Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2010.06a
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pp.166-166
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2010
향후 LED 기술의 지속적인 발전을 통하여 LED 조명제품의 효율이 향상될 것이 기대되므로 LED 조명 제품화에 대한 많은 연구가 수행되고 있다. LED를 조명용으로 사용하기 위해서는 구동회로, 광학설계, 방열설계 등을 포함한 조명시스템의 구성이 필요하다. 이 중 구동회로는 사용용도와 LED 구동특성 등에 따라 구동회로를 구성하여야 하며 이러한 구동회로 기술에는 벅, 부스트, 벅-부스트 컨버터 방식이 있다. 본 논문에서는 정전류 구동회로를 사용함에 있어 부스트 방식을 사용한 컨버터를 통해 7EA의 LED를 구동하고자 설계하였다. 이때 구동전류는 500 [mA]로 설정하였으며 이에 따라 입력전압에 대한 전기적 특성을 측정한 결과 7 [V]이상일 때부터 전류특성이 안정화 되는 특성을 확인할 수 있었다.
본 논문은 역률과 고조파 규제를 만족하는 새로운 형태의 수동형 LED 구동회로를 제시한다. 제안된 수동형 LED 구동회로는 능동형(SMPS 방식) LED 구동회로에 비하여 초장수명과 고효율 특성을 가진다. 특히 능동형 LED 구동회로 내부의 능동소자(스윗칭 소자)로 인한 짧은 수명 및 효율 감소를 수동소자만을 사용하여 효과적으로 해결하여, 역률은 0.98, 입력전류의 총 고조파 왜율은 16%, LED 드라이버의 효율은 95% 이상임을 확인하였다. 본 논문에서는 제안된 수동형 LED 구동회로의 설계 과정을 소개하며, 이론과 실험을 통해 그 우수성을 입증하였다.
단일 서스테인 구동회로서 패널을 수평으로 이등 분할하고 직렬 연결하여 구동회로의 전류 스트레스를 저감하는 새로운 단일 에너지 회수 서스테인 구동회로를 제안한다. 기존의 단일 서스테인 구동회로는 +Vs 및 -Vs의 양극성 전원을 사용함에 따라 기존 구동회로에 비해 전류 스트레스는 그대로이면서 스위치 전압 스트레스가 두 배가 되어 회로 손실 및 발열이 높은 단점을 가지고 있다. 이를 개선하기 위해 제안하는 패널 분할 직렬 연결 단일 에너지 회수 서스테인 구동회로는 패널을 수평으로 이등 분할하고 하프 브리지 인버터를 각각 연결하여 구동 회로의 가스 방전 전류 및 패널 캐패시터의 변위 전류를 기존의 절반으로 줄여 스위치들의 전류 스트레스를 저감하게 된다. 또한 에너지 회수 회로는 능동소자로서 단 하나의 스위치와 단하나의 다이오드만을 사용하므로 그 구조가 단순하여 원가를 절감할 수 한다.
본 논문에서는 저전압 구동 인버터의 게이트 구동회로 설계 시, 밀러 캡 영향이 야기할 수 있는 암 단락 현상 방지를 위한 양전원 방식의 게이트 구동회로 설계를 제안한다. 제안하는 회로는 부트스트랩 방식의 0~15[V] 의 전원을 사용하고, 커패시터와 다이오드를 통하여 마이너스 전압을 생성하며 이를 통해 양전원으로 게이트를 구동한다. 이는 단 전원 방식에 비하여 밀러 캡의 영향을 줄일수 있고 이를 통해 스위칭 시 소자의 스트레스를 감소시키며 또한 암단락을 방지한다. 제안하는 회로를 시뮬레이션과 실험을 통해 검증하였다.
본 논문에서는 스위칭 타입의 AC LED 구동회로를 제안한다. 제안한 회로는 inverted buck 토폴로지를 기반으로 LED string이 직렬로 연결된 구조를 가진다. 제안한 구동회로는 복수개의 bypass 스위치를 통해 입력 전압 레벨에 따라 LED 전압을 조절해가며 인덕터에 유기되는 전압을 조절함으로써 전류 리플 및 스위칭 주파수를 줄이도록 하였다. 이는 기존 선형 타입의 구동회로에 비해 효율을 향상시키면서 넓은 전압 영역에서 동작시킬 수 있다는 특징이 있다. 기본 구조와 동작원리를 제시하고, $110V_{rms}$ 입력의 LED 구동회로 설계와 모의실험을 통해 타당성을 검증한다.
