A New asymmetrical half-bridge zeta (AHBZ) converter for DC/DC stage of LED driver in wide output voltage range

Abstract

LED조명은 백열전구에 비해 오랜 수명과 낮은 CO2 배출량 그리고 높은 효율을 가지는 장점을 가지고 있다. 따라서 조명시장에서 LED조명이 차지하는 비중이 매년 증가하고 있으며 이에 따라 LED에 전원을 공급하는 LED 드라이버 시장 역시 매년 증가하고 있다. 70W이상의 LED조명 시스템에서 LED드라이버는 역률 보상회로와 DC/DC컨버터로 구성되어있다. 또한 LED 조명시스템에 높은 효율이 요구되는 현재의 추세에 따라 LED드라이버의 높은 효율 역시 주요 이슈가 되고 있다. LED조명은 파워 용량이나 사용하는 용도에 따라 수 많은 제품들이 존재한다. 이런 상황 속에서 LED드라이버는 수 많은 조명기구에 높은 효율로 전원을 공급하기 위해 각각의 LED조명기구에 최적화되어 개별적으로 사용되고 있다. 하지만 이러한 방식은 LED드라이버의 생산비용 및 관리비용을 증가시켜 LED드라이버의 가격이 비싸지는 문제가 있다. 따라서 LED드라이버의 생산비용 및 관리비용을 줄이기 위해 하나의 LED드라이버로 여러 LED조명에 전원을 공급할 수 있는 단일 LED드라이버가 요구되고 있다. 단일 LED드라이버가 여러 LED조명에 전원을 공급하기 위해서는 우선 LED조명에 일정한 밝기를 제공하기 위한 일정한 출력전류를 제어할 수 있어야 한다. 또한 LED조명이 용도에 따라 다양한 LED셀을 사용하기 때문에 넓은 출력전압 범위 또한 제공되어야 한다. 따라서 일정한 출력전류 조건에 넓은 출력범위를 제공할 수 있는 높은 효율의 단일 LED드라이버가 중요하다. 하지만 기존에 사용하는 컨버터 중 하프-브릿지 LLC 공진형 컨버터는 넓은 ZVS범위를 통해 낮은 출력전압 범위에서 높은 효율을 가질 수 있지만, 높은 출력전압 범위에서 큰 코어 손실로 인해 낮은 효율을 갖는 한계점이 있다. 두 번째로 비대칭 하프-브릿지 컨버터의 경우 낮은 출력전압에서 작은 동작 시비율로 인한 트랜스포머의 오프셋 전류의 증가로 낮은 효율을 갖는 단점이 있다. 마지막으로 하프-브릿지 컨버터의 경우 큰 도통 손실로 인해 낮은 출력전압 범위에서 낮은 효율을 갖는 한계점을 갖고 있다....