JPH03201113A - 太陽電池の電力制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 くイ〉産業上の利用分野 本発明辻、太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池
に関し、特に電力制御回路に係る。

（口〉従来の技術 電源として太陽電池を使用する機器が開発されているが
、斯かる太陽電池は光が照射されているときのみ発電す
るので光が照射されていないときには使用出来ないこと
になる。そのため斯かる機器では、太陽電池より得られ
る電力を充電電池に充電し、太陽電池より供給される電
力が不足したとき該充電電池に充電されていた電力を利
用するように構成されている。太陽電池より得られる電
流によって充電電池を充電する技術としては、例えば特
開昭６４−３４１３７号公報に開示されたものがある。

（ハ）発明が解決しようとする課題 第５図は、太陽電池の電圧、電力−電流特性を示すもの
であり、同図より明らかなように電流の変化に伴なって
出力される電力が最大になる点が右左する。従来の充電
回路は、斯かる太陽電池の特性を考慮して充電動作を行
なうように構成されていないため太陽電池の電力供給能
力を効率良く利用することが出来なかった０本発明は、
斯かる点を改良した電力制御回路を提供しようとするも
のである。

（二〉課題を解決するための手段 本発明の電力制御回路は、太陽電池と負荷との間の電源
供給路内に挿入接続されたコイルと、該コイルの負荷側
の端子と接地線路間に接続されているとともに導通状態
にあるとき該端子と接地線路間を短絡するスイッチング
素子と、該スイッチング素子を導通状態及び非導通状態
にせしめる信号を交互に出力するスイッチング信号発生
回路と、前記太陽電池より出力される電圧と電流とを積
算する積算回路と、該積算回路の出力信号を微分する微
分回路と、該微分回路の出力信号及び前記スイッチング
信号発生回路の出力信号を入力信号とする排他的ＯＲ回
路と、該排他的ＯＲ回路の出力信号を積分するとともに
前記スイッチング信号発生回路より出力される信号を変
化せしめる積分回路とより構成されている。

（０作用 本発明は、太陽電池より負荷へ供給される電力の変化を
検出することによって太陽電池より最大出力を得るよう
にしたものである。

（へ〉実施例 第１図に示した回路は、本発明の電力制御回路の一実施
例である。同図において、（１）は太陽電池、（２〉は
電源スィッチ、（３）は前記太陽電池（１）の負荷とし
て接続されている充電電池、（４）及び（５）は前記太
陽電池（１）と充電電池（３）との間の電源供給路（６
）内に挿入接続されているコイル及びダイオードである
。（７〉は後述するスイッチング素子の動作を制御する
ためのスイッチング信号であるＨ（高い）レベルの信号
とＬ（低い）レベルの信号とを交互に繰返して出力端子
（８〉に出力するスイッチング信号発生回路であり、前
記太陽電池〈１）の出力電圧及び後述する回路より出力
される電圧に基づく制御電圧が印加される制御端子（９
〉を有しているとともに該制御端子（９〉に印加される
制御電圧に応じて前記出力端子（８〉に出力されるスイ
・クチング信号の周期が変化せしめられるように構成さ
れている。　（１０）は前記スイッチング信号発生回路
（７〉の出力端子（８〉に出力される信号のレベルを反
転せしめるインバーター回路、（１１）はドレインが前
記コイル（４〉の充電電池（３〉側の端子（Ｐ）に接続
されているとともにンースが接地線Ｍ　（１２）に接続
されているＭＯＳトランジスターであり、そのゲートは
前記インバーター回路〈１０〉の出力端子に接続されて
いる。　（１３）は前記太陽電池（１）より充電電池（
３）に供給される電流の値を検出するべく接地線路（１
２〉内に挿入接続されている検出用抵抗、（１４）は前
記太陽電池（１）より出力される電圧と前記検出用抵抗
（１３〉によって得られる電圧即ち太陽電池（１）より
出力される電流とを積算する積算回路、（１５〉は前記
積算回路（１４〉の出力信号が印加されるとともに該信
号を微分する微分回路、（１６）は該微分回路（１５）
の出力信号及び前記スイッチング信号発生回路（７）の
出力信号を入力信号とする排他的ＯＲ回路、（１７〉は
前記排他的ＯＲ回路（１６〉より出力される信号を積分
する積分回路であり、演算増幅器（１８）、コンデンサ
ー（１９〉及び抵抗（２０〉等より構成されている。　
（２１）は前記積分回路（１７〉より出力された信号が
入力されるとともに該信号を増幅する増幅回路であり、
その出力端子は抵抗（２２〉を介して前記スイッチング
信号発生回路〈７〉の制御端子（９）に接続されている
。斯かる回路構成において、制御端子（９〉に入力され
る電圧値が第１の設定値より高くなると出力端子（８）
にＬレベルの信号が出力され、該制御端子（９〉に入力
される電圧値が前記第１の設定値より低い電圧値である
第２の設定値より低くなると出力端子（８）にＨレベル
の信号が出力されるようにスイッチング信号発生回路（
７〉は構成されている１以上の如く本発明の電力制御回
路は構成されており、次に斯かる回路の動作について説
明する。

