KR20200141836A - Power converting apparatus and photovoltaic module including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전력변환장치, 및 이를 구비하는 태양광 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 출력되는 교류 전원의 품질을 향상시킬 수 있는 전력변환장치, 및 이를 구비하는 태양광 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a power conversion device, and to a solar module having the same, and more particularly, to a power conversion device capable of improving the quality of the output AC power, and a solar module having the same.
전력변환장치는, 입력되는 전원의 레벨 변환하거나, 입력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있는 장치이다.The power conversion device is a device capable of converting the level of an input power source or converting an input DC power source into an AC power source.
최근, 에너지 저감을 위해, 전력변환장치에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.Recently, in order to reduce energy, research on power conversion devices has been actively conducted.
이러한 전력변환장치는, 다양한 전기기기에 사용될 수 있으며, 특히, 신재생 에너지를 공급하는 에너지 공급 장치 등에 사용될 수 있다.Such a power conversion device may be used in various electric devices, and in particular, may be used in an energy supply device for supplying renewable energy.
에너지 공급 장치로, 예를 들어, 풍력 발전기, 조력 발전기, 태양광 모듈 등이 예시될 수 있다.As the energy supply device, for example, a wind power generator, a tidal power generator, and a solar module may be exemplified.
한편, 전력변환장치를 통해, 입력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하기 위해, 전력변환장치 내의 스위칭 소자의 스위칭이 수행된다. 이때, 스위칭 소자의 스위칭 손실, 도통 손실 등에 의해, 종합 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion; THD)이 높아져, 출력되는 교류 전원의 품질이 저하되는 문제가 발생하게 된다. Meanwhile, in order to convert input DC power into AC power through the power conversion device, switching of a switching element in the power conversion device is performed. At this time, the total harmonic distortion (THD) increases due to switching loss, conduction loss, etc. of the switching element, resulting in a problem that the quality of the output AC power is deteriorated.
이에, 전력변환장치에서, 교류 전원의 품질 저하 방지를 위한 다양한 방안이 연구되고 있다. Accordingly, in the power conversion device, various methods for preventing the quality of AC power from deteriorating have been studied.
본 발명의 목적은, 출력되는 교류 전원의 품질을 향상시킬 수 있는 전력변환장치, 및 이를 구비하는 태양광 모듈을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a power conversion device capable of improving the quality of output AC power, and a solar module having the same.
본 발명의 다른 목적은, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있는 전력변환장치, 및 이를 구비하는 태양광 모듈을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a power conversion device capable of improving current distortion of an AC power output while performing asynchronous pulse width variable control, and a solar module having the same.
본 발명의 또 다른 목적은 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행할 수 있는 전력변환장치, 및 이를 구비하는 태양광 모듈을 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide a power conversion device capable of performing power factor control while performing asynchronous pulse width variable control, and a solar module having the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치, 및 이를 구비하는 태양광 모듈은, 서로 직렬 접속되는 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자를 포함하는 제1 레그와, 서로 직렬 접속되는 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자를 포함하는 제2 레그를 구비하며, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 인버터의 제1 레그와 제2 레그의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하며, 인버터 출력 전압의 제로 크로싱 시점에, 제2 레그 내의 스위칭 소자는 오프되고, 제1 스위칭 소자 또는 제2 스위칭 소자가 스위칭하도록 제어한다.A power conversion device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, and a solar module including the same, includes a first leg including a first switching element and a second switching element connected in series with each other, and a series connection with each other. And a second leg including a third switching element and a fourth switching element, and includes an inverter for converting DC power into AC power, and a control unit for controlling the inverter, and the control unit includes a first leg and a first leg of the inverter. Asynchronous pulse width variable control with different switching frequencies of the two legs is performed, and at the time of zero crossing of the inverter output voltage, the switching element in the second leg is turned off, and the first switching element or the second switching element is controlled to switch.
한편, 제어부는, 인버터의 제1 레그와 제2 레그의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하며, 인버터 출력 전압이 정극성에서 부극성으로 변하는 제로 크로싱 시점에, 제2 레그 내의 스위칭 소자는 오프되고, 제1 스위칭 소자 또는 제2 스위칭 소자가 스위칭하도록 제어할 수 있다.On the other hand, the control unit performs asynchronous pulse width variable control in which the switching frequencies of the first leg and the second leg of the inverter are different, and at a zero crossing time when the inverter output voltage changes from positive polarity to negative polarity, the switching element in the second leg Is off, and the first switching element or the second switching element can be controlled to switch.
한편, 제어부는, 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 인버터에서 환류 모드가 수행되도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the control unit may control the inverter to perform the reflux mode during a period between a first point in time when the fourth switching element is turned off and a second point in time when the third switching element is turned on.
한편, 제어부는, 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 제1 스위칭 소자 또는 제2 스위칭 소자가 스위칭하도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the controller may control the first switching element or the second switching element to switch during a period between a first point in time when the fourth switching element is turned off and a second point in time when the third switching element is turned on.
한편, 제어부는, 인버터에서 출력되는 전류가 지상인 경우, 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터, 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 제1 스위칭 소자가 턴 온되어 스위칭하도록 제어할 수 있다.On the other hand, when the current output from the inverter is ground, the first switching element is turned on during the period between the first point in time when the fourth switching element is turned off and the second point in which the third switching element is turned on. Can be controlled to switch.
한편, 제어부는, 인버터에서 출력되는 전류가 지상인 경우, 제1 스위칭 소자와, 제3 스위칭 소자에 병렬 접속되는 다이오드 소자를 통해, 제1 전류 패쓰가 형성되도록 제어할 수 있다.Meanwhile, when the current output from the inverter is ground, the control unit may control the first current path to be formed through a diode element connected in parallel to the first switching element and the third switching element.
한편, 제어부는, 인버터에서 출력되는 전류가 지상인 경우, 제1 시점에, 제2 스위칭 소자가 오프되도록 제어할 수 있다.Meanwhile, when the current output from the inverter is ground, the controller may control the second switching element to be turned off at a first time point.
한편, 제어부는, 인버터에서 출력되는 전류가 진상인 경우, 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터, 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 제2 스위칭 소자가 스위칭하도록 제어할 수 있다.On the other hand, the control unit controls the second switching element to switch during a period between the first point in time when the fourth switching element is turned off and the second point in time when the third switching element is turned on, when the current output from the inverter is in the leading phase. can do.
한편, 제어부는, 인버터에서 출력되는 전류가 진상인 경우, 제2 스위칭 소자와, 제4 스위칭 소자에 병렬 접속되는 다이오드 소자를 통해, 제2 전류 패쓰가 형성되도록 제어할 수 있다.On the other hand, when the current output from the inverter is a fast phase, the controller may control the formation of the second current path through the second switching element and the diode element connected in parallel to the fourth switching element.
한편, 제어부는, 인버터에서 출력되는 전류가 진상인 경우, 제2 시점에, 제1 스위칭 소자가 턴 온되어 스위칭하도록 제어할 수 있다.Meanwhile, when the current output from the inverter is a fast phase, the controller may control the first switching element to be turned on and switched at a second time point.
한편, 제어부는, 제2 레그 내의 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자의 스위칭 주파수 보다 제1 레그 내의 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 더 크도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the controller may control the switching frequency of the first switching element and the second switching element in the first leg to be greater than the switching frequency of the third switching element and the fourth switching element in the second leg.
한편, 제어부는, 제2 레그 내의 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자의 스위칭 주파수가, 게통 주파수와 동일하도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the control unit may control the switching frequency of the third switching element and the fourth switching element in the second leg to be the same as the normal frequency.
한편, 제어부는, 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 제1 스위칭 소자 또는 제2 스위칭 소자의 스위칭 주파수가, 제2 레그 내의 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자의 스위칭 주파수 보다, 더 크도록 제어할 수 있다.On the other hand, the control unit, during a period between the first point in time when the fourth switching element is turned off and the second point in time when the third switching element is turned on, the switching frequency of the first switching element or the second It can be controlled to be greater than the switching frequency of the 3 switching element and the fourth switching element.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치, 및 이를 구비하는 태양광 모듈은, 인버터에서 출력되는 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출부와, 인버터에서 출력되는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부를 더 포함할 수 있다. On the other hand, the power conversion device according to an embodiment of the present invention, and a solar module having the same, further includes an output voltage detector for detecting an output voltage output from the inverter, and an output current detector for detecting an output current output from the inverter. Can include.
한편, 제어부는, 출력 전압과, 출력 전류에 기초하여, 역률을 연산할 수 있다.Meanwhile, the control unit may calculate a power factor based on the output voltage and the output current.
한편, 제어부는, 연산된 역률에 따라, 제1 레그 내의 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 가변할 수 있다.Meanwhile, the control unit may vary the switching frequency of the first switching element and the second switching element in the first leg according to the calculated power factor.
한편, 제어부는, 연산된 역률에 따라, 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중의, 제1 스위칭 소자 또는 제2 스위칭 소자의 스위칭 타이밍을 가변할 수 있다.On the other hand, the control unit determines the switching timing of the first switching element or the second switching element in a period between the first point in time when the fourth switching element is turned off and the second point in time when the third switching element is turned on, according to the calculated power factor. It can be variable.
본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치, 및 이를 구비하는 태양광 모듈은, 입력되는 직류 전원의 레벨을 변환하는 컨버터와, 컨버터에서 출력되는 직류 전원을 저정하는 dc단 커패시터를 더 포함할 수 있다.A power conversion device according to an embodiment of the present invention, and a solar module having the same, may further include a converter that converts the level of the input DC power, and a DC terminal capacitor that stores the DC power output from the converter. .
한편, 컨버터는, 직류 전원에 대한 스위칭을 수행하는 풀 브릿지 스위칭부와, 풀 브릿지 스위칭부의 출력단에 입력측이 접속되는 트랜스포머와, 트랜스포머의 출력측에 접속되는 동기 정류부와, 트랜스포머와 동기 정류부 사이에 접속되는, 공진 커패시터와 공진 인덕터를 구비할 수 있다.On the other hand, the converter includes a full bridge switching unit that performs switching for DC power, a transformer whose input is connected to the output of the full bridge switching unit, a synchronous rectification unit connected to the output side of the transformer, and a synchronous rectification unit connected between the transformer and the synchronous rectification unit. , A resonant capacitor and a resonant inductor may be provided.
한편, 제어부는, 컨버터의 입력 전압 또는 dc단 커패시터의 전압에 기초하여, 풀 브릿지 스위칭부의 스위칭 주파수를 가변할 수 있다.Meanwhile, the control unit may change the switching frequency of the full bridge switching unit based on the input voltage of the converter or the voltage of the dc terminal capacitor.
한편, 제어부는, 인버터 출력 전류에 기초하여 무효 전력을 연산하고, 연산된 무효 전력에 기초한 전류 지령치를 출력하는 무효 전력 연산부와, 무효 전력 연산부로부터의 전류 지령치에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령치 생성부와, 전압 지령치에 기초하여 펄스폭 가변 기반의 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부를 포함할 수 있다.On the other hand, the control unit calculates reactive power based on the inverter output current and outputs a current command value based on the calculated reactive power, and a voltage command value that generates a voltage command value based on the current command value from the reactive power calculation unit. It may include a generator and a switching control signal output unit for outputting a switching control signal based on a variable pulse width based on the voltage command value.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환장치, 및 이를 구비하는 태양광 모듈은, 서로 직렬 접속되는 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자를 포함하는 제1 레그와, 서로 직렬 접속되는 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자를 포함하는 제2 레그를 구비하며, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 인버터의 제1 레그와 제2 레그의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하며, 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 인버터에서 환류 모드가 수행되도록 제어할 수 있다.A power conversion device according to another embodiment of the present invention for achieving the above object, and a solar module including the same, includes a first leg including a first switching element and a second switching element connected in series with each other, and in series with each other. It has a second leg including a third switching element and a fourth switching element to be connected, and includes an inverter that converts DC power into AC power, and a control unit that controls the inverter, and the control unit comprises: a first leg of the inverter and Asynchronous pulse width variable control with a different switching frequency of the second leg is performed, and during the period between the first time point when the fourth switching element is turned off and the second time point at which the third switching element is turned on, the inverter performs the reflux mode. Can be controlled.
한편, 제어부는, 환류 모드 이전 및 이후에, 인버터 내의 스위칭 소자를 통해 전류가 흐르는, 전원 공급 모드가 수행되도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the controller may control the power supply mode to be performed in which current flows through the switching element in the inverter before and after the reflux mode.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력변환장치, 및 이를 구비하는 태양광 모듈은, 서로 직렬 접속되는 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자를 포함하는 제1 레그와, 서로 직렬 접속되는 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자를 포함하는 제2 레그를 구비하며, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 인버터의 제1 레그와 제2 레그의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하며, 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 제2 레그의 스위칭 주파수는, 제1 시점 이전의 제2 레그의 스위칭 주파수 보다 높도록 제어한다.A power conversion device according to another embodiment of the present invention for achieving the above object, and a solar module including the same, includes a first leg including a first switching element and a second switching element connected in series with each other, A second leg including a third switching element and a fourth switching element connected in series, and an inverter for converting DC power into AC power, and a control unit for controlling the inverter, and the control unit includes a first leg of the inverter Asynchronous pulse width variable control with different switching frequencies of the second leg and the second leg is performed, and the switching frequency of the second leg is between the first time point when the fourth switching element is turned off and the second time point at which the third switching element is turned on. Is controlled to be higher than the switching frequency of the second leg before the first time point.
