KR101397903B1 - 전원 공급 장치와 그 동작 방법, 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템 - Google Patents

전원 공급 장치와 그 동작 방법, 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101397903B1
KR101397903B1 KR1020120044837A KR20120044837A KR101397903B1 KR 101397903 B1 KR101397903 B1 KR 101397903B1 KR 1020120044837 A KR1020120044837 A KR 1020120044837A KR 20120044837 A KR20120044837 A KR 20120044837A KR 101397903 B1 KR101397903 B1 KR 101397903B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
converter circuits
flyback converter
power supply
circuit
signal
Prior art date
Application number
KR1020120044837A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130130235A (ko
Inventor
이태원
허민호
박성준
김승애
Original Assignee
전남대학교산학협력단
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전남대학교산학협력단, 삼성전기주식회사 filed Critical 전남대학교산학협력단
Priority to KR1020120044837A priority Critical patent/KR101397903B1/ko
Priority to EP12275120.9A priority patent/EP2658110A3/en
Priority to US13/594,635 priority patent/US20130286699A1/en
Priority to CN201210306528.2A priority patent/CN103378736B/zh
Publication of KR20130130235A publication Critical patent/KR20130130235A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101397903B1 publication Critical patent/KR101397903B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083—Converters characterised by their input or output configuration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/20—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications using renewable energy

Abstract

본 발명은 전원 공급 장치와 그 동작 방법, 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 직류 입력 신호를 생성하는 전원부, 상기 전원부와 연결되어 직류 출력 신호를 생성하는 복수의 플라이백 컨버터 회로를 포함하는 주회로부, 및 상기 주회로부의 동작을 제어하는 제어 회로부를 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 직류 입력 신호의 레벨에 따라 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로 사이의 연결 방식을 직렬 또는 병렬로 변환하는 전원 공급 장치를 제안한다. 따라서, 직류 입력 신호의 레벨이 큰 값을 갖는 경우에도, 낮은 내압 범위를 갖는 회로 소자로 회로를 구성할 수 있으며, 회로 소자의 파손 및 열화를 방지할 수 있다.

Description

전원 공급 장치와 그 동작 방법, 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템{APPARATUS FOR CONTROLLING POWER, OPERATING METHOD THEREOF, AND SOLAR GENERATING SYSTEM HAVING THE APPARATUS}
본 발명은 직류-직류 변환 회로를 구성하는 회로 소자의 내압을 높이지 않아도 높은 레벨의 직류 입력 신호를 변환하여 직류 출력 신호를 생성할 수 있는 전원 공급 장치와 그 동작 방법, 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
최근 녹색 성장이 산업계에 중요한 이슈로 부각되면서, 탄소 연료를 사용하지 않는 친환경 에너지 생산에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 태양광 발전은 친환경 에너지 생산의 주요 분야로서 각광을 받고 있으며, 특히 태양광에 의해 에너지를 생산하는 태양광 발전 셀(Cell)의 효율을 높이기 위한 방안, 및 태양광 발전 셀에 의해 생산되는 에너지를 가정용, 산업용 에너지로 변환할 때 필요한 회로에서의 효율을 높이기 위한 방안이 활발히 연구 중이다.
태앙광 발전 셀에 연결되는 회로는, 높은 레벨의 직류 신호를 출력하는 태양광 발전 셀의 동작 특성을 감안하여 높은 내압을 갖는 회로 소자들로 설계되어야 한다. 특히, 직류-직류 변환 회로를 플라이백 컨버터(Flyback Converter)로 구현하는 경우, 스위칭 소자 선택에 있어서 높은 내압을 가져야 하는 동작 조건은 스위치 소자 선정시에 매우 큰 제약 조건으로 작용하며, 또한 전체적인 회로의 가격 상승을 야기하는 원인이 될 수 있다.
특히, 태양광 발전 시스템을 이용하여 SMPS(Switch Mode Power Supply) 회로를 구현하고자 하는 경우에는, 입력될 수 있는 전압 레벨보다 1.5 배 내지 2 배 높은 내압 범위를 갖는 스위치 소자로 회로를 구성해야 한다. 따라서, 높은 레벨을 갖는 직류 전압을 생성하는 태양광 발전 시스템에 적용하기 위해서는, 태양광 발전 시스템에서 출력되는 전압 레벨보다 더 높은 내압을 갖는 스위칭 소자를 사용해야 하며, 이는 가격 경쟁력 및 회로 설계 측면에 있어서 매우 큰 문제점으로 지적되고 있다.
하기의 선행기술문헌 중에서, 특허문헌 1은, 플라이백 컨버터를 포함하는 직류-직류 변환회로를 개시하고 있으나, 플라이백 컨버터의 1차 권선이 서로 직렬 또는 병렬로 선택적 연결될 수 있는 내용은 개시된 바가 없다. 특허문헌 2 역시 복수의 DC-DC 컨버터 회로를 도시하고 있으나, 각 컨버터 회로에 흐르는 전류 사이의 균형을 조절하는 내용만을 개시하고 있을 뿐, 직렬, 병렬 연결을 선택할 수 있는 구성은 개시된 바가 없다.
1. 미국 등록특허공보 US 5,844,787 2. 일본 공개특허공보 JP 2006-042474
본 발명의 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 보완하기 위한 것으로서, 복수의 플라이백 컨버터 회로 각각에 포함되는 1차 권선의 연결 방식을, 직류 입력 신호의 레벨에 따라 직렬 또는 병렬 중에 선택함으로써, 높은 내압을 갖는 스위칭 소자와 기타 회로 소자 없이도 태양광 발전 셀이 출력하는 높은 레벨의 출력 신호를 효율적으로 직류-직류 변환할 수 있는 전원 공급 장치와 그 동작 방법 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템을 제공한다.
본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 직류 입력 신호를 생성하는 전원부, 상기 전원부와 연결되어 직류 출력 신호를 생성하는 복수의 플라이백 컨버터 회로를 포함하는 주회로부, 및 상기 주회로부의 동작을 제어하는 제어 회로부를 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 직류 입력 신호의 레벨에 따라 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로 사이의 연결 방식을 직렬 또는 병렬로 변환하는 전원 공급 장치를 제안한다.
또한, 상기 제어 회로부는, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로 사이의 연결 방식을 직렬 또는 병렬로 변환하는 직병렬회로 변환부를 포함하는 전원 공급 장치를 제안한다.
또한, 상기 제어 회로부는, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로 각각에 포함되는 복수의 회로 소자의 내압 범위를 상기 직류 입력 신호의 레벨과 비교하고, 상기 직류 입력 신호의 레벨이 상기 내압 범위의 최대값보다 크면 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로를 서로 직렬로 연결하는 전원 공급 장치를 제안한다.
또한, 상기 제어 회로부는, 상기 직류 입력 신호의 레벨이 상기 회로 소자의 내압 범위의 최대값보다 작으면 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로를 서로 병렬로 연결하는 전원 공급 장치를 제안한다.
또한, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로는 복수의 1차 권선과, 적어도 하나의 2차 권선을 갖는 변압기를 포함하는 전원 공급 장치를 제안한다.
또한, 상기 복수의 1차 권선 중 적어도 일부는 서로 동일한 권선수를 갖는 전원 공급 장치를 제안한다.
또한, 상기 동일한 권선수를 갖는 상기 적어도 일부의 복수의 1차 권선에 의해 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로는 전류 평형(Current Balance) 제어되는 전원 공급 장치를 제안한다.
또한, 상기 복수의 1차 권선 중 적어도 하나는 상기 제어 회로부의 제어 동작, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로 각각의 직류 출력 신호의 합 신호(sum signal)의 전압 및 전류 각각에 기초하여 전압 제어 및 전류 제어 동작을 실행하기 위한 전원 회로로 동작하는 전원 공급 장치를 제안한다.
한편, 본 발명의 제2 기술적인 측면에 따르면, 직류 입력 신호의 레벨을 검출하는 단계, 상기 직류 입력 신호의 레벨과, 복수의 플라이백 컨버터 회로에 포함된 복수의 회로 소자 각각의 내압 범위를 비교하는 단계, 및 상기 비교 결과에 따라 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로 사이의 연결 방식을 직렬 또는 병렬로 변환하여 직류 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하는 전원 공급 장치의 동작 방법을 제안한다.
또한, 상기 직류 출력 신호 생성 단계는, 상기 직류 입력 신호의 레벨이 상기 회로 소자 각각의 내압 범위의 최대값보다 크면, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로를 서로 직렬로 연결하여 상기 직류 출력 신호를 생성하는 전원 공급 장치의 동작 방법을 제안한다.
또한, 상기 직류 출력 신호 생성 단계는, 상기 직류 입력 신호의 레벨이 상기 회로 소자 각각의 내압 범위의 최대값보다 작으면, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로를 서로 병렬로 연결하여 상기 직류 출력 신호를 생성하는 전원 공급 장치의 동작 방법을 제안한다.
또한, 상기 직류 출력 신호는, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로 각각이 출력하는 복수의 출력 신호의 합 신호(sum signal)에 대응하는 전원 공급 장치의 동작 방법을 제안한다.
또한, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로 각각이 출력하는 복수의 출력 신호는, 서로 동일한 권선수를 갖는 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로의 각각의 복수의 1차 권선에 의해 전류 평형(Current Balance) 제어되는 전원 공급 장치의 동작 방법을 제안한다.
또한, 상기 직류 출력 신호 생성 단계는, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로에 포함되는 복수의 1차 권선 중 적어도 하나에 의해 공급되는 전원 신호에 의해, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로를 서로 직렬 또는 병렬로 연결하여 직류 출력 신호를 생성하는 전원 공급 장치의 동작 방법을 제안한다.
한편, 본 발명의 제3 기술적인 측면에 따르면, 하나 이상의 태양 전지 셀(Cell)을 포함하는 태양 전지 어레이가 생성하는 PV 신호을 입력 신호로 입력받아 출력 신호를 생성하는 전력 변환부, 상기 입력 신호의 전압/전류 및 상기 출력 신호의 전압/전류 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전력 변환부의 동작을 제어하는 제어부, 및 상기 제어부를 동작하기 위한 전원을 생성하는 전력 공급부를 포함하고, 상기 전력 공급부는 상기 PV 신호로부터 직류 출력 신호를 생성하는 복수의 플라이백 컨버터 회로를 포함하는 주회로부와, 상기 주회로부의 동작을 제어하는 제어 회로부를 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 PV 신호의 레벨에 따라 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로 사이의 연결 방식을 서로 직렬 또는 병렬로 변환하는 태양광 발전 시스템을 제안한다.
