LED용 엘엘씨 하프브릿지 파워 컨버터(Half-Bridge Power Converter for Driving LED by Series-Resonant connection of Inductor, Inductor and Capacitor)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2011년05월17일
(11) 등록번호 10-1035017
(24) 등록일자 2011년05월09일
(51) Int. Cl.

H02M 7/48 (2007.01)
(21) 출원번호 10-2009-0117534
(22) 출원일자 2009년12월01일
심사청구일자 2009년12월01일
(56) 선행기술조사문헌
US6344979 B1
KR1020060097038 A
US6297976 B1
Fairchild Application Note AN-4151(제목:
Half-Bridge LLC Resonant Converter Design
Using FSFR-series Fairchild Power Switch), 발
표일 2007.09.10*
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
주식회사 애버드랩스
경기 고양시 일산동구 백석동 1141-2 유니테크빌
1015호
(72) 발명자
정일휘
서울특별시 서대문구 홍은동 186-1 미성아파트
3-103
(74) 대리인
박원용, 최재희
전체 청구항 수 : 총 2 항 심사관 : 배진용
(54) LED용 엘엘씨 하프브릿지 파워 컨버터
(57) 요 약
본 발명은 LED용 엘엘씨 하프브릿지 파워 컨버터에 관한 것으로서, 기존의 LLC.HB 전용 IC는 고가이면서 사용가
능 주파수의 범위(50Khz~350Khz)가 좁은 한계를 가지고 있다. 이에 따라 본 발명은 LED용 엘엘씨 하프브릿지 파
워 컨버터에 있어서, 엘엘씨 하브 브릿지 파워 컨버터의 콘트롤러를, 50% 듀티 싸이클을 가지면서 사용주파수 범
위가 50Khz~1Mhz인 씨 모스 타이머(C MOS Timer IC)를 사용하고, 정류부의 출력을 검출하여 소프트 스타트 설정
치에 의거하여 옵토 커플러를 동작시키되, 상기 정류부의 출력이 정격 설정 전압 이상이 되면 상기 옵토 커플러
를 오프시키도록 제어하며, 상기 옵토 커플러에 의해 상기 콘트롤러의 주파수 가변용 콘덴서의 용량을 가변시켜
주파수를 가변시킴으로써 출력레벨을 빠르게 안정화 시킴과 아울러 원하는 레벨로 유지시키도록 구성함에 특징이
있다.
대 표 도 - 도3
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특허청구의 범위
청구항 1
콘트롤러(100)의 주파수 제어에 의거하여 외부 입력전원(DC)을 출력부(110)에서 펄스출력으로 발생하고, 출력부
(110)의 펄스 출력을 LLC 공진부(120)를 통해 공진시키고 LLC 공진부(120)의 2차측에서 정류부(130)를 통해 정
류하여 부하측으로 직류전원 출력을 하며, 상기 정류부(130)의 출력을 피드백부(140)를 통해 검출하여 상기 콘
트롤러(100)로 피드백시키도록 구성되는 LED용 엘엘씨 하프브릿지 파워 컨버터에 있어서,
상기 콘트롤러(100)는, 사용주파수 범위가 50Khz~1Mhz이고 듀티 50%를 갖는 제어펄스를 발생시켜 상기 출력부
(110)를 제어하되, 상기 피드백부(140)에 설정된 소프트 스타트 설정치에 의거하여 피드백신호를 인가받아 주파
수 가변용 콘덴서(C3)의 용량변화에 따라 출력주파수가 가변되어 정류부(130)의 최종 출력레벨을 제어하도록 이
루어진 씨 모스 타이머(C MOS Timer IC)이고,
상기 피드백부(140)는, 상기 정류부(130)의 출력을 검출하여 소프트 스타트 설정치에 의거하여 옵토 커플러를
동작시키되, 상기 정류부(130)의 출력이 정격 설정 전압 이상이 되면 상기 옵토 커플러를 오프시키도록 제어하
며, 상기 옵토 커플러에 의해 상기 콘트롤러(100)의 주파수 가변용 콘덴서(C3)의 용량을 가변시키도록
구성되되,
상기 피드백부(140)는,
상기 정류부(130)의 출력을 저항(R8)과 콘덴서(C9)에 의해 시정수를 설정하여 저항(R9)를 통해 소프트 스타트
전압을 발생하는 소프트 스타트 설정부(141)와,
상기 정류부(130)의 출력을 분배 저항(R10, R11)을 통해 분배하고, 분압된 전압 레벨이 설정된 레벨 이상이 되
는지를 레벨검출소자(IC2)에 의해 검출하여 피엔피형 트랜지스터(Q3)를 통해 설정된 레벨 이상이 되었을때 상
기 소프트 스타트 설정부(141)의 출력을 바이패스시키는 레벨 검출부(142)와,
상기 레벨 검출부(142)에 의해 제어되는 상기 소프트 스타트 설정부(141)의 출력을 애노드측에 인가받아 발광
소자가 제어되고 앤피앤형 수광소자에 의해 피드백신호를 발생하는 피드백 신호용 옵토커플러(OPT)와,
외부 DC전원을 분배저항(R1, R3)을 통해 분배하여 상기 콘트롤러(100)의 주파수 가변용 콘덴서(C3)의 타측단 바
이어스 전위를 인가하고, 상기 피드백 신호용 옵토 커플러(OPT)의 수광소자에 의해 상기 주파수 가변용 콘덴서
(C3)의 타측단 바이어스를 제어하는 콘트롤러 주파수 가변부(143)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 LED용
엘엘씨 하프브릿지 파워 컨버터.