본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치, 및 이를 구비하는 태양광 모듈은, 서로 직렬 접속되는 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자를 포함하는 제1 레그와, 서로 직렬 접속되는 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자를 포함하는 제2 레그를 구비하며, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 인버터의 제1 레그와 제2 레그의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하며, 인버터 출력 전압의 제로 크로싱 시점에, 제2 레그 내의 스위칭 소자는 오프되고, 제1 스위칭 소자 또는 제2 스위칭 소자가 스위칭하도록 제어한다. 이에 따라, 출력되는 교류 전원의 품질을 향상시킬 수 있게 된다. 특히, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. 또한, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행할 수 있게 된다.A power conversion device according to an embodiment of the present invention, and a solar module including the same, includes a first leg including a first switching element and a second switching element connected in series with each other, a third switching element connected in series with each other, and And a second leg including a fourth switching element, and an inverter for converting DC power into AC power, and a control unit for controlling the inverter, wherein the control unit includes a switching frequency of the first leg and the second leg of the inverter Another asynchronous pulse width variable control is performed, and at the time of zero crossing of the inverter output voltage, the switching element in the second leg is turned off, and the first switching element or the second switching element is controlled to switch. Accordingly, it is possible to improve the quality of the output AC power. In particular, it is possible to improve the current distortion of the AC power output while performing asynchronous pulse width variable control. In addition, it is possible to perform power factor control while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 제어부는, 인버터의 제1 레그와 제2 레그의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하며, 인버터 출력 전압이 정극성에서 부극성으로 변하는 제로 크로싱 시점에, 제2 레그 내의 스위칭 소자는 오프되고, 제1 스위칭 소자 또는 제2 스위칭 소자가 스위칭하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. On the other hand, the control unit performs asynchronous pulse width variable control in which the switching frequencies of the first leg and the second leg of the inverter are different, and at a zero crossing time when the inverter output voltage changes from positive polarity to negative polarity, the switching element in the second leg Is off, and the first switching element or the second switching element can be controlled to switch. Accordingly, it is possible to improve the current distortion of the output AC power source while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 제어부는, 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 인버터에서 환류 모드가 수행되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. Meanwhile, the control unit may control the inverter to perform the reflux mode during a period between a first point in time when the fourth switching element is turned off and a second point in time when the third switching element is turned on. Accordingly, it is possible to improve the current distortion of the output AC power source while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 제어부는, 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 제1 스위칭 소자 또는 제2 스위칭 소자가 스위칭하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. Meanwhile, the controller may control the first switching element or the second switching element to switch during a period between a first point in time when the fourth switching element is turned off and a second point in time when the third switching element is turned on. Accordingly, it is possible to improve the current distortion of the output AC power source while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 제어부는, 인버터에서 출력되는 전류가 지상인 경우, 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터, 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 제1 스위칭 소자가 턴 온되어 스위칭하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행하여, 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. On the other hand, when the current output from the inverter is ground, the first switching element is turned on during the period between the first point in time when the fourth switching element is turned off and the second point in which the third switching element is turned on. Can be controlled to switch. Accordingly, it is possible to improve the current distortion of the output AC power by performing power factor control while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 제어부는, 인버터에서 출력되는 전류가 지상인 경우, 제1 스위칭 소자와, 제3 스위칭 소자에 병렬 접속되는 다이오드 소자를 통해, 제1 전류 패쓰가 형성되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행하여, 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. Meanwhile, when the current output from the inverter is ground, the control unit may control the first current path to be formed through a diode element connected in parallel to the first switching element and the third switching element. Accordingly, it is possible to improve the current distortion of the output AC power by performing power factor control while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 제어부는, 인버터에서 출력되는 전류가 지상인 경우, 제1 시점에, 제2 스위칭 소자가 오프되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행하여, 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. Meanwhile, when the current output from the inverter is ground, the controller may control the second switching element to be turned off at a first time point. Accordingly, it is possible to improve the current distortion of the output AC power by performing power factor control while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 제어부는, 인버터에서 출력되는 전류가 진상인 경우, 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터, 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 제2 스위칭 소자가 스위칭하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행하여, 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. On the other hand, the control unit controls the second switching element to switch during a period between the first point in time when the fourth switching element is turned off and the second point in time when the third switching element is turned on, when the current output from the inverter is in the leading phase. can do. Accordingly, it is possible to improve the current distortion of the output AC power by performing power factor control while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 제어부는, 인버터에서 출력되는 전류가 진상인 경우, 제2 스위칭 소자와, 제4 스위칭 소자에 병렬 접속되는 다이오드 소자를 통해, 제2 전류 패쓰가 형성되도록 제어할 수 있다.On the other hand, when the current output from the inverter is a fast phase, the controller may control the formation of the second current path through the second switching element and the diode element connected in parallel to the fourth switching element.
한편, 제어부는, 인버터에서 출력되는 전류가 진상인 경우, 제2 시점에, 제1 스위칭 소자가 턴 온되어 스위칭하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행하여, 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. Meanwhile, when the current output from the inverter is a fast phase, the controller may control the first switching element to be turned on and switched at a second time point. Accordingly, it is possible to improve the current distortion of the output AC power by performing power factor control while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 제어부는, 제2 레그 내의 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자의 스위칭 주파수 보다 제1 레그 내의 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 더 크도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. Meanwhile, the controller may control the switching frequency of the first switching element and the second switching element in the first leg to be greater than the switching frequency of the third switching element and the fourth switching element in the second leg. Accordingly, it is possible to improve the current distortion of the output AC power source while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 제어부는, 제2 레그 내의 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자의 스위칭 주파수가, 게통 주파수와 동일하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. Meanwhile, the control unit may control the switching frequency of the third switching element and the fourth switching element in the second leg to be the same as the normal frequency. Accordingly, it is possible to improve the current distortion of the output AC power source while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 제어부는, 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 제1 스위칭 소자 또는 제2 스위칭 소자의 스위칭 주파수가, 제2 레그 내의 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자의 스위칭 주파수 보다, 더 크도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. On the other hand, the control unit, during a period between the first point in time when the fourth switching element is turned off and the second point in time when the third switching element is turned on, the switching frequency of the first switching element or the second It can be controlled to be greater than the switching frequency of the 3 switching element and the fourth switching element. Accordingly, it is possible to improve the current distortion of the output AC power source while performing asynchronous pulse width variable control.
본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치, 및 이를 구비하는 태양광 모듈은, 인버터에서 출력되는 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출부와, 인버터에서 출력되는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행할 수 있게 된다. A power conversion device according to an embodiment of the present invention, and a solar module having the same, further include an output voltage detector for detecting an output voltage output from the inverter, and an output current detector for detecting an output current output from the inverter. I can. Accordingly, it is possible to perform power factor control while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 제어부는, 출력 전압과, 출력 전류에 기초하여, 역률을 연산할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행할 수 있게 된다. Meanwhile, the control unit may calculate a power factor based on the output voltage and the output current. Accordingly, it is possible to perform power factor control while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 제어부는, 연산된 역률에 따라, 제1 레그 내의 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 가변할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행할 수 있게 된다. Meanwhile, the control unit may vary the switching frequency of the first switching element and the second switching element in the first leg according to the calculated power factor. Accordingly, it is possible to perform power factor control while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 제어부는, 연산된 역률에 따라, 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중의, 제1 스위칭 소자 또는 제2 스위칭 소자의 스위칭 타이밍을 가변할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행할 수 있게 된다. On the other hand, the control unit determines the switching timing of the first switching element or the second switching element in a period between the first point in time when the fourth switching element is turned off and the second point in time when the third switching element is turned on, according to the calculated power factor. It can be variable. Accordingly, it is possible to perform power factor control while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 컨버터는, 직류 전원에 대한 스위칭을 수행하는 풀 브릿지 스위칭부와, 풀 브릿지 스위칭부의 출력단에 입력측이 접속되는 트랜스포머와, 트랜스포머의 출력측에 접속되는 동기 정류부와, 트랜스포머와 동기 정류부 사이에 접속되는, 공진 커패시터와 공진 인덕터를 구비할 수 있다. 이에 따라, 컨버터를 통해, 고승압, 고효율의 전력변환을 수행할 수 있게 된다.On the other hand, the converter includes a full bridge switching unit that performs switching for DC power, a transformer whose input is connected to the output of the full bridge switching unit, a synchronous rectification unit connected to the output side of the transformer, and a synchronous rectification unit connected between the transformer and the synchronous rectification unit. , A resonant capacitor and a resonant inductor may be provided. Accordingly, it is possible to perform high-voltage, high-efficiency power conversion through the converter.
한편, 제어부는, 컨버터의 입력 전압 또는 dc단 커패시터의 전압에 기초하여, 풀 브릿지 스위칭부의 스위칭 주파수를 가변할 수 있다. 이에 따라, 컨버터를 통해, 고승압, 고효율의 전력변환을 수행할 수 있게 된다.Meanwhile, the control unit may change the switching frequency of the full bridge switching unit based on the input voltage of the converter or the voltage of the dc terminal capacitor. Accordingly, it is possible to perform high-voltage, high-efficiency power conversion through the converter.
한편, 제어부는, 인버터 출력 전류에 기초하여 무효 전력을 연산하고, 연산된 무효 전력에 기초한 전류 지령치를 출력하는 무효 전력 연산부와, 무효 전력 연산부로부터의 전류 지령치에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령치 생성부와, 전압 지령치에 기초하여 펄스폭 가변 기반의 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. On the other hand, the control unit calculates reactive power based on the inverter output current and outputs a current command value based on the calculated reactive power, and a voltage command value that generates a voltage command value based on the current command value from the reactive power calculation unit. It may include a generator and a switching control signal output unit for outputting a switching control signal based on a variable pulse width based on the voltage command value. Accordingly, it is possible to improve the current distortion of the output AC power source while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환장치, 및 이를 구비하는 태양광 모듈은, 서로 직렬 접속되는 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자를 포함하는 제1 레그와, 서로 직렬 접속되는 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자를 포함하는 제2 레그를 구비하며, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 인버터의 제1 레그와 제2 레그의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하며, 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 인버터에서 환류 모드가 수행되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 출력되는 교류 전원의 품질을 향상시킬 수 있게 된다. 특히, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. 또한, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행할 수 있게 된다.On the other hand, a power conversion device according to another embodiment of the present invention, and a solar module including the same, includes a first leg including a first switching element and a second switching element connected in series with each other, and a third It has a second leg including a switching element and a fourth switching element, and includes an inverter that converts DC power into AC power, and a control unit that controls the inverter, and the control unit comprises: a first leg and a second leg of the inverter. Asynchronous pulse width variable control with different switching frequencies is performed, and during a period between a first point in time when the fourth switching element is turned off and a second point in which the third switching element is turned on, the inverter may control to perform the reflux mode. . Accordingly, it is possible to improve the quality of the output AC power. In particular, it is possible to improve the current distortion of the AC power output while performing asynchronous pulse width variable control. In addition, it is possible to perform power factor control while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 제어부는, 환류 모드 이전 및 이후에, 인버터 내의 스위칭 소자를 통해 전류가 흐르는, 전원 공급 모드가 수행되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. Meanwhile, the controller may control the power supply mode to be performed in which current flows through the switching element in the inverter before and after the reflux mode. Accordingly, it is possible to improve the current distortion of the output AC power source while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력변환장치, 및 이를 구비하는 태양광 모듈은, 서로 직렬 접속되는 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자를 포함하는 제1 레그와, 서로 직렬 접속되는 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자를 포함하는 제2 레그를 구비하며, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 인버터의 제1 레그와 제2 레그의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하며, 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 제2 레그의 스위칭 주파수는, 제1 시점 이전의 제2 레그의 스위칭 주파수 보다 높도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 출력되는 교류 전원의 품질을 향상시킬 수 있게 된다. 특히, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. 또한, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행할 수 있게 된다.Meanwhile, a power conversion device according to another embodiment of the present invention, and a solar module including the same, include a first leg including a first switching element and a second switching element connected in series, and a first leg connected in series with each other. A second leg including a third switching element and a fourth switching element, and an inverter for converting DC power into AC power, and a control unit for controlling the inverter, wherein the control unit includes a first leg and a second leg of the inverter. Asynchronous pulse width variable control having a different switching frequency of is performed, and during a period between a first point in time when the fourth switching element is turned off and a second point in which the third switching element is turned on, the switching frequency of the second leg is first It can be controlled to be higher than the switching frequency of the second leg before the time point. Accordingly, it is possible to improve the quality of the output AC power. In particular, it is possible to improve the current distortion of the output AC power supply while performing asynchronous pulse width variable control. In addition, it is possible to perform power factor control while performing asynchronous pulse width variable control.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈을 포함하는 태양광 시스템의 일예를 도시한 도면이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈을 포함하는 태양광 시스템의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1a 또는 도 1b의 태양광 모듈 내의 정션 박스 내부의 회로도를 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명과 관련된 전력변환장치의 설명에 참조되는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 회로도이다.
도 5a 내지 도 7c는 도 4의 전력변환장치의 설명에 참조되는 도면이다.
도 8은 도 4의 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 회로도의 다른 예이다.
도 10 내지 도 12는 도 9의 전력변환장치의 설명에 참조되는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
도 14는 도 1a 또는 도 1b의 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.1A is a view showing an example of a solar system including a solar module according to an embodiment of the present invention.
1B is a view showing another example of a solar system including a solar module according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a circuit diagram of an interior of a junction box in the solar module of FIG. 1A or 1B.
3A to 3D are views referenced for explanation of a power conversion device related to the present invention.
4 is a circuit diagram of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
5A to 7C are views referenced for explanation of the power conversion device of FIG. 4.
8 is an example of an internal block diagram of the control unit of FIG. 4.
9 is another example of a circuit diagram of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
10 to 12 are diagrams referenced for explanation of the power conversion device of FIG. 9.
13 is a flowchart illustrating a method of operating a solar module according to an embodiment of the present invention.
14 is an exploded perspective view of the solar cell module of FIG. 1A or 1B.
본 명세서에서는, 태양광 모듈 내의 컨버터에 입력되는 입력 전류의 리플을 저감할 수 있는 방안을 제시한다.In this specification, a method for reducing the ripple of the input current input to the converter in the solar module is proposed.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.The suffixes "module" and "unit" for the constituent elements used in the following description are given in consideration of only the ease of writing in the present specification, and do not impart a particularly important meaning or role by themselves. Therefore, the "module" and "unit" may be used interchangeably with each other.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈을 포함하는 태양광 시스템의 일예를 도시한 도면이다.1A is a view showing an example of a solar system including a solar module according to an embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템(10a)은, 태양광 모듈(50)과, 게이트웨이(80)를 포함할 수 있다.Referring to the drawings, a
태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈(100), 및 태양전지 모듈에서의 직류 전원을 전력 변환하여 출력하는 전력변환장치(도 2의 500)를 포함하는 정션 박스(200)를 일체로 구비할 수 있다.The
도면에서는, 정션 박스(200)가, 태양전지 모듈(100)의 배면에 부착되는 것을 도시하나, 이에 한정되지는 않는다. 정션 박스(200)가, 태양전지 모듈(100)과 이격되어 별도로 마련되는 것도 가능하다.In the drawings, the
한편, 정션 박스(200)에서 출력되는 교류 전원을 그리드에 공급하기 위한 케이블(oln)이, 정션 박스(200)의 출력단에 전기적으로 접속될 수 있다.Meanwhile, a cable (oln) for supplying the AC power output from the
한편, 게이트웨이(gateway)(80)는, 정션 박스(200)와 그리드(grid)(90) 사이에 위치할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 게이트웨이(80)는, 케이블(oln)을 통해 흐르는, 태양광 모듈(50)에서 출력되는 교류 전류(io) 및 교류 전압(vo)을 검출할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 게이트웨이(80)는, 태양광 모듈(50)에서 출력되는 교류 전류(io) 및 교류 전압(vo)의 위상 차이에 기초하여, 역률 조정을 위한 역률 조정 신호를 출력할 수 있다.Meanwhile, the
이를 위해, 게이트웨이(80)와 태양광 모듈(50)은, 케이블(323)을 이용하여, 전력선 통신(PLC 통신) 등을 수행할 수 있다.To this end, the
한편, 태양광 모듈(50) 내의 전력변환장치(도 2의 500)는, 태양전지 모듈(100)에서 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 출력할 수 있다.Meanwhile, the power conversion device (500 in FIG. 2) in the
이를 위해, 태양광 모듈(50) 내의 전력변환장치(도 2의 500) 내에, 컨버터(도 2의 530), 인버터(도 2의 540)가 구비될 수 있다.To this end, a converter (530 of FIG. 2) and an inverter (540 of FIG. 2) may be provided in the power conversion device (500 of FIG. 2) in the
한편, 전력변환장치(도 2의 500)를 마이크로 인버터라 명명할 수 있다. 이에 따라, 마이크로 인버터는, 컨버터(도 2의 530), 인버터(도 2의 540)를 구비할 수 있다. Meanwhile, the power conversion device (500 in FIG. 2) may be referred to as a micro inverter. Accordingly, the micro inverter may include a converter (530 in FIG. 2) and an inverter (540 in FIG. 2).
한편, 인버터(도 2의 540)는, 서로 직렬 접속되는 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자를 포함하는 제1 레그와, 서로 직렬 접속되는 제3 스위칭 소자와 제4 스위칭 소자를 포함하는 제2 레그를 구비할 수 있다. 이때, 제1 레그와 제2 레그는 병렬 접속된다.On the other hand, the inverter (540 in FIG. 2) includes a first leg including a first switching element and a second switching element connected in series with each other, and a second switching element including a third switching element and a fourth switching element connected in series with each other. Legs can be provided. At this time, the first leg and the second leg are connected in parallel.
한편, 본 발명에서는, 출력되는 교류 전원의 품질을 향상시키기 위해, 인버터(540)의 제1 레그(lega)와 제2 레그(legb)의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하며, 인버터 출력 전압의 제로 크로싱 시점에, 제2 레그(legb) 내의 스위칭 소자(SW3,SW4)는 오프되고, 제1 스위칭 소자(SW1) 또는 제2 스위칭 소자(SW2)가 스위칭한다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. 또한, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행할 수 있게 된다.On the other hand, in the present invention, in order to improve the quality of the output AC power, the
다음, 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈을 포함하는 태양광 시스템의 다른 예를 도시한 도면이다.Next, FIG. 1B is a diagram showing another example of a solar system including a solar module according to an embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템(10b)은, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n)과, 게이트웨이(80)를 포함할 수 있다.Referring to the drawings, a
도 1b의 태양광 시스템(10b)은, 도 1a의 태양광 시스템(10a)과 달리, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n)이 서로 병렬 접속되는 것에 그 차이가 있다.The
복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n) 각각은, 각 태양전지 모듈(100a, 100b, ..., 100n), 및 태양전지 모듈에서의 직류 전원을 전력 변환하여 출력하는 회로소자를 포함하는 정션 박스(200a, 200b, ..., 200n)를 구비할 수 있다.Each of the plurality of
도면에서는, 각 정션 박스(200a, 200b, ..., 200n)가, 각 태양전지 모듈(100a, 100b, ..., 100n)의 배면에 부착되는 것을 도시하나, 이에 한정되지는 않는다. 각 정션 박스(200a, 200b, ..., 200n)가, 각 태양전지 모듈(100a, 100b, ..., 100n)과 이격되어 별도로 마련되는 것도 가능하다.In the drawings, each junction box (200a, 200b, ..., 200n) is shown to be attached to the rear surface of each solar cell module (100a, 100b, ..., 100n), but is not limited thereto. Each junction box (200a, 200b, ..., 200n) may be provided separately from each of the solar cell modules (100a, 100b, ..., 100n).
한편, 각 정션 박스(200a, 200b, ..., 200n)에서 출력되는 교류 전원을 그리드에 공급하기 위한 케이블(31a, 31b, ..., oln)이, 각 정션 박스(200a, 200b, ..., 200n)의 출력단에 전기적으로 접속될 수 있다.On the other hand,
한편, 도 1b의 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n) 내의 각 전력변환장치(500) 내의 인버터(540)는, 도 1a의 설명에서 상술한 바와 같이, 출력되는 교류 전원의 품질을 향상시키기 위해, 제1 레그(lega)와 제2 레그(legb)의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하며, 인버터 출력 전압의 제로 크로싱 시점에, 제2 레그(legb) 내의 스위칭 소자(SW3,SW4)는 오프되고, 제1 스위칭 소자(SW1) 또는 제2 스위칭 소자(SW2)가 스위칭한다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. 또한, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행할 수 있게 된다.Meanwhile, the
도 2는 도 1a 또는 도 1b의 태양광 모듈 내의 정션 박스 내부의 회로도를 도시한 도면이다.2 is a diagram showing a circuit diagram of an interior of a junction box in the solar module of FIG. 1A or 1B.
도면을 참조하면, 정션 박스(200)는, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원을 변환하여 변환된 전원을 출력할 수 있다.Referring to the drawings, the
특히, 본 발명과 관련하여, 정션 박스(200)는, 교류 전원을 출력하기 위한 전력변환장치(500)를 구비할 수 있다.In particular, in relation to the present invention, the
이를 위해, 전력변환장치(500)는, 컨버터(530), 인버터(540), 및 이를 제어하는 제어부(550)를 포함할 수 있다.To this end, the
또한, 전력변환장치(500)는, 바이패스를 위한 바이패스 다이오드부(510), 직류 전원 저장을 위한, 커패시터부(520), 출력되는 교류 전원 필터링을 위한 필터부(570)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
한편, 전력변환장치(500)는, 외부의 게이트웨이(80)과의 통신을 위한 통신부(580)를 더 구비할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 전력변환장치(500)는, 입력 전류 검출부(A), 입력 전압 검출부(B), 컨버터 출력전류 검출부(C), 컨버터 출력전압 검출부(D), 인버터 출력 전류 검출부(E), 인버터 출력 전압 검출부(F)를 더 구비할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 제어부(550)는, 컨버터(530), 인버터(540), 및 통신부(580)를 제어할 수 있다.Meanwhile, the
바이패스 다이오드부(510)는, 태양전지 모듈(100) 의 제1 내지 제4 도전성 라인(미도시)들 사이에, 각각 배치되는 바이패스 다이오드들(Dc,Db,Da)을 구비할 수 있다. 이때, 바이패스 다이오드의 개수는, 1개 이상이며, 도전성 라인의 개수 보다 1개 더 작은 것이 바람직하다.The
바이패스 다이오드들(Dc,Db,Da)은, 태양전지 모듈(100)로부터, 특히, 태양전지 모듈(100) 내의 제1 내지 제4 도전성 라인(미도시)으로부터 태양광 직류 전원을 입력받는다. 그리고, 바이패스 다이오드들(Dc,Db,Da)은, 제1 내지 제4 도전성 라인(미도시) 중 적어도 하나로부터의 직류 전원에서 역전압이 발생하는 경우, 바이패스 시킬 수 있다.The bypass diodes Dc, Db, and Da receive photovoltaic direct current power from the
한편, 바이패스 다이오드부(510)를 거친 직류 전원은, 커패시터부(520)로 입력될 수 있다.Meanwhile, DC power passing through the
커패시터부(520)는, 태양전지 모듈(100), 및 바이패스 다이오드부(510)를 거쳐 입력되는 입력 직류 전원을 저장할 수 있다.The
한편, 도면에서는, 커패시터부(520)가 서로 병렬 연결되는 복수의 커패시터(Ca,Cb,Cc)를 구비하는 것으로 예시하나, 이와 달리, 복수의 커패시터가, 직병렬 혼합으로 접속되거나, 직렬로 접지단에 접속되는 것도 가능하다. 또는, 커패시터부(520)가 하나의 커패시터만을 구비하는 것도 가능하다.On the other hand, in the drawing, the
컨버터(530)는, 바이패스 다이오드부(510)와, 커패시터부(520)를 거친, 태양전지 모듈(100)로부터의 입력 전압의 레벨을 변환할 수 있다.The
특히, 컨버터(530)는, 커패시터부(520)에 저장된 직류 전원을 이용하여, 전력 변환을 수행할 수 있다. In particular, the
한편, 컨버터(530) 내의 스위칭 소자들은, 제어부(550)로부터의 컨버터 스위칭 제어신호에 기초하여, 턴 온/오프 동작할 수 있다. 이에 의해, 레벨 변환된 직류 전원이 출력될 수 있다. Meanwhile, switching elements in the
인버터(540)는, 컨버터(530)에서 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있다.The
도면에서는, 풀 브릿지 인버터(full-bridge inverter)를 예시한다. 즉, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(SW1,SW3) 및 하암 스위칭 소자(SW2,SW4)가 한 쌍이 되며, 총 두 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(SW1,SW2, SW3,SW4)로 연결된다. 각 스위칭 소자(SW1~SW4)에는 다이오드(D1~D4)가 역병렬로 연결될 수 있다. In the drawing, a full-bridge inverter is illustrated. That is, the upper and lower arm switching elements (SW1, SW3) and lower arm switching elements (SW2, SW4) that are connected in series with each other become a pair, and a total of two pairs of upper and lower arm switching elements are parallel to each other (SW1, SW2, SW3, SW4). Leads to Diodes D1 to D4 may be connected in reverse parallel to each of the switching elements SW1 to SW4.
인버터(540) 내의 스위칭 소자들(SW1~SW4)은, 제어부(550)로부터의 인버터 스위칭 제어신호에 기초하여, 턴 온/오프 동작할 수 있다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 교류 전원이 출력될 수 있다. 바람직하게는, 그리드(grid)의 교류 주파수와 동일한 주파수(대략 60Hz 또는 50Hz)를 갖는 것이 바람직하다. The switching elements SW1 to SW4 in the
한편, 커패시터(C)는, 컨버터(530)와 인버터(540) 사이에, 배치될 수 있다. Meanwhile, the capacitor C may be disposed between the
커패시터(C)는, 컨버터(530)의 레벨 변환된 직류 전원을 저장할 수 있다. 한편, 커패시터(C)의 양단을 dc단이라 명명할 수 있으며, 이에 따라, 커패시터(C)는 dc단 커패시터라 명명될 수도 있다.The capacitor C may store the level-converted DC power of the
한편, 입력 전류 검출부(A)는, 태양전지 모듈(100)에서 커패시터부(520)로 공급되는 입력 전류(ic1)를 검출할 수 있다.Meanwhile, the input current detection unit A may detect an input current ic1 supplied from the
한편, 입력 전압 검출부(B)는, 태양전지 모듈(100)에서 커패시터부(520)로 공급되는 입력 전압(Vc1)을 검출할 수 있다. 여기서, 입력 전압(Vc1)은, 커패시터부(520) 양단에 저장된 전압과 동일할 수 있다.Meanwhile, the input voltage detector B may detect an input voltage Vc1 supplied from the
검출된 입력 전류(ic1)와 입력 전압(vc1)은, 제어부(550)에 입력될 수 있다. The detected input current ic1 and input voltage vc1 may be input to the
한편, 컨버터 출력전류 검출부(C)는, 컨버터(530)에서 출력되는 출력전류(ic2), 즉 dc단 전류를 검출하며, 컨버터 출력전압 검출부(D)는, 컨버터(530)에서 출력되는 출력전압(vc2), 즉 dc 단 전압을 검출한다. 검출된 출력전류(ic2)와 출력전압(vc2)은, 제어부(550)에 입력될 수 있다. On the other hand, the converter output current detection unit (C) detects the output current (ic2) output from the
한편, 인버터 출력 전류 검출부(E)는, 인버터(540)에서 출력되는 전류(ic3)를 검출하며, 인버터 출력 전압 검출부(F)는, 인버터(540)에서 출력되는 전압(vc3)을 검출한다. 검출된 전류(ic3)와 전압(vc3)은, 제어부(550)에 입력된다.Meanwhile, the inverter output current detection unit E detects the current ic3 output from the
한편, 제어부(550)는, 컨버터(530)의 스위칭 소자들을 제어하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 특히, 제어부(550)는, 검출된 입력전류(ic1), 입력 전압(vc1), 출력전류(ic2), 출력전압(vc2), 출력전류(ic3), 또는 출력전압(vc3) 중 적어도 하나에 기초하여, 컨버터(530) 내의 스위칭 소자들의 턴 온 타이밍 신호를 출력할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 제어부(550)는, 인버터(540)의 각 스위칭 소자(SW1~SW4)를 제어하는 인버터 제어 신호 또는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다. 특히, 제어부(550)는, 검출된 입력전류(ic1), 입력 전압(vc1), 출력전류(ic2), 출력전압(vc2), 출력전류(ic3), 또는 출력전압(vc3) 중 적어도 하나에 기초하여, 인버터(540)의 각 스위칭 소자(SW1~SW4)의 턴 온 타이밍 신호를 출력할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 제어부(550)는, 태양전지 모듈(100)에 대한, 최대 전력 지점을 연산하고, 그에 따라, 최대 전력에 해당하는 직류 전원을 출력하도록, 컨버터(530)를 제어할 수 있다. Meanwhile, the
한편, 통신부(580)는, 게이트웨이(80)와 통신을 수행할 수 있다. Meanwhile, the
예를 들어, 통신부(580)는, 전력선 통신에 의해, 게이트웨이(80)와 데이터를 교환할 수 있다.For example, the
한편, 통신부(580)는, 게이트웨이(80)로, 태양광 모듈(50)의 전류 정보, 전압 정보, 전력 정보 등을 전송할 수도 있다.Meanwhile, the
한편, 필터부(570)는, 인버터(540)의 출력단에 배치될 수 있다.Meanwhile, the
그리고, 필터부(570)는, 복수의 수동 소자를 포함하고, 복수의 수동 소자 중 적어도 일부에 기초하여, 인버터(540)에서 출력되는 교류 전류(io)와 교류 전압(vo) 사이의 위상 차이를 조정하기 위해 사용될 수 있다.In addition, the
도 3a 내지 도 3d는 본 발명과 관련된 전력변환장치의 설명에 참조되는 도면이다.3A to 3D are views referenced for explanation of a power conversion device related to the present invention.
먼저, 도 3a는 본 발명과 관련된 전력변환장치(500x)의 회로도를 예시한다.First, Figure 3a illustrates a circuit diagram of a power conversion device (500x) related to the present invention.
도면을 참조하면, 도 3a의 전력변환장치(500x)는, 인버터(540)와, 인버터(540)를 제어하는 제어부(550)를 구비할 수 있다.Referring to the drawings, the
인버터(540)는, 서로 직렬 접속되는 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)를 포함하는 제1 레그(lega)와, 서로 직렬 접속되는 제3 스위칭 소자(SW3)와 제4 스위칭 소자(SW4)를 포함하는 제2 레그(legb)를 구비할 수 있다. 이때, 제1 레그(lega)와, 제2 레그(legb)는 서로 병렬 접속된다.The
한편, 출력되는 전류 품질 향상을 위해, 제1 레그와 제2 레그의 스위칭 주파수를 달리하는 비동기 펄스폭 가변 제어가 수행될 수 있다.Meanwhile, in order to improve the output current quality, asynchronous pulse width variable control in which switching frequencies of the first leg and the second leg are different may be performed.
도 3b는 비동기 펄스폭 가변 제어를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.3B is a diagram referred to for explaining asynchronous pulse width variable control.
