KR101240674B1 - Power conversion system for thermoelectrics energy generator - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 충전 효율을 높여 에너지 손실을 방지할 수 있는 열전발전용 전력변환시스템에 관한 것이다. 본 발명은 온도차에 의해 기전력을 발생하여 전기를 생성하는 열전소자(21)와; 상기 열전소자(21)에서 발전된 전력으로 충전되는 배터리(29)와; 상기 열전소자(21)의 출력전압을 변환하여 상기 배터리(29)로 전달하는 컨버터(22)와; 상기 컨버터(22)의 동작을 제어하는 제어신호를 상기 컨버터(22)로 제공하는 제어부(27); 그리고 상기 제어부(27)로부터 출력되는 상기 제어신호를 아날로그값으로 변환한 후, 아날로그값을 상기 열전소자의 출력전압과 비교하여 비교결과를 상기 컨버터(22)로 제공하는 신호변환회로(26)를 포함하여 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면 열전소자의 출력전압이 낮더라도 배터리 충전이 가능하므로, 에너지 효율이 높고, 자동차 등의 장치로 원활한 전원 공급이 가능하다는 이점이 있다. The present invention relates to a thermoelectric power conversion system that can increase the battery charging efficiency to prevent energy loss. The present invention provides a thermoelectric element 21 for generating electricity by generating an electromotive force by the temperature difference; A battery 29 charged with electric power generated by the thermoelectric element 21; A converter 22 converting the output voltage of the thermoelectric element 21 and transferring the converted voltage to the battery 29; A control unit 27 for providing a control signal for controlling the operation of the converter 22 to the converter 22; After converting the control signal output from the control unit 27 to an analog value, a signal conversion circuit 26 for comparing the analog value with the output voltage of the thermoelectric element and providing a comparison result to the converter 22 is provided. It is configured to include. According to the present invention as described above, even if the output voltage of the thermoelectric element is low, the battery can be charged, and thus, the energy efficiency is high, and there is an advantage that smooth power supply to a device such as an automobile is possible.

Figure R1020100107636
Figure R1020100107636

Description

열전발전용 전력변환시스템{POWER CONVERSION SYSTEM FOR THERMOELECTRICS ENERGY GENERATOR}Thermoelectric Power Conversion System {POWER CONVERSION SYSTEM FOR THERMOELECTRICS ENERGY GENERATOR}

본 발명은 열전발전용 전력변환시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 충전 효율을 높여 에너지 손실을 방지할 수 있는 열전발전용 전력변환시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a thermoelectric power conversion system, and more particularly to a thermoelectric power conversion system that can prevent the energy loss by increasing the battery charging efficiency.

일반적으로 열에너지로부터 전기에너지를 생성하는 발전 시스템에서는 열에너지를 피스톤이나 터빈을 움직이는 역학적 에너지로 변환한 후 이를 이용하여 전기에너지를 생성하는 방식을 사용해왔다. 그러나 이와 같은 방식에 의하면 복잡한 기계적 수단들이 발전기 내에 구성되어야 하므로 제조단가가 높고 운반이나 휴대가 어려웠다.In general, power generation systems that generate electrical energy from thermal energy have been used to convert thermal energy into mechanical energy that moves a piston or turbine and then generate electrical energy using it. However, according to this method, since the complicated mechanical means have to be configured in the generator, the manufacturing cost is high and it is difficult to transport or carry.

따라서 열에너지에 의하여 온도차를 발생시켜 열전반도체에서 열에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 열전발전기가 고안되었다. 열전발전기는 다른 종류의 도체나 반도체의 양단을 접합한 후 2개의 접합부의 온도차에 의해 기전력이 발생하는 원리를 이용한 것으로서, 이를 위해서는 온도차를 발생시키기 위한 열원이 필요하다. Therefore, a thermoelectric generator has been devised which generates a temperature difference by thermal energy and converts thermal energy directly into electrical energy in the thermoelectric semiconductor. The thermoelectric generator uses the principle that the electromotive force is generated by the temperature difference between the two junctions after joining both ends of different types of conductors or semiconductors, and for this purpose, a heat source for generating a temperature difference is required.

이와 같은 열전발전기를 직접 자동차 등의 장치 내에 설치하면, 열원에서 열에너지가 지속적으로 공급되기만 한다면 별도의 외부 충전장치 없이도 자동차의 배터리를 지속적으로 충전할 수 있다는 이점이 있다. If such a thermoelectric generator is directly installed in a device such as a car, there is an advantage that the battery of the car can be continuously charged without a separate external charging device as long as the heat energy is continuously supplied from the heat source.

이하에서는 이와 같은 열전발전기를 이용한 전력변환시스템을 도면을 참조하여 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 열전발전용 전력변환시스템(10)은 우선, 열전소자(11)를 포함한다. 상기 열전소자(11)는 서로 다른 2개의 도체 또는 반도체를 연결하여 형성되는 소자로서 온도차에 의하여 기전력을 발생시킨다. Hereinafter, a power conversion system using such a thermoelectric generator will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a general thermoelectric power conversion system 10 first includes a thermoelectric element 11. The thermoelectric element 11 is an element formed by connecting two different conductors or semiconductors to generate electromotive force by a temperature difference.

그리고 상기 열전소자(11)에는 상기 열전소자(11)에서 출력되는 전원을 스위칭하는 스위칭부(13)가 연결된다. 상기 스위칭부(13)는 상기 열전소자(11)의 출력을 스위칭함으로써, 상기 열전소자(11)의 출력전압을 배터리(19) 충전에 적합한 충전전압으로 승압하는 역할을 한다. In addition, the thermoelectric element 11 is connected to a switching unit 13 for switching the power output from the thermoelectric element 11. The switching unit 13 serves to boost the output voltage of the thermoelectric element 11 to a charging voltage suitable for charging the battery 19 by switching the output of the thermoelectric element 11.

이때 상기 스위칭부(13)는 제어부(15)로부터 입력받는 신호에 따라 상기 열전소자(11)의 출력 전압을 스위칭하는데, 상기 제어부(15)는 상기 열전소자(11)의 출력전압 등의 출력값에 기초하여 상기 스위칭부(13)를 제어할 신호를 결정한다.At this time, the switching unit 13 switches the output voltage of the thermoelectric element 11 according to the signal received from the control unit 15, the control unit 15 to the output value, such as the output voltage of the thermoelectric element 11 On the basis of this, a signal for controlling the switching unit 13 is determined.

또한 상기 열전발전용 전력변환시스템(10)에는 정류부(17)가 구비된다. 상기 정류부(17)는 상기 스위칭부(13)에서 출력되는 전압을 정류하여 배터리(19)로 전달된다.In addition, the thermoelectric power conversion system 10 is provided with a rectifying unit 17. The rectifier 17 rectifies the voltage output from the switching unit 13 and transfers the voltage to the battery 19.

그에 따라 상기 배터리(19)에 전력이 충전된다.As a result, the battery 19 is charged with electric power.

그러나 이와 같은 구성에 의한 전력변환시스템(10)에서, 상기 스위칭부(13)는, 상기 열전소자(11)에서 출력되는 일반적인 전압을 상기 스위칭부(13)가 상기 배터리(19)의 충전전압에 맞게 승압할 수 있도록 설계된다. However, in the power conversion system 10 having such a configuration, the switching unit 13 may convert the general voltage output from the thermoelectric element 11 to the charging voltage of the battery 19. It is designed to boost accordingly.

그러나 이와 같은 경우, 상기 열전소자(11)의 출력값이 소정 레벨 이하이면, 상기 스위칭부(13)가 상기 열전소자(11)의 출력전압을 승압하더라도 상기 스위칭부(13)에서 상기 배터리(19)의 충전전압보다 낮은 전압값이 출력되어 상기 배터리(19)가 충전되지 않게 된다. 이와 같은 경우 상기 열전소자(11)에서 발전된 전기에너지는 상기 배터리(19)의 충전에 사용되지 못하고 손실되므로 에너지 효율이 저하된다는 문제점이 있다. In this case, however, if the output value of the thermoelectric element 11 is less than or equal to a predetermined level, the battery 19 may be operated by the switching unit 13 even if the switching unit 13 boosts the output voltage of the thermoelectric element 11. A voltage value lower than the charging voltage is output so that the battery 19 is not charged. In this case, since the electric energy generated by the thermoelectric element 11 is not used to charge the battery 19 and is lost, there is a problem that energy efficiency is lowered.

즉, 상기 스위칭부(13)는 상기 배터리(19)의 충전전압으로 승압되기 적합한 최소 레벨 이상의 전압을 입력받는 경우에만 상기 배터리(19)를 충전시킬 수 있고, 그 외의 경우에는 상기 열전소자(11)에서 발생된 전력이 손실되므로, 배터리 충전 효율이 감소한다는 문제점이 있었다. That is, the switching unit 13 may charge the battery 19 only when a voltage higher than a minimum level suitable for being boosted to the charging voltage of the battery 19 is input. Otherwise, the thermoelectric element 11 may be charged. Since the power generated in) is lost, there is a problem that the battery charging efficiency is reduced.

또한 상기 스위칭부(13)는 상기 제어부(15)로부터 디지털 신호를 수신하여 상기 열전소자(11)의 출력 전압을 제어하는데, 상기 제어부(15)로부터 수신된 디지털 신호를 수신한 후 이를 연산하여 상기 열전소자(11)의 출력 전압을 제어하는데 처리시간이 다소 소요된다. 그에 따라 상기 열전소자(11)의 출력 전압 제어시 시간 지연으로 인하여 일시적으로 최대전력점을 추종하지 못하여 전력손실이 발생할 수도 있다. In addition, the switching unit 13 receives a digital signal from the control unit 15 to control the output voltage of the thermoelectric element 11, after receiving the digital signal received from the control unit 15 to calculate the Processing time is required to control the output voltage of the thermoelectric element 11. As a result, power loss may occur due to a time delay in controlling the output voltage of the thermoelectric element 11 and temporarily unable to follow the maximum power point.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열전소자의 출력전압이 낮더라도 배터리 충전이 가능하도록 한 열전발전용 전력변환시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and to provide a thermoelectric power conversion system capable of charging a battery even when the output voltage of the thermoelectric element is low.

본 발명의 다른 목적은, 배터리 충전 효율이 높은 열전발전용 전력변환시스템을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a power conversion system for thermoelectric generation having high battery charging efficiency.

