KR20160001340A

KR20160001340A - 램프 구동용 전원 공급 장치

Info

Publication number: KR20160001340A
Application number: KR1020140079701A
Authority: KR
Inventors: 김용; 서상화; 최근수
Original assignee: 동국대학교 산학협력단; 주식회사 딜리
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2016-01-06
Also published as: KR101700804B1

Abstract

램프 구동용 전원 공급 장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 램프 구동용 전원 공급 장치는 교류 입력 전압을 받아 정류 전압을 만드는 정류 회로부; 상기 정류 전압이 출력 전압보다 낮을 때 동작하는 부스트 모드 시 온 되는 제1 스위치와 상기 정류 전압이 출력전압보다 높을 때 동작하는 벅 모드 시 온 되는 제2 스위치 및 1차측 권선과 2차측 권선이 결합된 인덕터를 포함하며, 상기 부스트 모드 시 1차측 권선으로부터 유기되는 전압에 의해 동작하는 상기 2차측 권선에 의거하여 상기 정류 전압을 승압시키며, 상기 벅 모드 시 상기 인덕터를 이용하여 상기 정류 전압을 강압시키는 1단 전력 변환부; 및 상기 1단 전력 변환부에서 출력되는 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 램프를 구동시키는 2단 전력 변환부를 포함할 수 있다.

Description

램프 구동용 전원 공급 장치{THE POWER SUPPLY FOR DRIVING LAMP}

본 발명은 전자식 안정기를 구비한 램프 구동용 전원 공급 장치에 관한 것이다.

일반적인 램프 구동용 전원 공급 장치에서 안정기는 필수적이다. 이러한 안정기는 크게 자기식(Magnetic)과 전자식(Electronic)으로 구분되며, 안정기의 크기, 효율의 측면에 있어서 유리한 전자식 안정기의 수요가 늘어나는 추세이다.

전자식은 DC/DC 컨버터의 유무에 따라 3단 또는 2단으로 구성된다. 3단 구성의 경우 역률 보상 (Power Factor Correction)회로와 DC-DC 컨버터, DC-AC 인버터로 구성되며, 이를 위한 역률 보상 회로(Power Factor Correction)는 부스트(Boost)컨버터, DC-DC 컨버터는 벅(Buck)컨버터 그리고 인버터로는 풀 브리지(full-bridge) 회로가 주로 사용된다. 2단 구성의 경우 3단 구성과는 다르게 DC/DC 컨버터가 생략되며 인버터는 풀 브리지(full-bridge) 또는 하프 브리지 (half-bridge) 회로가 사용된다.

2단으로 구성되는 안정기의 구동방식은 고주파 구동 방식과 저주파 구동 방식으로 나눌 수 있는데, 고주파 구동 방식의 경우 필터링 없이 고주파 전류를 램프에 주입하는 방식이며, 저주파 구동 방식은 고주파 전류를 LC필터로 필터링하여 저주파를 교번 주입하는 방식이다.

한편, 전자식 안정기는 커패시터, 인덕터 및 반도체 소자를 비롯한 방열판 으로 구성된다. 그러나 전자식 안정기의 소형 경량화를 위해서는 각 부품들의 크기 및 무게를 감소시켜야 한다.

소형 경량화 측면에서, 반도체 집적회로의 발달에 따라 소자의 경량화는 가능하게 되었으나, 인덕터 및 커패시터의 경우 소형 경량화에 대한 연구가 계속되고 있다.

대한민국 등록특허 10-1220885호(2013. 01. 11)

본 발명의 실시 예들은 부스트단의 스위칭 소자에 연결된 1차측 코일과 벅 컨버터단의 스위칭 소자에 연결된 2차측 코일을 하나의 인덕터로 커플링하여 승압과 강압 동작을 수행할 수 있는 램프 구동용 전원 공급 장치를 제공한다.

