KR20110104525A - Energy conversion systems with power control - Google Patents

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KR20110104525A
KR20110104525A KR1020117016567A KR20117016567A KR20110104525A KR 20110104525 A KR20110104525 A KR 20110104525A KR 1020117016567 A KR1020117016567 A KR 1020117016567A KR 20117016567 A KR20117016567 A KR 20117016567A KR 20110104525 A KR20110104525 A KR 20110104525A
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KR1020117016567A
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로버트 디. 바텐
트리트 투 리
빈센조 디톰마소
라벤다나츠 나이키나와레
테리 슈리브 피이츠
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애즈레이 테크놀로지즈, 아이엔씨.
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Abstract

일 실시예에서, 파워 컨버젼 시스템은 에너지 저장 장치로의 파워, 또는 에너지 저장 장치로부터의 파워를 제어하기 위해 파워 스테이지를 유도하는 컨버터를 포함한다. 다른 실시예에서, 파워 컨버젼 시스템은 푸시-풀 스테이지 및 상기 푸시-풀 스테이지를 추종하는 에너지 저장 장치를 포함한다. 다른 실시예에서, 집적 회로는 파워 컨버터에 파워 제어를 제공하는 파워 제어 회로, 및 상기 파워 컨버터를 작동하기 위해 상기 파워 제어 회로에 결합되는 파워 스위치를 포함한다. 다른 실시예에서, 파워 컨버젼 시스템은 파워 제어를 갖는 둘 이상의 파워 컨버터를 포함한다.In one embodiment, the power conversion system includes a converter that induces a power stage to control power to or from the energy storage device. In another embodiment, the power conversion system includes a push-pull stage and an energy storage device that follows the push-pull stage. In another embodiment, an integrated circuit includes a power control circuit that provides power control to a power converter, and a power switch coupled to the power control circuit to operate the power converter. In another embodiment, the power conversion system includes two or more power converters with power control.

Description

파워 제어를 갖는 에너지 변환 시스템{ENERGY CONVERSION SYSTEMS WITH POWER CONTROL}Energy conversion system with power control {ENERGY CONVERSION SYSTEMS WITH POWER CONTROL}

본 출원은, 참조로서 통합된, 2008년 12월 20일에 제출된 미국 특허 출원 제12/340,715호의 부분 계속 출원이다. 본 출원은, 참조로서 포함된, 2009년 2월 2일 제출된 미국 특허 가출원 제61/149,305호로부터 우선권을 주장한다.This application is a partial continuing application of US Patent Application No. 12 / 340,715, filed December 20, 2008, which is incorporated by reference. This application claims priority from US patent provisional application 61 / 149,305, filed February 2, 2009, which is incorporated by reference.

파워 컨버터는 파워를 하나의 형태에서 다른 형태로 변환하는데 이용되는 것으로서, 예컨대, 직류(DC) 파워를 교류(AC) 파워로 변환시킨다. 파워 컨버터에 있어서 하나의 중요한 응용은, 태양 전지판, 배터리, 연료 전지 등과 같은 에너지 소스로부터, 지방 및 지역 파워 그리드(power grids)와 같은 파워 분산 시스템으로 파워를 전송하는 데에 있다. 대부분의 파워 그리드는, 초당 50 내지 60 주기(헤르츠 혹은 Hz)의 라인(또는 메인) 주파수로 AC 전류상에서 동작한다. AC 그리드에서 파워는, 두 배의 라인 주파수, 즉, 100 Hz 혹은 120Hz에서 발생하는 파워 피크를 가지면서 맥동하는 방식으로 흐른다. 반대로, 많은 에너지 소스는 고정된 방식으로 DC 파워를 공급한다. 따라서, DC 소스로부터 AC 그리드로 파워를 전송하는 파워 컨버터 시스템은, 고정된 입력 파워를 맥동하는 출력 파워와 조율하기 위해 에너지 축적의 몇 가지 형태를 전형적으로 포함한다.Power converters are used to convert power from one form to another, for example converting direct current (DC) power to alternating current (AC) power. One important application in power converters is in transferring power from energy sources such as solar panels, batteries, fuel cells and the like to power distribution systems such as local and regional power grids. Most power grids operate on AC current at a line (or main) frequency of 50 to 60 cycles per second (hertz or Hz). In an AC grid, power flows in a pulsating fashion with a power peak that occurs at twice the line frequency: 100 Hz or 120 Hz. In contrast, many energy sources supply DC power in a fixed manner. Thus, a power converter system that transfers power from a DC source to an AC grid typically includes some form of energy accumulation to coordinate fixed input power with pulsating output power.

이것은 도 1을 참조하면 보다 잘 이해될 수 있는데, 도 1은 DC 파워 소스와 60 Hz AC 로드 사이에서의 불일치를 나타낸다. DC 소스로부터 이용 가능한 최대 파워량은 일정한 값으로서 표시된다. 반대로, AC 로드로 이송되어야 하는 파워량은 0에서 최대치로 유동하고, 8.33 밀리세컨드(ms) 마다 한번 최소치로 떨어진다. T1 동안, DC 소스로부터 이용 가능한 파워는 AC 로드에 의해 요구되는 순간 파워를 초과한다. 하지만, T2 동안, DC 소스로부터 이용 가능한 최대 파워는 상기 로드에 의해 요구된 것보다 적다. 따라서, 소스로부터 로드로, 파워를 효과적으로 이동하기 위해서, 파워 컨버터 시스템은 T1 동안(빗금 영역 S로 도시됨) 파워 소스로부터의 초과 에너지를 저장하고, 상기 저장된 에너지를 T2 동안(빗금 영역 D로 도시됨) 상기 로드에 방출 해야 한다.This can be better understood with reference to FIG. 1, which shows a mismatch between the DC power source and the 60 Hz AC load. The maximum amount of power available from the DC source is indicated as a constant value. Conversely, the amount of power that must be delivered to the AC load flows from zero to a maximum and drops to a minimum once every 8.33 milliseconds (ms). During T1, the power available from the DC source exceeds the instantaneous power required by the AC load. However, during T2, the maximum power available from the DC source is less than that required by the load. Thus, in order to effectively transfer power from the source to the load, the power converter system stores excess energy from the power source during T1 (shown in hatched area S), and stores the stored energy during T2 (shown in hatched area D). Should be discharged to the rod.

파워 컨버터 용 에너지 저장 장치는 비싸고, 부피가 크며, 신뢰도가 떨어지고, 비효율적인 경향이 있다. 이러한 요소들은, DC 파워의 형태로 전기를 발생시키는 태양 및 연료 셀과 같은 대체 에너지 소스의 대규모 채용에 장벽이 되고 있다. 또한, 그들은 컴퓨터, 주택, 학교, 비즈니스 등을 위한 백업 파워 시스템의 대규모 채용에 장벽이 되고 있다.Energy storage devices for power converters tend to be expensive, bulky, less reliable, and inefficient. These factors are barriers to the large-scale adoption of alternative energy sources such as solar and fuel cells that generate electricity in the form of DC power. In addition, they are barriers to large-scale adoption of backup power systems for computers, homes, schools, businesses, and the like.

태양 에너지 시스템에 있어서, 비용 및 신뢰도 요소들은 특히 중요하다. 태양 전지판 제조사들은 20년 보증이 일반적이라는 점에서, 그들 제품의 신뢰도를 증가시켜 왔다. 그러나, 파워 컨버터의 제조사들은, 태양 전지판에 상당하는 보증 기간을 제공할 수 있다는 점에 도달하지 못 하였다.In solar energy systems, cost and reliability factors are particularly important. Solar panel manufacturers have increased the reliability of their products in that a 20-year warranty is common. However, manufacturers of power converters have not reached that they can provide a warranty period equivalent to that of solar panels.

도 1은 파워 컨버터에서 DC 파워 소스와 60 Hz AC 로드 사이에서의 불일치를 나타낸다.
도 2는, 태양광(PV) 패널로부터의 DC 파워를 AC 파워로 변환하는 종래의 시스템을 나타낸다.
도 3은 PV 패널에서 리플 전압 대비 파워 손실을 나타낸다.
도 4는 캐패시터에 대한 캐패시턴스 대비 비용을 나타낸다.
도 5는 PV 파워 컨버터 시스템의 동작을 나타낸다.
도 6은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따라 정 파워 제어하는 파워 컨버터 시스템의 동작을 나타낸다.
도 7은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따라 정 파워 제어하는 파워 컨버터 시스템의 실시예를 나타낸다.
도 8은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 파워 컨버터 시스템의 다른 실시예를 나타낸다.
도 9는 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따라 정 파워 제어하는 파워 컨버터 시스템의 다른 실시예를 나타낸다.
도 10은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따라 정 파워 제어를 실행하기 위한 컨트롤러의 실시예를 나타낸다.
도 11은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 파워 컨버터 시스템의 실시예를 나타낸다.
도 12는 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 도 11의 인버터 시스템을 실행하는데 적절한 메인 파워 패스의 실시형태에 대한 개략도이다.
도 13-16은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 PV 패널의 실시예를 나타낸다.
도 17은 고정된 전압에서 유지되는 DC 링크 캐패시터로부터 이용 가능한 전압과 비교하여, H-브릿지 타입 DC/AC 인버터로부터의 전압에 대한 즉각적인 수요를 도시한다.
도 18은, 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 정 파워 제어 특징으로 인해, 큰 AC 전압 스윙을 갖는 DC 링크 캐패시터로부터 이용 가능한 전압과 비교하여, H-브릿지 타입 DC/AC 인버터로부터의 전압에 대한 즉각적인 수요를 도시한다.
도 19는 본 특허 개시물의 몇몇 발명 원리들에 따른, 고조파 왜곡 완화를 갖는 파워 컨버터 시스템의 실시예를 나타낸다.
도 20은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 왜곡 완화 시스템의 실시예를 나타낸다.
도 21은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 몇몇 예시적인 실시의 상세들을 보여주는 왜곡 완화 시스템의 또 다른 실시형태를 도시한다.
도 22는 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 고조파 왜곡 완화를 갖는 컨트롤러의 또 다른 실시형태를 도시한다.
도 23은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 그리드 전류 제어를 실시형태를 도시한다.
도 24는 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 컨트롤러의 실시형태를 도시한다.
도 25는 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 전치 왜곡을 갖는 컨트롤러의 실시형태를 도시한다.
도 26-29는 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 전치 왜곡 요소의 실시형태를 도시한다.
도 30은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 임피던스 변환의 실시형태를 도시한다.
도 31은 임피던스 변환이 없는 파워 컨버젼 시스템의 작동을 도시한다.
도 32는 전형적인 PV 패널의 전압-전류 커브 및 파워 커브를 도시한다.
도 33은, 하나 이상의 로컬 최대 파워 포인트를 갖는 파워 소스를 위한 V-I 및 파워 커브를 도시한다.
도 34는 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 정 파워 제어 및 입력 스위핑 특성을 갖는 파워 컨버젼 시스템의 실시형태를 도시한다.
도 35는 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 정 파워 제어가 불가능한 도 20에서의 파워 컨버젼 시스템의 실시형태를 도시한다.
도 36은 몇몇 조건 하에서, 도 20과 도 21의 실시예가 어떻게 작동하는지를 도시한다.
도 37은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 멀티 파워 소스를 갖는 시스템의 실시형태를 도시한다.
도 37은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 다수의 DC/DC 컨버터가 정 파워 제어 기능을 포함하는 파워 컨버젼 시스템의 실시형태를 도시한다.
도 38은 본 특허 개시물의 몇몇 발명에 원리에 따른 다수의 DC/DC 컨버터가 정 파워 제어 기능을 포함하는 파워 컨버젼 시스템의 실시형태를 도시한다.
도 39-42는 본 특허 개시물의 몇몇 발명에 원리에 따른 파워 소스와 중앙 인버터를 갖는 다수의 컨버터를 포함하는 파워 컨버젼 시스템의 실시형태를 도시한다.
도 43-51은 본 특허 개시물의 몇몇 발명에 원리에 따른 왜곡 완화를 포함하는 실시형태를 도시한다.
도 52는 본 특허 개시물의 몇몇 발명에 원리에 따른 EMI 완화를 포함하는 파워 컨버젼 시스템의 실시형태를 도시한다.
도 53은 본 특허 개시물의 몇몇 발명에 원리에 따른 파워 컨버젼 시스템의 실시형태를 도시한다.
1 shows a mismatch between a DC power source and a 60 Hz AC load in a power converter.
2 shows a conventional system for converting DC power from a solar (PV) panel to AC power.
3 shows power loss versus ripple voltage in a PV panel.
4 shows the cost versus capacitance for a capacitor.
5 shows the operation of a PV power converter system.
6 illustrates the operation of a power converter system for constant power control in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
7 illustrates an embodiment of a power converter system for constant power control in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
8 illustrates another embodiment of a power converter system in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
9 illustrates another embodiment of a power converter system for constant power control in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
10 illustrates an embodiment of a controller for performing positive power control in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
11 illustrates an embodiment of a power converter system in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
12 is a schematic diagram of an embodiment of a main power path suitable for implementing the inverter system of FIG. 11 in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
13-16 illustrate embodiments of PV panels in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
FIG. 17 shows the immediate demand for voltage from an H-bridge type DC / AC inverter compared to the voltage available from a DC link capacitor maintained at a fixed voltage.
18 shows the voltage from an H-bridge type DC / AC inverter compared to the voltage available from a DC link capacitor with a large AC voltage swing due to the constant power control feature in accordance with some inventive principles of this patent disclosure. Illustrates the immediate demand for
19 illustrates an embodiment of a power converter system with harmonic distortion mitigation, in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
20 illustrates an embodiment of a distortion mitigation system in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
21 shows another embodiment of a distortion mitigation system showing details of some exemplary implementations in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
22 illustrates another embodiment of a controller with harmonic distortion mitigation in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
23 illustrates an embodiment of grid current control in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
24 illustrates an embodiment of a controller in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
25 illustrates an embodiment of a controller with predistortion in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
26-29 illustrate embodiments of predistortion elements in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
30 illustrates an embodiment of impedance conversion in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
31 illustrates operation of a power conversion system without impedance conversion.
32 shows the voltage-current curves and power curves of a typical PV panel.
33 shows VI and power curves for a power source with one or more local maximum power points.
34 illustrates an embodiment of a power conversion system with constant power control and input sweeping characteristics in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
FIG. 35 illustrates an embodiment of the power conversion system in FIG. 20 wherein static power control is not possible in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
36 shows how the embodiment of FIGS. 20 and 21 operate under some conditions.
37 illustrates an embodiment of a system with multiple power sources in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
FIG. 37 illustrates an embodiment of a power conversion system in which multiple DC / DC converters include a positive power control function in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.
FIG. 38 illustrates an embodiment of a power conversion system in which a plurality of DC / DC converters in accordance with the principles of some inventions of this patent disclosure include a positive power control function.
39-42 illustrate embodiments of a power conversion system including a plurality of converters having a power source and a central inverter in accordance with principles of some inventions of this patent disclosure.
43-51 illustrate embodiments that include distortion mitigation in accordance with the principles of some inventions of this patent disclosure.
FIG. 52 illustrates an embodiment of a power conversion system including EMI mitigation in accordance with principles of some inventions of this patent disclosure.
53 illustrates an embodiment of a power conversion system in accordance with principles of some inventions of this patent disclosure.

도 2는 태양광(PV) 패널로부터의 DC 파워를 AC 파워로 변환하는 종래의 시스템을 도시한다. PV 패널(10)은 대략 20볼트의 전형적인 전압 VPV 에서 DC 출력 전류 IPV를 발생시키지만, 다른 출력 전압을 갖는 패널이 사용될 수 있다. DC/DC 컨버터(12)는 VPV를 수백 볼트의 링크 전압 VDC로 증가시킨다. DC/AC 인버터(14)는 DC 링크 전압을 AC 출력 전압 VGRID로 변환한다. 본 예시에서, 출력은, 로컬 전압 그리드로의 커넥션을 촉진시키기 위해, 60 Hz에서 120 VAC로 가정되지만, 다른 전압 및 주파수가 이용될 수 있다.2 shows a conventional system for converting DC power from a solar (PV) panel to AC power. The PV panel 10 generates a DC output current I PV at a typical voltage V PV of approximately 20 volts, but panels with other output voltages can be used. DC / DC converter 12 increases V PV to a link voltage V DC of several hundred volts. The DC / AC inverter 14 converts the DC link voltage into the AC output voltage V GRID . In this example, the output is assumed to be 120 VAC at 60 Hz to facilitate connection to the local voltage grid, although other voltages and frequencies may be used.

도 2의 시스템은 또한, DC 링크 캐패시터 CDC 및 디커플링 캐패시터 C1를 포함한다. 이들 캐패시터 중 하나 또는 모두는, PV 패널로부터의 명목상 정상 파워 흐름을 그리드의 변동 파워 요건들과 조화시키기 위해 에너지 저장 기능을 수행할 수 있다. 시스템 내의 파워 펄스는 DC/AC 인버터(14)에서 비롯되는데, 반드시 120Hz 펄스에서 그리드에 파워를 전달해야 만 한다. 실질적인 에너지 저장 장치가 없는 경우, 이들 전류 펄스는, 패널 전압 VPV 및/또는 전류 IPV에서 변동(혹은 '리플(ripple)')으로서 나타내는 PV 패널로 계속해서 전달된다. 따라서, DC 링크 캐패시터 CDC 혹은 이보다는 적게, 디커플링 캐패시터 C1는, PV 패널에서의 리플을 수용 가능한 수준으로 저감하여, 싸이클 단위에 기초하여 충분한 에너지를 저장하는데 이용된다.The system of FIG. 2 also includes a DC link capacitor C DC and a decoupling capacitor C 1 . One or both of these capacitors may perform an energy storage function to match the nominal normal power flow from the PV panel with the variable power requirements of the grid. The power pulses in the system come from the DC / AC inverter 14, which must deliver power to the grid at 120 Hz pulses. In the absence of a substantial energy storage device, these current pulses continue to be delivered to the PV panel, which appears as a variation (or 'ripple') in the panel voltage V PV and / or current I PV . Thus, the DC link capacitor C DC or less, the decoupling capacitor C 1 is used to reduce the ripple in the PV panel to an acceptable level and to store enough energy on a cycle basis.

그러나, 종래 시스템에서, 에너지 저장 캐패시터는 몇몇 이유들로 인해, 문제가 있는 구성요소인 경향이 있다. 첫째로, 다른 대형 캐패시터들은 보통 엄청나게 비싸기 때문에, 적정 에너지 저장을 제공하는데 충분히 큰 캐패시터는 일반적으로 전해형(electrolytic type)이어야 한다. 이것은, PV 패널로부터의 입력 전압인 210 와트를, 60 Hz에서 120VAC로 변환하도록 고안되는 시스템 예의 맥락에서 더 잘 이해될 수 있다. 싸이클 단위에 기초하여 파워 균형을 맞추는데 요구되는 에너지 저장 ΔE는 수학식 1로서 주어진다:In conventional systems, however, energy storage capacitors tend to be problematic components for some reasons. First, because other large capacitors are usually extremely expensive, capacitors large enough to provide adequate energy storage should generally be of electrolytic type. This can be better understood in the context of a system example designed to convert 210 watts, the input voltage from a PV panel, from 60 Hz to 120 VAC. The energy storage ΔE required to balance power based on cycle units is given by:

Figure pct00001
Figure pct00001

여기서, P는 와트(W)에서의 파워이고, ω는 sec-1 단위를 갖는 AC 사인파의 각 주파수이며, 에너지 저장 ΔE는 주울(J) 단위를 갖는다. 60 Hz, ω= 120π에서, 이에 따라,Where P is the power in watts (W), ω is the angular frequency of the AC sine wave with sec −1 units, and the energy storage ΔE has units of joules (J). At 60 Hz, ω = 120π, accordingly,

Figure pct00002
Figure pct00002

이다.to be.

캐패시터에 저장된 에너지량은 수학식 3으로 주어진다.The amount of energy stored in the capacitor is given by equation (3).

Figure pct00003
Figure pct00003

여기서, C는 패럿(Farads)에서의 캐패시턴스(capacitance)이다.Where C is the capacitance in Farads.

에너지 저장 기능이 DC 링크 캐패시터 CDC에서 수행되고 DC 링크 전압이 495볼트 DC 레벨의 최상부에서 5볼트 피크-투-피크 스윙을 갖게 된다고 가정하면, 캐패시턴스에 대한 해답은 다음 결과를 제공한다:Assuming that the energy storage function is performed on the DC link capacitor C DC and the DC link voltage has a 5 volt peak-to-peak swing at the top of the 495 volt DC level, the solution for capacitance gives the following results:

Figure pct00004
Figure pct00004

충분히 높은 등급의 전압에서 120 마이크로패럿 캐패시터는, 보통 이런 크기의 세라믹 캐패시터는 엄청나게 비싸기 때문에, 전형적으로 전해형 캐패시터로 되어야 한다.120 microfarad capacitors at sufficiently high rated voltages typically should be electrolytic capacitors, since ceramic capacitors of this size are usually extremely expensive.

에너지 저장에 디커플링 캐패시터 C1을 이용하면 전형적으로 더 나빠진다. 입력 전압 VPV에서부터 링크 전압 VDC까지의 전압 곱셈은 약 25 내지 1이므로, DC 링크에 대한 5 볼트 피크-투-피크 리플은 디커플링 캐패시터에 대하여 0.2 볼트 리플과 동일해진다. 캐패시턴스에 대하여 다시 풀면 다음 식으로 산출된다:The use of decoupling capacitor C 1 for energy storage is typically worse. Since the voltage multiplication from the input voltage V PV to the link voltage V DC is about 25 to 1, the 5 volt peak-to-peak ripple for the DC link is equal to 0.2 volt ripple for the decoupling capacitor. Solving again for capacitance yields the following equation:

Figure pct00005
Figure pct00005

75mF(75,000 마이크로패럿) 캐패시터는 거의 확실히 전해형 타입일 필요가 있어진다.75 mF (75,000 microfarad) capacitors almost certainly need to be of electrolytic type.

그러나, 전해형 캐패시터는 수명에 한계가 있고, 높은 실패율을 갖는 경향이 있다. 추가의 문제로서, 전해형 캐패시터의 캐패시턴스는 전해질이 소멸되거나 및/또는 악화됨에 따라 전체 수명에 걸쳐 계속 감소하기 때문에, 효율성을 저감하고 전체 시스템의 역동성을 변화시킨다. 아울러, 전해형 캐패시터는 부피가 크고, 무겁고 깨지기 쉬운 경향이 있고, 큰 등가직렬저항(ESR)을 갖는다.However, electrolytic capacitors have a limited lifetime and tend to have high failure rates. As a further problem, the capacitance of electrolytic capacitors decreases over the entire life as the electrolyte dissipates and / or worsens, thus reducing efficiency and changing the dynamics of the overall system. In addition, electrolytic capacitors tend to be bulky, heavy and brittle, and have a large equivalent series resistance (ESR).

상기한 식들을 별도로 하고라도, 캐패시터에서 요구되는 크기를 일반적으로 저감하기 때문에, 디커플링 캐패시터 보다 DC 링크 캐패시터에서 에너지 저장 기능을 수행하는 것이 유익하다. 일반적으로, 더 큰 캐패시터에서 더 낮은 전압 보다는 더 작은 캐패시터에서 더 높은 전압의 형태로 에너지를 저장하는 것이 보다 경제적이다. 그러나, DC 링크에서 에너지를 저장하는 종래 시스템에 있어서 심지어, 캐패시터는 비싸고, 부피가 크고, 파워 컨버터 시스템에서 종종 가장 약한 링크를 형성하는 신뢰할 수 없는 구성요소 이였다.Apart from the above equations, it is advantageous to perform the energy storage function in the DC link capacitors rather than the decoupling capacitors since they generally reduce the size required in the capacitors. In general, it is more economical to store energy in the form of higher voltages on smaller capacitors than on lower capacitors on larger capacitors. However, even in conventional systems that store energy in DC links, capacitors were expensive, bulky, and unreliable components that often formed the weakest link in power converter systems.

더욱이, 종래 시스템에서 에너지 저장용 캐패시터의 크기를 결정하는 것은 다소 어려운 상충관계들을 나타낸다. 예를 들어, 심지어 대형 캐패시터를 갖는다 해도, 특정량의 리플이 PV 전류 및/또는 전압에 여전히 남는다. 도 3에 도시한 바와 같이, 심지어 작은 양의 리플도 시스템의 효율성을 저감하는데 충분한 파워 손실을 유발한다. 리플은 더 큰 캐패시터를 이용함으로써 저감될 수 있지만, 도 4에 도시한 바와 같이, 캐패시터의 크기를 증가시키면 비용을 극적으로 증가시킨다.
Moreover, determining the size of an energy storage capacitor in conventional systems presents some difficult tradeoffs. For example, even with large capacitors, a certain amount of ripple still remains in the PV current and / or voltage. As shown in Fig. 3, even small amounts of ripple cause sufficient power loss to reduce the efficiency of the system. Ripple can be reduced by using larger capacitors, but as shown in FIG. 4, increasing the size of the capacitor dramatically increases the cost.

파워 제어Power control

본 특허 게시물의 몇몇 발명의 원리들은, 파워 컨버터 및 파워 소스 사이에서 인터페이스의 역동성을 근본적으로 변화시키는 파워 제어 기법에 관한 것이다. 이러한 몇몇 원리들은 파워 컨버터를 고려하여 제어된 임피던스를 유지하는 것과 관련한다. 도 5를 참조하면, PV 패널은 전압 소스 VPV와 직렬 저항 RPV으로서 고안될 수 있다. 시스템은, PV 패널로부터 파워 컨버터로 전송되는 전류 I1에 상관없이 파워 컨버터를 고려하여 임피던스 Z1N이 항시 유지되도록 제어되는 가변 저항 R1을 포함한다. 일 실시형태에서, 가변 저항 R1은, 도 6에 도시된 바와 같이, 입력 전압 V1과 참조 전압 VREF 사이의 차이를 무효(mulling)로 함에 의해 제어될 수 있다.Some inventive principles of this patent post relate to a power control technique that fundamentally changes the dynamics of an interface between a power converter and a power source. Some of these principles relate to maintaining controlled impedance in consideration of power converters. Referring to FIG. 5, the PV panel can be designed as a voltage source V PV and a series resistor R PV . The system includes a variable resistor R 1 which is controlled such that the impedance Z 1 N is always maintained in consideration of the power converter irrespective of the current I 1 transmitted from the PV panel to the power converter. In one embodiment, the variable resistor R 1 , as shown in FIG. 6, has an input voltage V 1 and a reference voltage V REF. It can be controlled by making the difference between the mulling.

몇몇 발명의 원리들은 파워 컨버터에서 임피던스 제어와 에너지 저장 기능 사이의 관계를 포함한다. 예를 들어, 도 7의 실시형태에서, 제1 파워 컨버터 스테이지(18)를 고려하여 임피던스 ZIN은 제어된 값으로 유지된다. 하나 이상의 에너지 저장 장치(20)는, 파워 소스(16)로부터의 순간 입력 파워를, 하나 이상의 다음의 파워 스테이지에 걸쳐 흐를 수 있는, 순간 출력 전압과 균형을 이룬다. 파워 소스(16)는 PV 패널, 연료 셀, 배터리, 풍력 터빈 등을 포함할 수 있다. 제1 스테이지(18)는 하나 이상의 DC/DC 컨버터, DC/AC 인버터, 렉티파이어 등을 포함할 수 있다. 에너지 저장 장치는 하나 이상의 캐패시터, 인덕터 등을 포함할 수 있다. 다음 스테이지들은 하나 이상의 DC/DC 컨버터, DC/AC 인버터, 렉티파이어 등을 포함할 수 있다.Some inventive principles include the relationship between impedance control and energy storage functionality in a power converter. For example, in the embodiment of FIG. 7, the impedance Z IN is maintained at a controlled value in consideration of the first power converter stage 18. One or more energy storage devices 20 balance the instantaneous input power from power source 16 with the instantaneous output voltage, which may flow over one or more next power stages. Power source 16 may include a PV panel, a fuel cell, a battery, a wind turbine, and the like. The first stage 18 may include one or more DC / DC converters, DC / AC inverters, rectifiers, and the like. The energy storage device may include one or more capacitors, inductors, and the like. The next stages may include one or more DC / DC converters, DC / AC inverters, rectifiers, and the like.

하나의 예시적인 실시형태에서, 파워 소스(16)는 PV 패널을 포함하고, 제1 스테이지(18)는 DC/DC 컨버터를 포함하고, 에너지 저장 장치는 링크 캐패시터를 포함한다. 제1 파워 컨버터 스테이지를 고려하는 임피던스 ZIN는 일정한 값을 유지하는 반면, 링크 캐패시터 상의 전압은 다음의 스테이지의 맥동하는 파워 수요에 응답하여 변동되는 것이 허용된다. 입력 임피던스 제어는 PV 패널을 링크 캐패시터로부터 고립시키기 때문에, 링크 캐패시터 상의 전압 스윙은 임피던스 제어가 없는 시스템에서 보다 훨씬 클 수 있다. 캐패시터에 저장된 에너지 량이 캐패시터에 걸쳐 전압 스윙에 직접 연관되기 때문에, 이에 따라 링크 캐패시터의 크기를 저감시킬 수 있다. 또한, 입력에서 디커플링 캐패시터의 크기를 제거하거나 저감할 수 있다.In one exemplary embodiment, the power source 16 comprises a PV panel, the first stage 18 comprises a DC / DC converter, and the energy storage device comprises a link capacitor. The impedance Z IN taking into account the first power converter stage remains constant, while the voltage on the link capacitor is allowed to vary in response to the pulsating power demand of the next stage. Since input impedance control isolates the PV panel from the link capacitor, the voltage swing on the link capacitor can be much larger than in a system without impedance control. Since the amount of energy stored in the capacitor is directly related to the voltage swing across the capacitor, the size of the link capacitor can be reduced accordingly. It is also possible to eliminate or reduce the size of the decoupling capacitor at the input.

도 8은 본 특허 개시물의 몇몇 발명 원리들에 따른 파워 컨버터 시스템의 다른 실시예를 나타낸다. 도 8의 시스템은 PV 패널(22)에서 광전지로부터 파워를 받는다. 시스템은 DC/DC 컨버터(24), 링크 캐패시터 CDC, DC/AC 인버터(26) 및 컨트롤러(28)를 포함한다. DC/DC 컨버터는, 프리-레귤레이터, 메인 스테이지 등과 같이 배열된, 벅 컨버터(buck converters), 부스트 컨버터(boost converters), 푸시-풀 스테이지(push-pull stages), 렉티파이어(rectifier) 등과 같은 하나 이상의 스테이지를 포함할 수 있다. 도시를 목적으로, 본 예시에서 DC/DC 컨버터는 메인 스테이지(24b)에 의해 다음으로 프리-레귤레이터 스테이지(24a)를 갖는다고 가정되지만, 발명의 원리는 그러한 배열에 제한되지 않는다. DC/AC 인버터(26)는 H-브릿지, 공진형 인버터 등과 같은 임의의 적절한 인버터 토폴로지를 포함할 수 있다. 전압 및 전류 센서(30 및 32)는, 각각 컨트롤러(28)에, PV 패널 출력 전압 VPV 및 전류 IPV를 지시하는 신호를 제공한다. 컨트롤러는 프리-레귤레이터를 제어하기 위해 구동 신호 Dl을 출력한다.8 illustrates another embodiment of a power converter system in accordance with some inventive principles of this patent disclosure. The system of FIG. 8 receives power from a photovoltaic cell in a PV panel 22. The system includes a DC / DC converter 24, a link capacitor C DC , a DC / AC inverter 26 and a controller 28. DC / DC converters are ones such as buck converters, boost converters, push-pull stages, rectifiers, etc., arranged like pre-regulators, main stages, etc. The above stage may be included. For purposes of illustration, it is assumed in this example that the DC / DC converter has a pre-regulator stage 24a next by the main stage 24b, but the principles of the invention are not limited to such an arrangement. DC / AC inverter 26 may include any suitable inverter topology, such as H-bridges, resonant inverters, and the like. The voltage and current sensors 30 and 32 provide the controller 28 with signals indicating the PV panel output voltage V PV and the current I PV , respectively. The controller outputs the drive signal D l to control the pre-regulator.

컨트롤러(28)는, 입력 리플을 제거하거나 저감하는 실질적으로 일정한 값으로 PV 패널 출력 전압 VPV 또는 전류 IPV를 유지하는 식으로, DC/DC 컨버터에서 프리-레귤레이터 스테이지(24a)를 제어함으로써, 정 파워 제어 루프(화살표 34로 개념적으로 도시됨)를 실현한다. 이는 PV 패널로 하여금 본질적으로 일정한 로드를 참조하도록 하여, 그 결과, 일정한 파워 전송을 하는 원인이다. 본질적으로, 정 파워 제어 루프는 프리-레귤레이터(24a) 이후에 임의의 단계로부터 PV 패널을 고립시키고, 이에 따라 에너지 저장 장치 또는 장치들은 정 파워 제어 루프의 어느 다운스트림(downstream)에서든 배열될 수 있다. 도 8의 예시에서, 링크 캐패시터는 AC 출력 주파수에서 싸이클 단위 파워 밸런스를 제공하기 위해, 에너지 저장에 이용된다. 그러나, 다른 실시형태에서, 에너지 저장은 프리-레귤레이터와 메인 스테이지 사이에, 혹은 정 파워 제어 루프의 임의의 다른 추가의 스테이지 다운스트림에 위치될 수 있다.The controller 28 controls the pre-regulator stage 24a in the DC / DC converter in such a way as to maintain the PV panel output voltage V PV or current I PV at a substantially constant value that eliminates or reduces input ripple. A positive power control loop (conceptually shown by arrow 34) is realized. This causes the PV panel to refer to a constant load essentially, which results in a constant power transfer. In essence, the constant power control loop isolates the PV panel from any stage after the pre-regulator 24a, so that the energy storage device or devices can be arranged downstream of the constant power control loop. . In the example of FIG. 8, the link capacitor is used for energy storage to provide cycle-by-cycle power balance at the AC output frequency. However, in other embodiments, the energy storage may be located between the pre-regulator and the main stage or any other additional stage downstream of the constant power control loop.

정 파워 제어 루프는 파워 소스를 다운스트림 에너지 저장 장치로부터 격리시키기 때문에, 에너지 저장 장치는 달리 수용될 수 있는 것보다 더 폭넓게 변동하면서 작동하도록 허용될 수 있다. 예컨대, 캐패시터는 더 큰 전압 변동과 함께 작동할 수 있고, 인디케이터는 더 큰 전류 변동과 함께 작동할 수 있다. 결국 이것은, 보다 작은 에너지 저장 장치의 이용을 가능하게 할 수 있다.Because the positive power control loop isolates the power source from the downstream energy storage device, the energy storage device may be allowed to operate with a wider variation than would otherwise be acceptable. For example, capacitors can operate with greater voltage fluctuations and indicators can operate with greater current fluctuations. This, in turn, may enable the use of smaller energy storage devices.

정 파워 제어는, 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 최대파워 포인트 추적(MPPT, maximum power point tracking)과 구별되지만, 이것과 함께 사용될 수 있다. MPPT는 특정 작동 조건하에서 파워 소스로부터 이용 가능한 파워를 극대화하는 작동 포인트를 결정하도록 할 수 있지만, 정 파워 제어는 로드의 변동에도 불구하고 시스템으로 하여금 작동 포인트를 유지하도록 할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에서, 정 파워 제어 기법은 도 22를 참조하여 이하에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 작동 포인트를 유지하는데 이용될 수 있는 데 반하여, MTTP 기법은 시스템에 대하여 작동 포인트를 찾는데 이용될 수 있다.Positive power control is distinguished from maximum power point tracking (MPPT) in accordance with some inventive principles of this patent disclosure, but may be used with it. While MPPT can determine the operating point that maximizes the power available from the power source under certain operating conditions, static power control can allow the system to maintain the operating point despite variations in load. For example, in some embodiments, the positive power control technique can be used to maintain the operating point, as described in more detail below with reference to FIG. 22, while the MTTP technique is used to find the operating point for the system. Can be used.

일정한 DC 입력 전압이나 전류를 규제하는 것은 몇몇 장점을 제공할 수 있다. 첫째로, 입력 파형에서 리플을 저감하는 것은, 리플과 관련된 저항 손실을 겪고 있는 PV 패널과 같은 몇몇 DC 파워 소스의 효율성을 개선시킨다. 둘째로, DC 링크 캐패시터로의 에너지 저장을 이동하는 것은, 고가이고, 부피가 크며 단기 수명으로 신뢰성이 떨어지는 구성요소인 입력 전해형 캐패시터에 대한 필요를 제거할 수 있다. 그 대신, 덜 비싸고, 보다 신뢰도가 높으며 수명이 길고 공간을 덜 차지하는 DC 링크 캐패시터에 대하여 보다 높은 전압 형태로 에너지가 저장될 수 있다. 또한, DC 링크 캐패시터 자체의 크기 또한 저감될 수 있다.Regulating a constant DC input voltage or current can provide some advantages. Firstly, reducing ripple in the input waveform improves the efficiency of some DC power sources, such as PV panels, which are experiencing ripple-related resistive losses. Secondly, moving energy storage to DC link capacitors can eliminate the need for input electrolytic capacitors, which are expensive, bulky, and unreliable components with short lifespan. Instead, energy can be stored in the form of higher voltages for DC link capacitors that are less expensive, more reliable, longer-lived and take up less space. In addition, the size of the DC link capacitor itself can also be reduced.

도 8에 대해 상기한 바와 같은 예시적인 실시형태에서, 컨트롤러는 하나의 센스 입력(VPV 또는 IPV)과 DC/DC 컨버터에서 프리-레귤레이터를 제어하는 하나의 출력(Dl)을 갖는다. 즉, 정 파워 제어 루프는, 파워 컨버터 시스템의 전체적인 입력에서 감지된 파라미터에 대응하여 파워 패스에서의 제1 스테이지를 제어함으로써 실현된다.In an exemplary embodiment as described above with respect to FIG. 8, the controller has one sense input (V PV or I PV ) and one output Dl that controls the pre-regulator at the DC / DC converter. That is, the positive power control loop is realized by controlling the first stage in the power path in response to the parameter sensed at the overall input of the power converter system.

본 특허 개시물의 몇몇 다른 발명의 원리들은, 시스템 어디에서든 감지된 파라미터에 대응하여 제1 스테이지 이외의 하나 이상의 파워 스테이지를 제어하거나(1); 및/또는 전체 입력 이외에서 시스템 어느 곳에서든 감지된 하나 이상의 파라미터에 대응하여 임의의 파워 스테이지 또는 스테이지들을 제어(2) 함으로써, 정 파워 제어의 실현을 가능하게 한다.Some other inventive principles of the present patent disclosure include controlling one or more power stages other than the first stage in response to sensed parameters anywhere in the system (1); And / or controlling 2 any power stage or stages corresponding to one or more parameters sensed anywhere in the system other than the entire input, thereby realizing positive power control.

예를 들어, 이러한 몇몇 다른 발명의 원리들에 따르면, 도 8의 실시형태는, DC/AC 인버터(26)의 출력에서 감지된 파라미터에 대응하여 프리-레귤레이터(24a)를 제어함으로써 컨트롤러(28)가 정 파워 제어 루프를 실현하도록 수정 될 수 있다. 또 다른 예시로서, 도 8의 시스템은, 입력 전압 Vpv에 응답하여 DC/AC 인버터(26)를 제어 함으로써 컨트롤러(28)가 정 파워 제어 루프를 실현하도록 수정 될 수 있다.For example, according to some of these other inventive principles, the embodiment of FIG. 8 controls controller 28 by controlling pre-regulator 24a in response to a sensed parameter at the output of DC / AC inverter 26. Can be modified to realize the home power control loop. As another example, the system of FIG. 8 can be modified such that the controller 28 realizes a positive power control loop by controlling the DC / AC inverter 26 in response to the input voltage V pv .

도 9는 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 정 파워 제어를 갖는 파워 컨버터 시스템의 또 다른 실시예를 나타낸다. 파워 패스(36)는 N 파워 스테이지(38)을 포함하고, 여기서 N=1 이다. 파워 패스는 파워 소스(40)로부터 파워를 수신하여, 로드(42)로 파워를 출력한다. 컨트롤러(44)는 파워 패스로부터 하나 이상의 감지 신호(S1, S2 … SL)을 수신하여, 파워 패스로 하나 이상의 구동 신호(D1, D2 DM)를 출력한다. 파워 스테이지(38)는, 파워 소스(40)에 의해 제공된 형태로부터 로드(42)로 전달되는 형태로 변환되는 바와 같이 파워를 처리하기 위한, 하나 이상의 DC/DC 컨버터, DC/AC 인버터, 렉티파이어, 에너지 저장 장치를 포함할 수 있다. 하나 이상의 감지 신호(S1, S2 SL)는, 임의의 파워 스테이지의 입력 및/또는 출력, 파워 스테이지 내의 포인트, 및/또는 파워 스테이지들 간의 포인트로부터 취해질 수 있다. 하나 이상의 구동 신호(D1, D2 DM)는, 하나, 임의의 혹은 모든 파워 스테이지들, 또는 파워 스테이지의 부분들을 제어하도록 배열될 수 있다. 구동 신호는 하나의 드라이브 스테이지 또는 하나 이상의 드라이브 스테이지의 부분들을 일제히 제어하도록 배열될 수 있다.9 illustrates another embodiment of a power converter system with constant power control in accordance with some inventive principles of this patent disclosure. Power pass 36 includes N power stages 38, where N = 1. The power pass receives power from the power source 40 and outputs power to the load 42. The controller 44 receives one or more sensing signals S 1 , S 2... S L from the power path, and outputs one or more driving signals D 1 , D 2 ... D M on the power path. The power stage 38 is one or more DC / DC converters, DC / AC inverters, rectifiers for processing power as converted from the form provided by the power source 40 to the form delivered to the load 42. It may include an energy storage device. One or more sense signals S 1 , S 2 ... S L may be taken from the input and / or output of any power stage, a point in the power stage, and / or a point between the power stages. One or more drive signals D 1 , D 2 ... D M may be arranged to control one, any or all power stages, or portions of a power stage. The drive signal can be arranged to control one drive stage or portions of one or more drive stages in unison.

컨트롤러(44)는 전체적인 입력 이외의 일 포인트로부터 파워 패스로의 적어도 하나의 감지 신호, 및/또는 제1 스테이지 이외의 적어도 하나의 파워 스테이지에서 구동하는 적어도 하나의 구동 신호를 이용하여 정 파워 제어 루프를 실현한다.The controller 44 uses a constant power control loop using at least one sense signal from one point other than the overall input to the power path, and / or at least one drive signal driving at least one power stage other than the first stage. To realize.

몇몇 예에서, 정 파워 제어를 제공하는 것은, 일정한 값으로 파라미터를 유지하는 것을 포함할 수 있는데, 예컨대 전체적인 입력 전압을 파워 컨버터 시스템에서 일정한 값으로 유지할 수 있다. 다른 예에서, 정 파워 제어는 동적 특성을 갖는 파라미터를 제어하는 것을 포함할 수 있는데, 예컨대 링크 캐패시터 상에서 AC 전압 스윙으로 하여금 사인 파형을 갖도록 제어할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 몇몇 스테이지는, 예컨대 통제 안 함, 개방 루프, 고정된 펄스 폭 PWM 등과 같이, 자유롭게 구동되도록 남겨질 수 있고, 반면, 다른 실시형태에서, 몇몇 형태의 폐쇄형 루프 제어는 모든 스테이지에 적용될 수 있다.In some examples, providing constant power control may include maintaining a parameter at a constant value, such as maintaining the overall input voltage at a constant value in a power converter system. In another example, the constant power control may include controlling a parameter having dynamic characteristics, such as controlling an AC voltage swing on the link capacitor to have a sinusoidal waveform. In some embodiments, some stages may be left to be driven freely, such as uncontrolled, open loop, fixed pulse width PWM, etc., while in other embodiments, some form of closed loop control may be applied to all stages. Can be applied.

