KR100269090B1 - Peak power tracker - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 최대 전력 추적기에 관한 것으로, 위성 기술 분야에서는 소형 위성의 전력 시스템으로 주로 사용되며, 지상의 전력 기술에서는 태양광 전력 발생 시스템에서 사용되고 있는 최대 전력 추적 시스템에서 사용되는 최대 전력 추적기에 관한 것이다.The present invention relates to a maximum power tracker, mainly used as a power system of a small satellite in the satellite technology field, and relates to a maximum power tracker used in the maximum power tracking system used in the solar power generation system in the ground power technology. .
상기와 같은 최대 전력 추적 시스템에서 최대 전력 추적기는 아날로그 방식을 사용하는 경우와 디지탈 방식을 사용하는 경우가 있으며, 두가지 방식은 모두 아래의 수학식 1을 기초로 하여 구성된다.In the maximum power tracking system as described above, the maximum power tracker may use an analog method and a digital method. Both methods are configured based on
상기 수학식 1은 동 임피던스와 정 임피던스가 동일함을 나타내는 수식이다.
상기와 같은 수식에 의해 구현되어 현재 일반적으로 사용되고 있는 최대 전력 추적 방식은, 태양 전지판의 전류와 전압의 곱을 다수 반복 비교하면서 최대 전력점을 찾아간다.The maximum power tracking method implemented by the above-described formula and generally used now finds the maximum power point while repeatedly comparing the product of the solar panel current and voltage many times.
상기와 같은 방식을 사용하도록 구현된 종래 최대 전력 추적기에서의 최대 전력 추적 방식은, 태양 전지판의 전류와 전압에 반복적인 외란을 강제적으로 주입시켜 동작점의 변화에 의한 출력 전력의 변동량이 같아지는 점을 추적하여 최대 전력점을 추적하게 된다.The maximum power tracking method in the conventional maximum power tracker implemented to use the above-described method, by forcibly injecting repetitive disturbance to the current and voltage of the solar panel, the variation of the output power by the change of the operating point is the same Tracking will track the maximum power point.
그러나, 상기와 같은 방식을 사용하는 종래 최대 전력 추적기는, 아날로그 방식일 경우, 전류 전압 감지부가 잡음에 대한 민감성이 커서 넓은 다이나믹 레인지를 가지는데 반해 감지된 전류 전압 신호의 변동은 소폭이라는 문제점이 있으며, 레귤레이터 전압 입출력부와 전류 감지부의 복잡한 구성으로 인해 하드웨어 질량, 점유 부피, 비용 증가를 초래한다.However, the conventional maximum power tracker using the above-described method has a problem that the variation of the sensed current voltage signal is small while the analog voltage method has a wide dynamic range because the current voltage sensing unit is sensitive to noise. The complex configuration of the regulator voltage input and output and current sensing leads to increased hardware mass, footprint and cost.
또한, 디지탈 방식일 경우는 감지된 전류 전압의 아날로그 값을 디지탈로 변환하고, 변환된 감지 전류 전압 값을 메모리에 저장하며, 마이크로 프로세서에서 감지 전류 전압 값을 연산하여 제어 변수를 메모리로 전송하고, 메모리로 전송된 디지탈 제어 변수를 아날로그로 변환하는 과정으로 최대 전력점을 추적하는데, 상기에서와 같이 전류 전압 감지 정보를 디지탈화하여 연산하기 때문에 하드웨어 구성시 아날로그/디지탈 변환 모듈과, 연산 및 메모리 모듈과, 디지탈/아날로그 변환 모듈과, 부속 회로 등의 복잡한 구성을 필요로 하며, 이로 인해 무게, 비용, 전력소모 증가와 같은 문제점이 발생하고, 전체 시스템의 동작이 느리다는 단점이 있다.In addition, in the digital method, the analog value of the sensed current voltage is converted into digital, the converted sense current voltage value is stored in the memory, and the microprocessor calculates the sensed current voltage value and transmits the control variable to the memory. The maximum power point is tracked by converting the digital control variables transmitted to the memory to analog. As described above, the current voltage sensing information is digitally calculated to calculate the analog / digital conversion module, the calculation and memory module, and the like. In addition, a complicated configuration such as a digital / analog conversion module and an accessory circuit is required, which causes problems such as increased weight, cost, and power consumption, and slow operation of the entire system.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 보다 간단하게 최대 전력 추적기를 구성하고자 함을 목적으로 한다.The present invention aims to more simply configure the maximum power tracker in view of the above problems.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 태양 전자판의 동 임피던스와 정 임피던스가 같을 때가 최대 전력점임에 기초하여, 태양 전지판의 동작 전압의 상대적 변화와 동작 전류의 상대적 변화가 같아지는 점이 최대 전력점임을 인식하고, 태양 전지판의 동작 전압의 상대적 변화와 동작 전류의 상대적 변화가 같아지는 점을 추적하는 시스템을 구성하였다.In order to achieve the above object, the present invention is based on the maximum power point when the dynamic impedance and the constant impedance of the solar panel are the same, so that the relative change of the operating voltage and the operating current of the solar panel are equal to the maximum power point. Recognizing that the relative change in the operating voltage of the solar panel and the relative change in the operating current is configured to track the point.