도면을 참조하면, 인버터(540)에서 출력되는 출력 전압 파형(Vgx)이 정극성에서 부극성으로 변하는 제로 크로싱 지점(Zcx)에 대응하는 Tzcx 시점 이전의 Pd4 구간 동안, 제1 레그(lega)의 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)는, 고속 스위칭을 수행하며, 제2 레그(legb)의 3 스위칭 소자(SW3)와 제4 스위칭 소자(SW4)는 저속 스위칭을 수행할 수 있다.Referring to the drawing, during the Pd4 period before the Tzcx time point corresponding to the zero crossing point Zcx where the output voltage waveform Vgx output from the
이와 유사하게, 제로 크로싱 지점(Zcx)에 대응하는 Tzcx 시점 이후의 Pd3 구간 동안, 제1 레그(lega)의 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)는, 고속 스위칭을 수행하며, 제2 레그(legb)의 3 스위칭 소자(SW3)와 제4 스위칭 소자(SW4)는 저속 스위칭을 수행할 수 있다.Similarly, during the Pd3 period after the point Tzcx corresponding to the zero crossing point Zcx, the first switching element SW1 and the second switching element SW2 of the first leg perform high-speed switching, and , The third switching element SW3 and the fourth switching element SW4 of the second leg may perform low-speed switching.
도 3b에 의하면, 제로 크로싱 지점(Zcx)을 포함하는 Pdx 구간 동안, 인버터(540) 내의 제1 스위칭 소자 내지 제4 스위칭 소자(SW1~SW4)가 모두 스위칭 되지 않고, 턴 오프된다. 이러한 Pdx 구간을 데드 타임(dead time) 구간이라 명명할 수 있다.Referring to FIG. 3B, during the Pdx period including the zero crossing point Zcx, all of the first to fourth switching elements SW1 to SW4 in the
이러한 Pdx 구간은, 제1 스위칭 소자 내지 제4 스위칭 소자(SW1~SW4)의 스위칭 손실 등을 저감하기 위해, 존재할 수 있다.The Pdx section may exist to reduce switching loss of the first to fourth switching elements SW1 to SW4.
한편, 도 3c와 같이, 인버터(540)에서 출력되는 전류(Igxa)가, 출력되는 전압(Vgxa) 보다 뒤쳐지는, 지상인 경우, 도 3b의 Pdx 구간의 데드 타임 구간으로 인하여, 인버터(540)에서 출력되는 전압(Vgxa)의 제로 크로싱 지점 부근에서, 전류 불연속 등에 의한 전류 피크(Pka)가 발생할 수 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 3C, the current Igxa output from the
한편, 도 3d와 같이, 인버터(540)에서 출력되는 전류(Igxb)가, 출력되는 전압(Vgxb) 보다 앞서는, 진상인 경우, 도 3b의 Pdx 구간의 데드 타임 구간으로 인하여, 인버터(540)에서 출력되는 전압(Vgxb)의 제로 크로싱 지점 부근에서, 전류 불연속 등에 의한 전류 피크(Pkb)가 발생할 수 있다. On the other hand, as shown in FIG. 3D, when the current Igxb output from the
본 발명에서는, 인버터(540)의 비동기 펄스폭 가변 제어시, 발생할 수 있는, 전류 피크 등을 저감하여, 전류 품질을 개선하기 위한 방안을 제시한다. 이에 대해서는, 도 4 이하를 참조하여 기술한다.In the present invention, a method for improving current quality by reducing current peaks, which may occur during variable control of the asynchronous pulse width of the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 회로도이고, 도 5a 내지 도 7c는 도 4의 전력변환장치의 설명에 참조되는 도면이다.4 is a circuit diagram of a power conversion device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 5A to 7C are views referenced for explanation of the power conversion device of FIG. 4.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(500)는, 인버터(540)와, 인버터(540)를 제어하는 제어부(550), 필터부(570)를 구비할 수 있다.Referring to FIG. 4, a
인버터(540)는, 서로 직렬 접속되는 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)를 포함하는 제1 레그(lega)와, 서로 직렬 접속되는 제3 스위칭 소자(SW3)와 제4 스위칭 소자(SW4)를 포함하는 제2 레그(legb)를 구비할 수 있다. 이때, 제1 레그(lega)와, 제2 레그(legb)는 서로 병렬 접속된다.The
한편, 본 발명의 실시예에 따라, 제어부(550)는, 인버터(540)의 제1 레그(lega)와 제2 레그(legb)의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하며, 인버터 출력 전압의 제로 크로싱 시점에, 제2 레그(legb) 내의 스위칭 소자(SW3,SW4)는 오프되고, 제1 스위칭 소자(SW1) 또는 제2 스위칭 소자(SW2)가 스위칭하도록 제어한다. On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the
한편, 제어부(550)는, 제2 레그(legb) 내의 제3 스위칭 소자(SW3)와 제4 스위칭 소자(SW4)의 스위칭 주파수 보다 제1 레그(lega) 내의 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)의 스위칭 주파수가 더 크도록 제어할 수 있다. On the other hand, the
한편, 제어부(550)는, 제2 레그(legb) 내의 제3 스위칭 소자(SW3)와 제4 스위칭 소자(SW4)의 스위칭 주파수가, 게통 주파수와 동일하도록 제어할 수 있다. Meanwhile, the
예를 들어, 제1 레그(lega)의 스위칭 주파수는 고속 스위칭 주파수로서, 계통 주파수인 50Hz 또는 60Hz 보다 높은 수KHz 내지 수백 KHz일 수 있다. For example, the switching frequency of the first leg is a high-speed switching frequency, and may be several KHz to several hundreds KHz higher than the grid frequency of 50 Hz or 60 Hz.
한편, 제2 레그(legb)의 스위칭 주파수는, 자속 스위칭 주파수로서, 계통 주파수인 50Hz 또는 60Hz일 수 있다.Meanwhile, the switching frequency of the second leg is a magnetic flux switching frequency, and may be a system frequency of 50 Hz or 60 Hz.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서, 인버터 출력 전압의 제로 크로싱 시점 부근에서, 인버터(540)의 스위칭 소자(SW1~SW4)의 턴 오프에 따른 피크 전류 발생 등을 방지를 위해, 제2 레그(legb) 내의 스위칭 소자(SW3,SW4)는 오프되고, 제1 스위칭 소자(SW1) 또는 제2 스위칭 소자(SW2)가 스위칭하도록 제어한다. On the other hand, according to an embodiment of the present invention, while performing asynchronous pulse width variable control, the peak current generated by turning off the switching elements SW1 to SW4 of the
이에 따라, 출력되는 교류 전원의 품질을 향상시킬 수 있게 된다. 특히, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. 또한, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행할 수 있게 된다.Accordingly, it is possible to improve the quality of the output AC power. In particular, it is possible to improve the current distortion of the output AC power supply while performing asynchronous pulse width variable control. In addition, it is possible to perform power factor control while performing asynchronous pulse width variable control.
한편, 제어부(550)는, 인버터(540)의 제1 레그(lega)와 제2 레그(legb)의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하며, 인버터 출력 전압이 정극성에서 부극성으로 변하는 제로 크로싱 시점(도 5a, 도 5b의 Tzca 또는 도 6a, 도 6b의 Tzcb)에, 제2 레그(legb) 내의 스위칭 소자(SW3,SW4)는 오프되고, 제1 스위칭 소자(SW1) 또는 제2 스위칭 소자(SW2)가 스위칭하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. On the other hand, the
한편, 제어부(550)는, 제4 스위칭 소자(SW4)가 오프된 제1 시점부터 제3 스위칭 소자(SW3)가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 인버터(540)에서 환류 모드가 수행되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. On the other hand, the
한편, 제어부(550)는, 제4 스위칭 소자(SW4)가 오프된 제1 시점부터 제3 스위칭 소자(SW3)가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 제1 스위칭 소자(SW1) 또는 제2 스위칭 소자(SW2)가 스위칭하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. Meanwhile, the
필터부(570)는, 인버터(530)의 출력단에 배치되는 인덕터(La)와, 커패시터(Ca)를 구비할 수 있다.The
이에 의하면, 비동기 펄스폭 가변 제어에 의해 동작하는 인버터(540)를 고려하여, 비대칭 형태로 필터부(570)를 구현함으로써, 인버터(540)의 출력단에서의 커몬 모드 전압을 저감할 수 있게 된다. 또한, 출력 전류의 종합 고조파 왜형률(THD)을 저감할 수 있게 된다.Accordingly, by implementing the
도 5a는 인버터(540)에서 출력되는 전류(Igxa)가 전압(Vgxa) 보다 느린 지상인 경우를 예시한다.5A illustrates a case in which the current Igxa output from the
한편, 도면에서와 같이, 인버터(540)에서 출력되는 출력 전압(Vgxa)은, Zca에서 제로 크로싱될 수 있다. 특히, Zca 지점은, 인버터(540)에서 출력되는 출력 전압(Vgxa)이 정극성의 전압을 가지다가, 부극성의 전압으로 변화되는 시점에 대응한다.Meanwhile, as shown in the drawing, the output voltage Vgxa output from the
인버터 출력 전압 검출부(F)는, 인버터(540)에서 출력되는 전압(vc3)을 검출할 수 있으며, 제어부(550)는, 인버터(540)에서 출력되는 전압(vc3) 중 특히 제로 크로싱 지점(Zca)을 검출할 수 있다.The inverter output voltage detection unit F may detect the voltage vc3 output from the
도 5b는 인버터(540)에서 출력되는 전류가 지상인 경우, 인버터(540)의 스위칭 소자들의 스위칭 파형을 도시한 도면이다.5B is a diagram illustrating switching waveforms of switching elements of the
도면을 참조하면, 제어부(550)는, 인버터(540)에서 출력되는 전류가 지상인 경우, 도 5b와 같이, 제4 스위칭 소자(SW4)가 오프된 제1 시점(Taa)부터, 제3 스위칭 소자(SW3)가 온 되는 제2 시점(Tbb) 사이의 구간(Pda) 중에, 제1 스위칭 소자(SW1)가 턴 온되어 스위칭하도록 제어할 수 있다. Referring to the drawing, when the current output from the
도면에서는, 제1 시점(Taa)부터, 제3 스위칭 소자(SW3)가 온 되는 제2 시점(Tbb) 사이의 구간(Pda) 중의 Ta1 시점에, 제1 스위칭 소자(SW1)가 턴 온되어 스위칭하는 것을 예시한다.In the drawing, the first switching element SW1 is turned on at a point in time Ta1 during the period Pda between the first point in time Taa and the second point in time Tbb when the third switching element SW3 is turned on. Illustrate what to do.
이에 의하면, 종래의 3b와 비교하여, 인버터(540) 내의 스위칭이 수행되지 않았던, Pda 구간 동안, 제1 스위칭 소자(SW1)가 턴 온되어 스위칭하게 된다.According to this, compared to the conventional 3b, during the Pda period in which the switching in the
한편, 외부로 교류 전원을 출력하는 전력 공급 모드에 대응하는, Pd4a, Pd3a 구간 동안, 각 스위칭 소자의 스위칭에 따라, 턴 온되는 스위칭 소자를 통해, 전류 패쓰가 형성된다.On the other hand, during the Pd4a and Pd3a periods corresponding to the power supply mode for outputting AC power to the outside, a current path is formed through the switching element that is turned on according to the switching of each switching element.
그리고, Pda 구간 동안, 환류 모드가 수행되어, 도 5c 또는 도 5d와 같이, 제1 스위칭 소자(SW1)와, 제3 스위칭 소자(SW3)에 병렬 접속되는 다이오드 소자(D3)를 통해, 제1 전류 패쓰(path1)가 형성될 수 있다.And, during the Pda period, the reflux mode is performed, and the first switching element SW1 and the diode element D3 connected in parallel to the third switching element SW3 as shown in FIG. 5C or 5D are used. A current path (path1) may be formed.
즉, 제어부(550)는, 도 5a와 같이, 인버터(540)에서 출력되는 전류가 지상인 경우, 제1 스위칭 소자(SW1)와, 제3 스위칭 소자(SW3)에 병렬 접속되는 다이오드 소자(D3)를 통해, 제1 전류 패쓰(path1)가 형성되도록 제어할 수 있다. That is, as shown in FIG. 5A, when the current output from the
이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행하여, 도 5e와 같이, 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. 특히, Pda 구간 동안의 출력 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. Accordingly, power factor control is performed while performing asynchronous pulse width variable control, and as shown in FIG. 5E, current distortion of the output AC power can be improved. In particular, it is possible to improve the current distortion of the output AC power supply during the Pda period.
도 5e는 지상 전류(Iga)의 파형과 전압 파형(Vga)에 피크 전류가 제거되어 전류 품질과 전압 품질이 개선된 것을 예시한다.5E illustrates that the peak current is removed from the waveform of the ground current Iga and the voltage waveform Vga, thereby improving current quality and voltage quality.
한편, 제어부(550)는, 인버터(540)에서 출력되는 전류가 지상인 경우, 제1 시점(Taa)에, 제2 스위칭 소자(SW2)가 오프되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행하여, 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. Meanwhile, when the current output from the
한편, 제어부(550)는, 제4 스위칭 소자(SW4)가 오프된 제1 시점(Taa)부터 제3 스위칭 소자(SW3)가 온 되는 제2 시점(Tbb) 사이의 구간(Pda) 중에, 제1 스위칭 소자(SW1) 또는 제2 스위칭 소자(SW2)의 스위칭 주파수가, 제2 레그(legb) 내의 제3 스위칭 소자(SW3)와 제4 스위칭 소자(SW4)의 스위칭 주파수 보다, 더 크도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. On the other hand, the
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(500)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 인버터(540)에서 출력되는 출력 전압(Vc3)을 검출하는 출력 전압 검출부(F)와, 인버터(540)에서 출력되는 출력 전류(Ic3)를 검출하는 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행할 수 있게 된다. On the other hand, the
한편, 제어부(550)는, 출력 전압과, 출력 전류에 기초하여, 역률을 연산할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행할 수 있게 된다. Meanwhile, the
예를 들어, 제어부(550)는, Pd4a, Pd3a 구간 동안, 인버터(540)에서 출력되는 전압과, 전류 사이의 역률을 조정하기 위한 역률 조정을 수행할 수 있다.For example, the
구체적으로, Pd4a 구간 동안, 제4 스위칭 소자(SW4)는 온, 제3 스위칭 소자(SW3)는 오프되며, 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)는 교호하게 스위칭된다.Specifically, during the Pd4a period, the fourth switching element SW4 is turned on, the third switching element SW3 is turned off, and the first switching element SW1 and the second switching element SW2 are alternately switched.
한편, Pd3a 구간 동안, 제4 스위칭 소자(SW4)는 오프, 제3 스위칭 소자(SW3)는 온되며, 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)는 교호하게 스위칭된다.Meanwhile, during the Pd3a period, the fourth switching element SW4 is turned off, the third switching element SW3 is turned on, and the first switching element SW1 and the second switching element SW2 are alternately switched.