몇몇 실시형태에서, 정 파워 제어는 하나 이상의 감지된 파라미터의 값을 규제하는 것을 포함할 수 있는데, 예컨대 시스템의 입력에서 감지된 입력 전압의 값을 규제할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 컨트롤러는 피드백 신호로서 하나 이상의 추가로 감지된 파라미터를, 단독 혹은 다른 감지된 파라미터와 조합하여 이용할 수 있다. 다른 실시형태에서, 하나 이상의 추가로 감지된 파라미터는 피드 포워드(feed forward) 신호로서, 단독으로 혹은 다른 감지된 파라미터와 조합하여 이용될 수 있다.In some embodiments, constant power control may include regulating the value of one or more sensed parameters, such as regulating the value of the sensed input voltage at the input of the system. In some embodiments, the controller can use one or more additionally sensed parameters as a feedback signal, alone or in combination with other sensed parameters. In other embodiments, one or more additionally sensed parameters may be used alone or in combination with other sensed parameters as a feed forward signal.

도 9에서, 파워 패스에서의 파워 스테이지들은 일반적으로 일렬로 도시되지만, 스테이지들은 직렬로 될 필요는 없다. 적어도 하나의 제1 스테이지는 파워 패스의 전체적인 입력에 결합(coupled)되지만, 몇몇 스테이지들은, 발명의 원리에 따라 병렬로, 직렬-병렬 조합, 혹은 임의의 다른 적절한 형상으로 배열될 수 있다.In Figure 9, the power stages in the power pass are generally shown in line, but the stages need not be in series. At least one first stage is coupled to the overall input of the power path, but some stages may be arranged in series-parallel combination, or any other suitable shape, in parallel, in accordance with the principles of the invention.

또한, 리플을 무효화시키도록 입력을 직접 규제하는 것 보다, 시스템 이외의 다른 곳의 에너지 저장 장치에서의 리플은 입력에서 동일한 효과를 발생하도록 제어될 수 있다.Also, rather than directly regulating the input to invalidate the ripple, the ripple in an energy storage device other than the system can be controlled to produce the same effect at the input.

도 10은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 정 파워 제어를 실현하기 위한 컨트롤러의 실시예를 나타낸다. 컨트롤러는, 단순한 저항 접속, 전류 분류기(current shunts), 홀-효과 센서, 브릿지 회로, 트랜스포머 등이 될 수 있는, 하나 이상의 센스 회로로부터 하나 이상의 감지 신호(S1, S2 … SL)을 수신한다. 하나 이상의 증폭기/버터 회로(46)는, 각각 H1(S), H2(s) HL(s) 함수를 실현하는 하나 이상의 제어 블록(48)에 적용되기 전에 감지 신호를 조절하기 위해 이용될 수 있다.10 illustrates an embodiment of a controller for realizing positive power control in accordance with some inventive principles of this patent disclosure. The controller receives one or more sense signals S 1 , S 2… S L from one or more sense circuits, which can be simple resistance connections, current shunts, hall-effect sensors, bridge circuits, transformers, and the like. do. One or more amplifier / butter circuits 46 each comprise H 1 (S), H 2 (s) ... It may be used to adjust the sense signal before being applied to one or more control blocks 48 that realize the H L (s) function.

제어 블록으로부터의 출력은, 출력 구동 신호(D1, D2 DM)를 발생시키도록 하나 이상의 제어 알고리즘을 실현하는 제어 알고리즘 섹션(50)에 적용된다. 하나 이상의 제어 블록(48) 및/또는 제어 알고리즘 섹션(50)은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 등이나, 혹은 그들의 임의의 조합으로 실현될 수 있다. 하드웨어는 아날로그 전기 회로망, 디지털 전기 회로망이나 그들의 임의의 조합으로 실현될 수 있다.The output from the control block is applied to a control algorithm section 50 that realizes one or more control algorithms to generate output drive signals D 1 , D 2 ... D M. One or more control blocks 48 and / or control algorithm sections 50 may be realized in hardware, software, firmware, or the like, or any combination thereof. The hardware can be realized with analog electrical circuitry, digital electrical network or any combination thereof.

도 11은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 파워 컨버터 시스템의 실시형태를 도시한다. DC 파워는 터미널(292 및 294)에서 시스템에 적용된다. 도 11의 실시형태는 태양 전지판(290)의 맥락에서 도시되지만, 연료 전지, 배터리, 캐패시터 등과 같은 다른 DC 파워 소스에 이용될 수 있다. 본 예시에서, 메인 파워 패스는 DC-DC 컨버터(306)을 형성하는 구성 요소의 모음들까지 이어진다. DC-DC 컨버터는, 결정질 셀을 갖는 PV 패널 및 몇몇 다른 DC 파워 소스의 특징인 비교적 낮은 전압과 높은 전류로부터, 지역 사용자에게 쉽게 분배되거나 및/또는 파워 그리드 등을 통해 원격 사용자에게 전송되는 형태로 AC 파워를 변환하는데 적합한 비교적 높은 전압 및 낮은 전류로, DC 파워를 변화시킨다. 다른 실시형태에서, 예를 들면, 박막 PV 셀에 기초한 시스템에서, DC 파워는 보다 높은 전압에서 발생되고, 이에 따라 전압 상승, 사전 규제 등의 필요나 유용성을 제거하거나 저감할 수 있다. 이러한 실시형태에서, DC-DC 컨버터는 두 가지 스테이지, 즉 부스트 타입 프리-레귤레이터와 푸시-풀 타입 메인 스테이지,로 보여진다. 그러나, 다른 실시형태에서, DC-DC컨버터는 단일 혹은 다수 스테이지의 임의의 적절한 배열로 실현될 수 있다.11 illustrates an embodiment of a power converter system in accordance with some inventive principles of this patent disclosure. DC power is applied to the system at terminals 292 and 294. Although the embodiment of FIG. 11 is shown in the context of solar panel 290, it may be used for other DC power sources such as fuel cells, batteries, capacitors, and the like. In this example, the main power path leads to a collection of components that form the DC-DC converter 306. DC-DC converters are easily distributed to local users and / or transmitted to remote users via a power grid, etc., from the relatively low voltages and high currents characteristic of PV panels with crystalline cells and some other DC power sources. The DC power is varied with a relatively high voltage and low current suitable for converting AC power. In other embodiments, for example, in systems based on thin film PV cells, DC power is generated at higher voltages, thereby eliminating or reducing the need or utility of voltage rise, preregulation, and the like. In this embodiment, the DC-DC converter is shown in two stages, a boost type pre-regulator and a push-pull type main stage. However, in other embodiments, the DC-DC converter can be realized in any suitable arrangement of single or multiple stages.

다시 도 11을 참조하면, 제로-리플 입력 필터(296), 예를 들어 수동 필터는 효율성 향상을 위해 고주파(HF) 리플을 저감하는데 이용될 수 있다. 구현에 따라, 제로 리플 필터의 이익은 추가 비용의 가치가 있을 수 없다.Referring again to FIG. 11, a zero-ripple input filter 296, for example a passive filter, can be used to reduce high frequency (HF) ripple for improved efficiency. Depending on the implementation, the benefit of the zero ripple filter may not be worth the extra cost.

프리-레귤레이터(298)는, 다른 제조사로부터 PV 패널을 수용하도록, 시스템으로 하여금 입력 전압의 폭넓은 범위로부터 작동하도록 한다. 또한, 프리-레귤레이터는 진보된 제어 루프의 구현을 촉진하여, 아래에 논의하는 바와 같은 입력 리플을 저감할 수 있다. 예를 들어, 프리-레귤레이터는 높은 효율성을 위한 소프트 스위칭 및 컴팩트 사이즈를 갖는 고주파(HF) 부스트 스테이지로서 구현될 수 있다. 이러한 예시에서, 프리-레귤레이터는 다음 스테이지에 공급하기 위해 적은 양의 초기 전압 부스트를 제공한다. 그러나, 벅 컨버터, 벅-부스트 컨버터, 푸시-풀 컨버터 등과 같은 다른 프리-레귤레이터 스테이지들이 프리-레귤레이터 스테이지로서 이용될 수 있다.The pre-regulator 298 allows the system to operate from a wide range of input voltages to accommodate PV panels from other manufacturers. In addition, the pre-regulator may facilitate the implementation of advanced control loops, thereby reducing input ripple as discussed below. For example, the pre-regulator can be implemented as a high frequency (HF) boost stage with soft switching and compact size for high efficiency. In this example, the pre-regulator provides a small amount of initial voltage boost to supply to the next stage. However, other pre-regulator stages such as buck converters, buck-boost converters, push-pull converters and the like can be used as the pre-regulator stages.

푸시-풀 스테이지(300)는, 트랜스포머(302) 및 렉티파이어(304)와 함께 대다수의 전압 부스트를 제공한다. 양쪽의 파워 스위치들에 대한 드라이버들이 동일한 공통 전압으로 될 수 있으므로, 푸시-풀 스테이지의 이용은 단일 집적 회로를 갖는 전체 시스템의 구현을 조장할 수 있다. 렉티파이어 스테이지(304)로부터의 출력은, DC-AC 인버터 스테이지(312)를 피드하는 고전압 DC 버스를 제공하는 DC 링크 캐패시터(CDC)에 적용된다.Push-pull stage 300 provides a majority of the voltage boost with transformer 302 and rectifier 304. Since the drivers for both power switches can be at the same common voltage, the use of a push-pull stage can facilitate the implementation of the entire system with a single integrated circuit. The output from the rectifier stage 304 is applied to a DC link capacitor C DC that provides a high voltage DC bus that feeds the DC-AC inverter stage 312.

인버터 스테이지(312)는 고전압 출력 브릿지(308)를 포함하는데, 본 실시형태에서, 이것은 싱글-페이즈 AC 파워를 제공하기 위해 단순한 H-브릿지로서 구현되지만, 멀티-페이즈 실시형태들 또한 구현될 수 있다. 수동 출력 필터(310)는, 그것이 중립 및 라인 출력 터미널(L 및 N)에서 로드나 그리드에 적용되기 전에 AC 출력의 파형을 고르게 한다.Inverter stage 312 includes a high voltage output bridge 308, which in this embodiment is implemented as a simple H-bridge to provide single-phase AC power, but multi-phase embodiments may also be implemented. . The passive output filter 310 smoothes the waveform of the AC output before it is applied to the load or grid at the neutral and line output terminals L and N.

제1 (입력)PWM 컨트롤러(314)는 다양한 센스 입력에 대응하여 프리-레귤레이터(296)를 제어한다. 도 11의 실시형태에서, 전압 센서(316 및 32) 및 전류 센서(318)는, 각각 전체적인 입력 전압 및 전류와 프리-레귤레이터의 출력 전압의 측정을 제공한다. 그러나, 제1 PWM 컨트롤러는 보다 적거나 많은 센스 입력에 대응하여 작동할 수 있다. 예를 들어, 이들 중 임의의 센스 입력이 생략될 수 있고 및/또는 다른 센스 입력, 예컨대 DC 링크 캐패시터 CDC에 대한 전압 또는 파워 패스를 따라 임의의 다른 지점에서 측정된 전류가 포함될 수 있다.The first (input) PWM controller 314 controls the pre-regulator 296 in response to various sense inputs. In the embodiment of FIG. 11, voltage sensors 316 and 32 and current sensor 318 provide measurements of the overall input voltage and current and the output voltage of the pre-regulator, respectively. However, the first PWM controller can operate in response to fewer or more sense inputs. For example, any of these sense inputs may be omitted and / or the current measured at any other point along the voltage or power path to another sense input, such as DC link capacitor C DC .

상기한 바와 같이, 바람직하게, 파워는 DC소스로부터 일정한 비율로 도출되지만, 순간 AC 파워 출력은 0과 몇몇 최대값 사이에서 AC 라인 주파수의 두 배로 변동한다. 이러한 AC 파워 변동이 DC 파워 소스로 반영되는 것을 방지하기 위해, 에너지 저장 캐패시터는, AC 라인 싸이클에서 골(trough)(혹은 밸리)에 있는 동안 에너지를 저장하여 AC 라인 싸이클에서 피크에 있는 동안 에너지를 방출하는데 이용된다. 종래에는, 작은 양의 리플을 갖는 비교적 일정한 값으로 유지되는, DC 링크 캐패시터 CDC용 대형 전해형 캐패시터의 사용을 통해 이것을 실현하였다.As noted above, power is preferably derived at a constant rate from the DC source, but the instantaneous AC power output varies twice the AC line frequency between zero and some maximum value. To prevent these AC power fluctuations from being reflected to the DC power source, the energy storage capacitors store energy while in the trough (or valley) in the AC line cycle, thereby saving energy while at the peak in the AC line cycle. Used to release. Conventionally, this has been realized through the use of large electrolytic capacitors for DC link capacitor C DC , which are kept at relatively constant values with small amounts of ripple.

몇몇 실시형태에서, 제1 PWM 컨트롤러(314)는, 입력 단자(292 및 294)에서 일정한 전압을 유지하도록 프리-레귤레이터(296)를 제어함으로써, 상기한 바와 같이(그리고 화살표(315)로 도시되는 바와 같이) 내부의 정 파워 제어 루프를 실현한다. PV 패널로부터 이용 가능한 파워가 일정하다면, 일정한 패널 전압을 유지하는 것은, 물론 패널로부터 일정한 출력 전류를 야기한다. 선택적으로, 컨트롤러는 전압 보다는 전류를 조절할 수 있다. 정 파워 제어 루프는 DC 링크 캐패시터에 대한 리플이 입력으로 되돌아가는 것을 방지한다. 따라서, DC 링크 캐패시터에 대한 전압 스윙은 증가될 수 있고, 캐패시터의 크기는 저감될 수 있으므로, 보다 신뢰할 수 있고, 보다 작고, 덜 비싼 등의 캐패시터의 사용을 가능하게 한다.In some embodiments, the first PWM controller 314 controls the pre-regulator 296 to maintain a constant voltage at the input terminals 292 and 294, as shown above (and shown by arrow 315). Internal static power control loop is realized. If the power available from the PV panel is constant, maintaining a constant panel voltage, of course, results in a constant output current from the panel. Optionally, the controller can regulate current rather than voltage. The constant power control loop prevents ripple on the DC link capacitors from returning to the input. Thus, the voltage swing for the DC link capacitor can be increased and the size of the capacitor can be reduced, thereby enabling the use of capacitors that are more reliable, smaller, less expensive, and the like.

최대 파워 포인트 추적(MPPT) 회로(344)는 외부 제어 루프를 형성하여, 본 예시에서 PV 패널인 DC 파워 소스로부터 이용 가능한 출력 파워를 극대화하기 위한 최적 지점에서 각각 전압 및 전류 센서(316 및 318)에 의해 감지된, 평균 입력 전압 및 전류를 유지시킨다. 제2 (푸시-풀)PWM 컨트롤러(324)는, 본 실시형태에서 고정된 듀티 싸이클에서 작동하는 푸시-풀 스테이지를 제어한다. 서밍 노드(329)는 센서(326)로부터의 DC 링크 전압을 링크 참조 전압 LINK REF과 비교하고 링크 전압 제어 회로(322)에 출력을 적용한다. 선택적으로, 서밍 노드(329)의 출력은 제3 (출력)PWM 컨트롤러(330)에 적용되어 출력부로 하여금 링크 전압을 제어하도록 할 수 있다.The maximum power point tracking (MPPT) circuit 344 forms an external control loop, so that the voltage and current sensors 316 and 318, respectively, at optimal points to maximize the output power available from the DC power source, which in this example is a PV panel. Maintain the average input voltage and current sensed by. The second (push-pull) PWM controller 324 controls the push-pull stage operating in a fixed duty cycle in this embodiment. Summing node 329 compares the DC link voltage from sensor 326 with the link reference voltage LINK REF and applies the output to link voltage control circuit 322. Optionally, the output of the summing node 329 may be applied to the third (output) PWM controller 330 to cause the output to control the link voltage.

DC 링크 전압 컨트롤러(322)는 다른 모드에서 작동할 수 있다. 하나의 모드에서, 그것은 단순히 서밍 노드(329)로부터의 출력으로 하여금 PWM 회로에 적용되도록 하여, DC 링크 전압이 일정한 값으로 조절되도록 할 수 있다. 그러나, 상기에서 논의된 입력 리플 저감 루프와 함께 사용된다면, DC 링크 전압 컨트롤러(322)는, 제3 PWM 루프 만이 DC 링크 전압의 장기간 DC 값(예컨대 RMS 값)을 조절하도록 AC 리플을 걸러낼 수 있다. 즉, DC 링크 캐패시터에 대한 AC 리플은, DC 링크 전압 컨트롤러에 대응하여 업-다운으로 슬라이드 하여 움직이는 DC 패데스탈(DC pedestal)을 라이드(rides)한다. 이것은, 예컨대, 아래에서 논의하는 바와 같은 AC 출력 전압에서 왜곡을 제어하는데 유용할 수 있다.The DC link voltage controller 322 can operate in other modes. In one mode, it may simply cause the output from the summing node 329 to be applied to the PWM circuitry so that the DC link voltage is regulated to a constant value. However, if used with the input ripple reduction loop discussed above, DC link voltage controller 322 can filter out AC ripple such that only the third PWM loop adjusts the long term DC value (eg, RMS value) of the DC link voltage. have. That is, the AC ripple for the DC link capacitor rides a DC pedestal that slides up and down in response to the DC link voltage controller. This may be useful, for example, to control distortion at the AC output voltage as discussed below.

제3 (출력)PWM 컨트롤러(330)는 사인형 AC 출력 파형을 제공하도록 H-브릿지(308)에서 4개의 스위치를 제어한다. 비-DQ(non-DQ), 비-코르딕(non-cordic) 폴라 형태의 DPLL(digital phase locked loop)(332)는 출력 PWM을 AC 파워 라인에 동기화하도록 돕는다. 전체적인 AC 출력은, MPPT 회로로부터의 출력, DC 링크 전압 컨트롤러, DPLL, 및 출력 전압 및/또는 전류에 응답하여 제3 PWM 컨트롤러(30)을 조정하는 그리드 전류 제어 루프(336)에 의해 모니터되고 제어된다. 고조파 왜곡 완화 회로(338)는 또한, 서밍 회로(334)를 통해 출력 PWM을 조정하여, 각각의 전압 및 전류 센서(340 및 342)에 의해 감지된 출력 전압 및 전류 파형에 응답하여 왜곡을 제거하거나 저감한다. 고조파 왜곡 완화 회로로부터의 출력은 추가로, 그리드 전류 제어 루프(336)에 적용될 수 있다.The third (output) PWM controller 330 controls four switches in the H-bridge 308 to provide a sinusoidal AC output waveform. Non-DQ, non-cordic polar form digital phase locked loop (DPLL) 332 helps to synchronize the output PWM to the AC power line. The overall AC output is monitored and controlled by the grid current control loop 336 which adjusts the output from the MPPT circuit, the DC link voltage controller, the DPLL, and the third PWM controller 30 in response to the output voltage and / or current. do. The harmonic distortion mitigation circuit 338 also adjusts the output PWM via the summing circuit 334 to remove distortion in response to the output voltage and current waveforms sensed by the respective voltage and current sensors 340 and 342. Reduce. The output from the harmonic distortion mitigation circuit can further be applied to the grid current control loop 336.

고조파 왜곡 완화 회로(338)로부터의 출력 신호는 또한 DC-링크 전압의 최적화를 위해 DC-링크 전압 컨트롤러에 적용될 수 있다. 일반적으로, 전체적인 효율성을 증가시키도록 DC-링크 전압을 최소화하는 것이 바람직하다.The output signal from harmonic distortion mitigation circuit 338 may also be applied to the DC-link voltage controller for optimization of the DC-link voltage. In general, it is desirable to minimize the DC-link voltage to increase overall efficiency.

그러나, DC-링크 캐패시터 상에서 전압 일탈(voltage excursions)의 골이 너무 낮게 떨어지면, AC 출력에서 과잉의 왜곡을 야기할 수 있다. 따라서, DC-링크 전압 컨트롤러는, 고조파 왜곡 완화 회로에 의해 표시된 바와 같은 수용 가능한 수준으로 왜곡을 유지하면서, AC 골의 바닥을 가능한 최저점으로 유지시키도록, DC-링크 캐패시터 상에서 DC 페데스탈을 위아래로 슬라이드 할 수 있다.However, if the valley of voltage excursions drops too low on the DC-link capacitor, it may cause excessive distortion at the AC output. Thus, the DC-link voltage controller slides the DC pedestal up and down on the DC-link capacitor to keep the bottom of the AC valley at the lowest possible point, while maintaining distortion at an acceptable level as indicated by the harmonic distortion mitigation circuit. can do.

몇몇 다른 실시형태에서, DC-링크 전압 컨트롤러(322)는 참조 신호와 비교되고 제2 PWM 컨트롤러(324)에 적용되는 피드백 신호를 제공할 수 있는데, 이것은 PWM을 푸시-풀 스테이지로 조정함으로써 DC 링크 전압을 제어할 수 있다.In some other embodiments, the DC-link voltage controller 322 can provide a feedback signal that is compared to the reference signal and applied to the second PWM controller 324, which adjusts the PWM to a push-pull stage to provide a DC link. The voltage can be controlled.

도 12는 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 도 11의 인버터 시스템을 실현하는데 적절한 메인 파워 패스의 실시형태에 대한 개략도이다. DC 파워 소스(346)로부터의 파워는, 대형 에너지 저장 캐패시터로 될 수 있거나, 또는 만약 입력 리플 저감 제어 루프가 사용되는 경우, HF 스위칭 트랜션트(transients)로 하여금 DC 파워 소스로 피드 백 하는 것을 방지하는 소형 필터 캐패시터로 될 수 있는 캐패시터 C1에서 시스템에 적용될 수 있다. 인덕터 L1, 트랜지스터 Q1 및 다이오드 D1은 입력 PWM 컨트롤러에 의해 제어되는 프리-레귤레이션 부스트 컨버터를 형성한다.12 is a schematic diagram of an embodiment of a main power path suitable for realizing the inverter system of FIG. 11 in accordance with some inventive principles of the present patent disclosure. Power from DC power source 346 can be a large energy storage capacitor, or prevents HF switching transients from feeding back to the DC power source if an input ripple reduction control loop is used. Can be applied to the system at capacitor C 1 , which can be a small filter capacitor. Inductor L1, transistor Q1 and diode D1 form a pre-regulation boost converter controlled by an input PWM controller.

