DE102022205888A1

DE102022205888A1 - Wandler unter verwendung einer aktiven klemme und solarzellensystem mit demselben

Info

Publication number: DE102022205888A1
Application number: DE102022205888.7A
Authority: DE
Inventors: Jae-Hyuk Choi; Han-Shin Youn; Ji Hoon Lim; Dong-In Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp; Incheon National University Research and Business Foundation
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp; Incheon National University Research and Business Foundation
Priority date: 2021-08-09
Filing date: 2022-06-10
Publication date: 2023-02-09
Also published as: US20230039023A1; KR20230022686A; CN115706527A

Abstract

Ein Wandler einer Ausführungsform umfasst ein magnetisches Material, einen ersten Schaltkreis, der eine erste Wicklung umfasst, die das magnetische Material umgibt, und eine Klemmschaltung, die eingerichtet ist, um einen Leistungsumwandlungsvorgang zurückzusetzen, wobei der erste Schaltkreis eingerichtet ist, um die von einer ersten Eingangsspannungsquelle empfangene Leistung umzuwandeln, um die umgewandelte Leistung an eine Last zuzuführen, und einen zweiten Schaltkreis, der eine zweite Wicklung umfasst, die das magnetische Material umgibt, wobei der zweite Schaltkreis eingerichtet ist, um die von einer zweiten Eingangsspannungsquelle empfangene Leistung umzuwandeln, um die umgewandelte Leistung an die Last zuzuführen und den Leistungsumwandlungsvorgang durchzuführen, der durch die Klemmschaltung zurückgesetzt wird.

Description

QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
Diese Anmeldung nimmt die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2021-0104744 in Anspruch, die am 9. August 2021 eingereicht wurde, wobei die Anmeldung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Wandler unter Verwendung einer aktiven Klemme (Active Clamp) und ein Solarzellensystem mit demselben.
HINTERGRUND
Ein Solarzellensystem besteht aus einem Array, bei dem Photovoltaik- (im Folgenden „PV“-) Module für eine erforderliche Stromerzeugung in Reihe oder parallelgeschaltet werden. Eine Vielzahl von PV-Modulen, die das Array bilden, kann unterschiedliche Stromerzeugungsmengen aufweisen, und ein Ungleichgewicht von Spannung und Strom, das erzeugt wird, wenn die Stromerzeugungsmengen unterschiedlich sind, kann zu einem Gesamtleistungsverlust führen. Dies führt zu einer Verringerung der Stromproduktion eines gesamten Solarzellensystems, da ein PV-Modul mit einer geringen Leistung einem geringen Kurzschlussstrom folgt.
Ein Nachteil des Solarzellensystems aufgrund eines Leistungsungleichgewichts ist bei einem in einem Fahrzeug angebrachten Solarsystem, das ein mobiles Mittel ist, stärker ausgeprägt.
Mit zunehmender Nutzung des Solarzellensystems wird die Erforschung von Verbesserungsmaßnahmen zur Behebung eines Leistungsungleichgewichts intensiviert.
ZUSAMMENFASSUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können Probleme lösen, die in dem Stand der Technik auftreten, während die durch den Stand der Technik erzielten Vorteile erhalten bleiben.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt ein Solarzellensystem bereit, das in der Lage ist, ein Leistungsungleichgewicht zwischen PV-Modulen zu kompensieren bzw. auszugleichen.
Darüber hinaus stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Solarzellensystem bereit, das in der Lage ist, einen Wandler mit geringerer Größe zu verwenden.
Die technischen Probleme, die durch Ausführungsformen des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzepts zu lösen sind, sind nicht auf die oben genannten Probleme beschränkt, und alle anderen technischen Probleme, die hier nicht erwähnt werden, werden von einem Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die vorliegende Offenbarung bezieht, anhand der folgenden Beschreibung klar verstanden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Wandler unter Verwendung einer Klemmschaltung ein magnetisches Material, einen ersten Schaltkreis und einen zweiten Schaltkreis. Der erste Schaltkreis umfasst eine erste Wicklung, die das magnetische Material umgibt, und eine Klemmschaltung zum Zurücksetzen eines Leistungsumwandlungsvorgangs und wandelt die von einer ersten Eingangsspannungsquelle empfangene Leistung um, um die umgewandelte Leistung an eine Last zuzuführen. Der zweite Schaltkreis umfasst eine zweite Wicklung, die das magnetische Material umgibt, und wandelt die von einer zweiten Eingangsspannungsquelle empfangene Leistung um, um die umgewandelte Leistung an die Last zuzuführen, und führt einen Leistungsumwandlungsvorgang durch, der durch die Klemmschaltung zurückgesetzt wird.
In einer Ausführungsform kann sich die zweite Wicklung in einem gekoppelten Zustand mit der ersten Wicklung befinden.
In einer Ausführungsform kann der erste Schaltkreis ferner einen ersten Hauptschalter, der mit der ersten Eingangsspannungsquelle verbunden ist, und eine erste Induktivität, die mit der ersten Wicklung verbunden ist, umfassen.
In einer Ausführungsform kann die Klemmschaltung einen Klemmschalter, der mit dem ersten Hauptschalter verbunden ist, und einen Klemmkondensator zwischen dem Klemmschalter und der ersten Induktivität, der mit dem Klemmschalter und der ersten Induktivität in Reihe geschaltet ist, umfassen.
In einer Ausführungsform kann der zweite Schaltkreis eine primärseitige Schaltungsstruktur eines Sperrwandlers sein, die einen zweiten Hauptschalter, der mit der zweiten Eingangsspannungsquelle verbunden ist, und eine zweite Induktivität, die mit der zweiten Wicklung verbunden ist, umfasst.
In einer Ausführungsform können der erste Hauptschalter und der zweite Hauptschalter gleichzeitig ein- oder ausgeschaltet werden, und der Klemmschalter kann komplementär zu dem ersten Hauptschalter arbeiten.
In einer Ausführungsform können während einer ersten Periode der erste und der zweite Hauptschalter eingeschaltet werden, der erste Schaltkreis und der zweite Schaltkreis können jeweils einen Stromfluss in einem geschlossenen Stromkreis erzeugen, und es kann ein Stromfluss zwischen den miteinander gekoppelten ersten und zweiten Wicklungen induziert werden.
In einer Ausführungsform können während einer zweiten Periode und einer dritten Periode, die auf die erste Periode folgen, der erste und der zweite Hauptschalter ausgeschaltet werden, um die in der ersten und der zweiten Induktivität gespeicherte elektrische Energie zu entladen.
In einer Ausführungsform kann während einer vierten Periode, die auf die dritte Periode folgt, der Klemmschalter eingeschaltet werden, um einen Magnetisierungsstrom des ersten Schaltkreises auf einen negativen Wert zu verringern, bis ein Offset des Magnetisierungsstroms entfernt ist.
In einer Ausführungsform können während einer fünften Periode, die auf die vierte Periode folgt, der erste und der zweite Hauptschalter durch einen parasitären Kondensator geleitet werden.
In einer Ausführungsform können in einer sechsten Periode, die auf die fünfte Periode folgt, der erste und der zweite Hauptschalter eingeschaltet werden, um zu ermöglichen, dass der erste und der zweite Schaltkreis ein Nullspannungsschalten (zero voltage switching - ZVS) durchführen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Solarzellensystem ein erstes Photovoltaik (PV)-Modul und ein zweites PV-Modul, die miteinander in Reihe geschaltet sind, sowie einen Wandler, der unter Verwendung eines magnetischen Materials mit einer Mehrwicklungsstruktur Strom von dem ersten und dem zweiten PV-Modul an eine Last zuführt, und der Wandler umfasst eine Klemmschaltung, die einen Streufluss zurücksetzt, der um die das magnetische Material umgebenden Wicklungen erzeugt wird.
In einer Ausführungsform kann der Wandler einen ersten Schaltkreis umfassen, der Strom von dem ersten PV-Modul umwandelt und einen Betrieb des Wandlers unter Verwendung der Klemmschaltung zurücksetzt, sowie einen zweiten Schaltkreis, der Strom von dem zweiten PV-Modul umwandelt. Der erste Schaltkreis kann eine erste Wicklung, die einen ersten Bereich des magnetischen Materials umgibt, einen ersten Hauptschalter, der zwischen dem ersten PV-Modul und der Klemmschaltung angeschlossen ist, und eine erste Induktivität, die zwischen der ersten Wicklung und der Klemmschaltung angeschlossen ist, umfassen.
In einer Ausführungsform kann die Klemmschaltung einen Klemmschalter, der mit dem ersten Hauptschalter verbunden ist, und einen Klemmkondensator zwischen dem Klemmschalter und der ersten Induktivität liegt, der in Reihe mit dem Klemmschalter und der ersten Induktivität geschaltet ist.
In einer Ausführungsform kann der Wandler eine primärseitige Schaltungsstruktur eines Sperrwandlers sein, die eine zweite Wicklung, die einen zweiten Bereich des magnetischen Materials umgibt, einen zweiten Hauptschalter, der mit dem zweiten PV-Modul verbunden ist, und eine zweite Induktivität, die mit der zweiten Wicklung verbunden ist, umfasst.
In einer Ausführungsform können sich die erste Wicklung und die zweite Wicklung in einem gekoppelten Zustand befinden.
In einer Ausführungsform können der erste Hauptschalter und der zweite Hauptschalter gleichzeitig ein- oder ausgeschaltet werden, und der Klemmschalter kann komplementär zu dem ersten Hauptschalter arbeiten.
In einer Ausführungsform können während einer Unsymmetrieausgleichsperiode der erste und der zweite Hauptschalter eingeschaltet werden, der erste Schaltkreis und der zweite Schaltkreis können jeweils einen Stromfluss in einem geschlossenen Stromkreis erzeugen, und ein Stromfluss zwischen den miteinander gekoppelten ersten und zweiten Wicklungen kann induziert werden.
In einer Ausführungsform kann der Klemmschalter während einer Magnetisierungsstrom-Offset-Periode eingeschaltet werden, um einen Magnetisierungsstrom des ersten Schaltkreises auf einen negativen Wert zu verringern, bis ein Offset des Magnetisierungsstroms entfernt ist.
