(57)【要約】【課題】  負荷等の電力等の変動による直流電源装置の出力電圧の変動を補償する電圧安定化回路装置に於いて、電圧変動補償のためのコンデンサの容量をより小さくし、電圧変動補償の応答性の良い構成を提供すること。【解決手段】  本発明の電圧安定化回路装置は、直流電源装置ＤＣＰＳの一対の出力端子間にインダクタＬを介して接続されたスイッチング手段Ｍ１と、インダクタの両端にてコンデンサＣを介して接続されたスイッチング手段Ｍ２と、常に、スイッチング手段のうちの一つが導通遮断状態となり、他方のスイッチング手段が導通状態となるようにスイッチング手段の導通を制御するスイッチング制御手段とを含み、出力電圧Ｖｏｕｔの変動を抑制するようにスイッチング手段Ｍ１に於ける所定の周期に対する導通を遮断する時間幅の比Ｄ１が調節される。【選択図】        図１
2019153016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の出力端子の間に直流の出力電圧を出力するよう構成された直流電源装置の前記出力電圧を安定化するための電圧安定化回路装置であって、
前記出力端子の一方に一方の端が接続されたインダクタと、
前記出力端子の前記一方と前記インダクタの前記一方の端とに一方の端が接続されたコンデンサと、
前記出力端子の他方に接続された第一の端子と、前記インダクタの他方の端に接続された第二の端子とを有する第一のスイッチング手段にして、前記第一の端子と前記第二の端子とを選択的に互いに導通する第一のスイッチング手段と、
前記第二の端子に接続された第三の端子と、前記コンデンサの他方の端に接続された第四の端子とを有する第二のスイッチング手段にして、前記第三の端子と前記第四の端子とを選択的に互いに導通する第一のスイッチング手段と、
前記第一のスイッチング手段及び前記第二のスイッチング手段が、同一の所定の周期にて、それぞれ、互いに異なる時期に、前記第一の端子と前記第二の端子との間及び前記第三の端子と前記第四の端子との間のうちの対応する端子間の導通を遮断し、且つ、常に、前記第一のスイッチング手段及び前記第二のスイッチング手段のうちの一方が、前記第一の端子と前記第二の端子との間及び前記第三の端子と前記第四の端子との間のうちの対応する端子間の導通を遮断し、前記第一のスイッチング手段及び前記第二のスイッチング手段のうちの他方が、前記第一の端子と前記第二の端子との間及び前記第三の端子と前記第四の端子との間のうちの対応する端子間を導通するよう前記第一のスイッチング手段及び前記第二のスイッチング手段の導通を制御するスイッチング制御手段と
を含み、
前記スイッチング制御手段が、前記出力電圧の変動を抑制するように前記第一のスイッチング手段の前記所定の周期に対する前記第一の端子と前記第二の端子との間の導通を遮断する時間幅の比を調節する装置。
【請求項２】
請求項１の装置であって、前記直流電源装置が前記一対の出力端子の間に目標電圧を出力するよう構成されており、前記スイッチング制御手段が、前記出力電圧が目標電圧と一致するように前記第一のスイッチング手段の前記所定の周期に対する前記第一の端子と前記第二の端子との間の導通を遮断する時間幅の比を調節する装置。
【請求項３】
請求項２の装置であって、前記スイッチング制御手段が、前記出力電圧が前記目標電圧を上回ったときには、前記第一のスイッチング手段の前記所定の周期に対する前記第一の端子と前記第二の端子との間の導通を遮断する時間幅の比を低減し、前記出力電圧が前記目標電圧を下回ったときには、前記第一のスイッチング手段の前記所定の周期に対する前記第一の端子と前記第二の端子との間の導通を遮断する時間幅の比を増大する装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかの装置であって、前記出力端子の前記一方が接地されている装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの装置であって、前記一対の出力端子の間に追加のコンデンサが接続されている装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池を用いた太陽光発電装置又はその他の電池、蓄電器などを用いた直流電源装置の出力電圧を安定化する回路装置に係り、より詳細には、直流電源装置の出力端子間に接続された負荷等の使用電力等の変動に起因する直流電源装置の出力電圧の変動を迅速に補償して出力電圧を安定化するための回路装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池や蓄電池などを用いた直流電源装置の出力端子間に接続された負荷、機器、インバータ回路（負荷等）に於ける使用電力、電圧及び／又は電流（電力等）の変動によって、直流電源装置の出力電圧（出力端子間の電圧）にも変動が生ずると、直流電源装置の動作効率の低下や動作の不安定化が惹起される場合がある。例えば、太陽電池を用いた太陽光発電装置の供給する直流電力を家庭用電力又は種々の機器の動作用の電力として用いるべく、太陽光発電装置の出力側にインバータを接続し、直流電力を交流電力に変換する場合、インバータの入力側の電力等にも周期的な変動（脈動）が発生するところ、その脈動がそのまま太陽光発電装置の出力端子間に伝わると、太陽電池の発電動作点が最大電力点又は最適動作点（発電電力の大きさが最大となる最適な動作点）から外れてしまい、発電効率の低下が引き起こされることとなる。このような発電効率の低下は、太陽光発電装置に接続された負荷等の使用する電力等の変動に起因する太陽光発電装置の出力電圧の変動によっても生ずる。また、蓄電池が或る機器と接続されている場合に、その機器の始動時及び停止時などに蓄電池の急激な充放電（突入電流）が生じたときには、蓄電池内の電解質の化学反応の緩和が追いつかず、蓄電池の電圧が短期的に変動して不安定化し、蓄電池に更に別の機器が接続されている場合には、その別の機器の動作にも影響を及ぼすことがある。そこで、従前より、太陽光発電装置又はその他の直流電源装置に於いて、上記の如き負荷等の作動に起因する出力電圧の変動を補償して出力電圧を安定化し或いは安定的に保持するための電圧安定化回路装置が種々提案されている。
【０００３】
上記の如き電圧安定化回路装置は、簡単には、直流電源装置の出力端子間に電圧の変動を吸収するコンデンサ（平滑コンデンサ）を接続することによって達成される。また、非特許文献１、２には、直流電源装置の出力端子間にスイッチング素子とインダクタとを介してコンデンサを接続してチョッパ回路を構成し、直流電源装置の出力電圧を一定に保持するべく、直流電源装置に接続された負荷等入力側に生じる電圧の変動を補填するようにチョッパ回路のスイッチング素子を切換えてコンデンサの充放電を実行する回路の構成が提案されている。更に、特許文献１には、スイッチング電源装置の出力端子間に二つの互いに逆相にＯＮ／ＯＦＦされるスイッチング素子を直列に接続し、それらのスイッチング素子の接続点と電源装置の出力端子の一方との間に平滑インダクタと平滑コンデンサとを接続し、負荷を平滑コンデンサに並列に対して接続し、出力電圧（負荷の両端電圧）と出力電圧の微分値とに基づいて、出力電圧が目標値に近づくようにスイッチング素子の時比率を調節する構成が開示されている。なお、上記の如きスイッチング素子、インダクタ及びコンデンサを含むチョッパ回路は、種々の態様にて、太陽電池の発電動作点を制御するための回路装置にも使用されている。例えば、本発明の発明者等は、特許文献２に於いて、太陽電池用の昇圧機能を有する動作点制御回路装置であって、スイッチング半導体素子やコンデンサで生じる損失を低減できる構成を提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−３１２３５
【特許文献２】特開２０１７−５９０９４
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「パワーデカップリング形太陽光発電用高効率インバータの制御方式」  鈴木進吾、和田圭二、清水敏久  電気学会研究会資料.SPC,半導体電力変換研究会  2011(25),55-60,2011-01-21
【非特許文献２】「パワーデカップリング機能を持つ電圧形単相系統連系インバータ」  鈴木進吾、和田圭二、清水敏久  平成２２年電気学会産業応用部門大会  l-185−l-188
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の如き直流電源装置の出力電圧の変動を補償するための電圧安定化回路装置の構成に於いて、直流電源装置の出力端子間に直接に平滑コンデンサを接続する構成の場合、出力電圧の脈動や変動を有意に吸収可能とするためには、平滑コンデンサとして、大容量のコンデンサを用いる必要があった。より詳細には、負荷等の使用電力の変動に起因する電流、即ち、コンデンサに出入りさせる電荷の変化量ΔＱは、コンデンサの容量Ｃと直流電源装置の出力電圧の変動ΔＶとに対して、
ΔＶ＝ΔＱ／Ｃ
の関係にあるので、電荷の変化量ΔＱに対する直流電源装置の出力電圧の変動ΔＶをできるだけ小さくするためには、コンデンサ容量Ｃを大きくする必要がある。しかしながら、コンデンサ容量Ｃを大きくすると、コンデンサの寸法が大きくなり、従って、回路装置も大型化してしまい、又、大容量のコンデンサとして通常利用される電解コンデンサは、温度上昇に伴って寿命が低下するといった不具合も有している。この点に関し、非特許文献１、２に記載されている如きチョッパ回路を用いた回路構成の場合には、電圧変動補償のためのコンデンサの容量は、直流電源装置の出力端子間に直接に平滑コンデンサを接続する構成に比して、小さくても良いので、コンデンサとして、例えば、フィルムコンデンサが利用できる点などで有利である。しかしながら、かかる構成に於いてコンデンサにて補償可能な電圧の変動幅は、直流電源装置の出力電圧が上限となり、負荷の入力側の電圧の急激な或いは大きな変動に備えるためには、やはり、できるだけ大きな容量のコンデンサを用意する必要があった。
【０００７】
かくして、本発明の一つの課題は、負荷等に於ける電力等の変動による直流電源装置の出力電圧の変動を補償し出力電圧を安定化するための回路装置の構成であって、電圧変動補償のためのコンデンサが、従前に比して、より容量の小さいものであってもよい新規な構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの態様によれば、上記の課題は、一対の出力端子の間に直流の出力電圧を出力するよう構成された直流電源装置の前記出力電圧を安定化するための電圧安定化回路装置であって、
前記出力端子の一方に一方の端が接続されたインダクタと、
前記出力端子の前記一方と前記インダクタの前記一方の端とに一方の端が接続されたコンデンサと、
前記出力端子の他方に接続された第一の端子と、前記インダクタの他方の端に接続された第二の端子とを有する第一のスイッチング手段にして、前記第一の端子と前記第二の端子とを選択的に互いに導通する第一のスイッチング手段と、
前記第二の端子に接続された第三の端子と、前記コンデンサの他方の端に接続された第四の端子とを有する第二のスイッチング手段にして、前記第三の端子と前記第四の端子とを選択的に互いに導通する第一のスイッチング手段と、
前記第一のスイッチング手段及び前記第二のスイッチング手段が、同一の所定の周期にて、それぞれ、互いに異なる時期に、前記第一の端子と前記第二の端子との間及び前記第三の端子と前記第四の端子との間のうちの対応する端子間の導通を遮断し、且つ、常に、前記第一のスイッチング手段及び前記第二のスイッチング手段のうちの一方が、前記第一の端子と前記第二の端子との間及び前記第三の端子と前記第四の端子との間のうちの対応する端子間の導通を遮断し、前記第一のスイッチング手段及び前記第二のスイッチング手段のうちの他方が、前記第一の端子と前記第二の端子との間及び前記第三の端子と前記第四の端子との間のうちの対応する端子間を導通するよう前記第一のスイッチング手段及び前記第二のスイッチング手段の導通を制御するスイッチング制御手段と
を含み、
前記スイッチング制御手段が、前記出力電圧の変動を抑制するように前記第一のスイッチング手段の前記所定の周期に対する前記第一の端子と前記第二の端子との間の導通を遮断する時間幅の比を調節する装置によって達成される。
【０００９】
上記の構成に於いて、「直流電源装置」は、太陽電池を用いた太陽光発電装置、蓄電池又はその他の化学電池を用いた直流電力を供給する装置、蓄電器を用いた直流電力を供給する装置、スイッチング定電圧電源装置など、任意の形式の、一対の出力端子の間に直流の出力電圧を出力するよう構成された直流電源装置であってよい。第一及び第二のスイッチング手段、コンデンサ、インダクタは、それぞれ、この分野に於いて通常使用される回路用の素子であってよい。第一及び第二のスイッチング手段の導通及び遮断の切換えに於ける「所定の周期」は、出力電圧が安定するように、使用者に於いて適宜設定されてよい。出力電圧値は、任意の電圧計を用いて計測されて、スイッチング制御手段に於ける第一及び第二のスイッチング手段に於ける所定の周期に対する対応する端子間の導通を遮断する時間幅の比の調節に於いて参照されてよい。
【００１０】
