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KR102136564B1 - 전원 공급 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

전원 공급 장치 및 그 구동 방법 Download PDF

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KR102136564B1
KR102136564B1 KR1020130126171A KR20130126171A KR102136564B1 KR 102136564 B1 KR102136564 B1 KR 102136564B1 KR 1020130126171 A KR1020130126171 A KR 1020130126171A KR 20130126171 A KR20130126171 A KR 20130126171A KR 102136564 B1 KR102136564 B1 KR 102136564B1
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Abstract

전원 공급 장치 및 그 구동 방법이 개시된다. 전원 공급 장치는 제1 컨버터 및 제2 컨버터를 포함한다. 제1 컨버터는, 입력 전압이 제1 범위인 경우 또는 제1 범위보다 낮은 제2 범위인 경우 제1 이득을 가지도록 동작하며, 입력 전압을 변환하여 제1 출력 전압과 제2 출력 전압을 출력한다. 그리고 제2 컨버터는 입력 전압이 제2 범위인 경우 동작하며, 상기 제2 출력 전압을 변환하여 제3 출력 전압을 출력한다.

Description

전원 공급 장치 및 그 구동 방법{POWER SUPPLY APPARATUS AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 전원 공급 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
최근에 환경 파괴, 자원 고갈 등의 문제로 인해 신재생 에너지가 각광을 받고 있다. 신재생 에너지는 태양광, 풍력, 파력, 조력, 지열 등 다양하나, 특히 태양광 시스템은 태양으로부터 방사되는 빛을 전기 에너지로 변환하는 장치로서 널리 사용되고 있다.
이러한 태양광 시스템은 빛을 전기 에너지로 변환하는 태양 전지(solar cell)와 태양 전지에서 출력되는 전압을 원하는 출력 전압으로 변환하는 전원 공급 장치를 포함하고 있다. 태양광 시스템이 계통(Grid)에 연결되는 경우, 전원 공급 장치는 직류 전압을 직류 전압으로 승압하는 DC-DC 컨버터, 그리고 DC-DC 컨버터의 출력을 교류로 변환하는 인버터를 포함한다.
일반적으로 태양 전지에서 출력되는 전압의 범위는 약 25V ~ 60V로서 그 범위가 넓으며, 이러한 넓은 범위의 전압을 높은 출력 전압(예를 들면, 400V)으로 변환하는 DC-DC 컨버터의 설계가 필요하다.
그러나, 넓은 범위의 입력 전압을 처리하기 위해 DC-DC 컨버터를 설계하는 경우 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 특히, DC-DC 컨버터로서 LLC 컨버터를 사용하는 경우 효율이 좋은 장점이 있으나, LCC 컨버터는 넓은 입력 전압을 사용하는 경우 도통 손실(Conduction)이 증가하여 효율이 오히려 저하된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 넓은 범위의 입력 전압을 처리할 수 있으며 효율이 높은 전원 공급 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전원 공급 장치가 제공된다. 상기 전원 공급 장치는, 입력 전압이 제1 범위인 경우 제1 이득을 가지도록 동작하며, 상기 입력 전압을 변환하여 제1 출력 전압과 제2 출력 전압을 출력하는 제1 컨버터, 그리고 상기 입력 전압이 상기 제1 범위인 경우 동작하며, 상기 제2 출력 전압을 변환하여 제3 출력 전압을 출력하는 제2 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 입력 전압이 상기 제1 범위보다 높은 제2 범위인 경우, 상기 제1 컨버터는 상기 제1 이득을 가지도록 동작할 수 있으며, 상기 입력 전압을 변환하여 상기 제1 출력 전압과 상기 제2 출력 전압을 출력할 수 있다.
상기 입력 전압이 상기 제2 범위보다 높은 제3 범위인 경우, 상기 제1 컨버터는 상기 제1 이득보다 낮은 제2 이득을 가지도록 동작할 수 있다.
상기 제2 컨버터는 상기 입력 전압이 상기 제2 범위인 경우에는 동작하지 않으며 상기 제3 출력 전압을 출력하지 않을 수 있다.
상기 제2 컨버터는 상기 입력 전압이 상기 제3 범위인 경우에는 동작하지 않으며 상기 제3 출력 전압을 출력하지 않을 수 있다.
상기 제1 이득은 고정된 이득일 수 있다.
상기 제1 컨버터는 LLC 공진형 컨버터일 수 있으며,
상기 LLC 공진형 컨버터의 스위칭 주파수는 고정되어 있을 수 있다.
상기 제1 컨버터는 상기 입력 전압이 상기 제3 범위인 경우 버스트 모드로 동작할 수 있다.
상기 제1 컨버터는 상기 입력 전압이 상기 제3 범위인 경우 스위칭 튜티를 감소시킬 수 있다.
상기 입력 전압은 태양전지에서 출력되는 전압일 수 있다.
상기 제2 범위는 상기 태양전지가 최대 전력점 추종 제어기의 제어에 의해 출력되는 전압의 범위일 수 있다.
상기 LLC 공진형 컨버터는, 상기 입력 전압을 스위칭하는 스위칭부, 상기 스위칭부에 일단이 연결되는 커패시터,
상기 커패시터의 타단과 일단이 연결되는 인덕터, 상기 인덕터의 타단과 접지 사이에 연결되는 일차 권선을 포함하는 트랜스포머, 상기 트랜스포머의 이차 권선에 연결되며 상기 제1 출력 전압을 출력하는 제1 출력부, 그리고 상기 트랜스포머의 이차 권선에 연결되며 상기 제2 출력 전압을 출력하는 제2 출력부를 포함할 수 있다.
상기 스위칭부는 하프 브리지 구조를 가질 수 있으며, 상기 제1 출력부는 전압 더블러 구조를 가질 수 있다.
상기 스위칭부는 풀 브리지 구조를 가질 수 있으며, 상기 제1 출력부는 전압 더블러 구조를 가질 수 있다.
상기 전원 공급 장치는, 상기 제1 출력 전압과 상기 제3 출력 전압의 합을 입력 받아, 교류 전압으로 변환하는 인버터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전원 공급 장치의 구동 방법이 제공될 수 있다. 상기 전원 공급 장치의 구동 방법은, 입력 전압을 감지하는 단계, 상기 감지된 입력 전압의 범위가 제1 범위인, 제1 이득으로 상기 입력 전압을 제1 출력 전압 및 제2 출력 전압으로 변환하는 단계, 상기 감지된 입력 전압의 범위가 상기 제1 범위인 경우, 상기 제2 출력 전압을 제3 출력 전압으로 변환하는 단계, 그리고 상기 제1 출력 전압과 상기 제3 출력 전압을 제4 출력 전압으로 병합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전원 공급 장치의 구동 방법은, 상기 감지된 입력 전압의 범위가 상기 제1 범위보다 높은 제2 범위인 경우, 상기 제1 이득으로 상기 입력 전압을 상기 제1 출력 전압 및 상기 제2 출력 전압으로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전원 공급 장치의 구동 방법은, 상기 감지된 입력 전압의 범위가 상기 제2 범위보다 높은 제3 범위인 경우, 상기 제1 이득보다 낮은 제2 이득으로 상기 입력 전압을 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 감지된 입력 전압의 범위가 상기 제2 범위인 경우, 상기 제3 출력 전압은 생성되지 않을 수 있으며 상기 제1 출력 전압이 상기 제4 출력 전압일 수 있다.
상기 감지된 입력 전압의 범위가 상기 제3 범위인 경우, 상기 제3 출력 전압은 생성되지 않을 수 있다.
상기 제1 이득은 고정된 이득일 수 있다.
상기 입력 전압을 변환하는 단계는, LLC 공진형 컨버터를 제공하는 단계, 그리고 상기 LLC 공진형 컨버터의 스위칭 주파수를 고정하여, 상기 제1 이득으로 상기 입력 전압을 상기 제1 출력 전압 및 상기 제2 출력 전압으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 입력 전압의 범위에 대응하여 전원 공급 장치를 설계함으로써 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치(200)의 동작을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 DC-DC 컨버터(210A)를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 DC-DC 컨버터(210B)를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 DC-DC 컨버터(210C)를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 DC-DC 컨버터(210D)를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 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.
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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템은 태양전지(100) 및 전원 공급 장치(200)를 포함한다.
태양전지(100)은 태양으로부터 방사되는 빛을 전기적 에너지로 변환하며, 전원 공급 장치(200)로 전압을 출력한다. 도 1에서는 태양전지(100)에서 출력되는 전압을 Vin으로 나타내었으며, Vin은 전원 공급 장치(200)의 입력 전압이다. 태양전지(100)로부터 출력되는 전원 공급 장치(200)의 입력 전압(Vin)은 태양 전지(100)의 용량에 따라 다르지만, 25V ~ 60V로 다소 넓은 범위의 전압을 가질 수 있다.
태양전지(100)는 최대 전력을 공급하기 위해 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어기를 포함하며, 이러한 최대 전력점 추종(MPPT) 제어기로 인해 태양전지(100)는 소정의 범위에 해당하는 전압을 출력할 수 있다. 이하의 설명에서, 최대 전력점 추정(MPPT) 제어기의 제어에 의해 태양전지(100)가 출력하는 전압의 범위를 "제1 범위"라고 하며, 제1 범위보다 낮은 범위를 "제2 범위"라고 하며, 제1 범위보다 높은 범위를 "제3 범위"라고 한다. 예를 들면, 제1 범위는 44V ~ 48V일 수 있으며, 제2 범위는 44V 미만의 전압범위이며, 제3 범위는 48V 초과의 전압범위이다. 상기에서 설명한 바와 같이, 태양전지(100)가 출력하는 전압은 다소 넓은 범위인 25V ~ 60V일 수 있으나, 최대 전력 추종(MPPT) 제어기의 제어로 인해 태양전지(100)가 출력하는 전압(Vin)은 44V ~ 48V로 전압 범위가 실질적으로 넓지 않다.
본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치(200)는 태양 전지(100)에서 출력되는 전압(Vin)을 원하는 출력 전압으로 변환한다. 도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치(200)는 제1 DC-DC 컨버터(210), 제2 DC-DC 컨버터(220), 입력 전압 감지부(230) 및 인버터(240)를 포함한다.
제1 DC-DC 컨버터(210)는 태양 전지(100)에서 출력되는 직류 전압(Vin)을 변환하여 제1 출력 전압(Vo1) 및 제2 출력 전압(Vo2)을 출력한다.
태양전지(100)에서 출력되는 전압(Vin)의 범위가 제1 범위 또는 제2 범위인 경우, 본 발명의 실시예에 따른 제1 DC-DC 컨버터(210)는 고정된 제1 이득(gain, 출력전압/입력전압)을 가지도록 동작한다. 한편, 제1 DC-DC 컨버터(210)가 아래의 도 3 내지 도 6과 같이 LLC 컨버터로 구현되는 경우, 스위칭 주파수를 고정하면 고정된 이득을 얻을 수 있다. 그리고 제1 DC-DC 컨버터(200)가 부스트 컨버터로 구현되는 경우에는, 스위칭 듀티(Duty)를 고정하면 고정된 이득을 얻을 수 있다. 그리고 스위칭 주파수와 스위칭 듀티를 통해 이득이 조정되는 컨버터의 경우에는 스위칭 주파수와 스위칭 듀티를 고정하면 고정된 이득을 얻을 수 있다.
그리고 태양전지(100)에서 출력되는 전압(Vin)의 범위가 제3 범위인 경우, 제1 DC-DC 컨버터(210)는 제1 이득보다 낮은 이득을 가지도록 동작한다. 제1 DC-DC 컨버터(210)가 버스트 모드(burst mode)로 동작하거나 스위치의 턴온 타임이 감소되는 경우, 제1 이득보다 낮은 이득을 얻을 수 있다.
제2 DC-DC 컨버터(220)는 제1 DC-DC 컨버터(210)의 제2 출력 전압(Vo2)을 입력 받으며, 제2 출력 전압(Vo2)을 변환하여 제3 출력 전압(Vo3)을 출력한다. 본 발명의 실시예에 따른 제2 DC-DC 컨버터는 태양전지(100)에서 출력되는 전압(Vin)의 범위가 제2 범위인 경우에만 동작하여 제3 출력 전압(Vo3)을 출력한다.
입력 전압 감지부(230)는 태양전지(100)의 출력단 양단에 연결되며 태양전지(100)으로부터 출력되는 전압(Vin)을 감지하며, 감지된 전압(Vin)에 대한 정보를 제1 DC-DC 컨버터(210) 및 제2 DC-DC 컨버터(220)로 전송한다. 도 1에서는 입력 전압 감지부(230)가 태양전지(100)의 출력단 양단에 연결되어 태양전지(100)으로부터 출력되는 전압(Vin)을 감지하는 것으로 나타내었지만, 다른 지점에 연결되어 입력 전압(Vin)에 대응하는 전압을 감지할 수 있다. 예를 들면 제1 DC-DC 컨버터(210) 내부 회로의 소정의 지점에 연결되어 입력 전압(Vin)에 대응하는 전압을 감지할 수 있는데, 이는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 쉽게 알 수 있으므로 이하 구체적인 설명은 생략한다.
인버터(240)는 제1 DC-DC 컨버터(210)의 제1 출력 전압(Vo1)과 제2 DC-DC 컨버터(220)의 제3 출력 전압(Vo3)의 합에 해당하는 전압(Vo1+Vo3)을 입력 받으며, 입력 받은 직류 전압(Vo1+Vo3)을 교류 전압으로 변환한다. 인버터(240)에서 출력되는 교류 전압은 계통(Grid)(300)에 공급된다.
도 1에서는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템 태양전지(100)에서 출력되는 전력을 계통(300)으로 공급하는 것으로 나타내었으나, 일반 전자기기에 공급될 수 있음은 당연하다. 이런 경우 인버터(230)는 생략될 수 있다.
다음으로 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치(200)의 동작에 대해서 알아본다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치(200)의 동작을 나타내는 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치(200)는 태양전지(100)에서 출력되는 전압(Vin)의 범위에 대응하여 동작한다. 즉, 제1 DC-DC 컨버터(210) 및 제2 DC-DC 컨버터(220)는 태양전지(100)에 출력되는 전압(Vin)의 범위가 제1 범위, 제2 범위 및 제3 범위인지 여부에 따라 동작을 달리한다.
먼저, 입력 전압 감지부(230)는 태양전지(100)로부터 출력되는 전압(Vin)을 감지하며, 감지한 전압(Vin)에 대한 정보를 제1 DC-DC 컨버터(210) 및 제2 DC-DC 컨버터(220)로 전송한다(S210).
태양전지(100)로부터 출력되는 전압(Vin)의 범위가 제1 범위(예를 들면, 44V~48V)인 경우(S220), 제1 DC-DC 컨버터(210)는 고정된 제1 이득을 가지도록 동작한다(S230). 이때, 제2 DC-DC 컨버터(220)는 동작하지 않는다. 그러면, 제1 DC-DC 컨버터(210)의 출력 전압(Vo1)만이 인버터(240)에 입력된다. 제1 DC-DC 컨버터(210)의 이득이 고정되어 있으므로, DC-DC 컨버터(200)의 최종 출력 전압은 입력 전압(Vin)의 변동에 따라서 함께 변할 수 있다.
태양전지(100)로부터 출력되는 전압(Vin)의 범위가 제2 범위(예를 들면, 44V미만)인 경우(S240), 제1 DC-DC 컨버터(210)는 고정된 제1 이득을 가지도록 동작한다(S250). 이때, 제2 DC-DC 컨버터(220)도 동작한다(S250). 그러면, 제1 DC-DC 컨버터(210)의 출력 전압(Vo1)과 제2 DC-DC 컨버터(220)의 출력 전압(Vo3)의 합이 인버터(240)에 입력된다. 제1 DC-DC 컨버터(210)가 고정된 제1 이득으로 동작하고 입력되는 전압(Vin)이 제1 범위보다 낮은 제2 범위이므로, 제1 DC-DC 컨버터(210)의 출력 전압(Vo1)이 제2 범위의 입력 전압(Vin)이 인가되는 경우보다 낮다. 그러나 제2 DC-DC 컨버터(220)가 동작하여 출력 전압(Vo3)를 출력하므로, 낮은 제1 DC-DC 컨버터(210)의 출력 전압(Vo1)이 보충된다. 따라서, 입력 전압(Vin)의 범위가 제2 범위라고 하더라도 실질적으로 인버터(240)에 공급되는 전압은 제1 범위인 경우와 유사하다.
태양전지(100)으로부터 출력되는 전압(Vin)의 범위가 제3 범위(예를 들면, 48V 초과)인 경우(S260), 제1 DC-DC 컨버터(210)는 제1 이득보다 낮은 이득을 가지도록 동작한다(S270). 이때, 제2 DC-DC 컨버터(220)는 동작하지 않는다(S270). 그러면, 제1 DC-DC 컨버터(220)의 출력 전압(Vo1)만이 인버터(240)에 입력된다. 입력되는 전압(Vin)이 제1 범위보다 높은 제3 범위이고 제1 DC-DC 컨버터(210)가 낮은 이득을 가지므로, 실적으로 인버터(240)에 공급되는 전압은 제1 범위인 경우와 유사하다.
상기에서 설명한 바와 같이 최대 전력점 추종(MPPT) 제어기로 인해 태양전지(100)로부터 출력되는 전압(Vin)은 제1 범위가 대부분이다. 따라서 제1 DC-DC 컨버터(210)를 전체 범위(태양전지(100)로부터 출력되는 전압 범위)보다 적은 제1 범위에 맞게 설계할 수 있고 제1 DC-DC 컨버터(210)가 고정된 제1 이득을 가지므로, 제1 DC-DC 컨버터(210)의 효율을 높일 수 있다.
다음으로, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 제1 DC-DC 컨버터(210)의 구체적인 구성에 대하여 알아본다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 DC-DC 컨버터(210A)를 나타내는 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 제1 DC-DC 컨버터(210A)는 LLC 공진형 컨버터 구조를 가진다.
도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 제1 DC-DC 컨버터(210A)는 스위칭부(211), 커패시터(Cr), 인덕터(Lr), 트랜스포머(212), 제1 출력부(213) 및 제2 출력부(214)를 포함한다.
스위칭부(211)는 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2)를 포함하며, 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)는 직렬로 연결되며, 교대로 스위칭한다. 즉, 제1 스위치(Q1)가 턴온 시 제2 스위치(Q2)는 턴오프하며, 제2 스위치(Q2)가 턴온 시 제1 스위치(Q1)가 턴오프한다.
제1 스위치(Q1)과 제2 스위치(Q2)의 접점에 커패시터(Cr)의 일단이 연결되며, 커패시터(Cr)의 타단에 인덕터(Lr)의 일단이 연결되며, 트랜스포머(212)의 일차측(primary side)은 인덕터(Lr)의 타단과 접지 사이에 연결된다.
트랜스포머(212)는 일차 권선(primary winding)과 이차 권선(secondary winding)으로 구성되며, 일차 권선에 인가되는 에너지를 이차 권선으로 전달한다. 도 1에서는 트랜스포머가 실제 구현되는 경우 이를 모델링 한 것을 나타내었다. 트랜스포머가 실제 구현되는 경우 누설(leakage) 인덕턴스 성분과 자화(magnetizing) 인덕턴스 성분이 발생하며, 도 3에서는 자화 인덕턴스 성분을 Lm으로 나타내었다. 한편, 인덕터(Lr)은 트랜스포머(212)의 누설 인덕턴스 성분을 이용하여 구현될 수 있을 뿐만 아니라 별도의 인덕터를 통해 구현될 수 있다. 일차 권선과 이차 권선의 비는 1:n의 턴비(turn ration)를 가지는 것으로 나타내었다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 트랜스 포머(212)의 이차 권선이 3개이며, 2개의 이차 권선은 제1 출력부(213)를 위해 사용되며, 나머지 1개의 이차 권선은 제2 출력부(214)를 위해 사용된다.
제1 출력부(213)는 제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2) 및 제1 출력 커패시터(Co1)를 포함한다. 제1 스위치(Q1)가 턴온되는 경우 제1 다이오드(D1)가 도통되며, 이를 통해 제1 출력 커패시터(Co1)에 제1 출력 전압(Vo1)이 충전된다. 그리고 제2 스위치가(Q2)가 턴온되는 경우 제2 다이오드(D2)가 도통되며, 이를 통해 제1 출력 커패시터(Co1)에 제1 출력 전압(Vo1)이 충전된다.
도 3에 나타낸 바와 같이 제2 출력부(214)는 출력 커패시터 없이 바로 제2 DC-DC 컨버터에 연결할 수도 있다. 그리고 도 3에 나타내지 않았지만 제2 출력부(214)는 커패시터를 더 포함할 수 있으며, 커패시터에 제2 출력 전압(Vo2)이 충전될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제1 DC-DC 컨버터(210A)는 커패시터(Cr), 인덕터(Lr) 및 트랜스포머의(212)의 자화 인덕턴스(Lm) 간에 발생하는 공진을 이용하므로, LLC 공진형 컨버터라 한다. 그리고 그 상세한 결합 방법은 도 3에서 보여주는 방법 이외에 하프 브릿지(half-bridge), 풀 브릿지(full-bridge) 형태를 이용하는 등 여러 가지 다른 방법으로 등가적인 LLC 공진형 컨버터를 구성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2)의 스위칭 주파수는 태양전지(100)으로부터 출력되는 전압(Vin)의 범위가 제1 범위 또는 제2 범위에서는 고정되어 있다. 다만, 저주파 리플(low frequency ripple), 예를 들어 120 Hz 리플을 따라잡기 위해서 스위칭 주파수는 약간 변경될 수 있다. 이와 같이 LLC 컨버터의 구조에서 스위칭 주파수가 고정되는 경우에는 LLC 공진형 컨버터의 이득은 고정된 제1 이득이 된다. 고정된 스위칭 주파수는 LLC 공진형 컨버터의 공진 주파수로 설정될 수 있다.
최대 전력점 추종(MPPT) 제어에 의해 제1 DC-DC 컨버터(210A)에 입력 되는 전압(Vin)이 좁은 범위(즉, 제1 범위) 안에서 변동이 되는데, 이때 제1 DC-DC 컨버터(210A)가 고정된 제1 이득을 갖고 있으므로, 그 출력 전압(Vo1)도 입력 전압(Vin)에 따라서 함께 변동이 된다. 한편, 출력 전압(Vo1)의 범위는 인버터(240)가 출력 전압(Vo1)을 변환하여 출력하는 AC 전압이 계통(300)에 연결될 수 있는 범위에 해당한다. 즉, 입력 전압(Vin)이 제1 범위인 경우 제1 DC-DC 컨버터(210A)가 출력하는 출력 전압(Vo1)은 인버터(240)가 감당할 수 있는 범위에 해당한다.
그리고 제1 DC-DC 컨버터(210A)는 입력 전압(Vin)이 제2 범위인 경우에도 고정된 주파수로 동작하여 고정된 제1 이득을 가지므로, 입력 전압(Vin)이 낮아짐에 따라 낮은 출력 전압(Vo1)을 출력한다. 이 경우에는 인버터(240)가 출력하는 AC 전압이 계통이 연결될 수 있는 범위보다 낮다. 따라서 제2 DC-DC 컨버터(220)의 출력 전압(Vo3)에 의해 낮은 출력 전압(Vo1)이 보충된다. 제2 DC-DC 컨버터(220)는 제1 출력 전압(Vo1)을 모니터링하고 있다가 그 전압(Vo1)이 인버터(240)가 감당할 수 없는 수준(즉, 인버터(240)가 출력하는 AC 전압이 계통이 연결될 수 없는 범위)으로 낮아지면, 그 모자라는 부분을 채워줄 만큼의 듀티 비율로 동작을 한다. 대부분의 전력은 제1 DC-DC 컨버터(210A)에 의해서 인버터(240)단으로 전달되고, 일부만 제2 DC-DC 컨버터(220)에 의해서 전달되므로, 전체 DC-DC 컨버터 단의 효율은 제1 DC-DC 컨버터(210A)에 의해서 좌우된다. 이 경우, 본 발명의 실시예에 따른 LLC 공진형 타입인 제1 DC-DC 컨버터(210A)가 고정 주파수로 동작하면서 고정된 제1 이득을 갖고 있으므로, 효율을 최적화할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 LLC 공진형 타입인 제1 DC-DC 컨버터(210A)는 태양전지(100)으로부터 출력되는 전압(Vin)의 범위가 제3 범위인 경우 버스트모드로 동작하거나 스위치의 턴온 타임을 감소시킨다. 태양전지(100)으로부터 출력되는 전압(Vin)의 범위가 제3 범위인 경우, 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2)는 정상적으로 스위칭 하지 않고 버스트 동작으로 턴오프 동작과 턴온 동작을 반복한다. 제1 DC-DC 컨버터(210A)가 버스트 모드로 동작하는 경우 이득(Gain)이 고정된 제1 이득보다 감소한다. 버스트 동작에 대한 구체적인 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 쉽게 알 수 있으므로 구체적인 설명은 생략한다. 그리고, 태양전지(100)으로부터 출력되는 전압(Vin)의 범위가 제3 범위인 경우, 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2)는 스위칭 주파수는 고정되어 있으나 턴온 타임이 감소될 수 있다. 제1 스위치(Q1) 및 제2 스위치(Q2)의 턴온 타임이 감소되는 경우, 제1 DC-DC 컨버터(210A)의 이득도 고정된 제1 이득보다 감소한다. 이와 같이 제3 범위에서는 제1 DC-DC 컨버터(210A)의 이득을 줄임으로써, 제1 DC-DC 컨버터(210A)의 출력 전압(Vo1)은 제1 범위의 경우와 유사하게 설정될 수 있다.
LLC 공진 컨버터는 일반적으로 넓은 입력 전압을 처리하기 위해서는 낮은(low) Q-factor를 가지도록 설계되어야 한다. 그러나, 최대 전력점 추정(MPPT) 제어기의 제어에 의해 태양전지(100)가 출력하는 전압의 범위는 대부분 제1 범위이다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 제1 DC-DC 컨버터(210A)는 좁은 범위인 제1 입력 전압을 주로 처리하므로 높은(high) Q-factor를 가지도록 설계될 수 있다. 이와 같이 제1 DC-DC 컨버터(210A)가 높은(high) Q-factor를 가지는 경우에는 도통 손실(conduction loss)이 감소하여 고효율을 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 DC-DC 컨버터(210B)를 나타내는 도면이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 DC-DC 컨버터(210B)는 스위칭부(211), 커패시터(Cr), 인덕터(Lr), 트랜스포머(212'), 제1 출력부(213') 및 제2 출력부(214)를 포함한다. 도 4의 제1 DC-DC 컨버터(210B)는 제1 출력부(213')가 전압 더블러(voltage doubler) 구조를 가지는 것을 제외하고는 도 3의 제1 DC-DC 컨버터(210A)와 구조가 동일하며 동작도 동일하다. 그리고 트랜스포머(212')의 이차 권선이 두 개이며, 1개의 이차 권선은 제1 출력부(213')에 사용되며 나머지 1개의 이차 권선은 제2 출력부(214)에 사용된다.
제1 출력부(213')는 제3 다이오드(D3), 제4 다이오드(D4), 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)를 포함한다. 제1 스위치(Q1)가 턴온되는 경우 제3 다이오드(D3)가 턴온되며, 이로 인해 제1 커패시터(C1)의 양단에 전압이 충전된다. 제2 스위치(Q2)가 턴온되는 경우 제4 다이오드(D4)가 턴온되며, 이로 인해 제2 커패시터(C2)의 양단에 전압이 충전된다. 제1 커패시터(C1)에 충전되는 전압과 제2 커패시터(C2)에 충전된 전압의 합이 제1 출력 커패시터(Co1)의 양단에 충전된다.
도 4와 같은 제1 출력부(213')의 구조를 전압 더블러(voltage doubler)라고 하며, 도 3의 구조보다 2배의 제1 출력전압(Vo1)이 생성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 DC-DC 컨버터(210C)를 나타내는 도면이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 DC-DC 컨버터(210C)는 스위칭부(211'), 커패시터(Cr), 인덕터(Lr), 트랜스포머(212), 제1 출력부(213) 및 제2 출력부(214)를 포함한다. 도 5의 제1 DC-DC 컨버터(210C)는 스위칭부(211')가 풀 브리지(full bridge) 구조를 가지는 것을 제외하고는 도 3의 제1 DC-DC 컨버터(210A)와 구조가 동일하며 동작도 동일하다.
스위칭부(211')는 제1 스위치(Q1), 제2 스위치(Q2), 제3 스위치(Q3) 및 제4 스위치를 포함하며, 제1 내지 제4 스위치(Q1~Q4)는 풀 브리지(full bridge) 형태로 연결된다. 제1 스위치(Q1) 및 제4 스위치(Q4)는 동시에 스위칭 되며, 제2 스위치(Q2) 및 제3 스위치(Q3)는 동시에 스위칭 된다. 그리고 제1 및 제4 스위치(Q1, Q4)는 제2 및 제3 스위치(Q2, Q3)와 교대로 스위칭된다.
이와 같이 스위칭부(211')가 도 3과 달리 풀 브리지(full bridge) 형태로 연결되는 경우, 도 5의 제1 DC-DC 컨버터(210C)의 출력 전압(Vo1)은 도 3의 제1 DC-DC 컨버터(210A)보다 2배의 전압이 된다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 DC-DC 컨버터(210D)를 나타내는 도면이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 DC-DC 컨버터(210D)는 스위칭부(211'), 커패시터(Cr), 인덕터(Lr), 트랜스포머(212'), 제1 출력부(213') 및 제2 출력부(214)를 포함한다. 도 6의 제1 DC-DC 컨버터(210D)는 스위칭부(211')가 풀 브리지(full bridge) 구조를 가지고 제1 출력부(213')가 전압 더블러(voltage doubler) 구조를 가지는 것을 제외하고 도 3의 제1 DC-DC 컨버터(210A)와 구조가 동일하며 동작도 동일하다.
이와 같이 스위칭부(211')가 풀 브리지(full bridge) 형태로 연결되고 제1출력부(213')가 전압 더블러(voltage doulbler) 구조를 가지는 경우, 도 6의 제1 DC-DC 컨버터(210D)의 출력 전압(Vo1)은 도 3의 제1 DC-DC 컨버터(210A)보다 4배의 전압이 된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (22)

  1. 입력 전압이 제1 내지 제3 범위 중 상기 제1 범위인 경우 제1 이득을 가지도록 동작하며, 상기 입력 전압을 변환하여 제1 출력 전압과 제2 출력 전압을 출력하는 제1 컨버터, 그리고
    상기 입력 전압이 상기 제1 범위인 경우 동작하며, 상기 제2 출력 전압을 변환하여 제3 출력 전압을 출력하는 제2 컨버터를 포함하고,
    상기 입력 전압은 상기 제1 내지 제3 범위 중 하나에 속하고, 상기 입력 전압이 상기 제1 내지 제3 범위 중 가장 높은 상기 제3 범위일 때, 상기 제1 컨버터는, 상기 제1 이득과 다른 제2 이득을 획득하도록 동작하는, 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력 전압이 상기 제1 범위보다 높은 제2 범위인 경우, 상기 제1 컨버터는 상기 제1 이득을 가지도록 동작하며, 상기 입력 전압을 변환하여 상기 제1 출력 전압과 상기 제2 출력 전압을 출력하는 전원 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 이득은 상기 제1 이득보다 낮은, 전원 공급 장치.
  4. 입력 전압이 제1 범위 및 상기 제1 범위 보다 높은 제2 범위인 경우 제1 이득을 가지도록 동작하며, 상기 입력 전압을 변환하여 제1 출력 전압과 제2 출력 전압을 출력하는 제1 컨버터, 그리고
    상기 입력 전압이 상기 제1 범위인 경우 동작하며, 상기 제2 출력 전압을 변환하여 제3 출력 전압을 출력하는 제2 컨버터를 포함하고,
    상기 제2 컨버터는 상기 입력 전압이 상기 제2 범위인 경우에는 동작하지 않으며 상기 제3 출력 전압을 출력하지 않는, 전원 공급 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 컨버터는 상기 입력 전압이 상기 제3 범위인 경우에는 동작하지 않으며 상기 제3 출력 전압을 출력하지 않는 전원 공급 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이득은 고정된 이득인 전원 공급 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 컨버터는 LLC 공진형 컨버터이며,
    상기 LLC 공진형 컨버터의 스위칭 주파수는 고정되어 있는 전원 공급 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1 컨버터는 상기 입력 전압이 상기 제3 범위인 경우 버스트 모드로 동작하는 전원 공급 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제1 컨버터는 상기 입력 전압이 상기 제3 범위인 경우 스위칭 튜티를 감소시키는 전원 공급 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 입력 전압은 태양전지에서 출력되는 전압인 전원 공급 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 범위는 상기 태양전지가 최대 전력점 추종 제어기의 제어에 의해 출력되는 전압의 범위인 전원 공급 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 LLC 공진형 컨버터는,
    상기 입력 전압을 스위칭하는 스위칭부,
    상기 스위칭부에 일단이 연결되는 커패시터,
    상기 커패시터의 타단과 일단이 연결되는 인덕터,
    상기 인덕터의 타단과 접지 사이에 연결되는 일차 권선을 포함하는 트랜스포머,
    상기 트랜스포머의 이차 권선에 연결되며 상기 제1 출력 전압을 출력하는 제1 출력부, 그리고
    상기 트랜스포머의 이차 권선에 연결되며 상기 제2 출력 전압을 출력하는 제2 출력부를 포함하는 전원 공급 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 스위칭부는 하프 브리지 구조를 가지며, 상기 제1 출력부는 전압 더블러 구조를 가지는 전원 공급 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 스위칭부는 풀 브리지 구조를 가지며, 상기 제1 출력부는 전압 더블러 구조를 가지는 전원 공급 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제1 출력 전압과 상기 제3 출력 전압의 합을 입력 받아, 교류 전압으로 변환하는 인버터를 더 포함하는 전원 공급 장치.
  16. 입력 전압이 제1 내지 제3 범위 중 하나에 속하는지 감지하는 단계,
    상기 감지된 입력 전압의 범위가 상기 제1 내지 제3 범위 중 상기 제1 범위인 경우, 제1 이득으로 상기 입력 전압을 제1 출력 전압 및 제2 출력 전압으로 변환하는 단계,
    상기 감지된 입력 전압의 범위가 상기 제1 범위인 경우, 상기 제2 출력 전압을 제3 출력 전압으로 변환하는 단계,
    상기 제1 출력 전압과 상기 제3 출력 전압을 제4 출력 전압으로 병합하는 단계, 및
    상기 감지된 입력 전압이 상기 제1 내지 제3 범위 중 가장 높은 상기 제3 범위일 때, 상기 제1 이득과 다른 제2 이득으로 상기 입력 전압을 상기 제1 출력 전압 및 상기 제2 출력 전압으로 변환하는 단계를 포함하는, 전원 공급 장치의 구동 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 감지된 입력 전압의 범위가 상기 제1 범위보다 높은 제2 범위인 경우, 상기 제1 이득으로 상기 입력 전압을 상기 제1 출력 전압 및 상기 제2 출력 전압으로 변환하는 단계를 더 포함하는 전원 공급 장치의 구동 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 이득은 상기 제1 이득보다 낮은, 전원 공급 장치의 구동 방법.
  19. 입력 전압을 감지하는 단계,
    상기 감지된 입력 전압의 범위가 제1 범위 및 상기 제1 범위 보다 높은 제2 범위 중 하나일 때, 제1 이득으로 상기 입력 전압을 제1 출력 전압 및 제2 출력 전압으로 변환하는 단계,
    상기 감지된 입력 전압의 범위가 상기 제1 범위인 경우, 상기 제2 출력 전압을 제3 출력 전압으로 변환하는 단계, 및
    상기 제1 출력 전압과 상기 제3 출력 전압을 제4 출력 전압으로 병합하는 단계를 포함하고,
    상기 감지된 입력 전압의 범위가 상기 제2 범위인 경우, 상기 제3 출력 전압은 생성되지 않으며 상기 제1 출력 전압이 상기 제4 출력 전압인, 전원 공급 장치의 구동 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 감지된 입력 전압의 범위가 상기 제3 범위인 경우, 상기 제3 출력 전압은 생성되지 않는 전원 공급 장치의 구동 방법.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 제1 이득은 고정된 이득인 전원 공급 장치의 구동 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 입력 전압을 변환하는 단계는,
    LLC 공진형 컨버터를 제공하는 단계, 그리고
    상기 LLC 공진형 컨버터의 스위칭 주파수를 고정하여, 상기 제1 이득으로 상기 입력 전압을 상기 제1 출력 전압 및 상기 제2 출력 전압으로 변환하는 단계를 포함하는 전원 공급 장치의 구동 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12100370B1 (en) 2022-05-23 2024-09-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Display apparatus and power supply thereof

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6367738B2 (ja) * 2015-02-27 2018-08-01 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP6558254B2 (ja) * 2016-01-18 2019-08-14 住友電気工業株式会社 電力変換システム及びその制御方法
TWM529194U (zh) * 2016-04-21 2016-09-21 群光電能科技股份有限公司 電源適配器
EP3547520B1 (en) * 2016-12-19 2021-01-20 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device and electric propulsion system
DE102017106424B4 (de) 2017-03-24 2021-09-02 Infineon Technologies Austria Ag Leistungswandlerschaltung mit einem Hauptwandler und einem Hilfswandler
US10090673B1 (en) 2017-05-15 2018-10-02 Enlighten Luminaires Direct current power system with ac grid, photo voltaic, and battery inputs
CN109921739A (zh) * 2017-12-12 2019-06-21 立锜科技股份有限公司 光能电路及其谐振电路
CN114762236A (zh) * 2020-10-28 2022-07-15 华为技术有限公司 一种电源转换电路及电子设备
WO2023243847A1 (ko) * 2022-06-17 2023-12-21 삼성전자 주식회사 무선으로 전력을 수신하는 전자 장치와 이의 동작 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009060747A (ja) 2007-09-03 2009-03-19 Tdk-Lambda Corp Ｄｃ−ｄｃコンバータ
US20090141519A1 (en) * 2007-11-29 2009-06-04 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Dc/dc converter

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3515974A (en) * 1968-05-22 1970-06-02 Automatic Elect Lab Dc to dc power supply with isolated control circuit
JPS6469264A (en) * 1987-09-10 1989-03-15 Motorola Japan Dc/dc converter
US5404092A (en) * 1993-09-03 1995-04-04 Motorola, Inc. High power factor AC-DC converter with reactive shunt regulation
JP2833460B2 (ja) * 1993-12-27 1998-12-09 株式会社日立製作所 電源システム
US5751150A (en) * 1995-08-11 1998-05-12 Aerovironment Bidirectional load and source cycler
JP3647554B2 (ja) * 1996-07-12 2005-05-11 株式会社東芝 Ｘ線高電圧装置
US5929614A (en) 1997-06-13 1999-07-27 Northrop Grumman Corporation High efficiency DC step-up voltage converter
US5847949A (en) * 1997-10-07 1998-12-08 Lucent Technologies Inc. Boost converter having multiple outputs and method of operation thereof
US6356467B1 (en) * 1999-10-01 2002-03-12 Metropolitan Industries, Inc. DC/DC boost converter with bypass circuitry
US6370047B2 (en) * 2000-03-10 2002-04-09 Power-One, Inc. Dual input range power supply using two series or parallel connected converter sections with automatic power balancing
US6243277B1 (en) * 2000-05-05 2001-06-05 Rockwell Collins, Inc. Bi-directional dc to dc converter for energy storage applications
KR100967031B1 (ko) * 2008-04-01 2010-06-30 삼성전기주식회사 다중출력 직류/직류 컨버터
KR101304777B1 (ko) 2011-08-19 2013-09-05 전주대학교 산학협력단 넓은 입력전압 제어 범위를 갖는 직류-직류 컨버터

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009060747A (ja) 2007-09-03 2009-03-19 Tdk-Lambda Corp Ｄｃ−ｄｃコンバータ
US20090141519A1 (en) * 2007-11-29 2009-06-04 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Dc/dc converter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12100370B1 (en) 2022-05-23 2024-09-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Display apparatus and power supply thereof

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US20150109828A1 (en) 2015-04-23
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