DCM PFC 플라이백 컨버터의 스위칭 피크 전류 저감을 위한 Switching Duty Cycle Split 방식 = A Switching Duty Cycle Split Method of DCM PFC Flyback Converter for Reducing Switch Peak Current

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The IEC standard stipulates the requirements for power factor and distortion factor in LED drivers when substituting low energy-efficiency incandescent or fluorescent lamps with high energy-efficiency LED lamps. To meet such regulations, this study used a Coupled LC Resonance Flyback converter, which adopted a coupled inductor at the primary side to reduce the ripple at the output of the main circuit and LC resonance at the secondary side to reduce the capacity of the output capacitor. On the other hand, when DCM (discontinuous conduction mode) was operated for PFC (power factor correction), the stresses on devices are increased due to the greater magnitude of the peak current on switch than the one in BCM (boundary condition mode). To overcome such issues, this paper proposes a duty cycle split method to reduce the maximum peak current at the primary and secondary sides of the converter. Moreover, to validate the proposed method, this paper compares the magnitude of peak currents on switch between applying the proposed duty cycle split method and the existing control method (non-split method) according to the delay time and number of splits through simulations using PSIM. The simulation result confirmed that the duty cycle split method could reduce 16% of the peak current at the primary side, 22% of the peak current at the secondary side, and 4% of the output ripple.

국문 초록 (Abstract)

에너지 효율이 낮은 백열등이나 형광등에서 에너지 효율이 높은 LED로 대체하면서 관련 규격에서는 LED 드라이버에 대하여 역률과 왜곡률에 대한 요구를 하고 있다. 이에 따라 본 논문에서의 주회로 출력측 리플 저감을 위해 1차측에 Coupled Inductor와 출력 커패시터 용량을 줄이기 위해 2차측에 LC 공진을 적용한 Coupled LC 공진 Flyback 컨버터를 사용하였으며, 역률보상(PFC, Power Factor Correction)으로 불연속전도모드(DCM, Discontinuous Conduction Mode)이 널리 사용되고 있지만, 경계전도모드(BCM, Boundary Conduction Mode)보다 스위치에 흐르는 전류의 피크값이 높아 소자들의 스트레스가 증가하는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해서 1차측과 2차측의 피크 전류를 저감하기 위하여 듀티비 분할 방식을 제안하였다. 제안한 방식의 검증을 위해 PSIM을 이용한 시뮬레이션을 통하여 기존 제어 방식(무분할 방식)과 제안한 듀티비 분할 방식을 지연시간 및 분할 수에 따른 스위치에 흐르는 전류 피크값을 비교하였다. 시뮬레이션 결과를 비교해보면 듀티비 분할 방식이 기존 방식에 비해 전류 피크값과 출력 리플이 1차측 전류 16%, 2차측 전류 22%, 출력 리플 4%로 저감 하는 것을 확인 하였다.

참고문헌 (Reference)

• 1 전용성 ; 진달래 ; 나재두 ; 김영석, "LED 조명용 One-Stage PFC Flyback 컨버터에서의 출력단 리플 저감과 전해 커패시터의 제거에 관한 연구" 대한전기학회 61 (61): 1625-1633, 2012
• 2 김춘택, "LED 구동용 단일단 PFC CCM 플라이백 컨버터의히스테리시스 최적 제어" 대한전기학회 65 (65): 586-592, 2016
• 3 T. S. Song, "High Power Factor Flyback-Buck LED driver with Ripple-Free Output Current"
• 4 J. M. Kim, "Design of BCM based PFC Control IC for LED applications"
• 5 K. S. Park, "A High-Efficiency Soft Switching Zero-Voltage-Transition Converter Using Combined Inductor Energy Recovery Circuits"