KR102136982B1 - Solar streetlight apparatus and method using bidrectional buck converter - Google Patents
Solar streetlight apparatus and method using bidrectional buck converter Download PDFInfo
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Abstract
본 기술은 양방향 벅 컨버터를 이용한 태양광 가로등 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 구체적인 예에 따르면, 하나의 인덕터에 저장된 에너지로 배터리 충전 및 조명 제어를 수행함에 따라 인덕터의 수가 줄어 전체적인 벅 컨버터의 부품 수를 줄일 수 있고, 이에 부하를 감소하여 벅 컨버터의 응답 속도를 감소할 수 있다.The present technology discloses a solar street light device and method using a bidirectional buck converter. According to a specific example of the present invention, as battery charging and lighting control are performed with energy stored in one inductor, the number of inductors can be reduced to reduce the total number of parts of the buck converter, thereby reducing the load to increase the response speed of the buck converter. Can decrease.
Description
본 발명은 양방향 벅 컨버터를 이용한 태양광 가로등 장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 인덕터에 저장된 광 에너지로 배터리 충전과 조명 점등를 수행함에 따라 양방향 벅 컨버터의 부품의 수를 줄일 수 있도록 한 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a solar street light device and a control method using a bidirectional buck converter, and more specifically, to reduce the number of components of the bidirectional buck converter by performing battery charging and lighting with battery energy stored in one inductor. It's about technology.
최근 지구 온난화 방지 및 설치의 용이성으로 인하여 차세대 에너지원인 태양광을 이용한 전력망 구축이 주목 받고 있으며, 이러한 시스템의 대표적인 것은 태양광 독립형 가로등이다.Recently, due to the prevention of global warming and the ease of installation, the construction of a power grid using solar energy, the next-generation energy source, has attracted attention.
배터리와 LED 조명을 사용한 대표적인 시스템으로 독립 전원형 태양광 LED 가로등 시스템이 있다. 즉, 독립형 태양광 LED 가로등의 특징은 주간에 태양광 모듈에서 생성된 에너지를 배터리에 저장하여 야간에 LED 조명으로 에너지를 방출하는 시스템으로 배터리 충전과 LED 조명 구동을 위한 전력공급 등을 관리할 수 있는 전력변환장치의 양방향 벅 컨버터가 필수적이고, 또한 저가의 높은 신뢰성이 요구된다.A typical system using a battery and LED lighting is a stand-alone solar LED street light system. That is, the feature of the stand-alone solar LED street light is a system that stores energy generated by the solar module in the daytime in a battery and releases energy with LED lighting at night. It can manage battery charging and power supply for driving the LED lighting. A bi-directional buck converter of a power converter is essential, and high reliability at low cost is required.
본 발명은 하나의 인덕터에 저장된 에너지로 배터리 충전 및 조명 제어를 수행함에 따라 인덕터의 수가 줄어 벅 컨버터의 부품 수를 줄일 수 있고, 이에 부하를 감소하여 벅 컨버터의 응답 속도를 향상시킬 수 있는 양방향 벅 컨버터를 이용한 태양광 가로등 장치 및 방법을 제공하고자 함을 그 목적으로 한다. The present invention reduces the number of parts of the buck converter by reducing the number of inductors by performing battery charging and lighting control with energy stored in one inductor, thereby reducing the load, thereby improving the response speed of the buck converter by bidirectional buck The object is to provide a solar street light device and method using a converter.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, other objects and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by embodiments of the present invention. In addition, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention can be realized by means of the appended claims and combinations thereof.
본 발명은 태양 전지 패널의 광 출력 전압을 배터리에 충전하고 충전된 배터리 전압으로 조명을 제어하기 위한 양방향 벅 컨버터를 이용한 태양광 가로등 장치에 있어서, 상기 양방향 벅 컨버터는, 하나의 인덕터에 저장된 에너지로 상기 배터리 충전 및 조명 제어를 수행하도록 구비되는 것을 일 특징으로 한다.The present invention provides a solar street light device using a bi-directional buck converter for charging a light output voltage of a solar panel to a battery and controlling lighting with a charged battery voltage, wherein the bi-directional buck converter uses energy stored in one inductor. It is characterized in that it is provided to perform the battery charging and lighting control.
바람직하게 상기 양방향 벅 컨버터는, 태양 전지 패널의 양단 사이에 연결되어 태양 전지 패널의 광 출력 전압을 배터리에 충전하는 배터리 충전 회로를 포함하고,Preferably, the bi-directional buck converter includes a battery charging circuit connected between both ends of the solar panel to charge the light output voltage of the solar panel to the battery,
상기 배터리 충전 회로는,The battery charging circuit,
상기 태양 전지 패널의 출력단에 직렬로 연결된 제1 다이오드와 상기 제1 다이오드의 출력단에 접속된 제2 다이오드 및 제1 스위칭 소자가 병렬로 연결된 제1 메인 스위칭부; A first main switching unit having a first diode connected in series to the output terminal of the solar panel, a second diode connected to the output terminal of the first diode, and a first switching element connected in parallel;
상기 제1 메인 스위칭부의 출력단에 접속된 인덕터와 상기 인덕터의 출력단과 배터리의 타단에 연결된 제1 캐패시터로 구성되고, 상기 제1 메인 스위칭부의 일단과 배터리의 일단 사이에 위치하는 공진 회로부; 및A resonant circuit unit comprising an inductor connected to the output terminal of the first main switching unit, a first capacitor connected to the output terminal of the inductor and the other terminal of the battery, and positioned between one end of the first main switching unit and one end of the battery; And
상기 인덕터의 출력단에 위치하고 상기 제1 캐패시터와 병렬로 연결된 제1 저항 및 배터리로 구성되어 상기 인덕터에 저장된 에너지를 상기 배터리에 충전하는 충전부; 및A charging unit located at an output terminal of the inductor and configured to include a first resistor and a battery connected in parallel with the first capacitor to charge energy stored in the inductor to the battery; And
상기 배터리의 타단과 제1 메인 스위칭의 출력단에 제3 다이오드를 위치하여 태양 전지 패널의 광 출력 전압의 공급 차단 시 상기 제1 캐패시터의 출력 전류를 상기 인덕터로 전달하는 제1 환류부를 포함할 수 있다.It may include a first reflux unit for transferring the output current of the first capacitor to the inductor when a third diode is positioned at the other end of the battery and the output terminal of the first main switching to cut off the supply of the light output voltage of the solar panel. .
바람직하게 상기 양방향 벅 컨버터는, Preferably, the bidirectional buck converter,
상기 인덕터의 전단과 상기 제1 캐패시터의 타단 사이에 위치하여 배터리 전압에 의거 점등 또는 소등되는 조명 회로를 포함하되,Located between the front end of the inductor and the other end of the first capacitor includes a lighting circuit that is turned on or off based on the battery voltage,
상기 조명 회로는 The lighting circuit
상기 배터리의 타단에 병렬로 제2 스위칭 소자 및 제4 다이오드를 위치하는 제2 메인 스위칭부;A second main switching part which positions a second switching element and a fourth diode in parallel on the other end of the battery;
상기 제2 스위칭 소자의 출력단과 상기 인덕터의 전단에 접속되어 배터리 전압을 충전하는 DC부;A DC unit connected to an output terminal of the second switching element and a front end of the inductor to charge a battery voltage;
상기 DC부와 병렬로 연결되어 조명소자를 점등 또는 소등하는 조명부; 및A lighting unit connected to the DC unit in parallel to turn on or off a lighting element; And
제5 다이오드로 구성하고, 상기 조명부의 출력단과 상기 인덕터의 타단에 접속되어 상기 배터리 전압 공급 차단 시 캐패시터의 출력 전류를 상기 인덕터로 환류시키는 제2 환류부를 포함할 수 있다. It may be configured as a fifth diode, and may include a second reflux unit connected to the output terminal of the lighting unit and the other end of the inductor to reflux the output current of the capacitor to the inductor when the battery voltage supply is blocked.
바람직하게 상기 양방향 벅 컨버터는, Preferably, the bidirectional buck converter,
상기 제1 스위칭 소자 및 제2 스위치 소자의 온 또는 오프를 단속하기 위한 제1 스위칭 신호 및 제2 스위칭 신호를 생성하는 제어부를 더 포함하되, Further comprising a control unit for generating a first switching signal and a second switching signal for controlling the on or off of the first switching element and the second switching element,
상기 제어부는, The control unit,
상기 배터리 전압으로부터 조명 기준 전류를 도출하는 조명 기준 전류 도출부;An illumination reference current deriving unit for deriving an illumination reference current from the battery voltage;
기 정해진 듀티 사이클, 인덕터 전류, 및 태양 전지 패널의 광 출력 전압을 토대로 배터리 기준 전류를 도출하는 배터리 기준 전류 도출부; 및A battery reference current deriving unit that derives a battery reference current based on a predetermined duty cycle, an inductor current, and a light output voltage of the solar panel; And
상기 광 출력 전압을 토대로 상기 조명 기준 전류 및 배터리 기준 전류 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 배터리 기준 전류를 토대로 제1 스위칭 신호를 생성하며, 선택된 조명 기준 전류를 토대로 제2 스위칭 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부를 포함할 수 있다.A switching signal for selecting one of the lighting reference current and the battery reference current based on the light output voltage, generating a first switching signal based on the selected battery reference current, and generating a second switching signal based on the selected lighting reference current It may include a generator.
