KR20230053447A - power converting apparatus - Google Patents

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KR20230053447A
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KR1020210136962A
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정광순
박정흠
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치는 적어도 하나의 상측 스위치 및 적어도 하나의 하측 스위치를 포함하는 컨버터, 및 상기 상측 스위치 및 상기 하측 스위치에 구동전원을 공급하는 보조전원부를 포함하고, 상기 보조전원부는, 상기 하측 스위치에 구동전원을 공급하는 제1 구동전원을 이용하여 상기 상측 스위치의 구동전원을 공급하는 부트스트랩 회로를 포함한다.A power converter according to an embodiment of the present invention includes a converter including at least one upper switch and at least one lower switch, and an auxiliary power unit supplying driving power to the upper switch and the lower switch, wherein the auxiliary power converter The power supply unit includes a bootstrap circuit for supplying driving power to the upper switch using first driving power supplying driving power to the lower switch.

Description

전력변환장치{power converting apparatus}Power converting apparatus {power converting apparatus}

본 발명은 전력변환장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 다중 동작 모드로 동작하는 전력변환장치에 관한 발명이다.The present invention relates to a power conversion device, and more particularly, to a power conversion device operating in multiple operation modes.

태양광 발전은 친환경 에너지 발전 방식으로 기존 화학발전이나 원자력 발전을 대체하여 널리 보급되고 있다. 태양광 발전은 컨버터에 배터리가 접속되는 독립형과 전력계통과 연계되는 연계형태가 있고, 일반적으로 독립형 발전은 태양전지, 축전지, 전력변환 장치 등으로 구성되고 전력계통 연계형 시스템은 상용 전원과 연결하여 부하계통선과 전력을 상호 교류할 수 있도록 구성된다.Photovoltaic power generation is widely used as an eco-friendly energy generation method to replace existing chemical power generation or nuclear power generation. There are two types of photovoltaic power generation: a stand-alone type in which a battery is connected to a converter, and a linked type in connection with the power grid. It is configured to mutually exchange power with the load grid line.

태양광 셀 모듈은 일조량, 온도 등에 따라 최대전력점이 상이해진다. 태양광 셀을 최대 전력 점에서 동작시키기 위해 모듈 단위로 최대전력점 추종(MPPT) 제어를 하는 모듈 레벨 파워 일렉트로닉스(Module-Level Power Electronics, MLPE)를 사용할 수 있다. MLPE는 태양광 셀로부터 입력받은 전력을 변환하여 최대전력점 추종을 수행하는데, 상황에 따라서는 전력 변환없이 입력전압을 출력전압으로 바로 출력하는 동작이 필요할 수 있다. Solar cell modules have different maximum power points depending on the amount of sunlight and temperature. Module-level power electronics (MLPE) can be used to perform maximum power point tracking (MPPT) control on a module basis to operate the solar cell at its maximum power point. The MLPE converts the power received from the solar cell to track the maximum power point. Depending on the situation, it may be necessary to directly output the input voltage as the output voltage without power conversion.

따라서, 태양광 셀 모듈을 최적화하기 위하여, MLPE가 다양한 동작 모드로 동작하도록 구현하는 기술이 필요하다.Therefore, in order to optimize the photovoltaic cell module, a technique for implementing the MLPE to operate in various operating modes is required.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 다중 동작 모드로 동작하는 전력변환장치를 제공하는 것이다.A technical problem to be solved by the present invention is to provide a power converter that operates in multiple operation modes.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치는 적어도 하나의 상측 스위치 및 적어도 하나의 하측 스위치를 포함하는 컨버터; 및 상기 상측 스위치 및 상기 하측 스위치에 구동전원을 공급하는 보조전원부를 포함하고, 상기 보조전원부는, 상기 하측 스위치에 구동전원을 공급하는 제1 구동전원을 이용하여 상기 상측 스위치의 구동전원을 공급하는 부트스트랩 회로를 포함한다.In order to solve the above technical problem, a power converter according to an embodiment of the present invention includes a converter including at least one upper switch and at least one lower switch; and an auxiliary power unit supplying driving power to the upper switch and the lower switch, wherein the auxiliary power unit supplies driving power to the upper switch by using a first driving power supplying driving power to the lower switch. Includes a bootstrap circuit.

또한, 상기 부트스트랩 회로는, 상기 제1 구동전원으로부터 전원을 입력받아 충전되는 커패시터; 및 상기 제1 구동전원과 상기 커패시터 사이에 연결되는 다이오드를 포함하고, 상기 커패시터는, 상기 상측 스위치 및 상기 하측 스위치 사이의 노드에 연결되고, 상기 하측 스위치가 턴 온되면, 상기 제1 구동전원, 상기 다이오드, 상기 커패시터, 및 상기 하측 스위치로 연결되는 폐루프가 형성되어 상기 제1 구동전원으로 전원을 입력받아 충전되고, 상기 하측 스위치가 턴 오프되면, 상기 제1 구동전원으로 전원을 입력받아 충전된 전원을 상기 상측 스위치의 구동전원으로 공급할 수 있다.In addition, the bootstrap circuit may include a capacitor charged by receiving power from the first driving power source; and a diode connected between the first driving power supply and the capacitor, wherein the capacitor is connected to a node between the upper switch and the lower switch, and when the lower switch is turned on, the first driving power supply; A closed loop connected to the diode, the capacitor, and the lower switch is formed to receive power from the first driving power source and charge. When the lower switch is turned off, power is received from the first driving power source and charged. The power may be supplied as the driving power of the upper switch.

또한, 상기 컨버터는, 상기 상측 스위치 및 상기 하측 스위치가 제1 주파수로 상보적으로 도통되는 제 1모드, 또는 상기 상측 스위치 및 상기 하측 스위치가 제2 주파수로 상보적으로 도통되는 제2 모드로 동작하고, 상기 제1 주파수는 상기 제2 주파수와 상이할 수 있다.In addition, the converter operates in a first mode in which the upper switch and the lower switch are complementaryly conducted at a first frequency, or in a second mode in which the upper switch and the lower switch are complementaryly conducted at a second frequency. And, the first frequency may be different from the second frequency.

또한, 상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수보다 작을 수 있다.Also, the second frequency may be smaller than the first frequency.

또한, 상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수의 1/4 이하일 수 있다.Also, the second frequency may be 1/4 or less of the first frequency.

또한, 상기 제1 주파수는 20 kHz 이상일 수 있다.Also, the first frequency may be 20 kHz or higher.

또한, 상기 제2 주파수는, 컨버터의 입출력 전압, 전류, 및 온도에 따라 설정될 수 있다.In addition, the second frequency may be set according to the input/output voltage, current, and temperature of the converter.

또한, 상기 상측 스위치가 도통하는 제1 구간 및 상기 하측 스위치가 도통하는 제2 구간을 포함하고, 상기 컨버터는, 상기 제2 모드에서 상기 제1 구간과 상기 제2 구간의 비율이 제1 비율이 되도록 동작하고, 상기 제1 비율은 상기 제1 구간이 상기 제2 구간보다 길 수 있다.In addition, a first period in which the upper switch conducts and a second period in which the lower switch conducts is included, and in the converter, in the second mode, a ratio between the first period and the second period is a first ratio and, as for the first ratio, the first interval may be longer than the second interval.

또한, 상기 컨버터는, 모드 변경시, 상기 제1 구간과 상기 제2 구간의 비율은 점진적으로 변경할 수 있다.In addition, when the mode is changed, the converter may gradually change the ratio between the first section and the second section.

또한, 상기 제2 모드에서 상기 컨버터의 입력부의 전압과 상기 컨버터의 출력부의 전압의 차는 제1 임계 전압값 이하일 수 있다.Also, in the second mode, a difference between a voltage of an input unit of the converter and a voltage of an output unit of the converter may be less than or equal to a first threshold voltage value.

또한, 상기 컨버터는, 제1 주기 이상 상기 하측 스위치가 연결되는 제3 모드로 동작하고, 상기 상측 스위치가 상기 하측 스위치와 출력단 (+) 단자 사이에 연결되는 경우, 상기 상측 스위치는 상기 제3 모드에서 상기 제1 주기 이상 상기 하측 스위치와 동시에 연결될 수 있다.In addition, the converter operates in a third mode in which the lower switch is connected for a first period or more, and when the upper switch is connected between the lower switch and the output (+) terminal, the upper switch operates in the third mode. may be simultaneously connected to the lower switch for the first cycle or longer.

또한, 상기 컨버터는 벅 컨버터, 부스트 컨버터, 및 벅 부스트 컨버터 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제3 모드에서, 상기 벅 컨버터는 하측 스위치만 연결되고, 상기 부스트 컨버터는 상측 스위치와 하측 스위치가 모두 연결되고, 상기 벅 부스트 컨버터는 출력측 상측 스위치 및 하측 스위치가 모두 연결될 수 있다. In addition, the converter includes at least one of a buck converter, a boost converter, and a buck boost converter, and in the third mode, only a lower switch of the buck converter is connected, and both an upper switch and a lower switch of the boost converter are connected In the buck-boost converter, both the high-side switch and the low-side switch of the output side may be connected.

또한, 제1 전압을 입력받는 입력부; 및 상기 컨버터의 출력전압을 출력하는 출력부를 포함하고, 상기 컨버터는, 상기 제1 전압을 제2 전압으로 변환하는 제1 모드, 또는 상기 제1 전압을 상기 출력부로 출력하는 제2 모드로 동작하고, 상기 출력부는, 상기 제1 모드에서 상기 제2 전압을 출력하고, 상기 제2 모드에서 상기 제1 전압을 출력할 수 있다. In addition, the input unit for receiving the first voltage; and an output unit outputting an output voltage of the converter, wherein the converter operates in a first mode for converting the first voltage into a second voltage or a second mode for outputting the first voltage to the output unit; , The output unit may output the second voltage in the first mode and output the first voltage in the second mode.

또한, 상기 컨버터는 상기 출력부에 바이패스경로를 생성하는 제3 모드로 동작하고, 상기 출력부는 상기 제3 모드에서 출력측으로부터 입력되는 제3 전압을 출력할 수 있다.In addition, the converter may operate in a third mode generating a bypass path to the output unit, and the output unit may output a third voltage input from an output side in the third mode.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력변환장치는 멀티레벨을 구성하는 복수의 전력회로를 포함하고, 상기 각 전력회로는 상기 기재한 전력변환장치를 포함한다.In order to solve the above technical problem, a power converter according to another embodiment of the present invention includes a plurality of power circuits constituting a multi-level, and each power circuit includes the power converter described above.

본 발명의 실시예들에 따르면, 전력변환모드, 입출력연결모드, 바이패스모드의 다중 동작 모드로 전력변환장치를 이용할 수 있다. 전력변환회로를 이용하여 입출력연결모드 또는 바이패스모드를 구현하거나 강화할 수 있다. 전력변환회로를 전력변환모드 또는 입출력연결모드로 동작함에 있어서, 부트스트랩 회로를 이용하여 상측 스위치 및 하측 스위치에 구동전원을 공급하는 보조전원회로를 간단하고 저렴하게 구현할 수 있다. According to embodiments of the present invention, the power conversion device can be used in multiple operation modes including a power conversion mode, an input/output connection mode, and a bypass mode. An input/output connection mode or a bypass mode can be implemented or enhanced using a power conversion circuit. In operating the power conversion circuit in a power conversion mode or an input/output connection mode, an auxiliary power circuit for supplying driving power to the upper switch and the lower switch can be implemented simply and inexpensively using a bootstrap circuit.

도 1은 최대전력점 추종제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치의 블록도이다.
도 3 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 보조전원부를 포함하는 블록도이다.
도 13 내지 도 17은 도 12의 실시예에 따른 전력변환장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 전력회로가 멀티레벨로 구성되는 전력변환장치의 블록도이다.
도 19 내지 도 21은 도 18의 실시예에 따른 전력변환장치를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a diagram for explaining maximum power point follow-up control.
2 is a block diagram of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
3 to 11 are views for explaining a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
12 is a block diagram including an auxiliary power supply unit of a power converter according to an embodiment of the present invention.
13 to 17 are views for explaining the power converter according to the embodiment of FIG. 12 .
18 is a block diagram of a power converter in which a plurality of power circuits are composed of multi-levels according to an embodiment of the present invention.
19 to 21 are views for explaining the power converter according to the embodiment of FIG. 18 .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.However, the technical idea of the present invention is not limited to some of the described embodiments, but may be implemented in a variety of different forms, and if it is within the scope of the technical idea of the present invention, one or more of the components among the embodiments can be selectively implemented. can be used in combination or substitution.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.In addition, terms (including technical and scientific terms) used in the embodiments of the present invention, unless explicitly specifically defined and described, can be generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. It can be interpreted as meaning, and commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, can be interpreted in consideration of contextual meanings of related technologies.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. Also, terms used in the embodiments of the present invention are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In this specification, the singular form may also include the plural form unless otherwise specified in the phrase, and when described as "at least one (or more than one) of A and (and) B and C", A, B, and C are combined. may include one or more of all possible combinations.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.In addition, in describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the term is not limited to the nature, order, or order of the corresponding component.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.And, when a component is described as being 'connected', 'coupled', or 'connected' to another component, the component is directly 'connected', 'coupled', or 'connected' to the other component. In addition to the case, it may include cases where the component is 'connected', 'combined', or 'connected' due to another component between the component and the other component.

또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다. In addition, when it is described as being formed or disposed on the "upper (above)" or "lower (below)" of each component, "upper (above)" or "lower (below)" means that two components are directly connected to each other. It includes not only contact, but also cases where one or more other components are formed or disposed between two components. In addition, when expressed as "upper (above)" or "lower (down)", the meaning of not only an upward direction but also a downward direction may be included based on one component.

본 실시예에 따른 변형례는 각 실시예 중 일부 구성과 다른 실시예 중 일부 구성을 함께 포함할 수 있다. 즉, 변형례는 다양한 실시예 중 하나 실시예를 포함하되 일부 구성이 생략되고 대응하는 다른 실시예의 일부 구성을 포함할 수 있다. 또는, 반대일 수 있다. 실시예들에 설명할 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다Modifications according to this embodiment may include some configurations of each embodiment and some configurations of other embodiments. That is, the modified example may include one embodiment among various embodiments, but some components may be omitted and some configurations of other corresponding embodiments may be included. Or, it may be the other way around. Features, structures, effects, etc. to be described in the embodiments are included in at least one embodiment, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, and effects illustrated in each embodiment can be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art in the field to which the embodiments belong. Therefore, contents related to these combinations and variations should be interpreted as being included in the scope of the embodiments.

본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는 태양광 발전 패널에서 생성되는 전력을 부하 또는 배터리에 적합한 전력으로 변환하는 장치일 수 있다. 태양광 발전을 수행하는 태양광 셀은 복수의 셀이 직렬로 연결되는 셀 스트링 단위로 표현할 수 있다. A power conversion device according to an embodiment of the present invention may be a device that converts power generated from a photovoltaic panel into power suitable for a load or a battery. A photovoltaic cell performing photovoltaic power generation may be expressed in a cell string unit in which a plurality of cells are connected in series.

셀 스트링은 적어도 하나 이상의 셀을 포함할 수 있고, 복수의 셀을 포함하는 경우, 복수의 셀은 직렬로 연결될 수 있다. 셀 스트링은 태양광 셀을 포함하는 태양광 셀 스트링일 수 있다. 태양광 셀 스트링은 태양광패널을 형성할 수 있다. 태양광 셀은 광전효과를 이용하여 전력을 생성하는 태양광 발전(PV, Photovoltaic)을 한다. 광전효과는 특정 주파수 이상의 빛이 특정 금속 물질에 부딪히면 전자 방출하는 것으로, P형 반도체와 n형 반도체를 이용하여 pn 접합을 형성하고, 광전효과에 의해 발생하는 전자를 이용하여 전류를 생성함으로써 전력을 생성한다. 태양광 셀은 실리콘 등을 이용하여 형성되며, 웨이퍼 형태로 형성될 수 있다. 태양광 셀은 태양광을 잘 받을 수 있는 야지나 건물의 외벽, 옥상 등에 위치하여, 태양광을 이용하여 전력을 생성한다. 이때, 태양광 셀은 건물과 일체형으로 형성되는 BIPV(건물 일체형 태양광 발전)로 형성될 수 있다. A cell string may include at least one or more cells, and when including a plurality of cells, the plurality of cells may be connected in series. The cell string may be a solar cell string including solar cells. A string of photovoltaic cells may form a solar panel. Photovoltaic cells generate photovoltaic (PV) power by using the photoelectric effect. The photoelectric effect is the emission of electrons when light of a certain frequency or higher hits a specific metal material. A pn junction is formed using a p-type semiconductor and an n-type semiconductor, and electric power is generated by using electrons generated by the photoelectric effect to generate current. generate A solar cell is formed using silicon or the like and may be formed in a wafer form. The photovoltaic cell is located in a field that can receive sunlight well, an outer wall of a building, or a rooftop, and generates electric power using sunlight. At this time, the photovoltaic cell may be formed of BIPV (building-integrated photovoltaic power generation) formed integrally with the building.

하나의 태양광 셀에서 생성되는 전력의 크기가 부하나 전력계통에서 이용하기에는 부족하기 때문에, 하나의 태양광 셀이 아닌 복수의 태양광 셀을 직렬로 연결하여 태양광 셀 스트링을 형성함으로써 이용하기에 적합한 크기의 전력을 생성할 수 있다. 태양광 셀 스트링은 전력을 생성하는 기본 단위일 수 있다. 기본 단위인 셀 스트링을 복수 개를 패널로 형성하여 태양광 발전패널을 형성할 수 있다. 태양광 셀은 일조량, 기온 등에 따라 도 1와 같이, 상이한 전압-전류 특성을 가지며, 최대 전력 점(MPP) 또한 변동된다. (발전전력 = 전압 X 전류) 전력변환장치는 태양광 셀이 각 조건에서 전력이 최대가 되는 동작점인 최대 전력 점(MPP)에서 태양광 셀이 동작하도록 제어하는 역할을 한다. 이를 최대전력점 추종(MPPT, Maximum Power Point Tracking)이라 하고, 최대전력점 추종을 이용하여 태양광 발전의 효율성을 높일 수 있다. 태양광 발전에 있어서 전류와 전압의 관계 및 전압과 전력과의 관계에서의 특성에 따라 최대 전력은 최대 전압이 아닌 최대 전압에서 약 80% 정도일 때의 전력이 될 수 있다. 이와 같은 최대전력점은 태양광패널에서 생성되는 전압 및 전류의 크기에 따라 계속 변하기 때문에, 최대전력 점을 발생시킬 수 있는 지점을 계속 찾아야 한다. 즉, 최대전압이 아닌 최대전력을 추종하기 위하여, 최대전력이 되도록 전압과 전류의 크기를 가변할 수 있다. 즉, 전력이 커지는 방향으로 전압을 감소시키고 전류를 증가시키거나, 전압을 증가시키고, 전류를 감소시킬 수 있다. Since the size of the power generated by one solar cell is not enough to be used in a load or power system, a plurality of solar cells are connected in series to form a solar cell string. It can generate power of suitable size. A string of solar cells may be a basic unit for generating electrical power. A solar power generation panel may be formed by forming a plurality of cell strings, which are basic units, into a panel. As shown in FIG. 1 , solar cells have different voltage-current characteristics depending on the amount of sunlight, temperature, and the like, and the maximum power point (MPP) is also varied. (generated power = voltage X current) The power conversion device controls the solar cell to operate at the maximum power point (MPP), which is the operating point at which the solar cell has the maximum power under each condition. This is referred to as Maximum Power Point Tracking (MPPT), and efficiency of photovoltaic power generation can be increased by using Maximum Power Point Tracking. In photovoltaic power generation, depending on the characteristics of the relationship between current and voltage and voltage and power, the maximum power may be about 80% of the maximum voltage, not the maximum voltage. Since such a maximum power point continuously changes according to the magnitude of the voltage and current generated by the solar panel, it is necessary to continuously find a point where the maximum power point can be generated. That is, in order to follow the maximum power rather than the maximum voltage, the magnitudes of the voltage and current may be varied so as to reach the maximum power. That is, the voltage may be decreased and the current may be increased, or the voltage may be increased and the current may be decreased in the direction of increasing power.

복수의 셀 스트링에 대한 최대전력점 추종을 수행하기 위하여, 각 셀 스트링에 대한 개별 제어가 필요할 수 있다. 예를 들어, 특정 셀 스트링에 이물질이 수광을 방해하거나 그늘이 있는 경우, 다른 셀 스트링과 발전 정도가 달라질 수 있어, 셀 스트링에서 출력되는 전력을 변환하는 동작 모드뿐만 아니라, 전력 변환 이외의 동작이 필요할 수 있다. 셀 스트링에서 출력되는 전력의 변환없이 바로 출력하거나, 해당 셀 스트링을 바이패스하는 동작 들이 필요할 수 있다. 각 상황별로, 각 셀 스트링에서 출력되는 전력에 대해 가장 적합한 모드로 동작할 수 있는 다중 동작 모드가 가능한 장치가 필요하다.In order to perform maximum power point tracking for a plurality of cell strings, individual control for each cell string may be required. For example, if a foreign substance obstructs light reception or is shaded in a specific cell string, the degree of power generation may be different from that of other cell strings, so that not only the operation mode of converting the power output from the cell string, but also the operation other than power conversion is performed. may be needed It may be necessary to directly output the power output from the cell string without converting it, or to bypass the corresponding cell string. For each situation, a device capable of multiple operation modes capable of operating in a mode most suitable for power output from each cell string is required.

본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는 각 상황별로 가장 적합한 모드로 동작하기 위하여, 전력변환 모드(제1 모드), 입출력연결 모드(제2 모드), 및 바이패스 모드(제3 모드)의 다중 모드로 동작할 수 있다. 상기 전력변환 모드, 입출력연결 모드, 및 바이패스 모드 이외에 설계에 따라 다른 동작 모드를 더 포함할 수 있다.In order to operate in the most suitable mode for each situation, the power conversion device according to an embodiment of the present invention includes a power conversion mode (first mode), an input/output connection mode (second mode), and a bypass mode (third mode). It can operate in multiple modes. In addition to the power conversion mode, the input/output connection mode, and the bypass mode, other operation modes may be further included according to design.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치의 블록도이고, 도 3 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치를 설명하기 위한 도면이다.2 is a block diagram of a power conversion device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 to 11 are diagrams for explaining the power conversion device according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치(100)는 입력부(110), 전력변환부(120), 출력부(130), 입출력연결부(140), 및 바이패스부(150)로 구성되고, 모니터링부, 보조전원부, 온도센서, 제어부, 커플링회로, 무선 트랜시버를 포함할 수 있다.The power conversion device 100 according to an embodiment of the present invention is composed of an input unit 110, a power conversion unit 120, an output unit 130, an input/output connection unit 140, and a bypass unit 150, It may include a monitoring unit, an auxiliary power unit, a temperature sensor, a control unit, a coupling circuit, and a wireless transceiver.

입력부(110)는 제1 전압을 입력받는다. 입력부(110)는 셀 스트링에 연결되어 제1 전압을 입력받을 수 있다. The input unit 110 receives a first voltage. The input unit 110 may be connected to the cell string to receive a first voltage.

전력변환부(120)는 상기 제1 전압을 제2 전압으로 변환한다. 제1 전압이 입력부로 입력되면, 전력변환모드에 따라 전력변환부(120)는 제1 전압을 제2 전압을 변환한다. 제1 전압은 제2 전압보다 높거나 낮을 수 있다. 전력변환부(120)는 입력받은 제1 전압을 제1 전압보다 높은 제2 전압으로 변환하거나 제1 전압보다 낮은 제2 전압으로 변환할 수 있다. 또는, 제1 전류를 제2 전류로 변환할 수 있다. 여기서, 제1 전류는 제2 전류보다 높거나 낮을 수 있다. 전력변환부(120)는 전력을 변환하기 위한 컨버터를 포함할 수 있다. The power converter 120 converts the first voltage into a second voltage. When the first voltage is input to the input unit, the power conversion unit 120 converts the first voltage into a second voltage according to the power conversion mode. The first voltage may be higher or lower than the second voltage. The power converter 120 may convert the input first voltage into a second voltage higher than the first voltage or into a second voltage lower than the first voltage. Alternatively, the first current may be converted into the second current. Here, the first current may be higher or lower than the second current. The power conversion unit 120 may include a converter for converting power.

출력부(130)는 전력변환부(120)의 출력전압을 출력한다. 출력부(130)는 전력변환부(120)에서 변환되어 출력되는 제2 전압을 출력한다.The output unit 130 outputs the output voltage of the power conversion unit 120 . The output unit 130 outputs the second voltage that is converted and output by the power conversion unit 120 .

입력받은 전력을 최대전력점 추종을 수행하며, 전력을 변환하는 전력변환모드에서는 입력부(110), 전력변환부(120), 및 출력부(130)를 통해, 전력변환이 수행된다. 입력부(110)가 연결된 셀 스트링의 전력이 최대전력이 되도록 최대전력점 추종을 수행한다. In a power conversion mode in which maximum power point tracking is performed on the received power and power is converted, power conversion is performed through the input unit 110 , the power conversion unit 120 , and the output unit 130 . Maximum power point tracking is performed so that the power of the cell string to which the input unit 110 is connected becomes the maximum power.

입출력연결부(140)는 상기 입력부(110)를 상기 출력부(130)와 연결한다. 상황에 따라 입력 전압을 변환하지 않고 바로 출력 측으로 전달하는 입출력 연결모드를 수행하기 위하여, 입출력 연결모드에서 입출력연결부(140)는 입력부(110)와 출력부(130)를 연결한다. 예를 들어, 복수의 셀 스트링 중 일부의 셀 스트링이 음영 등에 의해 다른 셀 스트링에 비해 낮은 전압을 생성하는 경우, 각 셀 스트링간 전압 차이를 줄여 손실을 줄이고 효율을 높이기 위하여, 다른 셀 스트링의 전압을 출력으로 전력 변환없이 그대로 출력시킬 필요가 있다. 이때, 입출력연결부(140)가 입력부(110)와 출력부(130)를 연결하여 입출력연결 모드를 수행한다. 입출력연결 모드에서 입력받은 제1 전압을 그대로 출력하는바, 출력부(130)에서 출력되는 전압은 입력부(110)의 제1 전압이 된다.The input/output connection unit 140 connects the input unit 110 to the output unit 130 . In order to perform the input/output connection mode in which the input voltage is directly transmitted to the output side without converting according to circumstances, the input/output connection unit 140 connects the input unit 110 and the output unit 130 in the input/output connection mode. For example, when some of the cell strings generate a lower voltage than other cell strings due to shading, etc., in order to reduce loss and increase efficiency by reducing the voltage difference between each cell string, the voltage of the other cell strings It is necessary to output as it is without power conversion. At this time, the input/output connection unit 140 connects the input unit 110 and the output unit 130 to perform the input/output connection mode. The first voltage received in the input/output connection mode is output as it is, and the voltage output from the output unit 130 becomes the first voltage of the input unit 110.

바이패스부(150)는 상기 전력변환부(120) 또는 상기 입출력연결부(140)를 바이패스하는 바이패스경로를 상기 출력부(130)에 생성한다. 전력변환을 수행하기 않고 입력 전압을 그대로 출력하는 입출력연결 모드뿐만 아니라 전력변환부(120) 및 입출력연결부(140)를 바이패스시키기 위하여, 출력부(130)가 출력측에만 연결되도록 하는 바이패스 경로를 생성하는 바이패스 모드로 동작할 수 있다. 바이패스 모드는 전력변환장치의 출력 전압을 방전 시키거나, 미리 설정된 전압 이하 또는 0 V로 유지하는 역할을 한다. 바이패스 모드에서는 바이패스부(150)가 바이패스 경로를 출력부(130)에 생성하여, 출력부(130)로부터 입력되는 전류가 전력변환부(120)로 흘러가는 것을 방지할 수 있다.The bypass unit 150 creates a bypass path in the output unit 130 that bypasses the power conversion unit 120 or the input/output connection unit 140 . In order to bypass the power conversion unit 120 and the input/output connection unit 140 as well as the input/output connection mode that outputs the input voltage as it is without performing power conversion, a bypass path is provided so that the output unit 130 is connected only to the output side. It can operate in bypass mode that creates Bypass mode discharges the output voltage of the power converter or maintains it below a preset voltage or 0 V. In the bypass mode, the bypass unit 150 creates a bypass path in the output unit 130 to prevent current input from the output unit 130 from flowing to the power conversion unit 120 .

예를 들어, 입력부(110)의 전류 보다 출력부(130)의 전류가 클 경우에 바이패스부(150)는 그 차이에 해당하는 전류를 위한 바이패스 경로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 셀 스트링을 포함하는 태양광 발전 모듈에 고장이 발생하거나 입력부가 미체결되어 전력변환장치로 입력되는 입력 전류가 없을 때, 바이패스부(150)는 출력 전류에 대한 바이패스 경로를 제공할 수 있다. 특히, 태양광 발전 모듈에 핫스팟(hot-spot)이 발생할 때, 바이패스부(150)는 출력 전류의 우회 경로를 제공하여 태양광 발전 모듈에 흐르는 전류값을 낮추어 발열을 억제할 수 있다. 이를 통해, 태양광 발전 모듈이 출력 가능한 전류보다 큰 전류를 강제를 도통시키면, 태양광 발전 모듈의 임피던스가 증가하여 발열량이 증가하는 것을 방지할 수 있다.For example, when the current of the output unit 130 is greater than the current of the input unit 110, the bypass unit 150 may provide a bypass path for the current corresponding to the difference. For example, when a failure occurs in a photovoltaic module including a cell string or there is no input current input to the power converter because the input unit is not connected, the bypass unit 150 establishes a bypass path for the output current. can provide In particular, when a hot-spot occurs in the photovoltaic module, the bypass unit 150 provides a detour path for the output current to lower the current value flowing through the photovoltaic module, thereby suppressing heat generation. Through this, when the photovoltaic module forcibly conducts a current greater than the outputable current, it is possible to prevent an increase in heat generation due to an increase in impedance of the photovoltaic module.

출력부(130)는 상기 각 모드에 따라 동작하는 상기 전력변환부(120), 상기 입출력연결부(140), 또는 상기 바이패스부(150)의 동작에 따라 상기 제1 전압, 상기 제2 전압, 또는 출력측으로부터 입력되는 제3 전압을 출력한다. 즉, 전력변환 모드에서는 전력변환부(120)에서 출력되는 제2 전압이 출력되고, 입출력연결 모드에서는 입력부(110)와 바로 연결되어 입력부(110)가 입력받은 제1 전압이 그대로 출력되고, 바이패스모드에서는 전력변환부(120) 또는 입력부(110)의 전압과 무관하게, 출력측으로 입력되는 제3 전압이 출력된다.The output unit 130 outputs the first voltage, the second voltage, the output unit 130 according to the operation of the power conversion unit 120, the input/output connection unit 140, or the bypass unit 150 operating according to the respective modes. Alternatively, the third voltage input from the output side is output. That is, in the power conversion mode, the second voltage output from the power conversion unit 120 is output, and in the input/output connection mode, the first voltage that is directly connected to the input unit 110 and received by the input unit 110 is output as it is, and In the pass mode, regardless of the voltage of the power conversion unit 120 or the input unit 110, the third voltage input to the output side is output.

전력변환부(120), 입출력연결부(140), 바이패스부(150)는 제어부에 의해 동작할 수 있고, 제어부는 입출력 전압 및 전류, 온도 등의 정보에 따라 가장 적합한 모드로 동작하도록 제어 신호를 각 구성에 전송할 수 있다. 또한, 외부 제어부의 제어신호 또는 사용자의 입력에 따라 해당 모드로 동작할 수 있다.The power conversion unit 120, the input/output connection unit 140, and the bypass unit 150 can be operated by a control unit, and the control unit sends a control signal to operate in the most appropriate mode according to information such as input/output voltage, current, and temperature. Can be sent to each configuration. In addition, it may operate in a corresponding mode according to a control signal from an external controller or a user's input.

본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(100)는 도 3과 같이, 전력변환부(Power conversion circuit, 120), 전력변환부(120)를 우회하여 입력부와 출력부를 연결하는 입출력연결부(Contactor, 140), 및 출력단의 양 단을 연결하여 출력부(130)에 바이패스 경로를 생성하는 바이패스부(Bypass circuit, 150)으로 구현될 수 있다. 입출력연결부(140)는 전력변환부(120)를 우회, 즉 바이패스시키는 일종의 바이패스회로이나, 바이패스부(150)와 구분하여 설명하기 위하여, 입출력연결부(140) 내지 접촉기(contactor)라 명칭한다.As shown in FIG. 3, the power converter 100 according to an embodiment of the present invention bypasses the power converter 120 and the power converter 120 and connects the input and output units. 140), and a bypass circuit 150 that creates a bypass path in the output unit 130 by connecting both ends of the output terminal. The input/output connection unit 140 is a kind of bypass circuit that bypasses or bypasses the power conversion unit 120, but is referred to as an input/output connection unit 140 or a contactor in order to differentiate it from the bypass unit 150. do.

본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(100)는 도 4와 같이, 다중 동작 모드로 동작하기 위하여 다양한 구성들을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 4 , the power converter 100 according to an embodiment of the present invention may include various components to operate in multiple operation modes.

상기 입력부(110)의 전압 또는 상기 출력부(130)의 전압을 이용하여 보조전원을 생성하는 보조전원부(auxiliary Power Supply)를 포함할 수 있다. 보조 전원부는 전력변환장치의 입력부 또는 출력부의 전압 중 하나 이상을 입력받아 단일 혹은 복수의 전원을 생성할 수 있다. 생성된 전원은 3.3V, 5V, 12V 등과 같이 반도체 소자가 통상적으로 사용하는 전압일 수 있다. 일부 전원은 전력변환장치의 그라운드(ground)에서 뜬(floating) 전위를 가질 수 있다. 보조 전원부는 단일 또는 다수의 전력변환회로로 구성될 수 있다. 예를 들어, 플라이백 컨버터(fly-back converter) 벅 컨버터(buck converter), 부스트 컨버터(boost converter), 리니어 레귤레이터(linear regulator), 차지펌프(charge pump) 중 적어도 하나를 포함하거나, 이들의 조합으로 구성될 수 있다.An auxiliary power supply for generating auxiliary power using the voltage of the input unit 110 or the voltage of the output unit 130 may be included. The auxiliary power unit may receive one or more of the voltages of the input unit or the output unit of the power conversion device to generate single or multiple power sources. The generated power may be a voltage commonly used by semiconductor devices, such as 3.3V, 5V, or 12V. Some power supplies may have a potential floating on the ground of the power converter. The auxiliary power unit may be composed of a single or multiple power conversion circuits. For example, at least one of a fly-back converter, a buck converter, a boost converter, a linear regulator, and a charge pump, or a combination thereof may consist of

모니터링부(monitoring circuit)는 상기 입력부(110)의 전류, 상기 입력부(110)의 전압, 상기 출력부(130)의 전류, 및 상기 출력부(130)의 전압 중 적어도 하나를 측정할 수 있다. A monitoring circuit may measure at least one of a current of the input unit 110 , a voltage of the input unit 110 , a current of the output unit 130 , and a voltage of the output unit 130 .

메모리(memory)는 정보를 저장하기 위한 비휘발성 메모리(non-volatile memory)를 포함할 수 있다. 메모리에는 물리적/소프트웨어적 식별 정보, 모니터링 보정 정보, 고장 이력 등이 저장될 수 있다.The memory may include non-volatile memory for storing information. Physical/software identification information, monitoring correction information, failure history, and the like may be stored in the memory.

온도 측정을 위한 온도 센서(Thermal sensor)를 포함할 수 있다. 온도 센서는 전력변환장치의 온도를 측정할 수 있다. 특히, 온도 센서는 MOFSET, 다이오드와 전력반도체 소자 및 트랜스포머, 인덕터와 같은 자성부품의 온도 또는 근접한 영역의 온도를 접촉, 비접촉 방식으로 측정할 수 있다.A thermal sensor for measuring temperature may be included. The temperature sensor may measure the temperature of the power converter. In particular, the temperature sensor can measure the temperature of a magnetic component such as a MOFSET, a diode, a power semiconductor device, a transformer, or an inductor, or the temperature of a nearby region in a contact or non-contact manner.

제어부(Control circuit)은 전력변환장치 및 외부로부터 수신되는 정보를 이용하여 전력변환장치의 각 구성들을 제어할 수 있다. 이때, 전력변환부(120)의 회로에 따라, 전력변환부(120)에 포함된 인덕터의 전류를 검출하기 위한 추가적인 전류 검출 회로가 사용될 수 있다. 제어부는 검출된 전압, 전류, 온도 정보에 근거하여 보호기능(Protection)을 활성화시킬 수 있다. 예를 들어, 과전압, 과전류 검출 시 특정 파라미터를 제한시키거나 전력변환장치의 동작을 정지시킬 수 있다. 또한, 과열을 검출하는 경우 전력변환장치의 출력 전력을 낮추거나, 정지시킬 수 있다. The control circuit may control each component of the power converter by using the power converter and information received from the outside. At this time, according to the circuit of the power conversion unit 120, an additional current detection circuit for detecting the current of the inductor included in the power conversion unit 120 may be used. The control unit may activate a protection function based on the detected voltage, current, and temperature information. For example, when overvoltage or overcurrent is detected, a specific parameter may be limited or the operation of the power converter may be stopped. In addition, when overheating is detected, output power of the power converter may be lowered or stopped.

제어부는 각종 파라미터를 검출하고, 전력회로를 제어, 외부 장비와 통신(communication), 정보 저장하는 기능을 담당한다. 모니터링부에서 입력된 신호를 ADC(analog Digital Converter)하여 인식할 수 있고, PWM 또는 GPIO를 출력하여 전력회로를 제어할 수 있다. 또한, 모니터링부에서 입력된 신호를 토대로, PV 모듈에서 공급되는 전력이 최대가 되는 동작점을 추종하도록 전력회로를 제어할 수 있다. 모니터링부에서 검출된 신호를 근거로, 과전압 및 과전류 보호 기능을 구현할 수 있고, 외부 장치와 통신하여 정보를 송신 및 수신할 수 있다. 통신 수단으로는 유선 방식 및 무선 방식을 사용할 수 있다. 유선 방식의 경우 통신용 케이블 연결을 위한 추가적인 단자를 구비할 수 있고, 무선 방식의 경우에는 통신을 위한 무선 송수신장치(Wireless Transceiver)를 추가적으로 구비할 수 있다. PLC(Power Line Communication)를 사용할 경우에는 출력 단자의 (+)단자 또는 (-)단자에 커플링 회로(Coupling circuit)를 추가적으로 구비할 수 있다. 송신 정보는 전력변환장치에서 검출된 파라미터, 고장 유무 및 고장 이력, 물리적/소프트웨어적 식별 정보, 모니터링 회로의 보정 정보 등이 포함될 수 있다. 전력회로의 (+)단자 및 (-)단자 간에 노이즈 제거를 위한 커패시터가 추가적으로 사용될 수 있다.The controller detects various parameters, controls power circuits, communicates with external equipment, and stores information. Signals input from the monitoring unit can be recognized by ADC (analog digital converter), and power circuits can be controlled by outputting PWM or GPIO. In addition, based on the signal input from the monitoring unit, the power circuit may be controlled to follow an operating point at which power supplied from the PV module is maximized. Based on the signal detected by the monitoring unit, overvoltage and overcurrent protection functions may be implemented, and information may be transmitted and received by communicating with an external device. A wired method and a wireless method may be used as a communication means. In the case of a wired method, an additional terminal for connecting a cable for communication may be provided, and in the case of a wireless method, a wireless transceiver for communication may be additionally provided. In the case of using PLC (Power Line Communication), a coupling circuit may be additionally provided to the (+) terminal or (-) terminal of the output terminal. The transmission information may include a parameter detected in the power converter, failure status and failure history, physical/software identification information, correction information of a monitoring circuit, and the like. A capacitor for removing noise may be additionally used between the (+) terminal and the (-) terminal of the power circuit.

전력변환부(120)는 적어도 하나의 상측 스위치 및 적어도 하나의 하측 스위치를 포함하는 컨버터를 포함할 수 있다. 상측 스위치 및 하측 스위치의 온오프를 제어하여 전력변환을 수행한다. 이때, 상측 스위치와 하측 스위치는 서로 상보적으로 도통될 수 있다. 각 스위치는 턴온을 유지하는 시간, 즉 일정 듀티비로 제어될 수 있다. 여기서, 듀티비는 일정 주기 내 온인 비율을 의미하며, 시비율이라고도 한다. 각 스위치는 구동전원을 입력받아 동작하는 스위칭 소자일 수 있고, 스위칭 소자는 FET, MOSFET, 또는 IGBT 등 반도체 스위칭 소자일 수 있다.The power converter 120 may include a converter including at least one upper switch and at least one lower switch. Power conversion is performed by controlling the on/off of the upper and lower switches. In this case, the upper switch and the lower switch may be complementary to each other. Each switch may be controlled with a turn-on time, that is, a constant duty ratio. Here, the duty ratio means an on-in ratio within a certain period, and is also referred to as a fertilization ratio. Each switch may be a switching element that operates by receiving driving power, and the switching element may be a semiconductor switching element such as FET, MOSFET, or IGBT.

전력변환부(120)는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있고, 이때, 벅 컨버터, 부스트 컨버터, 및 벅 부스트 컨버터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전력변환부(120)는 도 5(A)와 같이, 상측 스위치, 하측 스위치, 및 인덕터로 구성되어 전압을 낮추는 벅 컨버터로 구현될 수 있다. 이때, 입력된 전류는 높은 전류로 변환시킬 수 있다. 또한, 도 5(B)와 같이, 인덕터, 상측 스위치, 및 하측 스위치로 구성되어 전압을 높이는 부스트 컨버터로 구현될 수 있다. 이때, 입력된 전류는 낮은 전류로 변환시킬 수 있다. 또한, 도 5(C)와 같이, 제1 상측 스위치, 제1 하측 스위치, 인덕터, 제2 상측 스위치, 및 제2 하측 스위치로 구성되어 전압을 낮추거나 높이는 벅 부스트 컨버터로 구현될 수 있다. 각 컨버터의 입출력단에는 각각 커패시터가 병렬로 연결될 수 있다. The power converter 120 may include a DC-DC converter, and at this time, may include at least one of a buck converter, a boost converter, and a buck boost converter. As shown in FIG. 5(A), the power conversion unit 120 may be implemented as a buck converter configured of an upper switch, a lower switch, and an inductor to lower a voltage. At this time, the input current can be converted into a high current. Also, as shown in FIG. 5(B) , it may be implemented as a boost converter configured of an inductor, an upper switch, and a lower switch to increase voltage. At this time, the input current may be converted into a low current. Also, as shown in FIG. 5(C) , it may be implemented as a buck boost converter configured of a first high-side switch, a first low-side switch, an inductor, a second high-side switch, and a second low-side switch to lower or increase a voltage. Capacitors may be connected in parallel to input and output terminals of each converter.

입출력연결부(140)는 상기 입력부(110)와 상기 출력부(130)를 연결하는 스위칭소자를 포함할 수 있다. 입출력연결부(140)는 입력부(110)와 출력부(130)를 연결함으로써 입력된 전압 및 전류를 변환하지 않고 출력부(130)로 출력한다. 이때, 스위칭소자로 릴레이(relay)와 같은 기계적 스위칭 소자 또는 MOSFET, 다이오드와 같이 반도체 스위칭 소자를 단일 또는 조합하여 사용할 수 있다. 입출력연결부(140)는 노이즈 저감을 위한 인덕터 및 캐패시터를 포함할 수 있다.The input/output connection unit 140 may include a switching element connecting the input unit 110 and the output unit 130 to each other. The input/output connection unit 140 outputs the input voltage and current to the output unit 130 without converting them by connecting the input unit 110 and the output unit 130 . At this time, a mechanical switching element such as a relay or a semiconductor switching element such as a MOSFET or a diode may be used singly or in combination as the switching element. The input/output connection unit 140 may include an inductor and a capacitor for noise reduction.

입출력연결부(140)는 캐소드가 상기 입력부(110)와 연결되는 바디 다이오드를 포함하는 하나의 MOSFET, 및 공통 소스 또는 공통 드레인으로 직렬 연결되는 두 개의 MOSFET 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 입출력연결부(140)는 도 6과 같이, 다양한 스위칭 소자로 구현될 수 있다. 도 6(A)와 같이, 기계적 스위치로 구현되거나, 도 6(B)와 같이, 바디 다이오드를 포함하는 MOSFET로 구현시, 바디 다이오드는 캐소드가 입력부(110)와 연결되도록 입력부(110)와 출력부(130) 사이에 연결될 수 있다. 또한, 두 개의 MOSFET으로 구현될 때, 도 6(C)와 같이, 공통 소스(common source)로 직렬 연결하거나, 도 6(D)와 같이, 공통 드레인(common drain)로 직렬 연결할 수 있다. 두 개의 MOSFET을 공통 소스 또는 공통 드레인으로 직렬 연결하여 안정성을 높일 수 있다.The input/output connection unit 140 may include at least one of one MOSFET including a body diode having a cathode connected to the input unit 110 and two MOSFETs serially connected to a common source or common drain. As shown in FIG. 6, the input/output connection unit 140 may be implemented with various switching elements. When implemented as a mechanical switch as shown in FIG. 6(A) or as a MOSFET including a body diode as shown in FIG. It may be connected between the parts 130. In addition, when implemented with two MOSFETs, they can be serially connected to a common source as shown in FIG. 6(C) or serially connected to a common drain as shown in FIG. 6(D). Stability can be increased by connecting two MOSFETs in series with a common source or common drain.

바이패스부(150)는 상기 출력부(130)의 (+) 단자와 (-) 단자를 연결하는 스위칭소자를 포함할 수 있다. 이때, 바이패스부(150)는 캐소드가 상기 출력부의 (+) 단자와 연결되는 다이오드 및 캐소드가 상기 출력부의 (+) 단자와 연결되는 바디 다이오드를 포함하는 MOSFET 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바이패스부(150)는 출력부(130)의 (+) 단자와 (-) 단자를 연결하되, 출력단으로의 경로를 형성하기 위하여, (-) 단자에서 (+) 단자로 전류가 흐르도록 연결되어야 한다. 이를 위하여, 도 7과 같이, 다이오드 또는 바디 다이오드를 포함할 수 있다. 도 7(A)와 같이, 캐소드가 상기 출력부의 (+) 단자와 연결되는 다이오드로 구현되거나, 도 7(B)와 같이, 캐소드가 상기 출력부의 (+) 단자와 연결되는 바디 다이오드를 포함하는 MOSFET으로 구현되거나, 도 7(C)와 같이, 다이오드 및 바디 다이오드를 포함하는 MOSFET을 병렬로 연결하거나, 도 7(D)와 같이, 다이오드와 다른 종류의 스위칭 소자를 병렬로 연결할 수 있다.The bypass unit 150 may include a switching element connecting the (+) terminal and the (-) terminal of the output unit 130 . In this case, the bypass unit 150 may include at least one of a MOSFET including a diode having a cathode connected to the (+) terminal of the output unit and a body diode having a cathode connected to the (+) terminal of the output unit. The bypass unit 150 connects the (+) terminal and the (-) terminal of the output unit 130 so that current flows from the (-) terminal to the (+) terminal in order to form a path to the output terminal. It should be. To this end, as shown in FIG. 7 , a diode or a body diode may be included. As shown in FIG. 7 (A), the cathode is implemented as a diode connected to the (+) terminal of the output unit, or as shown in FIG. 7 (B), the cathode includes a body diode connected to the (+) terminal of the output unit. It may be implemented as a MOSFET, or a MOSFET including a diode and a body diode may be connected in parallel as shown in FIG. 7(C), or a diode and a switching element of another type may be connected in parallel as shown in FIG. 7(D).

상기와 같이, 전력변환부(120), 입출력연결부(140), 바이패스부(150)의 동작에 따라 전력변환장치가 전력변환모드, 입출력연결 모드, 바이패스 모드의 다중 동작 모드로 동작하도록 할 수 있다. 이를 통해, 상황에 따라 가장 적합한 모드로 동작할 수 있다.As described above, according to the operation of the power conversion unit 120, the input/output connection unit 140, and the bypass unit 150, the power conversion device operates in multiple operation modes of power conversion mode, input/output connection mode, and bypass mode. can Through this, it is possible to operate in the most suitable mode according to the situation.

전력변환장치(100)가 다중 동작 모드로 동작하도록 함에 있어서, 컨버터가 전력변환모드, 입출력연결 모드, 바이패스 모드의 다중 동작 모드로 동작하도록 구현할 수 있다. 이를 위하여, 컨버터는 적어도 하나의 상측 스위치 및 적어도 하나의 하측 스위치를 포함한다. In allowing the power converter 100 to operate in multiple operation modes, the converter may be implemented to operate in multiple operation modes of a power conversion mode, an input/output connection mode, and a bypass mode. To this end, the converter includes at least one high-side switch and at least one low-side switch.

컨버터는 입력부(110)가 입력받은 제1 전압을 제2 전압으로 변환하는 제1 모드(전력변환 모드), 상기 제1 전압을 출력부(130)로 출력하는 제2 모드(입출력연결 모드), 출력부(130)에 바이패스경로를 생성하는 제3 모드(바이패스 모드)로 동작할 수 있다. 출력부(130)는 각 모드에 따른 컨버터의 동작에 따라 상기 전력변환 모드에서 상기 제2 전압, 상기 입출력연결 모드에서 상기 제1 전압, 상기 바이패스 모드에서 출력측으로부터 입력되는 제3 전압을 출력할 수 있다.The converter has a first mode (power conversion mode) in which the first voltage received by the input unit 110 is converted into a second voltage, a second mode in which the first voltage is output to the output unit 130 (input/output connection mode), It can operate in a third mode (bypass mode) generating a bypass path in the output unit 130 . The output unit 130 outputs the second voltage in the power conversion mode, the first voltage in the input/output connection mode, and the third voltage input from the output side in the bypass mode according to the operation of the converter according to each mode. can

컨버터는 전력변환 모드에서 상기 상측 스위치 및 상기 하측 스위치를 상보적으로 도통시켜 상기 제1 전압을 상기 제2 전압을 변환할 수 있다. 전력변환 모드는 컨버터의 일반적인 동작으로, 변환하고자 하는 전력의 전압 또는 전류에 따른 듀티비로 상측 스위치와 하측 스위치가 도통되고, 그에 따라 입력받은 제1 전압을 제2 전압을 변환한다. The converter may convert the first voltage into the second voltage by complementary conduction of the upper switch and the lower switch in a power conversion mode. The power conversion mode is a general operation of the converter, and the upper switch and the lower switch are conducted at a duty ratio according to the voltage or current of the power to be converted, and accordingly, the input first voltage is converted into the second voltage.

컨버터는 입출력연결 모드에서 상기 상측 스위치는 온을 유지하고, 상기 하측 스위치는 오프시켜 상기 제1 전압을 상기 출력부로 출력할 수 있다. 입출력연결 모드에서는 입력부(110)와 출력부(130)를 직접 연결한다. 이때, 상측 스위치는 입력부(110)와 출력부(130) 사이에 연결되는바, 상측 스위치는 온을 유지하고, 하측 스위치를 오프시켜 입력부(110)와 출력부(130)가 연결되는 상태를 유지한다. The converter may output the first voltage to the output unit by keeping the upper switch turned on and the lower switch turned off in the input/output connection mode. In the input/output connection mode, the input unit 110 and the output unit 130 are directly connected. At this time, the upper switch is connected between the input unit 110 and the output unit 130, the upper switch is kept on, and the lower switch is turned off to maintain a state in which the input unit 110 and the output unit 130 are connected. do.

도 8과 같이, 컨버터는 벅 컨버터, 부스트 컨버터, 벅 부스트 컨버터로 각각 구현되는 경우, 입출력연결 모드에서 상측 스위치만 온을 유지함으로써 입력부와 출력부가 직접 연결되도록 할 수 있다. 도 8(A)와 같이, 벅 컨버터는 입력부(110), 상측 스위치, 인덕터, 출력부(130)로 경로가 형성되어 전력변환 없이 입력부(110)의 제1 전압이 출력부(130)로 출력된다. 도 8(B)와 같이, 부스트 컨버터는 입력부(110), 인덕터, 상측 스위치, 출력부(130)로 경로가 형성되어 전력변환 없이 입력부(110)의 제1 전압이 출력부(130)로 출력된다. 벅 부스트 컨버터는 도 8(C)와 같이, 입력부(110), 제1 상측 스위치, 인덕터, 제2 상측 스위치, 출력부(130)로 경로가 형성되어 전력변환 없이 입력부(110)의 제1 전압이 출력부(130)로 출력된다. 입출력연결 경로 상에 위치하는 인덕터는 노이즈 저감을 위한 필터의 기능을 수행할 수 있어, 보다 안정적으로 전력을 전달할 수 있다.As shown in FIG. 8 , when the converter is implemented as a buck converter, a boost converter, and a buck-boost converter, the input unit and the output unit can be directly connected by keeping only the upper switch turned on in the input/output connection mode. As shown in FIG. 8(A), in the buck converter, a path is formed through the input unit 110, the high-side switch, the inductor, and the output unit 130, so that the first voltage of the input unit 110 is output to the output unit 130 without power conversion. do. As shown in FIG. 8(B), in the boost converter, a path is formed through the input unit 110, the inductor, the high-side switch, and the output unit 130, so that the first voltage of the input unit 110 is output to the output unit 130 without power conversion. do. As shown in FIG. 8(C), in the buck boost converter, a path is formed through the input unit 110, the first high-side switch, the inductor, the second high-side switch, and the output unit 130, so that the first voltage of the input unit 110 is generated without power conversion. It is output to the output unit 130. The inductor located on the input/output connection path can perform the function of a filter for reducing noise, so that power can be transmitted more stably.

이때, 입출력연결 모드에서 상기 입력부(110)와 상기 출력부(130)를 연결하고, 상기 컨버터와 병렬 연결되는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 컨버터와 입출력연결부(140)를 병렬로 연결하여, 입출력연결 모드를 구현할 수 있다. 컨버터와 입출력연결부(140)가 각각 입출력 연결 경로를 형성하는바, 소자의 전류 스트레스 및 발열을 저감할 수 있다. 도 9와 같이, 벅 컨버터(A), 부스트 컨버터(B), 벅 부스트 컨버터(C)의 입출력단에 바디 다이도를 포함하는 MOSFET과 같은 스위칭 소자를 병렬로 연결하여 입출력연결 경로를 복수로 형성할 수 있다. At this time, it may include a switching element that connects the input unit 110 and the output unit 130 in the input/output connection mode and is connected in parallel with the converter. An input/output connection mode may be implemented by connecting the converter and the input/output connection unit 140 in parallel. Since the converter and the input/output connection unit 140 each form an input/output connection path, current stress and heat generation of the device can be reduced. As shown in FIG. 9, switching elements such as MOSFETs including body die diagrams are connected in parallel to the input and output terminals of the buck converter (A), the boost converter (B), and the buck boost converter (C) to form a plurality of input/output connection paths. can

컨버터는 바이패스 모드로 동작함에 있어서, 컨버터의 종류에 따라 출력부(130)에 바이패스 경로를 형성하기 위하여 상측 스위치 내지 하측 스위치의 온오프를 제어할 수 있다.When operating in the bypass mode, the converter may control on/off of the upper switch or the lower switch to form a bypass path in the output unit 130 according to the type of converter.

바이패스 모드에서, 컨버터가 벅 컨버터인 경우 하측 스위치만 연결되고, 부스트 컨버터인 경우 상측 스위치와 하측 스위치가 모두 연결되고, 벅 부스트 컨버터인 경우, 출력측 상측 스위치 및 하측 스위치가 모두 연결되어, 각각 바이패스 경로를 생성할 수 있다. 도 10(A)와 같이, 벅 컨버터는 하측 스위치만 연결되어, 출력부 (-) 단자, 하측 스위치, 인덕터, 출력부 (+) 단자로 바이패스 경로가 형성되어 출력부 (-) 단자로 입력되는 전압이 그대로 출력부(130)로 출력된다. 도 10(B)와 같이, 부스트 컨버터는 출력부 (-) 단자, 하측 스위치, 상측 스위치, 출력부 (+) 단자로 바이패스 경로가 형성되어 출력부 (-) 단자로 입력되는 전압이 그대로 출력부(130)로 출력된다. 벅 부스트 컨버터는 도 10(C)와 같이, 출력부 (-) 단자, 제2 하측 스위치, 제2 상측 스위치, 출력부 (+) 단자로 바이패스 경로가 형성되어 출력부 (-) 단자로 입력되는 전압이 그대로 출력부(130)로 출력된다. 이때, 제1 상측 스위치는 오프되어야 하나, 제1 하측 스위치는 선택적으로 온오프될 수 있다. 제1 하측 스위치가 온인 경우, 출력부 (-) 단자, 제1 하측 스위치, 인덕터, 제2 상측 스위치, 출력부 (+) 단자로 추가적인 바이패스 경로가 형성될 수 있다.In bypass mode, if the converter is a buck converter, only the low-side switch is connected, if it is a boost converter, both the high-side switch and low-side switch are connected, and if it is a buck-boost converter, both the output side high-side switch and low-side switch are connected, respectively, Paths can be created. As shown in FIG. 10 (A), in the buck converter, only the lower switch is connected, and a bypass path is formed with the output (-) terminal, the lower switch, the inductor, and the output (+) terminal, and input to the output (-) terminal. The voltage to be is output to the output unit 130 as it is. As shown in FIG. 10(B), the boost converter has a bypass path formed by the (-) terminal of the output unit, the lower switch, the upper switch, and the (+) terminal of the output unit, so that the voltage input to the (-) terminal of the output unit is output as it is. It is output to unit 130. As shown in FIG. 10(C), in the buck boost converter, a bypass path is formed with the (-) terminal of the output part, the second lower switch, the second upper switch, and the (+) terminal of the output part, and the input is input to the (-) terminal of the output part. The voltage to be is output to the output unit 130 as it is. At this time, the first upper switch should be turned off, but the first lower switch may be selectively turned on and off. When the first lower switch is turned on, an additional bypass path may be formed by the (−) terminal of the output unit, the first lower switch, the inductor, the second upper switch, and the (+) terminal of the output unit.

이때, 바이패스 모드에서 상기 출력부의 (+) 단자와 (-) 단자를 연결하고, 상기 컨버터와 병렬 연결되는 스위칭소자를 포함할 수 있다. 컨버터와 바이패스부(150)를 병렬로 연결하여, 바이패스 모드를 구현할 수 있다. 컨버터와 바이패스부(150)가 각각 바이패스 경로를 형성하는바, 소자의 전류 스트레스 및 발열을 저감할 수 있다. 도 11과 같이, 벅 컨버터(A), 부스트 컨버터(B), 벅 부스트 컨버터(C)의 입출력단에 다이오드와 같은 스위칭 소자를 병렬로 연결하여 바이패스 경로를 복수로 형성할 수 있다. In this case, in the bypass mode, a switching element connecting a (+) terminal and a (-) terminal of the output unit and connected in parallel with the converter may be included. A bypass mode may be implemented by connecting the converter and the bypass unit 150 in parallel. Since the converter and the bypass unit 150 each form a bypass path, current stress and heat generation of the device can be reduced. As shown in FIG. 11 , a plurality of bypass paths may be formed by connecting switching elements such as diodes in parallel to input and output terminals of the buck converter A, the boost converter B, and the buck boost converter C.

적어도 하나의 상측 스위치 및 적어도 하나의 하측 스위치를 포함하는 컨버터를 전력변환 모드, 입출력연결 모드, 바이패스 모드로 동작시킴에 있어서, 컨버터는, 전력변환 모드에서 제1 주기 동안 상기 상측 스위치 및 상기 하측 스위치의 연결 상태가 적어도 한 번 이상 변경되고, 입출력연결 모드에서 상기 제1 주기 이상 상기 상측 스위치만 연결되고, 바이패스 모드에서 상기 제1 주기 이상 상기 하측 스위치가 연결될 수 있다. 상기 상측 스위치가 상기 하측 스위치와 출력단 (+) 단자 사이에 연결되는 경우, 상기 상측 스위치는 상기 바이패스 모드에서 상기 제1 주기 이상 상기 하측 스위치와 동시에 연결될 수 있다. 전력변환장치(100)가 컨버터로 구현되어 각 모드로 동작함에 있어서, 동작모드에 띠라 컨버터의 각 스위치의 동작 시간이 달라질 수 있다.In operating a converter including at least one upper switch and at least one lower switch in a power conversion mode, an input/output connection mode, and a bypass mode, the converter comprises the upper switch and the lower switch during a first period in the power conversion mode. A connection state of a switch may be changed at least once, only the upper switch may be connected for the first period or more in an input/output connection mode, and the lower switch may be connected for the first period or more in a bypass mode. When the upper switch is connected between the lower switch and the output (+) terminal, the upper switch may be simultaneously connected to the lower switch for the first period or longer in the bypass mode. When the power converter 100 is implemented as a converter and operates in each mode, the operation time of each switch of the converter may vary according to the operation mode.

전력변환부(120), 입출력연결부(140), 바이패스부(150)가 동작하는 경우, 각각의 구성의 동작에 따라 동작하나, 컨버터가 제1 내지 제3 모드로 동작하는 경우, 각 스위치의 동작 시간이 달라진다.When the power conversion unit 120, the input/output connection unit 140, and the bypass unit 150 operate, they operate according to the operation of each component, but when the converter operates in the first to third modes, each switch Operating time varies.

전력변환 모드에서는 전력변환부(120)가 동작하여, 입력값(예를 들어, 전압 또는 전류)과 상이한 출력값을 제공한다. 예를 들어, 낮은 전류, 높은 전압을 가진 입력값을 낮은 전압, 높은 전류를 가진 출력값으로 변환할 수 있다. 반대의 경우에도 가능하다. 컨버터로 구현되는 전력변환부(120)는 스위칭 주기인 제 1 주기 내에서 상측 스위치와 하측 스위치의 도통 상태가 적어도 한 번 이상 변경된다. 여기서, 제1 주기는 가변적일 수 있다. 예를 들어, 검출된 전압, 전류, 온도 등에 따라 제1 주기가 설정될 수 있다. 제1 주기 내에서 설정된 듀티로 스위칭 동작을 수행하여 전력을 변환한다.In the power conversion mode, the power conversion unit 120 operates and provides an output value different from an input value (eg, voltage or current). For example, an input value with low current and high voltage can be converted into an output value with low voltage and high current. The reverse is also possible. In the power conversion unit 120 implemented as a converter, the conduction state of the upper switch and the lower switch is changed at least once during the first cycle, which is a switching cycle. Here, the first period may be variable. For example, the first cycle may be set according to the detected voltage, current, temperature, and the like. A switching operation is performed with a set duty within the first period to convert power.

입출력연결 모드에서는 입출력연결부(140)가 동작하여, 입력값과 동일한 출력값을 제공한다. 예를 들어, 입력 전류와 출력 전류가 동일할 수 있다. 전력변환부(120)가 컨버터로 구현되는 경우, 컨버터가 입출력연결부(140)의 기능을 대체하거나 입출력연결부(140)와 병렬로 연결되어 동작할 수 있다. 입출력연결 모드에서 상측 스위치의 연결을 유지해야 하는바, 상측 스위치는 제 1 주기보다 긴 시간 동안 도통 상태를 유지할 수 있다.In the input/output connection mode, the input/output connection unit 140 operates and provides the same output value as the input value. For example, the input current and the output current may be the same. When the power converter 120 is implemented as a converter, the converter may replace the function of the input/output connector 140 or may be connected in parallel with the input/output connector 140 to operate. In the input/output connection mode, the upper switch needs to be connected, and the upper switch can maintain a conduction state for a longer period than the first period.

바이패스 모드에서는 바이패스부(150)가 동작하여, 출력부의 (-) 단자와 (+) 단자 간의 전기적 경로를 제공한다. 예를 들어, PV모듈에서 입력된 전류 보다 전력회로의 출력 전류가 클 경우에 바이패스 회로는 그 차이에 해당하는 전류를 위한 도통 경로를 제공할 수 있다. 예를 들어, PV모듈이 고장 또는 미체결되어 전력회로에 입력 전류가 없을 때, 바이패스 회로는 출력 전류 도통 경로를 제공할 수 있다. PV모듈에 hot-spot이 발생할 때, 바이패스부(150)는 출력 전류의 우회 경로를 제공하여 PV 모듈에 흐르는 전류값을 낮추어 PV 모듈의 발열을 억제할 수 있다. 이를 통해, PV모듈이 출력 가능한 전류보다 큰 전류를 강제를 도통시키면, PV모듈의 임피던스가 증가하여 발열량이 증가하는 것을 방지할 수 있다. 전력변환부(120)가 컨버터로 구현되는 경우, 컨버터가 바이패스부(150)기능을 대체하거나 바이패스부(150)와 병렬로 연결되어 동작할 수 있다. 바이패스 모드에서 출력부 (-) 단자와 (+) 단자의 연결을 유지해야 하는바, 하측 스위치는 제 1 주기 보다 긴 시간 동안 스위칭 소자의 도통 상태를 유지할 수 있다. 컨버터가 벅 컨버터인 경우, 하측 스위치만 제1 주기보다 긴 시간동안 도통을 유지하고, 컨버터가 부스트 컨버터인 상측 스위치와 하측 스위치 모두 제1 주기보다 긴 시간동안 도통을 유지하고, 컨버터가 벅 부스트 컨버터인 경우, 제2 상측 스위치와 제2 하측 스위치가 제1 주기보다 긴 시간동안 도통을 유지할 수 있다.In the bypass mode, the bypass unit 150 operates to provide an electrical path between the (-) terminal and the (+) terminal of the output unit. For example, when the output current of the power circuit is greater than the current input from the PV module, the bypass circuit can provide a conduction path for the current corresponding to the difference. For example, when there is no input current in the power circuit due to a PV module failure or non-connection, the bypass circuit can provide an output current conduction path. When a hot-spot occurs in the PV module, the bypass unit 150 provides a detour path for the output current to lower the current value flowing through the PV module, thereby suppressing heat generation of the PV module. Through this, when a current larger than the outputable current of the PV module is forcibly conducted, it is possible to prevent an increase in heat generation due to an increase in the impedance of the PV module. When the power conversion unit 120 is implemented as a converter, the converter may replace the function of the bypass unit 150 or be connected in parallel with the bypass unit 150 to operate. In the bypass mode, the connection between the (-) terminal and the (+) terminal of the output unit should be maintained, and the lower switch may maintain the conduction state of the switching element for a longer time than the first period. If the converter is a buck converter, only the lower switch maintains conduction for a longer period of time than the first cycle, the converter is a boost converter, and both the upper switch and the lower switch maintain conduction for a longer period of time than the first cycle, and the converter is a buck-boost converter In this case, the second upper switch and the second lower switch may maintain conduction for a longer period than the first period.

전력변환장치(100)는 모니터링부 또는 온도 센서 등에서 검출된 파라미터에 근거하여 동작 모드가 설정될 수 있다. 또한, 통신을 통해 외부로부터 수신된 정보에 근거하여 동작 모드가 설정될 수 있다. 필요에 따라 3가지 동작 모드 외에 추가적인 모드를 추가 사용할 수 있다. 예를 들어, 전력변환장치 보호를 위한 추가적인 모드를 사용할 수 있다. 모드 변경 시에는 과도 구간이 존재할 수 있으며, 필요에 따라 별도의 모드로 정의할 수 있다.An operation mode of the power converter 100 may be set based on a parameter detected by a monitoring unit or a temperature sensor. Also, an operation mode may be set based on information received from the outside through communication. In addition to the three operating modes, additional modes can be added as needed. For example, additional modes for power converter protection may be used. When the mode is changed, a transient section may exist, and it may be defined as a separate mode if necessary.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 보조전원부를 포함하는 블록도이다. 전력변환장치(200)는 적어도 하나의 상측 스위치(211) 및 적어도 하나의 하측 스위치(212)를 포함하는 컨버터(210)를 포함할 수 있고, 상기 상측 스위치(211) 및 상기 하측 스위치(212)에 구동전원을 공급하는 보조전원부(220)를 포함할 수 있다. 이때, 보조전원부(220)는, 상기 하측 스위치(212)에 구동전원을 공급하는 제1 구동전원(221)을 이용하여 상기 상측 스위치(211)의 구동전원을 공급하는 부트스트랩 회로(222)를 포함한다. 여기서, 컨버터(210)의 상측 스위치(211) 및 하측 스위치(212)에 구동전원을 공급하는 구성만을 중심적으로 설명하는 것으로, 보조전원부(220)는 컨버터(210)의 상측 스위치(211) 및 하측 스위치(212) 이외의 구성에도 보조전원을 공급할 수 있음은 당연하다. 12 is a block diagram including an auxiliary power supply unit of a power converter according to an embodiment of the present invention. The power converter 200 may include a converter 210 including at least one upper switch 211 and at least one lower switch 212, the upper switch 211 and the lower switch 212 It may include an auxiliary power supply unit 220 for supplying driving power to. At this time, the auxiliary power supply unit 220 uses the first driving power supply 221 for supplying driving power to the lower switch 212 to provide a bootstrap circuit 222 for supplying driving power to the upper switch 211. include Here, only the configuration for supplying driving power to the upper switch 211 and the lower switch 212 of the converter 210 will be mainly described, and the auxiliary power unit 220 is the upper switch 211 and the lower switch 211 of the converter 210. It goes without saying that auxiliary power can be supplied to components other than the switch 212 .

보조전원부(220)는 컨버터(210) 상측 스위치(211) 및 하측 스위치(212)에 구동전원을 공급한다. 각 스위치는 구동전원을 입력받아 동작하는 스위칭 소자일 수 있고, 각 스위치를 동작시키기 위하여, 보조전원이 필요하다. 스위칭 소자는 Si 또는 SiC 계열의 MOSFET, GaN HEMT, IGBT 등의 반도체 스위칭 소자일 수 있다.The auxiliary power unit 220 supplies driving power to the upper switch 211 and the lower switch 212 of the converter 210 . Each switch may be a switching element that operates by receiving driving power, and requires auxiliary power to operate each switch. The switching element may be a semiconductor switching element such as a Si or SiC-based MOSFET, GaN HEMT, or IGBT.

보조전원부(220)는 부트스트랩 회로(222)가 아닌 절연형 컨버터 등을 이용하여 상측 스위치(211)에 보조전원을 공급할 수도 있다. 이때, 보조전원부는 복수의 셀 스트링의 출력단 중 적어도 하나의 출력단의 전압을 인가받는 1차측 회로, 상기 1차측 회로의 전압에 따라 제1 2차측 회로에 전압을 출력하는 절연형 컨버터, 및 상기 절연형 컨버터에서 출력되는 전압을 이용하여 상기 복수의 컨버터의 상기 상측 스위치에 각각에 구동전원을 공급하는 복수의 제1 2차측 회로를 포함할 수 있다. 이 경우, 상측 스위치를 하측 스위치의 동작 여부와 독립적으로 구동전원을 공급할 수 있다.The auxiliary power unit 220 may supply auxiliary power to the upper switch 211 using an isolated converter instead of the bootstrap circuit 222 . At this time, the auxiliary power unit includes a primary circuit receiving a voltage of at least one output terminal among output terminals of a plurality of cell strings, an insulated converter outputting a voltage to the first secondary circuit according to the voltage of the primary circuit, and the insulation and a plurality of first secondary circuits supplying driving power to each of the upper switches of the plurality of converters by using a voltage output from the converter. In this case, driving power may be supplied to the upper switch independently of whether the lower switch operates.

도 12의 실시예에 따른 전력변환장치(100)는 부트스트랩 회로(222)를 이용하여 간단하게 상측 스위치(211)에 구동전원을 공급할 수 있다. 이를 위하여, 보조전원부(220)는 하측 스위치(212)에 구동전원을 공급하는 제1 구동전원(221) 및 제1 구동전원(221)을 이용하여 상측 스위치(211)에 공급할 구동전원을 생성하는 부트스트랩 회로(222)를 포함한다. 상측 스위치(211) 및 하측 스위치(212)는 도 13과 같이, MOSFET으로 구현되는 경우, 게이트에 구동전압을 공급하는 게이트 드라이버(Driving circuit)에 구동전원을 공급해야 한다. 게이트 드라이버는 MCU 또는 PWM 컨트롤러 등의 제어부의 구동신호(signal)에 따라 각 스위치의 게이트에 게이트 전압을 공급한다. 여기서, 구동신호는 3.3V 또는 5V 레벨을 갖는 PWM 신호를 사용할 수 있다.The power converter 100 according to the embodiment of FIG. 12 can simply supply driving power to the upper switch 211 using the bootstrap circuit 222 . To this end, the auxiliary power unit 220 generates driving power to be supplied to the upper switch 211 using the first driving power supply 221 for supplying driving power to the lower switch 212 and the first driving power supply 221 A bootstrap circuit 222 is included. When the upper switch 211 and the lower switch 212 are implemented as MOSFETs, as shown in FIG. 13 , driving power must be supplied to a gate driver (driving circuit) that supplies a driving voltage to the gate. The gate driver supplies a gate voltage to the gate of each switch according to a driving signal of a control unit such as an MCU or a PWM controller. Here, a PWM signal having a 3.3V or 5V level may be used as the driving signal.

도 13과 같이, 컨버터(210)가 벅 컨버터인 경우, 하측 스위치의 경우에 소스단자가 제1 구동전원의 음극과 직접 결선될 수 있어, 구동 시에 보조전원을 직접 사용할 수 있다. 하지만, 상측 스위치의 소스단자는 제1 구동전원의 음극과 직접 결선되지 않아 게이트 드라이버가 보조전원을 직접 사용할 수 없으므로, 부트스트랩(boot-strap) 회로를 통해 이용하여 별도 구동 전원을 생성하여야 한다. As shown in FIG. 13 , when the converter 210 is a buck converter, in the case of a low side switch, the source terminal may be directly connected to the negative electrode of the first driving power source, so that the auxiliary power source may be directly used during driving. However, since the source terminal of the upper switch is not directly connected to the negative electrode of the first driving power source, the gate driver cannot directly use the auxiliary power source. Therefore, a separate driving power source must be generated by using it through a bootstrap circuit.

컨버터(210)가 도 14와 같이, 부스트 컨버터(A) 또는 벅 부스트 컨버터(B)인 경우에도 상측 스위치를 포함하고 있는바, 상측 스위치에 전원을 공급하기 위해 보조전원부(220)는 부트스트랩 회로를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 14, even if the converter 210 is a boost converter (A) or a buck-boost converter (B), it includes a high-side switch. can include

부트스트랩 회로(222)는 상기 제1 구동전원(221)으로부터 전원을 입력받아 충전되는 커패시터; 및 상기 제1 구동전원(221)과 상기 커패시터 사이에 연결되는 다이오드를 포함한다. 여기서, 상기 커패시터는 상기 상측 스위치(211) 및 상기 하측 스위치(212) 사이의 노드에 연결되고, 상기 하측 스위치(212)가 턴 온되면, 상기 제1 구동전원(221), 상기 다이오드, 상기 커패시터, 및 상기 하측 스위치(212)로 연결되는 폐루프가 형성되어 상기 제1 구동전원(221)으로부터 전원을 입력받아 충전되고, 상기 하측 스위치(212)가 턴 오프되면, 상기 제1 구동전원(221)으로부터 전원을 입력받아 충전된 전원을 상기 상측 스위치(211)의 구동전원으로 공급할 수 있다. The bootstrap circuit 222 includes a capacitor charged by receiving power from the first driving power source 221; and a diode connected between the first driving power source 221 and the capacitor. Here, the capacitor is connected to a node between the upper switch 211 and the lower switch 212, and when the lower switch 212 is turned on, the first driving power supply 221, the diode, and the capacitor , and a closed loop connected to the lower switch 212 is formed to receive power from the first driving power source 221 to be charged, and when the lower switch 212 is turned off, the first driving power source 221 ), the charged power can be supplied as the driving power of the upper switch 211.

도 15와 같이, 부트스트랩 회로(222)는 다이오드(223) 및 커패시터(224)를 포함할 수 있다. 커패시터(224)는 일단이 다이오드(223)를 통해 제1 구동전원(221)과 연결되고, 타단이 상기 상측 스위치(211) 및 상기 하측 스위치(212) 사이의 노드(225)에 연결된다. 하측 스위치(212)가 턴 온되면, 제1 구동전원(221), 다이오드(223), 커패시터(224), 및 하측 스위치(212)로 연결되는 폐루프가 형성되어 제1 구동전원(221)으로부터 전원을 입력받아 충전된다. 이때, 상측 스위치(211)는 오프되어 있는바, 커패시터(224)는 충전만 된다.As shown in FIG. 15 , the bootstrap circuit 222 may include a diode 223 and a capacitor 224 . The capacitor 224 has one end connected to the first driving power source 221 through a diode 223 and the other end connected to the node 225 between the upper switch 211 and the lower switch 212. When the lower switch 212 is turned on, a closed loop connected to the first driving power supply 221, the diode 223, the capacitor 224, and the lower switch 212 is formed, and the first driving power supply 221 It is charged by receiving power. At this time, the upper switch 211 is turned off, and the capacitor 224 is only charged.

이후, 상기 하측 스위치(212)가 턴 오프되면, 하측 스위치(212)는 오픈되어 제1 구동전원(221), 다이오드(223), 커패시터(224), 및 하측 스위치(212)로 연결되는 루프가 연결해제되고, 커패시터(224), 상측 스위치(211)의 폐루프가 형성되어 커패시터(224) 충전된 전원이 방전되어 상측 스위치(211)의 구동전원으로 공급된다.Thereafter, when the lower switch 212 is turned off, the lower switch 212 is opened so that a loop connected to the first driving power source 221, the diode 223, the capacitor 224, and the lower switch 212 is formed. When the connection is disconnected, a closed loop of the capacitor 224 and the upper switch 211 is formed, and the power charged in the capacitor 224 is discharged and supplied as the driving power of the upper switch 211.

도 16과 같이, 컨버터(210)가 부스트 컨버터(A) 또는 벅-부스트 컨버터(B)에도 상측 스위치(211)의 구동전원은 이에 대응되는 하측 스위치(212)의 제1 구동전원(221) 및 부트스트랩 회로(222)를 이용하여 공급될 수 있다.As shown in FIG. 16, even if the converter 210 is a boost converter (A) or a buck-boost converter (B), the driving power of the upper switch 211 is the first driving power 221 of the corresponding lower switch 212 and It can be supplied using the bootstrap circuit 222.

즉, 부트스트랩 회로(222)를 이용하여 상측 스위치(211)로 구동전원을 공급하기 위해선 커패시터의 충전이 이루어져야 한다. 따라서, 하측 스위치의 동작없이 상측 스위치를 지속적으로 도통시키는 것이 불가능하며, 짧은 시간이라도 하측 스위치를 도통시켜 부트스트랩의 출력 전압을 유지해야 한다.That is, in order to supply driving power to the upper switch 211 using the bootstrap circuit 222, the capacitor must be charged. Therefore, it is impossible to continuously conduct the upper switch without operating the lower switch, and the output voltage of the bootstrap must be maintained by conducting the lower switch even for a short time.

즉, 상측 스위치(211)의 구동전원은 대응되는 하측 스위치(212)의 온오프 동작에 종속적이다. 하측 스위치(212)가 도통되는 시간이 충분히 확보되지 않으면, 부트스트랩 회로(222)를 통해 공급되는 전력이 게이트 드라이버에서 소비되는 전력 보다 적어서 충분한 전압 레벨을 유지할 수 없다. 또한, 하프 브릿지(half-bridge) 구조는 shoot-through condition이라 불리는 회로 손상을 유발할 수 있는 단락(short-circuit)을 방지하기 위해 상측 스위치(211)와 하측 스위치(212)를 동시에 턴온 시키지 않는바, 이로 인해, 부트스트랩 회로(222)를 이용하여 상측 스위치(211)의 구동전원을 생성하는 경우에 상측 스위치(211)를 연속적으로 도통 시키는데 제약이 있다.That is, the driving power of the upper switch 211 is dependent on the on/off operation of the corresponding lower switch 212 . If a sufficient time for the low side switch 212 to be turned on is not secured, a sufficient voltage level cannot be maintained because the power supplied through the bootstrap circuit 222 is less than the power consumed by the gate driver. In addition, the half-bridge structure does not turn on the upper switch 211 and the lower switch 212 at the same time to prevent a short-circuit that can cause circuit damage called a shoot-through condition. , Due to this, when the driving power of the upper switch 211 is generated using the bootstrap circuit 222, there is a restriction in continuously conducting the upper switch 211.

따라서, 부트스트랩 회로(222)를 포함하는 보조전원부(220)로 구동전원을 공급받는 컨버터(210)가 입출력연결 모드로 동작하기 위해선, 상측 스위치(211)가 도통되는 제1 구간을 최대한 길게 유지하되, 하측 스위치(212)가 도통하는 제2 구간을 포함하여야 한다. 이를 통해, 제1 구간에서 컨버터(210)는 입력값과 동일한 출력값을 제공하며, 제2 구간에서 부트스트랩 회로(222)를 통해 상측 스위치(211)의 구동전원을 충전한다.Therefore, in order for the converter 210 receiving driving power from the auxiliary power supply unit 220 including the bootstrap circuit 222 to operate in the input/output connection mode, the first period in which the upper switch 211 is conducting is maintained as long as possible. However, the second section in which the lower switch 212 is conducting must be included. Through this, the converter 210 provides the same output value as the input value in the first section, and charges the driving power of the upper switch 211 through the bootstrap circuit 222 in the second section.

상기 컨버터(210)는 입출력연결 모드에서 상기 제1 구간과 상기 제2 구간의 비율이 제1 비율이 되도록 동작할 수 있다. 여기서, 상기 제1 비율은 상기 제1 구간이 상기 제2 구간보다 길 수 있다. 제1 비율은 컨버터(210)의 스펙에 따라 미리 설정된 값으로 설정될 수 있다. 여기서, 제2 구간의 비율은 상측 스위치(211)의 구동전원을 공급하기 위하여 커패시터(224)를 충전하기 위한 최소 비율로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제2 구간은 1% 및 제1 구간이 99%로 설정될 수 있다. 또는, 제2 구간 0.1% 및 제1 구간 99.9%로 설정될 수 있다.The converter 210 may operate so that the ratio between the first section and the second section becomes a first ratio in the input/output connection mode. Here, in the first ratio, the first interval may be longer than the second interval. The first ratio may be set to a preset value according to the specifications of the converter 210 . Here, the ratio of the second section may be set to a minimum ratio for charging the capacitor 224 in order to supply driving power to the upper side switch 211 . For example, the second interval may be set to 1% and the first interval to 99%. Alternatively, it may be set to 0.1% of the second interval and 99.9% of the first interval.

또한, 제1 구간과 제2 구간의 제1 비율은 가변적일 수 있다. 예를 들어, 부트스트랩 회로(222)에서 발생하는 돌입전류(inrush current)를 억제하기 위해 모드 변경시, 제1 구간과 제2 구간의 비율은 점진적으로 증가 또는 감소하도록 할 수 있다. Also, the first ratio between the first section and the second section may be variable. For example, when the mode is changed to suppress an inrush current generated in the bootstrap circuit 222, the ratio of the first section to the second section may be gradually increased or decreased.

입출력연결 모드에서 컨버터(210)의 입력부의 전압과 컨버터(210)의 출력부의 전압의 차는 제1 임계 전압값 이하가 되도록 제1 비율을 설정할 수 있다. 제1 임계 전압값은 미리 설정되거나 사용자에 의해 설정될 수 있다. 제1 임계 전압값은 오차 범위일 수 있다. 입력부와 출력부의 전압의 차가 미리 설정된 오차 범위 내가 되도록 제1 비율을 산출하여 적용할 수 있다. 제1 비율은 시뮬레이션 또는 계산을 통해 산출되어 설정될 수 있다.A first ratio may be set such that a difference between a voltage of an input unit of the converter 210 and a voltage of an output unit of the converter 210 is equal to or less than a first threshold voltage value in the input/output connection mode. The first threshold voltage value may be preset or set by a user. The first threshold voltage value may be within an error range. The first ratio may be calculated and applied so that the difference between the voltages of the input unit and the output unit is within a preset error range. The first ratio may be calculated and set through simulation or calculation.

컨버터(210)는 전력변환 모드에서 상기 상측 스위치(211) 및 상기 하측 스위치(212)가 제1 주파수로 상보적으로 도통되고, 입출력연결 모드에서는 상기 상측 스위치(211) 및 상기 하측 스위치(212)가 제2 주파수로 상보적으로 도통될 수 있다. In the converter 210, the upper switch 211 and the lower switch 212 conduct complementary conduction at a first frequency in the power conversion mode, and the upper switch 211 and the lower switch 212 conduct in the input/output connection mode. may be conducted complementary to the second frequency.

입출력연결 모드에서 제1 구간과 제2 구간이 반복되는 제2 주파수는 전력변환 모드에서 스위칭 소자의 스위칭 주파수인 제1 주파수와 상이할 수 있다. A second frequency at which the first period and the second period are repeated in the input/output connection mode may be different from the first frequency that is the switching frequency of the switching element in the power conversion mode.

전력변환 모드에서 전력변환 과정에서 발생하는 전압/전류의 리플을 낮추거나, 인덕터/변압기/캐패시터와 같은 수동소자의 크기를 줄이기 위해 높은 주파수를 갖는 제1 주파수로 동작한다. 예를 들어, 제1 주파수는 사람의 가청주파수 보다 높은 20kHz 이상의 주파수를 사용할 수 있다.In the power conversion mode, it operates at a first frequency having a high frequency to reduce the ripple of voltage/current generated in the power conversion process or to reduce the size of passive elements such as inductors/transformers/capacitors. For example, the first frequency may use a frequency of 20 kHz or higher, which is higher than a human audible frequency.

반면, 입출력연결 모드에서는 전압/전류 리플 및 수동소자의 크기에 대한 제약이 적다. 따라서, 높은 주파수를 사용할 필요가 없고, 낮은 주파수는 갖는 제2 주파수로 동작할 수 있다. 제2 주파수가 낮을 수록 스위칭 소자의 온오프 과정에서 발생하는 스위칭 손실의 빈도가 감소하여, 스위칭 손실 저감에 따른 효율 상승 효과를 기대할 수 있다. 스위칭 손실 저감 효과를 충분히 확보하기 위해 제2 주파수는 제1 주파수 대비 1/4배 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 주파수는 20kHz 내지 100kHz이고, 제2 주파수는 0.001Hz 내지 10kHz이하일 수 있다.On the other hand, in the input/output connection mode, there are few restrictions on voltage/current ripple and the size of passive elements. Therefore, there is no need to use a high frequency, and operation can be performed with a second frequency having a low frequency. As the second frequency is lowered, the frequency of switching loss occurring during the on-off process of the switching element decreases, so that an effect of increasing efficiency due to reduction in switching loss can be expected. In order to sufficiently secure a switching loss reduction effect, the second frequency may be 1/4 times or less than the first frequency. For example, the first frequency may be 20 kHz to 100 kHz, and the second frequency may be 0.001 Hz to 10 kHz or less.

여기서, 상기 제2 주파수는, 컨버터의 입출력 전압, 전류, 및 온도에 따라 설정될 수 있다. 또한, 전자기적으로 발생하는 노이즈를 저감하기 위해 지터링(jittering) 기능을 사용할 수 있고, 제2 주파수는 가청주파수를 회피하기 위해 20~20kHz 이외의 주파수를 사용할 수 있다.Here, the second frequency may be set according to the input/output voltage, current, and temperature of the converter. In addition, a jittering function may be used to reduce electromagnetically generated noise, and a frequency other than 20 to 20 kHz may be used as the second frequency to avoid audible frequencies.

도 17과 같이, 입출력연결 모드(A)에서는 상측 스위치(211)를 도통하는 제1 구간이 하측 스위치(212)를 도통하는 제2 구간보다 길게 동작하고, 제1 구간과 제2 구간을 반복하는 제2 주파수가 전력변환 모드(B)의 제1 주파수보다 낮게 동작할 수 있다. 제1 구간의 비율 또한, 입출력연결 모드(A)가 전력변환 모드(B)보다 긴 것을 알 수 있다. 이와 같이, 동작 모드에 따라 다르게 동작함으로써 컨버터(210)는 다중 동작 모드로 동작할 수 있다.As shown in FIG. 17, in the input/output connection mode (A), the first period conducting the upper switch 211 operates longer than the second period conducting the lower switch 212, and the first period and the second period are repeated. The second frequency may operate lower than the first frequency of the power conversion mode (B). Also, it can be seen that the ratio of the first section is longer in the input/output connection mode (A) than in the power conversion mode (B). In this way, by operating differently according to the operating mode, the converter 210 can operate in multiple operating modes.

도 18는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 전력회로가 멀티레벨로 구성되는 전력변환장치의 블록도이고, 도 19 내지 도 21은 도 18의 실시예에 따른 전력변환장치를 설명하기 위한 도면이다.18 is a block diagram of a power conversion device in which a plurality of power circuits are configured in multi-levels according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 19 to 21 are diagrams for explaining the power conversion device according to the embodiment of FIG. 18 .

복수의 전력회로(310 내지 330)가 멀티레벨로 구성되는 전력변환장치(300)의 각 전력회로(310 내지 330)에 대한 상세한 설명은 도 2 내지 도 11의 전력변환장치(100) 및 도 12 내지 도 17의 전력변환장치(200)에 대응하는바, 이하 중복되는 설명은 생략하도록 한다.A detailed description of each of the power circuits 310 to 330 of the power converter 300 in which the plurality of power circuits 310 to 330 are composed of multi-levels is the power converter 100 of FIGS. 2 to 11 and FIG. 12 to the power conversion device 200 of FIG. 17, a redundant description thereof will be omitted.

복수의 전력회로(310 내지 330)는 멀티레벨로 구성되되, 태양광 발전 모듈을 구성하는 각각 셀 스트링과 개별 연결될 수 있다. 각각의 전력회로는 모듈 레벨 파워 일렉트로닉스(Module-Level Power Electronics, MLPE)일 수 있다. 전력변환장치는 도 19와 같이, 다른 전력변환장치들과 역시 멀티레벨로 연결되어 인버터 또는 부하로 전력을 출력할 수 있다.The plurality of power circuits 310 to 330 are multi-level, and may be individually connected to cell strings constituting a photovoltaic module. Each power circuit may be module-level power electronics (MLPE). As shown in FIG. 19, the power converter may be connected to other power converters in a multi-level manner and output power to an inverter or a load.

복수의 전력회로(310 내지 330)는 멀티레벨을 구성하기 위하여, 캐스코드(cascode)로 연결될 수 있다. 여기서, 캐스코드는 출력단이 다단으로 연결되는 형태를 의미하며, 캐스코드 연결에 따라 전력회로의 출력단이 쌓여 멀티레벨을 구성한다. 멀티레벨은 각 전력회로의 출력신호가 하나의 신호로 합쳐져 출력되는 구조를 의미한다. 이때, 상위 레벨의 전력회로 출력단의 (-)단자가 이웃하는 하위 레벨의 전력회로 출력단의 (+) 단자와 순차적으로 연결되어, 최상위 레벨의 전력회로의 출력부터 최하위 레벨의 전력회로의 출력이 합쳐져 하나의 신호로 출력된다.The plurality of power circuits 310 to 330 may be connected in a cascode to form a multilevel. Here, the cascode refers to a form in which output stages are connected in multiple stages, and output stages of the power circuit are piled up according to the cascode connection to form multi-levels. Multi-level refers to a structure in which the output signals of each power circuit are combined and output as one signal. At this time, the (-) terminal of the output terminal of the power circuit of the upper level is sequentially connected to the (+) terminal of the output terminal of the power circuit of the neighboring lower level, and the output of the power circuit of the highest level to the output of the power circuit of the lowest level is combined output as a single signal.

또한, 복수의 전력회로는 도 20과 같이, 하나의 태양광 발전 패널의 다수 쌍의 출력 단자와 각각 연결되어 멀티레벨을 구성할 수 있다. 이때, 전력변환장치(300)로 입력되는 입력단자는 다수 쌍이나, 멀티레벨로 구성되는 전력회로의 연결에 따라 출력단자는 단일 쌍일 수 있다. In addition, as shown in FIG. 20, a plurality of power circuits may be connected to a plurality of pairs of output terminals of one photovoltaic panel to configure multi-levels. At this time, input terminals input to the power conversion device 300 may be a plurality of pairs, but output terminals may be a single pair according to the connection of a multi-level power circuit.

각 전력회로(310 내지 330)는 전력변환부, 입출력연결부, 및 바이패스부를 포함하여 전력변환 모드, 입출력연결 모드, 및 바이패스 모드의 다중 동작 모드로 동작하거나, 전력변환 모드, 입출력연결 모드, 및 바이패스 모드로 동작하는 컨버터를 포함할 수 있다. 각 전력회로(310 내지 330)의 동작 모드는 독립적으로 결정된 모드를 가질 수도 있고, 경우에 따라 모두 동일한 모드로 동작할 수 있다.Each power circuit (310 to 330) includes a power conversion unit, an input/output connection unit, and a bypass unit and operates in multiple operation modes of power conversion mode, input/output connection mode, and bypass mode, or power conversion mode, input/output connection mode, and a converter operating in a bypass mode. The operation mode of each of the power circuits 310 to 330 may have an independently determined mode, or all may operate in the same mode in some cases.

복수의 전력회로(310 내지 330) 전체를 바이패스하는 바이패스경로를 멀티레벨 출력단에 생성하는 멀티레벨 바이패스부(340)를 포함할 수 있다. 각 전력회로(310 내지 330)를 개별적으로 바이패스시키는 대신, 멀티레벨 바이패스부(340)는 멀티레벨을 구성하는 복수의 전력회로 전체를 바이패스하는 경로를 생성한다.A multi-level bypass unit 340 generating a bypass path bypassing the entirety of the plurality of power circuits 310 to 330 at the multi-level output stage may be included. Instead of individually bypassing each of the power circuits 310 to 330, the multi-level bypass unit 340 creates a path bypassing all of the plurality of power circuits constituting the multi-level.

또한, 복수의 전력회로의 각각의 입출력단을 모니터링하는 개별 모니터링부뿐만 아니라 복수의 전력회로 전체의 출력단을 모니터링하는 멀티레벨 모니터링부를 포함할 수 있다.In addition, a multi-level monitoring unit for monitoring output terminals of the entire plurality of power circuits as well as individual monitoring units for monitoring input and output terminals of the plurality of power circuits may be included.

또한, 도 21과 같이, 복수의 전력회로(310 내지 330)에 구동전원을 각각 공급하는 보조전원부를 포함할 수 있다. 이때, 각 전력회로(310 내지 330)가 적어도 하나의 상측 스위치 및 적어도 하나의 하측 스위치를 포함하는 컨버터를 포함하고, 각 전력회로(310 내지 330)에 공급되는 구동전원은 하측 스위치의 구동전원이고, 부트스트랩 회로를 이용하여 상측 스위치에 구동전원을 공급할 수 있다. In addition, as shown in FIG. 21 , an auxiliary power unit for supplying driving power to the plurality of power circuits 310 to 330 may be included. At this time, each of the power circuits 310 to 330 includes a converter including at least one upper switch and at least one lower switch, and the driving power supplied to each power circuit 310 to 330 is the driving power of the lower switch. , driving power can be supplied to the upper switch using the bootstrap circuit.

각 전력회로(310 내지 330)는 벅 컨버터로 구성될 수 있고, 벅 컨버터로 전력변환 모드, 입출력연결 모드, 바이패스 모드의 기능을 구현할 수 있다. 컨버터에 포함된 각 스위칭 소자에는 구동회로가 연결되며, 구동회로는 스위칭 소자의 도통 상태를 제어한다. 하측 스위치의 구동전원은 보조 전원 회로를 통해 공급되며, 상측 스위치의 구동전원은 부트스트랩 회로를 통해 생성된다. 전력회로가 입출력연결 모드로 동작시 긴 시간 동안 상측 스위치를 도통시키는 제1 구간과 짧은 시간 동안 하측 스위치를 도통시키는 제2 구간을 포함할 수 있다. 이때, 제1 구간과 제2 구간을 반복하는 제2 주파수는 전력변환 모드에서의 스위칭 주파수인 제1 주파수보다 낮을 수 있다.Each of the power circuits 310 to 330 may be configured as a buck converter, and functions of a power conversion mode, an input/output connection mode, and a bypass mode may be implemented by the buck converter. A driving circuit is connected to each switching element included in the converter, and the driving circuit controls a conduction state of the switching element. The driving power of the lower switch is supplied through an auxiliary power circuit, and the driving power of the upper switch is generated through a bootstrap circuit. When the power circuit is operated in the input/output connection mode, it may include a first section in which the upper switch is conducted for a long time and a second section in which the lower switch is conducted for a short time. In this case, the second frequency repeating the first period and the second period may be lower than the first frequency, which is a switching frequency in the power conversion mode.

본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Those skilled in the art related to this embodiment will be able to understand that it can be implemented in a modified form within a range that does not deviate from the essential characteristics of the above description. Therefore, the disclosed methods are to be considered in an illustrative rather than a limiting sense. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope will be construed as being included in the present invention.

Claims (15)

적어도 하나의 상측 스위치 및 적어도 하나의 하측 스위치를 포함하는 컨버터; 및
상기 상측 스위치 및 상기 하측 스위치에 구동전원을 공급하는 보조전원부를 포함하고,
상기 보조전원부는,
상기 하측 스위치에 구동전원을 공급하는 제1 구동전원을 이용하여 상기 상측 스위치의 구동전원을 공급하는 부트스트랩 회로를 포함하는 전력변환장치.
a converter comprising at least one high-side switch and at least one low-side switch; and
An auxiliary power unit supplying driving power to the upper switch and the lower switch,
The auxiliary power unit,
and a bootstrap circuit supplying driving power to the upper switch using first driving power supplying driving power to the lower switch.
제1항에 있어서,
상기 부트스트랩 회로는,
상기 제1 구동전원으로부터 전원을 입력받아 충전되는 커패시터; 및
상기 제1 구동전원과 상기 커패시터 사이에 연결되는 다이오드를 포함하고,
상기 커패시터는,
상기 상측 스위치 및 상기 하측 스위치 사이의 노드에 연결되고,
상기 하측 스위치가 턴 온되면, 상기 제1 구동전원, 상기 다이오드, 상기 커패시터, 및 상기 하측 스위치로 연결되는 폐루프가 형성되어 상기 제1 구동전원으로 전원을 입력받아 충전되고,
상기 하측 스위치가 턴 오프되면, 상기 제1 구동전원으로 전원을 입력받아 충전된 전원을 상기 상측 스위치의 구동전원으로 공급하는 전력변환장치.
According to claim 1,
The bootstrap circuit,
a capacitor charged by receiving power from the first driving power source; and
A diode connected between the first driving power source and the capacitor;
the capacitor,
connected to a node between the upper switch and the lower switch;
When the lower switch is turned on, a closed loop connected to the first driving power source, the diode, the capacitor, and the lower switch is formed to receive power from the first driving power source and charge;
When the lower switch is turned off, the power converter receives power from the first driving power source and supplies the charged power to the driving power source of the upper switch.
제1항에 있어서,
상기 컨버터는,
상기 상측 스위치 및 상기 하측 스위치가 제1 주파수로 상보적으로 도통되는 제 1모드, 또는 상기 상측 스위치 및 상기 하측 스위치가 제2 주파수로 상보적으로 도통되는 제2 모드로 동작하고
상기 제1 주파수는 상기 제2 주파수와 상이한 젼력변환장치.
According to claim 1,
The converter is
Operates in a first mode in which the upper switch and the lower switch are complementaryly conducted at a first frequency, or in a second mode in which the upper switch and the lower switch are complementaryly conducted at a second frequency;
The first frequency is different from the second frequency.
제3항에 있어서,
상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수보다 작은 전력변환장치.
According to claim 3,
The second frequency is less than the first frequency power converter.
제3항에 있어서,
상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수의 1/4 이하인 전력변환장치.
According to claim 3,
The second frequency is 1/4 or less of the first frequency.
제3항에 있어서,
상기 제1 주파수는 20 kHz 이상인 전력변환장치.
According to claim 3,
The first frequency is 20 kHz or more.
제3항에 있어서,
상기 제2 주파수는, 컨버터의 입출력 전압, 전류, 및 온도에 따라 설정되는 전력변환장치.
According to claim 3,
The second frequency is set according to the input/output voltage, current, and temperature of the converter.
제3항에 있어서,
상기 상측 스위치가 도통하는 제1 구간 및 상기 하측 스위치가 도통하는 제2 구간을 포함하고,
상기 컨버터는,
상기 제2 모드에서 상기 제1 구간과 상기 제2 구간의 비율이 제1 비율이 되도록 동작하고,
상기 제1 비율은 상기 제1 구간이 상기 제2 구간보다 긴 전력변환장치.
According to claim 3,
A first period in which the upper switch conducts and a second period in which the lower switch conducts,
The converter is
In the second mode, the ratio between the first section and the second section is operated to be a first ratio;
The first ratio is a power conversion device in which the first section is longer than the second section.
제8항에 있어서,
상기 컨버터는,
모드 변경시, 상기 제1 구간과 상기 제2 구간의 비율은 점진적으로 변경하는 전력변환장치.
According to claim 8,
The converter is
When the mode is changed, the power conversion device gradually changes the ratio of the first section and the second section.
제3항에 있어서,
상기 제2 모드에서 상기 컨버터의 입력부의 전압과 상기 컨버터의 출력부의 전압의 차는 제1 임계 전압값 이하인 전력변환장치.
According to claim 3,
In the second mode, the difference between the voltage of the input unit of the converter and the voltage of the output unit of the converter is equal to or less than a first threshold voltage value.
제1항에 있어서,
상기 컨버터는,
제1 주기 이상 상기 하측 스위치가 연결되는 제3 모드로 동작하고,
상기 상측 스위치가 상기 하측 스위치와 출력단 (+) 단자 사이에 연결되는 경우, 상기 상측 스위치는 상기 제3 모드에서 상기 제1 주기 이상 상기 하측 스위치와 동시에 연결되는 전력변환장치.
According to claim 1,
The converter is
Operating in a third mode in which the lower switch is connected for a first period or more;
When the upper switch is connected between the lower switch and the output (+) terminal, the upper switch is simultaneously connected to the lower switch for more than the first cycle in the third mode.
제11항에 있어서,
상기 컨버터는 벅 컨버터, 부스트 컨버터, 및 벅 부스트 컨버터 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 제3 모드에서,
상기 벅 컨버터는 하측 스위치만 연결되고, 상기 부스트 컨버터는 상측 스위치와 하측 스위치가 모두 연결되고, 상기 벅 부스트 컨버터는 출력측 상측 스위치 및 하측 스위치가 모두 연결되는 전력변환장치.
According to claim 11,
the converter includes at least one of a buck converter, a boost converter, and a buck boost converter;
In the third mode,
The buck converter has only a low switch connected, the boost converter has both an upper switch and a low switch connected, and the buck boost converter has both an output high switch and a low switch connected.
제1항에 있어서,
제1 전압을 입력받는 입력부; 및
상기 컨버터의 출력전압을 출력하는 출력부를 포함하고,
상기 컨버터는,
상기 제1 전압을 제2 전압으로 변환하는 제1 모드 또는 상기 제1 전압을 상기 출력부로 출력하는 제2 모드로 동작하고,
상기 출력부는,
상기 제1 모드에서 상기 제2 전압을 출력하고, 상기 제2 모드에서 상기 제1 전압을 출력하는 전력변환장치.
According to claim 1,
an input unit receiving a first voltage; and
An output unit for outputting an output voltage of the converter,
The converter is
Operating in a first mode for converting the first voltage into a second voltage or a second mode for outputting the first voltage to the output unit;
the output unit,
The power conversion device for outputting the second voltage in the first mode and outputting the first voltage in the second mode.
제13항에 잇어서,
상기 컨버터는 상기 출력부에 바이패스경로를 생성하는 제3 모드로 동작하고,
상기 출력부는 상기 제3 모드에서 출력측으로부터 입력되는 제3 전압을 출력하는 전력변환장치.
According to claim 13,
The converter operates in a third mode for generating a bypass path in the output unit,
The output unit outputs a third voltage input from an output side in the third mode.
멀티레벨을 구성하는 복수의 전력회로를 포함하고,
상기 각 전력회로는 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 전력변환장치를 포함하는 멀티레벨 전력변환장치.
Including a plurality of power circuits constituting a multi-level,
A multi-level power converter comprising the power converter according to any one of claims 1 to 14 in each of the power circuits.
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