KR102526264B1 - Device for controlling single-phase transformerless virtual-ground buck-boost inverter - Google Patents

Device for controlling single-phase transformerless virtual-ground buck-boost inverter Download PDF

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박정욱
파잘아크바르
송민석
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

A device for controlling a single-phase virtual ground buck-boost inverter of the present invention may comprise: a control unit for controlling turn-on/off of a plurality of switches included in the single-phase virtual ground buck-boost inverter based on a control signal, wherein the single-phase virtual ground buck-boost inverter may comprise: an input power supply; a first switch and a second switch which are connected to the input power supply and are connected to each other in series; a third switch and a fourth switch which are connected to the input power supply, are connected to the first switch and the second switch in parallel, and are connected to each other in series; a first high-frequency switch having one end connected to the first switch and the third switch, and configured to operate at a higher frequency than the first to fourth switches; a second high-frequency switch having one end connected to the first high-frequency switch and configured to operate at a higher frequency than the first to fourth switches; and an inductor having one end connected to the input power supply and the other end connected to the other end of the first high-frequency switch and one end of the second high-frequency switch. According to the present invention, It is possible to provide an inverter control device that achieves high efficiency and has low voltage stress.

Description

단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 제어 장치{DEVICE FOR CONTROLLING SINGLE-PHASE TRANSFORMERLESS VIRTUAL-GROUND BUCK-BOOST INVERTER}Single Phase Virtual Ground Buck-Boost Inverter Control {DEVICE FOR CONTROLLING SINGLE-PHASE TRANSFORMERLESS VIRTUAL-GROUND BUCK-BOOST INVERTER}

본 발명은 인버터 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가상 접지를 이용하여 누설 전류를 감소시키는 인버터를 제어하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an inverter control device, and more particularly, to a device for controlling an inverter that reduces leakage current using a virtual ground.

절연 인버터와 비교하여 변압기가 없는 비절연 벅-부스트 인버터는 작은 크기, 높은 효율 및 비용 저감으로 인해 많이 사용되고 있다. 그러나, 갈바닉 절연이 없어 변압기가 없는 인버터는 접지 누설 전류의 문제가 있다.Compared to isolated inverters, transformerless non-isolated buck-boost inverters are popular because of their small size, high efficiency and cost reduction. However, inverters without a transformer due to lack of galvanic isolation have a problem of earth leakage current.

추가적인 스위치를 통해 누설 전류의 문제를 해결하는 방안도 있지만, 추가 소자는 두 단계 전력 처리 과정 동작으로 인해 비용과 효율에 부정적인 영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 단일 단계의 비절연 벅-부스트 인버터에 대한 연구가 필요하다.Although an additional switch can solve the leakage current problem, the additional device can negatively impact cost and efficiency due to the operation of the two-step power process. Therefore, research on a single stage non-isolated buck-boost inverter is needed.

본 발명의 일 과제는 고주파로 동작하는 스위치의 개수가 2개인 인버터를 제어하는 장치에 관한 것이다.One object of the present invention relates to a device for controlling an inverter having two switches operating at a high frequency.

본 발명의 일 과제는 가상 접지를 이용하여 누설 전류를 감소시키는 인버터를 제어하는 장치에 관한 것이다.One object of the present invention relates to a device for controlling an inverter that reduces leakage current using a virtual ground.

일 실시예에 따른 단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 제어 장치는 단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 제어 장치에 있어서, 단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 내에 포함된 복수의 스위치의 온/오프(on/off)를 제어 신호에 기초하여 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 단상 가상 접지 벅-부스트 인버터는, 입력 전원; 상기 입력 전원에 연결되고, 서로 직렬로 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치; 상기 입력 전원에 연결되고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치와 병렬로 연결되며, 서로 직렬로 연결된 제3 스위치 및 제4 스위치; 일단이 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치와 연결되고, 상기 제1 내지 제4 스위치보다 높은 주파수로 동작하는 제1 고주파 스위치; 일단이 상기 제1 고주파 스위치와 연결되고, 상기 제1 내지 제4 스위치보다 높은 주파수로 동작하는 제2 고주파 스위치; 일단은 상기 입력 전원에 연결되고, 타단은 상기 제1 고주파 스위치의 타단 및 상기 제2 고주파 스위치의 일단과 연결되는 인덕터를 포함할 수 있다.An apparatus for controlling a single-phase virtual ground buck-boost inverter according to an embodiment is a apparatus for controlling a single-phase virtual ground buck-boost inverter, wherein a plurality of switches included in a single-phase virtual ground buck-boost inverter are turned on/off. It includes a control unit for controlling based on a control signal, wherein the single-phase virtual ground buck-boost inverter includes: an input power supply; a first switch and a second switch connected to the input power and connected in series to each other; a third switch and a fourth switch connected to the input power, connected in parallel to the first switch and the second switch, and connected in series to each other; a first high frequency switch having one end connected to the first switch and the third switch and operating at a higher frequency than the first to fourth switches; a second high frequency switch having one end connected to the first high frequency switch and operating at a higher frequency than the first to fourth switches; The inductor may include an inductor having one end connected to the input power source and the other end connected to the other end of the first high frequency switch and one end of the second high frequency switch.

여기서, 상기 제어부는 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 사이의 마디 및 상기 제3 스위치와 상기 제4 스위치 사이의 마디 사이의 출력 전압의 부호를 판단하고, 상기 출력 전압의 부호에 따라 상기 제어 신호의 듀티(duty) 사이클과 관련된 듀티 비에 기초하여 상기 복수의 스위치를 제어할 수 있다.Here, the controller determines the sign of the output voltage between the node between the first switch and the second switch and the node between the third switch and the fourth switch, and the control signal according to the sign of the output voltage. The plurality of switches may be controlled based on a duty ratio related to a duty cycle of .

여기서, 상기 제1 내지 제4 스위치에 각각 병렬로 연결되는 제1 내지 제4 다이오드; 상기 제1 고주파 스위치에 병렬로 연결되는 제5 다이오드; 및 상기 제2 고주파 스위치에 병렬로 연결되는 제6 다이오드를 포함할 수 있다.Here, first to fourth diodes connected in parallel to the first to fourth switches, respectively; a fifth diode connected in parallel to the first high frequency switch; and a sixth diode connected in parallel to the second high frequency switch.

여기서, 상기 제어부는 상기 출력 전압의 부호가 양인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치를 온 상태로 동작하게 하고, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 오프 상태로 동작하게 하고, 상기 입력 전원의 입력 전압과 상기 출력 전압에 따라 생성되는 제1 제어 신호에 기초하여 상기 제1 고주파 스위치를 제어하고, 상기 입력 전압과 상기 출력 전압에 따라 생성되는 제2 제어 신호에 기초하여 상기 제2 고주파 스위치를 제어할 수 있다.Here, when the sign of the output voltage is positive, the control unit causes the first switch and the fourth switch to operate in an on state, the second switch and the third switch to operate in an off state, and the input The first high frequency switch is controlled based on a first control signal generated according to an input voltage and the output voltage of the power supply, and the second high frequency switch is controlled based on a second control signal generated according to the input voltage and the output voltage. switch can be controlled.

여기서, 상기 제어부는 상기 제2 제어 신호를 제1 듀티 비에 기초하여 생성하고, 상기 제1 듀티 비는 상기 단상 가상 접지 벅-부스트 인버터의 상기 입력 전압 및 상기 출력 전압의 비인 전압 이득 및 라인 주파수에 의해서 정해질 수 있다.Here, the control unit generates the second control signal based on a first duty ratio, and the first duty ratio is a voltage gain and a line frequency that are ratios of the input voltage and the output voltage of the single-phase virtual ground buck-boost inverter. can be determined by

여기서, 상기 제1 제어 신호는 상기 제2 제어 신호가 반전된 신호일 수 있다.Here, the first control signal may be a signal obtained by inverting the second control signal.

