KR20210120096A

KR20210120096A - 최대 전력을 추적하는 발전 장치 및 시스템

Info

Publication number: KR20210120096A
Application number: KR1020217028000A
Authority: KR
Inventors: 궈밍 우
Original assignee: 실루민 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-04-28
Publication date: 2021-10-06
Also published as: JP2022522524A; KR102514251B1; CN109765960B; CN109765960A; AU2019432427A1; EP3936967A4; AU2019432427B2; WO2020177204A1; US20220163991A1; JP7186896B2; EP3936967A1

Abstract

본 발명은 최대 전력을 추적하는 발전 장치와 시스템을 제공하고, 상기 발전 장치는 발전 어셈블리(1)와 적어도 하나의 옵티마이저(2)를 포함하고, 상기 옵티마이저(2)는 칩에 설치되는 최대 전력 추적 회로(201), 구동 제어 회로(202), 제1 스위치(203) 및 제2 스위치(204)를 포함하고, 상기 최대 전력 추적 회로(201)는 전압 전류 검출 유닛(2011), 멀티플라이어(2012) 및 최대 전력 추적 처리 유닛(2013)을 포함하고; 멀티플라이어(2012)는 상기 발전 어셈블리(1)의 어셈블리 출력 전압과 상기 발전 어셈블리(1)의 어셈블리 출력 전류를 곱하여, 상기 발전 어셈블리(1)의 어셈블리 출력 전력을 얻고; 최대 전력 추적 처리 유닛(2013)은 상기 어셈블리 출력 전력에 따라 상기 발전 어셈블리(1)의 현재 최대 전력을 추적하여 결정하고, 상기 현재 최대 전력에 따라 상기 듀티비 신호를 결정하고, 상기 듀티비 신호를 상기 구동 제어 회로(202)로 발송한다. 본 발명은 기기들을 간소화하여, 원가를 효과적으로 줄이고, 발전 어셈블리(1)의 발전 효율을 향상시켰으며, 아주 높은 집적도를 실현할 수 있다.

Description

최대 전력을 추적하는 발전 장치 및 시스템

본 발명은 발전 분야에 관한 것으로, 특히 최대 전력을 추적하는 발전 장치 및 시스템에 관한 것이다.

각 발전 어셈블리는 모두 고유한 출력 전력 특성을 가지며, 특정 전압 전류에서 작동할 때에만 상기 어셈블리의 최대 전력 출력을 발휘할 수 있다. 그러나 단일 발전 어셈블리의 출력은 실제 전력 수요를 만족하기에 불충분한 경우가 많기 때문에 설계 요구를 충족시키기 위해 일반적으로 직렬 및 병렬의 방식으로 발전 어셈블리 어레이를 구성한다. 기존 기술에서는 발전 후에 직류를 교류로 변환한다(왜냐하면, 발전 어셈블리는 모두 직류이기 때문에 실제 민용 또는 산업용 전력망에 연결하기 전에 교류로 변환해야 하고, 이 과정을 역변환, 즉 직류-교류 변환이라고 한다).

종래 기술에서, 변환하기 전(즉, 직류에서 교류로 변환하기 전)에는, 동일한 최대 전력 포인트 추적(Maximum Power Point Tracking，이하 MPPT로 약칭)을 이용하여 어셈블리 어레이에 대한 최대 전력 포인트 추적을 실현할 수 있다. 어셈블리를 직렬 연결하여 사용할 경우, 각각의 어셈블리를 통과하는 전류가 동일하여, 어셈블리 전력 특성의 미스매치를 초래할 수 있는데, 예를 들면 어셈블리 갑(甲)이 최대 전력 포인트에서 작동할 때, 해당 최대 전력 포인트는 어셈블리 을(乙)의 최대 전력 포인트의 전류가 아닐 수 있으나, 직렬 연결에서 전류가 동일하기 때문에, 상기 어셈블리 을은 자신의 최대 전력 포인트에서 작동할 수 없게 되므로, 어셈블리 을의 전력 손실을 초래한다.

따라서, 종래의 방안에서, 각각의 발전 어셈블리마다 독립적인 최대 전력 포인트 추적 MPPT 기능을 갖춘 전력 옵티마이저를 배치할 수 있으며, 또한 각 발전 어셈블리의 출력은 모두 전력 옵티마이저의 입력단에 연결된다. 각각의 발전 어셈블리는 모두 전력 옵티마이저에 연결되고, 각 어셈블리는 어레이에 대해 말하면 독립적인 주체이고, 그 출력 전력은 다른 어떤 어셈블리의 영향도 받지 않으므로, 현재 환경 조건에서 상기 어셈블리가 최대 전력 값에서 작동하는데 유리할 수 있다. 이로써, 상기 어셈블리의 미스매치로 인해 각 어셈블리가 자체의 최대 전력 포인트에서 작동할 수 없게 되는 것을 방지한다.

종래의 관련 기술에서, 최대 전력 옵티마이저는 일반적으로 디지털 신호 처리를 실현하는 마이크로 프로세서 MCU 칩을 사용하여 구현되는데, MCU 칩의 정보 처리에 적합하기 위하여, 어셈블리의 전압 전류 정보를 샘플링하여 어셈블리의 전력을 계산하도록 MCU 칩에 샘플링 회로를 배치한다. 동시에 샘플링 회로가 수집하여 얻은 것은 아날로그 신호이고, MCU칩은 디지털 신호만 처리할 수 있으므로, 옵티마이저를 위해 아날로그 신호 증폭기 및 아날로그-디지털 신호 컨버터 등을 배치해야 하고, MCU는 최대 전력 포인트를 계산한 후 출력 신호가 전단 구동 회로를 통과하여 대응하는 외장 전력관을 구동하는 것을 통하여 어셈블리 어레이가 최대 전력 포인트에서 작동하게 한다. 이로부터 알 수 있듯이, 현재 방안은 복잡하고, 집적도가 낮고, 비용이 높으며, 비싼 비용으로 인해 이러한 구성의 옵티마이저 방안은 보급하기 어려워, 발전 어셈블리의 발전 효율에 영향을 준다.

본 발명은 최대 전력을 추적하는 발전 장치와 시스템을 제공하여, 방안이 복잡하고, 집적도가 낮으며, 원가가 비교적 높은 문제를 해결한다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 발전 어셈블리와 적어도 하나의 옵티마이저를 포함하는 최대 전력을 추적하는 발전 장치를 제공하고,

상기 옵티마이저는 칩에 설치되는 최대 전력 추적 회로, 구동 제어 회로, 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하고, 상기 제1 스위치의 제1 단은 상기 발전 어셈블리의 양의 출력단에 연결되고, 상기 제1 스위치의 제2 단은 상기 제2 스위치의 제1 단에 연결되고, 상기 제2 스위치의 제2 단은 상기 발전 어셈블리의 음의 출력단에 연결되고, 상기 제1 스위치의 제2 단과 상기 제2 스위치의 제1 단은 또한 중간 단자에 연결되고, 상기 중간 단자를 통해 상기 칩의 주변 회로로 전력을 출력할 수 있으며; 상기 중간 단자는 이전 단의 발전 장치에 연결되고;

상기 최대 전력 추적 회로는 전압 전류 검출 유닛, 멀티플라이어 및 최대 전력 추적 처리 유닛을 포함하고;

상기 전압 전류 검출 유닛은 상기 양의 출력단의 전압, 상기 음의 출력단의 전압 및 상기 중간 단자의 전압을 수집하고, 상기 양의 출력단의 전압과 상기 음의 출력단의 전압에 따라 상기 발전 어셈블리의 어셈블리 출력 전압을 결정하고, 상기 양의 출력단의 전압과 상기 중간 단자의 전압에 따라 상기 제1 스위치의 전류를 결정하여, 이를 어셈블리 출력 전류로 하고;

상기 멀티플라이어는 상기 발전 어셈블리의 어셈블리 출력 전압과 상기 발전 어셈블리의 어셈블리 출력 전류를 곱하여, 상기 발전 어셈블리의 어셈블리 출력 전력을 얻고;

상기 최대 전력 추적 처리 유닛은 상기 어셈블리의 출력 전력에 따라 상기 발전 어셈블리의 현재 최대 전력을 추적하여 결정하고; 상기 현재 최대 전력에 따라 상기 듀티비 신호를 결정하고, 상기 듀티비 신호를 상기 구동 제어 회로로 발송하고;

상기 구동 제어 회로는 상기 제1 스위치의 제어단과 상기 제2 스위치의 제어단에 각각 연결되고, 상기 듀티비 신호에 따라 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 온/오프를 제어하여 상기 발전 장치의 출력 전력을 조절한다.

상기 최대 전력 추적 처리 유닛은 상기 현재 최대 전력에 따라 듀티비 신호를 결정할 때, 구체적으로,

상기 현재 최대 전력에 따라 현재의 기준 전압을 결정하고;

상기 현재의 기준 전압과 참고 전압 신호의 현재 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 듀티비에 대응하는 상기 듀티비 신호를 생성하고, 상기 참고 전압 신호는 사인파형의 전압 신호 또는 삼각파형의 전압신호이다.

선택 가능하게 상기 최대 전력 추적 처리 유닛은 또한 상기 전압 전류 검출 유닛에 연결되고;

상기 전압 전류 검출 유닛은, 또한

상기 음의 출력단의 전압과 상기 중간 단자의 전압에 따라 상기 제2 스위치의 전류를 결정하고; 상기 제1 스위치의 전류와 상기 제2 스위치의 전류를 더하여, 상기 중간 단자의 출력 전류를 얻고;

상기 최대 전력 추적 처리 유닛은, 또한

상기 중간 단자의 출력 전압이 이에 대응하는 안전 전압 구간과 매칭되지 않으면, 상기 듀티비 신호에 대해 안전 조절을 진행하여, 상기 중간 단자의 전압이 이에 대응하는 안전 전압 구간과 매칭되도록 하고;

상기 중간 단자의 출력 전류가 이에 대응하는 제1 안전 전류 구간과 매칭되지 않거나 또는 상기 제1 스위치의 전류가 이에 대응하는 제2 안전 전류 구간과 매칭되지 않으면, 상기 듀티비 신호에 대해 안전 조절을 진행하여, 상기 중간 단자의 출력 전류가 이에 대응하는 제1 안전 전류 구간과 매칭되도록 하고, 상기 제2 스위치의 전류가 이에 대응하는 제2 안전 전류 구간과 매칭되도록 하며;

상기 안전 조절과 상기 현재 최대 전력에 따라 결정된 듀티비 신호가 충돌하면, 상기 안전 조절을 우선적으로 만족시킨다.

선택 가능하게 상기 구동 제어 회로는 논리 제어 유닛, 제1 구동 유닛 및 제2 구동 유닛을 포함하고,

상기 논리 제어 유닛의 입력단은 상기 최대 전력 추적 회로에 연결되어, 상기 듀티비 신호를 수신하고, 상기 듀티비 신호에 따라 제1 구동 신호와 제2 구동 신호를 생성하며, 상기 제1 구동 신호를 상기 제1 구동 유닛으로 발송하고, 상기 제2 구동 신호를 상기 제2 구동 유닛으로 발송하며;

상기 논리 제어 유닛은 상기 제1 구동 유닛과 상기 제2 구동 유닛에 각각 연결되고, 상기 제1 구동 유닛의 출력단은 상기 제1 스위치의 제어단에 연결되고, 상기 제2 구동 유닛의 출력단은 상기 제2 스위치의 제어단에 연결되며;

상기 제1 구동 유닛은 상기 제1 구동 신호에 따라 상기 제1 스위치의 온/오프를 제어하고, 상기 제2 구동 유닛은 상기 제2 구동 신호에 따라 상기 제2 스위치의 온/오프를 제어한다.

선택 가능하게 상기 제1 구동 유닛의 전원 공급단은 전원 공급 제어 스위치를 통해 내부 전원 공급 회로에 연결되고, 상기 제1 구동 유닛의 전원 공급단은 또한 부트스트랩 커패시터의 일단에 연결되고, 상기 부트스트랩 커패시터의 타단은 상기 중간 단자에 연결한다.

선택 가능하게 상기 옵티마이저는 내부 전원 공급 회로를 더 포함하고, 상기 내부 전원 공급 회로는 직접적 또는 간접적으로 상기 양의 출력단에 연결되고, 상기 내부 전원 공급 회로는 상기 구동 제어 회로에 연결되어, 상기 발전 어셈블리의 출력 전기에너지를 이용하여 상기 구동 제어 회로에 전원을 공급한다.

선택 가능하게 상기 내부 전원 공급 회로는 LDO 선형 레귤레이터를 포함하고, 상기 LDO 선형 레귤레이터의 입력단은 상기 출력단에 직접적 또는 간적접으로 연결되고, 상기 LDO 선형 레귤레이터의 출력단은 상기 구동 제어 회로에 직접적 또는 간접적으로 연결된다.

선택 가능하게 상기 장치는, 상기 장치 기준 전압 생성 회로를 더 포함하고, 상기 기준 전압 생성 회로는 상기 내부 전원 공급 회로와 상기 최대 전력 추적 회로에 각각 연결되어, 상기 내부 전원 공급 회로의 전원 공급을 이용하여 상기 최대 전력 추적 회로에 상기 듀티비 신호를 결정하기 위한 기준 전압을 제공한다.

선택 가능하게 상기 옵티마이저는 과열 보호 회로와 인에이블 제어 회로를 더 포함하고;

상기 과열 보호 회로는 상기 옵티마이저의 온도 정보를 검출하고, 상기 온도 정보가 설정된 온도 역치보다 높으면, 상기 인에이블 제어 회로로 특정 인에이블 신호를 발송하고;

상기 인에이블 제어 회로는 상기 구동 제어 회로에 연결되어, 상기 특정 인에이블 신호를 수신하면, 상기 구동 제어 회로를 이용하여 상기 제1 스위치의 온/오프를 제어하여, 상기 중간 단자와 상기 발전 어셈블리를 차단시키고, 상기 제2 스위치를 도통시킨다.

선택 가능하게 상기 장치는 통신 회로와 통신 인터페이스 어셈블리를 더 포함하고, 상기 통신 회로는 상기 통신 인터페이스 어셈블리를 통해 외부와 상호 통신을 진행하고, 상기 옵티마이저의 온도 정보, 어셈블리 출력 정보, 장치 출력 정보에 대해 아날로그 디지털 변환을 진행한 후 상기 통신 인터페이스 어셈블리를 통해 외부로 발송하고, 상기 통신 인터페이스 어셈블리를 통해 외부에서 전송된 외부 정보에 대해 아날로그 디지털 변환을 진행하여, 역치 정보가 상기 외부 정보에 따라 결정될 수 있도록 하고;

상기 어셈블리 출력 정보는, 상기 발전 어셈블리의 어셈블리 출력 전압, 상기 발전 어셈블리의 어셈블리 출력 전류 및 상기 발전 어셈블리의 출력 전력 중 적어도 하나를 포함하고;

상기 장치 출력 정보는, 상기 발전 장치의 장치 출력 전압, 상기 발전 장치의 장치 출력 전류 및 상기 발전 장치의 장치 출력 전력 중 적어도 하나를 포함하고;

상기 역치 정보는, 온도 역치, 안전 전압 구간에 대응하는 전압 역치 및 안전 전류 구간에 대응하는 전류 역치 중 적어도 하나를 포함한다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 순차적으로 연결되는 적어도 2개의 제1 측면 및 이의 선택 가능한 방안에 따른 최대 전력을 추적하는 발전 장치를 포함하는 최대 전력을 추적하는 발전 시스템을 제공한다.

본 발명에서 제공되는 최대 전력을 추적하는 발전 장치와 시스템은, 상기 최대 전력을 추적하는 회로의 입력단을 상기 양의 출력단, 상기 음의 출력단 및 상기 중간 단자에 직접적 또는 간접적으로 연결시켜, 상기 양의 출력단의 전압, 상기 음의 출력단의 전압 및 상기 중간 단자의 전압을 수집할 수 있다.

본 발명은 종래의 디지털 방식의 최대 전력 포인트 추적에 존재하는 문제를 방지하였고, 발전 어셈블리의 전압 전류 정보를 샘플링하여 아날로그 멀티플라이어를 통해 전력 정보를 얻고, 이로써 듀티비를 조절하여 발전 어셈블리의 최대 전력 포인트의 추적을 실현함으로써, 아날로그 디지털 변환 및 아날로그 디지털 변환에 기반한 연산 증폭을 방지하고, 주변 기기들을 간소화하여, 원가를 효과적으로 줄였으며, 옵티마이저 중 회로의 집적을 실현하는데 유리하므로, 높은 집적도를 실현할 수 있다. 동시에, 디지털 신호의 최적화 제어에 비해, 마이크로 프로세서의 계산 시간을 절약하였고, 아날로그 루프의 응답 속도도 더 빠르고, 처리 정밀도도 더 높게 할 수 있다. 원가를 줄이고, 어셈블리의 발전 효율을 향상시켰으므로, 상기 기술의 수용도는 아주 높으며, 친환경 에너지 절약을 실현할 수 있어, 상기 기술의 신속한 보급과 대량 생산에 유리하다.

본 발명의 실시예 또는 종래 기술의 기술 방안을 더 명확하게 설명하기 위하여, 이하 실시예 또는 종래기술에서 사용해야 하는 도면을 간단하게 소개한다. 아래 설명에서 도면은 단지 본 발명의 일부 실시예일 뿐, 당업자는 창조적인 노동이 없이 아래 도면들에 근거하여 다른 도면을 얻을 수 있음은 자명하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에서 최대 전력을 추적하는 발전 장치의 회로 개략도이고;
도 2는 본 발명의 제2 실시예에서 최대 전력을 추적하는 발전 장치의 회로 개략도이고;
도 3은 본 발명의 제3 실시예에서 최대 전력을 추적하는 발전 장치의 회로 개략도이고;
도 4는 본 발명의 제4 실시예에서 최대 전력을 추적하는 발전 장치의 회로 개략도이고;
도 5는 본 발명의 제5 실시예에서 최대 전력을 추적하는 발전 장치의 회로 개략도이고;
도 6은 본 발명의 실시예에서 최대 전력을 추적하는 발전 시스템의 회로 개략도이다.

이하 본 발명의 실시예의 도면을 결합하여, 본 발명의 실시예의 기술방안에 대해 명확하고 완전하게 설명한다. 분명한 것은, 설명한 실시예는 단지 본 발명의 일부 실시예일 뿐, 모든 실시예가 아니다. 본 발명의 실시예에 기반하여, 당업자가 창조적 노동이 없이 얻은 모든 기타 실시예는 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.

본 발명의 명세서 및 청구범위 및 상기 도면 중의 “제1”, “제2”, “제3”, “제4” 등 용어(존재할 경우)는 유사한 대상을 구분하기 위한 것이지, 특정 순서 또는 선후 순차를 설명하기 위한 것은 아니다. 여기에서 설명한 본 발명의 실시예가 도시 또는 설명된 것 이외의 순서로 실시될 수 있도록, 이렇게 사용된 데이터는 적당한 상황에서 서로 호환될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 용어 “포함” 및 “구비” 및 이들의 어떠한 변형도 비배타적인 포함을 의도한다. 예를 들면 일련의 단계 또는 유닛을 포함하는 과정, 방법, 시스템, 제품 또는 장치는 이들 단계 또는 유닛을 명확하게 나열하는 것으로 한정할 필요가 없으며, 명확하게 나열되지 않은 것들 또는 이러한 과정, 방법, 제품 또는 장치의 고유한 기타 절차 또는 유닛을 포함할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예로 본 발명의 기술방안에 대해 상세하게 설명한다. 아래 몇몇 구체적인 실시예는 서로 결합할 수 있고, 동일한 또는 유사한 개념 또는 과정은 일부 실시예에서 상세하게 설명하지 않을 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에서 최대 전력을 추적하는 발전 장치의 회로 개략도이다.

도 1을 참고하면, 최대 전력을 추적하는 발전 장치는, 발전 어셈블리(1)와 옵티마이저(2)를 포함하고, 상기 옵티마이저(2)는 칩에 설치되는 최대 전력 추적 회로(201), 구동 제어 회로(202), 제1 스위치(203) 및 제2 스위치(204)를 포함한다.

이상에서 언급된 발전 어셈블리(1)는 예를 들면 태양광 발전 어셈블리일 수 있고, 기타 선택 가능한 실시 방식에서는 운동 에너지 발전 어셈블리, 바람 에너지 발전 어셈블리 등일 수도 있다.

상기 제1 스위치(203)의 제1 단은 상기 발전 어셈블리(1)의 양의 출력단에 연결되고, 상기 제1 스위치(203)의 제2 단은 상기 제2 스위치(204)의 제1 단에 연결되고, 상기 제2 스위치(204)의 제2 단은 상기 발전 어셈블리(1)의 음의 출력단에 연결되고, 상기 제1 스위치(203)의 제2 단과 상기 제2 스위치(204)의 제1 단은 또한 중간 단자(205)에 연결되고, 상기 중간 단자(205)를 통해 상기 칩의 주변 회로로 전력을 출력할 수 있으며; 상기 중간 단자(205)는 이전 단의 발전 장치에 연결되고, 구체적으로 이전 단의 발전 장치의 음의 출력단에 연결된다.

본 실시예에서, 상기 양의 출력단의 전압, 상기 음의 출력단의 전압 및 상기 중간 단자의 전압을 직접 수집하도록, 상기 최대 전력 추적 회로(201)의 입력단은 상기 양의 출력단, 상기 음의 출력단 및 상기 중간 단자에 직접적 또는 간접적으로 연결될 수 있으며, 이는 칩 외부의 연결을 통해 실현될 수도 있고, 칩 상에 회로를 설치하는 것을 통해 실현될 수도 있다.

예를 들면, 최대 전력 추적 회로(201)의 하나의 입력단은 제1 스위치(203)의 제1 단과 함께 전원 양단자(206)에 연결될 수 있고, 상기 전원 양단자(206)는 발전 어셈블리(1)의 양의 출력단에 연결될 수 있으며, 최대 전력 추적 회로(201)의 다른 하나의 입력단은 제1 스위치(203)의 제2 단 및 제2 스위치(204)의 제1 단과 함께 중간 단자(205)에 연결될 수 있고, 최대 전력 추적 회로(201)의 또 하나의 입력단은 제2 스위치(204)의 제2 단과 함께 전원 음단자(207)에 연결될 수 있으며, 상기 전원 음단자(207)는 발전 어셈블리(1)의 음의 출력단에 연결될 수 있다. 기타 예에서, 최대 전력 추적 회로(201)는 기타 단자를 통해 발전 어셈블리(1)의 양의 출력단과 음의 출력단에 직접 연결될 수도 있다.

어떠한 연결 방식을 사용하든, 전압을 직접 획득하고, 이를 토대로 전류, 전력 등 정보에 대해 아날로그량을 계산하여 결정하기만 하면, 즉 샘플링하여 얻은 신호에 대해 아날로그 디지털 변환을 진행하지 않으면, 본 실시예의 설명을 벗어나지 않음을 알 수 있다.

이상의 수단에 기반하여, 본 실시예는 아날로그 디지털 변환 및 아날로그 디지털 변환에 기반한 연산 증폭을 방지하여, 주변 기기들을 간소화하고, 원가를 효과적으로 줄였으며, 옵티마이저 중의 회로의 집적을 실현하는데 유리하므로, 높은 집적도를 실현한다. 동시에, 디지털 신호의 최적화 제어에 비해, 아날로그 루프의 응답 속도도 더 빠르고, 처리 정밀도도 더욱 높게 할 수 있다.

제1 스위치(203)와 제2 스위치(204)는 양단을 도통할 수 있고, 또한 제어단을 구비하여, 제어단의 제어를 통해 도통과 차단을 변환하는 임의로 기기로 이해할 수 있다. 구체적인 실시 과정에서 제1 스위치(203)와 제2 스위치(204)는 MOS관, 예를 들면 NMOS관일 수 있다.

나아가, 이중 고압 NMOS의 방식을 사용하여, 면적을 절약함과 동시에 비교적 낮은 스위칭 임피던스를 실현할 수 있어, 비교적 높은 변환 효율을 실현하기 편하다.

상기 구동 제어 회로(202)는 상기 제1 스위치(203)의 제어단과 상기 제2 스위치(204)의 제어단에 각각 연결되어, 상기 듀티비 신호에 따라 상기 제1 스위치(203)와 상기 제2 스위치(204)의 온/오프를 제어하여, 상기 발전 장치의 장치 출력 전력을 조절한다.

여기서, 중간 단자(205)는 상기 발전 장치의 장치 출력 커패시터(3)의 제1 단에 연결될 수 있고, 장치 출력 커패시터(3)의 제2 단은 발전 어셈블리(1)의 음의 출력단에 연결될 수 있다. 나아가, 장치 출력 커패시터(3)의 양단은 이전 단의 발전 장치와 이후 단의 발전 장치에 각각 연결될 수 있다. 여기서, 중간 단자(205)는 인덕터(L)를 거쳐 상기 장치 출력 커패시터(3)에 연결될 수 있고, 상기 인덕터(L)와 상기 장치 출력 커패시터(3)는 조합되어 LC 필터링 작용을 일으킬 수 있다.

일 예에서, 중간 단자(205)가 출력하는 것은 방형파 신호이고, LC 필터링을 거친 후, 하나의 직류 DC전압을 형성할 수 있다. 본 실시예에서 한정해야 하는 전압은 바로 이 DC전압인 것으로 이해할 수 있다. 그러나, 중간에 인덕터를 두고 있어, LC필터링 후의 DC전압을 직접 샘플링할 수 없으므로, 중간 단자(205)의 방형파 전압에 대해 칩 내부의 저항 커패시터를 통해 RC 필터링한 후 외부 LC필터링과 동등한 DC전압을 얻는다. 이 DC전압에 대해 샘플링한 후 듀티비를 조절하여 이 DC전압이 과도하게 높아지는 것을 방지한다.

제1 스위치(203)가 차단되고, 제2 스위치(204)가 도통될 경우, 이후 단의 발전 장치는 제2 스위치(204)에 의해 이전 단의 발전 장치에 직렬 연결될 수 있고, 나아가 본 발전 장치의 발전 어셈블리(1)와 메인 채널의 연결을 차단할 수 있다. 대응되게, 제1 스위치(203)가 도통되고, 제2 스위치(204)가 차단될 경우, 본 발전 장치의 발전 어셈블리(1)는 메인 채널에 접속될 수 있고, 나아가 본 장치를 이용하여 본 어셈블리의 전기 에너지를 출력한다.

제2 스위치(204)를 온시키는 것을 통해, 기타 어셈블리의 전류가 상기 장치의 제2 스위치(204)를 직접 흐르게 할 수 있어, 전체 직렬 연결된 어셈블리 어레이 중의 기타 어셈블리의 정상 작동에 영향을 주지 않음을 알 수 있다.

본 실시예에서, 전압 전류를 직접 사용하여 전력 신호를 얻어 듀티비를 조절하고, 듀티비 신호를 통해 제1 스위치, 제2 스위치의 온/오프를 제어하므로, 아날로그 신호에 기반한 MPPT로 이해할 수 있고, AMPPT 방안으로 이해할 수도 있으며, 상기 AMPPT는 구체적으로 아날로그 최대 전력 포인트 추적(Analog Maximum Power Point Tracking)으로 이해할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에서 최대 전력을 추적하는 발전 장치의 회로 개략도이다.

도 2를 참고하면, 상기 최대 전력 추적 회로(201)는 전압 전류 검출 유닛(2011), 멀티플라이어(2012) 및 최대 전력 추적 처리 유닛(2013)을 포함한다.

상기 전압 전류 검출 유닛(2011)은 상기 양의 출력단의 전압, 상기 음의 출력단의 전압 및 상기 중간 단자의 전압을 수집하고, 상기 양의 출력단의 전압과 상기 음의 출력단의 전압에 따라 상기 발전 어셈블리(1)의 어셈블리 출력 전압을 결정하고, 구체적으로, 양의 출력단과 음의 출력단의 전위차, 즉 어셈블리 출력 전압으로 이해할 수 있다.

상기 전압 전류 검출 유닛(2011)은 또한 상기 양의 출력단의 전압과 상기 중간 단자(205)의 전압에 따라 상기 제1 스위치의 전류를 결정하여, 이를 상기 발전 어셈블리(1)의 어셈블리 출력 전류로 한다. 구체적으로 제1 스위치(203)의 임피던스를 결정할 수 있는 경우, 양의 출력단의 전압이 바로 전원 양단자(206)의 전압이므로, 제1 스위치(203)가 도통되면, 제1 스위치의 제1 단과 제2 단의 전압이 바로 상기 양의 출력단의 전압과 상기 중간 단자(205)의 전압의 전압차이고, 상기 전압차와 제1 스위치(203)의 임피던스에 따라 상기 어셈블리 출력 전류를 계산할 수 있다.

본 실시예는 전기적 파라미터의 신호를 디지털 신호로 변환할 필요 없이, 아날로그량에 기반해서도 필요한 전류와 전력 등을 얻어, 후속 비디지털 처리의 계산 및 처리의 요구를 만족시킬 수 있음을 알 수 있다.

상기 멀티플라이어(2013)는 상기 발전 어셈블리의 어셈블리 출력 전압과 상기 발전 어셈블리의 어셈블리 출력 전류를 곱하여, 상기 발전 어셈블리(1)의 어셈블리 출력 전력을 얻는다. 예를 들면, 발전 어셈블리(1)의 어셈블리 출력 전력을 나타내는 전압을 얻을 수 있다.

멀티플라이어(2012)를 통해, 비디지털 처리 장면에서 전력 정보를 얻기에 적합하여, 후속 비디지털 처리의 최대 전력을 추적하는 요구를 만족시킬 수 있다.

상기 최대 전력 추적 처리 유닛(2013)은 상기 어셈블리 출력 전력에 따라 상기 현재 최대 전력을 추적 결정하고, 상기 현재 최대 전력에 따라 상기 듀티비 신호를 결정하고, 상기 듀티비 신호를 상기 구동 제어 회로로 발송한다. 발전 어셈블리(1)의 어셈블리 출력 전력의 전압은 듀티비 신호를 조절하고, 상기 듀티비 신호는 구동 회로를 통해 제1 스위치와 제2 스위치의 온/오프를 제어하여, 발전 어셈블리가 최대 전력 출력 상태에서 작동하는 것을 실현한다.

듀티비 신호는 펄스폭 변조에 기반한 임의의 신호로 이해할 수 있고, 서로 다른 현재의 최대 전력에 대해, 최대 전력 추적 회로(201)는 듀티비가 서로 다른 듀티비 신호를 출력할 수 있다. 그 밖에, 듀티비 신호는 PMW신호, 즉 펄스폭 변조 신호로 이해할 수 있다.

최대 전력 추적 처리 유닛(2013)을 실현하는 임의의 수단은 모두 본 실시예의 보호 범위 내에 있다. 이하, 본 실시예의 다른 한 구체적인 실시방식을 구체적으로 설명한다.

과거의 출력 전력을 저장하고, 나아가 어셈블리의 현재 출력 전력과 이전 시기의 어셈블리 출력 전력을 비교하는 것을 통해, 어셈블리 출력 전력이 이전 시기의 출력 전력보다 크면, 어셈블리 출력 전력이 최대 출력 전력에 도달하지 못하였다고 결정할 수 있다. 어셈블리의 출력 전력이 이전 시기의 출력 전력보다 작으면, 어셈블리 출력 전력이 이미 최대 출력 전력에 도달하다고 결정할 수 있다. 상기 현재 최대 전력은 어셈블리 출력 전력의 적어도 일부 과거 데이터에 의해 결정된 것임 알 수 있다.

이로써, 동적 검출과 듀티비 신호 조절을 통해, 어셈블리가 항상 최대 전력 포인트 상태에서 작동하게 할 수 있다. 현재 최대 전력에 따라, 듀티비 신호를 결정하는 과정은, 어셈블리의 과거 출력 전력에 따라, 현재 듀티비에 대해 어떻게 조절해야 최대 전력의 전력 출력 요구를 만족시킬 수 있는지 결정할 수 있으며, 예를 들어 제1 스위치가 도통되고, 제2 스위치가 차단되는 시간의 변경을 통해 최대 전력 포인트의 추적을 실현할 수 있는 것으로 이해할 수 있다. 여기서, 듀티비 신호의 결정은, 예를 들면 듀티비 신호의 듀티비에 대해 조절을 진행할 수 있다.

구체적인 실시 과정에서, 기준 전압을 결합하여 듀티비 신호의 조절을 실현할 수 있다. 예를 들면, 사인파형 또는 삼각파형의 전압을 기준 전압과 비교하여, 비교 결과에 따라 듀티비 신호를 결정할 수 있다. 여기서, 만약 기준 전압이 다르면, 생성할 수 있는 듀티비 신호를 비교하는 듀티비가 다르다. 따라서 구체적인 실시 과정에서, 기준 전압에 대한 조절 변화를 통해 듀티비 신호의 조절을 실현할 수 있다.

이상의 사인파형과 삼각파형의 전압을 미리 설정한 참고 전압 신호로 이해하면, 이상의 과정은 구체적으로 아래와 같이 설명할 수 있다.

상기 최대 전력 추적 처리 유닛은 상기 현재 최대 전력에 따라 상기 듀티비 신호를 결정할 때, 구체적으로,

상기 현재 최대 전력에 따라, 현재의 기준 전압을 결정하고; 이러한 결정은 기준 전압이 필요한 변화를 거친 후의 값에 대한 결정일 수도 있고, 기준 전압이 어떻게 변화해야 하는 것에 대한 결정일 수도 있으며;

상기 현재의 기준 전압과 참고 전압 신호의 현재 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 듀티비에 대응하는 상기 듀티비 신호를 생성하고, 상기 참고 전압 신호는 사인파형의 전압 신호 또는 삼각파형의 전압 신호이다.

여기서, 상기 현재의 기준 전압은 현재 최대 전력에 따라 결정된 것이므로, 대응하는 듀티비 신호의 제어에 의해, 어셈블리 출력 전력이 상기 현재 최대 전력에 도달하게 할 수 있다.

본 실시예는 각 어셈블리에 하나의 옵티마이저를 배치하고, 형성된 집적 회로는 매칭되지 않는 발전 어셈블리의 최대 전력 포인트를 자동으로 추적하여, 각 어셈블리의 전력 출력을 최대화할 수 있다.

그 밖에, 상기 전압 전류 검출 유닛(2011)는 또한 상기 양의 출력단의 전압과 상기 중간 단자의 전압 차, 및 상기 음의 출력단의 전압과 상기 중간 단자의 전압 차에 따라, 대응하는 임피던스를 결합하여, 장치 출력 전류를 계산하고; 상기 중간 단자의 전압을 장치 출력 전압으로 할 수 있다.

나아가, 멀티플라이어(2012)는 어셈블리 출력 전류와 어셈블리 전압에 따라 어셈블리 출력 전력을 계산하여 얻을 수 있고, 예를 들면 어셈블리 출력 전력을 나타내는 전압을 얻을 수 있다.

일 실시 방식에서, 도 2를 참고하면, 상기 최대 전력 추적 처리 유닛(2013)은 또한 상기 전압 전류 검출 유닛(2011)에 연결되고;

상기 전압 전류 검출 유닛(2011)은 또한,

상기 음의 출력단의 전압과 상기 중간 단자(205)의 전압에 따라 상기 제2 스위치(204)의 전류를 결정하고; 상기 제1 스위치(203)의 전류와 상기 제2 스위치(204)의 전류를 더하여, 상기 중간 단자(205)의 출력 전류를 얻고;

상기 최대 전력 추적 처리 유닛(2013)은, 또한

상기 중간 단자(205)의 출력 전압이 이에 대응하는 안전 전압 구간과 매칭되지 않으면, 상기 듀티비 신호에 대해 안전 조절을 진행하여, 상기 중간 단자의 전압이 이에 대응하는 안전 전압 구간과 매칭되도록 하고;

상기 중간 단자(205)의 출력 전류가 이에 대응하는 제1 안전 전류 구간과 매칭되지 않거나 또는 상기 제1 스위치의 전류가 이에 대응하는 제2 안전 전류 구간과 매칭되지 않으면, 상기 듀티비 신호에 대해 안전 조절을 진행하여, 상기 중간 단자의 출력 전류가 이에 대응하는 제1 안전 전류 구간과 매칭되도록 하고, 상기 제2 스위치의 전류가 이에 대응하는 제2 안전 전류 구간과 매칭되도록 한다.

