KR20100047159A - 전력 변환 회로 및 방법 - Google Patents

전력 변환 회로 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20100047159A
KR20100047159A KR1020090102200A KR20090102200A KR20100047159A KR 20100047159 A KR20100047159 A KR 20100047159A KR 1020090102200 A KR1020090102200 A KR 1020090102200A KR 20090102200 A KR20090102200 A KR 20090102200A KR 20100047159 A KR20100047159 A KR 20100047159A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
voltage
output voltage
mode
current
Prior art date
Application number
KR1020090102200A
Other languages
English (en)
Inventor
립세이 라즐로
Original Assignee
오투 마이크로, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 오투 마이크로, 인코포레이티드 filed Critical 오투 마이크로, 인코포레이티드
Publication of KR20100047159A publication Critical patent/KR20100047159A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Abstract

전력 변환 회로는 태양광 패널과 전력 변환기를 포함한다. 태양광 패널은 출력 전압을 가지는 전기 전력을 제공한다. 전력 변환기는 태양광 패널에 결합되고, 충전 모드와 전력 공급 모드 중에 선택적으로 작동하게 한다. 전력 변환기는 태양광 패널로부터의 전기 전력을 전원으로 전달하고, 충전모드에서는 출력 전압을 문턱 전압으로 유지한다. 전력 변환기는 전력 공급 모드에서는 전원으로부터의 전력을 부하에 전달한다.
전력 변환 회로, 태양 에너지, 문턱 전압, 태양광 패널, 전력 공급 모드

Description

전력 변환 회로 및 방법{CIRCUITS AND METHODS FOR POWER CONVERSION}
본 출원은 충전 및 승압 회로 및 시스템(Charging and Boost Circuit and System)라는 명칭으로 2008년 10월 27일에 출원된 미국 가출원 제61/197,494호 및 위 가출원에 대한 미국 진 출원 제12/605,815호(2009년 10월 26일에 출원)에 대한 우선권을 주장하고, 상기 발명 전체는 본 명세서에서 참조된다.
본 발명은 태양 에너지 시스템에 사용되는 전력 변환 회로 및 방법에 관한 것이다.
태양 에너지 시스템은 광원(light)에 노출될 때 직류(DC) 전력을 발생할 수 있는 광기전성 패널(photovoltaic panel) 또는 태양광(solar) 패널을 포함한다. 태양광선 패널은 정-반(PN) 접합 구조 (positive-negative junction structure)를 가지며 PN 접합 다이오드와 유사한 특성을 가진다. 광자(photon)가 PN 접합을 가할때, 전자의 재결합 및 PN 접합의 홀(hole)은 전기적 전류가 될 수 있다. 그러나, 태양광 패널은 광학 밀도(optical density), 날씨, 위치 및 온도와 같은 작업 환경에 따른 전력을 제공한다. 따라서, 발생된 전력은 안정적이지 않을 수 있다. 따라서, 안정된 전력 발생이 가능한 전력 변환 회로 및 방법이 요구된다.
실시 예에서, 전력 변환 회로는 태양광 패널 및 전력 변환기를 포함한다. 태양광 패널은 전력을 제공하는 동작이 가능하다. 태양광 패널에 결합된 전력 변환기는 충전 모드 및 전력공급 모드로 선택적으로 동작할 수 있다. 전력 변환기는 전력을 태양광 패널로부터 전력 공급원으로 이동시키고 충전모드에서 출력 전압을 문턱 전압(임계전압, threshold voltage)으로 유지한다. 전력 변환기는 전력공급모드에서 전력을 전력 공급원으로부터 부하로 운반한다.
본 발명의 실시예를 통해 관련사항이 상세하게 기술될 것이다. 발명이 실시예와 관련하여 기술되지만, 본 발명이 실시예에만 제한되는 의도는 아님이 이해될 것이다. 반면에, 발명은 다른 대안, 수정 및 등가물을 포함하는 의도를 가지며, 첨부된 청구범위에 정의된 것으로써 발명의 정신 및 범위내에 포함할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 상세한 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 위해 다수의 구체적인 사항들이 설명될 것이다. 그러나, 본 발명이 이러한 구체적인 사항들 없이 실행될 수 있음이 당업자에게 인지될 것이다. 다른 예로, 주지의 방법, 처리절차, 구송요소, 및 회로는 본 발명의 견지가 불필요하게 불명료해지지 않도록 상세하게 기술되지 않을 것이다.
본 발명에 따른 실시예들은 전력 변환 회로를 제공한다. 전력 변환 회로는 전력 변환기 및 전력 공급원, 즉, 태양광 패널을 포함한다.태양광 패널은 광 전력을 전기 전력으로 변환하고 출력 전압을 제공할 수 있다. 전력 변환기는 충전 모드 와 전력공급 모드 중 적어도 한 모드에서 선택적으로 동작할 수 있다. 충전 모드에서, 전력 변환기는 전력을 태양광 패널로부터 배터리로 이동시킬 수 있다. 전력공급모드에서, 전력 변환기는 전력을 배터리로부터 부하로 운반할 수 있다.
실시 예에서, 전력 변환기는 태양광 패널의 출력 전압과 문턱 전압 사이의 비교 결과에 따라 동작 모드를 선택할 수 있다. 바람직스럽게, 충전 모드에서,전력 변환기는 출력 전압 또는 태양광 패널의 전류를 제어하여(예를 들어, 태양광 패널의 출력전압을 문턱 전압으로 유지) 태양광 패널을 최대 전력 출력을 발생시킬 수 있다. 따라서, 전력 변환 회로의 효율성이 개선될 수 있다. 더욱이, 전력 변환기는 충전 모드 및 전력공급 모드에서 다른 전력 변환들을 수행하기 위해 단일 전력 스테이지(stage), 예를 들어 스위칭 회로 및 인덕터를 사용한다. 따라서, 전력 변환 회로는 단순화될 수 있고 전력 변환 회로의 비용을 줄일 수 있다.
본 발명에 따르면, 전력 변환 회로의 효율성이 개선될 수 있다. 또한, 전력 변환기는 충전 모드 및 전력공급 모드에서 다른 전력 변환들을 수행하기 위해 단일 전력 스테이지(stage), 예를 들어 스위칭 회로 및 인덕터를 사용하므로, 전력 변환 회로는 단순화될 수 있고 전력 변환 회로의 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 회로(100)의 도식적인 다이어그 램이다. 상기 전력 변환 회로(100)는 태양광 패널(102), 배터리(134), 전력 변환기(103) 그리고 부하(138)를 포함한다. 일 실시 예에서, 상기 부하(138)는 LED(광 출력 다이오드, LED:Light Emitting Diode) 스트링을 포함한다. 상기 LED 스트링(139)은 직렬로 연결된 138A, 138B, …,138N을 포함한다. 상기 태양광 패널(102)과 연결된 상기 전력 변환기(103)는 배터리(134)를 충전시키는데 사용 가능하고 상기 LED 스트링(138)에 전력을 공급한다. 상기 전력 변환기(103)는 다이오드 108, 제어기(110), 전력 스테이지(power stage)(180)를 포함한다. 상기 전력 스테이지(180)는 하이 사이드 스위치(126), 로우 사이드 스위치(128) 그리고 인덕터(130)를 포함한다.
상기 태양광 패널(102)과 싱기 LED 스트링(138)은 상기 하이 사이드 스위치(126)에 연결되어 있다. 상기 배터리(134)는 상기 하이 사이드 스위치(126), 그리고 상기 인덕터(130)를 통한 상기 로우 사이드 스위치(128) 그리고 저항 (132)에 연결되어 있다. 일 실시 예에서, 싱글 전력 스테이지(180)가 상기 태양광 패널(102)로부터 전력을 제공받아 상기 배터리(134)를 충천시키는데 사용된다. 또는 상기 싱글 전력 스테이지(180)가 상기 배터리(134)를 부스터하여 상기 LED 스트링(138)에 전력을 공급하기 위해 사용된다. 커패시터(136)는 상기 LED 스트링(138)에 병렬로 연결되어 있고 상기 LED 스트링(138)에 전력을 공급할 때 출력 전압 또는 출력 전류의 리플을 필터링한다.
스위치(126, 128)은 일 실시 예에서 MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistors) 일 수 있다. 상기 배터리(134)는 리튬 이온 배터리 셀, 니켈 카드뮴 배터리 셀, 납-산 배터리 등과 같은 배터리 셀을 포함하는 재충전 가능한 배터리 팩일 수 있다.
상기 제어기(110)는 상기 하이 사이드 스위치(126) 및 상기 로우 사이드 스위치(128)를 제어하기 위한 각각의 하이 사이드 구동 신호(114) 및 로우 사이드 구동 신호(116)를 포함하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 상기 제어기(110)는 VSP(Voltage Sense Panel) 핀(112), ICHP 핀(118), ICHM핀(120), CSP 핀 (122), CSN 핀(124)와 같은 몇 개의 입력 핀을 추가적으로 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 제어기(110)는 레귤레이터(160)와 드라이버(170)를 포함한다. 상기 레귤레이터(160)는 상기 입력 핀들과 연결되어 있고 레귤레이션 신호(190)를 생성한다. 일 실시 예에서, 상기 레귤레이션 신호(190)는 펄스 폭 변조(PWM) 신호이다. 상기 레귤레이터(160)에 연결된 상기 드라이버(170)은 상기 레귤레이션 신호(190)에 따라 구동 신호(114, 116)을 생성하기 위해 동작한다. 일 실시 예에서, 상기 하이 사이드 스위치(126) 과 상기 로우 사이드 스위치(128)는 상기 구동 신호(114. 116)에 의해 선택적으로 활성화돤다. 상기 레귤레이션 신호(190)가 PWM 신호이고, 상기 PWM 신호가 하이 스테이트일 경우, 상기 하이 사이드 스위치(126)가 활성화될 수 있다 그리고 로우 사이드 스위치(128)는 비활성화될 수 있다. 이러한 상태를 본 발명에서는 스위치-온 상태라고 하기로 한다. 유사하게, 상기 PWM 신호가 로우 스테이트일 경우, 상기 사이드 스위치(126)가 비활성화 될 수 있다 그리고 로우 사이드 스위치(128)는 활성화될 수 있다. 이러한 상태를 본 발명에서는 스위치-오프 상태라고 하기로 한다. 상기 스위치-오프 상태의 시간 주기에 대한 상기 스위치-온 상 태의 시간 주기의 비율은 상기 PWM 신호의 듀티 사이클에 의해 결정될 수 있다.
상기 전력 변환기(103)는 다중 동작 모드에서 동작 가능하다. 상기 다중 동작 모드는 충전 모드 및 전력 공급 모드를 포함하지만 이러한 모드들에 제한 받지는 않는다. 낮 또는 상대적으로 밝은 환경에서, 상기 태양광 패널(102)은 광 전력을 전기 전력으로 변환할 수 있다. 그리고 상기 전력 변환기(103)는 충전 모드로 동작할 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 변환기(103)는 상기 태양광 패널(102)로부터의 전기 전력을 상기 배터리(134)로 전달함으로써 상기 배터리(134)를 충전한다. 추가적으로, 도 1의 예에서, 상기 태양광 패널(102)은 충전 모드에서 상기 배터리(134)를 충전히고 상기 LED 스트링(138)에 전력을 동시에 공급할 수 있다. 밤 또는 상대적으로 어두운 환경에서, 상기 전력 변환기(103)는 전력 공급 모드로 동작할 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 변환기(103)는 상기 배터리(134)로부터의 전력을 상기 LED 스트링(138)에 배달함으로써 상기 LED 스트링(138)에 전력을 공급할 수 있다. 상기 태양광 패널(102)은 빛 (인공 빛 또는 태양 빛)에 노출되었을 때, 노드(152)에서 출력 전압 VSOLAR 및 출력 전류 LSOLAR을 가지는 전기 전력을 생성할 수 있다. 상기 태양광 패널(102)의 특징은 도 2 및 도 3에 도시되어 있다.
일 실시 예에서, 상기 전력 변환기(103)는 출력 전압 VSOLAR 를 모니터링 할 수 있고 상기 출력 전압 VSOLAR 에 따라 충전 모드와 전력 공급 모드에서 선택적으로 동작할 수 있다. 상기 충전 모드 또는 상기 전력 공급 모드로 동작하기 위한 조건은 출력 전압 VSOLAR 를 나타내는 VSP 핀에서의 전압에 따라 결정된다. 만약, VSP 핀 에서의 전압이 문턱 전압(임계전압, threshold voltage)(예를 들어, 태양광 패널(102)가 상대적으로 밝은 광원 조건에 있는 경우) 보다 큰 경우, 상기 전력 변환기(103)는 충전 모드에서 동작할 수 있다. 만약, VSP 핀에서의 전압이 문턱 전압(예를 들어, 태양광 패널(102)이 상대적으로 어두운 광원 조건에 있는 경우)보다 작은 경우, 상기 전력 변환기(103)는 전력 공급 모드에서 동작할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 스위치-오프 상태의 시간 주기에 대한 상기 스위치-온 상태의 시간 주기의 비는 PWM 신호(190)의 듀티 사이클에 의해 결정된다. 추가적으로, 상기 스위치-오프 상태의 시간 주기에 대한 상기 스위치-온 상태의 시간 주기의 비는 충전모드에서 상기 배터리(134)를 통해 흐르는 충전 전류 ICHARGE 및 전력 공급 모드에서 상기 LED 스트링(138)을 통해 흐르는 LED 동작 전류 ILED _ ON 를 결정한다. 이와 같이, 상기 충전 전류 ICHARGE 와 상기 LED 동작 전류 ILED _ ON 는 상기 PWM 신호(190)에 의해 레귤레이팅될 수 있다. 충전 모드에서 PWM 신호(190)는 상기 충전 전류 ICHARGE 를 레귤리이팅함으로써 상기 태양광 패널(102)로부터의 상기 태양광 패널 전류 ISOLAR 출력을 레귤레이팅할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 패널(102)의 전류 대 전압 플롯 (200)의 예를 도시한 것이다. 상기 도 2의 예에서, 특정 광원 일루미네이션(illumination) 레벨 하에서, 상기 태양광 패널(102)가 202포인트에서 동작할 때, 상기 태양광 패널(102)는 가장 높은 전력을 생성할 수 있다. 상기 202 포인트 는 본 발명에서 최대 전력 포인트이다. 상기 최대 전력 포인트 202에서, 태양광 패널 전류 ISOLAR _ MPP와 태양광 패널 전압 VSOLAR _ MPP 의 곱은 최대 레벨에 도달할 수 있다. 추가적으로, 태양광 패널 전압 VSOLAR _ MPP 은 태양광 패널 전류 ISOLAR _ MPP 가 감소할 때 증가한다. 상기 태양광 패널(102) 에 대해, 상기 태양광 패널 전류 ISOLAR _ MPP 와 상기 태양광 패널 전압 VSOLAR _ MPP 는 상기 패널이 생산될 때 결정될 수 있다. 예를 들어, 사용자들은 상기 태양광 패널(102)의 데이터시트 또는 규격(specification )으로부터 이러한 파라미터들을 획득할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 다른 일루미네이션 레벨 하에서 태양광 패널(102)의 전류 대 전압 플롯(300)의 다른 예를 도시한 것이다 302~310의 커브들에 따라서, 상기 태양광 패널(102)의 상기 출력 전류 ISOLAR 의 출력과 상기 출력 전압 VSOLAR 출력은 빛의 일루미네이션 레벨이 떨어짐에 따라 감소한다. 유사하게, 상기 태양광 패널(102)의 상기 출력 전류 ISOLAR 의 출력과 상기 출력 전압 VSOLAR 출력은 빛의 일루미네이션 레벨이 올라감에 따라 증가한다. 따라서, 만약, 상기 빛의 일루미네이션 레벨이 감소하면, 상기 태양광 패널(102)는 출력 전류 ISOLAR 를 감소시킴으로써 최대 전력 포인트에서의 동작을 유지할 수 있고 그 반대의 경우도 가능하다. 다시 설명하면, 상기 출력 전류 ISOLAR 를 제어함으로써, 상기 태양광 패널(102)의 상기 출력 전압 VSOLAR 이 VSOLAR _ MPP 레벨로 레귤레이팅될 수 있다. 따라서, 상기 태양 광 패널(102)는 최대 전력 포인트에서 동작 가능하다.