한편, 제어부(550)는, Pda 구간 동안, 인버터(540)에서 출력되는 전압과, 전류 사이의 역률을 조정하기 위한 역률 조정을 수행할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 제어부(550)는, 연산된 역률에 따라, 제1 레그(lega) 내의 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)의 스위칭 주파수를 가변할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행할 수 있게 된다. Meanwhile, the
한편, 제어부(550)는, 연산된 역률에 따라, 제4 스위칭 소자(SW4)가 오프된 제1 시점(Taa)부터 제3 스위칭 소자(SW3)가 온 되는 제2 시점(Tbb) 사이의 구간(Pda) 중의, 제1 스위칭 소자(SW1) 또는 제2 스위칭 소자(SW2)의 스위칭 타이밍을 가변할 수 있다. On the other hand, the
예를 들어, 제어부(550)는, 연산된 역률이 작을수록, 제1 스위칭 소자(SW1) 또는 제2 스위칭 소자(SW2)의 스위칭 타이밍인 Ta1이, Taa에 더 가까워지도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행하여, 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. For example, as the calculated power factor decreases, the
도 6a는 인버터(540)에서 출력되는 전류(Igba)가 전압(Vgba) 보다 앞서는 진상인 경우를 예시한다.FIG. 6A illustrates a case in which the current Igba output from the
한편, 도면에서와 같이, 인버터(540)에서 출력되는 출력 전압(Vgba)은, Zcb에서 제로 크로싱될 수 있다. 특히, Zcb 지점은, 인버터(540)에서 출력되는 출력 전압(Vgba)이 정극성의 전압을 가지다가, 부극성의 전압으로 변화되는 시점에 대응한다.Meanwhile, as shown in the drawing, the output voltage Vgba output from the
인버터 출력 전압 검출부(F)는, 인버터(540)에서 출력되는 전압(vc3)을 검출할 수 있으며, 제어부(550)는, 인버터(540)에서 출력되는 전압(vc3) 중 특히 제로 크로싱 지점(Zcb)을 검출할 수 있다.The inverter output voltage detection unit F may detect the voltage vc3 output from the
도 6b는 인버터(540)에서 출력되는 전류가 진상인 경우, 인버터(540)의 스위칭 소자들의 스위칭 파형을 도시한 도면이다.FIG. 6B is a diagram illustrating switching waveforms of switching elements of the
도면을 참조하면, 제어부(550)는, 인버터(540)에서 출력되는 전류가 진상인 경우, 도 6b와 같이, 제4 스위칭 소자(SW4)가 오프된 제1 시점(Tba)부터, 제3 스위칭 소자(SW3)가 온 되는 제2 시점(Tbb) 사이의 구간(Pdb) 중에, 제2 스위칭 소자(SW2)가 턴 온되어 스위칭하도록 제어할 수 있다. Referring to the drawing, when the current output from the
도면에서는, 제1 시점(Tba)부터, 제3 스위칭 소자(SW3)가 온 되는 제2 시점(Tbb) 사이의 구간(Pdb) 중의 Tb1 시점까지, 제2 스위칭 소자(SW2)가 계속 스위칭하는 것을 예시한다.In the drawing, the second switching element SW2 continues to switch from the first point in time Tba to the point in time Tb1 in the period Pdb between the second point in time Tbb when the third switching element SW3 is turned on. Illustrate.
이에 의하면, 종래의 3b와 비교하여, 인버터(540) 내의 스위칭이 수행되지 않았던, Pdb 구간 동안, 제2 스위칭 소자(SW2)가 스위칭하게 된다.Accordingly, compared with the conventional 3b, the second switching element SW2 is switched during the Pdb period in which the switching in the
한편, 외부로 교류 전원을 출력하는 전력 공급 모드에 대응하는, Pd4b, Pd3b 구간 동안, 각 스위칭 소자의 스위칭에 따라, 턴 온되는 스위칭 소자를 통해, 전류 패쓰가 형성된다.Meanwhile, during the Pd4b and Pd3b periods corresponding to the power supply mode for outputting AC power to the outside, a current path is formed through the switching element that is turned on according to the switching of each switching element.
그리고, Pdb 구간 동안, 환류 모드가 수행되어, 도 6c 또는 도 6d와 같이, 제2 스위칭 소자(SW2)와, 제4 스위칭 소자(SW4)에 병렬 접속되는 다이오드 소자(D4)를 통해, 제2 전류 패쓰(path2)가 형성될 수 있다.And, during the Pdb period, the reflux mode is performed, and the second switching element SW2 and the diode element D4 connected in parallel to the fourth switching element SW4, as shown in FIG. 6C or 6D, A current path (path2) may be formed.
즉, 제어부(550)는, 도 6a와 같이, 인버터(540)에서 출력되는 전류가 진상인 경우, 제2 스위칭 소자(SW2)와, 제4 스위칭 소자(SW4)에 병렬 접속되는 다이오드 소자(D4)를 통해, 제2 전류 패쓰(path2)가 형성되도록 제어할 수 있다. That is, as shown in FIG. 6A, when the current output from the
이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행하여, 도 6e와 같이, 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. 특히, Pdb 구간 동안의 출력 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. Accordingly, power factor control is performed while performing asynchronous pulse width variable control, so that current distortion of the output AC power can be improved as shown in FIG. 6E. In particular, it is possible to improve the current distortion of the output AC power during the Pdb period.
도 6e는 진상 전류(Igb)의 파형과 전압 파형(Vgb)에 피크 전류가 제거되어 전류 품질과 전압 품질이 개선된 것을 예시한다.6E illustrates that the peak current is removed from the waveform of the leading current Igb and the voltage waveform Vgb, so that the current quality and the voltage quality are improved.
한편, 제어부(550)는, 인버터(540)에서 출력되는 전류가 진상인 경우, 제2 시점(Tbb)에, 제1 스위칭 소자(SW1)가 턴 온되되어 스위칭하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행하여, 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. Meanwhile, when the current output from the
한편, 제어부(550)는, 제4 스위칭 소자(SW4)가 오프된 제1 시점(Tba)부터 제3 스위칭 소자(SW3)가 온 되는 제2 시점(Tbb) 사이의 구간(Pdb) 중에, 제1 스위칭 소자(SW1) 또는 제2 스위칭 소자(SW2)의 스위칭 주파수가, 제2 레그(legb) 내의 제3 스위칭 소자(SW3)와 제4 스위칭 소자(SW4)의 스위칭 주파수 보다, 더 크도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. On the other hand, the
한편, 제어부(550)는, 출력 전압 검출부(F)로부터의 출력 전압과, 출력 전류 검출부(E)로부터의 출력 전류에 기초하여, 역률을 연산할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행할 수 있게 된다. Meanwhile, the
예를 들어, 제어부(550)는, Pd4b, Pd3b 구간 동안, 인버터(540)에서 출력되는 전압과, 전류 사이의 역률을 조정하기 위한 역률 조정을 수행할 수 있다.For example, the
구체적으로, Pd4b 구간 동안, 제4 스위칭 소자(SW4)는 온, 제3 스위칭 소자(SW3)는 오프되며, 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)는 교호하게 스위칭된다.Specifically, during the Pd4b period, the fourth switching element SW4 is turned on, the third switching element SW3 is turned off, and the first switching element SW1 and the second switching element SW2 are alternately switched.
한편, Pd3b 구간 동안, 제4 스위칭 소자(SW4)는 오프, 제3 스위칭 소자(SW3)는 온되며, 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)는 교호하게 스위칭된다.Meanwhile, during the Pd3b period, the fourth switching element SW4 is turned off, the third switching element SW3 is turned on, and the first switching element SW1 and the second switching element SW2 are alternately switched.
한편, 제어부(550)는, Pdb 구간 동안, 인버터(540)에서 출력되는 전압과, 전류 사이의 역률을 조정하기 위한 역률 조정을 수행할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 제어부(550)는, 연산된 역률에 따라, 제1 레그(legb) 내의 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)의 스위칭 주파수를 가변할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행할 수 있게 된다. Meanwhile, the
한편, 제어부(550)는, 연산된 역률에 따라, 제4 스위칭 소자(SW4)가 오프된 제1 시점(Tba)부터 제3 스위칭 소자(SW3)가 온 되는 제2 시점(Tbb) 사이의 구간(Pdb) 중의, 제1 스위칭 소자(SW1) 또는 제2 스위칭 소자(SW2)의 스위칭 타이밍을 가변할 수 있다. On the other hand, the
예를 들어, 제어부(550)는, 연산된 역률이 작을수록, 제1 스위칭 소자(SW1) 또는 제2 스위칭 소자(SW2)의 턴 오프 타이밍인 Tb1이, Tbb에 더 가까워지도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행하여, 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. For example, as the calculated power factor decreases, the
도 7a 내지 도 7c는, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 동작 방법을 도시하는 도면이다.7A to 7C are diagrams showing a method of operating a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
도 7a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(500)는, 인버터(540), 필터부(570)을 구비할 수 있으며, 인버터(540)에서 출력되는 전류 및 전압은 필터부(570)를 거쳐, 외부의 그리드로 출력될 수 있다.Referring to FIG. 7A, a
도 7b는 인버터(540)에서 출력되는 전압의 제로 크로싱 지점(Zc)을 예시하는 도면이다.7B is a diagram illustrating a zero crossing point Zc of a voltage output from the
제어부(550)는, 인버터 출력 전압의 제로 크로싱 지점(Zc)을 포함하는 구간(Pdc)에서 역률 제어가 수행되며, 인버터 출력 전압의 제로 크로싱 부근(Zc)에서 고속 스위칭을 수행하도록 제어할 수 있다.The
특히, 제어부(550)는, 인버터(540)의 제1 레그(lega)와 제2 레그(legb)의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하며, 제4 스위칭 소자(SW4)가 오프된 제1 시점((도 5a의 Taa)부터 제3 스위칭 소자(SW3)가 온 되는 제2 시점(Tab) 사이의 구간 중에, 제2 레그(legb)의 스위칭 주파수는, 제1 시점(Taa) 이전의 제2 레그(legb)의 스위칭 주파수 보다 높도록 제어할 수 있다.In particular, the
즉, 도 7c와 같이, 제1 시점(Taa) 이전의 Pma 구간, 제2 시점(Tab) 이후의 Pmb 구간 동안, 제어부(550)는, 인버터(540)의 제1 레그(lega)와 제2 레그(legb)의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어할 수 있다.That is, as shown in FIG. 7C, during the Pma section before the first point in time Taa and the Pmb section after the second point in time Tab, the
이때, 제1 레그(lega)의 스위칭 주파수는 수 KHz 내지 수 백 KHz 사이일 수 있으며, 제2 레그(legb)의 스위칭 주파수는 계통 주파수일 수 있다.At this time, the switching frequency of the first leg may be between several KHz and several hundred KHz, and the switching frequency of the second leg may be a system frequency.
한편, 제어부(550)는, 제로 크로싱 시점(Tzc)을 포함하는 구간(Po1) 동안, 역률 제어를 수행하면서, 제2 레그(legb)의 스위칭 주파수가, 제1 시점(Taa) 이전의 Pma 구간, 제2 시점(Tab) 이후의 Pmb 구간 동안의 스위칭 주파수 보다 높아지도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the
예를 들어, 제어부(550)는, 제로 크로싱 시점(Tzc)을 포함하는 구간(Po1) 동안, 제2 레그(legb)의 스위칭 주파수가 수 KHz 내지 수 백 KHz 사이가 되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다.For example, the
또한, 제로 크로싱 시점(Tzc)을 포함하는 구간(Po1) 동안, 계통 방향은 물론, 인버터 방향으로의 양방향 전류 패쓰의 형성이 가능하게 된다. In addition, during the period Po1 including the zero crossing point Tzc, it is possible to form a bidirectional current path in the direction of the inverter as well as the system direction.
도 8은 도 4의 제어부의 내부 블록도의 일예이다.8 is an example of an internal block diagram of the control unit of FIG. 4.
도면을 참조하면, 제어부(550)는, 무효 전력 연산부(810)와, 전압 지령치 생성부(811)와, 스위칭 제어 신호 출력부(850)를 포함할 수 있다.Referring to the drawings, the
무효 전력 연산부(810)는, 출력 전류 검출부(E)로부터의 인버터(540)의 출력 전류(Ig)에 기초하여 무효 전력을 연산하고, 연산된 무효 전력에 기초한 전류 지령치를 출력할 수 있다. 이에 따라, 무효 전력 연산부(810)는, 전류 지령치 생성부라 명명할 수도 있다.The reactive
한편, 무효 전력 연산부(810)는, 역률 지령치(PFref)와 인버터(540)의 출력 전류(Ig)에 기초하여 무효 전력을 연산하고, 연산된 무효 전력에 기초하여, d축 전류 지령치(Idref)를 출력할 수 있다.Meanwhile, the reactive
전압 지령치 생성부(811)는, d축 전압 지령치 생성부(812)와, q축 전압 지령치 생성부(811)를 구비할 수 있다.The voltage command
q축 전압 지령치 생성부(811)는, 입력되는 q축 전류 지령치(Iqref)에 기초하여, q축 전압 지령치(Vqref)를 생성할 수 있다.The q-axis voltage command
d축 전압 지령치 생성부(812)는, 입력되는 d축 전류 지령치(Idref)에 기초하여, d축 전압 지령치(Vdref)를 생성할 수 있다.The d-axis voltage command value generator 812 may generate the d-axis voltage command value Vdref based on the input d-axis current command value Idref.
