KR20190074589A - Grid connected type inverter system and method for driving the same - Google Patents
Grid connected type inverter system and method for driving the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190074589A KR20190074589A KR1020170176062A KR20170176062A KR20190074589A KR 20190074589 A KR20190074589 A KR 20190074589A KR 1020170176062 A KR1020170176062 A KR 1020170176062A KR 20170176062 A KR20170176062 A KR 20170176062A KR 20190074589 A KR20190074589 A KR 20190074589A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- current
- inverter
- node
- polarity
- switching elements
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- 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
- H02M7/53—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/5387—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
- H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0064—Magnetic structures combining different functions, e.g. storage, filtering or transformation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
-
- H02M2001/0009—
-
- H02M2001/0064—
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
-
- Y02E10/563—
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
-
- Y02E10/763—
Abstract
Description
본 발명은 인버터의 출력 인덕터 전류를 광대역 폭으로 정밀하게 검출할 수 있도록 개선하여, 인버터의 고속 응답 특성을 향상시킬 수 있는 계통 연계형 인버터 시스템 및 그 구동방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
근래 들어, 풍력, 태양광, 수력 등의 재생 에너지에 관심이 높아지고, 전기 에너지 저장을 위한 연료 전지 등에 대한 관심 또한 높아지고 있다. 이에, 전기 에너지 발전 장치나 연료 전지 등을 전력 계통에 연계시키기 위한 계통 연계형 인버터가 다양한 형태로 대두되고 있다. In recent years, interest in renewable energy such as wind power, solar power, and water power has increased, and interest in fuel cells for electric energy storage is also increasing. Accordingly, a grid-connected inverter for connecting an electric energy generation device, a fuel cell, and the like to a power system has come into various forms.
계통 연계형 인버터로는 PVCMC(Peak-Valley Current Mode Control) 방식이나, PCMC(Peak Current Mode Control) 방식으로 제어되는 인버터 등이 제안되고 있다. PVCMC 방식이나 PCMC 방식의 인버터들은 귀환 루프를 가지지 않고 구동되기 때문에, 고속 제어가 가능하고, 인버터의 스위칭을 제어하는 PWM 제어기의 연산 부하도 낮게 억제 가능한 특징을 갖는다. Inverters controlled by Peak-Valley Current Mode Control (PVCMC) or PCMC (Peak Current Mode Control) have been proposed as the grid-connected inverters. Since the inverters of the PVCMC method and the PCMC method are driven without a feedback loop, high-speed control is possible, and the calculation load of the PWM controller for controlling the switching of the inverter can be suppressed to be low.
다만, PVCMC 방식이나 PCMC 방식의 인버터 제어를 위해서는 출력 인덕터의 피크 전류치(또는, 전류량)를 미리 설정된 주기, 예를 들어 캐리어 신호의 주기 등에 따라 정확하게 검출할 필요가 있다. 이는, 출력 인덕터의 피크 전류치를 검출해서 검출된 피크 전류치를 기초로 전압/전류 목표치와 실제치의 오차 등을 계산하고, 실제치와 오차 등을 인버터의 스위칭 제어시 반영하기 때문이다. However, it is necessary to accurately detect the peak current value (or the amount of current) of the output inductor in accordance with a predetermined period, for example, a period of a carrier signal, in order to control the inverter of the PVCMC method or the PCMC method. This is because the peak current value of the output inductor is detected, the voltage / current target value and the actual value are calculated based on the detected peak current value, and the actual value and error are reflected in the switching control of the inverter.
종래에는 인버터 출력단의 인덕터 전류를 측정하기 위해, 인버터 출력단에 홀 소자를 활용한 전류 센서나 전류 트랜스포머(Current Transformer) 등을 구성했고, 전류 센서나 전류 트랜스포머 등을 이용해 출력단 전류를 측정하였다. In order to measure the inductor current at the output terminal of the inverter, a current sensor or a current transformer using a Hall element at the output terminal of the inverter was constructed, and the output current was measured using a current sensor or a current transformer.
하지만, 전류 센서나 전류 트랜스포머를 이용하는 전류 방식은 그 검출 대역폭이 한정되어 있기 때문에, 인버터 스위칭을 제어하기 위한 신호(예를 들어, 캐리어 신호)의 주파수 폭이 제한되는 문제점이 있었다. However, a current method using a current sensor or a current transformer has a problem that the frequency width of a signal (for example, a carrier signal) for controlling inverter switching is limited because the detection bandwidth is limited.
구체적으로, 홀 소자를 활용한 전류 센서를 통해 인버터 출력단의 전류를 측정하는 경우, 홀 소자를 활용한 전류 센서의 주파수 대역폭이 1MHz 이내로 한정되기 때문에. 인버터의 스위칭을 제어하기 위한 신호는 약 10kHz 내지 20kHz로 제한될 수밖에 없다. 이는, 전류 센서를 이용해 인버터 출력단 전류의 파형을 정밀하게 검출하기 위해서는 인버터의 스위칭을 제어하기 위한 신호 주파수의 50 내지 100배 정도의 대역폭이 필요하기 때문이다. Specifically, when measuring the current of the inverter output terminal through the current sensor using the Hall element, the frequency bandwidth of the current sensor utilizing the Hall element is limited to 1 MHz or less. The signal for controlling the switching of the inverter is limited to about 10 kHz to 20 kHz. This is because a bandwidth of about 50 to 100 times the signal frequency for controlling the switching of the inverter is required to accurately detect the waveform of the inverter output current using the current sensor.
다른 예로, 전류 트랜스포머를 이용해 출력단의 전류를 측정하는 경우, 전류 트랜스포머 주파수 대역폭이 1MHz 이내로 한정되기 때문에, 인버터의 스위칭을 제어하기 위한 신호가 약 10kHz 내지 20kHz로 제한될 수밖에 없는 문제가 있다. 즉, 전류 트랜스포머를 이용해 인버터 출력단 전류의 파형을 정밀하게 검출하기 위해서는 인버터를 스위칭을 제어하기 위한 신호 주파수의 50 내지 100배 정도의 대역폭이 필요하다. 이 때문에, 인버터의 스위칭을 제어하기 위한 신호의 대역폭이 약 10kHz 내지 20kHz로 제한될 수밖에 없게 된다. As another example, when the current of the output stage is measured using the current transformer, the current transformer frequency bandwidth is limited to 1 MHz or less, so that there is a problem that the signal for controlling the switching of the inverter is limited to about 10 kHz to 20 kHz. That is, in order to precisely detect the waveform of the inverter output current using a current transformer, a bandwidth of about 50 to 100 times the signal frequency for controlling the switching of the inverter is required. Therefore, the bandwidth of the signal for controlling the switching of the inverter is limited to about 10 kHz to 20 kHz.
본 발명의 목적은 인버터의 출력 인덕터에 전류 검출용 저항 소자를 직렬로 구성하고, 전류 검출용 저항 소자를 이용해서 출력 인덕터 전류를 정밀하게 검출할 수 있도록 한 계통 연계형 인버터 시스템 및 그 구동방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a grid-connected inverter system in which a current detecting resistive element is connected in series to an output inductor of an inverter and the output inductor current can be accurately detected by using a current detecting resistive element, .
본 발명의 다른 목적은 전류 검출용 저항 소자를 이용한 전류 검출치 대비 더 낮은 인덕턴스를 갖는 출력 인덕터, 및 대역폭이 넓은 증폭기를 선택 적용하여, 출력 인덕터 전류를 광 대역폭으로 검출할 수 있는 계통 연계형 인버터 시스템 및 그 구동방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a grid-connected inverter capable of detecting an output inductor current in a wide bandwidth by selectively applying an output inductor having a lower inductance to a current detection value using a current detection resistive element and a wide- System and a method of driving the same.