상기 도 1로 되돌아가서, 상기 태양광 패널 전압 VSOLAR _ MPP 은 상기 제어기(110)에서 미리 결정되거나 프로그램될 수 있다. 2개의 저항(104, 106)을 가지는 전압 디바이더와 연결된 상기 제어기(110)의 VSP 핀(112) 은 태양광 패널 전압 VSOLAR 을 센싱할 수 있다. 상기 태양광 패널 전류 ISOLAR 는 상기 배터리(134)를 충전하기 위해 상기 인덕터(130) 와 상기 저항(132)을 통해 흐른다. 상기 저항 (132)에서의 전압 VI _ CHARGE 은 상기 충전 전류 ICHARGE 를 나타내고 상기 제어기(110)의 상기 ICHP 핀(118) 및 상기 ICHM 핀(120)을 통해 센싱될 수 있다.
상기 제어기(110)의 상기 ICHP 핀(118) 및 상기 ICHM 핀(120) 은 상기 저항(132)과 연결된다. 상기 저항(1320은 직렬로 상기 배터리(132)와 연결된다. 상기 충전 전류 ICHARGE 는 상기 ICHP 핀(118) 및 상기 ICHM 핀(120) 사이의 전압 차이 VI _ CHARGE 로부터 센싱되거나 계산될 수 있다. 일 실시 예에서, 충전 전류 ICHARGE 의 미리 정해진 최대 전류 레벨 ICHARGE _ MAX 을 나타내는 미리 정해진 기준 전압 VICHPM _ MPP 은 상기 제어기(110)로 프로그램될 수 있다. 바람직하게, 상기 제어기(110)는 VI _ CHARGE 와 VICHPM _ MPP 를 비교함으로써 상기 충전 전류 ICHARGE 와 최대 레벨 ICHARGE _ MAX 을 비교할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 전력 변환기(103)는 충전 전류 ICHARGE 를 미리 정해진 최대 레벨 ICHARGE _ MAX 아래로 유지할 수 있다. 따라서, 상기 배터리(134)가 오버 커런트 조건(over-current condition)을 겪는 것을 방지할 수 있다.
상기 제어기(110)는 선택적으로 상기 하이 사이드 스위치(126) 및 상기 로우 사이드 스위치(128)을 활성화할 수 있디. 따라서, 상기 인덕터(130)는 상기 태양광 패널(102)과 접지에 선택적으로 연결될 수 있다. 따라서, 스위치(126, 128)는 충전 전류 ICHARGE 및/또는 상기 태양광 패널 전압 VSOLAR 을 레귤레이팅하기 위해 사용될 수 있다.
낮 시간 동안, 주변의 밝기가 충분히 밝은 경우, 상기 태양광 패널(102)은 상기 태양광 패널 전압 VSOLAR 을 상기 노드(152)에서 생성할 수 있다. 상기 전압 VSOLAR 는 VSP 핀(112)에서 상기 제어기(110)에 의해 센싱될 수 있다. 최대 전력 포인트에서의 전압 VSOLAR _ MPP 을 나타내는 미리 정해진 기준 전압 VVSP _ MPP 은 상기 제어기(110)로 프로그램될 수 있다. 상기 기준 전압 VVSP _ MPP 은 다음 <수학식 1>을 이용하여 구할 수 있다.
VVSP_MPP = VSOLAR _ MPP * R106/(R104+R106)
여기서, 상기 R104 는 상기 저항(104)의 저항 값을 나타낸다 그리고 상기 R106 은 상기 저항(106)의 저항 값을 나타낸다. 만약, VSP 핀의 전압이 상기 미리 정해진 기준 전압 VVSP _ MPP 보다 같거나 높은 경우, 상기 전력 변환기(103)는 충전 모드에서 동작할 수 있다. 상기 다이오드(108)는상기 배터리(134)와 상기 태양광 패 널(102)을 연결하기 위해 순방향으로 바이어스되어 있다. 상기 제어기(110)는 상기 하이 사이드 스위치(126) 와 상기 로우 사이드 스위치(128)를 제어할 수 있다. 따라서, 상기 태양광 패널(102)로부터의 전류 ISOLAR 는 상기 인덕터(130)을 통해 상기 배터리(134)로 흐를 수 있다.
충전 모드에서, 상기 전력 변환기(103)는 상기 배터리(134)의 충전 전류 ICHARGE 를 조절함으로써, 문턱 전압 VSOLAR _ MPP 에서의 상기 태양광 패널(102)의 출력 전압 VSOLAR 을 유지할 수 있다. 더 자세하게는, 일 실시 예에서, 상기 제어기(110) 는 VSP 핀(112)에서 센싱된 전압을 기준 전압 VVSP _ MPP 과 비교할 수 있다 그리고 상기 PWM 신호(190)를 이에 따라 조절할 수 있다. 예를 들어, 만약, 상기 VSP 핀(112)에서 센싱된 전압이 기준 전압 VVSP _ MPP 보다 높은 경우, 상기 제어기(110)는 상기 제어기(110)에 의해 공급되는 상기 PWM 신호(190)의 듀티 사이클을 증가시킴으로써 상기 하이 사이드 스위치(126)의 OFF 타임 주기에 대한 ON 타임 주기의 비율을 증가시길 수 있다 그리고 상기 로우 사이드 스위치(128) 의 OFF 타임 주기에 대한 ON 타임 주기의 비율을 감소시킬 수 있다. 이런 식으로, 상기 충전 전류 ICHARGE 는 증가될 수 있다. 따라서, 상기 태양광 패널(102)의 출력 전류 ISOLAR 는 상기 출력 전압 VSOLAR 을 낮추기 위해 증가될 수 있다. 바람직하게, 상기 충전 모드에서는, 상기 태양광 패널(102)은 VSOLAR_MPP 에서의 출력 전압 VSOLAR 을 레귤레이팅함으로써 최 대 전력 포인트에서 동작할 수 있다. 다르게 설명하면, 상기 태양광 패널(102)의 최대 전력 출력은 충전 모드에서 상기 배터리(134)로 전달될 수 있다. 따라서, 전력 변환 회로(100)의 효율이 개선될 수 있다.
주변의 밝기가 상대적으로 어두운 경우, 상기 노드(152)에서의 전압 VSOLAR 은 감소될 수 있다 그리고 상기 태양광 패널(102)에 의해 생성되는 전기 전력은 상기 배터리(134)를 충전하지 못할 수 있다. 일 실시 예에서, 만약, 상기 VSP 핀 에서의 전압이 기준 전압 VVSP _ MPP 보다 낮은 경우, 상기 전력 변환기(103)는 전력 공급 모드에서 동작할 수 있다. 상기 다이오드(108)는 상기 배터리(134) 와 상기 태양광 패널(102)이 서로 연결되지 않도록 역방향으로 바이어스되어 있다. 이러한 환경에서, 상기 인덕터(130)에 저장된 전력이 소비될 때까지 충전 전류 ICHARGE 는 감소한다. 상기 인덕터(130)를 통해 흐르는 전류가 리버스(reverse)된 후에, 상기 전력 변환기(103)는 전력 공급 모드로 들어가고, 상기 전력 공급 모드에서 상기 배터리(134)의 전압이 상기 LED 스트링(138)에 전력을 공급하기 위해 부스트(boost)된다.
상기 전력 변환기(103)가 전력 공급 모드에서 동작할 때, 상기 배터리(134)의 전압은 상기 하이 사이드 스위치(126) 및 상기 로우 사이드 스위치(128) 를 선택적으로 활성화함으로써 상기 LED 스트링(138)을 구동하기 위해 부스트된다. 예를 들어, 상기 하이 사이드 스위치(126)가 비 활성화된 되고 상기 로우 사이드 스위치(128)가 활성화된 경우, 상기 배터리(134)로부터의 전류는 상기 인덕터(130)를 통해 흐르고 전기 전력이 상기 인덕터(130)에 축척된다. 상기 하이 사이드 스위 치(126)가 활성화되고 상기 로우 사이드 스위치(128)가 비활성화된 경우, 전류는 상기 LED 스트링(138)으로 흐른다 그리고 상기 노드 (154)에서의 전압이 부스트된다. 상기 커패시터(136)가 상기 인덕터(130)로부터의 전기 전력을 부스트하기 위해 사용된다 그리고 상기 LED 스트링(138)에 전력을 공급하기 위한 전압 및 전류의 리플을 필터링한다. 이와 같이, 주변의 밝기가 상대적으로 어두울 때, 상기 LED 스트링(138)은 상기 배터리(134)의 전압을 부스팅함으로써 여전히 전력이 공급될 수 있디.
