KR20090069329A - 이차 회로를 피딩하기 위한 일차 회로 및 공급 회로 - Google Patents

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KR20090069329A
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크리스토프 로에프
토마스 쉬헬
크리스찬 하트럽
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

이차 회로(2)를 피딩하기 위한 일차 회로(1)는, 일차 회로(1)를 제1 모드나 제2 모드에 두기 위한 제어 회로(40)에 의해 제어되는 스위치들(11 내지 14)을 구비한 스위치 회로(10)와, 제1 모드에서는 소스(4)로부터 동상 공진 회로 전압 및 전류를 통해 이차 회로(2)로 공급되는 에너지를 증가시키고 제2 모드에서는 이상 공진 회로 전압 및 전류를 통해 통해 이차 회로(2)로 공급되는 에너지를 증가시키지 않는 공진 회로(20)와, 손실 및 전자기 간섭을 줄이기 위한 제로 전류 스위칭 전략에 따라, 일차 회로 신호를, 일차 회로(10)를 제어 신호에 따라 제1 모드나 제2 모드에 두기 위한 제어 회로(40)용 제어 신호로 변환하는 컨버터 회로(30)를 포함한다.
일차 회로, 이차 회로, 공진 회로, 컨버터 회로, 스위치 회로

Description

이차 회로를 피딩하기 위한 일차 회로 및 공급 회로{PRIMARY RESONANT INVERTER CIRCUIT FOR FEEDING A SECONDARY CIRCUIT}
본 발명은 이차 회로를 피딩(feed)하기 위한 일차 회로에 관한 것이며, 또한 일차 회로를 포함하는 공급 회로, 공급 회로를 포함하는 장치, 방법, 컴퓨터 프로그램 제품, 및 매체에 관한 것이다.
이러한 일차 회로의 예로는, 기타 일차 회로뿐만 아니라, 공진 회로에 연결된 하프 브리지(half-bridge) 인버터 및 풀 브리지(full-bridge) 인버터가 있다. 이러한 공급 회로의 예로는 기타 공급 회로뿐만 아니라 스위칭 모드 전원(switched mode power supplies)이 있다. 이러한 장치의 예로는 기타 제품뿐만 아니라 가전 제품 및 비가전 제품이 있다.
US 제5,719,759호는 균등하게 로딩된 스위치들(equally loaded switches)을 갖춘 DC/AC 컨버터를 개시하고 있다.
본 발명의 주 목적은 이차 회로를 피딩하기 위한 일차 회로를 제공하는 것으로서, 이러한 일차 회로는 이차 회로로부터 일차 회로로의 피드백 루프를 필요로 하지 않는 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 목적은, 이차 회로로부터 일차 회로로의 피드백 루프를 필요로 하지 않는 제어부를 포함하는, 일차 회로를 포함하는 공급 회로, 공급 회로를 포함하는 장치, 방법, 컴퓨터 프로그램 제조품, 및 매체를 제공하는 것이다.
이차 회로를 피딩하는 일차 회로는, 일차 회로를 적어도 제1 모드나 제2 모드에 두도록 제어 회로에 의해 제어되는 스위치들을 구비하는 스위치 회로와, 제1 모드에서는 소스로부터 서로 동상인 공진 회로 양단의 제1 전압 및 공진 회로를 통한 제1 전류를 통해(에 의해) 이차 회로로 공급되는 에너지를 증가시키고 제2 모드에서는 서로 동상이 아닌 공진 회로 양단의 제2 전압 및 공진 회로를 통한 제2 전류를 통해(의해) 이차 회로로 공급되는 에너지를 증가시키지 않는 공진 회로와, 일차 회로 신호를, 제어 신호에 따라 일차 회로를 제1 모드나 제2 모드에 두도록 제어 회로용 제어 신호로 변환하는 컨버터 회로를 포함한다.
스위치 회로는 예를 들어 인버터를 포함한다. 공진 회로는 예를 들어 커패시터와 인덕터의 직렬 회로를 포함한다. 예를 들어 변압기의 형태로 된 이러한 인덕터를 통해, 에너지가 로드에 공급될 수 있다. 제어 회로는 일차 회로를 제1 모드나 제2 모드에 두기 위해 스위치 회로의 스위치들을 제어한다.
제1 모드에서, 스위치 회로는 공진 회로 양단의 제1 전압과 공진 회로를 통한 제1 전류가 서로 동상인 방식으로 공진 회로를 소스에 결합한다. 그 결과, 소스로부터 스위치 회로와 공진 회로를 통해 이차 회로로 공급되는 에너지가 증가한다. 제2 모드에서, 스위치 회로는 공진 회로 양단의 제2 전압과 공진 회로를 통한 제2 전류가 서로 동상이 아닌 방식으로 공진 회로를 소스에 결합한다. 그 결과, 소스로부터 스위치 회로와 공진 회로를 통해 이차 회로로 공급되는 에너지가 증가하지 않는다. 컨버터 회로는 일차 회로 신호를 제어 회로를 (설정하기) 위한 제어 신호로 변환한다.
따라서, 스위치 회로 내의 신호나 공진 회로 내의 신호와 같은 일차 회로의 내부 신호는 일차 회로의 모드를 규정하도록 사용되고, 이러한 일차 회로의 모드는 일차 회로를 통해 흐르는 에너지의 양을 규정한다. 그 결과, 단점이었던 로드로부터 일차 회로로의 피드백 루프가 더 이상 필요하지 않으며 회피될 수 있다.
본 발명에 따른 일차 회로의 일 실시예가 청구항 제2항에 규정되어 있다. 제2 모드에서, 제1 선택 사항에 의하면, 스위치 회로는 공진 회로 양단의 제2 전압과 공진 회로를 통한 제2 전류가 서로 역상(동상이 아닌 특별한 경우임)인 방식으로 공진 회로를 소스에 결합한다. 그 결과, 에너지는 공진 회로로부터 소스로 다시 공급된다(소스로부터 이차 회로로 공급되는 에너지가 증가하지 않는 특별한 경우임). 제2 모드에서, 제2 선택 사항에 의하면, 스위치 회로는 제로 전압과 같이 고정된 전압이 공진 회로 양단에 존재하는 방식으로 공진 회로를 소스에 결합한다(공진 회로를 통한 전류와 동상이 아닌 특별한 경우임). 그 결과, 소스로부터 이차 회로로 공급되는 에너지 및/또는 다시 소스로 공급되는 에너지가 차단된다(소스로부터 이차 회로로 공급되는 에너지가 증가하지 않는 특별한 경우임).
손실 및 전자기 간섭을 줄이려는 제로 전류 스위칭 전략을 바람직하게 실현하려면, 스위치 회로로부터 공진 회로로 흐르는 전류가 스위치 회로의 스위치들의 스위칭 순간에 제로로 되어야 한다. 이에 대하여, 공진 회로 양단의 전압 및 공진 회로를 통한 전류는 서로 동상이거나 역상이어야 하며 또는 예를 들어 이러한 전압에 제로값과 같은 고정값을 제공함으로써 어떠한 위상 관계도 가져서는 안된다.
본 발명에 따른 일차 회로의 일 실시예는 청구항 제3항에 의해 규정된다. 스위치 회로는 풀 브리지 인버터일 수 있고, 제1 모드는 풀 브리지 인버터의 에너지 공급 상태일 수 있으며, 제2 모드는 풀 브리지 인버터의 유휴 상태 또는 풀 브리지 인버터의 에너지 회수 상태(energy retrieving state)일 수 있다.
본 발명에 따른 일차 회로의 일 실시예는 청구항 제4항에 의해 규정된다. 일차 회로 신호는 공진 회로를 통한 전류일 수 있고, 예를 들어, 제1 임계값 미만의 제어 신호의 값들의 제1 그룹은 에너지 공급 상태를 발생시킬 수 있고, 제1 임계값과 제2 임계값 사이의 제어 신호의 값들의 제2 그룹은 유휴 상태를 발생시킬 수 있으며, 제2 임계값을 초과하는 제어 신호의 값들의 제3 그룹은 에너지 회수 상태를 발생시킬 수 있다. 일차 회로 내의/근처의 소정의 위치에서 전계 및/또는 자계와 같이 다른 일차 회로 신호들을 배제하지 않는다.
본 발명에 따른 일차 회로의 일 실시예는 청구항 제5항에 의해 규정된다. 스위치 회로는 하프 브리지 인버터일 수 있고, 제1 모드는 하프 브리지 인버터의 에너지 공급 상태일 수 있으며, 제2 모드는 하프 브리지 인버터의 에너지 회수 상태일 수 있다.
본 발명에 따른 일차 회로의 일 실시예는 청구항 제6항에 의해 규정된다. 일차 회로 신호는 공진 회로를 통한 전류일 수 있고, 예를 들어, 제3 임계값 미만의 제어 신호의 값들의 제4 그룹은 에너지 공급 상태를 발생시킬 수 있고, 제3 임계값을 초과하는 제어 신호의 값들의 제5 그룹은 에너지 회수 상태를 발생시킬 수 있다.
본 발명에 따른 일차 회로의 일 실시예는 청구항 제7항에 의해 규정된다. 바람직하게는, 배제적이지 않도록, 제어 신호는 공진 회로를 통한 전류의 로우-패스 필터링된 (아마도 가중된) 절대값이다.
공급 회로는 청구항 제8항에 의해 규정된다. 공급 회로의 일 실시예는 청구항 제9항에 의해 규정된다. 이차 회로는 로드에 출력 신호를 제공하고, 평균 출력 신호는 제1 상태의 횟수 대 제2 상태의 횟수에 의존한다.
장치는 청구항 제10항에 의해 규정된다. 로드는 예를 들어 하나 이상의 발광 다이오드 및/또는 발광 다이오드들의 하나 이상의 스트링을 포함한다.
방법은 청구항 제11항에 의해 규정된다. 컴퓨터 프로그램 제조품은 청구항 제12항에 의해 규정된다. 메모리, 디스크, 또는 스틱과 같은 매체는 청구항 제13항에 의해 규정된다.
공급 회로, 장치, 방법, 컴퓨터 프로그램 제조품, 매체의 실시예들은 일차 회로의 실시예들에 대응한다.
특히, 이차 회로를 피딩하기 위한 일차 회로에서, 일차 회로 내의 신호는 이러한 일차 회로를 제어하고 이차 회로로부터 일차 회로로의 피드백 루프를 통한 일차 회로의 제어를 회피하도록 사용될 수 있음을 파악할 수 있다.
특히, 기본 사상은, 일차 회로의 서로 다른 모드들에 대하여 서로 다른 양의 에너지가 일차 회로를 통해 흐를 수 있고 그 서로 다른 모드들이 일차 회로로부터 출력되는 신호에 응답하여 선택되어야 한다는 것이다.
이차 회로로부터 일차 회로로의 피드백 루프를 필요로 하지 않는 제어를 포함하는, 이차 회로를 피딩하기 위한 일차 회로를 제공함으로써, 상술한 문제점이 해결된다.
본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적은 이하에서 설명하는 실시예를 참조할 때 명백하고 명료할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 일차 회로와 이차 회로를 포함하는 본 발명에 따른 공급 회로를 포함하는 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 스위치 회로, 공진 회로, 컨버터 회로, 제어 회로를 포함하는 본 발명에 따른 일차 회로를 보다 상세히 개략적으로 도시한다.
도 3은 스위치 회로와 공진 회로를 보다 상세히 개략적으로 도시한다.
도 4는 공진 회로의 소자들을 통한 전류와 이 소자들 양단의 전압을 도시한다.
도 5는 컨버터 회로를 보다 상세히 개략적으로 도시한다.
도 1에 도시한 본 발명에 따른 장치(5)는 예를 들어 DC 전압을 제공하기 위한 배터리 또는 AC 전압을 정류하여 정류된 AC 전압으로 만들기 위한 정류기와 같은 소스(4)를 포함한다. 소스(4)의 출력은 이차 회로(2)를 피딩하기 위한 일차 회로(1)의 입력에 결합된다. 이차 회로(2)의 출력은 예를 들어 하나 이상의 발광 다 이오드 및/또는 발광 다이오드들의 하나 이상의 스트링과 같은 로드(load; 3)에 결합된다. 예를 들어, 에너지는 도 1과 도 2에 부분적으로 도시한 변압기(23, 24)를 통해 전달된다. 다른 방안으로는, 이러한 전달을 위해 하나의 인덕터를 이용할 수 있고 이에 따라 예를 들어 인덕터 전체가 일차 회로(1)의 일부를 형성하게 되고 이 인덕터의 일측과 이 인덕터의 탭(tap) 사이에 배치된 이러한 인덕터의 일부만이 이차 회로(2)의 일부를 형성하게 된다.
로드(3)는, 변압기(23, 24)에 직접 결합되거나 서로 다른 (일련의) 발광 다이오드들이 개별적으로 제어될 수 있도록 하나 이상의 정류 다이오드 및/또는 하나 이상의 저항기를 통해 간접 결합될 수 있다.
도 2에 보다 상세히 도시한 일차 회로(1)는 예를 들어 도 3에 보다 상세히 도시한 하프-브리지 인버터와 같은 스위치 회로(10)를 포함한다. 스위치 회로(10)의 입력은 일차 회로(10)의 입력을 형성하고 스위치 회로(10)의 출력은 공진 회로(20)의 입력에 결합된다. 이 공진 회로(20)는 예를 들어 커패시터(22)와 인덕터(21, 23)의 직렬 회로를 포함한다. 이 인덕터(21, 23)는 예를 들어 선택 사항인 인덕터(21)와 변압기(23, 24)의 부유 인덕턴스를 포함한다. 일차 회로(1)는 컨버터 회로(30)와 제어 회로(40)를 더 포함한다.
두 개의 연결부(55, 56) 중 적어도 하나를 통해 또는 다른 방안으로 연결부(57)를 통해, 컨버터 회로(30)는 일차 회로 신호를 수신하고, 연결부(58)를 통해, 컨버터 회로(30)는 기준값을 수신하며, 연결부(59)를 통해, 컨버터 회로(30)는 제어 신호를 제어 회로(40)에 공급한다. 제어 회로(40)는, 스위치 회로(10)가 4개 의 스위치(풀-브리지)를 포함하는 경우 연결부(51 내지 54)를 통해 4개의 스위칭 신호를 스위치 회로(10)에 공급하고, 또는 스위치 회로(10)가 2개의 스위치(하프-브리지)를 포함하는 경우 연결부(51 내지 54)를 통해 2개의 스위칭 신호를 스위치 회로(10)에 공급한다.
도 3에 보다 상세히 도시한 스위치 회로(10)와 공진 회로(20)는 예를 들어 소스(4)의 양의 출력에 결합된 양의 전압 레일(positive voltage rail) 및 소스(4)의 음의 출력에 결합된 음의 전압 레일을 포함한다. 양의 전압 레일은 예를 들어 트랜지스터와 같은 스위치(11, 13)의 제1 측과 다이오드(15, 17)의 캐소드에 결합된다. 음의 전압 레일은, 종래 기술에서는, 예를 들어 트랜지스터와 같은 스위치(12, 14)의 제2 측과 다이오드(16, 18)의 애노드에 결합된다. 스위치(11)의 제2 측은, 스위치(12)의 제1 측, 다이오드(15)의 애노드, 다이오드(16)의 캐소드, 직렬 회로(21 내지 23)의 제1 측에 결합된다. 스위치(13)의 제2 측은, 스위치(14)의 제1 측, 다이오드(17)의 애노드, 다이오드(18)의 캐소드, 직렬 회로(21 내지 23)의 제2 측에 결합된다.