즉, 아래의 수학식 2에 의해 시스템을 구현한 것이다.That is, the system is implemented by
상기와 같은 수학식 2는 수학식 1을 변형한 것이며, 상기와 같은 수학식 2에 의해 구현되는 본 발명의 최대 전력 추적기는 지속적인 진동을 통해 태양 전지판의 동작 전압의 상대적 변화와 동작 전류의 상대적 변화가 같아지는 점을 추적함으로써 최대 전력점을 찾아간다.
상기와 같이 태양 전지판의 동작 전압의 상대적 변화와 동작 전류의 상대적 변화가 같아지는 점을 추적하는 본 발명 최대 전력 추적기는, 태양 전지판의 동작 전압의 상대적 변화를 추적하는 전압추적부와, 태양 전지판의 동작 전류의 상대적 변화를 추적하는 전류추적부 및, 상기 전압추적부와 전류추적부의 결과에 의해 최대 전력점을 추적하기 위한 제어 전압을 출력하는 멀티바이브레이터로 구성된다.The maximum power tracker of the present invention which tracks the relative change of the operating voltage of the solar panel and the relative change of the operating current as described above includes a voltage tracker for tracking the relative change of the operating voltage of the solar panel, and And a multivibrator for outputting a control voltage for tracking the maximum power point as a result of the voltage tracker and the current tracker.
도 1 은 일반적인 최대 전력 추적 시스템의 개략도,1 is a schematic diagram of a typical maximum power tracking system,
도 2 는 본 발명의 최대 전력 추적기의 회로도,2 is a circuit diagram of a maximum power tracker of the present invention;
도 3 은 솔라 어레이의 전류 전압 특성 곡선을 나타내는 신호 파형도,3 is a signal waveform diagram showing a current voltage characteristic curve of a solar array;
도 4 는 본 발명 최대 전력 추적기에서 비교기의 입출력 신호 파형도,4 is an input / output signal waveform diagram of a comparator in the maximum power tracker of the present invention;
도 5 는 본 발명 최대 전력 추적기에서 멀티바이브레이터의 입출력 신호의 타이밍을 보여주는 타이밍도,5 is a timing diagram showing timing of input / output signals of a multivibrator in the maximum power tracker of the present invention;
도 6 은 솔라 어레이의 출력 전압과 전류의 변화를 보여주는 신호 파형도,6 is a signal waveform diagram showing changes in output voltage and current of a solar array;
도 7 은 솔라 어레이의 출력 전압과 전류의 변화에 따른 멀티바이브레이터의 입력 신호 변환 속도를 보여주는 신호 파형도,7 is a signal waveform diagram showing an input signal conversion rate of a multivibrator according to a change in output voltage and current of a solar array;
도 8 는 본 발명의 최대 전력 추적 과정의 일 예를 나타내는 신호 파형도.8 is a signal waveform diagram illustrating an example of a maximum power tracking process of the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
1 : 전류 전압 검출부 2 : 레귤레이터1: current voltage detector 2: regulator
3 : 부가 회로부 4 : 비교기3: additional circuit part 4: comparator
5 : 적분기 6 : 최대 전력 추적기5: integrator 6: maximum power tracker
60 : 전압 추적부 70 : 전류 추적부60: voltage tracking unit 70: current tracking unit
80: 멀티바이브레이터 61 : 볼테이지 디바이더180: multivibrator 61:
62 : 볼테이지 팔로우1 63: 샘플-홀드 회로162: Follow
64 : 비교기1 65 : 스위치164:
66 : 캐패시터1 71 : 전류 전압 변환기66
72 : 볼테이지 디바이더2 73 : 볼테이지 팔로우272: Boltage
74 : 샘플-홀드 회로2 75 : 비교기274: sample-
76 : 스위치2 77 : 캐패시터276:
이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하면 아래와 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
최대 전력 추적 시스템의 일반적인 구성은 도 1 에 도시된 바와 같이, 전원인 솔라 어레이(SOLAR ARRAY)에서 출력되는 신호를 입력받아 전압과 전류값을 검출하여 출력하는 전류 전압 검출부(1)와, 상기 전류 전압 검출부(1)에서 검출된 전압과 전류값을 입력받아 최대 전력점을 추적하기 위한 제어 신호를 출력하는 최대 전력 추적기(6)와, 상기 최대 전력 추적기(6)에서 출력된 신호를 적분하여 출력하는 적분기(5)와, 상기 적분기(5)에서 출력된 신호를 기준 신호와 비교하여 그 결과 신호를 제어 신호로써 출력하는 비교기(4)와, 상기 비교기(4)의 비교 결과에 의해 스위치가 온/오프되어 솔라 어레이(SOLAR ARRAY)의 전압 전류 값을 변화시키는 레귤레이터(2)와, 충전기/방전기/전지 등으로 이루어져 상기 레귤레이터(2)의 역할을 보조하는 부가회로부(3)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the general configuration of the maximum power tracking system includes a
도 2 는 상기에서 본 발명에 따른 최대 전력 추적기(6)의 상세 회로도로, 태양 전지판의 동작 전압의 상대적 변화를 추적하는 전압추적부(60)와, 태양 전지판의 동작 전류의 상대적 변화를 추적하는 전류추적부(70) 및, 상기 전압추적부(60)와 전류추적부(70)의 결과를 입력받아 최대 전력점을 추적하기 위한 제어 신호을 출력하는 멀티바이브레이터(80)로 구성된다.FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the
상기에서 전압 추적부(60)는 입력되는 전압 레벨을 원하는 전압으로 떨어뜨리는 볼테이지 디바이더1(61)과, 상기 볼테이지 디바이더1(61)에 의해 생성된 전압을 입력받아 출력하는 볼테이지 팔로우1(62)와, 상기 볼테이지 팔로우1(62)의 출력 전압을 입력받아 홀드시키거나 출력하는 샘플-홀드 회로1(63) 및, 상기 샘플-홀드 회로1(63)에서 인가되는 신호와 초기 입력 신호(VSA)를 비교하여 그 결과에 의해 멀티바이브레이터(80)의 리셋 단자(R)를 제어하는 비교기1(64)를 포함하여 이루어진다.The
상기에서 샘플-홀드 회로1(63)는 멀티바이브레이터(80)의
상기에서 전류 추적부(70)는 입력되는 전류 신호를 전압 신호로 변환시키는 전류 전압 변환기(71)와, 상기 전류 전압 변환기(71)에서 출력되는 전압 레벨을 원하는 전압 레벨로 떨어뜨리는 볼테이지 디바이더2(72)와, 상기 볼테이지 디바이더2(72)에 의해 생성된 전압을 입력받아 출력하는 볼테이지 팔로우2(73)와, 상기 볼테이지 팔로우2(73)의 출력 전압을 입력받아 홀드시키거나 출력하는 샘플-홀드 회로2(74) 및, 상기 샘플-홀드 회로2(74)에서 인가되는 신호와 초기 입력 신호(ISA)를 비교하여 그 결과에 의해 멀티바이브레이터(80)의 트리거 단자(T)를 제어하는 비교기2(75)를 포함하여 이루어진다.The current tracking unit 70 is a
상기에서 샘플-홀드 회로2(74)는 멀티바이브레이터(80)의 Q단자로부터 인가되는 신호에 의해 온/오프가 제어되는 스위치2(76)와, 볼테이지 팔로우2(73)로부터 인가되는 전압을 홀드하고 있는 캐패시터2(77)로 이루어진다.In the above-described sample-hold circuit 2 (74) is a switch 2 (76) that is controlled on / off by a signal applied from the Q terminal of the multi-vibrator 80, and the voltage applied from the voltage follow 2 (73) It consists of the holding capacitor 2 (77).
상기에서 솔라 어레이의 전류 전압 전력 특성 곡선은 도 3 에 도시된 바와 같은 신호 파형을 보여준다.The current voltage power characteristic curve of the solar array shows the signal waveform as shown in FIG.
또한, 각 비교기(64, 75)의 입력 신호에 대한 출력 신호는 도 4 에 도시된 바와 같으며, +단자 입력이 -단자의 입력보다 낮으면 로우가 출력되고, +단자 입력이 -단자 입력보다 높으면 하이가 출력된다.In addition, the output signal for the input signal of each comparator (64, 75) is as shown in Figure 4, when the + terminal input is lower than the input of the-terminal, the low is output, the + terminal input is lower than the-terminal input High outputs high.
상기 각 비교기(64, 75)의 출력 신호에 대한 멀티바이브레이터(80)의 입출력 신호 파형은 도 5 에 도시된 바와 같이, 비교기1(64)의 출력이 하이가 되는 순간 리셋 단자가 셋트되면 Q의 출력이 로우가 되고
상기와 같은 구성의 최대 전력 추적 시스템에서는 최대 전력 추적기(6)의 제어에 의해 최대 전력점을 추적한다.In the maximum power tracking system having the above configuration, the maximum power point is tracked by the control of the
즉, 최대 전력 추적기(6)의 추적 결과에 따른 비교기(4)의 출력 신호에 의해 레귤레이터(2)의 스위치가 턴 온, 턴 오프의 듀티비(duty Ratio)를 변화하면서 태양전지판의 동작점을 최대전력점으로 이동시킨다.That is, the switch of the
상기에서 최대전력점을 추적하기 위한 본 발명 최대 전력 추적 시스템 제어 방법은 우선 태양 전지판 전압이 최대이고 전류가 제로인 경우를 가정하면 비교기1(64)의 +단자로 VOC-ΔV가 입력되지만 VOC보다 작기 때문에 비교기1(64)의 출력은 로우가 된다. 그러나 일정 시간 후 초기 리셋 신호는 멀티바이브레이터(80)를 리셋시키고 트리거 입력이 있을 때까지 Q를 로우로 만든다.In the method of controlling the maximum power tracking system of the present invention for tracking the maximum power point, first, if the solar panel voltage is the maximum and the current is zero, V OC -ΔV is input to the + terminal of the comparator 1 (64), but V OC Since it is smaller, the output of
상기에서 VOC는 전류가 0인 상태의 전압을 나타낸다.In the above, V OC represents a voltage in a state where current is zero.
반대로 전류 검출 전압은 0인 상태에서 초기 리셋 신호가 있은 후 일정시간이 지난후 초기 트리거 신호가 있게 되면 멀티바이브레이터(80)의 Q가 하이로 바귀면서 이 신호는 적분기(5)를 거치면서 제어 신호로 바뀌어 레귤레이터(2)의 스위치를 구동시켜 태양전지판의 출력전류를 상승케 한다. 전류 상승은 출력전압 하강을 초래하고 샘플-홀드 회로1(63)에 저장된 전압보다 낮아지면 비교기1(64)의 출력은 하이로 바뀌면서 리셋 신호를 멀티바이브레이터(80)에 전달하면서 상기 동작을 반복하게 된다.On the contrary, if there is an initial trigger signal after a certain time after the initial reset signal in the state where the current detection voltage is 0, the Q of the multivibrator 80 turns high and the signal passes through the
상기와 같은 동작을 제 4 도와 제 5 를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the fourth operation and the fifth operation as described above in more detail as follows.
최대 전력 추적기(6)에 VOC가 인가되면 전압 추적부(60)의 비교기1(64)은 -단자에 VOC를 +단자에 VOC-ΔV를 입력받는다. 비교기1(64)이 출력은 -단자 입력이 +단자 입력보다 큰 값이 되므로 로우가 출력되어 일정 시간 지속된다. 비교기1(64)의 출력이 로우 상태를 유지하는 동안은 멀티바이브레이터(80)의 출력 Q가 하이가 되고
VOC가 인가되면 전류 추적부(70)의 비교기2(75)의 -단자와 +단자에 0레벨의 신호가 인가되어 하이 신호가 출력한다. 이후 전류 추적부(70)에 인가되는 전류 레벨이 상승하면서 일정 시간이 경과하면 비교기2(75)의 +단자에 인가되는 신호 레벨이 -단자에 인가되는 신호 레벨보다 낮아지고, 비교기2(75)의 출력이 로우가 되면서 멀티바이브레이터(80)의 초기 리셋 신호가 셋트된다. 초기 리셋 신호가 셋트되면 전류 추적부(70)에 인가되는 전류 레벨이 감소하면서 일정 시간 후 비교기2(75)의 -단자에 인가되는 신호가 샘플-홀드 회로2(74)에 홀드된 +단자 인가 신호보다 낮아지고, 비교기2(75)는 하이 신호를 출력하여 초기 트리거 신호를 셋트시킨다. 초기 트리거 신호가 셋트되면 멀티바이브레이터(80)의 출력 Q가 하이가 되고
초기 트리거 신호가 셋트되어 비교기1(64)이 로우 상태를 유지하는 동안 상기 전압 추적부(60)에서의 동작이 반복되며 일정 시간 경과 후 리셋 신호가 다시 셋트된다.While the initial trigger signal is set so that the
상기와 같이 리셋 신호와 트리거 신호가 주기적으로 반복하여 셋트되는 동작 과정을 통해 최대 전력점을 추적하며, 도 6 에 도시된 바와 같이 초기 VOC전압 인가 후 일정 시간 동안은 전압 및 전류 레벨이 급격히 변화하지만 일정 시간이 경과하면 안정된 상태에 진입하여 전류 및 전압의 큰 변화가 없다. 즉, 안정된 상태가 되면 도 3 에서 최대 전력점을 기준으로 ΔV와 ΔI의 변화폭을 가지고 변화하는 것이다.As described above, the maximum power point is tracked through an operation process in which the reset signal and the trigger signal are periodically set repeatedly. As shown in FIG. 6, the voltage and current levels change rapidly for a predetermined time after the initial V OC voltage is applied. However, after a certain period of time, a stable state is entered and there is no significant change in current and voltage. That is, when it is in a stable state, it changes with a variation of ΔV and ΔI based on the maximum power point in FIG. 3.
이에 따른 멀티바이브레이터(80)의 입력 신호 변환 속도는, 도 7 에 도시된 바와 같이, 초기 셋트 신호 인가 후 일정 시간 동안은 멀티바이브레이터(80) 입출력 신호의 변환 속도가 느리지만, 일정 시간이 경과하여 안정된 상태로 진입하면 멀티바이브레이터(80)의 입력 신호 변환이 빠르게 진행된다.As a result, the input signal conversion speed of the multivibrator 80 is as shown in FIG. 7, but the conversion speed of the input / output signal of the multivibrator 80 is slow for a predetermined time after the initial set signal is applied. When entering a stable state, the input signal conversion of the multivibrator 80 proceeds quickly.
도 8 은 상기 동작의 반복에 의해 최대 전력점을 추적하는 과정의 일실시예를 보여주는 도면이다.8 is a diagram illustrating an embodiment of a process of tracking a maximum power point by repeating the operation.
상기와 같은 과정을 통해 적분기(5)에 인가되는 신호, 즉, 멀티바이브레이터(80)의 출력 Q가 변화하면, 이에 따라 적분기(5)에서 출력되는 레귤레이터(2)의 스위치 제어 신호가 변화하면서 레귤레이터(2)의 스위치를 지속적으로 온/오프시켜 솔라 어레이의 출력을 제어하여 최대 전력점을 찾아가도록 하는 것이다.When the signal applied to the
상기와 같이 최대 전력 추적기(6)에서 자체적으로 솔라 어레이의 출력 신호의 변화를 감지하여 솔라 어레이의 출력을 제어함으로써, 보다 쉽게 최대 전력점을 추적할 수 있도록 한 것이다.As described above, the
상기와 같이 본 발명은 강제로 외란을 주입하거나 디지탈 변환 연산을 하지 않고도 최대 전력점을 추적할 수 있어 하드웨어의 구성이 단순해지고, 전력 소모율이 낮아지며, 보다 단순화된 처리 과정에 의해 고 속의 제어 성능을 가지게 되는 효과가 있다.As described above, the present invention can track the maximum power point without forcibly injecting disturbance or performing a digital conversion operation, thereby simplifying hardware configuration, lowering power consumption, and improving the speed control performance by a simplified process. There is an effect it has.
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1997
- 1997-12-24 KR KR1019970073089A patent/KR100269090B1/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Date | Code | Title | Description |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |