KR20140028903A - Single-stage power factor correction flyback converter for led lighting - Google Patents

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전용성
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Abstract

The present invention relates to a single-stage PFC flyback converter for LED lighting, in particular, to a single-stage PFC flyback converter for LED lighting capable of reducing a ripple in a single-stage PFC flyback converter and an output stage using an LC resonance filter. The single-stage PFC flyback converter for LED lighting comprises an input power unit (100) for outputting an input alternating current power to a voltage of a full-wave rectified waveform; a transformer magnetization inductor unit (200) for receiving the output of the input power unit, responding to a driving signal of a switch unit and inducing a current to magnetization inductance; a flyback transformer unit (300) for transmitting the induced current to an output stage; the switch unit (400) for turning a switch on during a certain time and then turning the switch off to turn the switch on when a secondary current of the flyback transformer unit becomes 0; and an output unit (500) which is connected to an output diode having a first end reversely connected to one end of a second winding of the flyback transformer unit, to a film capacitor connected between the output diode and one end of the second winding of the flyback transformer unit, and to an LC resonance filter connected to the other end of the first end of the output diode and the film capacitor so that a ripple generated in an output side can be reduced.

Description

LED 조명용 단일단 PFC 플라이백 컨버터{Single-Stage Power Factor Correction Flyback Converter for LED Lighting}Single-Stage Power Factor Correction Flyback Converter for LED Lighting

본 발명은 LED 조명용 단일단 PFC 플라이백 컨버터에 관한 것으로, 특히, 단일단 PFC 플라이백 컨버터의 출력단에 LC 공진필터를 이용하여 리플을 저감시키는 LED 조명용 단일단 PFC 플라이백 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a single stage PFC flyback converter for LED lighting, and more particularly, to a single stage PFC flyback converter for LED lighting to reduce ripple by using an LC resonant filter at the output stage of the single stage PFC flyback converter.

전기 조명의 기술이 점점 증가함에 따라 형광등이 기존의 백열등, HID(High Intensity Discharge) 램프 등을 대체 해왔다. 그러나 최근에는 LED 소자가 개발되고, 그 성능이 점점 좋아짐에 따라 새로운 조명을 부각되고 있다. LED 조명은 기존 조명에 비해 소비 전력이 적고, 긴 수명을 가지며, 효율이 높아 친환경적인 조명으로 알려져 있다.As electric lighting technology increases, fluorescent lamps have replaced conventional incandescent lamps and high intensity discharge (HID) lamps. Recently, however, as LED devices have been developed and their performances have improved, new lighting has emerged. LED lighting is known as environmentally friendly lighting because it consumes less power, has a longer life, and has higher efficiency than conventional lighting.

LED 소자는 일반적으로 직류로 구동되기 때문에, 기존의 조명과 달리 교류를 직류로 변환시켜주는 컨버터가 필요하다. Flyback 컨버터는 다른 컨버터들에 비해서 소자의 개수가 적고, 변압기의 권선비를 바꿈으로써 출력 전압을 가변시키기가 용이하며, 변압기로 인해 전원과 부하가 전기적으로 절연이 되기 때문에, 100[W] 이하의 LED 조명에 많이 쓰이고 있다. Flyback 컨버터와 같은 종류의 컨버터를 일반적으로 Switching-Mode Power Supply(SMPS)라고 부른다. Since LED devices are generally driven by direct current, there is a need for a converter that converts alternating current into direct current, unlike conventional lighting. Flyback converter has fewer elements than other converters, it is easy to change the output voltage by changing the winding ratio of transformer, and the LED is less than 100 [W] because the power and load are electrically isolated by the transformer. It is used a lot in lighting. Converters such as flyback converters are commonly referred to as Switching-Mode Power Supply (SMPS).

일반적으로 LED 조명은 상용 전원에 연결되며, 교류를 직류로 변화시켜주는 SMPS가 사용된다. 교류에서 사용되는 SMPS는 역률이 매우 중요하다. 일반용 조명에서 역률은 적어도 0.9 이상을 넘어야 한다. 따라서 LED용 SMPS에는 역률 보정 (PFC) 회로가 포함되어야 한다. 역률 보정은 2단계의 컨버터를 이용하는 2-stage PFC 방법과 자체적으로 PFC와 정전압 출력 특성을 가지는 1-stage PFC 방법이 있다. 보편적으로 LED 조명에서는 전력이 상대적으로 낮기 때문에 1-stage PFC 방법이 많이 사용되고 있다. 2-stage PFC 방법에 비하여 1-stage PFC 방법은 회로를 구현하기가 쉽고, 제어가 간단하며, 구현하는데 비교적 낮은 가격이 들어가는 장점이 있다.Typically, LED lighting is connected to a commercial power source, and SMPS is used to convert alternating current into direct current. Power factor is very important for SMPS used in AC. In general lighting the power factor must be at least 0.9. Therefore, SMPS for LEDs must include a power factor correction (PFC) circuit. Power factor correction includes two stage PFC method using two stage converter and one stage PFC method with its own PFC and constant voltage output. In general, 1-stage PFC method is widely used because of the relatively low power in LED lighting. Compared to the 2-stage PFC method, the 1-stage PFC method is easy to implement a circuit, is simple to control, and has a relatively low cost to implement.

SMPS에는 다양한 커패시터가 사용되며, 일반적으로 많이 사용되는 커패시터는 세라믹 커패시터, 필름 커패시터, 전해 커패시터가 사용된다. 각각의 특성과 용량이 다르기 때문에 적용되는 범위가 다르며 세라믹 커패시터의 경우 고주파 특성이 좋기 때문에 고주파 필터용으로 많이 사용되며, 필름 커패시터의 경우 입력단의 필터에 많이 사용된다. 전해커패시터의 경우 가격이 싸고, 소형으로 대용량을 만들기가 용이하여 에너지 저장용으로 많이 사용되며, LED 조명에서는 직류 출력을 사용하기 때문에 출력단에 대용량으로 사용되는 경우가 많다. 하지만 전해 커패시터의 경우 그 수명이 LED 소자보다 매우 작기 때문에, LED 조명의 큰 장점인 긴 수명을 방해하는 치명적인 요소이다.Various capacitors are used in SMPS, and ceramic capacitors, film capacitors, and electrolytic capacitors are commonly used. Because the characteristics and capacities are different, the range of application is different. Ceramic capacitors are often used for high frequency filters because of their high frequency characteristics, and film capacitors are often used for input filters. In the case of electrolytic capacitors, the price is low, it is small and easy to make a large capacity, and is used for energy storage.In the case of LED lighting, since it uses DC output, it is often used in large capacity at the output stage. However, because electrolytic capacitors have a much smaller lifespan than LED devices, they are critical to counteract the long lifespan of LED lighting.

