WO2023243770A1 - Maximum power point tracking algorithm with separate double loops, and dc-dc converter for executing same - Google Patents

Maximum power point tracking algorithm with separate double loops, and dc-dc converter for executing same Download PDF

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Abstract

A DC-DC converter of an energy-harvesting system according to an embodiment of the present invention is connected to a plurality of energy-generating modules that collect and convert external energy to electric energy, and controls the level of voltage supplied from the energy-generating modules, the DC-DC converter comprising: a buck converter; a main loop circuit for controlling the duty ratio of the buck converter so that the input voltage applied thereto can be maintained at a set level; and an auxiliary loop circuit for guiding the input voltage of the main loop circuit to reach the maximum power voltage, wherein the maximum power voltage is the voltage value at which the energy-harvesting system can generate energy at the maximum power.

Description

분리된 이중 루프로 동작하는 최대전력 추종 알고리즘 및 이를 수행하는 직류 변환 장치Maximum power tracking algorithm operating as a separated double loop and a direct current converter that performs it
본 발명은 분리된 이중 루프로 동작하는 최대전력 추종(maximum power point tracking, MPPT) 알고리즘에 관한 것이며, 이를 수행하는 에너지 하베스팅(energy harvesting) 시스템의 DC-DC컨버터를 개시한다.The present invention relates to a maximum power point tracking (MPPT) algorithm that operates in an isolated double loop, and discloses a DC-DC converter for an energy harvesting system that performs this.
에너지 하베스팅이란, 주위에서 발생하는 자연적인 에너지를 수집하고 이들을 전기에너지로 전환시켜 수확하는 기술이다.Energy harvesting is a technology that harvests natural energy generated around us and converts it into electrical energy.
대표적으로, 수집한 태양광을 전기에너지로 전환하여 공급하는 태양광 발전 설비를 예로 들 수 있다.A representative example is a solar power generation facility that converts collected sunlight into electrical energy and supplies it.
이러한 태양광 발전에서 가장 핵심적인 쟁점 중의 하나는, 태양광 셀의 배열로부터 가능한 최대의 전력을 지속적으로 생성하여 공급하는 것이다.One of the most key issues in solar power generation is to continuously generate and supply the maximum possible power from an array of solar cells.
즉, 일조량, 기온, 부하 등 조건의 변화에 따른 태양광 패널의 최대 전력점을 찾는 작업이 필수적으로 요구되며, 이는 최대전력 추종(MPPT) 알고리즘에 의해 구현된다.In other words, it is essential to find the maximum power point of the solar panel according to changes in conditions such as sunlight, temperature, and load, and this is implemented by the maximum power tracking (MPPT) algorithm.
종래 MPPT 알고리즘의 하나로, 태양광 인버터에 설정된 P&O(Perturbation & observation) 알고리즘을 대표적으로 들 수 있다.One of the conventional MPPT algorithms is the P&O (Perturbation & Observation) algorithm set in solar inverters.
P&O 알고리즘은, 태양광 어레이의 출력전압을 조금씩 줄이거나 늘려가며 전후 전력값을 비교함으로써, P-V곡선(power-voltage curve)의 극대점을 추적하는 방식이다.The P&O algorithm is a method of tracking the maximum point of the P-V curve (power-voltage curve) by gradually reducing or increasing the output voltage of the solar array and comparing the before and after power values.
한편, 태양광 발전소에 있어 특정 패널에 그림자가 생기거나, 먼지, 눈 등에 의해 패널이 오염되거나, 물리적, 전기적으로 파손되는 등 다양한 원인에 의해 각 패널 간 편차가 발생한다. 이러한 패널 간 편차에 따라 다수의 극대점을 가지는 P-V곡선이 형성되는 것이 일반적인 현실이다.Meanwhile, in solar power plants, deviations between individual panels occur due to various reasons, such as a shadow appearing on a specific panel, contamination of the panel by dust, snow, etc., or physical or electrical damage. It is a common reality that a P-V curve with multiple maximum points is formed depending on the variation between panels.
이와 관련하여 기존 P&O 알고리즘은, 극대점이 여러 개일 수록, MPPT의 속도 및 정확도는 현저히 줄어들면서 진동이 발생하는 현상은 증가하는 문제가 있다. 즉, 극대점이 1개인 P-V곡선에 있어서는 효율적이나, 다수의 극대점을 가지는 경우 어느 극대점이 최대전력 지점인지 파악하기 어려워, MPPT의 성능 및 결과를 보장할 수 없다.In relation to this, the existing P&O algorithm has a problem in that, as the number of maximum points increases, the speed and accuracy of MPPT are significantly reduced while the phenomenon of vibration increases. In other words, it is efficient in the P-V curve with one maximum point, but when it has multiple maximum points, it is difficult to determine which maximum point is the maximum power point, so the performance and results of MPPT cannot be guaranteed.
또한, 전류나 전압의 변화를 주는 과정에서 VOLTAGE NOISE가 발생하게 되는데, 이에 따라 전압 측정에 이상이 생기는 경우 잘못된 방향으로 듀티(duty)가 제어될 우려가 존재한다.Additionally, VOLTAGE NOISE occurs in the process of changing current or voltage, and as a result, there is a risk that duty may be controlled in the wrong direction if an error occurs in voltage measurement.
또한, 기존 인버터의 경우 일반적으로 계통(grid)에 직접 연계되기 때문에, 동작 가능한 주파수에 제약이 있다. 따라서, 주파수를 빠르게 변화시키면 계통 측에서 대응이 안될 가능성이 높아, 일정 속도 이상으로 MPPT를 수행하기 불가능한 한계에 봉착한다.Additionally, because existing inverters are generally directly connected to the grid, there are restrictions on the frequencies at which they can operate. Therefore, if the frequency is changed quickly, there is a high possibility that the system will not be able to respond, reaching a limit where it is impossible to perform MPPT above a certain speed.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 서로 다른 동작 bandwidth를 가지는 이중 루프회로의 DC-DC컨버터를 통해 신속하고 정확한 MPPT를 이룩하여, 상시 최대전력을 생성하는 에너지 하베스팅을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is intended to solve the problems of the prior art described above, and provides energy harvesting that generates maximum power at all times by achieving fast and accurate MPPT through a DC-DC converter of a double loop circuit with different operating bandwidth. The purpose is to do so.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical challenges that this embodiment aims to achieve are not limited to the technical challenges described above, and other technical challenges may exist.
본 발명의 일 실시예에 따르는, 에너지 하베스팅(energy harvesting) 시스템의 DC-DC컨버터는, 상기 DC-DC컨버터는 외부에너지를 수집하여 전기에너지로 변환하는 복수의 에너지 생성 모듈과 각각 연결되어, 상기 에너지 생성 모듈로부터 제공되는 직류 전력의 전압 레벨을 조절하며, 상기 DC-DC 컨버터는, 벅(buck) 컨버터; 상기 벅 컨버터에 인가되는 입력전압이 일정하게 유지될 수 있도록 상기 벅 컨버터의 듀티비를 제어하는 메인루프회로; 및 상기 메인루프회로의 입력전압이 최대전력전압으로 되도록 가이드하는 보조루프회로;를 포함하되, 상기 최대전력전압은 상기 에너지 하베스팅 시스템이 최대전력으로 에너지를 생성할 수 있도록 하는 전압값이다.In the DC-DC converter of an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention, the DC-DC converter is each connected to a plurality of energy generation modules that collect external energy and convert it into electrical energy, It adjusts the voltage level of direct current power provided from the energy generation module, and the DC-DC converter includes: a buck converter; a main loop circuit that controls the duty ratio of the buck converter so that the input voltage applied to the buck converter is maintained constant; and an auxiliary loop circuit that guides the input voltage of the main loop circuit to become the maximum power voltage, where the maximum power voltage is a voltage value that allows the energy harvesting system to generate energy at maximum power.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 보조루프회로는, 상기 벅 컨버터의 입력전압, 입력전류 쌍 및 출력전압, 출력전류 쌍 중 적어도 하나를 기초로 계산하여, 상기 벅 컨버터의 출력단의 전력을 산출하는 전력산출부; 상기 벅 컨버터의 출력단의 부하조정을 통한 전류변화가 발생될 경우, 전류변화가 발생되기 전인 N-1번째(N은 1보다 큰 자연수)의 출력단 전력과 전류변화가 발생된 후인 N번째의 출력단 전력 간의 전력차이를 산출하는 전력차이산출부; 및 상기 전력차이를 기초로 제1보정값을 생성하고, 상기 메인루프회로로 인가되는 기준전압에 상기 제1보정값을 반영하는 기준전압보정부;를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, the auxiliary loop circuit calculates the power of the output stage of the buck converter by calculating based on at least one of the input voltage, input current pair, output voltage, and output current pair of the buck converter. power calculation unit; When a current change occurs through load adjustment of the output stage of the buck converter, the N-1th output stage power before the current change occurs (N is a natural number greater than 1) and the Nth output stage power after the current change occurs. A power difference calculation unit that calculates the power difference between the two; and a reference voltage correction unit that generates a first correction value based on the power difference and reflects the first correction value in the reference voltage applied to the main loop circuit.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기준전압보정부는, 상기 출력단의 전력이 최대전력에 다다르도록 상기 기준전압에 상기 제1보정값을 플러스하거나 마이너스 연산하는 것이다.According to one embodiment of the present invention, the reference voltage correction unit adds or subtracts the first correction value to the reference voltage so that the power of the output terminal reaches the maximum power.
본 발명의 일 실시예에 따르면, N번째의 출력단 전력이 N-1번째 출력단 전력보다 크고, N+1번째 출력단 전력이 N번째 출력단 전력보다 클 경우, N번째에 적용한 제1보정값의 플러스 또는 마이너스 연산부호를 N+1번째에도 그대로 유지하고, N번째의 출력단 전력이 N-1번째 출력단 전력보다 크지만, N+1번째 출력단 전력이 N번째 출력단 전력보다 작을 경우, N번째에 적용한 제1보정값의 플러스 또는 마이너스 연산부호와 반대의 연산부호를 N+1번째에 적용하는 것이다.According to an embodiment of the present invention, when the Nth output stage power is greater than the N-1th output stage power and the N+1th output stage power is greater than the Nth output stage power, the first correction value applied to the Nth plus or The minus operator sign is maintained as is in the N+1th output stage, and the Nth output stage power is greater than the N-1th output stage power, but if the N+1th output stage power is less than the Nth output stage power, the 1st output stage applied to the Nth The operation sign opposite to the plus or minus operation sign of the correction value is applied to the N+1th operation.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 보조루프회로는, 상기 N-1번째 기준전압에 상기 제1보정값을 플러스 또는 마이너스 연산하여 N번째 기준전압을 결정하고, 상기 메인루프회로로 제공하는 것이다.According to one embodiment of the present invention, the auxiliary loop circuit determines the Nth reference voltage by plus or minus the first correction value to the N-1th reference voltage, and provides the Nth reference voltage to the main loop circuit. .
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 메인루프회로는, 상기 기준전압과 상기 벅 컨버터의 입력전압 간의 차이를 연산하는 연산부; 및 상기 기준전압과 입력전압 간의 차이를 기초로 제2보정값을 산출하고, 상기 제2보정값을 기초로 상기 벅 컨버터의 듀티비를 제어하는 듀티비제어부;를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, the main loop circuit includes: an arithmetic unit that calculates a difference between the reference voltage and the input voltage of the buck converter; and a duty ratio control unit that calculates a second correction value based on the difference between the reference voltage and the input voltage and controls the duty ratio of the buck converter based on the second correction value.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2보정값에 대한 연산은, 상기 입력전압이 종전의 입력전압보다 낮을 경우 상기 듀티비가 종전 듀티비보다 작게 되도록, 상기 입력전압이 종전의 입력전압보다 클 경우 상기 듀티비가 종전 듀티비보다 크게 되도록, 수행되어, 상기 입력전압이 일정하게 유지되도록 하는 것이다.According to one embodiment of the present invention, the calculation of the second correction value is performed so that when the input voltage is lower than the previous input voltage, the duty ratio is lower than the previous input voltage, so that the input voltage is greater than the previous input voltage. In this case, the duty ratio is performed so that it is greater than the previous duty ratio, so that the input voltage is maintained constant.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 DC-DC컨버터는, 피드백루프를 통해 상기 N-1번째의 기준전압에 대한 제2보정값을 반영하여 상기 N번째의 기준전압을 산출함으로써, 상기 입력전압과 상기 기준전압 간의 이격을 방지하는 것이다.According to one embodiment of the present invention, the DC-DC converter calculates the Nth reference voltage by reflecting the second correction value for the N-1th reference voltage through a feedback loop, thereby reducing the input voltage. This is to prevent separation between and the reference voltage.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 메인루프회로가, 상기 기준전압과 상기 벅 컨버터의 입력전압 간의 차이를 연산하고, 상기 벅 컨버터의 듀티비를 제어하는 1회의 과정을 메인루프 싸이클이라고 가정하고, 상기 보조루프회로가, 상기 벅 컨버터의 출력단의 전력변화에 따른 전력차이값을 산출하고, 상기 전력차이값을 기초로 상기 기준전압을 보정하는 1회의 과정을 보조루프 싸이클이라고 할 때, 상기 메인루프 싸이클이 복수회 실행될 때 상기 보조루프 싸이클은 1회 실행되는 것이다.According to one embodiment of the present invention, it is assumed that the main loop cycle is a one-time process in which the main loop circuit calculates the difference between the reference voltage and the input voltage of the buck converter and controls the duty ratio of the buck converter. , when the auxiliary loop circuit calculates a power difference value according to the power change of the output terminal of the buck converter and corrects the reference voltage based on the power difference value, when the auxiliary loop cycle is a one-time process, the main When the loop cycle is executed multiple times, the auxiliary loop cycle is executed once.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전압의 증감 방향이 아닌 오직 전력이 증가, 감소하는지에 따라 MPPT 방향을 결정한다.According to one embodiment of the present invention, the MPPT direction is determined only according to whether the power increases or decreases, not the direction of the increase or decrease of the voltage.
따라서, 극대점이 여러 개인 상황에서 보다 신속 정확하게 최대전력 지점을 찾을 수 있으며, 진동이나 노이즈 발생에 있어 대처가 용이하다.Therefore, in situations where there are multiple maximum points, the maximum power point can be found more quickly and accurately, and it is easy to deal with the occurrence of vibration or noise.
본 발명의 일 실시예에 따르면, DC-DC컨버터의 입력전압이 고정되어 출력 전력이 유지되므로 한계용량 안에서 어느 전류가 요구되더라도 전압이 급격히 떨어지지 않는다.According to one embodiment of the present invention, the input voltage of the DC-DC converter is fixed and the output power is maintained, so the voltage does not drop sharply no matter what current is required within the limit capacity.
본 발명의 일 실시예에 따르면, MPPT알고리즘은 이중 루프 동작으로 설계되며, 입력전압을 유지하도록 하는 루프의 주기는 최대전력 지점을 찾는 루프의 주기보다 빠르게 설정된다.According to one embodiment of the present invention, the MPPT algorithm is designed as a double loop operation, and the cycle of the loop to maintain the input voltage is set faster than the cycle of the loop to find the maximum power point.
따라서, 부하 조절에 따라 출력단에 흐르는 전류가 급격히 상승하거나 외부 요인에 의해 입력 전력이 갑자기 줄어드는 현상이 발생하더라도 대응이 가능하며, 입력전압은 일정하게 유지된다.Therefore, even if the current flowing through the output terminal increases rapidly due to load adjustment or the input power suddenly decreases due to external factors, response is possible, and the input voltage is maintained constant.
또한, 이중 루프로 구현되므로 잘못된 방향으로 MPPT가 진행될 우려가 없으며, 빠른 속도로 구동이 가능하면서도 안정성이 보장된다.In addition, since it is implemented as a double loop, there is no risk of MPPT proceeding in the wrong direction, and stability is guaranteed while operating at high speed.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 에너지 하베스팅을 통하여 상시 최대 전력의 에너지가 안정적으로 제공된다.That is, according to an embodiment of the present invention, energy at maximum power is stably provided at all times through energy harvesting.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 에너지 하베스팅 시스템의 개략적인 구조도이다.1 is a schematic structural diagram of an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 DC-DC컨버터의 개략적인 구조도이다.Figure 2 is a schematic structural diagram of a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 보조루프회로의 개략적인 구조도이다.Figure 3 is a schematic structural diagram of an auxiliary loop circuit according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 메인루프회로의 개략적인 구조도이다.Figure 4 is a schematic structural diagram of the main loop circuit according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 MPPT 알고리즘의 동작 과정을 개략적으로 나타내는 다이어그램의 예시도이다.Figure 5 is an example diagram schematically showing the operation process of the MPPT algorithm according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따르는 MPPT 알고리즘의 동작흐름도이다.Figure 6 is an operation flowchart of the MPPT algorithm according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected," but also the case where it is "electrically connected" with another element in between. . Additionally, when a part "includes" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. 한편, '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, '~부'는 어드레싱 할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.In this specification, 'part' includes a unit realized by hardware, a unit realized by software, and a unit realized using both. Additionally, one unit may be realized using two or more pieces of hardware, and two or more units may be realized using one piece of hardware. Meanwhile, '~ part' is not limited to software or hardware, and '~ part' may be configured to reside in an addressable storage medium or may be configured to reproduce one or more processors. Therefore, as an example, '~ part' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, and procedures. , subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. The functions provided within the components and 'parts' may be combined into a smaller number of components and 'parts' or may be further separated into additional components and 'parts'. Additionally, components and 'parts' may be implemented to regenerate one or more CPUs within a device or a secure multimedia card.
본 명세서에서 "에너지 하베스팅 시스템(energy harvesting system)"이란, 주위에서 수집되는 자연에너지를 전기에너지로 전환시켜 수확하는 설비를 의미하는 것으로, 산업용 및 가정용 설비를 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 태양광 발전 시스템인 경우, 독립형과 계통(grid)연계형 시스템을 모두 포함할 수 있다.In this specification, “energy harvesting system” refers to equipment that harvests natural energy collected from the surroundings by converting it into electric energy, and may include both industrial and household equipment. For example, in the case of a solar power generation system, it can include both stand-alone and grid-connected systems.
본 발명에서의 재생에너지로 활용되는 자연에너지는, 신체에너지, 광에너지, 진동에너지, 열에너지, 전자파에너지, 중력에너지, 위치에너지 등 그 종류가 제한되는 것은 아니나, 설명을 위해 대표적으로 태양광 발전 시스템을 중심으로 기술하도록 한다.Natural energy used as renewable energy in the present invention is not limited in type, such as body energy, light energy, vibration energy, heat energy, electromagnetic wave energy, gravitational energy, and potential energy, but for explanation purposes, a representative example is the solar power generation system. The description should focus on .
본 명세서에서 "P-V곡선(current-voltage curve)"이란, 전자 장치의 작동 특성을 나타내는 정보 중 하나로서, 회로 안에서 일어나는 전력과 전압의 관계를 시각적으로 보여주는 그래픽 곡선의 집합으로 정의한다. 대표적으로, 본 발명에서는 DC-DC컨버터의 출력단에서의 전기적 특성을 정의하는 요소 중 하나로 활용된다.In this specification, the “P-V curve (current-voltage curve)” is a piece of information representing the operating characteristics of an electronic device, and is defined as a set of graphic curves that visually show the relationship between power and voltage that occurs within a circuit. Typically, in the present invention, it is used as one of the elements that defines the electrical characteristics at the output stage of a DC-DC converter.
본 명세서에서 "MPPT"란, 에너지 하베스팅 시스템 내에서 최대 발전전력을 추적하여 이를 제공하기까지의 일련의 프로세스를 의미한다. 대표적으로, 본 발명에서는 DC-DC컨버터의 P-V곡선 내 최대전력에 해당하는 극대점을 찾아가는 과정 및 이를 통해 최대전력의 출력을 유지하는 과정을 포함하는 것이다.In this specification, “MPPT” refers to a series of processes from tracking the maximum generated power to providing it within the energy harvesting system. Typically, the present invention includes the process of finding the maximum point corresponding to the maximum power within the P-V curve of the DC-DC converter and maintaining the output of maximum power through this process.
본 명세서에서 "최대전력전압"이란, 에너지 하베스팅을 통해 최대전력으로 에너지를 생성할 수 있도록 하는 전압값을 의미하는 것으로, MPPT에 의해 추적된 최대전력 지점(maximum point, MP)에 대응하는 전압이 이에 해당한다.In this specification, “maximum power voltage” refers to a voltage value that allows energy to be generated at maximum power through energy harvesting, and is the voltage corresponding to the maximum power point (MP) tracked by MPPT. This applies to this.
이하, 첨부된 도면을 활용하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail using the attached drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 에너지 하베스팅 시스템의 구조도이다.1 is a structural diagram of an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 에너지 하베스팅 시스템은, 에너지 생성 모듈(10) 및 DC-DC컨버터(100)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an energy harvesting system according to an embodiment of the present invention may include an energy generation module 10 and a DC-DC converter 100.
일 실시예에 따르는 에너지 생성 모듈(10)은 주위의 외부에너지를 수집하여 전기에너지로 변환하는 장치이다. 예를 들어, 태양광 발전 시스템인 경우, 광전효과를 통해 전기를 생산하는 셀 단위의 "태양전지"일 수 있다. 바람직하게는, 복수의 태양전지가 종과 횡으로 연결되어 조립된 모듈 단위의 "태양광 패널"일 수 있다.The energy generation module 10 according to one embodiment is a device that collects surrounding external energy and converts it into electrical energy. For example, in the case of a solar power generation system, it may be a cell-level “solar cell” that produces electricity through the photoelectric effect. Preferably, the module may be a “solar panel” in which a plurality of solar cells are connected vertically and horizontally and assembled.
일 실시예에 따르는 에너지 생성 모듈(10)은 적어도 하나 이상의 복수 개가 서로 연결된 상태일 수 있다. 예를 들어, 태양광 발전 시스템의 경우, 복수의 에너지 생성 모듈(10)이 직렬로 연결되어 어레이 형태로 구축될 수 있다.At least one or more energy generation modules 10 according to an embodiment may be connected to each other. For example, in the case of a solar power generation system, a plurality of energy generation modules 10 may be connected in series to form an array.
일 실시예에 따르는 DC-DC컨버터(100)는 각각의 에너지 생성 모듈(10)과 연결되어 이들로부터 제공되는 직류 전력의 전압 레벨을 조절한다. 예를 들어, 태양광 발전 시스템의 경우, DC-DC컨버터(100)는 단위용량에 따라 모듈화되어 시스템 내 설치된 태양광 패널(10) 각각과 연결될 수 있다.The DC-DC converter 100 according to one embodiment is connected to each energy generation module 10 and adjusts the voltage level of direct current power provided from them. For example, in the case of a solar power generation system, the DC-DC converter 100 can be modularized according to unit capacity and connected to each solar panel 10 installed in the system.
일 실시예에 따르는 DC-DC컨버터(100)는, 생성된 전기에너지를 전달하는 장치에 따라 입력되는 전압(Vin)을 미리 결정된 출력 전압(Vout)으로 변환한다. 예를 들어, 독립형 태양광 발전 시스템의 경우, 연결되는 배터리에 맞는 DC전압으로 승압 또는 강압시키거나, 계통연계형인 경우, 발전된 전력이 전력계통에 맞도록 안정화된 DC전원으로 변환시킨다.The DC-DC converter 100 according to one embodiment converts an input voltage (V in ) into a predetermined output voltage (V out ) according to a device that transmits the generated electrical energy. For example, in the case of an independent solar power generation system, it is boosted or stepped down to a DC voltage suitable for the connected battery, or in the case of a grid-connected system, the generated power is converted into stabilized DC power to suit the power system.
한편, 기존 에너지 하베스팅 시스템에서의 MPPT는, 인버터에 의해 최대전력 지점이 추종되고, 이를 통해 파악된 최대전력전압으로 DC-DC컨버터의 출력전압을 조정하는 과정이 하나의 주기로 진행되었다. 따라서, 인버터와 연결된 계통에 따라 미리 설정된 주파수(예, 60헤르쯔) 내에서 동작해야 하는 제약이 있었다. 즉, 역률 등의 문제로, 설정 주파수보다 빠르게 변화시키면 계통 측과의 연계가 어긋날 가능성이 높아, 일정 수준 이상의 bandwidth로 MPPT를 수행하기는 불가하였다.Meanwhile, in MPPT in the existing energy harvesting system, the maximum power point is tracked by the inverter, and the process of adjusting the output voltage of the DC-DC converter to the maximum power voltage determined through this is carried out in one cycle. Therefore, there was a restriction that the inverter had to operate within a preset frequency (e.g., 60 Hz) depending on the system connected to it. In other words, due to problems such as power factor, if the frequency is changed faster than the set frequency, there is a high possibility that the connection with the grid will be broken, making it impossible to perform MPPT with a bandwidth above a certain level.
이와 같은 종래의 문제점을 개선하고자, 본 발명의 일 실시예는 분리된 이중 루프의 동작으로 MPPT를 수행하는 DC-DC컨버터(100)의 특징을 개시한다.In order to improve such conventional problems, an embodiment of the present invention discloses a feature of a DC-DC converter 100 that performs MPPT through a separated double loop operation.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 DC-DC컨버터의 개략적인 구조도이다.Figure 2 is a schematic structural diagram of a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따르는 DC-DC컨버터(100)는, 보조루프회로(110), 메인루프회로(120) 및 벅(buck) 컨버터(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the DC-DC converter 100 according to one embodiment may include an auxiliary loop circuit 110, a main loop circuit 120, and a buck converter 130.
먼저, DC-DC컨버터(100)에서 직류 변환기는 벅 컨버터(130)로 구성될 수 있다. 벅 컨버터(130)는 입력전압 보다 낮은 전압을 필요로 할 때 사용되는 전압 강압 컨버터(step-down converter)로, 전압의 발산이 없는 I-V특성(I-V Characteristics)이 나타나므로 안정적이다. 따라서, 다양한 인버터와의 호환이 가능하다. 또한, 상대적으로 덜 복잡한 구조로서 간단하게 구현할 수 있어 저가로 제작이 가능한 장점이 있다.First, in the DC-DC converter 100, the direct current converter may be composed of a buck converter 130. The buck converter 130 is a step-down converter used when a voltage lower than the input voltage is required, and is stable because it exhibits I-V characteristics without voltage divergence. Therefore, compatibility with various inverters is possible. In addition, it has the advantage of being a relatively less complex structure that can be implemented simply and manufactured at a low cost.
메인루프회로(120)는, 벅 컨버터(130)의 입력전압(Vin)을 피드백 받도록 벅 컨버터(130)와 연결된 피드백 루프로 구성될 수 있다.The main loop circuit 120 may be configured as a feedback loop connected to the buck converter 130 to receive input voltage (V in ) of the buck converter 130 as feedback.
메인루프회로(120)는, 벅 컨버터(130)의 입력단에 걸리는 전압(Vin)과 기준전압(Vref) 간의 차이를 연산하고 그 차이를 상쇄하도록 PWM(Pulse Width Modulation)신호의 듀티비를 조절한다. 즉, 메인루프회로(120)는, 벅 컨버터(130)에 인가되는 입력전압(Vin)이 일정하게 유지될 수 있도록 벅 컨버터(130)의 듀티비를 제어한다.The main loop circuit 120 calculates the difference between the voltage (V in ) applied to the input terminal of the buck converter 130 and the reference voltage (V ref ) and adjusts the duty ratio of the PWM (Pulse Width Modulation) signal to offset the difference. Adjust. That is, the main loop circuit 120 controls the duty ratio of the buck converter 130 so that the input voltage (V in ) applied to the buck converter 130 is maintained constant.
여기서, 위와 같은 과정이 1회 수행되는 주기를 메인루프 싸이클(cycle)이라고 정의한다.Here, the cycle in which the above process is performed once is defined as the main loop cycle.
일 실시예에 따르면, 기준전압(Vref)은 DC-DC컨버터(100)에 미리 설정된 것일 수 있으나, 최대전력 지점에 대응하는 최대전력전압(VMP)이 바람직하다.According to one embodiment, the reference voltage (V ref ) may be preset in the DC-DC converter 100, but the maximum power voltage (V MP ) corresponding to the maximum power point is preferable.
보조루프회로(110)는, 벅 컨버터(130)의 입력전압(Vin), 입력전류(Iin), 출력전압(Vout), 출력전류(Vin)를 피드백 받도록 벅 컨버터(130)의 입출력단과 연결된 피드백 루프로 구성될 수 있다.The auxiliary loop circuit 110 receives the input voltage (V in ), input current (I in ), output voltage (V out ), and output current (V in ) of the buck converter 130 as feedback. It can be composed of a feedback loop connected to the input and output terminals.
보조루프회로(110)는, 피드백 받은 입출력단의 전류 및 전압을 이용하여 벅 컨버터(130) 출력단의 전력변화에 따른 전력차이값을 산출한다. 이 후, 산출한 값을 기초로 기준전압(Vref)이 최대전력전압(VMP)으로 되도록 기준전압(Vref)을 보정한다. 즉, 보조루프회로(110)는, 메인루프회로(120)의 입력전압(Vin)이 최대전력전압(VMP)으로 되도록 가이드하는 역할을 수행한다.The auxiliary loop circuit 110 calculates a power difference value according to the power change at the output stage of the buck converter 130 using the current and voltage of the input and output terminals that are fed back. Afterwards, the reference voltage (V ref ) is corrected so that the reference voltage (V ref ) becomes the maximum power voltage (V MP ) based on the calculated value. That is, the auxiliary loop circuit 110 serves to guide the input voltage (V in ) of the main loop circuit 120 to become the maximum power voltage (V MP ).
여기서, 위와 같은 과정이 1회 수행되는 주기를 보조루프 싸이클이라고 정의한다.Here, a cycle in which the above process is performed once is defined as an auxiliary loop cycle.
일 실시예에 따르면, 보조루프 싸이클은, 메인루프회로(120)에서 듀티비를 변경하였을 때, 벅 컨버터(130)의 출력단에 듀티비 변경에 따른 전압(Vout)이 걸리거나 전류(Iout)가 흐르는 데까지 걸리는 시간을 기초로 결정될 수 있다.According to one embodiment, in the auxiliary loop cycle, when the duty ratio is changed in the main loop circuit 120, a voltage (V out ) or a current (I out ) according to the duty ratio change is applied to the output terminal of the buck converter 130. ) can be determined based on the time it takes for the flow to flow.
일 실시예에 따르면, 메인루프 싸이클과 보조루프 싸이클은 서로 다른 실행 속도를 가지도록 설계된다. 바람직하게는, 메인루프 싸이클이 복수회(k회) 실행될 때 보조루프 싸이클은 1회 실행되는 것으로, 메인루프가 k:1(k>1)의 비율로 상대적으로 빠르게 동작하도록 설계될 수 있다.According to one embodiment, the main loop cycle and the auxiliary loop cycle are designed to have different execution speeds. Preferably, when the main loop cycle is executed multiple times (k times), the auxiliary loop cycle is executed once, and the main loop can be designed to operate relatively quickly at a ratio of k:1 (k>1).
이와 같이, 본 발명의 MPPT는 분리된 이중 루프로 동작하기 때문에 MPPT진행 방향의 오류가 방지된다. 또한, 각 루프는 서로 다른 bandwidth로 동작함으로써 루프의 안정성을 보장하되, 주파수 제약이 완화된 신속한 MPPT가 구현된다. 이에 따라 태양광 입사량이 급변하는 등의 돌발상황에도 대처가 가능하여 안정적인 시스템 구축에 기여하게 된다.In this way, since the MPPT of the present invention operates as a separate double loop, errors in the MPPT progress direction are prevented. In addition, each loop operates at a different bandwidth, ensuring loop stability and implementing fast MPPT with relaxed frequency constraints. As a result, it is possible to respond to unexpected situations such as sudden changes in the amount of sunlight incident, contributing to the construction of a stable system.
이하, 도 3 및 도 4를 활용하여 본 발명의 이중 루프에 대한 일 실시예를 설명하도록 한다.Hereinafter, an embodiment of the double loop of the present invention will be described using FIGS. 3 and 4.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 보조루프회로의 개략적인 구조도이다.Figure 3 is a schematic structural diagram of an auxiliary loop circuit according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따르는 보조루프회로(110)는, 전력산출부(111), 전력차이산출부(112) 및 기준전압보정부(113)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the auxiliary loop circuit 110 according to one embodiment may include a power calculation unit 111, a power difference calculation unit 112, and a reference voltage correction unit 113.
개략적으로, 전력산출부(111)에서 벅 컨버터(130)의 출력단의 전력을 산출하여 전력차이산출부(112)로 전달하고, 전력차이산출부(112)는 전달받은 출력단 전력과 종전의 출력단 전력 간 차이를 산출하여 기준전압보정부(113)로 전달하고, 기준전압보정부(113)는 전달받은 전력차이를 기초로 메인루프회로(120)로 인가되는 기준전압을 현재의 최대전력전압으로 보정한다.Roughly speaking, the power calculation unit 111 calculates the power of the output stage of the buck converter 130 and transfers it to the power difference calculation unit 112, and the power difference calculation unit 112 calculates the received output stage power and the previous output stage power. The difference is calculated and transmitted to the reference voltage correction unit 113, and the reference voltage correction section 113 corrects the reference voltage applied to the main loop circuit 120 to the current maximum power voltage based on the received power difference. do.
일 실시예에 따르는 전력산출부(111)는, 벅 컨버터(130)로부터 피드백 받은 입력전압(Vin), 입력전류(Iin), 출력전압(Vout) 및 출력전류(Vin) 중 적어도 두 개 이상의 측정값을 활용하여, 벅 컨버터(130)의 출력단의 전력을 산출하는 일종의 power calculator일 수 있다.The power calculation unit 111 according to an embodiment is configured to calculate at least one of the input voltage (V in ), input current (I in ), output voltage (V out ), and output current (V in ) fed back from the buck converter 130. It may be a type of power calculator that calculates the power of the output stage of the buck converter 130 by using two or more measured values.
일 실시예에 따르면, 전력산출부(111)는 입력전압(Vin), 입력전류(Iin) 쌍 및 출력전압(Vout), 출력전류(Vin) 쌍 중 적어도 하나를 기초로 출력단 전력을 산출할 수 있다. 즉, 전력산출부(111)에 의해 산출되는 전력은 입력전압(Vin)과 입력전류(Iin)의 곱 또는 출력전압(Vout)과 출력전류(Vin)의 곱일 수 있다. 물론, 에너지 보존 법칙을 만족하는 것을 전제로 하며, 직류 변환 과정에서 다소 전력 손실이 있다 하더라도 오차범위 이내인 것으로서 배제하여도 무방하다.According to one embodiment, the power calculation unit 111 generates output power based on at least one of the input voltage (V in ) and input current (I in ) pairs and the output voltage (V out ) and output current (V in ) pairs. can be calculated. That is, the power calculated by the power calculation unit 111 may be the product of the input voltage (V in ) and the input current (I in ) or the product of the output voltage (V out ) and the output current (V in ). Of course, it is assumed that the law of energy conservation is satisfied, and even if there is some power loss during the direct current conversion process, it can be excluded as it is within the error range.
일 실시예에 따르면, 전력산출부(111)는 보조루프 싸이클 도중 적어도 한번 이상 벅 컨버터(130)의 출력단 전력을 계산할 수 있다. 즉, 여러 번 측정한 입출력단의 전류 및 전압을 활용하여 출력단 전력을 도출함으로써, 높은 MPPT의 신뢰도를 확보할 수 있다.According to one embodiment, the power calculation unit 111 may calculate the output power of the buck converter 130 at least once during the auxiliary loop cycle. In other words, high reliability of MPPT can be secured by deriving the output power using the current and voltage of the input and output terminals measured several times.
일 실시예에 따르면, 전력산출부(111)는 보조루프 싸이클 도중 계산된 출력단 전력들의 평균값을 산출할 수 있다. 이러한 경우, 전류 및 전압값이 측정될 때나 측정값의 아날로그- 디지털 변환시 발생할 수 있는 노이즈의 영향을 최소화 할 수 있다.According to one embodiment, the power calculation unit 111 may calculate the average value of the output power calculated during the auxiliary loop cycle. In this case, the influence of noise that may occur when current and voltage values are measured or when the measured values are converted to analog-to-digital can be minimized.
일 실시예에 따르는 전력차이산출부(112)는, 저장되어 있던 종전 N-1번째의 출력단 전력과 전력산출부(111)로부터 전달받은 N번째의 출력단 전력 간의 전력차이를 산출한다. 여기서 N은 1보다 큰 자연수이다.The power difference calculation unit 112 according to one embodiment calculates the power difference between the previously stored N-1th output stage power and the Nth output stage power received from the power calculation unit 111. Here, N is a natural number greater than 1.
예를 들어, 전력차이산출부(112)는, 벅 컨버터(130)의 출력단에 연결된 부하 조정을 통한 전류변화가 발생하는 경우, 전류변화가 발생되기 전인 N-1번째 출력단 전력과 전류변화가 발생된 후인 N번째의 출력단 전력 간의 전력차이를 산출한다.For example, in the power difference calculation unit 112, when a current change occurs through load adjustment connected to the output terminal of the buck converter 130, the N-1th output terminal power and current change occur before the current change occurs. Calculate the power difference between the power of the Nth output stage.
이와 같이 회로에 흐르는 전류가 갑자기 변하는 경우는 물론, 태양광 패널에 갑자기 그림자가 지는 등 입력 전력이 급변하는 경우도 마찬가지이다. 즉, 에너지 하베스팅에 있어 다양한 원인에 따라 조건이 급변할 수 있는데, 전력의 변화가 생기는 경우라면 본 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.This applies not only to cases where the current flowing in the circuit suddenly changes, but also to cases where the input power changes suddenly, such as when a shadow suddenly falls on a solar panel. In other words, conditions may change rapidly due to various causes in energy harvesting, and if a change in power occurs, it should be interpreted as being included in the scope of this embodiment.
일 실시예에 따르는 기준전압보정부(113)는, 전력차이산출부(112)로부터 전달받은 전력차이를 기초로 제1보정값을 생성하고, 메인루프회로(120)로 인가되는 기준전압(Vref)에 제1보정값을 반영한다. 제1보정값은, 기준전압(Vref)이 최대전력전압에 가까워지도록 기준전압(Vref)을 보정하는 값이다.The reference voltage correction unit 113 according to one embodiment generates a first correction value based on the power difference received from the power difference calculation unit 112 and applies the reference voltage (V) to the main loop circuit 120. ref ) reflects the first correction value. The first correction value is a value that corrects the reference voltage (V ref ) so that the reference voltage (V ref ) approaches the maximum power voltage.
일 실시예에 따르면, 보조루프회로(110)를 통해 N-1번째 기준전압에 제1보정값이 플러스 또는 마이너스 연산되어 N번째 기준전압이 결정되며, 이는 메인루프회로(120)로 제공된다.According to one embodiment, the first correction value is plus or minus the N-1th reference voltage through the auxiliary loop circuit 110 to determine the Nth reference voltage, which is provided to the main loop circuit 120.
일 실시예에 따르면, 기준전압보정부(113)는, 벅 컨버터(130)의 출력단 전력이 현재 추적된 최대전력에 다다르도록, 종전 기준전압에 제 1보정값을 플러스 하거나 마이너스 연산함으로써, 기준전압(Vref)을 현재 추종된 최대전력전압으로 저장하고 메인루프회로(120)로 전달한다.According to one embodiment, the reference voltage correction unit 113 calculates the reference voltage by adding or subtracting the first correction value to the previous reference voltage so that the output power of the buck converter 130 reaches the currently tracked maximum power. The voltage (V ref ) is stored as the currently tracked maximum power voltage and transmitted to the main loop circuit 120.
즉, 보조루프회로(110) 상에서의 최대전력지점 추종으로 인해 계속적으로 기준전압(Vref)이 최대전력전압에 가깝게 유지되며, 이는 메인루프회로(120)에서 입력전압(Vin)이 최대전력전압을 추종하도록 가이드하는데, 관련된 상세한 내용은 도 4를 활용하여 후술하도록 한다.That is, the reference voltage (V ref ) is continuously maintained close to the maximum power voltage due to tracking of the maximum power point on the auxiliary loop circuit 110, which means that the input voltage (V in ) in the main loop circuit 120 is the maximum power. It guides you to follow the voltage, and related details will be described later using FIG. 4.
일 실시예에 따르면, 연산시 제1보정값의 부호는, 전력차이산출부(112)로부터 전달받은 전력차이를 토대로, 출력단 전력이 증가하거나 감소하는 흐름인지, 출력단 전력의 증감 흐름에 변화가 있는지에 따라 플러스 부호(+) 또는 마이너스 부호(-)로 결정된다.According to one embodiment, the sign of the first correction value during calculation is based on the power difference received from the power difference calculation unit 112, and determines whether the output stage power increases or decreases, or whether there is a change in the increase or decrease flow of the output stage power. Depending on this, it is determined as a plus sign (+) or minus sign (-).
구체적으로, N번째의 출력단 전력이 N-1번째 출력단 전력보다 크고, N+1번째 출력단 전력이 N번째 출력단 전력보다 큰 경우와 같이, 전력이 계속적으로 증가하는 상태인 경우, N번째에 적용한 제1보정값의 플러스 또는 마이너스 연산부호를 N+1번째에도 그대로 유지한다. 물론, 전력이 계속적으로 감소하는 상태인 경우에도 연산부호는 그대로 유지된다.Specifically, when the power is continuously increasing, such as when the power of the Nth output stage is greater than the power of the N-1th output stage and the power of the N+1th output stage is greater than the power of the Nth output stage, the control applied to the Nth The plus or minus operation sign of the 1 correction value is maintained as is for the N+1th time. Of course, even when the power continues to decrease, the operation code remains the same.
반면, N번째의 출력단 전력이 N-1번째 출력단 전력보다 크지만, N+1번째 출력단 전력이 N번째 출력단 전력보다 작을 경우와 같이, 전력이 증가하다가 감소하는 상태인 경우, N번째에 적용한 제1보정값의 플러스 또는 마이너스 연산부호와 반대의 연산부호를 N+1번째에 적용한다. 물론, 전력이 감소하다가 증가하는 상태인 경우에도 마찬가지이다. 즉, 전력이 흐름이 변경되는 경우에는 제1보정값의 연산부호를 반대로 변경한다.On the other hand, when the power increases and then decreases, such as when the power of the Nth output stage is greater than the power of the N-1th output stage, but the power of the N+1th output stage is less than the power of the Nth output stage, the control applied to the Nth output stage is 1The operation sign opposite to the plus or minus operation sign of the correction value is applied to the N+1th. Of course, the same applies when the power decreases and then increases. That is, when the power flow changes, the operation sign of the first correction value is reversely changed.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르는 최대전력 추종은, 전압의 증감이 아닌 오로지 전력의 변화를 기준으로 추적 방향이 결정된다. 따라서, P-V곡선 내 극대점이 여러 개인 경우에도 잘못된 방향으로 진행되는 현상이 발생하지 않으며, 진동이나 노이즈의 영향을 받지 않고 최대전력 지점을 정확하게 찾을 수 있다.In this way, in maximum power tracking according to an embodiment of the present invention, the tracking direction is determined solely based on the change in power, not the increase or decrease in voltage. Therefore, even if there are multiple maximum points in the P-V curve, the phenomenon of progressing in the wrong direction does not occur, and the maximum power point can be accurately found without being affected by vibration or noise.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 메인루프회로의 개략적인 구조도이다.Figure 4 is a schematic structural diagram of the main loop circuit according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따르는 메인루프회로(120)는 연산부(121) 및 듀티비제어부(122)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the main loop circuit 120 according to one embodiment may include an operation unit 121 and a duty ratio control unit 122.
개략적으로, 연산부(121)는 보조루프회로(110)로부터 전달받은 기준전압과 벅 컨버터(130)의 입력전압 간 차이를 연산하고, 듀티비제어부(122)는 이러한 차이가 상쇄되도록 PWM의 듀티비를 제어함으로써, 입력전압을 기준전압으로 유지시킨다.Roughly, the calculation unit 121 calculates the difference between the reference voltage received from the auxiliary loop circuit 110 and the input voltage of the buck converter 130, and the duty ratio control unit 122 adjusts the duty ratio of the PWM to offset this difference. By controlling, the input voltage is maintained at the reference voltage.
일 실시예에 따르는 연산부(121)는, 현재 측정된 입력전압(Vin)과 현재 설정되어 있는 기준전압(Vref) 간의 차이를 산출한다. 즉, 현재 입력전압(Vin)이 기준전압(Vref)인 최대전력전압으로부터 얼만큼 떨어져 있는지를 파악하고 이를 듀티비제어부(122)로 전달한다.The calculation unit 121 according to one embodiment calculates the difference between the currently measured input voltage (V in ) and the currently set reference voltage (V ref ). That is, how far the current input voltage (V in ) is from the maximum power voltage, which is the reference voltage (V ref ), is determined and transmitted to the duty ratio control unit 122 .
일 실시예에 따르는 듀티비제어부(122)는, 연산부(121)로부터 전달받은 차이를 기초로 제2보정값을 산출한다. 제2보정값은, 입력전압(Vin)이 기준전압(Vref)에 다다르도록 입력전압(Vin)을 보정하기 위한 듀티비제어값을 의미할 수 있다. 이 후, 듀티비제어부(122)는 제2보정값을 기초로 벅 컨버터(130)의 PWM신호에 대한 듀티비를 제어한다.The duty ratio control unit 122 according to one embodiment calculates the second correction value based on the difference received from the calculation unit 121. The second correction value may mean a duty ratio control value for correcting the input voltage (V in ) so that the input voltage (V in ) reaches the reference voltage (V ref ). Afterwards, the duty ratio control unit 122 controls the duty ratio for the PWM signal of the buck converter 130 based on the second correction value.
일 실시예에 따르는 제2보정값에 대한 연산은, 현재 입력전압(Vin)이 종전의 입력전압보다 낮을 경우 현재 듀티비가 종전 듀티비보다 작게 되도록, 현재 입력전압(Vin)이 종전의 입력전압보다 클 경우 현재 듀티비가 종전 듀티비보다 크게 되도록, 수행될 수 있다.The calculation for the second correction value according to one embodiment is such that when the current input voltage (V in ) is lower than the previous input voltage, the current input voltage (V in ) is lower than the previous input voltage so that the current duty ratio is smaller than the previous duty ratio. If it is greater than the voltage, it can be performed so that the current duty ratio is greater than the previous duty ratio.
즉, 듀티비제어부(122)는, 입력전압(Vin)이 증가하면 이를 감소시키기 위해 듀티비를 늘리고, 입력전압(Vin)이 감소하면 이를 증가시키기 위해 듀티비를 줄이는 제어를 수행한다. 이에 따라, 입력전압은 현재 추적된 최대전력전압인 기준전압(Vref)으로 고정되어 일정하게 유지될 수 있다.That is, the duty ratio control unit 122 increases the duty ratio to decrease the input voltage (V in ) when it increases, and performs control to reduce the duty ratio to increase it when the input voltage (V in ) decreases. Accordingly, the input voltage can be kept constant by being fixed to the reference voltage (V ref ), which is the currently tracked maximum power voltage.
일 실시예에 따르면, 벅 컨버터(130)의 입력단에 걸리는 전압(Vin)이 기준전압(Vref)으로 고정되면 입력단에 흐르는 전류도 고정된다. 이에 따라 벅 컨버터(130)의 입력단에 발생하는 전력 또한 일정하게 고정된다.According to one embodiment, when the voltage (V in ) applied to the input terminal of the buck converter 130 is fixed to the reference voltage (V ref ), the current flowing to the input terminal is also fixed. Accordingly, the power generated at the input terminal of the buck converter 130 is also fixed to a constant level.
에너지 보존에 따라, 벅 컨버터(130) 내 입력단에서의 전력과 출력단에서의 전력은 동일하므로, 출력단의 전력 또한 일정하게 고정된다. 전력은 전류와 전압의 곱이므로, 전력이 고정되면, 기준전압(Vref) 이하의 출력단 전압(Vout)에 대해서는 출력단 전류(Iout)와 반비례 관계가 성립된다. 즉, 종래 비선형적인 I-V특성이 아닌 출력단에 흐르는 전류가 상승하면 출력단에 걸리는 전압이 강하하는 선형적인 I-V특성으로 변환된다.According to energy conservation, the power at the input terminal and the power at the output terminal in the buck converter 130 are the same, so the power at the output terminal is also fixed to a constant. Since power is the product of current and voltage, when power is fixed, an inverse relationship is established with the output current (I out ) for the output voltage (V out ) below the reference voltage (V ref ). In other words, instead of the conventional non-linear IV characteristic, it is converted to a linear IV characteristic in which the voltage applied to the output stage decreases when the current flowing through the output stage increases.
따라서, 출력단에 연결된 부하를 조정하거나 그 외의 원인으로 출력단 전류(Iout)가 일정 수준 이상으로 상승하더라도, 출력단 전압(Vout)은 급격하게 변하지 않는다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르는 DC-DC컨버터(100)는, 회로의 한계 용량 안이라면 흐르는 전류가 얼마이던지 간에 안정적으로 구동이 가능하다.Therefore, even if the output terminal current (I out ) increases above a certain level due to adjusting the load connected to the output terminal or other causes, the output terminal voltage (V out ) does not change drastically. In other words, the DC-DC converter 100 according to an embodiment of the present invention can be stably driven no matter how much current flows as long as it is within the limit capacity of the circuit.
일 실시예에 따르면, 기준전압(Vref) 이하에서 벅 컨버터(130) 출력단의 전류와 전압이 반비례 관계를 가지게 되므로, 기준전압(Vref) 이하에서의 P-V곡선은 완만한 기울기를 가지게 된다. 예를 들어, 복수의 에너지 생성 모듈(10)이 직렬로 연결된 어레이 단위에서 각 모듈(10)간 편차가 발생하더라도, P-V곡선 내 복수의 극대점이 아닌 하나의 극대점이 형성될 수 있다.According to one embodiment, the current and voltage at the output terminal of the buck converter 130 have an inverse relationship below the reference voltage (V ref ), so the PV curve below the reference voltage (V ref ) has a gentle slope. For example, in an array unit where a plurality of energy generation modules 10 are connected in series, even if a deviation occurs between each module 10, one maximum point may be formed in the PV curve instead of a plurality of maximum points.
일 실시예에 따르면, 기준전압(Vref)은 보조루프회로(110)로부터 제공받은 최대전력전압(VMP)이며, 최대전력을 유지하기 위해 기준전압(Vref) 이하에서의 P-V곡선의 기울기는 "0"으로 설계되는 것이 바람직하다.According to one embodiment, the reference voltage (V ref ) is the maximum power voltage (V MP ) provided from the auxiliary loop circuit 110, and the slope of the PV curve below the reference voltage (V ref ) is used to maintain maximum power. is preferably designed to be “0”.
일 실시예에 따르면, 벅 컨버터(130)의 전압 강하 특성에 따라, 벅 컨버터(130)의 출력단에 걸리는 전압(Vout)은 기준전압(Vref)보다 낮은 전압이다. 따라서, 전술한 실시예에 따라, 기준전압(Vref) 이하에서의 P-V곡선이 saturation되므로, 상시 최대전력의 출력이 유지되어 에너지 하베스팅의 최대 효율을 도모할 수 있다.According to one embodiment, according to the voltage drop characteristics of the buck converter 130, the voltage (V out ) applied to the output terminal of the buck converter 130 is a voltage lower than the reference voltage (V ref ). Therefore, according to the above-described embodiment, since the PV curve is saturated below the reference voltage (V ref ), the maximum power output can be maintained at all times to achieve maximum efficiency of energy harvesting.
전술한 바와 같이, 메인루프 싸이클은 k:1의 비율로 보조루프 싸이클보다 빠르게 설계될 수 있다. 즉, 메인루프는 보조루프 보다 빠른 bandwidth로 동작한다. 예를 들어 5:1의 비율이라면, 보조루프 싸이클 동안 입력전압(Vin)을 최대전력전압으로 일정하게 유지하는 루프는 5배로 빠르게 동작한다. 따라서, 출력단에서 전류를 갑자기 확 당기거나, 입력단 전력이 갑자기 줄어들더라도 최대전력전압이 일정하게 유지되므로, 급작스럽게 최대전력에서 벗어나는 현상은 발생하지 않는다.As described above, the main loop cycle can be designed faster than the auxiliary loop cycle at a ratio of k:1. In other words, the main loop operates with a faster bandwidth than the auxiliary loop. For example, if the ratio is 5:1, the loop that keeps the input voltage (V in ) constant at the maximum power voltage during the auxiliary loop cycle operates 5 times faster. Therefore, even if the current is suddenly pulled at the output terminal or the power at the input terminal is suddenly reduced, the maximum power voltage is maintained constant, so a sudden deviation from the maximum power does not occur.
또한, 메인루프가 빠르게 동작함과 동시에, 상대적으로 느린 보조루프를 통해 현재 시점의 최대전력 지점을 추적함으로써, 전력의 평균을 내는 등 더 정확한 값으로써 최대전력 지점에 가까워지도록 한다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르는 MPPT는, 종전 대비 현저하게 빠른 속도로 수행될 수 있으며, 동시에 정확한 최대전력의 출력을 유지할 수 있다.In addition, while the main loop operates quickly, it tracks the current maximum power point through a relatively slow auxiliary loop, thereby averaging the power and getting closer to the maximum power point with more accurate values. As such, MPPT according to an embodiment of the present invention can be performed at a significantly faster speed than before, and at the same time can maintain accurate maximum power output.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, DC-DC컨버터(100)는 입력전압(Vin)과 기준전압(Vref) 간의 이격을 방지하는 피드백루프를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 메인루프회로(120)는 N-1번째의 기준전압을 기준으로 산출한 제2보정값을 보조루프회로(120) 측으로 전달할 수 있다. 보조루프회로(120)는, N번째의 기준전압을 산출할 때, 제2보정값을 플러스하거나 마이너스 연산하는 등의 방식으로, 전달받은 제2보정값을 N번째 기준전압에 반영하는 보정을 수행할 수 있다. 이와 같이, 내부나 외부의 원인으로 입력단 전력이 급작스럽게 변하는 돌발 상황에서도 입력전압(Vin)을 기준전압(Vref)과 너무 멀어지지 않게 하여, MPPT가 잘못된 방향으로 진행하는 오류를 방지할 수 있다.Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, the DC-DC converter 100 may further include a feedback loop that prevents separation between the input voltage (V in ) and the reference voltage (V ref ). For example, the main loop circuit 120 may transmit the second correction value calculated based on the N-1th reference voltage to the auxiliary loop circuit 120. When calculating the N-th reference voltage, the auxiliary loop circuit 120 performs correction to reflect the received second correction value to the N-th reference voltage by adding or subtracting the second correction value. can do. In this way, even in an unexpected situation where the input power suddenly changes due to internal or external causes, the input voltage (V in ) is not too far from the reference voltage (V ref ), preventing an error in which the MPPT proceeds in the wrong direction. there is.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 MPPT 알고리즘에 대한 일 실시예를 설명하도록 한다. 여기서, DC-DC컨버터(100)의 입출력단의 전류 및 전압은 ADC(analog-to-digital converter)를 거쳐 디지털 신호로 측정된 상태임를 전제로 한다. 물론, 전술한 사항은 아날로그 회로를 기반으로 하는 동일한 알고리즘으로서, 중복되는 내용은 이에 갈음하도록 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 5 and 6, an embodiment of the MPPT algorithm of the present invention will be described. Here, it is assumed that the current and voltage of the input and output terminals of the DC-DC converter 100 are measured as digital signals through an analog-to-digital converter (ADC). Of course, the above-described information is the same algorithm based on an analog circuit, and any overlapping content will be replaced by this.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 MPPT 알고리즘의 동작 과정을 개략적으로 나타내는 다이어그램의 예시도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따르는 MPPT 알고리즘의 동작흐름도이다.FIG. 5 is an example diagram schematically showing the operation process of the MPPT algorithm according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an operation flowchart of the MPPT algorithm according to an embodiment of the present invention.
먼저, 단계 S61 내지 S65는 최대전력 지점을 찾는 과정으로서 보조루프 싸이클 마다 수행되며, 단계 S66은 단계 S65에서 도출된 최대전력전압으로 벅 컨버터의 입력단에 걸리는 전압을 고정하는 과정으로서 메인루프 싸이클 마다 수행된다. 여기서, 보조루프 싸이클이 1회 동작할 때 메인루프 싸이클은 복수회(k, k는 1보다 큰 수) 동작할 수 있다. 즉, 메인루프 싸이클은 보조루프 싸이클 보다 빠른 bandwidth로 설계될 수 있다.First, steps S61 to S65 are a process of finding the maximum power point and are performed every auxiliary loop cycle, and step S66 is a process of fixing the voltage applied to the input terminal of the buck converter to the maximum power voltage derived in step S65 and are performed every main loop cycle. do. Here, when the auxiliary loop cycle operates once, the main loop cycle can operate multiple times (k, k is a number greater than 1). In other words, the main loop cycle can be designed with a faster bandwidth than the auxiliary loop cycle.
따라서, 단계 S65에서 결정된 최대전력전압이 N-1번째라고 가정하면, 단계 S66을 통해 입력전압을 N-1번째 최대전력전압으로 고정하는 루프가 k번 동작하는 동안, 동시에 N번째 최대전력전압을 추적하는 루프는 1번 동작한다.Therefore, assuming that the maximum power voltage determined in step S65 is the N-1th maximum power voltage, while the loop that fixes the input voltage to the N-1th maximum power voltage through step S66 operates k times, the Nth maximum power voltage is simultaneously maintained. The tracking loop operates once.
단계 S61에서, 벅 컨버터의 입력단 전압(adc_Vin), 출력단 전압(adc_Vout), 입력단 전류(adc_Iin) 및 출력단 전류(adc_Iout) 중 적어도 두 개 이상을 측정한다. 예를 들어, 입력단의 전압(adc_Vin) 및 전류(adc_Iin) 쌍 및 출력단의 전압(adc_Vout) 및 전류(adc_Iout)의 쌍 중 적어도 하나 이상을 측정한다.In step S61, at least two of the input voltage (adc_V in ), output voltage (adc_V out ), input current (adc_I in ), and output current (adc_I out ) of the buck converter are measured. For example, at least one of a pair of voltage (adc_V in ) and current (adc_I in ) at the input terminal and a pair of voltage (adc_V out ) and current (adc_I out ) at the output terminal is measured.
단계 S62에서, 벅 컨버터 출력단의 전력(power)을 산출한다. 입력단의 전압(adc_Vin)와 전류(adc_Iin)를 곱하거나 출력단의 전압(adc_Vout) 및 전류(adc_Iout)를 곱하는 연산을 수행한다. 이 때, 보조루프 싸이클 동안 수집된 여러 측정값들을 통해 복수의 전력(power)이 산출될 수 있으며, 종국적으로 이들의 평균값을 통해 단계 S63이 진행될 수 있다.In step S62, the power of the buck converter output stage is calculated. An operation is performed to multiply the voltage (adc_V in ) and current (adc_I in ) of the input terminal or the voltage (adc_V out ) and current (adc_I out ) of the output terminal. At this time, a plurality of powers can be calculated through various measurement values collected during the auxiliary loop cycle, and ultimately step S63 can be performed using the average value of these values.
단계 S63에서, 산출된 전력(power)을 기초로 제1보정값(err_s)을 산출한다. 바람직하게는 전력(power)의 변화율을 기초로 제1보정값(err_s)을 산출한다. 예를 들어, 부하의 조정이 있는 경우, 조정 전의 전력과 조정 후의 전력 간 변화율을 계산하며, P-V곡선에 기반하여 조정 후의 전력으로 다다르기 위해 필요한 전압값을 산출한다.In step S63, a first correction value (err_s) is calculated based on the calculated power (power). Preferably, the first correction value (err_s) is calculated based on the change rate of power (power). For example, when there is an adjustment of the load, the rate of change between the power before adjustment and the power after adjustment is calculated, and the voltage value required to reach the power after adjustment is calculated based on the P-V curve.
단계 S64에서, 제1보정값(err_s)의 연산부호(sign)를 결정한다. 즉, P-V곡선 상에서 최대전력 지점으로 다다르기 위해 제1보정값이 플러스되어야 하는지 또는 마이너스되어야 하는지를 결정한다. 이 때, 전력이 상승하거나 하강하는 흐름이 유지되는 경우 제1보정값의 부호는 산출된 상태 그대로 결정된다. 반면, 전력의 흐름이 변경되는 경우 제1보정값의 부호는 산출된 상태의 반대로 변경된다.In step S64, the operation sign (sign) of the first correction value (err_s) is determined. In other words, it is determined whether the first correction value should be plus or minus in order to reach the maximum power point on the P-V curve. At this time, when the rising or falling flow of power is maintained, the sign of the first correction value is determined as calculated. On the other hand, when the flow of power changes, the sign of the first correction value changes to the opposite of the calculated state.
단계 S65에서, 제1보정값(err_s)을 반영하여 현시점의 최대전력전압에 상응하는 기준전압(adc_Vref)을 결정한다. 이 때, 연산부호(sign)에 기초하여 종전 기준전압에 제1보정값(err_s)을 적분할 수 있으며, 기 설정된 적분상수(KI)가 적용될 수 있다.In step S65, the reference voltage (adc_V ref ) corresponding to the current maximum power voltage is determined by reflecting the first correction value (err_s). At this time, the first correction value (err_s) can be integrated into the previous reference voltage based on the operation sign (sign), and a preset integration constant (K I ) can be applied.
단계 S66에서, 단계 S66에서 결정된 기준전압(adc_Vref)과 벅 컨버터의 입력단에서 측정된 전압(adc_Vin) 간 차이를 산출한다. 또한, 산출된 전력차이를 기초로 입력전압(adc_Vin)이 기준전압(adc_Vref)에 다다르기 위한 제2보정값(err_p)을 산출한다. 이 때, 입력전압(adc_Vin)에 제2보정값(err_p)을 적분할 수 있으며, 기 설정된 적분상수(KI) 또는 비례상수(KP)가 적용될 수 있다. 이 후, 제2보정값(err_p)에 기초한 듀티비 제어가 진행되며, 이에 따라 입력전압(adc_Vin)이 기준전압(adc_Vref)으로 고정되어 최대전력의 출력을 유지하게 된다.In step S66, the difference between the reference voltage (adc_V ref ) determined in step S66 and the voltage (adc_V in ) measured at the input terminal of the buck converter is calculated. In addition, based on the calculated power difference, a second correction value (err_p) is calculated for the input voltage (adc_V in ) to reach the reference voltage (adc_V ref ). At this time, the second correction value (err_p) can be integrated into the input voltage (adc_V in ), and a preset integration constant (K I ) or proportional constant (K P ) can be applied. Afterwards, duty ratio control is performed based on the second correction value (err_p), and accordingly, the input voltage (adc_V in ) is fixed to the reference voltage (adc_V ref ) to maintain output of maximum power.
한편, 단계 S66에서, 입력전압(adc_Vin)과 기준전압(adc_Vref) 간 이격이 크게 발생하는 것을 방지하기 위해, N-1번째 기준전압에 대한 제2보정값(err_p)을 반영하여 N번째 기준전압이 산출될 수 있다.Meanwhile, in step S66, in order to prevent a large gap between the input voltage (adc_V in ) and the reference voltage (adc_V ref ), the second correction value (err_p) for the N-1th reference voltage is reflected and the Nth A reference voltage can be calculated.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be.
예를 들어, 전술한 최대전력 추종과 관련된 일 실시예는, P-V곡선이 시간이 지남에 따라 항상 고정된 상태인 것을 가정하여 설명되었으나, P-V곡선에 소정의 변화가 생기는 경우(예로, 태양광 발전 시스템에서 입사하는 조도의 변화에 의해 시간에 따라 천천히 변하는 경우)에도 동일하게 적용될 수 있다.For example, an embodiment related to the above-described maximum power tracking has been described assuming that the P-V curve is always fixed over time, but when a predetermined change occurs in the P-V curve (e.g., solar power generation The same can be applied to cases where the illuminance changes slowly over time due to changes in the illuminance incident on the system.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as single may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (9)

  1. 에너지 하베스팅(energy harvesting) 시스템의 DC-DC컨버터에 있어서,In the DC-DC converter of an energy harvesting system,
    상기 DC-DC컨버터는 외부에너지를 수집하여 전기에너지로 변환하는 복수의 에너지 생성 모듈과 각각 연결되어, 상기 에너지 생성 모듈로부터 제공되는 직류 전력의 전압 레벨을 조절하며,The DC-DC converter is each connected to a plurality of energy generation modules that collect external energy and convert it into electrical energy, and adjusts the voltage level of direct current power provided from the energy generation modules,
    상기 DC-DC 컨버터는,The DC-DC converter is,
    벅(buck) 컨버터;buck converter;
    상기 벅 컨버터에 인가되는 입력전압이 일정하게 유지될 수 있도록 상기 벅 컨버터의 듀티비를 제어하는 메인루프회로; 및a main loop circuit that controls the duty ratio of the buck converter so that the input voltage applied to the buck converter is maintained constant; and
    상기 메인루프회로의 입력전압이 최대전력전압으로 되도록 가이드하는 보조루프회로;를 포함하되,Including an auxiliary loop circuit that guides the input voltage of the main loop circuit to become the maximum power voltage,
    상기 최대전력전압은 상기 에너지 하베스팅 시스템이 최대전력으로 에너지를 생성할 수 있도록 하는 전압값인 것인, DC-DC컨버터.The maximum power voltage is a voltage value that allows the energy harvesting system to generate energy at maximum power, a DC-DC converter.
  2. 제 1항에 있어서,According to clause 1,
    상기 보조루프회로는, The auxiliary loop circuit is,
    상기 벅 컨버터의 입력전압, 입력전류 쌍 및 출력전압, 출력전류 쌍 중 적어도 하나를 기초로 계산하여, 상기 벅 컨버터의 출력단의 전력을 산출하는 전력산출부;a power calculation unit that calculates the power of the output stage of the buck converter by calculating based on at least one of the input voltage, input current pair, and output voltage and output current pair of the buck converter;
    상기 벅 컨버터의 출력단의 부하조정을 통한 전류변화가 발생될 경우, 전류변화가 발생되기 전인 N-1번째(N은 1보다 큰 자연수)의 출력단 전력과 전류변화가 발생된 후인 N번째의 출력단 전력 간의 전력차이를 산출하는 전력차이산출부; 및When a current change occurs through load adjustment of the output stage of the buck converter, the N-1th output stage power before the current change occurs (N is a natural number greater than 1) and the Nth output stage power after the current change occurs. A power difference calculation unit that calculates the power difference between the two; and
    상기 전력차이를 기초로 제1보정값을 생성하고, 상기 메인루프회로로 인가되는 기준전압에 상기 제1보정값을 반영하는 기준전압보정부;a reference voltage correction unit that generates a first correction value based on the power difference and reflects the first correction value in the reference voltage applied to the main loop circuit;
    를 포함하는, DC-DC컨버터.DC-DC converter, including.
  3. 제 2항에 있어서,According to clause 2,
    상기 기준전압보정부는,The reference voltage correction unit,
    상기 출력단의 전력이 최대전력에 다다르도록 상기 기준전압에 상기 제1보정값을 플러스하거나 마이너스 연산하는 것인, DC-DC컨버터.A DC-DC converter that adds or subtracts the first correction value to the reference voltage so that the power of the output stage reaches the maximum power.
  4. 제 3 항에 있어서,According to claim 3,
    N번째의 출력단 전력이 N-1번째 출력단 전력보다 크고, N+1번째 출력단 전력이 N번째 출력단 전력보다 클 경우, N번째에 적용한 제1보정값의 플러스 또는 마이너스 연산부호를 N+1번째에도 그대로 유지하고,If the Nth output stage power is greater than the N-1th output stage power, and the N+1th output stage power is greater than the Nth output stage power, the plus or minus operation sign of the first correction value applied to the Nth is also applied to the N+1th output stage. keep it the same,
    N번째의 출력단 전력이 N-1번째 출력단 전력보다 크지만, N+1번째 출력단 전력이 N번째 출력단 전력보다 작을 경우, N번째에 적용한 제1보정값의 플러스 또는 마이너스 연산부호와 반대의 연산부호를 N+1번째에 적용하는 것인, DC-DC컨버터.If the power of the Nth output stage is greater than the power of the N-1th output stage, but the power of the N+1th output stage is less than the power of the Nth output stage, the operation sign opposite to the plus or minus operation sign of the first correction value applied to the Nth A DC-DC converter that applies to the N+1th.
  5. 제 4항에 있어서,According to clause 4,
    상기 보조루프회로는,The auxiliary loop circuit is,
    상기 N-1번째 기준전압에 상기 제1보정값을 플러스 또는 마이너스 연산하여 N번째 기준전압을 결정하고, 상기 메인루프회로로 제공하는 것인, DC-DC컨버터.A DC-DC converter wherein the N-th reference voltage is determined by plus or minus the first correction value to the N-1th reference voltage, and the N-th reference voltage is provided to the main loop circuit.
  6. 제 2항에 있어서,According to clause 2,
    상기 메인루프회로는,The main loop circuit is,
    상기 기준전압과 상기 벅 컨버터의 입력전압 간의 차이를 연산하는 연산부; 및a calculation unit that calculates a difference between the reference voltage and the input voltage of the buck converter; and
    상기 기준전압과 입력전압 간의 차이를 기초로 제2보정값을 산출하고, 상기 제2보정값을 기초로 상기 벅 컨버터의 듀티비를 제어하는 듀티비제어부;a duty ratio control unit that calculates a second correction value based on the difference between the reference voltage and the input voltage and controls the duty ratio of the buck converter based on the second correction value;
    를 포함하는, DC-DC컨버터.DC-DC converter, including.
  7. 제 6항에 있어서,According to clause 6,
    상기 제2보정값에 대한 연산은,The calculation for the second correction value is,
    상기 입력전압이 종전의 입력전압보다 낮을 경우 상기 듀티비가 종전 듀티비보다 작게 되도록, When the input voltage is lower than the previous input voltage, the duty ratio is smaller than the previous duty ratio,
    상기 입력전압이 종전의 입력전압보다 클 경우 상기 듀티비가 종전 듀티비보다 크게 되도록, 수행되어, When the input voltage is greater than the previous input voltage, the duty ratio is performed so that it is greater than the previous duty ratio,
    상기 입력전압이 일정하게 유지되도록 하는 것인, DC-DC컨버터.A DC-DC converter that ensures that the input voltage is kept constant.
  8. 제 6 항에 있어서, According to claim 6,
    상기 DC-DC컨버터는,The DC-DC converter is,
    피드백루프를 통해 상기 N-1번째의 기준전압에 대한 제2보정값을 반영하여 상기 N번째의 기준전압을 산출함으로써, 상기 입력전압과 상기 기준전압 간의 이격을 방지하는 것인, DC-DC컨버터.A DC-DC converter that prevents separation between the input voltage and the reference voltage by calculating the Nth reference voltage by reflecting the second correction value for the N-1th reference voltage through a feedback loop. .
  9. 제 6항에 있어서,According to clause 6,
    상기 메인루프회로가, 상기 기준전압과 상기 벅 컨버터의 입력전압 간의 차이를 연산하고, 상기 벅 컨버터의 듀티비를 제어하는 1회의 과정을 메인루프 싸이클이라고 가정하고,Assuming that one process in which the main loop circuit calculates the difference between the reference voltage and the input voltage of the buck converter and controls the duty ratio of the buck converter is a main loop cycle,
    상기 보조루프회로가, 상기 벅 컨버터의 출력단의 전력변화에 따른 전력차이값을 산출하고, 상기 전력차이값을 기초로 상기 기준전압을 보정하는 1회의 과정을 보조루프 싸이클이라고 할 때,When the auxiliary loop circuit calculates a power difference value according to the power change of the output stage of the buck converter and corrects the reference voltage based on the power difference value, a single process is called an auxiliary loop cycle,
    상기 메인루프 싸이클이 복수회 실행될 때 상기 보조루프 싸이클은 1회 실행되는 것인, DC-DC컨버터.A DC-DC converter in which the auxiliary loop cycle is executed once when the main loop cycle is executed multiple times.
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