まず、積分回路（１７〉より出力される信号に基づいて
増幅回路（２１）より出力される電圧を一定として考え
た場合について説明する。電源スィッチ（２）が閉成さ
れると太陽電池（１）より発電された電力が電源供給路
〈６〉に出力されるが、太陽電池（１）の開放電圧は高
いためスイッチング信号発生回路（７〉の出力端子（８
）にＬレベルの信号が出力される。前記出力端子（８〉
にＬレベルの信号が出力されるとインバーター回路（１
０〉によって反転されたＨレベルの信号がＭＯＳ）ラン
シスター（１１）のゲートに印加されるため該ＭＯＳト
ランジスター（１１）は導通状態になる。前記ＭＯＳト
ランジスター（１１）が導通状態になるとコイル（４〉
の端子（Ｐ）が接地されるためコイル（４〉に電流が流
れ、その電流値が時間とともに増大する。太陽電池（１
）より出力される電流が増大すると第５図に示した特性
図より明らかなように出力電圧が低下し、その電圧値が
第２の設定値より低くなるとスイッチング信号発生回路
（７）の出力端子（８）の出力信号がＨレベルに反転す
る。前記出力端子（８）にＨレベルの信号が出力される
とインバーター回路（１０〉によって反転されたＬレベ
ルの信号がＭＯＳ）ランシスター（１１）のゲートに印
加されるため該ＭＯＳトランジスター〈１１）は逆バイ
アスされて非導通状態に反転する。前記ＭＯＳトランジ
スター〈１１）が導通状態より非導通状態に反転すると
コイル（４〉に誘起電圧が発生するとともにダイオード
〈５〉を通して充電電池（３〉に充電電圧が供給される
が、この電圧は太陽電池（１）より得られる電圧にコイ
ル（４〉より誘起された電圧を加えた電圧即ち昇圧され
た電圧になる。前記太陽電池（１）より出力される電流
の減少に伴なって出力電圧が上昇し、その電圧値が第１
の設定値より高くなるとスイッチング信号発生回路（７
〉の出力端子（８〉の出力信号がＬレベルになる。その
結果、ＭＯＳトランジスター〈１１）が導通状態に反転
し、その反転動作によってコイル（４）の端子（Ｐ）が
接地されるため該コイル〈４〉にエネルギーが蓄積され
る。そして、前述した動作によってＭＯＳトランジスタ
ー（１１）が非導通状態に反転すると前記コイル（４〉
に誘起される電圧と太陽電池（１）より得られる電圧と
が加算されて充電電池（３）に供給されることになって
充電動作が行なわれることになる。このように太陽電池
（１）より出力される電圧が第１の設定値と第２の設定
値との間を変化する毎にＭＯＳトランジスター（１１）
の導通・非導通動作が繰返し行なわれて充電電池（３〉
の充電動作が行なわれる。

積分回路（１７〉より出力される信号に基づいて増幅回
路（２１）より出力される電圧を一定とした場合の動作
は以上の如く行なわれるが、次に増幅回路（２１）の出
力電圧について説明する。まず、太陽電池（１）の出力
動作点が第５図の（Ａ）で示す状態にある場合の動作に
ついて第２図を参照して説明する。（Ａ）点で示す動作
点では、負荷電流が小さいため出力は十分に使用されて
いないが出力電圧は高い、斯かる状態にあるとき第２図
（ａ）に示すスイッチング信号がスイッチング信号発生
回路（７〉の出力端子（８，、）に出力されたとすると
積算回路（１４〉の出力端子には第２図（ｂ）に示す信
号が出力される。即ち、スイッチング信号発生回路（７
〉の出力端子（８）にＬレベルの信号が出力されると前
述したようにＭＯ８Ｉ−ランシスター（１１）が導通状
態となり、太陽電池（１）より出力される電流が増加す
るため電力が上昇し、第２図（ｂ）に示されるように積
算回路（１４〉の出力が増加することになる。

反対にスイッチング信号発生回路（７〉の出力端子（８
〉にＨレベルの信号が出力されるとＭＯＳトランジスタ
ー（１１）が非導通状態となり、太陽電池〈１）より出
力される電流が減少するため電力が低下し、第２図（ｂ
）に示されるように積算回路（１４〉の出力が減少する
ことになる。前記積算回路（１４〉より第２図（ｂ）に
示される信号が出力されると該信号が印加される微分回
路（１５〉の出力端子には第２図（ｅ）に示す信号が出
力されることになり、斯かる信号とスイッチング信号発
生回路（７〉の出力端子（８〉に出力される信号即ち第
２図（ａ）に示す信号とを入力信号とする排他的ＯＲ回
路〈１６〉の出力端子には第２図（ｄ）に示す信号が出
力される。前記排他的ＯＲ回路（１６）の出力端子に第
２図（ｄ）に示す信号が出力されると該信号が入力され
る積分回路〈１７〉の出力端子には積分された出力ｖＡ
が出力されることになる。

太陽電池（１）の出力動作点が第５図の（Ａ）で示す状
態にある場合の動作は以上の如く行なわれるが、次に第
５図の（Ｂ）で示す状態にある場合の動作について第３
図を参照して説明する。（Ｂ）点で示す動作点では、電
力出力が最大となっており、太陽電池（１）より出力さ
れる電力を効率良く使用する状態にある。第３図（ａ）
に示すスイッチング信号がスイッチング信号発生回路（
７〉の出力端子（８〉に出力されたとすると積算回路（
１４〉の出力端子には第３図（ｂ）に示す信号が出力さ
れる。前記積算回路（１４）より第３図（ｂ）に示され
る信号が出力されると該信号が印加される微分回路（１
５〉の出力端子には第３図（ｅ）に示す信号が出力され
ることになり、斯かる信号とスイッチング信号発生回路
（７〉の出力端子（８〉に出力される信号即ち第３図（
ａ）に示す信号とを入力信号とする排他的ＯＲ回路（１
６〉の出力端子には第３図（ｄ）に示す信号が出力され
る。前記排他的ＯＲ回路（１６〉の出力端子に第３図（
ｄ）に示す信号が出力されると該信号が入力される積分
回路（１７〉の出力端子には積分された出力Ｖ、が出力
されることになる。

太陽電池（１）の出力動作点が第５図の（Ａ）及び（Ｂ
）で示す状態にある場合の動作は以上の如く行なわれる
が、次に第５図の（Ｃ）で示す状態にある場合の動作に
ついて第４図を参照して説明する。

（ｅ）点で示す動作点では、負荷電流が過大であるため
出力が小さくまた出力電圧も急激に低下している。第４
図（ａ）に示すスイッチング信号がスイッチング信号発
生回路〈７〉の出力端子（８〉に出力されたとすると積
算回路（１４〉の出力端子には第４図（ｂ）に示す信゛
号が出力される。前記積算回路（１４〉より第４図（ｂ
）に示される信号が出力されると該信号が印加される微
分回路（１５〉の出力端子には第４図（Ｃ）に示す信号
が出力されることになり、斯かる信号とスイッチング信
号発生回路（７〉の出力端子〈８〉に出力される信号即
ち第４図（ａ）に示す信号とを入力信号とする排他的Ｏ
Ｒ回路（１６〉の出力端子には第４図（ｄ）に示す信号
が出力される。

前記排他的ＯＲ回路（１６〉の出力端子に第４図（ｄ）
に示す信号が出力されると該信号が入力される積分回路
（１７〉の出力端子には積分された出力Ｖｃが出力され
ることになる。

以上に説明したように太陽電池（１）の出力動作点が第
５図の（Ａ）　、　（Ｂ）及び（Ｃ）の各点にある場合
の動作は行なわれ、各動作時積分回路（１７〉の出力端
子に夫々ＶＡ、Ｖ、及びＶｃの積分出力が出力される。

そして、斯かる積分出力の大きさは第２図（ｄ）、第３
図（ｄ）及び第４図（ｄ）より明らかなようにＶＡＬＶ
Ｅ＞ＶＣの関係になる。従って、前記積分回路（１７〉
より出力される積分出力ＶＡ、Ｖ、及びＶｃに対応した
大きさの信号が増幅回路（２１）の出力端子に出力され
ることになる。その結果、前記増幅回路（２１）の出力
信号の変化によってスイッチング信号発生回路（７〉の
制御端子（９）に入力される信号レベルが変化すること
になり、その変化に対応して出力端子（８〉に出力され
るスイッチング信号の周期が変化せしめられることにな
る。従って、積分回路（１７）より出力される信号がＶ
、の状態になるようにスイッチング信号発生回路（７〉
の動作を制御するように構成すれば太陽電池（１）の出
力動作点を第５図の（Ｂ）の状態即ち最大出力を発生す
る状態に維持することが出来、太陽電池（１）より出力
される電力を効率良く利用することが出来る。

尚、本実施例では負荷として充電電池を使用したが他の
電気機器を負荷として接続することも出来る。また、コ
イル（４）の充電電池側の端子と接地線路とを短絡する
スイッチング素子としてＭＯＳトランジスター（１１）
を使用したが他のスイッチング素子を使用することは勿
論可能である。

（ト〉発明の効果 本発明の電力制御回路は、太陽電池より負荷へ供給され
る電力の変化を検出することによって太陽電池より出力
される電力を効率良く使用するよにうにしたので太陽電
池を使用する電子機器に実施した場合に非常な大きな効
果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の電力制御回路の一実施例、第２図、
第３図及び第４図は本発明の詳細な説明するための波形
図、第５図は太陽電池の特性図である。 主な図番の説明 （１）・・・太陽電池、　（３〉・・・充電電池、　（
４）・・・コイル、　（７〉・・・スイッチング信号発
生回路、　（１１）・・・ＭＯＳトランジスター　　（
１４〉・・・積算回路、（１５〉・・・微分回路、　（
１６）・・・排他的ＯＲ回路、　（１７）・・・積分回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）太陽電池と負荷との間の電源供給路内に挿入接続
   されたコイルと、該コイルの負荷側の端子と接地線路間
   に接続されているとともに導通状態にあるとき該端子と
   接地線路間を短絡するスイッチング素子と、該スイッチ
   ング素子を導通状態及び非導通状態にせしめる信号を交
   互に出力するスイッチング信号発生回路と、前記太陽電
   池より出力される電圧と電流とを積算する積算回路と、
   該積算回路の出力信号を微分する微分回路と、該微分回
   路の出力信号及び前記スイッチング信号発生回路の出力
   信号を入力信号とする排他的ＯＲ回路と、該排他的ＯＲ
   回路の出力信号を積分する積分回路とより成り、前記積
   分回路の出力信号により前記スイッチング信号発生回路
   より出力される信号を変化せしめ、以って太陽電池より
   最大出力を得るようにしたことを特徴とする太陽電池の
   電力制御回路。