上記の本発明の装置は、後述の図面を参照した説明からより容易に理解される如く、端的に述べれば、直流電源装置の一対の出力端子間にインダクタを介して第一の端子と第二の端子と有する第一のスイッチング手段が接続され、第一のスイッチング手段とインダクタとの間の接続点とインダクタと出力端子の一方との間の接続点との間にコンデンサを介して第三の端子と第四の端子とを有する第二のスイッチング手段が接続された構成を有し、第一のスイッチング手段と第二のスイッチング手段とは、それぞれの端子間（第一の端子と第二の端子との間、第三の端子と第四の端子との間）の導通と遮断が同一の所定の周期にて互いに逆相に繰り返されるよう制御される。即ち、本発明の回路は、二段型の昇圧チョッパ回路の構成を成しており、そこに於いて、第一のスイッチング手段に対しては直流電源装置の一対の出力端子が接続され、第二のスイッチング手段に対してはコンデンサが接続された構成となっている。かかる構回路成に於いては、第一及び第二のスイッチング手段に於ける所定の周期に対する対応する端子間の導通を遮断する時間幅の比Ｄ１、Ｄ２（オフ時間のデューティ比、以下、単にデューティ比と称する。）を、Ｄ１＋Ｄ２＝１が常に成立するよう制御することにより、デューティ比Ｄ１、Ｄ２と、第一及び第二のスイッチング手段に於ける端子間の電圧、即ち、直流電源装置の出力端子間電圧Ｖｏｕｔ及びコンデンサの両端電圧Ｖｃ、との間に、
Ｄ１：Ｄ２＝Ｖｏｕｔ：Ｖｃ      …（１）
の関係が常に成立することとなる。そうすると、出力端子間電圧Ｖｏｕｔは、デューティ比Ｄ１（第一のスイッチング手段の所定の周期に対する第一の端子と第二の端子との間の導通を遮断する時間幅の比）によって決定されるので、負荷等の入力側に電力等の変動が生じても、その負荷等が接続された出力端子間の出力電圧の変動は、上記の如く、デューティ比Ｄ１を調節することにより、抑制することが可能となる。
【００１１】
また、上記の本発明の装置の構成に於いては、出力端子間に接続された負荷等に於ける電力等の変動によって負荷等の入力端子側に生ずる電荷の流れの変動は、第二のスイッチング手段と出力端子の一方との間に接続されたコンデンサの充放電によって吸収され、上記の如く、出力電圧の変動が補償されるところ、コンデンサは、出力端子間ではなく、一方の出力端子上に於いてインダクタと第二のスイッチング手段と共に接続されているので、コンデンサ電圧Ｖｃは、出力端子間の電圧Ｖｏｕｔに制限されることなく、第二のスイッチング手段のデューティ比Ｄ２を増大することによって高くすることが可能である。この場合、コンデンサにて吸収されるべき電荷の流れが多いときには、デューティ比Ｄ２を増大してコンデンサ電圧Ｖｃを高くすることで、より多くの電荷を吸収できることとなるので、コンデンサは、大容量のものでなくてもよいこととなる。また、直流電源装置の出力電圧Ｖｏｕｔとコンデンサ電圧Ｖｃとが、デューティ比Ｄ１、Ｄ２の制御により調節できるので、電圧変動補償が迅速な応答性にて達成できることが期待される。
【００１２】
上記の本発明の装置に於いて、出力端子の一方、即ち、インダクタとコンデンサとが接続されている出力端子が接地されていてよい。このことにより、直流電源装置の出力端子間の出力電圧がより安定し、接地を通じて電荷の流れを生じさせることができるので、コンデンサの充放電もより確実に達成できることとなる。また、上記の本発明の装置に於いて、一対の出力端子の間に追加のコンデンサが接続されていてもよい。かかる追加のコンデンサにより、デューティ比Ｄ１、Ｄ２の制御で吸収しきれない出力電圧の変動を更に吸収できることとなる。
【００１３】
上記の本発明の構成に於いて、第一のスイッチング手段の所定の周期に対する第一の端子と第二の端子との間の導通を遮断する時間幅の比は、典型的には、出力電圧に基づいて、その変動を抑制するように調節される。より具体的には、直流電源装置が一対の出力端子の間に目標電圧を出力するよう構成され、スイッチング制御手段は、出力電圧が目標電圧と一致するように第一のスイッチング手段の所定の周期に対する第一の端子と第二の端子との間の導通を遮断する時間幅の比を調節するようになっていてよい。「目標電圧」とは、直流電源装置の出力端子間で保持されるべき電圧であり、典型的には、直流電源装置の出力電圧が安定している状態に於ける電圧であってよい。例えば、直流電源装置が太陽光発電装置であれば、発電装置内の太陽電池の発電動作点が最大動作点と一致するように太陽電池の発電電圧を制御するＭＰＰＴ（最大電力点追従:Maximum  Power  Point  Tracking）制御装置又はその他の電圧制御手段又は発電動作点制御装置等によって出力端子間の出力電圧が或る電圧値に制御されるところ、「目標電圧」は、その「或る電圧値」であってよい。また、直流電源装置が蓄電池又はその他の化学電池を用いた装置であれば、「目標電圧」は、蓄電池又はその他の化学電池の出力電圧（複数の電池が直列に接続されている場合には、各電池の電圧の和）に基づいて決定される直流電圧であってよい。［直流電源装置の出力電圧は、基本的には、そこに於いて備えられた電圧制御手段又は機構によって、目標電圧（典型的には実質的に一定の電圧値）に維持されるが、出力端子間に接続されている負荷等の使用する電力等の変動によって過渡的に変動することとなる。本発明の装置は、そのような過渡的な出力電圧の変動をできるだけ抑制することを目的としている。］
【００１４】
デューティ比の具体的な制御に関して、上記の如く、デューティ比Ｄ１、Ｄ２と、出力電圧Ｖｏｕｔ、コンデンサ電圧Ｖｃとの間には、式（１）の関係が成立しているので、デューティ比Ｄ１を増大すれば、出力電圧Ｖｏｕｔが増大することとなる。従って、出力電圧Ｖｏｕｔを目標電圧に保持するために、実施の形態に於いては、スイッチング制御手段が、出力電圧が目標電圧を上回ったときには、出力電圧を降下するべく、第一のスイッチング手段の所定の周期に対する第一の端子と第二の端子との間の導通を遮断する時間幅の比（デューティ比Ｄ１）を低減し、出力電圧が目標電圧を下回ったときには、出力電圧を上昇するべく、第一のスイッチング手段の所定の周期に対する第一の端子と第二の端子との間の導通を遮断する時間幅の比を増大するよう構成されていてよい。即ち、デューティ比Ｄ１を調節して、出力電圧Ｖｏｕｔのフィードバック制御が達成されることとなる。
【発明の効果】
【００１５】
かくして、上記の本発明による電圧安定化回路装置に於いては、既に述べた如く、二段型の昇圧チョッパ回路の構成のうち、一方の段に直流電源装置の一対の出力端子が接続され、もう一方の段にコンデンサが接続された構成となっており、一対の出力端子間に接続された負荷等に於ける電力等の変動によって負荷等の入力側に生ずる電荷の流れの変動が、コンデンサによって吸収されるよう構成されている。かかる構成に於いては、コンデンサが、一対の出力端子間ではなく、一方の出力端子に対してインダクタと第二のスイッチング手段とを介して接続され、そこで保持可能な電圧幅は、出力端子間の電圧幅を越えて、第二のスイッチング手段のデューティ比を調節することによって調節可能となっているので、コンデンサ電圧を高くすることで、より多くの電荷を吸収でき、これにより、コンデンサが大容量のものでなくても、出力電圧の変動のより十分な補償が達成できるようになっている。また、出力電圧とコンデンサ電圧との調節のためのスイッチング制御手段に於ける第一及び第二のスイッチング手段に於ける所定の周期に対する対応する端子間の導通を遮断する時間幅の比の調節が比較的迅速に達成できることから、迅速な、応答性の良い出力電圧の変動の補償が期待される。
【００１６】
本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（Ａ）は、本発明による電圧安定化回路装置の一つの実施形態の例示的な回路構成図であり、図１（Ｂ）は、本発明による電圧安定化回路装置のもう一つの実施形態の例示的な回路構成図であって、直流電源装置の出力端子間に追加のコンデンサＣａが設けられている例である。図１（Ｃ）は、スイッチング手段Ｍ１、Ｍ２のそれぞれのＯＮ／ＯＦＦ状態の例示的なタイムチャートを示す図である。
【図２】図２（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、図１（Ａ）の回路構成に於いて、スイッチング手段Ｍ２、Ｍ１がＯＦＦ状態となっているときのインダクタに生ずる電圧ＶＬを示す図である。
【図３】図３（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、従前の電圧安定化回路装置の回路構成の例を示している。
【符号の説明】
【００１８】
ＤＣＰＳ…直流電源装置
Ｍ…スイッチング手段（ＭＯＳＦＥＴ）
Ｃ…コンデンサ
Ｌ…インダクタ
Ｓ…制御入力
ｏｔ…直流電源装置の出力端子
１０…電圧計
Ｃａ…追加のコンデンサ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。図中、同一の符号は、同一の部位を示す。
【００２０】
電圧安定化回路装置の構成
図１（Ａ）を参照して、本発明による電圧安定化回路装置の実施形態は、端的に述べれば、任意の機器やインバータ回路などの負荷等の入力端子が接続される直流電源装置ＤＣＰＳの出力端子間ｏｔ＋〜ｏｔ−に対して接続されて、負荷等の入力側に生ずる電力等の変動に起因する直流電源装置ＤＣＰＳの出力端子間電圧Ｖｏｕｔの変動を補償するよう機能する。かかる電圧安定化回路装置の回路構成に於いては、具体的には、出力端子間ｏｔ＋〜ｏｔ−に対して、スイッチング手段Ｍ１が、その一方の端子（第一の端子）にて出力端子ｏｔ＋へ接続され、他方の端子（第二の端子）にてインダクタＬを介して出力端子ｏｔ−へ接続されて、負荷等に対して並列に接続され、スイッチング手段Ｍ２が、出力端子ｏｔ−に対して、一方の端子（第三の端子）にてインダクタＬを介して、他方の端子（第四の端子）にてコンデンサＣを介して、それぞれ接続されて、スイッチング手段Ｍ１に対しては直列に接続される。スイッチング手段Ｍ１、Ｍ２は、それぞれ、制御入力Ｓ１、Ｓ２を有し、後に述べる態様にて、出力端子間ｏｔ＋〜ｏｔ−の出力電圧Ｖｏｕｔ（電圧計１０により計測された値であってよい。）を参照してスイッチング（ＳＷ）制御器にて決定される制御信号を制御入力Ｓ１、Ｓ２にて受容し、図中、上下の端子間、即ち、第一及び第二の端子間又は第三及び第四の端子間を、それぞれ、選択的に導通又は遮断する。かかる構成は、直流電源装置ＤＣＰＳの出力端子間ｏｔ＋〜ｏｔ−とスイッチング手段Ｍ１とインダクタＬとから成る昇圧チョッパ回路とコンデンサＣとスイッチング手段Ｍ２とインダクタＬとから成る昇圧チョッパ回路とが二段に連結された構成となっているということもできる。なお、典型的には、直流電源装置ＤＣＰＳの出力端子間ｏｔ＋〜ｏｔ−の出力電圧Ｖｏｕｔが安定化されるように、出力端子の一方（図示の例では、出力端子ｏｔ−）が、図中Ｇの如く、接地されていてよい。また、図１（Ｂ）の如く、出力端子間ｏｔ＋〜ｏｔ−に於いて更に追加のコンデンサＣａが負荷等及びスイッチング手段に対して並列に接続されてよく、これにより、出力電圧Ｖｏｕｔの更なる安定化が達成されることとなる（後に説明される如く、スイッチング手段Ｍ１、Ｍ２の導通及び遮断の切換えの精度が高い場合には、追加のコンデンサＣａが省略されてよい。）。スイッチング手段Ｍ１、Ｍ２は、この分野で通常利用されているＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子であってよく、コンデンサとインダクタとは、この分野で通常使用されている任意のものであってよい。
【００２１】
上記の構成に於いて、直流電源装置ＤＣＰＳは、既に触れた如く、太陽電池を用いた太陽光発電装置、蓄電池又はその他の化学電池を用いた直流電圧を供給する装置、蓄電器を用いた直流電力を供給する装置、スイッチング定電圧電源装置など、任意の形式の、一対の出力端子の間に目標電圧として或る値の直流の出力電圧を出力するよう構成された直流電源装置であってよく、典型的には、直流電源装置ＤＣＰＳには、出力端子間ｏｔ＋〜ｏｔ−の出力電圧を適宜又は任意に設定される目標電圧に一致するように制御する電圧制御手段又は電圧制御機構（図示せず）が備えられる。例えば、直流電源装置が太陽光発電装置である場合には、ＭＰＰＴ制御器又はその他の電圧制御手段又は発電動作点制御装置等によって発電装置内の太陽電池の発電動作点が最大動作点と一致するように太陽電池の発電電圧が制御され、太陽電池の発電電圧（太陽電池が直列に接続されているときには、それらの発電電圧の和）又はそれに基づいて設定される電圧が目標電圧として出力端子間ｏｔ＋〜ｏｔ−に出力されることとなる。或いは、直流電源装置が蓄電池又はその他の化学電池の電力を供給する電源装置である場合には、蓄電池又はその他の化学電池の発電電圧（電池が直列に接続されているときには、それらの発電電圧の和）に基づいて決定される直流電圧が目標電圧として出力端子間ｏｔ＋〜ｏｔ−に出力されることとなる。しかしながら、直流電源装置ＤＣＰＳの出力端子間ｏｔ＋〜ｏｔ−に対して、単に、負荷等が接続されている場合、負荷等の使用する電力等の一時的な又は定常的な変動が生ずると、負荷等の入力端子間の電圧にも変動が生じ、従って、直流電源装置ＤＣＰＳの出力端子間ｏｔ＋〜ｏｔ−の電圧Ｖｏｕｔにも目標電圧から外れる過渡的な変動が生じてしまい、そうすると、直流電源装置ＤＣＰＳに於ける電圧制御手段又は電圧制御機構の動作が不安定化したり、動作効率（発電効率）の低下が生じてしまうことがある。そこで、上記の如き、電圧安定化回路装置を出力端子間ｏｔ＋〜ｏｔ−へ接続して、直流電源装置ＤＣＰＳの出力電圧Ｖｏｕｔに対する負荷等の入力側の電圧の変動の影響をできるだけ低減すること、より具体的には、直流電源装置ＤＣＰＳの出力電圧Ｖｏｕｔから負荷等の入力側の電圧の変動を除去すること（「パワーデカップリング」と称する。）が試みられる。
