KR101035018B1 - Led용 엘엘씨 하프브릿지 파워 컨버터의 1차 드라이브 동기식 고속스위칭 정류 제어회로 - Google Patents

Led용 엘엘씨 하프브릿지 파워 컨버터의 1차 드라이브 동기식 고속스위칭 정류 제어회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED용 엘엘씨 하프브릿지 파워 컨버터의 2차 정류기에 관한 것으로 기존에 사용하는 방식의 정류 다이오드의 적용방식보다 더 고효율이면서 안정화된 방식을 제공하기 위한 것이다. 현재까지의 상용 파워 컨버터 중에서 가장 효율이 높으면서 안정적인 LLC. HB 방식의 파워 컨버터가 이용되는데, 본 발명은 2차(secondary) 정류(rectifier) 방식인 일반적인 FR(Fast recovery)다이오드나 쇼트키 다이오드(schottky diod)를 사용하는 방식을 배제하고 F.E.T 소자를 사용한 고효율이면서 안정적이며 저렴하며 저용적으로 제작할 수 있는 회로를 제공한다.
고효율, 파워컨버터, 엘엘씨 하프브릿지, 정류기, FET, 오프타임, 온-오프타임, 응답특성

Description

LED용 엘엘씨 하프브릿지 파워 컨버터의 1차 드라이브 동기식 고속스위칭 정류 제어회로{Rapid Switching Rectify Circuit for the Half Bridge Power converter of Inductor(L),Inductor(L) and Capacitor(C)}
본 발명은 LED용 엘엘씨 하프 브릿지(LLC. HB)방식 파워 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2차(secondary) 정류(rectifier) 방식인 일반적인 FR 다이오드(Fast recovery diod)나 쇼트키 다이오드(schottky diod)를 사용하는 방식을 배제하고 에프이티(F.E.T) 소자를 사용한 고효율이면서 안정적이며 저렴하며 저용적으로 제작할 수 있는 LED용 엘엘씨 하프 브릿지 파워 컨버터의 1차 드라이브 동기식 고속스위칭 정류 제어회로에 관한 것이다.
현재 LED 램프의 점등용 파워 컨버터(power converter)의 국내외 적용현황은 LED 자체의 확정되지 않는 스펙과 요구되는 조건에 대응하지 못하는 파워 컨버터(power converter)로 인하여 사실상, 고효율 저 에너지 소비라는 서술이 무색한 실정에 있다.
현재의 상황의 원인으로 LED 자체의 문제도 있지만, 특히 파워 컨버터(power converter)의 단수명과 높은 불량률이 주요한 원인으로 지목되고 있다. 이러한 상황을 고려할 때, 파워 컨버터(power converter)의 고효율, 고안정성을 확보하는 것은 당면한 최우선 과제임에 틀림이 없다.
현재 가장 많이 사용하고 있는 대표적인 PWM 방식 파워 컨버터로는, 플라이백(flyback) 방식과, 포워드(forward) 방식과, 하프 브릿지(Halfbridge) 방식 및 최근들어서 LED램프 구동용 파워 컨버터로서 상용화되기 시작한 엘엘씨 하프 브릿지(LLC,HB) 방식이 있다.
이와 같은 LED 구동을 위한 파워 컨버터들은 입력전원을 PWM 제어에 의거하여 고속 스위칭하여 교류신호로 만들고 이 교류 신호를 적정 레벨로 안정화시켜 2차 정류부를 통해 정류하여 부하측에 출력하는데, 2차 정류 방식이 파워 컨버터의 효율에 매우 큰영향을 미친다.
현재까지 가장 많이 사용하고 있는 방법은 고속 정류기(rectifier)를 활용하고 있다. 기존의 정류방식은 정류기(rectifier)의 Vf(Forward Voltage drop)의 Vf x A=손실 Watt이다.
도 1은 종래 플라이백 방식의 2차 정류부의 다이어그램이다.
이에 도시된 바와 같이, 입력전원을 스위칭 수단(1)을 통해 고속 스위칭하고, 이를 트랜스포머(2)를 통해서 2차측에 교류신호를 출력하며, 상기 트랜스포머(2)의 2차측 교류신호를 정류부(3)의 스위칭 정류부 콘트롤 IC(3-1)에 의해 스위칭하여 정류하고 평활 톤덴서(C0)를 통해 평활시켜 부하(LOAD)(4)로 출력하도록 구 성된다.
도 2는 종래 기술에 의한 포워드 방식 2차 정류부의 다이어그램이다.
이에 도시된 바와 같이 입력전원을 스위칭부(1')의 스위칭트랜지스터(Q1)(Q2)에 의해 고속 스위칭하고, 트랜스포머(2')를 통해 2차측에 교류신호를 만들며, 2차측에서 포워드 방식의 2차정류부(3')에서 정류하여 부하측에 출력하도록 구성된다.
상기 도 1의 플라이백 방식과, 도 2의 포워드 방식에 대한 기술은 널리 알려져 있는 것으로서 이에 대한 상세한 기능설명은 하지 않는다. 그런데, 상기와 같은 플라이백 방식과, 포워드 방식의 파워 컨버터는, 구동방식이 풀웨어(Full ware) 방식이 아닌 PWM 방식으로서 듀티 싸이클이 50%가 아닌 즉, 오프 타임(off time)이 존재하는 방식이다.
이러한 방식은 50% 듀티 사이클로 구동하는 엘엘씨 하프 브릿지(LLC, HB) 방식에 비하여 효율이 떨어진다.
도 3은 종래 기술에 의한 엘엘씨 하프 브릿지(LLC, HB) 파워 컨버터 회로도로서, 이에 도시된 바와 같이,
소정의 주파수신호를 발생시켜 DC 전원의 출력을 제어하는 콘트롤러(50)와, 상기 콘트롤러(50)의 주파수신호를 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 전원출력부(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 정류부(30)의 출력을 분배용 저항(R4,R5)을 통해 분압시켜 레벨검출소자(TSR)에 의해 출력레벨을 검출하고, 상기 레벨검출소자(TSR)의 출력을 옵토커플러(PC1)를 통해 상기 콘트롤IC(50)로 피드백시키는 출력레벨 피드백부(40)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 종래 엘엘씨 하프 브릿지(LLC_HB) 파워컨버터는, 콘트롤IC(50)의 주파수 제어에 의해 제1트랜스포머(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.
종래의 파워컨버터(파워 컨버터)는 P.W.M 방식이 주종을 이루고 있으며 이 방식에서는 오프 타임(off time)이 만들어지는데, 이러한 방식에는 2차 정류기(secondary rectifier)의 Vf 손실을 줄이는데 오프 타임(off time)을 길게 만들 수 있기에 쓰레스홀드(threshold) 문제를 발생하지 않도록 처리할 수 있다.
그러나 엘엘씨 하프 브릿지(LLC. HB) 방식은 전파(Full wave) 주파수 (50Khz~1MHz)가변을 이용하기 때문에 1차측(primary)에서의 소자 (F.E.T)의 온-오프(on-off)시 소자의 특성에 의한 지연시간(Delay time), 상승 시간(Rise time), 하강 시간(Fall time)의 불리한 특성에 또한 2차 정류기(secondary rectifier)의 복귀시간(recovery time)등의 악조건에서 쓰레스홀드(Threshold) 문제를 해결해야 한다는 문제점이 발생한다.
한편, 파워 컨버터(파워 컨버터)의 설계상 가장 어려운 부분이 발열의 문제이다. 이때 발열의 최대 원인 부품은 2차(secondary) 정류 다이오드(rectifier)이다. 특히, 과도한 발열은 이를 제어 하기 위하여 용적을 필연적으로 증대하게 하고 고가인 방열판이나 별도의 송풍기를 사용하게 한다.
발열이 과도하여 부품의 수용허용치를 넘게되면, 파워컨버터(파워 컨버터)자체나 사용하는 전자기의 부품이나 기기전체에 치명적인 손상을 입히게 된다.
이러한 문제를 해결해야 우선 2차 정류기(secondary rectifier)의 Vf 손실을 줄이면서 효율을 향상시키며 고효율에 저용적 저렴하면서 고안정도의 파워 컨버터(파워 컨버터)를 설계 제작할 수 있게 된다.
종래의 DC 파워 컨버터는 P.W.M 방식이 주종을 이루고 있으며 이 방식에서는 오프타임(off time)이 만들어지는데, 이러한 방식에는 2차 정류기(secondary rectifier)의 Vf 손실을 줄이는데 오프 타임(off time)을 길게 만들 수 있기에 쓰레스홀드(threshold) 문제를 발생하지 않도록 처리 할 수 있다. 그러나 LLC. HB 방식은 풀 웨이브(Full wave) 주파수 (50Khz~1MHz) 가변을 이용하기 때문에 1차측(primary)에서의 소자(F.E.T)의 온-오프(on-off)시 소자의 특성에 의한 지연시간(Delay time), 상승 시간(Rise time), 하강시간(Fall time)의 불리한 특성에 또한 2차 정류기(secondary rectifier)의 복원 시간(recovery time) 등의 악조건에서 쓰레스 홀드(Threshold) 문제를 해결해야 한다는 문제점이 발생한다.
이러한 문제를 해결해야 우선 2차 정류기(secondary rectifier)의 Vf 손실을 줄이면서 효율을 향상시키며 고효율에 저용적 저렴하면서 고안정도의 파워 컨버터를 설계 제작할 수 있게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 오피앰프(Op amp)의 고유의 특성인 응답시간(response time)을 이용하여 주파수(frequency)가 하이(Hi)로 이동 시에 위에서 언급한 여러 가지의 원인으로 인하여 증가된 지연시간(Delay time)으로 초래되는 쓰레스 홀드(Threshold)의 문제를 해결한 엘엘씨 하프 브릿지 파워 컨버터의 1차 드라이브 동기식 고속스위칭 정류 제어회로를 제공하고자 한다.
본 발명에 의한 고속 스위칭 정류 제어회로는, 오피앰프의 응답 특성을 이용하여 펄스 오프 타임을 생성하고 그 펄스 오프 타임에 의해 FET소자로 이루어진 정류기를 온-오프하도록 함으로써 쓰레스홀드 문제를 해결하고, 발열 발생을 억제하여 고속 및 고효율의 파워 컨버터를 제공할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명은,
콘트롤러의 주파수 제어에 의해 듀티 50% 싸이클 펄스신호를 입력받아 출력부에서 펄스 전원으로 발생시키고, 이를 엘엘씨 공진부를 통해 공진시켜 2차 정류부에서 펄스신호를 정류하여 직류전원으로 출력하도록 이루어지는 LED용 엘엘씨 하프 브릿지 파워 컨버터에 있어서,
상기 2차 정류부의 정류용 소자로서 FET소자를 사용하고,
소자 지연 및 상승시간과 하강시간을 고려하여 설정된 지연시간만큼 입력펄스를 지연시키고, 지연펄스와 입력펄스의 교차 조합에 의해 펄스 사이에 오프 타임이 설정된 지연펄스(Delay-Pulse)를 생성하여 상기 정류부의 FET소자를 제어하도록 구성된 정류 제어부를 더 포함하여 구성함에 특징이 있다.
상기 정류 제어부는,
상기 듀티 50% 펄스 신호를 1차코일에 입력받아 2차코일을 통해서 상기 제1트랜스포머와 동일 위상으로 펄스신호를 검출하는 입력펄스검출수단과;
상기 입력펄스검출수단에 의해 검출되는 펄스를 지연시간 설정부의 기준신호와 각각 비교하여 펄스의 상승 시간과, 하강 시간을 지연시키는 지연부와;
상기 지연부에서 각각 지연된 펄스와 상기 입력펄스검출수단에서 검출된 부.정 펄스를 각각 앤드 조합하여 펄스 사이에 오프 타임이 존재하는 정류제어펄스를 생성하는 정류제어펄스 생성부와;
상기 정류제어펄스 생성부에서 생성되는 펄스를 상기 정류부의 제4정류용 FET소자에 입력되는 제1정류펄스와, 상기 정류부의 제3정류용 FET소자에 입력되는 제2정류펄스를 각각 앤드 조합한 후 버퍼링하여 서로 교차하여 상기 제3정류용 FET소자와 제4FET소자의 게이트 제어신호로 인가하여 정류펄스의 온-오프 타임을 제어하는 정류 온-오프타임 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명은 LED용 엘엘씨 하프 브릿지 파워 컨버터 회로는 풀 웨이브(Full) wave) 주파수 가변을 이용하는 것이기 때문에 1차측 소자의 지연 및 상승,하강 지연시간으로 인하여 2차측 정류기 소자에서 쓰레스 홀드 문제가 발생되는데 이를 해결하기 위하여 FET를 정류기 소자로 사용하고, 오프타임이 있는 정류 제어펄스를 만들어 상기 정류기 소자인 FET를 제어하도록 함으로써 쓰레스 홀드 문제를 해결한다. 이에 따라 고속, 고효율의 동기 스위칭 정류 회로를 제공할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 의한 정류 제어부를 포함하는 LED용 엘엘씨 하프브릿지 파워컨버터 회로도로서, 이에 도시된 바와 같이,
콘트롤러(도면에 도시안됨)의 주파수 제어에 의해 듀티 50% 싸이클 펄스신호를 입력받아 출력부(100)에서 제1트랜스포머(T1)를 통하고, 두개의 스위칭용 제1,제2FET소자(Q1)(Q2)에 의해 펄스신호(+전압구간, -전압구간)를 발생시키는 출력부(100)와, 상기 출력부(100)의 펄스를 인덕터(L1)와 제3트랜스포머(T3)의 1차코일 및 공진 콘덴서(C5)에 의해 LLC 공진시키는 공진부(200)와; 상기 공진부(200)의 제3트랜스포머(T3)의 2차측 2개의 코일로부터 출력되는 펄스출력을 정류용 소자를 통해 정류함과 아울러 평활 콘덴서(C6)를 통해 평활시켜 부하측으로 직류전원을 출력하는 2차 정류부(300)를 포함하여 이루어지는 LED용 엘엘씨 하프 브릿지 파워 컨버터 회로에 있어서,
상기 2차 정류부(300)의 정류용 소자로서 제3,제4 FET소자(Q3)(Q4)를 사용하여 펄스를 전파 정류하도록 구성하고,
소자 지연 및 상승시간과 하강시간을 고려하여 설정된 지연시간만큼 입력펄스를 지연시키고, 지연펄스와 입력펄스의 교차 조합에 의해 펄스 사이에 오프 타임이 설정된 제어펄스를 생성하여 상기 2차 정류부(300)의 제3,제4FET소자(Q3)(Q4)를 제어하도록 구성된 정류 제어부(400)를 더 포함하여 구성함에 특징이 있다.
상기 정류 제어부(400)는,
상기 듀티 50% 펄스 신호를 1차코일에 입력받아 2개의 2차코일을 통해서 상기 제1트랜스포머(T1)와 동일 위상으로 펄스신호를 검출하는 입력펄스검출부(410)와;
상기 입력펄스검출부(410)에 의해 검출되는 펄스를 지연시간 설정부(420)의 기준신호와 각각 비교하여 펄스의 상승 시간과, 하강 시간을 지연시키는 지연부(430)와;
상기 지연부(430)에서 각각 지연된 펄스와 상기 입력펄스검출부(410)에서 검출된 부.정 펄스를 서로 교차되게 각각 앤드 조합하여 펄스 사이에 오프 타임이 존재하는 정류제어펄스를 생성하는 정류제어펄스 생성부(440)와;
상기 정류제어펄스 생성부(440)에서 생성되는 펄스를 상기 2차 정류부(300)의 제4정류용 FET소자(Q4)에 입력되는 제1정류펄스와, 상기 2차정류부(300)의 제3정류용 FET소자(Q3)에 입력되는 제2정류펄스를 각각 앤드 조합한 후 버퍼링하여 서로 교차하여 상기 제3정류용 FET소자(Q3)와 제4FET소자(Q4)의 게이트 제어신호로 인가하여 정류펄스의 온-오프 타임을 제어하는 정류 온-오프타임 제어부(450)를 포함하여 구성된다. 여기서, 도 5의 구성에서 본 발명은 2차 정류기 제어에 대한 것이므로,파워 컨버터의 회로 구성을 위한 콘트롤러나, 피드백부 및 피드백회로에 따른 콘트롤러의 주파수 가변부등의 회로 구성에 대해서 생략하였다.
이와 같이 구성된 본 발명은, LED용 엘엘씨 하프 브릿지 파워 컨버터 회로는, 전파(Full wave) 주파수 가변을 이용한다는 점에서 출력부(100)의 스위칭용 제1,제2FET소자(Q1)(Q2)의 온-오프시 소자 특성에 의한 지연시간과, 상승시간, 하강시간이 존재한다.
도 4의 (a), (b)는 본 발명을 설명하기 위한 오피앰프(OP AMP)의 펄스 응답특성도이다.
이에 도시된 바와 같이 입력전압(501)이 상승 및 하강의 지연 시간없이 입력되었을 때 오피앰프 펄스응답 특성에 의해 출력전압(502)은 상승시간의 응답타임(502a)과, 하강시간의 응답타임(502b)이 존재하게 된다.
엘엘씨 하프 브릿지 파워 컨버터 회로가 전파(Full wave) 주파수 가변을 이용하기 때문에 효율은 향상되지만, 1차측 스위칭 소자의 지연 및 상승,하강시간으로 인하여 주파수가 높을수록 2차측 정류부에서 쓰레스홀드 문제가 발생된다. 즉, 풀 웨이브(Full wave) 신호는 오프 타임이 없기 때문에 2차측 정류소자(FET)의 상승하강 지연으로 인해, 2개의 정류(ON-OFF)펄스가 분리되지 않고 겹치는 중복시간이 발생되는 쓰레스홀드의 문제가 발생할 수 있다. 이 쓰레스홀드 문제는 2차 정류뷰의 쇼트상태이기 때문에 기기(파워 컨버터)의 파손을 야기할 수 있다.
본 발명은 이러한 쓰레스 홀드 문제점을 해결하기 위하여 상기 도 4와 같은오피앰프 특성을 이용한 것이다. 이는 오피앰프의 출력전압은 상승시간 및 하강시간이 존재하므로 적정한 설정레벨에서 오프타임으로 만들어 줌으로써 2차 정류부의 쓰레스 홀드 문제를 해결한다. 이를 위해서 본 발명에서는 2차 정류부의 정류용 소자로서 FET를 사용하게 된다. FET를 사용하여 오프타임이 있는 제어펄스로 FET를 제어함으로써 펄스의 중첩구간이 없어지면서 정류부에 의한 2차 쇼트에 대한 우려가 없어진다.
본 발명의 작동원리를 설명한다.
회로구성은 LED용 엘엘씨 하프 브릿지(LLC HB) 방식의 파워 컨버터에 2차 정류부(300)의 고속/고효율화를 위해 1차측 입력펄스와의 동기화(Primary Synchronizing)를 통한 고속 파워 스위칭(High speed power switching)을 구현한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 LED용 엘엘씨 하프 브릿지 파워 컨버터 회로는, 도면에 도시되지 않은 콘트롤IC로부터 듀티 50%의 주파수 펄스가 인가됨과 동시에 출력부(100)의 제1트랜스포머(T1)와, 본 발명에 의한 정류 제어부(400)의 입력펄스검출부(410)의 제2트랜스포머(T2)가 동일위상 작동을 시작한다. 즉, 제1트랜스포머(T1)의 1차코일 일측단(#4)이 도면에 표기된 바와 같이 하이(Hi)이면, 제1트랜스포머(T1)의 2차측 일측코일의 일측단(secondary #10)이 하이(Hi)가 되며 제1FET(Q1)가 온 된다.
이 작동에 의해 공진부(200)의 인덕터(L1)에 전류가 인가되며 제3트랜스포머(T3)의 1차코일을 통해서 공진 콘덴서(C5)를 충전한다. 이 과정에 제3트랜스포머(T3)의 2차측 타측코일의 일측단(#3)은 하이(Hi)가 된다. 이 작동은 입력펄스에 의거하여 하이-로우를 반복하여 이루어진다.
한편, 본 발명에 의한 정류 제어부(400)는, 입력펄스 검출부(410)에서 상기 출력부(100)에 입력되는 입력펄스를 입력받아 상기 제1트랜스포머(T1)와 동일한 위상으로 입력펄스를 검출하게 된다. 즉, 제1트랜스포머(T1)와 제2트랜스포머(T2)는동일 위상임으로 1차코일의 일측단(#4)에 하이(Hi)이면, 2차측의 타측코일 타측단(#6)은 로우(low)가 되며, 2차측 일측코일 일측단(#10)은 하이가 된다. 상기 로우 신호는 지연부(430)의 콘덴서 C1과 저항 R3에 의해 오피앰프(U2)에 반전입력단자(-)로 인가된다. 상기 오피앰프(U2)의 비반전입력단자(+)에는 지연시간 설정 부(420)에서 설정된 전압이 인가된다. 마찬가지로 상기 하이신호는 지연부(430)의 콘덴서 C2 및 저항 R1을 통해서 오피앰프(U1)의 비반전입력단자(+)에 입력되고, 오피앰프(U1)의 반전입력단자(-)에는 상기 지연시간 설정부(420)에서 설정된 기준값이 인가된다.
상기 지연시간 설정부(420)는 도 4의 파형특성에서 상승시간과, 하강시간의 특성을 고려하여 적정레벨에서 상승엣지 및 하강엣지가 발생될 수 있도록 분압용 저항들을 통해서 기준값을 설정한다.
따라서, 지연부(430)에서는 펄스에 대해서 각각 지연된 펄스신호가 발생된다.
상기 제2트랜스포머(T2)의 2차측 타측코일 타측단(#6)에 로우신호가 발생되면, 오피앰프(U2)에서는 반전입력단자(-)에 로우신호가 인가되고 비반전입력단자(+)에 하이신호가 인가되므로 출력은 하이신호가 출력된다. 이때의 파형(wave)은 도 4에 도시된 바와 같이 오피 앰프(Op amp)의 고유특성인 응답타임(response time) (T)가 만들어진다.
즉, 본 발명의 주목적인 주파수 가변 시에도 절대 부동의 오프 타임(off time)이 만들어진다.
상기 지연부(430)의 오피앰프(U2)에서 출력된 하이신호를 정류제어펄스 발생부(440)의 콘덴서 C4를 이용하여 DC(+)전압은 제거 되고 오피앰프(U2)에 입력된 펄스만 저항 R12에 의해서 앤드 게이트(U4)에 입력되고, 저항 R10, R12는 입력된 펄스의 전위를 조절하여 지연시간(Delay time)을 가감할 수 있게 된다.
한편, 상기 제2트랜스포머(T2)의 2차측 일측코일 일측단(#10)에서의 하이 펄스를 콘덴서 C11을 통해서 상기 앤드게이트(U4)의 다른 입력단자에 입력된다.
따라서, 앤드게이트(U4)에서는 상기 지연부(430)에서 지연된 시간 만큼 제거된 즉, 응답타임에 의해 감소된 하이신호를 얻게 된다.
상기 정류 제어펄스 발생부(440)의 앤드게이트(U4)에서 발생된 하이신호는 정류 온-오프타임 제어부(450)의 앤드게이트(U6)의 일측 입력으로 인가되고, 그 앤드게이트(U6)의 타측입력으로는 2차 정류부(300)의 제3FET(Q3)로 입력되는 제3트랜스포머(T3)의 출력 펄스신호가 입력된다.
제2트랜스포머(T2)의 단자(#10)에서의 하이펄스 콘덴서 C11에 의해 앤드게이트(U4)에 입력되며 앤드게이트(U4)의 다른 입력단자에는 지연부(430)의 오피앰프(U2)에 의해 로우펄스가 응답타임(Response Time)에 의해 감소되어진후 반전된 펄스로 입력되고, 앤드게이트(U4)의 출력에서 하이 펄스를 얻게 된다.
상기 앤드 게이트(U4)의 하이펄스는 앤드게이트(U6)의 일측입력으로 입력되고, 앤드게이트(U6)의 타측입력으로는 제3트랜스포머(T3)의 #3 의 하이 펄스가 입력되므로, 버퍼(U8)을 통해서 제4FET(Q4)의 게이트에 인가된다. 즉, 제3트랜스포머(T3)의 #3에서 출력된 하이펄스와 상기 앤드게이트(U4)의 하이펄스가 앤드조합되어 하이펄스가 발생되는 경우는 제3FET(Q3)가 오프 되어 있음을 의미하며, 이에 따라 제4FET(Q4)를 온시키는 동작을 하게 된다. 이는 앤드게이트 U4 출력에서 버퍼 U8에 입력하여 버퍼 U8의 출력을 하이신호로 변환하여 제4FET(Q4)를 온시키는 것이다.
이때의 제4FET(Q4)의 온 상태는 오피앰프(U2)의 응답 타임에 형성된 지연시간(Delay Time)으로 인하여 주파수가 가변(Low -> Hi)되어도 정류소자간의 쇼트가 발생하지 않으면서 반복작용으로 고속/고효율/동기 스위칭 정류기(High speed/High efficiency/Synchronous switching rectifier)를 완성할 수 있다.
이러한 결과로 일반정류 방식의 쇼트키 정류기(Schottky Rectifier)에 의한 정류보다 파워(power)손실이 월등하게 적으면서 파워 컨버터의 전체적인 효율을 상승시킨다.
다음은 쇼트키 정류기(Schottky Rectifier)와 본 발명의 FET소자를 이용한 고속 동기 스위칭 정류기(Hi Speed Synchronous Switching Rectifier)를 비교한 것이다.
파워 컨버터 DC OUT PUT 12V/10A
Schottky STPS 20H 100CT - Vf 0.64V
0.64(Ve) x 10A = 6.4W
FET IRFB 3207ZPBF - Rds(on) 4.1mΩ
(Rds 0.0041x 10A) x 10 = 0.041W
이상과 같이 5.9W의 손실을 줄일 수 있다.
도 1은 종래 플라이백 방식의 2차 정류부의 다이어그램
도 2는 종래 기술에 의한 포워드 방식 2차 정류부의 다이어그램
도 3은 종래 기술에 의한 엘엘씨 하프 브릿지(LLC, HB) 파워 컨버터 회로도
도 4의 (a), (b)는 본 발명을 설명하기 위한 오피앰프(OP AMP)의 펄스 응답특성도
도 5는 본 발명에 의한 정류 제어부를 포함하는 LED용 엘엘씨 하프 브릿지 파워 컨버터 회로도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 출력부 200 : 엘엘씨 공진부
300 : 2차 정류부 400 : 정류 제어부
410 : 입력펄스검출부 420 : 지연시간 설정부
430 : 지연부 440 : 정류제어펄스 발생부
450 : 정류 온-오프타임 제어부 Q1 - Q4 :FET
T1 - T3 : 트랜스포머 U1, U2 : 오피앰프
U3 - U6 : 앤드게이트 U7, U8 : 버퍼

Claims (2)

  1. 콘트롤러의 주파수 제어에 의해 듀티 50% 싸이클 펄스신호를 입력받아 출력부(100)에서 제1트랜스포머(T1)를 통하고, 두개의 스위칭용 제1,제2FET소자(Q1)(Q2)에 의해 펄스신호(+전압구간, -전압구간)를 발생시키는 출력부(100)와, 상기 출력부(100)의 펄스를 인덕터(L1)와 제3트랜스포머(T3)의 1차코일 및 공진 콘덴서(C5)에 의해 LLC 공진시키는 공진부(200)와; 상기 공진부(200)의 제3트랜스포머(T3)의 2차측 2개의 코일로부터 출력되는 펄스출력을 정류용 소자를 통해 정류함과 아울러 평활 콘덴서(C6)를 통해 평활시켜 부하측으로 직류전원을 출력하는 2차 정류부(300)를 포함하여 이루어지는 LED용 엘엘씨 하프 브릿지 파워 컨버터 회로에 있어서,
    상기 2차 정류부(300)의 정류용 소자로서 제3,제4FET소자(Q3)(Q4)를 사용하여 펄스를 전파 정류하도록 구성하고,
    소자 지연 및 상승시간과 하강시간을 고려하여 설정된 지연시간만큼 입력펄스를 지연시키고, 지연펄스와 입력펄스의 교차 조합에 의해 펄스 사이에 오프 타임이 설정된 제어펄스를 생성하여 상기 2차 정류부(300)의 제3,제4FET소자(Q3)(Q4)를 제어하도록 구성된 정류 제어부(400)를 더 포함하여 구성되되,
    상기 정류 제어부(400)는,
    상기 듀티 50% 펄스 신호를 1차코일에 입력받아 2개의 2차코일을 통해서 상기 제1트랜스포머(T1)와 동일 위상으로 펄스신호를 검출하는 입력펄스검출부(410)와;
    상기 입력펄스검출부(410)에 의해 검출되는 펄스를 지연시간 설정부(420)의 기준신호와 각각 비교하여 펄스의 상승 시간과, 하강 시간을 지연시키는 지연부(430)와;
    상기 지연부(430)에서 각각 지연된 펄스와 상기 입력펄스검출부(410)에서 검출된 부.정 펄스를 서로 교차되게 각각 앤드 조합하여 펄스 사이에 오프 타임이 존재하는 정류제어펄스를 생성하는 정류제어펄스 생성부(440)와;
    상기 정류제어펄스 생성부(440)에서 생성되는 펄스를 상기 2차 정류부(300)의 제4FET소자(Q4)에 입력되는 제1정류펄스와, 상기 2차정류부(300)의 제3FET소자(Q3)에 입력되는 제2정류펄스를 각각 앤드 조합한 후 버퍼링하여 서로 교차하여 상기 제3FET소자(Q3)와 제4FET소자(Q4)의 게이트 제어신호로 인가하여 정류펄스의 온-오프 타임을 제어하는 정류 온-오프타임 제어부(450)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 LED용 엘엘씨 하프 브릿지 파워 컨버터의 1차 드라이브 동기식 고속스위칭 정류 제어회로.
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