KR102233898B1 - Transformer and power converting apparatus icnluing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 트랜스포머 및 이를 구비한 전력변환장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을 변환하며, 복수의 인터리빙 컨버터를 포함하는 컨버터부와, 컨버터부를 제어하는 제어부를 포함하며, 제어부는, 복수의 인터리빙 컨버터의 스위칭 주기를 가변하며, 스위칭 주기 가변에 대응하여, 복수의 인터리빙 컨버터 간의 동작 구간에 대한 위상 차이를 가변한다.이에 의해, 전력변환시의 고효율의 전력 변환이 가능하게 된다.The present invention relates to a transformer and a power conversion device having the same. A power conversion device according to an embodiment of the present invention converts DC power from a solar cell module and includes a converter unit including a plurality of interleaving converters, and a control unit for controlling the converter unit, and the control unit includes a plurality of interleaving converters. The switching period of is varied, and the phase difference for the operation period between the plurality of interleaving converters is varied in response to the change of the switching period. This enables high-efficiency power conversion during power conversion.
Description
본 발명은 트랜스포머 및 이를 구비한 전력변환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전력변환시의 고효율의 전력 변환이 가능한 트랜스포머 및 이를 구비한 전력변환장치에 관한 것이다.The present invention relates to a transformer and a power conversion device having the same, and more particularly, to a transformer capable of converting high-efficiency power during power conversion, and a power conversion device having the same.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 반도체 소자를 이용하여 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변화시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.Recently, as existing energy resources such as oil and coal are expected to be depleted, interest in alternative energy to replace them is increasing. Among them, solar cells are in the spotlight as a next-generation battery that directly converts solar energy into electrical energy using semiconductor devices.
한편, 태양광 모듈은 태양광 발전을 위한 태양전지가 직렬 혹은 병렬로 연결된 상태를 의미하며, 태양광 모듈은 태양전지가 생산한 전기를 모으는 정션박스를 포함할 수 있다.Meanwhile, the solar module refers to a state in which solar cells for solar power generation are connected in series or in parallel, and the solar module may include a junction box that collects electricity produced by the solar cells.
본 발명의 목적은, 전력변환시의 고효율의 전력 변환이 가능한 트랜스포머 및 이를 구비한 전력변환장치를 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a transformer capable of converting high-efficiency power during power conversion, and a power conversion device having the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머는, 중공이 형성되며, 측면에 감기는 권선을 가이드하는 권선 가이드부를 포함하는 보빈, 중공 내에 삽입되는 제1 돌출부, 및 보빈을 둘러싸며 서로 이격되는 제1 및 제2 측면부를 구비하는 제1 코어, 중공 내에 삽입되는 제2 돌출부, 및 보빈을 둘러싸며 서로 이격되는 제3 및 제4 측면부를 구비하며, 제1 코어와 함께 보빈에 결합되는 제2 코어, 및 보빈 내의 권선 가이드부에 감기는 권선을 구비한다.A transformer according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a bobbin formed with a hollow and including a winding guide portion for guiding a winding wound on a side thereof, a first protrusion inserted into the hollow, and surrounding the bobbin. A first core having first and second side portions spaced apart, a second protrusion inserted into the hollow, and third and fourth side portions that surround the bobbin and are spaced apart from each other, and are coupled to the bobbin together with the first core. A second core and a winding wound around a winding guide in the bobbin are provided.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을 변환하는 컨버터부, 컨버터부를 제어하는 제어부, 및 컨버터부에서 출력되는 전압을 저장하는 커패시터를 포함하고, 컨버터부는, 스위칭 소자, 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 전력 변환을 수행하는 트랜스포머, 및 트랜스포머의 출력단에 배치되는 다이오드 소자를 포함하며, 트랜스포머는, 중공이 형성되며, 측면에 감기는 권선을 가이드하는 권선 가이드부를 포함하는 보빈, 중공 내에 삽입되는 제1 돌출부, 및 보빈을 둘러싸며 서로 이격되는 제1 및 제2 측면부를 구비하는 제1 코어, 중공 내에 삽입되는 제2 돌출부, 및 보빈을 둘러싸며 서로 이격되는 제3 및 제4 측면부를 구비하며, 제1 코어와 함께 보빈에 결합되는 제2 코어, 및 보빈 내의 권선 가이드부에 감기는 권선을 구비한다.On the other hand, the power conversion device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a converter unit for converting DC power from a solar cell module, a control unit for controlling the converter unit, and a capacitor for storing a voltage output from the converter unit. Including, the converter unit includes a switching element, a transformer that performs power conversion by a switching operation of the switching element, and a diode element disposed at the output terminal of the transformer, the transformer is formed with a hollow, a winding winding on the side A bobbin including a winding guide portion for guiding the bobbin, a first protrusion inserted into the hollow, and a first core having first and second side portions spaced apart from each other surrounding the bobbin, a second protrusion inserted into the hollow, and a bobbin. A second core having third and fourth side portions that are surrounded and spaced apart from each other, and a second core coupled to the bobbin together with the first core, and a winding wound around a winding guide portion in the bobbin.
본 발명의 실시예에 따르면, 트랜스포머는, 중공이 형성되며, 측면에 감기는 권선을 가이드하는 권선 가이드부를 포함하는 보빈, 중공 내에 삽입되는 제1 돌출부, 및 보빈을 둘러싸며 서로 이격되는 제1 및 제2 측면부를 구비하는 제1 코어, 중공 내에 삽입되는 제2 돌출부, 및 보빈을 둘러싸며 서로 이격되는 제3 및 제4 측면부를 구비하며, 제1 코어와 함께 보빈에 결합되는 제2 코어, 및 보빈 내의 권선 가이드부에 감기는 권선을 구비함으로써, 전력변환시의 고효율의 전력 변환이 가능하게 된다.According to an embodiment of the present invention, the transformer includes a bobbin having a hollow formed therein and including a winding guide portion for guiding a winding wound on a side thereof, a first protrusion inserted into the hollow, and a first and spaced apart from each other surrounding the bobbin. A second core having a first core having a second side portion, a second protrusion inserted into the hollow, and third and fourth side portions surrounding the bobbin and spaced apart from each other, and coupled to the bobbin together with the first core, and By providing a winding wound around the winding guide portion in the bobbin, high-efficiency power conversion during power conversion is possible.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템의 구성도의 일예이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 정면도이다.
도 3은 도 2의 태양광 모듈의 배면도이다.
도 4는 도 2의 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 도 2의 태양광 모듈의 바이패스 다이오드 구성의 일예이다.
도 6은 도 2의 정션 박스 내부의 전력변환모듈의 블록도의 일예이다.
도 7a는 도 6의 전력변환모듈의 내부 회로도의 일예이다.
도 7a는 도 6의 전력변환모듈의 내부 회로도의 일예이다.
도 7b는 도 6의 전력변환모듈의 내부 회로도의 다른 예이다.
도 8a 및 도 8b는 도 6의 전력변환모듈의 동작방법을 설명하는 도면이다.
도 9a 내지 도 9b는 도 7a의 탭 인덕터 부스트 컨버터의 동작 설명을 위해 참조되는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 도 6의 컨버터부에서 입력 전원을 이용하여 의사 직류 전원을 출력하는 것을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 11은 컨버터부의 일예를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머 내의 보빈의 사시도이다.
도 13 내지 도 17은 도 12의 설명에 참조되는 도면이다.1 is an example of a configuration diagram of a solar system according to an embodiment of the present invention.
2 is a front view of a solar module according to an embodiment of the present invention.
3 is a rear view of the solar module of FIG. 2.
4 is an exploded perspective view of the solar cell module of FIG. 2.
5 is an example of a configuration of a bypass diode of the solar module of FIG. 2.
6 is an example of a block diagram of a power conversion module inside the junction box of FIG. 2.
7A is an example of an internal circuit diagram of the power conversion module of FIG. 6.
7A is an example of an internal circuit diagram of the power conversion module of FIG. 6.
7B is another example of an internal circuit diagram of the power conversion module of FIG. 6.
8A and 8B are diagrams illustrating a method of operating the power conversion module of FIG. 6.
9A to 9B are views referenced for explaining the operation of the tapped inductor boost converter of FIG. 7A.
10A and 10B are diagrams referenced for explaining that the converter unit of FIG. 6 outputs a pseudo DC power using an input power source.
11 is a diagram illustrating an example of a converter unit.
12 is a perspective view of a bobbin in a transformer according to an embodiment of the present invention.
13 to 17 are views referenced in the description of FIG. 12.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.The suffixes "module" and "unit" for the constituent elements used in the following description are given in consideration of only the ease of preparation of the present specification, and do not impart a particularly important meaning or role. Therefore, the "module" and "unit" may be used interchangeably with each other.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템의 구성도의 일예이다.1 is an example of a configuration diagram of a solar system according to an embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 도 1의 태양광 시스템(10)은, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ...,50n)을 구비할 수 있다.Referring to the drawings, the
각 태양광 모듈(50a, 50b, ...,50n)은, 복수의 태양 전지를 구비하며, 직류 전원을 생성하는 각 태양전지 모듈(100a,1000b, ...,100n), 및 각 태양전지 모듈(100a,1000b, ...,100n)의 배면에 부착되며, 각 태양전지 모듈(100a,1000b, ...,100n)로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는, 정션박스(200a, 200b, ...,200n)를 구비할 수 있다.Each solar module (50a, 50b, ..., 50n) is provided with a plurality of solar cells, each solar cell module (100a, 1000b, ..., 100n) for generating a DC power supply, and each solar cell A junction box 200a that is attached to the back of the
이때, 정션박스(200a, 200b, ...,200n)는, 각 태양전지 모듈(100a,1000b, ...,100n)로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 전력변환모듈(도 6의 700)를 구비할 수 있다.At this time, the junction box (200a, 200b, ..., 200n) is a power conversion module (Fig. 6) that converts DC power from each solar cell module (100a, 1000b, ..., 100n) into AC power and outputs it. Of 700) may be provided.
전력변환모듈(도 6의 700)은, 하나의 회로 기판 상에, 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc), 컨버터부(도 6의 530), 인버터부(도 6의 540)를 구비할 수 있다. 이러한, 전력변환모듈(도 6의 700)을 마이크로 인버터라 명명할 수도 있다.The power conversion module (700 in FIG. 6) may include a bypass diode (Da, Db, Dc), a converter unit (530 in FIG. 6), and an inverter unit (540 in FIG. 6) on one circuit board. have. Such a power conversion module (700 in FIG. 6) may be referred to as a micro inverter.
한편, 본 발명의 실시예에서의, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ...,50n)은, 각 태양전지 모듈(100a,1000b, ...,100n)과 정션박스(200a, 200b, ...,200n)를 통해, 바로, 교류 전원을 출력할 수 있으므로, 이를 태양광 AC 모듈이라 명명할 수도 있다.On the other hand, in the embodiment of the present invention, a plurality of solar modules (50a, 50b, ..., 50n), each solar cell module (100a, 1000b, ..., 100n) and the junction box (200a, 200b) , ...,200n), it is possible to output AC power directly, so it may be called a solar AC module.
한편, 이러한 구성에 의하면, 각 태양전지 모듈(100a,1000b, ...,100n)에, 교류 전원을 출력하는 마이크로 인버터를 부착함으로써, 태양전지 모듈들 중 어느 하나의 출력이 낮아져도, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ...,50n)이 서로 병렬 접속되어, 계통(그리드)으로 생성된 교류 전원을 공급할 수 있게 된다.On the other hand, according to this configuration, by attaching a micro inverter that outputs AC power to each solar cell module (100a, 1000b, ..., 100n), even if the output of any one of the solar cell modules is lowered, a plurality of The
또한, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ...,50n)이 서로 직렬 접속되는 스트링 방식과 달리, 서로 독립적으로 교류 전원을 생성하여 출력하며, 병렬 접속되므로, 다른 태양광 모듈의 교류 전원 출력과 관계없이 안정적으로, 교류 전원을 계통으로 출력할 수 있게 된다.In addition, unlike the string method in which a plurality of photovoltaic modules (50a, 50b, ..., 50n) are connected in series with each other, AC power is generated and output independently of each other and is connected in parallel. Regardless of the output, it is possible to stably output AC power to the system.
한편, 본 발명의 실시예에서는, 전력변환모듈(도 6의 700) 내의 복수의 인터리빙 컨버터의 트랜스포머는, 중공이 형성되며, 측면에 감기는 권선을 가이드하는 권선 가이드부를 포함하는 보빈, 중공 내에 삽입되는 제1 돌출부, 및 보빈을 둘러싸며 서로 이격되는 제1 및 제2 측면부를 구비하는 제1 코어, 중공 내에 삽입되는 제2 돌출부, 및 보빈을 둘러싸며 서로 이격되는 제3 및 제4 측면부를 구비하며, 제1 코어와 함께 보빈에 결합되는 제2 코어, 및 보빈 내의 권선 가이드부에 감기는 권선을 구비한다. 이에 의해, 전력변환시의 고효율의 전력 변환이 가능하게 된다. 이에 대해서는 도 11 이하를 참조하여 후술한다.On the other hand, in an embodiment of the present invention, the transformer of the plurality of interleaving converters in the power conversion module (700 in FIG. 6) has a hollow, and a bobbin including a winding guide portion for guiding a winding wound on the side, is inserted into the hollow. A first core having a first protrusion portion, and first and second side portions spaced apart from each other surrounding the bobbin, a second protrusion portion inserted into the hollow, and third and fourth side portions spaced apart from each other surrounding the bobbin And a second core coupled to the bobbin together with the first core, and a winding wound around a winding guide portion in the bobbin. This enables high-efficiency power conversion at the time of power conversion. This will be described later with reference to FIG. 11 or less.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 정면도이고, 도 3은 도 2의 태양광 모듈의 배면도이며, 도 4는 도 2의 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.FIG. 2 is a front view of a solar module according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a rear view of the solar module of FIG. 2, and FIG. 4 is an exploded perspective view of the solar cell module of FIG. 2.
도 2 내지 도 4을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈(100), 태양전지 모듈(100)의 일면에 위치하는 정션 박스(200)를 포함한다. 또한, 태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈(100)과 정션 박스(200) 사이에 배치되는 방열부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.2 to 4, the
먼저, 태양전지 모듈(100)은, 복수의 태양 전지(130)를 포함할 수 있다. 그 외, 복수의 태양전지(130)의 하면과 상면에 위치하는 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(150), 제1 밀봉재(120)의 하면에 위치하는 후면 기판(110) 및 제2 밀봉재(150)의 상면에 위치하는 전면 기판(160)을 더 포함할 수 있다. First, the
먼저, 태양전지(130)는, 태양전지(130)는, 태양 에너지를 전기 에너지로 변화하는 반도체 소자로써, 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell), 염료감응형 또는 CdTe, CIGS형 태양전지 등일 수 있다. First, the
태양전지(130)는 태양광이 입사하는 수광면과 수광면의 반대측인 이면으로 형성된다. 예를 들어, 태양전지(130)는, 제1 도전형의 실리콘 기판과, 실리콘 기판상에 형성되며 제1 도전형과 반대 도전형을 가지는 제2 도전형 반도체층과, 제2 도전형 반도체층의 일부면을 노출시키는 적어도 하나 이상의 개구부를 포함하며 제2 도전형 반도체층 상에 형성되는 반사방지막과, 적어도 하나 이상의 개구부를 통해 노출된 제 2 도전형 반도체층의 일부면에 접촉하는 전면전극과, 상기 실리콘 기판의 후면에 형성된 후면전극을 포함할 수 있다.The
각 태양전지(130)는, 전기적으로 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 복수의 태양 전지(130)는, 리본(133)에 의해 전기적으로 접속될 수 있다. 리본(133)은, 태양전지(130)의 수광면 상에 형성된 전면 전극과, 인접한 다른 태양전지(130)의 이면 상에 형성된 후면 전극집전 전극에 접합될 수 있다.Each
도면에서는, 리본(133)이 2줄로 형성되고, 이 리본(133)에 의해, 태양전지(130)가 일렬로 연결되어, 태양전지 스트링(140)이 형성되는 것을 예시한다. 이에 의해 6개의 스트링(140a,140b,140c,140d,140e,140f)이 형성되고, 각 스트링은 10개의 태양전지를 구비하는 것을 예시한다. 도면과 달리, 다양한 변형이 가능하다.In the drawing, the
한편, 각 태양전지 스트링은, 버스 리본에 의해 전기적으로 접속될 수 있다. 도 2은, 태양전지 모듈(100)의 하부에 배치되는 버스 리본(145a,145c,145e)에 의해, 각각 제1 태양전지 스트링(140a)과 제2 태양전지 스트링(140b)이, 제3 태양전지 스트링(140c)과 제4 태양전지 스트링(140d)이, 제5 태양전지 스트링(140e)과 제6 태양전지 스트링(140f)이 전기적으로 접속되는 것을 예시한다. 또한, 도 2은, 태양전지 모듈(100)의 상부에 배치되는 버스 리본(145b,145d)에 의해, 각각 제2 태양전지 스트링(140b)과 제3 태양전지 스트링(140c)이, 제4 태양전지 스트링(140d)과 제5 태양전지 스트링(140e)이 전기적으로 접속되는 것을 예시한다.Meanwhile, each solar cell string may be electrically connected by a bus ribbon. FIG. 2 shows the first
한편, 제1 스트링에 접속된 리본, 버스 리본(145b,145d), 및 제4 스트링에 접속된 리본은, 각각 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)에 전기적으로 접속되며, 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)은, 태양전지 모듈(100)의 배면에 배치되는 정션 박스(200) 내의 바이패스 다이오드(도 6의 Da,Db,Dc)와 접속된다. 도면에서는, 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)이, 태양전지 모듈(100) 상에 형성된 개구부를 통해, 태양전지 모듈(100)의 배면으로 연장되는 것을 예시한다.Meanwhile, the ribbon connected to the first string, the
한편, 정션 박스(200)는, 태양전지 모듈(100)의 양단부 중 도전성 라인이 연장되는 단부에 더 인접하여 배치되는 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that the
도 2 및 도 3에서는, 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)이, 태양전지 모듈(100)의 상부에서 태양전지 모듈(100)의 배면으로 연장되므로, 정션 박스(200)가 태양전지 모듈(100)의 배면 중 상부에 위치하는 것을 예시한다. 이에 의해, 도전성 라인의 길이를 줄일 수 있어, 전력 손실이 줄어들 수 있게 된다.2 and 3, since the first to fourth
후면 기판(110)은, 백시트로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 하며, TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 도 4에서는 후면 기판(110)이 직사각형의 모양으로 도시되어 있으나, 태양전지 모듈(100)이 설치되는 환경에 따라 원형, 반원형 등 다양한 모양으로 제조될 수 있다.The
한편, 후면 기판(110) 상에는 제1 밀봉재(120)가 후면 기판(110)과 동일한 크기로 부착되어 형성될 수 있고, 제1 밀봉재(120) 상에는 복수의 태양전지(130)가 수 개의 열을 이루도록 서로 이웃하여 위치할 수 있다. On the other hand, on the
제2 밀봉재(150)는, 태양전지(130) 상에 위치하여 제1 밀봉재(120)와 라미네이션(Lamination)에 의해 접합할 수 있다. The
여기에서, 제1 밀봉재(120)와, 제2 밀봉재(150)는, 태양전지의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다. 이러한 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(150)는, 에틸렌 초산 비닐 수지 (Ethylene Vinyl Acetate;EVA) 필름 등 다양한 예가 가능하다. Here, the
한편, 전면 기판(160)은, 태양광을 투과하도록 제2 밀봉재(150) 상에 위치하며, 외부의 충격 등으로부터 태양전지(130)를 보호하기 위해 강화유리인 것이 바람직하다. 또한, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리인 것이 더욱 바람직하다. On the other hand, the
정션 박스(200)는, 태양전지 모듈(100)의 배면 상에 부착되며, 태양전지 모듈(100)에서 공급되는 직류 전원을 이용하여 전력 변환할 수 있다. 구체적으로, 정션 박스(200)는, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 전력변환모듈(700)을 구비할 수 있다.The
전력변환모듈(700)은, 하나의 회로 기판 상에, 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc), 컨버터부(도 6의 530), 인버터부(도 6의 540)를 구비할 수 있다. 이러한, 전력변환모듈(700)을 마이크로 인버터라 명명할 수도 있다.The
한편, 정션 박스(200) 내의, 회로 소자들의 수분 침투 방지를 위해, 정션 박스 내부는, 실리콘 등을 이용하여, 수분 침투 방지용 코팅이 수행될 수 있다.Meanwhile, in the
한편, 정션 박스(200)에는 개구(미도시)가 형성되어, 상술한 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)이 정션 박스 내의 바이패스 다이오드(도 6의Da,Db,Dc)와 연결되도록 할 수 있다. On the other hand, an opening (not shown) is formed in the
한편, 정션박스(200)의 일 측면에는, 전력 변환된 교류 전원을 외부로 출력하기 위한, 교류 출력 케이블(38)이 연결될 수 있다.Meanwhile, an
한편, 태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈(10)의 외곽부를 고정하기 위한 프레임(105)을 포함할 수 있다. 한편, 정션박스(200)가 배면에서 돌출되지 않도록, 정션 박스(200)의 두께(h2)가 프레임(105)의 두께(h1) 보다 작은 것이 바람직하다.Meanwhile, the
도 5는 도 2의 태양광 모듈의 바이패스 다이오드 구성의 일예이다.5 is an example of a configuration of a bypass diode of the solar module of FIG. 2.
도면을 참조하여 설명하면, 6개의 태양전지 스트링(140a,140b,140c,140d,140e,140f)에 대응하여, 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc)가 접속될 수 있다. 구체적으로, 제1 바이패스 다이오드(Da)는, 제1 태양전지 스트링과, 제1 버스 리본(145a) 사이에 접속되어, 제1 태양전지 스트링(140a) 또는 제2 태양전지 스트링(140b)에서 역전압 발생시, 제1 태양전지 스트링(140a) 및 제2 태양전지 스트링(140b)을 바이패스(bypass)시킨다. Referring to the drawings, the bypass diodes Da, Db, and Dc may be connected to the six
예를 들어, 정상적인 태양 전지에서 발생하는 대략 0.6V의 전압이 발생하는 경우, 제1 바이패스 다이오드(Da)의 애노드 전극의 전위에 비해 캐소드 전극의 전위가 대략 12V(=0.6V*20)가량 더 높게 된다. 즉, 제1 바이패스 다이오드(Da)는, 바이패스가 아닌 정상 동작을 하게 된다. For example, when a voltage of approximately 0.6V generated in a normal solar cell is generated, the potential of the cathode electrode is approximately 12V (=0.6V*20) compared to the potential of the anode electrode of the first bypass diode Da. It becomes higher. That is, the first bypass diode Da performs a normal operation rather than a bypass.
한편, 제1 태양전지 스트링(140a)의 어느 태양 전지에서, 음영이 발생하거나, 이물질이 부착되거나 하여, 핫 스팟(hot spot)이 발생하는 경우, 어느 한 태양 전지에서 발생하는 전압은 대략 0.6V의 전압이 아닌, 역전압(대략 -15V)이 발생하게 된다. 이에 따라, 제1 바이패스 다이오드(Da)의 애노드 전극의 전위가 캐소드 전극에 비해 대략 15V 정도 더 높게 되며, 제1 바이패스 다이오드(Da)는, 바이패스 동작을 수행하게 된다. 따라서, 제1 태양전지 스트링(140a) 및 제2 태양전지 스트링(140b) 내의 태양 전지에서 발생하는 전압이 정션 박스(200)로 공급되지 않게 된다. 이와 같이, 일부 태양전지에서 발생하는 역전압이 발생하는 경우, 바이패스 시킴으로써, 해당 태양전지 등의 파괴를 방지할 수 있게 된다. 또한, 핫 스팟(hotspot) 영역을 제외하고, 생성된 직류 전원을 공급할 수 있게 된다.On the other hand, in a solar cell of the first
다음, 제2 바이패스 다이오드(Db)는, 제1 버스 리본(145a)과 제2 버스 리본(145b) 사이에 접속되어, 제3 태양전지 스트링(140c) 또는 제4 태양전지 스트링(140d)에서 역전압 발생시, 제3 태양전지 스트링(140c) 및 제4 태양전지 스트링(140d)을 바이패스(bypass)시킨다.Next, the second bypass diode Db is connected between the
다음, 제3 바이패스 다이오드(Dc)는, 제1 태양전지 스트링과, 제1 버스 리본(145a) 사이에 접속되어, 제1 태양전지 스트링(140a) 또는 제2 태양전지 스트링(140b)에서 역전압 발생시, 제1 태양전지 스트링 및 제2 태양전지 스트링을 바이패스(bypass)시킨다. Next, the third bypass diode Dc is connected between the first solar cell string and the
한편, 도 5와 달리, 6개의 태양전지 스트링에 대응하여, 6개의 바이패스 다이오드를 접속시키는 것도 가능하며, 그 외 다양한 변형이 가능하다.On the other hand, unlike FIG. 5, it is possible to connect six bypass diodes corresponding to six solar cell strings, and other various modifications are possible.
도 6은 도 2의 정션 박스 내부의 전력변환모듈의 블록도의 일예이다.6 is an example of a block diagram of a power conversion module inside the junction box of FIG. 2.
도면을 참조하면, 정션 박스 내부의 전력변환모듈(700)은, 바이패스 다이오드부(510), 컨버터부(530), 커패시터(C1), 인버터부(540), 제어부(550)를 포함할 수 있다.Referring to the drawings, the
바이패스 다이오드부(510)는, 태양전지 모듈(100) 의 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)들 사이에, 각각 배치되는 바이패스 다이오드들(Dc,Db,Da)을 구비할 수 있다. 이때, 바이패스 다이오드의 개수는, 1개 이상이며, 도전성 라인의 개수 보다 1개 더 작은 것이 바람직하다.The
바이패스 다이오드들(Dc,Db,Da)은, 태양전지 모듈(50)로부터, 특히, 태양전지 모듈(50) 내의 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)로부터 태양광 직류 전원을 입력받는다. 그리고, 바이패스 다이오드들(Dc,Db,Da)은, 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d) 중 적어도 하나로부터의 직류 전원에서 역전압이 발생하는 경우, 바이패스 시킬 수 있다.Bypass diodes (Dc, Db, Da) from the
한편, 바이패스 다이오드부(510)를 거친 입력 전원(Vpv)은, 컨버터부(530)로 입력된다. Meanwhile, the input power Vpv passed through the
컨버터부(530)는, 바이패스 다이오드부(510)에서 출력된 입력 전원(Vpv)을 변환한다. 한편, 컨버터부(530)는, 제1 전력변환부라 명명될 수 있다.The
예를 들어, 컨버터부(530)는, 도 8a와 같이, 직류 입력 전원(Vpv)을 의사 직류 전원(pseudo dc voltage)으로 변환될 수 있다. 이에 따라, 커패시터(C1)에는 의사 직류 전원이 저장될 수 있다. 한편, dc단 커패시터(C1)의 양단은 dc 단이라 할 수 있으며, 커패시터(C1)는 dc단 커패시터라 명명될 수도 있다.For example, as shown in FIG. 8A, the
다른 예로, 컨버터부(530)는, 도 8a와 같이, 직류 입력 전원(Vpv)을 승압하여 직류 전원으로 변환할 수 있다. 이에 따라 dc단 커패시터(C1)에는 승압된 직류 전원이 저장될 수 있다.As another example, the
인버터부(540)는, dc단 커패시터(C1)에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있다. 한편, 인버터부(540)는, 제2 전력변환부라 명명될 수 있다.The
예를 들어, 인버터부(540)는, 컨버터부(530)에서 변환된 의사 직류 전원(pseudo dc voltage)을 교류 전원으로 변환할 수 있다. For example, the
다른 예로, 인버터부(540)는, 컨버터부(530)에서 승압된 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있다. As another example, the
한편, 컨버터부(530)는, 의사 직류 전원(pseudo dc voltage) 변환, 또는 승압 진류 전원 변환을 위해, 복수의 인터리빙 컨버터를 구비하는 것이 바람직하다. Meanwhile, it is preferable that the
특히, 본 발명의 실시예에서는, 컨버터부(530)가, 3개 이상의 인터리빙 컨버터를 구비하는 것으로한다.In particular, in the embodiment of the present invention, it is assumed that the
도면에서는 n개의 컨버터(610a,610b,...610n)가, 서로 병렬 접속되는 것을 예시한다. n개의 컨버터(610a,610b,...610n)의 에너지 변환 용량은 동일할 수 있으다.In the drawing,
직류 입력 전원(Vpv)에 의한 전류가, n개의 컨버터(610a,610b,...610n)에서, 1/N로 작아지며, n개의 컨버터(610a,610b,...610n)의 출력단에서, 각 컨버터의 출력 전류가 하나로 합쳐지게 된다.The current by the DC input power supply (Vpv) decreases to 1/N in
한편, n개의 컨버터(610a,610b,...610n)는, 인터리빙 동작을 하며, 각 n개의 컨버터(610a,610b,...610n)의 전류 위상은, 기준상 대비 +(360°/N), -(360°/N) 또는 그와 근접한 위상 지연을 유지하며 동작한다.On the other hand, n converters (610a, 610b,...610n) are interleaved, and the current phase of each of the n converters (610a, 610b,...610n) is +(360°/N) compared to the reference phase. ), -(360°/N) or a phase delay close thereto.
이와 같이, n개의 컨버터를 인터리빙 동작시키는 경우, 컨버터부(530)의 입력 전류와 출력 전류의 리플(ripple)이 저감되며, 따라서, 전력변환모듈(700) 내의 회로 소자의 용량 및 크기가 작아지는 장점이 있다. 이에 따라, 정션 박스의 두께가 태양전지 모듈의 프레임(105)의 두께 보다 작아질 수 있게 된다. In this way, when the n number of converters are interleaved, the ripple of the input current and the output current of the
한편, 인터리빙 컨버터는, 탭 인덕터 부스트 컨버터, 또는 플라이백 컨버터 등이 사용될 수 있다.Meanwhile, as the interleaving converter, a tap inductor boost converter, a flyback converter, or the like may be used.
도 7a는 도 6의 전력변환모듈의 내부 회로도의 일예이다.7A is an example of an internal circuit diagram of the power conversion module of FIG. 6.
도면을 참조하면, 전력변환모듈(700)은, 바이패스 다이오드부(510), 컨버터부(530), dc단 커패시터(C1), 인버터부(540), 제어부(550), 및 필터부(560)를 포함할 수 있다.Referring to the drawings, the
도 7a는 인터리빙 컨버터로 탭 인덕터 부스트 컨버터(tapped-inductor boost converter)를 예시한다. 도면에서는, 컨버터부(530)가, 제1 탭 인덕터 부스트 컨버터 내지 제3 탭 인덕터 부스트 컨버터(611a,611b,...611c)를 구비하는 것을 예시한다.7A illustrates a tapped-inductor boost converter as an interleaving converter. In the drawing, it is illustrated that the
바이패스 다이오드부(510)는, 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)에 각각 대응하는 a 노드 , b 노드, c 노드, d 노드의 각 사이에, 배치되는 제1 내지 제3 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc)를 포함한다. The
컨버터부(530)는, 바이패스 다이오드부(510)에서 출력되는 직류 전원(Vpv)을 이용하여, 전력 변환을 수행할 수 있다.The
특히, 제1 탭 인덕터 부스트 컨버터 내지 제3 탭 인덕터 부스트 컨버터(611a,611b,...611c)는, 인터리빙 동작에 의해, 각각 변환된 직류 전원을 dc단 커패시터(C1)에 출력한다. In particular, the first to third tap
이 중 제1 탭 인덕터 부스트 컨버터(611a)는, 탭 인덕터(T1), 탭 인덕터(T1)와 접지단 사이에 접속되는 스위칭 소자(S1), 탭 인덕터의 출력단에 접속되어, 일방향 도통을 수행하는 다이오드(D1)를 포함한다. 한편, 다이오드(D1)의 출력단, 즉 캐소드(cathod)과 접지단 사이에, dc단 커패시터(C1)가 접속된다. Among these, the first tap
구체적으로 스위칭 소자(S1)는, 탭 인덕터(T)의 탭과 접지단 사이에 접속될 수 있다. 그리고, 탭 인덕터(T)의 출력단(2차측)은 다이오드(D1)의 애노드(anode)에 접속하며, 다이오드(D1)의 캐소드(cathode)와 접지단 사이에, dc단 커패시터(C1)가 접속된다. Specifically, the switching element S1 may be connected between the tap and the ground terminal of the tap inductor T. And, the output terminal (secondary side) of the tapped inductor T is connected to the anode of the diode D1, and the dc terminal capacitor C1 is connected between the cathode and the ground terminal of the diode D1. do.
한편, 탭 인덕터(T)의 1차측과 2차측은 반대의 극성을 가진다. 한편, 탭 인덕터(T)는, 스위칭 트랜스포머(transformer)로 명명될 수도 있다.Meanwhile, the primary side and the secondary side of the tapped inductor T have opposite polarities. Meanwhile, the tap inductor T may be referred to as a switching transformer.
한편, 탭 인덕터(T)의 1차측과 2차측은, 도면과 같이 서로 연결된다. 이에 의해, 탭 인덕터 부스트 컨버터는 비절연 타입의 컨버터일 수 있다.Meanwhile, the primary side and the secondary side of the tapped inductor T are connected to each other as shown in the figure. Accordingly, the tapped inductor boost converter may be a non-insulated type converter.
한편, 3 개의 탭 인덕터 부스트 컨버터(611a,611b,611c)를 도면과 같이, 서로 병렬 접속시켜, 인터리빙(interleaving) 방식으로 구동하는 경우, 입력 전류 성분이 병렬로 분기되므로, 각 탭 인덕터 부스트 컨버터(611a,611b,611c)를 통해 출력되는 전류 성분의 리플(ripple)이 감소하게 된다. On the other hand, when three tap
한편, 각 탭 인덕터 부스트 컨버터(611a,611b,,611c)는, 출력되는 교류 전원의 전력 필요치에 대응하여, 적응적으로 동작하는 것이 가능하다. On the other hand, each tap
예를 들어, 전력 필요치가 대략 90W 내지 130W인 경우, 제1 컨버터(611a)만 동작하거나, 전력 필요치가 대략 190W 내지 230W인 경우, 제1 및 제2 컨버터(611a,611b)만 동작하거나, 전력 필요치가 대략 290W 내지 330W인 경우, 제1 내지 제3 인터리빙 컨버터(611a,611b,611c) 모두가 동작할 수 있다. 즉, 각 탭 인덕터 부스트 컨버터(611a,611b,,611c)가 선택적으로 동작할 수 있다. 이러한, 선택적 동작은, 제어부(550)에 의해 제어될 수 있다.For example, when the power required value is approximately 90W to 130W, only the
인버터부(540)는, 컨버터부(530)에서 레벨 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환한다. 도면에서는, 풀 브릿지 인버터(full-bridge inverter)를 예시한다. 즉, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b)가 한 쌍이 되며, 총 두 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다. The
인버터부(540) 내의 스위칭 소자들은, 제어부(550)로부터의 인버터 스위칭 제어신호에 기초하여, 턴 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 교류 전원이 출력되게 된다. 바람직하게는, 그리드(grid)의 교류 주파수와 동일한 주파수(대략 60Hz 또는 50Hz)를 갖는 것이 바람직하다. The switching elements in the
필터부(560)는, 인버터부(540)에서 출력되는 교류 전원을 매끄럽게 하기 이해, 로우패스 필터링(lowpass filtering)을 수행한다. 이를 위해, 도면에서는, 인덕터(Lf1,Lf2)를 예시하나 다양한 예가 가능하다. The
한편, 컨버터 입력전류 감지부(A)는, 컨버터부(530)로 입력되는 입력전류(ic1)를 감지하며, 컨버터 입력전압 감지부(B)는, 컨버터부(530)로 입력되는 입력전압(vc1)을 감지한다. 감지된 입력전류(ic1)와 입력전압(vc1)은, 제어부(550)에 입력될 수 있다. On the other hand, the converter input current detection unit (A) detects the input current (ic1) input to the
한편, 컨버터 출력전류 감지부(C)는, 컨버터부(530)에서 출력되는 출력전류(ic2), 즉 dc단 전류를 감지하며, 컨버터 출력전압 감지부(D)는, 컨버터부(530)에서 출력되는 출력전압(vc2), 즉 dc 단 전압을 감지한다. 감지된 출력전류(ic2)와 출력전압(vc2)은, 제어부(550)에 입력될 수 있다. On the other hand, the converter output current detection unit (C) detects the output current (ic2) output from the
한편, 인버터 출력 전류 감지부(E)는, 인버터부(540)에서 출력되는 전류(ic3)를 감지하며, 인버터출력 전압 감지부(F)는, 인버터부(540)에서 출력되는 전압(vc3)을 감지한다. 감지된 전류(ic3)와 전압(vc3)은, 제어부(550)에 입력된다.On the other hand, the inverter output current detection unit (E) detects the current (ic3) output from the
한편, 제어부(550)는, 도 7의 컨버터부(530)의 스위칭 소자(S1)를 제어하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 특히, 제어부(550)는, 감지된 입력전류(ic1), 입력 전압(vc1), 출력전류(ic2), 출력전압(vc2), 출력전류(ic3), 또는 출력전압(vc3) 중 적어도 하나에 기초하여, 컨버터부(530) 내의 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍 신호를 출력할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 제어부(550)는, 인버터부(540)의 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b)를 제어하는 인버터 제어 신호를 출력할 수도 있다. 특히, 제어부(550)는, 감지된 입력전류(ic1), 입력 전압(vc1), 출력전류(ic2), 출력전압(vc2), 출력전류(ic3), 또는 출력전압(vc3) 중 적어도 하나에 기초하여, 인버터부(540)의 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b)의 턴 온 타이밍 신호를 출력할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 제어부(550)는, 태양전지 모듈(100)에 대한, 최대 전력 지점을 연산하고, 그에 따라, 최대 전력에 해당하는 직류 전원을 출력하도록, 컨버터부(530)를 제어할 수 있다. Meanwhile, the
도 7b는 도 6의 전력변환모듈의 내부 회로도의 다른 예이다.7B is another example of an internal circuit diagram of the power conversion module of FIG. 6.
도 7b의 전력변환모듈(700)은, 도 7a의 전력변환모듈(700)과 동일하게, 바이패스 다이오드부(510), 컨버터부(530), dc단 커패시터(C1), 인버터부(540), 제어부(550), 및 필터부(560)를 포함할 수 있다.The
다만, 도 7b는 컨버터부(530) 내의 인터리빙 컨버터로 플라이백 컨버터(flyback converter)를 예시한다. 도면에서는, 컨버터부(530)가, 제1 플라이백 컨버터 내지 제3 플라이백 컨버터(612a,612b,...612c)를 구비하는 것을 예시한다. However, FIG. 7B illustrates a flyback converter as an interleaving converter in the
특히, 제1 플라이백 컨버터 내지 제3 플라이백 컨버터(612a,612b,...612c)는, 비절연 타입의 탭 인덕터 부스트 컨버터와 달리, 절연 타입으로서, 인터리빙 동작에 의해, 각각 변환된 직류 전원을 dc단 커패시터(C1)에 출력한다. In particular, the first flyback converter to the
이 중 제1 플라이백 컨버터(612a)는, 트랜스포머(T11), 트랜스포머(T11)의 일차측과 접지단 사이에 접속되는 스위칭 소자(S11), 트랜스포머(T11)의 이차측에 접속되어, 일방향 도통을 수행하는 다이오드(D11)를 포함한다. 한편, 다이오드(D11)의 출력단, 즉 캐소드(cathod)과 접지단 사이에, dc단 커패시터(C1)가 접속된다. 한편, 트랜스포머(T11)의 1차측과 2차측은 반대의 극성을 가진다. Among these, the
도 8a 및 도 8b는 도 6의 전력변환모듈의 동작방법을 설명하는 도면이다.8A and 8B are diagrams illustrating a method of operating the power conversion module of FIG. 6.
먼저, 도 8a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른, 전력변환모듈(700)의 컨버터부(530)는, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원을 의사 직류 전원(pseudo dc voltage)으로 변환할 수 있다. First, referring to FIG. 8A, the
도 7a와 같이, 컨버터부(530)가 탭 인덕터 부스트 컨버터이거나, 도 7b와 같이 컨버터부(530)가 플라이백 컨버터인 경우, 스위칭 소자(S1 또는 S11)의 스위칭 온/오프에 의해, 전파 정류된 직류 전원과 같은 포락선을 가지는, 의사 직류 전원(pseudo dc voltage)으로 변환될 수 있다. 이에 따라 커패시터(C1)에는 의사 직류 전원이 저장될 수 있다.As shown in FIG. 7A, when the
한편, 인버터(540)는, 의사 직류 전원(pseudo dc voltage)을 입력받아, 스위칭 동작을 수행하여, 교류 전원으로 출력한다. 구체적으로, 전파 정류된 직류 전원과 같은 포락선을 가지는, 의사 직류 전원(pseudo dc voltage)을, 이용하여, +와 -를 가지는 교류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 특히, 계통 주파수에 대응하는 교류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.Meanwhile, the
다음, 도 8b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른, 전력변환모듈(700)의 컨버터부(530)는, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원을 레벨 변환하여, 구체적으로 승압하여, 승압된 직류 전원으로 변환할 수 있다. Next, referring to FIG. 8B, the
도 7a와 같이, 컨버터부(530)가 탭 인덕터 부스트 컨버터이거나, 도 7b와 같이 컨버터부(530)가 플라이백 컨버터인 경우, 스위칭 소자(S1 또는 S11)의 스위칭 온/오프에 의해, 직류 전원(Vp)을 승압된 직류 전원으로 변환될 수 있다. 이에 따라 커패시터(C1)에는 승압된 직류 전원이 저장될 수 있다.As shown in FIG. 7A, when the
인버터(540)는, 승압된 직류 전원을 입력받아, 스위칭 동작을 수행하여, 교류 전원으로 출력한다. 특히, 계통 주파수에 대응하는 교류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.The
도 9a 내지 도 9b는 도 7a의 탭 인덕터 부스트 컨버터의 동작 설명을 위해 참조되는 도면이다.9A to 9B are views referenced for explaining the operation of the tapped inductor boost converter of FIG. 7A.
제1 탭 인덕터 부스트 컨버터(611a)의 동작을 간략히 설명하면, 스위칭 소자(S1)가 턴 온(on)되는 경우, 도 9a와 같이, 입력 전압(Vpv), 탭 인덕터(T1)의 1차측, 및 스위칭 소자(S1)를 통한 폐루프(closed loop)가 형성되며, 제1 전류(I1)가 폐루프 상에 흐르게 된다. 이때, 탭 인덕터(T1)의 2차측은, 1차측과 반대 극성을 가지므로, 다이오드(D1)은 도통하지 못하고 오프(off)된다. 이에 따라, 입력 전압(Ppv)에 의한 에너지가 탭 인덕터(T1)의 1차측에 저장되게 된다.Briefly describing the operation of the first tapped
다음, 스위칭 소자(S1)가 턴 오프(off)되는 경우, 도 9b와 같이, 입력 전압(Vpv), 탭 인덕터(T1)의 1차측, 2차측, 및 다이오드(D1), 및 커패시터(C1)를 통한 폐루프(closed loop)가 형성되며, 제2 전류(I2)가 폐루프 상에 흐르게 된다. 즉, 탭 인덕터(T1)의 2차측은, 1차측과 반대 극성을 가지므로, 다이오드(D1)는, 도통하게 된다. 이에 따라, 입력 전압(Ppv), 탭 인덕터(T1)의 1차측, 2차측에 저장된 에너지가, 다이오드(D1)를 거쳐, 커패시터(C1)에 저장될 수 있다. Next, when the switching element S1 is turned off, as shown in FIG. 9B, the input voltage Vpv, the primary side and the secondary side of the tapped inductor T1, and the diode D1, and the capacitor C1 Through the closed loop (closed loop) is formed, the second current (I2) flows on the closed loop. That is, since the secondary side of the tapped inductor T1 has a polarity opposite to that of the primary side, the diode D1 becomes conductive. Accordingly, the input voltage Ppv and energy stored in the primary and secondary sides of the tapped inductor T1 may be stored in the capacitor C1 through the diode D1.
이와 같이, 컨버터부(530)는, 입력 전압(Ppv), 탭 인덕터(T1)의 1차측, 2차측에 저장된 에너지를 이용함으로써, 의사 직류 전원 또는 고효율이며 고전압의 직류 전원을 출력할 수 있게 된다.In this way, the
도 10a 및 도 10b는 도 6의 컨버터부에서 입력 전원을 이용하여 의사 직류 전원을 출력하는 것을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.10A and 10B are diagrams referenced for explaining that the converter unit of FIG. 6 outputs a pseudo DC power using an input power source.
도 6 및 도 10a를 참조하면, 컨버터부(530) 내의 제1 내지 제3 인터리빙 컨버터(610a,610b,610c)는, 직류인 입력 전원(Vpv)을 이용하여, 의사 직류 전원을 출력한다.6 and 10A, the first to
구체적으로, 컨버터부(530)는, 태양전지모듈(100)로부터 대략 32V 내지 36V의 직류 전원을 이용하여, 피크치가 대략 330V인 의사 직류 전원을 출력한다.Specifically, the
이를 위해, 제어부(550)는, 검출되는 입력 전원(Vpv)과, 검출되는 출력 전원(Vdc)에 기초하여, 제1 내지 제3 인터리빙 컨버터(610a,610b,610c)의, 스위칭 소자의 듀티를 결정한다.To this end, the
특히, 입력 전압(Vpv)이 낮을수록, 제1 내지 제3 인터리빙 컨버터(610a,610b,610c)의, 스위칭 소자의 듀티가 커지며, 입력 전압(Vpv)이 높을수록, 스위칭 소자의 듀티가 작아진다. In particular, the lower the input voltage Vpv, the greater the duty of the switching element of the first to
한편, 목표 출력 전원(Vdc)이 낮을수록, 제1 내지 제3 인터리빙 컨버터(610a,610b,610c)의, 스위칭 소자의 듀티가 작아지며, 목표 출력 전원(Vdc)이 높을수록, 스위칭 소자의 듀티가 커진다. 예를 들어, 목표 출력 전원(Vdc)이 피크치인 대략 330V인 경우, 스위칭 소자의 듀티가 가장 클 수 있다.Meanwhile, as the target output power Vdc is lower, the duty of the switching elements of the first to
도 10a에서는, 이러한 듀티 가변에 의해, 츨력되는 의사 직류 전원 파형(Vslv)을 예시하며, 이러한 의사 직류 전원 파형은, 목표 사인 파형(Vsin)에 추종하는 것을 예시한다.In Fig. 10A, the pseudo-DC power waveform Vslv outputted by the duty variable is illustrated, and the pseudo-DC power waveform follows the target sine waveform Vsin.
한편, 본 발명에서는, 의사 직류 전원 파형(Vslo)이, 전파 정류 파형(Vsin)에 보다 더 정확하게 추종하도록 하기 위해, 컨버터부(530)의 스위칭 주파수를 가변하는 것으로 한다.On the other hand, in the present invention, it is assumed that the switching frequency of the
도 10b와 같이, 컨버터부(530)의 스위칭 주파수를 고정으로하는 경우의, 의사 직류 전원 파형(Vslf)와 목표 사인 파형(Vsin) 사이의 오차(ΔE2)가, 도 10a의 컨버터부(530)의 스위칭 주파수를 가변하는 경우의, 의사 직류 전원 파형(Vslv)와 목표 사인 파형(Vsin) 사이의 오차(ΔE1) 보다, 더 커지게 된다.As shown in FIG. 10B, when the switching frequency of the
본 발명에서는, 이러한 오차를 저감하기 위해, 컨버터부(530)의 스위칭 주파수를 가변한다. 즉, 제1 내지 제3 인터리빙 컨버터(610a,610b,610c)의, 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 가변한다.In the present invention, in order to reduce such an error, the switching frequency of the
제어부(550)는, 목표 사인 파형(Vsin)의 변화율이 커질수록, 컨버터부(530)의 스위칭 주파수가 커지도록, 즉 스위칭 주기가 작아지도록 설정하고, 목표 사인 파형(Vsin)의 변화율이 작아질수록, 컨버터부(530)의 스위칭 주파수가 작아지도록, 즉 스위칭 주기가 커지도록 제어할 수 있다.The
도 10a에서는, 목표 사인 파형(Vsin)의 상승 구간에, 스위칭 주기가 Ta로 설정하고, 목표 사인 파형(Vsin)의 피크 구간에, 스위칭 주기가, Ta 보다 큰, Tb인 것으로 설정하는 것을 예시한다. 즉, 스위칭 주기(Ta)에 해당하는 스위칭 주파수가, 스위칭 주기(Tb)에 해당하는 스위칭 주파수 보다 더 높은 것을 예시한다. 이에 의해, 의사 직류 전원 파형(Vslv)와 목표 사인 파형(Vsin) 사이의 오차(ΔE1)를 저감할 수 있게 된다.In FIG. 10A, the switching period is set to Ta in the rising section of the target sine wave Vsin, and the switching period is set to be Tb, which is greater than Ta, in the peak section of the target sinusoidal waveform Vsin. . That is, the switching frequency corresponding to the switching period Ta is higher than the switching frequency corresponding to the switching period Tb. Thereby, the error ΔE1 between the pseudo DC power supply waveform Vslv and the target sine waveform Vsin can be reduced.
한편, 도 10a의 스위칭 주파수 가변에 대해, 스위칭 소자의 스위칭 모드 기법으로 설명하는 것도 가능하다. Meanwhile, it is also possible to describe the switching frequency variation of FIG. 10A as a switching mode technique of a switching element.
도 11은 컨버터부의 일예를 도시한 도면이다.11 is a diagram illustrating an example of a converter unit.
도면을 참조하면, 컨버터부는, 스위칭 소자(S)의 스위칭 동작에 따라, 입력 전압(1100)을 1차측 권선과 2차측 권선의 비율에 의해, 전력 변환하는 트랜스포머(1110), 및 2차측에 접속되는 다이오드 소자(D), 및 변환된 전원을 저장하는 커패시터(C)를 구비한다.Referring to the drawings, the converter unit is connected to a
도 11의 트랜스포머(1110)는, 도 7a의 탭 인덕터 부스트 컨버터 내의 트랜스포머, 또는 도 7b의 플라이백 컨버터 내의 트랜스포머일 수 있다. The
이때, 트랜스포머(1110)의 1차측과 2차측의 권선비가 1:4로 권선수는 각각 4회, 및 20회일 수 있다. 이러한 권선비와 권선 수에 따라, 2차측 전압이 1차측 전압에 비해 대략 4배로 승압된다. 이에 따라, 탭 인덕터 부스트 컨버터는, 전압 승압이 가능한 부스트 컨버터로서 동작하게 된다.In this case, the primary and secondary turns of the
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머 내의 보빈의 사시도고, 도 13 내지 도 17은 도 12의 설명에 참조되는 도면이다.12 is a perspective view of a bobbin in a transformer according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 13 to 17 are views referenced in the description of FIG. 12.
먼저, 도 12를 참조하면, 트랜스포머의 보빈은, 중공이 형성되며, 측면에 감기는 권선(1610)을 가이드하는 권선 가이드부(1317)를 포함할 수 있다.First, referring to FIG. 12, a bobbin of a transformer may include a winding
보빈(1310)은, 1차측 권선(1610)의 출력 방향에 배치되며, 회로 기판과 전기적으로 접속되는, 적어도 하나의 제1 접속 단자(1359), 및 2차측 권선(1610)의 출력 방향에 배치되며, 회로 기판과 전기적으로 접속되는, 적어도 하나의 제2 접속 단자(1349)를 더 포함할 수 있다.The
보빈(1310)은, 중공이 형성된 타원 형상의 상부 프레임(1314), 상부 프레임과 이격되며, 중공이 형성된 타원 형상의 하부 프레임(1315)를 구비하고, 상부 프레임(1314)과 하부 프레임(1315) 사이에, 권선 가이드부(1317)가 배치될 수 있다.The
한편, 보빈(1310)은, 상부 프레임(1314) 상에, 권선(1610)을 가이드하기 위한 제1 및 제2 돌출부(1316,1318)를 더 구비할 수 있다.Meanwhile, the
이때의, 제1 및 제2 돌출부(1316,1318)는, 접속 단자들(1349,1359)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 즉, 곡률 반경이 가장 작은, 위치의, 상부 프레임(1314) 상에, 배치될 수 있다. 이에 따라, 권선을 감을 때, 권선을 가이드할 수 있게 된다.At this time, the first and
한편, 도 15를 참조하면, 한편, 권선(1610)은, 1차측 권선(C01)과, 2차측 권선(CO2)을 구비한다. 이때, 1차측 권선(C01)과, 2차측 권선(CO2)은 서로 절연되며, 그 사이에 절연층이 배치될 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 15, on the other hand, the winding 1610 includes a primary winding C01 and a secondary winding CO2. In this case, the primary winding C01 and the secondary winding CO2 are insulated from each other, and an insulating layer may be disposed therebetween.
도면에서는, 권선 가이드부(1317)에 감긴 1차측 권선(C01)의 출력 방향과, 2차측 권선(1610)의 출력 방향이, 서로 다른 것을 예시한다. 이에 의해, 각각 회로 소자에 접속될 수 있게 된다.In the drawing, it is exemplified that the output direction of the primary winding C01 wound around the winding
한편, 권선 비율에 따라, 1차측 권선(1610)의 두께가 2차측 권선(CO2)의 두께보다 더 굵은 것이 바람직하다. On the other hand, depending on the winding ratio, it is preferable that the thickness of the primary winding 1610 is thicker than the thickness of the secondary winding CO2.
한편, 이러한 권선의 두께 차이로 인해, 도 13 내지 도 14와 같이, 중공의 중심(Po)과 제1 접속 단자(1359) 사이의 길이와, 중공의 중심(Po)과 제2 접속 단자(1349) 사이의 길이가 서로 다르게 설계될 수 있다.On the other hand, due to the difference in thickness of the windings, as shown in FIGS. 13 to 14, the length between the center of the hollow (Po) and the first connection terminal (1359), and the center of the hollow (Po) and the second connection terminal (1349) ) Can be designed differently.
한편 1차측 권선(C01)과, 2차측 권선(CO2)의 권선 비율은, 1:4이며, 권선수는 각각 4회, 및 20회일 수 있다. 이러한 권선비와 권선 수에 따라, 2차측 전압이 1차측 전압에 비해 대략 4배로 승압된다. 이에 따라, 탭 인덕터 부스트 컨버터는, 전압 승압이 가능한 부스트 컨버터로서 동작하게 된다.Meanwhile, the ratio of the windings of the primary winding C01 and the secondary winding CO2 is 1:4, and the number of windings may be 4 and 20, respectively. Depending on the turns ratio and the number of turns, the secondary side voltage is boosted by approximately four times compared to the primary side voltage. Accordingly, the tapped inductor boost converter operates as a boost converter capable of boosting voltage.
다음, 도 13 내지 도 14를 참조하면, 중공의 중심(Po)과 제1 접속 단자(1359) 사이의 길이(le1) 보다, 중공의 중심(Po)과 제2 접속 단자(1349) 사이의 길이(le2)가 더 긴 것이 바람직하다.Next, referring to FIGS. 13 to 14, the length between the center of the hollow (Po) and the second connection terminal (1349) than the length (le1) between the center of the hollow (Po) and the first connection terminal (1359) It is preferable that (le2) is longer.
예를 들어, 중공의 중심(Po)과 제1 접속 단자(1359) 사이의 길이(le1)는 대략 20 내지 21 mm일 수 있으며, 중공의 중심(Po)과 제2 접속 단자(1349) 사이의 길이(le2)는 대략 25 내지 22 mm일 수 있다.For example, the length le1 between the center of the hollow Po and the
한편, 중공의 중심(Po)과 제1 접속 단자(1359) 방향의 보빈의 측면 사이의 길이(le3) 보다, 중공의 중심(Po)과 제2 접속 단자(1349) 방향의 보빈의 측면 사이의 길이(le4)가 더 긴 것이 바람직하다.On the other hand, the length between the center of the hollow (Po) and the side of the bobbin in the direction of the first connection terminal (1359) (le3), between the center of the hollow (Po) and the side of the bobbin in the direction of the second connection terminal (1349) It is preferred that the length le4 is longer.
예를 들어, 중공의 중심(Po)과 제1 접속 단자(1359) 방향의 보빈의 측면 사이의 길이(le3)는, 대략 19 내지 20 mm일 수 있으며, 중공의 중심(Po)과 제2 접속 단자(1349) 방향의 보빈의 측면 사이의 길이(le4)는, 대략 20 내지 21 mm일 수 있다.For example, the length (le3) between the center of the hollow (Po) and the side surface of the bobbin in the direction of the first connection terminal (1359) may be approximately 19 to 20 mm, and the center of the hollow (Po) and the second connection The length le4 between the side surfaces of the bobbin in the direction of the terminal 1349 may be approximately 20 to 21 mm.
이러한 보빈의 구조로 인해, 트랜스포머의 높이를, 낮출 수 있으며, 따라서, 도 3에 도시된, 태양광 모듈의 프레임(105)의 두께(h1)를 고려하여, 전력변환장치, 즉 정션박스(200)의 두께(h2)가 더 작아지게 설계할 수가 있게 된다.Due to the structure of the bobbin, the height of the transformer can be lowered, and thus, in consideration of the thickness h1 of the
도 16은 중공 내에 삽입되는 제1 돌출부(1705), 및 보빈(1310)을 둘러싸며 서로 이격되는 제1 및 제2 측면부(1707,1708)를 구비하는 제1 코어(1710)를 예시한다. 여기서 제1 코어(1710)는, 보빈(1310)과 결합되는 하부 코어일 수 있다.16 illustrates a
제1 측면부(1707)는, 직선부(1707b), 직선부(1707b)의 양 측면에서 절곡되는 절곡부(1707a, 1707c)를 구비할 수 있으며, 제2 측면부(1708)는, 직선부(1708b), 직선부(1708b)의 양 측면에서 절곡되는 절곡부(1708a, 1708c)를 구비할 수 있다.The
도 17은, 제1 코어(1710)에 대응하는 제2 코어(1720)가 제1 코어(170)와 함께 보빈(1310)에 결합된 트랜스포머(1800)를 예시한다.17 illustrates a
제2 코어(1720)는 상부 코어로서, 제1 코어(1710)에 대응하는 구조를 가진다.The
즉, 중공 내에 삽입되는 제2 돌출부, 및 보빈(1310)을 둘러싸며 서로 이격되는 제3 및 제4 측면부를 구비한다.That is, a second protrusion inserted into the hollow, and third and fourth side portions surrounding the
한편, 제1 접속 단자들(1349,1347)은 회로 기판(1900)에 전기적으로 접속되며, 제2 접속 단자들(미도시)도 회로 기판(1900)에 전기적으로 접속된다.Meanwhile, the
이러한 트랜스포머(1800)의 구조에 의하면, 종래에 비해, 높이, 즉 두께를 대략 15mm 이하로 설계할 수 있으면서, 전력 변환 효율이 96% 이상일 수 있다. 이에 따라, 고효율의 전력변환이 가능하게 된다.According to the structure of the
그리고, 1차측 인덕턴스는 대략 10 내지 20uH이고, 2차측 인덕턴스는 대략 350 내지 400uH일 수 있다.Further, the primary side inductance may be approximately 10 to 20 uH, and the secondary side inductance may be approximately 350 to 400 uH.
본 발명에 따른 트랜스포머 및 이를 구비한 전력변환장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The transformer according to the present invention and the power conversion device having the same may not be limited to the configuration and method of the embodiments described as described above, but the embodiments are all or all of the respective embodiments so that various modifications can be made. Some may be selectively combined and configured.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In addition, although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. In addition, various modifications are possible by those of ordinary skill in the art, and these modifications should not be understood individually from the technical spirit or prospect of the present invention.
Claims (17)
상기 컨버터부를 제어하는 제어부; 및
상기 컨버터부에서 출력되는 전압을 저장하는 커패시터;를 포함하고,
상기 컨버터부는,
스위칭 소자, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 전력 변환을 수행하는 트랜스포머, 및 상기 트랜스포머의 출력단에 배치되는 다이오드 소자를 포함하며,
상기 컨버터부는, 복수의 인터리빙 컨버터를 구비하며,
전력 필요치가 제1 범위인 경우, 상기 복수의 인터리빙 컨버터 중 제1 컨버터만 동작하며, 상기 전력 필요치가 상기 제1 범위 보다 높은 제2 범위인 경우, 상기 복수의 인터리빙 컨버터 중 상기 제1 컨버터와 제2 컨버터만 동작하며,
상기 트랜스포머는,
중공이 형성되며, 측면에 감기는 권선을 가이드하는 권선 가이드부를 포함하는 보빈;
상기 중공 내에 삽입되는 제1 돌출부, 및 상기 보빈을 둘러싸며 서로 이격되는 제1 및 제2 측면부를 구비하는 제1 코어;
상기 중공 내에 삽입되는 제2 돌출부, 및 상기 보빈을 둘러싸며 서로 이격되는 제3 및 제4 측면부를 구비하며, 상기 제1 코어와 함께 상기 보빈에 결합되는 제2 코어; 및
상기 보빈 내의 상기 권선 가이드부에 감기는 권선;을 구비하며,
상기 권선은, 1차측 권선과, 2차측 권선을 구비하며,
상기 보빈은,
상기 1차측 권선의 출력 방향에 배치되며, 회로 기판과 전기적으로 접속되는, 적어도 하나의 제1 접속 단자; 및
상기 2차측 권선의 출력 방향에 배치되며, 상기 회로 기판과 전기적으로 접속되는, 적어도 하나의 제2 접속 단자;를 더 포함하며,
상기 1차측 권선의 권선수 보다, 상기 2차측 권선의 권선수가 더 크며,
상기 1차측 권선의 두께가, 상기 2차측 권선의 두께 보다 더 굵으며,
상기 중공의 중심과 상기 제1 접속 단자 방향의 상기 보빈의 제1 측면 사이의 길이 보다, 상기 중공의 중심과 상기 제2 접속 단자 방향의 상기 보빈의 제2 측면 사이의 길이가 더 긴 것을 특징으로 하는 전력변환장치.A converter unit for converting DC power from the solar cell module;
A control unit for controlling the converter unit; And
Including; a capacitor for storing the voltage output from the converter unit,
The converter unit,
A switching element, a transformer performing power conversion by a switching operation of the switching element, and a diode element disposed at an output terminal of the transformer,
The converter unit includes a plurality of interleaving converters,
When the power required value is in the first range, only a first converter among the plurality of interleaving converters operates, and when the power required value is in a second range higher than the first range, the first converter and the first converter among the plurality of interleaving converters 2 Only the converter works,
The transformer,
A bobbin formed with a hollow and including a winding guide portion for guiding a winding wound on a side thereof;
A first core including a first protrusion inserted into the hollow, and first and second side surfaces surrounding the bobbin and spaced apart from each other;
A second core having a second protrusion inserted into the hollow, and third and fourth side portions surrounding the bobbin and spaced apart from each other, and coupled to the bobbin together with the first core; And
And a winding wound around the winding guide in the bobbin,
The winding includes a primary winding and a secondary winding,
The bobbin,
At least one first connection terminal disposed in an output direction of the primary winding and electrically connected to a circuit board; And
And at least one second connection terminal disposed in the output direction of the secondary winding and electrically connected to the circuit board,
The number of turns of the secondary winding is greater than the number of turns of the primary winding,
The thickness of the primary winding is thicker than the thickness of the secondary winding,
The length between the center of the hollow and the second side of the bobbin in the direction of the second connection terminal is longer than the length between the center of the hollow and the first side of the bobbin in the direction of the first connection terminal Power conversion device.
상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선의 권선비가 1:4이며, 각 권선수는 4회 및 20회인 것을 특징으로 하는 전력변환장치.The method of claim 1,
The power conversion device, characterized in that the primary winding and the secondary winding have a turns ratio of 1:4, and the number of turns is 4 and 20 turns.
상기 트랜스포머의 높이는 15mm 이하인 것을 특징으로 하는 전력변환장치.The method of claim 1,
Power conversion device, characterized in that the height of the transformer is 15mm or less.
상기 권선 가이드부에 감긴 상기 1차측 권선의 출력 방향과, 상기 2차측 권선의 출력 방향이, 다른 것을 특징으로 하는 전력변환장치.The method of claim 1,
The power conversion device, characterized in that the output direction of the primary winding wound on the winding guide portion and the output direction of the secondary winding are different.
상기 중공의 중심과 상기 제1 접속 단자 사이의 길이 보다, 상기 중공의 중심과 상기 제2 접속 단자 사이의 길이가 더 긴 것을 특징으로 하는 전력변환장치.The method of claim 1,
A power conversion device, characterized in that the length between the center of the hollow and the second connection terminal is longer than the length between the center of the hollow and the first connection terminal.
상기 보빈은,
중공이 형성된 타원 형상의 제1 및 제2 프레임을 더 구비하고,
상기 제1 및 제2 프레임 사이에 상기 권선 가이드부가 배치되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.The method of claim 1,
The bobbin,
Further comprising the first and second frames of an oval shape in which a hollow is formed,
Power conversion device, characterized in that the winding guide portion is disposed between the first and second frames.
상기 보빈은,
상기 제1 프레임 상에 형성되며, 상기 권선을 가이드하기 위한 제1 및 제2 돌출부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
The method of claim 8,
The bobbin,
And first and second protrusions formed on the first frame and configured to guide the winding.
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