(57)【要約】      （修正有）【課題】負荷に安定した電圧を供給し、高い電圧が要求される負荷に対しても太陽電池の直列接続数を増やす必要がなく、また負荷が無負荷状態の場合において負荷に電圧を供給しない、電源システムを提供する。【解決手段】太陽電池２と、太陽電池２が発生する電圧を電圧変換し、負荷５に供給する昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ３とから構成され、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、負荷５が無負荷状態の時に太陽電池２をシャントするシャント機能部４を備える構成とした。【選択図】図１
2014093877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、
前記太陽電池が発生する電圧を電圧変換し、負荷に供給する昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータとから構成され、
前記昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記負荷が無負荷状態の時に前記太陽電池をシャントするシャント動作を行うシャント機能部を備えた構成の電源システム。
【請求項２】
前記昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータは、トランスとスイッチング素子とダイオードと出力コンデンサとを有する絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記シャント機能部は前記絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの前記トランスの１次巻線と前記スイッチング素子との直列回路で構成し、
前記シャント動作を行うシャント動作モード時は、前記太陽電池と、前記トランスの１次巻線とオン状態の前記スイッチング素子との前記直列回路とで閉回路を構成し、
前記シャント動作モード終了後の昇圧モードにおいて、前記スイッチング素子を制御して、前記出力コンデンサの電圧を前記負荷が要求する設定電圧まで昇圧して前記負荷に供給する構成とした請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータは、リアクトルとスイッチング素子とダイオードと出力コンデンサとを有する非絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記シャント機能部は前記非絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの前記リアクトルと前記スイッチング素子との直列回路で構成し、
前記シャント動作を行うシャント動作モード時は、前記太陽電池と、前記リアクトルとオン状態の前記スイッチング素子との前記直列回路とで閉回路を構成し、
前記シャント動作モード終了後の昇圧モードにおいて、前記スイッチング素子を制御して、前記出力コンデンサの電圧を前記負荷が要求する設定電圧まで昇圧して前記負荷に供給する構成とした請求項１に記載の電源システム。
【請求項４】
前記昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータは、リアクトルとスイッチング素子とダイオードと出力コンデンサとを有する非絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記シャント機能部は前記非絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの前記リアクトルと前記スイッチング素子との直列回路で構成し、
前記シャント動作を行うシャント動作モード時は、前記太陽電池と、前記リアクトルとオン状態の前記スイッチング素子との前記直列回路とで閉回路を構成し、
前記シャント動作モード終了後、初期充電モードにおいて、前記出力コンデンサの電圧を前記太陽電池の出力電圧まで昇圧し、
その後、昇圧モードにおいて、前記スイッチング素子を制御して、前記出力コンデンサの電圧を前記負荷が要求する設定電圧まで昇圧して前記負荷に供給する構成とした請求項１に記載の電源システム。
【請求項５】
前記初期充電モードにおいて、前記スイッチング素子をオフ状態とし、前記太陽電池と、前記リアクトルと前記ダイオードと前記出力コンデンサとの直列回路とで閉回路を構成して、前記太陽電池の出力電圧まで前記出力コンデンサの電圧を充電して昇圧させる構成とした請求項４に記載の電源システム。
【請求項６】
前記初期充電モードにおいて、前記スイッチング素子を一定周期でオンオフして、オン時間を徐々に長く可変するように制御して、前記出力コンデンサの電圧を前記太陽電池の出力電圧まで昇圧させる構成とした請求項４に記載の電源システム。
【請求項７】
前記昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータは、結合リアクトルとスイッチング素子とプッシュプルトランスとダイオードと出力コンデンサとを有する非絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記シャント機能部は前記非絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの前記結合リアクトルの巻線と前記プッシュプルトランスと前記スイッチング素子との直列回路で構成し、
前記シャント動作を行うシャント動作モード時は、前記太陽電池と、前記結合リアクトルの巻線と前記プッシュプルトランスとオン状態の前記スイッチング素子との前記直列回路とで閉回路を構成し、
前記シャント動作モード終了後、初期充電モードにおいて、前記スイッチング素子をオフ状態とし、前記太陽電池と、前記結合リアクトルの巻線と前記ダイオードと前記出力コンデンサとの直列回路とで閉回路を構成して、前記太陽電池の出力電圧まで前記出力コンデンサの電圧を充電して昇圧し、
その後、昇圧モードにおいて、前記スイッチング素子を制御して、前記出力コンデンサの電圧を前記負荷が要求する設定電圧まで昇圧して前記負荷に供給する構成とした請求項１に記載の電源システム。
【請求項８】
さらに、前記昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの入力側に充電回路を介してバッテリを接続し、前記バッテリから放電回路を介して前記昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側に接続した構成の請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項９】
前記負荷は人工衛星用電気推進装置である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人工衛星用の電源システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の人工衛星用の電源システムでは、太陽電池はアイソレーションダイオードを介して負荷に接続されており、太陽電池には余剰電力消費回路を用いて、日照時に負荷に供給される電圧が上がり過ぎないように電圧が制御されている。また、出力ラインに充電回路と放電回路をそれぞれ介してバッテリが接続されている（例えば、特許文献１）。
また、従来の他の人工衛星の電源システムでは、太陽電池はＤＣ／ＤＣコンバータを介して負荷に接続され、出力ラインに充電回路と放電回路をそれぞれ介してバッテリが接続されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２６７９３４８号（２頁右カラム、３頁左カラム［実施例］、図１）
【特許文献２】特許第４１０８３１３号（段落［００１１］、［００１２］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１開示の電源システムでは、太陽電池の出力電圧がアイソレーションダイオードを介して負荷に直接接続されているため、太陽電池の出力電圧変動がそのまま負荷の電圧変動となる、負荷に高い電圧が要求される場合、太陽電池の直列接続数を増やす必要がある、また無負荷状態でも、太陽電池から負荷側に電圧が供給される、という問題がある。
また、特許文献２開示の電源システムでは、負荷が無負荷状態でも、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力から負荷側に電圧が供給される、という問題がある。
【０００５】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、負荷に安定した電圧を供給し、高い電圧が要求される負荷に対しても太陽電池の直列接続数を増やす必要がなく、また負荷が無負荷状態の場合において負荷に電圧を供給しない、電源システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る電源システムは、太陽電池と、太陽電池が発生する電圧を電圧変換し、負荷に供給する昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータとから構成され、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータは、負荷が無負荷状態の時に太陽電池をシャントするシャント動作を行うシャント機能部を備える構成としたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る電源システムは、上記のように構成されているため、負荷に安定した電圧を供給し、高い電圧が要求される負荷に対しても太陽電池の直列接続数を増やす必要がなく、また負荷が無負荷状態の場合において負荷に電圧を供給しない電源システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電源システムの構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを用いた電源システムの回路構成図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るシャント動作モードの動作説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る太陽電池の電流−電圧特性図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る動作モードと負荷電圧の特性図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを用いた電源システムの回路構成図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係るシャント動作モードの動作説明図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る初期充電モードの動作説明図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る動作モードと負荷電圧の特性図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係る非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを用いた電源システムの回路構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に係るシャント動作モードの動作説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態４に係る初期充電モードの動作説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態５に係る電源システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
実施の形態１は、太陽電池と太陽電池が発生する電圧を電圧変換し負荷に供給する昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータとから構成され、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータは、負荷が無負荷状態の場合太陽電池をシャントするシャント機能部を備える構成とした電源システムに関するものである。
【００１０】
以下、本願発明の実施の形態１に係る電源システム１の構成、動作について、電源システムの構成図である図１に基づいて説明する。
なお、以下の説明では「シャント機能」を「閉回路を構成する機能」、「シャント動作」を「閉回路を構成する動作」の意味で使用する。
【００１１】
電源システム１は、太陽電池２と昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ３から構成され、負荷５に電圧を供給する。昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、内部にシャント機能部４を備える。
太陽電池２は昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力に接続され、負荷５は昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力に接続されている。昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ３のシャント機能部４は、太陽電池２をシャントするためのシャント機能を有する。
太陽電池２は、太陽電池セルを直列に接続した太陽電池ストリングや太陽電池モジュールで構成される。
【００１２】
次に、電源システム１の動作について説明する。
負荷５に電圧を供給する場合は、太陽電池２が発生する電圧を昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ３で高い出力電圧に電圧変換し、負荷５に供給する。従って、負荷５に要求される電圧を安定した電圧で供給できると共に、高い電圧が要求される負荷５に対しても太陽電池２の直列接続数を増やすことなく対応できる。
また、負荷５が無負荷状態の場合は、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ３のシャント機能部４を動作させ、太陽電池２をシャントする、すなわち閉回路を構成することにより、負荷５に電圧を供給しない。
【００１３】
このため、負荷５が無負荷状態において、負荷５での誤動作や事故の危険を低減し、安全性を高めることができる。
更に、負荷５は、高い電圧が必要で比較的電力容量が必要な人工衛星用電気推進装置であっても良い。一般的な人工衛星のバス電圧である数十Ｖから１００Ｖ程度に対して、人工衛星用電気推進装置は、更に高い電圧（例えば数百Ｖから数ｋＶ）が必要であり、より顕著な効果を得ることができる。
【００１４】
実施の形態１の電源システム１は、高い電圧が要求される負荷５に対しても、太陽電池２の直列接続数を増やすことなく対応できるため、電源システムの小型化および耐久性の向上を図ることができる。
【００１５】
以上説明したように、実施の形態１の電源システム１は、太陽電池と太陽電池が発生する電圧を電圧変換し負荷に供給する昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータとから構成され、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータは、負荷が無負荷状態の場合太陽電池をシャントするシャント機能部を備える構成としたので、負荷に安定した電圧を供給し、高い電圧が要求される負荷に対しても太陽電池の直列接続数を増やす必要がなく、また負荷が無負荷状態の場合において負荷に電圧を供給しない電源システムを実現できる。
【００１６】
実施の形態２．
実施の形態２の電源システムは、実施の形態１の電源システム１の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ３を絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータで構成したものである。
以下、実施の形態２の電源システムの構成、動作について、電源システム１００の回路構成図である図２、シャント動作モードの動作説明図である図３、太陽電池の電流−電圧特性図である図４、動作モードと負荷電圧の特性図である図５に基づいて説明する。
【００１７】
まず、実施の形態２の電源システム１００の構成について、図２に基づいて説明する。図２において、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
【００１８】
電源システム１００は、太陽電池２と絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ（以降、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータと適宜、記載する）３０から構成され、負荷５に電圧を供給する。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、内部にシャント機能部４０を備える。
太陽電池２は絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の入力に接続され、負荷５は絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力に接続されている。
【００１９】
次に、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の回路構成を説明する。
絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、絶縁型のフライバックコンバータで構成され、トランス３１の１次側には、トランス３１の１次巻線４１とＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子４２が直列に接続されている。また、トランス３１の２次側にはトランス３１の２次巻線３２からダイオード３３を介して出力コンデンサ３４が接続されている。出力コンデンサ３４には並列に負荷５が接続されている。
【００２０】
次に、電源システム１００の動作について、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の動作を中心に、図３から図５に基づいて説明する。