커패시터 소자와 브릿지 다이오드만을 사용한 교류전원 LED 구동회로를 분석하여, 초저손실 고효율 특성과 더불어 입력전류의 고조파 및 역률특성이 양호해지는 동작점을 찾아내었다. 커패시터 소자는 교류전원에 직렬로 연결되어 전력손실 없이 LED 전류를 제한하는 역할을 하게 되며, 브릿지 다이오드 정류회로는 LED 어레이를 교류전원의 2배 주파수로 구동시키게 한다. 분석결과, 제안된 LED 구동회로는 LED 어레이의 전압강하가 입력 교류전압 최대치의 절반이 될 때 역률특성과 효율이 최고가 되며, 동작온도 변화에 따른 LED 어레이 전압 변동에 대해 출력이 변하지 않는 특징을 갖는다. 이러한 LED 구동회로는 스윗칭 레귤레이터나 IC 등이 없이 단순 수동소자만을 사용함으로써 제품원가 최소화와 효율향상을 동시에 달성할 수 있으며, 실험을 통해 특성이 확인되었다.
유도무기체계를 위한 구동장치는 크게 유도탄 조종용 구동장치와 유도무기 발사대 터렛 구동장치로 나눌수 있다. 유도탄 구동장치는 1회용이지만 높은 출력/무게비가 요구되고, 발사대 구동장치는 대부하라는 점에서 기술적 특성이 구별된다. 유도무기 구동장치로는 유압, 공압, 전기모타 구동장치가 쓰일수 있으나 종래에는 작은 동력이 요구되는 전술용 유도무기의 구동장치를 제외하고는 많은 경우에 출력대 무게 비가 높은 유압구동장치가 사용되어왔다
본 논문에서는 저 전압 스트레스 및 다채널 전류평형을 위한 Floating 전압 스택형 단일스위치 LED(Light Emitting Diode) 구동회로를 제안한다. 기존의 다채널 LED 구동회로는 LED 채널 수 만큼 boost converter가 필요하지만, 제안된 LED 구동회로는 단 하나의 buck converter와 n-1개의 balancing capacitor만을 필요로 한다. 기존 boost converter의 경우 모든 구성 요소는 LED 전압만큼의 높은 전압 스트레스를 갖지만 제안 회로의 경우 모든 구성 요소들은 기존 대비 절반 정도의 전압 스트레스를 갖는다. 또한 제안 LED 구동회로는 다채널의 LED 전류의 평형을 위하여 balancing capacitor만을 사용하기 때문에 높은 신뢰성과 비용의 효율성을 제공한다. 최종적으로 제안된 구동회로의 우수성과 이론적 분석의 타당성 검증을 위하여 46" 2채널 LED 구동회로를 위한 시작품을 제작하여 고찰된 실험결과를 제시한다.
단일 서스테인 구동회로로서 캐패시터를 이용하여 가스 방전 스위치의 전압 스트레스를 절반으로 줄일 수 있는 새로운 멀티레벨 단일 서스테인 구동회로를 제안한다. 기존의 단일 서스테인 구동회로는 +Vs 및 -Vs의 양극성 전원을 사용함에 따라 스위치 전압 스트레스가 2Vs가 되어 스위치로서 전력밀도가 높으면서 가격이 낮은 IGBT를 사용해야 하지만 도통손실이 매우 커 발열에 문제점을 보인다. 제안하는 멀티레벨 단일 에너지 회수 서스테인 구동회로는 에너지 회수 인덕터에 의해 전압이 Vs로 유지되는 부유 캐패시터를 이용하여 가스 방전 스위치의 내압을 기존의 2Vs에서 Vs로 낮추게 되어 스위치 선택의 폭을 넓힐 뿐만 아니라 구동회로의 도통 손실을 개선하여 발열을 줄일 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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