청구항 2
삭제
청구항 3
제 1 항에 있어서, 상기 출력부(110)의 출력펄스를 역방향 다이오드(D3)(D2)를 통해 입력받아 콘덴서(C7) 및 저
항(R6,R7)의 설정치에 의거하여 역방향 다이오드(D1)에 의해 상기 옵토 커플러(OPT)의 수광소자의 베이스를 제
어하는 보호회로(144)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 LED용 엘엘씨 하프브릿지 파워 컨버터.
명 세 서
발명의 상세한 설명
기 술 분 야
본 발명은 컴퓨터, TV, LED램프 등 일반전자기기 운용상 필요한 DC 전원을 공급하는 파워 컨버터(S.M.P.S)에 관[0001]
한 것으로서, 더욱 상세하게는 엘엘씨 하프 브릿지(LLC. HB resonant) 방식의 파워 컨버터에 있어서, 콘트롤러
를 50% 듀티 싸이클을 가지고 사용주파수 범위가 50Khz~1Mhz인 씨 모스 타이머(C MOS Timer IC)를 사용하고, 출
력레벨에 의거하여 상기 씨 모스 타이머의 주파수 가변용 콘덴서의 용량을 가변시켜 정격출력을 유지할 수 있도
록 한 LED용 엘엘씨 하프브릿지 파워 컨버터에 관한 것이다.
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배 경 기 술
현재(2009년) LED 램프의 점등용 파워 컨버터(power converter)의 국내외 적용현황은 LED 자체의 확정되지 않[0002]
는 스펙과 요구되는 조건에 대응하지 못하는 파워 컨버터(power converter)로 인하여 사실상, 고효율 저 에너
지 소비라는 서술이 무색한 실정에 있다.
현재의 상황의 원인으로 LED 자체의 문제도 있지만, 특히 파워 컨버터(power converter)의 단수명과 높은 불량[0003]
률이 주요한 원인으로 지목되고 있다. 이러한 상황을 고려할 때, 파워 컨버터(power converter)의 고효율, 고안
정성을 확보하는 것은 당면한 최우선 과제임에 틀림이 없다.
현재 가장 많이 사용하고 있는 대표적인 PWM 방식 파워 컨버터로는, 플라이백(flyback) 방식과, 포워드[0004]
(forward) 방식과, 하프 브릿지(Halfbridge) 방식이 있다. 사용주파수가 100Khz 이내를 적용하여야 설계가 용이
한 반면 효율은 80% 이상은 어려우며, 용적율 또한 크고 제조가격이 비싼편이다.
한편, LED램프 구동용 파워 컨버터로서 최근에 상용되기 시작한 엘엘씨 하프 브릿지(LLC,HB) 방식이 알려져 있[0005]
다.