본 발명의 또 다른 목적은, 열전소자의 출력전압을 제어하기 위한 신호에 대한 응답속도가 빠른 열전발전용 전력변환시스템을 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a thermoelectric power conversion system having a fast response speed to a signal for controlling an output voltage of a thermoelectric element.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명에 의한 열전발전용 전력변환시스템은, 온도차에 의해 기전력을 발생하여 전기를 생성하는 열전소자(21)와; 상기 열전소자(21)에서 발전된 전력으로 충전되는 배터리(29)와; 상기 열전소자(21)의 출력전압을 변환하여 상기 배터리(29)로 전달하는 컨버터(22)와; 상기 컨버터(22)의 동작을 제어하는 제어신호를 상기 컨버터(22)로 제공하는 제어부(27); 그리고 상기 제어부(27)로부터 출력되는 상기 제어신호를 아날로그값으로 변환한 후, 아날로그값을 상기 열전소자의 출력전압과 비교하여 비교결과를 상기 컨버터(22)로 제공하는 신호변환회로(26)를 포함하여 구성된다. According to a feature of the present invention for achieving the above object, the thermoelectric power conversion system according to the present invention, the thermoelectric element 21 for generating electromotive force by the temperature difference to generate electricity; A battery 29 charged with electric power generated by the thermoelectric element 21; A converter 22 converting the output voltage of the thermoelectric element 21 and transferring the converted voltage to the battery 29; A control unit 27 for providing a control signal for controlling the operation of the converter 22 to the converter 22; After converting the control signal output from the control unit 27 to an analog value, a signal conversion circuit 26 for comparing the analog value with the output voltage of the thermoelectric element and providing a comparison result to the converter 22 is provided. It is configured to include.

이때, 상기 컨버터(22)는, 상기 열전소자(21)의 출력전압의 레벨에 따라 택일적으로 동작하는 복수의 컨버터(23, 25)로 구성될 수도 있다.In this case, the converter 22 may be composed of a plurality of converters 23 and 25 that operate alternatively according to the level of the output voltage of the thermoelectric element 21.

여기서 상기 복수의 컨버터(23, 25)는, 상기 열전소자(21)의 출력전압이 설정레벨 이상일 때 동작하는 제1컨버터(23); 그리고 상기 열전소자(21)의 출력전압이 설정레벨 미만일 때 동작하는 제2컨버터(25)로 구성될 수 있다. The plurality of converters 23 and 25 may include a first converter 23 that operates when the output voltage of the thermoelectric element 21 is equal to or higher than a set level; The second converter 25 may operate when the output voltage of the thermoelectric element 21 is less than a set level.

또한 상기 신호변환회로(26)는, 상기 제어부(27)로부터 출력되는 상기 제어신호를 아날로그값으로 변환한 후, 아날로그값을 상기 열전소자(21)의 출력전압과 비교하여 비교결과를 상기 제1컨버터(23)로 전달하는 제1신호변환회로; 그리고 상기 제어부(27)로부터 출력되는 상기 제어신호를 아날로그값으로 변환한 후, 아날로그값을 상기 열전소자(21)의 출력전압과 비교하여 비교결과를 상기 제2컨버터(25)로 전달하는 제2신호변환회로를 포함하여 구성될 수도 있다. In addition, the signal conversion circuit 26 converts the control signal output from the control unit 27 into an analog value, and then compares the analog value with the output voltage of the thermoelectric element 21 and compares the comparison result with the first value. A first signal conversion circuit for transmitting to the converter 23; And converting the control signal output from the controller 27 into an analog value, and comparing the analog value with the output voltage of the thermoelectric element 21 to transmit a comparison result to the second converter 25. It may be configured to include a signal conversion circuit.

그리고 상기 설정레벨은 5V가 될 수 있다. The set level may be 5V.

또한 상기 제어부(27)는, 상기 컨버터(22 또는, 23 및 25)가 상기 열전소자(21)의 최대전력점을 추종하도록 상기 열전소자(21)의 출력전압을 조절하는 제어신호를 출력할 수 있다. In addition, the controller 27 may output a control signal for adjusting the output voltage of the thermoelectric element 21 so that the converter 22 or 23 and 25 follow the maximum power point of the thermoelectric element 21. have.

본 발명에 의한 열전발전용 전력변환시스템에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.According to the thermoelectric power conversion system according to the present invention has the following advantages.

즉, 열전소자의 출력전압이 낮더라도 배터리 충전이 가능하므로, 에너지 효율이 높다는 장점이 있다.That is, even if the output voltage of the thermoelectric element is low, since the battery can be charged, there is an advantage that the energy efficiency is high.

또한 본 발명에 의한 열전발전용 전력변환시스템에 의하면, 배터리 충전 효율이 높아 자동차 등의 장치로 원활한 전원 공급이 가능하다는 이점이 있다. In addition, according to the power conversion system for thermo-development according to the present invention, the battery charging efficiency is high, there is an advantage that the smooth power supply to the device, such as an automobile.

나아가 본 발명에 의한 열전발전용 전력변환시스템에 의하면, 열전소자의 출력전압을 제어하기 위한 신호에 대한 응답속도가 빨라 전력손실을 방지할 수 있다는 이점이 있다. Furthermore, according to the thermoelectric power conversion system according to the present invention, the response speed to the signal for controlling the output voltage of the thermoelectric element has an advantage that the power loss can be prevented.

도 1은 일반적인 열전발전용 전력변환시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 열전발전용 전력변환시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 열전발전용 전력변환시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 열전발전용 전력변환시스템의 컨버터의 구성을 도시한 회로도.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 열전발전용 전력변환시스템의 신호변환회로의 구성을 도시한 회로도.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 열전발전용 전력변환시스템의 제2컨버터의 구성을 도시한 회로도.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 의한 열전발전용 전력변환시스템의 제2신호변환회로의 구성을 도시한 회로도.1 is a block diagram schematically showing the configuration of a general thermoelectric power conversion system.
Figure 2 is a block diagram schematically showing the configuration of a power conversion system for thermo-development according to a first embodiment of the present invention.
3 is a block diagram schematically showing a configuration of a power conversion system for thermo-development according to a second embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram showing the configuration of a converter of a power conversion system for thermo-development according to an embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram showing the configuration of the signal conversion circuit of the power conversion system for thermo-development according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a second converter of a power conversion system for thermoelectric power generation according to a second embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a second signal conversion circuit of the power conversion system for thermoelectric power generation according to the second embodiment of the present invention. FIG.

이하 본 발명에 의한 열전발전용 전력변환시스템의 실시예의 구성을 도면을 참고하여 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, the configuration of an embodiment of a thermoelectric power conversion system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 열전발전용 전력변환시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이고, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 열전발전용 전력변환시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of a power conversion system for thermo-development according to the first embodiment of the present invention, Figure 3 is a configuration of the power conversion system for thermo-development according to a second embodiment of the present invention It is a schematic block diagram.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 열전발전용 전력변환시스템(20)은 열전소자(21)를 포함한다. 상기 열전소자(21)는 서로 다른 2개의 도체 또는 반도체를 연결하여 형성되는 소자로서 온도차에 의하여 기전력을 발생시킨다. As shown in FIG. 2, the thermoelectric power conversion system 20 according to the embodiment of the present invention includes a thermoelectric element 21. The thermoelectric element 21 is an element formed by connecting two different conductors or semiconductors to generate electromotive force by a temperature difference.

그리고 상기 열전소자(21)에는 상기 열전소자(21)에서 출력되는 전원을 스위칭하여 상기 열전소자(21)의 출력전압을 상기 열전소자(21)의 출력전력이 최대가 되도록 하는 최대전력점(Maxium Power Point)으로 제어하고, 후술할 배터리(29)의 충전전압으로 변환하는 컨버터(22)가 구비된다. In addition, the thermoelectric element 21 switches the power output from the thermoelectric element 21 to maximize the output voltage of the thermoelectric element 21 so that the output power of the thermoelectric element 21 is maximum. A converter 22 for controlling by a power point and converting to a charging voltage of the battery 29 to be described later.

이때 상기 컨버터(22)는 상기 열전소자(21)의 출력전압이 충분히 작더라도 상기 열전소자(21)의 출력전압을 상기 배터리(29)의 충전전압으로 승압할 수 있도록 설계된다. 그에 따라 상기 열전소자(21)의 출력전압이 낮더라도 상기 배터리(29)의 충전이 이루어질 수 있도록 한다. 따라서 상기 컨버터(22)가 변환할 수 있는 상기 열전소자(21)의 최저전압은 상기 배터리(29) 충전 효율을 고려하여 설정된다. At this time, the converter 22 is designed to boost the output voltage of the thermoelectric element 21 to the charging voltage of the battery 29 even if the output voltage of the thermoelectric element 21 is sufficiently small. Accordingly, even if the output voltage of the thermoelectric element 21 is low, the battery 29 can be charged. Therefore, the lowest voltage of the thermoelectric element 21 that the converter 22 can convert is set in consideration of the charging efficiency of the battery 29.

한편 상기 컨버터(22)의 출력단에는 정류부(24)가 더 포함될 수 있다. 상기 정류부(24)는 상기 컨버터(22)에서 출력되는 전압을 정류하여 상기 배터리(29)로 전달된다. 그에 따라 상기 배터리(29)에 전원이 충전된다.Meanwhile, the rectifier 24 may be further included at the output terminal of the converter 22. The rectifier 24 rectifies the voltage output from the converter 22 and transmits the rectified voltage to the battery 29. As a result, the battery 29 is charged with power.

