KR20220140361A - A circuit for reducing flicker of converter for led lighting - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 LED 조명용 컨버터의 플리커 저감 회로로서, 보다 구체적으로는 트랜스포머 또는 인덕터에 아주 적은 권선을 감아 필터용 인덕터와 직결하여 출력측 캐패시터 사이에 삽입하는 것에 의해, 스위칭 동작시 입력 전압에 비례하는 역전압을 발생시켜 출력측의 평균 전압과 전류를 일정하게 유지시키는 LED 조명용 컨버터의 플리커 저감 회로에 관한 것이다.The present invention is a flicker reduction circuit of a converter for LED lighting, and more specifically, by winding a very small number of windings around a transformer or inductor, directly connecting it with an inductor for a filter, and inserting it between the output capacitor, a reverse voltage proportional to the input voltage during switching operation It relates to a flicker reduction circuit of a converter for LED lighting that generates an output-side average voltage and current constant.
일반적으로 LED 조명용 컨버터는 LED 점등을 위해 상용 교류 전원을 입력받아 점등에 필요한 정격 직류 전원으로 변환하여 LED 조명 기기에 공급하는 장치를 지칭한다. In general, a converter for LED lighting refers to a device that receives commercial AC power for LED lighting, converts it into rated DC power required for lighting, and supplies it to LED lighting devices.
교류 전원의 전압이나 전류는 정현파(사인파) 모양으로 변동하며, 전압과 전류의 정현파 위상이 반드시 일치하지는 않으므로, 전압 및 전류 간의 위상차이에 따라 유효 전력이 달라지게 되며, 유효 전력을 피상 전력으로 나눈 값을 역률로서 지칭할 수 있다. The voltage or current of an AC power source fluctuates in a sinusoidal (sine wave) shape, and since the sinusoidal phases of voltage and current do not necessarily coincide, the active power varies depending on the phase difference between the voltage and current, and the active power divided by the apparent power The value may be referred to as the power factor.
이와 같은 LED 조명용 컨버터에서 상용 전원의 역률을 높이기 위해 입력 전압과 전류의 위상을 일치시키면, 불가피하게 출력 측에 입력 전압과 전류에 비례하는 리플 전압이 발생하게 되고, 이는 LED 조명 기기에 플리커(빛의 깜박임) 현상을 발생시킬 수 있다. In such a converter for LED lighting, when the phases of the input voltage and current are matched to increase the power factor of commercial power, a ripple voltage proportional to the input voltage and current is inevitably generated on the output side, which causes flicker (light) in the LED lighting device. flickering) may occur.
플리커 현상을 저감시키기 위해 스위칭 정전류 회로를 추가하거나 정전류 소자를 출력 측에 사용하는 방식이 고려되고 있으나(한국등록특허 제10-1185534호 참조), 이는 추가적인 회로 도입으로 인한 비용 증가 문제와 불필요한 전력 소모에 기인하는 효율 저하의 문제를 가진다.In order to reduce the flicker phenomenon, a method of adding a switching constant current circuit or using a constant current device on the output side is being considered (refer to Korean Patent No. 10-1185534), but this increases the cost due to the introduction of an additional circuit and unnecessary power consumption. There is a problem of a decrease in efficiency due to the
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 별도의 스위칭 소자나 정전류 소자를 사용하지 않고 플리커를 저감시킴으로써, 추가적인 회로 도입으로 인한 비용 증가 문제와 불필요한 전력 소모에 기인하는 효율 저하 문제를 발생시키지 않는 LED 조명용 컨버터의 플리커 저감 회로의 필요성이 대두되고 있다.In order to solve this problem, by reducing flicker without using a separate switching element or constant current element, the flicker of the converter for LED lighting does not cause a problem of cost increase due to the introduction of an additional circuit and a problem of efficiency decrease due to unnecessary power consumption The need for an abatement circuit is emerging.
본 발명이 해결하려는 과제는, 컨버터에서 불가피하게 발생하는 플리커를 저감하면서도 전력 소실을 극소화하고 회로를 단순화화며, 다양한 종류의 LED 컨버터에 적용이 가능한 LED 조명용 컨버터의 플리커 저감 회로를 제공하는 데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a flicker reduction circuit for a converter for LED lighting that can be applied to various types of LED converters, which minimizes power dissipation and simplifies the circuit while reducing flicker that is inevitably generated in the converter.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 컨버터의 플리커 저감 회로는, LED 조명용 컨버터의 출력단에 연결되어 LED 조명의 플리커를 저감시키기 위한 LED 조명용 컨버터의 플리커 저감 회로로서, LED 조명용 컨버터의 출력 커패시터와 병렬로 연결되는 제 2 출력 커패시터, 제 1 인덕터, 및 제 1 인덕터에 직렬로 연결되며, 소정의 권선수를 가지는 보조 권선을 포함하는 보상 전압 발생 소자를 포함하고, 제 1 인덕터 및 보상 전압 발생 소자는 출력 커패시터 및 제 2 출력 커패시터 사이에 배치되는 것이다.The flicker reduction circuit of the converter for LED lighting according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is connected to the output terminal of the converter for LED lighting as a flicker reduction circuit of the converter for LED lighting for reducing the flicker of the LED lighting, for LED lighting A second output capacitor connected in parallel with the output capacitor of the converter, a first inductor, and a compensation voltage generating element connected in series with the first inductor and including an auxiliary winding having a predetermined number of turns, the first inductor and the compensation voltage generating element is disposed between the output capacitor and the second output capacitor.