도 1은 종래 기술에 의한 엘엘씨 하프 브릿지 방식 LED구동용 파워컨버터 회로도이다.[0006]
이에 도시된 바와 같이,[0007]
소정의 주파수신호를 발생시켜 DC 전원의 출력을 제어하는 콘트롤러(50)와, 상기 콘트롤러(50)의 주파수신호를[0008]
제1트랜스포머(T1)의 1차 코일에 입력받고, 두개의 2차코일의 출력에 의해 제어되는 2개의 스위칭 트랜지스터
(FET1)(FET2)를 통해 직류전원(DC)을 스위칭하여 교류 펄스신호를 발생시키는 전원출력부(10)와; 상기 전원출력
부(10)의 교류 펄스신호를 인덕터(L1)와, 제2트랜스포머(2)의 1차코일 및 공진 콘덴서(C1)를 통해서 공진시키는
LLC 공진부(20)와, 상기 LLC 공진부(20)의 제2트랜스포머(T2)의 2차측 코일의 양단 출력을 다이오드(D4, D5)에
의해 정류하고 평활콘덴서(C4)를 통해 평활시켜 부하구동을 위한 DC 출력( 12V)을 하는 정류부(30)와, 상기 정
류부(30)의 출력을 분배용 저항(R4,R5)을 통해 분압시켜 레벨검출소자(TL431)에 의해 출력레벨을 검출하고, 상
기 레벨검출소자(TL431)의 출력을 옵토커플러(PC1)를 통해 상기 콘트롤IC(50)로 피드백시키는 출력레벨 피드백
부(40)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 종래 엘엘씨 하프 브릿지(LLC_HB) 파워컨버터는, 콘트롤IC(50)의 주파수 제어에 의해 제1트랜스포머[0009]
(T1)의 1차코일이 제어되면, DC전원에 의해 두개의 2차 코일에 각각 전원이 유기되고, 이에 따라 2개의 스위칭
소자(FET1, FET2)에서 각각 펄스를 발생시키고, 이는 LLC 공진부(20)에서 공진되고, 정류부(30)에서 정류되어
부하 구동용 직류전원을 출력하게 된다. 이러한 엘엘씨 하프브릿지 파워컨버터의 동작은 일반적인 구동이므로
상세히 설명하지 않는다.
상기와 같이 엘엘씨 하프브릿지 파워컨버터에 있어서, 피드백부(40)의 동작은, 출력레벨을 분배용 저항(R4,R5)[0010]
에 의해 검출하고, 분배된 전압이 레벨검출소자(TL431)의 설정전압 이상이되면, 레벨검출소자(TL431)이 턴온되
면서 옵토커플러(PC1)를 동작시키게 된다. 옵토커플러(PC1)가 동작되면 콘트롤러(50)는 출력레벨이 고정되도록
공진주파수를 고정시키게 된다.
그런데, 회로 고장이 발생되어 피드백부(40)에서 설정된 출력레벨(DC 12V) 이상이 되었음에도 불구하고 피드백[0011]
신호를 콘트롤러(50)로 인가시키지 못하면, 콘트롤러(50)는 출력레벨이 상승되는 방향으로 계속 제어를 하지못
하기 때문에 2차 사고의 위험이 발생된다.
이와 같은 종래의 엘엘씨 하프브릿지 파워컨버터에서 사용되는 콘트롤 방식은 콘트롤러의 소프트 스타트(Soft-[0012]
Start) 기능에 의해 설정된 시간에 최대 파워(Power Max) 상태로 전환이 된다. 이때 정류부(30)의 출력이 피브
백부(40)에 의해 감시되어 전압, 전류 설정값에 의해 콘트롤러(50)로 피드백되고, 콘트롤러(50)는 설정된 전압
출력을 유지하도록 제어하게 된다. 이러한 콘트롤 방식은 출력측 전압 검출 기능이 상실되거나 기타의 문제가
발생되어 피드백부(40)가 동작하지 못하게 되면, 출력전압이 설정값을 넘게 되는 문제가 발생된다. 이러한 결과
가 발생되면 파워 컨버터를 사용하는 기기에 손상을 줄 수 있다.
또한, 기존의 플라이백, 포워드, 하프 브릿지 방식보다 진보된 방식으로 DC 파워 컨버터(S.M.P.S)의 모든 성능[0013]
을 결정하는 콘트롤러(controller IC)의 사용주파수가 50Khz~350Khz로 낮고 고가이다. 이러한 이유로 저비용으
론 저용적율에 접근하기 어렵다는 단점이 있었다.
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발명의 내용
해결 하고자하는 과제
컴퓨터, TV, LED램프 등 일반전자기기 운용상 필요한 DC 전원을 공급하는 파워 컨버터는 현재의 추세와 향후의[0014]
수요자의 요구를 고려할 때, 전력손실이 적은 즉, 고효율이면서 저렴한 가격과 최소의 용적을 달성하는 것이 당
면한 과제이다.
본 발명은, 이러한 목표로 C MOS 타이머(Timer IC)를 사용하여 주파수 사용범위를 50Khz~1Mhz까지 확대 사용함[0015]
으로써 고효율(90%이상), 고안정도, 최소용적의 파워 컨버터회로를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 피드백 회로를 능동형 회로로 구성하여 출력이 최대가 될때까지 피드백 신호가 온 신호로서 콘[0016]
트롤러에 인가되게 하고, 출력이 최대가 되면 피드백 신호가 오프 신호로서 콘트롤러에 인가되게 하여 2차측 고
장시 과전압 발생을 방지하도록 한 파워 컨버터를 제공하기 위한 것이다.
과제 해결수단
콘트롤러의 주파수 제어에 의거하여 출력부에서 펄스출력을 발생하고, 출력부의 펄스 출력을 LLC 공진부를 통[0017]
해 공진시켜 공진부의 2차측에서 정류부를 통해 정류하여 부하측으로 직류전원 출력을 하고, 상기 정류부의 출
력을 피드백부를 통해 상기 콘트롤러로 피드백시키도록 구성되는 LED용 엘엘씨 하프브릿지 파워 컨버터에 있어
서,
상기 콘트롤러는, 주파수 사용범위가 50Khz~1Mhz이고, 소프트 스타트에 의거하여 상기 정류부의 출력이 설정치[0018]
에 도달할때까지 상기 출력부의 주파수를 낮추어서 출력을 상승시키도록 제어하는 C MOS 타이머(Timer IC)
이고,
상기 피드백부는, 상기 정류부의 출력을 검출하여 설정치에 도달할때까지 온신호를 발생시켜 상기 콘트롤러에[0019]
서 상기 출력부로 출력하는 주파수가 낮아지는 방향으로 제어하고, 상기 정류부의 출력이 설정치에 도달하면,
오프신호를 발생시켜 상기 콘트롤러에서 상기 출력부로 출력하는 주파수를 유지하여 정류부의 출력이 설정된
레벨로 유지되게 제어하도록 구성됨을 특징으로 한다.
상기 피드백부는,[0020]
상기 정류부의 출력을 적분시키는 소프트 스타트 설정부와,[0021]
상기 정류부의 출력을 분배 저항을 통해 분배하고 분배된 전압 레벨이 설정된 레벨 이상이 되는지를 레벨검출소[0022]
자에 의해 검출하여 트랜지스터를 통해 설정된 레벨 이상이 되었을때 상기 소프트 스타트 설정부의 출력을 바이
패스시키는 레벨 검출부와,
상기 레벨 검출부에 의해 제어되는 상기 소프트 스타트 설정부의 출력에 의해 발광소자가 제어되고 수광소자에[0023]
의해 피드백신호를 발생하는 피드백 신호용 옵토커플러와,
외부 DC전원을 분배저항을 통해 분배하여 상기 콘트롤러의 주파수 가변용 콘덴서의 타측단 바이어스 전위를 인[0024]
가하고, 상기 피드백 신호용 옵토 커플러의 수광소자에 의해 상기 주파수 가변용 콘덴서의 타측단 바이어스를
제어하는 콘트롤러 주파수 가변부와,
상기 출력부의 출력펄스를 역방향 다이오드를 통해 입력받아 설정치 이상이 되면 상기 옵토커플러의 수광소자[0025]
를 오프시켜 보호하기 위한 보호회로를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
효 과
이와 같이 구성된 본 발명은, LED용 엘엘씨 하프브릿지 파워 컨버터에 있어서, 전용 콘트롤 IC를 사용하지[0026]
않고, 통상의 C MOS 타이머 IC를 사용하여 주파수 사용범위를 50Khz~1Mhz로 확대함으로써, 고효율(90%이상), 고
안정도, 최소용적의 파워 컨버터(S.M.P.S)회로를 제공하고, 제조원가를 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발
명은 피드백부의 회로를 능동형 회로로 구성함으로써, 초기에 온신호에에 의해 콘트롤러의 주파수를 낮추어 출
력을 상승시키고, 출력이 정격치에 도달하면 피드백부가 오프되어 주파수를 유지하게 함으로써 2차측 고장으로
등록특허 10-1035017
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인한 피드백부 고장이 발생한다 하더라도 정격 전압 이상으로 넘어가지 않기 때문에 안전성이 확보되는 효과가
있다.
발명의 실시를 위한 구체적인 내용
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.[0027]
AC/DC 혹은 DC/DC 파워컨버터(power converter)는 근래에 저렴한 제작비에 고효율이면서 용적 또한 작아야 한다[0028]
는 사용자의 요구에 당면하고 있다. 이러한 당면과제에 대한 가장 적합한 해결책이 LLC.HB 방식이다.
그러나 일반적으로 공급되는 IC 메이커의 LLC.HB IC는 전용 IC로서 고가이면서 사용할 수 있는 주파수의 폭이[0029]
50Khz~350Khz로 좁고 사용할 수 있는 범위가 넓지 않다. 이러한 IC로는 사용자의 다양한 요구사항을 충족 하기
에는 어려움이 따른다.
이러한 요구사항을 충족시키려면 LLC.HB 방식에서 가장 중요한 주파수 범위인 50Khz~1Mhz를 충족시키면서 저비[0030]
용(low cost), 고효율(high efficiency), 저용적(small volume)의 회로를 필요로하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 과거 20년간 제품화된 IC 중에서 안정도가 검증된 씨 모스 타이머(C MOS Timer IC)를 응[0031]
용하여 DC 파워 컨버터(power converter)의 회로를 구성한 것이다.
도 2는 통상의 씨 모스 타이머(C MOS Timer IC)의 도면으로서, 이는 50% 듀티 싸이클을 가지며, 주파수 사용범[0032]
위가 50Khz~1Mhz로서, 안정도가 검증되어 오래시간동안 사용되어온 IC이다. 본 발명은 이러한 씨 모스 타이머를
사용하는 것이다. 기본적으로 소프트 스타트 타임이 고정적으로 설정되어 있으며, 2차측의 DC 전압의 형성과 관
계없이 일단 피드백 제어회로 가동시까지는 최대로 작동하게 되어 있다.
따라서 씨 모스 타이머(C MOS Timer IC)의 제어에서 피드밸 제어에 의해 주파수를 가변시킬 수 있는 주파수 가[0033]
변 수단을 포함시키는 것이 본 발명의 핵심 기술이다.
도 3은 본 발명에 의한 LED용 엘엘씨 하프브릿지 파워 컨버터 회로도로서, 이에 도시된 바와 같이,[0034]
콘트롤러(100)의 주파수 제어에 의거하여 출력부(110)에서 펄스출력을 발생하고, 출력부(110)의 펄스 출력을[0035]
LLC 공진부(120)를 통해 공진시켜 LLC 공진부(120)의 2차측에서 정류부(130)를 통해 정류하여 부하측으로 직류
전원 출력을 하고, 상기 정류부(130)의 출력을 피드백부(140)를 통해 상기 콘트롤러(100)로 피드백시키도록 구
성되는 LED용 엘엘씨 하프브릿지 파워 컨버터에 있어서,
상기 콘트롤러(100)는, 듀티 50%를 갖으며, 주파수 가변용 콘덴서(C3)의 용량변화에 의거한 사용주파수 범위가[0036]
50Khz~1Mhz이고 , 상기 피드백부(140)에 설정된 소프트 스타트 설정치에 의거하여 피드백신호를 인가받아 상기
주파수 가변용 콘덴서(C3)의 용량변화에 따라 출력주파수가 가변되어 정류부(130)의 최종 출력레벨을 제어하도
록 이루어진 씨 모스 타이머(C MOS Timer IC)이고,
상기 피드백부(140)는, 상기 정류부(130)의 출력을 검출하여 소프트 스타트 설정치에 의거하여 옵토 커플러를[0037]
동작시키되, 상기 정류부(130)의 출력이 정격 설정 전압 이상이 되면 상기 옵토 커플러를 오프시키도록 제어하
며, 상기 옵토 커플러에 의해 상기 콘트롤러(100)의 주파수 가변용 콘덴서(C3)의 용량을 가변시키도록
구성된다.