일 실시 예에서, LED는 문턱 전압을 가진다. 상기 문턱 전압은 1.4V~3V 이다. 상기 LED는 상기 문턱 전압이 넘는 순 방향 바이어스 전압이 인가되었을 때 켜질 수 있다. N개의 LED를 포함하는 상기 LED 스트링(138)의 문턱 전압 VLED _ TH 은 하나의 LED의 문턱 전압의 N 배이다. 만약, 상기 LED 스트링(138)의 순 방향 바이어스 전압, 예를 들어 일 실시 예에서 상기 LED 스트링을 가로지르는 전압, 이 LED 스트링 문턱 전압 VLED _ TH 보다 높게 유지된다면, 상기 LED 스트링(138)을 가로지르는 전압은 상기 노드(154)에서의 전압 변동에도 불구하고 실질적으로 일정한 동작 전압 VLED _ ON 에 남아 있을 수 있다.
상기 LED 스트링(138)은 고유 파라미터를 가지고 있다. 상기 고유 파라미터의 예는 최대 동작 전류 ILED _ MAX 이다. 상기 전력 변환 회로(100)은 저항(140)을 더 포함한다. 상기 저항(140)은 상기 LED 스트링(138)에 연결되어 있고, 상기 LED 스 트링(138)의 상기 동작 전류 ILED _ ON 를 센싱할 수 있다. 상기 저항(140)을 가로지르는 전압 VR140 은 상기 동작 전류 ILED _ ON 를 지시할 수 있다. 상기 제어기(110)의 CSP 핀(122) 와 CSN 핀(124) 는 상기 저항(140)의 2개의 단자에 각각 연결되어 있다. 상기 제어기(110)는 상기 CSP 핀(122)와 CSN 핀(124) 사이의 전압, 예를 들어 VR140, 을 모니터링 함으로써 상기 동작 전류 ILED _ ON 를 모니터링 할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어기(110)는 미리 정해진 기준 레벨 ILED _ REF 에서 동작 전류 ILED _ ON 를 유지할 수 있다. 상기 ILED _ REF 는 ILED _ MAX 보다 낮을 수 있다. 좀더 자세하게는, 기준 전류 ILED_REF 를 지시하는 미리 정해진 기준 전압 V140 _ REF 는 상기 제어기(100)로 프로그램 될 수 있다. 상기 제어기(110)는 VR140 와 V140 _ REF 를 비교함으로써 센싱한 동작 전류 ILED _ ON와 상기 기준 전류 ILED _ REF 를 비교한다. 만약, 동작 전류 ILED _ ON가 상기 기준 전류 ILED _ REF 보다 높을 경우, 상기 제어기(110)는 스위치(126,128)를 상기 동작 전류 ILED _ ON를 줄이기 위해 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어기(110)는 상기 PWM 신호(190)의 듀티 사이클을 증가시킬 수 있다. 상기 PWM 신호(190)는 상기 동작 전류 ILED _ ON를 줄일 수 있다. 결과적으로, 상기 동작 전류 ILED _ ON 는 실질적으로 상기 기준 전류 ILED _ REF에서 유지될 수 있다. 따라서, 상기 LED 스트링(138)은 상대적으로 안정적인 빛을 낼 수 있다. 추가적으로, 상기 LED 스트링(138)을 흐르는 상기 동작 전류 ILED _ ON는 오버 커런트 조건을 피하기 위해 상기 최대 동작 전류 ILED _ MAX 아래로 유지될 수 있다.
만약, 주변의 밝기가 더 밝아지고, 상기 VSP 핀(112)에서 센싱되는 전압이 문턱 전압, 예를 들어 상기 기준 전압 VVSP _ MPP, 과 동일하거나 더 높은 경우, 상기 전력 변환기(103)는 충전 모드로 스위칭될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른, 도 1의 레귤레이터(160)의 예이다. 상기 도 1의 것과 동일할 참조부호를 가지는 상기 도 4의 소자들은 서로 유사한 기능을 가진다. 도 4는 도 1과 함께 설명된다.
도 4의 예에서, 상기 레귤레이터(160)은 5개의 입력 핀을 포함한다. 상기 5개의 입력 핀은 해당 전압 및 전류를 센싱하기 위한 것이다. 상기 VSP 핀(112)은 상기 태양광 패널 전압 VSOLAR 을 센싱하기 위해 사용된다. ICHP 핀(118)과 ICHM 핀(120)은 중전 전류 ICHARGE 를 센싱하기 위해 사용된다. CSP 핀(122) 와 CSN 핀 (124)는 상기 LED 스트링(138)의 동작 전류 ILED _ ON 를 센싱하기 위해 사용된다. 상기 레귤레이터(160)은 전류원(430), 커패시터(428), 저항(432), 다중 에러 증폭기(402, 410, 418) 및 펄스 폭 변조 신호 생성기, 예를 들어, 비교기(434), 를 더 포함한다. 각 에러 증폭기(402, 410, 418)는 양극의 단자, 음극의 단자 및 출력 단자를 가진다. 상기 출력 단자는 상기 양극 단자의 전압과 상기 음극 단자의 전압 사이의 전진 차분(forward difference)에 비례하는 전압 레벨을 출력할 수 있다.
충전 모드에서, 상기 에러 증폭기(402)는 상기 VSP 핀(112)에서 센싱되는 전압과 태양광 패널(102)의 최대 전력 포인트에서의 태양광 패널 전압 VSOLAR _ MPP 을 나타내는 미리 정해진 기준 전압 VVSP _ MPP 을 비교하기 위해 설정되어 있다. 상기 에러 증폭기(402)의 출력 단자(406)는 상기 전류원(430)과 다이오드(408)를 통해 연결되어 있다. 상기 출력 단자(406)의 전압은 상기 VSP 핀(112)에서의 전압과 VVSP _ MPP 의 비교 결과에 의해 결정된다. 만약 상기 VSP 핀(112)에서 센싱된 전압이 기준 전압 VVSP _ MPP 과 동일한 경우, 상기 출력 단자(406)은 0을 출력할 수 있다. 만약 상기 VSP 핀(112)에서 센싱된 전압이 기준 전압 VVSP _ MPP 보다 큰 경우, 상기 출력 단자(406)은 0보다 큰 값을 출력할 수 있다. 만약, 상기 VSP 핀(112)에서 센싱된 전압이 기준 전압 VVSP _ MPP 보다 낮은 경우, 상기 출력 단자(406)은 0보다 작은 값을 출력할 수 있다.
추가적으로, 충전 모드에서, 상기 에러 증폭기(410)는 ICHP 핀(118)과 ICHM 핀(120) 사이에서의 전압차이 VI _ CHARGE 와 미리 정해진 기준 전압 VICHPM _ MPP 를 비교하기 위해 설정되어 있다. 상기 기준 전압 VICHPM _ MPP 은 최대 충전 전류 ICHARGE_MAX 를 나타낸다. 일 실시 예에서, 상기 제어기(110)는 전압원(412)를 더 포함한다. 상기 전압원(412)은 상기 ICHM 핀(120)과 상기 에러 증폭기(410)의 양극 단자 사이에 연결되어 있다. 상기 전압원(412)은 미리 정해진 기준 전압 VICHPM_MPP 을 제공한다. 이렇 게, 상기 태양광 패널 전류 ISOLAR 또는 상기 충전 전류 ICHARGE 는 상기 에러 증폭기(410)에 의해 모니터링될 수 있다. 상기 에러 증폭기(410)의 상기 출력 단자(414)는 다이오드(416)을 통해 상기 전류원(430)과 연결된다. 상기 에러 증폭기(402)와 유사하게, 출력 단자(414)에서의 전압은 VI_CHARGE 와 VICHPM _ MPP 의 비교 결과를 기반으로 0보다 크거나, 0 이거나, 0 보다 작을 수 있다.
