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KR102077023B1 - 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법 - Google Patents

태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법 Download PDF

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KR102077023B1
KR102077023B1 KR1020190149093A KR20190149093A KR102077023B1 KR 102077023 B1 KR102077023 B1 KR 102077023B1 KR 1020190149093 A KR1020190149093 A KR 1020190149093A KR 20190149093 A KR20190149093 A KR 20190149093A KR 102077023 B1 KR102077023 B1 KR 102077023B1
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주식회사 경신
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Abstract

본 발명은 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법은, 태양전지모듈에서 생성된 전력을 변환하여 배터리로 출력하기 위해 서로 다른 상을 갖는 복수의 컨버터 회로를 포함하는 인터리브드 컨버터부; 태양전지모듈에서 생성된 전력을 측정하는 전력측정부; 및 전력측정부에서 측정된 측정전력에 기초하여 PWM 듀티 값을 생성하고, PWM 듀티 값에 따라 인터리브드 컨버터부가 스위칭 동작하도록 하여 인터리브드 컨버터부에서 출력되는 전력으로 배터리가 충전되도록 하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법{APPARATUS FOR CHARGING SOLAR ENERGY AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인터리브드 구조의 고용량 태양광 컨버터를 구현하여 배터리를 충전하는 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 컨버터는 태양전지 모듈, 컨버터, 배터리로 구분된다. 여기서, 태양전지 모듈은 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환 및 생성하며, 컨버터는 태양전지 모듈에서 생성된 전기 에너지를 배터리에 저장하기 위해 적절한 전압으로 변환하여 배터리를 충전하는 기능을 수행한다. 여기서, 컨버터는 입/출력 전압에 따라 벅(강압) 컨버터 또는 부스터(승압) 컨버터로 구분되며, 주요소자로는 스위치 소자, 다이오드, 인덕터로 구성된다.
컨버터의 제어 동작을 위해 컨버터 입/출력단 전압은 전압센서로 센싱되며, 컨버터 인덕터의 전류는 전류센서를 통해 전류 센싱되어 제어기를 통해 적절한 PWM 스위칭 출력을 생성함으로써 배터리를 안정적으로 충전한다.
한 예로, 태양전지 모듈에서 20V 전압이 생성되고, 저전압 배터리(12V)를 충전하는 경우 벅 컨버터는 태양전지 모듈에서 생성된 20V 전압을 스위치, 다이오드, 인덕터로 구성된 벅 컨버터를 통해 14V로 전력변환이 이루어지며 배터리 충전을 위해 CC-CV(정전압-정전류) 제어가 수행된다.
벅 컨버터 동작을 보다 자세하게 설명하면, 스위치 온(ON) 시, 태양전지 모듈 전류는 스위치와 인덕터를 통해 배터리에 저장되고, 스위치 오프(OFF) 시에는 인덕터에 저장된 에너지에 의해 배터리가 충전된다. 여기서, 태양전지 모듈은 전류원으로, 항상 전류 루프가 형성되어 있어야 한다. 즉, 스위치가 오프인 상태에서도 폐루프를 형성하여야 하므로, 컨버터 입력단에 충분한 커패시터가 필수적으로 필요하다.
한편, 벅 컨버터의 경우 하이 사이드 스위치를 구동하기 위해서는 하이 사이드용 게이트 드라이버가 필요하며, 하이 사이드용 게이트 드라이버는 로우 사이드용 게이트 드라이버 보다 스위치 구동 및 독립 전원을 생성하기 위한 회로가 추가되어 가격이 비싸다는 단점이 있다. 또한, 태양전지 모듈은 전류원으로, 컨버터 입력단에 충분한 용량의 커패시터를 이용하여 폐루프 구조를 형성하게 되는데, 이는 태양광 컨버터의 사이즈 및 가격에 큰 영향을 미치는 부분이다.
즉, 태양전지 모듈 용량에 따라 출력되는 전류 크기가 결정되며, 이 전류 크기가 클수록 큰 입력 커패시터가 필요하며, 이러한 고용량의 커패시터를 사용함에 따라 가격이 비싸고, 크기가 커지는 문제가 있다. 따라서 가격 경쟁력 및 효율성이 떨어지며, 소형으로 구현하기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명의 배경기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1245647호(공고일 : 2013.03.20.공고)인 "태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속 충전 시스템"이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 창안된 것으로, 인터리브드 구조의 고용량 태양광 컨버터를 구현하여 배터리를 충전함으로써, 고효율화 및 소형화가 가능하도록 하는 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 태양 에너지 충전장치는, 태양전지모듈에서 생성된 전력을 변환하여 배터리로 출력하기 위해 서로 다른 상을 갖는 복수의 컨버터 회로를 포함하는 인터리브드 컨버터부; 상기 태양전지모듈에서 생성된 전력을 측정하는 전력측정부; 및 상기 전력측정부에서 측정된 측정전력에 기초하여 PWM 듀티 값을 생성하고, 상기 PWM 듀티 값에 따라 상기 인터리브드 컨버터부가 스위칭 동작하도록 하여 상기 인터리브드 컨버터부에서 출력되는 전력으로 상기 배터리가 충전되도록 하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 함.
본 발명에서, 상기 전력측정부는, 상기 인터리브드 컨버터부의 입력단 전압을 측정하는 입력전압측정부와, 상기 인터리브드 컨버터부의 출력단 전압을 측정하는 출력전압측정부와, 상기 인터리브드 컨버터부의 각 단상 컨버터 회로의 전류를 측정하는 전류측정부를 포함하는 것을 특징으로 함.
본 발명에서, 상기 제어부는, 설정된 목표전압과 상기 전력측정부에서 센싱된 측정전압을 비교하여 전압 에러값을 산출하고, 상기 산출한 전압 에러값에 기초하여 목표전류를 연산하며, 상기 연산한 목표전류와 상기 전력측정부에서 센싱된 측정전류를 비교하여 PWM 듀티 값을 생성하는 정전압-정전류 제어를 수행하는 것을 특징으로 함.
본 발명에서, 상기 인터리브드 컨버터부의 각 단상 컨버터 회로는, 상기 태양전지모듈과 병렬로 연결된 입력 커패시터와, 상기 입력커패시터와 병렬로 연결되고 접지라인의 반대 방향으로 형성되는 다이오드와, 상기 다이오드와 상기 각 단상 컨버터 회로의 출력단 사이의 상기 접지라인에 구비되는 인덕터와, 상기 접지라인에 구비되며, 드레인(D)단이 상기 입력 커패시터와 연결되고 소스(S)단이 상기 인덕터와 연결되어 상기 각 단상 컨버터 회로를 활성화시키기 위한 스위칭소자를 포함하는 것을 특징으로 함.
본 발명에서, 상기 인터리브드 컨버터부는, 상기 배터리와 병렬로 연결되어 출력 전압을 일정하게 유지하는 출력 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 함.
본 발명에서, 상기 인터리브드 컨버터부는, 2상 인터리브드 구조로 구현되며, 상기 2상 인터리브드 구조의 인터리브드 컨버터부의 각각의 인덕터는 서로 커플링되는 것을 특징으로 함.
본 발명에서, 상기 제어부는, 180도의 위상차를 갖는 PWM 신호를 이용하여 상기 2상 인터리브드 구조의 인터리브드 컨버터부의 각각의 스위칭소자를 온오프 제어하는 것을 특징으로 함.
본 발명의 다른 측면에 따른 태양 에너지 충전 제어방법은, 제어부가 전력측정부에서 측정된 태양전지모듈에서 생성된 전력의 측정전력을 입력받는 단계; 상기 제어부가 상기 측정전력에 기초하여 PWM 듀티 값을 생성하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 PWM 듀티 값에 따라 서로 다른 상을 갖는 복수의 컨버터 회로를 포함하는 인터리브드 컨버터부가 스위칭 동작하도록 하여 상기 인터리브드 컨버터부에서 출력되는 전력으로 배터리가 충전되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 함.
본 발명에서, 상기 전력측정부는, 상기 인터리브드 컨버터부의 입력단 전압을 측정하는 입력전압측정부와, 상기 인터리브드 컨버터부의 출력단 전압을 측정하는 출력전압측정부와, 상기 인터리브드 컨버터부의 각 단상 컨버터 회로의 전류를 측정하는 전류측정부를 포함하는 것을 특징으로 함.
본 발명의 상기 PWM 듀티 값을 생성하는 단계에서, 상기 제어부는, 설정된 목표전압과 상기 전력측정부에서 센싱된 측정전압을 비교하여 전압 에러값을 산출하고, 상기 산출한 전압 에러값에 기초하여 목표전류를 연산하며, 상기 연산한 목표전류와 상기 전력측정부에서 센싱된 측정전류를 비교하여 PWM 듀티 값을 생성하는 정전압-정전류 제어를 수행하는 것을 특징으로 함.
본 발명에서, 상기 인터리브드 컨버터부는, 2상 인터리브드 구조로 구현되며, 상기 제어부는, 180도의 위상차를 갖는 PWM 신호를 이용하여 상기 2상 인터리브드 구조의 인터리브드 컨버터부의 각각의 스위칭소자를 온오프 제어하는 것을 특징으로 함.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법은, 인터리브드 구조의 고용량 태양광 컨버터를 구현하여 배터리를 충전함으로써, 고효율화 및 소형화가 가능하도록 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법은, 로우 사이드용 게이트 드라이버 사용으로 가격 경쟁력을 확보할 수 있으며, 인터리브드 구조를 통해 전류가 분배되고, 커플 인덕터를 적용하여 손실을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치의 스위칭동작에 따른 에너지 흐름을 설명하기 위한 회로도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치를 설명하기 위한 개략적인 회로도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치의 스위칭동작에 따른 에너지 흐름을 설명하기 위한 회로도로서, 이를 참조하여 태양 에너지 충전장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치는, 태양전지모듈(100), 배터리(200), 인터리브드 컨버터부(300), 전력측정부(400) 및 제어부(500)를 포함할 수 있다.
태양전지모듈(100)은 적어도 하나 이상의 솔라셀이 어레이 배열되어 구성될 수 있다. 한편, 태양전지모듈(100)은 전류원과 같이 동작하기 때문에 항상 전류 루프가 형성되어 있어야 한다.
배터리(200)는 인터리브드 컨버터부(300)에서 출력되는 전력을 통해 충전된다. 본 실시예에서, 배터리(200)는 저압용 배터리일 수 있다. 예컨대, 12V 배터리일 수 있으며, 상기 배터리(200)가 12V의 저압용 배터리인 경우, 인터리브드 컨버터부(300)를 통해 14V로 전력변환이 이루어져 배터리(200)가 충전될 수 있다.
인터리브드 컨버터부(300)는 제어부(500)의 PWM 신호에 따라 스위칭 동작을 수행하여 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력의 크기를 변환하여 출력하는데, 본 실시예에서는, 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력을 변환하여 배터리(200)로 출력하기 위해 서로 다른 상을 갖는 복수의 컨버터 회로를 포함하는 인터리브드 구조로 구현될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 2상 인터리브드 구조로 구현되는 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
즉, 인터리브드 컨버터부(300)는 2개의 단상 컨버터 회로가 포함되며, 상기 인터리브드 컨버터부(300)의 각 단상 컨버터 회로는, 제1, 2입력 커패시터(310, 311), 제1, 2스위칭소자(320, 321), 제1, 2다이오드(330, 331) 및 제1, 2인덕터(340, 341)를 각각 포함하며, 인터리브드 컨버터부(300)의 출력단에는 출력 커패시터(350)가 구비된다. 따라서, 인터리브드 컨버터부(300)는 제어부(500)에서 생성되는 180도의 위상차를 갖는 PWM 신호에 따라 각 단상 컨버터 회로의 제1, 2스위칭소자(320, 321)를 작동시켜 반복적으로 스위칭하여 상기 제1, 2입력 커패시터(310, 311), 제1, 2스위칭소자(320, 321), 제1, 2다이오드(330, 331) 및 제1, 2인덕터(340, 341)와, 출력 커패시터(350)를 통해 충전과 방전이 이루어지도록 함으로써 태양전지모듈(100)에서 생성된 출력전압을 배터리(200)의 충전전압으로 변환하여 출력할 수 있다.
인터리브드 컨버터부(300)에서 각 단상 컨버터 회로의 제1, 2입력 커패시터(310, 311)는 태양전지모듈(100)과 병렬로 연결되고, 제1, 2다이오드(330, 331)는 상기 제1, 2입력 커패시터(310, 311)와 병렬로 연결되고 접지라인의 반대 방향으로 형성되며, 제1, 2인덕터(340, 341)는 상기 제1, 2다이오드(330, 331)와 상기 각 단상 컨버터 회로의 출력단 사이의 상기 접지라인에 구비된다. 또한, 제1, 2스위칭소자(320, 321)는 상기 접지라인에 구비되며, 드레인(D)단이 상기 제1, 2입력 커패시터(310, 311)와 연결되고 소스(S)단이 상기 제1, 2인덕터(340, 341)와 연결되어 상기 각 단상 컨버터 회로를 활성화시킬 수 있다. 그리고 인터리브드 컨버터부(300)에서 출력 커패시터(350)는 배터리(200)와 병렬로 연결되어 출력 전압이 일정하게 유지되도록 할 수 있다.
이때, 2상 인터리브드 구조의 인터리브드 컨버터부(300)에서 각각의 제1, 2인덕터(340, 341)는 서로 커플링되며, 본 실시예에서 인터리브드 컨버터부(300)는 접지라인(회로 하단부)에 상기 제1, 2인덕터(340, 341)와 제1, 2스위칭소자(320, 321)가 구비되는 벅(Buck) 컨버터일 수 있다. 또한, 본 실시예에서 제1, 2스위칭소자(320, 321)는 MOSFET을 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바를 참조하여 상기와 같은 태양 에너지 충전장치의 구성에서, 스위칭 온오프에 따른 에너지 흐름을 설명하도록 한다.
먼저, 제어부(500)는 전력측정부(400)에서 측정된 측정전력에 기초하여 PWM 듀티 값을 생성하고, 상기 PWM 듀티 값에 따라 인터리브드 컨버터부(300)가 스위칭 동작하도록 하여 상기 인터리브드 컨버터부(300)에서 출력되는 전력으로 배터리(200)가 충전되도록 한다.
이때, 전력측정부(400)는 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력을 측정하는 것으로, 입력전압측정부(410), 출력전압측정부(420) 및 각 단상 컨버터 회로에 구비된 제1, 2전류측정부(430, 431)를 포함할 수 있다. 즉, 전력측정부(400)는 태양전지모듈(100)에서 생성된 전원의 전압과 전류를 통해 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력을 측정하여 제어부(500)에 제공한다.
이때, 입력전압측정부(410)는 인터리브드 컨버터(300)의 입력단에 구비되어 태양전지모듈(100)의 입력 전압을 측정할 수 있으며, 각각의 제1, 2입력커패시터(310, 311)의 양단에 걸리는 전압을 각각 측정할 수도 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
또한, 출력전압측정부(420)는 인터리브드 컨버터(300)의 출력단에 구비되어 배터리(200)로 출력되는 전압을 측정할 수 있다. 즉, 출력전압측정부(420)는 출력커패시터(350) 양단에 걸리는 전압을 측정할 수도 있다.
그리고 제1, 2전류측정부(430, 431)는 각 단상 컨버터 회로에 구비된 제1, 2인덕터(340, 341)의 전류를 측정하는 것으로, 제1전류측정부(430)는 제1인덕터(340)의 전류를 측정하고, 제2전류측정부(431)는 제2인덕터(341)의 전류를 측정하여 제어부(500)에 제공한다.
한편, 제어부(500)는 설정된 목표전압과 상기 전력측정부(400)에서 센싱된 측정전압을 비교하여 전압 에러값을 산출하고, 상기 산출한 전압 에러값에 기초하여 목표전류를 연산하며, 상기 연산한 목표전류와 상기 전력측정부에서 센싱된 측정전류를 비교하여 PWM 듀티 값을 생성하는 정전압-정전류 제어를 수행한다. 즉, 제어부(500)는 상기 생성된 PWM 듀티 값를 통해 제1, 2스위칭소자(320, 321)를 온오프하여 목표로 설정한 전압값에 안정적으로 도달하도록 제어할 수 있다.
이때, 본 실시예에서는, 태양광 컨버터를 효율적으로 구동하기 위해 필요한 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘을 구동하기 위해서는 목표전압과 상기 전력측정부(400)의 입력전압측정부(410)에서 측정된 측정전압을 비교하여 전압 에러값을 산출하고, 단순히 태양광 컨버터를 구동할 때에는 목표전압과 상기 전력측정부(400)의 출력전압측정부(420)에서 측정된 측정전압을 비교하여 전압 에러값을 산출하게 된다.
한편, 제어부(500)는 180도의 위상차를 갖는 PWM 신호를 이용하여 상기 2상 인터리브드 구조의 인터리브드 컨버터부의 각각의 스위칭소자를 온오프 제어하기 때문에, 먼저 단상 컨버터 회로를 기준으로 스위칭 온오프에 따른 에너지 흐름을 설명하도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(500)가 제1스위칭소자(320)를 턴 온 되도록 한 경우, 태양전지모듈(100)의 (+)에서 에너지가 생성되어, 상기 에너지에 의해 제1입력커패시터(310)가 충전되고, 출력커패시터(350)가 충전되며, 상기 에너지가 배터리(200)를 통한 후, 제1인덕터(340), 제1전류측정부(430) 및 제1스위칭소자(320)를 통해 태양전지모듈(100)의 (-)에 도달하여 폐루프를 이루게 된다. 여기서, 제1인덕터(340)는 전류가 흐르면서 에너지를 충전하게 되며, 제1스위칭소자(320)가 턴 오프되는 경우 소스(source)로 동작하게 된다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(500)가 제1스위칭소자(320)를 턴 오프 되도록 한 경우, 태양전지모듈(100)의 (+)에서 생성된 에너지는 제1스위칭소자(320)의 턴 오프로 인해 제1입력커패시터(310)로 루프 형성이 된다. 그리고, 상술한 바와 같이, 제1인덕터(340)는 소스로 동작하여 제1스위칭소자(320) 턴 온 시, 저장된 에너지는 제1다이오드(330)를 통해 출력커패시터(350)와 배터리(200)를 충전하게 된다. 이때, 태양전지모듈(100)은 전류원으로 항상 전류가 폐루프 형성되어야 하므로, 제1스위칭소자(320)의 스위칭 동작과 관계없이 제1입력커패시터(310)가 구비되어야 한다. 여기서, 제1다이오드(330)는 프리휠링 다이오드로, 제1스위칭소자(320) 턴 오프 시 발생하는 제1인덕터(340)의 역기전력에 의한 제1스위칭소자(320)를 보호하는 역할을 하거나, 전류를 회생시켜 효율을 높이는 역할을 할 수 있다.
상기와 같은 스위칭 온오프에 따른 에너지 흐름을 2상 인터리브드 컨버터부(300)를 기준으로 다시 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(500)가 전력측정부(400)에서 측정된 측정전력에 기초하여 제1스위칭소자(320)를 턴 온 되도록 하고, 제2스위칭소자(321)를 턴 오프 되도록 한 경우, 태양전지모듈(100)의 (+)에서 생성된 에너지에 의해 제1입력커패시터(310)가 충전되고, 출력커패시터(350)가 충전되며, 상기 에너지가 배터리(200)를 통한 후, 제1인덕터(340), 제1전류측정부(430) 및 제1스위칭소자(320)를 통해 태양전지모듈(100)의 (-)에 도달하여 폐루프를 이루게 되고, 제2스위칭소자(321)의 턴 오프로 인해 제2입력커패시터(311)로 루프 형성이 된다. 그리고 제2스위칭소자(321)의 턴 온 시 제2인덕터(341)에 충전된 에너지에 의해 제2인덕터(341)가 소스로 동작하여 상기 에너지가 제2다이오드(331)를 통해 출력커패시터(350)와 배터리(200)를 충전하게 된다.
반대의 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(500)가 전력측정부(400)에서 측정된 측정전력에 기초하여 제1스위칭소자(320)를 턴 오프 되도록 하고, 제2스위칭소자(321)를 턴 온 되도록 한 경우, 태양전지모듈(100)의 (+)에서 생성된 에너지는 제1스위칭소자(320)의 턴 오프로 인해 제1입력커패시터(310)로 루프 형성이 되고, 제2입력커패시터(311), 출력커패시터(350) 및 배터리(200)를 충전하게 되고, 제2인덕터(341), 제2전류측정부(431) 및 제2스위칭소자(321)를 통해 태양전지모듈(100)의 (-)에 도달하여 폐루프를 이루게 된다. 이때, 제1스위칭소자(320)의 턴 온 시 제1인덕터(340)에 충전된 에너지에 의해 제1인덕터(340)가 소스로 동작하여 상기 에너지가 제1다이오드(330)를 통해 출력커패시터(350)와 배터리(200)를 충전하게 된다. 또한, 제2다이오드(331)도 프리휠링 다이오드로, 제2스위칭소자(321) 턴 오프 시 발생하는 제2인덕터(341)의 역기전력에 의한 제2스위칭소자(321)를 보호하는 역할을 하거나, 전류를 회생시켜 효율을 높이는 역할을 할 수 있다.
따라서, 2상 인터리브드 컨버터부(300)의 제1, 2입력커패시터(310, 311)에 의해 전류가 분배되어 손실 감소로 고효율화 및 소형화가 가능하며, 제1, 2스위칭소자(320, 321)를 180도 위상차로 PWM 제어함으로써, 최종 출력 리플이 스위칭 주파수 2배가 되는 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법은, 인터리브드 구조의 고용량 태양광 컨버터를 구현하여 배터리를 충전함으로써, 고효율화 및 소형화가 가능하도록 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법은, 로우 사이드용 게이트 드라이버 사용으로 가격 경쟁력을 확보할 수 있으며, 인터리브드 구조를 통해 전류가 분배되고, 커플 인덕터를 적용하여 손실을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 태양전지모듈 200 : 배터리
300 : 인터리브드 컨버터부 310, 311 : 제1, 2입력커패시터
320, 321 : 제1, 2스위칭소자 330, 331 : 제1, 2다이오드
340, 341 : 제1, 2인덕터 350 : 출력커패시터
400 : 전력측정부 410 : 입력전압측정부
420 : 출력전압측정부 430, 431 : 제1, 2전류측정부
500 : 제어부

Claims (1)

  1. 태양전지모듈에서 생성된 전력을 변환하여 배터리로 출력하기 위해 서로 다른 상을 갖는 복수의 컨버터 회로를 포함하는 인터리브드 컨버터부;
    상기 태양전지모듈에서 생성된 전력을 측정하는 전력측정부; 및
    상기 전력측정부에서 측정된 측정전력에 기초하여 PWM 듀티 값을 생성하고, 상기 PWM 듀티 값에 따라 상기 인터리브드 컨버터부가 스위칭 동작하도록 하여 상기 인터리브드 컨버터부에서 출력되는 전력으로 상기 배터리가 충전되도록 하는 제어부;를 포함하되,
    상기 인터리브드 컨버터부의 각 단상 컨버터 회로는,
    상기 태양전지모듈과 병렬로 연결된 입력 커패시터와, 상기 입력커패시터와 병렬로 연결되고 접지라인의 반대 방향으로 형성되는 다이오드와, 상기 다이오드와 상기 각 단상 컨버터 회로의 출력단 사이의 상기 접지라인에 구비되는 인덕터와, 상기 접지라인에 구비되며, 드레인(D)단이 상기 입력 커패시터와 연결되고 소스(S)단이 상기 인덕터와 연결되어 상기 각 단상 컨버터 회로를 활성화시키기 위한 스위칭소자를 포함하고,
    상기 전력측정부는,
    상기 인터리브드 컨버터부의 입력단 전압을 측정하는 입력전압측정부와, 상기 인터리브드 컨버터부의 출력단 전압을 측정하는 출력전압측정부와, 상기 인터리브드 컨버터부의 각 단상 컨버터 회로의 전류를 측정하는 전류측정부를 포함하고,
    상기 인터리브드 컨버터부는,
    상기 배터리와 병렬로 연결되어 출력 전압을 일정하게 유지하는 출력 커패시터를 포함하고,
    상기 인터리브드 컨버터부는,
    2상 인터리브드 구조로 구현되며, 상기 2상 인터리브드 구조의 인터리브드 컨버터부의 각각의 인덕터는 서로 커플링되는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 충전장치.
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