상기 피드백부(140)는,[0038]
상기 정류부(130)의 출력을 저항(R8)과 콘덴서(C9)에 의해 시정수를 설정하여 저항(R9)를 통해 소프트 스타트[0039]
전압을 발생하는 소프트 스타트 설정부(141)와,
상기 정류부(130)의 출력을 분배 저항(R10, R11)을 통해 분배하고, 분압된 전압 레벨이 설정된 레벨 이상이 되[0040]
는지를 레벨검출소자(IC2)에 의해 검출하여 피엔피형 트랜지스터(Q3)를 통해 설정된 레벨 이상이 되었을때 상
기 소프트 스타트 설정부(141)의 출력을 바이패스시키는 레벨 검출부(142)와,
상기 레벨 검출부(142)에 의해 제어되는 상기 소프트 스타트 설정부(141)의 출력을 애노드측에 인가받아 발광[0041]
소자가 제어되고 앤피앤형 수광소자에 의해 피드백신호를 발생하는 피드백 신호용 옵토커플러(OPT)와,
외부 DC전원을 분배저항(R1, R3)을 통해 분배하여 상기 콘트롤러(100)의 주파수 가변용 콘덴서(C3)의 타측단 바[0042]
이어스 전위를 인가하고, 상기 피드백 신호용 옵토 커플러(OPT)의 수광소자에 의해 상기 주파수 가변용 콘덴서
등록특허 10-1035017
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(C3)의 타측단 바이어스를 제어하는 콘트롤러 주파수 가변부(143)와,
상기 출력부(110)의 출력펄스를 역방향 다이오드(D3)(D2)를 통해 입력받아 콘덴서(C7) 및 저항(R6,R7)의 설정치[0043]
에 의거하여 역방향 다이오드(D1)에 의해 상기 옵토 커플러(OPT)의 수광소자의 베이스를 제어하는 보호회로
(144)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 콘트롤러(100)가 널리 사용되어 지고 있는 씨 모스 타이머(C MOS Timer IC)라는[0044]
것이 특징이고, 상기 씨 모스 타이머(C MOS Timer IC)인 콘트롤러(100)는 주파수 사용 범위가 50Khz~1Mhz이고,
출력되는 제어펄스의 듀티 싸이클이 50%인 공지의 타이머이다. 상기 씨 모스 타이머(C MOS Timer IC)의 출력 주
파수는 주파수 가변용 콘덴서(C3)와 저항(R2)에 의해 결정되어 출력부(110)의 제1트랜스포머(T1) 1차측 코일을
스위칭하게 된다.
본 발명은 상기 주파수 가변용 콘덴서(C3)의 용량을 가변시켜 주파수를 가변시키는 것이 특징이다. 콘트롤러 주[0045]
파수 가변부(143)는 외부 입력 전원(DC)을 저항(R1)(R3)에 의해 분압하여 상기 주파수 가변용 콘덴서(C3)의 타
단에 인가하여 바이어스를 설정해줌으로써, 주파수를 설정한다. 이때 피드백부(140)의 옵토 커플러(OPT)의 동작
에 의해 상기 주파수 가변용 콘덴서(C3)의 타단에 걸리는 바이어스를 제어해줌으로써 주파수 가변용 콘덴서(C
3)의 용량을 가변시키는 것이다.
도 3의 본 발명의 LED용 엘엘씨 하프브릿지 파워 컨버터는 출력 전압 안정화의 기능을 위하여 도 2에서와 같이[0046]
50% 듀티 싸이클 발진기(Duty Cycle Oscillator)인 씨 모스 타이머를 사용하며, 특히 도 4에 도시된 바와 같이
주파수 가변수단으로 주파수 가변용 콘덴서(C3)를 포함하여 구성한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이 콘트롤러(100)인 씨 모스 타이머(C MOS Timer IC)의 THR 단자에 상기 주파수 가변용[0047]
콘덴서(C3)를 연결하고, 씨 모스 타이머(C MOS Timer IC)의 Q단자에 저항(R2)을 통해서 상기 주파수 가변용 콘
덴서(C3)에 연결한다.
이와 같은 상태의 주파수 가변은 상기 저항 R2의 가변 또는 상기 콘덴서 C3의 용량 가변에 의해 주파수 가변이[0048]
이루어진다. 본 발명에서는 상기 콘덴서 C3의 용량 가변을 이용하여 주파수를 가변하는 것을 실시 예로 구성한
것이다.
도 5의 A, B, C는 용량 가변형 주파수 가변 수단의 개요도이다. [0049]
도 5의 A와 같이 콘덴서 C3를 피드백부에 의해 가변하는 방식과, 도 5의 B와 같이 가변 저항 VR을 콘덴서 C3에[0050]
직렬연결하여 가변저항을 피브백부에 의해 가변하는 방식이 있으나, 현재의 부품들로는 가변속도의 제한이 있기
에 실용화하기에는 불가능하다. 이에 따라 본 발명에서는 도 5의 C와 같이 옵토 커플러 OPT의 수광소자 TR을 이
용하여 콘덴서 C3의 용량을 가변하는 방식을 채택하였다.
도 5의 C와 같이 R,C에 의해 옵토 커플러(OPT) 수광소자 TR의 캐소드(C)와 에미터(E)가 온(on) 상태에서의 로우[0051]
(low) 주파수(50Khz)가 설정되고, 옵토 커플러(OPT) 수광소자 TR의 오프(off) 상태에서 R2, R3에 의해 하이
(Hi) 주파수(1Mhz)가 결정된다.
이 상태의 회로가 결정되면, 옵토 커플러(OPT)의 발광소자(Opto-LED)의 전류증감에 의해 주파수가 가변이 된다.[0052]
즉, 옵토 커플러(OPT)의 발광소자(Opto-LED)의 전류가 최소일 때는 주파수가 하이(Hi)가 되며, 피드백부(140)
회로의 설정에 의한 옵토 커플러(OPT)의 발광소자(Opto-LED) 전류증가에 의해 주파수가 하이(Hi)에서 로우(lo
w)로 전환된다. 즉, 최대 파워(MAX power)를 충족시킬 수 있게 된다.
본 발명의 LED용 엘엘씨 하프 브릿지(LLC,HB) 파워컨버터의 풀 웨이브 스퀘어(Full Wave Square) 주파수를 씨[0053]
모스 타이머(C MOS Timer IC)를 사용하여 가변시키되, 주파수 가변은 콘덴서 C3에 저항 R3와 옵토커플러의 수광
소자(Opto-TR)의 캐소드-에미터(CE)를 병렬으로 연결하여 온토 커플러 수광소자(Opto-TR)에 의한 저항성분을 가
변하게 됨으로써, 콘트롤러 주파수 가변용 콘덴서 C3의 직렬 저항분이 가변된다. 즉, 콘덴서 C3의 용량이 가변
되는 결과를 얻게된다. 이러한 작동이 씨 모스 타이머(Timer IC)의 주파수 가변을 결정하게 된다.
따라서 본 발명 회로는 입력 파워(외부 DC)를 온(on)하게 되면, 1차측의 기능은 2차측의 파워(power)가 최소[0054]
(low) 상태를 시작으로 하여 피드백부(140)의 소프트 스타트 설정부(141)의 시정수 저항 R8을 통해 시정수용 콘
덴서 C9에 충전을 시작하게 된다.
상기 시정수용 저항 R8과 콘덴서 C9는 소프트 스타트 시간(SS ;Soft-Start Time)를 설정하게 된다. 이때의 옵토[0055]
커플러(OPT)의 발광소자(Opto-LED)의 애노드점(A점)에 3.1V 이상 전압(Opto,A)이 걸리게 되면 옵토 커플러(OP
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T)의 발광소자(Opto_LED)가 온 되면서 수광소자(Opto-TR)가 기본전류로 턴온 되는데, 기본전류 발생을 R3에 의
해 결정하게 되어 기본 전류에서의 하이 주파수(Hi Frequency)가 결정된다.
이때 옵토 커플러(OPT)의 수광소자(Opto-TR)의 캐소드-에미터간(CE) 전압은 발광소자(Opto-LED)의 전류에 의해[0056]
결정되고, 상기 수광소자(Opto-TR)의 캐소드-에미터간(CE) 전압변동이 저항 R1과 저항 R3의 합성저항 상태를 가
변시키게 된다. 이에 따라 주파수 가변용 콘덴서 C3의 용량이 가변되면서, 주파수를 가변시키게 된다. 포토 커
플러의 턴온량이 커지면 주파수 가변용 콘덴서 C3의 용량은 커지고, 이에 비례하여 주파수는 낮아지며, 정류부
(130)의 출력은 높아진다.
도 6은 본 발명에 의한 출력 전압 변동 특성 파형도이다. 정류부(130)의 출력은, 파워 온과 동시에 도 6에 도시[0057]
된 바와 같이, 짧은 시간에 t1에서 3.5V정도 급상승한다. 이렇게 상승한 전압은 소프트 스타트 설정부(141)의
저항 R8에 의해 콘덴서 C9를 충전시키고 저항 R9를 통과하여 옵토 커플러(OPT)의 발광소자(Opto-LED)의 애노드
(A점)에 인가되며, 전압이 3.1V 이상이 형성되면, 발광소자(Opto-LED)에 전류가 흐르게 된다.
이 시점에서부터 수광소자(Opto-TR)의 캐소드-에미터(CE) 저항 즉, 저항 R3와 수광소자(Opto-TR)의 캐소드-에미[0058]
터(CE)의 병렬저항 값은 작아지기 시작함으로써 주파수 가변용 콘덴서 C3의 용량이 상승하게 되고, 콘트롤러
(100)인 씨 모스 타이머(C MOS Timer IC)의 주파수가 로우(low)로 변화하여 정류부(130)로의 출력 전압은 상승
하게 된다.
상기 정류부(130)의 출력전압 상승은 소프트 스타트 설정부(141)의 시정수에 의해 결정되며, 이는 도 6에 도시[0059]
된 바와 같이 소프트 스타트 타임(SS Time) 구간의 경사도가 결정되어 전압 상승이 이루어진다.
상기 시정수용 저항 R8과 콘덴서 C9의 시(time)정수 결정에 의해 소프트 스타트(Soft-Start)가 이루어지며, 출[0060]
력전압이 설정치(예;12V)까지 오르면 레벨검출부(142)에 의해 제어되기 시작한다. 레벨 검출부(142)는, 정류부
(130)의 출력을 분배저항 R10, R11의 등분 전압이 레벨검출소자(IC2 ; TL431)의 제어단자에 인가되는데, 정류부
(130)의 출력전압이 설정치에 도달하게 되면, 상기 레벨 검출소자(IC2)의 제어단자 전압이 턴온 전압 2.5V로 된
다.
이에 따라 레벨 검출소자(IC2)의 R(reference)가 2.5V이므로 이 이상의 전압이 인가되면 레벨검출소자(IC2)가[0061]
작동하여 레벨검출소자(IC2)의 캐소드(K) 전압도 2.5V가 되며, 이와 동시에 피앤피 트랜지스터(Q3)도 온상태가
된다. 동시에 [2.5V 0.6V(Q3의 B,E간 전압)=3.1V] 3.1V의 전압으로 옵토 커플러(OPT)의 발광소자(Opto_LED)
애노드(A점)의 전압을 변환시키게 된다.
이와 같이 2차 전압상승의 상태를 이용하여 초기 소프트 스타트(SS)기능이 이루어지면서 전압 콘트롤(Volt-[0062]
Control)이 이루어지며 설정 기본전압을 유지할 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 종래 기술에 의한 엘엘씨 하프 브릿지 파워 컨버터 회로도.[0063]
도 2는 일반적인 듀티 50% 싸이클을 갖는 씨 모스 타이머(C MOS Timer IC) 개요도.[0064]
도 3은 본 발명에 의한 LED용 엘엘씨 하프브릿지 파워 컨버터 회로도.[0065]
도 4는 본 발명에 의한 콘트롤러인 씨 모스 타이머 IC 다이어그램.[0066]
도 5의 (A),(B),(C)는 본 발명에 의한 콘트롤러인 씨 모스 타이머의 주파수 가변 개요도.[0067]
도 6은 본 발명에 의한 소프트 스타트 설명을 위한 출력특성 파형도.[0068]
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>[0069]
100 : 콘트롤러 110 : 출력부[0070]
120 : LLC 공진부 130 : 정류부[0071]
140 : 피드백부 141 : 소프트 스타트 설정부[0072]
142 : 레벨 검출부 143 : 콘트롤러 주파수 가변부[0073]
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144 : 보호회로 OPT : 옵토 커플러[0074]
Opto-TR : 옵토 커플러의 수광소자 Opto_LED : 옵토 카플러의 발광소자[0075]
도면
도면1
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도면2
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도면3
도면4
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도면5
도면6
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