제어부(550)는, 위상 검출부(822), 제로 크로싱 검출부(824), 변환부(820) 등을 더 포함할 수 있다.The
위상 검출부(822)는, 출력 전압 검출부(F)와 출력 전류 검출부(E)로부터의 출력 전압과, 출력 전류에 기초하여, 출력 전압과, 출력 전류 사이의 위상 차이(θ)를 검출할 수 있다.The
제로 크로싱 검출부(824)는, 출력 전압 검출부(F)로부터의 출력 전압에 기초하여, 제로 크로싱 지점을 검출할 수 있다.The zero
변환부(820)는, 입력되는 q축 전압 지령치(Vqref), d축 전압 지령치(Vdref), 위상 차이(θ)에 기초하여, 전압 지령치(Vref)를 출력할 수 있다.The
다음, 스위칭 제어 신호 출력부(850)는, 전압 지령치(Vref)에 기초하여, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.Next, the switching control
한편, 본 발명의 실시예와 관련하여, 스위칭 제어 신호 출력부(850)는, 전압 지령치(Vref), 및 제로 크로싱 지점에 기초하여, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.Meanwhile, in relation to an embodiment of the present invention, the switching control
구체적으로, 스위칭 제어 신호 출력부(850)는, 인버터(540)의 제1 레그(lega)와 제2 레그(legb)의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하며, 인버터 출력 전압의 제로 크로싱 시점에, 제2 레그(legb) 내의 스위칭 소자(SW3,SW4)는 오프되고, 제1 스위칭 소자(SW1) 또는 제2 스위칭 소자(SW2)가 스위칭하기 위한, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.Specifically, the switching control
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(850)는, 인버터 출력 전압의 제로 크로싱 시점을 포함하는 구간(Pda) 동안, 도 5b와 같이, 제2 레그(legb) 내의 스위칭 소자(SW3,SW4)는 오프되고, 제1 스위칭 소자(SW1) 또는 제2 스위칭 소자(SW2)가 스위칭하기 위한, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.On the other hand, the switching control
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(850)는, 인버터 출력 전압의 제로 크로싱 시점 이전의 구간(PD4a)과 이후의 구간(Pd3a) 동안, 제1 레그(lega)와 제2 레그(legb)의 스위칭 주파수가 다른, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.Meanwhile, the switching control
에 따라, 출력되는 교류 전원의 품질을 향상시킬 수 있게 된다. 특히, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 출력되는 교류 전원의 전류 왜곡을 개선할 수 있게 된다. 또한, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하면서 역률 제어를 수행할 수 있게 된다.Accordingly, it is possible to improve the quality of the output AC power. In particular, it is possible to improve the current distortion of the output AC power supply while performing asynchronous pulse width variable control. In addition, it is possible to perform power factor control while performing asynchronous pulse width variable control.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈 내의 전력변환장치의 회로도이고, 도 10 내지 도 12는 도 9의 전력변환장치의 설명에 참조되는 도면이다.9 is a circuit diagram of a power conversion device in a photovoltaic module according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 10 to 12 are views referenced for explanation of the power conversion device of FIG. 9.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 컨버터(530)는, 직류 전원에 대한 스위칭을 수행하는 풀 브릿지 스위칭부(532)와, 풀 브릿지 스위칭부(532)의 출력단에 입력측이 접속되는 트랜스포머(536)와, 트랜스포머(536)의 출력측에 접속되는 동기 정류부(538)와, 트랜스포머(536)와 동기 정류부(538) 사이에 접속되는, 공진 커패시터(Cr)와 공진 인덕터(Lr)를 구비할 수 있다.Referring to the drawings, a
특히. 공진 커패시터(Cr)와 공진 인덕터(Lr), 및 트랜스포머(536)에 의한 공진에 의해, 입력 전류의 리플이 저감될 수 있게 된다.Especially. By resonance by the resonance capacitor Cr, the resonance inductor Lr, and the
한편, 공진 커패시터(Cr)와 공진 인덕터(Lr) 등에 의해, 풀 브릿지 스위칭부(532) 내의 각 스위칭 소자(Q1 ~Q4)는, 영전압 스위칭(ZVS), 영전류 스위칭(ZCS)을 수행할 수 있다.On the other hand, by the resonance capacitor (Cr) and the resonance inductor (Lr), each switching element (Q1 ~ Q4) in the full
도면에서와 같이, 풀 브릿지 스위칭부(532)는, 서로 병렬 접속되는 제5 내지 제6 스위칭 소자(Q1,Q2)와, 제5 내지 제6 스위칭 소자(Q1,Q2)에 각각 직렬 접속되는 제7 내지 제8 스위칭 소자(Q3,Q4)를 구비할 수 있다.As shown in the drawing, the full-
그리고, 제5 스위칭 소자(Q1)와 제6 스위칭 소자(Q2)의 사이인 제1 노드(n1)와, 제7 스위칭 소자(Q3)와 제8 스위칭 소자(Q4)의 사이인 제2 노드(n2) 사이에, 트랜스포머(536)의 입력측(na,nb)이 접속될 수 있다.In addition, a first node n1 between the fifth switching element Q1 and the sixth switching element Q2, and a second node between the seventh switching element Q3 and the eighth switching element Q4 ( Between n2), the input sides (na, nb) of the
한편, 인버터(570)는, 서로 직렬 연결되는 제1 및 제2 스위칭 소자(SW1, SW2)와, 서로 직렬 연결되는 제3 및 제4 스위칭 소자(SW3, SW4)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the
제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2) 사이인 제5 노드(n5)와, 제3 스위칭 소자(SW3)와 제4 스위칭 소자(SW4) 사이인 제6 노드(n6)를 통해, 교류 전원이 출력될 수 있다.Through a fifth node (n5) between the first switching element (SW1) and the second switching element (SW2), and a sixth node (n6) between the third switching element (SW3) and the fourth switching element (SW4) , AC power can be output.
한편, 도면에서와 같이, 동기 정류부(538)는, 서로 직렬 접속되는 제9 스위칭 소자(S1), 및 제10 스위칭 소자(S2)와, 서로 직렬 접속되는 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다.Meanwhile, as shown in the drawing, the
이때, 제9 스위칭 소자(S1), 제10 스위칭 소자(S2)와, 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2)는, 서로 병렬 접속될 수 있다.In this case, the ninth switching element S1, the tenth switching element S2, and the first capacitor C1 and the second capacitor C2 may be connected in parallel with each other.
제9 스위칭 소자(S1)와 제10 스위칭 소자(S2) 사이인 제3 노드(n3)와, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)의 사이인 제4 노드(n4) 사이에, 트랜스포머(536)의 출력측이 접속될 수 있다. Between the third node (n3) between the ninth switching element (S1) and the tenth switching element (S2) and the fourth node (n4) between the first capacitor (C1) and the second capacitor (C2), The output side of the
한편, 동기 정류부(538)는, 하프 브릿지 형태로 구현되므로, 하프 브릿지 스위칭부라 명명될 수 있다.Meanwhile, since the
한편, 동기 정류부(538)는, 입력 전압을 2배로 증폭하여 출력하므로, 전압 더블러(voltage doubler)라 명명할 수도 있다.Meanwhile, since the
한편, 제어부(550)는, 컨버터(530)와 인버터(570)를 함께 제어할 수 있다.Meanwhile, the
특히, 제어부(550)는, 최대 전력 지점 추종 제어를 위해, 컨버터(530) 내의 풀 브릿지 스위칭부(532)에 제어 신호(Sfb)를 출력할 수 있다.In particular, the
한편, 제어부(550)는, 동기 정류부(538)의 제어를 위해, 동기 정류부(538)에 제어 신호(Shb)를 출력할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 제어부(550)는, 인버터(540)의 제어를 위해, 인버터(540)에 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 제어부(550)는, 컨버터(530)의 입력 전압 또는 dc단 커패시터(C)의 전압에 기초하여, 풀 브릿지 스위칭부(532)의 스위칭 주파수를 가변할 수 있다.Meanwhile, the
구체적으로, 제어부(550)는, dc단 커패시터(C)의 전압 레벨에 따라, 풀 브릿지 스위칭부(532)가 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.Specifically, the
한편, 제어부(550)는, dc단 커패시터(C)의 전압이 목표 전압 이상인 경우, 풀 브릿지 스위칭부(532)가, 벅 모드로 동작하도록 제어하고, dc단 커패시터(C)의 전압이 목표 전압 미만인 경우, 하프 브릿지 스위칭부인 동기 정류부(538)가 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 제어부(550)는, dc단 커패시터(C)의 전압이 목표 전압 이상인 경우, 풀 브릿지 스위칭부(532)가 벅 모드로 동작하고, 풀 브릿지 스위칭부(532)가 제1 스위칭 주파수(도 10의 1/Tsa=Fsa)로 동작하도록 제어하며, dc단 커패시터(C)의 전압이 목표 전압 미만인 경우, 하프 브릿지 스위칭부인 동기 정류부(538)가 부스트 모드로 동작하고, 풀 브릿지 스위칭부(532)와, 동기 정류부(538)가 제1 스위칭 주파수(도 10의 1/Tsa=Fsa) 보다 낮은 제2 스위칭 주파수(도 11의 1/Tsb=Fsb)로 동작하도록 제어할 수 있다. On the other hand, the
한편, 풀 브릿지 스위칭부(532)의 스위칭 주파수는, 계통 주파수 보다 큰 것이 바람직하다. On the other hand, it is preferable that the switching frequency of the full
예를 들어, 제1 스위칭 주파수는 135kHz일 수 있으나, 제2 스위칭 주파수는 90Khz일 수 있다. 이에 의하면, 고속 스위칭을 수행하므로, 컨버터(530) 내의 회로 소자의 소형화가 가능하게 된다. 특히, 트랜스포머(536)를 소형화할 수 있다 For example, the first switching frequency may be 135 kHz, but the second switching frequency may be 90 kHz. Accordingly, since high-speed switching is performed, the circuit elements in the
한편, 제어부(550)는, 벅 모드 또는 부스트 모드를 통해, 결국, dc단 커패시터(C)의 전압의 리플이 저감되도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 제어부(550)는, 인버터(540) 내의 복수의 스위칭 소자(SW1~SW4) 중 일부는 제3 스위칭 주파수에 따라 스위칭을 수행하고, 다른 일부는, 제3 스위칭 주파수 보다 높은 제4 스위칭 주파수에 따라 스위칭을 수행하도록 제어할 수 있다. On the other hand, the
즉, 제어부(550)는, 인버터(540)에 대해, 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행할 수 있다.That is, the
이때, 제3 스위칭 주파수가, 계통 주파수에 대응하며, 제4 스위칭 주파수가, 계통 주파수 보다 높으므로, 인버터(540)가 고속 스위칭을 수행할 수 있으며, 이에 따라, 전력변환장치 내의 회로 소자의 소형화가 가능하게 된다. 이에, 전력변환장치를 소형화할 수 있게 된다.At this time, since the third switching frequency corresponds to the grid frequency and the fourth switching frequency is higher than the grid frequency, the
한편, 제어부(550)는, 제5 및 제6 스위칭 소자(SW1,SW2)에 대해, 제4 스위칭 주파수로 동작하도록 제어하고, 제7 및 제8 스위칭 소자(SW3,SW4)에 대해, 제3 스위칭 주파수로 동작하도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 제어부(550)는, 제7 스위칭 소자(SW3)의 온 동안, 제5 스위칭 소자(SW1)와 제6 스위칭 소자(SW2)가, 펄스폭 가변 제어에 의한 스위칭을 수행하도록 제어하고, 제8 스위칭 소자(SW4)의 온 동안, 제6 스위칭 소자(SW2)와 제5 스위칭 소자(SW1)가, 펄스폭 가변 제어에 의한 스위칭을 수행하도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 인버터(540) 내의 복수의 스위칭 소자(SW1~SW4) 중 일부(SW3,SW4)와, 복수의 스위칭 소자(SW1~SW4) 중 다른 일부(SW1,SW2)는, 서로 다른 타입의 스위칭 소자일 수 있다. On the other hand, some (SW3, SW4) of the plurality of switching elements (SW1 to SW4) in the
한편, 인버터(540) 내의 복수의 스위칭 소자(SW1~SW4) 중 다른 일부(SW1,SW2)는, 예를 들어, 고속 스위칭을 수행하기 위한 스위칭 소자로서, 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터 또는 실리콘카바이드(SiC) 트랜지스터를 포함할 수 있으며, 이에 따라, 고속 스위칭시의 역회복 손실을 저감할 수 있게 된다.Meanwhile, some of the plurality of switching elements SW1 to SW4 in the inverter 540 (SW1, SW2) are, for example, switching elements for performing high-speed switching, such as a gallium nitride (GaN) transistor or a silicon carbide A (SiC) transistor may be included, and accordingly, reverse recovery loss during high-speed switching can be reduced.
한편, 인버터(540) 내의 복수의 스위칭 소자(SW1~SW4) 중 일부(SW3,SW4)는, 예를 들어, 저속 스위칭을 수행하는 스위칭 소자는, 금속산화물반도체전계효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함할 수 있다.Meanwhile, some of the plurality of switching elements SW1 to SW4 in the inverter 540 (SW3 and SW4) include, for example, a switching element that performs low-speed switching, a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET). I can.
도 10은 풀 브릿지 스위칭부(532)가 벅 모드로 동작하는 경우를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.10 is a diagram referenced to describe a case in which the full
도면을 참조하면, 도 10의 (a)는, dc단 커패시터(C)의 전압인 dc단 전압 파형(Vdca)을 나타낸다.Referring to the drawings, (a) of FIG. 10 shows a voltage waveform Vdca at the dc end, which is the voltage of the capacitor C at the dc end.
도 10의 (b)는, 제5 스위칭 소자(Q1)와 제8 스위칭 소자(Q4)의 게이트에 인가되는 스위칭 제어 신호(SQ1,SQ4)를 예시한다.FIG. 10B illustrates switching control signals SQ1 and SQ4 applied to gates of the fifth and eighth switching elements Q1 and Q4.
도 10의 (c)는, 제6 스위칭 소자(Q2)와 제7 스위칭 소자(Q3)의 게이트에 인가되는 스위칭 제어 신호(SQ2,SQ3)를 예시한다.FIG. 10C illustrates switching control signals SQ2 and SQ3 applied to gates of the sixth switching element Q2 and the seventh switching element Q3.
도 10의 (d)는, 제8 스위칭 소자(Q4)의 양단 전압 파형(VQ4), 및 전류 파형(IQ4)을 예시한다.10D illustrates the voltage waveform VQ4 and the current waveform IQ4 at both ends of the eighth switching element Q4.
벅 모드의 경우, 풀 브릿지 스위칭부(532) 내의 제5 스위칭 소자(Q1)와 제8 스위칭 소자(Q4), 제6 스위칭 소자(Q2)와 제7 스위칭 소자(Q3)가, 교번하여 턴 온되지 않고, 도면과 같이, 위상 시프트(phase shift)에 의해 일부 중첩될 수 있다.In the case of the buck mode, the fifth switching element Q1 and the eighth switching element Q4, the sixth switching element Q2 and the seventh switching element Q3 in the full
즉, 제5 스위칭 소자(Q1)와 제8 스위칭 소자(Q4)의 위상 차이가 180도로 고정되는 것이 아닌, 위상 시프트에 의해 위상 또는 턴 온 타이밍이 가변될 수 있다.That is, the phase difference between the fifth switching element Q1 and the eighth switching element Q4 is not fixed at 180 degrees, but a phase or turn-on timing may be changed by a phase shift.
도면에서는, 제5 스위칭 소자(Q1)와 제8 스위칭 소자(Q4)의 위상 차이가, DLa인 것을 예시한다.In the drawing, it is illustrated that the phase difference between the fifth switching element Q1 and the eighth switching element Q4 is DLa.
한편, 제어부(550)는, 벅 모드의 경우, 풀 브릿지 스위칭부(532)를 최대 스위칭 주파수로 동작시키고, 풀 브릿지 스위칭부(532) 내의 스위칭 소자의 위상 차이(DLa)를 가변할 수 있다.Meanwhile, in the case of the buck mode, the
한편, 제어부(550)는, dc단 커패시터(C)의 전압이 목표 전압 이상이며, dc단 커패시터(C)의 전압과 목표 전압과의 차이가 클수록, 풀 브릿지 스위칭부(532) 내의 스위칭 소자의 위상 차이(DLa)가 커지도록 제어할 수 있다.On the other hand, the
특히, 제어부(550)는, dc단 커패시터(C)의 전압과 목표 전압과의 차이가 클수록, 제5 스위칭 소자(Q1)와 제8 스위칭 소자(Q4)의 위상 차이(DLa)가, 커지도록 제어할 수 있다.In particular, the
한편, 제어부(550)는, 벅 모드의 경우, 풀 브릿지 스위칭부(532) 내의 제4 및 제3 스위칭 소자(Q4,Q3)의 턴 온 타이밍이, 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1,Q2)의 턴 온 타이밍 보다 지연되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, dc단 전압(Vdc)을 가변할 수 있게 된다.Meanwhile, in the case of the buck mode, in the case of the buck mode, the turn-on timing of the fourth and third switching elements Q4 and Q3 in the full
예를 들어, 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1,Q4)가, 턴 온 되는 경우, 전류가 흐를러, 공진 커패시터(Cr), 공진 인덕터(Lr)가 공진하게 된다.For example, when the first and fourth switching elements Q1 and Q4 are turned on, current flows, so that the resonance capacitor Cr and the resonance inductor Lr resonate.
