2. ๋ณธ ๋ฌธ
2.1 LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ
LED ์ ์์ ์ฌ์ฉ๋๋ ์ ์์ฅ์น์ฉ ์ปจ๋ฒํฐ๋ก๋ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก Flyback ์ปจ๋ฒํฐ์ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ๊ฐ ์ฉ๋์ ๋ฐ๋ผ ์ ์ฉ๋๊ณ ์๋ ์ถ์ธ์ด๋ค. ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋
LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ๋ฅผ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก ๋งฅ๋์ ์ ๊ฐํ๊ธฐ ์ํ ๊ธฐ๋ฒ์ ์ค๋ช
ํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋จผ์ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ํน์ฑ์ ๋ถ์ํ ํ์๊ฐ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 1. LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ
Fig. 1. LLC resonant converter
๊ทธ๋ฆผ 1์ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ๊ธฐ๋ณธ ํ๋ก์ด๋ค. LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ๋ ๊ณ ํจ์จ ๋ฐ ๋์ ์ ๋ ฅ๋ฐ๋๋ฅผ ๋ฌ์ฑํ ์ ์๋ค๋ ๋ค์ํ ์ฅ์ ์ผ๋ก ์ธํ์ฌ ๋ง์ ๋ถ์ผ์ ์ฌ์ฉ๋๊ณ
์๋ ํ ํด๋ก์ง ์ด๋ค. LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ๋ ์ธ๋ํด์ค์ ์ปคํจ์ํด์ค์ ๊ณต์งํน์ฑ์ผ๋ก ์ธํ์ฌ ZVS(Zero voltage switching) ์ ๊ฐ์ ์ํํธ
์ค์์นญ์ ํตํ์ฌ ๋์ ํจ์จ์ ๋ฌ์ฑํ ์ ์์ผ๋ฉฐ, ๊ณต์ง์ ์ ์ฉ๋๋ ๊ณต์ง ์ธ๋ํด์ค๋ฅผ ๋ณ๋์ ์ถ๊ฐ ์์ด ๋ณ์๊ธฐ ๋์ค์ธ๋ํด์ค๋ฅผ ์ ์ฉํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ฐํธํ๊ฒ ๊ตฌ์ฑ์ด
๊ฐ๋ฅํ๋ค๋ ํน์ง์ ๊ฐ๊ฒ ๋๋ค(6)-(7). ๊ทธ๋ฆผ 1 ์ ์ ์ด ๋ธ๋ก๋๋ ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ ๋ฅ ILED๋ฅผ ์ ๋ฅ ์ง๋ น์น ILED_ref ์ ๋น๊ตํ์ฌ ์ ์ด๊ธฐ๋ฅผ ๋์์ ํตํด PWM์ ์์ฑํ๋ ๊ตฌ์กฐ์ด๋ค. ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋
๋ณด์๊ธฐ๋ฅผ ํตํ์ฌ ๋งฅ๋์ ์ ๊ฐํ๊ธฐ ์ํ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๋ํ์ฌ ์ค๋ช
ํ๊ฒ ๋๋ค.
2.2 LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ํน์ฑ๋ถ์
LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ๋์ ํน์ฑ์ ๋ถ์ํ๊ธฐ ์ํ ์ฐ๊ตฌ๋ ์ด๋ฏธ ๋ง์ ์ ํ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ์งํ๋์ด ์๋ค. LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ๋ฅผ ๋ถ์ํ๋ ๊ฐ์ฅ ์ผ๋ฐ์ ์ธ ๋ฐฉ๋ฒ์
FHA(First harmonic approximation) ๋ฐฉ๋ฒ์ด๋ค. FHA๋ฐฉ๋ฒ์ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ๊ณ ์ฐจ์ฑ๋ถ์ ๋ฌด์ํ๊ณ ๊ธฐ๋ณธํ ์ฑ๋ถ๋ง์ผ๋ก ์ปจ๋ฒํฐ์
ํน์ฑ์ ๋ถ์ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ด๋ค. ์ด๋ ์ง๋ ฌ๊ณต์ง ํน์ฑ์ ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค๋ ์ฅ์ ์ผ๋ก LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ํน์ฑ์ ๋ถ์ํ๋๋ฐ ๋๋ฆฌ ์ฌ์ฉ๋๊ณ ์๋ค(8)-(9).
๊ทธ๋ฆผ 2๋ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ๋ฑ๊ฐํ๋ก๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. FHA ๋ฐฉ๋ฒ์ ๊ณผ์ ์ ๋จผ์ (a) ์ ๊ฐ์ด LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ๋ฅผ ๊ธฐ๋ณธ ๋ฑ๊ฐํ ํ๋ค. ๊ธฐ๋ณธ ๋ฑ๊ฐํ๋ก์๋ ๋ฑ๊ฐ ์
๋ ฅ์ ์ Vg, ๋ฑ๊ฐ ์ถ๋ ฅ์ ๋ฅ ios ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๋ฑ๊ฐ๋ถํ์ ํญ Ro'๋ก ํํ๋๋ฉฐ,
์ด๋ ๋ฑ๊ฐํ๋ก์ ์
๋ ฅ ์ ์๊ณผ ์ถ๋ ฅ์ ์์ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ๊ณ ์ฐจ ๊ณ ์กฐํ ์ฑ๋ถ์ ๋ชจ๋ ํฌํจํ๊ณ ์๋ค. ์ฌ๊ธฐ์ ๊ทธ๋ฆผ (b) ์ ๊ฐ์ด ๊ณ ์ฐจ ๊ณ ์กฐํ ์ฑ๋ถ์ ๋ชจ๋ ์ ๊ฑฐํ๊ณ ๊ธฐ๋ณธํ ์ฑ๋ถ๋ง์ผ๋ก ์ ๋ฆฌ๋ ๋ฑ๊ฐํ๋ก๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ๋ ๊ณผ์ ์ ํตํ๊ฒ ๋๋ค. ๊ธฐ๋ณธํ ๋ฑ๊ฐํ๋ก๋ ๋ฑ๊ฐํ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ธฐ๋ณธํ
๋ฑ๊ฐ ์
๋ ฅ์ ์ Vge, ์ถ๋ ฅ์ ์ Voe, ์ถ๋ ฅ์ ๋ฅ ioe ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๋ถํ์ ํญ Re๋ก ํํ๋๋ค. ์ด๋ FHA ๋ฑ๊ฐํ๋ก์ ๋ฑ๊ฐ ์
๋ ฅ์ ์๊ณผ ์ถ๋ ฅ์ ์, ์ถ๋ ฅ์ ๋ฅ๋
ํธ๋ฆฌ์ ๊ธ์ ๋ณํ์ ํตํ์ฌ ๊ฐ๋จํ๊ฒ ๊ธฐ๋ณธํ ์ฑ๋ถ๋ง์ผ๋ก ๊ณ์ฐํ ์ ์๊ฒ ๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 2. LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ๋ฑ๊ฐํ๋ก (a) ๊ธฐ๋ณธ ๋ฑ๊ฐํ๋ก (b) FHA ๋ฑ๊ฐํ๋ก
Fig. 2. Equivalent circuit of LLC resonant converter
์ฌ๊ธฐ์ n ์ ๋ณ์๊ธฐ ํด ๋น ์ด๋ค.
