WO2006120741A1

WO2006120741A1 - Ｄｃ－ｄｃコンバータ

Info

Publication number: WO2006120741A1
Application number: PCT/JP2005/008667
Authority: WO
Inventors: Kimiyoshi Kobayashi
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2006-11-16
Also published as: EP1881580A4; JPWO2006120741A1; EP1881580A1; US7880441B2; US20080129117A1; JP4137175B2

Abstract

　本発明は、出力側の電力給電を入力側の燃料電池の給電電力と同じとする一定電力化制御を図ることにより、電池充電電流を定電流化し、構成部品を低減し、さらに安定充電する新規のＤＣ－ＤＣコンバータを提供する。電力供給時の出力インピーダンスが比較的大きい燃料電池等を入力源（Ｖfc）とするＤＣ－ＤＣコンバータにおいて、出力に１つの巻線に巻回され、その巻線数比で電圧値が決定される磁気結合により構成される任意負荷（Ｒｏ）と二次電池（Ｂ）を備え、該二次電池の出力と該負荷との間に第二のコンバータ（３０）を接続してあるとともに、該二次電池に接続される電流制御回路（１０）は、前記磁気結合の作用のために該負荷の電流が減少すると該二次電池へ流入する充電電流を増加させ、該負荷の電流が増加すると該二次電池への充電電流を減少させるように制御し、該二次電池の出力電圧が設定する垂下電圧にて維持されるように構成してある。

Description

DC_DCコンバータ

技術分野

[0001] 本発明は、燃料電池の所要の電力を得る DC— DCコンバータに関するものである背景技術

[0002] 従来の燃料電池や太陽電池等を入力源とし、出力側に負荷 Roと二次電池 Bとを並列に接続して充電機能を備えた DC - DCコンバータを図 11に示す。図 11に示す D C— DCコンバータを備えた DC— DCコンバータは、電力給電時に出力インピーダンスの作用で低下する入力電圧を一定電圧化制御し、入力定電力化を図る手段として、入力給電電力 Pinが出力給電電力 Poutより小さいときは、入力電圧が一定電圧化されて、出力電圧が垂下状態となり、入力給電電力 Pinが出力給電電力 Poutより大きいときは、入力電圧が上昇して、出力電圧が一定電圧になる手段を採っていた (太陽電池に関しては、例えば特許文献 1参照)。

特許文献 1 :特開平 11 341699号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] しかし、入力給電電力 Pinが出力給電電力 PouUり大きいときは、入力電圧が上昇する。そのため、特に燃料電池を入力源とした場合、燃料電池は化学反応により発電するため、急激な電圧環境の変化により、電池の劣化を招くという課題が生じた。

[0004] 本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、出力側の電力給電を入力側の燃料電池の給電電力と同じとする一定電力化制御を図ることにより、電池出力電圧の上昇を抑制し劣化を防止する新規の DC— DCコンバータを提供する。

課題を解決するための手段

[0005] 上記課題を解決するために、本発明に係る DC— DCコンバータは、電力供給時の出力インピーダンスが比較的大きい燃料電池や太陽電池等を入力源とする DC— D Cコンバータにおいて、出力に一つの卷線に卷回され、その卷線数比で電圧値が決定される磁気結合により構成される任意負荷への出力と二次電池への出力を備え、該二次電池の出力と該負荷との間に第二のコンバータを接続してあるとともに、該ニ次電池に接続される電流制御回路は、前記磁気結合の作用のために該負荷の電流が減少すると、該二次電池へ流入する充電電流を増加させ、該負荷の電流が増加すると、該二次電池への充電電流を減少させるように制御し、該二次電池の出力電圧が設定する垂下電圧にて維持されるように構成してあることを特徴とする。

[0006] 前記電流制御回路は、前記二次電池の出力電圧と基準電圧とを比較して制御量を出力する比較手段と、この制御量に応じてオン'オフする半導体スィッチを備え、このオン ·オフにより該二次電池の定電流制御を行う定電流制御手段とを備えてあることを特徴とする。