그 후, 제8 스위칭 소자(Q4)가 턴 오프되고, 제7 스위칭 소자(Q3)가 턴 온되는 경우, 트랜스포머(536)에 흐르는 전류는 그라운드(GND) 또는 제로(zero)까지 하강하며, 컨버터(530)는, 컨버터는 불연속 모드(DCM Dis Continue Mode)로 동작하면서 2차측 스위치는 영전류 스위칭 (ZCS Zero Current Switching) 동작할 수 있다.Thereafter, when the eighth switching element Q4 is turned off and the seventh switching element Q3 is turned on, the current flowing through the
한편, 동기 정류부(537) 내의 스위칭 소자(Q9,Q10)는, 풀 브릿지 스위칭부(532) 내의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1,Q2) 등에 동기되어 스위칭될 수 있다.Meanwhile, the switching elements Q9 and Q10 in the synchronous rectifying unit 537 may be switched in synchronization with the first and second switching elements Q1 and Q2 in the full
한편, 제어부(550)는, dc단 커패시터(C)의 전압이 목표 전압 이상이며, dc단 커패시터(C)의 전압과 목표 전압과의 차이가 클수록, 턴온 타이밍 지연이 커지도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the
이에 따라, dc단 커패시터(C)의 전압이 목표 전압과의 차이를 저감할 수 있으며, 결국, 도 10의 (a)와 같은, 리플이 적은 dc단 전압 파형(Vdca)이 출력될 수 있다.Accordingly, a difference between the voltage of the dc terminal capacitor C and the target voltage may be reduced, and as a result, a dc terminal voltage waveform Vdca having less ripple as shown in FIG. 10A may be output.
한편, Ta 시점과 Tb 시점 등에서, 풀 브릿지 스위칭부(532) 내의 스위칭 소자의 영전압 턴 온 스위칭(705a,705b)이 수행되고, 영전압 턴 오프 스위칭(705a,705b)이 수행된다. 따라서, 고효율, 및 고승압의 전력 변환이 가능하게 된다.Meanwhile, zero voltage turn-on switching (705a, 705b) of the switching element in the full
한편, 제어부(550)는, 벅 모드의 경우, 풀 브릿지 스위칭부(532) 내의 제4 및 제3 스위칭 소자(Q4,Q3)의 턴 온 타이밍이, 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1,Q2)의 턴 온 타이밍 보다 지연되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, dc단 전압(Vdc)을 가변할 수 있게 된다.Meanwhile, in the case of the buck mode, in the case of the buck mode, the turn-on timing of the fourth and third switching elements Q4 and Q3 in the full
예를 들어, 제1 및 제4 스위칭 소자(Q1,Q4)가, 턴 온 되는 경우, 전류가 흐를러, 공진 커패시터(Cr), 공진 인덕터(Lr)가 공진하게 된다.For example, when the first and fourth switching elements Q1 and Q4 are turned on, current flows, so that the resonance capacitor Cr and the resonance inductor Lr resonate.
그 후, 제8 스위칭 소자(Q4)가 턴 오프되고, 제7 스위칭 소자(Q3)가 턴 온되는 경우, 트랜스포머(536)에 흐르는 전류는 그라운드(GND) 또는 제로(zero)까지 하강하며, 컨버터(530)는, 컨버터는 불연속 모드(DCM Dis Continue Mode)로 동작하면서 2차측 스위치는 영전류 스위칭 (ZCS Zero Current Switching) 동작할 수 있다.Thereafter, when the eighth switching element Q4 is turned off and the seventh switching element Q3 is turned on, the current flowing through the
한편, 동기 정류부(537) 내의 스위칭 소자(S1,S2)는, 풀 브릿지 스위칭부(532) 내의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1,Q2) 등에 동기되어 스위칭될 수 있다.Meanwhile, the switching elements S1 and S2 in the synchronous rectifying unit 537 may be switched in synchronization with the first and second switching elements Q1 and Q2 in the full
한편, 제어부(550)는, dc단 커패시터(C)의 전압이 목표 전압 이상이며, dc단 커패시터(C)의 전압과 목표 전압과의 차이가 클수록, 턴온 타이밍 지연이 커지도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the
이에 따라, dc단 커패시터(C)의 전압이 목표 전압과의 차이를 저감할 수 있으며, 결국, 도 10의 (a)와 같은, 리플이 적은 dc단 전압 파형(Vdca)이 출력될 수 있다.Accordingly, a difference between the voltage of the dc terminal capacitor C and the target voltage may be reduced, and as a result, a dc terminal voltage waveform Vdca having less ripple as shown in FIG. 10A may be output.
한편, Ta 시점과 Tb 시점 등에서, 풀 브릿지 스위칭부(532) 내의 스위칭 소자의 영전압 턴 온 스위칭(705a,705b)이 수행되고, 영전압 턴 오프 스위칭(705a,705b)이 수행된다. 따라서, 고효율, 및 고승압의 전력 변환이 가능하게 된다.Meanwhile, zero voltage turn-on switching (705a, 705b) of the switching element in the full
도 11은 동기 정류부(537)가 부스트 모드로 동작하는 경우를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.11 is a diagram referred to for describing a case in which the synchronous rectifier 537 operates in a boost mode.
도면을 참조하면, 도 11의 (a)는, dc단 커패시터(C)의 전압인 dc단 전압 파형(Vdcb)을 나타낸다.Referring to the drawings, (a) of FIG. 11 shows the dc end voltage waveform Vdcb, which is the voltage of the dc end capacitor C.
도 11의 (b)는, 제5 스위칭 소자(Q1)와 제8 스위칭 소자(Q4)의 게이트에 인가되는 스위칭 제어 신호(SQ1,SQ4)를 예시한다.11B illustrates switching control signals SQ1 and SQ4 applied to the gates of the fifth and eighth switching elements Q1 and Q4.
도 11의 (c)는, 제6 스위칭 소자(Q2)와 제7 스위칭 소자(Q3)의 게이트에 인가되는 스위칭 제어 신호(SQ2,SQ3)를 예시한다.11C illustrates switching control signals SQ2 and SQ3 applied to the gates of the sixth switching element Q2 and the seventh switching element Q3.
도 11의 (d)는, 동기 정류부(537) 내의 제9 스위칭 소자(S1)와 제10 스위칭 소자(S10)의 게이트에 인가되는 스위칭 제어 신호(SS1,SS2)를 예시한다.11D illustrates switching control signals SS1 and SS2 applied to the gates of the ninth switching element S1 and the tenth switching element S10 in the synchronous rectifying unit 537.
도 11의 (e)는, 제8 스위칭 소자(Q4)의 양단 전압 파형(VQ4), 및 전류 파형(IQ4)을 예시한다.11E illustrates the voltage waveform VQ4 at both ends of the eighth switching element Q4 and the current waveform IQ4.
한편, 제어부(550)는, 부스트 모드의 경우, 도 11의 (b), 도 11의 (c)와 같이, 풀 브릿지 스위칭부(532) 내의 제5 스위칭 소자(Q1)와 제8 스위칭 소자(Q4), 제6 스위칭 소자(Q2)와 제7 스위칭 소자(Q3)가, 교번하여 턴 온되도록 제어할 수 있다.Meanwhile, in the case of the boost mode, the
한편, 제어부(550)는, 부스트 모드의 경우, 풀 브릿지 스위칭부(532)를 최소 스위칭 주파수로 동작시키고, 동기 정류부(538) 내의 스위칭 소자의 턴 온 듀티를 가변할 수 있다. 도 11의 (d)에서는, 턴 온 듀티로 DLb를 예시한다.Meanwhile, in the case of the boost mode, the
예를 들어, 제5 스위칭 소자(Q1)와 제8 스위칭 소자(Q4), 제6 스위칭 소자(Q2)와 제7 스위칭 소자(Q3)가, 교번하여 턴 온되는 동안, 동기 정류부(538) 내의 제9 스위칭 소자(S1), 및 제10 스위칭 소자(S2)의 듀티가 가변되면서, 턴 온된다. For example, while the fifth switching element Q1 and the eighth switching element Q4, the sixth switching element Q2 and the seventh switching element Q3 are alternately turned on, the
한편, 동기 정류부(537) 내의 제9 스위칭 소자(S1), 및 제10 스위칭 소자(S2)가 온 되는 동안, 공진 인덕터(Lr)에 에너지가 충전된다. 이에 의해, 승압이 수행되게 된다.Meanwhile, while the ninth switching element S1 and the tenth switching element S2 in the synchronous rectifier 537 are turned on, energy is charged in the resonance inductor Lr. Thereby, boosting is performed.
한편, 제어부(550)는, dc단 커패시터(C)의 전압이 목표 전압 미만이며, dc단 커패시터(C)의 전압과 목표 전압과의 차이가 클수록, 동기 정류부(538) 내의 제9 스위칭 소자(S1), 및 제10 스위칭 소자(S2)의 턴 온 듀티(DLb)가 커지도록 제어할 수 있다. Meanwhile, as the voltage of the dc terminal capacitor C is less than the target voltage, and the difference between the voltage of the dc terminal capacitor C and the target voltage increases, the ninth switching element in the synchronous rectifier 538 ( S1) and the turn-on duty DLb of the tenth switching element S2 may be controlled to increase.
한편, 제어부(550)는, dc단 커패시터(C)의 전압이 목표 전압 미만이며, dc단 커패시터(C)의 전압과 목표 전압과의 차이가 클수록, 동기 정류부(538) 내의 스위칭 소자의 턴 온 듀티가 커지도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the
이에 따라, dc단 커패시터(C)의 전압이 목표 전압과의 차이를 저감할 수 있으며, 결국, 도 11의 (a)와 같은, 리플이 적은 dc단 전압 파형(Vdca)이 출력될 수 있다.Accordingly, a difference between the voltage of the dc terminal capacitor C and the target voltage may be reduced, and as a result, a dc terminal voltage waveform Vdca having less ripple as shown in FIG. 11A may be output.
한편, T1 시점과 T2 시점 등에서, 풀 브릿지 스위칭부(532) 내의 스위칭 소자의 영전압 턴 온 스위칭(715a,715b)이 수행되고, 영전압 턴 오프 스위칭(715a,715b)이 수행된다. 따라서, 고효율, 및 고승압의 전력 변환이 가능하게 된다.Meanwhile, zero voltage turn-on switching 715a and 715b of the switching element in the full
도 12는 본 발명의 전력변환장치(500) 내의 제어부(550)의 내부 블록도를 도시하는 도면이다.12 is a diagram showing an internal block diagram of the
도면을 참조하면, 제어부(550)는, 입력 전압 검출부(B)로부터의 입력 전압(Vc1), dc단 전압 검출부(D)로부터의 dc단 전압(Vdc)을 입력받아, 풀 브릿지 스위칭부(532)가 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.Referring to the drawing, the
특히, 제어부(550)는, dc단 커패시터(C)의 전압 레벨에 따라, 풀 브릿지 스위칭부(532)가 벅 모드로 동작하거나, 동기 정류부(538)가 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.In particular, the
구체적으로, 제어부(550)는, dc단 커패시터(C)의 전압이 목표 전압 이상인 경우, 풀 브릿지 스위칭부(532)가 벅 모드로 동작하고, 풀 브릿지 스위칭부(532)와 동기 정류부(538)가 제1 스위칭 주파수로 동작하도록 제어하며, dc단 커패시터(C)의 전압이 목표 전압 미만인 경우, 동기 정류부(538)가 부스트 모드로 동작하고, 풀 브릿지 스위칭부(532)와 동기 정류부(538)가 제1 스위칭 주파수 보다 낮은 제2 스위칭 주파수로 동작하도록 제어할 수 있다.Specifically, the
한편, 제어부(550)는, 검출되는 dc단 전압과 목표 전압에 기초하여, dc단 커패시터(C)의 리플을 보상하는 리플 보상기(910)와, 보상된 리플에 기초하여, 풀 브릿지 스위칭부(532) 내의 스위칭 소자에 펄스폭을 제어하는 펄스폭 가변 제어기(920)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the
예를 들어, 리플 보상기(910)는, 검출되는 dc단 전압과 목표 전압의 차이가 클수록, 리플이 큰 것으로 판단하고, 리플이 작아지도록, 리플을 보상할 수 있다.For example, the
한편, 펄스폭 가변 제어기(920)는, 보상된 리플에 기초하여, 벅 모드에서의 풀 브릿지 스위칭부(532)의 위상 시프트 값 또는 부스트 모드에서의 동기 정류부(538) 내의 스위칭 소자의 턴 온 듀티를 설정할 수 있다.On the other hand, the pulse width
이에 따라, 제어부(550)는, 컨버터(530) 내의 풀 브릿지 스위칭부(532)에 제어 신호(Sfb)를 출력하고, 동기 정류부(538)의 제어를 위해, 동기 정류부(538)에 제어 신호(Shb)를 출력할 수 있다.Accordingly, the
한편, 제어부(550)는, 입력 전압(Vc1 또는 Vpv)의 전압 레벨에 따라, 풀 브릿지 스위칭부(532)가 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the
구체적으로, 제어부(550)는, 입력 전압(Vc1 또는 Vpv)의 전압이 기준 전압 이상인 경우, 풀 브릿지 스위칭부(532)가 벅 모드로 동작하고, 풀 브릿지 스위칭부(532)와 동기 정류부(538)가 제1 스위칭 주파수로 동작하도록 제어하며, 입력 전압(Vc1 또는 Vpv)의 전압이 기준 전압 미만인 경우, 동기 정류부(538)가 부스트 모드로 동작하고, 풀 브릿지 스위칭부(532)와 동기 정류부(538)가 제1 스위칭 주파수 보다 낮은 제2 스위칭 주파수로 동작하도록 제어할 수 있다.Specifically, the
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 동작 방법을 도시한 순서도이다. 13 is a flowchart illustrating a method of operating a solar module according to an embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 컨버터(530) 내의 입력 전압 검출부(B), dc단 전압 검출부(D)는, 각각 입력 전압(Vc1), dc단 전압(Vdc)을 검출한다(S1010).Referring to the drawing, the input voltage detection unit (B) and the dc terminal voltage detection unit (D) in the
다음, 제어부(550)는, 입력 전압 검출부(B)로부터의 입력 전압(Vc1), dc단 전압 검출부(D)로부터의 dc단 전압(Vdc)을 입력받아, 스위칭 주파수를 선택하고(S1020), 풀 브릿지 스위칭부(532)가 벅 모드로 동작할 것인 지 여부를 판단할 수 있다(S1025).Next, the
예를 들어, 제어부(550)는, dc단 커패시터(C)의 전압이 목표 전압 이상인 경우, 풀 브릿지 스위칭부(532)가 벅 모드를 수행하도록 제어할 수 있다(S1030). 이때, 풀 브릿지 스위칭부(532)와, 하프 브릿지 스위칭부인 동기 정류부(538)의 스위칭 주파수는, 제1 스위칭 주파수(예를 들어, 135kHz)일 수 있다. For example, when the voltage of the dc terminal capacitor C is equal to or greater than the target voltage, the
다른 예로, 제어부(550)는, dc단 커패시터(C)의 전압이 목표 전압 미만인 경우, 동기 정류부(538)가 부스트 모드를 수행하도록 제어할 수 있다(S1035). 이때, 풀 브릿지 스위칭부(532)와, 하프 브릿지 스위칭부인 동기 정류부(538)의 스위칭 주파수는, 제1 스위칭 주파수(예를 들어, 135kHz) 보다 낮은 제2 스위칭 주파수(예를 들어, 90Khz)일 수 있다. As another example, when the voltage of the dc terminal capacitor C is less than the target voltage, the
한편, 벅 모드와 부스트 모드에 대한 동작은, 도 9 내지 도 12의 설명을 참조하여 생략한다.Meanwhile, operations for the buck mode and the boost mode will be omitted with reference to the descriptions of FIGS. 9 to 12.