본 발명의 또 다른 목적은 출력 인덕터의 피크 전류치를 정밀하고 정확하게 검출해서 인버터의 스위칭 제어에 반영될 수 있도록 함으로써, 인버터의 고속 응답 특성을 높일 수 있는 계통 연계형 인버터 시스템 및 그 구동방법을 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a grid-connected inverter system and its driving method capable of accurately and accurately detecting a peak current value of an output inductor to be reflected in switching control of the inverter, thereby improving the high- will be.
본 발명의 계통 연계형 인버터 시스템은 인버터 출력단에 연결된 어느 하나의 인덕터로 흐르는 전류량 및 전류 피크치를 전류 검출용 저항 소자를 이용해 검출한다. 그리고 검출된 전류량 또는 전류 피크치를 기초로 인버터의 스위칭이 제어되도록 한다. The grid interconnected inverter system of the present invention detects the current amount and the current peak value flowing to any one inductor connected to the inverter output terminal by using the resistance element for current detection. And the switching of the inverter is controlled based on the detected current amount or the current peak value.
또한, 본 발명의 계통 연계형 인버터 시스템 및 그 구동방법은 인버터가 브리지 형태로 구성되도록 하되, 입력단의 제1 및 제2 극성 단자 사이에 제1 및 제2 스위칭 소자가 직렬 연결되고, 제3 및 제4 스위칭 소자가 직렬 연결된 상태로 상기의 제1 및 제2 스위칭 소자와는 병렬로 연결되도록 구성한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a grid-connected inverter system and a driving method thereof, in which an inverter is configured in a bridge configuration, in which first and second switching elements are connected in series between first and second polarity terminals of an input terminal, And the fourth switching element is connected in parallel with the first and second switching elements in a state where the fourth switching element is connected in series.
또한, 본 발명의 계통 연계형 인버터 시스템 및 그 구동방법은 인버터 입력단의 제1 및 제2 극성 변화와 제1 내지 제4 스위칭 소자 각각의 스위칭 제어 모드에 의해 제1 노드와 상기 제2 노드의 전류량과 전류 흐름 방향이 정방향 또는 역방향으로 변환되도록 한다. 그리고 출력단의 제1 및 제2 극성 단자의 전류량과 전류 흐름 방향이 제1 및 제2 노드의 극성 및 전류 흐름 방향에 따라 정방향 또는 역방향으로 변환될 수 있도록 한다. The grid-connected inverter system and the driving method thereof according to the present invention are characterized in that the first and second polarity changes of the inverter input terminal and the switching control mode of each of the first to fourth switching elements, And the direction of the current flow are changed to the forward direction or the reverse direction. And the current amount and the current flow direction of the first and second polarity terminals of the output terminal can be changed in the forward direction or the reverse direction according to the polarity and the current flow direction of the first and second nodes.
본 발명의 계통 연계형 인버터 시스템 및 그 구동방법으로는 인버터의 출력 인덕터로 인가되는 전류를 정밀하게 검출할 수 있다. 이에, 계통 연계형 인버터 시스템의 목표 전압 및 전류 출력 효율을 높이고, 인버터의 스위칭 제어시 안정성을 향상시킬 수 있다. INDUSTRIAL APPLICABILITY In the grid-connected inverter system and the driving method thereof according to the present invention, the current applied to the output inductor of the inverter can be accurately detected. Accordingly, the target voltage and current output efficiency of the grid-connected inverter system can be increased, and stability in switching control of the inverter can be improved.
또한, 본 발명의 계통 연계형 인버터 시스템 및 그 구동방법으로는 출력 인덕터 전류를 광 대역폭으로 검출할 수 있기 때문에, 캐리어 신호 등의 인버터 스위칭 제어 신호를 고주파수로 적용할 수 있다. 이에, 스위칭 오프 시에도 역회복 손실이 없이 고주파수에서 동작할 수 있는 GaN 트랜지스터, SiC MOSFET 등의 스위칭 소자를 인버터의 스위칭 소자로 유용하게 활용할 수 있다. Further, in the grid-connected inverter system and the driving method thereof according to the present invention, since the output inductor current can be detected with a wide bandwidth, the inverter switching control signal such as a carrier signal can be applied at a high frequency. Therefore, a switching element such as a GaN transistor or a SiC MOSFET, which can operate at a high frequency without a reverse recovery loss even when switching off, can be usefully used as a switching element of an inverter.
또한, 본 발명의 계통 연계형 인버터 시스템 및 그 구동방법으로는 PVCMC 방식이나, PCMC 방식으로 제어되는 인버터의 고속 응답 특성을 높일 수 있다. 특히, 고주파수 구동에 따른 고속 응답특성 향상 효과로 인해, 스위칭 오프 시 역회복 손실이 큰 Si-MOSFET 등의 스위칭 소자를 인버터의 스위칭 소자로 활용할 수도 있게 된다. 따라서, 계통 연계형 인버터의 구동 주파수 대역폭을 넓히면서도 스위칭 소자 선택 폭을 더욱 넓힐 수 있다. In addition, the grid interconnected inverter system and the drive method thereof according to the present invention can improve the high-speed response characteristics of an inverter controlled by the PVCMC method or the PCMC method. In particular, due to the effect of improving the high-speed response due to the high-frequency driving, a switching element such as a Si-MOSFET having a large reverse recovery loss at the time of switching off can be used as a switching element of the inverter. Therefore, it is possible to widen the selection range of the switching device while widening the driving frequency bandwidth of the grid-connected inverter.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 계통 연계형 인버터 시스템을 나타낸 구성 블록도이다.
도 2는 도 1의 인버터에 구성된 제1 내지 제4 스위치를 제어하기 위한 스위칭 신호 파형도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 계통 연계형 인버터 시스템을 나타낸 구성 블록도이다.
도 4는 제1 및 제2 실시 예에 따른 인버터의 입력 전압 극성 및 스위칭 모드별 스위칭 모드별 전류 흐름 경로를 나타낸 도면이다.
도 5는 제1 및 제2 실시 예에 따른 인버터의 입력 전압 극성 및 스위칭 모드별 전류 흐름 경로를 나타낸 다른 도면이다.
도 6은 제1 및 제2 실시 예에 따른 인버터의 입력 전압 극성 및 스위칭 모드별 전류 흐름 경로를 나타낸 또 다른 도면이다.
도 7은 제1 및 제2 실시 예에 따른 인버터의 입력 전압 극성 및 스위칭 모드별 전류 흐름 경로를 또 다르게 나타낸 도면이다. 1 is a block diagram showing a system interconnection inverter system according to a first embodiment of the present invention.
2 is a waveform diagram of switching signals for controlling the first to fourth switches configured in the inverter of FIG.
3 is a block diagram showing a grid-connected inverter system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating the input voltage polarity of the inverter according to the first and second embodiments, and the current flow path for each switching mode according to the switching mode.
FIG. 5 is another diagram showing the input voltage polarity of the inverter according to the first and second embodiments and the current flow path for each switching mode.
6 is another diagram showing the input voltage polarity of the inverter according to the first and second embodiments and the current flow path for each switching mode.
FIG. 7 is a view showing the input voltage polarity of the inverter according to the first and second embodiments and the current flow path of each switching mode.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or preliminary meaning and the inventor shall properly define the concept of the term in order to describe its invention in the best possible way It should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
또한, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. It should be noted that the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention, It should be understood that various equivalents and modifications are possible.
