JP3814800B2

JP3814800B2 - 出力安定化システム

Info

Publication number: JP3814800B2
Application number: JP2002239714A
Authority: JP
Inventors: 憲高良; 直文虫明; 朗松原; 豊太池内
Original assignee: 有限会社サンブリッジ
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2022-08-20
Also published as: JP2004080943A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源から外部負荷に対して供給される出力を安定化する、出力安定化システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電源の発電電圧が不安定で、出力低下や出力上昇を伴う場合に、電源安定化回路が用いられる。この、従来の蓄電部を有する電源安定化回路の一例を図７に示す。
従来の電源安定化回路３０は、通常、図７に示す回路構成のように、外部電源３１と外部出力３２との間に蓄電部３３が配置される。そして、この蓄電部３３によって、電源電圧の変動分に相当する電力をスイッチ３４にて充電あるいは放電することにより外部負荷への出力を安定化させるようにしている。ここで、外部電源３１の電圧は電圧検出器３５により検出され、スイッチ３４が適宜駆動されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、蓄電部３３としては、電源電圧に相当する電圧分の蓄電部３３を配置することが必要であった。
図８は、従来の蓄電部を有する電源安定化回路の作用を示す図である。図の横軸は時間で、縦軸が電圧を示している。図８に示すように、外部電源３１が高電圧になればなるほど、蓄電部３３に必要なベース電圧が大きくなり、高電圧の蓄電部３３が必要になる。このような場合、システム構成が大掛かりになりコストが高くならざるを得ない。
【０００４】
本発明は、以上の点に鑑み、優れた性能を備え、小型化と低コスト化を有効に実現し得る出力安定化システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、電源から外部負荷に対して供給される電源出力を安定化するためのシステムにおいて、電源と外部出力との間に蓄電部回路が配置されており、蓄電部回路は、電源の電圧検出器と、電源の一端と蓄電部の両極のそれぞれに接続される第１及び第２のスイッチと、蓄電部の一方の極と電源の接地側となっている他端との間に接続される第３のスイッチと、蓄電部の電圧検出器と、蓄電部の充放電を制御するスイッチ制御部と、を含み、蓄電部は電源の電圧変動対応分の耐電圧容量を有していて、第２のスイッチを介して電源と外部出力との間で直列接続され、スイッチ制御部は、第１のスイッチをオン、第２のスイッチをオフ、第３のスイッチをオンとして、蓄電部の電圧検出器で監視しながら蓄電部に設定充電電圧まで充電し、第１のスイッチをオン、第２のスイッチをオフ、第３のスイッチをオフとして電源の出力低下時の準備をし、電源の電圧検出器が電源電圧が設定電圧以下に低下したことを検出した場合には、スイッチ制御部は、第１のスイッチをオフ、第２のスイッチをオン、第３のスイッチをオフとして、蓄電部により外部負荷への出力電圧を昇圧し、外部負荷への出力電圧を安定化することを特徴とする。
【０００６】
本発明の出力安定化システムにおいて、好ましくは、電源が太陽電池からなる。
【０００７】
本発明の出力安定化システムにおいて、前記蓄電部として、電気二重層コンデンサ、スードキャパシタ、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、及び、ＮａＳ電池の何れかでなる充放電可能な蓄電部で構成されている。
【０００８】
本発明によれば、電源と外部出力との間に蓄電部が配置される。この蓄電部は電源の電圧変動対応分の容量を有し、スイッチの切替えにより電源電圧の過不足に応じて充電状態が制御される。
このように、電源電圧の過不足に応じて蓄電部が電源の電圧変動を補償するように回路構成されることで、簡素な構成により外部負荷に対して安定して電源出力を供給することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明による出力安定化システムの好適な実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施形態における出力安定化システムの構成例を示している。図において、本発明の出力安定化システム１は、外部電源２と外部出力（ＯＵＴ）３との間に蓄電部４（図中の、一点鎖線で囲まれた領域）が配置される。この実施の形態では、蓄電部４の充放電可能な蓄電池として、電気二重層コンデンサ５を用いることができる。
電気二重層コンデンサ５は、外部電源２の電圧変動対応分の容量を有し、電源電圧の過不足に応じて蓄電部４が、電源の電圧変動を補償するように蓄電部４の回路が構成される。
【００１０】
次に、蓄電部４の回路について説明する。
電気二重層コンデンサ５の両極のそれぞれと、外部電源２との間には、スイッチ６及びスイッチ７が配置される。電気二重層コンデンサ５の一方の極と接地側の間にはスイッチ８が配置される。
外部電源２の電圧は、電圧検出器９によって検出され、また、電気二重層コンデンサ５の電圧は、電圧検出器１０によって検出されるようになっている。
【００１１】
上記実施形態において、蓄電部４に使用する充放電可能な蓄電池として電気二重層コンデンサ５の例を説明したが、その他の例えば、スードキャパシタ、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、及びＮａＳ電池などの充放電可能な蓄電池、又は、これらの蓄電池を組み合わせた蓄電池により構成することができる。
【００１２】
そして、本発明では、外部電源２からの発生電圧が不安定な場合、外部出力（ＯＵＴ）３を安定化させるために、発生電圧不足のとき電気二重層コンデンサ５から出力補助を行い、大き過ぎるときには、電気二重層コンデンサ５へ一時蓄電を行う。このときの電気二重層コンデンサ５の充電電圧は、変動分の電圧に相当する。
【００１３】
例えば、外部電源２からの発生電圧が必要電圧に対して一時的に低下する場合、電圧検出器９，１０の出力９Ａ，１０Ａがスイッチ制御装置１１に入力されてスイッチ６，７，８がスイッチ制御装置１１の出力１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃにより駆動される。
【００１４】
ここで、スイッチ６，７，８の動作について説明する。
最初に、スイッチ６がオン、スイッチ７がオフ、スイッチ８がオンにされる。そして、電気二重層コンデンサ５が、設定充電電圧まで充電されるまで電圧検出器１０により監視される。電気二重層コンデンサ５が、設定充電電圧まで充電されたら、スイッチ制御装置１１によりスイッチ６がオン、スイッチ７がオフ、スイッチ８がオフにされる。これで出力低下時の対応準備が完了する。
【００１５】
外部電源２の電圧が設定電圧以下に低下したことを電圧検出器９にて検出した場合は、スイッチ制御装置１１によりスイッチ６がオフ、スイッチ７がオン、スイッチ８がオフにされる。これにより、図１において点線で示すような回路が構成され、この場合、電気二重層コンデンサ５を介して電圧が昇圧され、低下出力分を電気二重層コンデンサ５が補助することになる。
【００１６】
一方、外部電源２からの発生電圧が必要電圧に対して一時的に上昇する場合、電気二重層コンデンサ５は、充電されていない状態でよい。この場合、スイッチ制御装置１１によってスイッチ６がオン、スイッチ７がオフ、スイッチ８がオフにされる。これで出力上昇時の対応準備が完了する。
【００１７】
図２は、本発明の実施形態において、外部電源２が設定電圧以上に上昇した場合の出力安定化システムの作用を示す図である。外部電源２の電圧が設定電圧以上に上昇したことを電圧検出器９にて検出した場合は、スイッチ制御装置１１によりスイッチ６がオフ、スイッチ７がオン、スイッチ８がオフになる。このときには、図２の点線で示すような回路が構成され、電気二重層コンデンサ５の極性は、図１の場合とは逆になる。そして、電気二重層コンデンサ５を介して外部電源２の電圧を降圧して、出力上昇分を電気二重層コンデンサ５が吸収する。これにより、出力電圧の安定化ができる。
【００１８】
なお、出力上昇と出力低下の両方が起こり得る場合は、出力上昇を吸収する回路と出力低下を補助する回路とを併用することで対処可能である。
【００１９】
次に、本発明における具体的な実施例を説明する。
（実施例１）
図３は、本発明の出力安定化システムの実施例の構成を示す図である。外部電源１２として、１００Ｖ−２０Ａの太陽電池を使用した。蓄電部４の電気二重層コンデンサ５としては、６９Ｖ−２００Ｆを配置した。図１と同じ構成要素は、同一の符号で示しているので、説明は省略する。
ここで、外部電源としての太陽電池１２が、２秒間５０Ｖに電圧低下した場合に、図示するように、電気二重層コンデンサ５の極性を制御することにより、出力安定化を実現することができた。
【００２０】
（実施例２）
図４は本発明の出力安定化システムの別の実施例の構成を示す図である。外部電源１２として、１００Ｖ−２０Ａの太陽電池を使用した。蓄電部４の電気二重層コンデンサ５としては、６９Ｖ−２００Ｆを配置した。
ここで、外部電源としての太陽電池１２が、０．５秒間１２０Ｖに電圧上昇した（ノイズが入った）場合に、図示するように、電気二重層コンデンサ５の極性を制御することにより、出力安定化を実現することができた。
【００２１】
次に、本発明の出力安定化システムに対する、従来の蓄電部を有する電源安定化回路の比較例を示す。
（比較例１）
図５は従来の蓄電部を有する電源安定化回路の比較例の構成を示す図である。
図５の従来の蓄電部を有する電源安定化回路４０は、基本的に図７と同様な回路である。
外部電源として、１００Ｖ−２０Ａの太陽電池３１Ａを使用し、蓄電部として２００Ｖ−２００Ｆの電気二重層コンデンサ３３Ａを使用した。電気二重層コンデンサ３３Ａは、実施例１で使用した電気二重層コンデンサ６９Ｖ−２００Ｖを３直列、３並列として合計９個使用して、耐圧を向上させると共に、静電容量を同じにした。図７と同じ他の構成要素は、同一の符号で示しているので、説明は省略する。
ここで、外部電源３１Ａが２秒間、５０Ｖに電圧低下した場合に、出力安定化を実現することができた。
比較例１の電気二重層コンデンサ３３Ａは、実施例１の電気二重層コンデンサ５と比較すると、耐電圧が約３倍を必要とし、個数が約１０倍となるので、大型で高コストの蓄電部を有する電源安定化回路とならざるを得ない。
【００２２】
（比較例２）
図６は、従来の蓄電部を有する電源安定化回路の別の比較例の構成を示す図である。図６の従来の蓄電部を有する電源安定化回路４５は、基本的に図７と同様な回路である。
外部電源として、１００Ｖ−２０Ａの太陽電池３１Ａを使用し、蓄電部として１３８Ｖ−２００Ｆの電気二重層コンデンサ３３Ｂを使用した。電気二重層コンデンサ３３Ｂは、実施例２で使用した電気二重層コンデンサ６９Ｖ−２００Ｖを２直列、２並列として合計４個使用して、耐圧を向上させると共に、静電容量を同じにした。図７と同じ構成要素は、同一の符号で示しているので、説明は省略する。
比較例２の電気二重層コンデンサ３３Ａは、実施例２の電気二重層コンデンサ５の２倍の耐電圧が必要となり、個数が４倍となるので、大型で高コストの蓄電部を有する電源安定化回路となった。
【００２３】
本発明は、上述の実施の形態にのみ限定されることなく、本発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。例えば、上記実施形態で説明した電圧あるいは電流等の具体的数値等は、単なる一例を示すものであり、必要に応じて適宜変更等が可能である。
また、上記実施の形態では、蓄電部として電気二重層コンデンサを例にとって説明したが、スードキャパシタ、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池及びＮａＳ電池などの充放電可能な蓄電池、又はこれらの蓄電池を組み合わせた蓄電池の充放電回路が、適宜変更して構成できることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電源電圧の過不足に応じて蓄電部が電源の電圧変動を補償するように回路構成することで、簡素な構成により外部負荷に対して安定して電源出力を供給することができる。したがって、ベース電圧分の蓄電部が不要となり、予め設定した電圧変動分に対応できる電圧を持つ蓄電部で出力安定化を図り、かつ安定化速度が速い小型で低コスト化のシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における出力安定化システムの構成例を示している。
【図２】本発明の実施の形態における出力安定化システムの作用を示す図である。
【図３】本発明の出力安定化システムの実施例の構成を示す図である。
【図４】本発明の出力安定化システムの別の実施例の構成を示す図である。
【図５】従来の蓄電部を有する電源安定化回路の比較例の構成を示す図である。
【図６】従来の蓄電部を有する電源安定化回路の別の比較例の構成を示す図である。
【図７】従来の蓄電部を有する電源安定化回路を示す図である。
【図８】従来の蓄電部を有する電源安定化回路の作用を示す図である。
【符号の説明】
１出力安定化システム
２外部電源
３外部出力
４蓄電部
５電気二重層コンデンサ
６，７，８スイッチ
９，１０電圧検出器
１１スイッチ制御装置
１２太陽電池部

Claims

電源から外部負荷に対して供給される電源出力を安定化するためのシステムであって、
上記電源と外部出力との間に蓄電部回路が配置されており、
上記蓄電部回路は、上記電源の電圧検出器と、上記電源の一端と蓄電部の両極のそれぞれに接続される第１及び第２のスイッチと、上記蓄電部の一方の極と上記電源の接地側となっている他端との間に接続される第３のスイッチと、上記蓄電部の電圧検出器と、上記蓄電部の充放電を制御するスイッチ制御部と、
を含み、
上記蓄電部は上記電源の電圧変動対応分の耐電圧容量を有していて、上記第２のスイッチを介して上記電源と上記外部出力との間で直列接続され、
上記スイッチ制御部は、上記第１のスイッチをオン、上記第２のスイッチをオフ、上記第３のスイッチをオンとして、上記蓄電部の電圧検出器で監視しながら上記蓄電部に設定充電電圧まで充電し、上記第１のスイッチをオン、上記第２のスイッチをオフ、上記第３のスイッチをオフとして上記電源の出力低下時の準備をし、
上記電源の電圧検出器が上記電源電圧が設定電圧以下に低下したことを検出した場合には、上記スイッチ制御部は、上記第１のスイッチをオフ、上記第２のスイッチをオン、上記第３のスイッチをオフとして、上記蓄電部により外部負荷への出力電圧を昇圧し、上記外部負荷への出力電圧を安定化することを特徴とする、出力安定化システム。
前記電源が太陽電池からなることを特徴とする、請求項１に記載の出力安定化システム。
前記蓄電部は電気二重層コンデンサ、スードキャパシタ、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池及びＮａＳ電池の何れかでなる充放電可能な蓄電部で構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の出力安定化システム。