본 발명의 예시적인 실시 예에 따르면, 교류 입력 전압을 공급받아 정류 전압을 발생하는 정류 회로부; 상기 정류 전압이 출력 전압보다 낮을 때 동작하는 부스트 모드 시 온 되는 제1 스위치와 상기 정류 전압이 출력전압보다 높을 때 동작하는 벅 모드 시 온 되는 제2 스위치 및 1차측 권선과 2차측 권선이 결합된 인덕터를 포함하며, 상기 부스트 모드 시 1차측 권선으로부터 유기되는 전압을 상기 2차측 권선에 의거하여 승압시키며, 상기 벅 모드 시 상기 인덕터를 이용하여 상기 정류 전압을 강압시키는 1단 전력 변환부; 및 상기 1단 전력 변환부에서 출력되는 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 램프를 구동시키는 2단 전력 변환부를 포함하는 램프 구동용 전원 공급 장치가 제공된다.

상기 램프 구동용 전원 공급 장치의 1단 전력 변환부에서 상기 제1 스위치 는 상기 인덕터의 1차측 권선과 직렬 연결되고 상기 제2 스위치는 상기 1차측 권선과 병렬로 연결된다. 또한 상기 인덕터의 2차측 권선은 상기 제2 스위치와 직렬로 연결되며, 상기 1차측 권선과 2차측 권선은 자기적으로 결합되어 승압 또는 강압된 전압을 상기 2단 전력 변환부를 통해 상기 램프에 전력을 공급한다.

상기 램프 구동용 전원 공급 장치에서 상기 인덕터의 1차측 권선과 2차측 권선은 권선비 1:1로 결합된다.

상기 램프 구동용 전원 공급 장치에서 상기 인덕터의 1차측 권선 및 2차측 권선은 상기 제1 및 제2 스위치의 스위칭 동작에 따라 불연속 전류 모드 또는 연속 전류 모드로 동작할 수 있다.

상기 램프 구동용 전원 공급 장치는 상기 1단 전력 변환부의 출력단과 결합되며 대각선 방향의 스위치 소자들이 쌍을 이루어 교번적으로 동작하여 상기 1단 전력 변환부에서 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터인 풀 브리지 컨버터; 상기 동작에 따라 상기 풀 브리지 컨버터에서 출력되는 교류 전력을 공급받으며, 상기 램프의 초기 구동을 위한 이그나이터 회로; 및 2단 전력 변환부는 상기 이그나이터 회로와 연결되며 후단으로 상기 풀 브리지 컨버터의 출력 전압이 인가되는 1차측 코일과 상기 1차측 코일과 자기적으로 결합되며 상기 램프와 연결되는 2차측 코일로 구성되는 변압기를 포함할 수 있다.

상기 램프 구동용 전원 공급 장치에서 상기 이그나이터 회로는 상기 풀 브리지 컨버터의 교류 전압이 인가되는 양방향 다이오드; 및 상기 양방향 다이오드와 상기 1차측 코일 사이에 연결되는 커패시터를 포함하며, 상기 양방향 다이오드가 턴 온 될 때 상기 변압기의 1차측 코일과 상기 커패시터의 공진을 통해 발생된 에너지를 상기 2차측 코일을 통해 상기 램프에 전달하여 상기 램프를 초기 구동시킬 수 있다.

상기 램프 구동용 전원 공급 장치에서 상기 변압기의 1차측 코일의 인덕턴스는 22μH∼25μH이며, 상기 2차측 코일의 인덕턴스는 215μH∼225μH 일 수 있다.

상기 램프 구동용 전원 공급 장치는 상기 1단 전력 변환부에서 출력되는 직류 전압과 상기 정류 회로부의 정류된 정류 전압간의 비교를 통해 상기 제1 및 제2 스위치를 온 또는 오프 시키기 위한 제1 및 제2 스위칭 신호를 제공하는 제어기를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 1차측 권선과 2차측 권선이 자기적으로 결합되는 하나의 인덕터로 벅-부스트 컨버터를 구현하고, 이를 이용하여 역률 보정과 전압에 대한 승압 및 강압을 수행함으로써, 부품들의 크기나 부피를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 점등 시 램프와 안정기 사이가 멀어지는 경우 전원의 감쇠가 적은 커플링 인덕터를 사용함으로써, 전원 공급 장치의 원가를 절감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 램프 구동용 전원 공급 장치를 도시한 회로도
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 1단 전력 변환부에 제1 및 제2 스위칭 신호를 인가하는 과정을 설명하기 위한 도면
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 풀 브리지 컨버터에 연결되는 이그나이터 회로의 내부 구성을 설명하기 위한 도면
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 1단 전력 변환부가 부스트 모드로 동작할 때의 회로도
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 1단 전력 변환부가 벅 모드로 동작할 때의 회로도
도 6은 벅-부스트 컨버터를 시뮬레이션하기 위한 회로도
도 7은 도 6의 벅-부스트 컨버터의 시뮬레이션 결과를 도시한 파형도
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 1단 전력 변환부에 해당하는 벅-부스트 컨버터를 시뮬레이션하기 위한 회로도
도 9는 도 8의 커플드 벅-부스트 컨버터의 시뮬레이션 결과를 도시한 파형도

