KR20210073891A - Power System with Buck Converter - Google Patents

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KR20210073891A KR1020190164657A KR20190164657A KR20210073891A KR 20210073891 A KR20210073891 A KR 20210073891A KR 1020190164657 A KR1020190164657 A KR 1020190164657A KR 20190164657 A KR20190164657 A KR 20190164657A KR 20210073891 A KR20210073891 A KR 20210073891A
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윤석택
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Abstract

A high-efficiency power system including a buck converter is disclosed. According to the present invention, the power system comprises: a power source unit for generating power; a switching unit for selecting a power transmission path through which power generated by the power source unit is transmitted to a load; a buck converter unit for lowering an input voltage by the power generated from the power source unit and transferring it to the load; and a control unit for controlling a switching operation of the switching unit. According to a switching operation of the switching unit, power may be transmitted to the load by selecting a path having higher power transmission efficiency.

Description

벅 컨버터가 포함된 전력 시스템{Power System with Buck Converter}Power System with Buck Converter

본 발명은 스위칭 동작에 따라 부하에 전력이 전달되는 경로를 선택할 수 있는 전력 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power system capable of selecting a path through which power is transmitted to a load according to a switching operation.

일반적으로, 태양광 발전 시스템이라 함은 태양전지를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 전력 시스템으로서, 지구 온난화 해소 및 화석 연료 고갈에 대한 대책으로서 개발이 적극적으로 이루어지고 있다.In general, a photovoltaic power generation system is a power system that converts light energy into electric energy using a solar cell, and has been actively developed as a countermeasure against global warming and depletion of fossil fuels.

태양전지 패널은 온도와 일사량에 따라 출력하는 전력이 변경된다. 따라서 전력 전달시 온도와 일사량의 변화에 따라 변경되는 I-V 곡선의 최대 전력 동작점을 추적하기 위해 태양전지 패널의 출력과 연결되는 벅 컨버터의 입력측 전압을 가변하는 제어를 하면서, 최대 전력점을 추종하는 제어(MPPT;Maximum Power Point Tracking)를 사용한다. 이때, MPPT 제어를 통해 전력 전달시 60% 이상의 부하 조건에서는 약 95% 이상의 높은 전력 변환 효율을 갖지만 이보다 낮은 부하 조건에서는 전력 변환 효율이 낮아지는 단점이 있다.The power output of the solar panel changes according to the temperature and the amount of insolation. Therefore, in order to track the maximum power operating point of the IV curve that is changed according to changes in temperature and insolation during power transfer, it is possible to follow the maximum power point while controlling the voltage on the input side of the buck converter connected to the output of the solar panel to be variable. Control (MPPT; Maximum Power Point Tracking) is used. In this case, when power is transmitted through MPPT control, it has a high power conversion efficiency of about 95% or more under a load condition of 60% or more, but has a disadvantage that the power conversion efficiency is lowered under a load condition lower than this.

본 발명은 전력 변환 효율을 극대화하기 위한 새로운 구조의 전력 시스템으로서, 전원부로부터 부하에 전달되는 전력의 전달 경로를 선택할 수 있는 전력 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a power system capable of selecting a transmission path of power transmitted from a power source to a load as a power system having a new structure for maximizing power conversion efficiency.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전력 시스템은, 전력을 생성하는 전원부; 상기 전원부에 의해 생성되는 전력이 부하로 전달되는 전력 전달 경로를 선택하는 스위칭부; 상기 전원부로부터 생성되는 전력에 의한 입력 전압을 강압하여 상기 부하에 전달하는 벅 컨버터부; 및 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 스위칭부는 제1 스위치, 제2 스위치 및 제3 스위치를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 스위치, 제2 스위치 및 제3 스위치를 제1 스위칭 모드로 제어하여 상기 전원부로부터 상기 벅 컨버터부를 통하여 상기 부하로 전력이 전달되는 제1 전력 전달 경로를 형성하고, 상기 제1 스위치, 제2 스위치 및 제3 스위치를 제2 스위칭 모드로 제어하여 상기 전원부로부터 상기 벅 컨버터부를 통하지 않고 상기 부하로 전력이 전달되는 제2 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.In order to achieve the above object, the power system according to the present invention includes a power supply unit for generating power; a switching unit for selecting a power transmission path through which the power generated by the power supply unit is transmitted to a load; a buck converter unit for stepping down an input voltage by the power generated from the power supply unit and transferring it to the load; and a control unit for controlling a switching operation of the switching unit, wherein the switching unit includes a first switch, a second switch, and a third switch, and the control unit controls the first switch, the second switch, and the third switch. 1 switching mode to form a first power transfer path through which power is transferred from the power supply unit to the load through the buck converter unit, and controlling the first switch, the second switch and the third switch in the second switching mode A second power transmission path through which power is transmitted from the power supply unit to the load without passing through the buck converter unit may be formed.

여기서, 상기 제어부는 상기 제1 전력 전달 경로로 상기 부하에 전력을 전달하는 경우의 제1 전력의 크기를 연산하고, 상기 제2 전력 전달 경로로 상기 부하에 전력을 전달하는 경우의 제2 전력의 크기를 연산하며, 상기 제1 전력의 크기 및 상기 제2 전력의 크기를 비교한 비교결과에 따라 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.Here, the control unit calculates the magnitude of the first power when transmitting power to the load through the first power transmission path, and the second power when transmitting power to the load through the second power transmission path. The magnitude may be calculated, and the switching operation of the switching unit may be controlled according to a comparison result of comparing the magnitude of the first power and the magnitude of the second power.

또한, 상기 제어부는 상기 스위칭부를 상기 제1 스위칭 모드로 제어하는 경우, 상기 벅 컨버터부를 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어하고, 상기 스위칭부를 상기 제2 스위칭 모드로 제어하는 경우, 상기 벅 컨버터부를 MPPT 제어하지 않는 것을 특징으로 한다.In addition, when the control unit controls the switching unit in the first switching mode, MPPT (Maximum Power Point Tracking) control of the buck converter unit, when controlling the switching unit in the second switching mode, the buck converter unit MPPT It is characterized by not being controlled.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 시스템에 있어서 상기 벅 컨버터부는, 일단이 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 상기 전원부에 연결되거나 차단되는 컨버터 스위치; 일단은 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 접지에 연결되거나 상기 전원부에 연결되고, 타단은 상기 컨버터 스위치의 타단에 연결되는 역전류 방지 소자; 및 일단은 상기 컨버터 스위치의 타단에 연결되고 타단은 상기 부하에 연결되는 인덕터;를 포함할 수 있다.In addition, in the power system according to an embodiment of the present invention, the buck converter unit includes: a converter switch whose one end is connected to or cut off from the power unit according to a switching operation of the switching unit; a reverse current prevention device having one end connected to the ground or connected to the power supply unit according to a switching operation of the switching unit, and the other end connected to the other end of the converter switch; and an inductor having one end connected to the other end of the converter switch and the other end connected to the load.

이때 상기 제1 스위치는, 일단이 접지에 연결되며, 타단은 상기 제어부에 의해 제어되는 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 상기 역전류 방지 소자의 일단에 연결되거나 오프되고, 상기 제2 스위치는, 일단이 상기 전원부에 연결되며, 타단은 상기 제어부에 의해 제어되는 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 상기 컨버터 스위치의 일단에 연결되거나 상기 역전류 방지 소자의 일단에 연결되고, 상기 제3 스위치는, 일단이 상기 인덕터의 타단에 연결되며, 타단은 상기 제어부에 의해 제어되는 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 오프되거나 상기 컨버터 스위치의 타단에 연결될 수 있다.At this time, one end of the first switch is connected to the ground, the other end is connected to or turned off at one end of the reverse current prevention element according to a switching operation of the switching unit controlled by the control unit, and the second switch has one end It is connected to the power supply, and the other end is connected to one end of the converter switch or one end of the reverse current prevention device according to a switching operation of the switching unit controlled by the control unit, and the third switch has one end of the inductor is connected to the other end of the , and the other end may be turned off according to a switching operation of the switching unit controlled by the control unit or may be connected to the other end of the converter switch.

또한 이때 상기 제어부는, 상기 제1 전력 전달 경로로 상기 부하에 전력을 전달하는 경우의 제1 전력의 크기를 연산하고, 상기 제2 전력 전달 경로로 상기 부하에 전력을 전달하는 경우의 제2 전력의 크기를 연산하며, 상기 제1 전력의 크기 및 상기 제2 전력의 크기를 비교하고, 상기 비교 결과, 상기 제1 전력의 크기가 상기 제2 전력의 크기보다 크거나 같은 경우, 상기 제1 스위치의 타단을 상기 역전류 방지 소자의 일단에 연결하고, 상기 제2 스위치의 타단을 상기 컨버터 스위치의 일단에 연결하며, 상기 제3 스위치의 타단을 오프시키는 상기 제1 스위칭 모드로 제어하고, 상기 비교 결과, 상기 제1 전력의 크기가 상기 제2 전력의 크기보다 작은 경우, 상기 제1 스위치의 타단을 오프시키고, 상기 제2 스위치의 타단을 상기 역전류 방지 소자의 일단에 연결하며, 상기 제3 스위치의 타단을 상기 컨버터 스위치의 타단에 연결하는 상기 제2 스위칭 모드로 제어할 수 있다.In addition, at this time, the controller calculates the magnitude of the first power when power is transmitted to the load through the first power transmission path, and the second power when the power is transmitted to the load through the second power transmission path. calculates the magnitude of , compares the magnitude of the first power and the magnitude of the second power, and as a result of the comparison, when the magnitude of the first power is greater than or equal to the magnitude of the second power, the first switch is connected to one end of the reverse current prevention device, the other end of the second switch is connected to one end of the converter switch, and the other end of the third switch is controlled in the first switching mode to turn off, the comparison As a result, when the magnitude of the first power is smaller than the magnitude of the second power, the other end of the first switch is turned off, the other end of the second switch is connected to one end of the reverse current prevention device, and the third The second switching mode may be controlled in which the other end of the switch is connected to the other end of the converter switch.

또한 이때 상기 제어부는, 상기 스위칭부를 상기 제1 스위칭 모드로 제어하는 경우, 상기 벅 컨버터부를 MPPT 제어하며, 상기 스위칭부를 상기 제2 스위칭 모드로 제어하는 경우, 상기 벅 컨버터부를 MPPT 제어하지 않는 것을 특징으로 한다.In addition, at this time, the control unit, when controlling the switching unit in the first switching mode, MPPT control the buck converter unit, when controlling the switching unit in the second switching mode, MPPT control of the buck converter unit, characterized in that not do it with

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 시스템은, 상기 전원부로부터 생성되는 전력에 의한 입력 전압을 저장하는 입력측 저장부를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the power system according to an embodiment of the present invention may further include an input-side storage unit configured to store an input voltage based on power generated from the power supply unit.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 시스템은, 상기 벅 컨버터부에 의해 강압된 입력 전압을 저장하는 출력측 저장부를 더 포함할 수 있다.In addition, the power system according to an embodiment of the present invention may further include an output-side storage unit for storing the input voltage step-down by the buck converter unit.

본 발명에 따른 전력 시스템은 전력이 전달되는 경로에 스위칭 소자를 추가하여, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라 전력 전달 효율이 더 높은 경로를 실시간으로 선택할 수 있으므로 전력 전달 효율을 극대화할 수 있다.The power system according to the present invention can maximize power transfer efficiency by adding a switching element to a path through which power is transmitted, so that a path having higher power transfer efficiency can be selected in real time according to a switching operation of the switching element.

도 1a는 태양광 발전 전력 시스템에 있어서, 온도 변화에 따른 전력-전압(P-V) 곡선을 나타낸 것이고, 도 1b는 일사량 변화에 따른 P-V 곡선을 나타낸 것이다.
도 2는 태양광 전력 시스템에서 사용되는 벅 컨버터의, 부하율에 따른 효율을 나타낸 것이다.
도 3은 MPPT 제어를 하는 경우 및 MPPT 제어를 하지 않는 경우의 전력 전달량을 시뮬레이션을 통해 분석한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 시스템의 개략도이다.
도 5a는 제1 스위칭 모드의 등가회로를 도시한 것이다.
도 5b는 제2 스위칭 모드의 등가회로를 도시한 것이다.FIG. 1A shows a power-voltage (PV) curve according to a change in temperature in a solar power system, and FIG. 1B shows a PV curve according to a change in insolation.
2 shows the efficiency according to the load factor of a buck converter used in a solar power system.
3 is a graph analyzed through simulation of the amount of power transmitted when MPPT control is performed and when MPPT control is not performed.
4 is a schematic diagram of a power system according to an embodiment of the present invention;
5A shows an equivalent circuit in the first switching mode.
5B shows an equivalent circuit of the second switching mode.

이하, 첨부한 도면들은 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 어디까지나 예시적으로 제공되는 것으로서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들로 한정되지 않고 다른 형태로 얼마든지 구체화될 수 있다.Hereinafter, the accompanying drawings are provided by way of example only so that the technical idea of the present invention can be sufficiently conveyed to those of ordinary skill in the art, and the present invention is not limited to the drawings presented below and is embodied in any other form. can be

또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, the '... Terms such as 'unit' and 'module' mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software.

도 1a는 일사량이 1kW/m2일 때 온도 변화에 따른 전력-전압(P-V) 곡선을 나타내고, 도 1b는 온도가 25°C일 때 일사량 변화에 따른 P-V 곡선을 나타낸다.Figure 1a shows the power-voltage (PV) curve according to the temperature change when the amount of insolation is 1kW/m 2 , and Figure 1b shows the PV curve according to the change in the amount of insolation when the temperature is 25 °C.

태양광 패널은 온도와 일사량에 따라 출력하는 전력이 변경된다. 따라서, 온도와 일사량의 변화에 따라 변경되는 P-V 곡선의 최대 전력점을 추적하기 위해 태양광 패널의 출력과 연결되는 벅 컨버터부의 입력측 전압을 가변하는 MPPT 제어를 한다.The power output of the solar panel changes according to the temperature and the amount of insolation. Therefore, in order to track the maximum power point of the P-V curve that is changed according to changes in temperature and insolation, MPPT control is performed by varying the input voltage of the buck converter unit connected to the output of the solar panel.

여기서, MPPT제어란 태양광 발전의 효율을 극대화시키기 위한 제어로서, 시스템을 항상 최대 전력점(Maximum Power Point, MPP)에서 동작하게 하여 전력을 최대로 이용할 수 있는 최대 전력점 추종 제어이다.Here, the MPPT control is a control for maximizing the efficiency of solar power generation, and it is a maximum power point tracking control that allows the system to always operate at a maximum power point (MPP) so that power can be used to the maximum.

이러한, 최대 전력점 추종 제어를 위한 방법으로 P&O(Perturbation and Obsevation, 섭동후 추정) 방법이 일반적으로 사용되고 있다. P&O방법은 태양광 패널로부터 출력되는 전압을 주기적으로 증가, 감소시키는 가변을 하고 이전의 출력 전력과 현재의 출력 전력을 비교하여 최대 전력점을 추종하는 방식의 MPPT 제어 방법이다.As a method for controlling such maximum power point tracking, a P&O (Perturbation and Obsevation) method is generally used. The P&O method is an MPPT control method in which the voltage output from the solar panel is periodically increased and decreased, and the maximum power point is followed by comparing the previous output power with the current output power.

다만 최대 전력점 추적(MPPT)을 위한 방법으로는 상술한 P&O 방법 외에도 InCond(Incremental Conductance) 방법 등의 다양한 MPPT 알고리즘이 공지되어 있으며 본 발명에서 언급하는 MPPT 제어를 위해 이러한 다양한 MPPT 알고리즘 중 어느 하나가 사용될 수 있음은 분명하다.However, as a method for maximum power point tracking (MPPT), in addition to the above-described P&O method, various MPPT algorithms such as InCond (Incremental Conductance) method are known, and any one of these various MPPT algorithms is used for MPPT control mentioned in the present invention. It is clear that it can be used.

도 1a 및 도 1b에서 확인할 수 있듯이 P&O 방법의 MPPT 제어시에는 온도 또는 일사량에 따라 변경되는 P-V 곡선에 맞게 점선을 따라서 최대 전력점을 추종하면서, 벅 컨버터를 제어하여 부하로 전달되는 전압을 가변하는 방식으로 태양광 패널로부터 부하로 최대 전력이 전달되도록 한다.As can be seen in FIGS. 1A and 1B , in the MPPT control of the P&O method, the maximum power point is followed along the dotted line according to the PV curve that changes depending on the temperature or the amount of insolation, while controlling the buck converter to vary the voltage delivered to the load. in such a way that maximum power is transferred from the solar panel to the load.

이때, 벅 컨버터는 다른 종류의 DC-DC 컨버터들에 비해 높은 효율을 갖는 회로이지만, DC-DC 컨버터의 특성상 수십에서 수백 Mhz까지의 스위칭 동작을 하며, 전력 전달 경로에 존재하는 능동, 수동 소자들의 도통 손실 및 코어 손실에 의한 손실이 발생하게 된다.At this time, the buck converter is a circuit with high efficiency compared to other types of DC-DC converters, but due to the characteristics of the DC-DC converter, it performs a switching operation from tens to hundreds of Mhz, Loss due to conduction loss and core loss occurs.

도 2는 태양광 전력 시스템에서 사용되는 벅 컨버터의 부하율에 따른 전력 전달 효율을 나타낸 것이다. 60% 이상의 부하 조건에서 약 95% 이상의 높은 변환 효율을 갖지만, 60%보다 작은 부하 조건에서는 변환 효율이 높지 않다는 것을 알 수 있다.2 is a diagram illustrating power transfer efficiency according to a load factor of a buck converter used in a solar power system. It can be seen that the conversion efficiency is not high at a load condition of less than 60%, although it has a high conversion efficiency of about 95% or more at a load condition of 60% or more.

한편, 일사량과 온도에 의해 변동되는 P-V 곡선에 따라 태양광 패널에서 출력하는 전력을 벅 컨버터를 통하지 않고 MPPT 제어 없이 부하에 전달할 때 더 많은 전력이 전달되는 경우가 있다.On the other hand, there are cases where more power is delivered when the power output from the solar panel is delivered to the load without MPPT control without going through the buck converter according to the P-V curve that varies depending on the amount of insolation and temperature.

도 3은 일사량 1000W/m2, 온도 25˚그리고 일사량 1000W/m2, 온도 75˚일 때의 2가지 경우에 대해서 MPPT 제어를 하면서 부하에 전력을 전달하는 경우와 MPPT 제어를 하지 않고 부하에 전력을 전달하는 경우의 전력 전달량을 시뮬레이션을 통해 분석한 그래프이다.3 shows the case of transmitting power to the load while performing MPPT control for two cases of insolation 1000W/m 2 , temperature 25˚ and insolation 1000W/m 2 , temperature 75˚, and power to the load without MPPT control. It is a graph analyzing the amount of power transmitted through simulation.

도 3은, 상기 2가지 경우의 일사량과 온도 조건에서 P-V 곡선을 분석한 것으로서, MPPT 제어를 할 때보다 MPPT 제어를 하지 않고 부하에 전력을 전달할 때 더 많은 전력을 부하로 전달하는 경우만을 음영으로 표시하였다.3 is an analysis of the PV curve under the insolation and temperature conditions in the two cases, and only the case where more power is delivered to the load when power is delivered to the load without MPPT control than when MPPT control is performed is shaded. indicated.

도 3에 나타난 바와 같이, MPPT 제어를 사용하는 경우에는 태양광 패널에서 출력되는 전압과 상관없이 항상 최대 전력을 출력할 수 있는 동작점을 추종하여 전압을 가변하면서 부하에 전력을 전달한다. 따라서, 부하 전압이 240V~320V인 구간에서 부하 전압 또는 전원부 출력단에서 측정되는 개방 전압에 상관없이 항상 약 6750W, 5380W의 전력이 각각 전달된다.As shown in FIG. 3 , when MPPT control is used, power is delivered to the load while varying the voltage by following the operating point that can always output the maximum power regardless of the voltage output from the solar panel. Therefore, in the section where the load voltage is 240V to 320V, power of about 6750W and 5380W is always delivered regardless of the load voltage or the open voltage measured at the output terminal of the power supply unit.

반면에 MPPT 제어를 사용하지 않는 경우에는 일사량 1000W/m2, 온도 25˚일 때 부하 전압이 270V~315V인 구간에서 최대 약 300W를 더 출력할 수 있다. 또한 일사량 1000W/m2, 온도 75˚일 때에는 최대 약 200W를 더 출력할 수 있다.On the other hand, when MPPT control is not used, the maximum output of about 300W can be increased in the section where the load voltage is 270V to 315V when the insolation amount is 1000W/m 2 and the temperature is 25˚. In addition, when the insolation amount is 1000W/m 2 and the temperature is 75˚, it can output up to about 200W more.

도 3에서는 상술한 일사량 1000W/m2, 온도 25˚그리고 일사량 1000W/m2, 온도 75˚일 때의 2가지 경우에 대해서만 전력 전달량을 비교하였으나, 광량과 온도는 하루 중 연속적으로 변화하는 값이고, 각각 약 0~1500 W/m2, -20~+80˚정도 범위에서 변화하므로 도 3에서 음영으로 표시한 부분 외에도 MPPT 제어를 하지 않는 경우에 더 많은 전력을 전달할 수 있는 포인트가 다양한 일사량, 온도, 전압 조건에서 다수 존재할 수 있다.In Figure 3, the amount of insolation 1000W/m 2 , temperature 25˚ and insolation amount 1000W/m 2 , and the power transmission amount was compared only for two cases when the temperature is 75˚, but the light quantity and temperature are values that continuously change throughout the day , each varies in the range of about 0~1500 W/m 2 , -20~+80˚, so there are various points that can deliver more power when MPPT control is not performed, in addition to the shaded parts in Fig. 3, various insolation, A plurality may exist under temperature and voltage conditions.

즉, 부하로의 전력 전달시 MPPT 제어되는 벅 컨버터를 통하여 전력을 전달해야 유리한 경우가 있고, MPPT 제어를 사용하지 않고 벅 컨버터를 통하지 않고 전력을 전달해야 유리한 경우가 있는 것이다. That is, there are cases where it is advantageous to transmit power through the buck converter controlled by MPPT when transmitting power to the load, and there are cases where it is advantageous to transmit power without using the MPPT control and not through the buck converter.

이하에서는, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 시스템에 대해서 설명한다.Hereinafter, a power system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 .

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 시스템의 개략도이다.4 is a schematic diagram of a power system according to an embodiment of the present invention;

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 시스템(1000)은 전원부(100), 스위칭부(200), 벅 컨버터부(300) 및 제어부(400)를 포함한다.Referring to FIG. 4 , the power system 1000 according to an embodiment of the present invention includes a power supply unit 100 , a switching unit 200 , a buck converter unit 300 , and a control unit 400 .

전원부(100)는 전력을 생성하는 구성으로서, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 패널일 수 있고, 이때 태양광 패널은 태양광을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있는 태양전지 모듈의 조합으로 구성될 수 있다. 상기 태양전지 모듈은 태양전지의 직렬 연결, 병렬 연결 또는 직병렬 연결의 조합으로 이루어질 수 있다.The power supply unit 100 is a component that generates power, and may be a solar panel that converts light energy into electrical energy, and in this case, the solar panel is a combination of solar cell modules that can convert sunlight into DC power and output it. can be configured. The solar cell module may be formed of a combination of series connection, parallel connection, or series-parallel connection of solar cells.

스위칭부(200)는 전원부(100)에 의해 생성되는 전력이 부하(10)로 전달될 때의 전력 전달 경로를 선택할 수 있는 구성으로서 제1 스위치(210), 제2 스위치(220) 및 제3 스위치(230)를 포함한다.The switching unit 200 is a configuration that can select a power transmission path when the power generated by the power supply unit 100 is transmitted to the load 10 , the first switch 210 , the second switch 220 , and the third a switch 230 .

여기서, 제1 스위치(210), 제2 스위치(220) 및 제3 스위치(230)는 전류가 흐르는 경로를 선택하여 전환하는 기능을 가지는 소자라면 어느 것이든 사용 가능하다.Here, as the first switch 210 , the second switch 220 , and the third switch 230 , any element having a function of selecting and switching a path through which current flows may be used.

또한, 도 4에는 부하(10)의 예시로서 직류 전원을 저장하기 위한 배터리가 도시되어 있으나 이에 한정되지는 않는다.In addition, although a battery for storing DC power is shown as an example of the load 10 in FIG. 4 , the present invention is not limited thereto.

벅 컨버터부(300)는 전원부(100)로부터 생성되는 전력에 의한 입력 전압을 전달받아 강압하여 부하(10)에 전달할 수 있다. 보다 구체적으로, 벅 컨버터부(300)는 컨버터 스위치(310), 역전류 방지 소자(320) 및 인덕터(330)를 포함한다.The buck converter unit 300 may receive an input voltage by power generated from the power supply unit 100 and step-down the voltage to transmit it to the load 10 . More specifically, the buck converter unit 300 includes a converter switch 310 , a reverse current prevention device 320 , and an inductor 330 .

이때, 컨버터 스위치(310)는 일단과 타단이 스위칭부(200)에 연결된다. 컨버터 스위치(310)의 일단은 스위칭부(200)의 스위칭 동작에 따라 전원부(100)에 연결되거나 차단되고, 컨버터 스위치(310)의 타단은 스위칭부(200)의 스위칭 동작에 따라 역전류 방지 소자(320)에만 연결될 수도 있고, 역전류 방지 소자(320) 및 인덕터(330)의 타단에 연결될 수도 있다.At this time, one end and the other end of the converter switch 310 are connected to the switching unit 200 . One end of the converter switch 310 is connected to or cut off from the power supply unit 100 according to the switching operation of the switching unit 200 , and the other end of the converter switch 310 is a reverse current prevention device according to the switching operation of the switching unit 200 . It may be connected only to 320 , or it may be connected to the other end of the reverse current prevention device 320 and the inductor 330 .

벅 컨버터부(300)에 포함되는 컨버터 스위치(310)는 도통(온 상태) 또는 비도통(오프 상태)이 되어 전류를 흐르게 할지 여부를 결정하는 소자로서 예를 들어, 반도체 스위치인 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor)이 사용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.The converter switch 310 included in the buck converter unit 300 is conduction (on state) or non-conduction (off state) to determine whether to flow a current, for example, a semiconductor switch MOSFET (Metal Oxide). Semiconductor Field Effect transistor) may be used, but is not limited thereto.

역전류 방지 소자(320)의 일단은 스위칭부(200)의 스위칭 동작에 따라 접지에 연결되거나 전원부(100)에 연결되고, 역전류 방지 소자(320)의 타단은 컨버터 스위치(310)의 타단에 연결된다. 역전류 방지 소자(330)로는 다이오드, FET 등의 다양한 소자가 사용될 수 있다.One end of the reverse current preventing element 320 is connected to the ground or connected to the power supply 100 according to the switching operation of the switching unit 200 , and the other end of the reverse current preventing element 320 is connected to the other end of the converter switch 310 . Connected. Various devices such as diodes and FETs may be used as the reverse current prevention device 330 .

인덕터(330)의 일단은 컨버터 스위치(310)의 타단에 연결되고 타단은 부하(10)에 연결된다.One end of the inductor 330 is connected to the other end of the converter switch 310 and the other end is connected to the load 10 .

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 시스템(1000)에 있어서 스위칭부(200)의 제1 스위치(210), 제2 스위치(220) 및 제3 스위치가 연결되는 구체적인 회로 구조는 다음과 같다.Meanwhile, in the power system 1000 according to an embodiment of the present invention, a specific circuit structure in which the first switch 210 , the second switch 220 , and the third switch of the switching unit 200 are connected is as follows. .

제1 스위치(210)는 일단이 접지에 연결되어 있고, 타단이 제어부(300)에 의해 제어되는 스위칭 동작에 따라 역전류 방지 소자(320)의 일단에 연결되거나 오프되도록 마련된다.One end of the first switch 210 is connected to the ground, and the other end is connected to one end of the reverse current prevention device 320 or turned off according to a switching operation controlled by the controller 300 .

여기서, 오프된다는 의미는 제1 스위치(210)의 타단에 어떠한 회로 소자도 전기적으로 연결되지 않는 것을 의미한다.Here, the off means that no circuit element is electrically connected to the other end of the first switch 210 .

제2 스위치(220)는 일단이 전원부(100)에 연결되어 있고, 타단이 제어부(400)에 의해 제어되는 스위칭 동작에 따라 컨버터 스위치(310)의 일단에 연결되거나 역전류 방지 소자(320)의 일단에 연결되도록 마련된다.The second switch 220 has one end connected to the power supply unit 100 and the other end connected to one end of the converter switch 310 according to a switching operation controlled by the controller 400 or the reverse current prevention device 320 . It is arranged to be connected to one end.

제3 스위치(230)는 일단이 인덕터(330)의 타단에 연결되어 있고, 타단이 제어부(400)에 의해 제어되는 스위칭 동작에 따라 오프되거나 컨버터 스위치(310)의 타단에 연결되도록 마련된다.The third switch 230 has one end connected to the other end of the inductor 330 , and the other end is turned off or connected to the other end of the converter switch 310 according to a switching operation controlled by the controller 400 .

이때에도 마찬가지로 오프된다는 의미는 제3 스위치(230)의 타단에 어떠한 회로 소자도 전기적으로 연결되지 않는 것을 의미하는 것이다.In this case as well, the meaning of being turned off means that no circuit element is electrically connected to the other end of the third switch 230 .

또한 여기서, 컨버터 스위치(310)의 타단은, 컨버터 스위치(310), 역전류 방지 소자(320) 및 인덕터(330)가 연결되는 지점이다.Also, here, the other end of the converter switch 310 is a point at which the converter switch 310 , the reverse current prevention device 320 and the inductor 330 are connected.

제어부(400)는 벅 컨버터부(300)의 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어 및 스위칭부(200)의 스위칭 동작을 제어하는 구성이다. 보다 구체적으로, 제어부(400)는 제1 스위치(210), 제2 스위치(220) 및 제3 스위치(230)를 제1 스위칭 모드로 제어하여 전원부(100)로부터 벅 컨버터부(300)를 통하여 부하(10)로 전력이 전달되는 제1 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.The control unit 400 is configured to control the MPPT (Maximum Power Point Tracking) control of the buck converter unit 300 and the switching operation of the switching unit 200 . More specifically, the control unit 400 controls the first switch 210 , the second switch 220 , and the third switch 230 in the first switching mode from the power supply unit 100 through the buck converter unit 300 . A first power transmission path through which power is transmitted to the load 10 may be formed.