์ ์์์ ์์๋๋ก ๋ฑ๊ฐ ์
๋ ฅ์ ์, ์ถ๋ ฅ์ ์, ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ๋ฅผ ํธ๋ฆฌ์ ๊ธ์ ๋ณํ์ ํตํ์ฌ ๊ธฐ๋ณธํ ์ฑ๋ถ๋ง์ ํํํ ๊ฒ์ด๋ค. ์ด๋ ๊ฒ ์ ๋ฆฌ๋ ๋ฑ๊ฐํ๋ก๋ฅผ ํตํ์ฌ
LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ์
์ถ๋ ฅ ๊ด๊ณ์์ ์ ๋ฆฌํ ์ ์๊ฒ ๋๋ค.
์ด๋ ๊ฒ ๊ณ์ฐ๋ ์
์ถ๋ ฅ ๊ด๊ณ์์ ๋ณ์๋ฅผ ์ ๋ฆฌํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ค์ ํ ๋ฒ ์ ๊ทํ ํ ์ ์๋ค.
์ฌ๊ธฐ์ $Q_{e}=\sqrt{L_{r}/C_{r}}/R_{e}$, $f_{n}=f_{s}/f_{r}$, $L_{n}=L_{m}/L_{r}$ ์ด๋ค.
๊ณ์ฐ๋ ์ด๋์์์ ์ผ๋ฐ์ ์ธ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ด๋ ์์์ด ๋๋ค. ์์์ ํตํด LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ด๋ํน์ฑ ๊ณก์ ์ ์ป์ ์ ์๊ฒ ๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 3์ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ด๋ํน์ฑ๊ณก์ ์ด๋ค. LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ด๋ํน์ฑ ๊ณก์ ์ ์ ๊ทํ ์ฃผํ์ fn ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ด๋์ ํฌ๊ธฐ๋ก ํํํ ์ ์์ผ๋ฉฐ ๋ถํํน์ฑ
Q ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ๊ธฐ ๋ค๋ฅธ ๊ณก์ ์ ๊ทธ๋ฆด ์ ์๋ค. ํน์ฑ ๊ณก์ ์ ํตํด LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ๋ ์ค์์นญ ์ฃผํ์๋ฅผ ์กฐ์ ํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์ด๋์ ์กฐ์ ํ ์ ์๋ค๋ ๊ฒ์
ํ์ธํ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 3. LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ์ด๋ํน์ฑ๊ณก์
Fig. 3. Gain characteristics curve of LLC resonant converter
2.3 120Hz ๋งฅ๋์ ๋ฅ ์ ๊ฐ๊ธฐ๋ฒ
๊ธฐ์กด์ 120Hz ๋งฅ๋ ์ ๋ฅ๋ฅผ ์ ๊ฐํ๊ธฐ ์ํ ๊ธฐ๋ฒ์ผ๋ก๋ ๋ค์ํ ๋ฐฉ๋ฒ์ด ์ฌ์ฉ๋ ์ ์๋ค. ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ์ ๊ฐํ๊ธฐ ์ํ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก๋ ํฌ๊ฒ 3๊ฐ์ง ๋ฐฉ๋ฒ์ ์๋ก
๋ค ์ ์๋ค(5).
์ฒซ ๋ฒ์งธ๋ DC ๋งํฌ ์ปคํจ์ํฐ์ ์ฉ๋์ ํตํ์ฌ DC ๋งํฌ ์ ์ ๋งฅ๋์ ์ ๊ฐํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์ต์ข
์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ์ ๊ฐํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ด๋ค. ์ ๋ฅ๋ฅผ ํตํด ๋ฐ์ํ๋
DC ๋งํฌ ์ ์์ ๋งฅ๋์ DC ๋ง์ปค ์ปคํจ์ํฐ์ ์ฉ๋์ ํค์ฐ๊ฒ ๋๋ฉด ๊ฐ๋จํ ์ ๊ฐ๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๊ฒฐ๊ตญ ์ต์ข
์ถ๋ ฅ์ด ๋๋ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋ ๋ํ ์ ๊ฐ๋๊ฒ ๋๋ค. ์ด
๋ฐฉ๋ฒ์ ์์ฝ๊ฒ ๋งฅ๋์ ์ ๊ฐํ ์ ์์ง๋ง, ๋น์ฉ์ฆ๊ฐ ๋ฐ ์ ์ฒด ์์คํ
์ ๋ถํผ ์ฆ๊ฐ๋ก ์ด์ด ์ง ์ ์๋ค๋ ๋จ์ ์ด ์๋ค.