그 밖에, 안전 전압 구간과 안전 전류 구간의 듀티비 신호 조절에 기반하면, 최대 전력의 듀티비 신호 조절보다 우선되어야 한다. 즉 상기 안전 조절과 상기 현재 최대 전력에 따라 결정된 듀티비 신호가 충돌하면, 상기 안전 조절을 우선적으로 만족시킨다.

여기서의 안전 전압 구간은, 예를 들면 특정 전압 역치의 구간보다 작을 수 있고, 나아가 임의의 상기 전압 역치보다 큰 경우, 모두 상기 안전 전압 구간과 매칭되지 않는 것으로 볼 수 있다. 다시 말하면, 임의의 전압 역치에 대해 판단해야 하는 경우는, 모두 안전 전압 구간과 매칭되는지 여부에 대한 판단으로 볼 수 있다. 마찬가지로 여기서의 제1 안전 전류 구간과 제2 안전 전류 구간은, 예를 들면 특정 전류 역치의 구간보다 작을 수 있고, 나아가 임의의 대응 전류 역치보다 큰 경우, 모두 대응 안전 전류 구간과 매칭되지 않는 것으로 볼 수 있다. 다시 말하면, 임의의 전류 역치에 대해 판단해야 하는 경우는, 모두 안전 전류 구간과 매칭되는지 여부에 대한 판단으로 볼 수 있다.

그 밖에, 이상에서 언급된 매칭은 직접 매칭과 간접 매칭의 경우를 포함한다. 예를 들면 중간 단자의 전압 또는 이에 대응하는 DC전압과 하나의 안전 전압 구간의 매칭은 직접 매칭으로 이해할 수 있고, 중간 단자의 전압 또는 이에 대응하는 DC전압의 평균 값과 같은 통계 값을 이용하여 안전 전압 구간과 매칭시키는 것은 간접 매칭으로 이해할 수 있고, 중간 단자의 전압 또는 이에 대응하는 DC전압과 관련되는 다른 전압을 이용하여 이에 대응하는 안전 전압 구간과 매칭시키는 것은 간접 매칭으로 이해할 수도 있다. 마찬가지로 과전류에 관한 판단도 직접 매칭과 간접 매칭을 포함할 수 있다.

이상의 실시 방식을 통해 과전압 및 과전류의 보호를 실현할 수 있다. 나아가, 출력 전압 또는 전류를 특정 설정 값으로 안정시켜, 전체 발전 시스템의 안정적인 작동을 보호할 수 있다. 여기서, 과전압 보호는 장치 출력 전압에 대한 것, 즉 중간 단자(205)에 대한 것이다. 과전류 보호는 두 부분을 포함하고, 하나는 발전 어셈블리 출력 전류의 보호, 즉 제1 스위치의 전류 보호이다. 다른 하나는 장치 출력 전류의 보호, 즉 중간 단자(205)의 전류 보호이고, 그 전류는 제1 스위치와 제2 스위치를 더한 것이다. 이 전류는 중간 단자(205)를 통과하여 외부의 인덕터에 도달한 후 부하로 출력될 수 있고, 이 또한 과전류 보호가 필요하다.

최대 전력 추적 처리 유닛(2013)은 각각 서로 다른 프로그램을 통해 최대 전력을 추적하여 듀티비 신호를 출력하는 기능과 과전압 과전류 보호 기능을 실현할 수 있고, 서로 다른 회로 구조를 통해 최대 전력을 추적하여 듀티비 신호를 출력하는 기능과 과전압 과전류 보호 기능을 실현할 수도 있으며, 또한 소프트웨어와 회로 구조의 제1 결합 방식을 통해 최대 전력을 추적하여 듀티비 신호를 출력하는 기능을 실현하고, 또 소프트웨어와 회로 구조의 제2 결합 방식을 통해 과전압 과전류 보호를 실현할 수 있다.

이상에서 언급된 기능을 소프트웨어, 하드웨어를 통해서 실현하든, 소프트웨어와 하드웨어를 결합하는 방식을 통해서 실현하든 모두 본 실시예의 설명을 벗어나지 않음을 알 수 있다.

구체적인 실시과정에서, AMPPT 계산법에서, 입력된 현재 전력 신호에 따라 듀티비 신호를 주기적으로 조절할 수 있다. 듀티비 신호는 논리 제어 유닛으로 진입해, 제1 스위치와 제2 스위치의 온/오프 시간을 제어하여, 장치 출력 전력을 조절할 수 있다. AMPPT 계산법은 입력된 현재 전력 신호와 과거 전력 신호의 비교에 따라 듀티비 신호를 끊임없이 조절하여, 최종적으로 어셈블리 출력 전력이 최대치를 동적으로 유지하도록 한다.

그 밖에, 본 실시예에 따른 합계하는 옵티마이저는 출력 전류를 자동 조절하여 메인 채널의 전류와 매칭시키는데 유리할 수도 있다. 이러면 발전 능력이 비교적 약한 어셈블리를 부하에서 전원으로 변화시켜, 전체 장치의 변환 효율을 향상시킨다. 장치의 발전 능력을 최대한으로 발휘하기 위하여, 본 칩 AMPPT계산법은 각 어셈블리마다 최대 전력 포인트 상태에서 작동하게 하여 발전 효율을 향상시키므로, 어셈블리의 최대 전력 포인트의 미스매칭 문제를 고려하지 않아도 된다. 어셈블리가 부분적으로 영향을 받더라도 상기 칩을 통해 여전히 영향이 없는 부분의 전력을 변환할 수 있다.

일 실시 방식에서, 도 2를 참고하면, 상기 구동 제어 회로(202)는 논리 제어 유닛(2023), 제1 구동 유닛(2021) 및 제2 구동 유닛(2022)을 포함한다. 여기서 구동 유닛은 구동 스테이지로 이해할 수도 있다.

상기 논리 제어 유닛(2023)의 입력단은 상기 최대 전력 추적 회로(201)에 연결되어, 상기 듀티비 신호를 수신하고, 상기 듀티비 신호에 따라 제1 구동 신호와 제2 구동 신호를 생성하며, 상기 제1 구동 신호를 상기 제1 구동 유닛(2021)으로 발송하고, 상기 제2 구동 신호를 상기 제2 구동 유닛(2022)으로 발송한다.

상기 논리 제어 유닛(2023)은 상기 제1 구동 유닛(2021)과 상기 제2 구동 유닛(2022)에 각각 연결되고, 상기 제1 구동 유닛(2021)의 출력단은 상기 제1 스위치(203)의 제어단에 연결되고, 상기 제2 구동 유닛(2022)의 출력단은 상기 제2 스위치(204)의 제어단에 연결된다.

상기 제1 구동 유닛(2021)은 상기 제1 구동 신호에 따라 상기 제1 스위치(203)의 온/오프를 제어하고, 상기 제2 구동 유닛(2022)은 상기 제2 구동 신호에 따라 상기 제2 스위치(204)의 온/오프를 제어한다.

논리 제어 유닛(2023)을 통하면, 제1 구동 유닛(2021)과 제2 구동 유닛(2022)이 공동으로 도통되는 것을 방지하는데 유리할 수 있다.

제1 구동 유닛(2021)과 제2 구동 유닛(2022)은 스위칭 제어를 실현할 수 있는 임의의 기기 또는 기기의 집합일 수 있다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에서 최대 전력을 추적하는 발전 장치의 회로 개략도이다.

도 3을 참조하면, 상기 옵티마이저(2)는 내부 전원 공급 회로(208)를 더 포함하고, 상기 내부 전원 공급 회로(208)는 직접적 또는 간접적으로 상기 양의 출력단에 연결되고, 상기 내부 전원 공급 회로(208)는 상기 구동 제어 회로(202)에 연결되어, 상기 발전 어셈블리(1)의 출력 전기에너지를 이용하여 상기 구동 제어 회로(202)에 전원을 공급한다. 구체적인 실시과정에서, 내부 전원 공급 회로(208)는 전원 양단자(206)를 통해 상기 양의 출력단에 연결될 수 있다.

본 실시예는 발전 어셈블리(1)의 전원 공급을 이용하여 내부 전원 공급을 실현할 수 있음을 알 수 있다.

본 실시예에서, 상기 장치는, 기준 전압 생성 회로(209)를 더 포함하고, 상기 기준 전압 생성 회로(209)는 상기 내부 전원 공급 회로(208)와 상기 최대 전력 추적 회로(201)에 각각 연결되어, 상기 내부 전원 공급 회로(208)의 전원 공급을 이용하여 상기 최대 전력 추적 회로(201)에 상기 듀티비 신호를 결정하기 위한 기준 전압을 제공한다.

전술한 바에 의하면, 최대 전력 추적 회로(201)의 최대 전력 추적 처리 유닛은 입력된 기준 전압을 조절하여, 필요한 듀티비 신호의 요구를 만족시킬 수 있다.

일 실시 방식에서, 상기 옵티마이저(2)는 과열 보호 회로(210)와 인에이블 제어 회로(211)를 더 포함한다.

상기 인에이블 제어 회로(211)는 상기 구동 제어 회로(202)에 연결되어, 특정 인에이블 신호를 수신하면, 상기 구동 제어 회로(202)를 이용하여 상기 제1 스위치(203)의 온/오프를 제어하고, 상기 제2 스위치(204)의 도통을 제어한다. 이때, 기타 어셈블리의 전류는 제2 스위치(204)를 흐를 수 있으므로, 시스템의 정상 작동에 영향을 주지 않는다. 여기서, 인에이블 제어 회로(211)는 인에이블 단자(212)를 통해 상기 특정 인에이블 신호 및 정상 작동 인에이블 신호를 수신할 수 있다.

동시에, 인에이블 제어 회로(211)는 다른 정상 작동 인에이블 신호를 수신하면, 상기 구동 제어 회로(202)가 정상 작동하게 구동할 수 있다. 즉 칩이 정상 작동하게 유지한다. 구체적인 실시 과정에서, 상기 특정 인에이블 신호는 저 레벨일 수 있고, 상기 정상 작동 인에이블 신호는 고 레벨일 수 있다.

그 밖에, 특정 인에이블 신호의 수신 및 처리는, 어셈블리의 전압이 너무 낮아 정상적으로 출력할 수 없는 경우, 제2 스위치(204)를 온시켜, 기타 어셈블리의 전류가 직접 상기 제2 스위치(204)를 흐르게 하므로, 전체 어셈블리 어레이의 정상 작동에 영향을 주지 않는다.

일 실시 방식에서, 온도가 과도하게 높은 경우, 상기 특정 인에이블 신호의 수신 및 처리를 촉발하여, 과도하게 높은 온도가 칩을 손상시키거나 또는 다른 불량한 영향을 미치는 것을 방지한다. 여기서, 상기 과열 보호 회로(210)는 상기 옵티마이저의 온도 정보를 검출하고, 상기 온도 정보가 설정된 온도 역치보다 높으면, 상기 인에이블 제어 회로(211)로 특정 인에이블 신호를 발송한다.

여기서의 온도 정보는 임의의 온도 검출 장치를 이용하여 생성될 수 있고, 칩의 특정 위치를 검출하는 온도일 수도 있고, 칩의 각 온도를 검출하여 통계 결정한 온도일 수도 있다. 따라서, 온도 검출과 온도 비교를 실현할 수 있는 임의의 회로 구조는 모두 이상의 실시 방식의 설명을 벗어나지 않는다.

동시에 과열 보호 회로(210)는 내부 전원 공급 회로(208)에 의해 전원을 공급할 수 있고, 다른 전원을 제공할 수 있는 단자에 의해 전원을 공급할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 제4 실시예에서 최대 전력을 추적하는 발전 장치의 회로 개략도이다.

도 4를 참고하면, 상기 장치는 통신 회로(214)와 통신 인터페이스 어셈블리(215)를 더 포함하고, 상기 통신 회로(214)는 상기 통신 인터페이스 어셈블리(215)를 통해 외부와 상호 통신을 진행하고, 상기 옵티마이저의 온도 정보, 어셈블리 출력 정보, 장치 출력 정보, 어셈블리 과전류 식별 정보, 장치 과전류 식별 정보, 장치 과전압 식별 정보 중의 적어도 하나를 외부로 발송한다.

여기서, 상기 어셈블리 출력 정보는, 상기 발전 어셈블리의 어셈블리 출력 전압, 상기 발전 어셈블리의 어셈블리 출력 전류 및 상기 발전 어셈블리의 출력 전력 중 적어도 하나를 포함하고;

상기 장치 출력 정보는, 상기 발전 장치의 장치 출력 전압, 상기 발전 장치의 장치 출력 전류 및 상기 발전 장치의 장치 출력 전력 중 적어도 하나를 포함한다.

여기서, 어셈블리 과전류 식별 정보는 어셈블리 출력 전류의 과전류 상황의 발생을 나타내고, 상기 상황은, 예를 들면 앞서 언급한 제1 스위치의 전류와 제2 안전 전류 구간이 매칭되지 않는 상황일 수 있고; 장치 과전류 식별 정보는 장치의 출력 전류의 과전류 상황의 발생을 나타내고, 상기 상황은 예를 들면 앞서 언급한 중간 단자의 출력 전류와 제1 안전 전류 구간이 매칭되지 않는 상황일 수 있고; 장치 과전압 식별 정보는 장치 출력 전압의 과전압 상황의 발생을 나타내고, 상기 상황은 앞서 언급한 중간 단자의 출력 전압과 안전 전압 구간이 매칭되지 않는 상황일 수 있다.

통신 회로(214)는 외부와 상호 통신하므로, 외부로 정보를 발송하는 것 외에도, 외부에서 발송한 정보를 수신할 수 있다. 예를 들면 이상에서 언급된 전압 역치, 전류 역치, 온도 역치 등을 결정하기 위한 외부 정보는, 상기 통신 회로(214)를 통해 외부로부터 수신할 수 있다.

일 실시 방식에서, 통신 회로는 상기 통신 인터페이스 어셈블리를 통해 외부에서 전송한 외부 정보를 수신하고 아날로그 디지털 변환을 진행하여, 역치 정보가 상기 외부 정보에 따라 결정되게 할 수도 있다. 예를 들면 최대 전력 추적 처리 유닛에 의해 식별되어 역치 결정에 사용될 수 있다. 여기서, 상기 역치 정보는, 온도 역치, 안전 전압 구간에 대응하는 전압 역치 및 안전 전류 구간에 대응하는 전류 역치 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.

나아가, 통신 회로(214)는 디지털 아날로그 변환 유닛(2143)을 더 포함하여, 외부 정보의 신호에 대해 디지털 아날로그 변환을 진행할 수 있으며, 변환 후의 외부 정보는 대응하는 회로 부분에 전송될 수 있다. 예를 들면 온도 역치를 결정하기 위한 외부 정보는 과열 보호 회로(210)로 전송될 수 있고, 전압 역치를 결정하기 위한 외부 정보와 전류 역치를 결정하기 위한 외부 정보는 최대 전력 추적 회로(201), 구체적으로 최대 전력 추적 회로(201) 중의 최대 전력 추적 처리 유닛(2013)으로 전송될 수 있다. 디지털 아날로그 변환 유닛(2143)은 과열 보호 회로(210), 및 최대 전력 추적 회로(201) 중의 적어도 하나에 각각 연결될 수 있음을 알 수 있다.

일 실시 방식에서 이상에서 언급된 외부로 전송해야 하는 정보를 얻기 위하여, 상기 장치는 정보 수집 회로(213)를 더 포함할 수 있고, 상기 정보 수집 회로(213)는 전압 전류 검출 유닛(2011)과 멀티플라이어(2012)에 각각 연결될 수 있다.

그러므로, 정보 수집 회로는 정보, 전기 신호를 수신 및 전달할 수 있는 임의의 회로 구조로 이해할 수 있다.

구체적인 실시 과정에서, 통신 회로(214)는 아날로그 디지털 변환 유닛(2141)과 통신 제어 유닛(2142)를 포함하여, 정보를 발송하기 전에, 아날로그 디지털 변환 유닛(2141)을 이용하여 상기 옵티마이저의 온도 정보, 어셈블리 출력 정보, 장치 출력 정보 중의 적어도 하나의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여, 전송을 진행할 수 있다.

통신 제어 유닛(2142)을 이용하면, 정보의 전송에 대해 전송 관리를 진행하기에 유리할 수 있다.

이상의 실시방식을 통해 실현된 통신 과정은 일상의 모니터링과 통신을 실현하기 편리하고, 옵티마이저의 정상 작동 요구 및 관련 정보의 즉각적인 피드백과 조절을 보장할 수 있음을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 제5 실시예에서 최대 전력을 추적하는 발전 장치의 회로 개략도이다.

도 5를 참고하면, 본 실시예는 도 1 내지 도 4에 따른 실시예의 구체적인 실시 방식으로 이해할 수 있다.

도 5에 도시된 실시예에서, PV+단자는 상기 양의 출력단에 연결되는 전원 양단자(206)로 이해할 수 있고, PV-단자는 상기 음의 출력단에 연결되는 전원 음단자(207)로 이해할 수 있으며, EN단자는 이상에서 언급된 인에이블 단자(212)로 이해할 수 있고, SW단자는 이상에서 언급된 중간 단자로 이해할 수 있다. 여기서, 전압 전류 검출 유닛(2011) 좌측의 것은 표기된 단자에 각각 연결되는 것으로 이해할 수 있다.

여기서, MOS관(NM1)은 이상에서 언급된 제1 스위치(203)로 이해할 수 있고, MOS관(NM2)는 이상에서 언급된 제2 스위치(204)로 이해할 수 있으며, 커패시터 (C_out)는 이상에서 언급된 장치 출력 커패시터로 이해할 수 있다.

Vin은 발전 어셈블리(1)가 옵티마이저(2)에 입력한 전압, 즉 발전 어셈블리(1)의 어셈블리 출력 전압으로 이해할 수 있고, 대응하게 lin은 발전 어셈블리(1)의 어셈블리 출력 전류로 이해할 수 있으며, Pin은 발전 어셈블리(1)의 어셈블리 출력 전력, 구체적으로 어셈블리 출력 전력으로 이해할 수 있다. 동시에 Vout는 이상에서 언급된 장치 출력 전압으로 이해할 수 있고, Iout는 이상에서 언급된 장치 출력 전류로 이해할 수 있으며, Pout는 이상에서 언급된 장치 출력 전력으로 이해할 수 있다.

일 실시 방식에서, 최대 전력 추적 처리 유닛(2013)은 발진기(2014)에 연결될 수 있고, 발진기(2014)는 최대 전력 추적 처리 유닛(2013)에 클록 신호를 제공할 수 있다.

일 실시 방식에서, 도 5를 참고하면, 상기 내부 전원 공급 회로(208)는 LDO 선형 레귤레이터(2081)를 포함하고, 상기 LDO 선형 레귤레이터(2081)의 입력단은 상기 양의 출력단에 직접적 또는 간접적으로 연결되고, 예를 들면, PV+단자에 연결될 수 있으며, 상기 LDO 선형 레귤레이터(2081)의 출력단은 상기 구동 제어 회로(202)에 직접적 또는 간접적으로 연결되고, 구체적으로 제1 구동 유닛(2021)에 연결될 수 있다.

구체적인 실시 과정에서, 상기 제1 구동 유닛(2021)의 전원 공급단은 전원 공급 제어 스위치(K)를 통해 내부 전원 공급 회로(208)에 연결되고, 구체적으로 LDO 선형 레귤레이터(2081)에 연결될 수 있으며, 상기 제1 구동 유닛(2021)의 전원 공급단은 또한 부트스트랩 커패시터(C2)의 일단에 연결되고, 상기 부트스트랩 커패시터(C2)의 타단은 상기 중간 단자, 즉 SW단자에 연결된다. 구체적인 실시 과정에서 LDO 선형 레귤레이터(2081)는 또한 AVDD 단자를 통해 커패시터(C_AVDD)와 접지된다.

LDO 선형 레귤레이터(2081)를 통해 5V 또는 3.3V 전압을 생성하여, 내부 회로의 작동에 공급할 수 있다. 도에 도시된 바와 같이, 전원 공급 제어 스위치를 통해 제1 구동 유닛(2021)에 간접적으로 전원을 공급할 수도 있고, 제2 구동 유닛(2022)에 전원을 공급할 수도 있으며, 예를 들면 제2 구동 유닛(2022)의 전원 공급단에 직접 연결된다.

도 5에 도시된 실시 방식에서, 칩의 VCC단자는 저항(R)을 거쳐 양의 출력단에 연결될 수 있고, 칩의 VCC단은 커패시터(C_VCC)를 통해 접지될 수 있다. 나아가, RC를 이용하여 칩의 전원 공급단(VCC)에 대해 필터링을 진행할 수 있다. 동시에 발전 어셈블리(1)의 양의 출력단과 음의 출력단 사이에 어셈블리 출력 커패시터, 즉 커패시터(C_in)가 더 연결되어 있다.

도 5에 도시된 실시 방식에서, 통신 인터페이스 어셈블리(215)는 SDA 인터페이스와 SCL인터페이스를 포함할 수 있고, 통신 제어 유닛(2142)은 SDA 인터페이스와 SCL인터페이스를 통해 통신 모듈(4)에 연결될 수 있다. 상기 통신 모듈(4)은 예를 들면 I2C 통신 모듈일 수 있고, I2C 버스 통신 프로토콜을 기반으로 하는 통신 회로, 선로 등으로 이해할 수 있다.

본 실시예에서 언급한 옵티마이저에 의해 집적된 AMPPT 계산법은 어셈블리의 전력 추적에 적용될 뿐 아니라, 주변 회로가 간단하고, 원가가 낮으며, 집적도가 높으며, 추적 정밀도가 높고, 추적 속도가 빠른 등의 장점이 있음을 알 수 있다. 상기 옵티마이저는 발전 어셈블리의 미스매칭 시의 전력 손실 문제를 해결할 수 있다.

발전 어셈블리가 태양광 발전 어셈블리일 경우, 본 실시예에서 언급한 옵티마이저는 또한 태양광 발전 어셈블리가 부분적으로 차폐될 때의 핫 스폿 및 전력 손실 문제를 해결할 수 있다. 옵티마이저는 태양광 발전 어셈플리 패널의 배면에 조립될 수 있어, 패널 정면의 발전에 영향을 주지 않는다.

옵티마이저 및 그 칩의 수량은 태양광 발전 어셈블리와 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 예를 들면, 태양광 발전 어셈블리는 적어도 2개의 옵티마이저 및 그 칩에 대응된다. 즉 옵티마이저의 수량이 1개일 경우, 옵티마이저 및 그 칩은 대응하는 태양광 발전 어셈블리의 패널 배면에 설치될 수 있고, 옵티마이저의 수량이 다수 개일 경우, 다수의 옵티마이저 및 그 칩은 대응하는 태양광 발전 어셈블리의 패널 배면에 분포될 수 있다. 구체적인 실시 과정에서, 단일 패널 배면에서 패널의 구획된 영역에 다수의 AMPPT 계산법을 구비한 칩을 설치함으로써, 패널 내부의 미스매칭 문제를 해결할 수 있고, 추가적으로 패널의 발전 효율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 그 원리는 다수의 패널이 직렬 연결되는 경우를 참고할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에서 최대 전력을 추적하는 발전 시스템의 회로 개략도이다.

도 6을 참고하면, 본 실시예는 또한 순차적으로 연결되는 적어도 2개의 선택 가능한 방안에서 언급된 최대 전력을 추적하는 발전 장치를 포함하는, 최대 전력을 추적하는 발전 시스템을 제공한다.

상술한 내용을 종합하면, 본 발명에서 제공하는 최대 전력을 추적하는 발전 장치와 시스템은, 상기 최대 전력 추적 회로의 입력단을 상기 양의 출력단, 상기 음의 출력단, 및 상기 중간 단자에 직접적 또는 간접적으로 연결하여, 상기 양의 출력단의 전압, 상기 음의 출력단의 전압, 및 상기 중간 단자의 전압을 수집할 수 있다.

본 발명은 종래의 디지털 방식의 최대 전력 포인트 추적에 존재하는 문제를 방지하였고, 발전 어셈블리의 전압 전류 정보를 샘플링하여 아날로그 멀티플라이어를 통해 전력 정보를 얻고, 이로써 듀티비를 조절하여 발전 어셈블리의 최대 전력 포인트의 추적을 실현함으로써, 아날로그 디지털 변환 및 아날로그 디지털 변환에 기반한 연산 증폭을 방지하고, 주변 기기들을 간소화하여, 원가를 효과적으로 줄였으며, 옵티마이저 중 회로의 집적을 실현하는데 유리하므로, 아주 높은 집적도를 실현할 수 있다. 동시에, 디지털 신호의 최적화 제어에 비해, 마이크로 프로세서의 계산 시간을 절약하였고, 아날로그 루프의 응답 속도도 더 빠르고, 처리 정밀도도 더 높게 할 수 있다. 원가를 줄이고, 어셈블리의 발전 효율을 향상시켰으므로, 상기 기술의 수용도는 아주 높으며, 친환경 에너지 절약을 실현할 수 있어, 상기 기술의 신속한 보급과 대량 생산에 유리하다.

마지막으로 설명해야 하는 것은, 이상의 각 실시예는 단지 본 발명의 기술 방안을 설명하기 위한 것이지, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 비록 전술한 각 실시예를 참고하여 본 발명에 대해 상세히 설명하였으나, 본 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 전술한 각 실시예에 기재된 기술방안에 대해 변경을 진행하거나 또는 일부 또는 전부 기술특징에 대해 등가 치환을 진행할 수 있음을 이해해야 한다. 그러나, 이러한 변경 또는 치환으로 인해 상응한 기술방안의 본질은 본 발명의 각 실시예의 기술방안의 범위를 벗어나지 않는다.

1: 발전 어셈블리
2: 옵티마이저
201: 최대 전력 추적 회로
2011: 전압 전류 검출 유닛
2012: 멀티플라이어
2013: 최대 전력 추적 처리 유닛
2014: 발진기
202: 구동 제어 회로
2021: 제1 구동 유닛
2022: 제2 구동 유닛
2023: 논리 제어 유닛
203: 제1 스위치
204: 제2 스위치
205: 중간 단자
206: 전원 양단자
207: 전원 음단자
208: 내부 전원 공급 회로
2081: LDO 선형 레귤레이터
209: 기준 전압 생성 회로
210: 과열 보호 회로
211: 인에이블 제어 회로
212: 인에이블 단자
213: 정보 수집 회로
214: 통신 회로
2141: 아날로그 디지털 변환 유닛
2142: 통신 제어 유닛
2143: 디지털 아날로그 변환 유닛
215: 통신 인터페이스 어셈블리
3: 장치 출력 커패시터
4: 통신 모듈

Claims

최대 전력을 추적하는 발전 장치에 있어서,
발전 어셈블리와 적어도 하나의 옵티마이저를 포함하고,
상기 옵티마이저는 칩에 설치되는 최대 전력 추적 회로, 구동 제어 회로, 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하고, 상기 제1 스위치의 제1 단은 상기 발전 어셈블리의 양의 출력단에 연결되고, 상기 제1 스위치의 제2 단은 상기 제2 스위치의 제1 단에 연결되고, 상기 제2 스위치의 제2 단은 상기 발전 어셈블리의 음의 출력단에 연결되고, 상기 제1 스위치의 제2 단과 상기 제2 스위치의 제1 단은 또한 중간 단자에 연결되고, 상기 중간 단자를 통해 상기 칩의 주변 회로로 전력을 출력할 수 있으며; 상기 중간 단자는 이전 단의 발전 장치에 연결되고;
상기 최대 전력 추적 회로는 전압 전류 검출 유닛, 멀티플라이어 및 최대 전력 추적 처리 유닛을 포함하고;
상기 전압 전류 검출 유닛은 상기 양의 출력단의 전압, 상기 음의 출력단의 전압 및 상기 중간 단자의 전압을 수집하고, 상기 양의 출력단의 전압과 상기 음의 출력단의 전압에 따라 상기 발전 어셈블리의 어셈블리 출력 전압을 결정하고, 상기 양의 출력단의 전압과 상기 중간 단자의 전압에 따라 상기 제1 스위치의 전류를 결정하여, 이를 어셈블리 출력 전류로 하고;
상기 멀티플라이어는 상기 발전 어셈블리의 어셈블리 출력 전압과 상기 발전 어셈블리의 어셈블리 출력 전류를 곱하여, 상기 발전 어셈블리의 어셈블리 출력 전력을 얻고;
상기 최대 전력 추적 처리 유닛은 상기 어셈블리의 출력 전력에 따라 상기 발전 어셈블리의 현재 최대 전력을 추적하여 결정하고; 상기 현재 최대 전력에 따라 듀티비 신호를 결정하고, 상기 듀티비 신호를 상기 구동 제어 회로로 발송하고;
상기 구동 제어 회로는 상기 제1 스위치의 제어단과 상기 제2 스위치의 제어단에 각각 연결되고, 상기 듀티비 신호에 따라 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 온/오프를 제어하는,
최대 전력을 추적하는 발전 장치.
제1항에 있어서,
상기 최대 전력 추적 처리 유닛은 상기 현재 최대 전력에 따라 듀티비 신호를 결정할 때, 구체적으로,
상기 현재 최대 전력에 따라 현재의 기준 전압을 결정하고;
상기 현재의 기준 전압과 참고 전압 신호의 현재 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 듀티비에 대응하는 상기 듀티비 신호를 생성하고, 상기 참고 전압 신호는 사인파형의 전압 신호 또는 삼각파형의 전압신호인, 최대 전력을 추적하는 발전 장치.
제1항에 있어서,
상기 최대 전력 추적 처리 유닛은 또한 상기 전압 전류 검출 유닛에 연결되고;
상기 전압 전류 검출 유닛은, 또한
상기 음의 출력단의 전압과 상기 중간 단자의 전압에 따라 상기 제2 스위치의 전류를 결정하고; 상기 제1 스위치의 전류와 상기 제2 스위치의 전류를 더하여, 상기 중간 단자의 출력 전류를 얻고;
상기 최대 전력 추적 처리 유닛은, 또한
상기 중간 단자의 출력 전압이 이에 대응하는 안전 전압 구간과 매칭되지 않으면, 상기 듀티비 신호에 대해 안전 조절을 진행하여, 상기 중간 단자의 전압이 이에 대응하는 안전 전압 구간과 매칭되도록 하고;
상기 중간 단자의 출력 전류가 이에 대응하는 제1 안전 전류 구간과 매칭되지 않거나 또는 상기 제1 스위치의 전류가 이에 대응하는 제2 안전 전류 구간과 매칭되지 않으면, 상기 듀티비 신호에 대해 안전 조절을 진행하여, 상기 중간 단자의 출력 전류가 이에 대응하는 제1 안전 전류 구간과 매칭되도록 하고, 상기 제2 스위치의 전류가 이에 대응하는 제2 안전 전류 구간과 매칭되도록 하며;
상기 안전 조절과 상기 현재 최대 전력에 따라 결정된 듀티비 신호가 충돌하면, 상기 안전 조절을 우선적으로 만족시키는, 최대 전력을 추적하는 발전 장치.
제1항에 있어서,
상기 구동 제어 회로는 논리 제어 유닛, 제1 구동 유닛 및 제2 구동 유닛을 포함하고,
상기 논리 제어 유닛의 입력단은 상기 최대 전력 추적 회로에 연결되어, 상기 듀티비 신호를 수신하고, 상기 듀티비 신호에 따라 제1 구동 신호와 제2 구동 신호를 생성하며, 상기 제1 구동 신호를 상기 제1 구동 유닛으로 발송하고, 상기 제2 구동 신호를 상기 제2 구동 유닛으로 발송하며;
상기 논리 제어 유닛은 상기 제1 구동 유닛과 상기 제2 구동 유닛에 각각 연결되고, 상기 제1 구동 유닛의 출력단은 상기 제1 스위치의 제어단에 연결되고, 상기 제2 구동 유닛의 출력단은 상기 제2 스위치의 제어단에 연결되며;
상기 제1 구동 유닛은 상기 제1 구동 신호에 따라 상기 제1 스위치의 온/오프를 제어하고, 상기 제2 구동 유닛은 상기 제2 구동 신호에 따라 상기 제2 스위치의 온/오프를 제어하는, 최대 전력을 추적하는 발전 장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 구동 유닛의 전원 공급단은 전원 공급 제어 스위치를 통해 내부 전원 공급 회로에 연결되고, 상기 제1 구동 유닛의 전원 공급단은 또한 부트스트랩 커패시터의 일단에 연결되고, 상기 부트스트랩 커패시터의 타단은 상기 중간 단자에 연결되는, 최대 전력을 추적하는 발전 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 옵티마이저는 내부 전원 공급 회로를 더 포함하고, 상기 내부 전원 공급 회로는 직접적 또는 간접적으로 상기 양의 출력단에 연결되고, 상기 내부 전원 공급 회로는 상기 구동 제어 회로에 연결되어, 상기 발전 어셈블리의 출력 전기에너지를 이용하여 상기 구동 제어 회로에 전원을 공급하는, 최대 전력을 추적하는 발전 장치.
제6항에 있어서,
기준 전압 생성 회로를 더 포함하고, 상기 기준 전압 생성 회로는 상기 내부 전원 공급 회로와 상기 최대 전력 추적 회로에 각각 연결되어, 상기 내부 전원 공급 회로의 전원 공급을 이용하여 상기 최대 전력 추적 회로에 상기 듀티비 신호를 결정하기 위한 기준 전압을 제공하는, 최대 전력을 추적하는 발전 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 옵티마이저는 과열 보호 회로와 인에이블 제어 회로를 더 포함하고;
상기 과열 보호 회로는 상기 옵티마이저의 온도 정보를 검출하고, 상기 온도 정보가 설정된 온도 역치보다 높으면, 상기 인에이블 제어 회로로 특정 인에이블 신호를 발송하고;
상기 인에이블 제어 회로는 상기 구동 제어 회로에 연결되어, 상기 특정 인에이블 신호를 수신하면, 상기 구동 제어 회로를 이용하여 상기 제1 스위치의 온/오프를 제어하여, 상기 중간 단자와 상기 발전 어셈블리를 차단시키고, 상기 제2 스위치를 도통시키는, 최대 전력을 추적하는 발전 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
통신 회로와 통신 인터페이스 어셈블리를 더 포함하고, 상기 통신 회로는 상기 통신 인터페이스 어셈블리를 통해 외부와 상호 통신을 진행하고, 상기 옵티마이저의 온도 정보, 어셈블리 출력 정보, 장치 출력 정보에 대해 아날로그 디지털 변환을 진행한 후 상기 통신 인터페이스 어셈블리를 통해 외부로 발송하고, 상기 통신 인터페이스 어셈블리를 통해 외부에서 전송된 외부 정보에 대해 아날로그 디지털 변환을 진행하여, 역치 정보가 상기 외부 정보에 따라 결정될 수 있도록 하고;
상기 어셈블리 출력 정보는, 상기 발전 어셈블리의 어셈블리 출력 전압, 상기 발전 어셈블리의 어셈블리 출력 전류 및 상기 발전 어셈블리의 출력 전력 중 적어도 하나를 포함하고;
상기 장치 출력 정보는, 상기 발전 장치의 장치 출력 전압, 상기 발전 장치의 장치 출력 전류 및 상기 발전 장치의 장치 출력 전력 중 적어도 하나를 포함하고;
상기 역치 정보는, 온도 역치, 안전 전압 구간에 대응하는 전압 역치 및 안전 전류 구간에 대응하는 전류 역치 중 적어도 하나를 포함하는, 최대 전력을 추적하는 발전 장치.
순차적으로 연결되는 적어도 2개의 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 최대 전력을 추적하는 발전 장치를 포함하는 최대 전력을 추적하는 발전 시스템.