전력 공급모드에서, 상기 에러 증폭기(418)는 CSP 핀(122) 와 CSN 핀(124) 사이에서 전압 차이 VR140 와 미리 정해진 기준 전류 ILED _ REF 를 나타내는 미리 정해진 기준 전압 V140 _ REF 를 비교하게 위해 설정되어 있다. 일 실시 예에서, 상기 제어기(110)는 기준 전압원(420)을 포함한다. 상기 기준 전압원(420)은 상기 CSN 핀(124)과 상기 에러 증폭기(418)의 음극 단자 사이에 연결되어 있다. 상기 전압원(420)은 기준 전압 VR140 _ REF 을 제공할 수 있다. 상기 에러 증폭기(418)의 출력 단자(422)는 상기 전류원(430)에 다이오드(424)를 통해 연결되어 있다. 상기 다이오드(424)는 상기 다이오드(408, 416)과 비교하여 반대 방향으로 위치한다. 유사하게, 상기 에러 증폭기(402)에서, 상기 출력 단자(422)의 전압은 V140 와 V140 _ REF 의 비교 결과를 기반으로 0보다 크거나, 0 이거나, 0 보다 작을 수 있다
상기 비교기(434)는 충전 모드 또는 전력 공급 모드에서 상기 PWM 신호(190)을 생성하기 위해 동작할 수 있다. 상기 비교기 (434)는 톱니 파 전압 신호 436 또는 삼각(triangular) 신호 또는 사인모양의 (Sinusoidal) 신호와 같은 어떠한 주기 적인 신호를 수신할 수 있는 음극 단자를 가지고 있다 그리고 상기 노드(452)에서의 전압(438)을 수신하기 위한 양극 단자를 가지고 있다. 상기 노드(452)는 COMP 핀(426)에 연결되어 있고, 상기 COMP 핀(426)은 커패시터(428)을 통해 접지와 연결되어 있다. 트레일링 에지(Trailing-Edge) 변조를 통해, 상기 비교기 (434)는 톱니파 신호(436)와 상기 노드(452)에서의 전압(438)을 비교할 수 있다 그리고 비교 결과에 따라, 출력 단자에서 상기 PWM 신호(190)를 생성할 수 있다. 도 4의 예에서, 만약 상기 노드(452)에서의 전압(438)이 증가하면 상기 PWM 신호(190)의 듀티 사이클은 증가한다. 이와 유사하게, 만약 상기 노드(452)에서의 전압(438)이 감소하면 상기 PWM 신호(190)의 듀티 사이클은 감소한다. 일 실시 예에서, 톱니 파 전압 신호(436)의 주파수는 상기 PWM 신호(190)의 주파수를 결정한다. 일 실시 예에서, 청취 가능한 스위칭 노이즈를 피하거나 줄이기 위해, 상기 톱니파 신호(436)의 주파수는 25KHZ 보다 클 수 있다.
동작 중에, 상기 에러 증폭기(402, 410, 418)은 선형 영역에서 동작할 수 있다. 초기에, 예를 들어, 상기 전력 변환 회로(100)의 스타트 업 구간 동안, 충전 전류 ICHARGE 및 부하 전류 ILED_ON 모두는 0 일 수 있다. 따라서, 상기 에러 증폭기(418)는 음 전압을 출력할 수 있다 그리고 상기 에러 증폭기(410)는 양 전압을 출력할 수 있다. 상기 노드(450)에서의 전압과 상기 노드(452)에서의 전압이 모두 0이라고 가정할 경우, 다이오드(416, 425) 모두는 역방향으로 바이어스되고 비 활성화된다.
주변의 밝기가 상대적으로 어두운 경우, 상기 VSP 핀에서의 전압은 VVSP _ MPP 이하일 수 있다. 상기 에러 증폭기(402)는 음 전압을 출력할 수 있다. 상기 다이오드(408)은 순 방향으로 바이어스 되고 따라서 상기 노드(450)에서의 전압은 떨어진다. 추가적으로, 상기 저항(432)가 커패시터(428)을 방전시켜 상기 노드(452)에서의 전압(438)을 풀 다운(full down)한다. 이렇게, 상기 PWM 신호(190)의 듀티 사이클은 감소한다. 만약, 상기 PWM 신호(190)의 듀티 사이클이 감소하면, 상기 노드(154)에서의 전압은 증가한다. 상기 다이오드(108)은 역방향으로 바이어스되어 상기 배터리(134)와 상기 태양광 패널(102)은 서로 연결되지 않을 수 있다. 따라서, 전력 변환기(103)은 전력 공급 모드로 진입할 수 있다.
상기 노드(154)에서의 전압이 상기 LED 스트링(138)의 동작 전압에 다다른 후에, 동작 전류 ILED _ ON 는 상기 LED 스트링(138)을 통해 흐른다 따라서, 상기 LED 스트링(138)은 빛나게 된다. 상기 레귤레이터(160)의 상기 CSP 핀(122)와 상기 CSN 핀(124)는 동작 전류 ILED _ ON를 나타내는 전압 차이 VR140 를 센싱할 수 있다. 상기 노드(154)에서의 전압은 상기 PWM 신호(190)의 듀티 사이클이 감소할수록 계속 증가한다. 따라서, 동작 전류 ILED _ ON가 증가한디. 상기 동작 전류 ILED_ON 가 미리 정해진 기준 레벨 ILED _ REF 에 다다르면, 상기 에러 증폭기(418)는 양 전압을 출력한다 그리고 상기 다이오드(424)는 순방향으로 바이어스되고 상기 전압(438)을 풀 업(pull up)한다. 일 실시 예에서, 상기 에러 증폭기(402)가 상기 전압(438)을 상기 저 항(432)를 통해 풀 다운 함에 따라, 상기 에러 증폭기(418)은 상기 전압(438)을 풀 업한다. 상기 전압(438)이 실질적으로 일정하게 유지될 때 그리고 동작 전류 ILED _ ON가 미리 정해진 기준 레벨 ILED _ REF 에서 유지될 때, 밸런스 상태(balance state)가 달성된다.
주변의 밝기가 더 밝아지는 경우, 상기 CSP 핀의 전압은 증가한다. 만약, VSP 핀에서의 전압이 미리 정해진 기준 레벨 VVSP _ MPP 보다 높을 경우, 에러 증폭기(402)는 출력 단자(406)에서 양 전압을 출력한다. 상기 다이오드(408)이 역 방향으로 바이어스된다. 상기 전류원(430)이 상기 전압(438)을 증가시키기 위해 상기 커패시터(428)를 충전한다. 이렇게 함으로써, 상기 PWM 신호(190)의 듀티 사이클은 증가한다. 이에 따라, 상기 노드 164에서의 전압이 감소하고 상기 다이오드(108)이 상기 배터리(134)와 상기 태양광 패널(102)을 연결하기 위해 순 방향으로 바이어스된다. 상기 노드(154)에서의 전압이 상기 LED 스트링(138)의 동작 전압 아래로 떨어질 때, 상기 동작 전류 ILED _ ON은 0으로 감소한다. 이에 따라 상기 에러 증폭기(418)는 상기 다이오드(424)를 비 활성화하기 위해 음 전압을 출력한다. 상기 태양광 패널 전류 ISOLAR는 상기 전력 변환기(103)로 흐르고 상기 배터리(134)를 충전한다. 이렇게 함으로써, 상기 전력 변환기 130는 충전 모드로 진입한다.
