 led 조명장치

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111083847A (zh) * 2020-01-08 2020-04-28 广东电网有限责任公司 一种变电站高功率因数led驱动系统
KR20230086267A (ko) * 2021-12-08 2023-06-15 (주) 라인이노텍 과도성 전력 노이즈를 상쇄시켜 안정적인 광출력을 유지하는 공진형 플리커프리 led조명기구용 컨버터
KR20230174434A (ko) * 2022-06-21 2023-12-28 (주) 라인이노텍 LED조명의 Blinking(빛 떨림)현상을 억제하는 고효율 공진형 플리커프리 컨버터 회로

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101454158B1 (ko) * 2013-05-28 2014-10-28 부경대학교 산학협력단 전해 커패시터 없는 ＬＥＤ 구동용 전원장치와 이의 120Ｈｚ 리플 저감기법
WO2017045075A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 Queen's University At Kingston Current ripple sensing controller for a single-stage led driver

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101454158B1 (ko) * 2013-05-28 2014-10-28 부경대학교 산학협력단 전해 커패시터 없는 ＬＥＤ 구동용 전원장치와 이의 120Ｈｚ 리플 저감기법
WO2017045075A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 Queen's University At Kingston Current ripple sensing controller for a single-stage led driver

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111083847A (zh) * 2020-01-08 2020-04-28 广东电网有限责任公司 一种变电站高功率因数led驱动系统
KR20230086267A (ko) * 2021-12-08 2023-06-15 (주) 라인이노텍 과도성 전력 노이즈를 상쇄시켜 안정적인 광출력을 유지하는 공진형 플리커프리 led조명기구용 컨버터
KR102592251B1 (ko) * 2021-12-08 2023-10-19 (주) 라인이노텍 과도성 전력 노이즈를 상쇄시켜 안정적인 광출력을 유지하는 공진형 플리커프리 led조명기구용 컨버터
KR20230174434A (ko) * 2022-06-21 2023-12-28 (주) 라인이노텍 LED조명의 Blinking(빛 떨림)현상을 억제하는 고효율 공진형 플리커프리 컨버터 회로
KR102634050B1 (ko) * 2022-06-21 2024-02-06 (주) 라인이노텍 LED조명의 Blinking(빛 떨림)현상을 억제하는 고효율 공진형 플리커프리 컨버터 회로

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