여기서, 벅 컨버터부(300)를 통하여 전력이 전달된다는 의미는 전원부(100)로부터 부하(10)로 전력이 전달됨에 있어서, 전원부(100)에서 출력되는 전압이 벅 컨버터부(300)에 의해 강압되는 과정을 거치게 된다는 의미이다.Here, the meaning that power is transmitted through the buck converter unit 300 means that when power is transmitted from the power supply unit 100 to the load 10 , the voltage output from the power supply unit 100 is step-down by the buck converter unit 300 . It means going through a process.

또한 제어부는, 제1 스위치(210), 제2 스위치(220) 및 제3 스위치(230)를 제2 스위칭 모드로 제어하여 벅 컨버터부(300)를 통하지 않고 전원부(100)로부터 부하(10)로 전력이 전달되는 제2 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.In addition, the control unit controls the first switch 210 , the second switch 220 , and the third switch 230 in the second switching mode from the power supply unit 100 to the load 10 without passing through the buck converter unit 300 . to form a second power transmission path through which power is transmitted.

여기서, 벅 컨버터부(300)를 통하지 않고 전력이 전달된다는 의미는 전원부(100)로부터 부하(10)로 전력이 전달됨에 있어서, 전원부(100)에서 출력되는 전압이 벅 컨버터부(300)에 의해 강압되는 과정을 거치지 않는다는 의미이다.Here, the meaning that power is transferred without going through the buck converter unit 300 means that when power is transferred from the power supply unit 100 to the load 10 , the voltage output from the power supply unit 100 is generated by the buck converter unit 300 . This means that there is no coercion process.

또한, 제어부(400)는 상기 제1 전력 전달 경로로 부하(10)에 전력을 전달하는 경우의 제1 전력의 크기(P1)를 연산하고, 상기 제2 전력 전달 경로로 부하(10)에 전력을 전달하는 경우의 제2 전력의 크기(P2)를 연산한다. 이후, 제어부(400)는 연산된 제1 전력의 크기(P1) 및 제2 전력의 크기(P2)를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 스위칭부(200)의 스위칭 동작을 제어한다.In addition, the control unit 400 calculates the magnitude P1 of the first power when power is transmitted to the load 10 through the first power transmission path, and provides power to the load 10 through the second power transmission path. Calculate the magnitude P2 of the second power in the case of transmitting . Thereafter, the controller 400 compares the calculated magnitude P1 of the first power and the magnitude P2 of the second power, and controls the switching operation of the switching unit 200 according to the comparison result.

이때, 제어부(400)는, 상기 비교 결과가 제1 전력의 크기(P1)가 제2 전력의 크기(P2)보다 크거나 같은 경우라면, 제1 스위치(210), 제2 스위치(220) 및 제3 스위치(230)를 제1 스위칭 모드로 제어하고, 상기 비교 결과가 제1 전력의 크기(P1)가 제2 전력의 크기(P2)보다 작은 경우라면, 제1 스위치(210), 제2 스위치(220) 및 제3 스위치(230)를 제2 스위칭 모드로 제어한다.At this time, if the comparison result shows that the magnitude P1 of the first power is greater than or equal to the magnitude P2 of the second power, the control unit 400 includes the first switch 210 , the second switch 220 and If the third switch 230 is controlled in the first switching mode, and the comparison result is that the magnitude P1 of the first power is smaller than the magnitude P2 of the second power, the first switch 210, the second The switch 220 and the third switch 230 are controlled in the second switching mode.

여기서, 제1 전력은 제어부(400)가 벅 컨버터부(300)를 MPPT 제어하는 경우 전원부(100)로부터 부하(10)로 전달되는 전력이고 제2 전력은 제어부(400)가 벅 컨버터부(300)를 MPPT 제어하지 않는 경우 전원부(100)로부터 부하(10)로 전달되는 전력이다.Here, the first power is the power transmitted from the power supply unit 100 to the load 10 when the control unit 400 MPPT controls the buck converter unit 300 , and the second power is the control unit 400 , the buck converter unit 300 . ) is the power transferred from the power supply unit 100 to the load 10 when MPPT control is not performed.

상기 제1 전력의 크기(P1)는 MPPT 제어에 의해 부하(10)로 전달되는 전압의 값을 변환시키면서 추종하는 최대 전력이므로, 제어부(400)가 전원부(100) 출력단의 개방 전압(V1) 및 단락 전류(I1)의 값을 전달받아 MPPT 알고리즘을 이용하여 연산할 수 있다.Since the magnitude of the first power P1 is the maximum power that is followed while converting the voltage value delivered to the load 10 by the MPPT control, the control unit 400 controls the open-circuit voltage V1 of the output terminal of the power unit 100 and It can be calculated using the MPPT algorithm by receiving the value of the short-circuit current I1.

또한, 상기 제2 전력의 크기(P2)는 MPPT 제어를 하지 않는 경우 부하(10)에 전달될 전력이므로, 제어부(400)가 부하(10)의 현재 전압(V2) 및 전류(I2)를 전달받아 연산할 수 있다.In addition, since the magnitude P2 of the second power is power to be transmitted to the load 10 when MPPT control is not performed, the controller 400 delivers the current voltage V2 and current I2 of the load 10 . can be taken and computed.

본 발명에 따르면, 제어부(400)가 상기 제1 전력의 크기(P1) 및 상기 제2 전력의 크기(P2)를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 제1 전력 전달 경로와 제2 전력 전달 경로 중 전력 전달 효율이 더 높은 경로를 실시간으로 선택하도록 스위칭부(200)의 스위칭 동작을 제어할 수 있으므로 전력 전달 효율이 극대화될 수 있다.According to the present invention, the controller 400 compares the magnitude P1 of the first power and the magnitude P2 of the second power, and according to the comparison result, one of the first power transmission path and the second power transmission path. Since the switching operation of the switching unit 200 may be controlled to select a path having higher power transfer efficiency in real time, power transfer efficiency may be maximized.

또한, 도 4를 참조하면 본 발명에 따른 전력 시스템(1000)은, 전원부(100)로부터 생성되는 전력에 의한 입력 전압을 저장하는 입력측 저장부(500)를 더 포함할 수 있다.In addition, referring to FIG. 4 , the power system 1000 according to the present invention may further include an input-side storage unit 500 for storing an input voltage by power generated from the power supply unit 100 .

이때, 입력측 저장부(500)는 전원부(100)와 벅 컨버터부(300) 사이에 연결된다.At this time, the input-side storage unit 500 is connected between the power supply unit 100 and the buck converter unit 300 .

입력측 저장부(500)는 전원부(100)로부터 출력되는 입력측 전압에 노이즈가 끼거나 전압이 흔들릴 때 안정된 직류 전압을 공급할 수 있게 해주는 역할을 하며, 입력측 저장부(500)로는 커패시터가 사용될 수 있다.The input-side storage unit 500 serves to supply a stable DC voltage when the input-side voltage output from the power supply unit 100 is noisy or fluctuates, and a capacitor may be used as the input-side storage unit 500 .

또한, 본 발명에 따른 전력 시스템(1000)은, 벅 컨버터부(300)에 의해 강압된 전압을 저장하는 출력측 저장부(600)를 더 포함할 수 있다.In addition, the power system 1000 according to the present invention may further include an output-side storage unit 600 for storing the voltage step-down by the buck converter unit 300 .

이때, 출력측 저장부(600)는 벅 컨버터부(300)와 부하(10) 사이에 연결된다.At this time, the output-side storage unit 600 is connected between the buck converter unit 300 and the load 10 .