또한, 상기 전력 공급부는, 상기 PV 신호의 레벨이 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로에 포함되는 스위칭 소자의 내압 범위의 최대값보다 높으면, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로를 서로 직렬로 연결하는 태양광 발전 시스템을 제안한다.
또한, 상기 전력 공급부는, 상기 PV 신호의 레벨이 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로에 포함되는 스위칭 소자의 내압 범위의 최대값보다 작으면, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로를 서로 병렬로 연결하는 태양광 발전 시스템을 제안한다.
또한, 상기 복수의 플라이백 컨버터는 복수의 1차 권선과 적어도 하나의 2차 권선을 갖는 변압기를 포함하며, 상기 복수의 1차 권선 중 적어도 일부는 서로 동일한 권선수를 갖는 태양광 발전 시스템을 제안한다.
또한, 상기 동일한 권선수를 갖는 상기 적어도 일부의 복수의 1차 권선에 의해 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로는 전류 평형(Current Balance) 제어되는 태양광 발전 시스템을 제안한다.
본 발명에 따르면, 직류 입력 신호의 레벨에 따라 복수의 플라이백 컨버터 회로 각각에 포함되는 1차 권선을 서로 직렬 또는 병렬로 연결하여 직류 출력 신호를 생성한다. 따라서, 각 플라이백 컨버터 회로에 포함되는 스위칭 소자를 비롯한 복수의 회로 소자 각각의 내압을 지나치게 높게 설계하지 않아도 높은 레벨의 직류 입력 신호로부터 직류 출력 신호를 생성할 수 있으며, 그로부터 전체적인 설계 조건을 완화하고 가격 경쟁력을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치를 나타낸 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 간략하게 나타낸 블록도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전원 공급 장치(100)는 전원부(110), 복수의 플라이백 컨버터(123, 125)를 포함하는 주회로부(120), 제어 회로부(130), 부하(140), 및 출력전압 검출부(150)를 포함할 수 있다. 전원부(110)는 수백 볼트의 레벨을 갖는 입력 전압을 생성하여 주회로부(120)에 공급한다. 예를 들어, 전원부(110)가 생성하는 입력 전압은 수백~수천V 이상에 이르는 매우 높은 레벨을 가질 수 있다.
주회로부(120)는 직류-직류 변환을 위한 컨버터 회로를 포함할 수 있으며, 일례로 주회로부(120)에 포함되는 컨버터 회로는 플라이백 컨버터(123, 125)일 수 있다. 주회로부(120)는 전원부(110)가 생성하는 높은 레벨의 입력 전압을 낮은 레벨의 출력 전압으로 직류-직류 변환할 수 있다. 주회로부(120)가 생성하는 출력 전압은 부하(140)에 인가되며, 부하(140)와 연결되는 출력전압 검출부(150)는 출력 전압의 레벨을 검출한다. 주회로부(120)와 연결되는 제어 회로부(130)는 주회로부(120)의 동작을 제어한다. 주회로부(120)에 포함되는 복수의 플라이백 컨버터(123, 125)는 서로 직렬로 연결될 수 있다. 복수의 플라이백 컨버터(123, 125)를 서로 직렬로 연결함으로써, 각 플라이백 컨버터(123, 125)에 포함된 회로 소자의 내압이, 전원부(110)가 생성하는 입력 전압의 레벨보다 작은 경우에도 회로 소자의 파손 및 열화를 방지할 수 있다. 또한, 낮은 내압을 갖는 회로 소자를 적용함으로써 전체적인 가격 경쟁력 및 회로 설계의 자유도를 높일 수 있다. 또는, 다른 실시예로 제어 회로부(130)가 주회로부(120)에 포함된 복수의 플라이백 컨버터(123, 125)의 연결 방식을 직렬 또는 병렬 중에 선택할 수 있다.
복수의 플라이백 컨버터(123, 125)는 변압기를 포함하며, 변압기의 1차 권선에 연결된 스위칭 소자의 온/오프 동작에 통해 1차 권선에 에너지를 충전하고, 충전한 에너지를 2차 권선으로 전달하여 직류-직류 변환 회로로 동작한다. 복수의 플라이백 컨버터(123, 125) 각각은 직류-직류 변환 동작을 제어하는 스위칭 소자를 비롯하여 다양한 회로 소자를 포함하며, 각 회로 소자는 파손 또는 성능 열화 없이 견딜 수 있는 내압 범위를 고유의 특성으로 갖는다. 따라서, 높은 입력 전압을 인가하여 원하는 출력 전압으로 변환하기 위해서는, 입력 전압보다 높은 내압 최대값을 갖는 회로 소자로 플라이백 컨버터(123, 125)를 구성해야 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 전원부(110)가 출력하는 입력 전압은 수백~수천 V 이상의 높은 레벨을 가질 수 있다. 결국, 회로 설계의 마진(margin)을 고려하면, 수백~수천 V의 입력 전압보다 더 높은 내압 범위를 갖는 회로 소자로 플라이백 컨버터(123, 125)를 구성해야 하나, 이는 비용 측면에 큰 부담이 될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 입력 전압의 레벨에 따라 복수의 플라이백 컨버터(123, 125)를 서로 직렬 또는 병렬로 연결함으로써, 입력 전압의 최대 레벨보다 작은 내압 범위를 갖는 회로 소자로 복수의 플라이백 컨버터(123, 125) 각각을 구성하는 방법을 제안한다. 복수의 플라이백 컨버터(123, 125)를 서로 직렬 또는 병렬로 연결하는 제어 신호는 제어 회로부(130)에 의해 생성될 수 있다.
이를 위해, 제어 회로부(130)는 복수의 플라이백 컨버터(123, 125)를 직렬 또는 병렬로 연결하기 위한 직병렬연결 선택부, 직병렬연결 신호 생성부 등을 포함할 수 있다. 제어 회로부(130)는 복수의 플라이백 컨버터(123, 125)의 연결 방식을 직렬, 병렬 중에서 선택하기 위해, 입력 전압의 레벨 및 출력 전압의 레벨 등을 입력받을 수 있다. 주회로부(120)가 출력하는 신호는 부하(140)에 인가되며, 제어 회로부(130)에 출력 전압을 제공하기 위해 별도의 출력 전압 검출부(150)가 포함될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치를 나타낸 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 전원 공급 장치(200)는 전원부(210), 직병렬회로 변환부(220), 플라이백 컨버터 회로(230, 240), 변압기(250), 출력전압 검출부(260), 및 제어 회로부(270) 등을 포함할 수 있다. 전원부(210)는 직류 특성을 갖는 입력 전원을 출력하며, 전원부(210)가 출력하는 입력 전원은 서로 직렬로 연결된 커패시터에 의해 Vc_UP와 Vc_DW의 전압으로 분배된다.
커패시터에 의해 분배된 전압 Vc_UP와 Vc_DW은 각각 플라이백 컨버터(230, 240)에 입력 전압으로 인가된다. 도 2에서는, 전압 Vc_DW이 제1 플라이백 컨버터(230)로 인가되며, 전압 Vc_UP이 제2 플라이백 컨버터(240)로 인가되는 것으로 예시된다. 제1, 제2 플라이백 컨버터(230, 240)는 각각 변압기(250)의 1차 측 권선(NP1, NP2)에 연결되며, 그 동작을 제어하기 위한 스위칭 소자(Switch 1, 2)로 트랜지스터를 포함할 수 있다. 제1, 제2 플라이백 컨버터(230, 240) 각각의 동작 원리는 일반적인 플라이백 컨버터 회로의 동작 원리와 크게 다르지 않으므로, 본 실시예에서는 자세히 설명하지 않는다.
각 플라이백 컨버터(230, 240)의 스위칭 소자(Switch 1, 2)의 온/오프 동작은 제어 회로부(270)가 출력하는 스위칭 신호(SW, Qup)에 의해 결정된다. 제어 회로부(270)는 동작 전압 Vcc에 의해 구동되는 집적 회로(IC) 소자로 구현될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 스위칭 신호(SW)를 생성하여 제1 플라이백 컨버터(230)의 스위칭 소자(Switch 1)로 출력한다. 또한, 제1 스위칭 신호(SW)를 이용하여 제2 플라이백 컨버터(240)의 스위칭 소자(Switch 2)의 온/오프를 제어하기 위한 제2 스위칭 신호(Qup)가 생성될 수 있다.
제어 회로부(270)는 플라이백 컨버터(230, 240)와 변압기(250)에 의해 생성되는 출력 전압(Vo)과, 플라이백 컨버터(230, 240)의 스위칭 소자(SW, Qup)에 흐르는 전류(I-DW, I-UP)를 검출하여 피드백받는다. 도 2에는 제어 회로부(270)의 V_Sense 단자를 통해 출력전압 검출부(260)가 검출한 출력 전압(Vo)이 피드백되고, I_Sense 단자를 통해 전류(I-DW, I-UP)가 피드백되는 것으로 도시되어 있다.
한편, 본 발명에서는, 복수의 플라이백 컨버터(230, 240)가 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 이를 위해, 전원부(220)와 플라이백 컨버터(230, 240) 사이에 직병렬회로 변환부(220)가 구비된다. 도 2를 참조하면, 직병렬회로 변환부(220)는 복수의 스위칭 소자를 포함하며, 각 스위칭 소자의 온/오프는 제어 신호(Control_Signal)에 의해 결정된다. 직병렬회로 변환부(220)에 포함된 스위칭 소자의 온/오프를 결정하는 제어 신호(Control_Signal)는 직병렬회로 선택부(225)에 의해 생성될 수 있다.
직병렬회로 선택부(225)는 비교기 회로를 포함할 수 있다. 비교기 회로는 전원부(210)가 출력하는 직류 입력 신호(Vin)와, 플라이백 컨버터(230, 240)의 회로 소자가 견딜 수 있는 내압의 최대값(Vmax)을 서로 비교하고, 그 비교 결과에 따라서 직병렬회로 변환부(220)에 포함된 스위칭 소자의 온/오프를 결정하는 제어 신호(Control_Signal)를 생성할 수 있다. 직병렬회로 선택부(225)는 제어 회로부(270)에 포함되거나, 또는 제어 회로부(270)에 의해 그 동작이 제어될 수 있다.
직병렬회로 선택부(225)가 직류 입력 신호(Vin)와, 회로 소자의 내압 최대값(Vmax)을 비교한 결과, 직류 입력 신호(Vin)가 더 큰 것으로 판단되면, 직병렬회로 선택부(225)는 플라이백 컨버터(230, 240)가 서로 직렬로 연결되도록 조절하는 제어 신호(Control_Signal)를 출력한다. 직병렬회로 선택부(225)가 출력하는 제어 신호(Control_Signal)에 의해, 직병렬회로 변환부(220)는 플라이백 컨버터(230, 240)를 서로 직렬로 연결한다.
도 2는 플라이백 컨버터(230, 240)가 서로 직렬로 연결된 경우를 도시한 것이다. 직류 입력 신호(Vin)와 플라이백 컨버터의 입력단 사이에 연결된 직병렬회로 변환부(220)에 포함되는 스위치를 좌측에서부터 순대로 1~3으로 순번을 정하면, 플라이백 컨버터(230, 240)를 서로 직렬로 연결하기 위해 스위치 1, 2는 오프(off)되고, 스위치 3은 온(on)된다. 따라서, 직류 입력 신호(Vin)의 전압 Vin은 Vin/2씩 분배되어 각 플라이백 컨버터(230, 240)의 입력단에 인가된다. 플라이백 컨버터(230, 240)가 서로 직렬로 연결되므로, 각 플라이백 컨버터(230, 240)에 흐르는 전류는 같다.
예를 들어, 직류 입력 신호(Vin)의 전압이 직류 900V의 레벨을 가지고, 각 플라이백 컨버터(230, 240)의 회로 소자가 견딜 수 있는 내압의 최대값(Vmax)이 500V인 경우를 가정하면, 직류 입력 신호(Vin)가 회로 소자의 내압 최대값(Vmax) 보다 크다. 따라서, 직류 입력 신호(Vin)가 각각의 플라이백 컨버터(230, 240)에 그대로 인가되면, 회로 소자의 내압 범위를 초과하는 직류 입력 신호(Vin)가 인가되어 플라이백 컨버터(230, 240)가 파손될 수 있다.
그러나 본 발명에서 제안하는 바와 같이 각 플라이백 컨버터(230, 240)를 서로 직렬로 연결하면, 900V의 레벨을 갖는 직류 입력 신호(Vin)의 전압 레벨이 그 1/2 값인 450V로 분압되어 플라이백 컨버터(230, 240)의 입력단에 각각 인가된다. 즉, 제1 플라이백 컨버터(230)와 제2 플라이백 컨버터(240)가 각각 450V의 직류 입력 전압을 나눠서 인가받게 되므로, 견딜 수 있는 내압의 최대값이 500V인 회로 소자가 파손되지 않으며, 정상적으로 동작할 수 있다. 또한, 직류 입력 신호(Vin)의 최대값보다 작은 내압을 갖는 회로 소자로 전원 공급 장치(200)를 구현할 수 있으므로, 전체적인 가격 상승을 방지하고, 전체적인 설계 조건을 완화할 수 있다.
반대로, 직병렬회로 선택부(225)가 직류 입력 신호(Vin)와, 회로 소자의 내압 최대값(Vmax)을 비교한 결과, 직류 입력 신호(Vin)가 회로 소자의 내압 최대값(Vmax)보다 작은 것으로 판단되면, 직병렬회로 선택부(225)는 플라이백 컨버터(230, 240)가 서로 병렬로 연결되도록 조절하는 제어 신호(Control_Signal)를 출력한다. 도 2의 직병렬회로 선택부(220)에서, 스위치 1과 스위치 2가 온(on)되고, 스위치 3이 오프(off)되는 경우, 플라이백 컨버터(230, 240)는 서로 병렬로 연결된다. 따라서, 직류 입력 신호(Vin)의 전압은 각 플라이백 컨버터(230, 240)의 입력단에 그대로 인가되며, 직류 입력 신호(Vin)가 출력하는 전류는 1/2로 분배되어 각 플라이백 컨버터(230, 240)로 입력된다.
예를 들어, 직류 입력 신호(Vin)가 450V이고, 각 플라이백 컨버터(230, 240)의 회로 소자의 내압 최대값(Vmax)이 500V인 경우를 가정하면, 직류 입력 신호(Vin)가 그대로 플라이백 컨버터(230, 240)에 인가되어도 회로 소자가 파손될 우려가 없다. 따라서, 서로 병렬로 연결된 플라이백 컨버터(230, 240) 각각에 450V의 레벨을 갖는 직류 입력 신호(Vin)가 인가되도록 직병렬회로 변환부(220)의 스위치 온/오프가 선택될 수 있다.
플라이백 컨버터(230, 240)를 직렬 또는 병렬로 연결하기 위한 직병렬회로 변환부(220)의 스위치 동작을 다시 한 번 설명한다. 이하, 설명의 편의를 위해 도 2에서 직병렬회로 변환부(220)에 포함된 스위치를 좌측부터 순서대로 제1~3 스위치로 정의한다.
도 2에 도시된 바와 같이 제1, 제2 스위치가 오프(off)되고, 제3 스위치가 온(on)되어 닫히는 경우에는, 직류 입력 신호(Vin)가 직렬로 연결된 커패시터에 각각 분배되어 Vc_UP와 Vc_DW 만큼 인가된다. 따라서, 제3 스위치만 닫힌(close) 상태인 도 2의 경우는 제1, 제2 플라이백 컨버터(230, 240)가 서로 직렬로 연결된 경우에 해당한다. 제1, 제2 플라이백 컨버터(230, 240)는, 각각 커패시터로부터 Vc_UP와 Vc_DW에 해당하는 전압을 입력받으며, 이를 변환하여 출력 신호(Vo)를 생성한다. 이때, 각 플라이백 컨버터(230, 240)에 포함되는 변압기(250)의 1차 권선(NP1, NP2)에서 발생하는 누설 인덕턴스에 의해 전압의 자동 평형(auto-balancing)을 달성할 수 있다. 이에 대해서는, 도 4a를 참조하여 후술하기로 한다.
한편, 본 실시예에서는 각 플라이백 컨버터(230, 240)에 포함되는 스위칭 소자(Switch 1, 2)의 온/오프 타이밍을 서로 다르게 제어하여 전원 공급 장치(200)의 효율을 높일 수 있다. 알려진 바대로, 플라이백 컨버터(230, 240)는 스위칭 소자(Switch 1, 2)가 턴-온되는 동안 변압기(250)의 1차 권선(NP1, NP2)에 에너지를 충전하고, 스위칭 소자(Switch 1, 2)가 턴-오프되는 동안 1차 권선(NP1, NP2)에 충전된 에너지를 2차 권선(NS)으로 전달하는 방식으로 동작한다. 따라서, 제1 플라이백 컨버터(230)의 스위칭 소자(Switch 1)가 턴-온될 때 제2 플라이백 컨버터(240)의 스위칭 소자(Switch 2)를 턴-오프시키는 방식으로 전원 공급 장치(200)의 동작을 제어함으로써 효율을 높일 수 있다. 또한, 이와 같이 스위칭 소자(Switch 1, 2)을 교번 스위칭 방식으로 동작시킴으로써 전류와 전압의 자동 평형(auto-balancing) 조건을 만족시킬 수 있다.
한편, 변압기(250)는 플라이백 컨버터(230, 240)에 연결되는 제1, 제2 1차 권선(NP1, NP2)외에 추가로 구비되는 제3 1차 권선(NP3)을 포함할 수 있다. 변압기(250)에 포함되는 제3 1차 권선(NP3)은 집적 회로 소자로 구현되는 제어 회로부(270)의 동작과, 각 플라이백 컨버터(230, 240)의 출력 전류(I_UP, I_DW) 센싱과, 출력전압 검출부(260)의 출력 전압 센싱 등에 필요한 전원 신호를 공급하는 데에 이용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 전원 공급 장치(200)의 동작 방법은, 직류 입력 신호(Vin)의 레벨을 검출하는 것으로 시작된다(S300). 전원부(210)가 생성, 공급하는 직류 입력 신호(Vin)는 플라이백 컨버터(230, 240)로 입력되기에 앞서, 그 레벨이 검출되어 직병렬회로 선택부(225)에 전달되며, 직병렬회로 선택부(225)는 플라이백 컨버터(230, 240)에 포함되는 회로 소자의 내압 범위와 S300 단계에서 검출한 직류 입력 신호(Vin)의 레벨을 비교한다(S310). 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 직병렬회로 선택부(225)는 플라이백 컨버터(230, 240)에 포함된 회로 소자의 내압 최대값(Vmax)과 직류 입력 신호(Vin)의 레벨을 비교할 수 있다.
직병렬회로 선택부(225)는 회로 소자 내압의 최대값(Vmax)이 직류 입력 신호(Vin)의 레벨보다 큰지 여부를 판단한다(S320). S320 단계의 판단 결과, 회로 소자 내압의 최대값(Vmax)이 직류 입력 신호(Vin)의 레벨보다 큰 것으로 판단되면, 플라이백 컨버터(230, 240)를 서로 병렬로 연결한다(S330). 반면, 회로 소자 내압의 최대값(Vmax)이 직류 입력 신호(Vin)의 레벨보다 작은 것으로 판단되면, 회로 소자의 파손 및 열화를 방지하기 위해 플라이백 컨버터(230, 240)를 서로 직렬로 연결한다(S340).
예를 들어, 회로 소자의 내압 최대값(Vmax)이 125V이고, 직류 입력 신호(Vin)의 레벨이 220V인 경우를 가정하면, S320 단계의 판단 결과 회로 소자 내압의 최대값(Vmax)이 직류 입력 신호(Vmax)의 레벨보다 작기 때문에 플라이백 컨버터(230, 240)를 서로 직렬로 연결한다. 플라이백 컨버터(230, 240)를 서로 직렬로 연결함으로써, 직류 입력 신호(Vin)가 110V씩 나눠져서 각각의 플라이백 컨버터(230, 240)에 인가되며, 회로 소자의 파손 및 열화를 방지할 수 있다.
상기의 경우와 반대로, 직류 입력 신호(Vin)의 레벨이 회로 소자의 내압 최대값(Vmax)보다 작은 경우에는, 플라이백 컨버터(230, 240)를 서로 병렬로 연결한다. 직류 입력 신호(Vin)가 그대로 플라이백 컨버터(230, 240)에 인가되어도 회로 소자의 열화 또는 파손을 걱정할 필요가 없기 때문이며, 앞서 설명한 바와 같이 각 플라이백 컨버터(230, 240)의 스위칭 소자(Switch 1, 2)의 온/오프 타이밍을 제어 - 바람직하게는 교번 스위칭 - 함으로써 전체적인 동작 효율을 높이고, 전류와 전압의 자동 평형(auto-balancing)을 제어하는 추가적인 효과도 달성할 수 있다.
플라이백 컨버터(230, 240)를 직렬 또는 병렬로 연결하면, 직류 입력 신호(Vin)로부터 출력 신호(Vo)를 생성한다(S350). 출력 신호(Vo)는 플라이백 컨버터(230, 240)와 변압기(250)를 통해 생성될 수 있으며, 생성된 출력 신호(Vo)는 출력 전압 검출부(260)에 의해 센싱되어 제어 회로부(270)로 피드백될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
먼저 도 4a를 참조하면, 직렬로 연결된 커패시터가 직류 입력 신호(Vin)를 분배하여 형성하는 입력 전압(410a, 415a)의 파형이 첫 번째 그래프에 도시되어 있다. 첫 번째 그래프에서 직류 입력 신호(Vin)가 인가되면, 제1 입력 전압(410a)과 제2 입력 전압(415a)은 초기에 그 레벨에서 불균형이 발생할 수 있다.
즉, 도 4a에 도시한 바와 같이, 직류 입력 신호(Vin)가 플라이백 컨버터(230, 240)의 입력단에 연결된 커패시터 각각에 Vc_UP와 Vc_DW으로 분배되어 플라이백 컨버터(230, 240)에 입력된다. 플라이백 컨버터(230, 240)의 스위칭 소자(Switch 1, 2)가 턴-온 되면 변압기(250)의 1차 측 권선 NP1, NP2의 인덕턴스에 의해 에너지가 충전된다. 1차 측 권선 NP1, NP2에 충전된 에너지는 스위칭 소자(Switch 1, 2)가 턴-오프되는 동안 변압기(250)의 1차 측 권선 NS으로 전달된다.
이때, 도 4a에 도시된 바와 같이, 직류 입력 신호(Vin)가 인가되기 시작한 이후, 어떤 요인에 의해 제1 입력 전압(410a)이 감소하고 제2 입력 전압(415a)이 증가하면, 제2 입력 전류(425a)는 크게 증가하고 제1 입력 전류(420a)는 감소한다. 그러나, 변압기(250)의 1차 측 권선 NP1, NP2에 존재하는 누설 인덕턴스로 인해, 무한정 큰 전류가 변압기(250)에 인가될 수 없으므로, 1차 측 권선 NP1, NP2에 인가되는 전압은 자동 평형(auto-balancing) 제어된다. 따라서, 도 4a에 도시한 바와 같이, 특정값 이상으로 제1 입력 전압(410a)과 제2 입력 전압(415a) 사이의 전압 차이가 증가하면, 변압기(250)의 1차 측 권선 NP1, NP2에 존재하는 누설 인덕턴스로 인해 제1, 제2 입력 전압(410a, 415a)이 자동 평형 제어되어, 서로 같은 레벨을 갖도록 조절된다.
도 4a는 직류 입력 신호(Vin)가 900V의 레벨을 갖고, 플라이백 컨버터(230, 240)의 회로 소자 내압 최대값이 900V보다 작은 경우를 가정한 것이다. 따라서, 플라이백 컨버터(230, 240)는 서로 직렬로 연결되며, 그에 따른 전류(420a, 425a) 및 출력 전압(430a, 435a)의 변화가 두 번째, 세 번째 그래프에 도시되어 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 직류 입력 신호(Vin)가 인가되기 시작한 이후, 특정요인에 의해 제1 입력 전압(410a)과 제2 입력 전압(415a) 사이의 전압 불균형이 발생할 수 있다. 그러나, 변압기(250)의 1차 측 권선 NP1, NP2에 존재하는 누설 인덕턴스로 인해 NP1과 NP2에 인가되는 전압이 자동 평형 제어되고, 따라서 NP1과 NP2에 흐르는 전류 역시 자동 평형 제어된다. 도 4a의 마지막 그래프를 참조하면, 직류 입력 신호(Vin)는 각 플라이백 컨버터(230, 240)에서 12.5V와 5.0V의 직류 출력 신호로 변환되며, 입력 전압과 전류가 자동 평형 제어되는 시점 이후에 출력된다. 출력단에서는 직류 출력 신호를 적절하게 조합하여 원하는 출력 전압(Vo)을 얻을 수 있다.
도 4b는 도 4a와 달리 직류 입력 신호(Vin)가 450V의 레벨을 갖고, 플라이백 컨버터(230, 240)의 회로 소자 내압 최대값이 450V보다 큰 경우를 가정한 것이다. 따라서, 플라이백 컨버터(230, 240)는 서로 병렬로 연결되며, 따라서 입력 전압(410b) 및 플라이백 컨버터(230, 240)의 전류(420b)는 하나의 파형으로 표현된다. 직류 출력 신호는 도 4a의 경우와 마찬가지로 각 플라이백 컨버터(230, 240)에서 12.5V와 5.0V의 레벨을 갖는다.
도 4b는 플라이백 컨버터(230, 240)가 서로 병렬로 연결되어 직류 입력 신호(Vin)를 그대로 인가받으므로, 플라이백 컨버터(230, 240)의 입력 전압은 서로 동일하며, 누설 인덕턴스 성분에 의해 전류의 불평형이 발생하지 않는다. 도 4b의 첫 번째, 두 번째 그래프에 도시된 바와 같이, 직류 입력 신호(Vin)가 450V의 레벨을 갖는 경우, 각 플라이백 컨버터(230, 240)의 입력단에 인가되는 전압은 그대로 450V의 레벨을 가지며, 이상적인 조건을 가정하면 각 플라이백 컨버터(230, 240)에 흐르는 전류 역시 1/2 씩 분배되므로 서로 같은 값을 갖는다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 간략하게 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양광 발전 시스템(500)은 태양광을 전기 신호로 변환하여 PV 신호를 출력하는 태양광 어레이(510), PV 신호를 변환하여 계통(530)으로 출력하는 변환 회로부(520) 등을 포함한다. 변환 회로부(520)는 PV 신호를 이용하여 계통(530)으로 출력되는 출력 전압/전류 신호 등을 생성하는 전력 변환부(523), 전력 변환부(523)의 동작을 제어하는 제어부(525), 제어부(525)의 동작 및 신호 처리 등에 필요한 전력을 생성하는 전력 공급부(527)를 포함할 수 있다. 계통(530)을 통해 출력되는 출력 전압/전류는 일반적으로 가정, 공장 등에 공급되는 가정용/산업용 상용 전원일 수 있다.
태양광 어레이(510)가 생성하는 PV 신호는 전력 변환부(523)를 통해 계통(530)에 전달되는 출력 전압/전류로 변환된다. 따라서, 전력 변환부(523)는 적어도 하나의 DC/AC 컨버터 회로를 포함하며, 그 동작은 제어부(525)에 의해 제어될 수 있다. 일실시예로, 제어부(525)는 펄스-폭-변조 신호(PWM)를 출력하여 전력 변환부(523)의 동작을 제어할 수 있다. 전력 변환부(523)의 동작을 효율적으로 제어하기 위해, 제어부(525)는 전력 변환부(523)에 입력 및 출력으로 각각 제공되는 PV 신호 및 계통 전압을 센싱할 수 있다.
이때, PV 신호 및 계통 전압을 센싱하는 데에는 소정의 신호 처리 과정이 필요하며, 따라서, 변환 회로부(520)는 별도의 신호 처리부를 포함할 수 있다. 전력 공급부(527)는 제어부(525)의 동작 및, 상기 신호 처리부의 동작에 필요한 전원(Power)를 생성하여 공급한다. 전력 공급부(527)는 태양광 어레이(510)가 생성하는 PV 신호를 입력으로 받아서, 제어부(525) 및 신호 처리부의 전원(Power)에 적합한 레벨(ex> ±5~15V)의 출력 신호를 생성할 수 있다.
전력 공급부(527)는 PV 신호로부터 직류 출력 신호를 생성하는 복수의 플라이백 컨버터 및 복수의 플라이백 컨버터의 동작을 제어하는 제어 회로부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 공급부(527)의 내부 구성 및 동작은, 도 1 내지 도 4를 통해 설명한 전원 공급 장치와 동일할 수 있다. 즉, PV 신호의 레벨 및 복수의 플라이백 컨버터 각각에 포함되는 회로 소자의 내압 최대값에 따라서, 전력 공급부(527)는 복수의 플라이백 컨버터의 연결 방식을 직렬 또는 병렬 중에서 선택할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100, 200 : 전원 공급 장치
110, 210 : 전원부
123, 230 : 제1 플라이백 컨버터
125, 240 : 제2 플라이백 컨버터
130, 270 : 제어 회로부
150, 260 : 출력전압 검출부

Claims (21)

  1. 직류 입력 신호를 생성하는 전원부;
    상기 전원부와 연결되어 직류 출력 신호를 생성하는 복수의 플라이백 컨버터 회로를 포함하는 주회로부; 및
    상기 주회로부의 동작을 제어하는 제어 회로부; 를 포함하고,
    상기 제어 회로부는 상기 직류 입력 신호의 레벨에 따라 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로 사이의 연결 방식을 직렬 또는 병렬로 변환하는 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로부는,
    상기 복수의 플라이백 컨버터 회로 사이의 연결 방식을 직렬 또는 병렬로 변환하는 직병렬회로 변환부를 포함하는 전원 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로부는,
    상기 복수의 플라이백 컨버터 회로 각각에 포함되는 복수의 회로 소자의 내압 범위를 상기 직류 입력 신호의 레벨과 비교하고, 상기 직류 입력 신호의 레벨이 상기 내압 범위의 최대값보다 크면 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로를 서로 직렬로 연결하는 전원 공급 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어 회로부는,
    상기 직류 입력 신호의 레벨이 상기 회로 소자의 내압 범위의 최대값보다 작으면 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로를 서로 병렬로 연결하는 전원 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 플라이백 컨버터 회로는 복수의 1차 권선과, 적어도 하나의 2차 권선을 갖는 변압기; 를 포함하는 전원 공급 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 1차 권선 중 적어도 일부는 서로 동일한 권선수를 갖는 전원 공급 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 동일한 권선수를 갖는 상기 적어도 일부의 복수의 1차 권선에 의해 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로는 전류 평형(Current Balance) 제어되는 전원 공급 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 1차 권선 중 적어도 하나는 상기 제어 회로부의 제어 동작, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로 각각의 직류 출력 신호의 합 신호(sum signal)의 전압 및 전류 각각에 기초하여 전압 제어 및 전류 제어 동작을 실행하기 위한 전원 회로로 동작하는 전원 공급 장치.
  9. 직류 입력 신호의 레벨을 검출하는 단계;
    상기 직류 입력 신호의 레벨과, 복수의 플라이백 컨버터 회로에 포함된 복수의 회로 소자 각각의 내압 범위를 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 따라 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로 사이의 연결 방식을 직렬 또는 병렬로 변환하여 직류 출력 신호를 생성하는 단계; 를 포함하는 전원 공급 장치의 동작 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 직류 출력 신호 생성 단계는,
    상기 직류 입력 신호의 레벨이 상기 회로 소자 각각의 내압 범위의 최대값보다 크면, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로를 서로 직렬로 연결하여 상기 직류 출력 신호를 생성하는 전원 공급 장치의 동작 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 직류 출력 신호 생성 단계는,
    상기 직류 입력 신호의 레벨이 상기 회로 소자 각각의 내압 범위의 최대값보다 작으면, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로를 서로 병렬로 연결하여 상기 직류 출력 신호를 생성하는 전원 공급 장치의 동작 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 직류 출력 신호는,
    상기 복수의 플라이백 컨버터 회로 각각이 출력하는 복수의 출력 신호의 합 신호(sum signal)에 대응하는 전원 공급 장치의 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 플라이백 컨버터 회로 각각이 출력하는 복수의 출력 신호는, 서로 동일한 권선수를 갖는 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로의 각각의 복수의 1차 권선에 의해 전류 평형(Current Balance) 제어되는 전원 공급 장치의 동작 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 직류 출력 신호 생성 단계는,
    상기 복수의 플라이백 컨버터 회로에 포함되는 복수의 1차 권선 중 적어도 하나에 의해 공급되는 전원 신호에 의해, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로를 서로 직렬 또는 병렬로 연결하여 직류 출력 신호를 생성하는 전원 공급 장치의 동작 방법.
  15. 하나 이상의 태양 전지 셀(Cell)을 포함하는 태양 전지 어레이가 생성하는 PV 신호을 입력 신호로 입력받아 출력 신호를 생성하는 전력 변환부;
    상기 입력 신호의 전압/전류 및 상기 출력 신호의 전압/전류 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전력 변환부의 동작을 제어하는 제어부; 및
    상기 제어부를 동작하기 위한 전원을 생성하는 전력 공급부; 를 포함하고,
    상기 전력 공급부는 상기 PV 신호로부터 직류 출력 신호를 생성하는 복수의 플라이백 컨버터 회로를 포함하는 주회로부와, 상기 주회로부의 동작을 제어하는 제어 회로부를 포함하고,
    상기 제어 회로부는 상기 PV 신호의 레벨에 따라 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로 사이의 연결 방식을 직렬 또는 병렬로 변환하는 태양광 발전 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 전력 공급부는,
    상기 PV 신호의 레벨이 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로에 포함되는 스위칭 소자의 내압 범위의 최대값보다 높으면, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로를 서로 직렬로 연결하는 태양광 발전 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 상기 전력 공급부는,
    상기 PV 신호의 레벨이 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로에 포함되는 스위칭 소자의 내압 범위의 최대값보다 작으면, 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로를 서로 병렬로 연결하는 태양광 발전 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 플라이백 컨버터는 복수의 1차 권선과 적어도 하나의 2차 권선을 갖는 변압기를 포함하며, 상기 복수의 1차 권선 중 적어도 일부는 서로 동일한 권선수를 갖는 태양광 발전 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 동일한 권선수를 갖는 상기 적어도 일부의 복수의 1차 권선에 의해 상기 복수의 플라이백 컨버터 회로는 전류 평형(Current Balance) 제어되는 태양광 발전 시스템.
  20. 삭제
  21. 삭제
KR1020120044837A 2012-04-27 2012-04-27 전원 공급 장치와 그 동작 방법, 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템 KR101397903B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120044837A KR101397903B1 (ko) 2012-04-27 2012-04-27 전원 공급 장치와 그 동작 방법, 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템
EP12275120.9A EP2658110A3 (en) 2012-04-27 2012-08-21 Power supplying apparatus, method of operating the same, and solar power generation system including the same
US13/594,635 US20130286699A1 (en) 2012-04-27 2012-08-24 Power supplying apparatus, method of operating the same, and solar power generation system including the same
CN201210306528.2A CN103378736B (zh) 2012-04-27 2012-08-24 供电设备及其操作方法和包括供电设备的太阳能发电系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120044837A KR101397903B1 (ko) 2012-04-27 2012-04-27 전원 공급 장치와 그 동작 방법, 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130130235A KR20130130235A (ko) 2013-12-02
KR101397903B1 true KR101397903B1 (ko) 2014-05-20

Family

ID=47178530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120044837A KR101397903B1 (ko) 2012-04-27 2012-04-27 전원 공급 장치와 그 동작 방법, 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20130286699A1 (ko)
EP (1) EP2658110A3 (ko)
KR (1) KR101397903B1 (ko)
CN (1) CN103378736B (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101430208B1 (ko) * 2014-04-02 2014-08-14 주식회사 아시아지디 복합 전원을 이용한 조명 채널 간판 시스템
US20160072395A1 (en) * 2014-09-08 2016-03-10 Infineon Technologies Austria Ag Multi-cell power conversion method and multi-cell power converter
US9929662B2 (en) 2014-09-08 2018-03-27 Infineon Technologies Austria Ag Alternating average power in a multi-cell power converter
KR20160044353A (ko) * 2014-10-15 2016-04-25 엘에스산전 주식회사 계통 연계형 태양광 발전 시스템
US10381936B2 (en) * 2014-12-23 2019-08-13 Silanna Asia Pte Ltd Flyback converter
CN109874315A (zh) * 2017-12-21 2019-06-11 北京比特大陆科技有限公司 串联供电电路、系统和方法
CN108446004A (zh) * 2018-03-21 2018-08-24 北京比特大陆科技有限公司 电路装置、电子设备挖矿机和服务器
CN113410996A (zh) * 2021-07-22 2021-09-17 阳光电源股份有限公司 一种开关电源及其控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5508903A (en) 1995-04-21 1996-04-16 Alexndrov; Felix Interleaved DC to DC flyback converters with reduced current and voltage stresses
US5796595A (en) 1994-02-25 1998-08-18 Astec International Limited Interleaved continuous flyback power converter system

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4814965A (en) * 1987-09-30 1989-03-21 Spectra Physics High power flyback, variable output voltage, variable input voltage, decoupled power supply
US4814963A (en) * 1987-09-30 1989-03-21 Spectra Physics Modular power supply with variable input voltage and output voltage flyback power modules
US5428523A (en) * 1993-03-30 1995-06-27 Ro Associates Current sharing signal coupling/decoupling circuit for power converter systems
US5563780A (en) * 1993-12-08 1996-10-08 International Power Systems, Inc. Power conversion array applying small sequentially switched converters in parallel
US5844787A (en) 1997-09-29 1998-12-01 Lucent Technologies, Inc. Isolated flyback secondary inductor convertor
US6731523B2 (en) * 1999-05-12 2004-05-04 Ascom Energy Systems Ag Modularized power supply
US6166934A (en) * 1999-06-30 2000-12-26 General Motors Corporation High efficiency power system with plural parallel DC/DC converters
US6370047B2 (en) * 2000-03-10 2002-04-09 Power-One, Inc. Dual input range power supply using two series or parallel connected converter sections with automatic power balancing
US6600376B1 (en) * 2002-08-23 2003-07-29 Entrust Power Co., Ltd. High efficiency power amplifier
US7170764B2 (en) * 2004-02-24 2007-01-30 Vlt, Inc. Adaptively configured voltage transformation module array
US7782639B2 (en) * 2004-02-24 2010-08-24 Vlt, Inc. Adaptively configured and autoranging power converter arrays
JP2006042474A (ja) 2004-07-26 2006-02-09 Sanken Electric Co Ltd 直流電源装置
US7272025B2 (en) * 2005-01-18 2007-09-18 Power Integrations, Inc. Method and apparatus to control either a regulated or an unregulated output of a switching power supply
JP4797663B2 (ja) * 2006-02-03 2011-10-19 Ｔｄｋ株式会社 スイッチング電源装置
US8384243B2 (en) * 2007-12-04 2013-02-26 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US8537572B2 (en) * 2007-09-28 2013-09-17 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for providing power conversion using an interleaved flyback converter with automatic balancing
US8106636B2 (en) * 2008-02-22 2012-01-31 Murata Power Solutions Method and apparatus for power conversion with wide input voltage range
CN101651417B (zh) * 2008-08-13 2012-08-29 栢怡国际股份有限公司 具有宽范围可变传输增益的电功率转换电路
US8227939B2 (en) * 2009-06-11 2012-07-24 Raytheon Company Reconfigurable multi-cell power converter
US8472219B2 (en) * 2011-09-14 2013-06-25 General Electric Company Method and systems for converting power

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5796595A (en) 1994-02-25 1998-08-18 Astec International Limited Interleaved continuous flyback power converter system
US5508903A (en) 1995-04-21 1996-04-16 Alexndrov; Felix Interleaved DC to DC flyback converters with reduced current and voltage stresses

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE 논문1(제목: Interleaved Active Clamp Flyback Inverter using a Synchronous Rectifier for Photovoltaic AC Module System), 논문발표 2011년 *
IEEE 논문1(제목: Interleaved Active Clamp Flyback Inverter using a Synchronous Rectifier for Photovoltaic AC Module System), 논문발표 2011년*
IEEE 논문2(제목: DC/DC Conversion Systems Consisting of Multiple Converter Modules: Stability, Control, and Experimental Verifications), 논문발표 2009년 6월 *
IEEE 논문2(제목: DC/DC Conversion Systems Consisting of Multiple Converter Modules: Stability, Control, and Experimental Verifications), 논문발표 2009년 6월*

Also Published As

Publication number Publication date
EP2658110A3 (en) 2017-12-20
EP2658110A2 (en) 2013-10-30
CN103378736A (zh) 2013-10-30
CN103378736B (zh) 2016-03-30
US20130286699A1 (en) 2013-10-31
KR20130130235A (ko) 2013-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101397903B1 (ko) 전원 공급 장치와 그 동작 방법, 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템
JP5783490B2 (ja) 複数供給オンボード電源を備えた電力インバータ
US7227277B2 (en) Multiple input DC-DC power converter
US9866144B2 (en) Three port converter with dual independent maximum power point tracking and dual operating modes
US9484838B2 (en) Inverter and power supplying method thereof and application using the same
US9444355B2 (en) Method and apparatus for determining a bridge mode for power conversion
US20130214607A1 (en) Electromagnetic interference cancelling during power conversion
US20120294045A1 (en) Method and apparatus for controlling resonant converter output power
US10056847B2 (en) Hybrid power conversion system and method of determining efficiency using the same
US9024594B2 (en) System and method for power conversion for renewable energy sources
US20140340062A1 (en) Single-stage solar-photovoltaic power conversion circuitry
JP2013543193A (ja) 太陽光発電設備を送電網へ接続する方法
JP2013543193A5 (ko)
Sahoo et al. High gain step up DC-DC converter for DC micro-grid application
Schmitz et al. High step-up high efficiency dc-dc converter for module-integrated photovoltaic applications
JP2016059132A (ja) 電力変換装置
US8441821B2 (en) Circuits and methods for alternating current-to-direct current conversion
Chen et al. Development of an autonomous distributed maximum power point tracking PV system
KR101426696B1 (ko) 계통 연계 모듈형 태양광 전력 변환 장치
KR101643705B1 (ko) 무정전 전원장치의 제어 장치 및 방법
JP6533016B2 (ja) 電力変換装置および電力変換システム
EP2475086B1 (en) Power supply device, for example for light sources
KR20120096089A (ko) 접지가능 ｄｃ／ｄｃ 컨버터
KR20160047131A (ko) 발전 시스템의 ３상 인버터 및 전력변환장치
JP2005080414A (ja) 電力変換装置及びそれを用いたパワーコンディショナ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170102

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180403

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190401

Year of fee payment: 6