또한 상기 컨버터(22)로 제어신호를 출력하는 제어부(27)가 구비된다. 상기 제어부(27)는 상기 열전소자(21)의 출력에 따라 상기 컨버터(22)의 동작 주파수를 결정하여 이를 제어신호로 전송한다. 이때 이미 설명한 바와 같이 상기 컨버터(22)가 상기 열전소자(21)의 상태에 따라 상기 열전소자(21)를 최대전력점에서 동작하도록 하기 위한 상기 열전소자(21)의 출력전압값을 연산하여 상기 컨버터(22)로 제어신호를 전달한다. 즉, 상기 제어부(27)는 상기 열전소자(21)가 최대전력점에서 동작하도록 하는 상기 열전소자(21)의 출력전압값을 산출하여 이를 제어신호로 변환하여 상기 컨버터(22)로 전달하고, 상기 컨버터(22)는 상기 제어부(27)로부터 이를 수신하여 상기 열전소자(21)의 현재의 출력전압이 상기 제어부(27)로부터 수신한 제어신호에 따른 출력전압값으로 조절되도록 한다. 이에 따라 상기 컨버터(22)는 상기 열전소자(21)의 출력전압이 상기 제어부(27)에서 연산된 전압값보다 떨어지지 않도록 상기 배터리(29)로 출력되는 전압을 낮추어 부하를 줄임으로써 상기 열전소자(21)의 출력전압이 유지될 수 있도록 할 수 있다. In addition, a control unit 27 for outputting a control signal to the converter 22 is provided. The controller 27 determines the operating frequency of the converter 22 according to the output of the thermoelectric element 21 and transmits it as a control signal. In this case, as described above, the converter 22 calculates an output voltage value of the thermoelectric element 21 for operating the thermoelectric element 21 at the maximum power point according to the state of the thermoelectric element 21. The control signal is transmitted to the converter 22. That is, the controller 27 calculates an output voltage value of the thermoelectric element 21 for operating the thermoelectric element 21 at the maximum power point, converts it into a control signal, and transmits the converted control signal to the converter 22. The converter 22 receives this from the controller 27 so that the current output voltage of the thermoelectric element 21 is adjusted to an output voltage value according to the control signal received from the controller 27. Accordingly, the converter 22 reduces the load by lowering the voltage output to the battery 29 so that the output voltage of the thermoelectric element 21 does not fall below the voltage value calculated by the controller 27. The output voltage of 21 can be maintained.

이때 상기 컨버터(22)에는 상기 제어부(27)로부터의 제어신호를 수신하여 상기 컨버터(22)를 동작시키는 신호변환회로(26)가 구비된다. 상기 신호변환회로(26)는 상기 제어부(27)로부터 출력되는 디지털 제어신호를 수신하여 이를 아날로그신호로 변환한다. 상기 신호변환회로(26)는 상기 열전소자(21)의 현재의 출력전압과 상기 제어부(27)에서 수신된 제어신호를 아날로그 값으로 변환한 값을 서로 비교하여 그 결과값을 상기 컨버터(22)로 출력한다. At this time, the converter 22 is provided with a signal conversion circuit 26 for receiving a control signal from the control unit 27 to operate the converter 22. The signal conversion circuit 26 receives a digital control signal output from the control unit 27 and converts it into an analog signal. The signal conversion circuit 26 compares a current output voltage of the thermoelectric element 21 with a value obtained by converting a control signal received from the control unit 27 into an analog value and compares the result value with the converter 22. Will output

그에 따라 상기 컨버터(22)의 동작이 제어되고, 그에 따라 상기 배터리(29)의 충전이 이루어진다. Accordingly, the operation of the converter 22 is controlled, thereby charging the battery 29.

이와 같은 본 발명의 제1실시예에서, 상기 컨버터(22)와 상기 신호변환회로(26)의 구성을 보다 구체적으로 살펴본다. 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 열전발전용 전력변환시스템의 컨버터의 구성을 도시한 회로도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 열전발전용 전력변환시스템의 신호변환회로의 구성을 도시한 회로도이다. In the first embodiment of the present invention as described above, the configuration of the converter 22 and the signal conversion circuit 26 will be described in more detail. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the converter of the thermoelectric power conversion system according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a configuration of a signal conversion circuit of the power conversion system for thermoelectric power generation according to an embodiment of the present invention. One schematic.

우선 도 4에 도시된 바와 같이 상기 컨버터(22)의 일실시예에서는 집적회로소자 U6에 의하여 트랜지스터 Q14가 동작되면, 인덕터 L3에 전력이 축적된다. 그리고 인덕터 L3에 전력이 축적된 후에는, 집적회로소자 U6가 트랜지스터 Q14의 동작을 오프시키고 트랜지스터 Q16을 동작시킴으로써, 인덕터 L3에 축적된 전력을 이용하여 상기 열전소자(21)의 출력전압 TEG_VDD을 승압한다. 승압된 전압은 상기 배터리(29) 측으로 전달된다. 이때 트랜지스터 Q16이 동작함으로써 다이오드 D19의 손실 전력을 감소시킨다. First, as shown in FIG. 4, in one embodiment of the converter 22, when the transistor Q14 is operated by the integrated circuit device U6, power is accumulated in the inductor L3. After the power is accumulated in the inductor L3, the integrated circuit device U6 turns off the operation of the transistor Q14 and operates the transistor Q16 to boost the output voltage TEG_VDD of the thermoelectric element 21 using the power stored in the inductor L3. do. The boosted voltage is transferred to the battery 29 side. At this time, transistor Q16 operates to reduce the loss power of diode D19.

여기서 상기 컨버터(22)에는 도 5에 도시된 바와 같은 회로 구성을 갖는 신호변환회로(26)가 포함될 수 있다. 상기 신호변환회로(26)는 상기 제어부(27)와 상기 열전소자(21)에 그 입력단이 연결되고, 출력단인 VF 단자가 상기 컨버터(22)의 VF 단자에 서로 연결된다. The converter 22 may include a signal conversion circuit 26 having a circuit configuration as shown in FIG. 5. The signal conversion circuit 26 has its input terminal connected to the control unit 27 and the thermoelectric element 21, and the VF terminal as an output terminal is connected to the VF terminal of the converter 22.

