JP3904119B2 - 太陽電池を用いた電源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池を用いた電源装置に関し、特に太陽電池に入射される太陽光の強度及び周辺温度によって変化する最大出力電力点に追従動作して得られた一定の出力電圧をバッテリに供給する太陽電池を用いた電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、太陽エネルギをより効率的に利用するための装置の研究が盛んに行われている。太陽エネルギを電気エネルギに変換すべく太陽電池を使用した場合、太陽電池の出力電力は、この太陽電池に入射される太陽光の強度と周辺温度によって変化する。
【０００３】
図７は太陽電池の出力電力が入射する太陽光の強度で変化する状態を説明するための特性図であり、図８は太陽電池の出力電力が周囲温度で変化する状態を説明するための特性図である。図７及び図８に示されるように太陽光の強度や周囲温度の変化で太陽電池の出力インピーダンスが変動する。したがって、固定負荷を太陽電池で駆動する場合はインピーダンス不整合が生じて太陽電池から負荷への電力伝達の効率が低下する問題がある。このため、最大の電力伝達を行って最大の太陽エネルギ利用効率を得るための研究が進められている。
【０００４】
図９は従来の太陽電池を用いた電源装置を示す回路図である。図９において、この例は米国特許4,873,480号に開示された太陽電池を用いた電源装置であり、太陽電池パネル（ＰＶ ＳＯＵＲＣＥ）にセルアレーと一つの独立したセル１を設けている。この独立したセル１によって基準電圧を発生し、この基準電圧とセルアレーの出力電圧を可変抵抗器ＶＲを通じて比較器２で比較する。
【０００５】
この比較差に対応したパルス幅変調（ＰＷＭ）信号をパルス幅変調調整器３で発生し、このパルス幅変調信号でスイッチングトランジスタＱ１のベースが駆動され、この駆動に応答動作して負荷４に供給される電力を一定化している。これによって、太陽電池パネルの出力電圧が太陽光の強度又は周辺温度に関係なく常時一定化されて負荷に供給される。
【０００６】
しかし、前述の米国特許米国特許4,873,480号の技術は図７に示したように太陽光による最大出力電力点の電圧が少しずつ変化するので、一定の基準電圧を用いることによって、その高い効率が得られるものの、常時、全条件で最大出力電力を得ることが出来ない。また、別途の独立したセルを設ける必要があり、その構造が複雑である。
【０００７】
図１０は他の従来例における太陽電池を用いた電源装置を示す回路図である。図１０において、この例は米国特許4,580,090 号の例であり、図８に示した周囲の温度変化による太陽電池５の電圧変動を補償するために、太陽電池５の出力電圧を検出回路６で検出している。そして、この検出した電圧を温度補償するためのサーミスターＴＨを設けている。この米国特許の技術では検出回路６によって太陽電池５の出力電圧を抵抗器Ｒ１，Ｒ２を用いた電圧分配方式で分圧した検出電圧を得るとともに、抵抗器Ｒ２に直列接続されたサーミスターを用いて、その温度補償を行っている。
【０００８】
さらに、電流検出器８及び検出回路６での検出値によってドライブトランジスタＱ２がスイッチングトランジスタＱ３を駆動し、ここからの電圧をフィルタ７を通じてモータの負荷ＲＬに供給する。この際、太陽光が極めて少ない場合には制御が行われず、その全体的な効率が低下するという問題がある。
【０００９】
図１１は、さらに他の従来例における太陽電池を用いた電源装置を示す回路図である。図１１において、この例は米国特許4,916,382 号の例であり、太陽電池（ソーラセルアレー）９の出力電圧と電流をアナログ・デジタル変換器（入力測定器）１０でデジタルデータに変換し、この変換によるデジタルデータをマイクロプロセッサ（制御器）１１のプログラムで処理して、チョッパ回路１２を制御し、ここからの電圧を直流モータに１３に供給している。この場合、変化する太陽光の強度又は周辺温度の変化によって変動する最大出力電力点をマイクロプロセッサ（制御器）１１で記憶、蓄積している。この例はマイクロプロセッサを使用しているため、そのインターフェース回路が必要になり、回路構成が複雑化し、かつ、コストが上昇するという問題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の技術における課題を解決するためのものであり、太陽光の強度と周辺温度に無関係に常時最大出力電力点に追従動作して得られた一定の出力電圧をバッテリに供給でき、その高い効率が得られる太陽電池を用いた電源装置を提供するものである。
さらに、本発明の他の目的は回路構成の簡単な太陽電池を用いた電源装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の太陽電池を用いた電源装置は、太陽エネルギを電気エネルギに変換して直流電圧を出力する太陽電池と、太陽電池からの直流電圧を所定の直流電圧に変換して出力するチョッパ回路と、このチョッパ回路が出力する直流電圧を充電するバッテリとを有し、さらに、太陽電池の出力電圧と出力電流とから太陽電池の最大出力電力点を検出し、この電力検出信号に基づいて太陽電池の出力電流に追従するようにチョッパ回路が最大の出力電力で動作するためのパルス幅変調制御を行うパルス幅変調制御器を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の太陽電池を用いた電源装置は、前記チョッパ回路として、太陽電池の出力端子と接地との間に直列接続されたインダクタ、スイッチング手段及び電流感知抵抗器からなる昇圧型インバータと、昇圧型インバータのスイッチング手段の両端に直列接続されたダイオードとキャパシタとからなる整流回路とを備えるものである。
【００１３】
さらに、本発明の太陽電池を用いた電源装置は、前記パルス幅変調制御器として、太陽電池の出力電圧と電流感知抵抗器が検出した電流検出信号とに基づいて最大出力電力点を検出する最大出力電力点検出手段と、最大出力電力点検出信号を積分した信号を電流命令信号として出力する基準信号発生手段とを有し、さらに、基準信号発生手段からの電流命令信号と電流感知抵抗器が検出した電流検出信号とを比較してオフ制御信号を発生する比較手段と、所定周波数のクロック信号に応じてスイッチング手段をオンし、又は、比較手段からのオフ制御信号に対応してオフにするためのスイッチング駆動手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の太陽電池を用いた電源装置は、パルス幅変調制御器として、太陽電池の出力電圧と出力電流に対応した電力検出信号を発生する電力検出手段と、サンプリング信号を発生する信号発生手段と、信号発生手段が発生するサンプリング信号に対応して以前の一定期間に電力検出手段からの電力検出信号によって充電された第１電荷量と一定期間と同一の現在の一定期間の電力検出手段からの電力検出信号によって充電された第２電荷量とを比較して現在の電荷量より以前の電荷量が大きい際に、太陽電池の出力電力が減少すると判断した判断信号を発生する最大出力電力点判断手段とを備えるものである。
【００１５】
さらに、本発明の太陽電池を用いた電源装置は、前記電力検出手段として、太陽電池の出力電圧を検出して電圧検出信号を発生する電圧検出手段と、太陽電池の出力電流を検出して電流検出信号を発生する電流検出手段と、電圧検出信号と電流検出信号を乗算して電力検出信号とを発生する乗算器とから構成されものである。
【００１６】
また、本発明の太陽電池を用いた電源装置は、前記信号発生手段のサンプリング信号として、一つの周期でハイレベル区間がローレベル区間よりさらに長い第１スイッチング信号と、第１スイッチング信号のハイレベル区間にシフトされた第２スイッチング信号とを有し、さらに、第１及び第２スイッチング信号と周期が同一であり、第１及び第２スイッチング信号のハイレベル区間がオーバラップする区間において一つの周期のハイレベル区間を有するクロック信号と、第１及び第２スイッチング信号と周期は同一でありクロック信号の下降エッジから上昇するエッジを有するセット信号とからなる。
【００１７】
さらに、本発明の太陽電池を用いた電源装置は、前記最大出力電力点判断手段として、比較器と、比較器の反転入力端子と接地との間に接続されて電力検出信号に対応して可変される第１電流源と、比較器の非反転入力端子と接地との間に接続されて電力検出信号に対応して可変され第１電流源と同一の電流値の第２電流源と、比較器の反転入力端子と非反転入力端子との間に転結されたキャパシタとを有し、さらに、比較器の反転入力端子と基準電圧端との間に接続され第１スイッチング信号のハイレベル区間にオンとなり、かつ、ローレベル区間でオフとなる第１スイッチと、比較器の非反転入力端子と基準電圧端との間に接続され第２スイッチング信号のハイレベル区間にオンになり、かつ、ローレベル区間でオフになる第１スイッチと、クロック信号に応じて比較器の出力をラッチしセット信号に対応して出力をセットするフリップフロップ回路とを備えるものである。
【００１８】
また、本発明の太陽電池を用いた電源装置は、前記基準信号発生手段として、最大出力電力点検出手段からの最大出力電力点検出信号を分周する分周手段と、この分周手段の出力を積分した電流命令信号を発生する積分手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１９】
この構成による本発明では、一定期間以前の電力平均値と現在の電力平均値とを比較して常時一定周期で出力電力最大点が検出される。この結果、太陽光の強度と周辺温度に無関係に常時、太陽電池の最大出力電力点に追従動作して得られた一定の出力電圧をバッテリに供給できるようになる。
【００２０】
また、本発明では一定時間内のノイズや瞬間的な電力変化に対して反応しなくなり、その誤動作が防止される。
【００２１】
さらに、本発明ではキャパシタ、比較器、スイッチ、電流源などの比較的簡単なアナログ回路構成によって最大出力電力点の検出が可能であり、回路構成が簡素化される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の太陽電池を用いた電源装置の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の太陽電池を用いた電源装置の実施形態の構成を示す回路図である。図１において、この回路は太陽電池（ソーラセルアレー）１５と、この太陽電池１５からの出力電圧Ｖｉｎを所定電圧に昇圧した出力直流電圧Ｖｏｕｔに変換して出力するチョッパ回路１００と、このチョッパ回路１００の出力直流電圧Ｖｏｕｔを充電するバッテリ２００とを有している。さらに、この回路は、太陽電池１５の出力電圧Ｖｉｎ（Ｖ）と、検出した出力電流値Ｉとから太陽電池１５の最大出力電力点を検出し、この検出信号に基づいて太陽電池１５の出力電流に追従するようにチョッパ回路１００の出力電力が常時最大になるパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行うパルス幅制御器３００とを有している。
【００２３】
チョッパ回路１００は太陽電池１５の出力端子と接地との間に直列接続されたインダクタＬ１と、スイッチング手段（ＦＥＴ）Ｔ１及び電流感知抵抗器Ｒｓからなる昇圧型インバータと、この昇圧型インバータのスイッチング手段Ｔ１の両端に直列接続されたダイオードＤ１及びキャパシタＣ４からなる整流回路とで構成されている。ここでキャパシタＣ２，Ｃ３はノイズ除去用であり、電流感知抵抗器Ｒｓは、太陽電池１５の出力電流を感知するものである。
【００２４】
図２はパルス幅変調制御器３００の詳細な構成を示すブロック図である。図２において、このパルス幅変調制御器３００は、太陽電池１５の出力電圧Ｖｉｎ（Ｖ）と電流感知抵抗器Ｒｓで検出した出力電流値Ｉが入力されて最大出力電力点を検出する最大出力電力点検出手段３１０と、最大出力電力点検出信号を入力し積分し、この積分値の信号を電流命令信号として出力する基準信号発生手段３２０とを有している。
【００２５】
さらに、このパルス幅変調制御器３００は、電流命令信号と電流検出信号とを比較してオフ制御信号を発生する比較手段３３０と、所定の周波数、例えば、４５ｋＨｚのクロック信号ＣＬＫに対応してスイッチング手段Ｔ１をオンにし、かつ、オフ制御信号に対応してオフにするスイッチング駆動手段３４０とを有している。さらに、このパルス幅変調制御器３００には、基準信号発生手段３２０を構成するＴ型フリップフロップ（Ｆ／Ｆ）回路３２２及び積分手段３２４を有している。
【００２６】
図２のパルス幅変調制御器３００において、最大出力電力点検出手段３１０は太陽電池１５の出力電圧Ｖと出力電流値Ｉとに対応した電力検出信号を発生する電力検出手段２０と、サンプリング信号を発生する信号発生手段３０と、ここからのサンプリング信号に対応して以前の一定期間で電力検出信号によって充電された第１電荷量と一定期間と同じ現在の一定期間で電力検出信号によって充電された第２電荷量とを比較し、現在の電荷量より以前の電荷量が大きい場合に太陽電池１５の出力電力が減少すると判断した判断信号を発生する最大出力電力点判断手段（ＰＰＴ）４０とが設けられている。
【００２７】
電力検出手段２０は太陽電池１５の出力電圧を検出して電圧検出信号を発生する電圧検出手段２２と、太陽電池１５の出力電流、すなわち、電流感知抵抗器Ｒｓの降下電圧を検出して電流検出信号Ｉを発生する電流検出手段２４と、電圧検出信号と電流検出信号を乗算して電力検出信号を発生する乗算器２６とからなる。
【００２８】
図３は最大出力電力点判断手段４０の詳細な構成を示す回路図である。図３において、最大出力電力点判断手段４０は、比較器Ｕ１と、この比較器Ｕ１の反転入力端子（−）と接地との間に接続され、電力検出信号に対応して可変される第１電流源ＣＳ１と、比較器Ｕ１の非反転入力端子（＋）と接地との間に接続され、電力検出信号に対応して可変され、第１電流源ＣＳ１と同一電流値の第２電流源ＣＳ２と、比較器Ｕ１の反転入力端子（−）と非反転入力端子（＋）との間に接続されるキャパシタＣ１とを有している。
【００２９】
さらに、最大出力電力点判断手段４０には、比較器Ｕ１の反転入力端子（−）と基準電圧Ｖｒｅｆとの間に接続され、第１スイッチング信号Ｓ１のハイレベル区間でオンし、ローレベル区間でオフする第１スイッチＳＷ１と、比較器Ｕ１の非反転入力端子（＋）と基準電圧Ｖｒｅｆとの間に接続され、第２スイッチング信号Ｓ２のハイレベル区間でオンし、ローレベル区間でオフとなる第２スイッチＳＷ２と、クロック信号Ｓ３に対応して比較器Ｕ１の出力をラッチし、セット信号Ｓ４に応答して出力をセットするフリップフロップ回路Ｆ／Ｆ１とを有している。
【００３０】
図３において、信号発生手段３０のサンプリング信号は、１周期間（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）にハイレベル区間がローレベル区間より長い第１スイッチング信号Ｓ１と、第１スイッチング信号Ｓ１のハイレベル区間でシフトした第２スイッチング信号Ｓ２とからなり、さらに、第１及び第２スイッチング信号Ｓ１，Ｓ２と周期が同一であり第１及び第２スイッチング信号Ｓ１，Ｓ２のハイレベル区間がオーバラップする区間において一つの周期のハイレベル区間を有するクロック信号Ｓ３と、第１及び第２スイッチング信号Ｓ１，Ｓ２と周期が同一でありクロック信号Ｓ３の下降エッジから上昇するエッジを有したセット信号Ｓ４とからなっている。
【００３１】
このように構成された実施形態の動作について説明する。
図１において、太陽電池１５の出力電圧Ｖｉｎがチョッパ回路１００に入力されて、スイッチング手段Ｔ１がオンする間にインダクタＬ１にエネルギが蓄えられ、スイッチング手段Ｔ１がオフした間にインダクタＬ１に蓄えられたエネルギを放出し、ダイオードＤ１及びキャパシタＣ４で構成される整流回路を通じて得られた直流をバッテリ２００に充電する。
【００３２】
したがって、太陽電池１５の出力電圧Ｖｉｎとバッテリ２００の出力直流電圧Ｖｏｕｔとの間には次式（１）の関係が成り立つ。
【００３３】
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／（１−Ｄ） …（１）
ここでＤはチョッパ回路１００のデューティ比を示す。
【００３４】
この結果、バッテリ２００の出力直流電圧Ｖｏｕｔの値が一定であると太陽電池１５の出力電圧Ｖｉｎはデューティ比Ｄによって異なる。したがって、デューティ比を調整すると動作電圧が太陽電池１５の最大出力電力点となる電圧Ｖｍに一致する。すなわち、太陽電池１５の出力電流（出力電流値Ｉ）が最大出力電力点となる電流Ｉｍとなるように制御可能であれば太陽電池１５の最大出力電力点に対応してチョッパ回路１００が動作するように出来る。
【００３５】
太陽電池１５の出力電圧Ｖｉｎは太陽光の強度と周辺温度によって変化するため、最大出力電力点となる出力電圧Ｖｍも変化する。また、バッテリ２００も長時間充電するとバッテリ２００の出力直流電圧Ｖｏｕｔも変化する。したがって、チョッパ回路１００の入力電圧（太陽電池１５の出力電圧Ｖｉｎ）と出力電圧（出力直流電圧Ｖｏｕｔ）が変化しても常時、入力電圧が太陽電池１５の最大出力電力点の場合の電圧になるようにデューティ比を制御する。
【００３６】
このデューティ比の制御について説明する。まず、最大出力電力点を以下のように検出する。これは最大出力電力点に追従してチョッパ回路１００が動作し、最大効率でバッテリ２００に充電が可能なパルス幅変調制御を行うたの検出である。
図４は電力検出信号の特性曲線を示す図である。図１から図４において、パルス幅変調制御器３００の最大出力電力点検出手段３１０における電力検出手段２０は、太陽電池１５の出力電圧Ｖｉｎと出力電流値Ｉとによって、図４に示す特性曲線を有する電力検出信号を発生し、太陽電池１５の出力端を短絡させた場合が電流Ｉｓｃであり、太陽電池１５の出力を開放した状態が出力電圧Ｖｃである。すなわち、図４におけるＡ領域では、出力電圧Ｖｉｎが漸次増加してＶｍに至るまで、出力電流値ＩはＩｓｃからＩｍに向けてわずかに減少するだけであるため、出力電力を示す電力検出信号は増加し、また、Ｂ領域では、出力電流値ＩはＶｃにおいてゼロになるまで急激に減少するため、電力検出信号は減少する。従って、最大出力電力点Ｐｍａｘは電圧Ｖｍと電流Ｉｍとの積により得られることになる。
【００３７】
図５は最大出力電力点判断手段４０における処理のタイミング図である。図１から図５において、最大出力電力点判断手段４０では図５に示されるように、その初期では第１、第２のスイッチング信号Ｓ１，Ｓ２がハイレベル状態を保持して比較器Ｕ１の反転入力端子（＋）及び非反転入力端子（−）に基準電圧Ｖｒｅｆが印加されて同一電位に維持される。同一電位である場合は比較器Ｕ１の出力はローレベル状態を保持する。この際、キャパシタＣ１の両端電圧がゼロに保持される。
【００３８】
次いで、第２スイッチング信号Ｓ２がローレベル状態になり第１スイッチング信号Ｓ１のハイレベル区間であるＴｄ１区間ではスイッチＳＷ１がオンになりスイッチＳＷ２がオフ状態に維持される。したがって、初期には基準電圧端（Ｖｒｅｆ）から電流Ｉが供給されて第１電流源ＣＳ１を通じて「Ｉ／２」の電流が流れ、また、キャパシタＣ１及び第２電流源ＣＳ２を通じて「Ｉ／２」の電流が流れる。キャパシタＣ１が次第に充電され、第１電荷量に充電されると反転入力端子（−）の電位が基準電圧Ｖｒｅｆを保持するものの非反転入力端子（＋）の電位は、キャパシタＣ１の容量に比例して漸次下降して−Ｖｃに低下する。
【００３９】
第１スイッチング信号Ｓ１がローレベル状態となり第２スイッチング信号Ｓ２がハイレベル状態の区間Ｔｄ２ではスイッチＳＷ１がオフになり、また、スイッチＳＷ２がオンになる。したがって、今度は逆に非反転入力端子（＋）の電位が基準電圧Ｖｒｅｆに上昇し、かつ、反転入力端子（−）が「Ｖｒｅｆ＋Ｖｃ」に上昇して、キャパシタＣ１に充電された電荷量が第１電流源ＣＳ１を通じて放電する。区間Ｔｄ１と区間Ｔｄ２とが同一であるため電力検出信号が同じ値に保持された際に、区間Ｔｄ１での電力検出信号に対応した電流値が、区間Ｔｄ２での電力検出信号に対応した電流値と等しくなり、かつ、キャパシタＣ１に充電された電流量と放電された電荷量も同一になる。
【００４０】
この結果、区間Ｔｄ２の終了直後に反転入力端子（−）の電位が基準電圧Ｖｒｅｆと同一になる。したがって、比較器Ｕ１の出力はローレベル状態を保持することになる。すなわち、区間Ｔｄ１と区間Ｔｄ２の二つの期間の間に電力検出信号の値が変化せずにそのまま保持される。
【００４１】
ここで図５に示されるように、区間Ｔｄ２から区間Ｔｄ１の電力検出信号の値よりも区間Ｔｄ２の電力検出信号の値が大きい場合は、キャパシタＣ１の両端電圧は負（−）になる。すなわち、反転入力端子（−）の電位が基準電圧Ｖｒｅｆより低いレベルになる。これによって、非反転入力端子（＋）の電位が基準電圧Ｖｒｅｆに維持されるとともに、反転入力端子（−）の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ以下に低下するため比較器Ｕ１の出力が、ハイレベル状態となる。すなわち、太陽電池１５の出力電力が以前の期間より現在の期間中に増加する。
【００４２】
これと反対に時間Ｔ３における区間Ｔｄ１の電力検出信号の値よりも区間Ｔｄ２の電力検出信号の値が低下する場合は、キャパシタＣ１の両端電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより高い電位状態で保持される。したがって、非反転入力端子（＋）の電位は基準電圧Ｖｒｅｆに保持され、反転入力端子（−）の電位が基準電圧Ｖｒｅｆより高い電位を保持するため、比較器Ｕ１の出力がローレベル状態となる。すなわち、太陽電池１５の出力電力が以前の期間より現在の期間で減少していることが検出される。
【００４３】
フリップフロップ回路Ｆ／Ｆ１では比較器Ｕ１の出力をラッチする。これは図５における区間Ｔｄ２の終了直後にクロック信号Ｓ３の上昇エッジから比較器Ｕ１の出力をラッチして出力し、クロック信号Ｓ３の下降エッジから上昇するセット信号Ｓ４によって常時、出力電力が増加する方向から動作を開始することによって一つの周期間に如何なる要因でもシステムの誤動作を防止できるようにするためである。
【００４４】
図６は太陽電池１５の出力電圧、出力電流及び出力電力の関係を示す特性図である。図１から図６において、最大出力電力点判断手段（ＰＰＴ）４０からの最大出力電力点検出信号は図２に示すようにＴ型Ｆ／Ｆ回路３２２に入力されて２分周され、この分周信号が積分手段３２４によって積分されて電流命令信号として比較手段３３０に入力される。比較手段３３０では、この電流命令信号をリファレンスとして太陽電池１５の出力電流値Ｉ（電流検出信号）と比較し、この比較で二つの信号が同一になるとオフ制御信号を発生する。
【００４５】
スイッチング手段Ｔ１はスイッチング駆動手段３４０からのクロック信号Ｓ３が入力されてオンなると太陽電池１５の出力電流がスイッチング手段Ｔ１を通じて電流感知抵抗器Ｒｓに流れる。この電流感知抵抗器Ｒｓでの降下電圧によって検出された出力電流値Ｉ（電流検出信号）が比較手段３３０によって比較され、太陽電池１５の出力電流値Ｉがクロック信号Ｓ３のリップルを有した基準信号Ｖｒｅｆに追従して増加する。この動作を繰り返して最大出力電力点に至るまで電流命令信号が増加し、太陽電池１５の出力電流も同時に増加する。
【００４６】
最大出力電力点を通過すると電力検出手段２０の検出信号が図６に示すように時間ｔ１においてローレベルとなり、Ｔ型Ｆ／Ｆ回路３２２の出力がハイレベルとなることによって、積分手段３２４の出力値が低下する。したがって、積分手段３２４の出力値に追従する太陽電池１５の出力電流も減少する。すなわち、パルス幅変調制御器３００のパルス幅が再び減少するのでチョッパ回路１００の入力電圧が増加する。
【００４７】
これに加えて、出力電力（Ｐｏｕｔ）がさらに増加し、また、最大出力電力点を通過する時間ｔ２において、さらに最大出力電力点検出信号がローレベル状態になるとＴ型Ｆ／Ｆ回路３２２の出力がハイレベルとなり、これによって積分手段３２４の出力値が低下する。したがって、積分手段３２４の出力値に追従して太陽電池１５の出力電流も再び減少する。
【００４８】
このような動作を繰り返しながら太陽電池１５の最大出力電力点に追従して動作するチョッパ回路１００からの一定の出力直流電圧Ｖｏｕｔがバッテリ２００に充電される。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の太陽電池を用いた電源装置によれば、一定期間以前の電力平均値と現在の電力平均値とを比較して常時一定周期で電力の最大点が検出されるため、太陽光の強度と周辺温度に関係なく常時、太陽電池の最大出力電力点に追従動作して得られた一定の出力電圧がバッテリに供給できるようになる。
【００５０】
本発明の太陽電池を用いた電源装置によれば、一定時間内のノイズや瞬間的な電力変化に対する反応が少なくなり、その誤動作を防止できるようになる。
【００５１】
また、本発明の太陽電池を用いた電源装置によれば、キャパシタ、比較器、スイッチ、電流源などの比較的簡単なアナログ回路構成によって最大出力電力点の検出が可能であり、回路構成が簡単になり、そのコスト低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による太陽電池を用いた電源装置の構成を示す回路図。
【図２】図１に示すパルス幅変調制御器の詳細な構成を示すブロック図。
【図３】図２に示す最大出力電力点検出手段の詳細な構成を示す回路図。
【図４】実施形態にあって電力検出信号の特性曲線を示す図。
【図５】実施形態にあって最大出力電力点判断手段における処理のタイミング図。
【図６】実施形態にあって太陽電池の出力電圧、出力電流及び出力電力の関係を示す特性図。
【図７】実施形態にあって太陽電池に入射する太陽光の強度による出力電圧及び電流特性曲線を示す特性図。
【図８】実施形態にあって太陽電池の周辺温度による出力電圧及び電流特性曲線を示す特性図。
【図９】従来の太陽電池を用いた電源装置の構成を示す回路図。
【図１０】従来の他の太陽電池を用いた電源装置の構成を示す回路図。
【図１１】従来のさらに他の従来の太陽電池を用いた電源装置の構成を示す回路図。
【符号の説明】
１５ 太陽電池
２０ 電力検出手段
２２ 電圧検出手段
２４ 電流検出手段
２６ 乗算器
３０ 信号発生手段
４０ 最大出力電力点判断手段
１００ チョッパ回路
２００ バッテリ
３００ パルス幅変調制御器
３１０ 最大出力電力点検出手段
３２０ 基準信号発生手段
３２２ Ｔ型Ｆ／Ｆ回路
３２４ 積分手段
３３０ 比較手段
３４０ スイッチング手段
Ｆ／Ｆ１ フリップフロップ回路
Ｒｓ 電流感知抵抗器
Ｔ１ スイッチング手段
Ｕ１ 比較器

Claims (6)

1. 太陽エネルギを電気エネルギに変換して直流電圧を出力する太陽電池と、
   前記太陽電池からの直流電圧を所定の直流電圧に変換して出力するチョッパ回路と、
   前記チョッパ回路が出力する直流電圧を充電するバッテリと、
   前記太陽電池の出力電圧と出力電流とから前記太陽電池の最大出力電力点を検出し、この電力検出信号に基づいて前記太陽電池の出力電流に追従するように前記チョッパ回路が最大の出力電力で動作するためのパルス幅変調制御を行うパルス幅変調制御器とを備え、
   前記チョッパ回路は、
   前記太陽電池の出力端子と接地との間に直列接続されたインダクタ、スイッチング手段及び電流感知抵抗器からなる昇圧型インバータと、
   前記昇圧型インバータのスイッチング手段の両端に直列接続されたダイオードとキャパシタとからなる整流回路とを備え、
   前記パルス幅変調制御器は、
   前記太陽電池の出力電圧と前記電流感知抵抗器が検出した出力電流である電流検出信号とに基づいて最大出力電力点を検出する最大出力電力点検出手段と、
   前記最大出力電力点検出手段で検出された最大出力電力点を示す最大出力電力点検出信号を積分した信号を前記最大出力電力点に至るまで前記スイッチ手段をオンさせるための電流命令信号として出力する基準信号発生手段と、
   前記基準信号発生手段からの前記電流命令信号と前記電流感知抵抗器が検出した前記電流検出信号とを比較して同一になると前記スイッチ手段をオフさせるオフ制御信号を発生する比較手段と、
   所定周波数のクロック信号に応じて前記スイッチング手段をオンし、又は、前記比較手段からのオフ制御信号に対応してオフにするためのスイッチング駆動手段と、
   を備えることを特徴とする太陽電池を用いた電源装置。
2. 前記最大出力電力点検出手段として、
   太陽電池の出力電圧と出力電流に対応した電力検出信号を発生する電力検出手段と、
   サンプリング信号を発生する信号発生手段と、
   前記信号発生手段が発生するサンプリング信号に対応して以前の一定期間に前記電力検出手段からの電力検出信号によって充電された第１電荷量と前記一定期間と同一の現在の一定期間の前記電力検出手段からの電力検出信号によって充電された第２電荷量とを比較して現在の電荷量より以前の電荷量が大きい際に、前記太陽電池の出力電力が減少すると判断した前記最大出力電力点検出信号である判断信号を発生する最大出力電力点判断手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池を用いた電源装置。
3. 前記電力検出手段として、
   前記太陽電池の出力電圧を検出して電圧検出信号を発生する電圧検出手段と、 前記太陽電池の出力電流を検出して電流検出信号を発生する電流検出手段と、 前記電圧検出信号と電流検出信号とを乗算して前記電力検出信号を発生する乗算器と、
   を備えることを特徴とする請求項２記載の太陽電池を用いた電源装置。
4. 前記信号発生手段のサンプリング信号として、
   一つの周期でハイレベル区間がローレベル区間よりさらに長い第１スイッチング信号と、
   前記第１スイッチング信号のハイレベル区間にシフトされた第２スイッチング信号と、
   前記第１及び第２スイッチング信号と周期が同一であり、前記第１及び第２スイッチング信号のハイレベル区間がオーバラップする区間において一つの周期のハイレベル区間を有するクロック信号と、
   前記第１及び第２スイッチング信号と周期は同一であり前記クロック信号の下降エッジから上昇するエッジを有するセット信号と、
   からなることを特徴とする請求項２記載の太陽電池を用いた電源装置。
5. 前記最大出力電力点判断手段として、
   比較器と、
   前記比較器の反転入力端子と接地との間に接続されて前記電力検出信号に対応して可変される第１電流源と、
   前記比較器の非反転入力端子と接地との間に接続されて前記電力検出信号に対応して可変され前記第１電流源と同一の電流値の第２電流源と、
   前記比較器の反転入力端子と非反転入力端子との間に接続されたキャパシタと、前記比較器の反転入力端子と基準電圧端との間に接続され前記第１スイッチング信号のハイレベル区間にオンとなり、かつ、ローレベル区間でオフとなる第１スイッチと、
   前記比較器の非反転入力端子と基準電圧端との間に接続され前記第２スイッチング信号のハイレベル区間にオンになり、かつ、ローレベル区間でオフになる第１スイッチと、
   前記クロック信号に応じて前記比較器の出力をラッチし前記セット信号に対応して出力をセットするフリップフロップ回路と、
   を備えることを特徴とする請求項４記載の太陽電池を用いた電源装置。
6. 前記基準信号発生手段として、
   前記最大出力電力点検出手段からの最大出力電力点検出信号を分周する分周手段と、
   前記分周手段の出力を積分した電流命令信号を発生する積分手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の太陽電池を用いた電源装置。

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