JP4662862B2 - Capacitor charging circuit using solar cells - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池によるコンデンサ充電回路に関し、特に太陽電池から得られる電力を効率よく大容量のコンデンサに充電する回路に関する。   The present invention relates to a capacitor charging circuit using a solar cell, and more particularly to a circuit for efficiently charging a large-capacity capacitor with electric power obtained from the solar cell.

日照の有無に拘わらず有効な電源として用いるために、太陽電池の出力を二次電池に貯えて太陽電池と併用することが行われる。しかし、二次電池のサイクル寿命は短いので、太陽電池の出力で大容量のコンデンサを充電して、二次電池に代って太陽電池と併用することがある。一方、二次電池が定電圧デバイスであるのに対して、コンデンサは放電されると電圧が極端に下がるため、充電効率が良くないという欠点がある。   In order to use it as an effective power source with or without sunshine, the output of the solar cell is stored in a secondary battery and used in combination with the solar cell. However, since the cycle life of the secondary battery is short, a large-capacity capacitor is charged with the output of the solar battery and used together with the solar battery instead of the secondary battery. On the other hand, the secondary battery is a constant voltage device, whereas the capacitor has a drawback that the voltage drops extremely when discharged, so that the charging efficiency is not good.

太陽電池は定電流源のような特性を持つ発電素子であり、太陽電池から効率よく電力を得る方法として、様々な最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｅｒ）回路が提案されている。特に、太陽電池から得られる電力を電気二重層コンデンサなどの大容量コンデンサに効率よく充電する方法として、太陽電池と大容量コンデンサの間に電流出力型のスイッチング・レギュレータを介在させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。   A solar cell is a power generating element having characteristics such as a constant current source, and various maximum power point tracking (MPPT) circuits have been proposed as a method for efficiently obtaining power from the solar cell. In particular, a method of interposing a current output type switching regulator between a solar cell and a large-capacitance capacitor has been proposed as a method for efficiently charging electric power obtained from the solar cell to a large-capacity capacitor such as an electric double layer capacitor. (For example, refer to Patent Document 1).

図６は、この方法によるコンデンサ充電回路の一例を示すブロック図である。図６において、太陽電池１から得られる電力を大容量コンデンサ５に効率よく充電するために、太陽電池１と大容量コンデンサ５の間に、逆流防止ダイオード２を介して、電流出力型のスイッチング・レギュレータ３０を介在させている。逆流防止ダイオード２はスイッチング・レギュレータ３０から太陽電池１に逆方向の電流が流れるのを防止する保護部品である。 FIG. 6 is a block diagram showing an example of a capacitor charging circuit according to this method. In FIG. 6, in order to efficiently charge the power obtained from the solar cell 1 to the large capacity capacitor 5, a current output type switching switch is interposed between the solar cell 1 and the large capacity capacitor 5 via the backflow prevention diode 2. A regulator 30 is interposed. The backflow prevention diode 2 is a protective component that prevents a reverse current from flowing from the switching regulator 30 to the solar cell 1.

スイッチング・レギュレータ３０は原理的に降圧型のスイッチング・レギュレータと同じであり、平滑コンデンサ３１，スイッチ３２，ダイオード３３，インダクタ３４および電流センサ３６から構成される。ダイオード３３はフライホイール・ダイオードと呼ばれ、スイッチ３２がオンのときにインダクタ３４に蓄積したエネルギーを、スイッチ３２がオフのときに流す電流経路を得るダイオードである。平滑コンデンサ３１は、スイッチ３２がオン・オフを繰り返すときにスイッチング・レギュレータ３０の入力電圧を安定化する小容量のコンデンサである。   The switching regulator 30 is basically the same as a step-down switching regulator, and includes a smoothing capacitor 31, a switch 32, a diode 33, an inductor 34, and a current sensor 36. The diode 33 is called a flywheel diode, and is a diode that obtains a current path through which energy stored in the inductor 34 flows when the switch 32 is on, and flows when the switch 32 is off. The smoothing capacitor 31 is a small-capacitance capacitor that stabilizes the input voltage of the switching regulator 30 when the switch 32 is repeatedly turned on and off.

電流センサ３６は大容量コンデンサ５への充電電流を検出し、制御回路４は、電流センサ３６の出力によりスイッチ３２のオン・オフを制御する。具体的には、スイッチ３２がオンのときに電流センサ３６に流れる電流値が一定値を超えるとスイッチ３２をオフとし、電流センサ３６に流れる電流が一定値を割り込んだら再びスイッチ３２をオンとするように動作する。このようにして、太陽電池の最大電力点を追従しながら効率よく大容量コンデンサ５に充電することができる。   The current sensor 36 detects a charging current to the large-capacitance capacitor 5, and the control circuit 4 controls on / off of the switch 32 by the output of the current sensor 36. Specifically, when the current value flowing through the current sensor 36 exceeds a certain value when the switch 32 is on, the switch 32 is turned off, and when the current flowing through the current sensor 36 falls below the certain value, the switch 32 is turned on again. To work. In this way, the large-capacity capacitor 5 can be efficiently charged while following the maximum power point of the solar cell.

特許第３５５９８０３号公報（第４頁−第５頁、図２）Japanese Patent No. 3559803 (pages 4-5, FIG. 2)

しかしながら、上述した従来の太陽電池によるコンデンサ充電回路では、定格電力の小さな太陽電池との組み合わせが困難であるという第１の問題点がある。その理由は、定格電力の小さな太陽電池では充電電流も微小になる一方、電流センサ３６は充電電流が微小になるほど精度よく検出することが難しいためである。例えば、抵抗挿入型の電流センサを用いる場合には、充電電流が微小になると抵抗の両端に生じる電位差も微小になる。そのため、抵抗値を増加させて本来必要とする電位差を得る手法が用いられるが、この手法には、充電中に抵抗で消費する電力も増加するという欠点がある。また、増幅回路を用いて本来必要とする電位差を得る方法も用いられるが、この方法だと充電回路の消費電力が増加する欠点がある。   However, the above-described conventional capacitor charging circuit using solar cells has a first problem that it is difficult to combine with a solar cell having a small rated power. The reason is that, in a solar cell with a small rated power, the charging current is small, while the current sensor 36 is difficult to detect accurately as the charging current becomes small. For example, in the case of using a resistance insertion type current sensor, the potential difference generated at both ends of the resistor becomes minute when the charging current becomes minute. For this reason, a method of increasing the resistance value to obtain the originally required potential difference is used, but this method has a drawback that the power consumed by the resistor during charging also increases. In addition, a method of obtaining an originally required potential difference using an amplifier circuit is also used, but this method has a drawback that the power consumption of the charging circuit increases.

また、スイッチング・レギュレータ３０のスイッチング周波数を高速化することが困難であるという第２の問題点がある。その理由は、制御回路４がスイッチ３２のオン・オフを変化させる度に電流センサ３６を経由して充電電流を検出しているためである。例えば、電流センサ３６から電流値を得るためにＡ／Ｄコンバータを用いる場合には、Ａ／Ｄコンバータの変換速度でスイッチング周波数が制限される。高速なＡ／Ｄコンバータを用いてスイッチング周波数を高めることも可能だが、充電回路の消費電力が増加するという欠点がある。   Further, there is a second problem that it is difficult to increase the switching frequency of the switching regulator 30. This is because the control circuit 4 detects the charging current via the current sensor 36 every time the switch 32 is turned on / off. For example, when an A / D converter is used to obtain a current value from the current sensor 36, the switching frequency is limited by the conversion speed of the A / D converter. Although it is possible to increase the switching frequency using a high-speed A / D converter, there is a disadvantage that the power consumption of the charging circuit increases.

そこで、本発明の第１の目的は、定格電力の小さい太陽電池との組合せにおいても、太陽電池から得られる電力を効率よく大容量コンデンサに充電することができる、太陽電池によるコンデンサ充電回路を提供することにある。   Accordingly, a first object of the present invention is to provide a capacitor charging circuit using a solar cell that can efficiently charge a large-capacity capacitor with electric power obtained from the solar cell even in combination with a solar cell with a small rated power. There is to do.

また、本発明の第２の目的は、容易に小型・軽量化できる、太陽電池によるコンデンサ充電回路を提供することにある。   A second object of the present invention is to provide a solar cell capacitor charging circuit that can be easily reduced in size and weight.

さらに、本発明の第３の目的は、容易に低消費電力化できる、太陽電池によるコンデンサ充電回路を提供することにある。   A third object of the present invention is to provide a solar cell capacitor charging circuit that can easily reduce power consumption.

本発明の太陽電池によるコンデンサ充電回路は、太陽電池（図１の１）から得られる電力をスイッチによりオン・オフして前記大容量コンデンサに供給するスイッチング・レギュレータ（図１の３）と、太陽電池に対するのと同じ日照量を電圧に変換して出力する日照条件検出回路（図１の６）と、日照条件検出回路の出力と前記充電期間中の大容量コンデンサの電圧を入力して、日照条件検出回路の出力に基づいた太陽電池の出力特性から最大電力点を求め、大容量コンデンサの電圧が低いときはスイッチング・レギュレータのオン・オフ比を低く設定し、大容量コンデンサの電圧が上昇するとともにオン・オフ比を増加させることにより、太陽電池の動作点が最大電力点を維持するようにスイッチング・レギュレータのオン・オフ比を制御する制御回路（図１の４）とを備えることを特徴とする。
A capacitor charging circuit using a solar cell according to the present invention includes a switching regulator (3 in FIG. 1) for supplying electric power obtained from the solar cell (1 in FIG. 1) to the large-capacitance capacitor by turning on and off with a switch, a sunshine condition detection circuit for converting the same amount of sunlight to voltage as to the battery (6 in FIG. 1), by entering the voltage of the large-capacitance capacitor in the output and the charging period of sunshine condition detection circuit, sunshine The maximum power point is obtained from the output characteristics of the solar cell based on the output of the condition detection circuit. When the voltage of the large capacitor is low, the on / off ratio of the switching regulator is set low, and the voltage of the large capacitor increases. by increasing the on-off ratio, the on-off ratio of the switching regulator so that the operating point of the solar cell to maintain the maximum power point control with Characterized in that it comprises a control circuit (4 in Fig. 1).

より詳しくは、日照条件検出回路（図１の６）は、太陽電池１と同じ種類であって同一条件で発電する太陽電池セルを用いた小型の太陽電池（図２の６１）と、該小型の太陽電池の出力を電圧に変換する終端抵抗（図２の６２）とで構成され、小型の太陽電池の電圧電流特性グラフと、終端抵抗の値を比とする電圧電流直線との交点の電圧を小型の太陽電池の動作点として出力し、制御回路（図１の４）は、小型の太陽電池の動作点と大容量コンデンサの電圧を入力して、太陽電池の動作点が最大電力点に追従するように大容量コンデンサの電圧に応じてスイッチング・レギュレータにおけるスイッチのオン・オフ比を決定する制御条件決定部（図２の４１）と、制御条件決定部が決定したオン・オフ比に相当する、オン時間・オフ時間比を有するＰＷＭ信号を出力してスイッチを制御するＰＷＭ変調部（図２の４２）とで構成されることを特徴とする。 More specifically, the sunshine condition detection circuit ( 6 in FIG. 1) is the same type as the solar battery 1 and uses a small solar cell (61 in FIG. 2) using solar cells that generate power under the same conditions, and the small size. The voltage at the intersection of the voltage-current characteristic graph of the small solar cell and the voltage-current straight line with the value of the termination resistance as a ratio. Is output as the operating point of the small solar cell, and the control circuit (4 in FIG. 1) inputs the operating point of the small solar cell and the voltage of the large-capacity capacitor so that the operating point of the solar cell becomes the maximum power point. A control condition determining unit (41 in FIG. 2) that determines the on / off ratio of the switch in the switching regulator according to the voltage of the large-capacitance capacitor so as to follow, and corresponds to the on / off ratio determined by the control condition determining unit ON / OFF time ratio And a PWM modulation section (42 in FIG. 2) for controlling the switch by outputting a PWM signal having the same.

更に、制御条件決定部（図２の４１）はスイッチのオン・オフ比を決定する周期毎に間欠的に動作することを特徴とする。   Further, the control condition determining unit (41 in FIG. 2) is characterized in that it operates intermittently for each period for determining the on / off ratio of the switch.

また、ＰＷＭ変調部（図２の４２）は制御条件決定部が決定する周期と無関係の周期で上記のＰＷＭ信号を出力することを特徴とする。   Further, the PWM modulator (42 in FIG. 2) outputs the above PWM signal in a cycle unrelated to the cycle determined by the control condition determining unit.

本発明の第１の効果は、定格電力の小さい太陽電池との組合せにおいても、太陽電池から得られる電力を効率よく大容量コンデンサに充電できるということである。その理由は，制御回路４においてスイッチング・レギュレータの制御条件の決定に用いる、最大電力点推定回路の出力と大容量コンデンサの電圧は、太陽電池の定格電力や充電電流の大小に関わらずに、容易に精度よく検出できるためである。   The first effect of the present invention is that, even in combination with a solar cell having a small rated power, the power obtained from the solar cell can be efficiently charged to the large-capacity capacitor. The reason is that the output of the maximum power point estimation circuit and the voltage of the large-capacitance capacitor used for determining the control condition of the switching regulator in the control circuit 4 are easy regardless of the rated power of the solar cell and the magnitude of the charging current. This is because it can be accurately detected.

本発明の第２の効果は，容易に小型・軽量化できるということである。その理由は、制御回路におけるスイッチング・レギュレータの制御条件を決定する周期と無関係の周期でＰＷＭ信号を出力するので、スイッチング・レギュレータのスイッチング周波数を高速化して、スイッチがオンのときにインダクタに蓄積されるエネルギーが小さくすることができ、定格容量の小さい部品で構成できるためである。   The second effect of the present invention is that it can be easily reduced in size and weight. The reason is that the PWM signal is output in a cycle that is unrelated to the cycle that determines the control conditions of the switching regulator in the control circuit, so the switching frequency of the switching regulator is increased and accumulated in the inductor when the switch is on. This is because the amount of energy required can be reduced, and it can be configured with parts having a small rated capacity.

本発明の第３の効果は、容易に充電回路を低消費電力化できるということである。その理由は、制御回路におけるスイッチング・レギュレータの制御条件を決定する周期は、大容量コンデンサの電圧が０Ｖから終止電圧に達するまでの充電時間に対して十分に短ければよく、スイッチング周期と比べて十分に長くすることができる。また、大容量コンデンサの単位時間当たりの変化量に応じて、この周期を可変させることもできる。スイッチング・レギュレータの制御条件を決定する回路を、この周期毎に間欠的に動作させることからである。   The third effect of the present invention is that the power consumption of the charging circuit can be easily reduced. The reason is that the period for determining the control condition of the switching regulator in the control circuit should be sufficiently shorter than the charging time until the voltage of the large-capacitance capacitor reaches the end voltage from 0 V, which is sufficient compared to the switching period. Can be long. In addition, this period can be varied according to the amount of change per unit time of the large-capacity capacitor. This is because the circuit for determining the control condition of the switching regulator is intermittently operated every cycle.

本発明の太陽電池によるコンデンサ充電回路は，太陽電池１と大容量コンデンサ５の間にスイッチング・レギュレータ３を介在させ、太陽電池１に対するのと同じ日照量を検出する日照条件検出回路６と、日照条件検出回路６の出力と大容量コンデンサ５の充電電圧を用いてスイッチング・レギュレータ３を制御する制御回路４から構成される。このような構成を採用し、制御回路４によって太陽電池１の動作点が最大電力点に追従するようにスイッチング・レギュレータ３を制御しながら、太陽電池１から得られる電力を大容量コンデンサ５に充電することにより、本発明の目的を達成することができる。以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Capacitor charging circuit by the solar cell of the present invention, by interposing a switching regulator 3 during the solar cell 1 and the large-capacity capacitor 5, a sunlight condition detector 6 for detecting the same amount of sunlight as the solar cell 1, sunshine The control circuit 4 is configured to control the switching regulator 3 using the output of the condition detection circuit 6 and the charging voltage of the large capacity capacitor 5. Adopting such a configuration, the control circuit 4 controls the switching regulator 3 so that the operating point of the solar cell 1 follows the maximum power point, while charging the large-capacity capacitor 5 with the electric power obtained from the solar cell 1. By doing so, the object of the present invention can be achieved. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[構成の説明]
図１は本発明の太陽電池によるコンデンサ充電回路の一実施の形態のブロック図である。図１において、この充電回路は、太陽電池１，大容量コンデンサ５，スイッチング・レギュレータ３，逆流防止ダイオード２，制御回路４および日照条件検出回路６から構成される。すなわち、図６に示した従来の充電回路に日照条件検出回路６を付加し、またスイッチング・レギュレータ３０に代ってスイッチング・レギュレータ３を備えた形態となっている。 [Description of configuration]
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a capacitor charging circuit using a solar cell of the present invention. In Figure 1, the charging circuit includes a solar cell 1, the large-capacity capacitor 5, the switching regulator 3, blocking diode 2, a control circuit 4 and the sunshine condition detection circuit 6. That is, the sunshine condition detection circuit 6 is added to the conventional charging circuit shown in FIG. 6, and the switching regulator 3 is provided instead of the switching regulator 30.

太陽電池１から得られる電力を大容量コンデンサ５に効率よく充電するために、太陽電池１と大容量コンデンサ５の間にスイッチング・レギュレータ３を介在させている。逆流防止コンデンサ２は、スイッチング・レギュレータ３から太陽電池１に逆方向の電流が流れるのを防止する保護部品である。日照条件検出回路６は太陽電池１に対するのと同じ日照量を検出して制御回路４に出力する。制御回路４は日照条件検出回路６の出力と大容量コンデンサ５の電圧を入力して、太陽電池１の動作点が最大電力点に追従するようにスイッチング・レギュレータ３を制御する。 A switching regulator 3 is interposed between the solar cell 1 and the large-capacitance capacitor 5 in order to efficiently charge the large-capacitance capacitor 5 with electric power obtained from the solar cell 1. The backflow prevention capacitor 2 is a protective component that prevents a reverse current from flowing from the switching regulator 3 to the solar cell 1. Sunshine condition detection circuit 6 outputs the same amount of sunlight to detect and control circuit 4 as the solar cell 1. The control circuit 4 inputs the output of the sunshine condition detection circuit 6 and the voltage of the large-capacitance capacitor 5 and controls the switching regulator 3 so that the operating point of the solar cell 1 follows the maximum power point.

次に、図１における各部の詳細な構成について説明する。図２は図１に示した充電回路の具体的構成例を示すブロック図である。   Next, a detailed configuration of each part in FIG. 1 will be described. FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration example of the charging circuit shown in FIG.

図２において、スイッチング・レギュレータ３は降圧型のスイッチング・レギュレータとして知られる回路であり、平滑コンデンサ３１，スイッチ３２，ダイオード３３，インダクタ３４および平滑コンデンサ３５から構成される。すなわち、スイッチング・レギュレータ３は、図６に示した従来のスイッチング・レギュレータ３０における電流センサ３６に代って平滑コンデンサ３５を備えた形態となっている。   In FIG. 2, the switching regulator 3 is a circuit known as a step-down switching regulator, and includes a smoothing capacitor 31, a switch 32, a diode 33, an inductor 34, and a smoothing capacitor 35. That is, the switching regulator 3 is configured to include a smoothing capacitor 35 in place of the current sensor 36 in the conventional switching regulator 30 shown in FIG.

ダイオード３３はフライホイール・ダイオードと呼ばれ、スイッチ３２がオンのときにインダクタ３４に蓄積したエネルギーを、スイッチ３２がオフのときに流す電流経路を得るダイオードである。平滑コンデンサ３１はスイッチ３２がオン・オフを繰り返すときにスイッチング・レギュレータ３の入力電圧を安定化する小容量のコンデンサである。平滑コンデンサ３５は、スイッチ３２がオン・オフを繰り返すときにスイッチング・レギュレータ３の出力電圧を安定化する小容量のコンデンサである。   The diode 33 is called a flywheel diode, and is a diode that obtains a current path through which energy stored in the inductor 34 flows when the switch 32 is on, and flows when the switch 32 is off. The smoothing capacitor 31 is a small-capacitance capacitor that stabilizes the input voltage of the switching regulator 3 when the switch 32 is repeatedly turned on and off. The smoothing capacitor 35 is a small-capacitance capacitor that stabilizes the output voltage of the switching regulator 3 when the switch 32 is repeatedly turned on and off.

日照条件検出回路６は太陽電池６１と終端抵抗６２から構成される。太陽電池６１は太陽電池１と同じ種類の太陽電池セルを用いた小型の太陽電池であり、例えば太陽電池１と並べて実装するなど、太陽電池１と同一と見なせる条件で発電させる。終端抵抗６２は太陽電池６１の出力を電圧に変換する終端抵抗である。 The sunshine condition detection circuit 6 includes a solar cell 61 and a termination resistor 62. The solar battery 61 is a small solar battery using the same type of solar battery cells as the solar battery 1, and generates power under conditions that can be regarded as the same as the solar battery 1, for example, mounted side by side with the solar battery 1. The termination resistor 62 is a termination resistor that converts the output of the solar cell 61 into a voltage.

制御回路４は制御条件決定部４１とＰＷＭ変調部４２から構成される。制御条件決定部４１は日照条件検出回路６の出力と大容量コンデンサ５の電圧を入力して，太陽電池１の動作点が最大電力点を追従するようにスイッチ３２のオン・オフ比を決定する。ＰＷＭ変調部４２は制御条件決定部４１が決定したオン・オフ比に相当する、オン時間・オフ時間比を有するＰＷＭ信号を出力してスイッチ３２を制御する。この場合、同一のオン時間・オフ時間比となるのであれば、ＰＷＭ信号は、周波数固定であってオン時間を可変としてもよいし、オン時間は固定であって周波数を可変としてもよい。また、ＰＷＭ信号は、制御条件決定部４１におけるオン・オフ比の決定周期とは無関係の周期で出力される。 The control circuit 4 includes a control condition determination unit 41 and a PWM modulation unit 42. The control condition determination unit 41 inputs the output of the sunshine condition detection circuit 6 and the voltage of the large-capacitance capacitor 5 and determines the on / off ratio of the switch 32 so that the operating point of the solar cell 1 follows the maximum power point. . PWM modulation unit 42 corresponds to the on-off ratio control condition determining unit 41 has determined, by outputting a PWM signal having an on time and off time ratio for controlling the switch 32. In this case, as long as the same on-time / off-time ratio is obtained, the PWM signal may have a fixed frequency and the on-time may be variable, or the on-time may be fixed and the frequency may be variable. Further, the PWM signal is output in a cycle unrelated to the cycle for determining the on / off ratio in the control condition determination unit 41.

[動作の説明]
次に、図２の充電回路の動作について詳細に説明する。図３は太陽電池６１の出力特性の一例を示すグラフである。図３において、横軸は太陽電池６１の出力電圧であり、縦軸は太陽電池６１の出力電流である。太陽電池は定電流源のような特性を持ち、最大電力点以下の電圧では略一定の電流となり、最大電力点以上の電圧では急速に電流が減少する。 [Description of operation]
Next, the operation of the charging circuit of FIG. 2 will be described in detail. FIG. 3 is a graph showing an example of output characteristics of the solar cell 61. In FIG. 3, the horizontal axis is the output voltage of the solar cell 61, and the vertical axis is the output current of the solar cell 61. Solar cells have the characteristics such as constant current source, substantially becomes constant current at the maximum power point voltage below, current rapidly decreases at the maximum power point voltage higher than.

太陽電池６１の動作点は、オームの法則によって出力電圧を出力電流で割った値が終端抵抗６２の抵抗値に等しくなる直線と、ある日照条件における太陽電池６１の出力特性との交点となる。この特性を利用して、日照条件検出回路６の出力電圧と日照条件の関係が得られる。また、太陽電池の最大電力点は出力特性における電圧と電流の積が最大となる点であり、日照条件を変化させたときの最大電力点をプロットすることにより、太陽電池の日照条件と最大電力点の関係が得られる。 The operating point of the solar cell 61 is an intersection of a straight line in which the value obtained by dividing the output voltage by the output current according to Ohm's law is equal to the resistance value of the termination resistor 62 and the output characteristics of the solar cell 61 under a certain sunshine condition. Using this characteristic, the relationship between the output voltage of the sunshine condition detection circuit 6 and the sunshine condition can be obtained. The maximum power point of the solar cell is the point where the product of the voltage and current in the output characteristics is the maximum. By plotting the maximum power point when the sunshine condition is changed, the solar power condition and the maximum power of the solar cell are plotted. A point relationship is obtained.

以上の２つの関係を用いて、日照条件検出回路６の出力電圧から太陽電池６１の最大電力点を推定することができる。先に述べたように、太陽電池１と太陽電池６１は同じ種類の太陽電池セルを用いて同じ条件で発電させていることから，太陽電池６１の最大電力点の推定結果から、太陽電池１の最大電力点を容易に推定することができる。 Using two relationships above, it is possible to estimate the maximum power point of the solar cell 61 from the output voltage of the sunshine condition detection circuit 6. As described above, since the solar cell 1 and the solar cell 61 generate power under the same conditions using the same type of solar cells, the estimation result of the maximum power point of the solar cell 61 indicates that The maximum power point can be easily estimated.

図４はスイッチング・レギュレータ３の制御条件の一例を示すグラフである。図４において、横軸は大容量コンデンサ５の電圧であり、縦軸は太陽電池１が最大電力点となるスイッチ３２のオン・オフ比である。   FIG. 4 is a graph showing an example of control conditions of the switching regulator 3. In FIG. 4, the horizontal axis represents the voltage of the large-capacitance capacitor 5, and the vertical axis represents the on / off ratio of the switch 32 at which the solar cell 1 is the maximum power point.

大容量コンデンサ５の電圧は充電期間中に０Ｖから終止電圧まで変化するが、この電圧に応じて太陽電池１が最大電力点となるスイッチ３２のオン・オフ比は変化する。また、日照条件による最大電力点の変化によっても、太陽電池１が最大電力点となるスイッチ３２のオン・オフ比は変化する。   The voltage of the large-capacitance capacitor 5 changes from 0 V to the end voltage during the charging period, and the on / off ratio of the switch 32 at which the solar cell 1 is the maximum power point changes according to this voltage. Further, the on / off ratio of the switch 32 at which the solar cell 1 is the maximum power point also changes due to the change in the maximum power point due to the sunshine condition.

制御条件決定部４１はこれらの特性を踏まえ、日照条件検出回路６の出力と大容量コンデンサ５の電圧を入力して、太陽電池１の動作点が最大電力点に追従するようにスイッチ３２のオン・オフ比を決定する。すなわち、ある日照条件における最大電力点に追従するように、大容量コンデンサ５の電圧が低いときはスイッチ３２のオン・オフ比を低く設定し、大容量コンデンサ５の電圧上昇とともにスイッチ３２のオン・オフ比を増加させるように動作する。 Based on these characteristics, the control condition determination unit 41 inputs the output of the sunshine condition detection circuit 6 and the voltage of the large-capacitance capacitor 5 and turns on the switch 32 so that the operating point of the solar cell 1 follows the maximum power point. Determine the off ratio. That is, the on / off ratio of the switch 32 is set low when the voltage of the large-capacitance capacitor 5 is low so as to follow the maximum power point in a certain sunshine condition. Operates to increase the off ratio.

なお、制御条件決定部４１はスイッチ３２のオン・オフ比を決定する周期毎に間欠的に動作させることもできる。スイッチ３２のオン・オフ比を決定する周期は、大容量コンデンサ５の電圧が０Ｖから終止電圧に達するまでの充電時間に対して十分に短ければよく、スイッチング周期に比べて十分に長くすることができる。また、大容量コンデンサ５の単位時間当たりの変化量に応じて、この周期を可変させることもできる。   Note that the control condition determination unit 41 can also be operated intermittently for each period for determining the on / off ratio of the switch 32. The period for determining the on / off ratio of the switch 32 should be sufficiently shorter than the charging time until the voltage of the large-capacitance capacitor 5 reaches the final voltage from 0 V, and may be sufficiently longer than the switching period. it can. Further, this period can be varied in accordance with the amount of change per unit time of the large-capacitance capacitor 5.

図５は充電期間中の各部の動作を示すタイミング図である。図５では、大容量コンデンサ５の電圧を０Ｖから終止電圧まで充電するまでの期間を示しており、説明を簡略化するために充電期間中の日照条件が一定の場合を示している。制御条件決定部４１は大容量コンデンサ５の電圧上昇とともにスイッチ３２のオン・オフ比を増加させて太陽電池１の動作点を最大電力点に追従させる。これにより、充電期間中の太陽電池の発電量を最大に保ち、太陽電池１から得られる電力を大容量コンデンサ５に効率よく充電することができる。 FIG. 5 is a timing chart showing the operation of each unit during the charging period. FIG. 5 shows a period until the voltage of the large-capacitance capacitor 5 is charged from 0 V to the end voltage, and in order to simplify the explanation, a case where the sunshine conditions during the charging period are constant is shown. Control condition determining unit 41 to follow the operating point of the solar cell 1 increases the on-off ratio of the switch 32 with the voltage rise of the large-capacity capacitor 5 to the maximum power point. Thus, keeping the maximum amount of power generation of the solar cell during the charging period, it is possible to efficiently charge the power obtained from the solar cell 1 in the large-capacity capacitor 5.

本発明の一実施の形態である充電回路のブロック図1 is a block diagram of a charging circuit according to an embodiment of the present invention. 本発明の充電回路の具体的構成例を示すブロック図The block diagram which shows the specific structural example of the charging circuit of this invention 太陽電池６１の出力特性の一例を示すグラフThe graph which shows an example of the output characteristic of the solar cell 61 スイッチング・レギュレータ３の制御条件の一例を示すグラフA graph showing an example of control conditions of the switching regulator 3 充電期間中の各部の動作を示すタイミング図Timing chart showing operation of each part during charging period 従来の充電回路のブロック図Block diagram of a conventional charging circuit

符号の説明Explanation of symbols

１ 太陽電池
２ 逆流防止ダイオード
３ スイッチング・レギュレータ
４ 制御回路
５ 大容量コンデンサ
６ 日照条件検出回路
３１ 平滑コンデンサ
３２ スイッチ
３３ ダイオード，
３４ インダクタ
３５ 平滑コンデンサ
３６ 電流センサ
４１ 制御条件決定部
４２ ＰＷＭ変調部
６１ 太陽電池
６２ 終端抵抗 1 the solar cell 2 blocking diode 3 switching regulator 4 the control circuit 5 high-capacity capacitor 6 sunshine condition detection circuit 31 smoothing capacitor 32 switch 33 diodes,
34 Inductor 35 Smoothing Capacitor 36 Current Sensor 41 Control Condition Determination Unit 42 PWM Modulation Unit 61 Solar Cell 62 Termination Resistor

Claims (4)

太陽電池から得られる電力を大容量コンデンサに充電するコンデンサ充電回路において
、
前記太陽電池から得られる電力をスイッチによりオン・オフして前記大容量コンデンサ
に供給するスイッチング・レギュレータと、
前記太陽電池に対するのと同じ日照量を電圧に変換して出力する日照条件検出回路と、
前記日照条件検出回路の出力と前記充電期間中の前記大容量コンデンサの電圧を入力し
て、前記日照条件検出回路の出力に基づいた太陽電池の出力特性から最大電力点を求め、前記大容量コンデンサの電圧が低いときは前記スイッチング・レギュレータのオン・オフ比を低く設定し、前記大容量コンデンサの電圧が上昇するとともに前記オン・オフ比を増加させることにより、前記太陽電池の動作点が最大電力点を維持するように前記スイッチング・レギュレータのオン・オフ比を制御する制御回路とを備えることを特徴とする太陽電池によるコンデンサ充電回路。 In a capacitor charging circuit that charges a large-capacity capacitor with power obtained from solar cells,
A switching regulator that supplies power obtained from the solar cell to the large-capacitance capacitor by turning on and off with a switch;
A sunshine condition detection circuit that converts the same amount of sunshine to the solar cell into a voltage and outputs it,
Input the output of the sunshine condition detection circuit and the voltage of the large-capacity capacitor during the charging period , obtain the maximum power point from the output characteristics of the solar cell based on the output of the sunshine condition detection circuit, and When the voltage of the solar cell is low, the on / off ratio of the switching regulator is set low, the voltage of the large-capacitance capacitor is increased and the on / off ratio is increased, so that the operating point of the solar cell becomes the maximum power. capacitor charging circuit by a solar cell characterized by comprising a control circuit for controlling the on-off ratio of the switching regulator to maintain the point. 前記日照条件検出回路は、前記太陽電池と同じ種類であって同一条件で発電する太陽電
池セルを用いた小型の太陽電池と、
該小型の太陽電池の出力を電圧に変換する終端抵抗とで構成され、
前記小型の太陽電池の電圧電流特性曲線と、前記終端抵抗の値を比とする電圧電流直線
との交点の電圧を前記日照量電圧として出力し、
前記制御回路は、前記日照量電圧と前記大容量コンデンサの電圧を入力して、前記太陽
電池の出力が前記最大電力点に追従するように前記スイッチング・レギュレータにおける
スイッチの前記オン・オフ比を決定する制御条件決定部と、
前記制御条件決定部が決定したオン・オフ比に相当する、オン時間・オフ時間比を有す
るＰＷＭ信号を出力して前記スイッチを制御するＰＷＭ変調部とで構成されることを特徴
とする請求項１記載の太陽電池によるコンデンサ充電回路。 The sunshine condition detection circuit, and a small solar cell using the solar cell that generates electricity under the same conditions of the same type as the solar cell,
It consists of a termination resistor that converts the output of the small solar cell into a voltage,
Output voltage current characteristic curve of the solar cell of the small, the voltage at the intersection of the voltage-current straight line to the ratio of the value of the termination resistor as the amount of sunlight voltage,
The control circuit inputs the sunshine amount voltage and the voltage of the large-capacity capacitor, and determines the on / off ratio of the switch in the switching regulator so that the output of the solar cell follows the maximum power point. A control condition determining unit to perform,
And a PWM modulator that controls the switch by outputting a PWM signal having an on-time / off-time ratio corresponding to the on-off ratio determined by the control condition determining unit. A capacitor charging circuit using the solar cell according to 1. 前記制御条件決定部は前記スイッチのオン・オフ比を決定する周期毎に間欠的に動作す
ることを特徴とする請求項２記載の太陽電池によるコンデンサ充電回路。 Capacitor charging circuit by the solar cell according to claim 2, wherein said control condition determining unit, characterized in that it works intermittently in each cycle to determine the on-off ratio of the switch. 前記ＰＷＭ変調部は前記制御条件決定部が決定する周期と無関係の周期で前記ＰＷＭ信
号を出力することを特徴とする請求項２または請求項３記載の太陽電池によるコンデンサ
充電回路。 4. The capacitor charging circuit using a solar cell according to claim 2, wherein the PWM modulation unit outputs the PWM signal at a cycle unrelated to the cycle determined by the control condition determination unit. 5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI388103B (en) * 2008-06-19 2013-03-01 Macroblock Inc Photovoltaic circuit
WO2011136143A1 (en) * 2010-04-28 2011-11-03 太陽誘電株式会社 Power conversion device
JP5591641B2 (en) 2010-09-17 2014-09-17 ローム株式会社 Charging circuit, control IC thereof, and electronic device using the same
EP3087653A4 (en) * 2013-12-27 2017-08-02 Intel Corporation Charger of an electronic device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0318911A (en) * 1989-06-15 1991-01-28 Fuji Electric Co Ltd Output controller for power generating system of solar battery
JPH0787669A (en) * 1993-06-30 1995-03-31 Okamura Kenkyusho:Kk Charging method for electric double layer capacitor by use of solar battery
JPH07129264A (en) * 1993-10-29 1995-05-19 Kyocera Corp Solar power generation system
JPH08251832A (en) * 1995-03-06 1996-09-27 Omron Corp Method and apparatus for charging by using solar cell
JP2000261979A (en) * 1999-03-05 2000-09-22 Jeol Ltd Solar cell, capacitor power supply device and charging method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0318911A (en) * 1989-06-15 1991-01-28 Fuji Electric Co Ltd Output controller for power generating system of solar battery
JPH0787669A (en) * 1993-06-30 1995-03-31 Okamura Kenkyusho:Kk Charging method for electric double layer capacitor by use of solar battery
JPH07129264A (en) * 1993-10-29 1995-05-19 Kyocera Corp Solar power generation system
JPH08251832A (en) * 1995-03-06 1996-09-27 Omron Corp Method and apparatus for charging by using solar cell
JP2000261979A (en) * 1999-03-05 2000-09-22 Jeol Ltd Solar cell, capacitor power supply device and charging method

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