본 발명에 따르면, 트랜스포머 또는 인덕터에 아주 적은 권선을 감아 필터용 인덕터와 직결하여 출력측 캐패시터 사이에 삽입하는 것에 의해 스위칭 동작시 입력 전압에 비례하는 역전압을 발생시켜 출력측의 평균 전압과 전류를 일정하게 유지시킬 수 있다. According to the present invention, a very small number of windings are wound around the transformer or inductor and directly connected to the filter inductor and inserted between the output capacitors to generate a reverse voltage proportional to the input voltage during the switching operation to keep the average voltage and current on the output side constant. can keep
따라서, 컨버터에서 불가피하게 발생하는 플리커 현상을 저감시키면서도 전력 손실을 극소화하고 회로를 단순화할 수 있으며, 다양한 유형의 LED 컨버터에 적용하는 것에 의해 적용 용도를 확대할 수 있다. Accordingly, it is possible to minimize power loss and simplify the circuit while reducing the flicker phenomenon that inevitably occurs in the converter, and the application can be expanded by applying it to various types of LED converters.
또한, 기존 회로의 큰 변경없이 최소한의 소자로 구성되어 효율을 저감시키지 않으면서도 간단하게 플리커 현상을 저감시킬 수 있으며, 사용 범위가 넓어 고품질이 요구되는 LED 조명 시장에서 유용하게 사용될 수 있다. In addition, it is composed of a minimum of elements without major changes to the existing circuit, so it is possible to simply reduce the flicker phenomenon without reducing efficiency, and it can be usefully used in the LED lighting market where high quality is required due to a wide range of use.
또한, 플리커를 줄여 인체에 대한 유해한 영향을 감소시킬 수 있고, UHD TV 용 고성능 휴대폰 동영상 촬영시에도 활용될 수 있다. In addition, it is possible to reduce the harmful effect on the human body by reducing flicker, and it can be utilized when shooting high-performance mobile phone video for UHD TV.
또한, 플리커를 줄이기 위해 다단으로 연결된 컨버터에 비해 단단형으로 구현할 수 있으므로 컨버터의 부품 소자를 간소화함으로써 전체적인 크기를 감소시킬 수 있고 효율은 증대시킬 수 있으며 제조 단가는 낮출 수 있다. 또한, 전체 부품 수를 감소시키는 것에 의해 고장 확률 역시 낮출 수 있는 장점이 있다.In addition, since it can be implemented in a single stage compared to a converter connected in multiple stages to reduce flicker, the overall size can be reduced by simplifying the components of the converter, efficiency can be increased, and manufacturing cost can be lowered. In addition, by reducing the total number of parts, there is an advantage that the failure probability can also be lowered.
도 1 은 종래 기술에 따른 LED 조명용 컨버터를 나타낸다.
도 2 는 역률 보상 회로 동작시의 입력 전압 및 전류를 나타낸다.
도 3 은 역률 보상 회로 동작시의 출력 전압을 나타낸다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 플리커 저감 회로가 역률 보상 회로에 적용된 형태를 예시한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 플리커 저감 회로의 상세도이다.
도 6 은 도 4 의 역률 보상 회로에 적용한 플리커 저감 회로의 출력 파형을 나타낸다.
도 7 은 예시적인 단단형 컨버터를 도시한다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 플리커 저감 회로가 단단형 컨버터에 적용된 형태를 예시한다.
도 9 는 도 8 의 단단형 컨버터에 적용한 플리커 저감 회로의 출력 파형을 나타낸다.1 shows a converter for LED lighting according to the prior art.
2 shows the input voltage and current when the power factor correction circuit operates.
3 shows an output voltage when the power factor correction circuit is operated.
4 illustrates a form in which a flicker reduction circuit according to an embodiment of the present invention is applied to a power factor correction circuit.
5 is a detailed view of a flicker reducing circuit according to an embodiment of the present invention.
6 shows an output waveform of a flicker reducing circuit applied to the power factor correction circuit of FIG. 4 .
7 shows an exemplary single stage converter.
8 illustrates a form in which a flicker reduction circuit according to an embodiment of the present invention is applied to a single-stage converter.
9 shows an output waveform of a flicker reducing circuit applied to the single-stage converter of FIG. 8 .
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.The present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person of the scope of the invention.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In this specification, the singular also includes the plural, unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" refers to the stated elements, steps, and acts do not exclude the presence or addition of one or more other elements, steps and acts.
종래 역률 보상 회로를 구비한 LED 조명용 컨버터Converter for LED lighting with conventional power factor correction circuit
앞서 살핀 바와 같이, 일반적으로 LED 조명용 컨버터는 LED 점등을 위해 상용 교류 전원을 입력 받아 점등에 필요한 정격 직류 전원으로 변환하여 LED 조명 기기에 공급하는 장치를 지칭한다. As mentioned above, a converter for LED lighting generally refers to a device that receives commercial AC power for LED lighting, converts it into rated DC power required for lighting, and supplies it to LED lighting equipment.
이와 같은 LED 조명용 컨버터에서 상용 전원의 역률을 높이기 위해 입력 전압과 전류의 위상을 일치시키면, 불가피하게 출력 측에 입력 전압과 전류에 비례하는 리플 전압이 발생하게 되고, 이는 LED 조명 기기에 플리커(빛의 깜박임) 현상을 발생시킬 수 있다. In such a converter for LED lighting, when the phases of the input voltage and current are matched to increase the power factor of commercial power, a ripple voltage proportional to the input voltage and current is inevitably generated on the output side, which causes flicker (light) in the LED lighting device. flickering) may occur.