출력측 저장부(600)는 부하(10)에 직류전압을 공급하도록 전압을 정류시켜주는 역할을 하며, 출력측 저장부(600)로는 커패시터가 사용될 수 있다.The output-side storage unit 600 serves to rectify a voltage to supply a DC voltage to the load 10 , and a capacitor may be used as the output-side storage unit 600 .

이하에서는 도 5a 및 도 5b를 참조하여 보다 구체적으로 제1 스위칭 모드 및 제2 스위칭 모드에 대해 설명한다.Hereinafter, the first switching mode and the second switching mode will be described in more detail with reference to FIGS. 5A and 5B .

도 5a는 제1 스위칭 모드의 등가회로를, 도 5b는 제2 스위칭 모드의 등가회로를 도시한 것이다.FIG. 5A shows an equivalent circuit in a first switching mode, and FIG. 5B shows an equivalent circuit in a second switching mode.

도 5a를 참조하면, 전원부(100)에서 생성되는 전력은 벅 컨버터부(300)를 통하여 부하(10)에 전달되는 제1 전력 전달 경로로 전달된다. 제어부(400)는 벅 컨버터부(300)를 MPPT 제어하면서 전원부(100)에서 출력되는 전압을 강압하여 부하(10)에 전달하는 방식으로 최대 전력을 추종한다.Referring to FIG. 5A , the power generated by the power supply unit 100 is transferred to the first power transmission path that is transferred to the load 10 through the buck converter unit 300 . The control unit 400 tracks the maximum power in such a way that the voltage output from the power supply unit 100 is stepped down and transferred to the load 10 while controlling the buck converter unit 300 as MPPT.

구체적으로 상기 제1 전력 전달 경로를 형성하는 제1 스위칭 모드는, 제1 전력의 크기(P1)가 제2 전력의 크기(P2)보다 크거나 같은 경우에 제1 스위치(210)의 타단이 역전류 방지 소자(320)의 일단에 연결되고, 제2 스위치(220)의 타단이 컨버터 스위치(310)의 일단에 연결되며, 제3 스위치(230)의 타단이 오프된 모드이다.Specifically, in the first switching mode forming the first power transfer path, when the magnitude P1 of the first power is greater than or equal to the magnitude P2 of the second power, the other end of the first switch 210 is reversed. It is connected to one end of the flow prevention element 320 , the other end of the second switch 220 is connected to one end of the converter switch 310 , and the other end of the third switch 230 is turned off.

제1 전력의 크기(P1)가 제2 전력의 크기(P2)보다 크거나 같다는 것은, 벅 컨버터부(300)가 MPPT 제어될 때 부하(10)에 더 많은 전력이 전달된다는 의미이므로 제어부(400)는 벅 컨버터부(300)를 MPPT 제어한다. 따라서, 제어부(400)는 제1 스위치(210)의 타단을 역전류 방지 소자(320)의 일단에 연결하여 역전류 방지 소자(320)의 일단이 접지에 연결되도록 하고, 제2 스위치(220)의 타단을 컨버터 스위치(310)의 일단에 연결하여 전원부(100)가 컨버터 스위치(310)와 연결되도록 하며, 제3 스위치(230)의 타단을 오프시켜 컨버터 스위치(310)가 부하(10)로 직접 연결되는 바이패스 경로를 차단시킨다.When the magnitude P1 of the first power is greater than or equal to the magnitude P2 of the second power, it means that more power is transferred to the load 10 when the buck converter unit 300 is MPPT controlled, so the control unit 400 ) MPPT controls the buck converter unit 300 . Accordingly, the control unit 400 connects the other end of the first switch 210 to one end of the reverse current prevention element 320 so that one end of the reverse current prevention element 320 is connected to the ground, and the second switch 220 . is connected to one end of the converter switch 310 so that the power supply unit 100 is connected to the converter switch 310 , and the other end of the third switch 230 is turned off so that the converter switch 310 is transferred to the load 10 . It blocks the bypass path directly connected to it.

이때, 전원부(100)에서 출력되는 전압은, 제어부(400)의 MPPT 제어에 의해 부하(10)에 최대 전력을 전달할 수 있도록 강압되므로, 부하(10)에는 MPPT 제어에 의해 추종된 최대 전력이 전달될 수 있다.At this time, since the voltage output from the power supply unit 100 is stepped down to deliver the maximum power to the load 10 by the MPPT control of the controller 400 , the maximum power followed by the MPPT control is transmitted to the load 10 . can be

여기서 MPPT 제어는 MPPT 알고리즘에 의해 정해지는 듀티비에 따라 제어부(400)가 컨버터 스위치(310)의 온/오프를 제어하여 이루어진다.Here, the MPPT control is performed by the controller 400 controlling the on/off of the converter switch 310 according to a duty ratio determined by the MPPT algorithm.

보다 구체적으로는, 컨버터 스위치(310)를 온시키는 동안 도 5a의 점선 방향으로 입력 전류가 흐르면서 인덕터(330)에 에너지가 충전되는 동시에 부하(10)에 전력이 전달되다가, 컨버터 스위치(310)를 오프시키면 도 5b의 실선 방향으로 전류가 흘러 인덕터(330)에 저장된 에너지가 방출된다. 컨버터 스위치(310)의 온오프 동작이 교번으로 반복되면서 전원부(100)에서 출력되는 입력 전압은 강압되어 부하(10)로 전달된다.More specifically, while the converter switch 310 is turned on, as the input current flows in the dotted line direction in FIG. 5A , energy is charged in the inductor 330 and power is transferred to the load 10 at the same time, and then the converter switch 310 is turned on. When turned off, current flows in the direction of the solid line in FIG. 5B and energy stored in the inductor 330 is released. As the on-off operation of the converter switch 310 is alternately repeated, the input voltage output from the power supply unit 100 is step-down and transferred to the load 10 .

다음으로 도 5b를 참조하면, 전원부(100)에서 생성되는 전력은 역전류 방지 소자(320)만을 거쳐 부하(10)에 전달된다. 제어부(400)는 벅 컨버터부(300)를 MPPT 제어하지 않으며, 전원부(100)에서 생성되는 전압이 강압되지 않고 부하(10)에 전달되도록 제어한다. 이때, 전원부(100)로부터 부하(10)로 전달되는 전력은 벅 컨버터부(300)를 통하지 않고 제2 전력 전달 경로로 전달된다.Next, referring to FIG. 5B , the power generated by the power supply unit 100 is transferred to the load 10 through only the reverse current prevention device 320 . The control unit 400 does not control the MPPT of the buck converter unit 300 , and controls the voltage generated by the power supply unit 100 to be transferred to the load 10 without stepping down. At this time, the power transferred from the power supply unit 100 to the load 10 is transferred to the second power transfer path without going through the buck converter unit 300 .

구체적으로 상기 제2 전력 전달 경로를 형성하는 제2 스위칭 모드는, 제1 전력의 크기가 제2 전력의 크기보다 작은 경우에 제1 스위치(210)의 타단이 오프되고, 제2 스위치(220)의 타단이 역전류 방지 소자(320)의 일단에 연결되며, 제3 스위치(230)의 타단이 컨버터 스위치(310)의 타단에 연결된 모드이다.Specifically, in the second switching mode for forming the second power transfer path, when the level of the first power is smaller than the level of the second power, the other end of the first switch 210 is turned off, and the second switch 220 is turned off. is connected to one end of the reverse current prevention device 320 , and the other end of the third switch 230 is connected to the other end of the converter switch 310 .

제1 전력의 크기(P1)가 제2 전력의 크기(P2)보다 작다는 것은, 벅 컨버터부(300)가 MPPT 제어되지 않을 때 부하(10)에 더 많은 전력이 전달된다는 의미이므로 제어부(400)는 벅 컨버터부(300)를 MPPT 제어하지 않는다. 따라서, 제어부(400)는 제1 스위치(210)의 타단을 오프시키는 동시에 제2 스위치(220)의 타단은 역전류 방지 소자(320)의 일단에 연결하여 전원부(100)로부터 역전류 방지 소자(320)로 바로 전류가 흐르도록 연결한다. 또한, 제어부(400)는 제3 스위치(230)의 타단을 컨버터 스위치(310)의 타단에 연결함으로써 컨버터 스위치(310)로부터 인덕터(330)를 우회하여 부하(10)로 직접 연결되는 바이패스 경로를 형성한다.When the magnitude P1 of the first power is smaller than the magnitude P2 of the second power, it means that more power is transferred to the load 10 when the buck converter unit 300 is not under MPPT control, so the control unit 400 ) does not MPPT control the buck converter unit 300 . Therefore, the control unit 400 turns off the other end of the first switch 210, and at the same time, the other end of the second switch 220 is connected to one end of the reverse current prevention element 320 to prevent the reverse current from the power supply unit 100 ( 320) so that the current flows directly. In addition, the controller 400 connects the other end of the third switch 230 to the other end of the converter switch 310 , thereby bypassing the inductor 330 from the converter switch 310 and a bypass path directly connected to the load 10 . to form

상기 제2 전력 전달 경로가 형성되면 현재의 부하(10) 전압이 전원부(100)에 적용된다.When the second power transmission path is formed, the current voltage of the load 10 is applied to the power supply unit 100 .

여기서, 부하(10) 전압이 전원부(100)에 적용된다는 것은 부하(10) 전압과 역전류 방지 소자(330) 양단의 전압 차이만큼의 전압이 전원부(100)에 걸린다는 것을 의미하고 이때, 전원부(100)에서 출력되는 전류는 도 5b의 화살표 방향으로 흘러 역전류 방지 소자(330)만을 거쳐 그대로 부하(10)에 전달된다.Here, that the voltage of the load 10 is applied to the power supply unit 100 means that a voltage equal to the voltage difference between the voltage of the load 10 and the reverse current prevention device 330 is applied to the power supply unit 100 , and at this time, the power supply unit The current output from 100 flows in the direction of the arrow of FIG. 5B and is transmitted to the load 10 as it is through only the reverse current prevention element 330 .

역전류 방지 소자(330)로서 다이오드가 사용되는 경우, 다이오드의 전압 강하는 약 0.7V로서 매우 작은 값이므로 전원부(100)에 의해 생성되는 전력의 대부분(99% 이상)이 부하(10)에 전달될 수 있다.When a diode is used as the reverse current prevention device 330 , the voltage drop of the diode is about 0.7V, which is a very small value, so that most of the power (99% or more) generated by the power supply unit 100 is transferred to the load 10 . can be

또는, 역전류 방지 소자(330)로서 FET(Field effect transistor)가 사용될 수도 있는데, FET가 사용되는 경우 제어부(400)에서 FET를 온오프 제어할 수 있고, FET의 온오프 제어에 의해 인덕터(310) 방향으로 역전류가 흐르는 것을 방지할 수 있을 뿐 아니라 다이오드는 적은 양이라도 전압강하가 존재하는 것에 비해 FET의 온 상태에서는 이론적으로 전압강하가 존재하지 않으므로 다이오드를 사용할 때보다 전력 전달 효율이 더 높아질 수 있다.Alternatively, a field effect transistor (FET) may be used as the reverse current prevention device 330 . When the FET is used, the controller 400 may control the on/off of the FET, and the inductor 310 may be controlled by the on/off control of the FET. ) direction, as well as preventing a reverse current from flowing in the direction of a diode, as there is theoretically no voltage drop in the on-state of the FET, compared to the presence of a voltage drop even with a small amount of diode, the power transfer efficiency will be higher than when using a diode. can

한편, 도 5a를 참조하면 본 발명과 같이 스위칭부(200)를 제어하지 않고, 단순히 컨버터 스위치(320)를 온 상태로 유지하는 것만으로도 MPPT 제어를 하지 않고 부하(10)로 전력을 전달할 수 있다는 것을 알 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 5A , power can be transferred to the load 10 without controlling the MPPT by simply maintaining the converter switch 320 in an on state without controlling the switching unit 200 as in the present invention. It can be seen that there is

다만, 본 발명과 같이 스위칭부(200)를 추가하면 제2 스위칭 모드로 동작시 전원부(100)에서 출력되는 전류가 인덕터(330)를 거치지 않도록 바이패스 경로를 형성할 수 있으므로 인덕터(330) 소자에 의해 발생할 수도 있는 리플 현상을 미연에 방지할 수 있다.However, if the switching unit 200 is added as in the present invention, a bypass path can be formed so that the current output from the power supply unit 100 does not pass through the inductor 330 when operating in the second switching mode, so the inductor 330 element It is possible to prevent in advance the ripple phenomenon that may be caused by

한편, 제1 전력 전달 경로는 전원부(100)에서 출력되는 전력이 부하(10)로 전달됨에 있어서 MPPT 제어되면서 전달될 수 있는 모든 경로를 의미하는 것이고, 제2 전력 전달 경로는 전원부(100)에서 출력되는 전력이 부하(10)로 전달됨에 있어서 MPPT 제어되지 않고 전달되는 모든 경로를 의미하는 것으로서, 스위칭부(200) 또한, 상기 제1 전력 전달 경로 및 제2 전력 전달 경로를 형성하기 위해 다양한 회로구조를 가질 수 있다.On the other hand, the first power transmission path means all paths that can be transmitted while MPPT-controlled when the power output from the power supply unit 100 is transmitted to the load 10 , and the second power transmission path is from the power supply unit 100 . When output power is transmitted to the load 10, it refers to all paths through which MPPT is not controlled and is transmitted, and the switching unit 200 also includes various circuits to form the first power transmission path and the second power transmission path. can have a structure.

이상과 같이, 본 발명에 따르면 RLC 소자의 추가 없이 스위치 소자만을 추가하는 단순한 구조 변경에 의해, MPPT 제어가 이루어지는 경로와 MPPT 제어가 이루어지지 않는 경로 중 전력 전달 효율이 더 높은 경로를 선택하여 부하에 전력을 전달할 수 있다. 따라서, MPPT 제어만을 할 때보다 더 높은 효율로 부하에 전력이 전달될 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by a simple structural change in which only a switch element is added without adding an RLC element, a path with higher power transfer efficiency is selected among a path where MPPT control is performed and a path where MPPT control is not performed, and is applied to the load. power can be transmitted. Therefore, there is an effect that power can be transmitted to the load with higher efficiency than when only MPPT control is performed.

이상 본 발명의 설명을 위하여 예시로 든 실시예는 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태로 조합이 가능하다. 따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 특징이 있다고 할 것이다.The embodiments exemplified above for the purpose of description of the present invention are merely one embodiment in which the present invention is embodied, and combinations are possible in various forms in order to realize the gist of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above embodiments, and as claimed in the claims below, various modifications can be made by anyone with ordinary knowledge in the field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention. It will be said that there are technical features of the present invention to the extent.

1000: 전력 시스템
100: 전원부
200: 스위칭부
210: 제1 스위치
220: 제2 스위치
230: 제3 스위치
300: 벅 컨버터부
310: 컨버터 스위치
320: 역전류 방지 소자
330: 인덕터
400: 제어부
500: 입력측 저장부
600: 출력측 저장부1000: power system
100: power supply
200: switching unit
210: first switch
220: second switch
230: third switch
300: buck converter unit
310: converter switch
320: reverse current prevention device
330: inductor
400: control unit
500: input side storage
600: output side storage

Claims (9)

전력을 생성하는 전원부;
상기 전원부에 의해 생성되는 전력이 부하로 전달되는 전력 전달 경로를 선택하는 스위칭부;
상기 전원부로부터 생성되는 전력에 의한 입력 전압을 강압하여 상기 부하에 전달하는 벅 컨버터부; 및
상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 스위칭부는 제1 스위치, 제2 스위치 및 제3 스위치를 포함하고,
상기 제어부는 상기 제1 스위치, 제2 스위치 및 제3 스위치를 제1 스위칭 모드로 제어하여 상기 전원부로부터 상기 벅 컨버터부를 통하여 상기 부하로 전력이 전달되는 제1 전력 전달 경로를 형성하고, 상기 제1 스위치, 제2 스위치 및 제3 스위치를 제2 스위칭 모드로 제어하여 상기 전원부로부터 상기 벅 컨버터부를 통하지 않고 상기 부하로 전력이 전달되는 제2 전력 전달 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
a power supply unit for generating power;
a switching unit for selecting a power transmission path through which the power generated by the power supply unit is transmitted to a load;
a buck converter unit for stepping down an input voltage by the power generated from the power supply unit and transferring it to the load; and
Including; a control unit for controlling the switching operation of the switching unit;
The switching unit includes a first switch, a second switch and a third switch,
The control unit controls the first switch, the second switch, and the third switch in a first switching mode to form a first power transmission path through which power is transmitted from the power supply unit to the load through the buck converter unit, and the first and controlling the switch, the second switch and the third switch in the second switching mode to form a second power transfer path through which power is transferred from the power supply unit to the load without passing through the buck converter unit.
 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 전력 전달 경로로 상기 부하에 전력을 전달하는 경우의 제1 전력의 크기를 연산하고, 상기 제2 전력 전달 경로로 상기 부하에 전력을 전달하는 경우의 제2 전력의 크기를 연산하며, 상기 제1 전력의 크기 및 상기 제2 전력의 크기를 비교한 비교결과에 따라 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
According to claim 1,
The control unit is
calculating the magnitude of the first power when transmitting power to the load through the first power transmission path, and calculating the magnitude of the second power when transmitting power to the load through the second power transmission path, and controlling the switching operation of the switching unit according to a comparison result of comparing the magnitude of the first power and the magnitude of the second power.
 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 스위칭부를 상기 제1 스위칭 모드로 제어하는 경우, 상기 벅 컨버터부를 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어하고,
상기 스위칭부를 상기 제2 스위칭 모드로 제어하는 경우, 상기 벅 컨버터부를 MPPT 제어하지 않는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
According to claim 1,
The control unit is
When controlling the switching unit in the first switching mode, controlling the buck converter unit MPPT (Maximum Power Point Tracking),
When the switching unit is controlled in the second switching mode, the power system, characterized in that the MPPT control of the buck converter unit is not.
 제1항에 있어서,
상기 벅 컨버터부는,
일단이 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 상기 전원부에 연결되거나 차단되는 컨버터 스위치;
일단은 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 접지에 연결되거나 상기 전원부에 연결되고, 타단은 상기 컨버터 스위치의 타단에 연결되는 역전류 방지 소자; 및
일단은 상기 컨버터 스위치의 타단에 연결되고 타단은 상기 부하에 연결되는 인덕터;를 포함하는 전력 시스템.
According to claim 1,
The buck converter unit,
a converter switch having one end connected to or disconnected from the power supply unit according to a switching operation of the switching unit;
a reverse current prevention device having one end connected to the ground or connected to the power supply unit according to a switching operation of the switching unit, and the other end connected to the other end of the converter switch; and
and an inductor having one end connected to the other end of the converter switch and the other end connected to the load.
 제4항에 있어서,
상기 제1 스위치는, 일단이 접지에 연결되며, 타단은 상기 제어부에 의해 제어되는 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 상기 역전류 방지 소자의 일단에 연결되거나 오프되고,
상기 제2 스위치는, 일단이 상기 전원부에 연결되며, 타단은 상기 제어부에 의해 제어되는 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 상기 컨버터 스위치의 일단에 연결되거나 상기 역전류 방지 소자의 일단에 연결되고,
상기 제3 스위치는, 일단이 상기 인덕터의 타단에 연결되며, 타단은 상기 제어부에 의해 제어되는 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 오프되거나 상기 컨버터 스위치의 타단에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
5. The method of claim 4,
One end of the first switch is connected to the ground, and the other end is connected to or off one end of the reverse current prevention element according to a switching operation of the switching unit controlled by the control unit,
The second switch has one end connected to the power supply unit, and the other end connected to one end of the converter switch or one end of the reverse current prevention device according to a switching operation of the switching unit controlled by the control unit,
The third switch has one end connected to the other end of the inductor, and the other end is turned off according to a switching operation of the switching unit controlled by the controller or is connected to the other end of the converter switch.
 제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 전력 전달 경로로 상기 부하에 전력을 전달하는 경우의 제1 전력의 크기를 연산하고, 상기 제2 전력 전달 경로로 상기 부하에 전력을 전달하는 경우의 제2 전력의 크기를 연산하며, 상기 제1 전력의 크기 및 상기 제2 전력의 크기를 비교하고,
상기 비교 결과, 상기 제1 전력의 크기가 상기 제2 전력의 크기보다 크거나 같은 경우, 상기 제1 스위치의 타단을 상기 역전류 방지 소자의 일단에 연결하고, 상기 제2 스위치의 타단을 상기 컨버터 스위치의 일단에 연결하며, 상기 제3 스위치의 타단을 오프시키는 상기 제1 스위칭 모드로 제어하고,
상기 비교 결과, 상기 제1 전력의 크기가 상기 제2 전력의 크기보다 작은 경우, 상기 제1 스위치의 타단을 오프시키고, 상기 제2 스위치의 타단을 상기 역전류 방지 소자의 일단에 연결하며, 상기 제3 스위치의 타단을 상기 컨버터 스위치의 타단에 연결하는 상기 제2 스위칭 모드로 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
6. The method of claim 5,
The control unit is
calculating the magnitude of the first power when transmitting power to the load through the first power transmission path, and calculating the magnitude of the second power when transmitting power to the load through the second power transmission path, comparing the magnitude of the first power and the magnitude of the second power;
As a result of the comparison, when the magnitude of the first power is greater than or equal to the magnitude of the second power, the other end of the first switch is connected to one end of the reverse current prevention device, and the other end of the second switch is connected to the converter Connected to one end of the switch, and control the first switching mode to turn off the other end of the third switch,
As a result of the comparison, when the level of the first power is smaller than the level of the second power, the other end of the first switch is turned off, and the other end of the second switch is connected to one end of the reverse current prevention device, and the Power system, characterized in that the control in the second switching mode for connecting the other end of the third switch to the other end of the converter switch.
 제6항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 스위칭부를 상기 제1 스위칭 모드로 제어하는 경우, 상기 벅 컨버터부를 MPPT 제어하며,
상기 스위칭부를 상기 제2 스위칭 모드로 제어하는 경우, 상기 벅 컨버터부를 MPPT 제어하지 않는 것을 특징으로 하는 전력 시스템.
7. The method of claim 6,
The control unit is
When the switching unit is controlled in the first switching mode, MPPT control of the buck converter unit,
When the switching unit is controlled in the second switching mode, the power system, characterized in that the MPPT control of the buck converter unit is not.
 제1항에 있어서,
상기 전원부로부터 생성되는 전력에 의한 입력 전압을 저장하는 입력측 저장부를 더 포함하는 전력 시스템.
According to claim 1,
The power system further comprising an input-side storage unit for storing an input voltage by the power generated from the power supply unit.
 제1항에 있어서,
상기 벅 컨버터부에 의해 강압된 입력 전압을 저장하는 출력측 저장부를 더 포함하는 전력 시스템.





According to claim 1,
The power system further comprising an output-side storage unit for storing the input voltage step-down by the buck converter unit.
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