여기서, 상기 제어부는, 상기 제2 고주파 스위치가 온 상태이고, 상기 제1 고주파 스위치가 오프 상태인 경우를 제1 모드로 설정하고, 상기 제1 고주파 스위치 및 상기 제2 고주파 스위치가 오프 상태인 경우를 제2 모드로 설정하고, 상기 제1 고주파 스위치가 온 상태이고, 상기 제2 고주파 스위치가 오프 상태인 경우를 제3 모드로 설정하고, 상기 제1 모드, 상기 제2 모드 및 상기 제3 모드가 순차적으로 반복되도록 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.Here, the control unit sets the first mode when the second high frequency switch is in an on state and the first high frequency switch is in an off state, and when the first high frequency switch and the second high frequency switch are in an off state. is set as the second mode, and the case where the first high frequency switch is in an on state and the second high frequency switch is in an off state is set as a third mode, the first mode, the second mode, and the third mode. The first control signal and the second control signal may be generated so that is sequentially repeated.

여기서, 상기 제어부는 상기 출력 전압의 부호가 음인 경우, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 온 상태로 동작하게 하고, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치를 오프 상태로 동작하게 하고, 상기 입력 전원의 입력 전압과 상기 출력 전압에 따라 생성되는 제3 제어 신호에 기초하여 상기 제1 고주파 스위치를 제어하고, 상기 입력 전압과 상기 출력 전압에 따라 생성되는 제4 제어 신호에 기초하여 상기 제2 고주파 스위치를 제어할 수 있다.Here, when the sign of the output voltage is negative, the control unit causes the second switch and the third switch to operate in an on state, the first switch and the fourth switch to operate in an off state, and the input The first high frequency switch is controlled based on a third control signal generated according to the input voltage and the output voltage of the power supply, and the second high frequency switch is controlled based on a fourth control signal generated according to the input voltage and the output voltage. switch can be controlled.

여기서, 상기 제4 제어 신호는 상기 제3 제어 신호가 반전된 신호일 수 있다.Here, the fourth control signal may be a signal obtained by inverting the third control signal.

여기서, 상기 제어부는, 상기 제2 고주파 스위치가 온 상태이고, 상기 제1 고주파 스위치가 오프 상태인 경우를 제4 모드로 설정하고, 상기 제1 고주파 스위치 및 상기 제2 고주파 스위치가 오프 상태인 경우를 제5 모드로 설정하고, 상기 제1 고주파 스위치가 온 상태이고, 상기 제2 고주파 스위치가 오프 상태인 경우를 제6 모드로 설정하고, 상기 제4 모드, 상기 제5 모드 및 상기 제6 모드가 순차적으로 반복되도록 상기 제3 제어 신호 및 상기 제4 제어 신호를 생성할 수 있다.Here, the control unit sets the fourth mode when the second high frequency switch is in an on state and the first high frequency switch is in an off state, and when the first high frequency switch and the second high frequency switch are in an off state. is set as a fifth mode, and a case in which the first high frequency switch is in an on state and the second high frequency switch is in an off state is set as a sixth mode, and the fourth mode, the fifth mode and the sixth mode are set. The third control signal and the fourth control signal may be generated so that is sequentially repeated.

여기서, 상기 제어부는 상기 제4 제어 신호를 제1 듀티 비에 기초하여 생성하고, 상기 제1 듀티 비는 상기 단상 가상 접지 벅-부스트 인버터의 상기 입력 전압 및 상기 출력 전압의 비인 전압 이득 및 라인 주파수에 의해서 정해질 수 있다.Here, the control unit generates the fourth control signal based on a first duty ratio, and the first duty ratio is a voltage gain and a line frequency that are ratios of the input voltage and the output voltage of the single-phase virtual ground buck-boost inverter. can be determined by

본 발명의 일 실시예에 따르면 고주파로 동작하는 스위치의 개수가 2개인 인버터를 제어하여 고효율을 달성하고, 낮은 전압 스트레스를 갖도록 하는 인버터 제어 장치가 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an inverter control device capable of achieving high efficiency and having low voltage stress by controlling an inverter having two switches operating at a high frequency may be provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면 가상 접지를 이용하여 기생 커패시터의 전압 변동을 줄여 누설 전류를 감소시키는 인버터를 제어하는 장치가 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, an apparatus for controlling an inverter reducing a leakage current by reducing a voltage fluctuation of a parasitic capacitor using a virtual ground may be provided.

도 1은 본원 발명의 일 실시예에 따른 단일 단계 벅-부스트 인버터의 회로도이다.
도 2는 본원 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 인버터 게이트 신호의 타이밍도이다.
도 3은 본원 발명의 인버터의 제어 신호 입력을 위한 블록 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 4는 본원 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 모드에 따른 회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본원 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 계통 연계 모드에 대한 회로 및 단순화된 회로를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 인버터의 부스트 동작에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 인버터의 벅 동작에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a circuit diagram of a single stage buck-boost inverter according to an embodiment of the present invention.
2 is a timing diagram of an inverter gate signal of an inverter control device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a block diagram showing a control signal input of the inverter of the present invention.
4 is a diagram showing a circuit according to a mode of an inverter according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing a circuit and a simplified circuit for a grid connection mode of an inverter according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 are graphs showing simulation results in the boost operation of the inverter.
8 is a graph showing simulation results in buck operation of an inverter.

본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The embodiments described in this specification are intended to clearly explain the spirit of the present invention to those skilled in the art to which the present invention belongs, so the present invention is not limited to the embodiments described in this specification, and the The scope should be construed to include modifications or variations that do not depart from the spirit of the invention.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 가능한 현재 널리 사용되고 있는 일반적인 용어를 선택하였으나 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 의도, 판례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 다만, 이와 달리 특정한 용어를 임의의 의미로 정의하여 사용하는 경우에는 그 용어의 의미에 관하여 별도로 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가진 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.The terms used in this specification have been selected as general terms that are currently widely used as much as possible in consideration of the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention of those skilled in the art, precedents, or the emergence of new technologies to which the present invention belongs. can However, in the case where a specific term is defined and used in an arbitrary meaning, the meaning of the term will be separately described. Therefore, the terms used in this specification should be interpreted based on the actual meaning of the term and the overall content of this specification, not the simple name of the term.

본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것으로 도면에 도시된 형상은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 필요에 따라 과장되어 표시된 것일 수 있으므로 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.The drawings accompanying this specification are intended to easily explain the present invention, and the shapes shown in the drawings may be exaggerated as necessary to aid understanding of the present invention, so the present invention is not limited by the drawings.

본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략하기로 한다.If it is determined that a detailed description of a known configuration or function related to the present invention in this specification may obscure the gist of the present invention, a detailed description thereof will be omitted if necessary.

도 1은 본원 발명의 일 실시예에 따른 단일 단계 벅-부스트 인버터의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a single stage buck-boost inverter according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본원 발명의 일 실시예에 따른 단일 단계 벅-부스트 인버터는 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 인버터 회로는 라인 주파수에서 동작하는 4개의 스위치(S1, S2, S3 및 S4)와 고주파에서 동작하는 2개의 스위치(S_H1 및 S_H2)를 포함할 수 있다. 이때, 라인 주파수는 인버터와 연계된 계통의 주파수일 수 있다.Referring to FIG. 1 , a single-stage buck-boost inverter according to an embodiment of the present invention may include a plurality of switches. The inverter circuit may include four switches (S1, S2, S3, and S4) operating at line frequency and two switches (S_H1 and S_H2) operating at high frequency. In this case, the line frequency may be a frequency of a grid associated with the inverter.

본원 발명의 인버터는 고주파에서 동작하는 스위치의 개수가 2개로 비교적 적기 때문에, 종래의 인버터 토폴로지보다 전력 손실을 크게 줄일 수 있다. 즉, 모든 스위치가 고주파에서 동작하는 종래의 토폴로지보다 고주파에서 동작하는 스위치의 개수가 적기 때문에, 스위치 간 상호 작용에 의한 전파 방해(EMI)가 감소하여, 전력 손실을 줄일 수 있다.Since the inverter of the present invention has a relatively small number of switches operating at a high frequency of two, power loss can be greatly reduced compared to the conventional inverter topology. That is, since the number of switches operating at a high frequency is smaller than that of the conventional topology in which all switches operate at a high frequency, electromagnetic interference (EMI) due to interaction between switches is reduced, thereby reducing power loss.