충전 모드에서, 상기 제어기(110)는 상기 태양광 패널 전압 VSOLAR을 미리 정해진 최대 전력 포인트 VSOLAR _ MPP 에서 유지할 수 있다. 만약, 상기 VSP 핀에서의 전 압이 VVSP _ MPP 보다 높은 경우, 상기 에러 증폭기(402)는 상기 다이오드(408)을 역 방향으로 바이어스 하기 위해 상기 출력 단자(406)에서 양 전압을 출력한다. 따라서, 상기 전류원(430)은 상기 PWM 신호(190)의 듀티 사이클을 증가시키기 위해 상기 커패시터(428)을 충전할 수 있다. 이에 따라, 상기 충전 전류 ICHARGE 또는 상기 태양광 패널 전류 ISOLAR 는 증가한다. 상기 도 2에서, 상기 태양광 패널 전류 ISOLAR 가 증가함에 따라 상기 태양광 패널 전압 VSOLAR 은 감소한다. 만약, 상기 VSP 핀에서의 전압이 VVSP _ MPP 보다 낮을 경우, 상기 에러 증폭기(402)는 상기 다이오드(408)을 순 방향으로 바이어스 하기 위해 상기 출력 단자(406)에서 음 전압을 출력한다. 따라서, 상기 다이오드(408)은 상기 PWM 신호(190)의 듀티 사이클을 감소시키기 위해 상기 커패시터(428)을 방전시킬 수 있다. 이와 유사하게, 상기 PWM 신호(190)의 듀티 사이클이 감소함에 따라, 상기 태양광 패널 전류 ISOLAR 는 감소한다 그리고 상기 소라 패널 전압 VSOLAR은 증가한다. 이렇게 함으로써, 상기 태양광 패널 전압 VSOLAR은 미리 정해진 최대 전력 포인트 VSOLAR_MPP 에서 최대 전력 출력을 달성하기 위해 유지될 수 있다.
충전 모드에서, 상기 전력 변환기(103)는 오버 커런트 조건의 발생을 피하기 위해 상기 충전 전류 ICHARGE 를 미리 정해진 기준 레벨 ICHARGE _ MAX 아래로 유지할 수 있다. 만약, 주변의 밝기가 충분히 강한 경우, 상기 VSP 핀에서의 전압은 VVSP_MPP 보다 클 수 있고 상기 충전 전류 ICHARGE 는 ICHARGE_MAX 에 다다를 수 있다. 이러한 경우에서, 상기 에러 증폭기(410)의 출력 단자(414)에서의 전압은 0보다 작다. 상기 다이오드(416)은 순 방향으로 바이어스 된다. 상기 다이오드(416)은 상기 PWM 신호(190)의 듀티 사이클을 감소시키기 위해 상기 커패시터(428)을 방전시킨다 그리고 충전 전류 ICHARGE가 ICHARGE _ MAX 보다 작을 때까지 충전 전류 ICHARGE를 감소시킨다. 이러한 결과로, 상기 오버 커런트(과전류, over current) 조건을 피할 수 있다. 추가적으로, 상기 충전 전류 ICHARGE (또는 태양광 패널태양광 패널LAR)가 감소함에 따라, 상기 VSP 핀에서의 전압은 증가한다. 이렇게 함으로써 상기 에러 증폭기(402)의 상기 출력 단자(406)에서의 전압은 양(positive)으로 유지되고, 상기 다이오드(408)는 비 활성화된다.
도 5는 본 발명에 따른 전력 변환 회로(500)의 또 다른 개략도이다. 도 1 및 도4에서와 동일한 참조번호로 표시된 요소들은 유사한 기능을 가진다. 도 5는 도1과 관련하여 기술된다.
전력 변환 회로(500)는 추가로 LED 스트링(열, string) (138)에 직렬로 결합된 스위치(562)를 포함한다. 제어기(510)는 도1의 제어기(110)과 유사한 기능을 수행한다. 더욱이, 제어기(510)는 추가로 VSP핀에서의 전압을 내부의 기 설정 전압 VPRESET 과 비교할 수 있으며 비교 결과에 따라 스위치(562)를 제어하기 위하여 LED 제어 신호(560)를 발생할 수 있다. 내부의 기 설정 전압 VPRESET 은 실시 예에서 기준 전압 VVSP_MPP 과 다르다. VSP핀의 전압이 내부의 기 설정(미리 정한) 전압 VPRESET 보다 작으면 스위치(562)는 스위치 온(ON)될 수 있고, VSP핀의 전압이 내부의 기 설정 전압 VPRESET 보다 크면 오프(OFF)될 수 있다. 실시 예에서, 내부의 기 설정 전압 VPRESET 은 LED 스트링(538) (예를 들어, LED 스트링 문턱 전압 VLED_TH)을 구동하는데 요구되는 동작 전압 이하일 수 있고 기준 전압 VVSP_MPP 보다 작을 수 있다.
이와 같이, VSP 핀의 전압이 기준 전압 VVSP_MPP 보다 크면, 실시 예에서, 전력 변환기(503)는 충전 모드에서 동작할 수 있고 스위치(562)는 오프될 수 있다[LED 스트링(538)은 전력공급되지 않는다]. VSP 핀의 전압이 내부의 기 설정 전압 VPRESET 보다 작으면, 실시 예에서, 전력 변환기(503)은 전력공급 모드로 동작할 수 있고 스위치(562)는 온 되어 LED 스트링(string)(138)이 배터리(534)에 의해 전력공급되고 밝혀질 수 있다(powered/lit). VSP 핀의 전압이 내부의 기 설정 전압 VPRESET 보다 크고 기준 전압 VVSP_MPP 보다 크면, 실시예에서, LED 스트링(538)은 배터리(534)에 의해 전력공급되지 않는다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 회로, 즉, 전력 변환회로(100)에 의해 수행된 동작들의 흐름도(600)를 도시한다. 도6은 도1 내지 도5와 관련하여 설명될 것이다. 구체적인 단계가 도 6에 개시되어 있지만, 그러한 단계는 예시이다. 즉, 본 발명은 다양한 다른 단계 또는 도 6에서 인용된 단계의 변형들을 수행하는 것이 적합하다.
블럭(단계)(602)에서, 출력 전압, VSOLAR,을 가지는 전력(전기 전력)을 수신한다.
블럭(604)에서, 동작 모드는 적어도 충전 모드 및 전력공급 모드에서 선택된다. 블럭(606)에서, 출력 전압은 동작모드를 결정하기 위해 문턱 전압, VSOLAR_MPP과 비교된다. 실시 예에서, 출력 전압은 문턱 전압보다 작으면, 흐름도(600)은 블록(614)으로 진입한다. 그렇지 않으면, 흐름도(600)은 블록(608)으로 진입한다.
블럭(608)에서, 전력 변환기, 예를들어, 전력 변환기(103)는 전력이 전력 공급원, 예를들어, 배터리(134)로 이동하는 충전 모드로 진입한다. 블럭(610)에서, 전력 공급원의 충전 전류는 출력 전압이 충전모드에서 문턱 전압(임계전압)으로 유지되도록 조정된다. 블럭(612)에서, 충전 전류가 기설정(미리 정한) 제1 기준 레벨 미만을 유지하기 위해, 배터리의 충전 전류가 감지되어 상기 제1 기준 레벨, ICHARGE_MAX 과 비교된다.
블럭(614)에서, 전력 변환기는 전력공급원의 전력이 부하로 운반되는 전력공급모드(전력 모드)로 진입한다. 블럭(616)에서, 부하를 통해 흐르는 부하 전류, 예를 들어, 동작 전류 ILED_ON 가 감지되고 기설정(미리 정한) 제2 기준 레벨 ILED_REF과 비교되어, 상기 제2 기준 전압에서 부하 전류를 유지한다.
앞서 기술한 설명 및 도면이 본 발명의 실시예를 나타내지만, 본 명세서에서 청구범위에서 정의된바와 같이 발명의 본질의 정신 및 범위의 벗어남없이 다양한 추가, 수정 및 대안이 가능함이 이해될 것이다. 당업자는 발명이 형태, 구조, 배 열, 속성, 재료, 구성요소 및 성분의 다양한 수정으로 이용될 수 있으며, 발명의 실제에 사용될 수 있고, 특히, 특정 환경 및 본 발명의 본질에서 벗어남 없이 실시가능한 필수요소들에 적합하다는 것을 인정할 것이다.
따라서, 개시된 실시예들은 모든 사항들이 예로써 고려되며 제한되지 않는다. 또한, 청구범위에서 제시된 발명의 범위, 법률상 등가물이 앞서 기술한 설명에 제한되지 않는다.
태양 에너지 변환을 위한 실시 예에서, 전력 변환 회로는 태양광 패널 및 전력 변환기를 포함한다. 태양광 패널은 전력을 제공하는 동작이 가능하다.