제어 회로(40)는 일차 회로(1)를 제1 모드나 제2 모드에 두기 위해 스위치 회로(10)의 스위치(11 내지 14)를 제어한다. 제1 모드(풀 브리지 인버터 또는 하프 브리지 인버터의 에너지 공급 상태)에서, 스위치 회로(10)는 공진 회로(20) 양단의 제1 전압과 공진 회로(20)를 통한 제1 전류가 서로 동상(in phase)인 방식으로 공진 회로(20)를 소스(4)에 결합한다. 그 결과, 소스(4)로부터 스위치 회로(10)와 공진 회로(20)를 통해 이차 회로(2)로 공급되는 에너지가 증가하게 된다. 제2 모드(풀 브리지 인버터의 유휴 상태, 또는 풀 브리지 인버터나 하프 브리지 인버터의 에너지 회수 상태)에서, 스위치 회로(10)는 공진 회로(20) 양단의 제2 전압과 공진 회로(20)를 통한 제2 전류가 서로 이상(not in phase)인 방식으로 공진 회로(20)를 소스(4)에 결합한다. 그 결과, 더 후술하는 바와 같이 소스(4)로부터 스위치 회로(10)와 공진 회로(20)를 통해 이차 회로(2)로 공급되는 에너지가 증가하지 않게 된다. 컨버터 회로(30)는 일차 회로 신호를 제어 회로(40)를 (설정하기) 위한 제어 신호로 변환한다.
따라서, 스위치 회로(10) 내의 신호 또는 공진 회로(20) 내의 신호와 같이 일차 회로(10)의 내부 신호는 일차 회로(1)의 모드를 규정하는 데 사용되고, 이러한 일차 회로(10)의 모드는 일차 회로(100를 통해 흐르는 에너지 양을 규정한다. 그 결과, 단점이었던 로드(3)로부터 일차 회로(1)로의 피드백 루프가 더 이상 필요하지 않으며 회피될 수 있다.
제2 모드에서는, 다음에 따르는 선택 사항들이 가능하다. 제1 선택 사항(풀 브리지 인터버 또는 하프 브리지 인버터의 에너지 회수 상태)에 의하면, 스위칭 회로(10)는 공진 회로(20) 양단의 제2 전압과 공진 회로(20)를 통한 제2 전류가 서로 역상(anti-phase)(이상의 특별한 경우임)인 방식으로 공진 회로(20)를 소스(4)에 결합한다. 그 결과, 에너지가 공진 회로(20)로부터 소스(4)로 다시 공급된다(소스(4)로부터 이차 회로(2)로 공급되는 에너지가 증가하지 않는 특별한 경우임). 제2 선택 사항(풀 브리지 인버터의 유휴 상태)에 의하면, 스위치 회로(10)는 제로 전압과 같은 고정 전압이 공진 회로(20) 양단에 존재하는 방식으로 공진 회로(20) 를 소스(4)에 결합한다(공진 회로(20)를 통한 전류와 이상인 특별한 경우임). 그 결과, 소스(4)로부터 이차 회로(2)로의 에너지 공급 및/또는 다시 소스(4)로의 에너지 공급이 차단된다(소스(4)로부터 이차 회로(2)로 공급되는 에너지가 증가하지 않는 특별한 경우임).
손실 및 전자기 간섭을 줄이기 위한 제로 전류 스위칭 전략을 바람직하게 실현하려면, 스위치 회로(10)로부터 공진 회로(20)로 흐르는 전류가 스위치 회로(10)의 스위치들(11 내지 14)의 스위칭 순간에 제로로 되어야 한다. 이에 대하여, 공진 회로(20) 양단의 전압 및 공진 회로(20)를 통한 전류는 서로 동상이거나 역상이어야 하며 또는 예를 들어 이러한 전압에 제로값과 같은 고정값을 제공하여 어떠한 위상 관계도 갖지 않아야 한다.
일차 회로 신호는 예를 들어 공진 회로(20)를 통한 전류이다. 제어 신호는 예를 들어, 다른 가능성을 배제하지 않고서, 이러한 전류의 로우-패스 필터링된 절대값 또는 로우-패스 필터링된 가중 절대값(weighted absolute value)일 수 있다. 제어 신호의 값은 예를 들어 하나 이상의 임계값과 비교된다. 풀 브리지 인버터의 경우, 예를 들어, 제1 임계값 미만의 제어 신호의 값들의 제1 그룹은 에너지 공급 상태를 발생시킬 수 있고, 예를 들어 제1 임계값과 제2 임계값 사이의 제어 신호의 값들의 제2 그룹은 유휴 상태를 발생시킬 수 있으며, 예를 들어 제2 임계값을 초과하는 제어 신호의 값들의 제3 그룹은 에너지 회수 상태를 발생시킬 수 있다. 하프 브리지 인버터의 경우, 예를 들어 제3 임계값 미만의 제어 신호의 값들의 제4 그룹은 에너지 공급 상태를 발생시킬 수 있고, 예를 들어 제3 임계값을 초과하는 제어 신호의 값들의 제5 그룹은 에너지 회수 상태를 발생시킬 수 있다.