【００２２】
電圧安定化回路装置の作動
（１）従来の構成による電圧安定化（パワーデカップリング）
図３（Ａ）を参照して、従前の回路構成による電圧安定化に於いて、一つの手法では、図示の如く、出力端子間ｏｔ＋〜ｏｔ−に負荷等と並列にコンデンサＣ１を接続し、これにより、負荷等の電力等の変動によりその入力側に生ずる電荷量の流れの変動を吸収して、直流電源装置ＤＣＰＳの出力電圧Ｖｏｕｔの変動が補償される。この場合、既に触れた如く、コンデンサＣ１の吸収できる電荷量Ｑは、Ｑ＝Ｃ１・Ｖｏｕｔ（Ｃ１は、容量）であるので、Ｑを大きくするためには、Ｃ１を大きくせざるをえず、十分なパワーデカップリングを達成するには、コンデンサＣ１として大容量のものを使用しなければならなかった。そこで、非特許文献１、２に於いては、負荷等の電力等の変動による電荷量の流れを吸収するためのコンデンサの容量をより小さくすべく、図３（Ｂ）に例示されている如き回路構成を出力端子間ｏｔ＋〜ｏｔ−に負荷等と並列に接続した構成が提案されている。かかる構成に於いては、コンデンサＣ２が負荷等の電力等の変動に合わせて過不足なく電荷量の流れを吸収すべく、コンデンサＣ２の充放電が為されるようスイッチング手段Ｍ１、Ｍ２の切換えを実行し、これにより、図３（Ａ）の場合に比して、パワーデカップリングを達成するためのコンデンサＣ２の小容量化が達成される。しかしながら、図３（Ｂ）の構成の場合、コンデンサＣ２は出力端子間ｏｔ＋〜ｏｔ−に接続されているので、そこで保持可能な電圧Ｖｃは、直流電源装置ＤＣＰＳの出力電圧Ｖｏｕｔが上限となり、急激な或いは大きな電力等の変動に対応するためには、コンデンサＣ２も、できるだけ大容量とすることが好ましいこととなっていた。
【００２３】
（２）本発明による電圧安定化回路装置の作動
図１（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、本発明による電圧安定化回路装置の実施形態の制御に於いては、スイッチング手段Ｍ１、Ｍ２は、スイッチング制御器から制御入力Ｓ１、Ｓ２への制御信号に従って、図１（Ｃ）に模式的に示されている如く、所定の周期Ｔｓにて、交互に導通・遮断を実行するよう制御される。既に述べた如く、図示の構成は、二段の昇圧チョッパ回路となっており、図２（Ａ）、（Ｂ）に描かれている如く、スイッチング手段Ｍ１がＯＦＦ状態（遮断状態）にあり、スイッチング手段Ｍ２がＯＮ状態（導通状態）にあるときには、インダクタＬに於いて、図中左向きに電位ＶＬ（＝Ｖｃ）が発生し、これにより、コンデンサＣの充放電が実行され、スイッチング手段Ｍ１がＯＮ状態にあり、スイッチング手段Ｍ２がＯＦＦ状態にあるときには、インダクタＬに於いて、図中右向きに電位ＶＬ（＝出力電圧Ｖout）が発生し、コンデンサＣの電位は保持されることとなる。
【００２４】
上記の構成の場合、より具体的には、出力端子間［ｏｔ＋，ｏｔ−］の電圧ＶoutとコンデンサＣの電圧Ｖｃとの関係は、スイッチング手段Ｍ１、Ｍ２の所定の周期Ｔｓに対するＯＦＦ状態の時間幅の比であるＯＦＦ時間デューティ比（以下、単に、「デューティ比」と称する。）Ｄ１、Ｄ２を用いて、下記の式にて表される。
Ｖｏｕｔ：Ｖｃ＝Ｄ１：Ｄ２        …（２）
ここで、Ｄ１＋Ｄ２＝１であるので、結局、出力電圧Ｖｏｕｔ、コンデンサ電圧Ｖｃは、
Ｖｏｕｔ＝Ｄ１・Ｖａ      …（３ａ）
Ｖｃ＝Ｄ２・Ｖａ      …（３ｂ）
の条件を満たすこととなる。ここで、Ｖａは、出力電圧Ｖｏｕｔとコンデンサ電圧Ｖｃとの総和（＝Ｖｏｕｔ＋Ｖｃ）である。ところで、負荷等の電力等の変動がなく、従って、直流電源装置の出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧Ｖｏｓに安定しているとすると、デューティ比Ｄ１、Ｄ２を適当に設定することにより、コンデンサ電圧Ｖｃも、
Ｖｃ＝Ｄ２／Ｄ１・Ｖｏｓ      …（４）
に安定し、出力電圧Ｖｏｕｔとコンデンサ電圧Ｖｃとの総和Ｖａは、
Ｖａ＝Ｖｏｓ／Ｄ１      …（５）