종래 기술에 의하면, 국내공개특허 제2010-0133790호, '단일단 준공진 플라이백 컨버터'외에 다수 출원된 바 있다. 종래의 단일단 플라이백 컨버터에서는 출력 부하가 작은 경우에 직류 콘텐서의 양단에 인가되는 전압이 커짐으로 스위칭 소자의 전압 스트레스가 높은 단점이 있다.According to the prior art, a number of applications have been filed in addition to Korean Patent Publication No. 2010-0133790, "Single-semi quasi-resonant flyback converter." In the conventional single-stage flyback converter, when the output load is small, the voltage applied to both ends of the DC capacitor increases, so that the voltage stress of the switching element is high.

단일단 준공진 플라이백 컨버터 기술은, 역률 개선부와 출력전압 제어부를 통합시킨 단일단 구조를 가지며, 탭 변압기(T) 중심으로 입력 회로망과 출력회로망이 전기적으로 절연되는 단일단 플라이백 컨버터에 있어서, 상기 입력 회로망은 교류전원(Vi)에 입력 필터링 콘덴서(Ci)와 상기 교류전원(Vi)을 직류로 변환하는 정류다이오드(Dfr1, Dfr2, Dfr3, Dfr4)가 순차적으로 연결되며, 상기 정류다이오드(Dfr1, Dfr2, Dfr3, Dfr4)의 출력측은 부스트 인덕터(Lb)를 통하여 변압기 1차 권선에 연결되며, 상기 변압기 1차 권선의 중성점에는 직류 콘덴서(Cd)의 양극이 연결되고, 상기 변압기 1차 권선의 중성점 반대편에는 온/오프 스위칭이 가능한 스위치의 일단이 연결되며 상기 스위치의 타단은 직류 콘덴서(Cd)의 음극과 연결되어 직류콘덴서(Cd)에 인가되는 양단의 전압을 변압기의 1차측 권선에 궤환하는 구조를 갖고, 상기 출력 회로망은 변압기 1차측 권선에 대응하는 변압기 2차측 권선의 중성점에 출력콘덴서(Co)의 음극이 변압기 2차측 권선의 중성점에 출력다이오드(Do)가 연결되고, 출력다이오드(Do)의 출력단은 출력콘덴서(Co)의 양극과 연결되도록 구성된 것을 특징으로 한다.Single-stage quasi-resonant flyback converter technology has a single-stage structure integrating the power factor improving unit and the output voltage control unit. In the input network, rectifier diodes Dfr1, Dfr2, Dfr3, and Dfr4, which convert an input filtering capacitor Ci and the AC power source Vi into DC, are sequentially connected to the AC power source Vi. The output side of Dfr1, Dfr2, Dfr3, Dfr4) is connected to the transformer primary winding through a boost inductor Lb, the anode of the DC capacitor Cd is connected to the neutral point of the transformer primary winding, and the transformer primary winding One end of the switch capable of on / off switching is connected to the opposite side of the neutral point, and the other end of the switch is connected to the cathode of the DC capacitor Cd to change the voltage at both ends applied to the DC capacitor Cd. The output network has a structure for feeding back to the primary winding of the transformer, and the output network has an output diode (Do) at the neutral point of the transformer secondary winding corresponding to the transformer primary winding and the cathode of the output capacitor (Co) at the neutral point of the transformer secondary winding. Is connected, the output terminal of the output diode (Do) is characterized in that configured to be connected to the anode of the output capacitor (Co).

이러한 단일단 플라이백 컨버터는 높은 온도에서 동작하는 LED 구동회로의 특징상 전해 커패시터의 수명이 LED소자의 수명보다 상대적으로 작은 문제점이 있다. 그리고 긴 수명이라는 LED 조명의 큰 장점을 방해하는 전해 커패시터를 없앰으로써, LED 조명의 수명을 연장하고, LED소자의 수명과 동일한 수명을 갖는 구동회로에 대한 연구가 필요하다.The single stage flyback converter has a problem in that the life of the electrolytic capacitor is relatively smaller than that of the LED device due to the characteristics of the LED driving circuit operating at a high temperature. And by eliminating the electrolytic capacitor that interferes with the big advantage of the LED light of long life, it is necessary to study the driving circuit having the same life as the life of the LED device to extend the life of the LED lighting.

본 발명의 목적은, 단일단 PFC 플라이백 컨버터의 출력단에 LC 공진필터를 이용하여 출력 리플 전류를 저감시키는 단일단 PFC 플라이백 컨버터를 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a single stage PFC flyback converter for reducing output ripple current by using an LC resonant filter at an output stage of a single stage PFC flyback converter.

본 발명은 입력 교류 전원을 전파 정류된 파형의 전압으로 출력하도록 하는 입력전원부(100); 상기 입력전원부의 출력을 인가받고, 스위치부의 구동신호에 응답하여 자화인덕턴스에 전류를 유기하는 변압기 자화 인덕터부(200); 상기 유기된 전류를 출력단으로 전달하는 플라이백 변압부(300); 스위치를 소정시간 온(on)시킨 후, 오프(off)시켜 상기 플라이백 변압부의 2차측 전류가 0이 되는 순간 스위치를 온(on)시키는 스위치부(400); 및 상기 플라이백 변압부의 제2 권선 일단에 역방향으로 제1단이 연결된 출력다이오드와, 상기 출력다이오드와 플라이백 변압부의 제2 권선 일단 사이에 연결된 필름 커패시터와, LC 공진 필터가 상기 출력다이오드의 제1단의 타단과 필름 커패시터에 연결되어 출력측에 발생하는 리플을 저감시키는 출력부(500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides an input power supply unit 100 for outputting an input AC power as a voltage of a full wave rectified waveform; A transformer magnetizing inductor unit 200 receiving the output of the input power supply unit and inducing a current to the magnetizing inductance in response to a driving signal of the switch unit; A flyback transformer 300 for transferring the induced current to an output terminal; A switch unit 400 which turns the switch on after the switch is turned on for a predetermined time and turns off the moment when the secondary current of the flyback transformer becomes 0; And an output diode having a first end connected to an end of the second winding of the flyback transformer in a reverse direction, a film capacitor connected between the output diode and the second winding of the flyback transformer, and an LC resonance filter. And an output unit 500 connected to the other end of the first stage and the film capacitor to reduce ripple generated on the output side.

바람직하게 상기 LC 공진 필터는 LC 병렬 공진 필터인 것을 특징으로 한다.Preferably, the LC resonant filter is characterized in that the LC parallel resonant filter.

또한 바람직하게 상기 LC 공진 필터는 LC 직렬 공진 필터인 것을 특징으로 한다.Also preferably, the LC resonant filter is an LC series resonant filter.

그리고 바람직하게 상기 필름 커패시터는 폴리에스테르 필름 커패시터인 것을 특징으로 한다.And preferably the film capacitor is characterized in that the polyester film capacitor.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 단일단 PFC 플라이백 컨버터와 출력단에 LC 공진필터를 이용하고, 전해 커패시터를 필름 커패시터로 대체하여 LED 조명의 긴 수명에 부합하며, 출력측 전류 리플을 감소시킴으로써, 고품질의 LED 조명의 구현이 가능한 효과가 있다.According to the present invention as described above, by using an LC resonant filter for the single stage PFC flyback converter and the output stage, replacing the electrolytic capacitor with a film capacitor to meet the long life of the LED lighting, and to reduce the output side current ripple, LED lighting can be implemented.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명용 단일단 PFC 플라이백 컨버터의 회로도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명용 단일단 PFC 플라이백 컨버터의 회로도.
도 3은 3가지 종류의 커패시터의 온도-기대수명 특성을 나타낸 그래프.
도 4는 Single-stage AC-DC 컨버터의 개략적인 회로도.
도 5는 단일단 PFC 플라이백 컨버터의 개략적인 회로도.
도 6은 플라이백 컨버터로 경계 전도 모드로 동작하여 PFC를 수행하는 파형을 나타낸 그래프.
도 7은 정상상태에서 출력 커패시터의 용량을 변화하면서 리플 특성을 나타낸 그래프.
도 8은 LC 병렬 공진 필터의 이상적인 경우와 기생 저항성분을 고려한 실제 회로의 등가회로도.
도 9는 이상적인 경우와 기생성분을 포함한 경우의 시뮬레이션 결과 그래프.
도 10은 LC병렬 공진 필터의 이상적인 경우와 기생성분을 고려하였을 때의 출력 특성 비교를 나타낸 그래프.
도 11은 LC 병렬 공진 필터가 없을 때의 출력 전류 파형을 나타낸 그래프.
도 12는 LC 병렬 공진 필터를 적용하였을 때의 출력 전류 파형을 나타낸 그래프.
도 13은 필터가 있을 때의 출력 전류 파형(200mA/div)을 나타낸 그래프.
도 14는 필터가 없을 때의 출력 전류 파형(200mA/div)을 나타낸 그래프.
도 15는 제안한 회로의 실험 파형(

Figure pat00001
=110[Vrms], CH 1 : 입력 전압
Figure pat00002
(100V/div), CH3 : 입력 전류
Figure pat00003
(500mA/div), CH4 : 출력 전류
Figure pat00004
(500mA/div) )을 나타낸 그래프.
도 16은 입력 전류의 고조파 분석 그래프(
Figure pat00005
=110[Vrms]).
도 17은 제안한 회로의 실험 파형(
Figure pat00006
=220[Vrms], CH 1 : 입력 전압
Figure pat00007
(100V/div), CH3 : 입력 전류
Figure pat00008
(500mA/div), CH4 : 출력 전류
Figure pat00009
(500mA/div) )을 나타낸 그래프.
도 18은 입력 전류의 고조파 분석 그래프(
Figure pat00010
=220[Vrms])
도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LC 직렬 공진분석 시뮬레이션 결과 그래프.1 is a circuit diagram of a single stage PFC flyback converter for LED lighting according to a first embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram of a single stage PFC flyback converter for LED lighting according to a second embodiment of the present invention.
3 is a graph showing temperature-life expectancy characteristics of three types of capacitors.
4 is a schematic circuit diagram of a single-stage AC-DC converter.
5 is a schematic circuit diagram of a single stage PFC flyback converter.
6 is a graph showing a waveform for performing PFC by operating in a boundary conduction mode with a flyback converter.
7 is a graph showing the ripple characteristics while changing the capacity of the output capacitor in a steady state.
8 is an equivalent circuit diagram of an actual circuit considering an ideal case of an LC parallel resonance filter and a parasitic resistance component.
9 is a graph of simulation results in the ideal case and in the case of including parasitic components.
10 is a graph illustrating output characteristics when considering an ideal case of an LC parallel resonance filter and a parasitic component.
11 is a graph showing the output current waveform when there is no LC parallel resonant filter.
12 is a graph showing an output current waveform when an LC parallel resonance filter is applied.
Fig. 13 is a graph showing an output current waveform (200 mA / div) with a filter.
Fig. 14 is a graph showing an output current waveform (200 mA / div) when there is no filter.
15 is an experimental waveform of the proposed circuit (
Figure pat00001
= 110 [Vrms], CH 1: input voltage
Figure pat00002
(100V / div), CH3: Input Current
Figure pat00003
(500mA / div), CH4: Output Current
Figure pat00004
(500 mA / div)).
16 is a harmonic analysis graph of input current (
Figure pat00005
= 110 [Vrms]).
17 shows an experimental waveform of the proposed circuit (
Figure pat00006
= 220 [Vrms], CH 1: input voltage
Figure pat00007
(100V / div), CH3: Input Current
Figure pat00008
(500mA / div), CH4: Output Current
Figure pat00009
(500 mA / div)).
18 is a harmonic analysis graph of input current (
Figure pat00010
= 220 [Vrms])
19 is a graph showing the results of an LC series resonance analysis simulation according to a second exemplary embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 LED 조명용 단일단 PFC 플라이백 컨버터에 대해 첨부한 예시도면을 토대로 상세히 설명한다.Hereinafter, a single stage PFC flyback converter for LED lighting according to the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 조명용 단일단 PFC 플라이백 컨버터는 입력전원부(100), 변압기 자화 인덕터부(200), 플라이백 변압부(300), 스위치부(400), 출력부(500)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the single stage PFC flyback converter for LED lighting according to the present invention includes an input power supply unit 100, a transformer magnetization inductor unit 200, a flyback transformer unit 300, a switch unit 400, and an output unit. It is configured to include a portion 500.

우선, 입력전원부(100)는 입력 교류 전원을 전파 정류된 파형의 전압으로 출력하는 구성이다.First, the input power supply unit 100 is configured to output the input AC power as the voltage of the wave rectified.

또한, 변압기 자화 인덕터부(200)는 스위치부의 구동신호에 응답하여 자화인덕턴스에 전류를 유기하는 기능을 한다.In addition, the transformer magnetization inductor unit 200 functions to induce a current in the magnetization inductance in response to the drive signal of the switch unit.

또한, 플라이백 변압부(300)는 변압기 자화 인덕터부에서 자화인덕턴스에 유기된 전류를 출력단으로 전달하는 기능을 한다.In addition, the flyback transformer 300 serves to transfer the current induced in the magnetization inductance in the transformer magnetization inductor to the output terminal.

