JPH1023686A - 太陽電池を用いた電源装置 - Google Patents

太陽電池を用いた電源装置

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JPH1023686A
JPH1023686A JP9063638A JP6363897A JPH1023686A JP H1023686 A JPH1023686 A JP H1023686A JP 9063638 A JP9063638 A JP 9063638A JP 6363897 A JP6363897 A JP 6363897A JP H1023686 A JPH1023686 A JP H1023686A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な回路構成で太陽光の強度や温度に関係
なく常時最大出力電力点に追従して動作させて、一定の
出力電圧を保持し、かつ、低コス化を図る。 【解決手段】 太陽電池１５が太陽エネルギを電気エネ
ルギに変換して直流電圧を出力する。この太陽電池１５
の直流電圧を入力して所定の直流電圧に変換してチョッ
パ回路１００から出力する。このチョッパ回路１００の
直流電圧をバッテリ２００で充電する。パルス幅変調制
御器３００によって、太陽電池１５の出力電圧と出力電
流とから太陽電池１５の最大出力電力点を検出し、この
電力検出信号に基づいて太陽電池１５の出力電流に追従
するようにチョッパ回路１００が最大の出力電力で動作
するためのパルス幅変調制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池を用いた電
源装置に関し、特に太陽電池に入射される太陽光の強度
及び周辺温度によって変化する最大出力電力点に追従動
作して得られた一定の出力電圧をバッテリに供給する太
陽電池を用いた電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、太陽エネルギをより効率的に利用
するための装置の研究が盛んに行われている。太陽エネ
ルギを電気エネルギに変換すべく太陽電池を使用した場
合、太陽電池の出力電力は、この太陽電池に入射される
太陽光の強度と周辺温度によって変化する。
【０００３】図７は太陽電池の出力電力が入射する太陽
光の強度で変化する状態を説明するための特性図であ
り、図８は太陽電池の出力電力が周囲温度で変化する状
態を説明するための特性図である。図７及び図８に示さ
れるように太陽光の強度や周囲温度の変化で太陽電池の
出力インピーダンスが変動する。したがって、固定負荷
を太陽電池で駆動する場合はインピーダンス不整合が生
じて太陽電池から負荷への電力伝達の効率が低下する問
題がある。このため、最大の電力伝達を行って最大の太
陽エネルギ利用効率を得るための研究が進められてい
る。
【０００４】図９は従来の太陽電池を用いた電源装置を
示す回路図である。図９において、この例は米国特許4,
873,480号に開示された太陽電池を用いた電源装置であ
り、太陽電池パネル（ＰＶ ＳＯＵＲＣＥ）にセルアレ
ーと一つの独立したセル１を設けている。この独立した
セル１によって基準電圧を発生し、この基準電圧とセル
アレーの出力電圧を可変抵抗器ＶＲを通じて比較器２で
比較する。
【０００５】この比較差に対応したパルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）信号をパルス幅変調調整器３で発生し、このパルス
幅変調信号でスイッチングトランジスタＱ１のベースが
駆動され、この駆動に応答動作して負荷４に供給される
電力を一定化している。これによって、太陽電池パネル
の出力電圧が太陽光の強度又は周辺温度に関係なく常時
一定化されて負荷に供給される。
【０００６】しかし、前述の米国特許米国特許4,873,48
0号の技術は図７に示したように太陽光による最大出力
電力点の電圧が少しずつ変化するので、一定の基準電圧
を用いることによって、その高い効率が得られるもの
の、常時、全条件で最大出力電力を得ることが出来な
い。また、別途の独立したセルを設ける必要があり、そ
の構造が複雑である。
【０００７】図１０は他の従来例における太陽電池を用
いた電源装置を示す回路図である。図１０において、こ
の例は米国特許4,580,090 号の例であり、図８に示した
周囲の温度変化による太陽電池５の電圧変動を補償する
ために、太陽電池５の出力電圧を検出回路６で検出して
いる。そして、この検出した電圧を温度補償するための
サーミスターＴＨを設けている。この米国特許の技術で
は検出回路６によって太陽電池５の出力電圧を抵抗器Ｒ
１，Ｒ２を用いた電圧分配方式で分圧した検出電圧を得
るとともに、抵抗器Ｒ２に直列接続されたサーミスター
を用いて、その温度補償を行っている。
【０００８】さらに、電流検出器８及び検出回路６での
検出値によってドライブトランジスタＱ２がスイッチン
グトランジスタＱ３を駆動し、ここからの電圧をフィル
タ７を通じてモータの負荷ＲＬに供給する。この際、太
陽光が極めて少ない場合には制御が行われず、その全体
的な効率が低下するという問題がある。
【０００９】図１１は、さらに他の従来例における太陽
電池を用いた電源装置を示す回路図である。図１１にお
いて、この例は米国特許4,916,382 号の例であり、太陽
電池（ソーラセルアレー）９の出力電圧と電流をアナロ
グ・デジタル変換器（入力測定器）１０でデジタルデー
タに変換し、この変換によるデジタルデータをマイクロ
プロセッサ（制御器）１１のプログラムで処理して、チ
ョッパ回路１２を制御し、ここからの電圧を直流モータ
に１３に供給している。この場合、変化する太陽光の強
度又は周辺温度の変化によって変動する最大出力電力点
をマイクロプロセッサ（制御器）１１で記憶、蓄積して
いる。この例はマイクロプロセッサを使用しているた
め、そのインターフェース回路が必要になり、回路構成
が複雑化し、かつ、コストが上昇するという問題があ
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
における課題を解決するためのものであり、太陽光の強
度と周辺温度に無関係に常時最大出力電力点に追従動作
して得られた一定の出力電圧をバッテリに供給でき、そ
の高い効率が得られる太陽電池を用いた電源装置を提供
するものである。さらに、本発明の他の目的は回路構成
の簡単な太陽電池を用いた電源装置を提供するものであ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明の太陽電池を用いた電源装置は、太陽エネル
ギを電気エネルギに変換して直流電圧を出力する太陽電
池と、太陽電池からの直流電圧を所定の直流電圧に変換
して出力するチョッパ回路と、このチョッパ回路が出力
する直流電圧を充電するバッテリとを有し、さらに、太
陽電池の出力電圧と出力電流とから太陽電池の最大出力
電力点を検出し、この電力検出信号に基づいて太陽電池
の出力電流に追従するようにチョッパ回路が最大の出力
電力で動作するためのパルス幅変調制御を行うパルス幅
変調制御器を備えることを特徴とするものである。
【００１２】また、本発明の太陽電池を用いた電源装置
は、前記チョッパ回路として、太陽電池の出力端子と接
地との間に直列接続されたインダクタ、スイッチング手
段及び電流感知抵抗器からなる昇圧型インバータと、昇
圧型インバータのスイッチング手段の両端に直列接続さ
れたダイオードとキャパシタとからなる整流回路とを備
えるものである。
【００１３】さらに、本発明の太陽電池を用いた電源装
置は、前記パルス幅変調制御器として、太陽電池の出力
電圧と電流感知抵抗器が検出した電流検出信号とに基づ
いて最大出力電力点を検出する最大出力電力点検出手段
と、最大出力電力点検出信号を積分した信号を電流命令
信号として出力する基準信号発生手段とを有し、さら
に、基準信号発生手段からの電流命令信号と電流感知抵
抗器が検出した電流検出信号とを比較してオフ制御信号
を発生する比較手段と、所定周波数のクロック信号に応
じてスイッチング手段をオンし、又は、比較手段からの
オフ制御信号に対応してオフにするためのスイッチング
駆動手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１４】また、本発明の太陽電池を用いた電源装置
は、パルス幅変調制御器として、太陽電池の出力電圧と
出力電流に対応した電力検出信号を発生する電力検出手
段と、サンプリング信号を発生する信号発生手段と、信
号発生手段が発生するサンプリング信号に対応して以前
の一定期間に電力検出手段からの電力検出信号によって
充電された第１電荷量と一定期間と同一の現在の一定期
間の電力検出手段からの電力検出信号によって充電され
た第２電荷量とを比較して現在の電荷量より以前の電荷
量が大きい際に、太陽電池の出力電力が減少すると判断
した判断信号を発生する最大出力電力点判断手段とを備
えるものである。
【００１５】さらに、本発明の太陽電池を用いた電源装
置は、前記電力検出手段として、太陽電池の出力電圧を
検出して電圧検出信号を発生する電圧検出手段と、太陽
電池の出力電流を検出して電流検出信号を発生する電流
検出手段と、電圧検出信号と電流検出信号を乗算して電
力検出信号とを発生する乗算器とから構成されものであ
る。
【００１６】また、本発明の太陽電池を用いた電源装置
は、前記信号発生手段のサンプリング信号として、一つ
の周期でハイレベル区間がローレベル区間よりさらに長
い第１スイッチング信号と、第１スイッチング信号のハ
イレベル区間にシフトされた第２スイッチング信号とを
有し、さらに、第１及び第２スイッチング信号と周期が
同一であり、第１及び第２スイッチング信号のハイレベ
ル区間がオーバラップする区間において一つの周期のハ
イレベル区間を有するクロック信号と、第１及び第２ス
イッチング信号と周期は同一でありクロック信号の下降
エッジから上昇するエッジを有するセット信号とからな
る。
【００１７】さらに、本発明の太陽電池を用いた電源装
置は、前記最大出力電力点判断手段として、比較器と、
比較器の反転入力端子と接地との間に接続されて電力検
出信号に対応して可変される第１電流源と、比較器の非
反転入力端子と接地との間に接続されて電力検出信号に
対応して可変され第１電流源と同一の電流値の第２電流
源と、比較器の反転入力端子と非反転入力端子との間に
転結されたキャパシタとを有し、さらに、比較器の反転
入力端子と基準電圧端との間に接続され第１スイッチン
グ信号のハイレベル区間にオンとなり、かつ、ローレベ
ル区間でオフとなる第１スイッチと、比較器の非反転入
力端子と基準電圧端との間に接続され第２スイッチング
信号のハイレベル区間にオンになり、かつ、ローレベル
区間でオフになる第１スイッチと、クロック信号に応じ
て比較器の出力をラッチしセット信号に対応して出力を
セットするフリップフロップ回路とを備えるものであ
る。
【００１８】また、本発明の太陽電池を用いた電源装置
は、前記基準信号発生手段として、最大出力電力点検出
手段からの最大出力電力点検出信号を分周する分周手段
と、この分周手段の出力を積分した電流命令信号を発生
する積分手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１９】この構成による本発明では、一定期間以前
の電力平均値と現在の電力平均値とを比較して常時一定
周期で出力電力最大点が検出される。この結果、太陽光
の強度と周辺温度に無関係に常時、太陽電池の最大出力
電力点に追従動作して得られた一定の出力電圧をバッテ
リに供給できるようになる。
【００２０】また、本発明では一定時間内のノイズや瞬
間的な電力変化に対して反応しなくなり、その誤動作が
防止される。
【００２１】さらに、本発明ではキャパシタ、比較器、
スイッチ、電流源などの比較的簡単なアナログ回路構成
によって最大出力電力点の検出が可能であり、回路構成
が簡素化される。
【００２２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の太陽電池を用いた
電源装置の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の太陽電池を用いた電源装置の実施形態の
構成を示す回路図である。図１において、この回路は太
陽電池（ソーラセルアレー）１５と、この太陽電池１５
からの出力電圧Ｖｉｎを所定電圧に昇圧した出力直流電
圧Ｖｏｕｔに変換して出力するチョッパ回路１００と、
このチョッパ回路１００の出力直流電圧Ｖｏｕｔを充電
するバッテリ２００とを有している。さらに、この回路
は、太陽電池１５の出力電圧Ｖｉｎ（Ｖ）と、検出した
出力電流値Ｉとから太陽電池１５の最大出力電力点を検
出し、この検出信号に基づいて太陽電池１５の出力電流
に追従するようにチョッパ回路１００の出力電力が常時
最大になるパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行うパルス幅
制御器３００とを有している。
【００２３】チョッパ回路１００は太陽電池１５の出力
端子と接地との間に直列接続されたインダクタＬ１と、
スイッチング手段（ＦＥＴ）Ｔ１及び電流感知抵抗器Ｒ
ｓからなる昇圧型インバータと、この昇圧型インバータ
のスイッチング手段Ｔ１の両端に直列接続されたダイオ
ードＤ１及びキャパシタＣ４からなる整流回路とで構成
されている。ここでキャパシタＣ２，Ｃ３はノイズ除去
用であり、電流感知抵抗器Ｒｓは、太陽電池１５の出力
電流を感知するものである。
【００２４】図２はパルス幅変調制御器３００の詳細な
構成を示すブロック図である。図２において、このパル
ス幅変調制御器３００は、太陽電池１５の出力電圧Ｖｉ
ｎ（Ｖ）と電流感知抵抗器Ｒｓで検出した出力電流値Ｉ
が入力されて最大出力電力点を検出する最大出力電力点
検出手段３１０と、最大出力電力点検出信号を入力し積
分し、この積分値の信号を電流命令信号として出力する
基準信号発生手段３２０とを有している。
【００２５】さらに、このパルス幅変調制御器３００
は、電流命令信号と電流検出信号とを比較してオフ制御
信号を発生する比較手段３３０と、所定の周波数、例え
ば、４５ｋＨｚのクロック信号ＣＬＫに対応してスイッ
チング手段Ｔ１をオンにし、かつ、オフ制御信号に対応
してオフにするスイッチング駆動手段３４０とを有して
いる。さらに、このパルス幅変調制御器３００には、基
準信号発生手段３２０を構成するＴ型フリップフロップ
（Ｆ／Ｆ）回路３２２及び積分手段３２４を有してい
る。
【００２６】図２のパルス幅変調制御器３００におい
て、最大出力電力点検出手段３１０は太陽電池１５の出
力電圧Ｖと出力電流値Ｉとに対応した電力検出信号を発
生する電力検出手段２０と、サンプリング信号を発生す
る信号発生手段３０と、ここからのサンプリング信号に
対応して以前の一定期間で電力検出信号によって充電さ
れた第１電荷量と一定期間と同じ現在の一定期間で電力
検出信号によって充電された第２電荷量とを比較し、現
在の電荷量より以前の電荷量が大きい場合に太陽電池１
５の出力電力が減少すると判断した判断信号を発生する
最大出力電力点判断手段（ＰＰＴ）４０とが設けられて
いる。
【００２７】電力検出手段２０は太陽電池１５の出力電
圧を検出して電圧検出信号を発生する電圧検出手段２２
と、太陽電池１５の出力電流、すなわち、電流感知抵抗
器Ｒｓの降下電圧を検出して電流検出信号Ｉを発生する
電流検出手段２４と、電圧検出信号と電流検出信号を乗
算して電力検出信号を発生する乗算器２６とからなる。
【００２８】図３は最大出力電力点判断手段４０の詳細
な構成を示す回路図である。図３において、最大出力電
力点判断手段４０は、比較器Ｕ１と、この比較器Ｕ１の
反転入力端子（−）と接地との間に接続され、電力検出
信号に対応して可変される第１電流源ＣＳ１と、比較器
Ｕ１の非反転入力端子（＋）と接地との間に接続され、
電力検出信号に対応して可変され、第１電流源ＣＳ１と
同一電流値の第２電流源ＣＳ２と、比較器Ｕ１の反転入
力端子（−）と非反転入力端子（＋）との間に接続され
るキャパシタＣ１とを有している。
【００２９】さらに、最大出力電力点判断手段４０に
は、比較器Ｕ１の反転入力端子（−）と基準電圧Ｖｒｅ
ｆとの間に接続され、第１スイッチング信号Ｓ１のハイ
レベル区間でオンし、ローレベル区間でオフする第１ス
イッチＳＷ１と、比較器Ｕ１の非反転入力端子（＋）と
基準電圧Ｖｒｅｆとの間に接続され、第２スイッチング
信号Ｓ２のハイレベル区間でオンし、ローレベル区間で
オフとなる第２スイッチＳＷ２と、クロック信号Ｓ３に
対応して比較器Ｕ１の出力をラッチし、セット信号Ｓ４
に応答して出力をセットするフリップフロップ回路Ｆ／
Ｆ１とを有している。
【００３０】図３において、信号発生手段３０のサンプ
リング信号は、１周期間（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）にハイレ
ベル区間がローレベル区間より長い第１スイッチング信
号Ｓ１と、第１スイッチング信号Ｓ１のハイレベル区間
でシフトした第２スイッチング信号Ｓ２とからなり、さ
らに、第１及び第２スイッチング信号Ｓ１，Ｓ２と周期
が同一であり第１及び第２スイッチング信号Ｓ１，Ｓ２
のハイレベル区間がオーバラップする区間において一つ
の周期のハイレベル区間を有するクロック信号Ｓ３と、
第１及び第２スイッチング信号Ｓ１，Ｓ２と周期が同一
でありクロック信号Ｓ３の下降エッジから上昇するエッ
ジを有したセット信号Ｓ４とからなっている。
【００３１】このように構成された実施形態の動作につ
いて説明する。図１において、太陽電池１５の出力電圧
Ｖｉｎがチョッパ回路１００に入力されて、スイッチン
グ手段Ｔ１がオンする間にインダクタＬ１にエネルギが
蓄えられ、スイッチング手段Ｔ１がオフした間にインダ
クタＬ１に蓄えられたエネルギを放出し、ダイオードＤ
１及びキャパシタＣ４で構成される整流回路を通じて得
られた直流をバッテリ２００に充電する。
【００３２】したがって、太陽電池１５の出力電圧Ｖｉ
ｎとバッテリ２００の出力直流電圧Ｖｏｕｔとの間には
次式（１）の関係が成り立つ。
【００３３】 Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／（１−Ｄ） …（１） ここでＤはチョッパ回路１００のデューティ比を示す。
【００３４】この結果、バッテリ２００の出力直流電圧
Ｖｏｕｔの値が一定であると太陽電池１５の出力電圧Ｖ
ｉｎはデューティ比Ｄによって異なる。したがって、デ
ューティ比を調整すると動作電圧が太陽電池１５の最大
出力電力点となる電圧Ｖｍに一致する。すなわち、太陽
電池１５の出力電流（出力電流値Ｉ）が最大出力電力点
となる電流Ｉｍとなるように制御可能であれば太陽電池
１５の最大出力電力点に対応してチョッパ回路１００が
動作するように出来る。
【００３５】太陽電池１５の出力電圧Ｖｉｎは太陽光の
強度と周辺温度によって変化するため、最大出力電力点
となる出力電圧Ｖｍも変化する。また、バッテリ２００
も長時間充電するとバッテリ２００の出力直流電圧Ｖｏ
ｕｔも変化する。したがって、チョッパ回路１００の入
力電圧（太陽電池１５の出力電圧Ｖｉｎ）と出力電圧
（出力直流電圧Ｖｏｕｔ）が変化しても常時、入力電圧
が太陽電池１５の最大出力電力点の場合の電圧になるよ
うにデューティ比を制御する。
【００３６】このデューティ比の制御について説明す
る。まず、最大出力電力点を以下のように検出する。こ
れは最大出力電力点に追従してチョッパ回路１００が動
作し、最大効率でバッテリ２００に充電が可能なパルス
幅変調制御を行うたの検出である。図４は電力検出信号
の特性曲線を示す図である。図１から図４において、パ
ルス幅変調制御器３００の最大出力電力点検出手段３１
０における電力検出手段２０は、太陽電池１５の出力電
圧Ｖｉｎと出力電流値Ｉとによって、図４に示す特性曲
線を有する電力検出信号を発生し、太陽電池１５の出力
端を短絡させた場合が電流Ｉｓｃであり、太陽電池１５
の出力を開放した状態が出力電圧Ｖｃである。すなわ
ち、図４におけるＡ領域では出力電力が増加し、また、
Ｂ領域では出力電力が減少する。したがって、最大出力
電力点Ｐｍａｘは電圧Ｖｍと電流Ｉｍとの積により得ら
れることになる。このような電力検出信号が最大出力電
力点判断手段４０に入力される。
【００３７】図５は最大出力電力点判断手段４０におけ
る処理のタイミング図である。図１から図５において、
最大出力電力点判断手段４０では図５に示されるよう
に、その初期では第１、第２のスイッチング信号Ｓ１，
Ｓ２がハイレベル状態を保持して比較器Ｕ１の反転入力
端子（＋）及び非反転入力端子（−）に基準電圧Ｖｒｅ
ｆが印加されて同一電位に維持される。同一電位である
場合は比較器Ｕ１の出力はローレベル状態を保持する。
この際、キャパシタＣ１の両端電圧がゼロに保持され
る。
【００３８】次いで、第２スイッチング信号Ｓ２がロー
レベル状態になり第１スイッチング信号Ｓ１のハイレベ
ル区間であるＴｄ１区間ではスイッチＳＷ１がオンにな
りスイッチＳＷ２がオフ状態に維持される。したがっ
て、初期には基準電圧端（Ｖｒｅｆ）から電流Ｉが供給
されて第１電流源ＣＳ１を通じて「Ｉ／２」の電流が流
れ、また、キャパシタＣ１及び第２電流源ＣＳ２を通じ
て「Ｉ／２」の電流が流れる。キャパシタＣ１が次第に
充電され、第１電荷量に充電されると反転入力端子
（−）の電位が基準電圧Ｖｒｅｆを保持するものの非反
転入力端子（＋）の電位は、キャパシタＣ１の容量に比
例して漸次下降して−Ｖｃに低下する。
【００３９】第１スイッチング信号Ｓ１がローレベル状
態となり第２スイッチング信号Ｓ２がハイレベル状態の
区間Ｔｄ２ではスイッチＳＷ１がオフになり、また、ス
イッチＳＷ２がオンになる。したがって、今度は逆に非
反転入力端子（＋）の電位が基準電圧Ｖｒｅｆに上昇
し、かつ、反転入力端子（−）が「Ｖｒｅｆ＋Ｖｃ」に
上昇して、キャパシタＣ１に充電された電荷量が第１電
流源ＣＳ１を通じて放電する。区間Ｔｄ１と区間Ｔｄ２
とが同一であるため電力検出信号が同じ値に保持された
際に、区間Ｔｄ１での電力検出信号に対応した電流値
が、区間Ｔｄ２での電力検出信号に対応した電流値と等
しくなり、かつ、キャパシタＣ１に充電された電流量と
放電された電荷量も同一になる。
【００４０】この結果、区間Ｔｄ２の終了直後に反転入
力端子（−）の電位が基準電圧Ｖｒｅｆと同一になる。
したがって、比較器Ｕ１の出力はローレベル状態を保持
することになる。すなわち、区間Ｔｄ１と区間Ｔｄ２の
二つの期間の間に電力検出信号の値が変化せずにそのま
ま保持される。
【００４１】ここで図５に示されるように、区間Ｔｄ２
から区間Ｔｄ１の電力検出信号の値よりも区間Ｔｄ２の
電力検出信号の値が大きい場合は、キャパシタＣ１の両
端電圧は負（−）になる。すなわち、反転入力端子
（−）の電位が基準電圧Ｖｒｅｆより低いレベルにな
る。これによって、非反転入力端子（＋）の電位が基準
電圧Ｖｒｅｆに維持されるとともに、反転入力端子
（−）の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ以下に低下するため比
較器Ｕ１の出力が、ハイレベル状態となる。すなわち、
太陽電池１５の出力電力が以前の期間より現在の期間中
に増加する。
【００４２】これと反対に時間Ｔ３における区間Ｔｄ１
の電力検出信号の値よりも区間Ｔｄ２の電力検出信号の
値が低下する場合は、キャパシタＣ１の両端電圧が基準
電圧Ｖｒｅｆより高い電位状態で保持される。したがっ
て、非反転入力端子（＋）の電位は基準電圧Ｖｒｅｆに
保持され、反転入力端子（−）の電位が基準電圧Ｖｒｅ
ｆより高い電位を保持するため、比較器Ｕ１の出力がロ
ーレベル状態となる。すなわち、太陽電池１５の出力電
力が以前の期間より現在の期間で減少していることが検
出される。
【００４３】フリップフロップ回路Ｆ／Ｆ１では比較器
Ｕ１の出力をラッチする。これは図５における区間Ｔｄ
２の終了直後にクロック信号Ｓ３の上昇エッジから比較
器Ｕ１の出力をラッチして出力し、クロック信号Ｓ３の
下降エッジから上昇するセット信号Ｓ４によって常時、
出力電力が増加する方向から動作を開始することによっ
て一つの周期間に如何なる要因でもシステムの誤動作を
防止できるようにするためである。
【００４４】図６は太陽電池１５の出力電圧、出力電流
及び出力電力の関係を示す特性図である。図１から図６
において、最大出力電力点判断手段（ＰＰＴ）４０から
の最大点電力検出信号は図６に示すようにＴ型Ｆ／Ｆ回
路３２２に入力されて２分周され、この分周信号が積分
手段３２４によって積分されて電流命令信号として比較
手段３３０に入力される。比較手段３３０では、この電
流命令信号を基準信号Ｖｒｅｆとして太陽電池１５の出
力電流値Ｉ（電流検出信号）と比較し、この比較で二つ
の信号が同一になるとオフ制御信号を発生する。
【００４５】スイッチング手段Ｔ１はスイッチング駆動
手段３４０からのクロック信号Ｓ３が入力されてオンな
ると太陽電池１５の出力電流がスイッチング手段Ｔ１を
通じて電流感知抵抗器Ｒｓに流れる。この電流感知抵抗
器Ｒｓでの降下電圧によって検出された出力電流値Ｉ
（電流検出信号）が比較手段３３０によって比較され、
太陽電池１５の出力電流値Ｉがクロック信号Ｓ３のリッ
プルを有した基準信号Ｖｒｅｆに追従して増加する。こ
の動作を繰り返して最大出力電力点に至るまで電流命令
信号が増加し、太陽電池１５の出力電流も同時に増加す
る。
【００４６】最大出力電力点を通過すると電力検出手段
２０の検出信号が図６に示すように時間ｔ１においてロ
ーレベルとなり、Ｔ型Ｆ／Ｆ回路３２２の出力がハイレ
ベルとなることによって、積分手段３２４の出力値が低
下する。したがって、積分手段３２４の出力値に追従す
る太陽電池１５の出力電流も減少する。すなわち、パル
ス幅変調制御器３００のパルス幅が再び減少するのでチ
ョッパ回路１００の入力電圧が増加する。
【００４７】これに加えて、出力電力（Ｐｏｕｔ）がさ
らに増加し、また、最大出力電力点を通過する時間ｔ２
において、さらに最大出力電力点検出信号がローレベル
状態になるとＴ型Ｆ／Ｆ回路３２２の出力がハイレベル
となり、これによって積分手段３２４の出力値が低下す
る。したがって、積分手段３２４の出力値に追従して太
陽電池１５の出力電流も再び減少する。
【００４８】このような動作を繰り返しながら太陽電池
１５の最大出力電力点に追従して動作するチョッパ回路
１００からの一定の出力直流電圧Ｖｏｕｔがバッテリ２
００に充電される。
【００４９】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の太陽電池を用いた電源装置によれば、一定期間以前の
電力平均値と現在の電力平均値とを比較して常時一定周
期で電力の最大点が検出されるため、太陽光の強度と周
辺温度に関係なく常時、太陽電池の最大出力電力点に追
従動作して得られた一定の出力電圧がバッテリに供給で
きるようになる。
【００５０】本発明の太陽電池を用いた電源装置によれ
ば、一定時間内のノイズや瞬間的な電力変化に対する反
応が少なくなり、その誤動作を防止できるようになる。
【００５１】また、本発明の太陽電池を用いた電源装置
によれば、キャパシタ、比較器、スイッチ、電流源など
の比較的簡単なアナログ回路構成によって最大出力電力
点の検出が可能であり、回路構成が簡単になり、そのコ
スト低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による太陽電池を用いた電源装置の構成
を示す回路図。
【図２】図１に示すパルス幅変調制御器の詳細な構成を
示すブロック図。
【図３】図２に示す最大出力電力点検出手段の詳細な構
成を示す回路図。
【図４】実施形態にあって電力検出信号の特性曲線を示
す図。
【図５】実施形態にあって最大出力電力点判断手段にお
ける処理のタイミング図。
【図６】実施形態にあって太陽電池の出力電圧、出力電
流及び出力電力の関係を示す特性図。
【図７】実施形態にあって太陽電池に入射する太陽光の
強度による出力電圧及び電流特性曲線を示す特性図。
【図８】実施形態にあって太陽電池の周辺温度による出
力電圧及び電流特性曲線を示す特性図。
【図９】従来の太陽電池を用いた電源装置の構成を示す
回路図。
【図１０】従来の他の太陽電池を用いた電源装置の構成
を示す回路図。
【図１１】従来のさらに他の従来の太陽電池を用いた電
源装置の構成を示す回路図。
【符号の説明】
１５ 太陽電池 ２０ 電力検出手段 ２２ 電圧検出手段 ２４ 電流検出手段 ２６ 乗算器 ３０ 信号発生手段 ４０ 最大出力電力点判断手段 １００ チョッパ回路 ２００ バッテリ ３００ パルス幅変調制御器 ３１０ 最大出力電力点検出手段 ３２０ 基準信号発生手段 ３２２ Ｔ型Ｆ／Ｆ回路 ３２４ 積分手段 ３３０ 比較手段 ３４０ スイッチング手段 Ｆ／Ｆ１ フリップフロップ回路 Ｒｓ 電流感知抵抗器 Ｔ１ スイッチング手段 Ｕ１ 比較器

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 太陽エネルギを電気エネルギに変換して
    直流電圧を出力する太陽電池と、 前記太陽電池からの直流電圧を所定の直流電圧に変換し
    て出力するチョッパ回路と、 前記チョッパ回路が出力する直流電圧を充電するバッテ
    リと、 前記太陽電池の出力電圧と出力電流とから前記太陽電池
    の最大出力電力点を検出し、この電力検出信号に基づい
    て前記太陽電池の出力電流に追従するように前記チョッ
    パ回路が最大の出力電力で動作するためのパルス幅変調
    制御を行うパルス幅変調制御器と、を備えることを特徴
    とする太陽電池を用いた電源装置。
  2. 【請求項２】 前記チョッパ回路として、 前記太陽電池の出力端子と接地との間に直列接続された
    インダクタ、スイッチング手段及び電流感知抵抗器から
    なる昇圧型インバータと、 前記昇圧型インバータのスイッチング手段の両端に直列
    接続されたダイオードとキャパシタとからなる整流回路
    と、を備えることを特徴とする請求項１記載の太陽電池
    を用いた電源装置。
  3. 【請求項３】 前記パルス幅変調制御器として、 前記太陽電池の出力電圧と前記電流感知抵抗器が検出し
    た電流検出信号とに基づいて最大出力電力点を検出する
    最大出力電力点検出手段と、 前記最大出力電力点検出信号を積分した信号を電流命令
    信号として出力する基準信号発生手段と、 前記基準信号発生手段からの電流命令信号と前記電流感
    知抵抗器が検出した電流検出信号とを比較してオフ制御
    信号を発生する比較手段と、 所定周波数のクロック信号に応じて前記スイッチング手
    段をオンし、又は、前記比較手段からのオフ制御信号に
    対応してオフにするためのスイッチング駆動手段と、を
    備えることを特徴とする請求項２記載の太陽電池を用い
    た電源装置。
  4. 【請求項４】 前記パルス幅変調制御器として、 太陽電池の出力電圧と出力電流に対応した電力検出信号
    を発生する電力検出手段と、 サンプリング信号を発生する信号発生手段と、 前記信号発生手段が発生するサンプリング信号に対応し
    て以前の一定期間に前記電力検出手段からの電力検出信
    号によって充電された第１電荷量と前記一定期間と同一
    の現在の一定期間の前記電力検出手段からの電力検出信
    号によって充電された第２電荷量とを比較して現在の電
    荷量より以前の電荷量が大きい際に、前記太陽電池の出
    力電力が減少すると判断した判断信号を発生する最大出
    力電力点判断手段と、を備えることを特徴とする請求項
    ３記載の太陽電池を用いた電源装置。
  5. 【請求項５】 前記電力検出手段として、 前記太陽電池の出力電圧を検出して電圧検出信号を発生
    する電圧検出手段と、 前記太陽電池の出力電流を検出して電流検出信号を発生
    する電流検出手段と、 前記電圧検出信号と電流検出信号とを乗算して前記電力
    検出信号を発生する乗算器と、を備えることを特徴とす
    る請求項４記載の太陽電池を用いた電源装置。
  6. 【請求項６】 前記信号発生手段のサンプリング信号と
    して、 一つの周期でハイレベル区間がローレベル区間よりさら
    に長い第１スイッチング信号と、 前記第１スイッチング信号のハイレベル区間にシフトさ
    れた第２スイッチング信号と、 前記第１及び第２スイッチング信号と周期が同一であ
    り、前記第１及び第２スイッチング信号のハイレベル区
    間がオーバラップする区間において一つの周期のハイレ
    ベル区間を有するクロック信号と、 前記第１及び第２スイッチング信号と周期は同一であり
    前記クロック信号の下降エッジから上昇するエッジを有
    するセット信号と、からなることを特徴とする請求項４
    記載の太陽電池を用いた電源装置。
  7. 【請求項７】 前記最大出力電力点判断手段として、 比較器と、 前記比較器の反転入力端子と接地との間に接続されて前
    記電力検出信号に対応して可変される第１電流源と、 前記比較器の非反転入力端子と接地との間に接続されて
    前記電力検出信号に対応して可変され前記第１電流源と
    同一の電流値の第２電流源と、 前記比較器の反転入力端子と非反転入力端子との間に接
    続されたキャパシタと、前記比較器の反転入力端子と基
    準電圧端との間に接続され前記第１スイッチング信号の
    ハイレベル区間にオンとなり、かつ、ローレベル区間で
    オフとなる第１スイッチと、 前記比較器の非反転入力端子と基準電圧端との間に接続
    され前記第２スイッチング信号のハイレベル区間にオン
    になり、かつ、ローレベル区間でオフになる第１スイッ
    チと、 前記クロック信号に応じて前記比較器の出力をラッチし
    前記セット信号に対応して出力をセットするフリップフ
    ロップ回路と、を備えることを特徴とする請求項６記載
    の太陽電池を用いた電源装置。
  8. 【請求項８】 前記基準信号発生手段として、 前記最大出力電力点検出手段からの最大出力電力点検出
    信号を分周する分周手段と、 前記分周手段の出力を積分した電流命令信号を発生する
    積分手段と、を備えることを特徴とする請求項３記載の
    太陽電池を用いた電源装置。
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