JP6511686B2

JP6511686B2 - Converter, converter system for solar cell module, and converter system for storage module

Info

Publication number: JP6511686B2
Application number: JP2015033246A
Authority: JP
Inventors: 将年鵜野; 明夫久木田; 和重伊藤; 謹関戸
Original assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA; Ibaraki University NUC; Japan Capacitor Industrial Co Ltd
Current assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA; Ibaraki University NUC; Japan Capacitor Industrial Co Ltd
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2035-02-23
Also published as: JP2016158334A

Description

本発明は、複数の太陽電池モジュールの直列接続により構成される太陽電池ストリング（太陽電池モジュール鎖）において、部分影による各種の悪影響を防止しつつ、且つ、太陽電池モジュールの出力制御が可能な、コンバータと部分影補償器を統合した統合型コンバータ、及び同様の原理により動作する統合型コンバータ、統合型コンバータシステムに関する。 According to the present invention, in a solar cell string (solar cell module chain) configured by series connection of a plurality of solar cell modules, output control of the solar cell module can be performed while preventing various adverse effects due to partial shadows. The present invention relates to an integrated converter which integrates a converter and a partial shadow compensator, and an integrated converter and an integrated converter system which operate according to the same principle.

太陽電池は、典型的にはｐ型半導体とｎ型半導体とを接合して電極等を取り付けてなる構造を有しており、太陽光等の光エネルギーを起電力に変換する。太陽電池を用いた太陽光発電システムにおいて太陽光エネルギーを最大限に活用するためには、パワーコンディショナ等を用いて太陽電池モジュールを最大電力点（ＭＰＰ：ＭａｘｉｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔ）で動作させる必要がある。一般的に、太陽電池モジュールの電気特性は日射量に大きく依存し、影が発生した状態では発生可能な電流は大きく低下する。 A solar cell typically has a structure in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are bonded and an electrode or the like is attached, and converts light energy such as sunlight into an electromotive force. In order to make the best use of solar energy in a solar power system using solar cells, it is necessary to operate the solar cell module at the maximum power point (MPP) using a power conditioner or the like. . In general, the electrical characteristics of the solar cell module largely depend on the amount of solar radiation, and in the state where shadows occur, the current that can be generated is greatly reduced.

複数枚のモジュールを直列に接続して太陽電池ストリングを構成して使用する場合、一部のモジュールに影がかかる「部分影」の影響によりストリング全体としての発生可能な電力が大幅に低下することが知られている。図１に一部のモジュール（ＰＶ１）に部分的に影が発生した状況におけるストリング内の電流経路、ならびに各モジュールの電気特性を示す。各モジュールと並列に接続されているダイオードはモジュールが逆バイアスされるのを防止するためのバイパスダイオードである。影の掛かったモジュール（以降、影モジュールと呼ぶ）は影の掛かっていないモジュール（以降、日照モジュールと呼ぶ）と比べて発生可能な電流が小さくなり、各モジュール特性にアンバランスが生じる。 When connecting a plurality of modules in series to configure and use a solar cell string, the effect of "partial shadows" that cause some modules to be shadowed is that the power that can be generated as a whole string is greatly reduced It has been known. FIG. 1 shows the current paths in the string in the partially shaded situation of some modules (PV1), as well as the electrical characteristics of each module. The diodes connected in parallel with each module are bypass diodes to prevent the modules from being reverse biased. The shaded module (hereinafter referred to as a shadow module) has a smaller current that can be generated compared to a non-shadowed module (hereinafter referred to as a sunshine module), and an imbalance occurs in each module characteristic.

この場合、影モジュールの供給可能な電流よりも大きな電流がストリングに流れると、図示のように影モジュールに接続されたバイパスダイオードが導通し、影モジュールはバイパスされる。この時、影モジュールの電圧はバイパスダイードの降下電圧と等しい電圧、即ち、ほぼ０Ｖとなる。影モジュールは本来、幾分の電力を発生可能であるもののバイパスダイオードの導通により影モジュールは電力を発生できない状態となってしまうため、ストリングとしての発生可能な電力は大幅に低下してしまう。 In this case, if a current larger than the current that can be supplied to the shadow module flows in the string, the bypass diode connected to the shadow module becomes conductive as shown, and the shadow module is bypassed. At this time, the voltage of the shadow module is equal to the voltage of the bypass diode, that is, approximately 0V. Although the shadow module is inherently capable of generating some power, the conduction of the bypass diode renders the shadow module incapable of generating power, so the power that can be generated as a string is greatly reduced.

部分影発生時におけるストリング全体としての電気特性の例を図２に示す。影モジュールがバイパスされることにより電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性は階段状の特性となり、ストリングの電圧−電力（Ｖ−Ｐ）特性上には複数のＭＰＰが発生する（図２中のＢ点とＣ点）。この場合、パワーコンディショナがストリングを真のＭＰＰ（図２中のＢ点）とは異なる非最適点（図１中のＣ点）で動作させてしまう恐れがある。 An example of the electrical characteristics of the entire string when partial shadowing occurs is shown in FIG. By bypassing the shadow module, the voltage-current (VI) characteristic becomes a step-like characteristic, and a plurality of MPPs are generated on the voltage-power (VP) characteristic of the string (B in FIG. 2). Point and point C). In this case, the power conditioner may cause the string to operate at a non-optimum point (point C in FIG. 1) different from the true MPP (point B in FIG. 2).

特開２０１２−０２８４３５号公報JP, 2012-028435, A 特開２００４−０４７５８５号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-047585 特開２０１３−１０５３１８号公報JP, 2013-105318, A 特開２０１１−２２８５９８号公報JP 2011-228598 A

T. Shimizu, O, Hashimoto, and G. Kimura, “A novel high-performance utility-interactive photovoltaic inverter system,” IEEE Trans. Power Electron., Vol. 18, No. 2, pp. 704-711, Mar. 2003.T. Shimizu, O, Hashimoto, and G. Kimura, “A novel high-performance utility-interactive photovoltaic inverter system,” IEEE Trans. Power Electron., Vol. 18, No. 2, pp. 704-711, Mar. 2003. T. Shimizu, M. Hirakata, T. Kamezawa, and H. Watanabe, “Generation control circuit for photovoltaic modules,” IEEE Trans. Power Electron., Vol. 16, No. 3, pp. 293-300, May 2001.T. Shimizu, M. Hirakata, T. Kamezawa, and H. Watanabe, "Generation control circuit for photovoltaic modules," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 16, No. 3, pp. 293-300, May 2001. S. Qin and R. C. N. Pilawa-Podgurski, “Sub-module differential power processing for photovoltaic applications,” IEEE Applied Power Electron. Conf. Expo., pp. 101-108, 2013.S. Qin and R. C. N. Pilawa-Podgurski, "Sub-module differential power processing for photovoltaic applications," IEEE Applied Power Electron. Conf. Expo., Pp. 101-108, 2013. J. T. Stauth, M. D. Seeman, and K. Kesarwani, “Resonant switched-capacitor converters for sub-module distributed photovoltaic power management,” IEEE Trans. Power Electron., Vol. 28, No. 3, pp. 1189-1198, Mar. 2013.JT Stauth, MD Seeman, and K. Kesarwani, “Resonant switched-capacitor converters for sub-module distributed photovoltaic power management,” IEEE Trans. Power Electron., Vol. 28, No. 3, pp. 1189-1198, Mar. 2013.

部分影によるこれらの悪影響を解消または低減する手段として、マイクロコンバータ／インバータによるモジュール毎の個別制御、動作点走査を用いた真のＭＰＰ探索アルゴリズムを付加した制御の開発等が行われている。しかし、マイクロコンバータ／インバータ方式ではモジュール毎に電力変換器が必要となるため、システムとして高コスト化する傾向にある（図３）。一方、動作点走査を用いたＭＰＰ探索アルゴリズムは制御の複雑化や応答性低下、電力抽出率の低下など、依然として大きな課題を有している。その他多数の解決手法も提案されているが、膨大なデータ量に基づく演算や情報検出システムが必要となるためコストが増加するものと思われる。 As means for eliminating or reducing these adverse effects due to partial shadows, individual control of each module by a microconverter / inverter, development of control to which a true MPP search algorithm using operating point scanning is added, and the like have been performed. However, in the micro-converter / inverter system, a power converter is required for each module, which tends to increase the cost of the system (FIG. 3). On the other hand, MPP search algorithms using operating point scanning still have major issues such as complicated control, reduced responsiveness, and reduced power extraction rate. A large number of other solutions have also been proposed, but the cost may increase due to the need for computations and information detection systems based on a huge amount of data.

また、部分影による特性劣化を防止する各種の部分影補償器が提案されている。部分影補償器を用いた太陽電池システムの概念図を図４に示す。部分影補償器を用いたシステムでは日照モジュールの発生電力の一部を影モジュールへと伝送することで擬似的に全てのモジュールの電気的特性を均等化できるため、部分影発生時においてもマイクロインバータやＭＰＰ探索アルゴリズム等を用いることなく汎用のパワーコンディショナで太陽電池ストリングをＭＰＰで動作させることができる。部分影補償器としては様々な回路方式が提案されている。その代表的な回路として、図５にスイッチトキャパシタを用いた方式を示す。 In addition, various partial shadow compensators have been proposed which prevent characteristic degradation due to partial shadows. A conceptual diagram of a solar cell system using a partial shadow compensator is shown in FIG. In a system using a partial shadow compensator, it is possible to equalize the electrical characteristics of all modules in a pseudo manner by transmitting a part of the generated power of the sunlight module to the shadow module, so the micro-inverter can be used even during partial shadow generation The solar cell string can be operated by MPP with a general purpose power conditioner without using an MPP search algorithm or the like. Various circuit schemes have been proposed as partial shadow compensators. As a typical circuit thereof, FIG. 5 shows a system using a switched capacitor.

図５のスイッチトキャパシタにおいては、スイッチＱ１〜Ｑ６の高速スイッチングによってキャパシタＣｉｎ１〜Ｃｉｎ３とＣａ，Ｃｂとが相互充放電することにより、各キャパシタの分担する電圧が均一となる。 In the switched capacitor of FIG. 5, the capacitors Cin1 to Cin3 and Ca and Cb mutually charge and discharge by high-speed switching of the switches Q1 to Q6, whereby the voltage shared by each capacitor becomes uniform.

具体的には、奇数番号のスイッチＱ１，Ｑ３，Ｑ５がオンである時には、キャパシタＣｉｎ１とＣａとが、Ｃｉｎ２とＣｂとが、それぞれ並列接続されることとなるため、並列接続されたキャパシタ間に電圧のばらつきが発生している場合には相互充放電が行われ、電圧ばらつきが解消される方向へと向かう。また一方で、偶数番号のスイッチＱ２，Ｑ４，Ｑ６がオンである時には、キャパシタＣｉｎ２とＣａとが、Ｃｉｎ３とＣｂとが、それぞれ並列接続されることとなるため、並列接続されたキャパシタ間に電圧のばらつきが発生している場合には相互充放電が行われ、電圧ばらつきが解消される方向へと向かう。 Specifically, when the odd-numbered switches Q1, Q3 and Q5 are on, the capacitors Cin1 and Ca and the capacitors Cin2 and Cb are connected in parallel, respectively. When variation in voltage occurs, mutual charging and discharging are performed, and the voltage variation is eliminated. On the other hand, when the even-numbered switches Q2, Q4 and Q6 are on, the capacitors Cin2 and Ca and the capacitors Cin3 and Cb are respectively connected in parallel. In the case of the occurrence of the variation of (1), the mutual charging and discharging are performed, and the voltage variation is resolved.

したがって、奇数番号のスイッチを全てオンとする状態と偶数番号のスイッチを全てオンとする状態との間でスイッチングを繰り返すことにより、各々のキャパシタは他の全てのキャパシタと直接的、又は間接的に（他のキャパシタを介して）相互充放電を行うのであり、したがってキャパシタＣｉｎ１〜Ｃｉｎ３及びＣａ，Ｃｂの電圧が均一化される。このとき、キャパシタＣｉｎ１〜Ｃｉｎ３のそれぞれに並列接続された太陽電池モジュール（１以上の太陽電池セルから構成され、太陽電池として動作可能な任意のモジュール。）ＰＶ１〜ＰＶ３に印加される電圧も均一化される。一部の太陽電池モジュールに影がかかっている「部分影」状態の場合、印加される電圧に対応する電流を影モジュールからは発生させることが不可能な場合があるが、キャパシタＣｉｎ１〜Ｃｉｎ３を介して他の太陽電池モジュールから影モジュールへと電流が供給されるため（影モジュールの電圧は通常、日照モジュールの電圧よりも低いため、キャパシタＣｉｎ１〜Ｃｉｎ３を介する電流は優先的に影モジュールへと流れ込む。）、影モジュールからも擬似的には印加電圧に応じた電流が流れ出すこととなり、部分影の影響を補償した動作が可能となる。なお、平滑化用のキャパシタＣｉｎ１〜Ｃｉｎ３は省いてもよい。この場合にも、偶数番号のスイッチと奇数番号のスイッチとを交互にオンとするスイッチングを繰り返すことにより、全ての太陽電池モジュールＰＶ１〜ＰＶ３とキャパシタＣａ，Ｃｂとが直接的又は間接的に（自己以外を介して）接続されるため、太陽電池モジュールＰＶ１〜ＰＶ３に印加される電圧、及びキャパシタＣａ，Ｃｂの電圧が均一化されるとともに、キャパシタＣａ，Ｃｂを介して他の太陽電池モジュールから影モジュールへと電流が供給されるため（影モジュールの電圧は通常、日照モジュールの電圧よりも低いため、キャパシタＣａ，Ｃｂを介する電流は優先的に影モジュールへと流れ込む。）、影モジュールからも擬似的には印加電圧に応じた電流が流れ出すこととなり、部分影の影響を補償した動作が可能となる。スイッチングの一周期に対する、奇数番号のスイッチをオンとする期間、又は偶数番号のスイッチをオンとする期間の割合（時比率）は５０％として図５のスイッチングキャパシタを動作させることが一般的であるが、５０％以外の時比率においても各太陽電池モジュールの電圧を均一化して部分影の影響を補償することは可能である。以上の動作は、太陽電池モジュールの直列数が３以外（２以上の任意の数）である場合にも同様である。また各キャパシタの容量は異なっていてもよい。 Therefore, by repeating switching between the state in which all the odd numbered switches are turned on and the state in which all the even numbered switches are turned on, each capacitor is directly or indirectly connected to all the other capacitors. The mutual charge and discharge are performed (through other capacitors), so that the voltages of the capacitors Cin1 to Cin3 and Ca and Cb are equalized. At this time, the voltage applied to the solar cell modules (arbitrary modules configured of one or more solar cells and operable as a solar cell) connected in parallel to each of the capacitors Cin1 to Cin3 are also equalized. Be done. In the case of a "partial shadow" state in which some of the solar cell modules are shaded, it may not be possible to generate a current corresponding to the applied voltage from the shadow module, but the capacitors Cin1 to Cin3 Because current is supplied from the other solar cell module to the shadow module (the voltage of the shadow module is usually lower than the voltage of the sunshine module, the current through the capacitors Cin1 to Cin3 is preferentially given to the shadow module). In fact, a current corresponding to the applied voltage will flow out of the shadow module as well, which makes it possible to perform an operation in which the influence of the partial shadow is compensated. The smoothing capacitors Cin1 to Cin3 may be omitted. Also in this case, all the solar cell modules PV1 to PV3 and the capacitors Ca and Cb can be directly or indirectly (self-operated (self) by repeating switching to turn on even-numbered switches and odd-numbered switches alternately. And the voltages applied to the solar cell modules PV1 to PV3 and the voltages of the capacitors Ca and Cb are equalized, and shadows from other solar cell modules via the capacitors Ca and Cb are obtained. Since current is supplied to the module (the voltage of the shadow module is usually lower than the voltage of the sunlight module, the current through the capacitors Ca and Cb preferentially flows into the shadow module), so the shadow module also simulates In fact, a current corresponding to the applied voltage flows out, and an operation in which the influence of the partial shadow is compensated is possible. It is general to operate the switching capacitor of FIG. 5 with a ratio (time ratio) of an odd number switch ON period or an even number switch ON period (time ratio) to one cycle of switching. However, even at a duty ratio other than 50%, it is possible to equalize the voltage of each solar cell module to compensate for the influence of the partial shadow. The above operation is the same as in the case where the number of solar cell modules in series is other than 3 (arbitrary number of 2 or more). Also, the capacitance of each capacitor may be different.

部分影補償器を用いることで部分影の悪影響を防止できるものの、図４に示したようにストリング全体を制御するコンバータに加えて部分影補償器が必要となるため、システム全体としての構成が複雑になってしまう。 Although the use of a partial shadow compensator can prevent the adverse effect of partial shadows, as shown in FIG. 4, in addition to the converter that controls the entire string, a partial shadow compensator is required, resulting in a complicated overall system configuration. Become.

以上に鑑み、本発明は、総スイッチ数を削減してシステム構成を簡素化したコンバータ、及び当該コンバータを利用した太陽電池モジュールや蓄電池モジュール用のコンバータシステムを提供することを目的とする。 In view of the above, it is an object of the present invention to provide a converter whose system configuration is simplified by reducing the total number of switches, and a converter system for a solar cell module or a storage battery module using the converter.

上記課題を解決するため、本発明は、複数のキャパシタと複数のスイッチとを備え、複数のスイッチを繰り返し切り替えて複数のキャパシタに含まれる各々のキャパシタ同士の接続状態を繰り返し切り替えることにより複数のキャパシタに相互充放電をさせて、複数のキャパシタに含まれる各々のキャパシタに印加される電圧のばらつきが解消される方向へと、電圧を調整するよう構成された、スイッチトキャパシタ部と、複数のスイッチのうち一部のスイッチをスイッチトキャパシタ部と共有し、一部のスイッチの切り替えにより変化する入力電圧の入力を受けて変換し、出力電圧として出力するよう構成された、スイッチングコンバータ部とを備えたコンバータを提供する。 In order to solve the above problems, the present invention comprises a plurality of capacitors and a plurality of switches, and repeatedly switches the plurality of switches to repeatedly switch the connection state of the capacitors included in the plurality of capacitors. Of the plurality of switches and the switch capacitor portion configured to adjust the voltage in such a direction that the charge and discharge between the plurality of capacitors are eliminated. A converter comprising: a switching converter unit configured to share a part of switches with a switched capacitor part, receive and convert an input voltage that is changed by switching of part of switches, and output as an output voltage I will provide a.

上記のとおり、スイッチトキャパシタ部の動作に用いるスイッチの一部によってスイッチングコンバータ部を動作させることにより、スイッチトキャパシタ部とスイッチングコンバータ部とを一体化して総スイッチ数を削減することができる。 As described above, by operating the switching converter unit with a part of the switch used for the operation of the switched capacitor unit, it is possible to unify the switched capacitor unit and the switching converter unit and reduce the total number of switches.

スイッチトキャパシタ部は一例として、（１）直列接続された第１から第ｎ（ｎは２以上の整数）のキャパシタと、（２）直列接続された第２ｉ−１（ｉ＝１〜ｎ）のスイッチと第２ｉのスイッチとからなり、第ｉのキャパシタに対して並列に接続される第ｉのスイッチ組、として１からｎまでのｉに対しそれぞれ与えられる、第１から第ｎのスイッチ組と、（３）第ｊ（ｊ＝１〜ｎ−１）のスイッチ組に含まれる２つのスイッチの中間点と、第ｊ＋１のスイッチ組に含まれる２つのスイッチの中間点と、の間に接続された第ｎ＋ｊのキャパシタとして１からｎ−１までのｊに対しそれぞれ与えられる、第ｎ＋１から第２ｎ−１のキャパシタとを備えるスイッチトキャパシタ部として構成できるが、これに限らず、本発明においては複数のスイッチによって動作する任意のスイッチトキャパシタ部を用いてよい。 The switched capacitor unit is, for example, (1) first to n (n is an integer of 2 or more) capacitors connected in series, and (2) a second i-1 (i = 1 to n) connected in series An i-th switch set comprising a switch and a 2i-th switch connected in parallel to the i-th capacitor; , (3) connected between the midpoint of two switches included in the j-th (j = 1 to n-1) switch set and the midpoint of two switches included in the j + 1th switch set Although it can be configured as a switched capacitor section including the (n + 1) th to (2n-1) th capacitors provided as jth to (n + 1) th capacitors for j from 1 to n-1, respectively, the present invention is not limited thereto. The You may use any of the switched capacitor portion operated by pitch.

上記スイッチトキャパシタ部の一例を用いる場合、スイッチングコンバータ部は一例において、第１から第ｎのスイッチ組のうちいずれかのスイッチ組をスイッチトキャパシタ部と共有し、且つインダクタを備え、共有するスイッチ組に含まれる２つのスイッチの一方を介して流れる電流によりインダクタに電磁気的エネルギーを蓄積する状態と、２つのスイッチの他方を介して流れる電流によりインダクタから電磁気的エネルギーを放出する状態と、を共有するスイッチ組におけるスイッチの切り替えにより切り替えることで動作するスイッチングコンバータ部として構成することができる。 When one example of the switched capacitor unit is used, in one example, the switching converter unit shares one of the first to n-th switch pairs with the switched capacitor unit, and includes an inductor and is used as a shared switch pair. A switch that shares a state in which electromagnetic energy is stored in the inductor by current flowing through one of two included switches, and a state in which electromagnetic energy is released from the inductor by current flowing through the other of the two switches The switching converter unit can be configured to operate by switching by switching the switches in the group.

上記スイッチトキャパシタ部の一例を用いる場合、スイッチングコンバータ部は別の一例において、第１から第ｎのスイッチ組のうちいずれかのスイッチ組をスイッチトキャパシタ部と共有し、且つ、インダクタとキャパシタとを備えた共振型コンバータ部として構成し、共有するスイッチ組に含まれる２つのスイッチの切り替え周波数に依存した出力電圧を出力するよう構成することができる。 When one example of the switched capacitor unit is used, the switching converter unit in another example shares one of the first to n-th switch pairs with the switched capacitor unit, and includes an inductor and a capacitor. The present invention can be configured as a resonant converter unit and configured to output an output voltage depending on the switching frequency of two switches included in the shared switch set.

上記スイッチトキャパシタ部の一例を用いる場合、本発明のコンバータにおける第１から第ｎのキャパシタの各々に対して太陽電池モジュールを並列接続することにより太陽電池モジュール用コンバータシステムを構成することができる。あるいは、本発明のコンバータにおける第１から第ｎのキャパシタの各々に代えて太陽電池モジュールを接続することにより、太陽電池モジュール用コンバータシステムを構成してもよい。 When using the example of the said switched capacitor part, the converter system for solar cell modules can be comprised by connecting a solar cell module in parallel with each of the 1st to nth capacitor in the converter of this invention. Alternatively, the solar cell module converter system may be configured by connecting solar cell modules instead of each of the first to nth capacitors in the converter of the present invention.

上記スイッチトキャパシタ部の一例を用いる場合、本発明のコンバータにおける第１から第ｎのキャパシタの各々に対して蓄電モジュールを並列接続することにより蓄電モジュール用コンバータシステムを構成することができる。あるいは、本発明のコンバータにおける第１から第ｎのキャパシタの各々に代えて蓄電モジュールを接続することにより、蓄電モジュール用コンバータシステムを構成してもよい。ここにおける蓄電モジュールとは、キャパシタ、二次電池、電気二重層キャパシタ等、１以上の任意の蓄電セルから構成される、充放電可能な任意のモジュールである。 When one example of the switched capacitor unit is used, a storage module converter system can be configured by connecting a storage module in parallel to each of the first to nth capacitors in the converter of the present invention. Alternatively, the storage module converter system may be configured by connecting storage modules instead of each of the first to nth capacitors in the converter of the present invention. Here, the storage module is an arbitrary chargeable / dischargeable module including one or more optional storage cells such as a capacitor, a secondary battery, an electric double layer capacitor, and the like.

また本発明は、複数のキャパシタと複数のスイッチとをそれぞれが備え、複数のスイッチを繰り返し切り替えて複数のキャパシタに含まれる各々のキャパシタ同士の接続状態を繰り返し切り替えることにより複数のキャパシタに相互充放電をさせて、複数のキャパシタに含まれる各々のキャパシタに印加される電圧のばらつきが解消される方向へと、電圧を調整するようそれぞれが構成された、第１スイッチトキャパシタ部及び第２スイッチトキャパシタ部と、インダクタを備え、インダクタの一端が、第１スイッチトキャパシタ部に含まれる複数のスイッチのうち一部のスイッチに接続され、インダクタの他端が、第２スイッチトキャパシタ部に含まれる複数のスイッチのうち一部のスイッチに接続されることにより、第１スイッチトキャパシタ部及び第２スイッチトキャパシタ部と複数のスイッチの一部をそれぞれ共有し、それぞれ共有するスイッチの切り替えにより変化する入力電圧の入力を受けて変換し、同一周波数にて行われる第１スイッチトキャパシタ部におけるスイッチ切り替えと第２スイッチトキャパシタ部におけるスイッチ切り替えとの位相差に依存した出力電圧を出力するよう構成された、スイッチングコンバータ部とを備えたコンバータを提供する。本発明のコンバータとして、２つのスイッチトキャパシタ部におけるスイッチ切り替えの位相差によって入力電圧を変換する一例である。 The present invention also includes a plurality of capacitors and a plurality of switches, and the plurality of capacitors are mutually charged and discharged by repeatedly switching the plurality of switches and repeatedly switching the connection state of the capacitors included in the plurality of capacitors. A first switched capacitor portion and a second switched capacitor portion, each configured to adjust a voltage in a direction in which a variation in voltage applied to each of the capacitors included in the plurality of capacitors is eliminated. And one end of the inductor is connected to a part of the plurality of switches included in the first switched capacitor section, and the other end of the inductor is included in the plurality of switches included in the second switched capacitor section. By connecting to a part of switches, the first switched A first switched capacitor unit that shares part of a plurality of switches with the shutter unit and the second switched capacitor unit, receives an input voltage input that changes by switching the shared switch, converts the input voltage, and performs the same frequency A converter comprising: a switching converter unit configured to output an output voltage dependent on a phase difference between switch switching in the second switching switch unit and switching switching in the second switched capacitor unit. As a converter of this invention, it is an example which converts an input voltage by the phase difference of the switch switching in two switched capacitor parts.

本発明に従って構成することができる統合型太陽電池用コンバータにおいては、従来のスイッチトキャパシタを用いた部分影補償器と、降圧型ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）コンバータ等のコンバータとを一体化できるため、システム構成を簡素化することができる。また、一体化において、スイッチトキャパシタとコンバータは一部のスイッチ（後述の図７の例では２つのスイッチＱ５，Ｑ６）を共有するため、部分影補償器とコンバータを個別に用いる従来のシステムと比較して総スイッチ数の削減も可能である。本発明に従って簡素化されたコンバータは、蓄電モジュール間の電圧均等化等、他の任意の用途にも適用可能である。 In the integrated solar cell converter that can be configured according to the present invention, since a partial shadow compensator using a conventional switched capacitor and a converter such as a step-down PWM (Pulse Width Modulation) converter can be integrated, the system The configuration can be simplified. Also, in the integration, since the switched capacitor and the converter share some switches (two switches Q5 and Q6 in the example of FIG. 7 described later), the system is compared with the conventional system using the partial shadow compensator and the converter separately It is also possible to reduce the total number of switches. The converter simplified according to the invention is also applicable to any other application, such as voltage equalization between storage modules.

部分影発生時における太陽電池ストリング内の電流経路ならびにモジュールの電気特性を示す図。The figure which shows the current path in a solar cell string at the time of partial shadow generation | occurrence | production, and the electrical property of a module. 部分影の有無によるストリング特性の比較を示すグラフ。Graph showing comparison of string characteristics with and without partial shadow. マイクロコンバータを用いた太陽光発電システムの概念図。The conceptual diagram of the solar power generation system using a micro converter. 部分影補償器を用いた太陽光発電システムの概念図。The conceptual diagram of the solar energy power generation system using a partial shadow compensator. スイッチトキャパシタを用いた部分影補償器の回路図。The circuit diagram of the partial shadow compensator which used the switched capacitor. 本発明のコンバータにおいて、スイッチングコンバータ部として用いることができる、降圧型コンバータの回路図。FIG. 5 is a circuit diagram of a step-down converter that can be used as a switching converter unit in the converter of the present invention. スイッチトキャパシタと降圧型ＰＷＭコンバータとを一体化した統合型コンバータに太陽電池モジュールを接続してなる、太陽電池モジュール用コンバータシステムの回路図。The circuit diagram of the converter system for solar cell modules which connects a solar cell module to the integrated converter which integrated the switched capacitor and the pressure | voltage fall type PWM converter. 降圧型ＰＷＭコンバータの動作時における、偶数番号のスイッチがオンの期間の接続状態を示す図。The figure which shows the connection state of the period which the switch of the even number turns on at the time of operation | movement of a pressure | voltage fall type PWM converter. 降圧型ＰＷＭコンバータの動作時における、奇数番号のスイッチがオンの期間の接続状態を示す図。The figure which shows the connection state of the period while the switch of the odd number is ON at the time of operation | movement of a pressure | voltage fall type PWM converter. 図７の回路図に従う統合型コンバータを試作して行った動作実験の結果を示すグラフ。FIG. 8 is a graph showing the result of an operation experiment performed by prototyping the integrated converter according to the circuit diagram of FIG. 7. 図７の統合型コンバータにおいて、太陽電池モジュールの代わりに蓄電モジュールを接続してなる、蓄電モジュール用コンバータシステムの回路図。The circuit diagram of the converter system for electrical storage modules which connects an electrical storage module instead of a solar cell module in the integrated converter of FIG. 図７の統合型コンバータにおいて、共有するスイッチをＱ５，Ｑ６からＱ３，Ｑ４に変更したときの回路図。FIG. 8 is a circuit diagram when the shared switch is changed from Q5 and Q6 to Q3 and Q4 in the integrated converter of FIG. 7; 図７の統合型コンバータにおいて、共有するスイッチをＱ５，Ｑ６からＱ１，Ｑ２に変更したときの回路図。FIG. 8 is a circuit diagram when the shared switch is changed from Q5 and Q6 to Q1 and Q2 in the integrated converter of FIG. 7; 図７の統合型コンバータから平滑化用キャパシタであるキャパシタＣｉｎ１〜Ｃｉｎ３を除いた時の回路図。FIG. 8 is a circuit diagram when capacitors Cin1 to Cin3 as smoothing capacitors are removed from the integrated converter of FIG. 7; 図７の統合型コンバータにおいて、直列段数を２に変更した時の回路図。FIG. 8 is a circuit diagram when the number of serial stages is changed to 2 in the integrated converter of FIG. 7; 図１４の統合型コンバータにおいて、降圧型ＰＷＭコンバータの代わりに共振型コンバータを用いたときの回路図。FIG. 15 is a circuit diagram when a resonant converter is used instead of the step-down PWM converter in the integrated converter of FIG. 14; 本発明のコンバータの別の実施形態として、２つのスイッチトキャパシタとフェーズシフトコンバータを一体化した統合型コンバータに太陽電池モジュールを接続してなる、太陽電池モジュール用コンバータシステムの回路図。The circuit diagram of the converter system for solar cell modules which connects a solar cell module to the integrated converter which integrated two switched capacitor and phase shift converter as another embodiment of the converter of this invention.

これより図面を用いて、本発明に係るコンバータ、及びコンバータシステムの構成、動作を説明する。但し、本発明に係るコンバータ、コンバータシステムの構成は、各図面にて示される特定の具体的構成へと限定されるわけではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能である。例えば、以下において各キャパシタは主に単独の蓄電素子であるとして説明するが、これらは充放電可能な任意の素子、１以上の素子からなるモジュール、あるいはそれらモジュールを用いて構成される任意の装置であってもよい。各蓄電素子の容量も、それぞれ異なっていてよい。各スイッチについても、以下においてはＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチであるとして説明するが、任意の電子スイッチ、あるいは機械式スイッチを用いることも可能である。その他、以下の実施例におけるコンバータは３直列、又は２直列の太陽電池モジュール鎖、蓄電モジュール鎖に適合された３直列段、２直列段のコンバータであるとして説明されるが、本発明に係るコンバータの直列段数は２以上の任意の数ｎであってよい。コンバータの出力側に接続する負荷も、任意の回路、装置等であってよい。 The configuration and operation of the converter and converter system according to the present invention will now be described using the drawings. However, the configurations of the converter and converter system according to the present invention are not limited to the specific specific configurations shown in the respective drawings, and can be appropriately changed within the scope of the present invention. For example, although each capacitor is mainly described below as a single storage element, these are optional elements that can be charged and discharged, a module including one or more elements, or any device configured using these modules It may be The capacities of the respective storage elements may also be different. Although each switch is also described below as a semiconductor switch such as a MOSFET, it is also possible to use any electronic switch or mechanical switch. Besides, although the converter in the following embodiments is described as a 3-series or 2-series solar cell module chain, a 3-series stage, 2-series stage converter adapted to a storage module chain, the converter according to the present invention The number of serial stages of may be any number n of 2 or more. The load connected to the output side of the converter may also be any circuit, device or the like.

統合型コンバータの構成
本発明の一実施形態である統合型コンバータは、図５において太陽電池モジュール鎖に接続されているスイッチトキャパシタと、図６に示される降圧型ＰＷＭコンバータとを統合することにより得られる。 Configuration of Integrated Converter The integrated converter which is an embodiment of the present invention is obtained by integrating the switched capacitor connected to the solar cell module chain in FIG. 5 and the step-down PWM converter shown in FIG. Be

図６に示される降圧型ＰＷＭコンバータは、入力電源Ｖｉｎ，入力キャパシタＣｉｎ，スイッチＱ，ダイオードＤｏ，インダクタＬ，出力キャパシタＣｏｕｔ，負荷ＲＬを備えており、スイッチＱのオンオフを繰り返し切り替えることにより、入力電圧Ｖ_inを出力電圧Ｖ_outへと変換する。スイッチＱの切り替えにおける時比率（切り替えの一周期に対する、スイッチＱのオン期間の割合）をＤ（０≦Ｄ≦１）とすれば、一周期に亘るインダクタＬの平均電圧が定常状態でゼロとなることから、スイッチＱのオン期間、オフ期間にインダクタＬに印加される電圧を考慮すれば
Ｄ（Ｖ_in−Ｖ_out）＋（１−Ｄ）（−Ｖ_out）＝０
…（１）
となり、
Ｖ_out／Ｖ_in＝Ｄ
…（２）
が得られる。 The step-down PWM converter shown in FIG. 6 includes an input power supply Vin, an input capacitor Cin, a switch Q, a diode Do, an inductor L, an output capacitor Cout, and a load RL, and the switch Q is repeatedly switched on and off. The voltage V _in is converted to the output voltage V _out . Assuming that the duty ratio in switching of switch Q (the ratio of the on period of switch Q to one cycle of switching) is D (0 ≦ D ≦ 1), the average voltage of inductor L over one cycle is zero in the steady state. Therefore, in consideration of the voltage applied to the inductor L in the on period and the off period of the switch Q, D (V _in −V _out ) + (1−D) (− V _out ) = 0
... (1)
And
V _out / V _in = D
... (2)
Is obtained.

統合型コンバータの具体的回路構成を図７に示す。統合型コンバータは、（１）キャパシタＣｉｎ１〜Ｃｉｎ３，Ｃ１，Ｃ２と、スイッチＱ１〜Ｑ６を備えたスイッチトキャパシタ部と、（２）インダクタＬ，出力側キャパシタＣｏｕｔ，負荷ＲＬを備え、更にスイッチＱ５，Ｑ６をスイッチトキャパシタ部と共有する降圧型ＰＷＭコンバータ部とを備えており、平滑化用キャパシタであるキャパシタＣｉｎ１〜Ｃｉｎ３に対しては、それぞれ太陽電池モジュールＰＶ１〜ＰＶ３が接続されている。図７の回路中でスイッチトキャパシタの部位のみに着目した場合は図５の回路と同一構成である一方、図７中のＰＷＭコンバータ部に着目すると、図６中のダイオードＤｏをスイッチに置き換えたものと図７中のＰＷＭコンバータ部は同一構成であることがわかる。 A specific circuit configuration of the integrated converter is shown in FIG. The integrated converter includes (1) switched capacitors including capacitors Cin1 to Cin3, C1 and C2 and switches Q1 to Q6, and (2) an inductor L, an output side capacitor Cout, and a load RL, and further includes a switch Q5, A step-down type PWM converter unit sharing Q6 with the switched capacitor unit is provided, and solar cell modules PV1 to PV3 are connected to capacitors Cin1 to Cin3 which are smoothing capacitors. In the circuit of FIG. 7, focusing only on the switched capacitor part has the same configuration as that of the circuit of FIG. 5, while focusing on the PWM converter in FIG. 7, the diode Do in FIG. 7 and the PWM converter unit in FIG. 7 have the same configuration.

統合型コンバータの動作
図７の統合型コンバータは、スイッチＱ１〜Ｑ６のうち偶数番号のスイッチＱ２，Ｑ４，Ｑ６のみがオンの状態と、奇数番号のスイッチＱ１，Ｑ３，Ｑ５のみがオンの状態と、を任意の時比率（本実施例１においては、便宜上、偶数番号のスイッチのみをオンとする期間の、スイッチ切り替えの一周期に対する割合を時比率Ｄと定義するが、奇数番号のスイッチのみをオンとする期間の当該一周期に対する割合として時比率を定義してもよい。）で繰り返し切り替えることで、太陽電池モジュールＰＶ１〜ＰＶ３に部分影が発生している場合であってもこれを補償し、各太陽電池モジュールに印加される電圧を均一化させつつ、太陽電池モジュール鎖全体に印加される電圧を、時比率を介して調整することにより太陽電池モジュール鎖の出力電力制御を行うことができる。従来のスイッチトキャパシタを用いた部分影補償器は一般的に５０％の時比率で動作するが、５０％でない時比率においても太陽電池モジュールの部分影補償、電圧均一化は可能である。 Operation of the integrated converter The integrated converter of FIG. 7 has a state in which only the even-numbered switches Q2, Q4 and Q6 among the switches Q1 to Q6 are on and a state in which only the odd-numbered switches Q1, Q3 and Q5 are on Is defined as a ratio to one cycle of switch switching in a period in which only even numbered switches are turned on in this embodiment 1 as a duty ratio D, but only odd numbered switches are selected. The duty ratio may be defined as a ratio of the period to be turned on to the one cycle.) Even if partial shadows are generated in the solar cell modules PV1 to PV3, this is compensated by switching repeatedly. The solar cell module chain by adjusting the voltage applied across the chain of the solar cell module while the voltage applied to each solar cell module is uniformed It is possible to perform the output power control of the pond module chain. A conventional partial shadow compensator using a switched capacitor generally operates at a 50% duty ratio, but partial shadow compensation and voltage equalization of the solar cell module are possible even at a duty ratio other than 50%.

具体的に、図７の回路中、まずスイッチトキャパシタ部の動作は、既に説明した図５のスイッチトキャパシタの動作と同様である。偶数番号のスイッチＱ２，Ｑ４，Ｑ６のみがオンの状態（図８ａ。オフのスイッチは不図示。）と、奇数番号のスイッチＱ１，Ｑ３，Ｑ５のみがオンの状態（図８ｂ。オフのスイッチは不図示。）と、を繰り返し切り替えることにより、キャパシタＣｉｎ１〜Ｃｉｎ３，Ｃ１，Ｃ２の各々が、自己以外の全てのキャパシタと直接的、又は間接的に（他のキャパシタを介して）相互充放電を行い、キャパシタＣｉｎ１〜Ｃｉｎ３，Ｃ１，Ｃ２の電圧が均一化される。一部の太陽電池モジュールに影がかかっている「部分影」状態の場合は、平滑化用のキャパシタＣｉｎ１〜Ｃｉｎ３を介して他の太陽電池モジュールから影モジュールへと電流が供給されるため（影モジュールの電圧は通常、日照モジュールの電圧よりも低いため、キャパシタＣｉｎ１〜Ｃｉｎ３を介する電流は優先的に影モジュールへと流れ込む。）、影モジュールからも擬似的には印加電圧に応じた電流が流れ出すこととなり、部分影の影響を補償した動作が可能となる。 Specifically, in the circuit of FIG. 7, the operation of the switched capacitor portion is the same as the operation of the switched capacitor of FIG. 5 already described. Only the even numbered switches Q2, Q4 and Q6 are on (FIG. 8a, the off switches are not shown), and only the odd numbered switches Q1, Q3 and Q5 are on (FIG. 8b, the off switches are not) Each of the capacitors Cin1 to Cin3, C1 and C2 directly or indirectly (through other capacitors) mutually charge / discharge with all the capacitors other than itself by repeatedly switching) and. The voltages of the capacitors Cin1 to Cin3, C1, and C2 are equalized. In the “partial shadow” state in which some of the solar cell modules are shaded, the current is supplied from the other solar cell modules to the shadow modules via the smoothing capacitors Cin1 to Cin3 (shadow Since the module voltage is usually lower than the voltage of the sunshine module, the current through the capacitors Cin1 to Cin3 preferentially flows into the shadow module), and the shadow module also flows a current according to the applied voltage. This makes it possible to perform an operation that compensates for the effects of partial shadows.

さらに、図７の回路中、ＰＷＭコンバータ部は、上述のスイッチトキャパシタの動作によってスイッチ組Ｑ５，Ｑ６のうちオンとなるスイッチが繰り返し切り替えられることにより変化する入力電圧の入力を受けて、これを変換し、出力電圧として負荷ＲＬに出力する。 Furthermore, in the circuit of FIG. 7, the PWM converter unit receives an input voltage input that changes when the switch turned on among the switch sets Q5 and Q6 is repeatedly switched by the above-described operation of the switched capacitor and converts it. Output to the load RL as an output voltage.

スイッチＱ６がオン（偶数番号のスイッチＱ２，Ｑ４，Ｑ６のみがオン）の期間における入力電圧は、太陽電池モジュールＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３の電圧をＶ_PV1，Ｖ_PV2，Ｖ_PV3とすればＶ_PV1＋Ｖ_PV2＋Ｖ_PV3であり（図８ａ）、この期間中にインダクタＬに印加される電圧Ｖ_Lは、ＰＷＭコンバータ部の出力電圧をＶ_outとすれば
Ｖ_L＝Ｖ_PV1＋Ｖ_PV2＋Ｖ_PV3−Ｖ_out
…（３）
で表される（ＰＷＭコンバータ部の入力側から出力側へとインダクタＬに電流を流す極性を正とする。以下同様。）。この期間中、スイッチＱ６を介して流れる電流によりインダクタＬには電磁気的エネルギーが蓄積される。 Switch Q6 is turned on input voltage in the period (the switch Q2 of the even number, Q4, Q6 only on), the solar cell module PV1, PV2, if the voltage PV3 and _{_{_{V PV1, V PV2, V PV3}}} V PV1 + V _PV2 + V is _PV3 (Figure 8a), the voltage V _L applied to the inductor L during this _{_{period, V L = V PV1 + V}} PV2 + V PV3 -V out if the output voltage of the PWM converter and the V _out
... (3)
(The polarity of the current flowing through the inductor L from the input side to the output side of the PWM converter section is positive. The same applies to the following). During this period, electromagnetic energy is accumulated in the inductor L by the current flowing through the switch Q6.

一方、スイッチＱ５がオン（奇数番号のスイッチＱ１，Ｑ３，Ｑ５のみがオン）の期間における入力電圧はＶ_PV1＋Ｖ_PV2であり（図８ｂ）、この期間中にインダクタＬに印加される電圧Ｖ_Lは、
Ｖ_L＝Ｖ_PV1＋Ｖ_PV2−Ｖ_out
…（４）
で表される。この期間中、スイッチＱ５を介して流れる電流によりインダクタＬから電磁気的エネルギーが放出される。 On the other hand, the input voltage at the period of the switch Q5 is turned on (the switch Q1, Q3, Q5 only on odd-numbered) is the V _PV1 + V _PV2 (Figure 8b), the voltage V _L applied to the inductor L during the period Is
V _L = V _PV1 + V _PV2- V _out
... (4)
Is represented by During this period, electromagnetic energy is released from the inductor L by the current flowing through the switch Q5.

スイッチングの一周期に亘るインダクタＬの平均電圧は定常状態においてゼロとなるため、（３）と（４）式で得られたそれぞれの期間におけるインダクタＬの電圧Ｖ_Lに、それぞれの期間のスイッチング一周期に対する割合を乗じて加えることにより、下記の（５）式が成立する。
Ｄ（Ｖ_PV1＋Ｖ_PV2＋Ｖ_PV3−Ｖ_out）＋（１−Ｄ）（Ｖ_PV1＋Ｖ_PV2−Ｖ_out）＝０
…（５）
この式を解けば、以下の式（６）が得られる。
Ｖ_out＝Ｖ_PV1＋Ｖ_PV2＋ＤＶ_PV3
…（６） Since the average voltage of the inductor L over one cycle of switching is zero in the steady state, the voltage V _L of the inductor L in each of the periods obtained by the equations (3) and (4) The following equation (5) is established by multiplying and adding the ratio to the period.
D ( _VPV1 + _VPV2 + _VPV3 - _Vout ) + (1-D) ( _VPV1 + _VPV2 - _Vout ) = 0
... (5)
By solving this equation, the following equation (6) is obtained.
V _out = V _PV1 + V _PV2 + DV _PV3
... (6)

スイッチトキャパシタ部の動作によって全ての太陽電池モジュールの電圧がＶ_PV1＝Ｖ_PV2＝Ｖ_PV3＝Ｖ_PVのように均一であるとすると、（６）式は以下の（７）式のように書き直せる。
Ｖ_out＝（Ｄ＋２）Ｖ_PV
…（７）
（６）式，（７）式が示すように、出力電圧Ｖ_outは時比率Ｄに依存する。したがって、本発明の統合型コンバータを用いれば、従来のコンバータと同様に時比率Ｄを調整することによる（任意のスイッチ制御回路等により調整する。スイッチ制御回路は不図示。）太陽電池ストリングの電力制御が可能である。一例において、負荷ＲＬとして定電圧負荷を用いれば出力電圧Ｖ_outは固定値となるため、（７）式から
Ｖ_PV＝Ｖ_out／（Ｄ＋２）
…（８）
に従い太陽電池モジュール電圧を制御し、ひいては太陽電池モジュール鎖の出力電力を制御できる。 Assuming that the voltages of all the solar cell modules are uniform as V _PV1 = V _PV2 = V _PV3 = V _PV by the operation of the switched capacitor unit, the equation (6) can be rewritten as the following equation (7).
V _out = (D + 2) V _PV
... (7)
As the equations (6) and (7) indicate, the output voltage V _out depends on the duty ratio D. Therefore, if the integrated converter of the present invention is used, the power of the solar cell string is adjusted by adjusting the duty ratio D as in the conventional converter (adjusting with an arbitrary switch control circuit etc. The switch control circuit is not shown). Control is possible. In one example, when a constant voltage load is used as the load RL, the output voltage V _out has a fixed value, so from the equation (7), V _PV = V _out / (D + 2)
... (8)
Thus, the solar cell module voltage can be controlled and hence the output power of the solar cell module chain can be controlled.

統合型コンバータを用いた実験結果
インダクタＬとしてインダクタンス１５μＨのインダクタを、平滑化用のキャパシタＣｉｎ１〜Ｃｉｎ３として容量４７μＦのキャパシタを、キャパシタＣ１，Ｃ２として容量３３μＦのキャパシタを、出力側キャパシタＣｏｕｔとして容量１４１μＦのキャパシタを用いて、図７に示す回路構造の統合型コンバータを試作した。次に、太陽電池モジュールＰＶ１〜ＰＶ３としてソーラーアレイシミュレータ（ＡｇｉｌｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製、Ｅ４３５０Ｂ）を図７に従い接続し、太陽電池モジュールＰＶ１とＰＶ２の両方に部分影が発生している状態を意図的に模擬し、負荷電圧２８Ｖ（定電圧負荷）において統合型コンバータの時比率Ｄをマニュアルで変動させることによりストリング特性を走査した。 Experimental results using the integrated type converter An inductor with an inductance of 15 μH as the inductor L, a capacitor with a capacitance of 47 μF as the capacitors Cin1 to Cin3 for smoothing, a capacitor with a capacitance of 33 μF as the capacitors C1 and C2, a capacitance of 141 μF as the output side capacitor Cout An integrated converter of the circuit structure shown in FIG. Next, a solar array simulator (manufactured by Agilent Technologies, E4350B) is connected as the solar cell modules PV1 to PV3 according to FIG. 7 to intentionally simulate a state in which a partial shadow is generated on both the solar cell modules PV1 and PV2 The string characteristics were scanned by manually changing the duty ratio D of the integrated converter at a load voltage of 28 V (constant voltage load).

統合型コンバータの出力端で得られた電力特性を図９に示す。統合型コンバータによる抽出電力向上の効果を示すために、統合型コンバータを用いずにソーラーアレイシミュレータに対して可変抵抗を直接接続してストリング特性を走査した結果も併せて示している。統合型コンバータを用いない場合においてはストリングのＰ−Ｖ（電力−電圧）特性上に２つの最大電力点が存在しており、抽出可能最大電力は約４５Ｗ（ストリング電圧が約２４Ｖの時）であった。これに対し、統合型コンバータを用いることで最大電力点は１点に収束し、抽出可能最大電力も約６１Ｗ（ストリング電圧が約３３Ｖの時）まで大幅に増加した。この実験により、統合型コンバータを用いることで部分影発生状況下において太陽電池からの抽出電力を大幅に向上できることが示された。 The power characteristics obtained at the output of the integrated converter are shown in FIG. In order to show the effect of the extraction power improvement by an integrated converter, the result of having directly connected variable resistance with respect to the solar array simulator, and scanning a string characteristic is also shown collectively, without using an integrated converter. In the case where the integrated converter is not used, two maximum power points exist on the PV (power-voltage) characteristics of the string, and the maximum extractable power is about 45 W (when the string voltage is about 24 V) there were. On the other hand, by using the integrated converter, the maximum power point converged to one point, and the extractable maximum power was also greatly increased to about 61 W (when the string voltage is about 33 V). This experiment shows that the integrated converter can significantly improve the extraction power from the solar cell under partial shadow conditions.

蓄電モジュール用コンバータシステム
本発明のコンバータは、太陽電池モジュール用コンバータシステムとしてだけではなく、例えば図１０の回路図に示すとおり、蓄電モジュール用のコンバータシステムとして用いることができる。図１０においては、統合型コンバータに対して太陽電池モジュールＰＶ１〜ＰＶ３ではなく蓄電モジュールＢ１〜Ｂ３が接続されている。統合型コンバータの動作は図７の実施形態において説明したものと基本的に同様である。スイッチトキャパシタ部の偶数番号のスイッチＱ２，Ｑ４，Ｑ６と奇数番号のスイッチＱ１，Ｑ３，Ｑ５とを交互にオンとすることでキャパシタＣｉｎ１〜Ｃｉｎ３，Ｃ１，Ｃ２の電圧が均一化され、キャパシタＣｉｎ１〜Ｃｉｎ３にそれぞれ並列接続された蓄電モジュールＢ１〜Ｂ３の電圧も均一化される（部分影の問題は発生しないため、その補償も不要である。）。併せて、共有されているスイッチ組Ｑ５，Ｑ６の切り替えによりＰＷＭコンバータ部が動作する。蓄電モジュールＢ１，Ｂ２，Ｂ３の電圧をそれぞれＶ_B1，Ｖ_B2，Ｖ_B3とすれば、上記式（３）〜（７）式と同様の計算により、ＰＷＭコンバータ部の出力電圧（負荷ＲＬの電圧）Ｖ_outは
Ｖ_out＝Ｖ_B1＋Ｖ_B2＋ＤＶ_B3
…（９）
となり、Ｖ_B1＝Ｖ_B2＝Ｖ_B3＝Ｖ_Bとすれば
Ｖ_out＝（Ｄ＋２）Ｖ_B
…（１０）
が得られる。 Storage System Converter System The converter of the present invention can be used not only as a solar cell module converter system but also as a storage system converter system as shown in the circuit diagram of FIG. 10, for example. In FIG. 10, not the solar cell modules PV1 to PV3 but the storage modules B1 to B3 are connected to the integrated converter. The operation of the integrated converter is basically similar to that described in the embodiment of FIG. By alternately turning on the even-numbered switches Q2, Q4, Q6 of the switched capacitor portion and the odd-numbered switches Q1, Q3, Q5, the voltages of the capacitors Cin1 to Cin3, C1, C2 are equalized, and the capacitors Cin1 to Cin1 are switched on. The voltages of the storage modules B1 to B3 connected in parallel to Cin3 are also equalized (the problem of partial shadows does not occur, so the compensation thereof is also unnecessary). At the same time, the PWM converter unit operates by switching between the shared switch sets Q5 and Q6. Assuming that the voltages of the storage modules B1, B2 and B3 are V _B1 , V _B2 and V _B3 respectively, the output voltage of the PWM converter (voltage of the load RL is calculated by the same calculation as the equations (3) to (7). ) V _out is V _out = V _B1 + V _B2 + DV _B3
... (9)
And if V _B1 = V _B2 = V _B3 = V _B , then V _out = (D + 2) V _B
... (10)
Is obtained.

なお、図７ではスイッチトキャパシタ部と降圧型のＰＷＭコンバータ部とがスイッチＱ５，Ｑ６を共有する回路構成を示したが、他のスイッチを共有する回路構成も可能である。スイッチトキャパシタ部とＰＷＭコンバータ部とがスイッチＱ３，Ｑ４を共有する回路構成を図１１に、スイッチＱ１，Ｑ２を共有する回路構成を図１２に、それぞれ示す。これらの回路構成においても部分影の悪影響を防止しつつ同様の原理で太陽電池モジュール鎖の出力電力を制御することが可能である。 Although FIG. 7 shows a circuit configuration in which the switched capacitor unit and the step-down PWM converter unit share the switches Q5 and Q6, a circuit configuration in which other switches are shared is also possible. FIG. 11 shows a circuit configuration in which the switched capacitor unit and the PWM converter unit share the switches Q3 and Q4, and FIG. 12 shows a circuit configuration in which the switches Q1 and Q2 are shared. Also in these circuit configurations, it is possible to control the output power of the solar cell module chain on the same principle while preventing the adverse effect of the partial shadow.

図１１に示す統合型コンバータを用いる場合、偶数番号のスイッチＱ２，Ｑ４，Ｑ６のオン期間中にインダクタＬに印加される電圧は
Ｖ_L＝Ｖ_PV1＋Ｖ_PV2−Ｖ_out
…（１１）
であり（この期間中、スイッチＱ４を介して流れる電流によりインダクタＬには電磁気的エネルギーが蓄積される。）、奇数番号のスイッチＱ１，Ｑ３，Ｑ５のオン期間中にインダクタＬに印加される電圧は
Ｖ_L＝Ｖ_PV1−Ｖ_out
…（１２）
であるから（この期間中、スイッチＱ３を介して流れる電流によりインダクタＬから電磁気的エネルギーが放出される。）、スイッチングの一周期に亘るインダクタＬの平均電圧が定常状態においてゼロとなることは
Ｄ（Ｖ_PV1＋Ｖ_PV2−Ｖ_out）＋（１−Ｄ）（Ｖ_PV1−Ｖ_out）＝０
…（１３）
と表わされ、出力電圧は
Ｖ_out＝Ｖ_PV1＋ＤＶ_PV2
…（１４）
となり、Ｖ_PV1＝Ｖ_PV2＝Ｖ_PV3＝Ｖ_PVとすれば
Ｖ_out＝（Ｄ＋１）Ｖ_PV
…（１５）
が得られる。 When the integrated converter shown in FIG. 11 is used, the voltage applied to the inductor L during the on period of the even-numbered switches Q2, Q4, and Q6 is V _L = V _PV1 + V _PV2- V _out
... (11)
(Electromagnetic energy is accumulated in the inductor L by the current flowing through the switch Q4 during this period), and the voltage applied to the inductor L during the on period of the odd-numbered switches Q1, Q3 and Q5. Is V _L = V _PV1- V _out
... (12)
(During this period, electromagnetic energy is released from the inductor L by the current flowing through the switch Q3), and the average voltage of the inductor L over one cycle of switching becomes zero in the steady state. (V _PV1 + V _PV2 -V _out ) + (1-D) (V _PV1 -V _out ) = 0
... (13)
And the output voltage is V _out = V _PV1 + DV _PV2
... (14)
If V _PV1 = V _PV2 = V _PV3 = V _PV , then V _out = (D + 1) V _PV
... (15)
Is obtained.

図１２に示す統合型コンバータを用いる場合、偶数番号のスイッチＱ２，Ｑ４，Ｑ６のオン期間中にインダクタＬに印加される電圧は
Ｖ_L＝Ｖ_PV1−Ｖ_out
…（１６）
であり（この期間中、スイッチＱ２を介して流れる電流によりインダクタＬには電磁気的エネルギーが蓄積される。）、奇数番号のスイッチＱ１，Ｑ３，Ｑ５のオン期間中にインダクタＬに印加される電圧は
Ｖ_L＝−Ｖ_out
…（１７）
であるから（この期間中、スイッチＱ１を介して流れる電流によりインダクタＬから電磁気的エネルギーが放出される。）、スイッチングの一周期に亘るインダクタＬの平均電圧が定常状態においてゼロとなることは
Ｄ（Ｖ_PV1−Ｖ_out）＋（１−Ｄ）（−Ｖ_out）＝０
…（１８）
と表わされ、出力電圧は
Ｖ_out＝ＤＶ_PV1
…（１９）
となり、Ｖ_PV1＝Ｖ_PV2＝Ｖ_PV3＝Ｖ_PVとすれば
Ｖ_out＝ＤＶ_PV
…（２０）
が得られる。 When the integrated converter shown in FIG. 12 is used, the voltage applied to the inductor L during the on period of the even-numbered switches Q2, Q4, and Q6 is V _L = V _PV1- V _out
... (16)
(Electromagnetic energy is stored in the inductor L by the current flowing through the switch Q2 during this period), and the voltage applied to the inductor L during the on period of the odd-numbered switches Q1, Q3 and Q5. Is V _L =-V _out
... (17)
(During this period, electromagnetic energy is released from the inductor L by the current flowing through the switch Q1), the average voltage of the inductor L over one cycle of switching becomes zero in the steady state. (V _PV1 −V _out ) + (1−D) (− V _out ) = 0
... (18)
And the output voltage is V _out = DV _PV1
... (19)
If V _PV1 = V _PV2 = V _PV3 = V _PV , then V _out = DV _PV
... (20)
Is obtained.

（７），（１５），（２０）式から分かるとおり、共有するスイッチにより出力電圧Ｖ_outの式は異なる。よって、要求されるＶ_outの値に応じて適切な回路構成を選択する（共有するスイッチを選択する）必要がある。太陽電池モジュールの代わりに蓄電モジュール等を用いる場合も動作は基本的に同様である。 As can be seen from the equations (7), (15) and (20), the equation of the output voltage _Vout is different depending on the shared switch. Therefore, it is necessary to select an appropriate circuit configuration (select a switch to be shared) according to the value of V _out required. The operation is basically the same when using a storage module or the like instead of the solar cell module.

なお、図５のスイッチトキャパシタに関連して既に説明したとおり、図７〜図１２に示される全ての統合型コンバータにおいて、平滑化用のキャパシタＣｉｎ１〜Ｃｉｎ３は省いてもよい（図１３に一例を示す。）。この場合にも、偶数番号のスイッチと奇数番号のスイッチとを交互にオンとするスイッチングを繰り返すことにより、全ての太陽電池モジュールＰＶ１〜ＰＶ３（又は蓄電モジュールＢ１〜Ｂ３等）とキャパシタＣ１，Ｃ２とが直接的又は間接的に（自己以外を介して）接続されるため、太陽電池モジュールＰＶ１〜ＰＶ３（又は蓄電モジュールＢ１〜Ｂ３等）に印加される電圧、及びキャパシタＣ１，Ｃ２の電圧が均一化されるとともに、太陽電池モジュールＰＶ１〜ＰＶ３を接続している場合にはキャパシタＣ１，Ｃ２を介して他の太陽電池モジュールから影モジュールへと電流が供給されるため（影モジュールの電圧は通常、日照モジュールの電圧よりも低いため、キャパシタＣ１，Ｃ２を介する電流は優先的に影モジュールへと流れ込む。）、影モジュールからも擬似的には印加電圧に応じた電流が流れ出すこととなり、部分影の影響を補償した動作が可能となる。 As already described in connection with the switched capacitor of FIG. 5, the smoothing capacitors Cin1 to Cin3 may be omitted in all the integrated converters shown in FIGS. 7 to 12 (an example is shown in FIG. 13). Show). Also in this case, all solar cell modules PV1 to PV3 (or storage modules B1 to B3 or the like) and the capacitors C1 and C2 and the capacitors C1 and C2 are repeatedly switched by alternately turning on even numbered switches and odd numbered switches. Are connected directly or indirectly (via other than self), so that the voltages applied to the solar cell modules PV1 to PV3 (or storage modules B1 to B3 etc.) and the voltages of the capacitors C1 and C2 are equalized. When the solar cell modules PV1 to PV3 are connected, current is supplied from the other solar cell module to the shadow module through the capacitors C1 and C2 (the voltage of the shadow module is usually Because the voltage is lower than the module voltage, the current through capacitors C1 and C2 preferentially flows to the shadow module No.), Current will be flow out in accordance with the applied voltage to pseudo from shadow module, thereby enabling operation to compensate for the effects of partial shade.

同じく既に述べたとおり、統合型コンバータの直列数は３に限らず２以上であれば任意であり、例えば直列段数を２とした統合型コンバータの例として図１４に示す回路構成の統合型コンバータを挙げることができる。 Similarly, as already described above, the number of series of integrated converters is not limited to 3 but is arbitrary as long as it is 2 or more. For example, the integrated converter shown in FIG. It can be mentioned.

本発明に係る統合型コンバータに用いるスイッチトキャパシタ部やスイッチングコンバータ部の具体的構成は、実施例１で挙げた構成に限らず任意である。スイッチングコンバータ部として降圧型ＰＷＭコンバータ部ではなく共振型コンバータ部を用いた統合型コンバータの回路構成例を図１５に、スイッチトキャパシタ部を２つのスイッチトキャパシタで構成し、スイッチングコンバータ部としてはフェーズシフトコンバータ部を構成した回路構成例を図１６に、それぞれ示す。 The specific configurations of the switched capacitor unit and the switching converter unit used in the integrated converter according to the present invention are not limited to the configurations described in the first embodiment, and are arbitrary. Fig. 15 shows an example of the circuit configuration of an integrated converter using a resonant converter instead of a step-down type PWM converter as a switching converter, a switched capacitor unit consisting of two switched capacitors, and a phase shift converter as a switching converter FIG. 16 shows an example of the circuit configuration in which the unit is configured.

図１５の統合型コンバータにおいて、スイッチトキャパシタ部は実施例１で用いたものと同様であるが（直列段数は２としたが任意。Ｃ４〜Ｃ６はキャパシタを表わし、Ｑ５〜Ｑ８はスイッチを表わす。）、スイッチングコンバータ部としては、スイッチングキャパシタ部とスイッチＱ７，Ｑ８を共有し、インダクタＬｒとキャパシタＣｒとを備えた一次巻線側回路と（Ｌｍｇは一次巻線の励磁インダクタンスを表わす。）、二次巻線側回路とを備えることによりトランスを構成した、共振型コンバータ部が用いられている（ダイオードＤ１〜Ｄ４は、共振により変化する二次電流の極性それぞれに対応して整流するためのものである。）。 In the integrated converter of FIG. 15, the switched capacitor portion is the same as that used in the first embodiment (although the number of serial stages is two but arbitrary, C4 to C6 represent capacitors and Q5 to Q8 represent switches). As a switching converter unit, a primary winding side circuit sharing the switching capacitor unit and the switches Q7 and Q8 and including an inductor Lr and a capacitor Cr (Lmg represents an excitation inductance of the primary winding), and A resonance type converter unit is used, in which a transformer is configured by including a winding side circuit (Diodes D1 to D4 are for rectifying corresponding to respective polarities of secondary current changing due to resonance) Is).

図１５の実施形態では、奇数番号のスイッチＱ５，Ｑ７と偶数番号のスイッチＱ６，Ｑ８を、５０％の時比率（本実施例２においても、便宜上、偶数番号のスイッチのみをオンとする期間の、スイッチ切り替えの一周期に対する割合を時比率Ｄと定義するが、奇数番号のスイッチのみをオンとする期間の当該一周期に対する割合として時比率を定義してもよい。）で交互にオンとなるよう動作させることにより、図５等を用いて既に説明した原理と同様の原理で太陽電池モジュールＰＶ１，ＰＶ２の電圧を均一化させ、部分影が発生している場合にはこれを補償しつつ、スイッチング周波数変調（ＰＦＭ：ＰｕｌｓｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により、奇数番号と偶数番号のスイッチの切り替え周波数を調整して負荷ＲＬの電圧を制御する。スイッチＱ７，Ｑ８は交互にオンとなるため、これらスイッチ間の接続点では矩形波電圧が発生し、共振型コンバータ部に入力される。 In the embodiment of FIG. 15, the odd numbered switches Q5 and Q7 and the even numbered switches Q6 and Q8 have a 50% duty ratio (also in the second embodiment, for a period during which only the even numbered switches are turned on). The ratio to one cycle of switch switching is defined as the duty ratio D, but the duty ratio may be defined as the ratio to the one cycle of the period in which only odd numbered switches are turned on. By making this operation, the voltages of the solar cell modules PV1 and PV2 are equalized according to the same principle as that already described with reference to FIG. 5 etc., and when a partial shadow occurs, this is compensated while By adjusting switching frequency of odd numbered and even numbered switches by switching frequency modulation (PFM: Pulse Frequency Modulation), load R To control the voltage. Since the switches Q7 and Q8 are alternately turned on, a rectangular wave voltage is generated at the connection point between the switches and is input to the resonant converter.

キャパシタＣｒ，インダクタＬｒ，Ｌｍｇは共振回路を構成し、入力電圧の周波数に依存したゲイン特性を有するため、共振回路に入力される矩形波電圧の周波数を変動させることで任意のゲイン、即ち出力電圧（負荷ＲＬの電圧）を得ることができる。即ち、スイッチの時比率は５０％固定であるが、スイッチング周波数を変化させることで負荷電圧の制御を行う。 The capacitor Cr and the inductors Lr and Lmg constitute a resonant circuit, and have gain characteristics dependent on the frequency of the input voltage. Therefore, by changing the frequency of the rectangular wave voltage input to the resonant circuit, any gain, that is, the output voltage (The voltage of the load RL) can be obtained. That is, although the duty ratio of the switch is fixed at 50%, the load voltage is controlled by changing the switching frequency.

図１５の統合型コンバータにおいては、所謂ＬＬＣタイプの共振型コンバータ部を用いているが、その他にも多種多様の共振型コンバータ部が考えられ、いずれの方式を用いても同様の原理で統合型コンバータを動作させることができる。また、ここではトランスを用いた絶縁型の共振型コンバータを用いた例について説明したが、トランスを用いない非絶縁型の共振型コンバータを用いても同様の原理で統合型コンバータを動作させることができる。 Although the so-called LLC type resonant converter unit is used in the integrated converter of FIG. 15, a wide variety of other resonant converter units can be considered, and the integrated type is based on the same principle regardless of which system is used. The converter can be operated. Further, although an example using an insulating resonant converter using a transformer has been described here, it is possible to operate the integrated converter according to the same principle even using a non-insulating resonant converter using no transformer. it can.

また図１６の統合型コンバータにおいて、スイッチトキャパシタ部はスイッチトキャパシタ部１とスイッチトキャパシタ部２とから構成されており（直列段数は２としたが任意。スイッチトキャパシタ部１，２間で直列段数が異なっていても構わない。Ｃ１〜Ｃ６はキャパシタを表わし、Ｑ１〜Ｑ８はスイッチを表わす。）、スイッチングコンバータ部は、スイッチトキャパシタ部１とスイッチＱ７，Ｑ８を共有し、スイッチトキャパシタ部２とスイッチＱ３，Ｑ４を共有するフェーズシフトコンバータ部として構成されている。 Further, in the integrated converter of FIG. 16, the switched capacitor unit is composed of the switched capacitor unit 1 and the switched capacitor unit 2 (the number of series stages is 2, although it is arbitrary. The number of series stages is different between the switched capacitor sections 1 and 2) C1 to C6 represent capacitors and Q1 to Q8 represent switches.) The switching converter unit shares the switch capacitor unit 1 with the switches Q7 and Q8, and the switched capacitor unit 2 and the switch Q3, It is configured as a phase shift converter unit sharing Q4.

図１６の実施形態でも、図１５の共振型コンバータ部を備えた実施形態と同様に、奇数番号のスイッチＱ１，Ｑ３と偶数番号のスイッチＱ２，Ｑ４を、５０％の時比率（便宜上、偶数番号のスイッチのみをオンとする期間の、スイッチ切り替えの一周期に対する割合を時比率Ｄと定義するが、奇数番号のスイッチのみをオンとする期間の当該一周期に対する割合として時比率を定義してもよい。）で交互にオンとなるよう動作させ、奇数番号のスイッチＱ５，Ｑ７と偶数番号のスイッチＱ６，Ｑ８も５０％の時比率で交互にオンとなるよう動作させる。これにより、各スイッチトキャパシタ部に含まれるキャパシタや太陽電池モジュールの電圧はそれぞれに均等化される。ただし、図１６の実施形態ではスイッチトキャパシタ部１，２のスイッチ切り替えの周波数は同一とする一方、タイミングの間に位相差を設け、この位相差を調節する（フェーズシフト制御）ことで出力電圧（負荷ＲＬの電圧）を制御する。 Also in the embodiment of FIG. 16, the odd numbered switches Q1 and Q3 and the even numbered switches Q2 and Q4 have a 50% duty ratio (even numbered even for convenience. Although the ratio to one cycle of switch switching is defined as duty ratio D in a period in which only the switch is turned on, it is also possible to define the duty ratio as a ratio to one cycle in a period in which only odd numbered switches are turned on. And the odd-numbered switches Q5 and Q7 and the even-numbered switches Q6 and Q8 are also alternately turned on at a 50% duty ratio. Thereby, the voltages of the capacitors and the solar cell modules included in each switched capacitor unit are equalized to one another. However, in the embodiment of FIG. 16, the switching frequency of the switched capacitor units 1 and 2 is the same, but a phase difference is provided between the timings, and this phase difference is adjusted (phase shift control) Control the voltage of the load RL).

スイッチＱ７，Ｑ８のスイッチ組と、スイッチＱ３，Ｑ４のスイッチ組とは交互に位相差を有して動作するため、それぞれのスイッチ組におけるスイッチ間の接続点においては矩形波電圧が発生し、フェーズシフトコンバータ部内のインダクタＬに印加される。インダクタＬを介して伝達される電力はインダクタＬの両端に印加される２つの矩形波電圧の位相差に依存するため、位相差を適切に変動させることで伝達電力を制御することができ、即ち負荷電圧の制御ができることとなる。即ち、この実施形態ではスイッチトキャパシタ部１によりＰＶ１とＰＶ２の電圧は均一化し、部分影が発生している場合にはこれを補償する一方で、スイッチトキャパシタ部１と２の間でのフェーズシフト制御により負荷電圧の制御を行う。 Since the switch set of switches Q7 and Q8 and the switch set of switches Q3 and Q4 operate alternately with a phase difference, a rectangular wave voltage is generated at the connection point between the switches in each switch set, and the phase is changed. The voltage is applied to the inductor L in the shift converter unit. Since the power transmitted through the inductor L depends on the phase difference between the two rectangular wave voltages applied across the inductor L, the transmitted power can be controlled by appropriately varying the phase difference, ie, The load voltage can be controlled. That is, in this embodiment, the voltages of PV1 and PV2 are equalized by the switched capacitor unit 1, and if a partial shadow is generated, this is compensated while phase shift control between the switched capacitor units 1 and 2 is performed. Controls the load voltage.

図１５，図１６の統合型コンバータも、太陽電池モジュールに代わって蓄電モジュール等を接続して同様の原理で動作させることが可能であるし、平滑化用のキャパシタＣ４，Ｃ５を省いてもよい。その他、実施例１に関連して述べた具体的態様の任意性は実施例２においても全て成り立つ。 The integrated converter shown in FIGS. 15 and 16 can also be connected to a storage module or the like instead of the solar cell module and operated on the same principle, and the capacitors C4 and C5 for smoothing may be omitted. . In addition, any optionality of the specific embodiments described in connection with Example 1 is also true in Example 2.

本発明は、太陽電池モジュール、蓄電モジュール等、１以上の素子からなる任意のモジュールを直列に接続してストリングを構成する電源に広く適用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied to a power supply that constitutes a string by connecting in series any module consisting of one or more elements, such as a solar cell module, a storage module, and the like.

ＰＶ１〜ＰＶ４，ＰＶｎ太陽電池モジュール
Ｑ１〜Ｑ８，Ｑスイッチ
Ｌ，Ｌｒ，Ｌｍｇインダクタ（インダクタンス）
Ｃ１〜Ｃ５，Ｃｉｎ１〜Ｃｉｎ３，Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｉｎ，Ｃｏｕｔ，Ｃｒ
キャパシタ
Ｄｏ，Ｄ１〜Ｄ４ダイオード
ＲＬ負荷
ＰＶ１〜ＰＶ３太陽電池モジュール
Ｂ１〜Ｂ３蓄電モジュール PV1 to PV4, PVn Solar cell modules Q1 to Q8, Q switches L, Lr, Lmg Inductor (inductance)
C1 to C5, Cin1 to Cin3, Ca, Cb, Cin, Cout, Cr
Capacitor Do, D1 to D4 Diode RL Load PV1 to PV3 Solar cell module B1 to B3 Storage module

Claims

複数のキャパシタと複数のスイッチとを備え、該複数のスイッチを繰り返し切り替えて該複数のキャパシタに含まれる各々のキャパシタ同士の接続状態を繰り返し切り替えることにより該複数のキャパシタに相互充放電をさせて、該複数のキャパシタに含まれる各々のキャパシタに印加される電圧のばらつきが解消される方向へと、該電圧を調整するよう構成された、スイッチトキャパシタ部と、
前記複数のスイッチのうち一部のスイッチを前記スイッチトキャパシタ部と共有し、該一部のスイッチの切り替えにより変化する入力電圧の入力を受けて変換し、出力電圧として出力するよう構成された、スイッチングコンバータ部と、を備え、
前記スイッチトキャパシタ部は、
直列接続された第１から第ｎ（ｎは２以上の整数）のキャパシタと、
直列接続された第２ｉ−１（ｉ＝１〜ｎ）のスイッチと第２ｉのスイッチとからなり、第ｉの前記キャパシタに対して並列に接続される第ｉのスイッチ組、として１からｎまでのｉに対しそれぞれ与えられる、第１から第ｎのスイッチ組と、
第ｊ（ｊ＝１〜ｎ−１）のスイッチ組に含まれる２つのスイッチの中間点と、第ｊ＋１のスイッチ組に含まれる２つのスイッチの中間点と、の間に接続された第ｎ＋ｊのキャパシタとして１からｎ−１までのｊに対しそれぞれ与えられる、第ｎ＋１から第２ｎ−１のキャパシタと、を備えるものであり、
前記スイッチングコンバータ部は、前記第１から第ｎのスイッチ組のうちいずれかのスイッチ組を前記スイッチトキャパシタ部と共有し、且つインダクタを備え、該共有するスイッチ組に含まれる２つのスイッチの一方を介して流れる電流により該インダクタに電磁気的エネルギーを蓄積する状態と、該２つのスイッチの他方を介して流れる電流により該インダクタから電磁気的エネルギーを放出する状態と、を該共有するスイッチ組におけるスイッチの切り替えにより切り替えることで動作するスイッチングコンバータ部として構成された、ことを特徴とするコンバータ。 A plurality of capacitors and a plurality of switches are provided, and the plurality of capacitors are mutually charged and discharged by repeatedly switching the plurality of switches to repeatedly switch the connection state of the capacitors included in the plurality of capacitors, A switched capacitor portion configured to adjust the voltage in such a direction as to eliminate variations in voltage applied to each of the capacitors included in the plurality of capacitors;
Switching configured to share a part of switches among the plurality of switches with the switched capacitor unit, receive an input voltage that is changed by switching of the part of switches, convert the input voltage, and output it as an output voltage And a converter unit ,
The switched capacitor unit is
First to n (n is an integer of 2 or more) capacitors connected in series;
An i-th set of switches consisting of a series-connected 2i-1 (i = 1 to n) switch and a 2ith switch connected in parallel to the i-th capacitor, from 1 to n First to nth switch sets respectively given to
An n + j node connected between a midpoint of two switches included in the j-th (j = 1 to n-1) switch set and a midpoint of two switches included in the j + 1th switch set And an n + 1th to 2n-1th capacitors respectively provided to j from 1 to n-1 as capacitors.
The switching converter unit shares any one of the first to n-th switch sets with the switched capacitor unit, and includes an inductor, and one of two switches included in the shared switch set is The switches in the shared switch set share the state of storing electromagnetic energy in the inductor by the current flowing therethrough and the state of releasing the electromagnetic energy from the inductor by the current flowing through the other of the two switches. A converter characterized in that it is configured as a switching converter unit that operates by switching by switching .

複数のキャパシタと複数のスイッチとを備え、該複数のスイッチを繰り返し切り替えて該複数のキャパシタに含まれる各々のキャパシタ同士の接続状態を繰り返し切り替えることにより該複数のキャパシタに相互充放電をさせて、該複数のキャパシタに含まれる各々のキャパシタに印加される電圧のばらつきが解消される方向へと、該電圧を調整するよう構成された、スイッチトキャパシタ部と、
前記複数のスイッチのうち一部のスイッチを前記スイッチトキャパシタ部と共有し、該一部のスイッチの切り替えにより変化する入力電圧の入力を受けて変換し、出力電圧として出力するよう構成された、スイッチングコンバータ部と、を備え、
前記スイッチトキャパシタ部は、
直列接続された第１から第ｎ（ｎは２以上の整数）のキャパシタと、
直列接続された第２ｉ−１（ｉ＝１〜ｎ）のスイッチと第２ｉのスイッチとからなり、第ｉの前記キャパシタに対して並列に接続される第ｉのスイッチ組、として１からｎまでのｉに対しそれぞれ与えられる、第１から第ｎのスイッチ組と、
第ｊ（ｊ＝１〜ｎ−１）のスイッチ組に含まれる２つのスイッチの中間点と、第ｊ＋１のスイッチ組に含まれる２つのスイッチの中間点と、の間に接続された第ｎ＋ｊのキャパシタとして１からｎ−１までのｊに対しそれぞれ与えられる、第ｎ＋１から第２ｎ−１のキャパシタと、を備えるものであり、
前記スイッチングコンバータ部は、前記第１から第ｎのスイッチ組のうちいずれかのスイッチ組を前記スイッチトキャパシタ部と共有し、且つ、インダクタとキャパシタとを備えた共振型コンバータ部として構成され、該共有するスイッチ組に含まれる２つのスイッチの切り替え周波数に依存した出力電圧を出力するよう構成された、ことを特徴とするコンバータ。 A plurality of capacitors and a plurality of switches are provided, and the plurality of capacitors are mutually charged and discharged by repeatedly switching the plurality of switches to repeatedly switch the connection state of the capacitors included in the plurality of capacitors, A switched capacitor portion configured to adjust the voltage in such a direction as to eliminate variations in voltage applied to each of the capacitors included in the plurality of capacitors;
Switching configured to share a part of switches among the plurality of switches with the switched capacitor unit, receive an input voltage that is changed by switching of the part of switches, convert the input voltage, and output it as an output voltage And a converter unit,
The switched capacitor unit is
First to n (n is an integer of 2 or more) capacitors connected in series;
An i-th set of switches consisting of a series-connected 2i-1 (i = 1 to n) switch and a 2ith switch connected in parallel to the i-th capacitor, from 1 to n First to nth switch sets respectively given to
An n + j node connected between a midpoint of two switches included in the j-th (j = 1 to n-1) switch set and a midpoint of two switches included in the j + 1th switch set And an n + 1th to 2n-1th capacitors respectively provided to j from 1 to n-1 as capacitors.
The switching converter unit is configured as a resonant converter unit which shares any one of the first to n-th switch pairs with the switched capacitor unit, and includes an inductor and a capacitor. A converter characterized in that it is configured to output an output voltage dependent on the switching frequency of two switches included in a set of switches.

請求項１乃至２のいずれか一項に記載のコンバータにおける前記第１から第ｎのキャパシタの各々に対して太陽電池モジュールを並列接続することにより構成される、太陽電池モジュール用コンバータシステム。 Constructed from a parallel connection of solar cell modules for each of the n capacitors from the first in the converter according to any one of claims 1 to 2, converter system for a solar cell module.

請求項１乃至２のいずれか一項に記載のコンバータにおける前記第１から第ｎのキャパシタの各々に代えて太陽電池モジュールを接続することにより構成される、太陽電池モジュール用コンバータシステム。 It constituted by connecting a solar cell module from the first of the converter according instead each of the capacitors of the n to any one of claims 1 to 2, converter system for a solar cell module.

請求項１乃至２のいずれか一項に記載のコンバータにおける前記第１から第ｎのキャパシタの各々に対して蓄電モジュールを並列接続することにより構成される、蓄電モジュール用コンバータシステム。 The converter system for electrical storage modules comprised by connecting an electrical storage module in parallel with each of said 1st-nth capacitor in the converter as described in any one of Claims 1 thru | or 2 .

請求項１乃至２のいずれか一項に記載のコンバータにおける前記第１から第ｎのキャパシタの各々に代えて蓄電モジュールを接続することにより構成される、蓄電モジュール用コンバータシステム。 The converter system for storage modules comprised by replacing with each of said 1st to nth capacitor in the converter as described in any one of Claim 1 thru | or 2 , and connecting a storage module.

複数のキャパシタと複数のスイッチとをそれぞれが備え、該複数のスイッチを繰り返し切り替えて該複数のキャパシタに含まれる各々のキャパシタ同士の接続状態を繰り返し切り替えることにより該複数のキャパシタに相互充放電をさせて、該複数のキャパシタに含まれる各々のキャパシタに印加される電圧のばらつきが解消される方向へと、該電圧を調整するようそれぞれが構成された、第１スイッチトキャパシタ部及び第２スイッチトキャパシタ部と、
インダクタを備え、該インダクタの一端が、前記第１スイッチトキャパシタ部に含まれる複数のスイッチのうち一部のスイッチに接続され、該インダクタの他端が、前記第２スイッチトキャパシタ部に含まれる複数のスイッチのうち一部のスイッチに接続されることにより、該第１スイッチトキャパシタ部及び該第２スイッチトキャパシタ部と該複数のスイッチの一部をそれぞれ共有し、該それぞれ共有するスイッチの切り替えにより変化する入力電圧の入力を受けて変換し、同一周波数にて行われる該第１スイッチトキャパシタ部におけるスイッチ切り替えと該第２スイッチトキャパシタ部におけるスイッチ切り替えとの位相差に依存した出力電圧を出力するよう構成された、スイッチングコンバータ部と
を備えたコンバータ。 The plurality of capacitors and the plurality of switches are respectively provided, and the plurality of capacitors are mutually charged and discharged by repeatedly switching the plurality of switches and repeatedly switching the connection state of the respective capacitors included in the plurality of capacitors. A first switched capacitor portion and a second switched capacitor portion, each configured to adjust the voltage in a direction to eliminate variations in voltage applied to each of the capacitors included in the plurality of capacitors. When,
An inductor is provided, one end of the inductor is connected to a part of switches among the plurality of switches included in the first switched capacitor unit, and the other end of the inductor is included in the plurality of switches included in the second switched capacitor unit. By being connected to a part of switches among the switches, the first switched capacitor unit and the second switched capacitor unit share a part of the plurality of switches and change according to switching of the shared switches It is configured to receive an input of an input voltage, convert it, and output an output voltage depending on a phase difference between switch switching in the first switched capacitor unit and switch switching in the second switched capacitor unit performed at the same frequency. A converter with a switching converter unit.