이하, 본 발명에 따른 계통 연계형 인버터 시스템 및 그 구동방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a grid-connected inverter system and a driving method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 계통 연계형 인버터 시스템을 나타낸 구성 블록도이다. 1 is a block diagram showing a system interconnection inverter system according to a first embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 계통 연계형 인버터 시스템은 DC/DC 컨버터(100), 인버터(200), 필터부(300), 출력단(400), 출력 전류 검출부(500), 및 PWM 제어부(600)를 포함한다. 여기서, 출력단(400)은 계통과 연계된 출력단일 수 있다. 1 includes a DC /
DC/DC 컨버터(100)는 입력단의 전압을 승압 또는 변압하여 안정화시키고, 적절한 레벨로 승압 또는 변압된 직류 링크 전압을 인버터(200)로 전송한다. 이러한 DC/DC 컨버터(100)는 입력단의 전압을 승압 또는 변압하기 위한 수단으로 부스트 컨버터를 포함할 수 있다. The DC /
DC/DC 컨버터(100)에 부스트 컨버터가 포함된 경우, DC/DC 컨버터(100)에는 적어도 하나의 인덕터와 다이오드 등이 직렬로 연결되고, 인덕터와 다이오드에는 적어도 하나의 스위칭 소자와 커패시터 등이 병렬로 구성될 수 있다. DC/DC 컨버터(100)에 구성된 스위칭 소자로는 PWM 제어부(600)로부터의 DC/DC 제어용 PWM 신호(DC/DC PWM)가 입력된다. 이에, 스위칭 소자로 입력되는 DC/DC 제어용 PWM 신호(DC/DC PWM)에 따라 입력 전류(Vin)가 적어도 하나의 인덕터(또는, 리액터)와 다이오드 및 커패시터 등을 통해 인버터(200)로 공급될 수 있다. 이때는 DC/DC 컨버터(100)와 인버터(200)로는 정전압인 직류 링크 전압이 전송 및 유지된다. 여기서, 본 발명의 DC/DC 컨버터(100) 구성은 부스트 컨버터를 포함한 구성만으로 국한되지 않는다. When a boost converter is included in the DC /
인버터(200)는 DC/DC 컨버터(100)를 통해 입력되는 직류 링크 전압을 출력단(400)의 계통 전압에 맞게 가변시켜 필터부(300)로 전송한다. 본 발명의 인버터(200)는 입력단의 제1 및 제2 극성(+,-) 간 극성 변화에 따라 전류 방향이 정방향 또는 역방향으로 변환 가능한 양방향 회로 구조의 인버터(200)이다. DC/DC 컨버터(100)의 입력단이나 인버터(200)의 입력단에는 제1 및 제2 극성(+,-)을 변환시켜 직류 링크 전압이 입력 또는 전송하는 트랜스 회로(또는, 전환 스위칭 회로) 등이 더 구성될 수 있다. The
인버터(200)는 입력단의 제1 및 제2 극성(+,-) 단자 간에 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1,Q2)가 직렬 연결되며, 제3 및 제4 스위칭 소자(Q3,Q4)는 서로 직렬 연결된 상태로 상기 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1,Q2)와는 병렬로 연결되어 구성된다. 예를 들면, 인버터(200)는 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4)의 직/병렬 조합 구조에 따라 브리지 회로 형태로 구성될 수 있다. 그리고 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1,Q2) 사이의 제1 노드와, 제3 및 제4 스위칭 소자(Q3,Q4) 사이의 제2 노드가 각각 필터부(300)를 통해 출력단(400)의 제1 및 제2 극성 단자로 연결된다. The first and second switching devices Q1 and Q2 are connected in series between the first and second polarity (+, -) terminals of the
이에, 인버터(200) 입력단의 제1 및 제2 극성(+,-) 변화와 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4) 각각의 스위칭 제어 모드(또는, 온/오프 모드)에 의해 제1 노드와 제2 노드의 전류량과 전류 흐름 방향이 정방향 또는 역방향으로 변환될 수 있다. 또한, 출력단(400)의 제1 및 제2 극성 단자의 전류량과 전류 흐름 방향도 제1 및 제2 노드의 극성 및 전류 흐름 방향에 따라 정방향 또는 역방향으로 변환된다. The first and second polarities (+, -) of the input terminal of the
인버터(200)의 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4) 각각은 GaN 트랜지스터, SiC MOSFET, Si-MOSFET 중 어느 하나로 모두 동일하게 구성될 수 있다. 이와 달리, 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4) 각각은 적어도 두 개씩의 단위로 서로 동일하거나 다르게 구성될 수도 있다. 제1 실시 예에서는 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4)가 SiC MOSFET로 모두 동일하게 구성된 예를 도시하였다. 반면, 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4)가 GaN 트랜지스터로 모두 동일하게 구성될 수도 있다. Each of the first to fourth switching devices Q1 to Q4 of the
필터부(300)는 인버터(200)로부터 가변된 직류 링크 전압을 필터링해서 출력단(400)으로 전송한다. 이를 위해, 필터부(300)는 제1 인덕터(L1), 제2 인덕터(L2), 전류 검출 저항 소자(SR), 및 제1 내지 제3 안정화 소자(C1 내지 C3)를 포함한다. The
제1 인덕터(L1)는 인버터(200)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1,Q2) 사이의 제1 노드와 출력단(400)의 제1 극성 단자 사이에 직렬로 구성된다. The first inductor L1 is configured in series between the first node between the first and second switching elements Q1 and Q2 of the
제2 인덕터(L2)는 인버터(200)의 제3 및 제4 스위칭 소자(Q3,Q4) 사이의 제2 노드와 출력단(400)의 제2 극성 단자 사이에 직렬로 구성된다. 그리고 전류 검출 저항 소자(SR)는 제2 노드와 출력단(400)의 제2 극성 단자 사이에 연결되되, 제2 인덕터(L2)와 직렬로 연결된다. The second inductor L2 is connected in series between a second node between the third and fourth switching elements Q3 and Q4 of the
제1 안정화 소자(C1)는 제1 인덕터(L1)와 제2 인덕터(L2) 사이에 병렬로 연결 및 구성된다. 그리고 제2 안정화 소자(C2)는 출력단(400)의 제1 극성 단자와 입력단의 제2 극성 단자 사이에 전기적으로 연결된다. 아울러, 제3 안정화 소자(C3)는 출력단(400)의 제2 극성 단자와 입력단의 제2 극성 단자 사이에 전기적으로 연결 및 구성된다. 제1 내지 제2 안정화 소자(C1 내지 C3)를 서로 동일하거나 다른 용량의 캐패시터로 구성될 수 있다. The first stabilizing element C1 is connected and configured in parallel between the first inductor L1 and the second inductor L2. The second stabilizing device C2 is electrically connected between the first polarity terminal of the
출력 전류 검출부(500)는 필터부(300)에 구성된 어느 하나의 인덕터(L1/L2)와 전기적으로 연결된 전류 검출용 저항 소자(SR)의 양단 전압을 검출한다. 그리고 검출된 전류 검출용 저항 소자(SR)의 양단 전압을 이용해서 어느 하나의 인덕터 전류량 및 전류 피크치를 검출한다. 이를 위해, 출력 전류 검출부(500)는 연산 증폭기(510), 및 프로세싱 유닛(520)을 포함한다. The output
구체적으로, 연산 증폭기(510)는 필터부(300)에 구성된 어느 하나의 인덕터(예를 들어, 제2 인덕터(L2))와 직렬로 연결된 전류 검출용 저항 소자(SR)의 양단 전압을 검출하고 검출된 양단 전압을 증폭시켜 출력한다. More specifically, the
프로세싱 유닛(520)은 연산 증폭기(510)에서 증폭된 전류 검출용 저항 소자(SR)의 양단 전압을 이용해 어느 하나의 인덕터로 흐르는 전류량 및 전류 피크치를 검출한다. 여기서, 검출된 전류량 및 전류 피크치에 대한 데이터는 실시간으로 PWM 제어부(600)로 전송된다. The
연산 증폭기(510)를 이용해 검출용 저항 소자(SR)의 양단 전압을 증폭해서 프로세싱 유닛(520)으로 전송하는 방식과 달리, 전류 검출용 저항 소자(SR)의 양단 전압을 디지털 신호로 변환해서 프로세싱 유닛(520)으로 전송할 수도 있다. 이 경우에는 적어도 하나의 A/D 변환기가 추가로 구성된다. 적어도 하나의 A/D 변환기가 추가로 구성된 경우, 적어도 하나의 A/D 변환기에서는 전류 검출용 저항 소자(SR)의 양단 전압을 디지털 신호로 변환해서 프로세싱 유닛(520)으로 전송한다. 이에, 프로세싱 유닛(520)은 옴의 법칙에 의해 전류 검출용 저항 소자(SR)의 양단 전압 값에 전류 검출용 저항 소자(SR) 저항값의 역수를 곱함으로써, 상기 어느 하나의 인덕터(L1/L2)로 흐르는 전류량 및 전류 피크치를 얻을 수 있다. Unlike the method of amplifying the voltage across both ends of the detecting resistive element SR by using the
반면, 적어도 하나의 A/D 변환기 대신, 연산 증폭기(510)만을 이용해 전류 검출용 저항 소자(SR)의 양단 전압 값이 연산 증폭기(510)를 통해 프로세싱 유닛(520)으로 전송되도록 할 수 있다. 이때는, 제3 및 제4 스위칭 소자(Q3,Q4) 사이의 제2 노드와 전기적으로 연결되는 전류 검출 저항 소자(SR)의 일 측 단자나, 제2 노드가 선택적으로 접지 전압(또는, 그라운드 전압)으로 접지되도록 한다. 이렇게, 검출 저항 소자(SR)의 일 측 단자나, 제2 노드가 접지되도록 함으로써, 별도의 절연 회로를 구비하지 않고도 전류 검출용 저항 소자(SR)의 양단 전압 값이 프로세싱 유닛(520)으로 전송되도록 할 수 있다. On the other hand, instead of using at least one A / D converter, only the
프로세싱 유닛(520)에는 A/D 변환기가 내장될 수 있다. 이에, 프로세싱 유닛(520)은 전류 검출용 저항 소자(SR)의 양단 전압 값에 전류 검출용 저항 소자(SR) 저항값의 역수를 곱함으로써, 인덕터로 흐르는 전류량 및 전류 피크치를 산출할 수 있다. 이렇게 산출된 전류량 및 전류 피크치는 실시간으로 PWM 제어부(600)로 전송된다. The
PWM 제어부(600)는 출력 전류 검출부(500)에서 검출된 전류량 또는 전류 피크치를 반영하여 인버터(200)의 스위칭을 제어한다. 구체적으로, PWM 제어부(600)는 DC/DC 제어용 PWM 신호(DC/DC PWM)를 생성하여 DC/DC 컨버터(100)로 공급함으로써, DC/DC 컨버터(100)의 직류 링크 전압 출력을 제어한다. 그리고 PWM 제어부(600)는 출력 전류 검출부(500)에서 검출된 전류량 또는 전류 피크치를 반영하여 인버터 제어신호(INV PWM)를 생성하여 인버터(200)로 공급함으로써, 인버터(200)의 직류 링크 전압 가변 출력을 제어한다. 여기서, 인버터 제어신호(INV PWM)는 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4)를 각각 스위칭(턴-온/턴-오프) 시키기 위한 PWM 신호들이다. The
PWM 제어부(600)는 DC/DC 컨버터(100)와 인버터(200)를 제어하기 위한 제어신호들을 생성함에 있어서, 계통의 부하 변동에 따라 특정전압 및 특정전류에서 최대전력을 생산해내도록 최대 전력점 추종(MPPT) 알고리즘을 따르게 된다. 이렇게, PWM 제어부(600)는 출력단(400)의 부하 변동에 따라 최대 전력점을 찾기 위해 지속적으로 지령값을 변화시켜 최대 전력점을 추종하도록 한다. The
예를 들면, PWM 제어부(600)는 출력 전류 검출부(500)에서 실시간으로 검출된 전류량 또는 전류 피크치에 따라 단계적으로 레벨을 올리거나 내리며 입력 전류 지령을 생성한다. 그리고 PWM 제어부(600)는 단계적으로 생성된 입력 전류 지령에 따라 전류량 및 전류 피크치가 상승하도록 인버터 제어신호(INV PWM)의 펄스 폭을 변조한다. For example, the
도 2는 도 1의 인버터에 구성된 제1 내지 제4 스위치를 제어하기 위한 스위칭 신호 파형도이다. 2 is a waveform diagram of switching signals for controlling the first to fourth switches configured in the inverter of FIG.
도 2를 참조하면, PWM 제어부(600)는 미리 설정된 주파수 신호(예를 들어, 캐리어 신호(AC))의 주파수 및 폭 변조에 대응하여, 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4) 각각을 스위칭(턴-온/턴-오프) 시키기 위한 PWM 신호(Pulse Width Modulation Signal)를 각각 생성한다. 그리고 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4) 각각을 제어하기 위한 인버터 제어신호(INV PWM)를 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4)로 각각 전송한다. 2, the
다시 말해, 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4) 각각을 제어하기 위한 PWM 신호 생성시, PWM 제어부(600)는 출력 전류 검출부(500)에서 검출된 전류량 또는 전류 피크치에 따라 단계적으로 레벨을 올리거나 내리며 입력 전류 지령을 생성한다. 그리고 PWM 제어부(600)는 단계적으로 생성된 입력 전류 지령에 따라 전류량 및 전류 피크치가 상승하도록 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4) 각각을 제어하기 위한 PWM 신호를 생성한다. 이러한 각각의 PWM 신호는 인버터 제어신호(INV PWM)로서, 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4)로 각각 전송된다. In other words, at the time of generating the PWM signal for controlling each of the first to fourth switching devices Q1 to Q4, the
제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4)는 각각 입력된 도 2의 PWM 신호에 응답하여 순차적으로, 그리고 PWM 신호가 중첩되는 기간에는 동시에 각각 턴-온/턴-오프된다. The first to fourth switching elements Q1 to Q4 are turned on and off simultaneously in response to the input PWM signal of FIG. 2 and in a period in which PWM signals are superimposed, respectively.
이렇게, 인버터(200)의 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4)를 구동하는 과정에서, PWM 제어부(600)는 출력 전류 검출부(500)에서 검출된 전류량 또는 전류 피크치를 반영하여 인버터(200)의 스위칭을 제어한다. 이때, 전류 검출용 저항 소자(SR)를 이용한 전류 검출치 대비 더 낮은 인덕턴스를 갖는 출력 인덕터(L1 또는 L2), 및 대역폭이 넓은 연산 증폭기(510)를 선택 적용하여, 광 대역폭으로 출력 인덕터(L1 또는 L2)의 전류를 검출할 수 있게 된다. 이에, 본 발명에서는 미리 설정된 주파수 신호(예를 들어, 캐리어 신호(AC)) 외에도 인버터 제어신호(INV PWM)가 고주파수로 적용되도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 스위칭 오프 시에도 역회복 손실이 없이 고주파수에서 동작할 수 있는 GaN 트랜지스터, SiC MOSFET 등을 인버터(200)의 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4)로 적용할 수 있다. The
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 계통 연계형 인버터 시스템을 나타낸 구성 블록도이다. 3 is a block diagram showing a grid-connected inverter system according to a second embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명 제2 실시 예에 따른 인버터 시스템은 DC/DC 컨버터(100), 인버터(200), 필터부(300), 출력단(400), 출력 전류 검출부(500), 및 PWM 제어부(600)를 포함한다. 여기서, 인버터(200) 구조를 제외한 DC/DC 컨버터(100), 필터부(300), 출력단(400), 출력 전류 검출부(500), 및 PWM 제어부(600)의 구성은 제1 실시 예의 인버터 시스템 구조와 동일하다. 3, the inverter system according to the second embodiment of the present invention includes a DC /
다만, 인버터(200)의 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4)가 제1 실시 예와는 달리 구성될 수 있다. However, the first to fourth switching elements Q1 to Q4 of the
전술한 바와 같이, 본 발명은 인버터(200)의 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4)를 구동하는 과정에서, PWM 제어부(600)는 출력 전류 검출부(500)에서 검출된 전류량 또는 전류 피크치를 반영하여 인버터(200)의 스위칭을 제어한다. As described above, in the process of driving the first to fourth switching devices Q1 to Q4 of the
특히, 전류 검출용 저항 소자(SR)를 이용한 전류 검출치 대비 더 낮은 인덕턴스를 갖는 출력 인덕터(L1 또는 L2), 및 대역폭이 넓은 연산 증폭기(510)를 선택 적용하여, 광 대역폭으로 출력 인덕터(L1 또는 L2)의 전류를 검출할 수 있게 된다. 이 경우, PVCMC 방식이나, PCMC 방식으로 제어되는 인버터의 고속 응답 특성을 높일 수 있다. 이렇게, 고주파수 구동에 따른 고속 응답특성 향상 효과로 인해, 스위칭 오프시 역회복 손실이 큰 Si-MOSFET 등의 스위칭 소자를 인버터의 스위칭 소자로 활용할 수도 있게 된다. 즉, 계통 연계형 인버터의 구동 주파수 대역폭을 넓히면서도 스위칭 소자 선택 폭을 더욱 넓힐 수 있다. In particular, by selectively applying the output inductor (L1 or L2) having a lower inductance to the current detection value using the resistor for current detection SR and the
이에, 도 3으로 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4) 중 적어도 두 개의 스위칭 소자, 예를 들어 제3 및 제4 스위칭 소자(Q3,Q4)는 스위칭 오프시 역회복 손실이 큰 Si-MOSFET로 구성할 수도 있다. 즉, 본 발명에서는 계통 연계형 인버터의 구동 주파수 대역폭을 넓히면서도 스위칭 소자 선택 폭을 더욱 넓힐 수 있기 때문에, 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4) 각각은 GaN 트랜지스터, SiC MOSFET, Si-MOSFET 중 어느 하나로 모두 동일하거나, 적어도 두 개씩 동일하거나 다르게 구성될 수 있다. 3, at least two of the first to fourth switching elements Q1 to Q4, for example, the third and fourth switching elements Q3 and Q4, And a Si-MOSFET having a large loss may be used. That is, according to the present invention, since the switching device selection width can be further widened while widening the driving frequency bandwidth of the grid-connected inverter, each of the first to fourth switching devices Q1 to Q4 includes a GaN transistor, a SiC MOSFET, Or at least two of them may be the same or different.
도 4는 제1 및 제2 실시 예에 따른 인버터의 입력 전압 극성 및 스위칭 모드별 스위칭 모드별 전류 흐름 경로를 나타낸 도면이다. FIG. 4 is a diagram illustrating the input voltage polarity of the inverter according to the first and second embodiments, and the current flow path for each switching mode according to the switching mode.
도 4에 도시된 바와 같이, 인버터(200)는 입력단(또는, Vin)의 제1 및 제2 극성(+,-) 변화와 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4) 각각의 스위칭 제어 모드(또는, 온/오프 모드)에 의해, 제1 노드와 제2 노드의 전류량과 전류 흐름 방향이 정방향 또는 역방향으로 변환될 수 있다. 이에 따라, 계통 부하인 출력단(400)의 제1 및 제2 극성 단자의 전류량과 전류 흐름 방향도 제1 및 제2 노드의 극성 및 전류 흐름 방향에 따라 정방향 또는 역방향으로 변환될 수 있다. 4, the
먼저, 도 4(a)는 인버터(200) 입력단(또는, Vin)으로 제1 극성인 고전위의 정극성 직류 전압(+)이 인가되고, 제2 극성 방향으로 저전위의 그라운드 전압이 흐르는 상태의 전류 흐름도이다. 이때, 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1,Q4)는 턴-온되고, 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2,Q3)가 턴-오프되면, 전류는 화살표 방향으로 도시된 바와 같이, 제1 노드와 출력단(400)을 통해 제2 노드 및 그라운드 전압(또는, 접지 전압) 단자 방향(정방향)으로 흐르도록 할 수 있다. 4 (a) shows a state in which a high positive direct current voltage (+) of a first polarity is applied to an input terminal (or Vin) of the
도 4(b) 또한 인버터(200) 입력단(또는, Vin)으로 제1 극성인 고전위의 정극성 직류 전압(+)이 인가되고, 제2 극성 방향으로 저전위의 그라운드 전압이 흐르는 상태의 다른 전류 흐름도이다. 이때, 제1 및 제3 스위칭 소자(Q1,Q3)는 턴-오프되고, 제2 및 제4 스위칭 소자(Q2,Q4)가 턴-온된 상태이다. 이 경우, 전류 흐름 방향은 화살표 방향으로 도시된 바와 같이, 제1 노드와 출력단(400)을 통해 제2 노드 및 그라운드 전압(또는, 접지 전압) 단자 방향으로 흐르는 전류가 다시 제1 노드로 폐회로를 이루며 흐르게 된다. 4 (b), the positive polarity direct current voltage (+) of the high potential of the first polarity is applied to the input terminal (or Vin) of the
도 4(c)는 인버터(200) 제1 극성 방향인 입력단(또는, Vin)으로 저전위의 그라운드 전압이 흐르고, 제2 극성 방향에서 고전위의 정극성 직류 전압(+)이 인가되는 상태의 전류 흐름도이다. 이때, 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1,Q4)는 턴-오프되고, 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2,Q3)가 턴-온되면, 전류는 화살표 방향으로 도시된 바와 같이, 제2 극성 단자에서 제1 노드와 출력단(400)을 통해 제1 극성 방향인 그라운드 전압(또는, 접지 전압)이 연결된 단자 방향(역방향)으로 흐르도록 할 수 있다. 4C shows a state in which a ground voltage of low potential flows through the input terminal (or Vin) in the first polarity direction of the
도 5는 제1 및 제2 실시 예에 따른 인버터의 입력 전압 극성 및 스위칭 모드별 전류 흐름 경로를 나타낸 다른 도면이다. FIG. 5 is another diagram showing the input voltage polarity of the inverter according to the first and second embodiments and the current flow path for each switching mode.
특히, 도 5(a)는 인버터(200) 입력단(또는, Vin)으로 제1 극성인 고전위의 정극성 직류 전압(+)이 인가되고, 제2 극성 방향으로 저전위의 그라운드 전압이 흐르는 상태의 전류 흐름도이다. 이때, 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2,Q3)는 턴-온되고, 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1,Q4)가 턴-오프되면, 전류는 화살표 방향으로 도시된 바와 같이, 제2 노드와 출력단(400)을 역방향으로 통해서 제1 노드 및 그라운드 전압(또는, 접지 전압) 단자 방향(정방향)으로 흐르도록 할 수 있다. In particular, FIG. 5A shows a state in which a high positive DC voltage (+) of a first polarity is applied to the input terminal (or Vin) of the
도 5(b)는 입력단(또는, Vin)으로 제1 극성인 고전위의 정극성 직류 전압(+)이 인가되고, 제2 극성 방향으로 저전위의 그라운드 전압이 흐르는 상태의 다른 전류 흐름도이다. 이때, 제1 및 제3 스위칭 소자(Q1,Q3)는 턴-온되고, 제2 및 제4 스위칭 소자(Q2,Q4)가 턴-오프되는 상태이다. 이 경우, 전류 흐름 방향은 화살표 방향으로 도시된 바와 같이, 제2 노드와 출력단(400)을 역방향으로 통해서 다시 제1 노드 및 제 2 노드 방향으로 폐회로를 이루며 흐르게 된다. 5 (b) is another current flow chart in which a positive direct current voltage (+) of a high potential of a first polarity is applied to an input terminal (or Vin) and a ground voltage of a low potential flows in a second polarity direction. At this time, the first and third switching devices Q1 and Q3 are turned on and the second and fourth switching devices Q2 and Q4 are turned off. In this case, the current flow direction flows in a closed circuit in the direction of the first node and the second node in the opposite direction from the second node and the
도 5(c)는 인버터(200) 제1 극성 방향인 입력단(또는, Vin)으로 저전위의 그라운드 전압이 흐르고, 제2 극성 방향에서 고전위의 정극성 직류 전압(+)이 인가되는 상태의 또 다른 전류 흐름도이다. 이때. 전류 흐름 방향은 화살표 방향으로 도시된 바와 같이, 제2 극성 방향에서 제2 노드와 출력단(400)을 역방향으로 통해서 다시 제1 노드를 거쳐 제1 극성 방향으로 흐르도록 할 수 있다. 5 (c) shows a state in which a ground voltage of low potential flows through the input terminal (or Vin) in the first polarity direction of the
도 6은 제1 및 제2 실시 예에 따른 인버터의 입력 전압 극성 및 스위칭 모드별 전류 흐름 경로를 나타낸 또 다른 도면이다. 6 is another diagram showing the input voltage polarity of the inverter according to the first and second embodiments and the current flow path for each switching mode.
도 6(a)는 인버터(200) 제1 극성 방향인 입력단(또는, Vin)으로 저전위의 그라운드 전압이 흐르고, 제2 극성 방향에서 고전위의 정극성 직류 전압(+)이 인가되는 상태의 또 다른 전류 흐름도이다. 이때, 제1 및 제3 스위칭 소자(Q1,Q3)는 턴-오프되고, 제2 및 제4 스위칭 소자(Q2,Q4)가 턴-온되는 상태이다. 이 경우, 전류 흐름 방향은 화살표 방향으로 도시된 바와 같이, 제2 노드와 출력단(400)을 역방향으로 통해 제1 노드로 흐르는 전류가 다시 제2 노드 방향으로 폐회로를 이루며 흐르게 된다. 6A shows a state in which a low ground potential is applied to the input terminal (or Vin) of the
도 6(b)는 인버터(200) 제1 극성 방향인 입력단(또는, Vin)으로 저전위의 그라운드 전압이 흐르고, 제2 극성 방향에서 고전위의 정극성 직류 전압(+)이 인가되는 상태의 또 다른 전류 흐름도이다. 이때. 전류 흐름 방향은 화살표 방향으로 도시된 바와 같이, 제2 극성 방향에서 제2 노드와 출력단(400)을 역방향으로 통해서 다시 제1 노드를 거쳐 제1 극성 방향으로 흐르도록 할 수 있다. 6 (b) shows a state in which a ground voltage of low potential flows through the input terminal (or Vin) in the first polarity direction of the
도 7은 제1 및 제2 실시 예에 따른 인버터의 입력 전압 극성 및 스위칭 모드별 전류 흐름 경로를 나타낸 또 다른 도면이다. 7 is another diagram showing the input voltage polarity of the inverter according to the first and second embodiments and the current flow path for each switching mode.
도 7(a)는 인버터(200) 제1 극성 방향인 입력단(또는, Vin)으로 저전위의 그라운드 전압이 흐르고, 제2 극성 방향에서 고전위의 정극성 직류 전압(+)이 인가되는 상태의 전류 흐름도이다. 이때, 제1 및 제3 스위칭 소자(Q1,Q3)는 턴-온되고, 제2 및 제4 스위칭 소자(Q2,Q4)가 턴-오프되는 상태이다. 이 경우, 전류 흐름 방향은 제1 노드와 출력단(400)을 정방향으로 통해서 다시 제2 노드 및 제1 노드 방향으로 폐회로를 이루며 흐르게 된다. 7A shows a state in which a ground voltage of low potential flows through the input terminal (or Vin) in the first polarity direction of the
도 7(b)는 인버터(200) 제1 극성 방향인 입력단(또는, Vin)으로 저전위의 그라운드 전압이 흐르고, 제2 극성 방향에서 고전위의 정극성 직류 전압(+)이 인가되는 상태의 또 다른 전류 흐름도이다. 이때, 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1,Q4)는 턴-오프되고, 제2 및 제3 스위칭 소자(Q2,Q3)가 턴-온되면, 전류는 제2 극성 단자에서 제1 노드와 출력단(400)을 정방향으로 통해서 제1 극성 방향인 그라운드 전압(또는, 접지 전압)이 연결된 단자 방향(역방향)으로 흐르도록 할 수 있다. 7B shows a state in which a ground voltage of low potential flows through the input terminal (or Vin) in the first polarity direction of the
도 4 내지 도 7로 각각 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 인버터(200)의 제1 및 제2 극성(+,-) 변화와 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4) 각각의 스위칭 제어 모드에 의해 제1 노드와 제2 노드의 전류량과 전류 흐름 방향이 정방향 또는 역방향으로 변환되도록 할 수 있다. 이에, 출력단(400)의 제1 및 제2 극성 단자의 전류량과 전류 흐름 방향도 제1 및 제2 노드의 극성 및 전류 흐름 방향에 따라 정방향 또는 역방향으로 변환되도록 할 수 있다. 4 and FIG. 7, the first and second polarities (+, -) of the
이상, 전술한 바와 같이, 본 발명의 계통 연계형 인버터 시스템 및 그 구동방법으로는 인버터(200)의 출력 인덕터(L2)로 인가되는 전류를 정밀하게 검출할 수 있다. 이에, 계통 연계형 인버터 시스템의 목표 전압 및 전류 출력 효율을 높이고, 인버터(200)의 제1 내지 제4 스위칭 소자(Q1 내지 Q4) 제어시 안정성을 향상시킬 수 있다. As described above, according to the grid-connected inverter system and the driving method thereof of the present invention, the current applied to the output inductor L2 of the
또한, 본 발명의 계통 연계형 인버터 시스템 및 그 구동방법으로는 어느 한 출력 인덕터(L2) 전류를 광 대역폭으로 검출할 수 있기 때문에, 캐리어 신호 등의 인버터 스위칭 제어 신호(AC)를 고주파수로 적용할 수 있다. 이에, 스위칭 오프 시에도 역회복 손실이 없이 고주파수에서 동작할 수 있는 GaN 트랜지스터, SiC MOSFET 등의 스위칭 소자를 인버터의 스위칭 소자로 유용하게 활용할 수 있다. Further, in the grid-connected inverter system and the driving method thereof according to the present invention, any one output inductor (L2) current can be detected with a wide bandwidth, so that the inverter switching control signal AC such as a carrier signal is applied at a high frequency . Therefore, a switching element such as a GaN transistor or a SiC MOSFET, which can operate at a high frequency without a reverse recovery loss even when switching off, can be usefully used as a switching element of an inverter.