도 1 은 종래 기술에 따른 LED 조명용 컨버터를 나타낸다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 종래의 일반적인 LED 조명용 컨버터는 역률을 개선하고 높은 전압을 얻기 위한 승압형 컨버터부와 LED 구동에 필요한 정전압/정전류 특성을 구현하기 위한 직류-직류 컨버터부의 2단으로 구성될 수 있다. 1 shows a converter for LED lighting according to the prior art. As shown in FIG. 1 , a conventional conventional converter for LED lighting consists of two stages: a step-up converter part for improving power factor and obtaining a high voltage, and a DC-DC converter part for implementing constant voltage/constant current characteristics required for driving the LED. can be
즉, LED 부하(20)에 공급하기 위한 정격 직류 전원을 생성하기 위한 LED 조명용 컨버터(10)는 상용 교류 전원을 직류로 변환하기 위한 정류부(11), 필터부(12) 및 역률 보상 회로(13)를 포함할 수 있다. 한편, 용량이 적은 컨버터의 경우에는 단단형의 플라이백 컨버터를 이용할 수도 있다. That is, the
이러한 컨버터는, 역률 문제를 해결하기 위해 역률 보상 회로(13)를 구비하여 입력 전압과 전류의 위상을 일치시키도록 구성될 수 있으며, 그에 따라 출력 측에 필연적으로 리플 전압이 발생하여 플리커 현상을 발생하게 된다. Such a converter may be configured to match the phases of the input voltage and the current by having the power
단단형의 경우 2단형에 비해 더욱 큰 플리커 현상이 발생할 수 있다. 이러한 플리커 현상은 인체에 유해하며, UHD TV 용 고성능 카메라와 휴대폰 영상 촬영 시에 큰 문제를 발생시킬 수 있다. In the case of the single-stage type, a larger flicker phenomenon may occur compared to the two-stage type. This flicker phenomenon is harmful to the human body and can cause a big problem when shooting high-performance cameras for UHD TVs and mobile phones.
이러한 플리커 현상을 저감시키기 위해 스위칭 정전류 회로를 추가하거나 정전류 소자를 출력 측에 사용하는 방식이 고려되고 있으나, 이는 추가적인 회로 도입으로 인한 비용 증가 문제와 불필요한 전력 소모에 기인하는 효율 저하의 문제를 가진다. In order to reduce the flicker phenomenon, a method of adding a switching constant current circuit or using a constant current device on the output side is being considered, but this has a problem of cost increase due to introduction of an additional circuit and a problem of efficiency decrease due to unnecessary power consumption.
도 1 을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 도 1 에 도시된 바와 같이 통상적인 LED 조명용 컨버터(10)는 LED 부하(20)에 정격 직류 전원을 공급하도록 구성될 수 있으며, 정류부(11), 필터부(12), 역률 보상 회로(13) 및 직류-직류 변환 회로(14)를 포함할 수 있다. More specifically described with reference to FIG. 1 , as shown in FIG. 1 , a typical converter for
정류부(11)는 상용 교류 전원의 교류를 직류로 변환하며, 필터부(12)는 크기 변화를 반복하도록 하여 교류 성분을 제거하도록 할 수 있다. 역률 보상 회로(13)는 전압과 전류의 위상 차이를 가능한 감소시키도록 하여 역률을 높일 수 있다. The rectifying
이와 관련하여, 도 2 는 역률 보상 회로 동작시의 입력 전압 및 전류를 나타낸다. 보다 구체적으로, 스위치(SW)의 온(ON) 시간을 동일하게 유지하면 입력 전압의 크기에 비례하는 스위칭 전류가 흐르고 평균 전류는 입력 전압과 동일한 위상을 얻을 수 있다. In this regard, Fig. 2 shows the input voltage and current during the operation of the power factor correction circuit. More specifically, if the ON time of the switch SW is kept the same, a switching current proportional to the magnitude of the input voltage flows, and the average current may obtain the same phase as the input voltage.
도 3 은 역률 보상 회로 동작시의 출력 전압을 나타낸다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 역률 보상 회로(13)의 출력 전압 Vo 와 관련하여, 역률 보상 회로(13)의 전류 변화가 리플 전압으로 나타난다. 3 shows an output voltage when the power factor correction circuit is operated. As shown in FIG. 3 , in relation to the output voltage Vo of the power
이러한 리플 전압은 직류-직류 변환 회로(14)를 통해 LED 부하(20)에 가해지도록 구성될 수 있다. 이를 통해 리플 전압을 다소 감소시킬 수는 있지만 이를 완전히 제거하는 것은 불가능하다. This ripple voltage may be configured to be applied to the
한편, 출력 커패시터(Co)의 용량을 크게 키울 경우 리플은 줄어들 수 있으나 과도한 용량의 커패시터가 사용되야 하고, 전원의 On-Off 에 대한 응답이 늦어지게 되는 문제가 있다. On the other hand, when the capacity of the output capacitor (Co) is greatly increased, the ripple may be reduced, but there is a problem in that an excessive capacity capacitor must be used, and the response to the on-off of the power is delayed.
결과적으로, 스위칭형 컨버터에서는 역률 문제로 플리커 현상을 완전히 제거하는 것은 실질적으로 불가능하며, 가능한 플리커 현상을 크게 줄이는 것에 의해 문제를 최소화하는 것이 최선의 방안이 될 수 있다. As a result, it is practically impossible to completely eliminate the flicker phenomenon due to the power factor problem in the switched converter, and it may be the best way to minimize the problem by significantly reducing the possible flicker phenomenon.
다단형(2단형) 컨버터에 적용된 플리커 저감 회로 Flicker reduction circuit applied to multi-stage (two-stage) converter
본 발명의 일 실시예에 따른 플리커 저감 회로는 전술한 문제점을 해결하기 위한 플리커 저감 회로에 관한 것이다.A flicker reducing circuit according to an embodiment of the present invention relates to a flicker reducing circuit for solving the above-described problems.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 별도의 스위칭 소자나 정전류 소자를 사용하지 않고, 스위칭 트랜스포머(또는 인덕터)에 아주 적은 권선을 감아 필터용 인덕터와 직결하여 출력측 커패시터 사이에 삽입함으로써, 스위칭 동작 시 입력 전압에 비례하는 역전압을 발생시켜 출력 측의 평균 전압과 전류를 일정하게 유지시킬 수 있다. 따라서, 전력 손실을 거의 발생시키지 않으면서도 플리커 현상을 저감시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, without using a separate switching element or constant current element, a very small number of windings are wound around the switching transformer (or inductor) and directly connected to the filter inductor and inserted between the output capacitors. By generating a reverse voltage proportional to the voltage, the average voltage and current of the output side can be kept constant. Accordingly, it is possible to reduce the flicker phenomenon while hardly generating power loss.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 플리커 저감 회로(400)는, LED 조명용 컨버터의 출력단에 결합되어 LED 부하(조명)의 플리커를 저감시키기 위한 회로일 수 있다.More specifically, the
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 플리커 저감 회로(400)는, 정류부(401), 필터부(402) 및 역률 보상 회로(403)를 구비하는 다단형 컨버터에 적용될 수 있다.That is, the
예를 들어, 역률 보상용 승압회로에 플리커 저감 회로를 추가하는 것에 의해 구현될 수 있다.For example, it may be implemented by adding a flicker reducing circuit to the boosting circuit for power factor correction.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 플리커 저감 회로(400)는, 제 1 인덕터(410), 보상 전압 발생 소자(420), 제 2 출력 커패시터(430) 및 RC 스너버 회로(440)를 포함할 수 있다.To this end, the
제 1 인덕터(410)는 필터용 인덕터일 수 있으며, 이러한 필터용 인덕터는 직류성분은 통과시키고 변동이 큰 교류성분은 억제하여 평균전류를 일정하게 유지시킬 수 있다.The
보상 전압 발생 소자(420)는 컨버터의 스위칭 동작에 따라 컨버터의 입력 전압에 비례하는 역전압을 발생시켜 플리커 저감 회로의 출력 전압 및 출력 전류의 변동을 미리 결정한 임계값 이하로 유지시키도록 하는 소자이다.The
보상 전압 발생 소자(420)는 스위칭 인덕터(Lm) 또는 스위칭 트랜스포머 중 어느 하나에 삽입될 수 있다. 도 5 에서는 보상 전압 발생 소자(420)가 스위칭 인덕터(Lm)에 추가된 형태가 예시된다.The compensation
이러한 보상 전압 발생 소자(420)는 필터용 인덕터(Lo)에 직렬로 연결되며, 소정의 권선수가 권취된 보조 권선을 포함할 수 있다.The compensation
보조 권선의 권취 회수는, 컨버터의 출력 전압 및 리플 전압의 크기에 따라 결정될 수 있다. 도 5 에서, 스위칭 인덕터(Lm)에 삽입된 보조 권선은 출력 전압의 크기와 리플 전압의 크기에 따라 권선수가 조정될 수 있다.The number of turns of the auxiliary winding may be determined according to the magnitude of the output voltage and the ripple voltage of the converter. In FIG. 5 , the number of windings of the auxiliary winding inserted into the switching inductor Lm may be adjusted according to the magnitude of the output voltage and the magnitude of the ripple voltage.
여기서, 보조 권선의 소정의 권선수는 0.5 내지 2턴(Turn) 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Here, the predetermined number of turns of the auxiliary winding may be 0.5 to 2 turns (Turn) or less, but is not limited thereto.
제 2 출력 커패시터(430)는 LED 조명용 컨버터의 출력 커패시터(4031)와 병렬로 연결되는 커패시터이다.The
전술한 바와 같이, 필터용 인덕터(Lo)와 보상 전압 발생 소자(420)는 직렬로 연결되며, 직렬로 연결된 필터용 인덕터(Lo)와 보상 전압 발생 소자(420)는 출력 커패시터(4031) 및 제 2 출력 커패시터(430) 사이에 배치될 수 있다.As described above, the filter inductor (Lo) and the compensation
한편, 출력 커패시터(4031)는 제 2 출력 커패시터(430)에 비해 2배 이상의 용량을 가지도록 구성될 수 있다.Meanwhile, the
RC 스너버 회로(440)는 보상 전압 발생 소자(420)로부터 필터용 인덕터(Lo)에 미리 결정된 임계값 이상의 전압이 유기되는 것을 방지하는 회로이다. The
보다 구체적으로, 보조 권선의 전압이 스위칭 소자의 온-오프(On-Off)에 따라 부전압과 정전압으로 반복적으로 변동하게 되므로, 필터용 인덕터(Lo)에 고전압이 유기될 수 있다. 이러한 점을 고려하여 보조 권선에 병렬로 연결된 RC 스너버 회로(440)가 이를 완화시키도록 구성될 수 있다.More specifically, since the voltage of the auxiliary winding is repeatedly changed to a negative voltage and a positive voltage according to the on-off of the switching element, a high voltage may be induced in the filter inductor Lo. In consideration of this point, the
이러한 RC 스너버 회로(440)는 보상 전압 발생 소자(420)에 병렬로 연결될 수 있고, 직렬로 연결된 저항(441) 및 콘덴서(443)를 포함할 수 있다. The
전술한 구성 하에서, 도 4 내지 6 을 참조하여, 플리커 저감 회로의 작용을 살펴본다.Under the configuration described above, the operation of the flicker reducing circuit will be described with reference to FIGS. 4 to 6 .
도 6 은 도 4 의 역률 보상 회로에 적용한 플리커 저감 회로의 출력 파형을 나타낸다. 이와 관련하여, 도 4 를 참조하면, 스위치 소자(SW)가 온(ON) 되면, 스위칭 인덕터(Lm)에는 전류 Ilm 이 흐르고 전압은 Vin 과 동일한 Vlm 이 인가된다.6 shows an output waveform of a flicker reducing circuit applied to the power factor correction circuit of FIG. 4 . In this regard, referring to FIG. 4 , when the switch element SW is turned on, a current Ilm flows in the switching inductor Lm and a voltage Vlm equal to Vin is applied.
따라서, 결합 인덕터로 구성된 보조 권선(420)에는 Vlm/N 의 전압이 인가된다. 여기서, N 은 스위칭 인덕터(Lm)와 보조 권선(420) 간의 권선비를 나타낼 수 있다. 입력 전압 Vin 이 높으면 Vlm 도 높아지고, 보조 권선의 Vlm/N 도 출력측에 역전압으로 높아지게 된다. 도 6 에서 Vs 의 역방향으로 Vco1 의 하부에 도시되는 부분에 해당할 수 있다. Accordingly, a voltage of Vlm/N is applied to the auxiliary winding 420 composed of a coupling inductor. Here, N may represent a turns ratio between the switching inductor Lm and the auxiliary winding 420 . When the input voltage Vin is high, Vlm is also high, and Vlm/N of the auxiliary winding also becomes high in reverse voltage on the output side. It may correspond to a portion shown below Vco1 in a direction opposite to Vs in FIG. 6 .
스위치 소자(SW)가 오프(Off) 되면, 스위칭 인덕터(Lm)의 자화 에너지에 의해 다이오드를 통해 Co1 으로 전류가 흐르고, 이 때 Vin + Vlm = Vco1 의 관계가 성립한다. 커패시터 Co1 의 용량이 매우 크므로 Vco1 의 전압 변동이 적어, 입력 전압 Vin 이 낮으면 Vlm 이 높고 Vin 이 높으면 Vlm 이 낮아진다. 보조 권선의 전압은 Vlm/N 으로 출력측에 순방향 전압이다. 도 6 에서 Vs 의 순방향으로 Vco1 의 상부에 도시되는 부분에 해당할 수 있다. When the switch element SW is turned off, a current flows to Co1 through the diode by the magnetization energy of the switching inductor Lm, and at this time, the relationship of Vin + Vlm = Vco1 is established. Since the capacitance of the capacitor Co1 is very large, the voltage fluctuation of Vco1 is small. When the input voltage Vin is low, Vlm is high, and when Vin is high, Vlm is low. The voltage on the auxiliary winding is Vlm/N, which is the forward voltage on the output side. It may correspond to a portion shown above Vco1 in the forward direction of Vs in FIG. 6 .
스위치 소자가 일정 주기 동안 온-오프를 반복할 때의 각 전압의 파형은 도 6 에 도시된 바와 같이 Vco1 가 예를 들어 120 Hz 의 주파수를 가지는 리플을 포함하는 전압일 수 있고, 필터용 인덕터(Lo)와 보조 권선 사이의 전압 Vs 는 Vco1 의 리플 전압이 높으면 역전압으로 높아지고, Vco1 이 낮으면 순방향으로 높아져서 용량이 큰 필터용 인덕터(Lo)의 평활 기능에 의해 출력 전압 Vo 는 리플이 거의 없는 평탄한 전압으로 나타날 수 있다. The waveform of each voltage when the switch element repeats on-off for a certain period may be a voltage in which Vco1 includes a ripple having a frequency of, for example, 120 Hz, as shown in FIG. 6, and an inductor for a filter ( Lo) and the auxiliary winding, the voltage Vs increases as a reverse voltage when the ripple voltage of Vco1 is high, and increases in the forward direction when Vco1 is low. It can appear as a flat voltage.
환언하면, 보상 전압 발생 소자(420)는, 컨버터의 스위칭 동작에 따라 컨버터의 입력 전압에 비례하는 역전압을 발생시켜 플리커 저감 회로의 출력 전압 및 출력 전류의 변동을 미리 결정한 임계값 이하로 유지시키도록 구성될 수 있다.In other words, the compensation
이와 같은 원리는 다양한 방식의 스위칭형 컨버터에 용이하게 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 플리커 저감 회로는, 전술한 바와 같이, 역률 보상 회로 및 직류-직류 컨버터로 구성되는 2단형 컨버터에 적용될 뿐만 아니라, 단단형으로 동작하는 절연형 플라이백 컨버터에도 적용될 수 있다.Such a principle can be easily applied to various types of switching-type converters. The flicker reduction circuit according to the present invention, as described above, the power factor correction circuit and the DC-can be applied not only to the two-stage converter consisting of the DC converter, but also to the insulated flyback converter operating in a single stage.