태양광 패널에 결합된 전력 변환기는 충전 모드 및 전력공급 모드로 선택적으로 동작할 수 있다. 전력 변환기는 전력을 태양광 패널로부터 전력 공급원으로 이동시키고 충전모드에서 출력 전압을 문턱 전압으로 유지한다. 전력 변환기는 전력공급모드에서 전력을 전력 공급원에서 부하로 운반한다.
본 발명의 실시 형태의 특징 및 이점들이 도면을 참조하는 아래의 상세한 설명이 전개됨에 따라 명백해질 것이며, 도면에서 동일 부호는 동일 부분을 나타낸다:
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 회로의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 패널의 전류 대 전압 플롯(plot)의예를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다른 일루미네이션(조도, illumination) 레벨에서 태양광 패널에 대한 전류 대 전압 플롯(plot)의 또 다른 예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도1의 레귤레이터(조정기, regulator)의 예이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 회로의 또 다른 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 회로에 의해 수행된 동작들의 흐름도이다.

Claims (24)

  1. 출력 전압을 가지는 전기 전력을 제공하기 위한 태양광 패널; 및
    상기 태양광 패널에 결합되고, 충전 모드와 전력 공급 모드 중에 선택적으로 작동하는 전력 변환기를 포함하며,
    상기 전력 변환기는 상기 태양광 패널로부터의 상기 전기 전력을 전원으로 전달하고, 상기 충전모드에서는 상기 출력 전압을 문턱 전압으로 유지하고,
    상기 전력 변환기는 상기 전력 공급 모드에서는 상기 전원으로부터의 전력을 부하에 전달하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 변환기는, 상기 출력 전압과 상기 문턱 전압을 비교하여, 상기 충전 모드와 상기 전력 공급 모드 중에서 선택적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 변환기는, 상기 충전 모드에서 상기 전원의 충전 전류를 조절하여 상기 출력 전압을 상기 문턱 전압으로 유지하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회 로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 패널은, 상기 출력 전압이 상기 문턱 전압으로 유지하면, 최대 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전원에 결합되고, 상기 전원의 충전 전류를 감지하는 저항기를 더 포함하고, 상기 전력 변환기는 상기 충전 전류를 기준 레벨 미만으로 유지하기 위하여 상기 충전 전류를 상기 기준 레벨과 비교하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 부하에 결합되고, 상기 부하를 통하여 흐르는 상기 부하 전류를 감지하는 저항기를 더 포함하고, 상기 전력 변환기는 상기 충전 전류를 기준 레벨에서 유지하기 위하여 상기 부하 전류를 상기 기준 레벨과 비교하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력 변환기는 노드에 결합되는 제1 에러 증폭기를 더 포함하고, 상기 제1 에러 증폭기는 상기 출력 전압과 상기 문턱 전압의 비교 결과에 따라 상기 노드에서 노드 전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전력 변환기는 상기 출력 전압을 상기 문턱 전압에서 유지하기 위하여 상기 노드 전압에 따라 상기 출력 전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회로.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전력 변환기는 상기 노드에 결합되는 제2 에러 증폭기를 더 포함하고, 상기 제2 에러 증폭기는 상기 부하를 통하여 흐르는 상기 부하 전류와 미리 결정된 기준 레벨과의 비교 결과에 따라 상기 노드 전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회로.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전력 변환기는 상기 부하 전류를 상기 미리 결정된 기준 레벨에서 유지하기 위하여 상기 노드 전압에 따라 상기 부하 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회로.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 전력 변환기는 상기 노드에 결합되는 제2 에러 증폭기를 더 포함하고, 상기 제2 에러 증폭기는 상기 전원의 충전 전류와 미리 결정된 기준 레벨과의 비교 결과에 따라 상기 노드 전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회로.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전력 변환기는 상기 충전 전류를 상기 미리 결정된 기준 레벨 미만에서 유지하기 위하여 상기 노드 전압에 따라 상기 충전 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회로.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 전력 변환기는 펄스 폭 변조 신호 발생기를 더 포함하고, 상기 펄스 폭 변조 신호 발생기는 상기 노드 전압을 수신하고, 상기 전력 변환기를 제어하기 위한 펄스 폭 변조 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회로.
  14. 출력 전압을 가지는 전기 전력을 수신하는 단계;
    충전 모드와 전력 공급 모드 중에 적어도 한 개의 작동 모드를 선택하는 단계;
    상기 출력 전압을, 상기 충전 모드에서, 문턱 전압으로 유지하는 단계;
    상기 전기 전력을, 상기 충전모드에서, 전원으로 전달하는 단계; 및
    상기 전원으로부터의 전력을, 상기 전력 공급 모드에서, 부하에 전달하는 단계를 포함하는 전력 변환 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 선택하는 단계는,
    상기 출력 전압과 상기 문턱 전압을 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 따라, 상기 충전 모드와 상기 전력 공급 모드 중에서, 적어도 하나의 작동 모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 전력 변환방법은, 상기 충전 모드에서, 상기 출력 전압을 상기 문턱 전압으로 유지하기 위하여 상기 전원의 충전 전류를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회로.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 전기 전력은, 상기 출력 전압을 상기 문턱 전압으로 유지할 때, 최대 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 전원의 충전 전류를 감지하는 단계; 및
    상기 충전 전류를 미리 정해진 기준 레벨 미만으로 유지하기 위하여 상기 충전 전류를 상기 기준 레벨과 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 부하를 통하여 흐르는 부하 전류를 감지하는 단계; 및
    상기 부하 전류를 미리 정해진 기준 레벨에서 유지하기 위하여 상기 부하 전류를 상기 기준 레벨과 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 방법.
  20. 태양광 패널에 결합되고, 충전 모드와 전력 공급 모드 중에서 선택적으로 작동하게 하는 전력 변환기, 여기에서 상기 태양광 패널은 태양 에너지를 전기 에너지를 변환하고, 출력 전압을 제공하며,
    상기 전력 변환기는,
    상기 충전 모드에서, 상기 태양광 패널로부터의 상기 전기 전력으로 배토리를 충전하고, 상기 전력 공급 모드에서, 상기 배터리의 전력을 부하에 전달하는 전력 스테이지;와
    상기 전력 스테이지에 결합되고, 상기 출력 전압과 문턱 전압의 비교 결과에 따라, 상기 충전 모드와 상기 전력 공급 모드전력 공급 모드 하나를 작동 모드로 선택하고, 상기 출력 전압을 상기 문턱 전압으로 유지하기 위한 제어기를 포함하는 전력 변환 회로.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 태양광 패널태양광 패널출력 전압이 상기 문턱 전압으로 유지하면, 최 대 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회로.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제어기는,
    펄스 폭 변조(PWM) 신호를 제공하는 펄스 폭 변조 신호 발생기;및
    상기 펄스 폭 변조 신호 발생기에 결합되고, 상기 출력 전압과 상기 문턱 전압을 비교하고, 상기 문턱 전압에서 상기 출력 전압을 유지하기 위하여 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클을 조절하는 에러 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회로.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 제어기는,
    펄스 폭 변조 신호를 제공하는 펄스 폭 변조 신호 발생기;및
    상기 펄스 폭 변조 신호 발생기에 결합되고, 상기 배터리의 충전 전류를 미리 결정된 기준 레벨과 비교하고, 상기 충전 전류를 미리 결정된 상기 기준 레벨 미만에서 유지하기 위하여 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클을 조절하는 에러 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회로.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 제어기는,
    펄스 폭 변조(PWM) 신호를 제공하는 펄스 폭 변조 신호 발생기;및
    상기 펄스 폭 변조 신호 발생기에 결합되고, 상기 부하를 통하여 흐르는 부하 전류를 미리 결정된 기준 레벨과 비교하고, 상기 부하 전류를 미리 결정된 상기 기준 레벨에서 유지하기 위하여 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클을 조절하는 에러 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 회로.