상기 신호변환회로(26)는 상기 제어부(27)에서 디지털 제어신호(예를 들어, PWM신호)가 인가되면, 이를 저항 R84와 커패시터 C61에 의해 아날로그 신호로 변환하여 증폭기 U13A의 2핀으로 입력하고, 상기 열전소자(21)의 출력전압 TEG_VDD을 1/4로 분배한 전압을 증폭기 U13A의 3핀으로 입력하여, 2핀의 입력이 3핀의 입력보다 낮으면 하이(HIGH) 신호(예를 들어, 5V)를 VF단자로 출력하여 집적회로소자 U6의 6핀으로 전압이 인가되도록 하여 상기 제어부(27)의 디지털 제어신호에 상기 컨버터(22)가 즉각적으로 동작 가능하도록 한다. 이는 상기 제어부(27)가 직접 상기 열전소자(21)의 출력전압을 검출하여 이를 제어값에 반영하는 경우, 처리시간이 지연되어 전력 손실이 발생할 수 있기 때문에 이를 방지하기 위함이다. When the digital control signal (for example, PWM signal) is applied from the control unit 27, the signal conversion circuit 26 converts the signal into an analog signal by the resistor R84 and the capacitor C61 and inputs it to the two pins of the amplifier U13A. When a voltage obtained by dividing the output voltage TEG_VDD of the thermoelectric element 21 by 1/4 is input to the 3 pins of the amplifier U13A, and the input of the 2 pins is lower than the input of the 3 pins, a high signal (for example, , 5V) is output to the VF terminal so that a voltage is applied to the 6 pins of the integrated circuit device U6 so that the converter 22 can be immediately operated on the digital control signal of the controller 27. This is because the control unit 27 directly detects the output voltage of the thermoelectric element 21 and reflects it in the control value, because the processing time may be delayed to prevent power loss.

이하에서는 본 발명의 제2실시예를 도면을 참조하여 구체적으로 살펴본다. Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 열전발전용 전력변환시스템(20)에서도 열전소자(21)가 포함된다. As shown in FIG. 3, the thermoelectric element 21 is also included in the thermoelectric power conversion system 20 according to the second embodiment of the present invention.

그리고 상기 열전소자(21)에는 상기 열전소자(21)에서 출력되는 전원을 스위칭하여 후술할 배터리(29)의 충전전압으로 변환하는 제1컨버터(23)가 구비된다. 상기 제1컨버터(23)는 상기 열전소자(21)에서 평균적으로 출력되는 전압을 상기 배터리(29)의 충전전압으로 변환하기에 적합하게 설계될 수 있다. 또한 본 발명의 제1실시예에서 설명한 컨버터(22)와 동일하게 구성될 수도 있다. In addition, the thermoelectric element 21 is provided with a first converter 23 for switching the power output from the thermoelectric element 21 and converting the power to the charging voltage of the battery 29 to be described later. The first converter 23 may be designed to be suitable for converting an average voltage output from the thermoelectric element 21 into a charging voltage of the battery 29. It may also be configured in the same way as the converter 22 described in the first embodiment of the present invention.

또한 상기 전력변환시스템(20)에는 상기 제1컨버터(23)와 별개로 제2컨버터(25)가 구비된다. 상기 제2컨버터(25)는 상기 제1컨버터(23)가 상기 배터리(29)의 충전전압으로 승압할 수 있는 상기 열전소자(21)의 최소 출력전압 이하의 전압을 상기 배터리(29)의 충전전압까지 승압할 수 있도록 설계된다.In addition, the power conversion system 20 is provided with a second converter 25 separately from the first converter 23. The second converter 25 charges the battery 29 with a voltage less than or equal to the minimum output voltage of the thermoelectric element 21 that the first converter 23 can boost to the charging voltage of the battery 29. Designed to step up to voltage.

즉, 예를 들어 상기 제1컨버터(23)가 5V 이상의 상기 열전소자(21)의 출력전압을 상기 배터리(29)의 충전전압 14V로 승압할 수 있도록 설계되었다면, 상기 제2컨버터(25)는 약 2.5V 이상의 전압을 14V까지 승압할 수 있도록 설계될 수 있다. 그에 따라 상기 열전소자(21)의 출력전압이 5V 미만이면 상기 제2컨버터(25)에서, 5V 이상이면 상기 제1컨버터(23)에서 전압을 변환하도록 한다.That is, for example, if the first converter 23 is designed to boost the output voltage of the thermoelectric element 21 of 5V or more to the charging voltage of 14V of the battery 29, the second converter 25 It can be designed to boost voltages above about 2.5V to 14V. Accordingly, when the output voltage of the thermoelectric element 21 is less than 5V, the second converter 25 converts the voltage in the first converter 23 when it is 5V or more.

도면에는 2개의 컨버터, 즉 제1컨버터(23)와 제2컨버터(25)가 구비되어, 전압 구간을 2개로 나누어 전압을 변환하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예이고, 3개 이상의 컨버터가 구비되도록 할 수도 있다. 다만 이와 같은 컨버터의 개수와 각 컨버터가 전원 변환하는 전압 구간은 상기 열전소자(21)의 평균적인 출력전압, 상기 배터리(29)의 충전전압, 각 컨버터에서 출력되는 전력, 장치 구성의 경제성과 에너지 효율 등을 균형적으로 고려하여 2 이상의 컨버터로 적절하게 선택할 수 있다. In the drawing, two converters, that is, the first converter 23 and the second converter 25 are provided to convert the voltage by dividing the voltage section into two, but this is one embodiment, and three or more converters. May be provided. However, the number of such converters and the voltage section that each converter converts into power are the average output voltage of the thermoelectric element 21, the charging voltage of the battery 29, the power output from each converter, the economics and energy of the device configuration. The balance of efficiency and the like can be appropriately selected from two or more converters.

한편 상기 제1컨버터(23)와 상기 제2컨버터(25)로 제어신호를 출력하는 제어부(27)가 구비된다. 상기 제어부(27)는 상기 열전소자(21)의 출력에 따라 상기 열전소자(21)의 출력전압을 연산하고, 상기 제1컨버터(23)와 상기 제2컨버터(25)의 동작 주파수를 결정하여 이를 제어신호로 전송할 뿐 아니라, 상기 열전소자(21)의 출력전압이 기설정된 전압(예를 들어, 5V)과 비교하여, 설정전압 이상이면 상기 제1컨버터(23)를 동작시키고, 설정전압 미만이면 상기 제2컨버터(25)를 동작시킨다. Meanwhile, a control unit 27 for outputting a control signal to the first converter 23 and the second converter 25 is provided. The controller 27 calculates an output voltage of the thermoelectric element 21 according to the output of the thermoelectric element 21, and determines operating frequencies of the first converter 23 and the second converter 25. In addition to transmitting this as a control signal, the output voltage of the thermoelectric element 21 is compared with a predetermined voltage (for example, 5V), and when the set voltage is higher than the operation of the first converter 23, the lower than the set voltage In this case, the second converter 25 is operated.

또한 상기 열전발전용 전력변환시스템(20)에는 정류부(28)가 구비된다. 상기 정류부(28)는 상기 제1컨버터(23) 또는 상기 제2컨버터(25)에서 출력되는 전압을 정류하여 상기 배터리(29)로 전달된다. 그에 따라 상기 배터리(29)에 전원이 충전된다.  In addition, the thermoelectric power conversion system 20 is provided with a rectifier (28). The rectifier 28 rectifies the voltage output from the first converter 23 or the second converter 25 and transfers the voltage to the battery 29. As a result, the battery 29 is charged with power.

이와 같은 본 발명의 제2실시예에 의한 열전발전용 전력변환시스템(20)에서 상기 컨버터의 구성을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 열전발전용 전력변환시스템의 제2컨버터의 구성을 도시한 회로도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 열전발전용 전력변환시스템의 제2신호변환회로의 구성을 도시한 회로도이다.The configuration of the converter in the thermoelectric power conversion system 20 according to the second embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration of a second converter of a power conversion system for thermal power generation according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a second signal conversion circuit of a power conversion system for thermal power generation according to an embodiment of the present invention. It is a circuit diagram which shows the structure of.

우선 상기 제1컨버터(23)는 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 제1실시예에 의한 컨버터(22)와 동일한 구성을 갖고, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 의한 신호변환회로(26)와 동일한 구성을 포함할 수 있다. First, the first converter 23 has the same configuration as the converter 22 according to the first embodiment of the present invention described with reference to FIG. 4, and as described with reference to FIG. 5, according to the first embodiment of the present invention. And the same configuration as that of the signal conversion circuit 26.

한편 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제2컨버터(25)의 일실시예는 집적회로소자 U7에 의하여 트랜지스터 Q15가 동작되면, 인덕터 L4에 전력이 축적된다. 그리고 인덕터 L4에 전력이 축적된 후에는, 집적회로소자 U7이 트랜지스터 Q15의 동작을 오프시킨다. 그리고 인덕터 L4에 축적된 전력을 이용하여 상기 열전소자(21)의 출력전압 TEG_VDD을 승압한다. 승압된 전압은 상기 배터리(29) 측으로 전달된다. Meanwhile, as shown in FIG. 6, in the embodiment of the second converter 25, when the transistor Q15 is operated by the integrated circuit device U7, power is accumulated in the inductor L4. After the power is accumulated in the inductor L4, the integrated circuit device U7 turns off the operation of the transistor Q15. The output voltage TEG_VDD of the thermoelectric element 21 is boosted by using the power accumulated in the inductor L4. The boosted voltage is transferred to the battery 29 side.

여기서 상기 제2컨버터(25)는 도 7에 도시된 바와 같은 회로 구성을 갖는 제2신호변환회로를 포함할 수 있다. 상기 제2신호변환회로는 상기 제어부(27)와 상기 열전소자(21)에 그 입력단이 연결되고, 출력단인 VF_2 단자가 상기 제2컨버터(25)의 VF_2 단자에 서로 연결된다. Here, the second converter 25 may include a second signal conversion circuit having a circuit configuration as shown in FIG. 7. In the second signal conversion circuit, an input terminal thereof is connected to the controller 27 and the thermoelectric element 21, and a VF_2 terminal, which is an output terminal, is connected to a VF_2 terminal of the second converter 25.

상기 제2신호변환회로는 상기 제어부(27)에서 디지털 제어신호(PWM신호)가 인가되면, 이를 저항 R95와 커패시터 C70에 의해 아날로그 신호로 변환하여 증폭기 U13B의 6핀으로 입력하고, 상기 열전소자(21)의 출력전압 TEG_VDD을 1/4로 분배한 전압을 증폭기 U13B의 5핀으로 입력하여, 6핀의 입력이 5핀의 입력보다 낮으면 하이(HIGH) 신호(예를 들어, 5V)를 VF_2단자로 출력하여 집적회로소자 U7의 3핀으로 전압이 인가되도록 한다.When the digital signal (PWM signal) is applied from the control unit 27, the second signal conversion circuit converts the signal into an analog signal by the resistor R95 and the capacitor C70 and inputs it to 6 pins of the amplifier U13B. The output voltage TEG_VDD divided by 1/4 is input to 5 pins of the amplifier U13B. If the input of the 6 pins is lower than the input of the 5 pins, the high signal (for example, 5 V) is VF_2. Output to the terminal so that voltage is applied to the three pins of the integrated circuit device U7.

그에 따라 상기 제어부(27)의 디지털 제어신호에 상기 제2컨버터(25)가 즉각적으로 동작 가능하도록 할 수 있다. Accordingly, the second converter 25 may be immediately operable to the digital control signal of the controller 27.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The scope of the present invention is not limited to the embodiments described above, but may be defined by the scope of the claims, and those skilled in the art may make various modifications and alterations within the scope of the claims It is self-evident.

20: 배터리 충전 시스템 21: 열전소자
22: 컨버터 23: 제1컨버터
25: 제2컨버터 26: 신호변환회로
27: 제어부 28: 정류부
29: 배터리20: battery charging system 21: thermoelectric
22: converter 23: first converter
25: second converter 26: signal conversion circuit
27: control unit 28: rectifying unit
29: battery

Claims (6)

온도차에 의해 기전력을 발생하여 전력을 생성하는 열전소자와;
상기 열전소자에서 발전된 전력으로 충전되는 배터리와;
상기 열전소자의 출력전압을 변환하여 배터리로 전달하는 컨버터와;
상기 컨버터의 동작을 제어하는 제어신호를 상기 컨버터로 제공하는 제어부; 그리고
상기 제어부로부터 출력되는 상기 제어신호를 아날로그값으로 변환한 후, 아날로그값을 상기 열전소자의 출력전압과 비교하여 비교결과를 상기 컨버터로 제공하는 신호변환회로를 포함하고;
상기 컨버터는 열전소자의 출력전압의 레벨에 따라 택일적으로 동작하는 복수의 컨버터로 구성됨을 특징으로 하는 열전발전용 전력변환시스템.
A thermoelectric element generating electromotive force by the temperature difference to generate electric power;
A battery charged with electric power generated by the thermoelectric element;
A converter for converting an output voltage of the thermoelectric element and transferring the converted voltage to a battery;
A control unit providing a control signal for controlling the operation of the converter to the converter; And
A signal conversion circuit for converting the control signal output from the control unit into an analog value and comparing the analog value with an output voltage of the thermoelectric element to provide a comparison result to the converter;
The converter is a thermoelectric power conversion system, characterized in that composed of a plurality of converters that operates in accordance with the level of the output voltage of the thermoelectric element.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복수의 컨버터는,
상기 열전소자의 출력전압이 설정레벨 이상일 때 동작하는 제1컨버터; 그리고
상기 열전소자의 출력전압이 설정레벨 미만일 때 동작하는 제2컨버터로 구성됨을 특징으로 하는 열전발전용 전력변환시스템.The method of claim 1,
The plurality of converters,
A first converter operating when the output voltage of the thermoelectric element is equal to or higher than a set level; And
And a second converter configured to operate when the output voltage of the thermoelectric element is lower than a set level. 제3항에 있어서,
상기 신호변환회로는,
상기 제어부로부터 출력되는 상기 제어신호를 아날로그값으로 변환한 후, 아날로그값을 상기 열전소자의 출력전압과 비교하여 비교결과를 상기 제1컨버터로 전달하는 제1신호변환회로; 그리고
상기 제어부로부터 출력되는 상기 제어신호를 아날로그값으로 변환한 후, 아날로그값을 상기 열전소자의 출력전압과 비교하여 비교결과를 상기 제2컨버터로 전달하는 제2신호변환회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열전발전용 전력변환시스템. The method of claim 3,
The signal conversion circuit,
A first signal conversion circuit converting the control signal output from the control unit into an analog value and then comparing the analog value with an output voltage of the thermoelectric element and transferring a comparison result to the first converter; And
And a second signal conversion circuit for converting the control signal output from the controller into an analog value and comparing the analog value with an output voltage of the thermoelectric element and transferring a comparison result to the second converter. Power conversion system for thermal development. 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 설정레벨은 5V임을 특징으로 하는 열전발전용 전력변환시스템.The method according to claim 3 or 4,
And said set level is 5V. 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 컨버터가 상기 열전소자의 최대전력점을 추종하도록 상기 열전소자의 출력전압을 조절하는 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 열전발전용 전력변환시스템. The method of claim 1,
The control unit,
And the converter outputs a control signal for adjusting the output voltage of the thermoelectric element to follow the maximum power point of the thermoelectric element.
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