이하, 본 발명에 따른 플리커 저감 회로가 단단형으로 동작하는 절연형 플라이백 컨버터에도 적용된 경우를 살펴본다.Hereinafter, a case in which the flicker reduction circuit according to the present invention is applied to an insulated flyback converter operating in a single stage will be described.
단단형 컨버터에 적용된 플리커 저감 회로Flicker reduction circuit applied to single stage converter
도 7 은 예시적인 단단형 컨버터를 도시하며, 도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 플리커 저감 회로가 단단형 컨버터에 적용된 형태를 예시한다. 이하, 도 7 내지 도 8 을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플리커 저감 회로에 대해서 보다 구체적으로 설명한다. 7 shows an exemplary single-stage converter, and FIG. 8 illustrates a form in which a flicker reducing circuit according to an embodiment of the present invention is applied to a single-stage converter. Hereinafter, a flicker reducing circuit according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 7 to 8 .
도 8 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플리커 저감 회로(800)는 도 7 에 도시된 바와 같은 단단형 컨버터(플라이백) 회로에 적용될 수 있다. 예를 들어, 단단형 컨버터(플라이백) 회로에 플리커 저감 회로를 추가하는 것에 의해 구현될 수 있다. As shown in FIG. 8 , the
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 플리커 저감 회로(800)는, LED 조명용 컨버터의 출력단에 결합되어 LED 부하(조명)의 플리커를 저감시키기 위한 회로일 수 있다. More specifically, the
전술한 다단형 컨버터에 적용된 플리커 저감 회로와 마찬가지로, 컨버터의 출력 커패시터(Co1)와 병렬로 연결되는 제 2 출력 커패시터(Co2), 제 1 인덕터 및 제 1 인덕터에 직렬로 연결되고, 미리 결정된 회수로 보조 권선이 권취된 보상 전압 발생 소자를 포함할 수 있다. Similar to the flicker reduction circuit applied to the above-described multi-stage converter, the second output capacitor (Co2) connected in parallel with the output capacitor (Co1) of the converter, the first inductor and the first inductor are connected in series to a predetermined number of times. The auxiliary winding may include a wound compensation voltage generating element.
여기서, 제 1 인덕터(Lo) 및 보상 전압 발생 소자는 출력 커패시터(Co1) 및 제 2 출력 커패시터(Co2) 사이에 배치될 수 있다. Here, the first inductor Lo and the compensation voltage generating element may be disposed between the output capacitor Co1 and the second output capacitor Co2.
한편, 보상 전압 발생 소자는, 스위칭 인덕터 또는 스위칭 트랜스포머 중 어느 하나에 삽입된 보조 권선일 수 있다. 도 8 에서는 스위칭 트랜스포머에 보상 전압 발생 소자가 사용된 형태가 예시된다. 또한, 일 형태에 따르면, 제 1 인덕터는, 필터용 인덕터(Lo)일 수 있다. Meanwhile, the compensation voltage generating element may be an auxiliary winding inserted into any one of a switching inductor or a switching transformer. In FIG. 8 , a form in which a compensation voltage generating element is used in a switching transformer is exemplified. Also, according to one aspect, the first inductor may be an inductor Lo for a filter.
즉, 본 발명의 일 형태에 따르면, 스위칭 트랜스포머에는 예를 들어 0.5 내지 2 Turn 사이의 적은 권수의 보조 권선을 추가하고, 이를 필터용 인덕터(Lo)와 직결하여, 출력 커패시터(Co1) 및 제 2 출력 커패시터(Co2) 사이에 보상 전압 발생 소자 및 필터용 인덕터(Lo)를 삽입될 수 있다. That is, according to one aspect of the present invention, an auxiliary winding with a small number of turns, for example between 0.5 and 2 Turn, is added to the switching transformer, and this is directly connected to the inductor Lo for a filter, the output capacitor Co1 and the second A compensation voltage generating element and an inductor Lo for a filter may be inserted between the output capacitor Co2.
여기서, 스위칭 트랜스포머에 권취되는 보조 권선의 권취 회수는, 컨버터의 출력 전압 및 리플 전압의 크기에 따라 결정될 수 있다. 도 8 에서, 스위칭 트랜스포머에 적용된 보조 권선은 출력 전압의 크기와 리플 전압의 크기에 따라 권선수가 조정될 수 있다. 한편, 출력 커패시터(Co1)는, 제 2 출력 커패시터(Co2)에 비해 2 배 이상의 용량을 가지도록 구성될 수 있다. Here, the number of windings of the auxiliary winding wound around the switching transformer may be determined according to the magnitudes of the output voltage and the ripple voltage of the converter. In FIG. 8 , the number of turns of the auxiliary winding applied to the switching transformer may be adjusted according to the magnitude of the output voltage and the magnitude of the ripple voltage. Meanwhile, the output capacitor Co1 may be configured to have twice the capacity of the second output capacitor Co2 or more.
도 9 는 도 8 의 단단형 컨버터에 적용한 플리커 저감 회로의 출력 파형을 나타낸다. 9 shows an output waveform of a flicker reducing circuit applied to the single-stage converter of FIG. 8 .
이와 관련하여, 스위치 소자(SW)가 온(ON) 되면, 스위칭 트랜스포머 1차측에 전류 Ilm 이 흐르고 전압은 Vin 과 동일한 Vlm 이 인가된다. 따라서 보조 권선에는 Vlm/N 의 전압이 인가된다. 여기서, N 은 스위칭 트랜스포머 1차측과 보조 권선 간의 권선비를 나타낼 수 있다. 입력 전압 Vin 이 높으면 Vlm 도 높아지고, 보조 권선의 Vlm/N 도 출력측에 역전압으로 높아지게 된다. 도 9 에서 Vs 의 역방향으로 Vco1 의 하부에 도시되는 부분에 해당할 수 있다. In this regard, when the switch element SW is turned on, a current Ilm flows to the primary side of the switching transformer and a voltage Vlm equal to Vin is applied. Therefore, a voltage of Vlm/N is applied to the auxiliary winding. Here, N may represent a turns ratio between the primary side of the switching transformer and the auxiliary winding. When the input voltage Vin is high, Vlm is also high, and Vlm/N of the auxiliary winding also becomes high in reverse voltage on the output side. It may correspond to a portion shown below Vco1 in the reverse direction of Vs in FIG. 9 .
스위치 소자(SW)가 오프(Off) 되면, 스위칭 트랜스포머의 자화 에너지에 의해 다이오드를 통해 Co1 으로 전류가 흐르고, 일대일 권선비의 트랜스포머인 경우 - Vlm = Vco1 의 관계가 성립한다. 커패시터 Co1 의 용량이 매우 크므로 Vco1 의 전압 변동이 적어 입력 전압 Vin 에 관계없이 Vlm 이 Vco1 과 동일하게 유지된다. 보조 권선의 전압은 Vlm/N 으로 출력측에 순방향 전압이다. 도 9 에서 Vs 의 순방향으로 Vco1 의 상부에 도시되는 부분에 해당할 수 있다. When the switch element SW is turned off, a current flows to Co1 through the diode by the magnetization energy of the switching transformer, and in the case of a one-to-one turns ratio transformer - Vlm = Vco1 is established. Since the capacitance of the capacitor Co1 is very large, the voltage fluctuation of Vco1 is small, so Vlm is maintained the same as Vco1 regardless of the input voltage Vin. The voltage on the auxiliary winding is Vlm/N, which is the forward voltage on the output side. It may correspond to a portion shown above Vco1 in the forward direction of Vs in FIG. 9 .
스위치 소자가 일정 주기 동안 온-오프를 반복할 때의 각 전압의 파형은 도 9 에 도시된 바와 같이 Vco1 가 리플을 포함하는 전압일 수 있고, 필터용 인덕터(Lo)와 보조 권선 사이의 전압 Vs 는 Vco1 의 리플 전압이 높으면 역전압으로 높아지고 Vco1 이 낮으면 순방향으로 높아져서 용량이 큰 필터용 인덕터(Lo)의 평활 기능에 의해 출력 전압 Vo 는 리플이 거의 없는 평탄한 전압으로 나타날 수 있다. As shown in FIG. 9, the waveform of each voltage when the switch element repeats on-off for a certain period may be a voltage in which Vco1 includes a ripple, and the voltage Vs between the filter inductor (Lo) and the auxiliary winding When the ripple voltage of Vco1 is high, it becomes a reverse voltage, and when Vco1 is low, it increases in the forward direction.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 플리커 저감 회로(800)는, 도 8 에 도시된 바와 같이, 보상 전압 발생 소자에 병렬로 연결되는 RC 스너버 회로를 더 포함할 수 있다. RC 스너버 회로는 직렬로 연결된 저항 R 및 콘덴서 C 를 포함할 수 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 8 , the
여기서, RC 스너버 회로는, 보상 전압 발생 소자로부터 제 1 인덕터에 미리 결정된 임계값 이상의 전압이 유기되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 스위칭 주기에 따라 보조 권선의 전압이 부전압에서 정전압으로 변동되므로 필터용 인덕터(Lo)에 고전압이 유기될 수 있으므로 보조 권선에 병렬로 연결된 RC 스너버 회로가 이를 완화시키도록 구성될 수 있다.Here, the RC snubber circuit may be configured to prevent a voltage higher than a predetermined threshold value from being induced in the first inductor from the compensation voltage generating element. More specifically, since the voltage of the auxiliary winding varies from a negative voltage to a positive voltage according to the switching period, a high voltage may be induced in the filter inductor (Lo). can
이상, 설명의 편의를 위해 본 발명의 일 측면에 따른 플리커 저감 회로가 역률 보상 회로를 구비하는 다단형 컨버터 또는 단단형 컨버터에 적용되는 형태를 예시적으로 설명하였다.In the above, for convenience of description, a form in which the flicker reducing circuit according to an aspect of the present invention is applied to a multi-stage converter or a single-stage converter having a power factor correction circuit has been exemplarily described.