또한, 본 발명의 계통 연계형 인버터 시스템 및 그 구동방법으로는 PVCMC 방식이나, PCMC 방식으로 제어되는 인버터(200)의 고속 응답 특성을 높일 수 있다. 특히, 고주파수 구동에 따른 고속 응답특성 향상 효과로 인해, 스위칭 오프 시 역회복 손실이 큰 Si-MOSFET 등의 스위칭 소자를 인버터의 스위칭 소자로 활용할 수도 있게 된다. 따라서, 계통 연계형 인버터의 구동 주파수 대역폭을 넓히면서도 스위칭 소자 선택 폭을 더욱 넓힐 수 있다. Further, in the grid interconnected inverter system and the driving method thereof according to the present invention, the high speed response characteristics of the
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. I will understand. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be defined by the following claims.
100: DC/DC 컨버터
200: 인버터
300: 필터부
400: 출력단
500: 출력 전류 검출부
600: PWM 제어부100: DC / DC converter
200: Inverter
300:
400: Output stage
500: Output current detecting section
600: PWM control unit
Claims (13)
상기 인버터로부터 가변된 직류 링크 전압을 필터링해서 상기 출력단으로 전송하는 필터부;
상기 필터부에 구성된 적어도 하나의 인덕터로 흐르는 전류량 또는 전류 피크치를 검출하는 출력 전류 검출부; 및
상기 검출된 전류량 또는 전류 피크치를 기초로 상기 인버터의 스위칭을 제어하는 PWM 제어부를 포함하는,
계통 연계형 인버터 시스템.
An inverter for varying a DC link voltage input from the outside in accordance with a system voltage of an output terminal;
A filter unit for filtering the variable DC link voltage from the inverter and transmitting the filtered DC link voltage to the output terminal;
An output current detector for detecting a current amount or a current peak flowing to at least one inductor configured in the filter unit; And
And a PWM control section for controlling switching of the inverter based on the detected current amount or current peak value.
Grid - connected inverter system.
상기 인버터는
입력단의 제1 및 제2 극성 단자 사이에 제1 및 제2 스위칭 소자가 직렬 연결되고, 제3 및 제4 스위칭 소자가 직렬 연결된 상태로 상기의 제1 및 제2 스위칭 소자와는 병렬로 연결되어, 브리지 회로 형태로 구성되며,
상기 제1 및 제2 스위칭 소자 사이의 제1 노드, 및 상기 제3 및 제4 스위칭 소자 사이의 제2 노드가 각각 상기 필터부를 통해 상기 출력단의 제1 및 제2 극성 단자로 연결된,
계통 연계형 인버터 시스템.
The method according to claim 1,
The inverter
The first and second switching elements are connected in series between the first and second polarity terminals of the input terminal and the third and fourth switching elements are connected in parallel with the first and second switching elements in series, And a bridge circuit,
A first node between the first and second switching elements and a second node between the third and fourth switching elements are connected to the first and second polarity terminals of the output terminal through the filter part,
Grid - connected inverter system.
상기 인버터는
상기 인버터 입력단의 제1 및 제2 극성 변화와 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자 각각의 스위칭 제어 모드에 의해 상기 제1 노드와 상기 제2 노드의 전류량과 전류 흐름 방향이 정방향 또는 역방향으로 변환되며,
상기 출력단의 제1 및 제2 극성 단자의 전류량과 전류 흐름 방향이 상기 제1 및 제2 노드의 극성 및 전류 흐름 방향에 따라 정방향 또는 역방향으로 변환되는,
계통 연계형 인버터 시스템.
3. The method of claim 2,
The inverter
Wherein a current amount and a current flow direction of the first node and the second node are changed in a forward or reverse direction by a first and a second polarity change of the inverter input terminal and a switching control mode of each of the first through fourth switching elements,
Wherein a current amount and a current flow direction of the first and second polarity terminals of the output terminal are changed in a forward direction or a reverse direction according to a polarity and a current flow direction of the first and second nodes,
Grid - connected inverter system.
상기 필터부는
상기 인버터의 제1 및 제2 스위칭 소자 사이의 상기 제1 노드와 상기 출력단의 제1 극성 단자 사이에 직렬로 구성된 제1 인덕터;
상기 인버터의 제3 및 제4 스위칭 소자 사이의 상기 제2 노드와 상기 출력단의 제2 극성 단자 사이에 직렬로 구성된 제2 인덕터; 및
상기 제2 노드와 상기 출력단의 제2 극성 단자 사이에 연결되되, 상기 제2 인덕터와 직렬로 연결된 전류 검출 저항 소자를 포함하는,
계통 연계형 인버터 시스템.
The method of claim 3,
The filter unit
A first inductor configured in series between the first node between the first and second switching elements of the inverter and the first polarity terminal of the output terminal;
A second inductor formed in series between the second node between the third and fourth switching elements of the inverter and the second polarity terminal of the output terminal; And
And a current detecting resistance element connected between the second node and a second polarity terminal of the output terminal, the current detecting resistor element being connected in series with the second inductor.
Grid - connected inverter system.
상기 제2 노드와 전기적으로 연결되는 상기 전류 검출 저항 소자의 일 측 단자, 또는 상기 제2 노드는 선택적으로 접지 전압으로 접지되는,
계통 연계형 인버터 시스템.
5. The method of claim 4,
One terminal of the current detecting resistance element electrically connected to the second node or the second node is selectively grounded to a ground voltage,
Grid - connected inverter system.
상기 제1 내지 제4 스위칭 소자 각각은
GaN 트랜지스터, SiC MOSFET, Si-MOSFET 중 어느 하나로 모두 동일하거나, 적어도 두 개씩 동일하거나 다르게 구성된,
계통 연계형 인버터 시스템.
5. The method of claim 4,
Each of the first to fourth switching elements
GaN transistors, SiC MOSFETs, and Si-MOSFETs, or at least two of the same or different,
Grid - connected inverter system.
상기 출력 전류 검출부는
상기 필터부에 구성된 어느 하나의 인덕터와 전기적으로 연결된 전류 검출용 저항 소자의 양단 전압을 검출하고, 상기 증폭된 전류 검출용 저항 소자의 양단 전압을 이용해서 상기 어느 하나의 인덕터로 흐르는 상기 전류량 또는 상기 전류 피크치를 검출하는,
계통 연계형 인버터 시스템.
The method according to claim 1,
The output current detection unit
Detecting a voltage between both ends of a resistor for current detection which is electrically connected to one of the inductors constituting the filter unit and detecting the amount of current flowing to any of the inductors using the voltage across the amplified current detecting resistor, Detecting a current peak value,
Grid - connected inverter system.
상기 인버터로부터 가변된 직류 링크 전압을 필터부로 필터링해서 상기 출력단으로 전송하는 단계;
상기 필터부에 구성된 적어도 하나의 인덕터로 흐르는 전류량 또는 전류 피크치를 검출하는 단계; 및
상기 검출된 전류량 또는 전류 피크치를 기초로 상기 인버터의 스위칭을 제어하는 단계를 포함하는,
계통 연계형 인버터 시스템의 구동방법.
A step of outputting a DC link voltage input from the outside using an inverter of a bridge circuit type in accordance with a system voltage of the output stage;
Filtering the variable DC link voltage from the inverter with a filter unit and transmitting the filtered DC link voltage to the output unit;
Detecting a current amount or a current peak flowing to at least one inductor configured in the filter unit; And
And controlling switching of the inverter based on the detected current amount or current peak value.
A method of driving a grid-connected inverter system.
상기 직류 링크 전압을 상기 출력단의 계통 전압에 맞게 가변시켜 출력하는 단계는
입력단의 제1 및 제2 극성 단자 사이에 제1 및 제2 스위칭 소자가 직렬 연결되고, 제3 및 제4 스위칭 소자가 직렬 연결된 상태로 상기의 제1 및 제2 스위칭 소자와는 병렬로 연결되며, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자 사이의 제1 노드, 및 상기 제3 및 제4 스위칭 소자 사이의 제2 노드가 각각 상기 필터부를 통해 상기 출력단의 제1 및 제2 극성 단자로 연결된 구조의 인버터를 이용해서 출력하는,
계통 연계형 인버터 시스템의 구동방법.