또한, 스위치부(400)는 스위치를 일정시간 도통시킨 후, 스위치를 끄고 나서 플라이백 변압부의 2차측 전류가 0이 되는 순간 다시 스위치를 도통시키는 기능을 한다.In addition, the switch unit 400 conducts the switch for a predetermined time, and then turns off the switch and then conducts the switch again as soon as the secondary current of the flyback transformer becomes zero.

또한 출력부(500)는 플라이백 변압부의 2차권선에서 전류를 받아 정전압으로 출력한다. 이때 출력측 전압이 흔들리지 않게 하려면 대용량의 커패시터가 필요하다. 용량이 부족할 경우 출력부의 출력단에 입력 전압의 주파수의 2배 주파수에 해당하는 리플이 발생하게 된다.In addition, the output unit 500 receives a current from the secondary winding of the flyback transformer unit and outputs a constant voltage. In order to keep the output voltage from shaking, a large capacitor is needed. If the capacity is insufficient, a ripple corresponding to twice the frequency of the input voltage occurs at the output of the output.

이러한 출력부는 플라이백 변압부의 제2 권선의 일단에 역방향으로 제1단이 연결된 출력다이오드와, 상기 출력다이오드와 플라이백 변압부의 제2 권선 일단 사이에 연결된 커패시터와, 상기 출력다이오드와 상기 커패시터의 제2단에 연결되는 LC 병렬 공진 필터가 연결된 것을 특징으로 한다.The output unit includes an output diode having a first end connected in a reverse direction to one end of a second winding of the flyback transformer, a capacitor connected between the output diode and one end of the second winding of the flyback transformer, and a first portion of the output diode and the capacitor. It is characterized in that the LC parallel resonant filter connected to the second stage.

여기서, 커패시터는 전해 커패시터보다 수명이 긴 필름(폴리에스테르) 커패시터를 적용한다. 이때 전해커패시터보다 용량이 적은 필름 커패시터로 인해 출력단에 리플이 발생하게 되는데, LC 병렬 공진 필터를 이용하여 출력측에 발생하는 저주파 리플을 저감시킨다.Here, the capacitor applies a film (polyester) capacitor, which has a longer life than the electrolytic capacitor. In this case, a film capacitor having a smaller capacity than that of an electrolytic capacitor causes ripple at the output stage. An LC parallel resonance filter is used to reduce low frequency ripple generated at the output side.

참고로, 전해 커패시터 대신 수명이 긴 필름 커패시터를 사용하여 LED보다 수명이 작은 전해 커패시터에 대한 수명 문제를 해결하지만, 필름 커패시터를 사용하면, 전해 커패시터에 비해 정전용량이 작기 때문에 출력단에 120[Hz]의 리플 성분이 발생한다. LED 조명에서 큰 리플이 발생할 경우, 사람의 시신경에 영향을 주어 피로함을 느낄 수 있게 때문에 정전류로 구동 또는 리플을 최소화하는 것이 바람직하다. 이에 필름 커패시터를 전해 커패시터 대신 적용하고, LC 공진 필터를 이용하여 출력측에 발생한 저주파 리플을 저감시킨다.For reference, using a long-life film capacitor instead of an electrolytic capacitor solves the lifetime problem for electrolytic capacitors that have a shorter lifespan than LEDs, but using film capacitors has 120 [Hz] Ripple component of occurs. When a large ripple occurs in the LED light, it is desirable to minimize the ripple or drive with a constant current because it can affect the optic nerve of the person to feel fatigue. The film capacitor is applied instead of the electrolytic capacitor, and the low frequency ripple generated on the output side is reduced by using the LC resonance filter.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, LC 공진 필터를 LC 직렬 공진 필터로 적용한 것이다. 리플 저감 원리는 살펴보면, 입력 전압 대 공진 전류를 전달함수로 정의하면 공진 회로에 대한 어드미턴스가 된다. LC공진 주파수에서 전달함수의 게인이 이론적으로 양의 무한대가 된다. 공진 주파수 성분의 전류는 공진회로쪽의 임피던스가 이론적으로 음의 무한대이므로 모두 LC-공진 회로로 흐르고, 출력 측에는 리플이 저감된 전류가 흐른다.As shown in FIG. 2, according to another embodiment of the present invention, an LC resonant filter is applied as an LC series resonant filter. The principle of ripple reduction is to look at the input voltage versus resonant current as a transfer function, which is an admittance to the resonant circuit. The gain of the transfer function at the LC resonant frequency is theoretically positive infinity. Since the impedance of the resonant circuit component is theoretically negative infinity, the current of the resonant frequency component flows to the LC-resonant circuit, and the current of which the ripple is reduced flows to the output side.

본 발명은 전해 커패시터로 인한 수명 문제를 해결하고, LED 조명의 긴 수명을 구현하는 효과가 있다.The present invention has the effect of solving the life problem due to the electrolytic capacitor, and to implement a long life of the LED lighting.

이하, 본 발명에 대한 구체적인 설명을 하기로 한다.Hereinafter, a detailed description of the present invention.

본 발명에서는 1-stage PFC Flyback 컨버터와 출력단에 LC 병렬 공진 필터를 이용하여 리플을 저감시킨 회로를 제안하였다. 전해 커패시터를 없앰으로써 LED 조명 구동 회로의 수명을 연장하였고, 그 성능과 특성을 실험을 통하여 증명하였다.In the present invention, a circuit having a ripple reduction using a 1-stage PFC flyback converter and an LC parallel resonant filter at the output stage is proposed. The elimination of electrolytic capacitors prolonged the life of the LED lighting driving circuit and proved its performance and characteristics through experiments.

우선, 표 1은 3가지 종류의 커패시터에 대한 물리적인 특성 비교를 나타내었다.First, Table 1 shows physical property comparisons for three types of capacitors.

종류Kinds 수명[hours](85℃에서 계산)Lifetime [hours] (calculated at 85 ℃) 커패시터 용량 범위Capacitor Capacity Range 전해 커패시터Electrolytic capacitor < 18,000<18,000 1uF ~ 15mF1 uF to 15 mF 폴리에스테르 필름 커패시터Polyester film capacitors > 100,000> 100,000 10pF ~ 400uF10 pF to 400 uF 세라믹 커패시터Ceramic capacitor > 500,000> 500,000 1pF ~ 10uF1 pF to 10 uF

위의 3가지 커패시터 중에서 전해 커패시터는 다른 커패시터들에 비해 같은 크기에서 큰 커패시턴스를 가질 수 있기 때문에, LED 조명에서 전압 안정화 및 직류 전류 출력을 위해서 많이 사용되고 있다. 또한 커패시턴스 당 가격이 가장 저렴하여 산업체에서도 많이 쓰고 있다. 하지만 전해 커패시터는 여러 가지 장점에도 불구하고 수명 측면에서는 전해 커패시터는 LED 조명에 있어서 큰 단점이 된다.Of the above three capacitors, electrolytic capacitors are widely used for voltage stabilization and direct current output in LED lighting because they have a large capacitance at the same size as other capacitors. In addition, the price per capacitance is the least used in the industry. However, electrolytic capacitors, despite their many advantages, are a major drawback in LED lighting in terms of lifetime.

다음 수학식1,2,3 각각 전해 커패시터, 필름 커패시터, 세라믹 커패시터의 기대 수명 식을 나타낸다.Equations 1, 2, and 3 represent the life expectancy of the electrolytic capacitor, the film capacitor, and the ceramic capacitor, respectively.

Figure pat00011
Figure pat00011

Figure pat00012
Figure pat00012

Figure pat00013
Figure pat00013

여기서,

Figure pat00014
는 정격 전압과 허용 온도의 최대온도에서의 기대수명이고,
Figure pat00015
는 커패시터의 정격전압/실제 커패시터에 인가된 전압이며,
Figure pat00016
는 허용 온도의 최대 온도이고,
Figure pat00017
는 사용시 주변 온도를 나타낸다.here,
Figure pat00014
Is the life expectancy at the maximum temperature of rated voltage and allowable temperature,
Figure pat00015
Is the rated voltage of the capacitor / voltage applied to the actual capacitor,
Figure pat00016
Is the maximum temperature of the allowable temperature,
Figure pat00017
Indicates the ambient temperature in use.

수학식 1, 2는 각각 전해 커패시터와 필름 커패시터의 수명을 나타낸 식인데, 주변 온도가 10℃가 내려가면 수명이 2배가 되는 특징을 갖는다. Equations 1 and 2 represent the lifespan of the electrolytic capacitor and the film capacitor, respectively, and have a characteristic that the life is doubled when the ambient temperature drops to 10 ° C.

하지만 필름 커패시터의 경우 정격 전압에 대해서 인가된 전압이 클수록 수명 굉장히 길어지는 특성을 가진다. 커패시터를 선정할 때에 실제 인가되는 전압에 대해 일반적으로 1.5배정도의 내압을 갖는 커패시터를 선정하여 쓰는데, 이 때문에 필름 커패시터의 경우 수명에 있어서 굉장히 큰 장점을 갖게 된다.However, in the case of a film capacitor, the greater the voltage applied to the rated voltage, the longer the life span. When selecting a capacitor, a capacitor having a voltage withstand voltage of about 1.5 times of the actual applied voltage is selected and used. Thus, a film capacitor has a great advantage in life.

수학식 1 내지 3을 통하여, 3가지 커패시터의 온도-기대수명에 대한 그래프를 도 3에 나타내었다. 여기서

Figure pat00018
는 3000시간,
Figure pat00019
는 1.4,
Figure pat00020
은 105[℃]를 적용하였다.Through Equations 1 to 3, a graph of temperature-expected life of three capacitors is shown in FIG. 3. here
Figure pat00018
Is 3000 hours,
Figure pat00019
Is 1.4,
Figure pat00020
105 [° C.] was applied.

도 3에 나타난 바와 같이, 필름 커패시터가 전해 커패시터를 대체할 수 있는 가장 유력한 커패시터임을 알 수 있다. 하지만 전해 커패시터에 비해 커패시턴스가 낮기 때문에 출력 특성이 바뀔 수 있는 단점이 있다.As shown in Figure 3, it can be seen that the film capacitor is the most potent capacitor that can replace the electrolytic capacitor. However, there is a disadvantage that the output characteristics can be changed because of the lower capacitance than the electrolytic capacitor.

단일단 PFC 플라이백 컨버터(Single-stage AC-DC컨버터)의 경우, 출력에 큰 리플 성분이 존재함에도 불구하고, 가격적인 측면과 에너지 밀도에 있어서 2-stage에 비해 좀 더 좋은 해결책이 될 수 있다.Single-stage PFC flyback converters are a better solution than 2-stage in terms of cost and energy density, despite the presence of large ripples in the output. .

Single-stage AC-DC 컨버터는 교류를 직류로 직접 바꾸는 컨버터를 의미하며, 개략적인 도면을 도 4에 나타내었다.Single-stage AC-DC converter means a converter that directly converts AC into direct current, a schematic diagram is shown in FIG.

역률을 보정할 때에, 인덕터에 흐르는 전류의 연속-불연속을 기준으로 3가지 방법으로 분류된다. When correcting the power factor, it is classified into three methods based on the continuous-discontinuity of the current flowing through the inductor.

플라이백 컨버터의 경우, 인덕터가 2권선 또는 다중 권선이고 권선비가 다르기 때문에 자화전류, 즉 자속을 기준으로 나누며, 연속 전도 모드(CCM), 불연속 전도 모드(DCM), 경계 전도 모드(BCM)로 나눌 수 있다. 경계 전도 모드는 스위치를 일정시간 도통시킨 후 스위치를 끄고 나서 2차측 전류가 0이 되는 순간 다시 스위치를 도통시키는 방법이다. In the case of a flyback converter, since the inductor is two windings or multiple windings and the turns ratio is different, it is divided by magnetization current, that is, magnetic flux, and divided into continuous conduction mode (CCM), discontinuous conduction mode (DCM), and boundary conduction mode (BCM). Can be. Boundary conduction mode is a method of conducting a switch for a certain period of time and then turning the switch back on as soon as the secondary current becomes zero.

결과적으로 입력 전류와 입력 전압을 센싱받을 필요가 없어 회로가 간단해지며, 복잡한 제어기가 필요가 없다. 도 5는 단일단 PFC 플라이백 컨버터(Single-stage PFC Flyback 컨버터)를 간략하게 도시하였다.As a result, there is no need to sense input current and input voltage, which simplifies the circuit and eliminates the need for complicated controllers. 5 shows a simplified illustration of a single-stage PFC flyback converter.

도 6은 플라이백 컨버터로 경계 전도 모드로 동작하여 PFC를 수행하는 파형을 나타낸다. 플라이백 컨버터의 입력 전압은 입력 교류 전원이 전파 정류된 파형의 전압이 인가된다. 스위칭 주파수가 입력 전압의 주파수에 비해 매우 빠르면, 스위칭의 한 주기에서 입력 전압은 고정된 것처럼 보이기 때문에 매 스위칭 주기마다 전류의 피크치가 바뀌며, 스위칭 시간이 일정하기 때문에 입력 전류의 모양은 인가되는 전압의 모양을 따라가는 방법으로 역률을 보정하게 된다.Figure 6 shows a waveform of performing a PFC by operating in a boundary conduction mode with a flyback converter. The input voltage of the flyback converter is applied with the voltage of the waveform where the input AC power is full-wave rectified. If the switching frequency is very fast compared to the frequency of the input voltage, the input voltage appears to be fixed in one cycle of switching, so the peak value of the current changes every switching cycle, and the switching time is constant so that the shape of the input current is determined by the applied voltage. The power factor is corrected by following the shape.

도 6에서

Figure pat00021
는 스위치 전류의 순시치,
Figure pat00022
는 스위치 전류의 피크치를 연결한 값,
Figure pat00023
는 다이오드 전류의 순시치,
Figure pat00024
는 다이오드 전류의 피크치를 연결한 값,
Figure pat00025
는 입력 전류의 평균값(스위치 전류의 평균값과 동일)을 나타낸다. 그리고
Figure pat00026
Figure pat00027
는 각각의 이른 그래프에서의 최대값을 나타낸다.6
Figure pat00021
Is the instantaneous value of the switch current,
Figure pat00022
Is the value of the peak of the switch current,
Figure pat00023
Is the instantaneous value of the diode current,
Figure pat00024
Is the peak of diode current,
Figure pat00025
Denotes the average value of the input current (same as the average value of the switch current). And
Figure pat00026
Wow
Figure pat00027
Represents the maximum value in each early graph.

컨버터를 설계하기 위해서 Flyback 변압기의 자화 인덕턴스를 구해야하며, 자화 인덕턴스를 구하기 위해서는 컨버터가 동작할 때 스위치가 도통하는 시간

Figure pat00028
중에서 가장 긴
Figure pat00029
를 정의해야한다. 이외에도 수식을 유도함에 있어 필요한 파라메터를 표 2에 정리하였다.In order to design the converter, the magnetizing inductance of the flyback transformer must be found, and to obtain the magnetizing inductance, the time the switch conducts when the converter is operating.
Figure pat00028
The longest of the
Figure pat00029
Should be defined. In addition, the necessary parameters for deriving the equations are summarized in Table 2.

Figure pat00030
Figure pat00030

한편, 자화 인덕턴스는 다음의 수학식 4와 같이 구할 수 있다.On the other hand, the magnetization inductance can be obtained as shown in Equation 4 below.

Figure pat00031
Figure pat00031

수학식 4에서 구한 자화 인덕턴스 값은 연속 전도 모드와 불연속 전도 모드의 경계치이며, 실제로 손실과 보조 권선을 이용하여 주변 회로에 전력을 공급하기 때문에 계산한 값보다 큰 값을 사용하였다.The magnetization inductance value obtained in Equation 4 is the boundary between the continuous conduction mode and the discontinuous conduction mode, and a value larger than the calculated value is used because the loss and the auxiliary winding are used to supply the peripheral circuit.

플라이백(Flyback) 변압기의 턴수비는 다이오드의 순방향 전압강하를 고려하여 다음과 같이 구할 수 있다.The turnover ratio of a flyback transformer can be calculated as follows, considering the forward voltage drop of the diode.

Figure pat00032
Figure pat00032

출력 리플 전류를 저감시키기 위한 LC병렬 공진 회로를 살펴보면 다음과 같다. The LC parallel resonant circuit to reduce the output ripple current is as follows.

단일단 PFC 플라이백 컨버터에서 출력측 커패시터의 용량이 작으면 입력 주파수의 2배에 해당하는 리플 성분이 발생한다. 도 7은 정상상태에서 출력 커패시터의 용량을 변화하면서 리플 특성을 나타낸 그래프이다. In a single-stage PFC flyback converter, the output capacitor's small capacity produces a ripple component that is twice the input frequency. 7 is a graph showing the ripple characteristic while changing the capacity of the output capacitor in the steady state.

커패시터가 작을수록 리플 성분이 매우 큰 것을 확인할 수 있다. 이는 플라이백 컨버터의 입력 전압이 직류 전압이 아닌 60[Hz]의 전압이 전파 정류되어 인가되기 때문에 입력 전압이 출력 전압보다 낮은 구간이 발생하게 된다. 특히 입력 전압이 0까지 내려가는데, 이 구간동안 입력측에서 넘어오는 에너지가 작아 출력측 커패시터의 용량이 작을수록 리플 성분이 커지는 것이다.The smaller the capacitor, the larger the ripple component. This is because the input voltage of the flyback converter is applied by full-wave rectification of a voltage of 60 [Hz] instead of a DC voltage, so that a section in which the input voltage is lower than the output voltage occurs. In particular, the input voltage drops to zero. During this period, the energy from the input side is so small that the smaller the capacity of the output capacitor, the larger the ripple component.

Single-stage PFC Flyback 컨버터에서 전해 커패시터를 사용하지 않고, 필름 커패시터로 교체를 하게 되면, 수명 측면에서는 이익이지만, 상대적으로 낮은 커패시터 용량으로 인해 출력측의 120[Hz] 리플 성분을 피할 수 없게 된다.The replacement of film capacitors without the use of electrolytic capacitors in single-stage PFC flyback converters is beneficial in terms of lifetime, but the relatively low capacitor capacity inevitably avoids 120 [Hz] ripple on the output side.

LC 병렬 공진 필터는 출력측의 리플 성분을 줄이기 위해서 사용될 수 있다. LC parallel resonant filters can be used to reduce the ripple component on the output side.

도 8은 LC 병렬 공진 필터의 이상적인 경우(a)와 기생 저항성분을 고려한 실제 회로의 등가회로(b)를 나타낸다. 일반적으로 저항, 인덕터, 커패시터와 같은 수동 소자는 기생 성분을 갖는다. 특히 커패시터의 등가 직렬 저항(Equivalent Series Resistor,

Figure pat00033
), 인덕터의 저항 성분(
Figure pat00034
)이 회로에 가장 큰 영향을 미친다. 이러한 기생 저항 성분은 필터의 특성을 변화시킨다.8 shows an ideal case (a) of an LC parallel resonance filter and an equivalent circuit (b) of an actual circuit in consideration of parasitic resistance components. In general, passive devices such as resistors, inductors, and capacitors have parasitic components. In particular, the equivalent series resistance of the capacitor (Equivalent Series Resistor,
Figure pat00033
), The resistance component of the inductor (
Figure pat00034
) Has the greatest effect on the circuit. This parasitic resistance component changes the filter's properties.

수학식 6은 이상적인 경우의 전달함수를 나타내고, 수학식 7은 기생성분을 포함한 경우의 전달함수를 나타낸다. 그리고 수학식 8은 LC병렬 공진 회로의 공진 주파수를 나타낸다.Equation 6 shows the transfer function in the ideal case, and Equation 7 shows the transfer function in the case of including the parasitic component. Equation 8 shows the resonance frequency of the LC parallel resonance circuit.

Figure pat00035
Figure pat00035

Figure pat00036
Figure pat00036

여기서,

Figure pat00037
,
Figure pat00038
를 나타낸다.here,
Figure pat00037
,
Figure pat00038
Indicates.

Figure pat00039
Figure pat00039

도 9는 이상적인 경우와 기생성분을 포함한 경우의 Bodeplot를 나타낸다. 9 shows Bodeplot in the ideal case and in the case of including parasitic components.

LC 병렬 공진 필터는 공진 주파수가 출력측에 나타나지 않기 때문에, Bandstop 필터로도 불린다. 이상적인 경우, 공진 주파수에서 LC 병렬 공진 필터의 게인은 음의 무한대를 갖는다. 그러나 인덕터의 저항성분과 커패시터의 등가직렬저항성분을 고려하면, 게인은 유한한 값을 가지기 때문에 필터의 반응 속도가 느려지고, 성능이 저하되며, 추가적인 전력 손실이 일어나게 된다.LC parallel resonant filters are also called bandstop filters because the resonant frequency does not appear on the output side. Ideally, the gain of the LC parallel resonant filter at resonant frequency has a negative infinity. However, considering the resistance component of the inductor and the equivalent series resistance component of the capacitor, the gain has a finite value, resulting in a slow filter response, poor performance, and additional power loss.

LC병렬 공진 필터의 이상적인 경우와 기생성분을 고려하였을 때의 출력 특성 비교를 도 10에 나타내었다. 두 가지 경우 모두 평균 전류의 값은 거의 동일하지만, 이상적인 경우에 비해서 기생 성분을 고려하였을 때 리플이 더 크고, 120[Hz] 주기의 처음 부분에서 일그러짐이 발생하는 특징을 갖는다. 필름 커패시터의 경우 등가 직렬 저항이 다른 커패시터들보다 크게 낮고, 인덕터의 저항성분이 커패시터의 등가 직렬 저항보다 일반적으로 크기 때문에 인덕터의 저항 성분이 LC 병렬 공진 필터의 성능에 더 큰 영향을 준다.
Fig. 10 shows a comparison of output characteristics in consideration of the ideal case of the LC parallel resonance filter and the parasitic component. In both cases, the average current is almost the same, but compared to the ideal case, the parasitic component has a larger ripple and distortion occurs at the beginning of the 120 [Hz] cycle. In the case of a film capacitor, the equivalent series resistance is significantly lower than other capacitors, and the resistance component of the inductor is generally larger than the equivalent series resistance of the capacitor, so the resistance component of the inductor has a greater influence on the performance of the LC parallel resonant filter.

시뮬레이션 결과를 살펴보면, 다음과 같다. 우선, 본 발명의 일실시예에 따른 단일단 PFC 플라이백 컨버터의 회로도에서, 기존의 컨버터에 출력단의 대용량 전해 커패시터를 소용량 폴리에스테르 필름 커패시터로 교체하고, LC병렬 공진 필터를 적용하였다.The simulation results are as follows. First, in the circuit diagram of a single stage PFC flyback converter according to an embodiment of the present invention, a large capacity electrolytic capacitor of an output stage is replaced with a small capacity polyester film capacitor in an existing converter, and an LC parallel resonance filter is applied.

수학식 4,5로부터 구한 시스템 파라메터를 표 3에 나타내었다.Table 3 shows the system parameters obtained from equations (4) and (5).

출력 커패시터는 물리적인 크기와 가격을 고려하여 78[uF]으로 선정하였고, 입력 전압의 주파수가 60[Hz]임을 감안하여, 식 (8)로부터 LC 병렬 공진 필터의 인덕턴스 값을 결정하였다. 주파수 대역별로 커패시턴스가 달라지기 때문에 커패시턴스의 경우 LCR 미터로부터 측정된 값을 이용하였다. The output capacitor was selected as 78 [uF] in consideration of the physical size and price, and the inductance value of the LC parallel resonant filter was determined from Equation (8), considering that the frequency of the input voltage was 60 [Hz]. Since the capacitance varies for each frequency band, the capacitance measured from the LCR meter is used.

Figure pat00040
Figure pat00040

도 11은 출력단에 LC 병렬 공진 필터가 없이 용량이 작은 필름 커패시터(78[uF])만 적용하였을 때의 파형이다. 커패시터의 용량이 작기 때문에 큰 전류 리플이 발생하였다. 평균 전류는 1.2[A]이고, peak-to-peak 전류는 732[mA]이다.FIG. 11 is a waveform when only a small film capacitor 78 [uF] is applied to the output terminal without an LC parallel resonant filter. Due to the small capacity of the capacitors, large current ripples occurred. The average current is 1.2 [A] and the peak-to-peak current is 732 [mA].

도 12는 출력단에 기생 저항 성분이 고려된 LC 병렬 공진 필터가 적용된 경우의 파형이다. 평균 전류는 1.18[A]이고, peak-to-peak 전류는 181[mA]이다.12 is a waveform when an LC parallel resonant filter in which parasitic resistance components are considered in an output terminal is applied. The average current is 1.18 [A] and the peak-to-peak current is 181 [mA].

시뮬레이션 결과 전류의 리플이 732[mA]에서 181[mA]으로 75[%] 감소하였다.
Simulation results showed that the current ripple decreased by 75 [%] from 732 [mA] to 181 [mA].

제안한 회로를 검증하기 위하여 60[W] Single-stage PFC Flyback 컨버터와 LC 병렬 공진 필터를 제작하여 LC 병렬 공진 필터가 있을 때와 없을 때의 파형을 도 13와 도 14에 각각 나타내었다.To verify the proposed circuit, we fabricated a 60 [W] single-stage PFC flyback converter and an LC parallel resonant filter. The waveforms with and without the LC parallel resonant filter are shown in FIGS. 13 and 14, respectively.

LC 병렬 공진 필터가 적용됨으로써, peak-to-peak 리플 전류가 790[mA]에서 205[mA]로 줄었다. 리플 성분이 감소하면 LED 소자는 좀 더 높은 평균 전류에서 동작할 수 있기 때문에 LED 소자를 효율적으로 사용이 가능하다. By applying an LC parallel resonant filter, the peak-to-peak ripple current was reduced from 790 [mA] to 205 [mA]. Reducing the ripple component allows the LED device to operate at higher average currents, allowing efficient use of the LED device.

도 15는 입력전압(

Figure pat00041
)이 110[Vrms]일 때의 입력 전압, 입력 전류, 출력 전류의 실험 파형이고, 그림 16은 입력 전류를 IEC61000-3-2의 Class C와 비교한 그래프이다. 역률은 0.982로 측정되었고, 고조파 성분은 IEC 규격을 모두 만족하였다.15 shows an input voltage (
Figure pat00041
) Is the experimental waveform of input voltage, input current and output current when 110 [Vrms], and Figure 16 is a graph comparing input current with Class C of IEC61000-3-2. The power factor was measured as 0.982, and the harmonic content satisfies all IEC standards.

도 17은 입력 전압(

Figure pat00042
)이 220[Vrms]일 때의 입력 전압, 입력 전류, 출력 전류의 실험 파형이고, 도 18은 입력 전류를 IEC61000-3-2의 Class C와 비교한 그래프이다. 역률은 0.986으로 측정되었고, 고조파 성분은 IEC 규격을 모두 만족하였다. 두 경우 모두 IEC61000-3-2의 Class C 기준을 만족하였다.17 shows the input voltage (
Figure pat00042
) Is an experimental waveform of input voltage, input current, and output current when 220 [Vrms], and FIG. 18 is a graph comparing the input current with Class C of IEC61000-3-2. The power factor was measured as 0.986, and the harmonic content satisfies all IEC standards. In both cases, the Class C standard of IEC61000-3-2 was met.

본 발명은 전해 커패시터가 없는 LED 조명용 Single-stage PFC Flyback 컨버터를 제안하였고, 시뮬레이션과 실험을 통해 그 타당성을 검증하였다. Flyback 컨버터는 PFC를 위해 경계 전도 모드로 동작하였고, 역률은 0.95이상, 고조파는 IEC61000-3-2의 Class C 기준을 모두 만족하였다. LC 병렬 공진 필터를 이용하여, 대용량의 전해 커패시터를 소용량의 필름 커패시터를 바꿈으로써 나타나는 120[Hz] 성분의 전류 리플을 790[mA]에서 205[mA]로 약 74[%] 감소시켰다.The present invention proposed a single-stage PFC flyback converter for LED lighting without an electrolytic capacitor, and verified its validity through simulation and experiment. The flyback converter operated in boundary conduction mode for PFC, power factor above 0.95, and harmonics met all Class C standards of IEC61000-3-2. The LC parallel resonant filter was used to reduce the current ripple of 120 [Hz] components from 790 [mA] to 205 [mA] by about 74 [%].

제안한 컨버터는 전해 커패시터를 포함하지 않아 LED 조명의 긴 수명에 부합하는 장점을 가진다. 또한 출력측 전류 리플을 크게 감소시킴으로써 고품질의 LED 조명의 구현이 가능하다.The proposed converter does not include an electrolytic capacitor, which has the advantage of matching the long life of LED lighting. In addition, the output current ripple is greatly reduced, enabling high quality LED lighting.

한편, 다른 실시예에 따른 LC 직렬 공진분석을 살펴보면, 다음의 전달함수를 이용하여 도 19의 Bodeplot을 보면, LC공진 주파수에서 전달함수의 게인이 이론적으로 양의 무한대가 되며 공진 주파수 성분의 전류는 공진 회로쪽의 임피던스가 이론적으로 음의 무한대이므로 모두 LC공진 회로로 흐르는 특징을 갖는다. 출력 측에는 리플이 저감된 전류가 흐르게 된다.Meanwhile, referring to the LC series resonance analysis according to another embodiment, referring to the Bodeplot of FIG. 19 using the following transfer function, the gain of the transfer function at the LC resonance frequency is theoretically positive infinity and the current of the resonance frequency component is Since the impedance on the resonant circuit is theoretically negative infinity, all of them have characteristics that flow into the LC resonant circuit. Ripple-reduced current flows on the output side.

Figure pat00043
Figure pat00043

Figure pat00044
Figure pat00044

여기서,

Figure pat00045
를 나타낸다.here,
Figure pat00045
Indicates.

그리고 출력 측에는 공진주파수(수학식 11)의 성분이 가장 크게 나타난다.On the output side, the component of the resonance frequency (Equation 11) is the largest.

Figure pat00046
Figure pat00046

100 : 입력전원부 200 : 변압기 자화 인덕터부
300 : 플라이백 변압부 400 : 스위치부
500 : 출력부
100: input power supply 200: transformer magnetization inductor
300: flyback transformer 400: switch unit
500: Output section

Claims (4)

입력 교류 전원을 전파 정류된 파형의 전압으로 출력하도록 하는 입력전원부(100);
상기 입력전원부의 출력을 인가받고, 스위치부의 구동신호에 응답하여 자화인덕턴스에 전류를 유기하는 변압기 자화 인덕터부(200);
상기 유기된 전류를 출력단으로 전달하는 플라이백 변압부(300);
스위치를 소정시간 온(on)시킨 후, 오프(off)시켜 상기 플라이백 변압부의 2차측 전류가 0이 되는 순간 스위치를 온(on)시키는 스위치부(400); 및
상기 플라이백 변압부의 제2 권선 일단에 역방향으로 제1단이 연결된 출력다이오드와, 상기 출력다이오드와 플라이백 변압부의 제2 권선 일단 사이에 연결된 필름 커패시터와, LC 공진 필터가 상기 출력다이오드의 제1단의 타단과 필름 커패시터에 연결되어 출력측에 발생하는 리플을 저감시키는 출력부(500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 단일단 PFC 플라이백 컨버터.
An input power supply unit 100 for outputting an input AC power as a voltage of a full wave rectified waveform;
A transformer magnetizing inductor unit 200 receiving the output of the input power supply unit and inducing a current to the magnetizing inductance in response to a driving signal of the switch unit;
A flyback transformer 300 for transferring the induced current to an output terminal;
A switch unit 400 which turns the switch on after the switch is turned on for a predetermined time and turns off the moment when the secondary current of the flyback transformer becomes 0; And
An output diode having a first end connected in a reverse direction to one end of a second winding of the flyback transformer part, a film capacitor connected between the output diode and one end of the second winding of the flyback transformer part, and an LC resonant filter is provided in the first diode of the output diode; Single stage PFC flyback converter for LED lighting, comprising: an output unit (500) connected to the other end of the stage and connected to the film capacitor to reduce the ripple generated on the output side.
제 1 항에 있어서,
상기 LC 공진 필터는 LC 병렬 공진 필터인 것을 특징으로 하는 LED 조명용 단일단 PFC 플라이백 컨버터.
The method of claim 1,
And said LC resonant filter is an LC parallel resonant filter.
제 1 항에 있어서,
상기 LC 공진 필터는 LC 직렬 공진 필터인 것을 특징으로 하는 LED 조명용 단일단 PFC 플라이백 컨버터.
The method of claim 1,
And said LC resonant filter is an LC series resonant filter.
제 1 항에 있어서,
상기 필름 커패시터는 폴리에스테르 필름 커패시터인 것을 특징으로 하는 LED 조명용 단일단 PFC 플라이백 컨버터.
The method of claim 1,
The film capacitor is a single stage PFC flyback converter for LED lighting, characterized in that the polyester film capacitor.
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