In einer Ausführungsform kann ein Solarzellensystem ferner einen Regler (Controller) umfassen, der eine Batterie mit Strom, der von dem ersten PV-Modul und dem zweiten PV-Modul erzeugt wird, auf der Grundlage einer MPPT(Maximum Power Point Tracking)-Steuerung lädt.
Figurenliste
Die obigen und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher. In den Figuren zeigen:

1 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration bzw. Anordnung eines Solarzellensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 zeigt ein Schaltbild, das die Konfiguration eines DPP(differential power processing)-Wandlers darstellt;
3 zeigt ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb eines DPP-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschreibt;
4 bis 9 zeigen Diagramme, die einen Betrieb eines DPP-Wandlers gemäß einem Zeitdiagramm beschreiben;
10 zeigt ein schematisches Diagramm, das einen Prozess beschreibt, wie das Solarzellensystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Ladungsungleichgewicht löst; und
11A und 11B zeigen Diagramme, die eine Konfiguration eines DPP-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu einem herkömmlichen DPP-Wandler darstellen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Nachfolgend werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen im Detail beschrieben. Beim Hinzufügen der Bezugszeichen zu den Komponenten jeder Zeichnung ist zu beachten, dass die identische oder gleichwertige Komponente mit dem identischen Zeichen bezeichnet wird, auch wenn sie auf anderen Zeichnungen dargestellt sind. Ferner wird bei der Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf eine detaillierte Beschreibung bekannter Merkmale oder Funktionen verzichtet, um den Kern der vorliegenden Offenbarung nicht unnötig unklar werden zu lassen.
Bei der Beschreibung der Komponenten der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung können Begriffe wie erster, zweiter, „A“, „B“, (a), (b) und dergleichen verwendet werden. Diese Begriffe sollen lediglich eine Komponente von einer anderen Komponente unterscheiden und die Begriffe beschränken nicht die Art, Sequenz oder Reihenfolge der Bestandteile. Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Begriffe, einschließlich technischer oder wissenschaftlicher Begriffe, die gleichen Bedeutungen wie diejenigen, die vom Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, auf das sich die vorliegende Offenbarung bezieht, allgemein verstanden werden. Es versteht sich ferner, dass Begriffe, wie sie in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, derart ausgelegt werden sollten, dass sie eine Bedeutung aufweisen, die mit ihrer Bedeutung im Kontext des relevanten Standes der Technik übereinstimmt, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinne ausgelegt werden sollten, es sei denn, dies wird hier ausdrücklich definiert.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die 1 bis 11B im Detail beschrieben.
1 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Anordnung eines Solarzellensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Unter Bezugnahme auf 1 kann ein Solarzellensystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein erstes PV-Modul PV1 bis zu einem n-ten (wobei „n“ eine natürliche Zahl größer oder gleich 2 ist) PV-Modul PVn, einen Differential-Power-Processing- (im Folgenden als „DPP“ bezeichnet) Wandler 10, einen Regler 20 und eine Batterie 30 umfassen. Das erste PV-Modul PV1 bis zum n-ten PV-Modul PVn kann ein Solarmodul bilden und Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln. Das Solarmodul kann auf dem Dach eines Fahrzeugs angebracht werden, aber der Umfang der vorliegenden Offenbarung ist nicht darauf beschränkt, und das Solarmodul kann überall dort angebracht werden, wo das Solarmodul angebracht werden kann, z.B. an einer Tür, einem Deckel, einer (Motor-)Haube (d.h. einem Kofferraum) usw. Das erste PV-Modul PV1 bis zum n-ten PV-Modul PVn sind Solarzellen, und als Typ der Solarzelle kann eine amorphe Silizium-Solarzelle oder eine kristalline Silizium-Solarzelle verwendet werden. Insbesondere kann eine farbstoffsensibilisierte Solarzelle, eine auf Perowskit basierende Solarzelle, eine organische Solarzelle, eine Cadium-Theryllium (CdTe)-Solarzelle, eine Kupfer-Indium-Gallium-Selen (CIGS)-Solarzelle usw. einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Der DPP-Wandler 10 ist elektrisch mit dem ersten PV-Modul PV1 bis n-ten PV-Modul PVn verbunden und kann einen Betrieb zum Umwandeln der von dem ersten PV-Modul PV1 bis n-ten PV-Modul PVn erzeugten Energie steuern. Der DPP-Wandler 10 ist bidirektional und kann auf der Grundlage eines DC-DC-Wandlers realisiert werden, an dem eine elektrische Isolierung angebracht ist. Der DPP-Wandler 10 kann ein integriertes magnetisches Material für eine Mehrwicklungsstruktur verwenden. Insbesondere kann der DPP-Wandler 10 eine Klemmschaltung zum Zurücksetzen eines Leistungsumwandlungsvorgangs umfassen. Eine spezifische Konfiguration und Funktionsweise einer Klemmschaltung 14 wird später beschrieben.
Der Regler 20 kann eine Ausgabe des DPP-Wandlers 10 steuern. Der Regler 20 kann eine MPPT(Maximum Power Point Tracking)-Regelung durchführen, um die von dem ersten PV-Modul PV1 bis n-ten PV-Modul PVn erzeugte Leistung zu regeln. Insbesondere kann der Regler 20 die MPPT-Regelung durchführen, um eine maximale Leistung von dem ersten PV-Modul PV1 bis n-ten PV-Modul PVn auf der Grundlage eines voreingestellten Algorithmus unter Verwendung einer Ausgangsspannung und eines Ausgangsstroms des ersten PV-Moduls PV1 bis n-ten PV-Moduls PVn auszugeben, und dazu kann der Regler 20 eine Ausgabe und einen Betrieb des DPP-Wandlers 10 regeln.
Da der Regler 20 die Wandler eins zu eins regeln soll, steigt die Größe des Reglers 20 in Abhängigkeit von der Anzahl der Wandler. In dem DPP-Wandler 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst jedoch nur ein Schaltungsteil unter der Vielzahl von Schaltungsteilen die Klemmschaltung, und da ein Rücksetzen aller Schaltungsteile unter Verwendung einer Klemmschaltung gesteuert wird, kann die Größe des Reglers 20 reduziert werden.
Die Batterie 30 kann einer Spannungsquelle entsprechen, die mit einem elektrischen Schaltkreis verbunden ist, und kann zum Beispiel eine aufladbare Batterie eines Elektrofahrzeugs sein.
Nachfolgend wird eine detaillierte Konfiguration des DPP-Wandlers und eines Steuersignalgenerators und dessen Betrieb wie folgt beschrieben.
2 zeigt ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines DPP-Wandlers darstellt.
Unter Bezugnahme auf 2 kann der DPP-Wandler 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen ersten Schaltkreis INC1 bis n-ten Schaltkreis INCn umfassen. Der erste Schaltkreis INC1 kann mit dem ersten PV-Modul PV1 verbunden sein und kann einen Stromfluss durch eine erste Wicklung Lm1 auf der Grundlage der von dem ersten PV-Modul PV1 erzeugten Leistung induzieren. Der erstn Schaltkreis INC1 kann die erste Wicklung Lm1, eine erste Induktivität L1, die in Reihe mit der ersten Wicklung Lm1 geschaltet ist, die Klemmschaltung 14, die mit der ersten Induktivität L1 verbunden ist, und einen ersten Hauptschalter Qp1 umfassen.
Die Klemmschaltung 14 kann umfassen einen Klemmschalter Qcp, der mit dem ersten Hauptschalter Qp1 verbunden ist, und einen Klemmkondensator Cc1, der zwischen dem Klemmschalter Qcp und der ersten Induktivität L1 angeschlossen ist. Die Klemmschaltung 14 kann auf der Grundlage der von dem ersten PV-Modul PV1 erzeugten Leistung elektrische Klemmenergie erzeugen und die elektrische Klemmenergie an eine Last zuführen. In diesem Fall kann es sich bei der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bei der Last um den Regler 20 handeln. Außerdem kann die Klemmschaltung 14 den Leistungsumwandlungsbetrieb des ersten Schaltkreises INC1 bis n-ten Schaltkreises INCn zurücksetzen.
Der n-te Schaltkreis INCn kann mit dem n-ten PV-Modul PVn verbunden sein und kann einen Stromfluss durch eine n-te Wicklung Lmn auf der Grundlage der von dem n-ten PV-Modul PVn erzeugten Leistung induzieren. Der n-te Schaltkreis INCn kann die n-te Wicklung Lmn, eine n-te Induktivität Ln, die mit der n-ten Wicklung Lmn in Reihe geschaltet ist, und eine n-te RCD-Dämpfungsschaltung Rcn, Ccn und Dcn, die mit der n-ten Induktivität Ln verbunden ist, sowie einen n-ten Hauptschalter Qpn umfassen.
Wie in der obigen Beschreibung können die zweiten bis (n-1)-ten Eingangskreise als primärseitige Schaltungsstruktur eines Sperrwandlers auf die gleiche Weise wie der n-te Schaltkreis INCn realisiert werden.
Der DPP-Wandler 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entspricht der primärseitigen Schaltungsstruktur, die einem Eingangskreis eines allgemeinen Wandlers entspricht, und weist einen Zustand auf, in dem eine Schaltungsstruktur einer Sekundärseite, die einem Ausgangskreis entspricht, weggelassen wird. Der DPP-Wandler 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Ansteuern der Klemmschaltung 14 des ersten Schaltkreises INC1 und des ersten Schaltkreises INC1 bis n-ten Schaltkreises INCn unter Weglassung der Schaltungsstruktur der Sekundärseite steuern. Auf diese Weise ist es möglich, den Leistungsumwandlungsvorgang durchzuführen und auch den Leistungsumwandlungsvorgang zurückzusetzen.
Herkömmliche Wandler zum Umwandeln der Leistung von „n“ PV-Modulen verwenden „n“ sekundärseitige Schaltungsteile, aber der Wandler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entfernt „n“ sekundärseitige Schaltungsteile, so dass die Größe des Wandlers in hohem Maße reduziert werden kann.
3 zeigt ein Zeitdiagramm, das den Betrieb eines DPP-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschreibt. 4 bis 9 zeigen Diagramme, die einen Betrieb des DPP-Wandlers 10 gemäß dem in 3 dargestellten Zeitdiagramm darstellen. 3 bis 9 zeigen Diagramme, die auf einer mit zwei PV-Modulen realisierten Ausführungsform eines DPP-Wandlers basieren. Darüber hinaus stellen 4 bis 9 den DPP-Wandler 10 dar, der auf der Grundlage eines Falles arbeitet, in dem die von dem ersten PV-Modul PV1 erzeugte Energiemenge größer ist als die des zweiten PV-Moduls PV2.
Unter Bezugnahme auf die 4 bis 9 wird der Betrieb des DPP-Wandlers gemäß den Steuersignalen wie folgt beschrieben.
Der DPP-Wandler 10 kann durch ein erstes Steuersignal G1 und ein zweites Steuersignal G2 gesteuert werden. Das erste Steuersignal G1 kann gleichzeitig den ersten Hauptschalter Qp1 und einen zweiten Hauptschalter Qp2 ein- oder ausschalten. Das zweite Steuersignal G2 steuert den Klemmschalter Qcp des ersten Schaltkreises INC1. Betriebszeitpunkte des ersten Steuersignals G1 und des zweiten Steuersignals G2 können komplementär zueinander sein. Das heißt, wenn sich das erste Steuersignal G1 in einem Einschaltzustand befindet, kann sich das zweite Steuersignal G2 in einem Ausschaltzustand befinden. Wenn der erste Hauptschalter Qp1 bis zum n-ten Hauptschalter Qpn und der Klemmschalter Qcp mit Transistoren desselben Typs realisiert sind, können das erste Steuersignal G1 und das zweite Steuersignal G2 Wellenformen sein, die eine entgegengesetzte Phase zueinander aufweisen.
Unter Bezugnahme auf 3 und 4 können während einer ersten Periode t0 bis t1 der erste und der zweite Hauptschalter Qp1 und Qp2 als Antwort auf das erste Steuersignal G1 eingeschaltet werden. Die erste Periode t0 bis t1 kann eine Periode zum Ausgleichen eines Ungleichgewichts bzw. einer Unsymmetrie zwischen Eingangsspannungen des ersten und zweiten Schaltkreises INC1 und INC2 sein. Da die Stromerzeugungsmenge des ersten PV-Moduls PV1 größer ist als die des zweiten PV-Moduls PV2, ist die erste PV-Modulspannung VPV1 größer als die zweite PV-Modulspannung VPV2. Dementsprechend kann eine an die erste Wicklung Lm1 angelegte Spannung VLm einen Wert zwischen der ersten PV-Modulspannung VPV1 und der zweiten PV-Modulspannung VPV2 aufweisen, und ein durch die erste Wicklung Lm1 fließender Magnetisierungsstrom iLm (oder Magnetisierungsinduktionsstrom) kann mit einer ersten Steigung ansteigen.
Eine erste Streuinduktivität Llkg1 der ersten Wicklung Lm1, die dem ersten PV-Modul PV1 entspricht, kann eine positive Spannung VPV1-VLm empfangen, und ein erster Streustrom iLlkgl der ersten Streuinduktivität Llkg1 kann ansteigen. Eine zweite Streuinduktivität Llkg2 einer zweiten Wicklung Lm2, die dem zweiten PV-Modul PV2 entspricht, kann eine Spannung VPV2-VLm empfangen, die einen negativen Wert aufweist, und ein Streustrom iLlkg2 der zweiten Streuinduktivität Llkg2 kann verringert werden. Aufgrund eines Unterschieds in der Leistungserzeugung zwischen dem ersten PV-Modul PV1 und dem zweiten PV-Modul PV2 kann der erste Leckstrom iLlkg1, der dem ersten PV-Modul PV1 entspricht, mit einer zweiten Steigung zunehmen, die größer ist als die erste Steigung. Darüber hinaus kann der zweite Leckstrom iLlkg2, der dem zweiten PV-Modul PV2 entspricht, mit einer dritten Steigung abnehmen.
In diesem Fall, da die erste Wicklung Lm1 und die zweite Wicklung Lm2 des DPP-Wandlers 10 gekoppelt sind, ist der zweite Leckstrom iLlkg2 wie folgt: $iLlkg2 = - (iLlkg1 - iLm) .$
Das heißt, es ist ersichtlich, dass der überschüssige Strom von dem ersten PV-Modul PV1 während der ersten Periode in das zweite PV-Modul PV2 fließt, um das Ungleichgewicht der erzeugten Leistung zwischen den PV-Modulen auszugleichen.
Unter Bezugnahme auf 3 und 5 werden während einer zweiten Periode t1 bis t2 der erste und der zweite Hauptschalter Qp1 und Qp2 ausgeschaltet, und der Klemmschalter Qcp kann durch die in der ersten Streuinduktivität Llkg1 gespeicherte elektrische Energie geleitet werden. Die in der ersten Streuinduktivität Llkg1 gespeicherte Energie wird durch eine erste RCD-Dämpfungsschaltung Rc1, Cc1 und Dc1 verbraucht, und die in der zweiten Streuinduktivität Llkg2 gespeicherte Energie kann an das zweite PV-Modul PV2 abgegeben werden. In dem DPP-Wandler 10 des Solarzellensystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird die Energieabgabe durch die Streuinduktivität verringert, da der Magnetisierungsstrom entfernt und die Anzahl der Wicklungen verringert wird. Demzufolge kann ein Dämpfungsverlust reduziert werden.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 6 können der erste und der zweite Hauptschalter QP1 und QP2 während einer dritten Periode t2 bis t3 den ausgeschalteten Zustand beibehalten, und der Klemmschalter Qcp kann über eine Body-Diode einen leitfähigen Zustand aufweisen.
Die in der zweiten Streuinduktivität Llkg2 gespeicherte Energie wird durch eine RCD-Dämpfung Rc2, Cc2 und Dc2 verbraucht, und da die Spannung der Induktivität Lm „-Vcc-VLlkg“ entspricht, kann der Magnetisierungsstrom iLm abnehmen.
Unter Bezugnahme auf 3 und 7 kann während einer vierten Periode t3 bis t4 der Klemmschalter Qcp als Antwort auf das zweite Steuersignal G2 eingeschaltet werden. Die vierte Periode t3 bis t4 kann eine Periode zum Entfernen eines Offsets des Magnetisierungsstroms iLm in dem ersten und zweiten Schaltkreis INC1 und INC2 sein.
Der Magnetisierungsstrom iLm der Induktivität Lm wird allmählich verringert, und der DPP-Wandler 10 kann zurückgesetzt werden, während der Wert des Stroms von positiv auf negativ geändert wird. Insbesondere ist, wie in 3 dargestellt, zu sehen, dass der Offset des Magnetisierungsstroms iLm in der vierten Periode t3 bis t4 „0“ wird. Wie oben beschrieben, kann die Größe des DPP-Wandlers 10 reduziert werden, da der Offset des Magnetisierungsstroms iLm nicht vorhanden ist.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 8 kann während einer fünften Periode t4 bis t5 der erste Hauptschalter Qp1 durch einen parasitären Kondensator und die Body-Diode geleitet werden, und der zweite Hauptschalter Qp2 kann durch den parasitären Kondensator geleitet werden. Der Klemmschalter Qcp kann durch den parasitären Kondensator geleitet werden.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 9 können der erste und der zweite Hauptschalter Qp1 und Qp2, die sich in einer sechsten Periode t5 bis t6 in dem leitfähigen Zustand durch die Body-Diode befanden, durch das erste Steuersignal G1 eingeschaltet werden.
Demzufolge wird eine positive Spannung VPV1-VLm an die erste Streuinduktivität Llkg1 angelegt, so dass der erste Streustrom iLlkg1 der ersten Streuinduktivität Llkg1 ansteigen kann. Darüber hinaus wird eine negative Spannung an die zweite Streuinduktivität Llkg2 angelegt, so dass der zweite Streustrom iLlkg2 der zweiten Streuinduktivität Llkg2 verringert werden kann. Während der erste Leckstrom iLlkg1 und der zweite Leckstrom iLlkg2 negative Werte aufweisen, werden der erste und zweite Hauptschalter QP1 und QP2 eingeschaltet, so dass ein Nullspannungsschalten (Zero Voltage Switching - ZVS) des ersten und zweiten Hauptschalters QP1 und QP2 durchgeführt werden kann.
Da, wie oben beschrieben, der überschüssige Strom und die überschüssige Leistung von dem ersten PV-Modul PV1 zu dem DPP-Wandler 10 an das zweite PV-Modul PV2 zugeführt werden, wird die Stromzirkulation nur innerhalb des Eingangskreises des DPP-Wandlers 10 durchgeführt, und ein durchschnittlicher Strom auf der Sekundärseite wird „0“.
10 zeigt ein schematisches Diagramm, das einen Prozess beschreibt, wie das Solarzellensystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Ladungsungleichgewicht löst. 10 stellt ein Solarsystem dar, das vier PV-Module aufweist.
Unter Bezugnahme auf 10 kann in einem Solarzellensystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wie auf der Grundlage von 5 beschrieben, während die Hauptschalter des DPP-Wandlers eingeschaltet sind, der überschüssige Strom und die überschüssige Leistung der PV-Module dem DPP-Wandler zugeführt werden, und ein zusätzlicher Strom und eine zusätzliche Leistung des DPP-Wandlers können den PV-Modulen zugeführt werden, bei denen es sich um Module mit Ladungsmangel handelt. Zum Beispiel können der überschüssige Strom und die überschüssige Leistung (3 A und 18 W) des ersten PV-Moduls PV1 und der überschüssige Strom und die überschüssige Leistung (1 A und 6 W) eines vierten PV-Moduls PV4 dem DPP-Wandler zugeführt werden.
Darüber hinaus können der zusätzliche Strom und die zusätzliche Leistung (1 A und 6 W) des DPP-Wandlers dem zweiten PV-Modul PV2 zugeführt werden, und der zusätzliche Strom und die zusätzliche Leistung (3 A und 18 W) werden einem dritten PV-Modul PV3 zugeführt.
11A und 11B zeigen Diagramme, die eine Konfiguration eines DPP-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu einem herkömmlichen DPP-Wandler darstellen.
Unter Bezugnahme auf 11A kann der herkömmliche DPP-Wandler eine primärseitige Schaltung 71, eine sekundärseitige Schaltung 72 und einen Transformator 73 umfassen, der ein magnetisches Material und eine Wicklung umfasst.
Im Gegensatz dazu, unter Bezugnahme auf 11B, weist ein Schaltungsteil des DPP-Wandlers 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung nur einen ersten Schaltungsteil INC auf, der dem primärseitigen Schaltungsteil entspricht, so dass die Größe in dem Maße verringert werden kann, wie der sekundärseitige Schaltungsteil entfernt wird.
Da der Betrieb des DPP-Wandlers 10 durch ein sanftes Schalten durchgeführt wird, ist es außerdem möglich, den Energieverlust zu reduzieren.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Leistungsungleichgewicht zwischen PV-Modulen kompensiert werden, da überschüssige Leistung von einem PV-Modul an ein anderes PV-Modul bereitgestellt bzw. zugeführt wird.
Darüber hinaus kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Größe des Solarzellensystems reduziert werden, da es möglich ist, die Größe eines Wandlers zum Umwandeln der von den PV-Modulen erzeugten Leistung zu verringern.
Des Weiteren hinaus können verschiedene Wirkungen bereitgestellt werden, die direkt oder indirekt durch die vorliegende Offenbarung verstanden werden.
Die obige Beschreibung stellt lediglich eine Veranschaulichung der technischen Idee der vorliegenden Offenbarung dar, und ein Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die vorliegende Offenbarung bezieht, wird in der Lage sein, verschiedene Modifikationen und Variationen vorzunehmen, ohne von den wesentlichen Eigenschaften der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Dementsprechend sind die in der vorliegenden Offenbarung offenbarten Ausführungsformen nicht dazu bestimmt, die technische Idee der vorliegenden Offenbarung einzuschränken, sondern um die technische Idee zu erläutern, und der Umfang der technischen Idee der vorliegenden Offenbarung wird durch diese Ausführungsformen nicht eingeschränkt. Der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung sollte durch die folgenden Ansprüche interpretiert werden, und alle technischen Ideen innerhalb des dazu äquivalenten Umfangs sollten so ausgelegt werden, dass sie den Umfang der vorliegenden Offenbarung umfassen.
Bezugszeichenliste

1,2,4,5,6,7,8, und 9

20

REGLER

Claims

Wandler, aufweisend: ein magnetisches Material; einen ersten Schaltkreis, aufweisend eine erste Wicklung, die das magnetische Material umgibt, und eine Klemmschaltung, die eingerichtet ist, um einen Leistungsumwandlungsvorgang zurückzusetzen, wobei der erste Schaltkreis eingerichtet ist, um von einer ersten Eingangsspannungsquelle empfangene Leistung umzuwandeln, um die umgewandelte Leistung an eine Last zuzuführen; und einen zweiten Schaltkreis, aufweisend eine zweite Wicklung, die das magnetische Material umgibt, wobei der zweite Schaltkreis eingerichtet ist, um die von einer zweiten Eingangsspannungsquelle empfangene Leistung umzuwandeln, um die umgewandelte Leistung an die Last zuzuführen und um den Leistungsumwandlungsvorgang durchzuführen, der durch die Klemmschaltung zurückgesetzt wird.
Wandler nach Anspruch 1, wobei sich die zweite Wicklung in einem gekoppelten Zustand mit der ersten Wicklung befindet.
Wandler nach Anspruch 2, wobei der erste Schaltkreis ferner aufweist: einen ersten Hauptschalter, der mit der ersten Eingangsspannungsquelle verbunden ist; und eine erste Induktivität, die mit der ersten Wicklung verbunden ist.
Wandler nach Anspruch 3, wobei die Klemmschaltung aufweist: einen Klemmschalter, der mit dem ersten Hauptschalter verbunden ist; und einen Klemmkondensator, der zwischen dem Klemmschalter und der ersten Induktivität liegt und in Reihe mit dem Klemmschalter und der ersten Induktivität geschaltet ist.
Wandler nach Anspruch 4, wobei der zweite Schaltkreis eine primärseitige Schaltungsstruktur eines Sperrwandlers ist und aufweist: einen zweiten Hauptschalter, der mit der zweiten Eingangsspannungsquelle verbunden ist; und eine zweite Induktivität, die mit der zweiten Wicklung verbunden ist.
Wandler nach Anspruch 5, wobei der erste Hauptschalter und der zweite Hauptschalter eingerichtet sind, um gleichzeitig ein- oder ausgeschaltet zu werden, und der Klemmschalter eingerichtet ist, um komplementär zu dem ersten Hauptschalter zu arbeiten.
Wandler nach Anspruch 6, wobei während einer ersten Periode der erste Hauptschalter und der zweite Hauptschalter eingeschaltet sind, der erste Schaltkreis und der zweite Schaltkreis jeweils einen Stromfluss in einem geschlossenen Stromkreis erzeugen, und ein Stromfluss zwischen der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung, die miteinander gekoppelt sind, induziert wird.
Wandler nach Anspruch 7, wobei während einer zweiten Periode und einer dritten Periode, die auf die erste Periode folgen, der erste Hauptschalter und der zweite Hauptschalter ausgeschaltet werden, um die in der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität gespeicherte elektrische Energie zu entladen.
Wandler nach Anspruch 8, bei dem während einer vierten Periode, die auf die dritte Periode folgt, der Klemmschalter eingeschaltet wird, um einen Magnetisierungsstrom des ersten Schaltkreises auf einen negativen Wert zu verringern, bis ein Offset des Magnetisierungsstroms entfernt ist.
Wandler nach Anspruch 9, wobei während einer fünften Periode, die auf die vierte Periode folgt, der erste Hauptschalter und der zweite Hauptschalter durch einen parasitären Kondensator geleitet werden.
Wandler nach Anspruch 10, bei dem in einer sechsten Periode nach der fünften Periode der erste Hauptschalter und der zweite Hauptschalter eingeschaltet werden, um zu ermöglichen, dass der erste Schaltkreis und der zweite Schaltkreis ein Nullspannungsschalten durchführen.
Solarzellensystem, aufweisend: ein erstes Photovoltaik(PV)-Modul und ein zweites PV-Modul, die in Reihe miteinander verbunden sind; und einen Wandler, der eingerichtet ist, um unter Verwendung eines magnetischen Materials mit einer Mehrwicklungsstruktur Leistung von dem ersten PV-Modul und dem zweiten PV-Modul umzuwandeln und die umgewandelte Leistung an eine Last zuzuführen, wobei der Wandler eine Klemmschaltung aufweist, die eingerichtet ist, um einen Leistungsumwandlungsvorgang zurückzusetzen.
Solarzellensystem nach Anspruch 12, wobei der Wandler aufweist: einen ersten Schaltkreis, der eingerichtet ist, um die Leistung von dem ersten PV-Modul umzuwandeln und einen Betrieb des Wandlers unter Verwendung der Klemmschaltung zurückzusetzen, wobei der erste Schaltkreis aufweist: eine erste Wicklung, die einen ersten Bereich des magnetischen Materials umgibt; einen ersten Hauptschalter, der zwischen dem ersten PV-Modul und der Klemmschaltung angeschlossen ist; und eine erste Induktivität, die zwischen der ersten Wicklung und der Klemmschaltung angeschlossen ist; und einen zweiten Schaltkreis, der eingerichtet ist, um die Leistung von dem zweiten PV-Modul umzuwandeln.
Solarzellensystem nach Anspruch 13, wobei die Klemmschaltung aufweist: einen Klemmschalter, der mit dem ersten Hauptschalter verbunden ist; und einen Klemmkondensator, der zwischen dem Klemmschalter und der ersten Induktivität liegt und in Reihe mit dem Klemmschalter und der ersten Induktivität geschaltet ist.
Solarzellensystem nach Anspruch 14, wobei der Wandler eine primärseitige Schaltungsstruktur eines Sperrwandlers ist und aufweist: eine zweite Wicklung, die einen zweiten Bereich des magnetischen Materials umgibt; einen zweiten Hauptschalter, der mit dem zweiten PV-Modul verbunden ist; und eine zweite Induktivität, die mit der zweiten Wicklung verbunden ist.
Solarzellensystem nach Anspruch 15, wobei sich die erste Wicklung und die zweite Wicklung in einem gekoppelten Zustand befinden.
Solarzellensystem nach Anspruch 16, wobei der erste Hauptschalter und der zweite Hauptschalter eingerichtet sind, um gleichzeitig ein- oder ausgeschaltet zu werden, und der Klemmschalter eingerichtet ist, um komplementär zu dem ersten Hauptschalter zu arbeiten.
Solarzellensystem nach Anspruch 17, wobei während einer Unsymmetrieausgleichsperiode der erste Hauptschalter und der zweite Hauptschalter eingeschaltet sind, der erste Stromkreis und der zweite Stromkreis jeweils einen Stromfluss in einem geschlossenen Stromkreis erzeugen und ein Stromfluss zwischen der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung, die miteinander gekoppelt sind, induziert wird.
Solarzellensystem nach Anspruch 17, wobei während einer Magnetisierungsstrom-Offset-Periode der Klemmschalter eingeschaltet wird, um einen Magnetisierungsstrom des ersten Schaltkreises auf einen negativen Wert zu verringern, bis ein Offset des Magnetisierungsstroms beseitigt ist.
Solarzellensystem nach Anspruch 12, ferner aufweisend einen Regler, der eingerichtet ist, um eine Batterie mit der von dem ersten PV-Modul und dem zweiten PV-Modul erzeugten Leistung auf der Grundlage einer Maximum-Point-Tracking-Regelung zu laden.