부스트 컨버터로부터의 출력은, 구현에 따라 HF 필터링 및/또는 에너지 저장을 제공할 수 있는 캐패시터 C2에 걸쳐 나타난다. 푸시-풀 스테이지는, 푸시-풀 PWM 컨트롤러에 대응하여 트랜스포머를 선택적으로 구동하는 트랜지스터 Q2 및 Q3를 포함한다. 트랜스포머는 도 11에 도시된 바와 같이, 스플릿 코어형(T1, T2), 단일 코어형, 또는 임의의 다른 적절한 구성일 수 있다. 트랜스포머는 DC-링크 캐패시터 CDC에 걸쳐 고전압 DC 버스를 발생시켜 출력 브릿지를 적절히 피드하도록 적절한 권선비를 갖는다. 구현에 따라, 트랜스포머는 또한 인버터 시스템의 입력 및 출력 사이에서 갈바닉 절연(galvanic isolation)을 제공할 수 있다. 렉티파이어는 도 12에 도시된 바와 같이, 패시브 다이오드 D2-D5, 활성 동기화 렉티파이어, 또는 임의의 다른 적절한 배열을 포함할 수 있다.The output from the boost converter appears across capacitor C2, which may provide HF filtering and / or energy storage, depending on the implementation. The push-pull stage includes transistors Q2 and Q3 that selectively drive the transformer in response to a push-pull PWM controller. The transformer may be split core type (T1, T2), single core type, or any other suitable configuration, as shown in FIG. The transformer has the appropriate turns ratio to properly feed the output bridge by generating a high voltage DC bus across the DC-link capacitor C DC . Depending on the implementation, the transformer may also provide galvanic isolation between the input and the output of the inverter system. The rectifier may include passive diodes D2-D5, active synchronization rectifier, or any other suitable arrangement, as shown in FIG.

HV 출력 브릿지에서 트랜지스터 Q4-Q7은 로드나 파워 그리드에 적용되기 전에 그리드 필터(348)에 의해 여과되는 AC 출력을 발생시키기 위해, 출력 PWM 컨트롤러에 의해 제어된다.Transistors Q4-Q7 in the HV output bridge are controlled by an output PWM controller to generate an AC output that is filtered by grid filter 348 before being applied to a load or power grid.

도 12의 실시형태의 이점은, 그것이 예컨대 싱글 집적 회로(IC)를 갖는 집적형 파워 컨버터로서 쉽게 채용될 수 있다는 것이다. 다수의 파워 스위치들은 공통의 파워 공급 커넥션에 참조되기 때문에, 격리된 드라이브들은 이들 스위치에 요구되지 않는다. 일정한 파워 제어 특징과 푸시-풀 스테이지 및 다운스트림 에너지 저장 장치와의 조합은, 구성요소들 간의 상호 상승작용으로 인해, 특히 유익할 수 있다. 또한, 이러한 이점은 개별 구현에까지 확장될 수 있다.An advantage of the embodiment of FIG. 12 is that it can be easily employed as an integrated power converter, for example with a single integrated circuit (IC). Since multiple power switches are referenced to a common power supply connection, isolated drives are not required for these switches. The combination of constant power control features with push-pull stages and downstream energy storage devices can be particularly beneficial due to the mutual synergy between the components. In addition, these benefits can be extended to individual implementations.

전체 구조에 대한 모놀리식 구현에 있어서, 출력 H-브릿지에서의 하이측 스위치들과 이와 대응하는 로우측 스위치들 사이에서 전기적 절연이 있을 수 있다. 또한, 시스템의 다른 부분들 사이에서도 절연이 있을 수 있다. 예를 들어, 하나의 섹션에 위치된 센스 회로는, 제1 섹션으로부터 수신된 정보에 대응하여, 제어 및/또는 상호통신 및/또는 다른 기능들을 수행하는 또 다른 섹션에서의 프로세싱 회로로 정보를 전송할 수 있다. 특정 응용 및 파워 핸들링 요구 사항에 따라, 파워 일렉트로닉스, 패시브 컴포넌트 및 제어회로(지능형)를 포함하는 모든 구성 요소들은 IC 칩 상에 직접 제조될 수 있다. 다른 실시형태에서, 칩 밖에 위치된 인덕터, 트랜스포머 및 캐패시터와 같은 대형 패시브 컴포넌트들을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 도 12의 시스템은 멀티-칩 솔루션으로서 구현될 수 있다.In a monolithic implementation of the overall structure, there may be electrical isolation between the high side switches and the corresponding low side switches in the output H-bridge. There may also be insulation between other parts of the system. For example, the sense circuit located in one section sends information to processing circuitry in another section that performs control and / or intercommunication and / or other functions in response to information received from the first section. Can be. Depending on the specific application and power handling requirements, all components, including power electronics, passive components and control circuits (intelligent) can be manufactured directly on the IC chip. In other embodiments, it may be desirable to have large passive components such as inductors, transformers, and capacitors located outside the chip. In yet another embodiment, the system of FIG. 12 can be implemented as a multi-chip solution.

본 특허 개시물의 몇몇 추가의 발명 원리들은 정 파워 제어 기능을 파워 소스 및/또는 파워 컨버터 시스템에 통합시키는 것에 관한 것이다. 몇몇 실시형태에서, 정 파워 제어 장치는 셀 레벨, 스트링 레벨과 같은 보다 낮은 레벨에서 파워 소스에 통합될 수 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같은 PV 패널(350)에서, 하나 이상의 정 파워 제어 루프(350)는 패널 상에서 각각의 셀(354)에 통합될 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같은 또 다른 실시형태에서, 하나 이상의 정 파워 제어 루프(356)는 각각 일련의 셀(360)을 갖는 패널(358)에 통합될 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같은 또 다른 실시형태에서, 싱글 정 파워 제어 루프(362)는 패널(364) 상에서 모든 셀로부터 조합된 출력을 위해 사용될 수 있다. 싱글 루프(362)는 셀(366) 중 하나와 통합되거나 혹은 임의의 셀로부터 분리될 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같은 또 다른 실시형태에서, 다수의 정 파워 제어 루프(368)는, 패널(370)과 통합적으로 혹은 패널로부터 개별적으로 연관될 수 있다. 다른 예시에서, 정 파워 제어 루프는, 각 셀과 연관된 하나 또는 다수의 개별 구성 요소로서 각 셀과 통합되거나, 혹은 각 셀에 사용된 동일 기판상에 부분적으로 혹은 완전히 통합될 수 있다. 이러한 타입의 집적 솔루션들은 직렬, 병렬, 직렬-병렬 조합 등으로 조합될 수 있는 다수의 정 파워 제어 루프로부터 출력을 포함할 수 있다.Some further inventive principles of this patent disclosure relate to integrating positive power control functionality into a power source and / or power converter system. In some embodiments, the positive power control device may be integrated into a power source at a lower level, such as cell level, string level. For example, in the PV panel 350 as shown in FIG. 13, one or more positive power control loops 350 may be integrated into each cell 354 on the panel. In yet another embodiment as shown in FIG. 14, one or more positive power control loops 356 may be integrated into panel 358, each having a series of cells 360. In another embodiment as shown in FIG. 15, a single positive power control loop 362 can be used for the combined output from all cells on the panel 364. Single loop 362 may be integrated with one of cells 366 or may be separate from any cell. In yet another embodiment as shown in FIG. 16, multiple positive power control loops 368 may be associated with panel 370 either integrally or separately from the panel. In another example, the positive power control loop may be integrated with each cell as one or multiple individual components associated with each cell, or partially or fully integrated on the same substrate used for each cell. Integrated solutions of this type can include outputs from multiple positive power control loops that can be combined in series, parallel, series-parallel combinations, and the like.

본 특허 개시물의 몇몇 추가의 발명 원리들은 파워 컨버터 시스템에서 일정하기 보다는 변동하는 값으로 파워를 제어하는 것에 관한 것이다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에서, 파워는, 임의의 함수 또는 특정 시스템에 맞춰지는 특정 함수로 제어될 수 있다. 다른 실시형태에서, 파워는, 로드의 파워 수요에서의 변동, 소스에 의해 공급된 파워에서의 변동, 그 둘의 조합 등에 따라 동기화될 수 있다.
Some further inventive principles of this patent disclosure relate to controlling power to a variable rather than constant value in a power converter system. For example, in some embodiments, power may be controlled by any function or specific function tailored to a particular system. In other embodiments, the power may be synchronized according to variations in the power demand of the load, variations in the power supplied by the source, a combination of the two, and the like.

왜곡 완화Distortion Mitigation

본 특허 개시물의 몇몇 추가의 발명 원리들은 파워 컨버터 시스템에서 고조파 왜곡과 같은 왜곡을 경감하는 기법에 관한 것이다. 왜곡 완화에 관련되는 몇몇 원리들이 정 파워 제어를 또한 포함하는 실시형태의 맥락에서 도시된다하더라도, 왜곡 완화에 관련되는 발명의 원리들은 정 파워 제어 및 여기에 개시된 다른 발명의 원리들에 독립적으로 적용될 수 있다.Some further inventive principles of this patent disclosure relate to techniques for mitigating distortion, such as harmonic distortion in power converter systems. Although some principles relating to distortion mitigation are shown in the context of an embodiment that also includes constant power control, the principles of the invention relating to distortion mitigation can be applied independently to the principles of constant power control and other inventions disclosed herein. have.

도 17은 고정된 전압에서 유지되는 DC 링크 캐패시터로부터 이용 가능한 전압과 비교하여, H-브릿지 타입 DC/AC 인버터로부터의 전압에 대한 즉각적인 수요를 도시한다. DC 링크 전압이 인버터로부터의 피크 전압 수요(헤드룸(headroom)을 위한 여분의 양을 더함) 이상으로 유지되는 한, 인버터는 출력 전압 및 전류 파형에서 고조파 왜곡(HD)가 거의 없는 AC 출력을 생산할 수 있다.FIG. 17 shows the immediate demand for voltage from an H-bridge type DC / AC inverter compared to the voltage available from a DC link capacitor maintained at a fixed voltage. As long as the DC link voltage remains above the peak voltage demand from the inverter (plus the extra amount for headroom), the inverter will produce an AC output with little harmonic distortion (HD) in the output voltage and current waveforms. Can be.

도 18은, 여기에 기재된 바와 같은 정 파워 제어 특징으로 인해 큰 AC 전압 스윙을 갖는 DC 링크 캐패시터로부터 이용 가능한 전압과 비교하여, H-브릿지 타입 DC/AC 인버터로부터의 전압에 대한 즉각적인 수요를 도시한다. 일반적으로, DC 링크 전압상의 변동은 AC 출력에서 왜곡을 유발할 수 있다. 또한, 라인 싸이클에서의 특정 포인트에서, 링크 캐패시터로부터 이용 가능한 전압에서의 최소값은 인버터로부터의 전압 수요에서의 피크와 부합한다. 이들 포인트에서, 인버터로부터의 AC 출력 전압 및/또는 전류는, 인버터에 대한 적절한 전압 및 헤드룸의 부족으로 인해 지나치게 왜곡될 수 있다. 즉, 몇몇 실시형태에서, 정 파워 특성의 포함됨으로 인하여, DC 링크 캐패시터에 허용된 AC 리플의 양에 따라, 출력 전류에서 특정 량의 왜곡이 유발될 수 있다. 고조파 왜곡은 그리드 타이(tie) 응용 또는 레귤레이션 및/또는 사양들이 AC 출력에서 왜곡의 양을 제한하는 임의의 다른 응용에 대해서 특히 문제다.FIG. 18 shows the immediate demand for voltage from an H-bridge type DC / AC inverter compared to the voltage available from a DC link capacitor with a large AC voltage swing due to the positive power control feature as described herein. . In general, variations in the DC link voltage can cause distortion in the AC output. Also, at certain points in the line cycle, the minimum value in voltage available from the link capacitor matches the peak in voltage demand from the inverter. At these points, the AC output voltage and / or current from the inverter may be excessively distorted due to the lack of adequate voltage and headroom for the inverter. That is, in some embodiments, the inclusion of the constant power characteristic may cause a certain amount of distortion in the output current, depending on the amount of AC ripple allowed for the DC link capacitor. Harmonic distortion is particularly problematic for grid tie applications or any other application where regulation and / or specifications limit the amount of distortion at the AC output.

도 19는 본 특허 개시물의 몇몇 발명 원리들에 따른, 고조파 왜곡 완화를 갖는 파워 컨버터 시스템의 실시예를 나타낸다. 본 실시형태는, 파워 소스(52)와, 제1 파워 스테이지(54), 에너지 저장 요소(56) 및 제2 파워 스테이지(58)를 갖는 파워 패스를 포함한다. 컨트롤러(60)는, 시스템에서 임의의 적절한 포인트로부터 얻어진 하나 이상의 센스 입력 및 시스템에서 임의의 적절한 포인트에 적용된 하나 이상의 드라이브 출력을 이용하여 시스템에 대해 정 파워 제어를 부과한다. 고조파 왜곡 완화(HDM) 장치(62)는 시스템에서 임의의 적절한 포인트로부터 얻어진 하나 이상의 센스 입력 및 시스템에서 임의의 적절한 포인트에 적용된 하나 이상의 드라이브 출력을 이용할 수 있다.19 illustrates an embodiment of a power converter system with harmonic distortion mitigation, in accordance with some inventive principles of this patent disclosure. This embodiment includes a power path having a power source 52, a first power stage 54, an energy storage element 56, and a second power stage 58. Controller 60 imposes positive power control on the system using one or more sense inputs obtained from any suitable point in the system and one or more drive outputs applied to any suitable point in the system. Harmonic distortion mitigation (HDM) device 62 may utilize one or more sense inputs obtained from any suitable point in the system and one or more drive outputs applied to any suitable point in the system.

고조파 왜곡 완화 블록은, 본 특허 개시물의 몇몇 발명 원리들에 따라, 하나 이상의 많은 다른 경감 파워를 구현할 수 있다. 하나의 예시가 도 11의 실시형태에 도시된다. 또 다른 예시로서, HDM 블록은 제2 파워 스테이지(58)의 입력 및 출력으로부터 하나 이상의 센스 입력을 취하여, 도 11의 실시형태에 도시된 HDM 특성과 유사한 식으로, 제1 스테이지(54) 및/또는 제2 스테이지(58)을 제어한다. HDM 기능은 정 전압 제어 기능과 조화되거나, 또는 정 전압 제어와 독립적으로 작동할 수 있다.The harmonic distortion mitigation block may implement one or more many other mitigating powers, in accordance with some inventive principles of this patent disclosure. One example is shown in the embodiment of FIG. 11. As another example, the HDM block takes one or more sense inputs from the inputs and outputs of the second power stage 58, and in a similar manner to the HDM characteristics shown in the embodiment of FIG. 11, the first stage 54 and / or the like. Or control the second stage 58. The HDM function can be coordinated with the constant voltage control function or can operate independently of the constant voltage control.

도 20은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 왜곡 완화 시스템의 실시예를 나타낸다. 도 20의 실시형태는, 에너지 저장 요소(200), 파워 스테이지(202) 및 로드(204)를 갖는 파워 패스를 포함한다. 컨트롤러(206)는 파워 흐름에서 로드에 왜곡에 대한 정보를 제공하는 하나 이상의 로드 신호(SL)를 수신한다. 하나 이상의 제어 신호, 예컨대, 하나 이상의 변조 신호(SM)는, 컨트롤러로 하여금 파워 스테이지의 왜곡을 경감하는 식으로 제어할 수 있도록 한다. 에너지 저장 요소로부터 하나 이상의 센스 신호(SES)는, 에너지 저장 요소의 하나 이상의 파라미터를 제어하는데 이용될 수 있는 정보를 제공한다. 도 20에서 특정 포인트에 그리고 특정 포인트로부터 결합된 것이 도시되었다하여도, 신호는 임의의 다른 적절한 포인트에 또는 그들로부터 결합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 로드 신호(SL)는 파워 스테이지와 로드 사이에서 비롯된 것으로 도시되지만, 그들은 파워 스테이지, 로드 또는 임의의 다른 적절한 위치로부터 직접 취해질 수 있다.20 illustrates an embodiment of a distortion mitigation system in accordance with some inventive principles of this patent disclosure. The embodiment of FIG. 20 includes a power path having an energy storage element 200, a power stage 202, and a rod 204. The controller 206 receives one or more load signals S L that provide information about distortion to the load in the power flow. One or more control signals, for example one or more modulation signals S M , allow the controller to control in such a way as to reduce the distortion of the power stage. One or more sense signals S ES from the energy storage element provide information that can be used to control one or more parameters of the energy storage element. Although shown coupled to and from a specific point in FIG. 20, the signal may be combined at or from any other suitable point. For example, one or more load signals S L are shown as originating between the power stage and the load, but they may be taken directly from the power stage, rod or any other suitable location.

컨트롤러(206)는 파워 스테이지(202)를 제어하기 위한 모듈레이터(210)와 같은 제어 함수, 모듈레이터를 로드에 동기화 하기 위한 동기화 함수(212), 파워 흐름에서 왜곡을 로드에 경감시키기 위한 왜곡 완화 함수(208)을 포함한다. 컨트롤러 함수들은, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 임의의 그들 조합에서 구현될 수 있다. 하드웨어는 아날로그 회로, 디지털 회로 또는 임의의 그들 조합으로 실현될 수 있다. 함수의 구현은 단일 장치에 집중되거나 다수의 장치 등을 통해 분산될 수 있다.The controller 206 is a control function such as a modulator 210 for controlling the power stage 202, a synchronization function 212 for synchronizing the modulator to the load, a distortion mitigating function for reducing distortion to the load in the power flow ( 208). Controller functions may be implemented in hardware, software, firmware or any combination thereof. The hardware can be realized in analog circuits, digital circuits or any combination thereof. The implementation of the function may be centralized on a single device or distributed across multiple devices and the like.

에너지 저장 요소(200)는 하나 이상의 캐패시터, 인덕터, 또는 임의의 다른 에너지 저장 요소들을 포함할 수 있다. 파워 스테이지(202)는 하나 이상의 DC/DC 컨버터, DC/AC 인버터, 렉티파이어 등을 포함할 수 있다. 로드는 AC 로드, DC 로드 또는 임의의 그들 조합일 수 있다. 제어 함수는 펄스 폭 변조(PWM), 펄스 주파수 변조(PFM)와 같은 임의의 적절한 타입의 변조 함수, 또는 임의의 다른 적절한 타입의 제어 또는 변조 함수를 포함할 수 있다. 동기화 함수(212)는, 파워 스테이지의 제어를 로드와 동기화하기 위해, 위상 고정 루프(PLL) 함수, 지연 고정 루프(DLL) 함수, 또는 임의의 다른 적절한 함수를 포함할 수 있다. 왜곡 경감 함수(209)는 고조파 왜곡 완화 또는 제거, 혹은 임의의 다른 타입의 왜곡 완화를 포함할 수 있다.Energy storage element 200 may include one or more capacitors, inductors, or any other energy storage elements. The power stage 202 may include one or more DC / DC converters, DC / AC inverters, rectifiers, and the like. The rod can be an AC rod, a DC rod or any combination thereof. The control function may include any suitable type of modulation function, such as pulse width modulation (PWM), pulse frequency modulation (PFM), or any other suitable type of control or modulation function. Synchronization function 212 may include a phase locked loop (PLL) function, a delay locked loop (DLL) function, or any other suitable function to synchronize the control of the power stage with the load. Distortion mitigation function 209 may include harmonic distortion mitigation or elimination, or any other type of distortion mitigation.

도 21은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 몇몇 예시적인 실시의 상세들을 보여주는 왜곡 완화 시스템의 또 다른 실시형태를 도시한다. 도 21의 실시형태에서, 에너지 저장 요소는, 예컨대 정 파워 제어에 기인한 가변 전압을 갖는 캐패시터 CDC를 포함한다. 파워 스테이지(214)는, 본 실시예에서, H-브릿지를 포함하는 DC/AC 인버터를 포함한다. 로드(216)는 임의의 타입의 AC 로드를 포함할 수 있지만, 본 실시예에서는, 종래 사인형 AC 파형으로 작동하는 파워 분포 그리드를 포함하는 것으로 가정된다. 그리드 필터(218)는 H-브릿지와 그리드 사이에 포함될 수 있다.21 shows another embodiment of a distortion mitigation system showing details of some exemplary implementations in accordance with some inventive principles of this patent disclosure. In the embodiment of FIG. 21, the energy storage element comprises a capacitor C DC with a variable voltage, for example due to constant power control. The power stage 214 includes, in this embodiment, a DC / AC inverter that includes an H-bridge. The rod 216 may include any type of AC rod, but in this embodiment it is assumed to include a power distribution grid that operates on a conventional sinusoidal AC waveform. Grid filter 218 may be included between the H-bridge and the grid.

본 실시예에서, 컨트롤러(207)는 전압 센서 또는 커넥션(224)에 의해 캐패시터 CDC로부터 얻어진 링크 전압 VDC를 수신한다. PWM 변조 신호 ma2는 컨트롤러(207)로부터 H-브릿지에 제공된다. 로드 신호는 전류 센서 또는 커넥션(222)으로부터 얻어진 그리드 전류 IG와, 전압 센서 또는 커넥션(220)으로부터 얻어진 그리드 전압 VG를 포함한다.In this embodiment, the controller 207 receives the link voltage V DC obtained from the capacitor C DC by the voltage sensor or the connection 224. The PWM modulated signal ma2 is provided from the controller 207 to the H-bridge. The load signal includes a grid current I G obtained from the current sensor or connection 222 and a grid voltage V G obtained from the voltage sensor or connection 220.