바람직하게 상기 배터리 기준 전류 도출부는,Preferably, the battery reference current deriving unit,
상기 듀티 사이클, 인덕터 전류, 및 태양 전지 패널의 광 출력 전압을 토대로 전달 전력을 도출하고, Deriving the delivered power based on the duty cycle, the inductor current, and the light output voltage of the solar panel,
상기 도출된 전달 전력에 대해 최대 전력 동작점 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking) 알고리즘을 수행하여 태양 전지 패널의 광 출력 전압에 대한 광 기준 전압을 도출하며,A maximum power point tracking (MPPT) algorithm is performed on the derived transfer power to derive an optical reference voltage to the light output voltage of the solar panel,
상기 도출된 광 기준 전압에 대해 PI(Proportional Integral) 제어를 수행하여 배터리 기준 전압을 도출하도록 구비될 수 있다.The derived reference voltage may be provided to derive a battery reference voltage by performing PI (Proportional Integral) control.
바람직하게 상기 조명 회로는, Preferably, the lighting circuit,
상기 제어부의 제2 스위칭 신호에 의해 제2 스위칭 소자가 온 상태로 스위칭되어 상기 배터리 전압이 공급될 때 When the second switching element is switched to the on state by the second switching signal of the control unit to supply the battery voltage
상기 배터리의 출력 전류가 제2 스위칭 소자를 경유하여 제2 캐패시터로 전달되고 상기 제2 캐패시터의 출력 전류가 제2 저항 및 발광 다이오드에 전달됨에 따라 조명 소자를 점등하도록 구비될 수 있다.The output current of the battery may be provided to the second capacitor via the second switching element and may be provided to light the lighting element as the output current of the second capacitor is transmitted to the second resistor and the light emitting diode.
바람직하게 상기 조명 회로는 상기 제어부의 제2 스위칭 신호에 의거 상기 제2 스위치 소자가 오프 상태로 스위칭되어 상기 배터리 전압 공급이 차단될 때,Preferably, the lighting circuit is when the second switch element is switched to the off state based on the second switching signal of the control unit to cut off the supply of the battery voltage,
상기 제2 캐패시터의 출력 전류를 제2 저항 및 발광 다이오드에 전달하여 조명 소자의 점등 상태를 유지하고 상기 제2 캐패시터의 출력 전류를 상기 제5 다이오드를 통해 환류하여 상기 인덕터로 전달하도록 포함할 수 있다.The second capacitor may include transmitting the output current of the second capacitor to the second resistor and the light emitting diode to maintain the lighting state of the lighting element and returning the output current of the second capacitor to the inductor through reflux through the fifth diode. .
본 발명의 다른 양태는, Another aspect of the invention,
태양 전지 패널의 양단 사이에 연결되어 태양 전지 패널의 광 출력 전압을 배터리 충전하는 배터리 충전 회로를 포함하고, 상기 배터리 충전 회로는 태양 전지 패널의 출력단에 직렬로 연결된 제1 다이오드와 상기 제1 다이오드의 출력단에 접속된 제2 다이오드 및 제1 스위칭 소자가 병렬로 연결된 제1 메인 스위칭부; 상기 1 인 스위칭부의 출력단에 접속된 인덕터와 상기 인덕터의 출력단과 배터리의 타단에 연결된 제1 캐패시터로 구성되고, 상기 제1 메인 스위칭부의 일단과 배터리의 일단 사이에 위치하는 공진 회로부; 상기 인덕터의 출력단에 위치하고 상기 제1 캐패시터와 병렬로 연결된 제1 저항 및 배터리가 직렬로 연결되어 상기 인덕터에 저장된 에너지를 상기 배터리에 충전하는 충전부; 및 상기 배터리의 타단과 제1 메인 스위칭의 출력단에 제3 다이오드를 위치하여 태양 전지 패널의 광 출력 전압의 공급 차단 시 상기 제1 캐패시터의 출력 전류를 상기 인덕터로 전달하는 제1 환류부를 포함하고, It includes a battery charging circuit connected between both ends of the solar panel to charge the light output voltage of the solar panel, the battery charging circuit of the first diode and the first diode connected in series to the output terminal of the solar panel A first main switching unit having a second diode connected to the output terminal and a first switching element connected in parallel; A resonant circuit unit consisting of an inductor connected to the output terminal of the one-person switching unit and a first capacitor connected to the output terminal of the inductor and the other terminal of the battery, positioned between one end of the first main switching unit and one end of the battery; A charging unit which is located in the output terminal of the inductor and which is connected in series with the first capacitor and the battery in series to charge energy stored in the inductor to the battery; And a first reflux unit that positions a third diode at the other end of the battery and the output terminal of the first main switching to transfer the output current of the first capacitor to the inductor when the supply of the solar panel's optical output voltage is blocked.
상기 인덕터의 전단과 상기 제1 캐패시터의 타단 사이에 위치하여 배터리 전압에 의거 점등 또는 소등되는 조명 회로를 포함하되, 상기 조명 회로는 상기 배터리의 출력단에 위치한 제2 스위칭 소자 및 제4 다이오드가 병렬로 연결되는 제2 메인 스위칭부; 상기 제2 스위칭 소자의 출력단과 상기 인덕터의 전단에 접속되어 배터리 전압을 충전하는 DC부; 상기 DC부와 병렬로 연결되어 조명소자를 점등 또는 소등하는 조명부; 및 제5 다이오드로 구성하고, 상기 조명부의 출력단과 상기 인덕터의 타단에 접속되어 상기 배터리 전압 공급 차단 시 캐패시터의 출력 전류를 상기 인덕터로 환류시키는 제2 환류부를 포함하며, A lighting circuit positioned between the front end of the inductor and the other end of the first capacitor to be turned on or off based on a battery voltage, wherein the lighting circuit includes a second switching element and a fourth diode located in parallel at the output terminal of the battery in parallel. A second main switching unit connected; A DC unit connected to an output terminal of the second switching element and a front end of the inductor to charge a battery voltage; A lighting unit connected to the DC unit in parallel to turn on or off a lighting element; And a second reflux unit composed of a fifth diode and connected to the output terminal of the lighting unit and the other end of the inductor to reflux the output current of the capacitor to the inductor when the battery voltage supply is cut off.
상기 제1 스위칭 소자 및 제2 스위치 소자의 온 또는 오프를 단속하기 위한 제1 스위칭 신호 및 제2 스위칭 신호를 생성하는 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는, 배터리의 출력 전압으로부터 조명 기준 전류를 도출하는 조명 기준 전류 도출부; 기 정해진 듀티 사이클, 인덕터 전류, 및 태양 전지 패널의 광 출력 전압을 토대로 배터리 기준 전류를 도출하는 배터리 기준 전류 도출부; 및 상기 광 출력 전압을 토대로 상기 조명 기준 전류 및 배터리 기준 전류 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 배터리 기준 전류를 토대로 제1 스위칭 신호를 생성하며, 선택된 조명 기준 전류를 토대로 제2 스위칭 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.Further comprising a control unit for generating a first switching signal and a second switching signal for controlling the on or off of the first switching element and the second switching element, the control unit, deriving the lighting reference current from the output voltage of the battery An illumination reference current derivation unit; A battery reference current deriving unit that derives a battery reference current based on a predetermined duty cycle, an inductor current, and a light output voltage of the solar panel; And selecting one of the lighting reference current and the battery reference current based on the light output voltage, generating a first switching signal based on the selected battery reference current, and generating a second switching signal based on the selected lighting reference current. Another feature is to include a signal generator.
본 발명의 또 다른 양태는, 태양 전지 패널의 광 출력 전압으로 주간에 배터리 충전하고 야간에 배터리 전압으로 조명을 제어하기 위한 양방향 벅 컨버터를 이용한 태양광 가로등 방법에 있어서, 상기 태양 전지 패널의 광 출력 전압 및 전류, 배터리 전압 및 전류, 및 인덕터 전류를 수신하는 데이터 수신 단계; 상기 태양 전지 패널의 광 출력 전압과 기 정해진 임계 전압과의 비교 결과를 기반으로 주간 모드 또는 야간 모드를 설정하는 모드 설정 단계; In another aspect of the present invention, in a solar street light method using a bi-directional buck converter for charging a battery at daytime with a light output voltage of a solar panel and controlling lighting with a battery voltage at night, the light output of the solar panel A data receiving step of receiving voltage and current, battery voltage and current, and inductor current; A mode setting step of setting a day mode or a night mode based on a result of comparing the light output voltage of the solar panel with a predetermined threshold voltage;
상기 주간 모드 설정 시 광 출력 전압, 배터리 전압, 및 최대 배터리 전압의 비교 결과를 토대로 최대 전력 동작점 추적 알고리즘을 수행하여 광 기준 전압을 도출하고, 도출된 광 기준 전압과 광 출력 전압에 대해 PI 제어를 수행하여 배터리 기준 전류를 도출하며, 도출된 배터리 기준 전류와 배터리 전류를 토대로 PI 제어를 수행하여 배터리 기준 전류를 도출하고, 도출된 배터리 기준 전류로 상기 제1 스위칭 신호를 생성하고 생성된 제1 스위칭 신호로 제1 스위칭 소자의 온/오프를 제어하여 광 출력 전압을 배터리에 충전하는 배터리 충전 단계를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.When the day mode is set, the maximum power operating point tracking algorithm is performed based on the comparison result of the light output voltage, the battery voltage, and the maximum battery voltage to derive the light reference voltage, and PI control is performed on the derived light reference voltage and light output voltage To derive a battery reference current, derive a battery reference current by performing PI control based on the derived battery reference current and the battery current, generate the first switching signal with the derived battery reference current, and generate the generated first Another feature is a battery charging step of controlling the on/off of the first switching element with a switching signal to charge the light output voltage to the battery.