により与えられる。そして、この状態から、負荷等の電力の変動が出力電圧Ｖｏｕｔを上昇（下降）する方向に生じた場合には、コンデンサ電圧ＶｃをΔＶだけ増大（低減）して負荷等の電力の変動による電荷の流れの変動を吸収して出力電圧Ｖｏｕｔが保持されるようデューティ比Ｄ１が調節される。具体的には、コンデンサ電圧Ｖｃを
Ｖｃ→Ｖｃ＋ΔＶ
と変化させつつ、出力電圧ＶｏｕｔをＶｏｓに保持する場合、デューティ比Ｄ１の変化量ΔＤ１は、
ΔＤ１＝−ΔＶ／（Ｖos＋Ｖｃ）・Ｄ１      …（６）
となる。［式（６）は、Ｖos＝(D1+ΔD1)/(D2-ΔD1)・(Vc+ΔV)を解くことによって得られる。ただし、ΔD1・ΔVは、無視した。］かくして、負荷等の電力の変動が出力電圧Ｖｏｕｔを上昇（下降）する方向に生じた場合には、デューティ比Ｄ１を低減（増大）することによって、出力電圧Ｖｏｕｔを目標電圧に保持することができ、これにより、パワーデカップリングが達成されることとなる。
【００２５】
図示の実施形態の装置の使用に於いては、典型的には、まず、直流電源装置を（負荷等の電力等の変動がない状態で）安定的に作動して、直流電源装置の出力端子間に目標電圧Ｖｏｓを出力し、デューティ比Ｄ１、Ｄ２を、適当に、例えば、０．５、０．５に設定することで、コンデンサ電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｏｓに対応して決定される。しかる後に負荷等を作動したときに、出力電圧Ｖｏｕｔを電圧計１０にて監視しながら、出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧Ｖｏｓに保持されるようにデューティ比Ｄ１、Ｄ２を調節することによって、出力電圧Ｖｏｕｔに於ける変動が補償できることとなる。デューティ比Ｄ１、Ｄ２の具体的な調節制御は、出力電圧Ｖｏｕｔと目標電圧Ｖｏｓとの差分ΔＶのフィードバックによって達成されてよい。より詳細には、例えば、デューティ比Ｄ１、Ｄ２は、下記の式（７ａ）、（７ｂ）により表される制御量ΔＤ１、ΔＤ２にて変化するよう調節されてよい。
ΔＤ１＝−ｋ・ΔＶ      …（７ａ）
ΔＤ２＝ｋ・ΔＶ      …（７ｂ）
ここで、ｋは、任意に設定される正係数であり、ΔＶ＝Ｖｏｒ−Ｖｏｓであり、Ｖｏｒは、電圧計１０により検知されたリアルタイムの出力電圧Ｖｏｕｔであり、Ｖｏｓは、目標電圧であり、直流電源装置の安定動作中に電圧計１０により検知された出力電圧Ｖｏｕｔであってもよく、或いは、直流電源装置の電圧制御手段又は機構から提供される目標電圧値であってもよい。
【００２６】
上記の本発明による装置の構成に於いては、負荷等の電力等の変動に起因する負荷等の入力側の電荷の流れの変動は、コンデンサＣに吸収させるところ、コンデンサＣの吸収する電荷量は、スイッチング手段Ｍ１、Ｍ２のデューティ比Ｄ１、Ｄ２を調節して、コンデンサＣの保持電圧Ｖｃを変化させることにより調節され、また、コンデンサＣの保持電圧Ｖｃは、Ｄ２／Ｄ１・Ｖｏｕｔによって決定されるので、その値は、出力電圧に制限されないこととなる（Ｄ２＞Ｄ１のとき、Ｖｃ＞Ｖｏｕｔとなる。）。即ち、本発明による装置の構成の場合には、デューティ比の調節を通じて、コンデンサＣの保持電圧Ｖｃを変化させて、コンデンサＣの吸収する電荷量の吸収量を変化させることができるで、コンデンサＣは、従前の如く大容量のものを用いなくともよいこととなる。また、出力電圧Ｖｏｕｔの変動の補償は、スイッチング手段Ｍ１、Ｍ２のデューティ比Ｄ１、Ｄ２を調節して、（インダクタＬの起電力を利用して）コンデンサＣを充放電させ、コンデンサ保持電圧Ｖｃを変更することによって達成されるので、迅速な応答性にて達成できることが期待される。
【００２７】
なお、上記の本発明による装置に於いて、スイッチング手段Ｍ１、Ｍ２の状態が切換わる際の回路の短絡を防止するために、実際には、スイッチング手段Ｍ１、Ｍ２の状態の切換時には、双方のスイッチング手段が過渡的に遮断状態となるデッドタイムが設けられてよい。その場合、既に述べた如き、追加のコンデンサＣａが設けられ、出力電圧Ｖｏｕｔの変動の更なる補償が図られる。ただし、負荷等の電力等の変動に起因する出力電圧の変動は、主として、コンデンサＣで補償されるので、追加のコンデンサＣａも大容量のものを用いなくともよい。
【００２８】
以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。
【図１】
2019153016.tif 000003
【図２】
2019153016.tif 000004
【図３】
2019153016.tif 000005