도 21의 컨트롤러는, H-브릿지로 하여금 사인형 AC 출력을 생산해내도록 하는 펄스폭 변조 신호 Ma2를 발생시키기 위한 사인 PWM 요소(226)를 포함한다. 본 실시형태는 사인 파형에 대해 설명했지만, 다른 타입의 AC 파형이 다른 실시형태에서 이용될 수 있다. 동기화 함수는, 그리드 전압 VG에 대응하여 위상 신호(θ)를 발생시키는 디지털 위상-폐쇄 루프(228)에 의해 수행된다. 왜곡 완화 함수는 그리드 전류 IG에 응답하여 매그니튜드 신호 Ma를 발생시키는 고조파 왜곡 제거(HDC) 요소(230)에 의해 수행된다. HDC 요소는, 링크 전압 VG에 응답하여 작동하는 링크 전압 제어 기능을 선택적으로 포함할 수 있다. HDC 요소 및 DPLL로부터의 출력은 H-브릿지 제어를 위한 변조 신호 Ma2를 발생시키는 사인형 PWM 요소(226)에 적용된다. HDC 요소 및 DPLL로부터의 출력은 사인 PWM 요소(226)에 직접 또는 다른 요소들의 조합을 통해 적용될 수 있다. 예를 들어, 다른 실시형태에서, 신호 Ma는 사인 PWM 요소(226)에 직접 적용되지 않고, 대신에, 가산기(adder)로 사인 PWM 요소의 출력과 결합될 수 있다.The controller of FIG. 21 includes a sinusoidal PWM element 226 for generating a pulse width modulated signal Ma2 that causes the H-bridge to produce a sinusoidal AC output. Although the present embodiment has been described with respect to sine waveforms, other types of AC waveforms can be used in other embodiments. The synchronization function is performed by the digital phase-closed loop 228 which generates a phase signal [theta] in response to the grid voltage V G. The distortion mitigation function is performed by a harmonic distortion cancellation (HDC) element 230 that generates a magnitude signal Ma in response to grid current I G. The HDC element may optionally include a link voltage control function that operates in response to the link voltage V G. The output from the HDC element and the DPLL is applied to a sinusoidal PWM element 226 that generates a modulated signal Ma2 for H-bridge control. The output from the HDC element and the DPLL can be applied directly to the sinusoidal PWM element 226 or through a combination of other elements. For example, in another embodiment, the signal Ma is not applied directly to the sinusoidal PWM element 226, but instead can be combined with the output of the sinusoidal PWM element with an adder.

컨트롤러(207) 내에서 함수의 선택 및 배열은, 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따라, 다양하게 변화될 수 있다. 몇몇 실시예들은, 아래의 예시에 의해 기재된다.The selection and arrangement of functions within the controller 207 can vary widely, in accordance with some inventive principles of this patent disclosure. Some embodiments are described by way of example below.

도 22는 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 고조파 왜곡 완화를 갖는 컨트롤러의 또 다른 실시형태를 도시한다. 도 21의 실시형태에서, HDC 요소(230)는, DPLL로부터의 위상 신호(θ)에 응답하여 사인 신호 sin(θ)를 발생시키는 정현파 발생기(234)를 포함한다. 신호 sin(θ)는 멀티플라이어(236)에 의해 참조 신호 IREF와 결합되어, 에러 신호 IERR를 발생시키도록 가산기(또는 비교기)(238)에 의해 그리드 전류 IG에 비교되는 배율된 신호 IREFsin(θ)를 발생시킨다. 에러 신호는 에러 매그니튜드 신호 MAG를 발생시키도록 펑션 블록(240)에 의해 전송 함수 H(s)에 적용되기 쉽다.22 illustrates another embodiment of a controller with harmonic distortion mitigation in accordance with some inventive principles of this patent disclosure. In the embodiment of FIG. 21, the HDC element 230 includes a sinusoidal wave generator 234 that generates a sinusoidal signal sin (θ) in response to the phase signal [theta] from the DPLL. The signal sin (θ) is combined with the reference signal I REF by the multiplier 236 and compared to the grid current I G by the adder (or comparator) 238 to generate the error signal I ERR . Generate REF sin (θ). The error signal is likely to be applied to the transfer function H (s) by the function block 240 to generate an error magnitude signal MAG.

도 22의 실시형태는, 그리드 전류가 배율된 사인커브 신호 IREFsin(θ)에 비교되는 파워 스테이지를 제어하는 직접적인 방법을 실현한다. 사인 PWM(226)로부터의 결과로서 얻어진 출력 Ma2는 Ma2 = MAG * sin(θ)의 형태를 가진다. 작동에 있어서 MAG 부분은, 제어 루프가 링크 전압 상에 리플이 있음에도 불구하고 단순히 사인커브형 출력을 유지하도록 노력할 때, 시간의 함수로서 왜곡을 나타낼 수 있다. 고조파 왜곡을 완화시키는 시스템의 능력은 비교기(238), 함수(240) 및 사인 PWM(226)을 포함하고 있는 경우, H-브릿지와 그리드 필터와 함께 루프를 형성하는, 패스의 밴드폭에 의존할 수 있다. 이러한 루프는 전형적으로, 루프의 밴드폭 이하의 주파수, 예컨대 보다 낮은 매그니튜드에서 고조파를 제거할 것이다. 따라서, 비교기, H(s) 및 사인 PWM을 포함하는 패스는 비교적 빠른 내부 루프를 형성하는 반면, DPLL(228) 및 사인 발생기(234)를 포함하는 패스는 보다 느린 외부 루프를 형성할 것이다.The embodiment of FIG. 22 realizes a direct method of controlling the power stage compared to the sinusoidal signal I REF sin (θ) with the grid current multiplied. The output Ma2 obtained as a result from the sinusoidal PWM 226 has the form Ma2 = MAG * sin (θ). In operation, the MAG portion may exhibit distortion as a function of time when the control loop simply tries to maintain a sinusoidal output despite the ripple on the link voltage. The system's ability to mitigate harmonic distortion will depend on the bandwidth of the pass, which includes a comparator 238, a function 240, and a sinusoidal PWM 226, forming a loop with the H-bridge and grid filter. Can be. Such a loop will typically remove harmonics at frequencies below the bandwidth of the loop, such as lower magnitudes. Thus, a pass that includes a comparator, H (s) and a sinusoidal PWM will form a relatively fast inner loop, whereas a pass that includes a DPLL 228 and a sine generator 234 will form a slower outer loop.

참조 신호 IREF는 고정된 참조 신호 일 수 있다. 선택적으로, 도 22에 도시한 바와 같이, IREF는, 또 다른 제어 루프의 부분으로서 DC 링크 전압 제어 특성(242)에 의해 제공되어 DC 링크 전압을 제어할 수 있다. 링크 전압 VDC, 또는 VDC의 평균이나 RMS 버전은 IREF을 발생시키기 위한 참조 신호 VREF에 비교될 수 있다. DC 링크 전압 제어는 또 다른 비교적 느린 외부 제어 루프로서 실현될 수 있다.The reference signal I REF may be a fixed reference signal. Optionally, as shown in FIG. 22, I REF may be provided by the DC link voltage control feature 242 as part of another control loop to control the DC link voltage. Average or RMS version of the link voltage V DC, or V DC may be compared to a reference signal V REF to generate I REF. DC link voltage control can be realized as another relatively slow outer control loop.

본 특허 개시물의 몇몇 추가의 발명 원리들은 그리드 전류 제어에 관한 것이다. 도 23의 실시형태는, 그리드 전류 IG, 참조 신호 IREF2 뿐만 아니라 DPLL로부터의 위상 신호 θ에 대응하여 직접 신호 ID 및 직교 신호 IQ를 발생시키기 위한 그리드 전류 제어 요소(244)를 포함한다. 직접 신호 및 직교 신호는, 사인 발생기(234)에 적용되는 위상 신호 φ 및 사인 PWM(226)에 적용되는 매그니튜드 신호 MAG'를 발생시키는 인버스 DQ 변형 요소(246)에 적용된다. HDC 블록(230) 및 사인 PWM(226)로부터의 출력(MAG 및 MAG")은 각각, 가산기(248)에 의해 결합되어, 최종 변조 신호 Ma2를 제공한다.Some further inventive principles of this patent disclosure relate to grid current control. The embodiment of FIG. 23 includes a grid current control element 244 for generating a direct signal I D and an orthogonal signal I Q in correspondence with the phase signal θ from the DPLL as well as the grid current I G , the reference signal I REF2 . . The direct and quadrature signals are applied to the inverse DQ modifying element 246 which generates the phase signal φ applied to the sine generator 234 and the magnitude signal MAG 'applied to the sine PWM 226. Outputs from HDC block 230 and sine PWM 226 (MAG and MAG ") are each combined by adder 248 to provide the final modulated signal Ma2.

그리드 전류 제어를 제공 함으로써, 도 23의 실시형태는 그리드 전압 VG 및 그리드 전류 IG로 하여금, 보다 가까운 위상 관계가 되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 22의 이전 실시형태는 순수하게 혹은 대부분 저항 그리드 로드를 갖는 시스템에서 적절한 작동을 제공할 수 있다. 무효분이 있는 그리드 로드를 갖는 시스템에서, 도 23의 실시형태의 그리드 전류 제어 특성은 그리드 전압 및 전류로 하여금 위상이 되도록 하여, 리엑티브 그리드에 개선된 고조파 왜곡 제거를 제공할 수 있다.By providing grid current control, the embodiment of FIG. 23 can be configured such that grid voltage V G and grid current I G become closer in phase relationship. For example, the previous embodiment of FIG. 22 may provide proper operation in a system with purely or mostly resistive grid rods. In a system with an ineffective grid load, the grid current control characteristics of the embodiment of FIG. 23 can cause the grid voltage and current to be in phase, providing improved harmonic distortion rejection to the reactive grid.

도 23에서 HDC 특성(230)와 함께 도시되었지만, 여기에 개시된 그리드 전류 제어 기법은, 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따라, 이것 또는 임의의 다른 HDC 특성으로부터 별도로 실행될 수 있다.Although shown with HDC characteristic 230 in FIG. 23, the grid current control technique disclosed herein may be implemented separately from this or any other HDC characteristic, in accordance with some inventive principles of this patent disclosure.

도 23의 맥락에서 도시된 그리드 전류 제어 기법은 또한, 링크 전압 제어의 다양한 형태로 결합될 수 있다. 예를 들어, 참조 신호 IREF1 및 IREF2 중 어느 하나 또는 둘은 도 22에 도시된 요소(242)와 같은 하나 이상의 링크 전압 제어 요소들에 의해 제공될 수 있다.The grid current control technique shown in the context of FIG. 23 can also be combined in various forms of link voltage control. For example, either or both of reference signals I REF1 and I REF2 may be provided by one or more link voltage control elements, such as element 242 shown in FIG. 22.

본 특허 개시물의 몇몇 추가의 원리들은 왜곡 완화를 위한 전치 왜곡 기법의 사용에 관한 것이다. 도 24는 파워 스테이지를 제어하기 위한 하나 이상의 제어 신호 SM을 발생시키는 변조기(210)와 같은 제어 기능을 갖는 컨트롤러(250)와, 하나 이상의 로드 신호 SL에 응답하여 파워 스테이지의 출력을 로드와 함께 동기화시키는 동기화 함수(212)의 실시형태를 도시한다. 전치 왜곡 요소(252)는 에너지 저장 요소로부터 센스 신호 SES와 같은 임의의 적절한 신호에 응답하여 전치 왜곡의 몇몇 형태를 제공한다. 전치 신호는 하나 이상의 제어 신호 SM 또는 임의의 다른 신호 또는 요소에 적용되어 왜곡 완화를 제공할 수 있다. 컨트롤러 함수는 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 등 또는 임의의 그들 조합에서 실사될 수 있다. 하드웨어는 아날로그 회로, 디지털 회로 또는 임의의 그들 조합으로 실현될 수 있다. 그러한 함수들의 실현은 단일 장치로 통합되거나 또는 다수의 장치들을 통해 분산될 수 있다.Some further principles of this patent disclosure relate to the use of predistortion techniques for distortion mitigation. 24 shows a controller 250 having a control function, such as a modulator 210 for generating one or more control signals S M for controlling the power stage, and load and output the output of the power stage in response to one or more load signals S L. An embodiment of a synchronization function 212 is shown that synchronizes together. Predistortion element 252 provides some form of predistortion in response to any suitable signal, such as sense signal S ES from the energy storage element. The pre-signal may be applied to one or more control signals S M or any other signal or element to provide distortion mitigation. The controller function may be due to hardware, software, firmware, or the like or any combination thereof. The hardware can be realized in analog circuits, digital circuits or any combination thereof. The realization of such functions may be integrated into a single device or distributed across multiple devices.

도 25는 본 특허 개시물의 몇몇 발명 원리에 따른, 전치 왜곡을 갖는 컨트롤러의 실시형태를 도시한다. 변조 신호 Ma는 임의의 적절한 소스, 예컨대 상기한 실시형태에서 임의의 Ma2 신호에 의해 제공될 수 있다. 본 실시예에서, 변조 신호 Ma는, 그리드 전압 VG에 응답하여 DPLL(260)에 의해 제어되는 단순 사인 PWM 요소(258)에 의해 제공된다. 전치 왜곡 요소(254)는, 가산기(256)에 의해 변조 신호 Ma와 결합되는 전치 왜곡 신호 Ma'를 발생시켜서 최종 변조 신호 Ma"를 발생시킨다. 최종 변조 신호 Ma"는 임의의 적절한 파워 스테이지에 적용될 수 있다. 본 실시예에서, 파워 스테이지는 도 21에 도시한 바와 같은 H-브릿지 일 수 있다.25 illustrates an embodiment of a controller with predistortion, in accordance with some inventive principles of this patent disclosure. The modulated signal Ma may be provided by any suitable source, such as any Ma2 signal in the embodiments described above. In this embodiment, the modulation signal Ma is provided by a simple sine PWM element 258 controlled by the DPLL 260 in response to the grid voltage V G. Predistortion element 254 generates a predistortion signal Ma 'coupled to modulator signal Ma by adder 256 to generate a final modulation signal Ma ". The final modulation signal Ma" is applied to any suitable power stage. Can be. In this embodiment, the power stage may be an H-bridge as shown in FIG. 21.

본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 전치 왜곡 방법은 여기에 개시된 여러 타입의 왜곡 완화 원리들을 개별적으로 또는 통합하여 실현될 수 있다. 전치 왜곡 요소(254)는 파워 흐름에 있어서 파워 스테이지로부터 로드까지 왜곡을 완화 또는 제거하기 위한 임의의 타입의 전치 왜곡을 실현할 수 있다. 예를 들어, 도 21의 시스템에 적용되는 경우, 전치 왜곡(254)은, 링크 전압 VDC 상의 리플에 기인한 왜곡을 예측하여 보상하는 전치 왜곡 신호 Ma'를 발생시킬 수 있다.The predistortion method according to some inventive principles of this patent disclosure can be realized individually or in combination with the various types of distortion mitigation principles disclosed herein. Predistortion element 254 may realize any type of predistortion to mitigate or eliminate distortion from the power stage to the load in power flow. For example, when applied to the system of FIG. 21, predistortion 254 may generate a predistortion signal Ma ′ that predicts and compensates for distortion due to ripple on link voltage V DC .

도 26은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른, 전치 왜곡 요소의 실시형태를 도시한다. 도 26의 실시형태는 순간 링크 전압 VDC 및 링크 전압의 평균치 VDC( AVERAGE )에 응답하여 전치 왜곡 신호 Ma'를 제공하기 위한 룩업 테이블(262)을 포함한다.FIG. 26 illustrates an embodiment of a predistortion element, in accordance with some inventive principles of this patent disclosure. The embodiment of FIG. 26 includes a lookup table 262 for providing the predistortion signal Ma 'in response to the instantaneous link voltage V DC and the average value of the link voltage V DC ( AVERAGE ) .

도 27은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 전치 왜곡 요소의 또 다른 실시형태를 도시한다. 도 27의 실시형태는, 링크 전압의 평균치 VDC( AVERAGE )를 순간 값 VDC으로 나눔으로써 전치 왜곡 신호 Ma'를 발생시킨다. 그 결과는 전치 왜곡 신호로서 직접 이용되거나 또는 추가의 프로세싱에 적용될 수 있다. 예를 들어, 그 결과는, 도 27에 도시한 바와 같이, 함수 f(s)에 의해 변환한 후에 변조 신호 Ma와 곱해질 수 있다.27 illustrates another embodiment of a predistortion element in accordance with some inventive principles of this patent disclosure. In the embodiment of FIG. 27, the predistortion signal Ma 'is generated by dividing the average value V DC ( AVERAGE ) of the link voltage by the instantaneous value V DC . The result can be used directly as a predistortion signal or applied to further processing. For example, the result can be multiplied by the modulation signal Ma after conversion by the function f (s), as shown in FIG.

도 28은 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 전치 왜곡 요소의 또 다른 실시형태를 도시한다. 도 28의 실시형태는, 순간 링크 전압 VDC, 링크 전압의 평균치 VDC( AVERAGE ), 순간 그리드 전압 VG 및 그리드 전압의 RMS값 VG ( RMS )에 응답하여 전치 왜곡 신호 Ma'를 제공하는 룩업 테이블(264)을 포함한다.28 shows another embodiment of a predistortion element in accordance with some inventive principles of this patent disclosure. The embodiment of FIG. 28 provides a predistortion signal Ma 'in response to an instantaneous link voltage V DC , an average value of the link voltage V DC ( AVERAGE ) , an instantaneous grid voltage V G, and an RMS value V G ( RMS ) of the grid voltage. A lookup table 264.

도 29는 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따른 전치 왜곡 요소의 또 다른 실시형태를 도시한다. 도 29의 실시형태는 순간 링크 전압 VDC, 링크 전압의 평균치 VDC( AVERAGE ), 순간 그리드 전압 VG 및 그리드 전압의 RMS값 VG ( RMS )에 응답하여, 임의의 적절한 전달 함수 H(s)에 따라, 전치 왜곡 신호 Ma'를 계산한다.29 illustrates another embodiment of a predistortion element in accordance with some inventive principles of this patent disclosure. The embodiment of FIG. 29 provides any suitable transfer function H (s) in response to the instantaneous link voltage V DC , the average value of the link voltage VDC ( AVERAGE ) , the instantaneous grid voltage V G and the RMS value V G ( RMS ) of the grid voltage. The predistortion signal Ma 'is calculated accordingly.

몇몇 응용에서, 도 26 및 도 27에 도시된 실시형태들은, 그리드 로드가 순수하게 혹은 거의 사인커브의 파형을 갖는 경우에 있어서, 적절한 왜곡 완화를 제공할 수 있다. 다른 응용에 있어서, 도 29 및 도 29에 도시된 실시형태들은, 그리드 로드 파형이 상당한 양의 왜곡을 포함하는 경우에 있어서, 더 나은 왜곡 완화를 제공할 수 있다.In some applications, the embodiments shown in FIGS. 26 and 27 may provide adequate distortion mitigation when the grid load has a purely or nearly sinusoidal waveform. In other applications, the embodiments shown in FIGS. 29 and 29 may provide better distortion mitigation when the grid load waveform includes a significant amount of distortion.

전치 왜곡과 관련된 본 발명의 원리들은 사인커브형 AC 로드를 갖는 시스템에 제한되지 않는다. 전치 왜곡 신호 Ma'는 삼각파, 톱니파, 직사각형파 등과 같은 파형을 갖는 로드에 있어서의 왜곡을 보상하도록 발생될 수 있다. 룩업 테이블을 갖는 실시형태에서, 룩업 테이블은 정적(static)이거나, 혹은 예컨대, 라인 전압, 주파수, 링크 전압 또는 임의의 다른 작동 파라미터와 같은 다양한 입력에 응답하여, 시간에 걸쳐 변화할 수 있다. 또한, 본 발명의 원리에 따른 왜곡 완화 기법은, 직접 적용되거나 혹은 발명의 원리들과 함께 적용될 수 있는, 오디오 산업으로부터의 몇몇 알고리즘을 포함하는 임의의 적절한 알고리즘을 이용하여, 실현될 수 있다.The principles of the present invention relating to predistortion are not limited to systems with sinusoidal AC rods. The predistortion signal Ma 'may be generated to compensate for distortion in a rod having waveforms such as triangle waves, sawtooth waves, rectangular waves, and the like. In embodiments with a lookup table, the lookup table may be static or may change over time in response to various inputs, such as, for example, line voltage, frequency, link voltage or any other operating parameter. In addition, the distortion mitigation technique in accordance with the principles of the present invention may be realized using any suitable algorithm, including some algorithms from the audio industry, which may be applied directly or in conjunction with the principles of the invention.

왜곡 완화에 관련되는 다양한 발명의 원리들은 모두 개별적으로 이용되거나, 또는 다른 발명의 원리들과 조합하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에서, 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따라, 컨트롤러는 전치 왜곡을 링크 전압 제어와 함께 결합할 수 있는 반면, 다른 실시형태에서, 컨트롤러는, 그리드 전류 제어, 전치 왜곡 및 링크 전압 제어와 함께 직접 고조파 왜곡 제거를 결합할 수 있다.
The various inventive principles related to distortion mitigation can all be used individually or in combination with other inventive principles. For example, in some embodiments, in accordance with some inventive principles of the present patent disclosure, the controller can combine predistortion with link voltage control, while in other embodiments, the controller can control grid current control, preposition. Direct harmonic distortion rejection can be combined with distortion and link voltage control.

임피던스 변환Impedance Conversion

본 특허 개시물의 몇몇 추가의 발명의 원리들은, 임피던스 변환을 제공하고, 최대 파워 포인트 또는 다른 작동 포인트를 결정하거나, 및/또는 다른 목적을 위한 정 파워 제어 루프를 조작하는 기법에 관한 것이다.Some additional inventive principles of this patent disclosure relate to techniques for providing impedance conversion, determining a maximum power point or other operating point, and / or manipulating a constant power control loop for other purposes.

도 30을 참조하면, PV 패널은 전압 소스 VINTERNAL 및 직렬 저항 RINTERNAL으로서 모델화 된다. 정 파워 제어 루프는, PV 패널로 하여금 ZIN = VPV/IPV 의 정 입력 임피던스에서 정 로드 IPV를 참조하도록 한다. 임피던스 변환으로 인하여, 로드 IPV에 가해진 정 파워는 DC 링크에 전달된 정 파워로 변환된다. 파워 P는 일정하고 VPV * IPV 와 같다. 파워는 일정하고 H-브릿지에 의해 유도된 전류는 라인 주파수의 두 배로 변화하기 때문에, 전류 및 전압의 생산물은 일정하게 되어야 하므로 링크 전압 VDCLINK는 또한 라인 주파수의 두 배로 변화해야 한다. 따라서, DC 링크에 전달된 전류는 P/VDCLINK = VPV * IPV / VDCLINK 와 같이 변화한다.Referring to FIG. 30, the PV panel is modeled as voltage source V INTERNAL and series resistor R INTERNAL . The positive power control loop causes the PV panel to reference the positive load I PV at the positive input impedance of Z IN = V PV / I PV . Due to the impedance conversion, the constant power applied to the load I PV is converted into the constant power delivered to the DC link. Power P is constant and equal to V PV * I PV . Since the power is constant and the current induced by the H-bridge varies at twice the line frequency, the link voltage V DCLINK must also vary at twice the line frequency because the product of current and voltage must be constant. Thus, the current delivered to the DC link changes as follows: P / V DCLINK = V PV * I PV / V DCLINK .

PV 패널로부터 컨버터 시스템으로의 파워 전송은, 패널의 직렬 저항 RINTERNAL이 로드 IPV로 표현되는 임피던스에 부합할 때, 즉 ZIN = RINTERNAL = VPV/IPV 일 때, 최대화 된다.The power transfer from the PV panel to the converter system is maximized when the series resistance R INTERNAL of the panel matches the impedance represented by the load I PV , ie Z IN = R INTERNAL = V PV / I PV .

몇몇 실시형태에 있어서, 상기한 바와 같은 정 파워 제어를 실현하는 시스템은, DC/DC 컨버터 또는 다른 파워 스테이지를 로우 AC 임피던스 패스로부터 하이 AC 임피던스 패스로 변형시킬 수 있다. 이것은, AC 로드가, 맥동 전류 IAC를 뽑아내는 전류 소스(100)로서 도시되는 도 31을 참조하면 더 잘 이해될 수 있다. 종래의 DC/DC 컨버터는 로우 임피던스 패스(102)로서 도시된다. 캐패시터 C1 또는 CDC 중 하나가 큰 값이면, 공통 노드에 대하여 로우 임피던스 패스를 형성하므로, 맥동 전류 IAC가 PV 패널로 되돌아가는 것이 차단된다. 그러나, 캐패시터 C1 또는 CDC 가 제거되거나 혹은 크기가 축소되면, DC/DC 컨버터는 로드(100)와 PV 패널 사이에서 로우 임피던스 AC 패스를 형성한다. 따라서, 맥동 전류 IAC가 PV 패널의 출력에서, 전압 및/또는 전류 변동으로서 나타난다.In some embodiments, a system that implements positive power control as described above may transform a DC / DC converter or other power stage from a low AC impedance path to a high AC impedance path. This can be better understood with reference to FIG. 31, in which the AC load is shown as a current source 100 from which the pulsating current I AC is drawn. A conventional DC / DC converter is shown as low impedance pass 102. If either capacitor C 1 or C DC is a large value, it forms a low impedance path for the common node, preventing the pulsating current I AC from returning to the PV panel. However, when capacitor C 1 or C DC is removed or reduced in size, the DC / DC converter forms a low impedance AC pass between the load 100 and the PV panel. Thus, the pulsating current I AC appears at the output of the PV panel as a voltage and / or current variation.

그러나, DC/DC 컨버터에서 정 파워 제어 루프를 실현하는 것은 컨버터로 하여금 하이 AC 임피던스를 갖는 패스로서 나타나도록 할 수 있다. 따라서, 맥동 AC 전류 IAC는 DC/DC 컨버터를 통해 흐르는 것이 방지될 수 있다. 그 결과, 모든 또는 대부분의 AC 전류는 링크 캐패시터 CDC를 통해 흘러야만 하는데, 링크 캐패시터의 낮은 캐패시턴스로 인하여, CDC에 걸쳐 큰 전압 스윙을 유발시킨다.However, realizing a constant power control loop in a DC / DC converter can cause the converter to appear as a pass with high AC impedance. Thus, the pulsating AC current I AC can be prevented from flowing through the DC / DC converter. As a result, all or most of the AC current must flow through the link capacitor C DC , which causes a large voltage swing across the C DC due to the low capacitance of the link capacitor.

정 파워 제어의 임피던스 변환 성질이 하드웨어에 내장된 구성 요소들보다는 제어 작동의 결과로 되기 때문에, 신속히 및/또는 제어된 방식으로 변화될 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터의 플로우 스루(flow-through) 임피던스는 컨트롤러에 의해 순간적으로 변화될 수 있다. 그러한 성질은 몇몇 이로운 결과들을 제공하도록 이용될 수 있다.
Because the impedance conversion nature of positive power control results in control operation rather than components embedded in hardware, it can be changed quickly and / or in a controlled manner. For example, the flow-through impedance of the DC / DC converter can be changed instantaneously by the controller. Such a property can be used to provide some beneficial results.

작동 포인트 스위프(Operating point sweep ( OperatingOperating PointPoint SweepSweep ))

본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리들에 따르면, 하나의 그러한 응용은, 파워 컨버터에 결합된 파워 소스를 위한 최대 파워 포인트 또는 다른 작동 포인트를 결정하는 것에 관한 것이다. 도 32를 참조하면, 커브(104)는 특정 작동 조건하에서 전형적인 PV 패널의 전압-전류 특성(V-I 커브)을 나타내는 반면, 커브(106)는 동일한 조건하에서 동일한 패널에 대한 상응하는 파워 특성(파워 커브)을 나타낸다. V-I 커브는, 출력 터미널들이 함께 쇼트되는 경우, 패널에 의해 발생되는 쇼트-회로 전류인 ISC의 값에서 제로 볼트이다. 출력 전압이 증가함에 따라, V-I 커브는, 그것이 무릎점(knee point)에 도달할 때까지 꽤 일정한 수준의 전류에서 유지되고, 무릎점에서, 패널의 개방-회로 출력 전압인 VOC 로 제로 전류를 향해 빠르게 하강한다.According to some inventive principles of this patent disclosure, one such application relates to determining a maximum power point or other operating point for a power source coupled to a power converter. Referring to FIG. 32, curve 104 shows the voltage-current characteristics (VI curve) of a typical PV panel under certain operating conditions, while curve 106 shows the corresponding power characteristic (power curve) for the same panel under the same conditions. ). The VI curve is zero volts at the value of I SC , the short-circuit current generated by the panel when the output terminals are shorted together. As the output voltage increases, the VI curve is maintained at a fairly constant level of current until it reaches the knee point, and at the knee point, zero current is drawn to V OC , the open-circuit output voltage of the panel. Descends quickly.

파워 커브는 V-I 커브를 따라 각 점에서 단순히 '전류 곱하기 전압'한 것이다. 파워 커브는 특정 전압 레벨 및 특정 전류 레벨에 상응하는 최대값을 갖는다. 이것은 최대 파워 포인트 혹은 MPP로 알려져 있다. 대부분의 PV 파워 시스템은 최대 파워 포인트에서 작동하도록 시도한다. 그러나, 최대 파워 포인트는 일루미네이션 레벨, 온도, 패널의 연령 등과 같은 작동 조건의 변화에 따라 변화되는 경향이 있다. 따라서, 알고리즘은 시간에 따라 변화하는 MPP를 추적하도록 고안되어 왔다.The power curve is simply 'current times voltage' at each point along the V-I curve. The power curve has a maximum value corresponding to a specific voltage level and a specific current level. This is known as maximum power point or MPP. Most PV power systems try to operate at full power point. However, the maximum power point tends to change with changes in operating conditions such as illumination level, temperature, panel age, and the like. Thus, algorithms have been designed to track MPPs that change over time.

최대 파워 포인트 추적(MPPT)에 대한 현존하는 알고리즘은 AC 라인 싸이클 기간에 비해 비교적 장기간 프레임에 걸쳐 수행되는 일반적으로 슬로우 프로세스들이다. 또한, 현존하는 알고리즘은, 파워 커브에서 단 하나의 MPP가 존재한다고 가정한다. 그러나, 몇몇 PV 패널 및 다른 파워 소스에 대한 파워 커브는 다수의 로컬 파워 포인트를 갖는다. 하나 이상의 로컬 MPP를 갖는 파워 소스에 대한 V-I 및 파워 커브를 나타내는 도 33에, 하나의 실시예가 도시된다. 종래의 MPPT 알고리즘은 좌측으로부터 로컬 최대 MPP1에 접근하고, 파워 커브가 우측으로 이동함에 따라, 아래로 향하는 것이 결정되면 정지한다. 이 경우, 알고리즘은, 진짜 최대 파워 포인트인 MMP2 보다는 MMP1가 최대 파워점이라고 잘못 결정한다. 현존하는 알고리즘은 나머지 전압 범위들을 통해 계속해서 검색하도록 하는 방식으로 변경될 수 있지만, 현재의 기술로는 장시간이 걸리는 프로세스로 된다.Existing algorithms for maximum power point tracking (MPPT) are generally slow processes that are performed over a relatively long frame compared to the AC line cycle duration. In addition, existing algorithms assume that there is only one MPP in the power curve. However, the power curves for some PV panels and other power sources have multiple local power points. One embodiment is shown in FIG. 33 showing the V-I and power curves for a power source having one or more local MPPs. The conventional MPPT algorithm approaches the local maximum MPP1 from the left side and stops when it is determined to face down as the power curve moves to the right side. In this case, the algorithm incorrectly determines that MMP1 is the maximum power point rather than MMP2, which is the true maximum power point. Existing algorithms can be modified in such a way as to keep searching through the remaining voltage ranges, but with current technology, this is a long process.

정 파워 제어를 갖는 파워 컨버젼 시스템에 있어서, 본 특허 개시물의 몇몇 추가의 발명의 원리들에 따른 제어 기법은 최대 파워 포인트 추적 또는 다른 기법들을 제공하도록 다루어질 수 있다. 상기한 바와 같이, 정 파워 제어 루프는 파워 펄스로 하여금 파워 소스로 되돌아가는 것을 방지할 수 있다. 이것은, 파워 스테이지(108)가, AC 로드(112)로부터의 파워 펄스로 하여금 파워 소스(114)에 도달하는 것을 방지하는, 정 파워 제어 루프(110)에 의해 제어되는 도 34에 도시된다.In a power conversion system with constant power control, a control technique in accordance with some additional inventive principles of this patent disclosure can be addressed to provide maximum power point tracking or other techniques. As mentioned above, the positive power control loop can prevent the power pulse from returning to the power source. This is shown in FIG. 34 where the power stage 108 is controlled by the positive power control loop 110, which prevents power pulses from the AC rod 112 from reaching the power source 114.

정 파워 제어 루프를 선택적으로 불능화하거나 변경함으로써, 몇몇 혹은 모든 파워 맥동은, 작동 포인트를 결정하려는 목적이나 다른 유용한 정보를 위해 관찰될 수 있는 식으로, 파워 소스로 되돌아갈 수 있다. 예를 들어, 도 35에서, 제어 루프(110)는 SW1에 의해 불능화 된다. 이것은 파워 스테이지로 하여금 몇몇 다른 모드, 예컨대, 고정된 듀티 싸이클에서 작동하도록 함으로써, AC 로드로부터의 전류 맥동이 파워 소스에 도달하도록 한다. 추적 회로(116)는 파워 소스(114)로부터의 출력에서 결과로서 생기는 전압 및/또는 전류 변동을 측정하고, 그 정보를 MMPT 알고리즘 또는 다른 프로세스를 실시하는데 이용한다. 작은 캐패시터와 같은 비교적 작은 에너지 저장 장치의 사용은 AC 로드로부터의 파워 맥동이 파워 소스에 도달하는 것을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 보다 큰 캐패시터가 이용되면, 펄스가 소스로 돌아가는 것이 차단될 수 있다.By selectively disabling or modifying the positive power control loop, some or all of the power pulsations can be returned to the power source in a way that can be observed for purposes of determining the operating point or for other useful information. For example, in FIG. 35, control loop 110 is disabled by SW1. This allows the power stage to operate in several different modes, such as a fixed duty cycle, such that current pulsations from the AC load reach the power source. The tracking circuit 116 measures the resulting voltage and / or current variations in the output from the power source 114 and uses that information to perform MMPT algorithms or other processes. The use of relatively small energy storage devices, such as small capacitors, may enable power pulsations from the AC load to reach the power source. For example, if a larger capacitor is used, the pulse may be blocked from returning to the source.

도 36은 몇몇 조건하에서 도 34 및 도 35의 실시형태가 어떻게 작동하는가를 보여준다. 시스템은 초기에 정 파워 제어 루프가 이용 가능한 포인트 B에서 작동하는 것으로 가정된다. 그 다음, 파워 스테이지(108)가 고정된 듀티 싸이클에서 개방 루프를 작동하도록, 제어 루프는 불능화된다. AC 로드로부터의 파워 맥동은 파워 소스로 되돌아감으로써, 작동 포인트로 하여금, 파워 소스로부터의 출력 전압 및 전류가 상응하는 범위(VSWEEP 및 ISWEEP)를 통해 스위프 할 때, 포인트 A 및 포인트 C 사이에서 파워 커브를 따라 전후로 라이드하도록 하는 원인이 된다. 추적 회로(116)는 출력 전압 및 전류를 모니터하여 A와 C 사이의 모든 포인트에서 파워를 계산할 수 있다. 스위프 된 범위는 로컬 최대 포인트 MPP1과 MPP2 모두를 포함하기 때문에, 추적 회로는 그들을 비교하여 진짜 MPP를 결정할 수 있다.36 shows how the embodiments of FIGS. 34 and 35 work under some conditions. The system is initially assumed to operate at point B where a constant power control loop is available. The control loop is then disabled so that the power stage 108 operates the open loop in a fixed duty cycle. Power pulsations from the AC load return to the power source, causing the operating point to lie between point A and point C when the output voltage and current from the power source sweeps through the corresponding range (V SWEEP and I SWEEP ). This causes the driver to ride back and forth along the power curve. The tracking circuit 116 can monitor the output voltage and current to calculate power at all points between A and C. Since the swept range includes both the local maximum points MPP1 and MPP2, the tracking circuit can compare them to determine the true MPP.

본 실시예에서, 진짜 MPP는 포인트 B'에 있는 것으로 발견된다. MPP가 결정되면, 정 파워 루프는, AC 로드에서의 변동에 무관하게, 시스템으로 하여금 B'에서 유지되도록 다시 사용 가능해 질 수 있다. 정 파워 제어 루프가 없는 경우, AC 로드에서의 변동은 작동 포인트로 하여금 도 36에서 화살표로 도시된 바와 같이, 포인트 B' 주위에서 변동하도록 한다.In this example, the true MPP is found to be at point B '. Once the MPP is determined, the positive power loop can be made available again to keep the system at B ', regardless of variations in the AC load. In the absence of a positive power control loop, the change in AC load causes the operating point to change around point B ', as shown by the arrows in FIG.

상기한 추적 작동은, AC 로드의 라인 싸이클 이하의 몇몇 경우에, MPPT 루틴에서 전형적으로 이용된 것 보다 작은 시간 범위에 큰 작동 범위를 스위프 할 수 있기 때문에, MPP 또는 다른 작동 포인트를 결정하는데 있어서 빠르고 확고한 기술을 제공할 수 있다. 예를 들어, 사인커브형 출력을 갖는 시스템에서, 제1 페이즈에서의 정보는 제2 페이즈와 같다. 따라서, 60 Hz 사인커브형 출력을 갖는 시스템에서, 120 Hz 파워 리플의 절반 싸이클 만이 모든 정보를 얻는데 요구된다. 따라서, 60 Hz 라인 싸이클의 1/4 또는 ~4 ms에서 스위프가 수행될 수 있다.The tracking operation described above is fast in determining MPP or other operating points because, in some cases below the line cycle of the AC rod, the larger operating range can be swept over a smaller time range than typically used in MPPT routines. Can provide a solid technology. For example, in a system with a sinusoidal output, the information in the first phase is the same as the second phase. Thus, in a system with a 60 Hz sinusoidal output, only half a cycle of 120 Hz power ripple is required to get all the information. Thus, sweeping can be performed at 1/4 or ˜4 ms of the 60 Hz line cycle.

정 파워 제어 루프는 제어 알고리즘에서 쉽게 이용화, 불능화 또는 변경될 수 있기 때문에, 구현은 빠르고 간단하다. 스위핑 프로세스 동안, AC 로드에 의한 퍼터베이션(perturbation)이 제공되어, 퍼터베이션을 생성하기 위한 추가 회로에 대한 요구를 저감 또는 제거할 수 있다.The implementation is fast and simple because the positive power control loop can easily be enabled, disabled or changed in the control algorithm. During the sweeping process, perturbation by the AC load may be provided to reduce or eliminate the need for additional circuitry to produce the perturbation.

또한, 프로세스는 매우 융통성이 있어서 수많은 파라미터들에서 수많은 변화에 채용 가능하다. 예를 들어, 파워 스테이지는 스위핑 작동 중, 임의의 적절한 고정 듀티 싸이클이나 다른 작동 모드로 설정될 수 있다. 선택적으로, 듀티 싸이클은, AC 로드에 대한 다수 싸이클의 코스에 걸쳐 스위프 범위를 확장시키도록 다른 값을 통해 단계화 될 수 있다. 시스템이 파워 소스의 전체 작동 범위를 스위프 하도록 구성될 수 있거나, 혹은 고정되거나 유연한 경계가 스위프 범위에 배치될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에서, 스위프 작동은, 어떤 범위가 제공되든지, 특정 AC 로드에 의해 파워 스테이지에서 특정 고정된 듀티 싸이클을 이용하여 단순히 스위프 하도록 될 수 있다. 다른 실시형태에서, 파워 소스로부터의 출력 전압 및/또는 전류에서 리미트가 설정될 수 있다. 예를 들면, 하이 리미트 또는 로우 리미트에 도달하면, 정 파워 제어 루프는, 원래의 작동 포인트(B)나 몇몇 수정된 작동 포인트, 예컨대 리미트 그 자체에서 사용 가능하게 될 수 있다. 따라서, 전체 다이나믹 범위가 표본화 될 필요가 없으면, 제어 루프 그 자체는 V-I 커브 및 파워 커브를 통해 스윙을 제한하는데 이용될 수 있다.In addition, the process is very flexible and can be adapted to numerous changes in numerous parameters. For example, the power stage may be set to any suitable fixed duty cycle or other mode of operation during the sweeping operation. Optionally, the duty cycle can be stepped through other values to extend the sweep range over a course of multiple cycles for the AC rod. The system may be configured to sweep the entire operating range of the power source, or fixed or flexible boundaries may be placed in the sweep range. For example, in some embodiments, the sweep operation may be adapted to simply sweep using a particular fixed duty cycle at the power stage by a particular AC load, whatever range is provided. In other embodiments, the limit may be set at the output voltage and / or current from the power source. For example, once a high or low limit is reached, the positive power control loop can be made available at the original operating point B or some modified operating point, such as the limit itself. Thus, if the entire dynamic range does not need to be sampled, the control loop itself can be used to limit the swing through the V-I curve and the power curve.

발명의 몇몇 원리에 따른 스위프 작동은 다양한 사건에 대응하여 초기화 될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 스위프 작동은 주기적인 시간 간격에서, 예컨대, 매초 또는 몇 초 마다 한번, 매분 또는 몇 분 마다 한번 등으로 초기화 될 수 있다. 다른 실시형태에서, 시스템이 작동할 것이 정상적으로 예측되는 곳에서 시스템이 작동하고 있지 않다는 것을 모니터링 작동이 결정하는 경우, 스위프 작동은 실행될 수 있다. 대안적으로, 스위피 작동은 외부 자극에 의해 초기화될 수 있다.Sweep operation according to some principles of the invention can be initiated in response to various events. In some embodiments, the sweep operation may be initialized at periodic time intervals, such as once every second or every few seconds, once every minute or every few minutes, and the like. In another embodiment, the sweep operation may be executed if the monitoring operation determines that the system is not operating where it is normally expected to operate. Alternatively, the sweeping operation can be initiated by an external stimulus.

도 34 및 도 35의 예시적인 실시형태에서, AC 로드 자체가 파워 소스에서 변동을 만들도록 이용되지만, 다른 장치 또한 보정된 변동을 만들어내도록 이용될 수 있다. 예를 들어, 제어 가능한 로드는, 제어된 속도로, 제어된 경계 내에서 변동을 제공하도록 정상적인 AC 로드를 대체할 수 있다. 선택적으로, 제어 가능한 로드는 한 범위 내에서 모든 포인트를 통해 스위핑 하는 것 보다는, 하나 이상의 개별 로드 포인트를 제공할 수 있다. 제어 가능한 로드는 독립적으로, 혹은 추적 작업에 이용된 동일한 제어 회로에 의해 제어될 수 있다.In the example embodiment of FIGS. 34 and 35, although the AC rod itself is used to make a variation in the power source, other devices may also be used to produce a corrected variation. For example, the controllable load can replace a normal AC load to provide a variation within the controlled boundary at a controlled rate. Optionally, the controllable load may provide one or more individual load points, rather than sweeping through all the points within a range. The controllable load can be controlled independently or by the same control circuit used for the tracking task.

임의의 혹은 모든 이러한 특징들은 전용 컨트롤러 또는 로직, 혹은 파워 컨버젼 시스템의 다른 특징들을 실현할 수 있는 컨트롤러 또는 로직에서 실현될 수 있다.
Any or all of these features can be realized in a dedicated controller or logic, or in a controller or logic that can realize other features of a power conversion system.

개별 파워 제어를 갖는 다수의 파워 소스Multiple power sources with individual power control

본 특허 개시물의 몇몇 추가의 발명 원리들은 다수의 파워 소스를 갖는 시스템에서의 파워 제어의 이용에 관한 것이다. 도 37은, N개의 다수 파워 소스들(118)이 N개의 파워 컨버터들(120) 중 대응하는 하나에 각각 결합된 시스템의 실시형태를 도시한다. 파워 컨버터의 출력은 결합기(122)에 의해 결합되어, 적어도 하나의 에너지 저장 장치(124)에 적용된다. 파워 컨버터의 출력은 직렬, 병렬, 직렬-병렬 조합, 또는 임의의 다른 적절한 배열로 결합될 수 있다. 파워 소스는 광전자 장치, 연료 전지, 배터리, 풍력 터빈 또는 임의의 다른 파워 소스 또는 그들의 조합을 포함한다. 파워 컨버터는, DC/DC 컨버터, DC/AC 인버터, 렉티파이어 등의 하나 이상의 파워 소스 또는 임의의 그들 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 파워 컨버터는 정 파워 제어 기능(126)을 포함한다.Some further inventive principles of this patent disclosure relate to the use of power control in systems with multiple power sources. FIG. 37 shows an embodiment of a system in which N multiple power sources 118 are each coupled to a corresponding one of the N power converters 120. The output of the power converter is coupled by the combiner 122 and applied to the at least one energy storage device 124. The outputs of the power converters can be combined in series, parallel, series-parallel combination, or any other suitable arrangement. Power sources include optoelectronic devices, fuel cells, batteries, wind turbines or any other power source or combinations thereof. The power converter may include one or more power sources such as a DC / DC converter, a DC / AC inverter, a rectifier, or any combination thereof. One or more power converters include a constant power control function 126.

본 특허 개시물의 몇몇 발명에 원리에 따른 도 38은, 다수의 DC/DC 컨버터가 정 파워 제어 기능을 포함하는 파워 컨버젼 시스템의 실시형태를 도시한다. 도 38의 실시형태에서, 파워 소스는 PV 패널들(128)로서 실현되는데, 각각의 PV 패널은 상응하는 DC/DC 컨버터(130)에 파워를 제공한다. DC/DC 컨버터의 출력은, 링크 캐패시터 CDC에 적용되는 DC 링크 전압 Vd를 발생시키기 위해 직렬로 배열된다. DC/AC 인버터(132)는 링크 전압을 AC 전압 VGRID으로 변환한다.38 in accordance with principles of some inventions of this patent disclosure, illustrates an embodiment of a power conversion system in which multiple DC / DC converters include a constant power control function. In the embodiment of FIG. 38, the power source is realized as PV panels 128, where each PV panel provides power to a corresponding DC / DC converter 130. The outputs of the DC / DC converters are arranged in series to generate a DC link voltage V d that is applied to the link capacitor C DC . The DC / AC inverter 132 converts the link voltage into the AC voltage V GRID .

DC/DC 컨버터(130) 각각은 이들이 연관된 PV 패널로부터 일정한 파워 전송을 유지하기 위해 일정한 파워 제어 루프(134)를 구현한다. DC/DC 컨버터(130) 각각은 비교적 빠른 내부 정 파워 제어 루프의 주위를 느린 외부 제어 루프로서 작동하는 최대 파워 포인트 추적 기능(MPPT)를 구현할 수 있다. 각각의 DC/DC 컨버터는 개별 파워 소스 각각에 의해 제공되는 입력 파워에 상당하는 일정한 파워를 출력한다. 링크 캐패시터 CDC는 DC/DC 컨버터의 모든 조합 에너지 저장 요소로서 작동하고 있습니다. 링크 전압 Vd는 DC 구성 요소의 탑(top) 상에 AC 리플 구성 요소를 포함하고, 상기 AC 리플의 양은 아래에서 논의할 링크 캐패시터의 크기에 따른다. 각각의 DC/DC 컨버터로부터의 출력 전압 및 전류는 플로트를 허용하여, 전체 파워 시스템의 상기 전압 및 전류의 제약을 균형 있게 하는 값으로 정착할 수 있다. 컨버터(130)가 본 예시에서 직렬로 배열되고 있기 때문에, 출력 전압의 합이 DC 링크 전압 Vd와 동일해야 만, 각 DC/DC 컨버터를 통한 상기 출력 전류가 동일할 수 있다. 기타 실시형태에서는 다른 제약을 위해 배열될 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터가 병렬로 연결되는 실시형태에서, 각 컨버터는 전류의 다른 양을 제공할 수 있다.Each of the DC / DC converters 130 implements a constant power control loop 134 to maintain constant power transmission from the PV panels with which they are associated. Each of the DC / DC converters 130 may implement a maximum power point tracking function (MPPT) that acts as a slow outer control loop around a relatively fast internal positive power control loop. Each DC / DC converter outputs a constant power that corresponds to the input power provided by each of the individual power sources. The link capacitor C DC acts as any combination energy storage element in the DC / DC converter. The link voltage Vd comprises an AC ripple component on top of the DC component, the amount of AC ripple being dependent on the size of the link capacitor, discussed below. The output voltage and current from each DC / DC converter may allow for float to settle to a value that balances the voltage and current constraints of the overall power system. Because converter 130 is arranged in series in this example, the sum of the output voltages must be equal to the DC link voltage V d , so that the output current through each DC / DC converter can be the same. In other embodiments, it may be arranged for other constraints. For example, in embodiments where the DC / DC converters are connected in parallel, each converter can provide a different amount of current.

또한, 도 38의 시스템은, DC/AC 인버터의 최적한 작동을 제공하는 레벨에서 링크 전압의 평균 또는 RMS 값을 유지하기 위해, 및/또는 출력에서 고조파 왜곡을 억제 또는 저감하기 위해, DC/AC 인버터로부터의 수요를 조절하는 링크 전압 제어 기능을 포함할 수 있다. In addition, the system of FIG. 38 maintains an average or RMS value of the link voltage at a level that provides optimum operation of the DC / AC inverter, and / or suppresses or reduces harmonic distortion at the output. It may include a link voltage control function to adjust the demand from the inverter.

DC/DC 컨버터(130) 각각은 개별적인 일정한 파워 제어 루프를 구현하고 있기 때문에, 각 컨버터에서의 입력 리플은 각 PV 패널에 대해 최적하게 최소화 할 수 있다. 각 컨버터에 MPPT 기능을 추가 함으로써, 각 PV 패널로부터의 파워 출력은, 예를 들어, 조명 조건, 온도, 연령 등의 각 패널에 대한 작동 조건에서의 차이에 관계없이 최적화 할 수 있다.Since each of the DC / DC converters 130 implements a separate constant power control loop, the input ripple in each converter can be optimally minimized for each PV panel. By adding the MPPT function to each converter, the power output from each PV panel can be optimized regardless of the difference in operating conditions for each panel, eg lighting conditions, temperature, age, etc.

게다가, 링크 캐패시터 CDC의 크기는 구현 상세에 따라 줄일 수 있다. 예를 들어, 고조파 왜곡 완화 특성이 있는 DC/AC 인버터(132)를 갖는 실시형태는, 링크 캐패시터의 크기를 줄일 수도 있다. 링크 캐패시터 상에서 큰 전압 변동의 결과로 보다 캐패시터가 사용 되더라도, 고조파 왜곡 완화 특성의 존재는 허용 가능한 레벨로 AC 출력에서의 왜곡을 줄일 수 있다. 하지만, 고조파 왜곡 완화가 없는 종래의 DC/AC 인버터를 갖는 실시형태에서는, AC 출력에서 왜곡의 허용될 수 없는 레벨을 유발하는 링크 캐패시터 상의 큰 리플 전압으로 인해, 비교적 큰 링크 캐패시터를 사용할 필요가 여전히 있다.In addition, the size of the link capacitor C DC can be reduced depending on the implementation details. For example, an embodiment having a DC / AC inverter 132 with harmonic distortion mitigation characteristics may reduce the size of the link capacitor. Although more capacitors are used as a result of large voltage variations on the link capacitors, the presence of harmonic distortion mitigation characteristics can reduce distortion at the AC output to an acceptable level. However, in embodiments with conventional DC / AC inverters without harmonic distortion mitigation, there is still a need to use relatively large link capacitors due to the large ripple voltage on the link capacitors causing unacceptable levels of distortion at the AC output. have.

본 특허 개시물의 몇몇 추가적인 발명의 원리는, 단독 또는 다양한 조합을 포함하는 다른 발명의 원리의 일부 또는 전부를 이용하여 실현된 파워 컨버젼 시스템 구조물과 관련한다. 이러한 구조물의 일부는 이하의 도면을 참조하면서 설명한다.Some additional inventive principles of this patent disclosure relate to power conversion system structures realized using some or all of the principles of other inventions, including single or various combinations. Some of these structures will be described with reference to the following drawings.

도 39는, 정 파워 제어(402)를 일부 또는 전체로 포함하는, 다수 모듈(400)이, 종래의 중앙 인버터(404)에 적용되는 DC 링크 VLINK를 생성하기 위해 직렬로 배열되는 실시형태를 도시한다. 종래의 중앙 인버터(404)가 사용됨으로 인해, 비교적 큰 링크 캐패시터 CLINK는 AC 리플을 제한하고, AC 출력에서 과도한 왜곡을 방지하는 제약된 DC 링크를 제공하는 데에 유용하다.FIG. 39 illustrates an embodiment where multiple modules 400, including some or all of static power control 402, are arranged in series to create a DC link V LINK that is applied to a conventional central inverter 404. Illustrated. Due to the use of a conventional central inverter 404, a relatively large link capacitor C LINK is useful for limiting AC ripple and providing a constrained DC link that prevents excessive distortion at the AC output.

도 40은 정 파워 제어(402)를 일부 또는 전체로 포함하는, 다수 모듈(400)이 병렬로 배열되는 실시형태를 도시한다.40 illustrates an embodiment in which multiple modules 400 are arranged in parallel, including some or all of static power control 402.

도 41은 다수 모듈(400)이 병렬 유닛에서 최초로 배열된, 병렬-직렬 실시형태를 도시한다. 상기 병렬 유닛은 이후 DC 링크 VLINK를 제공하기 위해 직렬로 배열된다.41 illustrates a parallel-serial embodiment in which multiple modules 400 are initially arranged in a parallel unit. The parallel units are then arranged in series to provide a DC link V LINK .

도 42는 다수 모듈(400)이 직렬 유닛 또는 스트링(strings)에서 최초로 배열된, 직렬-병렬 실시형태를 도시한다. 상기 개별 스트링은 이후 DC 링크 VLINK를 생성하기 위해 병렬 조합하여 배열된다.42 illustrates a serial-parallel embodiment, in which multiple modules 400 are first arranged in a serial unit or strings. The individual strings are then arranged in parallel combination to create a DC link V LINK .

도 39-42의 각 실시형태에서, 모듈은, 예컨대 몇몇 실시형태에서 각 모듈(400)이 소스에 집적된 정 파워 제어(402)를 갖는 하나 이상의 태양 전지판, 연료 셀 또는 다른 파워 소스일 수 있는, 다양한 선택적인 구조로 구현될 수 있다. 다른 실시형태에서, 모듈은, 정 파워 제어(402)가 DC/DC 컨버터의 일부가 되는 DC/DC 컨버터를 추가적으로 연관하는 하나 이상의 파워 소스를 포함할 수 있다. 다른 모듈 구성은 이들을 개시하는 조합물을 포함할 수 있다.In each embodiment of FIGS. 39-42, a module may be, for example, one or more solar panels, fuel cells, or other power sources, with, in some embodiments, each module 400 having a positive power control 402 integrated into a source. It can be implemented in various optional structures. In another embodiment, the module may include one or more power sources that further associate a DC / DC converter in which the positive power control 402 becomes part of the DC / DC converter. Other modular configurations may include combinations that disclose them.

또한, 도 39-42의 각 실시형태에서, 종래의 중앙 인버터(404)가 사용됨으로 인해, 비교적 큰 링크 캐패시터 CLINK는 AC 리플을 제한하고, AC 출력에서 과도한 왜곡을 방지하는 제약된 DC 링크를 제공하는 데에 유용하다.In addition, in each embodiment of FIGS. 39-42, because a conventional central inverter 404 is used, a relatively large link capacitor C LINK restricts AC ripple and prevents constrained DC links that prevent excessive distortion at the AC output. Useful to provide.

몇몇 추가적인 발명의 원리는, 정 파워 제어를 갖는 하나 이상의 파워 소스를 조합하는 중앙 인버터 또는 다른 파워 스테이지에서의, 고조파 왜곡 완화의 이용과 관련한다.Some additional inventive principles relate to the use of harmonic distortion mitigation in a central inverter or other power stage combining one or more power sources with constant power control.

도 43은 중앙 인버터가, 본 개시물의 발명의 원리에 따른 고조파 왜곡 완화(408)를 포함하는 인버터 브릿지(406)에 기초하는 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에서, DC 링크 VLINK는 정 파워 제어를 일부 또는 전체로 포함하는, 하나 이상의 파워 소스에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 도 39-42에서 지시된 파워 소스 배열 중 어느 하나는 VLINK를 생성하는 데에 사용될 수 있다. 하지만, H-브릿지(406)가 고주파 왜곡 완화(408)을 포함하고 있기 때문에, VLINK 상의 리플 제한은 완화될 수 있고, 따라서 보다 작은 링크 캐패시터가 사용될 수 있다. 즉, 큰 전압 변동은 고조파 왜곡 완화(408)의 작동으로 인해 AC 출력에서 과도한 왜곡을 유발하지 않고 VLINK에서 허용될 수 있다. 따라서, 정 파워 제어를 갖는 하나 이상의 파워 소스는, 보다 작은 캐패시터 상에서 완화된 DC 링크를 생성하게 허용될 수 있다.43 illustrates an embodiment in which a central inverter is based on an inverter bridge 406 that includes harmonic distortion mitigation 408 in accordance with the principles of the invention of this disclosure. In this embodiment, the DC link V LINK may be generated by one or more power sources, including some or all of the positive power control. For example, any of the power source arrangements indicated in FIGS. 39-42 can be used to generate V LINK . However, since the H-bridge 406 includes a high frequency distortion mitigation 408, the ripple limit on the V LINK can be relaxed, so that a smaller link capacitor can be used. That is, large voltage variations can be tolerated at V LINK without causing excessive distortion at the AC output due to the operation of harmonic distortion mitigation 408. Thus, one or more power sources with positive power control may be allowed to create a relaxed DC link on a smaller capacitor.

도 44는, 완화된 DC 링크로 작동할 수 있는 중앙 인버터의 또 다른 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에서, 인버터는 아이솔레이션을 제공하기 위해 트랜스포머(412)에 의해 추종하는 푸시-풀 스테이지(410), 렉티파이어(414), 및 인버터 브릿지(406)를 포함한다. 인버터 브릿지(406)는 고조파 왜곡 완화(408)을 포함한다. 본 실시예에서, 에너지 저장은 렉티파이어와 인버터 브릿지 사이에 배열되어 비교적 작은 DC 링크 캐패시터 CLINK에 의해 제공될 수 있다. 다른 실시형태에서, 링크 캐패시터는 도 45에서 도시한 바와 같은 푸시-풀 스테이지의 앞에 배열된다. 또 다른 실시형태에서, 에너지 저장은 다수 위치 사이에 분배될 수 있다. 또한, 이들 실시형태 중에서 어느 하나는 프리레큘레이터(preregulators) 등과 같이 다른 파워 스테이지를 포함할 수 있다. 마찬가지로, MPPT는 임의의 적절한 포인트, 예컨대 푸시-풀 스테이지 또는 인버터 브릿지의 입력에, 포함될 수 있다.FIG. 44 shows another embodiment of a central inverter capable of operating with a relaxed DC link. In this embodiment, the inverter includes a push-pull stage 410, rectifier 414, and inverter bridge 406 that are followed by transformer 412 to provide isolation. Inverter bridge 406 includes harmonic distortion mitigation 408. In this embodiment, energy storage can be provided by a relatively small DC link capacitor C LINK arranged between the rectifier and the inverter bridge. In another embodiment, the link capacitor is arranged in front of the push-pull stage as shown in FIG. In yet another embodiment, energy storage can be distributed among multiple locations. In addition, any of these embodiments may include other power stages, such as preregulators and the like. Likewise, MPPT may be included at any suitable point, such as at the input of a push-pull stage or inverter bridge.

도 46은 완화된 DC 링크로 작동할 수 있는 중앙 인버터의 다른 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에서, 완화된 DC 링크 입력은, 역시 정 파워 제어(418)을 포함하는, DC/DC 컨버터(416)에 적용된다. DC/DC 컨버터 스테이지의 출력은 왜곡 완화(408)를 갖는 인버터 브릿지(406)에 적용된다. 비교적 작은 DC 링크 캐패시터 CLINK는 DC/DC 컨버터와 인버터 브릿지 사이에 배열된다.46 shows another embodiment of a central inverter capable of operating with a relaxed DC link. In this embodiment, the relaxed DC link input is applied to DC / DC converter 416, which also includes constant power control 418. The output of the DC / DC converter stage is applied to an inverter bridge 406 with distortion mitigation 408. A relatively small DC link capacitor C LINK is arranged between the DC / DC converter and the inverter bridge.

도 47은 완화된 DC 링크로 작동할 수 있는 중앙 인버터의 다른 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에서, 완화된 DC 링크 입력 VLINK는 왜곡 완화(409)를 갖는 라인-주파수 인버터 브릿지(407)에 적용된다. 인버터 브릿지로부터의 출력은 파워 그리드 또는 AC 로드에 인버터를 결합한 라인-주파수 프랜스포머(441)에 적용된다.47 shows another embodiment of a central inverter capable of operating with a relaxed DC link. In this embodiment, the relaxed DC link input V LINK is applied to the line-frequency inverter bridge 407 with the distortion mitigation 409. The output from the inverter bridge is applied to a line-frequency transformer 441 that couples the inverter to a power grid or AC load.

몇몇 추가적인 발명의 원리는, 정 파워 제어와, 중앙 인버터 또는 다른 파워 스테이지 또는 하나 이상의 종래의 파워 소스를 갖는 조합의 스테이지에서 고조파 왜곡 완화의 사용과 관련된다.Some additional inventive principles relate to the use of harmonic distortion mitigation in a stage of constant power control and a stage of a central inverter or other power stage or a combination with one or more conventional power sources.

도 48은 PV 패널, 연료 셀 등과 같은 하나 이상의 파워 소소로부터의 직접적인 입력을 가지며 작동할 수 있는 중앙 인버터의 실시형태를 도시한다. 하나 이상의 파워 소소는 정 파워 제어(422)를 갖는 DC/DC 컨버터(420)에 입력하는 DC 버스 VBUS를 생성한다. DC/DC 컨버터는 푸시-풀 스테이지(410), 트랜스포머(412), 렉티파이어(414) 및 왜곡 완화(408)을 갖는 인버터 브릿지(406)에 의해 추종된다.48 illustrates an embodiment of a central inverter that can operate with direct input from one or more power sources such as PV panels, fuel cells, and the like. One or more power sources create a DC bus V BUS that inputs to DC / DC converter 420 with constant power control 422. The DC / DC converter is followed by an inverter bridge 406 having a push-pull stage 410, a transformer 412, a rectifier 414 and a distortion mitigation 408.

캐패시터 상의 리플이 하나 이상의 파워 소스로 반사되어 되돌아가는 것을 방지하는 정 파워 루프로 인해, 비교적 작은 캐패시터가 링크 캐패시터 CLINK로 사용될 수 있고, 반면 왜곡 완화는 DC 링크 상의 리플에 의해 유발되는 AC 출력에서 왜곡을 억제 또는 저감할 수 있다. 따라서, 완화된 DC 링크가 사용될 수 있다.Due to the positive power loop that prevents ripple on the capacitor from reflecting back to one or more power sources, a relatively small capacitor can be used as the link capacitor C LINK , while distortion mitigation is at the AC output caused by the ripple on the DC link. Distortion can be suppressed or reduced. Thus, a relaxed DC link can be used.

도 48의 실시형태에서, 링크 캐패시터 CLINK는 렉티파이어와 인버터 브릿지 사이에 배열되어 있지만, 다른 실시형태에서, 링크 캐패시터는 DC/DC 컨버터(420)와 도 49에 도시한 바와 같은 푸시-풀 스테이지(410) 또는 인버터의 임의 적절한 위치 사이에서 배열할 수 있다.In the embodiment of FIG. 48, the link capacitor C LINK is arranged between the rectifier and the inverter bridge, but in another embodiment, the link capacitor is a DC-DC converter 420 and a push-pull stage as shown in FIG. 49. 410 or any suitable location of the inverter.

도 48, 49의 실시형태에서, MPPT 기능은 또한 인버터 브릿지에서의 DC/DC 컨버터에서, 또는 다른 경우에, 정 파워 제어를 위한 작동 포인트를 세트하기 위한 인버터에서 구현될 수 있고, 이로 인해 파워 소스 또는 DC 버스 상의 소스로부터의 파워 전송을 극대화한다.In the embodiment of Figs. 48, 49, the MPPT function can also be implemented in a DC / DC converter in the inverter bridge, or in other cases in an inverter for setting an operating point for constant power control, whereby a power source Or maximize power transfer from the source on the DC bus.

도 44-49의 실시형태에 관해 기술된 상기 발명의 원리들은, 중앙 인버터, 분산 인버터, 이들의 조합 등에 적용될 수 있다The principles of the invention described with respect to the embodiments of FIGS. 44-49 can be applied to central inverters, distributed inverters, combinations thereof, and the like.

몇몇 추가적인 발명의 원리는, 마이크로 인버터 또는 나노 인버터로 일컫는, 분산 인버터를 갖는 왜곡 완화의 사용과 관련된다.Some additional principles of the invention relate to the use of distortion mitigation with distributed inverters, referred to as micro inverters or nano inverters.

도 50은 다중 분산 인버터(424)가 다중 파워 소스(430)로부터 직접적으로 파워를 수신하는 시스템의 실시형태를 도시한다. 인버터의 일부 또는 전부는 정 파워 제어(426)와 왜곡 완화(428)를 포함한다. 분산 인버터로부터의 출력은 그리드 또는 다른 AC 로드에 AC 출력을 제공하기 위해 조합된다.50 illustrates an embodiment of a system in which multiple distributed inverters 424 receive power directly from multiple power sources 430. Some or all of the inverter includes constant power control 426 and distortion mitigation 428. The outputs from the distributed inverters are combined to provide an AC output to a grid or other AC load.

도 51은 다중 분산 인버터(432)가 다중 파워 소스(436)로부터 파워를 수신하는 시스템의 실시형태를 도시한다. 파워 소스의 일부 또는 전부는 인버터에 완화된 DC 링크를 제공하는 정 파워 제어(438)을 포함하고, 인버터의 일부 또는 전부는 완화된 DC 링크 상의 리플이 AC 출력에서 허용될 수 없는 왜곡이 유발하는 것을 방지하는 왜곡 완화(434)를 포함한다. 분산 인버터로부터의 출력은 그리드 또는 다른 AC 로드에 AC 출력을 제공하기 위해 조합된다.51 illustrates an embodiment of a system in which multiple distributed inverters 432 receive power from multiple power sources 436. Some or all of the power sources include positive power control 438 that provides a relaxed DC link to the inverter, and some or all of the inverter is caused by distortion that causes ripple on the relaxed DC link that is unacceptable at the AC output. Distortion mitigation 434 that prevents it. The outputs from the distributed inverters are combined to provide an AC output to a grid or other AC load.