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 램프 구동용 전원 공급 장치(100)를 도시한 회로도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 램프 구동용 전원 공급 장치(100)는 2단 전력 변환 장치로서, 크게 정류 회로부(105), 1단 전력 변환부(110), 2단 전력 변환부(130) 및 제어기(150)를 포함할 수 있다.

정류 회로부(105)는 입력 교류 전압을 정류 전압으로 정류하여 1단 전력 변환부(110)로 출력할 수 있다. 정류 회로부(105)의 출력 전압은 센싱을 위해 제어기(150)에 입력될 수 있다.

1단 전력 변환부(110)는 정류 회로부(105)의 출력단에 연결되어 정류 회로부(105)로부터 출력되는 정류된 전압을 인가받아 역률 보정과 더불어 승압 또는 강압하여 요구하는 직류 전압을 출력할 수 있다. 이러한 1단 전력 변환부(110)는 자기적으로 결합된 두개의 권선으로 구성된 인덕터를 이용하여 승압 및 강압을 구현할 수 있다.

소정의 실시 예에서는 1단 전력 변환부(110)를 커플드 벅-부스트 컨버터라고 정의한다.

제어기(150)는 1단 전력 변환부(110)에 인가되는 정류 전압과 1단 전력 변환부(110)의 출력 전압을 기반으로 제1, 2 스위칭 신호를 출력할 수 있다.

한편, 제어기(150)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 정류된 전압 파형(160)과 1단 전력 변환부(110)의 출력 전압 파형(170)간의 비교를 통해 제1 또는 제2 스위칭 신호를 출력할 수 있다. 구체적으로, 제어기(150)는 정류된 반파 전압 파형(160)과 출력 전압 파형(170)간의 비교를 통해 출력 전압보다 정류된 반파 전압이 낮은 부분(A)에서 1단 전력 변환부(110)를 부스트 모드로 동작시키기 위해 제1 스위칭 신호를 1단 전력 변환부(110)에 출력하고, 출력 전압보다 정류된 반파 전압이 높은 부분(B)에서 1단 전력 변환부(110)를 벅 모드로 동작시키기 위해 제2 스위칭 신호를 1단 전력 변환부(110)에 출력할 수 있다.

한편, 1단 전력 변환부(110)가 벅 모드 및 부스트 모드로 동작할 때 스위치 시비율(switch duty ratio)은 d1(162) 및 d2(172)와 같다.

1단 전력 변환부(110)는 제1 및 제2 스위칭 신호에 따라 동작하여 승압(부스트) 및 강압(벅)모드로 동작할 수 있다. 구체적으로, 1단 전력 변환부(110)는 교류 전류에 대한 역률 보정과 아울러 승압되어 2단 전력 변환부(130)에 출력하거나 교류 전류에 대한 역률 보정과 아울러 강압하여 2단 전력 변환부(130)로 출력할 수 있다.

1단 전력 변환부(110)는 정류 회로부(105)의 출력단과 연결된 1차측 권선(112), 1차측 권선(112)과 직렬 연결된 제1 스위치(111), 1차측 권선(112)과 병렬로 연결된 제2 스위치(113), 2차측 권선(114)과 제2 스위치(113)는 직렬로 연결되며 1차측 권선(112)과 자기적으로 결합된 2차측 권선(114)을 포함할 수 있다.