다음, 제어부(550)는, 벅 모드 또는 부스트 모드에 따라, 풀 브릿지 스위칭부(532)의 위상 시프트(phase shift) 또는 동기 정류부(538)의 턴 온 듀티를 연산한다(S1040). Next, the
그리고, 제어부(550)는, 연산된 위상 시프트 또는 연산된 듀티에 기초하여, 컨버터(530) 내의 풀 브릿지 스위칭부(532)에 제어 신호(Sfb)를 출력하고, 동기 정류부(538)의 제어를 위해, 동기 정류부(538)에 제어 신호(Shb)를 출력할 수 있다.Further, the
이에 따라, dc단 전압의 리플이 작아지며, 따라서, dc단 커패시터(C)로, 용량이 큰 전해 커패시터가 아닌 필름 커패시터를 사용할 수 있게 된다. 따라서, dc단 커패시터(C)를 소형화할 수 있다.Accordingly, the ripple of the dc terminal voltage decreases, and thus, a film capacitor, not an electrolytic capacitor having a large capacity, can be used as the dc terminal capacitor C. Therefore, the dc terminal capacitor C can be downsized.
도 14는 도 1a 또는 도 1b의 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.14 is an exploded perspective view of the solar cell module of FIG. 1A or 1B.
도 14을 참조하면, 도 2의 태양전지 모듈(100)은, 복수의 태양 전지(130)를 포함할 수 있다. 그 외, 복수의 태양전지(130)의 하면과 상면에 위치하는 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(150), 제1 밀봉재(120)의 하면에 위치하는 후면 기판(110) 및 제2 밀봉재(150)의 상면에 위치하는 전면 기판(160)을 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 14, the
먼저, 태양전지(130)는, 태양 에너지를 전기 에너지로 변화하는 반도체 소자로써, 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell), 염료감응형 또는 CdTe, CIGS형 태양전지, 박막 태양전지 등일 수 있다. First, the
태양전지(130)는 태양광이 입사하는 수광면과 수광면의 반대측인 이면으로 형성된다. 예를 들어, 태양전지(130)는, 제1 도전형의 실리콘 기판과, 실리콘 기판상에 형성되며 제1 도전형과 반대 도전형을 가지는 제2 도전형 반도체층과, 제2 도전형 반도체층의 일부면을 노출시키는 적어도 하나 이상의 개구부를 포함하며 제2 도전형 반도체층 상에 형성되는 반사방지막과, 적어도 하나 이상의 개구부를 통해 노출된 제 2 도전형 반도체층의 일부면에 접촉하는 전면전극과, 상기 실리콘 기판의 후면에 형성된 후면전극을 포함할 수 있다.The
각 태양전지(130)는, 전기적으로 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 복수의 태양 전지(130)는, 리본(133)에 의해 전기적으로 접속될 수 있다. 리본(133)은, 태양전지(130)의 수광면 상에 형성된 전면 전극과, 인접한 다른 태양전지(130)의 이면 상에 형성된 후면 전극집전 전극에 접합될 수 있다.Each
도면에서는, 리본(133)이 2줄로 형성되고, 이 리본(133)에 의해, 태양전지(130)가 일렬로 연결되어, 태양전지 스트링(140)이 형성되는 것을 예시한다. In the drawing, the
이에 의해, 도 2에서 설명한 바와 같이, 6개의 스트링(140a,140b,140c,140d,140e,140f)이 형성되고, 각 스트링은 10개의 태양전지를 구비할 수 있다.Accordingly, as described with reference to FIG. 2, six strings 140a, 140b, 140c, 140d, 140e, and 140f are formed, and each string may include 10 solar cells.
후면 기판(110)은, 백시트로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 하며, TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 도 4에서는 후면 기판(110)이 직사각형의 모양으로 도시되어 있으나, 태양전지 모듈(100)이 설치되는 환경에 따라 원형, 반원형 등 다양한 모양으로 제조될 수 있다.The
한편, 후면 기판(110) 상에는 제1 밀봉재(120)가 후면 기판(110)과 동일한 크기로 부착되어 형성될 수 있고, 제1 밀봉재(120) 상에는 복수의 태양전지(130)가 수 개의 열을 이루도록 서로 이웃하여 위치할 수 있다. On the other hand, on the
제2 밀봉재(150)는, 태양전지(130) 상에 위치하여 제1 밀봉재(120)와 라미네이션(Lamination)에 의해 접합할 수 있다. The
여기에서, 제1 밀봉재(120)와, 제2 밀봉재(150)는, 태양전지의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다. 이러한 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(150)는, 에틸렌 초산 비닐 수지 (Ethylene Vinyl Acetate;EVA) 필름 등 다양한 예가 가능하다. Here, the
한편, 전면 기판(160)은, 태양광을 투과하도록 제2 밀봉재(150) 상에 위치하며, 외부의 충격 등으로부터 태양전지(130)를 보호하기 위해 강화유리인 것이 바람직하다. 또한, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리인 것이 더욱 바람직하다.On the other hand, the
본 발명에 따른 전력변환장치, 및 이를 구비하는 태양광 모듈은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The power conversion device according to the present invention, and the solar module having the same, are not limited to the configuration and method of the embodiments described as described above, but the embodiments are each embodiment so that various modifications can be made. All or some of them may be selectively combined and configured.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In addition, although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. In addition, various modifications are possible by those of ordinary skill in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or prospect of the present invention.
Claims (20)
상기 인버터를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 인버터의 상기 제1 레그와 상기 제2 레그의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하며, 상기 인버터 출력 전압의 제로 크로싱 시점에, 상기 제2 레그 내의 스위칭 소자는 오프되고, 상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자가 스위칭하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. A first leg including a first switching element and a second switching element connected in series with each other, and a second leg including a third switching element and a fourth switching element connected in series with each other, and a DC power supply as an AC power source. Inverter to convert;
Including; a control unit for controlling the inverter,
The control unit,
Asynchronous pulse width variable control is performed in which the switching frequency of the first leg and the second leg of the inverter are different from each other, and at a zero crossing point of the inverter output voltage, the switching element in the second leg is turned off, and the first Power conversion device, characterized in that for controlling the switching element or the second switching element to switch.
상기 제어부는,
상기 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 상기 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 상기 인버터에서 환류 모드가 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. The method of claim 1,
The control unit,
And controlling the inverter to perform a reflux mode during a period between a first time point in which the fourth switching element is turned off and a second time point in which the third switching element is turned on.
상기 제어부는,
상기 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 상기 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자가 스위칭하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. The method of claim 1,
The control unit,
Power conversion, characterized in that controlling the first switching element or the second switching element to switch during a period between a first point in time when the fourth switching element is turned off and a second point in which the third switching element is turned on Device.
상기 제어부는,
상기 인버터에서 출력되는 전류가 지상인 경우, 상기 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터, 상기 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 상기 제1 스위칭 소자가 턴 온되어 스위칭하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. The method of claim 3,
The control unit,
When the current output from the inverter is ground, the first switching element is turned on during a period between a first point in time when the fourth switching element is turned off and a second point in which the third switching element is turned on to switch Power conversion device, characterized in that to control so as to.
상기 제어부는,
상기 인버터에서 출력되는 전류가 지상인 경우, 상기 제1 스위칭 소자와, 상기 제3 스위칭 소자에 병렬 접속되는 다이오드 소자를 통해, 제1 전류 패쓰가 형성되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. The method of claim 3,
The control unit,
When the current output from the inverter is ground, a first current path is controlled to be formed through the first switching element and a diode element connected in parallel to the third switching element.
상기 제어부는,
상기 인버터에서 출력되는 전류가 지상인 경우, 상기 제1 시점에, 상기 제2 스위칭 소자가 오프되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. The method of claim 3,
The control unit,
When the current output from the inverter is ground, the second switching element is controlled to be turned off at the first time point.
상기 제어부는,
상기 인버터에서 출력되는 전류가 진상인 경우, 상기 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터, 상기 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 상기 제2 스위칭 소자가 스위칭하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. The method of claim 3,
The control unit,
When the current output from the inverter is in the leading phase, controlling the second switching element to switch during a period between a first point in time when the fourth switching element is turned off and a second point in time when the third switching element is turned on. Power conversion device, characterized in that.
상기 제어부는,
상기 인버터에서 출력되는 전류가 진상인 경우, 상기 제2 스위칭 소자와, 상기 제4 스위칭 소자에 병렬 접속되는 다이오드 소자를 통해, 제2 전류 패쓰가 형성되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. The method of claim 3,
The control unit,
When the current output from the inverter is in a forward phase, the second switching element and a diode element connected in parallel to the fourth switching element are used to control the formation of a second current path.
상기 제어부는,
상기 인버터에서 출력되는 전류가 진상인 경우, 상기 제2 시점에, 상기 제1 스위칭 소자가 턴 온되어 스위칭하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. The method of claim 3,
The control unit,
When the current output from the inverter is in a leading phase, the first switching element is turned on and controlled to switch at the second time point.
상기 제어부는,
상기 제2 레그 내의 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 스위칭 주파수 보다 상기 제1 레그 내의 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 더 크도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. The method of claim 1,
The control unit,
Power, characterized in that the switching frequency of the first switching element and the second switching element in the first leg is greater than that of the third switching element and the fourth switching element in the second leg Inverter.
상기 제어부는,
상기 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 상기 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자의 스위칭 주파수가, 상기 제2 레그 내의 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 스위칭 주파수 보다, 더 크도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. The method of claim 1,
The control unit,
During a period between a first point in time when the fourth switching element is turned off and a second point in which the third switching element is turned on, the switching frequency of the first switching element or the second switching element is the Power conversion device, characterized in that the control to be greater than the switching frequency of the third switching element and the fourth switching element.
상기 인버터에서 출력되는 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출부;
상기 인버터에서 출력되는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부;를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 출력 전압과, 상기 출력 전류에 기초하여, 역률을 연산하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. The method of claim 1,
An output voltage detector detecting an output voltage output from the inverter;
Further comprising an output current detection unit for detecting the output current output from the inverter,
The control unit,
And calculating a power factor based on the output voltage and the output current.
상기 제어부는,
상기 연산된 역률에 따라, 상기 제1 레그 내의 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 가변하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. The method of claim 12,
The control unit,
And varying switching frequencies of the first and second switching elements in the first leg according to the calculated power factor.
상기 제어부는,
상기 연산된 역률에 따라, 상기 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 상기 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중의, 상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자의 스위칭 타이밍을 가변하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. The method of claim 12,
The control unit,
According to the calculated power factor, the switching timing of the first switching element or the second switching element during a period between a first point in time when the fourth switching element is turned off and a second point in which the third switching element is turned on Power conversion device, characterized in that variable.
입력되는 직류 전원의 레벨을 변환하는 컨버터;
상기 컨버터에서 출력되는 직류 전원을 저정하는 dc단 커패시터;를 더 포함하고,
상기 컨버터는,
상기 직류 전원에 대한 스위칭을 수행하는 풀 브릿지 스위칭부;
상기 풀 브릿지 스위칭부의 출력단에 입력측이 접속되는 트랜스포머;
상기 트랜스포머의 출력측에 접속되는 동기 정류부;
상기 트랜스포머와 상기 동기 정류부 사이에 접속되는, 공진 커패시터와 공진 인덕터;를 구비하며,
상기 제어부는,
상기 컨버터의 입력 전압 또는 상기 dc단 커패시터의 전압에 기초하여, 상기 풀 브릿지 스위칭부의 스위칭 주파수를 가변하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. The method of claim 1,
A converter that converts the level of the input DC power;
Further comprising a; DC terminal capacitor for storing the DC power output from the converter,
The converter,
A full bridge switching unit for switching the DC power supply;
A transformer having an input side connected to the output terminal of the full bridge switching unit;
A synchronous rectifying unit connected to the output side of the transformer;
A resonant capacitor and a resonant inductor connected between the transformer and the synchronous rectification unit, and
The control unit,
A power conversion device, characterized in that the switching frequency of the full bridge switching unit is varied based on the input voltage of the converter or the voltage of the dc terminal capacitor.
상기 제어부는,
상기 인버터 출력 전류에 기초하여 무효 전력을 연산하고, 연산된 무효 전력에 기초한 전류 지령치를 출력하는 무효 전력 연산부;
상기 무효 전력 연산부로부터의 상기 전류 지령치에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령치 생성부;
상기 전압 지령치에 기초하여 펄스폭 가변 기반의 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. The method of claim 1,
The control unit,
A reactive power calculation unit that calculates reactive power based on the inverter output current and outputs a current command value based on the calculated reactive power;
A voltage command value generation unit that generates a voltage command value based on the current command value from the reactive power calculation unit;
And a switching control signal output unit for outputting a switching control signal based on a variable pulse width based on the voltage command value.
상기 인버터를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 인버터의 상기 제1 레그와 상기 제2 레그의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하며, 상기 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 상기 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 상기 인버터에서 환류 모드가 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. A first leg including a first switching element and a second switching element connected in series with each other, and a second leg including a third switching element and a fourth switching element connected in series with each other, and a DC power supply as an AC power source. Inverter to convert;
Including; a control unit for controlling the inverter,
The control unit,
Asynchronous pulse width variable control in which the switching frequencies of the first leg and the second leg of the inverter are different from each other, and between a first point in time when the fourth switching element is turned off and a second point in which the third switching element is turned on During the period of, the inverter controls to perform the reflux mode.
상기 제어부는,
상기 환류 모드 이전 및 이후에, 상기 인버터 내의 스위칭 소자를 통해 전류가 흐르는, 전원 공급 모드가 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. The method of claim 17,
The control unit,
Before and after the reflux mode, the power conversion device, characterized in that for controlling to perform a power supply mode in which a current flows through a switching element in the inverter.
상기 인버터를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 인버터의 상기 제1 레그와 상기 제2 레그의 스위칭 주파수가 다른 비동기 펄스폭 가변 제어를 수행하며, 상기 제4 스위칭 소자가 오프된 제1 시점부터 상기 제3 스위칭 소자가 온 되는 제2 시점 사이의 구간 중에, 상기 제2 레그의 스위칭 주파수는, 상기 제1 시점 이전의 상기 제2 레그의 스위칭 주파수 보다 높도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치. A first leg including a first switching element and a second switching element connected in series with each other, and a second leg including a third switching element and a fourth switching element connected in series with each other, and a DC power supply as an AC power source. Inverter to convert;
Including; a control unit for controlling the inverter,
The control unit,
Asynchronous pulse width variable control in which the switching frequencies of the first leg and the second leg of the inverter are different from each other, and between a first point in time when the fourth switching element is turned off and a second point in which the third switching element is turned on During the period of, the switching frequency of the second leg is controlled to be higher than the switching frequency of the second leg before the first time point.
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