KR1020090102200A 2008-10-27 2009-10-27 전력 변환 회로 및 방법 KR20100047159A (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US19749408P 2008-10-27 2008-10-27
US61/197,494 2008-10-27
US12/605,815 US8193758B2 (en) 2008-10-27 2009-10-26 Circuits and methods for power conversion
US12/605,815 2009-10-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100047159A true KR20100047159A (ko) 2010-05-07

Family

ID=42116830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090102200A KR20100047159A (ko) 2008-10-27 2009-10-27 전력 변환 회로 및 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8193758B2 (ko)
JP (1) JP2010115104A (ko)
KR (1) KR20100047159A (ko)
CN (1) CN101728982B (ko)
TW (1) TWI398072B (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101525909B1 (ko) * 2013-01-24 2015-06-09 오므론 가부시키가이샤 파워 컨디셔너, 태양광 발전 시스템 및 이상 판정 방법
CN106374818A (zh) * 2016-10-12 2017-02-01 杭州力云科技有限公司 自启动式太阳能充电站及其控制方法

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8508142B2 (en) * 2009-03-20 2013-08-13 O2Micro Inc. Portable lighting device and method thereof
US20120091816A1 (en) * 2010-11-15 2012-04-19 O2Micro, Inc. Power systems with multiple power sources
US20100269383A1 (en) * 2009-04-27 2010-10-28 Nifenecker Eugene C Power management system controller
TWI445281B (zh) * 2009-07-15 2014-07-11 Richtek Technology Corp 單級式低昇降壓比獨立型太陽能發電電路及系統
KR101311528B1 (ko) * 2009-12-11 2013-09-25 한국전자통신연구원 태양전지의 최대전력 추출 장치 및 방법
WO2011139803A2 (en) * 2010-04-27 2011-11-10 Navsemi Energy Private Limited Method and apparatus for controlling a solar panel output in charging a battery
TWI423728B (zh) * 2010-05-26 2014-01-11 Tpv Electronics Fujian Co Ltd 單串發光二極體燈管的驅動電路
US9107250B2 (en) * 2010-09-23 2015-08-11 Diehl Ako Stiftung & Co. Kg Method of operating an LED lighting system
IT1402128B1 (it) * 2010-10-15 2013-08-28 Volta Electronics Di Menozzi Daniele Metodo di controllo di un sistema di gestione di apparecchiature alimentate attraverso moduli fotovoltaici e sistema di videosorveglianza alimentato attraverso moduli fotovoltaici
JP5665639B2 (ja) * 2011-04-20 2015-02-04 三菱電機株式会社 電源装置
KR20140062039A (ko) 2011-07-18 2014-05-22 엔페이즈 에너지, 인코포레이티드 광전 모듈용 탄성 장착 조립체
TWI507082B (zh) * 2012-02-20 2015-11-01 O2Micro Int Ltd 控制對發光二極體光源供電的控制器及方法、及可攜式照明裝置
US9402285B2 (en) * 2012-06-18 2016-07-26 Michael B. Bond Indoor photovoltaic flasher
DE102012214717A1 (de) * 2012-08-20 2014-02-20 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Leistungssteuerung oder Spannungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers
USD734653S1 (en) 2012-11-09 2015-07-21 Enphase Energy, Inc. AC module mounting bracket
WO2014111778A1 (en) * 2013-01-17 2014-07-24 Koninklijke Philips N.V. Power converter for charging and feeding
CN103973106A (zh) * 2013-01-30 2014-08-06 仁宝电脑工业股份有限公司 具有脉冲信号产生器的电源供应系统
TWI482393B (zh) * 2013-01-30 2015-04-21 Compal Electronics Inc 具有脈衝信號產生器之電源供應系統
WO2015124448A1 (en) * 2014-02-21 2015-08-27 Koninklijke Philips N.V. Power point tracking via solar-battery-converter
US10847992B2 (en) 2017-05-22 2020-11-24 Gary Osborne Apparatus for a solar pathway light
CN107482749B (zh) * 2017-08-07 2020-07-03 清华大学 太阳能能源系统
US11894715B2 (en) * 2017-09-07 2024-02-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Charge control system and charge control method
US11754239B2 (en) 2021-04-12 2023-09-12 Gary Thomas Osborne Apparatus for a solar light
CN116388350B (zh) * 2023-06-05 2023-10-10 闪极科技(深圳)有限公司 充电控制方法、储能设备和可读存储介质

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08168182A (ja) * 1994-12-16 1996-06-25 Okamura Kenkyusho:Kk 電圧変動の大きい電池を用いた電源装置
US5488269A (en) * 1995-02-10 1996-01-30 General Electric Company Multi-resonant boost high power factor circuit
JPH09308116A (ja) * 1996-05-17 1997-11-28 Shinko Electric Co Ltd 太陽発電装置
JP3863273B2 (ja) * 1997-12-26 2006-12-27 富士通株式会社 電源装置
US6462507B2 (en) * 1998-08-07 2002-10-08 Okc Products, Inc. Apparatus and method for initial charging, self-starting, and operation of a power supply with an intermittent and/or variable energy source and a rechargeable energy storage device
JP2000261979A (ja) * 1999-03-05 2000-09-22 Jeol Ltd 太陽電池・キャパシタ電源装置及び充電方法
US6326771B1 (en) * 1999-03-08 2001-12-04 02 Micro International Limited Buffer battery power supply system
US6118254A (en) * 1999-07-30 2000-09-12 Compaq Computer Corporation Battery charge control architecture for constant voltage maximum power operation
JP4108313B2 (ja) * 2001-10-30 2008-06-25 Ｎｅｃエンジニアリング株式会社 太陽電池発電システム
US6864669B1 (en) * 2002-05-02 2005-03-08 O2Micro International Limited Power supply block with simplified switch configuration
US6768047B2 (en) * 2002-06-13 2004-07-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. Autonomous solid state lighting system
JP3755769B2 (ja) * 2003-07-03 2006-03-15 シャープ株式会社 系統連系型太陽光発電装置
US20060185727A1 (en) * 2004-12-29 2006-08-24 Isg Technologies Llc Converter circuit and technique for increasing the output efficiency of a variable power source
US7626362B2 (en) * 2005-09-30 2009-12-01 International Components Corporation Rapid charge lithium ion battery charger

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101525909B1 (ko) * 2013-01-24 2015-06-09 오므론 가부시키가이샤 파워 컨디셔너, 태양광 발전 시스템 및 이상 판정 방법
CN106374818A (zh) * 2016-10-12 2017-02-01 杭州力云科技有限公司 自启动式太阳能充电站及其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101728982A (zh) 2010-06-09
US20100102773A1 (en) 2010-04-29
CN101728982B (zh) 2013-08-14
JP2010115104A (ja) 2010-05-20
TWI398072B (zh) 2013-06-01
TW201018050A (en) 2010-05-01
US8193758B2 (en) 2012-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8193758B2 (en) Circuits and methods for power conversion
US9442505B2 (en) Electric power control apparatus, electric power control method, and electric power feeding system
KR100750297B1 (ko) 태양전지를 이용한 ｌｅｄ 조명 시스템
US6873322B2 (en) Adaptive LCD power supply circuit
US8072187B2 (en) Battery-charging device for a stand-alone generator system having a MPPT function and method thereof
EP2579688B1 (en) Constant-current led driver circuit and output voltage adjustable circuit and method thereof
US8508142B2 (en) Portable lighting device and method thereof
US8148919B2 (en) Circuits and methods for driving light sources
US8427069B2 (en) Current-regulated power supply with soft-start protection
US20080036440A1 (en) Systems and Methods for Providing Maximum Photovoltaic Peak Power Tracking
CN102573211B (zh) Led光源的供电控制电路、系统及方法
US20120175956A1 (en) Dc power supply feeding system
US11923711B2 (en) Power management for hybrid power system
JP2011250608A (ja) 太陽電池システム
KR100876968B1 (ko) 발광소자를 이용한 조명장치
US8120263B2 (en) Portable lighting device and method thereof
CN103260303A (zh) 便携式照明装置、控制给负载供电的方法及控制器
JP2009207239A (ja) 太陽電池用充電制御装置
US8937402B2 (en) Converter circuit and electronic system comprising such a circuit
JP2004336974A (ja) 電源装置
US9942956B1 (en) Boost converter design with 100%-pass mode for WLED backlight and camera flash applications
CN100379134C (zh) 升压型开关调节器电路
CN113315192B (zh) 具有自动调节输出电压的双向电池充电电路和方法
WO2018068124A1 (en) Multiple source charge controller
US20070247125A1 (en) DC-DC Converter

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid