KR101273799B1

KR101273799B1 - DC/DC converter and electric generating system using solar cell having the same

Info

Publication number: KR101273799B1
Application number: KR1020120119906A
Authority: KR
Inventors: 이태원; 김영호; 지용혁; 송두영; 허민호; 김태훈; 원충연
Original assignee: 성균관대학교산학협력단; 삼성전기주식회사
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2013-06-11
Also published as: KR20120125447A

Abstract

본 발명은 태양전지에서 생성된 출력 전압을 직류 전압으로 변환하며, 컨버터 스위칭 소자를 갖는 DC/DC 변환 장치, 컨버터 스위칭 소자에 걸리는 전압을 클램프시키는 스너버 스위치를 갖는 스너버 장치 및 피드백되는 전력 계통의 위상을 검출하고 스너버 스위치가 턴 온 동작할 시간 조건에서 전력 계통의 위상이 기준 위상 구간에 속하는지 판단하여 스너버 스위치의 동작을 제어하는 제어 장치를 포함하는 태양전지 발전 시스템으로 스위칭 손실 및 전도 손실을 줄이고 태양전지 발전 시스템의 효율을 증가시킬 수 있다.The present invention converts an output voltage generated in a solar cell into a DC voltage, a DC / DC converter having a converter switching element, a snubber device having a snubber switch for clamping a voltage applied to the converter switching element, and a feedback power system. A solar cell power generation system including a control device that detects a phase of the power system and determines whether the phase of the power system belongs to a reference phase section in a time condition when the snubber switch is turned on. It can reduce conduction losses and increase the efficiency of solar cell power generation systems.

Description

DC / DC converter and solar cell power generation system including the same {DC / DC converter and electric generating system using solar cell having the same}

본 발명은 DC/DC 변환 장치 및 이를 포함하는 태양전지 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광을 이용하여 전기를 생성하는 DC/DC 변환 장치 및 이를 포함하는 태양전지 발전 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a DC / DC converter and a solar cell power generation system including the same, and more particularly, to a DC / DC converter for generating electricity using sunlight and a solar cell power generation system including the same.

최근 전력 수요의 급증에 따라 전력 인프라의 확충이 매우 중요한 문제로 부각되고 있다. 이러한 전력 수요의 경우 특정 계절, 특정 시간대에 사용되는 전력 부하가 급격하게 증가하면서 상시 대기 전력의 부족분을 초래하고 있으며, 정전과 같은 사고 발생의 원인이 되고 있다.In recent years, as the demand for power surges, the expansion of the power infrastructure has emerged as a very important problem. In the case of such a power demand, the power load used in a certain season and a certain time period increases rapidly, causing a shortage of standby power at all times, and causing an accident such as a power failure.

이에 따라, 상기 문제의 발생을 방지하기 위해 전력 인프라를 확충하고 사용을 제한하는 등의 다양한 시도가 이루어지고 있으며, 이 중에 하나로 무한 청정에너지원이며 국내 반도체 기술과 부합된 장점을 갖는 태양전지(PV)를 이용한 방법이 주목받고 있다.Accordingly, in order to prevent the occurrence of the above problems, various attempts have been made, such as expanding the power infrastructure and limiting the use thereof. One of them is an infinite clean energy source and a solar cell (PV) having advantages in line with domestic semiconductor technology. The method using) is attracting attention.

한편, 이러한 태양전지를 이용한 발전 시스템은 복수 개의 태양전지 모듈 후면에 전력 변환 장치가 각각 장착되고, 각 전력 변환 장치는 DC/DC 변환 장치, DC/AC 변환 장치 및 상기 변환 장치들의 동작을 제어하는 제어 장치를 포함하여 구성된다.On the other hand, in the power generation system using the solar cell, a power converter is mounted on the rear of the plurality of solar cell modules, and each power converter is configured to control the operation of the DC / DC converter, the DC / AC converter, and the converters. It is configured to include a control device.

이 중에서 DC/DC 변환 장치는 스위칭 소자에서 발생하는 전압 스파이크를 클램프(clamp)하는 스너버 장치를 포함하며, 스너버 장치는 스위칭 소자의 턴 오프 시 동작하여 스위칭 소자의 양단에 걸리는 전압을 감소시킴으로써 전압 스파이크를 클램프시킨다.Among these, the DC / DC converter includes a snubber device for clamping a voltage spike generated from the switching device, and the snubber device operates when the switching device is turned off to reduce the voltage across the switching device. Clamp the voltage spikes.

그런데, 기존 스너버 장치는 전압 스파이크의 영향을 크게 받지 않는 저전압 구간에서도 동작하기 때문에 스너버 장치의 스위칭 손실 및 전도 손실이 커지는 문제점이 있었다.However, the conventional snubber device has a problem in that switching loss and conduction loss of the snubber device are increased because the snubber device operates in a low voltage section which is not significantly affected by voltage spikes.

이로 인해, 태양전지 발전 시스템의 전체 효율이 저하되는 문제점이 발생한다.
For this reason, there arises a problem that the overall efficiency of the solar cell power generation system is lowered.

미국 공개특허공보 US20080093112 (2008년 4월 24일 공개)United States Patent Application Publication US20080093112 (published April 24, 2008)

본 발명의 사상은 컨버터 스위칭 소자에 걸리는 전압 레벨에 따라 스너버 스위치의 동작을 제어하여 스위칭 손실 및 전도 손실을 줄이고 태양전지 발전 시스템의 효율을 증가시킬 수 있는 DC/DC 변환 장치 및 이를 포함하는 태양전지 발전 시스템을 제공함에 있다.The idea of the present invention is to control the operation of the snubber switch according to the voltage level applied to the converter switching element to reduce the switching loss and conduction loss and increase the efficiency of the solar cell power generation system and an aspect comprising the same It is to provide a battery power generation system.

이를 위해 본 발명의 일실시예에 의한 태양전지 발전 시스템은 태양전지에서 생성된 출력 전압을 직류 전압으로 변환하며, 컨버터 스위칭 소자를 갖는 DC/DC 변환 장치; 상기 컨버터 스위칭 소자에 걸리는 전압을 클램프시키는 스너버 스위치를 갖는 스너버 장치; 및 피드백되는 전력 계통의 위상을 검출하고, 상기 스너버 스위치가 턴 온 동작할 시간 조건에서, 상기 검출된 전력 계통의 위상이 기준 위상 구간에 속하는지 판단하여 상기 스너버 스위치의 동작을 제어하는 제어 장치;를 포함한다.To this end, a solar cell power generation system according to an embodiment of the present invention converts an output voltage generated in a solar cell into a DC voltage, and a DC / DC converter having a converter switching element; A snubber device having a snubber switch for clamping a voltage across the converter switching element; And controlling the operation of the snubber switch by detecting a phase of the power system to be fed back, and determining whether the detected power system phase falls within a reference phase section in a time condition when the snubber switch is turned on. Device; includes.

여기서, 상기 제어 장치는: 상기 전력 계통의 위상을 검출하는 위상 검출부; 상기 스너버 스위치의 턴 온 동작할 시간 조건을 검출하는 시간 검출부; 상기 스너버 스위치가 턴 온 동작할 시간 조건에서, 상기 검출된 상기 전력 계통의 위상이 기준 위상 구간에 속하는지 판단하는 비교부; 및 상기 판단 결과에서 상기 전력 계통의 위상이 상기 기준 위상 구간 내에 존재하면, 상기 스너버 스위치를 턴 온 시키는 스너버 신호 발생부;를 포함할 수 있다.Here, the control device includes: a phase detector for detecting a phase of the power system; A time detector detecting a time condition for turning on the snubber switch; A comparison unit to determine whether a phase of the detected power system belongs to a reference phase section under a time condition during which the snubber switch is turned on; And a snubber signal generator configured to turn on the snubber switch when the phase of the power system is present within the reference phase section in the determination result.

이때, 상기 스너버 신호 발생부는, 상기 전력 계통의 위상이 상기 기준 위상 구간 내에 존재하지 않으면, 상기 스너버 스위치를 턴 오프 동작시킬 수 있다.In this case, the snubber signal generation unit may turn off the snubber switch when the phase of the power system does not exist within the reference phase section.

또한, 상기 비교부는, 상기 전력 계통의 전압을 이용하여 상기 컨버터 스위칭 소자에 걸리는 전압을 검출하고, 상기 검출된 컨버터 스위칭 소자에 걸리는 전압과 미리 정해진 기준 전압을 비교하고, 상기 컨버터 스위칭 소자에 걸리는 전압이 미리 정해진 기준 전압보다 큰 시점의 상기 전력 계통의 위상을 이용하여 상기 기준 위상 구간을 설정하고, 상기 전력 계통의 위상이 상기 기준 위상 구간에 속하는지 판단할 수 있다.The comparator may detect a voltage applied to the converter switching element by using the voltage of the power system, compare the voltage applied to the detected converter switching element with a predetermined reference voltage, and apply the voltage to the converter switching element. The reference phase section may be set by using the phase of the power system at a point greater than the predetermined reference voltage, and it may be determined whether the phase of the power system belongs to the reference phase section.

이때, 상기 비교부는 상기 전력 계통의 전압, 상기 컨버터 스위칭 소자의 최대 전류 값 및 상기 컨버터 스위칭 소자의 전류 변동 값을 이용하여 상기 컨버터 스위칭 소자에 걸리는 전압을 산출할 수 있다.In this case, the comparator may calculate the voltage applied to the converter switching element by using the voltage of the power system, the maximum current value of the converter switching element and the current variation value of the converter switching element.

이때, 상기 비교부는 하기의 [수학식 1]을 이용하여 상기 컨버터 스위칭 소자의 최대 전류 값을 연산한다.In this case, the comparator calculates the maximum current value of the converter switching element using Equation 1 below.

[수학식 1] [ Equation 1 ]

여기서, i_pri,peak는 컨버터 스위칭 소자의 최대 전류 값, n은 트랜스포머의 1차 및 2차 코일의 턴수 비, i_out,peak는 전력 계통의 최대 전류 값 및 Duty는 컨버터 스위칭 소자의 통류율이다.Where i _{pri, peak} is the maximum current value of the converter switching element, n is the number of turns of the primary and secondary coils of the transformer, i _{out, peak} is the maximum current value of the power system, and Duty is the flow rate of the converter switching element. .

게다가, 상기 비교부는 하기의 [수학식 2]를 이용하여 상기 컨버터 스위칭 소자의 전류 변동 값을 연산한다.In addition, the comparison unit calculates a current variation value of the converter switching element by using Equation 2 below.

[수학식 2] & Quot; (2 ) & quot ;

여기서, Jm은 컨버터 스위칭 소자(SW)의 전류 변동 값, Ro는 누설 인덕턴스와 컨버터 스위칭 소자의 콘덴서의 등가 임피던스, Vin은 입력 전압 및 VFB는 트랜스포머에서 출력되는 전압이다.Here, Jm is the current variation value of the converter switching element SW, Ro is the leakage inductance and the equivalent impedance of the capacitor of the converter switching element, Vin is the input voltage and VFB is the voltage output from the transformer.

아울러, 상기 비교부는 하기의 [수학식 3]을 이용하여 상기 컨버터 스위칭 소자에 걸리는 전압을 산출한다.In addition, the comparator calculates a voltage applied to the converter switching element by using Equation 3 below.

[수학식 3] & Quot; (3 ) & quot ;

여기서, Vsw,spike는 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압, Vgrid는 전력 계통의 전압이다.
Here, Vsw and spike are voltages applied to the converter switching element SW, and Vgrid is voltages of the power system.

본 발명의 일실시예에 의한 컨버터 스위칭 소자를 이용하여 DC/DC 변환을 수행하는 DC/DC 변환 장치는 1차 전류를 입력받는 1차 코일로부터의 에너지를 유기하는 2차 코일을 갖는 트랜스포머; 상기 컨버터 스위칭 소자에 걸리는 전압을 클램프시키는 스너버 스위치를 갖는 스너버 회로; 피드백되는 전력 계통의 위상을 검출하는 위상 검출부; 및 상기 스너버 스위치가 턴 온 동작할 시간 조건에서, 상기 검출된 전력 계통의 위상이 기준 위상 구간에 속하는지 판단하여 상기 스너버 스위치의 동작을 제어하는 스너버 제어부;를 포함한다.A DC / DC conversion apparatus for performing DC / DC conversion by using a converter switching element according to an embodiment of the present invention includes a transformer having a secondary coil for inducing energy from a primary coil receiving a primary current; A snubber circuit having a snubber switch for clamping a voltage across the converter switching element; A phase detector detecting a phase of a power system fed back; And a snubber controller configured to control an operation of the snubber switch by determining whether a phase of the detected power system belongs to a reference phase section in a time condition when the snubber switch is turned on.

여기서, 여기서, 상기 스너버 제어부는: 상기 스너버 스위치의 턴 온 동작할 시간 조건을 검출하는 시간 검출부; 상기 스너버 스위치가 턴 온 동작할 시간 조건에서, 상기 검출된 상기 전력 계통의 위상이 기준 위상 구간에 속하는지 판단하는 비교부; 및 상기 판단 결과에서 상기 전력 계통의 위상이 상기 기준 위상 구간 내에 존재하면, 상기 스너버 스위치를 턴 온 시키는 스너버 신호 발생부;를 포함할 수 있다.Here, the snubber controller may include: a time detector configured to detect a time condition for turning on the snubber switch; A comparison unit to determine whether a phase of the detected power system belongs to a reference phase section under a time condition during which the snubber switch is turned on; And a snubber signal generator configured to turn on the snubber switch when the phase of the power system is present within the reference phase section in the determination result.

이때, 상기 비교부는 상기의 [수학식 1], [수학식 2] 및 [수학식 3]을 이용하여 상기 컨버터 스위칭 소자에 걸리는 전압을 산출할 수 있다.In this case, the comparator may calculate the voltage applied to the converter switching element by using Equation 1, Equation 2, and Equation 3.

이때, 상기 스너버 회로는 상기 스너버 스위치에 일단이 연결되고 상기 컨버터 스위칭 소자의 드레인에 타단이 연결된 스너버 콘덴서를 포함한다.In this case, the snubber circuit includes a snubber capacitor having one end connected to the snubber switch and the other end connected to the drain of the converter switching element.

또한, 상기 스너버 스위치는 양의 입력단에 드레인이 연결되고 상기 컨버터 스위칭 소자의 드레인에 소스가 연결된다.
In addition, the snubber switch has a drain connected to the positive input terminal and a source connected to the drain of the converter switching element.

상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 DC/DC 변환 장치 및 이를 포함하는 태양전지 발전 시스템에 따르면, 컨버터 스위칭 소자에 걸리는 전압 레벨에 따라 스너버 스위치의 동작을 제어하여 스위칭 손실 및 전도 손실을 줄일 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the DC / DC conversion device and the solar cell power generation system including the same according to an embodiment of the present invention, switching loss and conduction loss by controlling the operation of the snubber switch according to the voltage level applied to the converter switching element. There is an advantage to reduce.

즉, 컨버터 스위칭 소자에 걸리는 전압이 기준 전압보다 높으면, 스너버 스위치를 턴 온 동작시키고, 컨버터 스위칭 소자에 걸리는 전압이 기준 전압보다 높지 않으면, 스너버 스위치를 턴 오프 동작시킴으로써 스위칭 손실 및 전도 손실을 줄일 수 있는 장점이 있다.That is, when the voltage applied to the converter switching element is higher than the reference voltage, the snubber switch is turned on. If the voltage applied to the converter switching element is not higher than the reference voltage, the snubber switch is turned off to reduce switching loss and conduction loss. There is an advantage to reduce.

또한, 상술한 방식으로 스너버 스위치의 동작을 제어하면, 컨버터 스위칭 소자의 양단에 걸리는 전압 스트레스를 감소시킬 수 있다.In addition, by controlling the operation of the snubber switch in the manner described above, it is possible to reduce the voltage stress applied to both ends of the converter switching element.

그리고, 별도의 검출기나 센서 없이도 태양전지 발전 시스템의 스위칭 손실 및 전도 손실을 용이하게 줄일 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage that can easily reduce the switching loss and conduction loss of the solar cell power generation system without a separate detector or sensor.

따라서, 태양전지 발전 시스템의 전체 효율을 증가시킬 수 있는 효과를 창출한다.
Therefore, it creates an effect that can increase the overall efficiency of the solar cell power generation system.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 태양전지 발전 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 전력 변환 장치의 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시한 컨버터의 구성도이다.
도 4a 내지 도 4f는 도 2에 도시한 컨버터의 신호 파형도이다.
도 5는 도 2에 도시한 제어 장치의 예를 나타내는 구성도이다.
도 6a 및 도 6b는 스너버 장치를 사용하지 않거나 일반적인 스너버 장치의 사용에 따른 컨버터의 전압 파형도이다.
도 6c는 본 발명의 일실시예에 의한 스너버 장치의 사용에 따른 컨버터의 전압 파형도이다.1 is an overall configuration diagram of a solar cell power generation system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of the power converter shown in FIG. 1.
3 is a configuration diagram of the converter shown in FIG. 2.
4A to 4F are signal waveform diagrams of the converter shown in FIG. 2.
5 is a configuration diagram illustrating an example of the control device illustrated in FIG. 2.
6A and 6B are voltage waveform diagrams of a converter without using a snubber device or with use of a general snubber device.
6C is a voltage waveform diagram of a converter according to the use of a snubber device according to an embodiment of the present invention.

전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 본 설명에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 이해를 도모하기 위하여 부차적인 설명은 생략될 수도 있다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a block diagram showing the configuration of a first embodiment of the present invention; Fig. In the description, the same reference numerals denote the same components, and a detailed description may be omitted for the sake of understanding of the present invention to those skilled in the art.

본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소와 연결, 결합 또는 배치 관계에서 '직접'이라는 한정이 없는 이상, '직접 연결, 결합 또는 배치'되는 형태뿐만 아니라 그들 사이에 또 다른 구성요소가 개재됨으로써 연결, 결합 또는 배치되는 형태로도 존재할 수 있다.As used herein, unless an element is referred to as being 'direct' in connection, combination, or placement with other elements, it is to be understood that not only are there forms of being 'directly connected, They may also be present in the form of being connected, bonded or disposed.

본 명세서에 비록 단수적 표현이 기재되어 있을지라도, 발명의 개념에 반하거나 명백히 다르거나 모순되게 해석되지 않는 이상 복수의 구성 전체를 대표하는 개념으로 사용될 수 있음에 유의하여야 한다. 본 명세서에서 '포함하는', '갖는', '구비하는', '포함하여 이루어지는' 등의 기재는 하나 또는 그 이상의 다른 구성요소 또는 그들의 조합의 존재 또는 부가 가능성이 있는 것으로 이해되어야 한다.It should be noted that, even though a singular expression is described in this specification, it can be used as a concept representing the entire constitution unless it is contrary to, or obviously different from, or inconsistent with the concept of the invention. It is to be understood that the description of 'comprising', 'having', 'comprising', 'comprising', etc., in this specification includes the possibility of the presence or addition of one or more other components or combinations thereof.

본 명세서에서 참조되는 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 예시로써, 모양, 크기, 두께 등은 기술적 특징의 효과적인 설명을 위해 과장되게 표현된 것일 수 있다.
The drawings referred to in this specification are examples for describing embodiments of the present invention, and shapes, sizes, thicknesses, and the like may be exaggerated for effective description of technical features.

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

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 태양전지 발전 시스템의 전체 구성도를 나타낸다. 1 shows an overall configuration diagram of a solar cell power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 태양전지 발전 시스템(1)은 크게 태양전지(100: 100a~100n), 태양전지(100)에서 생성된 전력을 변환하여 전력 계통(300, Grid)에 인가하는 전력 변환 장치(200: 200a~200n) 및 전력 계통(300, Grid)으로 이루어진다.As shown in FIG. 1, the solar cell power generation system 1 largely converts power generated by the solar cells 100: 100a to 100n and the solar cells 100, and applies the power to the power system 300. It consists of a converter 200 (200a-200n) and a power system 300 (Grid).

여기서, 태양전지(100)는 주간 등과 같이 태양광이 있는 시간과 야간 등과 같이 태양광이 없는 시간으로 구분되어 태양광이 있는 시간에는 태양발전이 수행되어 태양발전에 의한 유효한 PV 전력을 생성하고, 태양발전이 수행되지 못하는 경우에는 유효한 PV 전력을 생성하지 않는다.Here, the solar cell 100 is divided into the time when there is sunlight, such as daytime and the time without sunlight, such as night, so that the solar power generation is performed at the time of solar light to generate effective PV power by solar power generation, If solar power generation is not carried out, it does not produce valid PV power.

이와 같이, 태양전지(100)는 태양광 유무에 따라 태양발전이 일정하게 수행되지 못하므로 태양전지(100)에 의해 생성되는 전력 중에서 최대 전력점을 추적하는 최대 전력점 추적(MPPT : Maximum Power Point Tracking)을 통해서 최대 전력을 생성할 수 있도록 제어되어야 한다.
As described above, since solar power generation is not performed regularly depending on the presence or absence of solar light, the maximum power point tracking (MPPT: Maximum Power Point) tracks the maximum power point among the power generated by the solar cell 100. Tracking should be controlled to generate maximum power.

도 2는 도 1에 도시한 전력 변환 장치의 구성도를 나타낸다.FIG. 2 shows a configuration diagram of the power converter shown in FIG. 1.

도 2를 참조하면, 전력 변환 장치(200)는 태양전지(100)에서 생성된 출력 전압(VPV)을 펄스 형태의 직류 전압(VDC)으로 변환하는 DC/DC 변환 장치(220, 이하, 컨버터(converter)라고 함), 펄스 형태의 직류 전압(VDC)을 교류 전압(Vac)으로 변환하여 전력 계통(300)에 인가하는 DC/AC 변환 장치(240, 이하, 인버터(inverter)라고 함) 및 태양전지(100)의 출력 전압(VPV), 태양전지(100)의 출력 전류(IPV) 및 전력 계통(300)의 전압(Vgrid)에 기초하여 컨버터(220) 및 인버터(240)의 동작을 제어하는 제어 장치(260)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 2, the power converter 200 converts an output voltage VPV generated from the solar cell 100 into a DC voltage VDC in the form of a pulse 220, hereinafter, a converter ( DC / AC converter (240, hereinafter referred to as inverter) for converting a pulsed DC voltage (VDC) into an AC voltage (Vac) and applying it to the power system 300) The operation of the converter 220 and the inverter 240 is controlled based on the output voltage VPV of the battery 100, the output current IPV of the solar cell 100, and the voltage Vgrid of the power system 300. It is configured to include a control device 260.

컨버터(220)는 태양전지(100)에서 생성된 출력 전압(VPV)을 전파 정류된 정현파 형태의 직류 전압(VDC)으로 변환하는 수단으로서, 상기 직류 전압(VDC)은 전력 계통(300)의 대략 두 배 주파수를 가질 수 있다.Converter 220 is a means for converting the output voltage (VPV) generated in the solar cell 100 to a full-wave rectified sinusoidal DC voltage (VDC), the DC voltage (VDC) is approximately of the power system 300 It can have twice the frequency.

이러한 컨버터(220)로는 플라이백(flyback) 컨버터, 벅 부스트(buck-boost) 컨버터, 푸쉬풀(push-pull) 컨버터, 하프 브리지(half-bridge) 컨버터, 풀 브리지(full-bridge) 컨버터 등이 사용될 수 있으며, 컨버터를 기반으로 하여 변형된 형태의 컨버터도 사용될 수 있음은 물론이다.
The converter 220 includes a flyback converter, a buck-boost converter, a push-pull converter, a half-bridge converter, a full-bridge converter, and the like. It can be used, of course, a converter of a modified form based on the converter can also be used.

도 3은 도 2에 도시한 컨버터의 구성도로서, 본 발명의 일실시예에서는 플라이백 컨버터를 예로 들어 설명하도록 한다.FIG. 3 is a configuration diagram of the converter shown in FIG. 2. In an embodiment of the present invention, a flyback converter will be described as an example.

도 3에 도시한 플라이백 컨버터(220)는 컨버터 스위칭 소자(SW), 트랜스포머(T), 스너버 장치(222), 정류 다이오드(D1) 및 출력 커패시터(C1)를 포함하여 구성된다. The flyback converter 220 illustrated in FIG. 3 includes a converter switching element SW, a transformer T, a snubber device 222, a rectifier diode D1, and an output capacitor C1.

컨버터 스위칭 소자(SW)는 제어 장치(260)에서 출력되는 컨버터 제어 신호(PWM_sw)에 따라 PWM(Pulse Width Modulation) 동작하여 입력 전압인 1차 전압을 트랜스포머(T)로 공급하는 수단으로서, MOSFET(MOS field-effect transistor)으로 구성되어 트랜스포머(T)에 드레인(drain)이 연결되고 접지(GND)에 소스(source)가 연결된다. The converter switching element SW is a means for supplying a primary voltage, which is an input voltage, to the transformer T by performing a pulse width modulation (PWM) operation according to the converter control signal PWM_sw output from the control device 260. It is composed of a MOS field-effect transistor, and a drain is connected to the transformer T and a source is connected to the ground GND.

트랜스포머(T)는 1차 전압을 1차 코일(Lpr) 및 2차 코일(Lse)의 권선비에 따라 2차 전압으로 변환하는 수단으로서, 등가적으로 1차 코일(Lpr)에 병렬로 연결되며 자기코어(magnetic core)의 자화(magnetization)를 나타내는 자화 인덕터(Lm)와, 트랜스포머(T)의 자속(magnetic flux)의 누설에 의해 1차 전류(Ipr) 경로 상에 위치되는 누설 인덕터(Llkg)를 포함한다.The transformer (T) is a means for converting the primary voltage into the secondary voltage according to the turns ratio of the primary coil (Lpr) and the secondary coil (Lse), equivalently connected in parallel to the primary coil (Lpr) and magnetic The magnetization inductor Lm showing the magnetization of the magnetic core and the leakage inductor Llkg positioned on the primary current Ipr path by the leakage of the magnetic flux of the transformer T are determined. Include.

스너버 장치(222)는 컨버터 스위칭 소자(SW)의 양단에 걸리는 전압(즉, 컨버터 스위칭 소자(SW)의 드레인-소스간 전압(Vds))을 클램프(clamp)시키는 수단으로서, 스너버 스위치(222a) 및 스너버 콘덴서(222b)를 포함한다.The snubber device 222 is a means for clamping the voltage across the converter switching element SW (that is, the drain-source voltage Vds of the converter switching element SW). 222a and snubber capacitor 222b.

여기서, 스너버 스위치(222a)는 양의 입력단에 드레인(drain)이 연결되고 스너버 콘덴서(222b)의 일단에 소스(source)가 연결되며, 스너버 콘덴서(222b)는 스너버 스위치(222a)의 소스에 일단이 연결되고 컨버터 스위칭 소자(SW)의 드레인에 타단이 연결된다.Here, the snubber switch 222a has a drain connected to the positive input terminal, a source is connected to one end of the snubber capacitor 222b, and the snubber capacitor 222b is the snubber switch 222a. One end is connected to the source of the other end and the other end is connected to the drain of the converter switching element (SW).

그리고, 스너버 스위치(222a)는 컨버터 스위칭 소자(SW)의 턴 오프 동작 시 제어 장치(260)에서 출력되는 스너버 제어 신호(P_snb)에 따라 턴 온 동작하여 컨버터 스위칭 소자(SW)의 양단에 걸리는 전압을 스너버 콘덴서(222b)에 충전시킴으로써 컨버터 스위칭 소자(SW)의 양단에 걸리는 전압을 클램프시킨다.
In addition, the snubber switch 222a is turned on in response to the snubber control signal P_snb output from the control device 260 during the turn-off operation of the converter switching element SW so as to be connected to both ends of the converter switching element SW. The voltage applied to both ends of the converter switching element SW is clamped by charging the applied voltage to the snubber capacitor 222b.

도 4a 내지 도 4f는 도 2에 도시한 컨버터의 신호 파형도이다.4A to 4F are signal waveform diagrams of the converter shown in FIG. 2.

도 4a 내지 도 4f를 참조하여 스너버 장치(222)의 동작을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.The operation of the snubber device 222 will be described in more detail with reference to FIGS. 4A to 4F.

도 4a에서와 같이, 컨버터 스위칭 소자(SW)가 턴 온 동작하면, 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압은 플라이백 컨버터(220)로 인가되는 입력 전압과 동일하게 된다. As shown in FIG. 4A, when the converter switching element SW is turned on, the voltage applied to the converter switching element SW becomes equal to the input voltage applied to the flyback converter 220.

그러나, 컨버터 스위칭 소자(SW)가 턴 오프 동작하면, 트랜스포머(T)의 2차 전압(즉, 플라이백 컨버터(220)에서 출력되는 전압)이 자화 인덕터(Lm)에 인가되어 자화 인덕터(Lm)에는 도 4b와 같은 전류가 흐르게 된다. However, when the converter switching element SW is turned off, the secondary voltage of the transformer T (that is, the voltage output from the flyback converter 220) is applied to the magnetization inductor Lm, and thus the magnetization inductor Lm. The current flows as shown in FIG. 4B.

그리고, 도 4c에서와 같이, 컨버터 스위칭 소자(SW)의 양단에는 입력 전압, 자화 인덕터(Lm)의 전압, 누설 인덕터(Llkg) 및 컨버터 스위칭 소자(SW)의 콘덴서(C_sw)의 공진으로 인해 발생하는 전압 스파이크의 합이 인가되고, 도 4d와 같은 전류가 흐른다.And, as shown in Figure 4c, due to the resonance of the input voltage, the voltage of the magnetizing inductor (Lm), the leakage inductor (Llkg) and the capacitor (C_sw) of the converter switching element (SW) at both ends of the converter switching element (SW) The sum of the voltage spikes is applied, and a current as shown in FIG. 4D flows.

이와 같이, 컨버터 스위칭 소자(SW)로 과도한 전압이 인가되는 것을 제한하기 위해 도 4e에서와 같이, 컨버터 스위칭 소자(SW)가 턴 오프 동작하고, 턴 온 동작하기 소정 시간 전에 스너버 스위치(222a)를 턴 온 동작시킨다.As such, in order to limit the excessive voltage applied to the converter switching element SW, as illustrated in FIG. 4E, the snubber switch 222a is turned off and a predetermined time before the turn on operation. Turn on.

그러면, 누설 인덕터(Llkg)에 축적되어 있던 에너지는 컨버터 스위칭 소자(SW)의 콘덴서(C_sw)로 충전되고, 스너버 콘덴서(222b)에 충전되어 스너버 콘덴서(222b)에는 도 4f와 같은 전류가 흐르게 되며, 상술한 과정을 통해 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압을 줄일 수 있게 되는 것이다.Then, the energy accumulated in the leakage inductor Llkg is charged by the capacitor C_sw of the converter switching element SW, and charged by the snubber capacitor 222b so that the current as shown in FIG. 4F is applied to the snubber capacitor 222b. Through the above-described process, the voltage applied to the converter switching device SW can be reduced.

정류 다이오드(D1)는 트랜스포머(T)로부터의 2차 전압을 정류하고, 출력 커패시터(C1)는 정류 다이오드(D1)를 통한 전압을 평활한다.
Rectifier diode D1 rectifies the secondary voltage from transformer T, and output capacitor C1 smoothes the voltage through rectifier diode D1.

도 5는 도 2에 도시한 제어 장치의 예에 따른 구성도를 나타낸다.FIG. 5 shows a configuration diagram according to an example of the control device shown in FIG. 2.

도 5에 도시한 바와 같이, 제어 장치(도 2의 도면부호 260)는 크게 태양전지(100)에서 생성된 출력 전압(VPV)을 동 위상의 직류 전압(VDC)으로 변환시키기 위해 컨버터(220)로 컨버터 제어 신호(PWM_sw)를 생성하여 출력하는 컨버터 제어부(360a), 컨버터(220)에서 출력된 직류 전압(VDC)을 교류 전압(Vac)으로 변환시키기 위해 인버터(240)로 인버터 제어 신호(PWM_q1 ~ PWM_q4)를 생성하여 출력하는 인버터 제어부(260b) 및 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압을 클램프 시키기 위해 스너버 제어 신호(P_snb)를 생성하여 출력하는 스너버 제어부(360c)로 구성된다.As shown in FIG. 5, the control device (reference numeral 260 of FIG. 2) largely converts the output voltage VPV generated from the solar cell 100 to the DC voltage VDC of the same phase. Converter control unit 360a for generating and outputting low converter control signal PWM_sw and inverter control signal PWM_q1 to inverter 240 to convert DC voltage VDC output from converter 220 to AC voltage Vac. An inverter controller 260b generating and outputting PWM_q4 and a snubber controller 360c generating and outputting a snubber control signal P_snb to clamp the voltage applied to the converter switching element SW.

이때, 제어 장치(도 2의 도면부호 260)는 피드백되는 전력 계통의 위상을 검출하고, 스너버 스위치(222a)가 턴 온 동작할 시간 조건에서, 검출된 전력 계통의 위상이 기준 위상 구간에 속하는지 판단하여 스너버 스위치(222a)의 동작을 제어한다.At this time, the control device (reference numeral 260 of FIG. 2) detects the phase of the power system to be fed back, and in the time condition in which the snubber switch 222a is turned on, the detected phase of the power system belongs to the reference phase section. It determines whether or not to control the operation of the snubber switch (222a).

컨버터 제어부(360a)는 MPPT 제어부(361a), 전류 제어부(362a), 위상 검출부(363a), 사인 값 산출부(364a), 연산부(365a) 및 컨버터 신호 발생부(366a)를 포함하여 구성된다. The converter controller 360a includes an MPPT controller 361a, a current controller 362a, a phase detector 363a, a sine value calculator 364a, a calculator 365a, and a converter signal generator 366a.

MPPT 제어부(361a)는 인버터(240)의 전력 변환 및 최대 출력을 유지하기 위해 태양전지(100)의 출력 전압(VPV) 및 출력 전류(IPV) 정보를 기반으로 최대 전력 추종(MPPT : Maximum Power Point Tracking) 제어를 수행하여 기준 전류(IPV*)를 생성하고, 이를 전류 제어부(362a)에 전달한다.The MPPT control unit 361a is based on the output voltage (VPV) and output current (IPV) information of the solar cell 100 to maintain the power conversion and maximum output of the inverter 240 (MPPT: Maximum Power Point) Tracking to generate a reference current (IPV *), and delivers it to the current controller 362a.

전류 제어부(362a)는 태양전지(100)의 출력 전류(IPV)와 기준 전류(IPV*)의 차이 값에 따라서 직류 전류 지령 값(Io*)을 산출하여 출력한다.The current controller 362a calculates and outputs a DC current command value Io * according to a difference value between the output current IPV and the reference current IPV * of the solar cell 100.

위상 검출부(363a)는 전력 계통(300)의 위상 각을 검출하고, 사인 값 산출부(364a)는 미리 설정된 일정 기준 주파수와 인버터(240)의 출력 주파수의 차이를 미리 설정된 이득으로 증폭하여 주파수 차이 증폭 값을 산출하고, 산출된 주파수 차이 증폭 값과 위상 검출부(363a)에서 검출된 전력 계통(300)의 위상 각을 가산하여 사인(SINE) 값을 출력한다. 또한, 위상 검출부(363a)의 출력은 비교부(364c)로 제공된다.The phase detector 363a detects the phase angle of the power system 300, and the sine value calculator 364a amplifies the difference between the predetermined reference frequency and the output frequency of the inverter 240 with a preset gain to obtain a frequency difference. The amplification value is calculated, and a sine value is output by adding the calculated frequency difference amplification value and the phase angle of the power system 300 detected by the phase detector 363a. In addition, the output of the phase detector 363a is provided to the comparator 364c.

연산부(365a)는 곱셈기(365a1)로 구성되어 사인 값 산출부(364a)에서 출력된 사인(SINE) 값을 전류 제어부(362a)가 출력한 직류 전류 지령 값(Io*)에 곱하여 전류 지령 값(Iout*)을 출력한다.The calculating part 365a includes a multiplier 365a1, and multiplies the sine value output from the sine value calculator 364a by the DC current command value Io * output by the current control part 362a to output the current command value ( Print Iout *).

컨버터 신호 발생부(366a)는 출력된 전류 지령 값(Iout*)을 이용하여 컨버터 제어 신호(PWM_sw)를 생성하여 출력한다.The converter signal generator 366a generates and outputs the converter control signal PWM_sw using the output current command value Iout *.

인버터 신호 발생부(363b)는 제1 내지 제4 인버터 스위칭 소자(Q1 ~ Q4)를 제어하기 위해 제1 내지 제4 인버터 제어 신호(PWM_q1 ~ PWM_q4)를 생성하여 출력한다.The inverter signal generator 363b generates and outputs the first to fourth inverter control signals PWM_q1 to PWM_q4 to control the first to fourth inverter switching elements Q1 to Q4.

스너버 제어부(360c)는 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압 레벨에 따라 스너버 스위치(222a)의 동작을 제어하는 수단으로서, 시간 검출부(362c), 비교부(364c) 및 스너버 신호 발생부(336c)를 포함한다.The snubber controller 360c is a means for controlling the operation of the snubber switch 222a according to the voltage level applied to the converter switching element SW. The snubber controller 360c includes a time detector 362c, a comparator 364c, and a snubber signal generator. 336c.

시간 검출부(362c)는 전력 계통(300)의 전압(Vgrid) 및 태양전지(100)에서 생성된 전압(VPV)을 이용하여 스너버 스위치(222a)의 턴 온 시간을 검출한다. The time detector 362c detects the turn-on time of the snubber switch 222a by using the voltage Vgrid of the power system 300 and the voltage VPV generated by the solar cell 100.

보다 자세하게 설명하면, 스너버 스위치(222a)는 컨버터 스위칭 소자(SW)가 턴 오프 동작하고, 턴 온 동작하기 소정 시간 전의 구간에서 턴 온 동작해야 하기 때문에 컨버터 스위칭 소자(SW)의 턴 온 시간 또는 턴 오프 시간을 이용하여 스너버 스위치(222a)가 턴 온 동작하는 시간을 검출할 수 있다.In more detail, the snubber switch 222a has the turn-on time of the converter switching element SW because the converter switching element SW is turned off and must be turned on in a section before the turn-on operation. The turn off time may be used to detect a time when the snubber switch 222a is turned on.

비교부(364c)는 전력 계통(300)의 위상이 미리 정해진 기준 위상 구간에 속하는지 비교한다.The comparator 364c compares whether the phase of the power system 300 belongs to a predetermined reference phase section.

스너버 신호 발생부(366c)는 스너버 스위치(222a)가 턴 온 동작할 시간이고, 비교부(364c)의 비교 결과에서 전력 계통(300)의 위상이 미리 정해진 기준 위상 구간 내에 존재하면, 스너버 스위치(222a)를 턴 온 시킬 수 있다. 또한, 스너버 신호 발생부(366c)는 전력 계통(300)의 위상이 미리 정해진 기준 위상 구간 내에 존재하지 않으면, 스너버 스위치(222a)를 턴 오프 시키기 위한 스너버 제어 신호(P_snb)를 생성하여 출력한다.When the snubber signal generator 366c is the time when the snubber switch 222a is turned on, and the phase of the power system 300 is within a predetermined reference phase section in the comparison result of the comparator 364c, The nover switch 222a may be turned on. In addition, the snubber signal generator 366c generates a snubber control signal P_snb for turning off the snubber switch 222a when the phase of the power system 300 does not exist within a predetermined reference phase section. Output

시간 검출부(362c)는 전력 계통(300)의 전압(Vgrid) 및 태양전지(100)에서 생성된 전압(VPV)을 이용하여 스너버 스위치(222a)의 턴 온 동작할 시간 조건(즉, 스너버 스위치(222a)의 동작 조건)을 검출한다. The time detector 362c uses the voltage Vgrid of the power system 300 and the voltage VPV generated by the solar cell 100 to perform the turn-on operation of the snubber switch 222a (that is, the snubber). Operating conditions of the switch 222a).

보다 자세하게 설명하면, 전력 계통(300)의 전압(Vgrid)의 순시 값 및 태양전지(100)에서 생성된 전압(VPV)을 이용하여 컨버터 스위칭 소자(SW)의 양단에 인가되는 전압의 크기를 판단할 수 있으며, 이를 이용하여 스너버 스위치(222a)의 동작 조건을 검출할 수 있다.In more detail, the magnitude of the voltage applied to both ends of the converter switching element SW is determined using the instantaneous value of the voltage Vgrid of the power system 300 and the voltage VPV generated by the solar cell 100. The operating conditions of the snubber switch 222a may be detected using the same.

즉, 스너버 스위치(222a)는 컨버터 스위칭 소자(SW)가 턴 오프 동작하고, 턴 온 동작하기 소정 시간 전의 구간에서 턴 온 동작해야 하기 때문에 컨버터 스위칭 소자(SW)의 턴 온 시간 또는 턴 오프 시간을 이용하여 스너버 스위치(222a)가 턴 온 동작하는 시간을 검출할 수 있다.
That is, the snubber switch 222a has the turn-on time or the turn-off time of the converter switching element SW because the converter switching element SW is turned off and must be turned on in a section before the turn-on operation. The time for which the snubber switch 222a is turned on may be detected by using the.

이하에서, 비교부(364c)의 구성을 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, the configuration of the comparison unit 364c will be described in detail.

비교부(364c)는 전력 계통(300)의 전압을 이용하여 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압을 검출한다. The comparator 364c detects a voltage applied to the converter switching element SW using the voltage of the power system 300.

이때, 비교부(364c)는 전력 계통(300)의 전압(Vgrid), 컨버터 스위칭 소자(SW)의 최대 전류 값(i_pri _, _peak) 및 컨버터 스위칭 소자(SW)의 전류 변동 값(Jm)을 이용하여 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압(Vds)을 산출할 수 있다.At this time, the comparator 364c compares the voltage Vgrid of the power system 300, the maximum current value i _pri _, _{peak of the} converter switching element SW, and the current variation value Jm of the converter switching element SW. The voltage Vds applied to the converter switching element SW may be calculated.

이를 위하여 비교부(364c)는 컨버터 스위칭 소자(SW)의 최대 전류 값(i_pri _, _peak) 및 컨버터 스위칭 소자(SW)의 전류 변동 값(Jm)을 각각 연산한다.To this end, the comparator 364c calculates the maximum current value i _pri _, _{peak of the} converter switching element SW and the current variation value Jm of the converter switching element SW, respectively.

우선, 비교부(364c)는 아래의 [수학식 1]을 이용하여 컨버터 스위칭 소자(SW)의 최대 전류 값(i_pri _, _peak)을 연산한다.First, the comparator 364c calculates the maximum current value i _pri _, _peak of the converter switching element SW using Equation 1 below.

여기서, i_pri _, _peak는 컨버터 스위칭 소자의 최대 전류 값, n은 트랜스포머의 1차 및 2차 코일의 턴수 비, i_out _, _peak는 전력 계통의 최대 전류 값 및 Duty는 컨버터 스위칭 소자의 통류율이다.
Where i _pri _and _peak are the maximum current values of the converter switching element, n is the turn ratio of the primary and secondary coils of the transformer, i _out _, _peak are the maximum current value and duty of the power system and the current flow rate of the converter switching element. .

또한, 비교부(364c)는 하기의 [수학식 2]를 이용하여 컨버터 스위칭 소자(SW)의 전류 변동 값(Jm)을 연산한다.In addition, the comparator 364c calculates the current variation value Jm of the converter switching element SW by using Equation 2 below.

상기 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 통해 컨버터 스위칭 소자(SW)의 최대 전류 값(i_pri _, _peak) 및 컨버터 스위칭 소자(SW)의 전류 변동 값(Jm)을 연산한 후, 비교부(364c)는 아래의 [수학식 3]을 이용하여 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압(Vds)을 산출한다.After calculating the maximum current value (i _pri _, _peak ) of the converter switching element (SW) and the current variation value (Jm) of the converter switching element (SW) through the above [Equation 1] and [Equation 2], the comparison The unit 364c calculates the voltage Vds applied to the converter switching element SW by using Equation 3 below.

이에 따라, 비교부(364c)는 산출된 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압(Vds)과 기준 전압(Vref)을 비교한다. Accordingly, the comparator 364c compares the calculated voltage Vds applied to the converter switching element SW with the reference voltage Vref.

이때, 비교부(364c)는 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압(Vds)이 미리 정해진 기준 전압(Vref)보다 큰 시점의 전력 계통(300)의 위상을 이용하여 기준 위상 구간을 설정한다. 이에 따라, 비교부(364c)는 전력 계통의 위상이 기준 위상 구간에 속하는지 판단할 수 있다.In this case, the comparator 364c sets a reference phase section by using the phase of the power system 300 at the time when the voltage Vds applied to the converter switching element SW is greater than the predetermined reference voltage Vref. Accordingly, the comparator 364c may determine whether the phase of the power system belongs to the reference phase section.

예컨대, 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압(Vds)이 미리 정해진 기준 전압(Vref)보다 큰 시점의 전력 계통(300)의 위상부터 피크치에 대응하는 위상 값을 기준으로 대칭되는 범위까지를 기준 위상 구간으로 설정할 수 있다. 기준 위상 구간 내에서는 추가적으로 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압(Vds)을 산출할 필요없이 시간 검출부(362c)에서 검출된 턴 온 동작할 시간 조건에 따라 스너버 스위치(222a)의 동작을 제어하는 스너버 제어 신호(P_snb)를 출력할 수 있다.For example, the reference phase is a range from the phase of the power system 300 at a point in time when the voltage Vds applied to the converter switching element SW is greater than the predetermined reference voltage Vref to a symmetrical range based on the phase value corresponding to the peak value. It can be set as an interval. In the reference phase section, the operation of the snubber switch 222a is controlled according to a time condition for turn-on operation detected by the time detector 362c without additionally calculating the voltage Vds applied to the converter switching element SW. The snubber control signal P_snb may be output.

설정된 기준 위상 구간을 벗어나는 경우에, 비교부(364c)는 전력 계통(300)의 전압(Vgrid), 컨버터 스위칭 소자(SW)의 최대 전류 값(i_pri _, _peak) 및 컨버터 스위칭 소자(SW)의 전류 변동 값(Jm)을 이용하여 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압(Vds)을 산출하고, 스너버 스위치(222a)가 턴 온 동작할 시간 조건에서, 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압(Vds)과 기준 전압(Vref)을 비교하여 비교한 결과에 따라 스너버 스위치(222a)의 동작을 제어하는 스너버 제어 신호(P_snb)를 출력할 수 있다. When the reference phase interval is out of the set range, the comparator 364c includes the voltage Vgrid of the power system 300, the maximum current value i _pri _, _{peak of the} converter switching element SW, and the converter switching element SW. The voltage Vds applied to the converter switching element SW is calculated using the current variation value Jm, and the voltage applied to the converter switching element SW under the time condition at which the snubber switch 222a is turned on ( The snubber control signal P_snb controlling the operation of the snubber switch 222a may be output according to the result of comparing and comparing Vds) with the reference voltage Vref.

만일, 설정된 기준 위상 구간을 벗어나는 경우에, 스너버 스위치(222a)가 턴 온 동작할 시간 조건이 아닌 경우에는 스너버 스위치(222a)의 동작을 제어하는 스너버 제어 신호(P_snb)를 출력할 필요가 없다.If the snubber switch 222a is not a time condition in which the snubber switch 222a is turned on when it is out of the set reference phase section, it is necessary to output a snubber control signal P_snb that controls the operation of the snubber switch 222a. There is no.

도 6a 및 도 6b는 스너버 장치를 사용하지 않거나 일반적인 스너버 장치의 사용에 따른 컨버터의 전압 파형도, 도 6c는 본 발명의 일실시예에 의한 스너버 장치의 사용에 따른 컨버터의 전압 파형도로서, 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.6A and 6B are voltage waveform diagrams of a converter without using a snubber device or using a general snubber device, and FIG. 6C is a voltage waveform diagram of a converter according to the use of a snubber device according to an embodiment of the present invention. As will be described in more detail with reference to Figures 6a to 6c.

도 6a에서와 같이 스너버 장치를 사용하지 않을 경우에는 계통 주파수 내의 고전압 구간(t2, t4 구간)에서 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압이 기준 전압(Vref, 정격 전압)보다 커지기 때문에 컨버터 스위칭 소자(SW)를 동작시킬 수 없었다.When the snubber device is not used as shown in FIG. 6A, the converter switching element is increased because the voltage applied to the converter switching element SW is higher than the reference voltage Vref in the high voltage section (t2, t4 section) within the system frequency. (SW) could not be operated.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 도 6b에서와 같이 일반적인 스너버 장치를 사용하여 계통 주파수 내의 전체 영역에서 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압이 기준 전압(Vref)보다 낮아지도록 제어하였으나, 계통 주파수 내의 전체 구간(t1~t5 구간)에 걸쳐 스너버 스위치(222a)가 동작하기 때문에 스너버 스위치(222a)의 손실로 인한 효율 저하의 문제점이 발생한다.Therefore, in order to solve this problem, as shown in FIG. 6B, the voltage applied to the converter switching element SW in the entire region within the system frequency is controlled to be lower than the reference voltage Vref using the general snubber device. Since the snubber switch 222a operates over the entire section (t1 to t5 section), a problem of efficiency deterioration due to the loss of the snubber switch 222a occurs.

따라서, 도 6a에서의 문제점을 개선하고, 도 6b에 따른 효율 저하의 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 일실시예에서는 도 6c에서와 같이, 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압이 기준 전압보다 낮은 계통 주파수 내의 저전압 구간(t1, t3, t5 구간)에서는 스너버 스위치(222a)를 턴 오프 동작시키고, 컨버터 스위칭 소자(SW)에 걸리는 전압이 기준 전압보다 높은 계통 주파수 내의 고전압 구간(t2, t4 구간)에서만 스너버 스위치(222a)를 턴 온 동작시키는 스너버 제어 신호(P_snb)를 출력함으로써 계통 주파수 내의 전체 구간에서 컨버터 스위칭 소자(SW)를 동작시킬 수 있으며, 계통 주파수 내의 저전압 구간(t1, t3, t5 구간)에서는 스너버 스위치(222a)를 동작시키지 않아 이 구간 동안에 발생하는 스너버 스위치(222a)의 스위칭 손실 및 전도 손실을 개선할 수 있게 된다.
Therefore, in order to improve the problem of FIG. 6A and to solve the problem of efficiency reduction according to FIG. 6B, in one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6C, the voltage applied to the converter switching element SW is lower than the reference voltage. In the low voltage section (t1, t3, t5 section) within the system frequency, the snubber switch 222a is turned off, and the high voltage section (t2, t4 section within the system frequency at which the voltage applied to the converter switching element SW is higher than the reference voltage. ), The converter switching element SW can be operated in all sections within the system frequency by outputting the snubber control signal P_snb for turning on the snubber switch 222a, and the low voltage sections t1 and t3 in the system frequency. In the t5 section, the snubber switch 222a is not operated, so that the switching loss and the conduction loss of the snubber switch 222a occurring during this period can be improved.

이상에서, 전술한 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니라 본 발명에 대한 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것이다. 또한, 전술한 구성들의 다양한 조합에 따른 실시예들이 앞선 구체적인 설명들로부터 당업자에게 자명하게 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 기재된 발명에 따라 해석되어야 하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변경, 대안, 균등물들을 포함하고 있다.
The foregoing embodiments and accompanying drawings are not intended to limit the scope of the present invention but to illustrate the present invention in order to facilitate understanding of the present invention by those skilled in the art. Embodiments in accordance with various combinations of the above-described configurations can also be implemented by those skilled in the art from the foregoing detailed description. Accordingly, various embodiments of the invention may be embodied in various forms without departing from the essential characteristics thereof, and the scope of the invention should be construed in accordance with the invention as set forth in the appended claims. Alternatives, and equivalents by those skilled in the art.

222. 스너버 장치 222a. 스너버 스위치
222b. 스너버 콘덴서 360c. 스너버 제어부
362c. 시간 검출부 364c. 스너버 신호 발생부
364c1. 검출기 364c11. 제1 연산기
364c12. 제2 연산기 364c2. 동작 제어기222. Snubber device 222a. Snubber switch
222b. Snubber Condenser 360c. Snubber control unit
362c. Time detector 364c. Snubber signal generator
364c1. Detector 364c11. First operator
364c12. Second operator 364c2. Motion controller

Claims

A DC / DC converter converting an output voltage generated in the solar cell into a direct current voltage and having a converter switching element;
A snubber device having a snubber switch for clamping a voltage across the converter switching element; And
A control device that detects a phase of a power system to be fed back and determines whether a phase of the detected power system belongs to a reference phase section in a time condition when the snubber switch is turned on, thereby controlling the operation of the snubber switch. Solar cell power generation system comprising;

The method according to claim 1,
The control device includes:
A phase detector for detecting a phase of the power system;
A time detector detecting a time condition for turning on the snubber switch;
A comparison unit to determine whether a phase of the detected power system belongs to a reference phase section under a time condition during which the snubber switch is turned on; And
And a snubber signal generator configured to turn on the snubber switch when the phase of the power system exists within the reference phase section in the determination result.

The method according to claim 2,
The snubber signal generator,
And turning off the snubber switch if the phase of the power system is not within the reference phase section.

The method according to claim 2,
Wherein,
The voltage applied to the converter switching element is detected using the voltage of the power system, the voltage applied to the detected converter switching element is compared with a predetermined reference voltage, and the voltage applied to the converter switching element is greater than the predetermined reference voltage. And setting the reference phase section by using the phase of the power system at a large time point, and determining whether the phase of the power system belongs to the reference phase section.

The method of claim 4,
The comparing unit calculates a voltage applied to the converter switching element by using the voltage of the power system, the maximum current value of the converter switching element and the current variation value of the converter switching element.

The method according to claim 5,
Wherein,
A solar cell power generation system for calculating the maximum current value of the converter switching device using the following [Equation 1].
[ Equation 1 ]

Where i _{pri, peak} is the maximum current value of the converter switching element, n is the ratio of the number of turns of the primary and secondary coils of the transformer, i _{out, peak} is the maximum current value of the power system and Duty is the flow rate of the converter switching element.

The method according to claim 5 or 6,
Wherein,
A solar cell power generation system that calculates a current variation value of the converter switching element by using Equation 2 below.
& Quot; (2 ) & quot ;

Where Jm is the current variation value of the converter switching element SW, Ro is the leakage inductance and the equivalent impedance of the capacitor of the converter switching element, Vin is the input voltage and VFB is the voltage output from the transformer.

The method of claim 7,
Wherein,
A solar cell power generation system that calculates a voltage applied to the converter switching element by using Equation 3 below.
& Quot; (3 ) & quot ;

Here, Vsw, spike is the voltage applied to the converter switching element (SW), Vgrid is the voltage of the power system.

In the DC / DC converter for performing a DC / DC conversion by using a converter switching element,
A transformer having a secondary coil that induces energy from the primary coil receiving the primary current;
A snubber circuit having a snubber switch for clamping a voltage across the converter switching element;
A phase detector detecting a phase of a power system fed back; And
And a snubber controller configured to control an operation of the snubber switch by determining whether a phase of the detected power system belongs to a reference phase section in a time condition when the snubber switch is turned on. .

The method according to claim 9,
The snubber controller is:
A time detector detecting a time condition for turning on the snubber switch;
A comparison unit to determine whether a phase of the detected power system belongs to a reference phase section under a time condition during which the snubber switch is turned on; And
And a snubber signal generator configured to turn on the snubber switch when the phase of the power system exists within the reference phase section in the determination result.

The method of claim 10,
Wherein,
The voltage applied to the converter switching element is detected using the voltage of the power system, the voltage applied to the detected converter switching element is compared with a predetermined reference voltage, and the voltage applied to the converter switching element is greater than the predetermined reference voltage. And setting the reference phase section using the phase of the power system at a large time point, and determining whether the phase of the power system belongs to the reference phase section.

The method of claim 11,
And the comparing unit calculates a voltage applied to the converter switching element by using a voltage of the power system, a maximum current value of the converter switching element, and a current variation value of the converter switching element.

The method of claim 12,
The comparator calculates the voltage applied to the converter switching element by using the following Equation 1, Equation 2 and Equation 3 below.
[ Equation 1 ]

& Quot; (2 ) & quot ;

& Quot; (3 ) & quot ;

Where i _pri _and _peak are the maximum current values of the converter switching element, n is the number of turns of the primary and secondary coils of the transformer, i _out _, _peak are the maximum current value and duty of the power system and the flow rate of the converter switching element. ,
Jm is the current fluctuation value of the converter switching element (SW), Ro is the leakage inductance and the equivalent impedance of the capacitor of the converter switching element, Vin is the input voltage and VFB is the voltage output from the transformer,
Vsw, spike is the voltage across the converter switching element (SW), Vgrid is the voltage of the power system.

The method according to claim 9,
The snubber circuit,
And a snubber capacitor having one end connected to the snubber switch and the other end connected to a drain of the converter switching element.

The method according to claim 9,
The snubber switch,
And a source is connected to the drain of the converter switching element.