9. The method of claim 8,
The step of varying the DC link voltage according to the system voltage of the output stage and outputting
The first and second switching elements are connected in series between the first and second polarity terminals of the input terminal and the third and fourth switching elements are connected in parallel with the first and second switching elements in series, , A first node between the first and second switching elements, and a second node between the third and fourth switching elements are connected to the first and second polarity terminals of the output terminal through the filter part, respectively, , ≪ / RTI >
A method of driving a grid-connected inverter system.
상기 직류 링크 전압을 상기 출력단의 계통 전압에 맞게 가변시켜 출력하는 단계는
상기 인버터 입력단의 제1 및 제2 극성 변화와 상기 제1 내지 제4 스위칭 소자 각각의 스위칭 제어 모드에 의해 상기 제1 노드와 상기 제2 노드의 전류량과 전류 흐름 방향이 정방향 또는 역방향으로 변환되도록 하는 단계; 및
상기 출력단의 제1 및 제2 극성 단자의 전류량과 전류 흐름 방향이 상기 제1 및 제2 노드의 극성 및 전류 흐름 방향에 따라 정방향 또는 역방향으로 변환되도록 하는 단계를 포함하는,
계통 연계형 인버터 시스템의 구동방법.
10. The method of claim 9,
The step of varying the DC link voltage according to the system voltage of the output stage and outputting
The current amount and the current flow direction of the first node and the second node are changed in the forward direction or the reverse direction by the first and second polarity changes of the inverter input terminal and the switching control mode of each of the first to fourth switching elements step; And
And causing the current amount and the current flow direction of the first and second polarity terminals of the output terminal to be changed in the forward direction or the reverse direction according to the polarity and the current flow direction of the first and second nodes,
A method of driving a grid-connected inverter system.
상기 직류 링크 전압을 필터링 하는 단계는
상기 인버터의 제1 및 제2 스위칭 소자 사이의 상기 제1 노드와 상기 출력단의 제1 극성 단자 사이에 직렬로 구성된 제1 인덕터, 상기 인버터의 제3 및 제4 스위칭 소자 사이의 상기 제2 노드와 상기 출력단의 제2 극성 단자 사이에 직렬로 구성된 제2 인덕터, 및 상기 제2 노드와 상기 출력단의 제2 극성 단자 사이에 연결되되, 상기 제2 인덕터와 직렬로 연결된 전류 검출 저항 소자를 포함하는 구조의 상기 필터부를 이용해서 필터링하는,
계통 연계형 인버터 시스템의 구동방법.
11. The method of claim 10,
The step of filtering the DC link voltage
A first inductor configured in series between the first node and the first polarity terminal of the output terminal between the first and second switching elements of the inverter, the second node between the third and fourth switching elements of the inverter And a current detection resistor element connected between the second node and the second polarity terminal of the output terminal and connected in series with the second inductor, the second inductor being configured in series between the second polarity terminals of the output terminal, And a filter unit
A method of driving a grid-connected inverter system.
상기 직류 링크 전압을 필터링 하는 단계는
상기 제2 노드와 전기적으로 연결되는 상기 전류 검출 저항 소자의 일 측 단자, 또는 상기 제2 노드가 선택적으로 접지 전압으로 접지되도록 해서 필터링하는,
계통 연계형 인버터 시스템의 구동방법.
12. The method of claim 11,
The step of filtering the DC link voltage
A first node of the current detection resistor element electrically connected to the second node or the second node is selectively grounded to a ground voltage,
A method of driving a grid-connected inverter system.
상기 전류량 또는 상기 전류 피크치 검출 단계는
상기 필터부에 구성된 어느 하나의 인덕터와 전기적으로 연결된 전류 검출용 저항 소자의 양단 전압을 검출하고, 상기 증폭된 전류 검출용 저항 소자의 양단 전압을 이용해서 상기 어느 하나의 인덕터로 흐르는 상기 전류량 또는 상기 전류 피크치를 검출하는
계통 연계형 인버터 시스템의 구동방법.
9. The method of claim 8,
The current amount or the current peak value detection step
Detecting a voltage between both ends of a resistor for current detection which is electrically connected to one of the inductors constituting the filter unit and detecting the amount of current flowing to any of the inductors using the voltage across the amplified current detecting resistor, The current peak value is detected
A method of driving a grid-connected inverter system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170176062A KR20190074589A (en) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | Grid connected type inverter system and method for driving the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170176062A KR20190074589A (en) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | Grid connected type inverter system and method for driving the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20190074589A true KR20190074589A (en) | 2019-06-28 |
Family
ID=67066295
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170176062A KR20190074589A (en) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | Grid connected type inverter system and method for driving the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20190074589A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111835093A (en) * | 2020-09-17 | 2020-10-27 | 成都市易冲半导体有限公司 | Wireless charging transmitting module and system and low-frequency signal transmission method |
WO2023277673A1 (en) * | 2021-07-02 | 2023-01-05 | 엘지이노텍 주식회사 | Switching-loss balancing circuit |
-
2017
- 2017-12-20 KR KR1020170176062A patent/KR20190074589A/en active Search and Examination
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111835093A (en) * | 2020-09-17 | 2020-10-27 | 成都市易冲半导体有限公司 | Wireless charging transmitting module and system and low-frequency signal transmission method |
CN111835093B (en) * | 2020-09-17 | 2020-12-08 | 成都市易冲半导体有限公司 | Wireless charging transmitting module and system and low-frequency signal transmission method |
WO2023277673A1 (en) * | 2021-07-02 | 2023-01-05 | 엘지이노텍 주식회사 | Switching-loss balancing circuit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10104732B2 (en) | LED drive method and LED drive device | |
CN104380844B (en) | Actuator device and driving method for driving load especially LED unit | |
KR101637650B1 (en) | Dc-dc converter | |
CN104426374B (en) | Power conversion device and multiplication and division circuit | |
US9515557B2 (en) | Step-up step-down converter device | |
TW201212497A (en) | Switching regulator and control circuit and control method thereof | |
CN108061582B (en) | The excitation circuit and electromagnetic flowmeter of electromagnetic flowmeter | |
AU2019232828A1 (en) | Active filter topology for cascaded inverters | |
KR20190074589A (en) | Grid connected type inverter system and method for driving the same | |
KR102091584B1 (en) | Power supply device | |
TW200924362A (en) | DC/DC converters and related methods | |
KR101246398B1 (en) | Control circuit, power conditioner provided with the control circuit, and solar generation system | |
US10530261B2 (en) | High-performance DC/DC converter with resonator sensing | |
US20080238377A1 (en) | Device for transforming and stabilizing a primary ac voltage for supplying an electric load | |
El Aroudi et al. | Boundaries of subharmonic oscillations associated with filtering effects of controllers and current sensors in switched converters under CMC | |
Kashyap et al. | Fault tolerant peak current mode controlled flyback converter for solar PV modules | |
KR102406348B1 (en) | Buck-boost dc/dc converter | |
CN105099411A (en) | Pulse width modulation circuit | |
CN105515383A (en) | Switching controlling circuit, converter, and switching controlling method | |
JP4795761B2 (en) | DC power supply | |
CN104038078A (en) | Scanning power source for generating exciting currents similar to triangular waves | |
KR101673662B1 (en) | Dc-dc converter | |
JP2016005323A (en) | Converter and control method of converter | |
JP2021507671A5 (en) | ||
JP4931558B2 (en) | Switching power supply |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment |