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KR102102750B1 - 최대 전력 추종 장치 및 방법 - Google Patents

최대 전력 추종 장치 및 방법 Download PDF

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KR102102750B1
KR102102750B1 KR1020130145346A KR20130145346A KR102102750B1 KR 102102750 B1 KR102102750 B1 KR 102102750B1 KR 1020130145346 A KR1020130145346 A KR 1020130145346A KR 20130145346 A KR20130145346 A KR 20130145346A KR 102102750 B1 KR102102750 B1 KR 102102750B1
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power
control signal
frequency
switching control
maximum power
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KR1020130145346A
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허세완
양일석
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명에 따른 최대 전력 추종 장치는 제1 전력을 출력하는 전지, 스위칭 제어 신호에 응답하여 상기 제 1 전력을 제 2 전력으로 변환하는 스위칭부, 상기 제 1 전력에 기반하여 상기 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 조절하고, 상기 제 1 전력 및 상기 제 2 전력에 기반하여 상기 스위칭 제어 신호의 주파수를 조절하도록 구성되는 펄스 변조 생성부를 포함한다.

Description

최대 전력 추종 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF TRACKING MAXIMUM POWER}
본 발명은 최대 전력 추종 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 DC-DC 변환기의 변환 효율을 최대화하는 최대 전력 추종 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 신재생 에너지들 중 가장 많은 전력을 생성하는 태양 전지에 관한 다양한 개발들이 이뤄지고 있다. 그중에서도, 태양 에너지를 모아 전기 에너지로 변환하는 태양 전지에 관해 다양한 개발들이 이뤄지고 있다.
태양 전지는 태양광의 세기 또는 빛의 각도 등에 따라 생성되는 에너지량이 달라지는 특성을 가진다. 특히, 외부 환경 요소인 태양광의 세기는 인위적으로 바꿀 수 없다. 또한, 태양광의 빛의 각도는 태양 전지의 방향을 변환하여 조절이 가능하지만, 방향을 변환하는 과정에서 많은 전력이 소모된다.
또한, 태양 전지로부터 출력되는 출력 전력은 출력 전압에 기반하여 쉽게 조절이 가능하다. 즉, 출력 전압의 레벨을 조절함으로써, 태양 전지로부터 최대 전력이 추출될 수 있다.
그러나, 태양 전지로부터 생성된 전기적 에너지를 전압 변환하는 과정에서 전력 손실이 발생될 수 있다. 전압 변환기에 포함된 소자들, 예를 들어, 캐패시터 또는 트랜지스터 등의 물리적 특성으로 인해 전력 손실이 발생될 수 있다.
본 발명의 목적은 DC-DC 변환기의 구동 성능을 향상시키는 최대 전력 추종 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 최대 전력 추종 장치는 제1 전력을 출력하는 전지, 스위칭 제어 신호에 응답하여 상기 제 1 전력을 제 2 전력으로 변환하는 스위칭부, 상기 제 1 전력에 기반하여 상기 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 조절하고, 상기 제 1 전력 및 상기 제 2 전력에 기반하여 상기 스위칭 제어 신호의 주파수를 조절하도록 구성되는 펄스 변조 생성부를 포함한다.
발명의 일 실시 예에 있어서, 최대 전력 추종 장치는 상기 제 1 및 제 2 전력들에 기반하여 상기 스위칭부의 변환 효율을 산출하는 변환 효율 산출부를 더 포함하고, 상기 펄스 변조 생성부는 상기 변환 효율에 기반하여 상기 스위칭 제어 신호의 주파수를 조절한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 최대 전력 추종 장치는 상기 변환 효율에 응답하여, 상기 스위칭 신호의 주파수를 조절하는 주파수 제어 신호를 생성하는 주파수 조절부를 더 포함하고, 상기 펄스 변조 생성부는 상기 주파수 제어 신호에 기반하여 상기 스위칭 제어 신호의 주파수를 조절한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 최대 전력 추종 장치는 상기 주파수 제어 신호(F)에 응답하여, 클럭 신호를 생성하는 클럭 생성부를 더 포함하고, 상기 펄스 변조 생성부는 상기 클럭 신호에 응답하여 상기 스위칭 제어 신호를 생성한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 최대 전력 추종 장치는 상기 제1 전력에 응답하여 듀티 제어 신호를 생성하는 전압 제어부를 더 포함하고, 상기 펄스 변조 생성부는 상기 듀티 제어 신호에 응답하여 상기 스위칭 제어 신호의 듀티비를 조절한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 펄스 변조 생성부는 상기 제2 전력의 값이 최대가 되도록, 상기 스위칭 제어 신호의 상기 펄스 폭 및 상기 주파수를 조절한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 전지는 태양 에너지를 수신하여 전기 에너지로 변환한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 스위칭부는 DC-DC 변환을 통해 상기 제 2 전력을 출력한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 전압 제어부는 MPPT 방식으로 구현된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 최대 전력 추종 방법은 전지로부터 제1 전력을 출력하는 단계, 스위칭 제어 신호에 응답하여 상기 제 1 전력을 제 2 전력으로 변환하는 단계, 상기 제 1 전력에 기반하여 상기 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 조절하는 단계, 상기 제 1 전력 및 상기 제 2 전력에 기반하여 상기 스위칭 제어 신호의 주파수를 조절하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 최대 전력 추종 방법은 상기 제 1 및 제 2 전력들 간의 변환 효율을 산출하는 단계를 더 포함하고, 상기 스위칭 제어 신호의 주파수는 상기 변환 효율에 기반하여 조절된다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 최대 전력 추종 방법은 상기 조절된 주파수에 따라 상기 클럭 신호를 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 스위칭 제어 신호는 상기 클럭 신호에 기반하여 생성된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 최대 전력 추종 장치의 구동 성능이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 최대 전력 추종 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 출력 전압 변화에 따라 달라지는 전류-전압의 그래프를 보여준다.
도 3은 도 1에 도시된 스위칭부의 일 예를 보여주는 회로도이다.
도 4는 도 1에 도시된 최대 전력 추종 장치의 주파수 특성에 따른 스위칭부의 변환 효율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 최대 전력 추종 장치의 주파수 특성에 따른 PWM 신호들을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 최대 전력 추종 장치의 동작을 보여주는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 최대 전력 추종 장치를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 최대 전력 추종 장치(100)는 태양전지(110), 전압 제어부(120), 펄스 변조 생성부(130), 스위칭부(140), 변환 효율 산출부(150), 주파수 조절부(160), 클럭 생성부(170), 및 부하(180)를 포함한다.
태양전지(110)는 태양으로부터 태양 에너지를 수신하여, 전기 에너지의 형태로 변환한다. 즉, 태양전지(110)는 수신된 태양 에너지를 전기 에너지 형태인 전력으로써 변환한다. 태양 전지(110)는 변환된 전력을 전압 제어부(120), 스위칭부(140), 및 변환 효율 산출부(150)로 각각 전달한다.
일반적으로, 태양 에너지의 크기는 인위적으로 바꿀 수 없는 요소이다. 단, 빛의 각도를 조절하여 태양 에너지의 크기가 조절될 수 있지만, 이는 많은 전력이 소모된다. 따라서, 태양 전지(110)의 출력 전력 레벨을 조절하는 방식으로, 태양 전지(110)의 출력 전압에 기반하여 출력 전력의 레벨을 조절하는 방식이 주로 사용된다.
전압 제어부(120)는 태양전지(110)로부터 출력되는 출력 전압을 수신한다. 전압 제어부(120)는 수신된 출력 전압의 레벨에 응답하여, 스위칭부(130)에 인가되는 전력 레벨이 최대가 되도록 출력 전류의 레벨을 조절한다. 이를 위해, 전압 제어부(120)는 출력 전류의 레벨을 조절하는 듀티 제어 신호(D)를 생성하여, 펄스 변조 생성부(130)로 전달한다.
여기서, 출력 전압이란 태양전지(110)로부터 출력되는 출력 전압을 의미한다. 즉, 전압 제어부(120)는 최대 전력점을 추종하기 위한 MPPT(Maximum power pont tracking) 방식으로 구현될 수 있다.
또한, 도면에 도시되진 않았지만, 전압 제어부(120)는 태양전지(110)로부터 최대 전력을 추종하기 위해, P&O(Perturb and observe) 알고리즘을 사용할 수 있다. P&O 알고리즘은 태양전지(110)로부터 최대 전력을 얻을 때까지, 출력 전압을 계속하여 조절하는 방식이다.
예를 들어, 출력 전압의 증가로 인해 태양전지(110)로부터 출력되는 전력 레벨이 증가되면, 전압 제어부(120)는 출력 전압의 레벨이 계속하여 증가되도록 제어한다. 이 후, 태양전지(110)로부터 출력되는 전력 레벨이 감소되는 시점에서, 전압 제어부(120)는 출력 전압의 레벨이 감소되도록 제어한다. P&O 알고리즘은 상기 상술된 과정을 반복함으로써, 태양전지(110)로부터 최대 전력이 출력되게 하는 방식이다.
펄스 변조 생성부(130)는 스위칭부(140)의 동작을 제어하는 제 1 및 제 2 스위칭 제어 신호(S1, S2)들을 생성한다. 즉, 펄스 변조 생성부(130)는 스위칭부(140)의 DC-DC 변환에 따른 제 1 및 제 2 트랜지스터들(도 3참조)의 동작을 제어하는 제 1 및 제2 스위칭 제어 신호들(S1, S2)을 생성한다. 예를 들어, 펄스 변조 생성부(130)는 PWM(Pulse width modulation) 방식으로 구현될 수 있다.
자세하게, 펄스 변조 생성부(130)는 전압 제어부(120)로부터 출력 전압에 기반하여 출력 전류의 레벨을 조절하는 듀티 제어 신호(D)를 수신한다. 또한, 펄스 변조 생성부(130)는 클럭 생성부(170)로부터 클럭 신호(CK)를 수신한다. 펄스 변조 생성부(130)는 수신된 듀티 제어 신호(D) 및 클럭 신호(CK)에 응답하여, 제 1 및 제 2 스위칭 신호들을 생성할 수 있다.
스위칭부(140)는 태양전지(110)로부터 출력된 전력, 즉 제 1 전력(P1)을 수신하여, 부하(180)의 구동에 대응하는 제 2 전력(P2)으로 변환한다. 예를 들어, 스위칭부(140)는 DC-DC 변환을 통해 전력을 변환할 수 있다.
자세하게, 스위칭부(140)는 펄스 변조 생성부(130)로부터 제 1 전력(P1)의 레벨 조절에 필요한 제 1 및 제 2 스위칭 제어 신호들(S1, S2)을 수신한다. 스위칭부(140)는 수신된 제 1 및 제 2 스위칭 제어 신호들(S1, S2)에 응답하여, 제 1 전력(P1)의 레벨을 제 2 전력(P2)의 레벨로 변환할 수 있다.
상술된 바와 같이, 스위칭부(140)는 출력 전압의 레벨을 조절하는 제 1 및 제 2 스위칭 제어 신호들(S1, S2)을 통해 최대 전력을 출력할 수 있다. 그러나, 제 1 전력(P1)을 제 2 전력(P2)으로 변환하는 과정에서 손실이 발생할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 최대 전력 추종 장치(100)는 주파수 조절(Frequency control)을 통해 스위칭부(140)에서 발생되는 손실을 최소화할 수 있다.
변환 효율 산출부(150)는 스위칭부(140)로부터 제 1 전력(P1)이 제 2 전력(P2)으로 변환되는 과정에서 발생된 손실을 산출한다. 자세하게, 변환 효율 산출부(150)는 태양전지(110)로부터 출력되는 제 1 전력(P1)을 수신하고, 스위칭부(140)로부터 출력되는 제 2 전력(P2)을 수신한다.
변환 효율 산출부(150)는 수신된 제 1 전력(P1) 및 제 2 전력(P2)에 응답하여, 변환 효율(e)을 계산한다.
Figure 112013108395712-pat00001
변환 효율(e)은 상기 상술된 수학식 1을 통해 산출될 수 있다. 변환 효율 산출부(150)는 산출된 변환 효율(e)을 주파수 조절부(160)로 전달한다.
주파수 조절부(160)는 변환 효율 산출부(150)로부터 산출된 변환 효율(e)을 수신한다. 주파수 조절부(160)는 변환 효율(e)에 응답하여, 클럭 생성부(170)로부터 생성되는 클럭 신호(CK)의 주파수(Frequency)를 조절하는 주파수 제어 신호(F)를 생성한다. 클럭의 주파수 조절에 따른 변환 효율은 도 4를 통해 자세히 설명된다.
클럭 생성부(170)는 주파수 조절부(160)로부터 생성된 주파수 제어 신호(F)를 수신한다. 클럭 생성부(170)는 수신된 주파수 제어 신호(F)에 응답하여 클럭 신호(CK)(Clock signal)를 생성한다. 클럭 생성부(170)는 생성된 클럭 신호(CK)를 펄스 변조 생성부(130)로 전달한다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 최대 전력 추종 장치(100)는 출력 전압의 레벨을 조절함으로써, 최대 전력을 생성할 수 있다. 또한, 최대 전력 추종 장치(100)는 클럭 신호(CK)의 주파수 조절을 통해, 젼력 변환 과정에서 발생되는 손실을 최소화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 출력 전압 변화에 따라 달라지는 전류-전압의 그래프를 보여준다. 도 2를 참조하면, 출력 전압의 레벨에 따라, 태양전지로부터 출력되는 전력의 레벨이 변화되는 것을 볼 수 있다. 여기서, 제 2 전력(P2)일 때, 태양전지(110)로부터 출력되는 전력 레벨이 최대일 수 있다.
또한, 태양 전지(110)로부터 출력되는 전력 레벨은 출력 전압 및 출력 전류의 레벨에 응답하여 변화할 수 있다. 즉, 출력 전류의 레벨이 작아지도록 제어됨에 따라, 출력 전압의 레벨이 커질 수 있다. 이와 반대로, 출력 전류의 레벨이 커지도록 제어됨에 따라, 출력 전압의 레벨을 작아질 수 있다.
일 예로, 태양전지(110)로부터 제 3 전력(P3)이 추종되었을 경우, 전압 제어부(120)는 제 3 출력 전압(V3)에 기반하여 제 3 출력 전류(I3)의 레벨이 줄어들도록 제어한다.
일 예로, 태앙전지(110)로부터 제 1 전력(P1)이 추종되었을 경우, 전압 제어부(120)는 제 1 출력 전압(V1)에 기반하여 제 1 출력 전류(I1)의 레벨이 증가되도록 제어한다.
상술된 바와 같이, 전압 제어부(120)는 최대 전력인 제 2 전력(P2)이 추종될 때까지, 상기 예들의 과정을 반복한다. 즉, 전압 제어부(120)는 태양전지(110)로부터 출력되는 출력 전압의 레벨에 응답하여, 출력 전류(In)의 레벨을 조절하는 듀티 제어 신호(D)를 생성한다.
도 3은 도 1에 도시된 스위칭부의 일 예를 보여주는 회로도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 스위칭부(140)는 태양 전지(110)로부터 출력된 제 1 전력(P1)을 수신한다. 스위칭부(140)는 수신된 제 1 전력(P1)을 부하(180)의 구동에 대응하는 제 2 전력(P2)으로 DC-DC 변환한다. 자세하게, 스위칭부(140)는 NMOS 트랜지스터(M1), PMOS 트랜지스터(M2), 및 인덕터(L)를 포함한다.
NMOS 및 PMOS 트랜지스터들(M1, M2)은 펄스 변조 생성부(130)로부터 출력된 제 1 및 제 2 스위칭 제어 신호들(S1, S2)에 의해 제어될 수 있다. 자세하게, NMOS 트랜지스터(M1)가 제 1 스위칭 제어 신호(S1)에 응답하여 턴-온(ON)이 될 때, PMOS 트랜지스터(M2)는 제 2 스위칭 제어 신호(S2)에 의해 턴-오프(OFF)가 된다. 이때, 인덕터(L)에는 전류가 충전된다.
또한, NMOS 트랜지스터(M1)가 제 1 스위칭 제어 신호(S1)에 응답하여 턴-오프(OFF)가 될 때, PMOS 트랜지스터(M2)는 제 2 스위칭 제어 신호(S2)에 의해 턴온(ON)이 된다. 이때, 인덕터(L)에 충전되었던 전류가 부하(180)에 전달된다.
상술된 바와 같이, NMOS 및 PMOS 트랜지스터(M1, M2)는 서로 상보적으로 동작한다. 또한, 스위칭부(140)는 DC-DC 부스트의 구성으로 설명되었지만, 이는 이에 국한되지 않으며 벅 도는 벅-부스트와 같이 다양하게 구성될 수 있다.
그러나, 제 1 전력(P1)을 제 2 전력(P2)으로 DC-DC 변환하는 과정에서, 전력 손실이 발생될 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터들(M1, M2)의 드레인 단자에서 소스 단자로 전류가 인가될 때 전도성 손실(L1)이 발생될 수 있다. 이 때, 전도성 손실은 저항(Resistance)의 성분인 것으로 이해될 수 있다. 또한, 트랜지스터의 턴-온(Turn-on) 또는 턴-오프(Turn-off) 동작에서 스위칭 손실(L2)이 발생될 수 있다. 이 때, 스위칭 손실은 캐패시터(Capacitor)의 성분인 것으로 이해될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 최대 전력 추종 장치의 주파수 특성에 따른 스위칭부의 변환 효율을 나타내는 그래프이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 스위칭부(140)의 변환 효율(e)은 주파수 설정에 따라 조절될 수 있다.
예를 들어, 주파수 조절부(160, 도1 참조)를 통해 주파수가 높게 설정될 경우, 스위칭부(140)의 전도성 손실(L1)이 감소될 수 있다. 그러나, 이 경우, 스위칭 손실(L2)이 높아질 수 있다. 이와 반대로, 주파수 조절부(160)를 통해 주파수가 낮게 설정된 경우, 스위칭 손실(L2)이 감소될 수 있다. 그러나, 전도성 손실(L1)이 높아질 수 있다.
따라서, 주파수 조절부(160)는 전도성 손실(L1) 및 스위칭 손실(L2)에 따라, 스위칭부(140)의 전력 손실이 최소화되는 주파수를 설정하게 된다. 여기서, 제 1 및 제 2 스위칭 제어 신호들(S1, S2)이 제 2 주파수(f2)를 가질 때, 스위칭부(140)의 변환 효율(e)은 최대일 수 있다.
도 4에 도시된 그래프를 살펴보면, 제 1 내지 제 3 주파수들(f1, f2, f3)에 따른 변환 효율(e)을 보여준다. 제 1 주파수(f1)는 제 2 주파수(f2)보다 낮으며, 제 2 주파수(f2)는 제 3 주파수(f3)보다 낮을 수 있다.
일 예로, 주파수 조절부(160)로부터 제 1 주파수(f1)가 설정될 경우, 스위칭 손실(L2)은 감소되나 전도성 손실(L1)이 증가된다. 이 때, 주파수 조절부(160)는 변환 효율(e)의 결과에 기반하여 주파수가 높아지도록 주파수 제어 신호(F)를 생성한다.
일 예로, 주파수 조절부(160)로부터 제 3 주파수(f3)가 설정될 경우, 스위칭 손실(L2)은 증가되나 전도성 손실(L1)이 감소된다. 이 때, 주파수 조절부(160)는 변환 효율(e)의 결과에 기반하여 주파수가 낮아지도록 주파수 제어 신호(F)를 생성한다.
상술된 바와 같이, 주파수 조절부(160)는 변화 효율(e)이 최대인 제 2 주파수(f2) 지점이 추종될 때까지, 상기 예들의 과정을 반복한다. 즉, 주파수 조절부(160)는 변환 효율(e)에 응답하여, 스위칭부(140)의 전력 손실을 줄이는 주파수 제어 신호(F)를 생성한다.
도 5는 도 1에 도시된 최대 전력 추종 장치의 주파수 특성에 따른 PWM 신호들을 나타낸다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제 1 내지 제 3 펄스 변조 신호들(PWM_A, PWM_B, PWM_C)은 동일한 듀티 값을 갖는다. 즉, 전압 제어부(120)로부터 발생된 듀티 제어 신호(D)는 최대 전력을 생성하는 듀티 신호일 수 있다.
또한, 제 1 주파수(f1)가 제 2 주파수(f2)보다 낮음에 따라, 제 1 펄스 변조 신호(PWM_A)는 제 2 펄스 변조 신호(PWM_B)보다 주기가 긴 펄스 신호일 수 있다. 제 2 주파수(f2)는 제 3 주파수(f2)보다 낮음에 따라, 제 2 펄스 변조 신호(PWM_B)는 제 3 펄스 변조 신호(PWM_C)보다 주기가 긴 펄스 신호일 수 있다.
도 5에 도시된 그래프를 살펴보면, 일 예로, 펄스 변조 생성부(130)는 전압 제어부(120)로부터 최대 전력을 추종하는 듀티 제어 신호(D) 및 제 1 주파수(f1)를 갖도록 설정된 주파수 제어 신호(F)를 수신한다. 펄스 변조 생성부(130)는 듀티 제어 신호(D) 및 주파수 제어 신호(F)에 응답하여, 제 1 시간(T1)의 주기를 갖는 제 1 펄스 변조 신호(PWM_A)를 생성할 수 있다.
일 예로, 펄스 변조 생성부(130)는 전압 제어부(120)로부터 최대 전력을 추종하는 듀티 제어 신호(D) 및 제 2 주파수(f2)를 갖도록 설정된 주파수 제어 신호(F)를 수신한다. 펄스 변조 생성부(130)는 듀티 제어 신호(D) 및 주파수 제어 신호(F)에 응답하여, 제 2 시간(T2)의 주기를 갖는 제 2 펄스 변조 신호(PWM_B)를 생성할 수 있다.
일 예로, 펄스 변조 생성부(130)는 전압 제어부(120)로부터 최대 전력을 추종하는 듀티 제어 신호(D) 및 제 3 주파수(f3)를 갖도록 설정된 주파수 제어 신호(F)를 수신한다. 펄스 변조 생성부(130)는 듀티 제어 신호(D) 및 주파수 제어 신호(F)에 응답하여, 제 3 시간(T3)의 주기를 갖는 제 3 펄스 변조 신호(PWM_C)를 생성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 최대 전력 추종 장치의 동작을 보여주는 순서도이다.
도 1 및 도 6을 참조하면, S110 단계에서, 변환 효율 산출부(150)는 태양전지(110)로부터 제 1 전력값 및 스위칭부(140)로부터 제 2 전력값을 수신한다. 변환 효율 산출부(150)는 수신된 제 1 및 제 2 전력값들에 응답하여, 변환 효율(e)을 산출한다.
S120 단계에서, 주파수 조절부(160)는 변환 효율(e)에 응답하여 스위칭부(140)의 전력 손실을 최소화하는 최적 주파수를 생성한다.
S130 단계에서, 클럭 생성부(170)는 최적 주파수를 기반으로 하는 클럭 신호(CK)(CK)를 생성한다.
S140 단계에서, 펄스 변조 생성부(130)는 최적 주파수를 기반으로 하는 클럭 시 신호(CK) 및 전압 제어부(120)로부터 생성된 듀티 제어 신호(D)에 응답하여, 제 1 및 제 2 스위칭 제어 신호들을 생성한다.
S150 단계에서, 스위칭부(140)는 제 1 및 제 2 스위칭 제어 신호들에 응답하여, 태양전지(110)로부터 출력된 제 1 전력값을 부하(180)에 대응하는 제 2 전력값으로 변환한다.
상술된 바와 같이, 최대 전력 추종 장치(100)는 주파수 조절을 통해 DC-DC 변환과정에서 발생되는 전력 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 최대 전력 추종 장치(100)는 상기 최적 주파수를 찾는 방식을 반복함으로써, 스위칭부(140)의 변환 효율이 지속적으로 최대가 되도록 할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
110: 태양전지
120: 전압 제어부
130: 펄스 변조 생성부
140: 스위칭부
150: 변환 효율 산출부
160: 주파수 조절부
170: 클럭 생성부
180: 부하

Claims (12)

  1. 제 1 전력을 출력하는 전지;
    스위칭 제어 신호에 응답하여 상기 제 1 전력을 제 2 전력으로 변환하는 스위칭부;
    상기 제 1 전력에 기반하여 상기 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 조절하고, 상기 제 1 전력 및 상기 제 2 전력에 기반하여 상기 스위칭 제어 신호의 주파수를 조절하도록 구성되는 펄스 변조 생성부;및
    상기 제 1 및 제 2 전력들에 기반하여 상기 스위칭부의 변환 효율을 산출하는 변환 효율 산출부를 포함하고,
    상기 펄스 변조 생성부는 상기 변환 효율에 기반하여 상기 스위칭 제어 신호의 주파수를 조절하는 최대 전력 추종 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환 효율에 응답하여, 상기 스위칭 제어 신호의 주파수를 조절하는 주파수 제어 신호(F)를 생성하는 주파수 조절부를 더 포함하고,
    상기 펄스 변조 생성부는 상기 주파수 제어 신호에 기반하여 상기 스위칭 제어 신호의 주파수를 조절하는 최대 전력 추종 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주파수 제어 신호에 응답하여, 클럭 신호를 생성하는 클럭 생성부를 더 포함하고,
    상기 펄스 변조 생성부는 상기 클럭 신호에 응답하여 상기 스위칭 제어 신호를 생성하는 최대 전력 추종 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 전력에 응답하여 듀티 제어 신호를 생성하는 전압 제어부를 더 포함하고,
    상기 펄스 변조 생성부는 상기 듀티 제어 신호에 응답하여 상기 스위칭 제어 신호의 듀티비를 조절하는 최대 전력 추종 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 변조 생성부는 상기 제2 전력의 값이 최대가 되도록, 상기 스위칭 제어 신호의 상기 펄스 폭 및 상기 주파수를 조절하는 최대 전력 추종 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지는 태양 에너지를 수신하여 전기 에너지로 변환하는 최대 전력 추종 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭부는 DC-DC 변환을 통해 상기 제 2 전력을 출력하는 최대 전력 추종 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 전압 제어부는 MPPT 방식으로 구현되는 최대 전력 추종 장치.
  10. 최대 전력 추종 장치의 최대 전력 추출 방법에 있어서,
    전지로부터 제1 전력을 출력하는 단계;
    스위칭 제어 신호에 응답하여 상기 제 1 전력을 제 2 전력으로 변환하는 단계;
    상기 제 1 전력에 기반하여 상기 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 조절하는 단계;
    상기 제 1 전력 및 상기 제 2 전력에 기반하여 상기 스위칭 제어 신호의 주파수를 조절하는 단계;및
    상기 제 1 전력 및 상기 제 2 전력들 간의 변환 효율을 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 스위칭 제어 신호의 주파수는 상기 변환 효율에 기반하여 조절되는 최대 전력 추종 방법.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 조절된 주파수에 따라 클럭 신호를 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 스위칭 제어 신호는 상기 클럭 신호에 기반하여 생성되는 최대 전력 추종 방법.
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