인버터 회로에서, 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)는 서로 직렬로 연결되어 있다. 또한, 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)는 서로 직렬로 연결되어 있다. 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2) 및 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4)는 서로 병렬로 연결되어 있다.In the inverter circuit, the first switch S1 and the second switch S2 are connected in series with each other. In addition, the third switch (S3) and the fourth switch (S4) are connected in series with each other. The first switch S1, the second switch S2, the third switch S3, and the fourth switch S4 are connected in parallel to each other.

인버터 회로에서, 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2) 사이의 마디 및 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4) 사이의 마디에는 AC 로드 또는 그리드가 연결될 수 있다. 즉, 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2) 사이의 마디 및 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4) 사이의 마디 사이의 전압이 출력 전압일 수 있다. 본원 발명의 인버터 토폴로지는 풀브릿지 토폴로지 또는 H-브릿지 토폴로지의 일종일 수 있다.In the inverter circuit, an AC load or grid may be connected to a node between the first switch S1 and the second switch S2 and a node between the third switch S3 and the fourth switch S4. That is, a voltage between a node between the first switch S1 and the second switch S2 and a node between the third switch S3 and the fourth switch S4 may be the output voltage. The inverter topology of the present invention may be a type of full-bridge topology or H-bridge topology.

제1 스위치(S1) 내지 제4 스위치(S4)는 각각 다이오드와 병렬로 연결될 수 있다.Each of the first switch S1 to the fourth switch S4 may be connected in parallel with a diode.

인버터 회로에서, 제1 스위치(S1) 및 제3 스위치(S3)는 제1 고주파 스위치(S_H1)와 연결될 수 있다. 또한, 제1 고주파 스위치(S_H1)는 커패시터 및 제2 고주파 스위치(S_H2)와 연결될 수 있다.In the inverter circuit, the first switch S1 and the third switch S3 may be connected to the first high frequency switch S_H1. Also, the first high frequency switch S_H1 may be connected to the capacitor and the second high frequency switch S_H2.

또한, 제2 고주파 스위치(S_H2)는 인덕터와 연결될 수 있고, 인덕터는 입력 전원(V_in)과 연결될 수 있다. 이때, 입력 전원(V_in)은 제2 고주파 스위치(S_H2)와 병렬로 연결될 수 있다.Also, the second high frequency switch S_H2 may be connected to an inductor, and the inductor may be connected to an input power source V_in. At this time, the input power source V_in may be connected in parallel with the second high frequency switch S_H2.

본원 발명의 단상 가상 접지 벅-부스트 인버터는 도 1의 구조로, 벅-부스트 동작이 가능하며, 낮은 누설 전류를 가지고, 벅-부스트 동작에 하나의 인덕터와 커패시터만 사용되기 때문에 높은 전력 밀도를 가질 수 있다. 또한, 2개의 스위치만 고주파에서 동작하기 때문에 높은 효율을 가지고 나머지 스위치는 라인 주파수에서 동작하여 낮은 전압 및 전류 스트레스를 가질 수 있다. 이때, 낮은 주파수 동작 및 전압 스트레스는 낮은 드레인 소스 온 저항으로 모스펫을 사용할 수 있도록 할 수 있다.The single-phase virtual ground buck-boost inverter of the present invention has the structure of FIG. 1, is capable of buck-boost operation, has low leakage current, and has high power density because only one inductor and capacitor are used for buck-boost operation. can In addition, since only two switches operate at a high frequency, efficiency is high, and the other switches operate at a line frequency, resulting in low voltage and current stress. At this time, low frequency operation and voltage stress can enable the use of MOSFETs with low drain-source on-resistance.

도 2는 본원 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 인버터 게이트 신호의 타이밍도이다. 인버터 제어 장치의 처리는 내부 제어부(프로세서)에 의해 수행될 수 있다. 이때, 제어부는 인버터의 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)일 수 있다. 구체적으로, 제어부는 인버터에 제어 신호를 인가하는 로직 회로 등일 수 있다.2 is a timing diagram of an inverter gate signal of an inverter control device according to an embodiment of the present invention. Processing of the inverter control device may be performed by an internal control unit (processor). In this case, the control unit may be a micro control unit (MCU) of the inverter. Specifically, the controller may be a logic circuit for applying a control signal to the inverter.

도 2를 참조하면, 본원 발명의 인버터 제어 장치는 출력 전압의 부호에 따라 인버터 회로의 복수의 스위치들을 제어할 수 있다.Referring to Figure 2, the inverter control device of the present invention can control a plurality of switches of the inverter circuit according to the sign of the output voltage.

먼저, 제어부는 출력 전압의 부호를 판단할 수 있다. 제어부는 타이밍에 대해 출력 전압의 부호가 양인 경우(양의 반주기)와 출력 전압의 부호가 음인 경우(음의 반주기)로 나눌 수 있다.First, the control unit may determine the sign of the output voltage. Regarding the timing, the control unit can be divided into a case where the sign of the output voltage is positive (positive half cycle) and a case where the sign of the output voltage is negative (negative half cycle).

출력 전압의 부호가 양인 양의 반주기에는, 제어부는 제1 스위치(S1) 및 제4 스위치(S4)를 온 상태로 동작하도록 제어할 수 있다. 또한 이때, 제어부는 제2 스위치(S2) 및 제3 스위치(S3)를 오프 상태로 동작하도록 제어할 수 있다.During a positive half-cycle in which the sign of the output voltage is positive, the control unit may control the first switch S1 and the fourth switch S4 to operate in an on state. Also, at this time, the control unit may control the second switch S2 and the third switch S3 to operate in an off state.

이때, 제어부는 제1 고주파 스위치(S_H1) 및 제2 고주파 스위치(S_H2)의 온/오프 상태에 따라 모드를 구분할 수 있다.At this time, the control unit may distinguish the mode according to the on/off states of the first high frequency switch S_H1 and the second high frequency switch S_H2.

예를 들어, 제어부는 제2 고주파 스위치(S_H2)가 온 상태이고, 제1 고주파 스위치(S_H1)가 오프 상태인 경우를 제1 모드로 설정할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 일정 주기 내에서, 제2 고주파 스위치(S_H2)가 오프 상태였다가 온 상태로 전환되는 순간부터 다시 오프 상태로 전환되는 순간까지를 제1 모드로 설정할 수 있다.For example, the controller may set the case where the second high frequency switch S_H2 is in an on state and the first high frequency switch S_H1 is in an off state as the first mode. Specifically, the control unit may set the first mode from the moment when the second high frequency switch S_H2 is turned off to the moment when it is switched back to the off state within a certain period.

또한, 제어부는 제1 고주파 스위치(S_H1) 및 제2 고주파 스위치(S_H2)가 모두 오프 상태인 경우를 제2 모드로 설정할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 일정 주기 내에서, 제2 고주파 스위치(S_H2)가 온 상태였다가 오프 상태로 전환하는 순간부터 제1 고주파 스위치(S_H1)가 오프 상태였다가 온 상태로 전환되는 순간까지를 제2 모드로 설정할 수 있다.In addition, the controller may set the second mode when both the first high frequency switch S_H1 and the second high frequency switch S_H2 are in an off state. Specifically, the controller controls the time from the moment when the second high frequency switch S_H2 is switched from being on to the off state within a certain period to the moment when the first high frequency switch S_H1 is switched from being off to being turned on. 2 modes can be set.

또한, 제어부는 제1 고주파 스위치(S_H1)가 온 상태이고 제2 고주파 스위치(S_H2)가 오프 상태인 경우를 제3 모드로 설정할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 일정 주기 내에서, 제1 고주파 스위치(S_H1)가 온 오프 상태였다가 온 상태로 전환되는 순간부터 다시 오프 상태로 전환되는 순간까지를 제3 모드로 설정할 수 있다.Also, the control unit may set the case where the first high frequency switch S_H1 is in an on state and the second high frequency switch S_H2 is in an off state as the third mode. Specifically, the controller may set the third mode from the moment when the first high frequency switch S_H1 is in an on-off state and then switched to an on-state to the moment when it is switched back to an off-state within a certain period.

또한, 제어부는 제1 고주파 스위치(S_H1) 및 제2 고주파 스위치(S_H2)가 모두 오프 상태인 경우를 제1 버퍼 모드로 설정할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 일정 주기 내에서, 제1 고주파 스위치(S_H1)가 온 상태였다가 오프 상태로 전환하는 순간부터 제2 고주파 스위치(S_H2)가 오프 상태였다가 온 상태로 전환하는 순간까지를 제1 버퍼 모드로 설정할 수 있다. 제1 버퍼 모드는 실질적으로 제2 모드와 동일한 모드일 수 있다.Also, the controller may set the first buffer mode when both the first high frequency switch S_H1 and the second high frequency switch S_H2 are in an off state. Specifically, the control unit controls the time from the moment when the first high frequency switch S_H1 is switched from being on to the off state within a certain period to the moment when the second high frequency switch S_H2 is switched from being off to on. 1 Can be set to buffer mode. The first buffer mode may be substantially the same as the second mode.

제1 버퍼 모드는 상보적인 스위치의 안전한 동작을 위한 약간의 데드 타임일 수 있다. 즉, 고주파로 동작하는 제1 고주파 스위치(S_H1) 및 제2 고주파 스위치(S_H2)의 안전한 동작을 위해, 다음 상태 이전에 두 스위치 모두 오프 상태인 버퍼 시간일 수 있다.The first buffer mode may be some dead time for safe operation of the complementary switch. That is, for safe operation of the first high-frequency switch S_H1 and the second high-frequency switch S_H2 operating at high frequency, the buffer time may be in which both switches are off before the next state.

제어부는 제1 모드 - 제2 모드 - 제3 모드의 패턴이 반복되도록 인버터를 제어할 수 있다. 즉, 제어부는 제1 모드, 제2 모드, 제3 모드 그리고 제1 모드의 패턴이 반복되도록 복수의 스위치에 대한 제어 신호를 생성할 수 있다.The controller may control the inverter so that the pattern of the first mode - the second mode - the third mode is repeated. That is, the control unit may generate control signals for the plurality of switches such that patterns of the first mode, the second mode, the third mode, and the first mode are repeated.

또는 제어부는 제1 모드 - 제2 모드 - 제3 모드 - 제1 버퍼 모드의 패턴이 반복되도록 인버터를 제어할 수 있다. 즉, 제어부는 제1 모드, 제2 모드, 제3 모드, 제1 버퍼 모드 그리고 제1 모드의 패턴이 반복되도록 복수의 스위치에 대한 제어 신호를 생성할 수 있다.Alternatively, the controller may control the inverter to repeat a pattern of the first mode - the second mode - the third mode - the first buffer mode. That is, the control unit may generate control signals for the plurality of switches such that patterns of the first mode, the second mode, the third mode, the first buffer mode, and the first mode are repeated.

위 패턴이 반복되기 위해서는 제1 고주파 스위치(S_H1) 및 제2 고주파 스위치(S_H2) 중 어느 하나가 오프 상태인 구간의 길이가 나머지 하나가 온 상태인 구간의 길이보다 길어야 할 수 있다.In order for the above pattern to be repeated, the length of a section in which either one of the first high frequency switch S_H1 and the second high frequency switch S_H2 is in an off state may have to be longer than the length of a section in which the other one is in an on state.

제어부에 의해 양의 반주기에서 상기 제1 모드, 제2 모드 및 제3 모드가 출력 전압이 0일때까지 반복될 수 있다.The control unit may repeat the first mode, the second mode, and the third mode in a positive half cycle until the output voltage is zero.

출력 전압의 부호가 음인 음의 반주기에는, 제어부는 제2 스위치(S2) 및 제3 스위치(S3)를 온 상태로 동작하도록 제어할 수 있다. 또한 이때, 제어부는 제1 스위치(S1) 및 제4 스위치(S4)를 오프 상태로 동작하도록 제어할 수 있다.During a negative half-cycle in which the sign of the output voltage is negative, the controller may control the second switch S2 and the third switch S3 to operate in an on state. Also, at this time, the control unit may control the first switch S1 and the fourth switch S4 to operate in an off state.

이때, 제어부는 제1 고주파 스위치(S_H1) 및 제2 고주파 스위치(S_H2)의 온/오프 상태에 따라 모드를 구분할 수 있다.At this time, the control unit may distinguish the mode according to the on/off states of the first high frequency switch S_H1 and the second high frequency switch S_H2.

예를 들어, 제어부는 제2 고주파 스위치(S_H2)가 온 상태이고, 제1 고주파 스위치(S_H1)가 오프 상태인 경우를 제4 모드로 설정할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 일정 주기 내에서, 제2 고주파 스위치(S_H2)가 오프 상태였다가 온 상태로 전환되는 순간부터 다시 오프 상태로 전환되는 순간까지를 제4 모드로 설정할 수 있다.For example, the controller may set the fourth mode when the second high frequency switch S_H2 is in an on state and the first high frequency switch S_H1 is in an off state. Specifically, the controller may set the fourth mode from the moment when the second high frequency switch S_H2 is turned off to the moment when it is switched back to the off state within a certain period.

또한, 제어부는 제1 고주파 스위치(S_H1) 및 제2 고주파 스위치(S_H2)가 모두 오프 상태인 경우를 제5 모드로 설정할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 일정 주기 내에서, 제2 고주파 스위치(S_H2)가 온 상태였다가 오프 상태로 전환하는 순간부터 제1 고주파 스위치(S_H1)가 오프 상태였다가 온 상태로 전환되는 순간까지를 제5 모드로 설정할 수 있다.In addition, the controller may set the fifth mode when both the first high frequency switch S_H1 and the second high frequency switch S_H2 are in an off state. Specifically, the controller controls the time from the moment when the second high frequency switch S_H2 is switched from being on to the off state within a certain period to the moment when the first high frequency switch S_H1 is switched from being off to being turned on. 5 modes can be set.

또한, 제어부는 제1 고주파 스위치(S_H1)가 온 상태이고 제2 고주파 스위치(S_H2)가 오프 상태인 경우를 제6 모드로 설정할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 일정 주기 내에서, 제1 고주파 스위치(S_H1)가 온 오프 상태였다가 온 상태로 전환되는 순간부터 다시 오프 상태로 전환되는 순간까지를 제6 모드로 설정할 수 있다.In addition, the controller may set the case where the first high frequency switch S_H1 is in an on state and the second high frequency switch S_H2 is in an off state as the sixth mode. Specifically, the controller may set the sixth mode from the moment when the first high frequency switch S_H1 is in an on-off state and then switched to an on-state to the moment when it is switched back to an off-state within a certain period.

또한, 제어부는 제1 고주파 스위치(S_H1) 및 제2 고주파 스위치(S_H2)가 모두 오프 상태인 경우를 제2 버퍼 모드로 설정할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 일정 주기 내에서, 제1 고주파 스위치(S_H1)가 온 상태였다가 오프 상태로 전환하는 순간부터 제2 고주파 스위치(S_H2)가 오프 상태였다가 온 상태로 전환하는 순간까지를 제2 버퍼 모드로 설정할 수 있다. 제2 버퍼 모드는 실질적으로 제5 모드와 동일한 모드일 수 있다.In addition, the controller may set the second buffer mode when both the first high frequency switch S_H1 and the second high frequency switch S_H2 are in an off state. Specifically, the control unit controls the time from the moment when the first high frequency switch S_H1 is switched from being on to the off state within a certain period to the moment when the second high frequency switch S_H2 is switched from being off to on. 2 can be set to buffer mode. The second buffer mode may be substantially the same as the fifth mode.

제2 버퍼 모드는 상보적인 스위치의 안전한 동작을 위한 약간의 데드 타임일 수 있다. 즉, 고주파로 동작하는 제1 고주파 스위치(S_H1) 및 제2 고주파 스위치(S_H2)의 안전한 동작을 위해, 다음 상태 이전에 두 스위치 모두 오프 상태인 버퍼 시간일 수 있다.The second buffer mode may be some dead time for safe operation of the complementary switch. That is, for safe operation of the first high-frequency switch S_H1 and the second high-frequency switch S_H2 operating at high frequency, the buffer time may be in which both switches are off before the next state.

제어부는 제4 모드 - 제5 모드 - 제6 모드의 패턴이 반복되도록 인버터를 제어할 수 있다. 즉, 제어부는 제4 모드, 제5 모드, 제6 모드 그리고 제4 모드의 패턴이 반복되도록 복수의 스위치에 대한 제어 신호를 생성할 수 있다.The controller may control the inverter so that the pattern of the fourth mode - the fifth mode - the sixth mode is repeated. That is, the control unit may generate control signals for the plurality of switches such that patterns of the fourth mode, the fifth mode, the sixth mode, and the fourth mode are repeated.

또는 제어부는 제4 모드 - 제5 모드 - 제6 모드 - 제2 버퍼 모드의 패턴이 반복되도록 인버터를 제어할 수 있다. 즉, 제어부는 제4 모드, 제5 모드, 제6 모드, 제2 버퍼 모드 그리고 제4 모드의 패턴이 반복되도록 복수의 스위치에 대한 제어 신호를 생성할 수 있다.Alternatively, the controller may control the inverter to repeat the pattern of the fourth mode - the fifth mode - the sixth mode - the second buffer mode. That is, the control unit may generate control signals for the plurality of switches such that patterns of the fourth mode, the fifth mode, the sixth mode, the second buffer mode, and the fourth mode are repeated.

위 패턴이 반복되기 위해서는 제1 고주파 스위치(S_H1) 및 제2 고주파 스위치(S_H2) 중 어느 하나가 오프 상태인 구간의 길이가 나머지 하나가 온 상태인 구간의 길이보다 길어야 할 수 있다.In order for the above pattern to be repeated, the length of a section in which either one of the first high frequency switch S_H1 and the second high frequency switch S_H2 is in an off state may have to be longer than the length of a section in which the other one is in an on state.

제어부에 의해 음의 반주기에서 상기 제4 모드, 제5 모드 및 제6 모드가 출력 전압이 0일때까지 반복될 수 있다.The fourth mode, the fifth mode, and the sixth mode may be repeated until the output voltage is zero in a negative half cycle by the control unit.

도 3은 본원 발명의 인버터의 제어 신호 입력을 위한 블록 다이어그램을 나타낸 도면이다.Figure 3 is a block diagram showing a control signal input of the inverter of the present invention.

도 3을 참조하면, 제어부의 제어 신호 생성 단계를 블록 다이어그램을 통해 파악할 수 있다. 제어부는 제1 스위치(S1) 및 제4 스위치(S4)를 제어하는 제1 제어 신호, 제2 스위치(S2) 및 제3 스위치(S3)를 제어하는 제2 제어 신호, 제1 고주파 스위치(S_H1)를 제어하는 제3 제어 신호 및 제2 고주파 스위치(S_H2)를 제어하는 제4 제어 신호를 생성할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the control signal generation step of the control unit can be grasped through a block diagram. The control unit includes a first control signal for controlling the first switch S1 and the fourth switch S4, a second control signal for controlling the second switch S2 and the third switch S3, and a first high frequency switch S_H1. ) and a fourth control signal for controlling the second high frequency switch S_H2.

제어부는 다음과 같은 식을 따라 제4 제어 신호를 생성할 수 있다. 아래 식 1 및 식 2는 제4 제어 신호의 듀티(duty) 사이클과 관련된 듀티 비(ratio)를 나타낸 식이다.The control unit may generate the fourth control signal according to the following equation. Equations 1 and 2 below are equations representing a duty ratio related to the duty cycle of the fourth control signal.

[식 1][Equation 1]

Figure 112021126229751-pat00001
Figure 112021126229751-pat00001

(

Figure 112021126229751-pat00002
,
Figure 112021126229751-pat00003
: 라인 주파수)(
Figure 112021126229751-pat00002
,
Figure 112021126229751-pat00003
: line frequency)

듀티 비 d1은 전압 이득 G=V_o/V_in으로 표현될 수 있고 식은 다음과 같다.The duty ratio d1 can be expressed as a voltage gain G=V_o/V_in, and the equation is as follows.

[식 2][Equation 2]

Figure 112021126229751-pat00004
Figure 112021126229751-pat00004

도 3에 도시된 바와 같이 제2 고주파 스위치(S_H2)에 대한 제4 제어 신호는 식 2로부터 얻어질 수 있다.As shown in FIG. 3 , the fourth control signal for the second high frequency switch S_H2 may be obtained from Equation 2.

제어부는 제4 제어 신호의 상보적인 신호로 제1 고주파 스위치(S_H1)를 제어하는 제3 제어 신호를 얻을 수 있다. 제1 스위치(S1) 및 제4 스위치(S4)를 제어하는 제1 제어 신호는 라인 주파수에 의한 신호일 수 있다. 제어부는 제1 제어 신호의 상보적인 신호로 제2 제어 신호를 얻을 수 있다. 구체적으로, 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호는 기준 신호(V_ref)와 접지 신호가 비교되어 생성될 수 있다. The control unit may obtain a third control signal for controlling the first high frequency switch S_H1 as a signal complementary to the fourth control signal. The first control signal for controlling the first switch S1 and the fourth switch S4 may be a signal based on a line frequency. The control unit may obtain the second control signal as a signal complementary to the first control signal. Specifically, the first control signal and the second control signal may be generated by comparing the reference signal V_ref and the ground signal.

도 4는 본원 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 모드에 따른 회로를 나타낸 도면이다. 도 4(a) 내지 도 4(c)는 양의 반주기에서의 회로이고, 도 4(d) 내지 도 4(f)는 음의 반주기에서의 회로를 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing a circuit according to a mode of an inverter according to an embodiment of the present invention. 4(a) to 4(c) are circuits in a positive half cycle, and FIGS. 4(d) to 4(f) are diagrams showing circuits in a negative half cycle.

도 4(a)는 제1 모드에서의 전류 흐름을 나타낸 회로도이고, 도 4(b)는 제2 모드에서의 전류 흐름을 나타낸 회로도이고, 도 4(c)는 제3 모드에서의 전류 흐름을 나타낸 회로도이다.Figure 4 (a) is a circuit diagram showing the current flow in the first mode, Figure 4 (b) is a circuit diagram showing the current flow in the second mode, Figure 4 (c) is a current flow in the third mode This is the circuit diagram shown.

도 4(a)를 참조하면, 제1 모드에서 도 2의 타이밍도에 의해 제1 스위치(S1), 제4 스위치(S4) 및 제2 고주파 스위치(S_H2)만이 켜진다. 이때, 인덕터(L)는 에너지를 저장하고 커패시터(c)는 부하에 에너지를 공급한다. 인덕터 전류 리플은 다음과 같다.Referring to FIG. 4(a) , according to the timing diagram of FIG. 2 in the first mode, only the first switch S1, the fourth switch S4, and the second high frequency switch S_H2 are turned on. At this time, the inductor (L) stores energy and the capacitor (c) supplies energy to the load. The inductor current ripple is:

[식 3][Equation 3]

Figure 112021126229751-pat00005
Figure 112021126229751-pat00005

(

Figure 112021126229751-pat00006
: 스위칭 기간)(
Figure 112021126229751-pat00006
: switching period)

도 4(b)를 참조하면, 제2 모드에서 도 2의 타이밍도에 의해 제1 스위치(S1) 및 제4 스위치(S4)만이 켜진다. 제2 모드에서 인덕터(L)는 커패시터(C)와 부하에 에너지를 공급할 수 있다. 제2 모드에서는 데드 타임으로 인해 두 고주파 스위치가 모두 꺼지고, 전류가 제1 고주파 스위치(S_H1)의 바디 다이오드를 통해 흐르게 된다.Referring to FIG. 4(b) , only the first switch S1 and the fourth switch S4 are turned on according to the timing diagram of FIG. 2 in the second mode. In the second mode, the inductor (L) can supply energy to the capacitor (C) and the load. In the second mode, both high frequency switches are turned off due to dead time, and current flows through the body diode of the first high frequency switch S_H1.

도 4(c)를 참조하면, 제3 모드에서 도 2의 타이밍도에 의해 제1 스위치(S1), 제4 스위치(S4) 및 제1 고주파 스위치(S_H1)만이 켜진다. 제3 모드에서 제1 고주파 스위치(S_H1)가 켜져 있고, 전류가 모스펫의 채널을 통해 흐를 수 있어, 동기 정류의 이점을 얻을 수 있다.Referring to FIG. 4(c) , according to the timing diagram of FIG. 2 in the third mode, only the first switch S1, the fourth switch S4, and the first high frequency switch S_H1 are turned on. In the third mode, the first high-frequency switch S_H1 is turned on, and current can flow through the channel of the MOSFET, so that the advantage of synchronous rectification can be obtained.

이때, 전류 리플은 다음과 같다.At this time, the current ripple is as follows.

[식 4][Equation 4]

Figure 112021126229751-pat00007
Figure 112021126229751-pat00007

도 4(d)를 참조하면, 제4 모드에서 도 2의 타이밍도에 의해 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3) 및 제2 고주파 스위치(S_H2)만이 켜진다. 때, 인덕터(L)는 에너지를 저장하고 커패시터(c)는 부하에 에너지를 공급한다. 인덕터 전류 리플은 제1 모드와 유사하다.Referring to FIG. 4(d) , only the second switch S2, the third switch S3, and the second high frequency switch S_H2 are turned on according to the timing diagram of FIG. 2 in the fourth mode. At this time, the inductor (L) stores energy and the capacitor (c) supplies energy to the load. The inductor current ripple is similar to the first mode.

도 4(e)를 참조하면, 제5 모드에서 도 2의 타이밍도에 의해 제2 스위치(S2) 및 제3 스위치(S3)만이 켜진다. 제5 모드에서 인덕터(L)는 커패시터(C)와 부하에 에너지를 공급할 수 있다. 제5 모드에서는 데드 타임으로 인해 두 고주파 스위치가 모두 꺼지고, 전류가 제1 고주파 스위치(S_H1)의 바디 다이오드를 통해 흐르게 된다.Referring to FIG. 4(e), in the fifth mode, according to the timing diagram of FIG. 2, only the second switch S2 and the third switch S3 are turned on. In the fifth mode, the inductor L may supply energy to the capacitor C and the load. In the fifth mode, both high frequency switches are turned off due to dead time, and current flows through the body diode of the first high frequency switch S_H1.

도 4(f)를 참조하면, 제6 모드에서 도 2의 타이밍도에 의해 제1 스위치(S1), 제4 스위치(S4) 및 제1 고주파 스위치(S_H1)만이 켜진다. 제6 모드에서 제1 고주파 스위치(S_H1)가 켜져 있고, 전류가 모스펫의 채널을 통해 흐를 수 있어, 동기 정류의 이점을 얻을 수 있다.Referring to FIG. 4(f), according to the timing diagram of FIG. 2 in the sixth mode, only the first switch S1, the fourth switch S4, and the first high frequency switch S_H1 are turned on. In the sixth mode, the first high-frequency switch S_H1 is turned on, and current can flow through the channel of the MOSFET, so that the advantage of synchronous rectification can be obtained.

이때, 전류 리플은 다음과 같다.At this time, the current ripple is as follows.

[식 5][Equation 5]

Figure 112021126229751-pat00008
Figure 112021126229751-pat00008

도 5는 본원 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 계통 연계 모드에 대한 회로 및 단순화된 회로를 나타낸 도면이다.5 is a diagram showing a circuit and a simplified circuit for a grid connection mode of an inverter according to an embodiment of the present invention.

도 5(a)는 인버터의 계통 연계 모드에 대한 회로를 나타낸 것이고, 도 5(b)는 출력 전압의 부호가 양인 양의 반주기에서의 단순화된 회로를 나타낸 것이고, 도 5(b)는 출력 전압의 부호가 음인 음의 반주기에서의 단순화된 회로를 나타낸 것이다.5(a) shows a circuit for the grid connection mode of the inverter, FIG. 5(b) shows a simplified circuit in a positive half cycle where the sign of the output voltage is positive, and FIG. 5(b) shows the output voltage It shows a simplified circuit in the negative half cycle where the sign of is negative.

도 5(a)를 참조하면, 본원 발명의 인버터의 일반적인 계통 연계 구성을 알 수 있다. 태양광 발전 패널의 기생 퍼캐시터는 제1 기생 커패시터(C_p1) 및 제2 기생 커패시터(C_p2)로 표현될 수 있고, 전압은 제1 전압(v_p1) 및 제2 전압(v_p2)로 표현될 수 있다. 인덕터(L0)는 고주파의 고조파를 필터링하며 기존 계통 연결 인버터에도 필요하다.Referring to FIG. 5 (a), it can be seen a general grid connection configuration of the inverter of the present invention. The parasitic percapacitor of the photovoltaic panel may be expressed as a first parasitic capacitor C_p1 and a second parasitic capacitor C_p2, and the voltage may be expressed as a first voltage v_p1 and a second voltage v_p2. . The inductor (L0) filters out high-frequency harmonics and is also required for existing grid-connected inverters.

태양광 발전은 대부분 계통과 연계되므로, 누설 전류가 중요한 설계 매개 변수가 될 수 있다. 계통 연계형 변압기가 없는 태양광 발전 시스템에서 누설 전류는 태양광 발전 패널의 기생 커패시터를 통해 흐를 수 있다. 기생 커패시터 전반에 걸친 상당한 고주파 전압 변동은 큰 누설 전류를 초래하는 반면, 라인 주파수 변동은 낮은 누설 전류를 야기한다. 기생 커패시터 전압에 변동이 없느면 누설 전류는 0이 될 수 있다.Since solar power generation is mostly grid-connected, leakage current can be an important design parameter. In a photovoltaic system without a grid-tied transformer, leakage current can flow through the parasitic capacitors of the photovoltaic panels. Significant high-frequency voltage fluctuations across the parasitic capacitors result in large leakage currents, while line frequency fluctuations result in low leakage currents. If there is no change in the parasitic capacitor voltage, the leakage current can be zero.

도 5(b) 및 도 5(c)를 참조하면, 커패시터(C_p1, C_p2)의 전압이 출력 전압의 부호에 따라 달라지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 5(b) and 5(c) , it can be seen that the voltages of the capacitors C_p1 and C_p2 vary according to the sign of the output voltage.

양의 반주기에서, 제1 기생 커패시터(C_p1)의 전압은 0이고, 제2 기생 커패시터(C_p2)의 전압은 -V_in이 된다. 음의 반주기에서 제1 기생 커패시터(C_p1)의 전압은 (V_in-Vc)이고, 제2 기생 커패시터(C_p2)의 전압은 -Vc가 된다.In the positive half cycle, the voltage of the first parasitic capacitor C_p1 is 0 and the voltage of the second parasitic capacitor C_p2 is -V_in. In the negative half cycle, the voltage of the first parasitic capacitor C_p1 is (V_in-Vc) and the voltage of the second parasitic capacitor C_p2 is -Vc.

즉, 양의 반주기에서 AC 접지는 DC 버스에 직접 연결되고, 기생 커패시터(V_p1, V_p2)의 전압은 변동이 없이 일정하기 때문에, 누설 전류는 0이 될 것이다.That is, in the positive half cycle, since the AC ground is directly connected to the DC bus and the voltages of the parasitic capacitors V_p1 and V_p2 are constant without fluctuation, the leakage current will be zero.

그러나, 음의 반주기에서 제1 기생 커패시터(C_p1)의 전압 및 제2 기생 커패시터(C_p2)의 전압은 모두 Vc에 의존한다. 입력 전압은 일정하고, Vc는 라인 주파수에 따라 사인파로 변하게 된다. 이는 기생 커패시터 양단에 고주파 변동이 아닌 라인 주파수 변동으로, 누설 전류가 고주파 변동일때보다 낮다는 것을 의미할 수 있다.However, in the negative half cycle, both the voltage of the first parasitic capacitor C_p1 and the voltage of the second parasitic capacitor C_p2 depend on Vc. The input voltage is constant, and Vc changes as a sine wave according to the line frequency. This may mean that the leakage current is lower than when the line frequency fluctuates across the parasitic capacitor, not the high frequency fluctuation, rather than the high frequency fluctuation.

고주파 신호의 관점에서, 커패시터(C)는 낮은 임피던스 경로를 제공할 수 있고, 태양광 발전 패널의 음극 단자를 그리드의 접지에 가상으로 연결한 것으로 보일 수 있다. 따라서, 본원 발명의 인버터는 가상 접지 회로를 포함할 수 있다.From the point of view of high-frequency signals, capacitor C can provide a low-impedance path and can be seen as virtually connecting the negative terminal of the photovoltaic panel to the ground of the grid. Thus, the inverter of the present invention may include a virtual ground circuit.

도 6 및 도 7은 인버터의 부스트 동작에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다. 도 6 및 도 7은 입력 전압이 100V일 때 부스트 모드의 파형을 나타낸다.6 and 7 are graphs showing simulation results in the boost operation of the inverter. 6 and 7 show boost mode waveforms when the input voltage is 100V.

도 6(a)는 게이트 신호의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이고, 도 6(b)는 입력 전압(V_in), 출력 전압(V0), 인덕터 전류(iL) 및 입력 전류(i_in)의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.Figure 6 (a) shows the simulation results of the gate signal, and Figure 6 (b) shows the simulation results of the input voltage (V_in), output voltage (V0), inductor current (iL) and input current (i_in) .

도 7(a)는 필터 커패시터(Vc) 양단의 전압, 스위치(S_H1, S_H2)의 드레인-소스 전압의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이고, 도 7(b)는 스위치(S1, S2, S3, S4)의 드레인-소스 전압의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.7(a) shows the simulation results of the voltage across the filter capacitor Vc and the drain-source voltage of the switches S_H1 and S_H2, and FIG. 7(b) shows the voltage of the switches S1, S2, S3 and S4 It shows the simulation result of the drain-source voltage.

도 8은 인버터의 벅 동작에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다. 도 8은 입력 전압이 200V일 때 벅 모드의 파형을 보여준다.8 is a graph showing simulation results in buck operation of an inverter. 8 shows a buck mode waveform when the input voltage is 200V.

도 8(a)는 입력 전압(V_in), 출력 전압(V0), 인덕터 전류(iL) 및 입력 전류(i_in)의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다. 도 8(b)는 필터 커패시터(Vc) 양단의 전압, 스위치(S_H1, S_H2)의 드레인-소스 전압의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이고, 도 8(c)는 기생 커패시터의 전압(v_p1, v_p2)의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.8(a) shows simulation results of the input voltage (V_in), the output voltage (V0), the inductor current (iL), and the input current (i_in). 8(b) shows simulation results of the voltage across the filter capacitor Vc and the drain-source voltage of the switches S_H1 and S_H2, and FIG. 8(c) shows simulation results of the voltages v_p1 and v_p2 of the parasitic capacitors. that showed the result.

도 6 내지 도 8의 시뮬레이션 결과를 참조하면, 고주파 스위치(S_H1, S_H2)만이 (V_in+V0)와 동일한 전압 스트레스를 갖는 다는 것을 알 수 있다. 또한, 라인 주파수 스위치의 전압 스트레스는 낮고, 피크 출력 전압 V0와 같다는 것을 알 수 있다. 또한, 기생 커패시터 양단의 전압은 위에서 살펴본 바와 같다는 것을 알 수 있다.Referring to the simulation results of FIGS. 6 to 8 , it can be seen that only the high frequency switches S_H1 and S_H2 have the same voltage stress as (V_in+V0). It can also be seen that the voltage stress of the line frequency switch is low and is equal to the peak output voltage V0. In addition, it can be seen that the voltage across the parasitic capacitor is as described above.

즉, 양의 반주기에서, 제1 기생 커패시터(C_p1)의 전압 및 제2 기생 커패시터(C_p2)의 전압은 DC 값으로 고정된다. 반면, 음의 반주기에서 제1 기생 커패시터(C_p1)의 전압 및 제2 기생 커패시터(C_p2)의 전압은 라인 주파수에 따라 달라지며, 고주파 리플은 필터 커패시터(C)에 의해 크게 감소하는 것을 알 수 있다. 따라서, 출력 전압의 음의 반주기에서는 작은 누설 전류가 존재하지만, 산업 표준에 비해서 훨씬 낮은 것을 알 수 있다.That is, in the positive half cycle, the voltage of the first parasitic capacitor C_p1 and the voltage of the second parasitic capacitor C_p2 are fixed to DC values. On the other hand, it can be seen that the voltage of the first parasitic capacitor (C_p1) and the voltage of the second parasitic capacitor (C_p2) vary according to the line frequency in the negative half cycle, and the high frequency ripple is greatly reduced by the filter capacitor (C). . Therefore, it can be seen that there is a small leakage current in the negative half cycle of the output voltage, but much lower than the industry standard.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program commands recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

Claims (11)

단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 제어 장치에 있어서,
단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 내에 포함된 복수의 스위치의 온/오프(on/off)를 제어 신호에 기초하여 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 단상 가상 접지 벅-부스트 인버터는,
입력 전원;
상기 입력 전원에 연결되고, 서로 직렬로 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치;
상기 입력 전원에 연결되고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치와 병렬로 연결되며, 서로 직렬로 연결된 제3 스위치 및 제4 스위치;
일단이 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치와 연결되고, 상기 제1 내지 제4 스위치보다 높은 주파수로 동작하는 제1 고주파 스위치;
일단이 상기 제1 고주파 스위치와 연결되고, 상기 제1 내지 제4 스위치보다 높은 주파수로 동작하는 제2 고주파 스위치; 및
일단은 상기 입력 전원에 연결되고, 타단은 상기 제1 고주파 스위치의 타단 및 상기 제2 고주파 스위치의 일단과 연결되는 인덕터를 포함하고,
상기 제어부는 출력 전압의 부호가 양인 경우,
상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치를 온 상태로 동작하게 하고,
상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 오프 상태로 동작하게 하고,
상기 입력 전원의 입력 전압과 상기 출력 전압에 따라 생성되는 제1 제어 신호에 기초하여 상기 제1 고주파 스위치를 제어하고, 상기 입력 전압과 상기 출력 전압에 따라 생성되는 제2 제어 신호에 기초하여 상기 제2 고주파 스위치를 제어하는
단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 제어 장치.
In the single-phase virtual ground buck-boost inverter control device,
A controller for controlling on/off of a plurality of switches included in a single-phase virtual ground buck-boost inverter based on a control signal,
The single-phase virtual ground buck-boost inverter,
input power;
a first switch and a second switch connected to the input power and connected in series to each other;
a third switch and a fourth switch connected to the input power, connected in parallel to the first switch and the second switch, and connected in series to each other;
a first high frequency switch having one end connected to the first switch and the third switch and operating at a higher frequency than the first to fourth switches;
a second high frequency switch having one end connected to the first high frequency switch and operating at a higher frequency than the first to fourth switches; and
an inductor having one end connected to the input power source and the other end connected to the other end of the first high frequency switch and one end of the second high frequency switch;
The control unit when the sign of the output voltage is positive,
Operating the first switch and the fourth switch in an on state;
Operating the second switch and the third switch in an off state;
The first high-frequency switch is controlled based on a first control signal generated according to the input voltage and the output voltage of the input power, and the second control signal generated according to the input voltage and the output voltage is used to control the first high-frequency switch. 2 to control the high-frequency switch
Single-phase virtual ground buck-boost inverter control unit.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 사이의 마디 및 상기 제3 스위치와 상기 제4 스위치 사이의 마디 사이의 상기 출력 전압의 부호를 판단하고, 상기 출력 전압의 부호에 따라 상기 제어 신호의 듀티(duty) 사이클과 관련된 듀티 비에 기초하여 상기 복수의 스위치를 제어하는
단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 제어 장치.
According to claim 1,
The control unit determines a sign of the output voltage between a node between the first switch and the second switch and a node between the third switch and the fourth switch, and determines the sign of the control signal according to the sign of the output voltage. Controlling the plurality of switches based on a duty ratio related to a duty cycle.
Single-phase virtual ground buck-boost inverter control unit.
제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제4 스위치에 각각 병렬로 연결되는 제1 내지 제4 다이오드;
상기 제1 고주파 스위치에 병렬로 연결되는 제5 다이오드; 및
상기 제2 고주파 스위치에 병렬로 연결되는 제6 다이오드를 포함하는
단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 제어 장치.
According to claim 1,
first to fourth diodes connected in parallel to the first to fourth switches, respectively;
a fifth diode connected in parallel to the first high frequency switch; and
A sixth diode connected in parallel to the second high frequency switch
Single-phase virtual ground buck-boost inverter control unit.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제2 제어 신호를 제1 듀티 비에 기초하여 생성하고,
상기 제1 듀티 비는 상기 단상 가상 접지 벅-부스트 인버터의 상기 입력 전압 및 상기 출력 전압의 비인 전압 이득 및 라인 주파수에 의해서 정해지는
단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 제어 장치.
According to claim 1,
The control unit generates the second control signal based on a first duty ratio,
The first duty ratio is determined by a line frequency and a voltage gain that is a ratio of the input voltage and the output voltage of the single-phase virtual ground buck-boost inverter.
Single-phase virtual ground buck-boost inverter control unit.
제5항에 있어서,
상기 제1 제어 신호는 상기 제2 제어 신호가 반전된 신호인
단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 제어 장치.
According to claim 5,
The first control signal is a signal obtained by inverting the second control signal.
Single-phase virtual ground buck-boost inverter control unit.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제2 고주파 스위치가 온 상태이고, 상기 제1 고주파 스위치가 오프 상태인 경우를 제1 모드로 설정하고,
상기 제1 고주파 스위치 및 상기 제2 고주파 스위치가 오프 상태인 경우를 제2 모드로 설정하고,
상기 제1 고주파 스위치가 온 상태이고, 상기 제2 고주파 스위치가 오프 상태인 경우를 제3 모드로 설정하고,
상기 제1 모드, 상기 제2 모드 및 상기 제3 모드가 순차적으로 반복되도록 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성하는
단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 제어 장치.
According to claim 1,
The control unit,
A case in which the second high frequency switch is in an on state and the first high frequency switch is in an off state is set as a first mode;
A case in which the first high frequency switch and the second high frequency switch are off is set as a second mode;
A case in which the first high frequency switch is in an on state and the second high frequency switch is in an off state is set as a third mode;
Generating the first control signal and the second control signal such that the first mode, the second mode, and the third mode are sequentially repeated
Single-phase virtual ground buck-boost inverter control unit.
단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 제어 장치에 있어서,
단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 내에 포함된 복수의 스위치의 온/오프(on/off)를 제어 신호에 기초하여 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 단상 가상 접지 벅-부스트 인버터는,
입력 전원;
상기 입력 전원에 연결되고, 서로 직렬로 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치;
상기 입력 전원에 연결되고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치와 병렬로 연결되며, 서로 직렬로 연결된 제3 스위치 및 제4 스위치;
일단이 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치와 연결되고, 상기 제1 내지 제4 스위치보다 높은 주파수로 동작하는 제1 고주파 스위치;
일단이 상기 제1 고주파 스위치와 연결되고, 상기 제1 내지 제4 스위치보다 높은 주파수로 동작하는 제2 고주파 스위치; 및
일단은 상기 입력 전원에 연결되고, 타단은 상기 제1 고주파 스위치의 타단 및 상기 제2 고주파 스위치의 일단과 연결되는 인덕터를 포함하고,
상기 제어부는 출력 전압의 부호가 음인 경우,
상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 온 상태로 동작하게 하고,
상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치를 오프 상태로 동작하게 하고,
상기 입력 전원의 입력 전압과 상기 출력 전압에 따라 생성되는 제3 제어 신호에 기초하여 상기 제1 고주파 스위치를 제어하고, 상기 입력 전압과 상기 출력 전압에 따라 생성되는 제4 제어 신호에 기초하여 상기 제2 고주파 스위치를 제어하는
단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 제어 장치.
In the single-phase virtual ground buck-boost inverter control device,
A controller for controlling on/off of a plurality of switches included in a single-phase virtual ground buck-boost inverter based on a control signal,
The single-phase virtual ground buck-boost inverter,
input power;
a first switch and a second switch connected to the input power and connected in series to each other;
a third switch and a fourth switch connected to the input power, connected in parallel to the first switch and the second switch, and connected in series to each other;
a first high frequency switch having one end connected to the first switch and the third switch and operating at a higher frequency than the first to fourth switches;
a second high frequency switch having one end connected to the first high frequency switch and operating at a higher frequency than the first to fourth switches; and
an inductor having one end connected to the input power source and the other end connected to the other end of the first high frequency switch and one end of the second high frequency switch;
The control unit when the sign of the output voltage is negative,
operating the second switch and the third switch in an on state;
operating the first switch and the fourth switch in an off state;
The first high-frequency switch is controlled based on a third control signal generated according to the input voltage and the output voltage of the input power, and the third control signal is generated based on the input voltage and the output voltage. 2 to control the high-frequency switch
Single-phase virtual ground buck-boost inverter control unit.
제8항에 있어서,
상기 제3 제어 신호는 상기 제4 제어 신호가 반전된 신호인
단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 제어 장치.
According to claim 8,
The third control signal is a signal obtained by inverting the fourth control signal.
Single-phase virtual ground buck-boost inverter control unit.
제8항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제2 고주파 스위치가 온 상태이고, 상기 제1 고주파 스위치가 오프 상태인 경우를 제4 모드로 설정하고,
상기 제1 고주파 스위치 및 상기 제2 고주파 스위치가 오프 상태인 경우를 제5 모드로 설정하고,
상기 제1 고주파 스위치가 온 상태이고, 상기 제2 고주파 스위치가 오프 상태인 경우를 제6 모드로 설정하고,
상기 제4 모드, 상기 제5 모드 및 상기 제6 모드가 순차적으로 반복되도록 상기 제3 제어 신호 및 상기 제4 제어 신호를 생성하는
단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 제어 장치.
According to claim 8,
The control unit,
A case in which the second high frequency switch is in an on state and the first high frequency switch is in an off state is set as a fourth mode;
A case in which the first high frequency switch and the second high frequency switch are off is set as a fifth mode;
A sixth mode is set when the first high-frequency switch is in an on state and the second high-frequency switch is in an off state;
Generating the third control signal and the fourth control signal such that the fourth mode, the fifth mode, and the sixth mode are sequentially repeated
Single-phase virtual ground buck-boost inverter control unit.
제8항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제4 제어 신호를 제1 듀티 비에 기초하여 생성하고,
상기 제1 듀티 비는 상기 단상 가상 접지 벅-부스트 인버터의 상기 입력 전압 및 상기 출력 전압의 비인 전압 이득 및 라인 주파수에 의해서 정해지는
단상 가상 접지 벅-부스트 인버터 제어 장치.
According to claim 8,
The control unit generates the fourth control signal based on a first duty ratio,
The first duty ratio is determined by a line frequency and a voltage gain that is a ratio of the input voltage and the output voltage of the single-phase virtual ground buck-boost inverter.
Single-phase virtual ground buck-boost inverter control unit.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101312372B1 (en) * 2012-08-09 2013-09-27 전남대학교산학협력단 Single phase inverter
KR20200009229A (en) * 2018-07-18 2020-01-30 현대자동차주식회사 Battery charger for electric vehicle

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