그러나, 본 발명에 따른 플리커 저감 회로는, 비절연의 승압형, 강압형, 승강압형 컨버터 중 적어도 하나에 결합되어 동작할 수 있다. 또한 이외에도 다양한 스위칭 방식의 모든 LED 조명용 컨버터에 적용될 수 있다.However, the flicker reduction circuit according to the present invention may operate by being coupled to at least one of a non-insulated step-up type, step-down type, and step-up type converter. In addition, it can be applied to all LED lighting converters of various switching methods.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can realize that the present invention can be embodied in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. you will be able to understand Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
10: LED 조명용 컨버터
11, 401: 정류부
12, 402: 필터부
13, 403: 역률 보상 회로
14: 직류-직류 변환 회로
20: LED 부하
400, 800: 플리커 저감 회로
410: 제 1 인덕터
420: 보상 전압 발생 소자
430: 제 2 출력 커패시터
440: RC 스너버 회로
441: 저항
443: 콘덴서
4031: 출력 커패시터10: converter for
12, 402:
14: DC-DC conversion circuit 20: LED load
400, 800: flicker reducing circuit 410: first inductor
420: compensation voltage generating element 430: second output capacitor
440: RC snubber circuit 441: resistance
443: capacitor 4031: output capacitor
Claims (9)
상기 LED 조명용 컨버터의 출력 커패시터와 병렬로 연결되는 제 2 출력 커패시터;
제 1 인덕터; 및
상기 제 1 인덕터에 직렬로 연결되며, 소정의 권선수를 가지는 보조 권선을 포함하는 보상 전압 발생 소자를 포함하고,
상기 제 1 인덕터 및 상기 보상 전압 발생 소자는 상기 출력 커패시터 및 상기 제 2 출력 커패시터 사이에 배치되는 것인 LED 조명용 컨버터의 플리커 저감 회로.A flicker reduction circuit of a converter for LED lighting for reducing flicker of LED lighting by being connected to an output terminal of a converter for LED lighting,
a second output capacitor connected in parallel with the output capacitor of the converter for LED lighting;
a first inductor; and
and a compensation voltage generating element connected in series to the first inductor and including an auxiliary winding having a predetermined number of turns,
The first inductor and the compensation voltage generating element is a flicker reduction circuit of a converter for LED lighting that is disposed between the output capacitor and the second output capacitor.
상기 제 1 인덕터는,
필터용 인덕터인 것인 LED 조명용 컨버터의 플리커 저감 회로.The method of claim 1,
The first inductor is
A flicker reduction circuit of a converter for LED lighting that is an inductor for a filter.
상기 권선수는,
상기 LED 조명용 컨버터의 출력 전압 및 리플 전압의 크기에 따라 결정되는 것인 LED 조명용 컨버터의 플리커 저감 회로.The method of claim 1,
The number of windings is
The flicker reduction circuit of the converter for LED lighting is determined according to the magnitude of the output voltage and ripple voltage of the converter for LED lighting.
상기 출력 커패시터는,
상기 제 2 출력 커패시터에 비해 2배 이상의 용량을 가지는 것인, LED 조명용 컨버터의 플리커 저감 회로.The method of claim 1,
The output capacitor is
The flicker reduction circuit of the converter for LED lighting, which will have more than twice the capacity compared to the second output capacitor.
상기 보상 전압 발생 소자에 병렬로 연결되는 RC 스너버 회로를 더 포함하고,
상기 RC 스너버 회로는, 상기 보상 전압 발생 소자로부터 상기 제 1 인덕터에 임계값 이상의 전압이 유기되는 것을 방지하도록 구성되는 것인 LED 조명용 컨버터의 플리커 저감 회로.The method of claim 1,
Further comprising an RC snubber circuit connected in parallel to the compensation voltage generating element,
The RC snubber circuit is a flicker reduction circuit of a converter for LED lighting that is configured to prevent a voltage higher than a threshold value from being induced in the first inductor from the compensation voltage generating element.
상기 보상 전압 발생 소자는,
상기 LED 조명용 컨버터의 스위칭 동작에 따라 상기 LED 조명용 컨버터의 입력 전압에 비례하는 역전압을 발생시킴으로써, 출력측의 평균전압 및 평균전류를 일정하게 유지시키는 것인 LED 조명용 컨버터의 플리커 저감 회로.The method of claim 1,
The compensation voltage generating element is
By generating a reverse voltage proportional to the input voltage of the converter for LED lighting in accordance with the switching operation of the converter for LED lighting, the flicker reduction circuit of the converter for LED lighting is to keep the average voltage and average current on the output side constant.
상기 LED 조명용 컨버터는, 역률 보상 회로 및 직류-직류 변환 회로를 포함하는 2단형 컨버터이고,
상기 보조 권선은 스위칭 인덕터에 추가되는 것인 LED 조명용 컨버터의 플리커 저감 회로.The method of claim 1,
The converter for LED lighting is a two-stage converter including a power factor correction circuit and a DC-DC conversion circuit,
The auxiliary winding is added to the switching inductor, the flicker reduction circuit of the converter for LED lighting.
상기 LED 조명용 컨버터는 단단형 컨버터이고,
상기 보조 권선은 스위칭 트랜스포머에 추가되는 것인 LED 조명용 컨버터의 플리커 저감 회로.The method of claim 1,
The converter for LED lighting is a single-stage converter,
The auxiliary winding is added to the switching transformer, the flicker reduction circuit of the converter for LED lighting.
상기 LED 조명용 컨버터는,
비절연의 승압형, 강압형, 승강압형 컨버터 중 어느 하나인 것인 LED 조명용 컨버터의 플리커 저감 회로.The method of claim 1,
The converter for LED lighting,
A flicker reduction circuit of a converter for LED lighting that is any one of a non-insulated step-up type, step-down type, and step-up type converter.
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---|---|---|---|
KR1020210046771A KR20220140361A (en) | 2021-04-09 | 2021-04-09 | A circuit for reducing flicker of converter for led lighting |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102525520B1 (en) | 2023-01-26 | 2023-04-25 | 엘이디라이팅 주식회사 | Blinking-free and flicker-free ac direct-coupled type lighting device including boost converter |
-
2021
- 2021-04-09 KR KR1020210046771A patent/KR20220140361A/en not_active Application Discontinuation
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