제1 가능성(풀 브리지)에 의하면, 이러한 전류를 스위치 회로(10)로부터 도출하기 위해, 음의 전압 레일이 제1 저항기(25)를 통해 스위치(12)와 다이오드(16)에 결합되어야 하며 제2 저항기(26)를 통해 스위치(14)와 다이오드(18)에 결합되어야 한다. 이어서 제1 저항기(25) 및 스위치(12)와 다이오드(16) 사이의 결합은 연결부(55)에 결합되어야 하고, 이어서 제2 저항기(26) 및 스위치(14)와 다이오드(18) 사이의 결합은 연결부(56)에 결합되어야 한다. 제2 가능성(하프 브리지)에 의하면, 저항기들(25, 26) 중 하나 그리고 연결부들(55, 56) 중 하나만 사용되어야 한다. 제3 가능성에 의하면, 스위치 회로(10)와 공진 회로(20) 사이에 흐르는 전류는 연결부(57)에 결합된 측정 루프(27)를 통해 측정되어야 한다. 다른 가능성들도 배제해서는 안된다.
도 4에는, 공진 회로(20)의 소자들(21 내지 23)을 통한 전류 및 이러한 소자들 양단의 전압(U)이 도시되어 있다. 제1 상태(에너지가 소스(4)로부터 공진 회로(20)로 흐름)에서는, 양의 전압 펄스 및 양의 전압 펄스와 동상인 양의 전류에 이어서 음의 전압 펄스 및 음의 전압 펄스 등과 동상인 음의 전류가 뒤따른다. 이어서, 일차 회로(1)는 제로 전압과 같이 소자들(21 내지 23) 양단의 고정된 전압에 의해 규정된 제2 상태(풀 브리지 인버터에 의해 실현되는 유휴 상태)로 되고 이에 따라 전류가 여전히 흐른다. 마지막으로, 제3 상태(에너지가 공진 회로(20)로부터 소스(4)로 다시 흐름)에서는, 양의 전압 펄스 및 양의 전압 펄스와 역상인 음의 전류에 이어서 음의 전압 펄스 및 음의 전압 펄스 등과 역상인 양의 전류가 뒤따른 다.
제1 상태(에너지가 소스(4)로부터 공진 회로(20)로 흐름)에서, 양의 전압 펄스를 실현하기 위해, 스위치들(11, 14)은 도전 상태로 되고 스위치들(12, 13)들은 비도전 상태(non-conducting state)로 된다. 제1 상태에서, 음의 전압 펄스를 실현하기 위해, 스위치들(11, 14)은 비도전 상태로 되고 스위치들(12, 13)들은 도전 상태로 된다. 이 경우, 에너지는 소스(4)로부터 일차 회로(1)를 통해 이차 회로(2)로 공급된다. 제2 상태(유휴 상태)에서, 제로 전압 신호를 실현하기 위해, 스위치(11)가 도전 상태로 되고 나머지 스위치들은 비도전 상태로 되며, 이에 따라 도전 스위치(11), 직렬 회로(21 내지 23), 다이오드(17)를 통해 루프가 생성된다. 다른 방안으로, 이것은 스위치(12; 13, 14)와 다이오드(18; 15, 16)를 통해 행해질 수 있다. 이 경우, 저항성 손실이 댐핑(dampening)의 원인이다. 제3 상태(에너지가 공진 회로(20)로부터 소스(4)로 다시 흐름)에서, 양의 전압 펄스를 실현하기 위해, 전류는 다이오드(15), 소스(15), 다이오드(18)를 통해 흐르고, 음의 전압 펄스를 실현하기 위해, 전류는 다이오드(17), 소스(4), 다이오드(16)를 통해 흐른다. 이 경우, 댐핑은 에너지 회수에 의해 실현된다. 물론, 이것이 가능하려면, (공진) 전압 펄스가 소스(4)의 전압값보다 커야 한다. 게다가, 도전성 다이오드에 병렬 결합된 스위치는 도전 상태에 있을 수 있거나 도전 상태에 있지 않을 수 있다.
공급 회로(1, 2)는 출력 신호를 로드(3)에 제공하도록 일차 회로(1)와 이차 회로(2)를 포함한다. 평균 출력 신호는 제1 상태들의 횟수 대 제2 상태들의 횟수에 의존할 수 있으며, 이에 따라 각 상태가 하나의 모드 및/또는 인버터의 상태들 중 하나 이상의 상태에 대응할 수 있다.