또한, 소정의 실시 예에서, 1단 전력 변환부(110)는 제2 스위치(113) 및 2차측 권선(114)과 병렬로 연결되어 접지 단에 연결된 제1 다이오드(115)를 포함하며, 2차측 권선(114)에 직렬로 연결되는 제2 다이오드(116)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 2차측 권선(114)의 전단에는 제1 다이오드(115)가 역병렬로 연결되며, 2차측 권선(114)의 후단에는 제2 다이오드(116)가 직렬로 연결될 수 있다.

또한, 1단 전력 변환부(110)는 2차측 권선(114)의 후단 사이에 필터용 커패시터(117)를 병렬로 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조를 통해 1차측 권선(112)에 인가되는 정류 전압은 자기적으로 결합된 2차측 권선(114)에 유기될 수 있다. 이러한 정류 전압에 의해 1차 및 2차측 권선(112, 114)에는 전류가 흐르며, 1차측 권선(112)과 2차측 권선(114)은 제1 및 2 스위치(111, 113)의 스위칭 동작에 따라 전류 연속 모드 또는 불연속 모드로 동작할 수 있다. 구체적으로, 1차 및 2차측 권선(112, 114)에 전류가 연속적으로 흐르고 있을 때 1차 및 2차측 권선(112, 114)은 전류 연속 모드로 동작하며, 제1 및 제2 스위치(111, 113)의 스위칭 기간 중 일부 구간에서 1차 및 2차측 권선(112, 114)에 흐르는 전류가 0으로 되는 경우 1차 및 2차측 권선(112, 114)은 전류 불연속 모드로 동작하게 된다.

제1 및 제2 스위치(111, 113)는 제어기(150)의 제1 및 제2 스위칭 신호에 따라 온/오프 동작할 수 있다. 구체적으로, 제1 스위치(111)는 제1 스위칭 신호에 따라 온 되어 1단 전력 변환부(110)를 부스트 모드로 동작시키며, 제2 스위치(113)는 제2 스위칭 신호에 따라 온 되어 1단 전력 변환부(110)를 벅 모드로 동작시킬 수 있다. 제1 스위치(111)가 온 될 때 제2 스위치(113)는 오프 되며, 제2 스위치(113)가 온 될 때, 제1 스위치(111)는 오프 될 수 있다.

또한, 제1 및 제2 스위치(111, 113)는 MOSFET를 사용하며, 제1 및 제2 스위치(111, 113)의 각 게이트에 제1 및 제2 스위칭 신호가 인가될 수 있다.

한편, 소정의 실시 예에서, 1단 전력 변환부(110)가 벅 모드 또는 부스트 모드 동작 시 1차측 권선(112)과 2차측 권선(114)간의 자기적 결합(커플링)에 의해 하나의 인덕터로 동작하며 그와 함께 스위치의 시비율을 통하여 정류 전압을 강압시키거나 승압시킬 수 있다. 부스트 모드 시 제2 스위치(113)는 오프 되고, 1차측 권선(112)과 2차측 권선(114)의 자기적 결합을 통해 1차측 권선(112)에 인가되는 전력이 2차측 권선(114)에 유기될 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 1단 전력 변환부(110)는 부스트 모드 시, 전원 전류의 파형을 조절함으로써 전자식 안정기의 역률을 개선하고, 안정된 높은 직류 전압을 출력할 수 있다. 구체적으로, 제1 스위치(111)가 온 되면 1차측 권선(112)에 에너지가 축적됨과 더불어 1차측 권선(112)과 자기적으로 결합된 2차측 권선(114)에 에너지가 축적된다. 또한, 제1 스위치(111)가 오프 되고 제2 스위치(113)가 온 되기 전까지 1차측 권선(112)에 충전된 에너지는 필터용 커패시터(117)로 전달되며 제2 다이오드(116)를 통해 2단 전력 변환부(130)에 입력될 수 있다.

한편, 1단 전력 변환부(110)는 벅 모드 시, 부스트 컨버터와 연결되어 램프(145)를 구동하기 위한 안정된 전류를 출력할 수 있다. 구체적으로, 제1 스위치(111)가 온 되면 1차측 권선(112) 및 2차측 권선(114)에 전류 에너지가 축적되고, 벅 모드인, 제2 스위치(113)가 온 되면 2차측 권선(114)에 충전되어 있던 전력은 제2 다이오드(116)를 통해 2단 전력 변환부(130)에 입력된다. 또한 제2 스위치(113)가 오프 되고 제1 스위치(111)이 온 되기 전까지 제1 다이오드(115)의 환류 구간을 통하여 전력을 안정화시킬 수 있다.

2단 전력 변환부(130)는 1단 전력 변환부(110)의 출력단과 연결되며, 복수의 스위치(Q1∼Q4) 중 대각선 방향의 스위칭 소자들이 쌍을 이루어 교번적으로 동작하며 1단 전력 변환부(110)에서 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력하는 풀 브리지 컨버터, 램프(145)를 초기 구동시키기 위한 이그나이터 회로(132) 및 이그나이터 회로(132)와 연결되는 변압기(140)를 포함할 수 있다.

소정의 실시 예에서, 램프(145)는 1단 전력 변환부(110)의 출력단에 병렬로 연결되어 스위치 Q1과 스위치 Q3 사이의 접점과 스위치 Q2와 스위치 Q4 사이의 접점 양단에 연결될 수 있다.

이그나이터 회로(132)는 풀 브리지 컨버터로부터 교류 전압을 인가받아 램프(145)의 초기 구동 시에 기본적인 공진 회로를 제공한다.

소정의 실시 예에서, 이그나이터 회로(132)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 교류 전압이 인가되는 양방향 다이오드(134) 및 양방향 다이오드(134)와 변압기(140)의 사이에 연결된 커패시터(136)를 포함할 수 있다.

변압기(140)는 커패시터(136)와 연결되는 1차측 코일(142) 및 1차측 코일(142)과 자기적으로 결합된 2차측 코일(144)로 구성될 수 있다.

변압기(140)의 1차측 코일(142)의 인덕턴스는 22μH∼25μH이며, 2차측 코일(144)의 인덕턴스는 215μH∼225μH 일 수 있다.

한편, 이그나이터 회로(132)의 커패시터(136)는 8-12nF 일 수 있다.

이러한 이그나이터 회로(132)는 램프(145)를 초기 구동시키기 위한 것으로, 양방향 다이오드(134)가 턴온 될 때, 변압기(140)의 1차측 코일(142)과 커패시터(136)가 공진하게 되며, 이러한 공진에 의해 발생되는 에너지가 2차측 코일(144)을 통해 램프(145)에 전달될 수 있다. 이러한 에너지는 램프(145)에 순간적으로 고전압을 공급하여 램프(145)를 점등시키게 된다.

이렇게 램프(145)가 구동된 후 풀 브리지 컨버터의 출력 전압이 양방향 다이오드(134)의 항복 전압보다 낮기 때문에 양방향 다이오드(134)는 오프 상태가 된다. 이에 따라, 램프(145)는 풀 브리지 컨버터의 출력 전압에 의해 구동된다.

상기와 같은 구조를 갖는 1단 전력 변환부(110)가 동작하는 과정에 대해 도 4 및 도 5을 참조하여 설명한다.

먼저, 부스트 모드, 즉 정류 전압의 승압을 위한 동작이 필요한 경우는 제어기(150)에서 제1 스위칭 신호가 1단 전력 변환부(110)에 인가된다. 이에 따라, 1단 전력 변환부(110)는 도 4에 도시된 바와 같은 회로로 동작할 수 있다. 구체적으로, 1단 전력 변환부(110)는 제1 스위칭 신호에 응답하여 제1 스위치(111)를 온 시키고 제2 스위치(113)를 오프 시켜 1차측 권선(112)이 제1 스위치(111)를 통해 접지되도록 하며, 1차측 권선(112)에 정류 전압이 인가된다. 1차측 권선(112)에 인가되는 전압은 자기적 결합 관계에 있는 2차측 권선(114)에 유기될 수 있다. 이때, 2차측 권선(114)에 유기된 전력은 1차측 권선(112)과 마찬 가지로 스위치(111)가 온 되는 구간 동안 에너지를 충전하고 오프 되는 동안 충전된 에너지를 제2 다이오드(116)를 통해 2단 전력 변환부(130)에 입력될 수 있다.

다음으로, 벅 모드, 즉 정류 전압의 강압을 위한 동작이 필요한 경우는 제어기(150)에서 제2 스위칭 신호가 1단 전력 변환부(110)에 인가된다. 제2 스위칭 신호에 의해 1단 전력 변환부(110)는 도 5에 도시된 바와 같은 회로로 동작할 수 있다. 구체적으로, 1단 전력 변환부(110)는 제2 스위칭 신호에 응답하여 제2 스위치(113)를 온 시키고 제1 스위치(111)를 오프 시켜 전압을 1차측 권선(112)과 2차측 권선(114)에 동일하게 인가시키며 이에 따라 2차측 권선(114)에 인가되는 전압이 제2 다이오드(116)를 통해 2단 전력 변환부(130)에 입력될 수 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 램프 구동용 전원 공급 장치(100)의 커플드 벅-부스트 컨버터와 일반적인 벅-부스트 컨버터의 동작특성 및 파형을 시뮬레이션을 통하여 비교하면 아래와 같다.

도 6은 벅-부스트 컨버터를 시뮬레이션하기 위한 회로도로서, 크게 입력단(188), 브리지 다이오드(189), 벅-부스트(Buck-Boost) 전력 변환단(191), 제어부(190)로 구성될 수 있다. 제어부(190)에는 벅-부스트 전력 변환단(191)의 동작 유무를 검증하기 위한 제어기 IC(5555)를 포함할 수 있다.

도 7은 도 6의 벅-부스트(Buck-Boost) 전력 변환단(191)의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 7은 입력전압(Vin), 입력전류(Lin), 벅-부스트(Buck-Boost) 전력 변환단(191)의 첫 번째 스위치의 드레인-소스간 전압(VDS1)과 전류(IQ1), 두번째 스위치의 드레인-소스간 전압(VDS2)과 전류(IQ2) 및 각 스위치의 시비율(S1, S2)의 파형이다.

상기의 스위치의 시비율 파형(S1, S2)에서 알 수 있듯이, 각 스위치는 180도 역위상으로 교대로 동작한다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 램프 구동용 전원 공급 장치(100)의 1단 전력 변환부(110)에 해당하는 커플드 벅-부스트 컨버터의 시뮬레이션 결과 파형과 이를 기반으로 동작 유무를 도 8과 도 9를 참조하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 램프 구동용 전원 공급 장치(100)의 1단 전력 변환부(110)에 해당하는 커플드 벅-부스트(Coupled Buck-Boost) 컨버터의 시뮬레이션 회로도로써, 입력단(206), 브리지 다이오드(207), 커플드 벅-부스트(Coupled Buck-Boost) 전력 변환단(209), 제어부(208)로 구성되며 제어기 IC(5555)를 이용하여 그 동작 유무를 검증하였다. 본 발명에서는 상기의 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터(143)에서 각 인덕터, 즉 1차측 권선(112)과 2차측 권선(114)을 커플링(210)하여 전력 전달을 하는데 특징이 있다.

도 9는 도 8의 커플드 벅-부스트(Coupled Buck-Boost) 컨버터(151)의 시뮬레이션 결과 파형을 도시한 도면이다. 구체적으로 도 8은 입력전압(Vin), 입력전류(Lin), 벅-부스트(Buck-Boost) 전력 변환단(209)의 제1 스위치(111)의 드레인-소스간 전압(VDS1)과 전류(IQ1), 제2 스위치(113)의 드레인-소스간 전압(VDS2)과 전류(IQ2) 및 제1 스위치(111)와 제2 스위치(113)의 시비율(S1, S2)의 파형이다.

상기의 파형에서 알 수 있듯이, 소정의 실시 예에 따른 커플드 벅-부스트 컨버터는 도 6의 램프 구동용 전원 공급 장치의 벅-부스터 컨버터와 동일하게 동작하는 것을 알 수 있다.

또한, 도 9의 시뮬레이션 수행결과, 1차측 권선(112) 및 2차측 권선(114)의 최적의 결합 비율은 1:1임을 알 수 있으며, 1:1에서 스위칭 특성과 입력 전압 및 전류 파형이 가장 안정적으로 나오게 되는 것을 알 수 있다.

이상에서 본 발명의 대표적인 실시 예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 램프 구동용 전원 공급 장치
105 : 정류 회로부
110 : 1단 전력 변환부
111, 113 : 제1, 2 스위치
112, 114 : 1차측 권선, 2차측 권선
130 : 2단 전력변환부
132 : 이그나이터 회로
140 : 변압기
145 : 램프
150 : 제어기

Claims

교류 입력 전압을 받아 정류 전압을 만드는 정류 회로부;
상기 정류 전압이 출력 전압보다 낮을 때 동작하는 부스트 모드 시 온 되는 제1 스위치와 상기 정류 전압이 출력전압보다 높을 때 동작하는 벅 모드 시 온 되는 제2 스위치 및 1차측 권선과 2차측 권선이 결합된 인덕터를 포함하며, 상기 부스트 모드 시 1차측 권선으로부터 유기되는 전압에 의해 동작하는 상기 2차측 권선에 의거하여 상기 정류 전압을 승압시키며, 상기 벅 모드 시 상기 인덕터를 이용하여 상기 정류 전압을 강압시키는 1단 전력 변환부; 및
상기 1단 전력 변환부에서 출력되는 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 램프를 구동시키는 2단 전력 변환부를 포함하는, 램프 구동용 전원 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 1단 전력 변환부에서 상기 제1 스위치는 상기 인덕터의 1차측 권선과 직렬 연결되고 상기 제2 스위치는 상기 1차측 권선과 병렬로 연결되며,
상기 2차측 권선은 상기 제2 스위치와 직렬로 연결되고, 상기 1차측 권선과 자기적으로 결합되며,
승압 또는 강압된 직류 전압을 상기 2단 전력단을 통해 상기 램프에 전력을 공급하는 램프 구동용 전원 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 인덕터는 상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선의 권선비가 1:1로 결합되는, 램프 구동용 전원 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 1차측 권선 및 2차측 권선은 상기 제1 및 제2 스위치의 스위칭 동작에 따라 불연속 전류 모드 또는 연속 전류 모드로 동작하는, 램프 구동용 전원 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 전원 공급 장치는
상기 1단 전력 변환부의 출력단과 결합되어 복수의 스위칭 소자가 대각선 방향의 스위치 소자들이 쌍을 이루어 교번적으로 동작하여 상기 1단 전력 변환부에서 출력되는 직류 전압을 교류 전압을 변환하는 풀 브리지 컨버터
상기 동작에 따라 상기 풀 브리지 컨버터에서 출력되는 교류 전압을 공급받으며, 상기 램프의 초기 구동을 위한 이그나이터 회로; 및
상기 이그나이터 회로와 연결되며 후단으로 상기 풀 브리지 컨버터의 출력 전압이 인가되는 1차측 코일과 상기 1차측 코일과 자기적으로 결합되며 상기 램프와 연결되는 2차측 코일로 구성되는 변압기를 포함하는, 램프 구동용 전원 공급 장치.
제5항에 있어서,
상기 이그나이터 회로는
상기 풀 브리지 컨버터의 교류 전압이 인가되는 양방향 다이오드; 및
상기 양방향 다이오드와 상기 1차측 코일 사이에 연결된 커패시터를 포함하며,
상기 양방향 다이오드가 턴온 될 때 상기 변압기의 1차측 코일과 상기 커패시터의 공진을 통해 생성된 에너지를 상기 2차측 코일을 통해 상기 램프에 전달하여 상기 램프를 초기 구동시키는, 램프 구동용 전원 공급 장치.
제5항에 있어서,
상기 변압기의 1차측 코일의 인덕턴스가 22μH∼25μH이며, 상기 2차측 코일의 인덕턴스가 215μH∼225μH인, 램프 구동용 전원 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 전원 공급 장치는
상기 1단 전력 변환부에서 출력되는 직류 전압과 상기 정류 회로부의 정류된 전압간의 비교를 통해 상기 제1 및 제2 스위치를 온 또는 오프 시키기 위한 제1 및 제2 스위칭 신호를 제공하는 제어기를 더 포함하는, 램프 구동용 전원 공급 장치.