[0007] 前記定電流制御手段は、前記比較手段の出力部に接続する第一のレベル変換手段を備え、この第一のレベル変換手段は、前記二次電池の正側出力端に接続してあるとともに、前記半導体スィッチの制御端子に接続してあり、該半導体スィッチの出力端子に第二のレベル変換手段を接続し、この第二のレベル変換手段は、 DC-D Cコンバータの負側出力端に接続してあるとともに、第二の半導体スィッチの制御端子に接続し、この第二の半導体スィッチの出力端子は該二次電池の入力端子に接続してあり、前記負荷の電流が減少すると、該二次電池へ流入する充電電流を増加させ、該負荷の電流が増加すると、該二次電池への充電電流を減少させるように制御し、該二次電池の出力電圧が設定する垂下電圧にて維持されるように構成してあることを特徴とする。

[0008] 前記入力源の電圧を検出し、任意に設定可能な電圧制御入力と比較制御し、その制御量から入力電圧を定電圧化制御する機能を備えてあることを特徴とする。

発明の効果

[0009] 本発明によれば、出力側に負荷と二次電池を備え、二次電池に電流制御回路を接続し、負荷の電流が減少すると、二次電池への充電電流は電流制御回路により増加し、負荷の電流が増加すると、二次電池への充電電流が減少するように制御構成したことにより、全体の出力給電電力を一定電力化でき入力電圧 (例えば燃料電池出力）を一定電圧制御できる効果がある。 [0010] また、本発明に係る DC— DCコンバータによれば、出力電圧は設定する垂下点で安定ィ匕されるため負荷に安定電力を給電できる効果もある。

[0011] さらに、本発明に係る DC— DCコンバータによれば、給電する燃料電池電力を安定ィ匕制御するコンバータと負荷電圧調整用コンバータの 2つのコンバータを単一コンバータの多出力化により一体ィ匕構成としているため、高効率ィ匕が求められるシステムにお、ては有効な手段である。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]本発明に係る DC— DCコンバータにおける発明を実施するための最良の形態の回路図である。

[図 2]本発明 DC— DCコンバータの要部の一実施例を示す回路図である。

[図 3]図 2とは別の実施例を示す回路図である。

[図 4]図 2及び図 3とは別の実施例を示す回路図である。

[図 5]図 2乃至図 4とは別の実施例を示す回路図である。

[図 6]電流制御回路が機能しない場合の電力特性を示す動作波形図である。

[図 7]電流制御回路が機能する場合の電力特性を示す動作波形図である。

[図 8]本発明 DC— DCコンバータの要部の一実施例を示す回路図である。

[図 9]第二のコンバータ周辺の動作波形図である。

[図 10]図 1図示 DC— DCコンバータとは別の DC— DCコンバータの実施例の回路図である。

[図 11]従来の充電機能を備えた DC— DCコンバータを示す回路図である。

符号の説明

[0013] Vfc 入力源 (燃料電池）

Vset 電圧制御入力

VRo 負荷電圧

Vbatt 充電電圧

Vis 比較電圧

Ibatt 允電電流

Ro 負荷 B 二次電池

1 第一のコンバータ

2 動作状態検出回路

10, 10a, 10b, 10c, 10d 電流制御回路

11 比較回路

12a, 12b, 12c, 12d 定電流制御回路

20 充電回路

30 第二のコンバータ

# A, # F 差動増幅器

# B, Compa 比較器

# C 電圧検出器

# D, # E, # G, # H 増幅器

Ql 第一のコンバータ 1の制御用スィッチ

Q2, Q3a, Q3b, Q10 半導体スィッチ

Rl, R2 抵抗

R3, R4, R5, R6, R7, R8, R22, R23, Ra, Rb, Rc, Rd 分圧抵抗

Rm, R24 電流検出抵抗

Refl, Ref2, Refa 基準電圧

Dl, Da ダイオード

発明を実施するための最良の形態

[0014] 発明を実施するための最良の形態の回路図を図 1に示す。図 1図示の DC— DCコンバータは、電力供給時の出力インピーダンス Zが比較的大きい燃料電池を入力源 Vfcとして使用している。なお、本実施例では燃料電池を入力源 Vfcとして使用しているが、太陽電池その他出力インピーダンスが比較的大きいものでも本発明を実施することができる。 DC— DCコンバータは第一のコンバータ 1を備え、この第一のコンパータ 1は出力側に 2つの出力として負荷 Roへの出力と二次電池 Bへの出力が接続してある。また、二次電池 Bと負荷 Roとの間には第二のコンバータ 30を接続している。

[0015] 第一のコンバータ 1の二次電池 Bへの出力には分圧抵抗 R3, R4を接続し、この分圧抵抗 R3, R4の接続点に電流制御回路 10を接続してある。この電流制御回路 10 は二次電池 Bの負極にも接続してある。この電流制御回路 10は負荷 Roの電流が減少すると、二次電池 Bへ流入する充電電流 Ibattを増加させるようにしてある。また、負荷 Roの電流が増加すると、二次電池 Bへの充電電流 Ibattを減少させるように制御し、出力電圧が設定する垂下電圧にて維持されるようにしてある。なお、電流制御回路 10の具体例については後述する。

[0016] また、本発明に係る DC— DCコンバータは、電圧比較器 # Cを備えてある。この電圧比較器 # Cは、分圧抵抗 R3, R4により検出された出力電圧信号と、基準電圧 Ref 1とを比較してレベル変換し、この出力に接続してある比較器 # Bに出力するものである。

[0017] 本発明に係る DC— DCコンバータは、差動増幅器 # Aを備えてある。この差動増幅器 # Aは、外部に有して DC— DCコンバータの入力電圧 Vfcを制御する任意値の電圧制御入力 Vsetと燃料電池の出力電圧即ち DC— DCコンバータの入力電圧 Vfc とを入力とし、入力電圧 Vfcを電圧制御入力 Vsetと同値にするための制御信号を出力するよう構成してある。

[0018] なお、電圧制御入力 Vsetは以下の式で示すことができる。

Vset = Vfc水 R2/ (Rl +R2)

例えば、 Rl =R2 = lkQで、電池出力を 5Vに制御したいときは、

Vset = 5V * lkZ (lk+ lk) = 2. 5Vとなり、外部より 2. 5Vで入力すればよいことになる。

[0019] この比較器 # Bは、電圧検出器 # Cより二次電池 Bの出力電圧 Vbattをレベル変換してなる電圧信号と、三角波発振器 (OSC)から発振する安定制御するための制御信号とを比較し、後述する動作状態検出回路 2を介して第一のコンバータ 1の制御用スイッチ Q1に駆動信号を出力するものである。

[0020] 本発明に係る DC— DCコンバータは、動作状態検出回路 2を備えてある。この動作状態検出回路 2は、補償電圧と燃料電池の出力電圧とを所定時間毎に比較し、燃料電池が使用可能な状態であるかを検出する回路で、燃料電池の出力電圧が補償電圧を下回ったときに、スイッチング電源の制御用スィッチ Q1の動作を停止して、燃料電池の出力電圧が補償電圧を上回ったときに、スイッチング電源の制御用スィッチ Q 1を正常に動作する。なお、この動作状態検出回路 2は応急処置的に設けられたものなので、必ずしも必要な回路ではない。

[0021] 続いて、電流制御回路 10の具体例を図 2で示し、これについて説明する。本実施例に係る電流制御回路 10aは、第一のコンバータ 1の二次電池 Bへの出力電圧 V battと基準電圧 Ref2とを比較して制御量を出力する比較回路 11と、この制御量を利用して二次電池 Bの定電流制御を行う定電流制御回路 12aとを備えてある。比較回路 11は増幅器 # Dを備え、この増幅器 # Dで出力電圧 Vbattと基準電圧 Ref2とを比較してレベル変換し、制御量を出力するように構成してある。

[0022] 定電流制御回路 12aは分圧抵抗 R5, R6を備えてある。一方の分圧抵抗 R5の一端を第一のコンバータ 1の二次電池 Bへの出力の正側出力端に接続し、他方の分圧抵抗 R6の他端を増幅器 # Dの出力端子に接続してある。また、分圧抵抗 R5, R6との接続点に半導体スィッチ Q2の制御端子に接続し、さらに、定電流制御回路 12aは分圧抵抗 R7, R8を備えてある。一方の分圧抵抗 R7の一端を半導体スィッチ Q2の出力端子に接続し、他方の分圧抵抗 R8の他端を第一のコンバータ 1の負側出力端に接続してある。

[0023] また、分圧抵抗 R7, R8との接続点に第二の半導体スィッチ Q3aの制御端子に接続し、この第二の半導体スィッチ Q3aは二次電池 Bの負の端子に接続してある。そのために、出力電圧が上昇した場合に半導体スィッチ Q2及び第二の半導体スィッチ Q 3aをオンさせることにより、二次電池 Bに電力を定電流にて供給して、第一のコンパータ 1の二次電池 Bへの出力電圧 Vbattを基準電圧 Ref2で決まる電圧まで下げるように構成してある。

[0024] また、出力電圧が下降した場合に半導体スィッチ Q2及び第二の半導体スィッチ Q 3aをオフさせることにより、二次電池 Bへの電力の供給を抑制して、第一のコンパ一タ 1の二次電池 Bへの出力電圧 Vbattを基準電圧 Ref2で決まる電圧まで上げるように構成してある。

[0025] さらに、第一のコンバータ 1の二次電池 Bへの出力電圧 Vbattと負荷 Roへの出力電圧 VRoの関係であるが、 2つの出力は電力給電のために第一のコンバータ 1内で使用される一つの卷線において磁気結合されたいわゆる多出力化構成であるため、その出力電圧 VRoはそれぞれの卷線の卷数比で決定されることになり（卷数が同じであれば、二つの出力電圧は同じである。）、結果として、負荷 Roへの出力電圧 VRoは分圧抵抗 R3, R4により検出制御される二次電池 Bへの出力電圧 Vbattに依存した電圧値に制御されることとなる。これについては、以下の電流制御回路 10の実施例においても同様である。

[0026] 続いて、別の電流制御回路 10bの具体例を図 3で示す。電流制御回路 10bは、本実施例も第一のコンバータ 1の二次電池 Bへの出力電圧 Vbattと基準電圧 Ref2とを比較して制御量を出力する比較回路 11と、この制御量を利用して二次電池 Bの定電流制御を行う定電流制御回路 12bとを備えてある。比較回路 11は増幅器 # Dを備え、この増幅器 # Dで出力電圧と基準電圧 Ref2とを比較してレベル変換し、制御量を出力するように構成してある。

[0027] 定電流制御回路 12bは分圧抵抗 R5, R6を備えてある。一方の分圧抵抗 R5の一端を第一のコンバータ 1の二次電池 Bへの出力の正側出力端に接続し、他方の分圧抵抗 R6の他端を増幅器 # Dの出力端子に接続してある。また、分圧抵抗 R5, R6との接続点に半導体スィッチ Q2の制御端子に接続し、さらに、定電流制御回路 12bは分圧抵抗 R7, R8を備えてある。一方の分圧抵抗 R7の一端を半導体スィッチ Q2の出力端子に接続し、他方の分圧抵抗 R8の他端を第一のコンバータ 1の負側出力端に接続してある。

[0028] また、分圧抵抗 R7, R8との接続点に増幅器 # Gの検出端子に接続し、この増幅器

# Gの出力端子を FETで構成した第二の半導体スィッチ Q3bのゲート端子に接続してある。この第二の半導体スィッチ Q3bは二次電池 Bの負の端子に接続してある。さらに、第二の半導体スィッチ Q3bのソース端子に電流検出抵抗 R24の一端を接続し、この電流検出抵抗 R24の両端を増幅器 # Hの両入力端子に接続し、この増幅器 # Hの出力端子を前記増幅器 # Gの基準端子に接続し、フィードバックをかけて、る。そのために、出力電圧が上昇した場合に半導体スィッチ Q2及び第二の半導体スィツチ Q3bをオンさせることにより、二次電池 Bに電力を定電流にて供給して、 DC— D Cコンバータの二次電池 Bへの出力電圧 Vbattを基準電圧 Ref2で決まる電圧まで下げて制御できるように構成してある。この時、定電流の最大値を分圧抵抗 R7, R8により制限することができるため、二次電池 Bの充電電流 Ibattが任意設定でき、安全なシステムが実現できる。

[0029] また、出力電圧が下降した場合に半導体スィッチ Q2及び第二の半導体スィッチ Q 3bをオフさせることにより、二次電池 Bへの電力の供給を抑制して、 DC— DCコンパータの二次電池 Bへの出力電圧 Vbattを基準電圧 Ref2で決まる電圧まで上げて制御するように構成してある。

[0030] 続いて、別の電流制御回路 10cの具体例を図 4で示し、これについて説明する。電流制御回路 10cは、 DC— DCコンバータの二次電池 Bへの出力電圧 Vbattと基準電圧 Ref2とを比較して制御量を出力する比較回路 11と、この制御量を利用して二次電池 Bの定電流制御を行う定電流制御回路 12cとを備えてある。比較回路 11は増幅器 # Dを備え、この増幅器 # Dで出力電圧と基準電圧 Ref2とを比較してレベル変換し、制御量を出力するように構成してある。

[0031] 定電流制御回路 12cは分圧抵抗 R5, R6を備えてある。一方の分圧抵抗 R5の一端を第一のコンバータ 1の二次電池 Bへの出力の正側出力端に接続し、他方の分圧抵抗 R6の他端を増幅器 # Dの出力端子に接続してある。また、分圧抵抗 R5, R6との接続点に半導体スィッチ Q2の制御端子に接続し、さらに、定電流制御回路 12cは分圧抵抗 R7, R8を備えてある。一方の分圧抵抗 R7の一端を半導体スィッチ Q2の出力端子に接続し、他方の分圧抵抗 R8の他端を第一のコンバータ 1の負側出力端に接続してある。

[0032] また、分圧抵抗 R7, R8との接続点に第二の半導体スィッチ Q3の制御端子に接続し、この第二の半導体スィッチ Q3aは二次電池 Bの負の端子に接続してある。そのために、出力電圧が上昇した場合に半導体スィッチ Q2及び第二の半導体スィッチ Q3 aをオンさせることにより、二次電池 Bに電力を定電流にて供給して、第一のコンパ一タ 1の二次電池 Bへの出力電圧 Vbattを基準電圧 Ref2で決まる電圧まで下げるように構成してある。

[0033] また、出力電圧が下降した場合に半導体スィッチ Q2及び第二の半導体スィッチ Q 3aをオフさせることにより、二次電池 Bへの電力の供給を抑制して、第一のコンパ一タ 1の二次電池 Bへの出力電圧 Vbattを基準電圧 Ref2で決まる電圧まで上げるように構成してある。

[0034] また、定電流制御回路 12cは半導体スィッチ Q10を備えてある。この半導体スイツチ Q10の入出力端子を半導体スィッチ Q2の入出力端子に並列に接続してある。定電流制御回路 12cは分圧抵抗 R22, R23を備えてある。一方の分圧抵抗 R22の一端を第一のコンバータ 1の二次電池 Bへの出力の正側出力端に接続し、他方の分圧抵抗 R23の他端を AC入力端子に接続してある。また、分圧抵抗 R22, R23との接続点に半導体スィッチ Q 10の制御端子に接続してあり、 ACアダプタ力も入力されると A C入力端子がロウとなるように外部入力し、同時にコンバータに停止信号を送るようにしてある。また、半導体スィッチ Q 10がオンして ACアダプタからの電流で充電を開始した際に、半導体スィッチ Q3aはオン状態になり、二次電池 Bは定電流充電される。また、充電電流は二次電池 Bの充電電圧の上昇とともに減少する。

[0035] 続いて、別の電流制御回路 10dの具体例を図 5で示す。電流制御回路 10dは、本実施例も第一のコンバータ 1の二次電池 Bへの出力電圧 Vbattと基準電圧 Ref2とを比較して制御量を出力する比較回路 11と、この制御量を利用して二次電池 Bの定電流制御を行う定電流制御回路 12dとを備えてある。比較回路 11は増幅器 # Dを備え、この増幅器 # Dで出力電圧と基準電圧 Ref2とを比較してレベル変換し、制御量を出力するように構成してある。

[0036] 定電流制御回路 12dは分圧抵抗 R5, R6を備えてある。一方の分圧抵抗 R5の一端を第一のコンバータ 1の二次電池 Bへの出力の正側出力端に接続し、他方の分圧抵抗 R6の他端を増幅器 # Dの出力端子に接続してある。また、分圧抵抗 R5, R6との接続点に半導体スィッチ Q2の制御端子に接続し、さらに、定電流制御回路 12dは分圧抵抗 R7, R8を備えてある。一方の分圧抵抗 R7の一端を半導体スィッチ Q2の出力端子に接続し、他方の分圧抵抗 R8の他端を第一のコンバータ 1の負側出力端に接続してある。

[0037] また、分圧抵抗 R7, R8との接続点に増幅器 # Gの検出端子に接続し、この増幅器

# Gの出力端子を FETで構成した第二の半導体スィッチ Q3bのゲート端子に接続してある。この第二の半導体スィッチ Q3bは二次電池 Bの負の端子に接続してある。さらに、第二の半導体スィッチ Q3bのソース端子に電流検出抵抗 R24の一端を接続し、この電流検出抵抗 R24の両端を増幅器 # Hの両入力端子に接続し、この増幅器 # Hの出力端子を前記増幅器 # Gの基準端子に接続し、フィードバックをかけて、る。そのために、出力電圧が上昇した場合に半導体スィッチ Q2及び第二の半導体スィツチ Q3bをオンさせることにより、二次電池 Bに電力を定電流にて供給して、第一のコンバータ 1の二次電池 Bへの出力電圧 Vbattを基準電圧 Ref2で決まる電圧まで下げて制御できるように構成してある。この時、定電流の最大値を分圧抵抗 R7, R8により制限することができるため、二次電池 Bの充電電流 Ibattが任意設定でき、安全なシステムが実現できる。

[0038] また、出力電圧が下降した場合に半導体スィッチ Q2及び第二の半導体スィッチ Q 3bをオフさせることにより、二次電池 Bへの電力の供給を抑制して、第一のコンパ一タ 1の二次電池 Bへの出力電圧 Vbattを基準電圧 Ref2で決まる電圧まで上げて制御するように構成してある。

[0039] また、定電流制御回路 12dは半導体スィッチ Q10を備えてある。この半導体スイツチ Q10の入出力端子を半導体スィッチ Q2の入出力端子に並列に接続してある。定電流制御回路 12cは分圧抵抗 R22, R23を備えてある。一方の分圧抵抗 R22の一端を第一のコンバータ 1の二次電池 Bへの出力の正側出力端に接続し、他方の分圧抵抗 R23の他端を AC入力端子に接続してある。また、分圧抵抗 R22, R23との接続点に半導体スィッチ Q 10の制御端子に接続してあり、 ACアダプタ力も入力されると A C入力端子がロウとなるように外部入力し、同時にコンバータに停止信号を送るようにしてある。また、半導体スィッチ Q 10がオンして ACアダプタからの電流で充電を開始した際に、半導体スィッチ Q3bはオン状態になり、二次電池 Bは定電流充電される。また、充電電流 Ibattは二次電池 Bの充電電圧 Vbattの上昇とともに減少する。

[0040] 続いて、本発明は二次電池 Bの出力と負荷 Roとの間に第二のコンバータ 30を設けてあることに特徴を有する。この一実施例を図 8に示してある。この第二のコンバータ 30には、起動 Z停止を信号入力（例えばハイ Zロウ)で制御する端子が設けられている。そこで、この端子に入力する制御信号を設定するように構成してある。この第二のコンバータ 30の起動/停止電圧のために、抵抗 Rc, Rdで構成した分圧回路、及び抵抗 Reとダイオード Daを直列に接続して構成したヒステリシス回路を設け、この分圧回路とヒステリシス回路で基準電圧 Refaを構成し、この基準電圧 Refaを比較器 Compaの一方の入力に信号入力するように構成してある。また、比較器 Compaの他方には負荷電圧 VRoを抵抗 Ra, Rbで分圧検出した比較電圧 Visを入力するように構成してある。この比較器 Compaの出力に第二のコンバータ 30を接続し、第二のコンバータ 30の起動 Z停止を信号入力で制御するようにしてある。

[0041] 上記のように構成してある DC— DCコンバータは、以下のように作用する。なお、電流制御回路が機能しない場合の電力特性について図 6に示し、電流制御回路が機能する場合の電力特性について図 7に示す。また、第二のコンバータ 30の動作特性について図 9に示す。なお、本実施例においては、第一のコンバータ 1内で 1つの卷線の磁気結合により構成される二次電池 Bへの出力電圧と負荷 Roへの出力電圧の電圧調整にための卷数比は同卷数として設定して、るため、 Vo = VRo = Vbattである。

[0042] 本発明に係る DC— DCコンバータは、通常時においては、入力源 Vfcから第一のコンバータ 1を介して負荷 Roに電力が供給される。このとき、第二のコンバータ 30を起動若しくは停止させるために、比較器 Compaに基準電圧 Refaと比較電圧 Visを入力する。この際、比較器 Comp aの入力条件 (初期）は" Vis > Ref a"でありその比較器 Compaの出力はロウに保持されている。そのため、基準電圧 Refaは、前記ヒステリシス回路の設定分だけ、低い電圧値に設定される（図 9図示 VA)。

[0043] 続いて、負荷 Roに流れる電流が定格以上の状態 (垂下）にある場合は、図 6に示すように、電流制御回路 10は機能せず、第二のコンバータ 30及び二次電池 Bから電流が供給される。二次電池 Bはダイオード D1を介して給電を行う。

[0044] 続いて、主回路の動作停止や負荷 Roに流れる電流が定格以上の状態 (垂下）にある場合の第二のコンバータ 30の動作について説明する。出力垂下等で負荷電圧 V Roと共に比較電圧 Visが低下して基準電圧 Refaに達すると、比較器 Compa出力は反転して、ハイに移行する。この時、第二のコンバータ 30に対して比較器 Compaの出力と補助電源電圧 Vcc間に設けた抵抗 Ri¾®して起動信号 (ハイ)が入力されて、第二のコンバータ 30は動作を開始し、電流が主回路に供給される。さらに、比較器 Compaの出力がハイに移行したことで前記ヒステリシス回路は切り離されるために、基準電圧 Refaは前記分圧回路のみの設定となり、基準電圧 Refaは上昇する（図 9図示 VB) ₀なお、本実施例では、基準電圧 Refaを VA, VBとし、第二のコンバータ 30の負荷電圧設定を VDとし、主回路の負荷電圧設定を VCとし、これらの電圧設定を" V A<VD<VB<VC"〖こなるように設定してある。

[0045] 続いて、通常状態において負荷電流 Iloadが減少した場合について説明する。図 7 に示すように、負荷電流 Iloadが低下すると、出力電圧 Voは上昇する。出力電圧 V。が上昇し、出力電圧 Voが基準電圧 Ref2を上回ると、電流制御回路 10に設けた増幅器 # D力負方向の制御量を出力する。これが分圧抵抗 R5, R6を介して半導体スィツチ Q2の制御端子に出力され、半導体スィッチ Q2はオンする。さらに、分圧抵抗 R7 , R8を介して第二の半導体スィッチ Q3の制御端子に出力され、第二の半導体スイツチ Q3もオンすると、二次電池 Bに流れる充電電流 Ibattが増加して、出力供給電力 P outは一定ィ匕する。これにより、出力電圧 Voも垂下点で安定させることができる。

[0046] 続、て、負荷電流 Iloadが増加した場合にっ、て説明する。図 7に示すように、負荷電流 Iloadが増加すると、出力電圧 Voは下降する。出力電圧 Voが下降し、出力電圧 V。が基準電圧 Ref2を下回ると、電流制御回路 10に設けた増幅器 # D力も正方向の制御量を出力する。これが分圧抵抗 R5, R6を介して半導体スィッチ Q2の制御端子に出力され、半導体スィッチ Q2はオフする。さらに、分圧抵抗 R7, R8を介して第二の半導体スィッチ Q3の制御端子に出力され、第二の半導体スィッチ Q3もオフすると、二次電池 Bに流れる充電電流 Ibattが減少して、出力供給電力 Poutは一定ィ匕する。これにより、出力電圧 Voも垂下点で安定させることができる。

[0047] 続いて、本発明に係る DC— DCコンバータの変形例を図 10に示す。図 10図示の DC DCコンバータは、外部に有して DC— DCコンバータの入力電流を制御する任意値の電流制御入力 Isetと入力源 Vfcの出力電流即ち DC— DCコンバータの入力電流 Ifcとを入力し、入力電流 Ifcを電流制御入力 Isetと同値にするための制御信号を出力するよう以下のように構成してある。先ず、本実施例では、電流検出抵抗 Rm を入力源 Vfcの出力端に設けてあり、この電流検出抵抗 Rmを用いて入出力間の電位を検出する。この電流検出抵抗 Rmの入出力間を増幅器 # Eのそれぞれの入力端子に接続し、この増幅器 # Eを用いて電流補償電圧に増幅する。なお、電流検出抵抗 Rmの入力側を増幅器 # Eのマイナス入力端子に接続し、電流検出抵抗 Rmの出力側を増幅器 # Eのプラス入力端子に接続してある。

[0048] 本実施例では差動増幅器 # Fを備えてあり、差動増幅器 # Fは、外部に有して DC

DCコンバータの入力電流を制御する任意値の電流制御入力 Isetと入力源 Vfcの出力電流即ち DC— DCコンバータの入力電流 Ifcとを入力し、制御信号を比較器 # Bに出力するように構成してある。その他の構成については図 1図示 DC— DCコンパータとほぼ同様であるため、説明を省略する。

[0049] 本実施例においては、図 1図示 DC— DCコンバータと、外部に有して DC— DCコンバータの入力電流を制御する任意値の電流制御入力 Isetと入力源 Vfcの出力電流即ち DC— DCコンバータの入力電流 Ifcとを入力し、制御信号を出力するよう以下のように構成してある点で相違する力入力電流 Ifcが増加すると、これに比例して入力電圧 Vfcが下降する関係にあるのみであるため、作用については、図 1図示 DC— D Cコンバータとほぼ同様である。

産業上の利用可能性

[0050] 本発明に係る DC— DCコンバータによれば、出力側に負荷と二次電池を備え、二次電池に電流制御回路を接続し、負荷の電流が減少すると、二次電池への充電電流は電流制御回路により増加し、負荷の電流が増加すると、二次電池への充電電流が減少するように制御構成したことにより、全体の出力給電電力を一定電力化でき入力電圧 (例えば燃料電池出力）を一定電圧制御できる。また、出力電圧は設定する垂下点で安定化されるため負荷に安定電力を給電できる。

[0051] さらに、本発明に係る DC— DCコンバータによれば、給電する燃料電池電力を安定ィ匕制御するコンバータと負荷電圧調整用コンバータの 2つのコンバータを単一コンバータの多出力化により一体ィ匕構成としているため、高効率ィ匕が求められるシステムにお、て比較的容易に高効率ィ匕を実現できる。

Claims

請求の範囲

[1] 電力供給時の出力インピーダンスが比較的大き!、燃料電池や太陽電池等を入力源とする DC— DCコンバータにおいて、出力に一つの卷線に卷回され、その卷線数比で電圧値が決定される磁気結合により構成される任意負荷への出力と二次電池への出力を備え、該二次電池の出力と該負荷との間に第二のコンバータを接続してあるとともに、該二次電池に接続される電流制御回路は、前記磁気結合の作用のために該負荷の電流が減少すると、該二次電池へ流入する充電電流を増加させ、該負荷の電流が増加すると、該二次電池への充電電流を減少させるように制御し、該二次電池の出力電圧が設定する垂下電圧にて維持されるように構成してあることを特徴とする DC— DCコンノータ。

[2] 前記電流制御回路は、前記二次電池の出力電圧と基準電圧とを比較して制御量を出力する比較手段と、この制御量に応じてオン'オフする半導体スィッチを備え、このオン ·オフにより該二次電池の定電流制御を行う定電流制御手段とを備えてあることを特徴とする請求項 1記載の DC— DCコンバータ。

[3] 前記定電流制御手段は、前記比較手段の出力部に接続する第一のレベル変換手段を備え、この第一のレベル変換手段は、前記二次電池の正側出力端に接続してあるとともに、前記半導体スィッチの制御端子に接続してあり、該半導体スィッチの出力端子に第二のレベル変換手段を接続し、この第二のレベル変換手段は、 DC-D Cコンバータの負側出力端に接続してあるとともに、第二の半導体スィッチの制御端子に接続し、この第二の半導体スィッチの出力端子は該二次電池の入力端子に接続してあり、前記負荷の電流が減少すると、該二次電池へ流入する充電電流を増加させ、該負荷の電流が増加すると、該二次電池への充電電流を減少させるように制御し、該二次電池の出力電圧が設定する垂下電圧にて維持されるように構成してあることを特徴とする請求項 2記載の DC— DCコンバータ。

[4] 前記入力源の電圧を検出し、任意に設定可能な電圧制御入力と比較制御し、その制御量から入力電圧を定電圧化制御する機能を備えてあることを特徴とする請求項 1記載の DC - DCコンバータ。

[5] 前記入力源の電圧を検出し、任意に設定可能な電圧制御入力と比較制御し、その制御量から入力電圧を定電圧化制御する機能を備えてあることを特徴とする請求項 2記載の DC - DCコンバータ。

[6] 前記入力源の電圧を検出し、任意に設定可能な電圧制御入力と比較制御し、その制御量から入力電圧を定電圧化制御する機能を備えてあることを特徴とする請求項 3記載の DC - DCコンバータ。