도 5에 보다 상세히 도시한 컨버터 회로(30)는 제1 처리 블록(31), 제2 처리 블록(32), 제3 처리 블록(33)을 포함한다. 연결부들(55 내지 57) 중 적어도 하나를 통해, 컨버터 회로(30)는 일차 회로 신호를 수신하고, 연결부(60)를 통해, 조절 신호가, 이러한 신호들을 처리하고 결과 신호를 제1 처리 블록(31)에 공급하는 제2 처리 블록(32)에 공급될 수 있다. 연결부(58)를 통해, 컨버터 회로(30)는 하나 이상의 임계값을 수신하고, 연결부(61)를 통해, 조절값은, 이러한 값들을 처리하고 추가 결과 신호를 제1 처리 블록(31)에 공급하는 제3 처리 블록(33)에 공급될 수 있다. 이러한 제1 처리 블록(31)은 그 결과 신호들을 처리하고 이에 응답하여 연결부(59)를 통해 제어 회로(40) 등에 공급될 제어 신호를 생성한다. 연결부(59)를 통해 공급되는 제어 신호로부터, 하프 브리지 또는 풀 브리지의 스위치들을 위한, 연결부들(51, 52, 53, 54)을 통해 공급되는 신호들이 생성된다. 바람직하게, 제어 스킴(scheme)은 모든 스위치들에서 동일한 도전 손실을 제공하도록 모든 스위치들에서 균등한 평균 전류 로드(equal average current load)를 보장한다.
본 발명은 예를 들어 LED를 위한 갈바닉 분리(galvanic isolation)를 제공하며 적절한 제어 스킴에 기초하는 신규한 공진 드라이버 토폴로지를 설명한다. 변압기는 갈바닉 분리를 담당하며 전압 레벨을 예를 들어 300V 내지 30V로 적응시킨다. 공진 토폴로지는 변압기의 부유 인덕턴스, 선택 사항인 인덕턴스, 직렬 커패시터에 의해 형성된다. 따라서, 변압기의 기생 누출 인덕턴스는 그 공진 드라이버의 일부이다. 포워드 또는 플라이백(forward or fly-back) 토폴로지와 같은 펄스 폭 변조 기반의 컨버터와는 달리, 누출 인덕턴스는 최소화될 필요가 없다. 이것은 분리 및 권선 설계에 유익하며 따라서 비용을 적게 유지한다. 양의 전압 펄스와 음의 전압 펄스가 교번 생성될 수 있다. 전압의 극성은 전류의 극성과 동일할 수 있다. 빈도는 공진 소자들의 공진 주파수에 의존한다. LED의 전류(및 이에 의한 LED 광 출력)는, 손실 및 전자기 간섭을 줄이도록 제로 전류 스위칭 전략을 이용하여 제어된다. 그 결과, 에너지를 일차 측으로부터 이차 측으로 전달할 것인지(온-상태) 또는 전달하지 않을 것인지(오프-상태)를 고주파에 기초하여 결정할 수 있다. LED 스트링들의 각 스트링의 평균 광 출력은 온 상태의 횟수 대 오프 상태의 회수에 의존할 수 있다. 이것은 아래와 같은 이점들을 제공한다.
- 드라이버의 전류가 사인형(sinusoidal)으로 되고 스위칭 순간에 제로이다. 이것은 스위칭 손실을 회피하며 전자기 간섭을 최소화한다.
- 일차 측에서 전류 제어가 행해지고 따라서 갈바닉 분리된 이차 측에서 측정을 추가로 행할 필요가 없다.
- 공칭 출력 전압이 변압기의 권선비에 의해 설정될 수 있다.
- 조명 시스템이 전원(mains supply)에 매우 적합하다.
- LED의 밝기를 위한 디밍 기능을 쉽게 설치할 수 있다. 이것은 하나보다 많은 LED 컬러(스트링)를 이용하여 시스템에서 컬러 제어를 가능하게 한다.
전술한 시스템은 하나 이상의 서로 다른 LED 컬러로 이루어진 LED 램프용 전력을 공급하고 조정하려는 것이다. 공진 전원은 출력 단자에서 직각 전압 파형을 제공하는 고주파 ac-인버터로 이루어진다. 공진 인버터는 하프 브리지 또는 풀 브 리지 인버터에 의해 실현될 수 있다. 직각 출력 전압은 출력 전류와 동상이거나 제로이며 또는 출력 전류와 역상이다. 출력 전압을 출력 전류와 동상으로 유지하기 위해, 예를 들어, 전류를 측정하고 그 전류의 제로 크로싱(zero crossing)을 검출한다.
일 실시예에서, 제어되는 변수는 공진 전류의 로우-패스 필터링된 절대값일 수 있다. 이 변수가 설정점(set point) 미만이면, 공진 전류와 동상인 출력 전압이 인가되고, 이에 따라 에너지가 공진 회로에 공급된다. 제어되는 변수가 설정점을 초과하면, 에너지는 공진 회로에 더 이상 공급되지 않는다. 이것은 예를 들어 제로 전압을 시스템에 인가함으로써 달성될 수 있다.
다른 일 실시예에서, 제어되는 변수는 공진 전류의 로우-패스 필터링된 가중 절대값일 수 있다. 이점으로는, 가중 기능이 전류 대 광 출력 의존성(current to light-output dependency)일 수 있다. 이 경우, 제어되는 변수는 대략 실제 광 출력이다.
원하는 광 출력을 위한 기준값은 기준 신호 또는 디지털 정보에 의해 설정된다. 공진 인버터의 스위치들을 스위칭하는 동안, 스위치들이 거의 제로 전류에서 전환(commutate)되므로, 로우 스위칭 손실이 있는 동작을 달성한다. 따라서, 공진 주파수가 매우 높을 수 있다. 공진 주파수는 공진 커패시터와 총 공진 인덕턴스(total resonant inductance)에 의해 결정된다. 공진 회로의 공진 임피던스는 직렬 저항으로서 기능하며 변압기의 일차 및 이차 권선 전류를 제한한다. 일 실시예에서, 정류기 회로는 변압기의 이차 측에 연결된다. 정류된 출력 전압은 하나 이상의 LED 어레이를 공급한다. 본 발명의 다른 일 실시예에서는, LED 자체가 정류기 회로로서 기능한다.
LED 어레이들의 서로 다른 전류 및 전압 요구들에 대하여, 브랜치들의 각각에는 추가 직렬 저항기가 제공될 수 있다. 브랜치들의 각각의 광 출력은 온-사이클의 횟수 대 오프 사이클의 횟수에 의해 결정된다. 모든 브랜치들은 제어될 수 있으므로, LED들의 밝기는 넓은 범위로 설정될 수 있다. 도 4는 브랜치들의 각각의 전류의 일 예를 도시한다. 제어 방법은, 실제 전류가 기준 전류보다 작을 때, 전류와 동상인 컨버터 전압을 인가한다. 이것은 실제 전류가 기준값을 초과하면 제로(또는 이상인 컨버터 전압)를 인가한다. 이 방법은 공진 전류가 거의 제로일 때에만 스위칭 이벤트가 발생하는 것을 보장하며, 이에 따라 스위칭 손실이 최소화된다.
공진 인버터는 dc-전압원으로부터 공급을 받을 수 있다. 변압기 권선비는 dc-입력 전압 및 직렬 연결된 LED의 개수에 의존한다. 보다 많은 LED들이 직렬로 연결될수록, 총 순방향 전압 강하(total forward voltage drop)가 커지며 다른 변압기 권선비가 필요하게 된다. 본관(mains) 또는 다른 ac-전압으로부터 동작하는 경우, 인버터는 브리지 정류기에 의해 ac-전압 단자에 연결될 수 있다. 선택 사항으로, 정류된 ac-전압은 dc-평활화 커패시터에 의해 평활화될 수 있다. 보다 높은 전력 레벨에서, 본관 공급 전원은 본관 전류 조정을 수행해야 한다. 이것은 활성 본관 필터링(active mains filtering)에 의해 다루어질 수 있다. 활성 본관 필터는 출력 단자에서 일정한 dc-전압을 제공한다. 게다가, 공진 인버터는 변압기 및 공진 회로의 나머지로부터 기계적으로 분리될 수 있으며, 이것은 이동가능한 본관 공급 조명 제조품에 대해 유익할 수 있다.
요약하자면, 이차 회로(2)를 피딩하기 위한 일차 회로(1)는, 일차 회로(1)를 제1 모드나 제2 모드에 두도록 제어 회로(40)에 의해 제어되는 스위치들(11 내지 14)을 구비한 스위치 회로(10)와, 제1 모드에서는 소스(4)로부터 동상 공진 회로의 전압 및 전류를 통해 이차 회로(2)로 공급되는 에너지를 증가시키고 제2 모드에서는 이상 공진 회로의 전압 및 전류를 통해 이차 회로(2)로 공급되는 에너지를 증가시키지 않는 공진 회로(20)와, 손실 및 전자기 간섭을 줄이려는 제로 전류 스위칭 전략에 따라 일차 회로 신호를, 일차 회로(10)를 제1 모드나 제2 모드에 두도록 제어 회로용 제어 신호로 변환하기 위한 컨버터 회로(30)를 포함한다(기본 사상).
전술한 실시예들은 본 발명을 제한하지 않으며, 당업자라면 청구범위를 벗어나지 않고서 많은 다른 실시예들을 설계할 수 있다는 점에 주목하기 바란다. 청구범위에서는, 괄호 안의 임의의 참조 부호가 청구범위를 제한하는 것으로 해석해서는 안된다. "포함한다"라는 동사 및 이러한 동사의 변화는 청구항에 기재된 소자들이나 단계들 이외의 소자들이나 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 소자에 선행하는 "하나"라는 관사는 이러한 소자들의 복수개의 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 여러 개의 개별 소자들을 포함하는 하드웨어에 의해 그리고 적절히 프로그래밍된 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 여러 수단들을 열거하는 장치 청구항에서, 이러한 수단들 중 일부는 하드웨어의 동일한 항목에 의해 구현될 수 있다. 서로 다른 종속항들에 소정의 수단들이 기재되어 있다는 사실은 이러한 수단들의 조합이 유익하게 사용될 수 없음을 나타내지 않는다.

Claims (13)

  1. 이차 회로(secondary circuit; 2)를 피딩(feed)하기 위한 일차 회로(primary circuit; 1)로서,
    상기 일차 회로(1)를 적어도 제1 모드나 제2 모드에 두도록 제어 회로(40)에 의해 제어되는 스위치(11 내지 14)들을 포함하는 스위치 회로(10)와,
    공진 회로(20) - 상기 제1 모드에서는 서로 동상(in phase)인 상기 공진 회로(20) 양단의 제1 전압과 상기 공진 회로(20)를 통한 제1 전류를 통해 소스(4)로부터 상기 이차 회로(2)로의 에너지 공급을 증가시키고, 상기 제2 모드에서는 서로 동상이 아닌 상기 공진 회로(20) 양단의 제2 전압과 상기 공진 회로(20)를 통한 제2 전류를 통해 상기 이차 회로(2)로의 에너지 공급을 증가시키지 않음 - 와,
    일차 회로 신호를, 제어 신호에 따라 상기 일차 회로(10)를 상기 제1 모드 또는 상기 제2 모드에 두기 위한 상기 제어 회로(40)용 상기 제어 신호로 변환하는 컨버터 회로(30)
    를 포함하는, 이차 회로를 피딩하기 위한 일차 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공진 회로(20)는, 상기 제2 모드에서 에너지를 서로 역상인 상기 공진 회로(20) 양단의 제2 전압과 상기 공진 회로(20)를 통한 제2 전류를 통해 상기 소스(4)로 다시 공급하고 그리고/또는 상기 공진 회로(20) 양단의 고정된 전압을 통 해 에너지의 전달을 차단하도록 배치된, 이차 회로를 피딩하기 위한 일차 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위치 회로(10)는 풀 브리지 인버터이고, 상기 제1 모드는 상기 풀 브리지 인버터의 에너지 공급 상태이며, 상기 제2 모드는 상기 풀 브리지 인버터의 유휴 상태이거나 상기 풀 브리지 인버터의 에너지 회수 상태(energy retrieving state)인, 이차 회로를 피딩하기 위한 일차 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 일차 회로 신호는 상기 공진 회로(20)를 통한 전류이고, 상기 제어 신호의 값들의 제1 그룹은 에너지 공급 상태를 발생시키고, 상기 제어 신호의 값들의 제2 그룹은 유휴 상태를 발생시키고, 상기 제어 신호의 값들의 제3 그룹은 에너지 회수 상태를 발생시키는, 이차 회로를 피딩하기 위한 일차 회로.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 스위치 회로(10)는 하프 브리지 인버터이고, 상기 제1 모드는 상기 하프 브리지 인버터의 에너지 공급 상태이며, 상기 제2 모드는 상기 하프 브리지 인버터의 에너지 회수 상태인, 이차 회로를 피딩하기 위한 일차 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 일차 회로 신호는 상기 공진 회로(20)를 통한 전류이고, 상기 제어 신호의 값들의 제4 그룹은 에너지 공급 상태를 발생시키고, 상기 제어 신호의 값들의 제5 그룹은 에너지 회수 상태를 발생시키는, 이차 회로를 피딩하기 위한 일차 회로.
  7. 제4항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 공진 회로(20)를 통한 전류의, 로우-패스 필터링된 절대값 또는 로우-패스 필터링된 가중된 절대값(low-pass filtered weighted absolute value)인, 이차 회로를 피딩하기 위한 일차 회로.
  8. 제1항에 따른 일차 회로(1)를 포함하는 공급 회로(1, 2).
  9. 제8항에 있어서,
    출력 신호를 로드(load; 3)에 제공하기 위한 이차 회로(2)를 더 포함하고,
    평균 출력 신호는 제1 상태의 횟수 대 제2 상태의 횟수에 의존하는 공급 회로.
  10. 제8항에 따른 공급 회로(1, 2)를 포함하는 장치(5)로서,
    이차 회로(2)에 결합된 로드(3)를 더 포함하는 장치.
  11. 일차 회로(1)를 통해 이차 회로(2)를 피딩하기 위한 방법 - 상기 일차 회로는, 상기 일차 회로(1)를 적어도 제1 모드나 제2 모드에 두도록 제어 회로(40)에 의해 제어되는 스위치들(11 내지 14)을 구비한 스위치 회로(10)와, 상기 제1 모드에서는 소스(4)로부터 서로 동상인 공진 회로(20) 양단의 제1 전압과 공진 회로(20)를 통한 제1 전류를 통해 이차 회로(2)로 공급되는 에너지를 증가시키고, 상기 제2 모드에서는 서로 동상이 아닌 상기 공진 회로(20) 양단의 제2 전압과 상기 공진 회로(20)를 통한 제2 전류를 통해 상기 이차 회로(2)로 공급되는 에너지를 증가시키지 않는 상기 공진 회로(20)를 포함함 - 으로서,
    일차 회로 신호를, 제어 신호에 따라 상기 일차 회로(10)를 상기 제1 모드 또는 상기 제2 모드에 두기 위한 상기 제어 회로(40)용 상기 제어 신호로 변환하는 단계
    를 포함하는, 이차 회로를 피딩하기 위한 방법.
  12. 제11항에 따른 방법의 단계를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제조품.
  13. 제12항에 따른 컴퓨터 프로그램 제조품을 저장하고 포함하는 매체.
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