도 50 및 51의 실시형태에서, MPPT 기능은 또한 분산 인버터에서, 또는 정 파워 제어를 위한 작동 포인트를 세트하기 위한 임의의 파워 소스에서 구현될 수 있고, 이로 인해 파워 소스 또는 소스로부터의 파워 전송을 극대화한다.
In the embodiment of FIGS. 50 and 51, the MPPT function can also be implemented in a distributed inverter or in any power source for setting an operating point for positive power control, thereby allowing power transfer from or to the power source. Maximize.

응용Applications

비록 본 특허 개시물의 몇몇 발명의 원리가 DC-to-AC 인버터 시스템과 관련된 몇몇 구체적인 실시 형태의 맥락에서 설명되고 있지만, 발명의 원리는 시스템이 동적 로드 및/또는 동적 파워 소스를 인지하는 파워 컨버젼 시스템의 넓은 범위에서 광범위한 응용력을 가지고, 이에 따라 소스로부터 로드로의 파워의 흐름을 균형있게 하는 에너지 저장 장치를 필요하다. 상기 발명의 원리는 신뢰성이 중요하고 에너지 저장 장치가 통상적으로 신뢰할 수 없는 곳에서 특히 유리할 수 있다. 적절한 응용의 몇 가지 예는 다음과 같다. 전기 및 하이브리드 자동차, 지게차, 여객 수단, 궤도 전차, 메트로 시스템; 공기 냉각 시스템; 인버터/컨버터 박스를 포함하는 태양 및 풍력 에너지 시스템; 에너지 저장(배터리) 디커플링; 모든 종류의 파워 서플라이; 모든 종류의 모터 드라이브; 배터리 충전기 및 충전 컨트롤러와 같은 에너지 컨버젼 시스템; 유도 가열; 고전압 어플리케이션을 포함한 EMI 저감 필터 등.Although some inventive principles of this patent disclosure have been described in the context of some specific embodiments related to DC-to-AC inverter systems, the principles of the invention provide for a power conversion system in which the system recognizes dynamic loads and / or dynamic power sources. There is a need for an energy storage device that has a wide range of applications in a wide range of and thus balances the flow of power from source to load. The principles of the invention can be particularly advantageous where reliability is important and where energy storage devices are typically unreliable. Some examples of suitable applications are as follows. Electric and hybrid cars, forklifts, passenger means, trams, metro systems; Air cooling system; Solar and wind energy systems including inverter / converter boxes; Energy storage (battery) decoupling; All kinds of power supplies; All kinds of motor drives; Energy conversion systems such as battery chargers and charge controllers; Induction heating; EMI reduction filters, including high voltage applications.

아울러, 몇몇 발명의 원리는 비교적 안정된 파워 소스와 변동하는 로드를 갖는 실시 형태의 맥락에서 기술된 정 파워 제어와 관련되지만, 정 파워 제어는 물론 변동하는 파워 소스와 비교적 안정된 로드를 갖는 시스템에 적용될 수 있다. 이는 소스와 로드 사이에 비교적 안정된 파워 링크를 갖는 변동하는 파워와 변동하는 로드 모두를 갖는 시스템에도 적용될 수 있다. 일반적으로 정 파워 제어는 변동하는 파워를 갖는 하나 이상의 영역으로부터 비교적 안정된 파워를 갖는 하나 이상의 영역을 분리하기 위해 적용될 수 있다.In addition, the principles of some inventions relate to the constant power control described in the context of embodiments with relatively stable power sources and varying loads, but can also be applied to systems with varying power sources and relatively stable loads as well. have. This may also apply to systems with both varying power and varying load with a relatively stable power link between the source and the load. In general, constant power control may be applied to separate one or more regions with relatively stable power from one or more regions with varying power.

예를 들어, 정 파워 제어에 관한 발명의 원리는 에너지 변환에 적용할 수 있다.: (a)태양으로부터 그리드로, 연료셀로부터 그리드로,와 같은 DC로부터 AC로; (b)그리드로부터 배터리로,와 같은 AC로부터 DC로; (c)AC로부터 생산 라인 상의 모든 종류의 모터 등으로,와 같은 AC로부터 가변 기계식 로드(variable mechanical load)로; (d)배터리로부터 전기 자동차(EVs) 내 전기 모터로,와 같은 DC로부터 가변 기계식 로드로; (e)풍력 터빈으로부터 그리드로,와 같은 가변 기계식 제너레이터로부터 AC 로드로; (f)풍력 터빈으로부터 배터리로,와 같은 가변 기계식 제너레이터로부터 DC 로드로; 등. 몇몇 실시 형태에서, 기계식 로드는, 유도 가열에서 예를 들어, 히트 로드일 수 있다.For example, the principles of the invention regarding static power control can be applied to energy conversion: (a) from sun to grid, from fuel cell to grid, such as from DC to AC; (b) from grid to battery, such as from AC to DC; (c) from AC to all kinds of motors, etc. on the production line, such as from AC to variable mechanical load; (d) from batteries to electric motors in electric vehicles (EVs), such as from DC to variable mechanical loads; (e) from a wind turbine to a grid, such as from a variable mechanical generator to an AC load; (f) from a wind turbine to a battery, such as from a variable mechanical generator to a DC load; Etc. In some embodiments, the mechanical rod can be, for example, a heat rod in induction heating.

발명의 원리의 응용과 관련되는 다른 설명의 예시는 그리드 또는 다른 AC 로드를 피드하는 풍력 터빈에 정 파워 제어와 관계된다. 만약, 바람의 흐름이 안정한 경우, 즉 난류(turbulent flow) 대 층류(laminar flow)의 유형일 경우, 취득된 파워는 균일하다. 이는 PV 패널 상에 일정하게 조사되는 것으로 유추된다. 따라서, 균일한 파워 흐름은 AC 그리드로 전송하기 위한 싸이클 별로 기준하여 저장되어야 한다. 이는 PV 패널로부터 AC 로드로 DC 파워를 전송하는 싸이클 별 파워 저장으로 유추된다.Examples of other descriptions relating to the application of the principles of the invention relate to static power control in wind turbines that feed grids or other AC loads. If the wind flow is stable, that is, a type of turbulent flow versus laminar flow, the power obtained is uniform. It is inferred to be constantly irradiated on the PV panels. Therefore, uniform power flow should be stored on a cycle-by-cycle basis for transmission to the AC grid. This is inferred as cycle-specific power storage that transfers DC power from the PV panel to the AC load.

반면에 바람의 흐름이 불안정한 경우, 취득된 파워는, PV 패널 상의 새도잉 효과(shadowing effect)로 유추할 수 있게 동적이나, 보다 빠르고 보다 가변적일 수 있다. 이 상황에서, 본 발명의 원리는 유익한 효과를 활용할 수 있는 싸이클 별 에너지 저장을 갖는 빠른 MPPT를 조합하는 것과 관계된다. 즉, 빠른 MPPT는 빈번한 간격에서 최선의 작동 포인트를 결정하는 데 사용될 수 있고, 반면 정 파워 제어 루프는 가장 최근에 결정된 작동 포인트에서 시스템을 유지하기 위해 활용될 수 있다.On the other hand, if the wind flow is unstable, the power obtained is dynamic, but faster and more variable to infer with a shadowing effect on the PV panel. In this situation, the principles of the present invention relate to combining fast MPPTs with cycle-by-cycle energy storage that can utilize beneficial effects. That is, fast MPPT can be used to determine the best operating point at frequent intervals, while a constant power control loop can be utilized to maintain the system at the most recently determined operating point.

도 53은 본 특허 개시물의 발명의 원리들에 따른 파워 컨버터 시스템의 다른 실시 형태를 나타낸다. 파워 패스(148)는 파워 소스(154)로부터 로드(156)로 파워를 전송한다. 파워 패스는 에너지 저장 장치(150) 및 파워 스테이지(152)를 포함한다. 컨트롤러(158)은 에너지 저장 장치로, 또는 에너지 저장 장치로부터의 파워를 제어하는 파워 스테이지를 유발한다. 상기 파워는 일정한 값, 변동하는 값 등으로 제어될 수 있다. 상기 파워 소스로부터의 상기 파워는 일정한 값, 변동하는 값 등을 갖는다. 상기 로드 파워는 일정한 값, 변동하는 값 등을 갖는다.53 illustrates another embodiment of a power converter system in accordance with the principles of the invention of this patent disclosure. Power path 148 transfers power from power source 154 to load 156. The power pass includes an energy storage device 150 and a power stage 152. The controller 158 causes a power stage to control power to or from the energy storage device. The power may be controlled to a constant value, a variable value, and the like. The power from the power source has a constant value, a variable value, and the like. The load power has a constant value, a variable value, and the like.

본 특허 개시물의 몇몇 추가적인 발명의 원리들은 EMI(electromagnetic interference)의 완화와 관련된다.Some additional inventive principles of this patent disclosure relate to mitigation of electromagnetic interference (EMI).

도 52는 본 특허 개시물의 발명의 원리들에 따른 EMI 완화를 갖는 파워 컨버젼 시스템의 실시 형태를 나타낸다. 파워 패스(140)는 파워 소스(138)로부터 로드(142)로 파워를 전송하는 하나 이상의 파워 스테이지를 갖는다. 정 파워 제어(144)는 상기 파워 소스에 정 입력 임피던스를 존재시키기 위해 상기 파워 패스를 유발한다. EMI 완화 요소(146)는 파워 패스에서 발생하는 EMI를 저감 또는 제거하기 위해 파워 패스 상에서 작동한다.52 illustrates an embodiment of a power conversion system with EMI mitigation in accordance with the principles of the invention of this patent disclosure. Power path 140 has one or more power stages that transfer power from power source 138 to load 142. Positive power control 144 causes the power path to present a positive input impedance at the power source. EMI mitigating element 146 operates on the power path to reduce or eliminate EMI occurring in the power path.

본 특허 개시물의 발명의 원리들은 몇몇 구체적인 실시 형태의 참고로서 위에서 설명하였지만, 이들 실시 형태는 발명의 개념으로부터 이탈하지 않는 배열 또는 상세에서 조정을 할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시 형태는 AC 그리드에 파워를 전달하는 맥락에서 설명되고 있지만, 상기 발명의 원리들은 물론 로드의 다른 형태에 적용된다. 다른 예시에서, 몇몇 실시 형태는 에너지 저장 장치로서의 캐패시터를 설명하고, DC 링크 전압이 변동하고 있지만, 상기 발명의 원리들은 에너지 저장 장치의 다른 형태, 예를 들어 전압 대신에 AC 리플 전류를 갖는 DC 링크 전류를 제공할 수 있는 인덕턱스에 적용된다. 또 다른 예시에서, 지금까지 설명된 정 파워 제어 기술 중 어느 하나는, 물론 변동 파워 제어, 또는 파워 제어의 임의의 다른 유형으로 구현될 수 있다. 이러한 변경 및 조정은 이하의 특허청구범위의 이내에 속하는 것으로 간주된다.While the principles of the invention of this patent disclosure have been described above by reference to some specific embodiments, these embodiments may be adjusted in an arrangement or detail without departing from the spirit of the invention. For example, some embodiments have been described in the context of delivering power to an AC grid, but the principles of the invention apply, of course, to other forms of load. In another example, some embodiments describe a capacitor as an energy storage device, and while the DC link voltage is fluctuating, the principles of the invention relate to other forms of energy storage device, for example a DC link having an AC ripple current instead of a voltage. Applied to inductances that can provide current. In another example, any of the constant power control techniques described so far may, of course, be implemented with variable power control, or any other type of power control. Such changes and adjustments are considered to be within the scope of the following claims.

Claims (39)

파워 소스로부터 로드로 파워를 전송하는 컨버터 -상기 컨버터는 파워 스테이지와 에너지 저장 장치를 가짐-;
상기 에너지 저장 장치로의 파워, 또는 상기 에너지 저장 장치로부터의 파워를 제어하기 위해 상기 파워 스테이지를 유도하는 컨버터
를 포함하는 시스템.
A converter for transferring power from a power source to a load, the converter having a power stage and an energy storage device;
A converter inducing the power stage to control power to or from the energy storage device
System comprising a.
제1항에 있어서,
상기 파워는, 실질적으로 일정한 값으로 제어되는 시스템.
The method of claim 1,
The power is controlled to a substantially constant value.
제1항에 있어서,
상기 파워는, 변동하는 값으로 제어되는 시스템.
The method of claim 1,
The power is controlled to a variable value.
제1항에 있어서,
상기 파워 소스 또는 로드는 실질적으로 일정한 파워를 갖는 시스템.
The method of claim 1,
The power source or rod has a substantially constant power.
제1항에 있어서,
상기 파워 소스 또는 로드는 변동하는 파워를 갖는 시스템.
The method of claim 1,
The power source or load has a varying power.
파워 소스와 변동 파워 수요를 갖는 로드 사이에 파워를 전송하는 컨버터; 및
파워 제어를 제공하는 컨버터
를 포함하고,
상기 컨버터는 푸시-풀 스테이지 및 상기 푸시-풀 스테이지를 추종하는 에너지 저장 장치를 포함하는 시스템.
A converter for transferring power between the power source and a load having a varying power demand; And
Converter with power control
Including,
The converter comprises a push-pull stage and an energy storage device following the push-pull stage.
제6항에 있어서,
상기 파워 제어는 일정한 파워 제어 또는 변동 파워 제어를 실질적으로 포함하는 시스템.
The method of claim 6,
The power control substantially includes constant power control or variable power control.
제6항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 에너지 저장 장치의 파라미터를 제어하도록 배열되는 시스템.
The method of claim 6,
The controller is arranged to control a parameter of the energy storage device.
파워 컨버터에 파워 제어를 제공하는 파워 제어 회로; 및
상기 파워 컨버터를 작동하기 위해 상기 파워 제어 회로에 결합되는 파워 스위치
를 포함하는 집적 회로.
A power control circuit for providing power control to the power converter; And
A power switch coupled to the power control circuit to operate the power converter
Integrated circuit comprising a.
제9항에 있어서,
상기 파워 컨버터를 작동하기 위해 상기 파워 제어 회로에 결합되는 제2 파워 스위치
를 더 포함하는 집적 회로.
10. The method of claim 9,
A second power switch coupled to the power control circuit for operating the power converter
Integrated circuit further comprising.
제10항에 있어서,
상기 제1 및 제2 파워 스위치는 상기 파워 컨버터에서 푸시-풀 스테이지를 작동하도록 구성되는 집적 회로.
The method of claim 10,
The first and second power switches are configured to operate a push-pull stage in the power converter.
제9항에 있어서,
왜곡 완화 회로를 더 포함하는 집적 회로.
10. The method of claim 9,
An integrated circuit further comprising a distortion mitigation circuit.
제9항에 있어서,
상기 파워 컨버터에서 에너지 저장 장치의 파라미터를 제어하는 회로를 더 포함하는 집적 회로.
10. The method of claim 9,
And circuitry for controlling parameters of an energy storage device in the power converter.
제9항에 있어서,
상기 파워 컨버터의 입력에서 작동 포인트를 스위프(sweep)하는 회로를 더 포함하는 집적 회로.
10. The method of claim 9,
And circuitry for sweeping operating points at the input of the power converter.
제9항에 있어서,
EMI 완화 회로를 더 포함하는 집적 회로.
10. The method of claim 9,
An integrated circuit further comprising an EMI mitigation circuit.
둘 이상의 소스로부터 변동 파워 수요를 갖는 하나 이상의 로드로 파워를 변환하는 둘 이상의 파워 컨버터
를 포함하고,
상기 둘 이상의 파워 컨버터는 파워 제어를 갖는 시스템.
Two or more power converters that convert power from two or more sources to one or more loads with varying power demands
Including,
Wherein the two or more power converters have power control.
제16항에 있어서,
상기 둘 이상의 파워 컨버터는, 직렬, 병렬, 직렬-병렬, 또는 병렬 직렬로 결합된 출력을 갖는 시스템.
The method of claim 16,
The two or more power converters have outputs coupled in series, in parallel, series-parallel, or in parallel series.
제16항에 있어서,
상기 둘 이상의 파워 컨버터는, 동일한 로드로 파워를 제공하기 위해 조합된 출력을 갖는 시스템.
The method of claim 16,
The two or more power converters have a combined output to provide power with the same load.
제18항에 있어서,
상기 제1 및 제2 컨버터의 조합된 출력에 결합되는 에너지 저장 장치를 더 포함하는 시스템.
The method of claim 18,
And an energy storage device coupled to the combined output of the first and second converters.
제18항에 있어서,
각 컨버터로부터의 상기 출력은, 플로트(float)를 허용하는 시스템.
The method of claim 18,
The output from each converter allows for float.
파워 소스와 변동 파워 수요를 갖는 로드 사이에 파워를 전송하는 컨버터;
파워 제어를 제공하는 컨버터; 및
왜곡 완화 회로
를 포함하는 시스템.
A converter for transferring power between the power source and a load having a varying power demand;
A converter providing power control; And
Distortion Mitigation Circuit
System comprising a.
제21항에 있어서,
상기 컨버터는 에너지 저장 장치를 포함하고,
상기 왜곡 완화 회로는 상기 에너지 저장 장치의 파라미터를 제어하는 시스템.
The method of claim 21,
The converter comprises an energy storage device,
And the distortion mitigation circuit controls the parameters of the energy storage device.
제22항에 있어서,
상기 왜곡 완화 회로는, 파라미터의 AC 영역이 과도해져, 허용되지 않는 왜곡을 유발하는 것을 방지하기 위해, 파라미터의 DC 영역을 경사하는 시스템.
The method of claim 22,
The distortion mitigation circuit tilts the DC region of the parameter to prevent the AC region of the parameter from becoming excessive and causing unacceptable distortion.
제21항에 있어서,
상기 왜곡 완화 회로는 사인 발생기를 포함하는 시스템.
The method of claim 21,
And the distortion mitigating circuit comprises a sine generator.
제21항에 있어서,
상기 왜곡 완화 회로는 전치 왜곡 회로를 포함하는 시스템.
The method of claim 21,
And the distortion mitigating circuit comprises a predistortion circuit.
제21항에 있어서,
상기 컨트롤러는 그리드 전류 제어를 포함하는 시스템.
The method of claim 21,
The controller includes grid current control.
파워 소스와 변동 파워 수요를 갖는 로드 사이에 파워를 전송하는 컨버터; 및
파워 제어를 제공하는 컨트롤러
를 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 파워 제어를 선택적으로 비활성화하는 시스템.
A converter for transferring power between the power source and a load having a varying power demand; And
Controller provides power control
Including,
The controller selectively disables the power control.
제27항에 있어서,
상기 파워 제어는 파워 변동이 상기 파워 소스에 도달하는 것을 방지하고, 및
상기 파워 소스에 도달하기 위해 파워 변동할 수 있는 파워 제어를 비활성화하는 시스템.
The method of claim 27,
The power control prevents power fluctuations from reaching the power source, and
A system for disabling power control that may vary in power to reach the power source.
제27항에 있어서,
상기 파워 소스를 모니터하는 추적 회로를 더 포함하는 시스템.
The method of claim 27,
And a tracking circuit for monitoring the power source.
제29항에 있어서,
상기 추적 회로는 상기 파워 제어가 비활성화될 때의 작동 포인트를 결정하는 시스템.
The method of claim 29,
The tracking circuitry determines an operating point when the power control is deactivated.
제30항에 있어서,
상기 작동 포인트는 최대 파워 포인트를 포함하는 시스템.
The method of claim 30,
The operating point includes a maximum power point.
제29항에 있어서,
상기 파워 제어는 주기적으로, 또는 상기 컨버터의 작동 파라미터가 기대된 값으로부터 벗어날 때에 비활성화되는 시스템.
The method of claim 29,
The power control is deactivated periodically or when an operating parameter of the converter deviates from an expected value.
제32항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 컨버터의 작동 파라미터가 제한을 초과할 때에 상기 파워 제어를 재활성화하는 시스템.
33. The method of claim 32,
The controller re-enables the power control when an operating parameter of the converter exceeds a limit.
파워 패스의 입력에 결합된 제1 파워 스테이지를 갖는 파워 패스; 및
상기 파워 패스로부터의 감지 신호에 응답하여 파워 제어를 제공하기 위해 구동 신호를 생성하는 컨버터를 포함하고,
상기 감지 신호는 상기 파워 패스의 상기 입력과 다른 곳으로부터 취하고, 상기 구동 신호는 상기 제1 파워 스테이지와 다른 상기 파워 패스에 적용되는 시스템.
A power pass having a first power stage coupled to an input of the power pass; And
A converter that generates a drive signal to provide power control in response to the sensed signal from the power path,
The sense signal is taken from a different location than the input of the power path, and the drive signal is applied to the power path that is different from the first power stage.
제34항에 있어서,
상기 감지 신호는 상기 파워 패스의 출력으로부터 취하는 시스템.
The method of claim 34, wherein
The sense signal is taken from an output of the power path.
제34항에 있어서,
파워는, 일정한 값으로 상기 파워 패스의 파라미터가 제어되는 것에 의해 제어되는 시스템.
The method of claim 34, wherein
The power is controlled by controlling a parameter of the power path to a constant value.
제34항에 있어서,
파워는, 변동하는 값으로 상기 파워 패스의 파라미터가 제어되는 것에 의해 제어되는 시스템.
The method of claim 34, wherein
The power is controlled by controlling a parameter of the power path to a varying value.
제34항에 있어서,
상기 파워 패스는,
상기 제1 파워 스테이지를 추종하는 에너지 저장 장치; 및
상기 에너지 저장 장치와 결합된 입력을 갖는 제2 파워 스테이지
를 포함하는 시스템.
The method of claim 34, wherein
The power path is,
An energy storage device that follows the first power stage; And
A second power stage having an input coupled with the energy storage device
System comprising a.
제38항에 있어서,
상기 구동 신호는 상기 제2 파워 스테이지에 적용되는 시스템.
The method of claim 38,
The drive signal is applied to the second power stage.
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