シャント機能部４０のシャント動作モード時の動作を、図３に基づいて説明する。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０のトランス３１の１次側で、スイッチング素子４２をオン状態とすることにより、太陽電池２と、トランス３１の１次巻線４１とスイッチング素子４２の直列回路とで閉回路を構成する。
【００２１】
シャント動作モードの期間は、図４に示す太陽電池の電流−電圧特性を利用して、電流が太陽電池２の電流−電圧特性で決まる電流値で図３の閉回路を還流させる。なお、太陽電池２の電圧は低くなるため、図４に示す太陽電池２の電流−電圧特性において、上限電流に近い電流で還流する。
【００２２】
負荷５が無負荷の場合は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０のシャント機能部４０をシャント動作モードとし、太陽電池２と、トランス３１の１次巻線４１とオン状態のスイッチング素子４２との直列回路とで閉回路を構成することで、負荷５には電圧を供給しない。
【００２３】
次に、負荷５に電圧を供給する場合の動作について説明する。
負荷５に電力（電圧）供給の指令が来た場合には、シャント動作モードを終了し、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０のスイッチング素子４２を制御して、負荷５が要求する電圧、すなわち設定電圧を負荷５に供給する昇圧モードに移行する。
【００２４】
昇圧モードでは、スイッチング素子４２を一定周期でオンオフし、スイッチング素子４２のオン時間を徐々に長く可変するように制御することで、出力コンデンサ３４の電圧を設定電圧まで所定時間で昇圧する。すなわち、例えば、図５に示した昇圧モードの昇圧曲線に沿って昇圧するようにスイッチング素子４２のオン時間を徐々に長くするように制御する。
設定電圧に到達後は、設定電圧を維持するようにスイッチング素子４２をオンオフ制御する。
なお、所定時間については、出力電圧がオーバーシュートしないように昇圧させればよく、例えばシャントモードから昇圧モードに移行した直後は早く昇圧させ、設定電圧近くでは緩やかに昇圧させることができる。こうすることで、昇圧モードの期間を短縮でき、早く負荷５に供給する電圧を設定電圧まで昇圧できる。
【００２５】
以上説明したシャント動作モードと昇圧モードの２つの動作モードにおける負荷電圧は図５のように変化する。
シャント動作モードの期間は、負荷５に電圧は供給されない。昇圧モードでは、負荷５に要求される設定電圧まで所定時間で絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧すなわち負荷電圧が昇圧される。
【００２６】
実施の形態２の電源システム１００は、実施の形態１の電源システム１と同様の効果を奏すると共に、太陽電池２と負荷５との間の絶縁が確保され、シャント機能を絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータを使って実現することにより、コストや重量、体積を増加させることなく、太陽電池２と負荷５との間の絶縁を確保できる効果を奏する。また、シャント動作モード終了後に、負荷５に供給する電圧を緩やかに昇圧することにより、出力電圧のオーバーシュートを防止し、負荷の誤動作や劣化、破壊を防止する効果を奏する。
【００２７】
実施の形態２では、絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータとして、フライバックコンバータを適用したものを示したが、他の絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータであってもよく、例えばカレントフェッドプッシュプルコンバータを適用しても同様の効果を奏する。
【００２８】
以上説明したように、実施の形態２の電源システム１００は、太陽電池と太陽電池が発生する電圧を電圧変換し負荷に供給する絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータとから構成され、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、負荷が無負荷状態の場合太陽電池をシャントするシャント機能部を備える構成としたので、負荷に安定した電圧を供給し、高い電圧が要求される負荷に対しても太陽電池の直列接続数を増やす必要がなく、また負荷が無負荷状態の場合において負荷に電圧を供給しない電源システムを実現できる。
さらに、太陽電池と負荷との間の絶縁が確保され、より安全性を高めることができる。
【００２９】
実施の形態３．
実施の形態３の電源システムは、実施の形態１の電源システム１の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ３を非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータで構成したものである。
以下、実施の形態３の電源システムの構成、動作について、電源システム２００の回路構成図である図６、シャント動作モードの動作説明図である図７、初期充電モードの動作説明図である図８、動作モードと負荷電圧の特性図である図９および太陽電池の電流−電圧特性図である図４に基づいて説明する。
【００３０】
まず、実施の形態３の電源システム２００の構成について、図６に基づいて説明する。図６において、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
【００３１】
電源システム２００は、太陽電池２と非絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ（以降、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータと適宜、記載する）５０から構成され、負荷５に電圧を供給する。非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、内部にシャント機能部６０を備える。
太陽電池２は非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の入力に接続され、負荷５は非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力に接続されている。
【００３２】
次に、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の回路構成を説明する。
非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、非絶縁型のブーストコンバータであり、リアクトル６１、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子６２、ダイオード５１、および出力コンデンサ５２で構成されている。出力コンデンサ５２には並列に負荷５が接続されている。
非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０のシャント機能部６０は、リアクトル６１とスイッチング素子６２との直列回路で構成されている。
【００３３】
次に、電源システム２００の動作について、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の動作を中心に、図４および図７から図９に基づいて説明する。
まず、シャント機能部６０のシャント動作モード時の動作を、図７に基づいて説明する。リアクトル６１とスイッチング素子６２との直列回路で、スイッチング素子６２をオン状態とすることにより、太陽電池２と、リアクトル６１とスイッチング素子６２との直列回路とで閉回路を構成する。
シャント動作モードの期間は、図４に示す太陽電池の電流−電圧特性を利用して、電流が太陽電池２の電流−電圧特性で決まる電流値で図７の閉回路を還流させる。
【００３４】
負荷５が無負荷の場合は、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０のシャント機能部６０をシャント動作モードとし、太陽電池２と、リアクトル６１とオン状態のスイッチング素子６２との直列回路とで閉回路を構成することで、負荷５には電圧を供給しない。
【００３５】
次に、負荷５に電圧を供給する場合の動作について、説明する。
負荷５に電力（電圧）供給の指令が来た場合には、シャント動作モードを終了し、次に説明する初期充電モード、さらに昇圧モードに移行して出力コンデンサ５２の電圧を負荷５が要求する電圧、すなわち設定電圧まで昇圧する。
【００３６】
初期充電モードでは、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０のスイッチング素子６２をオフ状態とする。図８に示すように、太陽電池２と、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０のリアクトル６１とダイオード５１と出力コンデンサ５２との直列回路とで閉回路を構成する。この閉回路により、出力コンデンサ５２の電圧を太陽電池２の出力電圧まで充電する。
【００３７】
また、初期充電モードにおいて、出力コンデンサ５２の電圧を太陽電池２の出力電圧まで所定時間で昇圧するために、スイッチング素子６２を一定周期でオンオフするとともに、オン時間を徐々に長く可変するように制御することもできる。
【００３８】
初期充電モード終了後、昇圧モードにおいて、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０のスイッチング素子６２を制御して、負荷５に設定電圧を供給する。
昇圧モードでは、スイッチング素子６２を一定周期でオンオフし、スイッチング素子６２のオン時間を徐々に長く可変するように制御することで、出力コンデンサ５２の電圧を負荷５に要求される設定電圧まで所定時間で昇圧する。すなわち、例えば、図９に示した昇圧モードの昇圧曲線に沿って昇圧するようにスイッチング素子６２のオン時間を徐々に長くするように制御する。
【００３９】
以上説明したシャント動作モード、初期充電モード、および昇圧モードの３つの動作モードにおける負荷電圧は図９のように変化する。
シャント動作モードの期間は、負荷５に電圧は供給されない。初期充電モードでは、太陽電池の電圧まで、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧すなわち負荷電圧が昇圧される。昇圧モードでは、負荷５に要求される設定電圧まで所定時間で非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧すなわち負荷電圧が昇圧される。
なお、実施の形態３では、初期充電モードを設けたが、初期充電モードを設けずに、シャント動作モード終了後、すぐに昇圧モードとしてスイッチング素子６２を一定周期でオンオフし、スイッチング素子６２のオン時間を徐々に長く可変するように制御して、出力コンデンサ５２の電圧を負荷５に要求される設定電圧まで所定時間で昇圧することができる。
【００４０】
実施の形態３の電源システム２００は、実施の形態１の電源システム１と同様の効果を奏すると共に、コストや重量、体積を増加させずにシャント機能を持たせる効果を奏する。また、シャント動作モード終了後に、負荷５に供給する電圧を緩やかに昇圧することで、出力電圧のオーバーシュートを防止し、負荷の誤動作や劣化、破壊を防止する効果を奏する。
【００４１】
以上説明したように、実施の形態３の電源システム２００は、太陽電池と太陽電池が発生する電圧を電圧変換し負荷に供給する非絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータとから構成され、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、負荷が無負荷状態の場合太陽電池をシャントするシャント機能部を備える構成としたので、負荷に安定した電圧を供給し、高い電圧が要求される負荷に対しても太陽電池の直列接続数を増やす必要がなく、また負荷が無負荷状態の場合において負荷に電圧を供給しない電源システムを実現できる。
【００４２】
実施の形態４．
実施の形態４の電源システムは、実施の形態３の電源システム２００の非絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０を他の非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータで構成したものである。
以下、実施の形態４の電源システムの構成、動作について、電源システム３００の回路構成図である図１０、シャント動作モードの動作説明図である図１１、初期充電モードの動作説明図である図１２、太陽電池の電流−電圧特性図である図４、および動作モードと負荷電圧の特性図である図９に基づいて説明する。
【００４３】
まず、実施の形態４の電源システム３００の構成について、図１０に基づいて説明する。図１０において、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
【００４４】
電源システム３００は、太陽電池２と非絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ７０から構成され、負荷５に電圧を供給する。非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ７０は、内部にシャント機能部８０を備える。
太陽電池２は非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ７０の入力に接続され、負荷５は非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ７０の出力に接続されている。
【００４５】
次に、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ７０の回路構成を説明する。
非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ７０は、カレントプッシュプルコンバータを変形した非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータである。
非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ７０の基本構成は、結合リアクトル７１、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子８２、８３、プッシュプルトランス８４、ダイオード７３、７５、７６、および出力コンデンサ７４からなる。
【００４６】
次に、太陽電池２の電圧を昇圧する回路構成部について説明する。
結合リアクトル７１の巻線７２からダイオード７３を介して出力コンデンサ７４に接続される。また結合リアクトル７１の巻線８１、プッシュプルトランス８４の巻線８５からダイオード７５を介して出力コンデンサ７４に接続される。更に結合リアクトル７１の巻線８１、プッシュプルトランス８４の巻線８６からダイオード７６を介して出力コンデンサ７４に接続されている。
出力コンデンサ７４には、並列に負荷５が接続されている。
【００４７】
非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ７０のシャント機能部８０は、結合リアクトル７１の巻線８１とプッシュプルトランス８４とスイッチング素子８２、８３との直列回路を構成する。
【００４８】
次に、電源システム３００の動作について、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ７０の動作を中心に、図４および図１１、図１２に基づいて説明する。
まず、シャント機能部８０のシャント動作モード時の動作を、図１１に基づいて説明する。
スイッチング素子８２、８３をオン状態とすることにより、太陽電池２と、結合リアクトル７１の巻線８１とプッシュプルトランス８４とスイッチング素子８２、８３との直列回路とで閉回路を構成する。
シャント動作モードの期間は、図４に示す太陽電池の電流−電圧特性を利用して、電流が太陽電池２の電流−電圧特性で決まる電流値で図１１の閉回路を還流させる。
【００４９】
負荷５が無負荷の場合は、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ７０のシャント機能部８０をシャント動作モードとし、太陽電池２と、結合リアクトル７１の巻線８１とプッシュプルトランス８４とオン状態のスイッチング素子８２、８３との直列回路とで閉回路を構成することで、負荷５には電圧を供給しない。
【００５０】
次に、負荷５に電圧を供給する場合の動作について、説明する。
負荷５に電力（電圧）供給の指令が来た場合には、シャント動作モードを終了し、次に説明する初期充電モード、さらに昇圧モードに移行して出力コンデンサ７４の電圧を負荷５に要求される設定電圧まで昇圧する。
【００５１】
初期充電モードでは、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ７０のスイッチング素子８２、８３をオフ状態とする。図１２に示すように、太陽電池２と、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの結合リアクトル７１の巻線７２とダイオード７３と出力コンデンサ７４との直列回路とで閉回路を構成する。この閉回路により、出力コンデンサ７４の電圧を太陽電池２の出力電圧まで充電する。
【００５２】
また、初期充電モードにおいて、出力コンデンサ７４の電圧を太陽電池２の出力電圧まで所定時間で昇圧するために、スイッチング素子８２、８３を一定周期で同時にオフする期間を設けて交互にオンオフするとともに、オン時間を徐々に長く可変するように制御することもできる。
【００５３】
初期充電モード終了後、昇圧モードにおいて、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ７０のスイッチング素子８２、８３を制御して、負荷５に要求される設定電圧を負荷５に供給する。昇圧モードでは、スイッチング素子８２、８３を一定周期で同時にオフする期間を設けて交互にオンオフし、スイッチング素子８２、８３のオン時間を徐々に長く可変するように制御することで、出力コンデンサ７４の電圧を負荷５に要求される設定電圧まで所定時間で昇圧する。
【００５４】
以上説明したシャント動作モード、初期充電モード、および昇圧モードの３つの動作モードにおける負荷電圧の変化は実施の形態３の図９と同様である。
シャント動作モードの期間は、負荷５に電圧は供給されない。初期充電モードでは、太陽電池の電圧まで、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ７０の出力電圧すなわち負荷電圧が昇圧される。昇圧モードでは、負荷５に要求される設定電圧まで所定時間で非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ７０の出力電圧すなわち負荷電圧が昇圧される。
【００５５】
実施の形態４の電源システム３００は、実施の形態１の電源システム１と同様の効果を奏すると共に、コストや重量、体積を増加させずにシャント機能を持たせる効果を奏する。また、シャント動作モード終了後に、負荷５に供給する電圧を緩やかに昇圧することにより、出力電圧のオーバーシュートを防止し、負荷の誤動作や劣化、破壊を防止する効果を奏する。
【００５６】
以上説明したように、実施の形態４の電源システム３００は、太陽電池と太陽電池が発生する電圧を電圧変換し負荷に供給する非絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータとから構成され、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、負荷が無負荷状態の場合太陽電池をシャントするシャント機能部を備える構成としたので、負荷に安定した電圧を供給し、高い電圧が要求される負荷に対しても太陽電池の直列接続数を増やす必要がなく、また負荷が無負荷状態の場合において負荷に電圧を供給しない電源システムを実現できる。
【００５７】
実施の形態５．
実施の形態５の電源システムは、実施の形態１の電源システム１に太陽電池の発電エネルギーを蓄え、有効に利用するための充電回路、バッテリ、および放電回路を追加した構成としたものである。
以下、実施の形態５の電源システムの構成、動作について、電源システム４００の構成図である図１３に基づいて差異を中心に説明する。なお、適宜図２および図４を参照して説明する。
図１３において、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
【００５８】
実施の形態１の電源システム１との違いは、充電回路６、バッテリ７、および放電回路８を追加したことである。
充電回路６の入力は、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力側に接続されており、充電回路６の出力はバッテリ７に接続されている。また、バッテリ７は放電回路８の入力と接続されており、放電回路８の出力は昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力側に接続されている。
【００５９】
次に充電回路６、バッテリ７、および放電回路８の動作を図２および図４に基づいて説明する。なお、以下の説明では、充電回路６および放電回路８に図２の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータと同様の回路を使用した場合を例として、説明する。
【００６０】
充電回路６でバッテリ７を充電する動作を説明する。
シャントモード動作時において、充電回路６のスイッチング素子４２をオンすると、図４の太陽電池の電流−電圧特性のほぼ上限電流に近い電流が、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ３のシャント機能部４と充電回路６の入力側に分流して流れ、充電回路６のトランス３１の１次巻線４１にエネルギーを蓄積する。次にスイッチング素子４２をオフすると、トランス３１に蓄積されていたエネルギーをバッテリ７に充電することができる。
【００６１】
次に、放電回路８の動作を説明する。
放電回路８は、負荷５が無負荷時には動作をせず、バッテリ７からのエネルギーを負荷５に供給しない。
負荷５から要求があった場合には、放電回路８はスイッチング素子４２をオンオフすることにより、オン時にトランス３１にエネルギーを蓄積して、オフ時にトランス３１に蓄積されていたエネルギーを負荷５に放電する。
【００６２】
実施の形態５の電源システム４００は、負荷５が無負荷状態で、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ３から負荷５に電圧が供給されていない状態でも、日照時に太陽電池２の発電エネルギーを充電回路６でバッテリ７に蓄えることができる。また、バッテリ７に蓄えた太陽電池２の発電エネルギーは、放電回路８によって負荷５に供給することができる。
【００６３】
特許文献２で開示された電源システムでは、負荷が無負荷状態の場合にもＤＣ／ＤＣコンバータを動作させ続けないと日照時に太陽電池で発電したエネルギーをバッテリに充電できない問題があった。
しかし、実施の形態５の電源システム４００では、負荷５が無負荷状態で、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ３から負荷５に電圧が供給されていない状態でも、日照時にバッテリに太陽電池の発電エネルギーを蓄え、日陰時に有効に利用することができる。
【００６４】
以上説明したように、実施の形態５の電源システム４００は、実施の形態１の電源システム１に充電回路、バッテリ、放電回路を追加した構成としたので、実施の形態１の電源システム１の効果に加え、日照時の太陽電池の発電エネルギーを蓄え、日陰時に有効に利用することができるため、省エネルギーの効果がある。
【００６５】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１，１００，２００，３００，４００  電源システム、２  太陽電池、
３，３０，５０，７０  昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ、
４，４０，６０，８０  シャント機能部、５  負荷、６  充電回路、７  バッテリ、
８  放電回路、３１  トランス、３２  トランスの２次巻線、
３３，５１，７３，７５，７６  ダイオード、
３４，５２，７４  出力コンデンサ、４１  トランスの１次巻線、
４２，６２，８２，８３  スイッチング素子、６１  リアクトル、
７１  結合リアクトル、７２，８１  結合リアクトルの巻線、
８４  プッシュプルトランス、８５，８６  プッシュプルトランスの巻線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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