바람직하게 상기 모드 설정 단계에서 상기 야간 모드 설정 시 카운터의 카운팅값이 설정값을 결과하지 아니한 경우 배터리 전압을 제공받아 조명 기준 전류를 도출하고 도출된 조명 기준 전류를 토대로 제2 스위칭 신호를 생성하여 제2 스위칭 소자로 전달하고 상기 제2 스위칭 소자의 온 오프 제어에 의거 배터리 전압으로 조명소자의 점등 을 제어하는 조명 제어 단계를 더 포함할 수 있다. Preferably, when the night mode is set in the mode setting step, if the counting value of the counter does not result in a set value, a battery voltage is provided to derive an illumination reference current and generate a second switching signal based on the derived illumination reference current. 2 may further include an illumination control step of transmitting to the switching element and controlling the lighting of the lighting element with a battery voltage based on the on/off control of the second switching element.
전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 의하면 하나의 인덕터에 저장된 에너지로 배터리 충전 및 조명 제어를 수행함에 따라 인덕터의 수가 줄어 전체적인 벅 컨버터의 부품 수를 줄일 수 있고, 이에 부하를 감소하여 벅 컨버터의 응답 속도를 감소할 수 있다.According to the present invention having the above-described configuration, as battery charging and lighting control are performed with energy stored in one inductor, the number of inductors can be reduced to reduce the number of parts of the overall buck converter, and the load is reduced to thereby respond to the buck converter. Speed can be reduced.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 벅 컨버터의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지패널의 부분 PV 특성 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 MPPT 알고리즘의 개념 설명도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 충전 회로도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 조명 제어 회로도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조명 제어 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 충전 시 파형도들이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 방전 시 파형도들이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 MPPT 알고리즘의 비교 파형도이다.The following drawings attached in this specification are intended to illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the invention described below, and thus the present invention is described in such drawings. It is not limited to interpretation.
1 is a block diagram of a buck converter according to an embodiment of the present invention.
2 is a partial PV characteristic diagram of a solar panel according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual explanatory diagram of an MPPT algorithm according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are battery charging circuit diagrams according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 is a lighting control circuit diagram according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart for lighting control according to another embodiment of the present invention.
9 is a waveform diagram when charging a battery according to an embodiment of the present invention.
10 is a waveform diagram when discharging a battery according to an embodiment of the present invention.
11 is a comparative waveform diagram of an MPPT algorithm according to an embodiment of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It should be noted that the technical terms used in this specification are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. In addition, technical terms used in this specification should be interpreted as meanings generally understood by a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs, unless defined otherwise. It should not be interpreted as a meaning or an excessively reduced meaning. In addition, when the technical term used in this specification is a wrong technical term that does not accurately represent the spirit of the present invention, it should be understood as being replaced by a technical term that can be correctly understood by those skilled in the art. In addition, the general terms used in the present invention should be interpreted as defined in the dictionary or in context before and after, and should not be interpreted as an excessively reduced meaning.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.In addition, a singular expression used in this specification includes a plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, the terms "consisting of" or "comprising" should not be construed as including the various components, or various steps described in the specification, among which some components or some steps are It may not be included, or it should be construed to further include additional components or steps.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.Further, terms including ordinal numbers such as first and second used in the present specification may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 한다.When an element is said to be "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to the other component, but other components may exist in the middle. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것 일뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다. 본 발명의 사상은 첨부된 도면외에 모든 변경, 균등물 내지 대체물에 까지도 확장되는 것으로 해석되어야 한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar elements will be given the same reference numbers regardless of the reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In addition, in the description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted. In addition, it should be noted that the accompanying drawings are only for easy understanding of the spirit of the present invention and should not be interpreted as limiting the spirit of the present invention by the accompanying drawings. The spirit of the present invention should be interpreted to extend to all changes, equivalents, and substitutes in addition to the accompanying drawings.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 양방향 벅 컨버터의 구성을 보인 회로도로서, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예의 양방향 벅 컨버터는 배터리 충전회로(100), 조명 회로(200), 및 제어부(300)를 포함한다.1 is a circuit diagram showing the configuration of a bidirectional buck converter according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the bidirectional buck converter of an embodiment of the present invention includes a
배터리 충전회로(100)는 다이오드(D1)(D2) 및 스위치소자(Q1)로 구성된 메인 스위칭부(110)와, 인덕터(L) 및 캐패시터(C1)로 구성된 공진 회로부(120)와, 저항(RBat) 및 배터리(Bat)로 구성된 충전부(130)와, 다이오드(D3)로 구성된 환류부(140)를 포함할 수 있다.
여기서, 메인 스위칭부(110)는 태양 전지 패널(10)의 일단과 공진 회로부(120) 사이에 위치하고, 다이오드(D1)를 태양 전지 패널(10)의 일단에 연결하고 다이오드(D1)의 출력단에 스위치소자(Q1)를 연결한다. 스위치소자(Q-1)의 양단에 다이오드(D2)를 연결한다.Here, the
공진 회로부(120)는 스위치소자(Q1)의 일단에 인덕터(L)를 위치하고 인덕터(121)와 충전부(130) 사이에 병렬로 캐패시터(C2)를 위치한다. The
그리고 충전부(130)는 캐패시터(C2)의 일단과 태양 전지 패널(10)의 타단 사이에 위치하고, 캐패시터(C2)의 양단에 충전부(130)의 저항(RBat) 및 배터리(Bat)를 직렬로 연결한다.And the charging
그리고 환류부(140)는 다이오드(D3)를 스위칭소자(Q1)의 출력단과 인덕터(L)의 전단 사이에 위치하고 캐패시터(C2)와 병렬로 연결한다.In addition, the
제어부(300)의 스위칭 신호(Q1_sw)에 의거 스위칭소자(Q1)가 온 상태인 경우 태양 전지 패널의 광 출력 전압(Vcell)은 메인 스위칭부(110)의 다이오드(D1) 및 스위칭소자(Q1)를 경유하여 공진 회로부(120)에 전달되고, 공진 회로부(120)는 인덕터(L)에서 발생한 공진 전류가 흐름에 따라 공진 전류를 캐패시터(C2)에 전달하여 캐패시터(C2)에 충전하고, 충전된 캐패시터(C2)의 출력 전류는 충전부(130)의 저항(RBat)를 경유하여 배터리(Bat)로 전달된다. 이에 태양 전지 패널(10)에 의거 공급된 광 출력 전압(Vcell)은 벅 컨버팅(buck converting)되어 배터리(Bat)에 충전된다. When the switching element Q 1 is turned on based on the switching signal Q1_sw of the
또한, 제어부(300)의 스위칭 신호(Q1_sw)에 의거 스위칭소자(Q1)가 오프된 경우 캐패시터(C2)에 흐르는 전류는 환류부(140)를 경유하여 인덕터(L)에 환류됨에 따라 태양 전지 패널(10)의 출력 전압의 공급이 차단된 상태에서 인덕터(L)에 저장된 에너지는 캐패시터(C2)로 공급된다.In addition, when the switching element Q 1 is turned off based on the switching signal Q1_sw of the
한편, 조명 회로(200)는, 스위칭소자(Q2) 및 다이오드(D4)로 구성된 메인 스위칭부(210)와, 캐패시터(C1)로 구성된 DC 부(220)와, 저항(RLed) 및 발광 다이오드(Led)로 구성된 조명부(230)와, 다이오드(D5)로 구성된 환류부(240)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the
메인 스위칭부(210)는 배터리(Bat)의 출력단에 스위칭소자(Q2)를 위치하고 스위칭소자(Q2)의 양단에 사이에 병렬로 다이오드(D4)를 연결한다. The
그리고 DC 부(220)는 스위치소자(Q2)의 출력단과 인덕터(L)의 전단 사이에 캐패시터(C1)을 연결한다.And the
한편, 조명부(230)는 캐패시터(C1)의 타단과 스위칭소자(Q2)의 타단 사이에 저항(RLed) 및 발광 다이오드(Led)를 직렬로 위치한다. On the other hand, the lighting unit 230 is positioned in series between the resistor (R Led ) and the light emitting diode (Led) between the other end of the capacitor (C 1 ) and the other end of the switching element (Q 2 ).
그리고 환류부(240)는 스위칭 소자(Q2)의 출력단과 및 공진 회로부(120)의 캐패시터(C2)의 일단 사이에 다이오드(D5)를 위치한다.And reflux 240 is located a diode (D 5) between one end of the capacitor (C 2) and the output terminal of the switching element (Q 2) and the
이에 제어부(300)의 스위칭 신호(Q2_sw)에 의거 메인 스위칭부(210)의 스위칭 소자(Q2)가 온 상태인 경우, 배터리(Bat)로부터 전달된 전류는 스위칭 소자(Q2)를 경유하여 DC부(220)의 캐패시터(C1)에 공급되고 캐패시터(C1)는 배터리(Bat)로부터 전달된 전류를 제공받아 충전한다. 조명부(230)의 저항(RLed) 및 발광 다이오드(Led)에 흐르는 DC부(220)의 전류로 인해 조명소자(미도시됨)가 점등된다. Accordingly, when the switching element Q 2 of the
그리고 제어부(300)의 스위칭 신호(Q2_sw)에 의거 스위칭소자(Q2)가 오프된 경우 캐패시터(C1)에서 출력되는 전류는 조명부(230) 및 환류부(240)를 경유하여 인덕터(L)로 환류됨에 따라 발광 다이오드(Led)는 계속 점등되고 인덕터(L)에 저장된 에너지는 캐패시터(C1)에 공급된다.In addition, when the switching element Q 2 is turned off based on the switching signal Q2_sw of the
한편 제어부(300)는 배터리 전압(), 태양 전지 패널의 광 출력 전압(Vcell), 및 인덕터 전류(iL)를 토대로 배터리 충전회로(100)의 스위칭 신호(Q1_sw)와 조명회로(200)의 스위칭 신호(Q2_sw)를 생성하는 구성을 갖춘다.On the other hand, the
여기서, 제어부(300)는 조명 기준 전류 도출부(310), 배터리 기준 전류 도출부(320) 및 스위칭 신호 생성부(330)를 포함할 수 있다.Here, the
즉, 조명 기준 전류 도출부(310)는 배터리 전압()을 전달받아 조명 기준 전류(iref_led)를 도출하고 도출된 조명 기준 전류(iref _led)를 스위칭 신호 생성부(330)로 전달하도록 포함할 수 있다.That is, the illumination reference
또한, 배터리 기준 전류 도출부(320)는 태양 전지 패널(10)의 광 출력 전압(Vcell), 인덕터 전류(iL) 및 기 정해진 PWM 듀티값(Duty)을 기초로 배터리 기준 전류(iref_bat)를 도출하고 도출된 배터리 기준 전류(iref _bat)를 스위칭 신호 생성부(330)로 전달하도록 포함할 수 있다.In addition, the battery reference
그리고, 스위칭 신호 생성부(330)는 조명 기준 전류(ired _led), 배터리 기준 전류(iref_bat), 및 태양 전지 패널(10)의 광 출력 전압(Vcell)을 기반으로 스위칭 신호(Q1_sw)(Q2_sw)를 각각 생성하도록 구비된다.In addition, the switching
본 발명의 실시 예에서 배터리 전압()을 토대로 조명 기준 전류(iref_led)을 도출하는 일련의 과정은 본 발명의 실시 예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.Battery voltage in an embodiment of the present invention ( ), a series of processes for deriving the illumination reference current i ref_led can be understood by those skilled in the art related to the embodiment of the present invention.
또한 배터리 기준 전류 도출부(320)는 외부 환경의 변화에 따라 변동하는 태양 전지 패널(10)의 광 출력 전압(Vcell)에 의한 전력 손실을 줄이기 위해 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘을 수행하여 태양 전지 패널(10)의 광 기준 전압(Vref _cell)을 도출할 수 있다. In addition, the battery reference
하기 도면을 참조하여 외부 환경에 의해 변동하는 태양 전지 패널(10)의 광 기준 전압(Vref _cell)을 도출하기 위해 MPPT 알고리즘을 수행하여 최대 전력 동작점(MPOP: Maximun Power Operating Point)을 추출하는 일련의 과정은 설명한다.Referring to the drawings below, the MPPT algorithm is performed to derive the light reference voltage (V ref _cell ) of the
즉, 태양 전지 패널(10)의 전압(V)/ 전류(I) 곡선은 (a)에 도시된 바와 같이 일사량에 따라 변동되고 이때 전달 전력(P)은 P=VI로부터 도출되며 전압(V) 및 전달 전력(P) 특성 곡선은 (b)에 도시된 바와 같다. That is, the voltage (V)/current (I) curve of the
예를 들어, 일사량에 따른 태양 전지 패널(10)의 광 출력 전압(Vcell) 및 전달 전력(Pout) 특성 곡선을 토대로 최대 전력이 전달되는 지점인 최대 전력 동작점(MPOP)이 추적된다. 이러한 최대 전력 동작점(MPOP)는 일사량 및 온도 등의 외부 환경 조건에 따라 변동된다. 즉, 일사량이 생산되는 태양 에너지의 전력이 증가하지만 태양 전지 패널의 온도가 상승되며, 태양 전지 패널의 온도가 증가되면 전력 생산 효율이 저하된다. 이에 온도, 일사량 등의 외부 환경 조건에 따라 추적된 최대 전력 동작점의 보정이 고속으로 이루어져야 한다.For example, the maximum power operating point (MPOP), which is the point at which the maximum power is transmitted, is tracked based on the light output voltage (V cell ) and the transmission power (P out ) characteristic curve of the
도 2는 배터리 기준 전류 도출부(320)의 부분 PV 특성곡선에 기초한 최대 전력 추종(MPPT) 알고리즘의 개념도이고, 도 3은 도 2에 도시된 부분 PV 특성 곡선으로부터 최대 전력 동작점을 추정하는 과정을 설명하기 위한 도이며, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에서 MPPT 알고리즘에 대해 구체적으로 설명한다.2 is a conceptual diagram of a maximum power tracking (MPPT) algorithm based on a partial PV characteristic curve of the battery reference
MPPT 알고리즘은 현재 태양 전지 패널(10)의 광 출력 전압(Vcell)으로 제어된다고 가정하고 세 영역으로 나누어진 각 모드 별로 수행된다. The MPPT algorithm is performed for each mode divided into three regions, assuming that it is currently controlled by the light output voltage (V cell ) of the
(1) 모드 1: (t1 - t2 구간)(1) Mode 1: (section t1-t2)
모드 1의 구간에서 제1 추종 전압은 태양 전지 패널(10)의 광 출력 전압(Vcell) 에서 가변 전압 (ΔV)을 뺀 값으로 설정되고, t1에서 태양 전지 패널(10)의 광 출력 전압(Vcell)은 상기 제1 추정 전압으로의 추종이 시작된다. 이때 태양 전지 패널에 축적된 에너지는 급속히 배터리(Bat) 측으로 전달된다. 그리고, 모드 1은 태양 전지 패널(10)의 출력전압(Vcell)이 제1 추종 전압에 도달되는 시점(t2)에서 종료된다.In the section of
(2) 모드 2 : (t2 - t3 구간)(2) Mode 2: (t2-t3 section)
모드 2의 구간의 시작점(t2)에서 도달된 제1 추종 전압값에 2ΔV를 더한 값을 제2 추종 전압이 조정되고, 이에 태양 전지 패널(10)의 광 출력 전압(Vcell)은 조정된 제2 추종 전압에 도달된다. 이때 배터리(Bat) 측으로 전달되는 태양 전지 패널(10)에 축적된 에너지가 급속히 감소된다. 그리고 전달 전력(P)이 최대값에 도달되는 시점의 태양 전지 패널(10)의 광 출력 전압(Vcell)과 전달 전력(P)의 최대값이 추출된다. 그리고 모드 2는 태양 전지 패널(10)의 광 출력 전압(Vcell)이 상기 제2 추종 전압에 도달되는 시점(t3)에서 종료된다.The second tracking voltage is adjusted by adding 2ΔV to the first tracking voltage value reached at the starting point t2 of the section of
또한, 이전에 추정된 최대 전력 동작점을 기준으로 추정된 가변 전압(ΔV)의 변동분에 대한 부분 태양광 PV 특성 곡선으로부터 전달 전력(P)의 최대값(Pmax(k-2)) 및 출력 전압(Vmax(k-2))이 계측된다.In addition, the maximum value (Pmax(k-2)) of the delivered power P and the output voltage from the partial solar PV characteristic curve for the variation of the variable voltage ΔV estimated based on the previously estimated maximum power operating point (Vmax(k-2)) is measured.
(3) 모드 3 : (t3 - t4 구간)(3) Mode 3: (t3-t4 section)
모드 2에서 계측된 전달 전력(P)의 최대값(Pmax(k-2))이 발생하는 출력 전압 (Vmax(k-2))은 제3 추종 전압으로 설정된다. 이 구간의 유지시간(T2: 시정수)은 배터리(Bat) 충전특성과 MPPT 시정수에 의해 결정되며, 전달 전력의 최대값 (Pmax(k-2))이 발생하는 출력 전압(Vmax(k-2))이 현재 전압을 기준으로 궂V 내에 존재한다면 MPPT추정 시정수를 단축시키기 위해 출력 전압(Vmax(k-2))은 최소화되어야 한다. The output voltage Vmax(k-2) at which the maximum value Pmax(k-2) of the transmitted power P measured in
이와 동일한 방법으로 Pmax(k-1)와 Vmax(k-1) 및 Pmax(k)와 Vmax(k)은 순차적으로 계측되고 이에 부분 태양광 PV 특성 곡선은 태양 전지 패널(10)의 전달 전력(P) 및 전압(V)이 최대값을 가지는 최대 전력 동작점(MPOP)으로 이동하게 된다.In the same way, Pmax(k-1) and Vmax(k-1) and Pmax(k) and Vmax(k) are sequentially measured, and the partial solar PV characteristic curve shows the transfer power of the solar panel 10 ( P) and the voltage V are moved to the maximum power operating point MPOP having the maximum value.
상기 가변 전압값(V)의 크기는 사용자가 부분 태양광 PV 특성 곡선과 추종 속도를 고려하여 설정된다.The size of the variable voltage value V is set by the user considering the partial solar PV characteristic curve and the following speed.
예를 들어, 추종 속도가 빠르기를 원한다면 V의 크기는 큰 값으로 정할 수 있으나 정밀한 최대 전력 추종을 하기 곤란하며, 추종 속도 보다는 정밀한 최대 전력 추종을 원하면 가변 전압값(V)의 크기는 작은 값이 입력되어야만 한다.For example, if the following speed is desired, the size of V can be set to a large value, but it is difficult to accurately follow the maximum power. If the maximum speed is more accurate than the following speed, the variable voltage value (V) has a small value. Must be entered.
따라서 부분 태양광 PV특성 곡선과 MPPT 특성 곡선상에서 특정 전력(W)만큼 이동시킬 수 있는 출력 전압은 가변 전달 전력값으로 정할 수 있다.Therefore, the output voltage that can be moved by a specific power (W) on the partial solar PV characteristic curve and the MPPT characteristic curve can be determined as a variable transmission power value.
태양 전지 패널(10)의 부분 태양광 PV 특성 곡선은 이전 부분 태양광 PV 특성곡선에서 도출된 MPOP의 기준전압의 궂V에 해당하는 부분 태양광 PV 곡선으로 계측할 수 있다.The partial solar PV characteristic curve of the
또한, 한 단계 전의 일사량에 의해 실선으로 나타난 부분 태양광 PV 특성 곡선이 일사강도 변화로 현재 점선의 부분 태양광 PV 특성 곡선으로 변할지라도 현재 부분 태양광 PV 특성 곡선 상의 전달 전력이 최대값인 출력 전압이 가변 전압(궂V) 내에 존재한다면 지연 없이 최대 전력 동작점으로 동작하게 된다. 또한, 현재 PV 곡선상의 최대 전력 발생 전압이 궂V밖에 존재하더라도 몇 단계 이후에는 최대전력 전압으로 추종하게 된다.In addition, even if the partial solar PV characteristic curve indicated by a solid line by the amount of solar radiation before one step changes to the partial solar PV characteristic curve of the current dotted line due to the change in solar intensity, the output voltage with the maximum transmission power on the current partial solar PV characteristic curve If it is within this variable voltage (V), it will operate at full power operating point without delay. In addition, even if the maximum power generation voltage on the PV curve currently exists only in V, it is followed by the maximum power voltage after a few steps.
이에 본 발명의 실시 예는 외부 환경에 따라 변동되는 최대 전력 동작점에 대한 보정을 MPPT 알고리즘을 통해 수행하고 이에 광 기준 전압(Vref _cell) 도출 시간을 줄일 수 있으며, 전반적인 벅 컨버터의 응답 시간을 줄일 수 있다. Accordingly, an embodiment of the present invention can perform a correction for the maximum power operating point that varies depending on the external environment through an MPPT algorithm, thereby reducing the derivation time of the optical reference voltage (V ref _cell ) and the overall response time of the buck converter. Can be reduced.
또한 배터리 기준 전류 도출부(320)는 전술한 고속 MPPT 알고리즘을 통해 도출된 광 기준 전압(vref _cell)에 대해 PI 제어를 수행하여 배터리 기준 전류(iref _bat)를 도출한다. 도출된 배터리 기준 전류(iref _bat)는 스위칭 신호 생성부(330)로 전달된다.In addition, the battery reference
그리고, 스위칭 신호 생성부(330)는 태양 전지 패널(10)의 광 출력 전압(Vcell)에 따라 배터리 기준 전류(iref _bat) 및 조명 기준 전류(iref _led) 중 하나를 선택하고 선택된 배터리 기준 전류(iref _bat) 및 조명 기준 전류(iref _led)를 기반으로 스위칭 신호(Q1_sw) 또는 스위칭 신호(Q2_sw)를 생성하고 스위칭 신호(Q1_sw)(Q2_sw)를 생성하는 일련의 과정은 본 발명의 실시 예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.In addition, the
전술한 구성을 가지는 본 발명의 실시 예의 양방향 벅 컨버터의 동작 과정을 첨부된 도 4 내지 도 7 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation process of the bidirectional buck converter according to the embodiment of the present invention having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. 4 to 7 as follows.
도 4 및 도 5는 벅 컨버터의 배터리 충전 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 도 4를 참조하면, 메인 스위칭부(110)의 스위칭 소자(Q1)은 제어부(300)의 스위칭 신호(Q1_sw)에 의거 온 상태로 스위칭되고, 이에 태양 전지 패널(10)의 광 출력 전압(Vcell)은 다이오드(D1) 및 스위칭 소자(Q1)을 경유하여 공진 회로부(120)의 인덕터(L)에 제공된다. 인덕터(L)는 태양 전지 패널의 에너지를 저장한다.4 and 5 are views for explaining the battery charging process of the buck converter. Referring to FIG. 4, the switching element Q 1 of the
그리고 저장된 에너지는 공진 회로부(120)의 캐패시터(C2)에 공급되어 충전된다. 캐패시터(C2)의 출력 전류는 저항(RBat)를 경유하여 배터리(Bat)에 충전된다.And the stored energy is supplied to the capacitor C 2 of the
이때 배터리(Bat)은 비선형 장치이므로 입력 및 출력 특성으로 모델링된 등가 회로는 다음과 같다.At this time, since the battery (Bat) is a nonlinear device, the equivalent circuit modeled with input and output characteristics is as follows.
이러한 모델에 대한 등가 회로는 다음 식 1 및 식 2를 만족한다.The equivalent circuit for this model satisfies the following
.. 식 1 .. Photos
.. 식 2 .. Photos
여기서, 는 전압원이고, 저항이며, , 는 충전 또는 방전 시 배터리 과도 응답이며, 는 를 지나가는 전압이고 는 로 유입되는 전류이다.here, Is a voltage source, Resistance, , Is the battery transient response when charging or discharging, The Is the voltage passing through The It is the current flowing into.
식 1 및 식 2를 연속 시간(k, k+1)에 대해 정리하면 다음 식 3 및 4로 나타낸다.Summarizing the
.. 식 3 .. Photos
.. 식 4 .. Photos
여기서, 는 샘플링 시간이고, 는 OTC 시간 상수이고 는 전압 소스로 SOC(state of charge) 함수로 나타낸다.here, Is the sampling time, Is the OTC time constant Is a voltage source and is expressed as a SOC (state of charge) function.
또한 캐패시터()의 충전 전압이 매우 작거나 배터리 작동 시간이 매우 짧은 경우 ,는 무시할 수 있고, 이에 하나의 시간 상수에 대한 모델(OTC)의 등가 회로는 다음과 같다.Also capacitor( ) The charging voltage is very small or the battery operating time is very short , Is negligible, and the equivalent circuit of the model (OTC) for one time constant is as follows.
여기서, 저항() 및 전압 소스()는 SOC(state of charge), SOH (State of Health) 및 온도 함수로 정해지며, 는 방전 시 양의 값을 가지고 충전 시 음의 값을 가지는 배터리 전류이고, 는 배터리 전압이다. Where resistance( ) And voltage source ( ) Is determined by SOC (state of charge), SOH (State of Health) and temperature functions, Is a battery current that has a positive value during discharge and a negative value during charging, Is the battery voltage.
또한 하나의 시상 상수에 대한 배터리 전압()은 다음 식 5로 나타낸다.Also, the battery voltage for one time constant ( ) Is represented by the
.. 식 5 .. Photos
도 5는 인덕터(L)에 흐르는 전류(IL)와 듀티 사이클(D) 간의 관계를 나타낸 도면으로서, 인덕터(L)에 흐르는 전류(IL)가 급격하게 증가하는 시점(d)은 모드 1(CCM)과 모드 2(DCM)의 중요한 듀티 사이클이며, 광 출력 전압()는 듀티 사이클(d)와 태양 전지 패널의 충전 전압()으로부터 결정되고 다음 식 6으로 나타낸다. 여기서, 는 태양 전지 패널의 광 출력 전압()으로 배터리 개방 회로의 전압이다. 이에 모드 1에서 배터리 전압()과 인덕터 전류()은 다음 식 7 및 8에 의해 결정된다.5 is a view showing the relationship between the current (I L ) flowing through the inductor (L) and the duty cycle (D), the current (I L ) flowing through the inductor (L) rapidly increases (d) is mode 1 (CCM) and Mode 2 (DCM) are important duty cycles, and the light output voltage ( ) Is the duty cycle (d) and the charging voltage of the solar panel ( ) And is represented by the following equation (6). here, Is the solar panel light output voltage ( ) Is the voltage of the battery open circuit. Therefore, the battery voltage in mode 1 ) And inductor current ( ) Is determined by the following equations 7 and 8.
.. 식 6 .. Photos
.. 식 7 .. Photos
.. 식 8 .. Photos
도 6은 제1 스위칭 신호(Q1_sw)에 의해 스위칭 소자(Q1)이 오프된 경우 인덕터 전류(IL) 흐름을 보인 도면으로서, 도 6을 참조하면, 스위칭 소자(Q1)의 오프 시 캐패시터(C2)의 충전 전류는 환류부(140)의 다이오드(D3)를 경유하여 인덕터(L)로 전달됨에 따라 인덕터(L)에 전류가 계속 공급된다. 6 is a view showing the flow of the inductor current I L when the switching element Q 1 is turned off by the first switching signal Q1_sw. Referring to FIG. 6, the capacitor when the switching element Q 1 is turned off The charging current of (C 2 ) is continuously supplied to the inductor L as it is transferred to the inductor L via the diode D 3 of the
도 7은 도 1에 도시된 양방향 벅 컨버터의 조명 회로(200)의 동작 상태를 보인 도이다. 도 7을 참조하면, 제어부(300)의 스위칭 신호(Q2_sw)에 의거 스위칭 소자(Q2)가 온 상태인 경우 배터리 전압()은 스위칭 소자(Q2)를 경유하여 캐패시터(C1)에 공급되어 충전되고, 캐패시터(C1)의 출력 전류는 인덕터(L)에 공급됨과 동시에 조명부(220)의 저항(RLed) 및 발광 다이오드(Led)에 흐르게 되고, 이에 조명 소자(미도시됨)가 점등된다.7 is a view showing an operating state of the
이때 발광 다이오드(Led)의 입출력 특성 역시 비선형이므로 발광 다이오드(Led)의 모델링된 등가회로는 다음과 같다.At this time, since the input/output characteristics of the light emitting diode Led are also nonlinear, the modeled equivalent circuit of the light emitting diode Led is as follows.
이러한 등가 회로에 의하면 포지티브 동작 전류() 및 전압()은 다음 식 9를 만족한다.According to this equivalent circuit, the positive operating current ( ) And voltage ( ) Satisfies
.. 식 9 .. Photos
여기서, 는 역전 포화 전류이고, q는 전자 전하로 1.602X10- 19C 이며, 는 Boltzmann 상수로 1.381X10-23 J/K이다.here, And the reverse saturation current, q is an electronic charge 1.602X10 - and C 19, Is the Boltzmann constant of 1.381X10 -23 J/K.
이때 발광 다이오드(Led)의 동작 전류(I) 대 전압(U)의 특성 곡선은 하기와 같고 이러한 발광 다이오드의 I/U 특성 곡선에 의하면, 전압(U)이 발광 다이오드(Led)을 점등시키기 위해 정해진 임계 전압() 보다 낮으면 발광 다이오드(Led)는 소등되고, 이때 전류(I)는 피크 반복 역전압() 보다 높아질 때까지 작은 값으로 유지됨을 확인할 수 있다.At this time, the characteristic curve of the operating current (I) vs. the voltage (U) of the light emitting diode (Led) is as follows, and according to the I/U characteristic curve of the light emitting diode, the voltage (U) to light up the light emitting diode (Led) Set threshold voltage ( If it is lower than ), the light emitting diode (Led) turns off, and the current (I) is the peak repetitive reverse voltage ( It can be seen that it is kept at a small value until higher.
그리고, 전압(U)이 임계 전압() 보다 높아지면 전류(I)는 급격하게 증가됨을 확인할 수 있고, 이때 발광 다이오드(Led)가 정상적으로 동작되어 조명소자는 점등된다.And, the voltage U is the threshold voltage ( It can be seen that when it is higher than the current (I) is rapidly increased, the light emitting diode (Led) is operating normally, the lighting element is turned on.
이러한 발광 다이오드(Led)의 특성 곡선에 따라 조명부(220)의 동작 전압()이 임계 전압() 보다 높아질 때 조명 소자가 정상적으로 점등된다. According to the characteristic curve of the light emitting diode (Led), the operating voltage of the lighting unit 220 ( ) Is the threshold voltage ( ), the lighting element turns on normally.
이때 발광 다이오드(Led)의 동작 전압()과 인덕터(L)에 흐르는 전류(IL)는 다음 식 10으로부터 도출될 수 있다.At this time, the operating voltage of the light emitting diode (Led) ( ) And the current I L flowing through the inductor L can be derived from the following equation (10).
.. 식 10 .. Photos
.. 식 11 .. Photos
여기서, d는 동작 전압()이 임계 전압()에 도달되는 듀티 사이클이다.Where d is the operating voltage ( ) Is the threshold voltage ( ).
한편, 도 8은 제어부(300)의 스위칭 신호(Q2_sw)에 의거 스위칭소자(Q2)가 오프되는 경우 동작 상태를 나타낸 도면으로서, 도 8을 참조하면, 캐패시터(C1)의 전류는 환류부(240)의 다이오드(D6)를 경유하여 인덕터(L)로 전송된다.Meanwhile, FIG. 8 is a diagram showing an operating state when the switching element Q 2 is turned off based on the switching signal Q2_sw of the
이에 따라 인덕터(L)에 저장된 에너지가 배터리 충전 회로(100) 및 조명 회로(200)에 공유하도록 벅 컨버터가 설계됨에 따라, 인덕터(L)에 저장된 태양 에너지로 조명 회로(200)의 발광 다이오드(Led)를 점등할 수 있고, 이에 벅 컨버터의 전체 부품의 수를 줄일 수 있으며 제조 단가를 절감할 수 있게 된다.Accordingly, as the buck converter is designed so that the energy stored in the inductor L is shared between the
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 벅 컨버터를 이용한 조명 제어 방법을 나타낸 흐름도로서, 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예의 조명 제어 방법은, 데이터 수신단계(410), 모드 설정 단계(420), 배터리 충전 단계(430), 및 조명 제어 단계(440)를 포함한다.8 is a flowchart illustrating a lighting control method using a buck converter according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, the lighting control method of another embodiment of the present invention includes a
우선 데이터 수신단계(410)는 태양 전지 패널(10)의 광 출력 전압(Vcell), 배터리 전류(ibat), 배터리 전압() 및 발광다이오드 전류(iled)를 수신하고 수신된 광 출력 전압(Vcell)은 모드 설정 단계(420)로 전달되며, 모드 설정 단계(420)는 수신된 광 출력 전압(Vcell)과 정해진 임계 전압(k)을 토대로 조명이 소등되는 주간 모드와 조명이 점등되는 야간 모드를 설정한다.First, the
그리고, 배터리 충전 단계(430)는 주간 모드 시 태양 전지 패널(10)의 광 출력 전압(Vcell)을 배터리(bat)에 충전한다. 즉, 태양 전지 패널(10)의 광 출력 전압(Vcell)이 배터리 전압()보다 크고 배터리 전압()이 배터리 전압()의 최대값(Vbat_max)보다 작은 경우 배터리 충전 단계(430)는 MPPT 알고리즘을 통해 태양 전지 패널(10)의 광 기준 전압(Vref _cell)을 도출하고, 도출된 광 기준 전압(Vref _cell)과 수신된 광 출력 전압(Vcell)을 기반으로 전압에 대한 PI(Proportional Integral) 제어를 수행하여 배터리 기준 전류(iref _bat)를 도출하며, 도출된 배터리 기준 전류(iref_bat) 및 배터리 전류(ibat)를 기반으로 전류에 대한 PI 제어를 수행하여 듀티 사이클(d)을 설정한다.In addition, the
또한 배터리 충전 단계(430)는 듀티 사이클(d)을 가지는 스위칭 신호(Q1_sw)를 생성한다. 이에 생성된 스위칭 신호(Q1_sw)에 따라 스위칭 소자(Q1)의 온/오프 상태에 따라 태양 전지 패널(10)의 광 출력 전압(Vcell)은 배터리(Bat)에 충전된다.In addition, the
한편, 모드 설정 단계(420)에서 야간 모드로 설정되면 조명 제어 단계(440)가 수행된다.On the other hand, when the night mode is set in the
조명 제어 단계(440)는 타이머의 카운팅 동작을 시작하고 타이머의 타이머의 카운팅값이 설정값에 도달하지 아니한 경우 배터리 전압()을 토대로 조명 기준 전류(iref_led)를 도출한다. The
상기 도출된 조명 기준 전류(iref _led)와 조명 전류(iled)에 대해 조명 제어 단계(440)는 PI 제어를 수행하여 스위칭 신호(Q2_sw)를 생성하고 생성된 스위칭 신호(Q2_sw)의 듀티 사이클에 따라 조명 제어를 수행한다. For the derived illumination reference current i ref _led and illumination current i led , the
이에 하나의 인덕터에 저장된 에너지로 배터리 충전 및 조명 제어를 수행함에 따라 부품의 수를 줄여 부하를 줄일 수 있고, 따라서 양방향 벅 컨버터의 응답 속도를 줄일 수 있게 된다.Accordingly, as battery charging and lighting control are performed with energy stored in one inductor, the number of components can be reduced to reduce the load, and thus, the response speed of the bidirectional buck converter can be reduced.
<실시 예><Example>
도 9는 인덕터에 에너지 저장하여 배터리 충전 시 양방향 벅 컨버터의 출력 파형도들이고, 도 10은 인덕터에 저장된 에너지 방전 시 각 부의 출력 파형을 보인 도들로서, 본 발명의 실시 예는 DC 게인을 0.01로 설정하고, 시정수를 1msec으로 설정하며, 인덕터(L)은 500 ?H, 캐패시터(C1)(C2)는 모두 100?F, 광 출력 전압 Vin 은 18V, 배터리 전압() 은 12V로 각각 설정한다.9 is an output waveform diagram of a bidirectional buck converter when charging the battery by storing energy in the inductor, and FIG. 10 is a diagram showing output waveforms of each part when discharging energy stored in the inductor, and an embodiment of the present invention sets the DC gain to 0.01 And set the time constant to 1 msec, the inductor (L) is 500 ?H, the capacitors (C1) (C2) are all 100?F, the light output voltage V in is 18V, and the battery voltage ( ) Is set to 12V each.
이에 인덕터의 에너지 저장 시 도 9에 도시된 바와 같이, 인덕터 전류(IL), 배터리 전류(ibat), 배터리 전압(), 및 듀티 사이클(Duty) 각각에 대한 시뮬레이션 결과와 실체 측정치를 비교하면, 실제 인덕터 전류의 측정치가 배터리 기준 전류와 동일함을 확인할 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 9 when storing the energy of the inductor, the inductor current IL, battery current ibat, and battery voltage ( ), and comparing the simulation result and the actual measurement value for each of the duty cycle (Duty), it can be confirmed that the actual inductor current measurement is the same as the battery reference current.
도 10은 인덕터의 저장된 에너지 방전 시, 즉, 배터리 방전 시 출력 파형을 보인 도면으로서, 도 10을 참조하면, 인덕터의 저장된 에너지 방전 시 70msec 이 후 인덕터 전류의 측정치와 배터리 기준 전류가 -1A로 동일함을 알 수 있다.FIG. 10 is a view showing an output waveform when the stored energy of the inductor is discharged, that is, when the battery is discharged. Referring to FIG. 10, the measured value of the inductor current and the battery reference current are equal to -1A after 70 msec during the stored energy discharge of the inductor. Can be seen.
도 11은 본 발명의 실시 예에서 고속 MPPT 알고리즘의 시뮬레이션 결과를 보인 파형도로서. 고속 MPPT 알고리즘은 최대 전력에 해당하는 고정 시간에 가변 전압값(V)을 변경하여 기준 전압을 측정하고 측정된 조명 기준 전압을 토대로 최대 전달 전력값을 추정한 후 변화가 없는 일정한 조명 기준 전압(Vref _led)이 획득된다. 이에 도 11을 참조하여 기존의 MPPT 알고리즘 시뮬레이션 결과와 비교하면, MPPT 효율이 99%가향상되고, 응답 시간은 70msec 이내로 MPOP 추적 속도가 크게 향상됨을 확인할 수 있다. 11 is a waveform diagram showing simulation results of a high speed MPPT algorithm in an embodiment of the present invention. The fast MPPT algorithm measures the reference voltage by changing the variable voltage value (V) at a fixed time corresponding to the maximum power, estimates the maximum delivered power value based on the measured lighting reference voltage, and then changes the constant lighting reference voltage (V) without change. ref _led ) is obtained. Accordingly, referring to FIG. 11, it can be seen that when compared with the existing MPPT algorithm simulation results, the MPPT efficiency is improved by 99%, and the response time is significantly improved within 70 msec.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the above, it has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, but those skilled in the art may variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can.
100 : 배터리 충전회로
110, 210 : 메인 스위칭부
120 : 공진 회로부
130 : 충전부
140, 240 : 환류부
220 : DC 부
230 : 조명부
200 : 조명 회로
300 : 제어부
310 : 조명 기준 전류 도출부
320 : 배터리 기준 전류 도출부
330 : 스위칭 신호 생성부
410 : 데이터 수신단계
420 : 모드 설정 단계
430 : 배터리 충전 단계
440 : 조명 제어 단계100: battery charging circuit
110, 210: main switching unit
120: resonant circuit unit
130: charging unit
140, 240: reflux
220: DC unit
230: lighting unit
200: lighting circuit
300: control unit
310: lighting reference current derivation unit
320: battery reference current deriving unit
330: switching signal generator
410: data receiving step
420: mode setting step
430: battery charging stage
440: lighting control stage
Claims (10)
상기 양방향 벅 컨버터는,
하나의 인덕터에 저장된 에너지로 상기 배터리 충전 및 조명 제어를 수행하도록 구비되고,
상기 양방향 벅 컨버터는,
태양 전지 패널의 양단 사이에 연결되어 태양 전지 패널의 광 출력 전압을 배터리에 충전하는 배터리 충전 회로를 포함하고,
상기 배터리 충전 회로는,
상기 태양 전지 패널의 출력단에 직렬로 연결된 제1 다이오드와 상기 제1 다이오드의 출력단에 접속된 제2 다이오드 및 제1 스위칭 소자가 병렬로 연결된 제1 메인 스위칭부;
상기 제1 메인 스위칭부의 출력단에 접속된 인덕터와 상기 인덕터의 출력단과 배터리의 타단에 연결된 제1 캐패시터로 구성되고, 상기 제1 메인 스위칭부의 일단과 배터리의 일단 사이에 위치하는 공진 회로부; 및
상기 인덕터의 출력단에 위치하고 상기 제1 캐패시터와 병렬로 연결된 제1 저항 및 배터리로 구성되어 상기 인덕터에 저장된 에너지를 상기 배터리에 충전하는 충전부; 및
상기 배터리의 타단과 제1 메인 스위칭의 출력단에 제3 다이오드를 위치하여 태양 전지 패널의 광 출력 전압의 공급 차단 시 상기 제1 캐패시터의 출력 전류를 상기 인덕터로 전달하는 제1 환류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 벅 컨버터를 이용한 태양광 가로등 장치.In the solar street light device using a bi-directional buck converter for charging the light output voltage of the solar panel to the battery and controlling the lighting with the charged battery voltage,
The bidirectional buck converter,
It is provided to perform the battery charging and lighting control with the energy stored in one inductor,
The bidirectional buck converter,
It includes a battery charging circuit connected between both ends of the solar panel to charge the light output voltage of the solar panel to the battery,
The battery charging circuit,
A first main switching unit having a first diode connected in series to the output terminal of the solar panel, a second diode connected to the output terminal of the first diode, and a first switching element connected in parallel;
A resonant circuit unit comprising an inductor connected to the output terminal of the first main switching unit, a first capacitor connected to the output terminal of the inductor and the other terminal of the battery, and positioned between one end of the first main switching unit and one end of the battery; And
A charging unit located at an output terminal of the inductor and configured to include a first resistor and a battery connected in parallel with the first capacitor to charge energy stored in the inductor to the battery; And
And a first reflux unit for transferring the output current of the first capacitor to the inductor when a third diode is positioned at the other end of the battery and the output terminal of the first main switching to cut off the supply of the light output voltage of the solar panel. Solar street light device using a bi-directional buck converter.
상기 인덕터의 전단과 상기 제1 캐패시터의 타단 사이에 위치하여 배터리 전압에 의거 점등 또는 소등되는 조명 회로를 포함하되,
상기 조명 회로는
상기 배터리의 타단에 병렬로 제2 스위칭 소자 및 제4 다이오드를 위치하는 제2 메인 스위칭부;
상기 제2 스위칭 소자의 출력단과 상기 인덕터의 전단에 접속되어 배터리 전압을 충전하는 DC부;
상기 DC부와 병렬로 연결되어 조명소자를 점등 또는 소등하는 조명부; 및
제5 다이오드로 구성하고, 상기 조명부의 출력단과 상기 인덕터의 타단에 접속되어 상기 배터리 전압 공급 차단 시 캐패시터의 출력 전류를 상기 인덕터로 환류시키는 제2 환류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 벅 컨버터를 이용한 태양광 가로등 장치. According to claim 2, The bi-directional buck converter,
Located between the front end of the inductor and the other end of the first capacitor includes a lighting circuit that is turned on or off based on the battery voltage,
The lighting circuit
A second main switching part which positions a second switching element and a fourth diode in parallel on the other end of the battery;
A DC unit connected to an output terminal of the second switching element and a front end of the inductor to charge a battery voltage;
A lighting unit connected to the DC unit in parallel to turn on or off a lighting element; And
It is composed of a fifth diode, and is connected to the output terminal of the lighting unit and the other end of the inductor, and includes a second reflux unit for refluxing the output current of the capacitor to the inductor when the battery voltage supply is cut off. Solar street light device.
상기 제1 스위칭 소자 및 제2 스위치 소자의 온 또는 오프를 단속하기 위한 제1 스위칭 신호 및 제2 스위칭 신호를 생성하는 제어부를 더 포함하되,
상기 제어부는,
상기 배터리 전압으로부터 조명 기준 전류를 도출하는 조명 기준 전류 도출부;
기 정해진 듀티 사이클, 인덕터 전류, 및 태양 전지 패널의 광 출력 전압을 토대로 배터리 기준 전류를 도출하는 배터리 기준 전류 도출부; 및
상기 광 출력 전압을 토대로 상기 조명 기준 전류 및 배터리 기준 전류 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 배터리 기준 전류를 토대로 제1 스위칭 신호를 생성하며, 선택된 조명 기준 전류를 토대로 제2 스위칭 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 벅 컨버터를 이용한 태양광 가로등 장치.The bidirectional buck converter of claim 3,
Further comprising a control unit for generating a first switching signal and a second switching signal for controlling the on or off of the first switching element and the second switching element,
The control unit,
An illumination reference current deriving unit for deriving an illumination reference current from the battery voltage;
A battery reference current deriving unit that derives a battery reference current based on a predetermined duty cycle, an inductor current, and a light output voltage of the solar panel; And
A switching signal for selecting one of the lighting reference current and the battery reference current based on the light output voltage, generating a first switching signal based on the selected battery reference current, and generating a second switching signal based on the selected lighting reference current Solar street light device using a bi-directional buck converter, characterized in that it comprises a generator.
상기 듀티 사이클, 인덕터 전류, 및 태양 전지 패널의 광 출력 전압을 토대로 전달 전력을 도출하고,
상기 도출된 전달 전력에 대해 최대 전력 동작점 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking) 알고리즘을 수행하여 태양 전지 패널의 광 출력 전압에 대한 광 기준 전압을 도출하며,
상기 도출된 광 기준 전압에 대해 PI(Proportional Integral) 제어를 수행하여 배터리 기준 전압을 도출하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 양방향 벅 컨버터를 이용한 태양광 가로등 장치.The method of claim 4, wherein the battery reference current derivation unit,
Deriving the delivered power based on the duty cycle, the inductor current, and the light output voltage of the solar panel,
A maximum power point tracking (MPPT) algorithm is performed on the derived transfer power to derive an optical reference voltage to the light output voltage of the solar panel,
A solar street light device using a bi-directional buck converter, characterized in that it is provided to derive a battery reference voltage by performing PI (Proportional Integral) control on the derived light reference voltage.
상기 제어부의 제2 스위칭 신호에 의해 제2 스위칭 소자가 온 상태로 스위칭되어 상기 배터리 전압이 공급될 때
상기 배터리의 출력 전류가 제2 스위칭 소자를 경유하여 제2 캐패시터로 전달되고 상기 제2 캐패시터의 출력 전류가 제2 저항 및 발광 다이오드에 전달됨에 따라 조명 소자를 점등하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 양방향 벅 컨버터를 이용한 태양광 가로등 장치.The method of claim 5, wherein the lighting circuit,
When the second switching element is switched to the on state by the second switching signal of the control unit to supply the battery voltage
Bi-directional buck, characterized in that it is provided to light the lighting element as the output current of the battery is transmitted to the second capacitor via the second switching element and the output current of the second capacitor is transmitted to the second resistor and the light emitting diode. Solar street light device using converter.
상기 제어부의 제2 스위칭 신호에 의거 상기 제2 스위치 소자가 오프 상태로 스위칭되어 상기 배터리 전압 공급이 차단될 때,
상기 제2 캐패시터의 출력 전류를 제2 저항 및 발광 다이오드에 전달하여 조명 소자의 점등 상태를 유지하고 상기 제2 캐패시터의 출력 전류를 상기 제5 다이오드를 통해 환류하여 상기 인덕터로 전달하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 양방향 벅 컨버터를 이용한 태양광 가로등 장치.The method of claim 6, wherein the lighting circuit
When the second switch element is switched to the off state according to the second switching signal of the control unit, the supply of the battery voltage is cut off,
The output current of the second capacitor is transmitted to a second resistor and a light emitting diode to maintain the lighting state of the lighting element, and the output current of the second capacitor is refluxed through the fifth diode to be delivered to the inductor. Solar street light device using a bi-directional buck converter.
상기 인덕터의 전단과 상기 제1 캐패시터의 타단 사이에 위치하여 배터리 전압에 의거 점등 또는 소등되는 조명 회로를 포함하되, 상기 조명 회로는 상기 배터리의 출력단에 위치한 제2 스위칭 소자 및 제4 다이오드가 병렬로 연결되는 제2 메인 스위칭부; 상기 제2 스위칭 소자의 출력단과 상기 인덕터의 전단에 접속되어 배터리 전압을 충전하는 DC부; 상기 DC부와 병렬로 연결되어 조명소자를 점등 또는 소등하는 조명부; 및 제5 다이오드로 구성하고, 상기 조명부의 출력단과 상기 인덕터의 타단에 접속되어 상기 배터리 전압 공급 차단 시 캐패시터의 출력 전류를 상기 인덕터로 환류시키는 제2 환류부를 포함하며,
상기 제1 스위칭 소자 및 제2 스위치 소자의 온 또는 오프를 단속하기 위한 제1 스위칭 신호 및 제2 스위칭 신호를 생성하는 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는, 배터리의 출력 전압으로부터 조명 기준 전류를 도출하는 조명 기준 전류 도출부; 기 정해진 듀티 사이클, 인덕터 전류, 및 태양 전지 패널의 광 출력 전압을 토대로 배터리 기준 전류를 도출하는 배터리 기준 전류 도출부; 및 상기 광 출력 전압을 토대로 상기 조명 기준 전류 및 배터리 기준 전류 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 배터리 기준 전류를 토대로 제1 스위칭 신호를 생성하며, 선택된 조명 기준 전류를 토대로 제2 스위칭 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 벅 컨버터를 이용한 태양광 가로등 장치.It includes a battery charging circuit connected between both ends of the solar panel to charge the light output voltage of the solar panel, the battery charging circuit of the first diode and the first diode connected in series to the output terminal of the solar panel A first main switching unit having a second diode connected to the output terminal and a first switching element connected in parallel; A resonant circuit unit comprising an inductor connected to the output terminal of the first main switching unit, a first capacitor connected to the output terminal of the inductor and the other terminal of the battery, and positioned between one end of the first main switching unit and one end of the battery; A charging unit which is located in the output terminal of the inductor and which is connected in series with the first capacitor and the battery in series to charge energy stored in the inductor to the battery; And a first reflux unit that positions a third diode at the other end of the battery and the output terminal of the first main switching to transfer the output current of the first capacitor to the inductor when the supply of the solar panel's optical output voltage is blocked.
A lighting circuit positioned between the front end of the inductor and the other end of the first capacitor to be turned on or off based on a battery voltage, wherein the lighting circuit includes a second switching element and a fourth diode located in parallel at the output terminal of the battery in parallel. A second main switching unit connected; A DC unit connected to an output terminal of the second switching element and a front end of the inductor to charge a battery voltage; A lighting unit connected to the DC unit in parallel to turn on or off a lighting element; And a second reflux unit configured as a fifth diode and connected to the output terminal of the lighting unit and the other end of the inductor to reflux the output current of the capacitor to the inductor when the battery voltage supply is cut off.
Further comprising a control unit for generating a first switching signal and a second switching signal for controlling the on or off of the first switching element and the second switching element, the control unit, deriving the lighting reference current from the output voltage of the battery An illumination reference current derivation unit; A battery reference current deriving unit that derives a battery reference current based on a predetermined duty cycle, an inductor current, and a light output voltage of the solar panel; And selecting one of the lighting reference current and the battery reference current based on the light output voltage, generating a first switching signal based on the selected battery reference current, and generating a second switching signal based on the selected lighting reference current. Solar street light device using a bi-directional buck converter, characterized in that it comprises a signal generator.
상기 태양 전지 패널의 광 출력 전압 및 전류, 배터리 전압 및 전류, 및 인덕터 전류를 수신하는 데이터 수신 단계; 상기 태양 전지 패널의 광 출력 전압과 기 정해진 임계 전압과의 비교 결과를 기반으로 주간 모드 또는 야간 모드를 설정하는 모드 설정 단계;
상기 주간 모드 설정 시 광 출력 전압, 배터리 전압, 및 최대 배터리 전압의 비교 결과를 토대로 최대 전력 동작점 추적 알고리즘을 수행하여 광 기준 전압을 도출하고, 도출된 광 기준 전압과 광 출력 전압에 대해 PI 제어를 수행하여 배터리 기준 전류를 도출하며, 도출된 배터리 기준 전류와 배터리 전류를 토대로 PI 제어를 수행하여 배터리 기준 전류를 도출하고, 도출된 배터리 기준 전류로 제1 스위칭 신호를 생성하고 생성된 제1 스위칭 신호로 제1 스위칭 소자의 온/오프를 제어하여 광 출력 전압을 배터리에 충전하는 배터리 충전 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 벅 컨버터를 이용한 태양광 가로등 제어방법.In the solar street light control method using a bi-directional buck converter for charging the battery at daytime with the light output voltage of the solar panel and controlling the lighting with the battery voltage at night,
A data receiving step of receiving the light output voltage and current, battery voltage and current, and inductor current of the solar panel; A mode setting step of setting a day mode or a night mode based on a result of comparing the light output voltage of the solar panel with a predetermined threshold voltage;
When the day mode is set, the maximum power operating point tracking algorithm is performed based on the comparison result of the light output voltage, the battery voltage, and the maximum battery voltage to derive the light reference voltage, and PI control is performed on the derived light reference voltage and light output voltage To derive the battery reference current, perform PI control based on the derived battery reference current and battery current to derive the battery reference current, generate a first switching signal with the derived battery reference current, and generate the first switching And controlling the on/off of the first switching element with a signal to charge the light output voltage to the battery, the method of controlling a solar street light using a bi-directional buck converter.
상기 야간 모드 설정 시 카운터의 카운팅값이 설정값을 결과하지 아니한 경우 배터리 전압을 제공받아 조명 기준 전류를 도출하고 도출된 조명 기준 전류를 토대로 제2 스위칭 신호를 생성하여 제2 스위칭 소자로 전달하고
상기 제2 스위칭 소자의 온 오프 제어에 의거 배터리 전압으로 조명소자의 점등 을 제어하는 조명 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 벅 컨버터를 이용한 태양광 가로등 제어방법.
The method of claim 9, wherein in the mode setting step
When setting the night mode, if the counting value of the counter does not result in the set value, the battery voltage is supplied to derive the lighting reference current, and the second switching signal is generated based on the derived lighting reference current and transmitted to the second switching element.
The control method of the solar street light using a bi-directional buck converter further comprises a lighting control step of controlling the lighting of the lighting element with a battery voltage based on the on/off control of the second switching element.
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