๋ ๋ฒ์งธ๋ DC/DC ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ ์ด๊ธฐ๋ก ์ถ๋ ฅ์ ๋งฅ๋์ ์ค์ด๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ด ์๋ค. ์ด ๋ฐฉ๋ฒ์ ๋ณ๋์ ์ถ๊ฐ ์์ด ์ ์ด๊ธฐ ์ค๊ณ๋ง์ผ๋ก ์ ์ด๊ฐ ๊ฐ๋ฅํ์ง๋ง, ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก
์์ ํธ ๋ชจ๋ธ ์ด๋์ด ์์ ๊ฒฝ์ฐ PI ์ ์ด๊ธฐ๋ง์ผ๋ก๋ 120Hz์ ์ด๋์ ๋์ด๋ ๊ฒ์ ์ด๋ ์ ๋ ํ๊ณ๊ฐ ์กด์ฌํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ด๋ ค์์ด ์๋ค. ๋ ๋ค๋ฅธ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก๋
๊ธฐ์กด์ ์ ์ด๊ธฐ์ ์ถ๊ฐ์ ์ธ ๋ณด์๊ธฐ๋ฅผ ์ค๊ณํด ๋งฅ๋์ ์ ๊ฐํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์๊ฐํด ๋ณผ ์ ์๋ค. ๋จผ์ ์ฝ๊ฒ ์๊ฐํ ์ ์๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ DC ๋งํฌ ์ ์์ DC/DC
์ปจ๋ฒํฐ ์ ์ด๊ธฐ์ ๋ณด์ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ์ ๊ฐํ ์ ์๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ด๋ค. ์ด ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ์์ธ์ด ๋๋ DC ๋งํฌ ์ ์์ ํตํ์ฌ ์ง์ ๋ณด์ํ๊ธฐ
๋๋ฌธ์ ๋งฅ๋ ์ ๋ฅ๋ฅผ ์ ๊ฐํ๊ธฐ์ ์ ํฉํ๋ค๊ณ ๋ณผ ์ ์๋ค. ํ์ง๋ง ์ด ๋ฐฉ๋ฒ์ DC ๋งํฌ ์ ์์ ํตํ์ฌ ๋งฅ๋์ ๋ณด์ํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์ค์๊ฐ์ผ๋ก ์ด๋ฅผ ์ธก์ ํ ์
์๋ ํ๋ก๋ฅผ ๊ฐ์ถ์ด์ผ ํ๋ค๋ ํน์ง์ ๊ฐ๋๋ค. LED ์ ์๊ณผ ๊ฐ์ ์กฐ๊ด์ ์์๋ ์ผ์๋ฆฌ์ค ์ ๊ฐ์ด DC ๋งํฌ ์ ์์ ๋ณ๋์ ์ธก์ ์ ์ฌ์ฉํ์ง ์๋ ์ฐ๊ตฌ
๋ํ ๋ค์ํ๊ฒ ์งํ ๋๊ณ ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ํฉ์ ๋ฐ๋ผ์ ์ด๋ฌํ ๊ฒฝ์ฐ์๋ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ์ ๊ฐํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ๋ณ๋์ ์ ์ ๋งฅ๋์ ์ธก์ ํ๊ธฐ ์ํ ํ๋ก๊ฐ ์ถ๊ฐ๋์ด์ผ
ํ๋ค๋ ๋จ์ ์ ๊ฐ์ง ์ ์๋ค(10).
2.4 120Hz ๋งฅ๋์ ๋ฅ ์ง์ ๋ณด์๋ฐฉ๋ฒ
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ LED ์ฉ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ 120Hz ๋งฅ๋์ ๋ฅ๋ฅผ ์ ๊ฐํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์ถ๋ ฅ๋จ์ ๋งฅ๋์ ๋ฅ๋ฅผ ํตํด ์ ์ด๊ธฐ์ ๋ณด์ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๋ํ์ฌ ์ค๋ช
ํ๋ค.
์ด๋ ๊ฒ ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ํตํ์ฌ ์ง์ ๋ณด์ํ ๊ฒฝ์ฐ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ DC ๋งํฌ ์ปคํจ์ํฐ์ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ํค์ฐ์ง ์์๋ ๋๋ฉฐ, ์ถ๊ฐ์ ์ธ ํ๋ก ์์ด ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ์ ๊ฐํ
์ ์๋ค๋ ์ฅ์ ์ ๊ฐ์ง ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 4์์๋ 120Hz ๋งฅ๋์ ๋ฅ๋ฅผ ์ ๊ฐํ๊ธฐ ์ํ ์ ์ด ๊ตฌ์ฑ๋๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ถ๋ ฅ์ ์ ์ดํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ๋ฅผ ํผ๋๋ฐฑ ๋ฐ์
๋น๋ก์ ๋ถ ์ ์ด๊ธฐ๋ฅผ ํตํด PWM ์ปจํธ๋กค์ ์ค์ํ๊ฒ ๋๋ค. ์ฌ๊ธฐ์ ์ด๋ฏธ ํผ๋๋ฐฑ์ ๋ฐ๊ณ ์๋ ์ถ๋ ฅ์ ๋ฅ์์ 120Hz ๋งฅ๋ ์ฑ๋ถ๋ง์ ํํฐ๋ง ํ ํ์ ๊ทธ๊ฒ์
๊ธฐ์กด์ ๋น๋ก ์ ๋ถ ์ ์ด๊ธฐ์ ๋ณด์ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ฌ์ฉํ๊ฒ ๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 4๋ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋ ์ ๊ฐ ์ ์ด ๋ณด์๊ธฐ์ ๊ตฌ์ฑ๋ ์ด๋ค. ์ค์๊ฐ ๊ฒ์ถ ๋ LED ์ ๋ฅ์์ 120Hz ์ฑ๋ถ๋ง์ ๋ณด์ํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ํ์ดํจ์ค ํํฐ๋ฅผ ํตํด ํํฐ๋ง ํ๊ฒ
๋๋ค. ๊ฒ์ถ๋ ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ์ 120Hz ๋ฆฌํ ์ฑ๋ถ์ ๊ธฐ์กด์ ๋น๋ก์ ๋ถ ์ ์ด๊ธฐ์ ์ ํฅ ๋ณด์๋๊ฒ ๋๋ค. ์ด๋ ๋ณด์๊ฒ์ธ Kc ๋ฅผ ํตํด ๊ฒ์ธ์ด ์กฐ์ ๋ ํ์ ์ ์ด๊ธฐ์
๋ณด์๋๊ฒ ๋๋ค. ๋งฅ๋ ์ ๊ฐ ์ ์ด ๋ณด์๊ธฐ๋ ํ์ดํจ์ค ํํฐ๋ฅผ ํตํด ์์์ง์ฐ์ ๊ฐ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋๋ ์ด D๋ฅผ ํตํด ์ด๋ฅผ ๋ณด์ํด์ฃผ๊ฒ ๋ฉ๋๋ค. ๋๋ ์ด D๋ ํ์ดํจ์ค
ํํฐ ๋ฐ ์ค์ ํ๋์จ์ด ๋๋ ์ด๊ฐ ์กด์ฌํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ํ์ฐฉ์ค ๋ฒ์ ํตํ์ฌ ์ ์ ํ๊ฒ ์กฐ์ ํด์ฃผ๊ฒ ๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 4. ๋งฅ๋์ ๋ฅ ์ ๊ฐ ์ ์ด ๊ตฌ์ฑ๋
Fig. 4. Control diagram for reducing ripple current
LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ๊ฒฝ์ฐ ๊ทธ๋ฆผ 3์ ํตํด ๋ถ์ํ ๋ด์ฉ๊ณผ ๊ฐ์ด ์ค์์นญ ์ฃผํ์๋ฅผ ํตํ ์ด๋์ ์ ์ดํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ ์ด๊ธฐ์ ์ถ๋ ฅ์ ์ค์์นญ ์ฃผํ์ fs ๊ฐ ๋๋ฉฐ ์ด๋ฅผ ํตํด PWM ๋์ํ๊ฒ ๋๋ค.
์ด๋ ๊ฒ ์ค์์นญ ์ฃผํ์์ ๊ฒ์ถ๋ ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ 120Hz ๋งฅ๋์ฑ๋ถ์ ๋ณด์ํ๊ฒ ๋๋ค๋ฉด ์ค์์นญ ์ฃผํ์์ 120Hz ๋งฅ๋ ์ฑ๋ถ์ด ์ถ๊ฐ๋์ด ์ต์ข
์ ์ผ๋ก ์ถ๋ ฅ์ ๋ฅ
๋งฅ๋์ด ์ ๊ฐ๋๊ฒ ๋ ๊ฒ์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 5๋ ๋งฅ๋์ ๊ฐ ๋์ ํํ์ผ๋ก ๋งฅ๋์ ๊ฐ ๋ณด์์ ํ์ง ์์์ ๊ฒฝ์ฐ์ ํ์ ๊ฒฝ์ฐ์ DC ๋งํฌ ์ ์๊ณผ ์ค์์นญ ์ฃผํ์ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ LED ์ ๋ฅ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๋ณด์๊ธฐ
์์ด ๊ธฐ์กด์ ์ ์ด๊ธฐ ๋ง์ ์ฌ์ฉํ ๊ฒฝ์ฐ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ์
๋ ฅ์ ์ ์ฆ DC ๋งํฌ ์ ์ ๋ฆฌํ์ ์ํด ๋ฐ์๋๋ 120Hz ๋งฅ๋์ด ์ถ๋ ฅ์ ๋ฅ์๋ ๋ฐ์ํ๊ฒ
๋๋ค. ์ฌ๊ธฐ์ 120Hz ๋งฅ๋์ ๋ณด์ํ๊ฒ ๋๋ค๋ฉด, ์ค์์นญ ์ฃผํ์์ 120Hz ๋ฆฌํ์ด ์ ํฅ ๋ณด์๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ ๋ฆฌํ์ด ์ ๊ฐ๋ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 5. ๋งฅ๋ ์ ๊ฐ ๋์ ํํ (a) ๋งฅ๋ ๋ณด์ ์ , (b) ๋งฅ๋ ๋ณด์ ํ
Fig. 5. Ripple reduction operation waveform
ํ์ง๋ง ์ถ๋ ฅ์ ๋ฅ๋ฅผ ํตํด ์ง์ ๋ณด์ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์, ์ ๋ฅ ๋ฆฌํ์ด ์ ๊ฐ๋๋ค๋ฉด ์ ์ด๊ธฐ์ ๋ณด์๋๋ ๊ฐ ๋ํ ์์์ง๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ด๋ ์ ๋ ์์ค์ ๋๋ฌํ๋ฉด ๋ ์ด์
๋งฅ๋์ด ์ ๊ฐ๋์ง ์์ ์๋ฒฝํ๊ฒ ๋งฅ๋์ ์ ๊ฐํ ์ ์๊ฒ ๋๋ค. ๊ทธ๋ ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ดํ๋ฆฌ์ผ์ด์
์ํฉ์ ์๋ง๊ฒ ๋ณด์๊ฒ์ธ Kc๋ฅผ ์ ์ ํด์ผ ํ๋ค.
์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ฑ๋ถ์ ๋ณด์๊ฒ์ธ Kc๋ ์ ๋ฅ๋จ์์ ๋ ๋ฒจ์์ ์ค์์นญ ์ฃผํ์๋ฅผ ์ ์ดํ๊ธฐ ์ํ ํฌ๊ธฐ๋ก ์ค์ผ์ผ์ ์กฐ์ ํ๊ธฐ ์ํด ์ฌ์ฉ๋๋ค. ๊ฒฐ๊ตญ ๋ณด์๊ฒ์ธ Kc๋ LLC
๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ์ด๋ํน์ฑ์ ๋ฐ๋ผ ๊ณ ๋ ค๋์ด์ผ ํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 6์ ๊ทธ๋ฆผ 3์ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ์ด๋ ํน์ฑ๊ณก์ ์ผ๋ถ ๋์ ๋ฒ์๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ๊ฐ ๋์ ํ ์ ์๋ ์ค์์นญ ์ฃผํ์์ ๋ฒ์์์ ์ด๋์ ๋ณํ๋ ์ฃผํ์์
์ ํ์ ์ธ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๊ฐ์ง ์๋๋ค. ๋๋ฌธ์ ์ฃผํ์ ์์ญ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ด๋์ ๋ณํ๋ฅผ ํตํด ๋ณด์๊ฒ์ธ Kc๋ฅผ ์กฐ์ ํด ์ค ํ์๊ฐ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 6. LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ์ด๋ ํน์ฑ๊ณก์
Fig. 6. Gain characteristic curve of LLC resonant converter
LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ด๋์ ์ค์์นญ ์ฃผํ์๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ฉด ๋ฎ์์ง๊ฒ ๋๋ฉฐ, ์ด์ ๋ฐ๋๋ก ์ค์์นญ ์ฃผํ์๊ฐ ๊ฐ์ํ๊ฒ ๋๋ฉด ์ด๋์ด ์ฆ๊ฐํ๋ ํน์ฑ์ ๊ฐ์ง๊ณ ์๋ค.
์ด๋ ์ค์์นญ ์ฃผํ์ ๋ณํ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ด๋์ ๋ณํ์จ์ด ์ผ์ ํ์ง ์๊ณ ๋ณํํ๊ฒ ๋๋ค. ์ด๋ฌํ ํน์ฑ์ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํด LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ด๋ํน์ฑ๊ณก์ ์ ๋ณํ์จ์
ํ์ธํ ํ์๊ฐ ์๋ค.
์ด๋์ ๋ณํ์จ์ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ด๋ํน์ฑ๊ณก์ ์์ (5)๋ฅผ ๋ฏธ๋ถํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ๋ํ๋ผ ์ ์๋ค.
์ ์์์ ๊ณ์ฐํ๊ฒ ๋๋ฉด
๊ณผ ๊ฐ์ด ๊ณ์ฐํ ์ ์๋ค. ์ด ์์์ ์ ๋ฆฌํ๋ฉด ์ต์ข
์ ์ผ๋ก
๋ฅผ ์ป์ ์ ์๋ค.
์์ (8)์ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ด๋ํน์ฑ ์์์ ๋ณํ์จ์ ๊ณ์ฐํ ๊ฐ์ผ๋ก ๊ฐ ์ฃผํ์ ๋์์์ญ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ด๋์ ๋ณํ์จ์ ์๋ฏธํ๊ฒ ๋๋ค. ๊ณ์ฐ๋ ์์์ ํตํด ๊ณก์ ์
๊ทธ๋ ค๋ณด๋ฉด ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ์ฃผํ์ ์์ญ์ ๋ฐ๋ผ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ด๋ ๋ณํ์จ์ ์ ๋๊ฐ ์ด๋ป๊ฒ ๋๋์ง ํ์ธํ ์ ์๊ฒ ๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 7์ ์ฃผํ์์ ๋ฐ๋ฅธ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ด๋์ ๋ณํ์จ,
๊ทธ๋ฆผ. 7. LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ์ด๋ ๋ณํ๊ณก์
Fig. 7. Gain variation curve of LLC resonant converter
์ฆ ๊ธฐ์ธ๊ธฐ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 6๊ณผ ๊ฐ์ด LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ๋ ์ฃผํ์ ์กฐ์ ์ ๋ฐ๋ผ ๋ฎ์ ์ฃผํ์ ์์ญ์์ ์ด๋์ ๋ณํ๊ฐ ๋ ํฌ๋ฉฐ, ๋์ ์ฃผํ์ ์์ญ์์ ์ด๋์ ๋ณํ๊ฐ ๋ ์๋ค. ๊ฒฐ๊ตญ
๋ณํ์จ์ ๋ฎ์ ์ฃผํ์ ์์ญ์์ ์์ผ๋ก ๋ ํฐ ๊ฐ์ ๊ฐ์ผ๋ฉฐ, ๋์ ์ฃผํ์ ์์ญ์์๋ ๋ณํ์จ์ด ์์์ง๊ฒ ๋๋ค. ๋๋ฌธ์ ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ํตํด ๋ณด์ ํ๊ฒ
๋ ๊ฒ์ธ ๋ํ ๋์์์ญ์ ๋ฐ๋ผ ์ ์ ํ ๊ฐ์ ์ ์ ํด์ผ ํ๋ค. ๊ณก์ ๊ณผ ๊ฐ์ด ๋ฎ์ ์์ญ์์๋ ์ฃผํ์์กฐ์ ์ ๋ฐ๋ผ ์ด๋์ ๋ณํ๋์ด ์ฆ๊ฐํ ๊ฒ์ด๋ฉฐ ๋์ ์ฃผํ์์์๋
์ฃผํ์ ๋ณํ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ด๋์ ๋ณํ๊ฐ ๋ ์๊ฒ ์ ์ฉ๋ ๊ฒ์ด๋ค.
2.5 ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์๋ฎฌ๋ ์ด์
๋ฐ ์คํ์ ํตํ์ฌ 120Hz ๋งฅ๋ ์ ๋ฅ๋ฅผ ๊ฐ๋ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ์ ์ด๊ธฐ๋ฒ์ ๋์์ ํ์ธํด ๋ณด์๋ค.
ํ 1์ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ํ๋ก์ ํ๋ผ๋ฏธํฐ ๊ฐ๊ณผ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๋ฐ ์คํ์ ํ
์คํธ ์กฐ๊ฑด์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์ค์ ์คํ์ ์ํ์ฌ LED ์ ์์ฅ์น๋ Two-Stage
๊ตฌ์กฐ๋ก ๊ตฌ์ฑํ์๋ค. PFC ์ปจ๋ฒํฐ๋ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ฌ์ฉํ ์ ์๋ ๊ธฐ๋ณธ์ ์ธ Boost ์ปจ๋ฒํฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, DC/DC ์ปจ๋ฒํฐ๋ก๋ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ๋ฅผ
๊ตฌ์ฑํ์๋ค. ๋จผ์ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ ํตํ์ฌ ๋์์ ํ์ธํ์๋ค. ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ PSIM ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ํตํ์ฌ ํ์ธํ ์ ์์๋ค.
ํ 1. ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๋ฐ ์คํ ์ ํ
์คํธ ์กฐ๊ฑด
Table 1. Simulation & Experimental test condition
Parameter
|
Value
|
Input Voltage
|
220V/60Hz
|
DC link Voltage, VDC
|
350 V
|
Switching Frequency, fs
|
55~100 kHz
|
Resonant Inductance, Lr
|
202.42 uH
|
Magnetizing Inductance, Lm
|
1.05 mH
|
Resonant Capacitance, Cr
|
33 nF
|
Resonant frequency, fr
|
61 kHz
|
LED Module
|
30 V/0.6 A (x5)
|
Power
|
90 W
|
LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
ํ
์คํธ ์กฐ๊ฑด์ ์คํ์ ์ฌ์ฉํ๊ฒ ๋ ์ค์ ํ๋์จ์ด ์คํ์ ํตํด ๊ฒฐ์ ํ๊ฒ ๋์๋ค.
PSIM ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ํตํ์ฌ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
ํ๋ก๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ์์ต๋๋ค. ์๋ฎฌ๋ ์ด์
ํ๋ก๋ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ์์ผ๋ฉฐ DC ์
๋ ฅ ์ ์์
120Hz ๋งฅ๋์ ํํํ๊ธฐ ์ํ์ฌ DC ์์ค์ AC ์์ค ์ ์์ ์ง๋ ฌ๋ก ์ฐ๊ฒฐํ ๊ตฌ์กฐ๋ก ํํํ์๋ค. ๋ถํ๋ ์คํ์ ์ฌ์ฉํ๊ฒ ๋ 30V LED ๋ถํ๊ฐ
5๊ฐ ์ง๋ ฌ๋ก ์ฐ๊ฒฐํ ๊ตฌ์กฐ์ด๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์์๋ 150V LED ๋ถํ๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ์ฌ ์คํ๊ณผ ์ผ์นํ๋ ์กฐ๊ฑด์ผ๋ก ํ์ธํ์๋ค.
์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ณผ์ ์ ๊ธฐ์กด์ ์ ์ด๊ธฐ๋ง์ ํตํด ๋ฐ์ํ๋ 120Hz LED ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ํ์ธ ํ ํ์ 120Hz ๋งฅ๋ ์ ๊ฐ๊ธฐ๋ฒ์ด ๋ณด์๋ ํํ์ ๋น๊ตํ๊ฒ ๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 8. ์๋ฎฌ๋ ์ด์
ํํ (a) 120Hz ๋งฅ๋ ๋ณด์ ์ (b) ์ ๋ฅ๋ฅผ ํตํ 120Hz ๋ณด์ ํ
Fig. 8. Simulation waveform
๊ทธ๋ฆผ 8 ์ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ฒฐ๊ณผ ํํ์ด๋ค. LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ 120Hz ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์
๋ ฅ ์ ์์ด ๋๋ DC ๋งํฌ ์ ์์ ์ธก์ ํ๊ณ , 120Hz
๋งฅ๋์ ๊ฒ์ถํ ๋ณด์๊ธฐ ์ถ๋ ฅ ๊ฐ, LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ๊ฐ ๋์ํ๋ ์ค์์นญ ์ฃผํ์, ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์ถ๋ ฅ์ ๋ฅ ์ฆ LED ์ ๋ฅ๋ฅผ ์ธก์ ํด ๋ณด์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ (a) ๋ 120Hz ์ ๋ฅ ๋งฅ๋ ์ ๊ฐ๊ธฐ๋ฒ ์์ด ๊ธฐ์กด์ ์ ์ด๊ธฐ๋ง์ผ๋ก ๋์์ํจ ํํ์ด๋ฉฐ, ๊ทธ๋ฆผ (b) ๋ ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋ ์ฑ๋ถ์ ์ธก์ ํด ์ถ๋ ฅ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ๋ณด์ํ ํํ์ด๋ค. ๊ธฐ์กด์ ์ ์ด๊ธฐ๋ง์ผ๋ก ๋์ํ ๊ฒฝ์ฐ ์ถ๋ ฅ๋จ์ ๋ฐ์ํ๋ 120Hz ๋งฅ๋์ ๊ฒ์ถํ์ง
์์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ค์์นญ ์ฃผํ์์ ๋ณด์๋์ง ์์ ์
๋ ฅ ์ ์ ๋งฅ๋์ ์ํด ์ถ๋ ฅ์๋ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ด ๋ฐ์ํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์์ผ๋ฉฐ, ๋งฅ๋ ์ ๊ฐ๊ธฐ๋ฒ์ ์ ์ฉ ํ
๊ฒฝ์ฐ ์ถ๋ ฅ๋จ์ ๋ฐ์๋๋ ๋งฅ๋์ ๊ฒ์ถํด ์ค์์นญ ์ฃผํ์์ ๋ณด์๋์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์
๋ ฅ ์ ์ ๋งฅ๋์ด ์กด์ฌํ๋๋ผ๋ ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ด ํฌ๊ฒ ์ ๊ฐ๋๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ
์ ์์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 9๋ ์ ๋ฅ ์ง๋ น์น๋ฅผ ๋ณ๊ฒฝํ๋ ๊ณผ๋์ํ์์์ 120Hz ๋งฅ๋ ์ ๊ฐ์ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ด๋ค. ์ ๋ฅ๋ 0.4A์์ 0.8A๋ก ์ง๋ น์น๋ฅผ ๋ณ๊ฒฝํ๋ฉฐ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ด
์ค์๋์๋ค. ๊ธฐ๋ณธ์ ์ผ๋ก ์ ๋ฅ ์ง๋ น์น์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ๊ธฐ ๋ค๋ฅธ ๋ณด์ ๊ฒ์ธ์ ๊ฐ์ง๊ฒ ๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ด์ ๋ณด์๊ธฐ๊ฐ ๊ทธ๋๋ก ์ ์ฉ๋ ์ํ์์ ์ง๋ น์น๊ฐ ๋ณ๊ฒฝ๋ ๊ฒฝ์ฐ ์ํ๋
์ถ๋ ฅ์ ์ ์ถ์ข
ํ์ง ๋ชปํ๊ฒ ๋๋ ๋ฌธ์ ๊ฐ ๋ฐ์ํ ์ ์๋ค. ์ด์ ์ ์ด๊ธฐ๊ฐ ์์ ์ ์ธ ๊ตฌ๊ฐ์ ๋๋ฌํ ๊ฒฝ์ฐ ๊ฐ ์ง๋ น์น์ ๋ง๋ ๋ณด์ ๊ฒ์ธ์ด ์ ์ฉ๋๋๋ก ๊ตฌ์ฑํ์์ผ๋ฉฐ
120Hz ๋งฅ๋์ด ์ ์ ๊ฐ๋๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 9. ๊ณผ๋์ํ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
ํํ
Fig. 9. Transient simulation waveform
2.6 ์คํ
๋ค์์ ์คํ์ ํตํ 120Hz ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ๊ฐ๋ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ๋์์ ํ์ธํด ๋ณด์๋ค. ์ค์ ํ๋์จ์ด ๊ตฌ์ฑ์ ํตํ์ฌ ์คํ์ ์งํํ์๋ค.
ํ
์คํธ ์กฐ๊ฑด์ ํ 1๊ณผ ๊ฐ์ ์กฐ๊ฑด์ ํตํ์ฌ ํ๋์จ์ด๊ฐ ๊ตฌ์ฑ๋์๋ค. ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ณผ ๋์ผํ๊ฒ DC ๋งํฌ ์ปคํจ์ํฐ ์ ์์ 350V ๋ก ์ ์ด๋๋ฉฐ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ํ๋์จ์ด
์คํ์ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ณผ ๋์ผํ๋ค. ๋ํ ๋ถํ๊ฐ ๋๋ LED ๋ชจ๋์ 30V 0.6A ์คํ์ ๋ชจ๋ 5๊ฐ๋ฅผ ์ง๋ ฌ ์ฐ๊ฒฐํด ์ฌ์ฉํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 10์ ์คํ ํ๋ก๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ํ 1 ์ ๊ฐ์ ์คํ์ ํ๋์จ์ด๊ฐ ๊ตฌ์ฑ๋์์ผ๋ฉฐ ์ปจํธ๋กค๋ฌ๋ DSP 28335 ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ๋์งํธ์ ์ด๊ธฐ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 11๋ 120Hz ๋งฅ๋์ ๋ฅ๋ฅผ ๊ฐ๋ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ์คํ ํํ์ด๋ค. ์คํํํ์ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ์
๋ ฅ์ธ DC ๋งํฌ ์ ์ ํํ ๋ฐ ์ถ๋ ฅ LED ์ ๋ฅ๋ฅผ
์ธก์ ํ์๋ค. ์คํ์ ํฌ๊ฒ 4๊ฐ์ง ๋ก ์งํํ์๋ค. ๋จผ์ ๊ทธ๋ฆผ (a) ๋ ๊ธฐ์กด์ PI ์ ์ด๊ธฐ๋ง์ ๋์์ํจ ํํ์ผ๋ก LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ๋ ์
๋ ฅ DC ๋งํฌ ์ ์์ ๋งฅ๋์ผ๋ก ์ธํ์ฌ ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ์ญ์ 120Hz ๋งฅ๋์ด
๋ฐ์ํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค. ๋ ๋ฒ์งธ ๊ทธ๋ฆผ (b) ๋ (a) ์ ๊ฐ์ด ๊ธฐ์กด์ PI ์ ์ด๊ธฐ๋ง์ ๋์์ํจ ํํ์ด์ง๋ง ์
๋ ฅ DC ๋งํฌ ์ปคํจ์ํฐ๋ฅผ 50uF์์ 200uF์ผ๋ก ์ฉ๋์ ์ฆ๊ฐ์ํจ ํํ์ด๋ค. DC ๋งํฌ ๋งฅ๋์ด
์ ๊ฐ๋๋ฉด์ ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋ ๋ํ ์ ๊ฐ๋๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ (c) ๋ ๊ธฐ์กด ์ ์ด๊ธฐ์ DC ๋งํฌ ์ ์ ๋งฅ๋์ ๊ฒ์ถํด ๋ณด์๊ธฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ํํ์ด๋ค. DC ๋งํฌ ๋งฅ๋์ ๋จ์์์ง๋ง ์ ์ด๊ธฐ ๋์์ ํตํ ๋ณด์์ผ๋ก ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ ๋ฆฌํ์ด
์ ๊ฐ๋๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค. ๋ง์ง๋ง์ผ๋ก ๊ทธ๋ฆผ (d) ๋ ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ๊ฒ์ถํด ์ง์ ๋ณด์ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ์คํํ ํํ์ด๋ค. ๋ง์ฐฌ๊ฐ์ง๋ก DC ๋งํฌ ์ปคํจ์ํฐ ์ ์์ ๋งฅ๋์ด ์กด์ฌํ์ง๋ง ์ถ๋ ฅ์ ๋ฅ ๋ฆฌํ์ด ์ญ์
์ ๊ฐ๋๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 10. ์คํ ํ๋ก
Fig. 10. Experiment circuit
๊ทธ๋ฆผ. 11. ์คํ ํํ (a) ๊ธฐ์กด์ PI์ ์ด๊ธฐ ๋์ํํ(C:50uF), (b) ๊ธฐ์กด์ PI์ ์ด๊ธฐ ๋์ํํ(C:200uF), (c) ์ ์๋งฅ๋์ ํตํ
๋ณด์ํํ(C:50uF), (d) ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ํตํ ๋ณด์ํํ(C:50uF)
Fig. 11. Experiment waveform
๊ทธ๋ฆผ 12๋ ๊ทธ๋ฆผ 11 ์ ๋งฅ๋์ ๋ฅ ๋ณด์ ์คํํํ์ ๋น๊ตํ๊ธฐ์ํด ๋ณด์๊ธฐ๋ฅผ ์ ์ฉํ์ง ์์ ์ํ์์ ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ๋งฅ๋์ ํตํ ๋ณด์๊ธฐ๋ฅผ ์ ์ฉํ ํ์ ๋ณํ๋ฅผ ์ธก์ ํ ํํ์ด๋ค. ํํ์
๋ง์ฐฌ๊ฐ์ง๋ก DC ๋งํฌ ์
๋ ฅ ์ ์, ์ถ๋ ฅ LED ์ ๋ฅ๋ฅผ ์ธก์ ํ์๋ค. ๋จผ์ ๊ธฐ์กด์ PI ์ ์ด๊ธฐ๋ง์ผ๋ก ๋์ํ ๊ฒฝ์ฐ 120Hz ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ด ํฌ๊ฒ ๋ฐ์ํ๋
๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค. ์ฌ๊ธฐ์ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ํตํ ๋ณด์๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ์ฉํ ๊ฒฝ์ฐ ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ด ๋์ ๋๊ฒ ํฌ๊ฒ ๊ฐ์ํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 12. 120Hz ๋งฅ๋์ ๋ฅ ๋ณด์์คํ ํํ
Fig. 12. 120Hz ripple reduction experiment waveform
ํ 2์ 120Hz ๋งฅ๋์ ๋ฅ ๋ณด์ ์คํ ๊ฒฐ๊ณผํ์ด๋ค. ๋ณด์๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ์ฉํ์ง ์์ ๋ฐฉ๋ฒ๋ถํฐ DC ๋งํฌ ์ปคํจ์ํฐ์ ์ฉ๋์ ํตํด ์ ๊ฐํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ, DC ๋งํฌ ์ ์๋งฅ๋์
ํตํด ์ ์ด๊ธฐ๋ฅผ ๋ณด์ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์ถ๋ ฅ ์ ๋ฅ๋งฅ๋์ ํตํด ๋ณด์ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ ๊ฐ๊ฐ์ ๋งฅ๋๋ฅ ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค.
ํ 2. ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ
Table 2. Experiment result
|
DC Link Capacitance, Cdc
|
LED Current Ripple Rate
|
๊ธฐ๋ณธ PI ์ ์ด๊ธฐ
|
50 uF
|
14.4 %
|
๊ธฐ๋ณธ PI ์ ์ด๊ธฐ
|
200 uF
|
7.1 %
|
Vdc ๋ฅผ ํตํ ๋ณด์๊ธฐ
|
50 uF
|
4.8 %
|
ILED ๋ฅผ ํตํ ๋ณด์๊ธฐ
|
50 uF
|
6.5 %
|
์คํ๊ฒฐ๊ณผ DC ๋งํฌ ์ปคํจ์ํฐ์ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ 4 ๋ฐฐ๋ก ๋๋ฆด ๊ฒฝ์ฐ ๊ธฐ์กด์ ๋ฐ์ํ๋ 120Hz LED ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก ๋งฅ๋๋ฅ ์ ์ ๋ฐ์ ๋ ์ ๊ฐ๋๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ
์ ์์๋ค. ๋ํ DC ๋งํฌ ์ปคํจ์ํฐ์ ๋งฅ๋์ ํตํด ๋ณด์ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ด ๊ฐ์ฅ ํฐ ๋งฅ๋ ์ ๊ฐ๋ฅ ์ ๋ณด์์ผ๋ฉฐ ์ถ๋ ฅ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ํตํด ์ง์ ๋ณด์ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ DC
๋งํฌ ์ปคํจ์ํฐ์ ์ ์ ๋งฅ๋์ ํตํด ๋ณด์ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ๊ณผ ๋น์ทํ ์ ๊ฐ๋ฅ ์ ๋ณด์๋ค.
DC ๋งํฌ ์ปคํจ์ํฐ์ ์ฉ๋์ ๋ ์ฆ๊ฐ ์ํจ๋ค๋ฉด ๋งฅ๋์ด ๋ ์ ๊ฐ๋ ์ ์์ง๋ง ๊ทธ๋งํผ ์์คํ
์ ๋ถํผ์ฆ๊ฐ ๋ฐ ๋น์ฉ์ฆ๊ฐ์ ๋ถ๋ด์ ๊ฐ๊ฒ ๋๋ค. ๋ํ ์์ ๊ฐ์
์กฐ๊ฑด์์ DC ๋งํฌ ์ปคํจ์ํฐ์ ๋งฅ๋์ ํตํด ๋ณด์ํ ๊ฒฝ์ฐ ๊ฐ์ฅ ์ข์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์ป์ ์ ์์์ง๋ง ์์์ ์์ ํ ๊ฒ๊ณผ ๊ฐ์ด DC ๋งํฌ ์ ์์ ์ธก์ ํด LED
์ ๋ฅ๋ฅผ ์ ์ดํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ค์๊ฐ์ผ๋ก ์ ์์ ์ธก์ ํ๊ธฐ ์ํ ์ถ๊ฐ ๊ฒ์ถ ํ๋ก๋ฅผ ํ์๋ก ํ๊ฒ ๋๋ค. ๋ง์ง๋ง์ผ๋ก ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์ ์ค๋ช
ํ๊ณ ์๋ ์ถ๋ ฅ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์
ํตํด ์ง์ ๋ณด์ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ถ๋ ฅ LED ์ ๋ฅ๋ฅผ ์ ์ดํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์ด๋ฏธ ๊ฒ์ถํ๊ณ ์๋ ์ฑ๋ถ์์ ๋งฅ๋์ฑ๋ถ์ ์ด์ฉํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ถ๊ฐ์ ์ธ ๊ฒ์ถํ๋ก๋ฅผ ํ์๋ก ํ์ง
์๋๋ค. ๋ํ ๋ณด์๋ฐฉ๋ฒ๋ค ์ค ๊ฐ์ฅ ๋งฅ๋ ์ ๊ฐ๋ฅ ์ด ์ข๋ค๊ณ ๋ณผ ์ ๋ ์์ง๋ง DC ๋งํฌ ์ ์ ๋งฅ๋์ ํตํด ๋ณด์ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ๊ณผ ๊ฐ์ด ์ฐ์ํ ์ฑ๋ฅ์ ๋งฅ๋ ์ ๊ฐ๋ฅ ์
๋ณด์ด๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค.
๋ค์์ ๋์์์ญ์ ๋ฐ๋ฅธ LED ์ ๋ฅ์ ๋งฅ๋์ ๊ฐ์ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํ ์คํ์ ์ค์ํ์๋ค. ์คํ์ ์ ๋ฅ ๋ ๋ฒจ์ ๋ณ๊ฒฝํ๋ฉฐ ๊ฐ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋ํํ์ ์ธก์ ํ๊ณ , ๊ฐ ๋ ๋ฒจ์
๋ง๊ฒ ๋งฅ๋์ ๊ฐ ๊ธฐ๋ฒ์ ๊ฒ์ธ์ ์ธํ
ํ๋ ๋ฐฉ์์ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 13์ ์ ๋ฅ๋ ๋ฒจ์ ๋ฐ๋ผ ์ถ๋ ฅ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ํตํด ์ง์ ๋ณด์ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๋ํ ์คํ ํํ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๊ทธ๋ฆผ (a)๋ ์ ๋ฅ ๋ ๋ฒจ 0.8A ์์์ ๋งฅ๋์ ๊ฐ ๊ธฐ๋ฒ์ ์ ์ฉํ๊ธฐ ์ ๊ณผ ์ ๊ฐ๊ธฐ๋ฒ์ ์ ์ฉํ ํ์ ์คํํํ์ด๋ฉฐ ๊ทธ๋ฆผ (b)๋ ์ ๋ฅ ๋ ๋ฒจ 0.4A ์์์ ์คํํํ์ด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ (b) ์ ๊ฒฝ์ฐ ์ถ๋ ฅ์ด ์ค์ด๋ค๊ธฐ ๋๋ฌธ์ DC ๋งํฌ ์ปคํจ์ํฐ์ ์ ์ ๋งฅ๋ ๋ํ ์ ๊ฐ๋์ด ๋ณด์ด๊ฒ ๋๋ค. ์ ๋ฅ ๋ ๋ฒจ์ ๋ณ๊ฒฝํด๋ ์ถ๋ ฅ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ ํตํด ์ง์ ์ ๊ฐํ๋
๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ์ ๋ฅ๋งฅ๋์ด ํฌ๊ฒ ์ ๊ฐ๋๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค. ๋ํ ๊ฐ ์ ๋ฅ๋ ๋ฒจ์ ๋ฐ๋ผ ๋งฅ๋์ ๋ณด์ํ๊ธฐ ์ํ ๋ณด์ ๊ฒ์ธ์ ํ์ธํด ๋ณด์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 13. ์ ๋ฅ ๋ ๋ฒจ์ ๋ฐ๋ฅธ ์คํ ํํ (a) 0.8A ๋ ๋ฒจ, (b) 0.4A ๋ ๋ฒจ
Fig. 13. Experiment waveform by current level
๊ทธ๋ฆผ. 14. ์ ๋ฅ ๋ ๋ฒจ์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ณด์๊ฒ์ธ ๊ทธ๋ํ
Fig. 14. Graph of compensation gains by current level
๊ทธ๋ฆผ 14๋ ์ ๋ฅ ๋ ๋ฒจ์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ณด์ ๊ฒ์ธ์ ๊ทธ๋ํ๋ก ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ค. LED ์ ๋ฅ ๋ ๋ฒจ์ 0.4A์์ 0.8A ๊น์ง ํ์ธํ์์ผ๋ฉฐ, LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์ ๋์
์ฃผํ์๋ ๋์ ์ด๋์์ ๋ฎ์ ๊ฐ์ ๊ฐ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋ถ์์ ํธ์๋ฅผ ์ํด 0.8A๋ถํฐ ๊ทธ๋ํ๋ฅผ ํ์ํ์๋ค. ๋ณด์๊ฒ์ธ Kc ๋ ์ ๊ฒฉ์ด ๋๋ 0.6A ์์์
๋ณด์ ๊ฒ์ธ์ 1 ๋ก ๊ธฐ์คํ์ฌ ํ์คํ ํ์๋ค. ๊ทธ๋ํ๋ 0.6A๋ฅผ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก ์ด๋์ด ๋์์ง๋ฉด ๋ณด์ ๊ฒ์ธ์ ๋ ๋ฎ๊ฒ ์ค์ ํด ์ฃผ์ด์ผ ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ด ์ ์ ํ ๋ณด์๋์์ผ๋ฉฐ
๋ฐ๋๋ก ์ด๋์ ๋ฎ์ถ ๊ฒฝ์ฐ ๋ณด์๊ฒ์ธ์ ๋ ์ถฉ๋ถํ ๋์ฌ์ฃผ์ด์ผ LED ์ ๋ฅ ๋งฅ๋์ด ์ถฉ๋ถํ ๋ณด์๋๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค. ์ด๋ ์์์ LLC ๊ณต์ง ์ปจ๋ฒํฐ์
๋์ํน์ฑ์ ๋ถ์ํ ๋ด์ฉ์์ ์ ์ ์๋ฏ ๋์์์ญ์ ๋ฐ๋ผ ์ฃผํ์ ๋ณํ๊ฐ ์ด๋์ ๊ฐ๋ณํ๋๋ฐ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๋ณด์ด๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ด์ ๋ง๋ ๊ฒ์ธ์ ์ ์ ํด์ผํ๋ค๋ ๊ฒ์
ํ์ธํ ์ ์์๋ค.