(57)【要約】  本発明は、太陽電池等の電力制限のある電源のエネルギー出力を変換して、電子機器を動作させたりバッテリーを充電したりするのに有用な電圧で出力電流を供給するために、ヒステリシスを用いかつ入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器に関する。本発明はまた、複数の電源の出力を単一の出力に合成する電力合成器に関する。電力合成器は、１つの電源にそれぞれ対応する複数の回路を備えて構成される。これらの回路はそれぞれ、完結した、入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路であるか、又は、共用構成要素に接続されたとき、完結した、入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路を形成する。電力合成器は、同種又は異種の電源からの電力を合成するために使用可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源により供給された電力を変換する電力変換器において、上記電力変換器は、ヒステリシスを使用しかつ入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器であり、入力電圧よりも高くかつ入力電圧に依存しない出力電圧で出力電流を供給する電力変換器。
【請求項２】
上記電力変換器はヒステリシス電圧比較器を備えた請求項１記載の電力変換器。
【請求項３】
上記電力変換器は
（ｉ）入力電圧を供給する電源に接続する第１及び第２の入力端子と、
（ｉｉ）上記第１の入力端子に接続された第１の端子と、上記第２の入力端子に接続された第２の端子とを有するキャパシタと、
（ｉｉｉ）少なくとも３つの端子を有するヒステリシス電圧比較器であって、その第１の端子は上記キャパシタの第１の端子に接続された入力端子であり、その第２の端子は基準電圧を入力する入力端子であり、その第３の端子は出力端子であるヒステリシス電圧比較器と、
（ｖｉ）上記ヒステリシス電圧比較器の第３の端子に接続されることにより上記ヒステリシス電圧比較器からの出力信号を受ける第１の端子と、上記キャパシタの第２の端子に接続された第２の端子と、第３の端子とを有するスイッチであって、上記キャパシタの電圧が上記ヒステリシス電圧比較器の高しきい値を超えたときに閉状態になり、上記キャパシタの電圧が上記ヒステリシス電圧比較器の低しきい値未満になったときに開状態になるように、上記ヒステリシス電圧比較器からの出力信号に応じて開状態と閉状態との間で切り換わるスイッチと、
（ｖ）上記キャパシタの第１の端子に接続された第１の端子と、上記スイッチの第３の端子に接続された第２の端子とを有するインダクタと、
（ｖｉ）上記インダクタの第２の端子に接続された第１の端子と、第２の端子とを有する出力整流器と、
（ｖｉｉ）上記出力整流器の第２の端子に接続された第１の出力端子と、上記スイッチの第２の端子に接続された第２の出力端子と
を備えた回路を有する請求項２記載の電力変換器。
【請求項４】
上記出力整流器はダイオード又は同期整流器構造である請求項３記載の電力変換器。
【請求項５】
上記出力整流器はさらに、上記出力整流器の第２の端子に接続された第１の端子と、上記スイッチの第２の端子に接続された第２の端子とを有するキャパシタを備えて構成される請求項４記載の電力変換器。
【請求項６】
上記第２の入力端子、上記キャパシタの第２の端子、上記スイッチの第２の端子、及び上記第２の出力端子はすべて、接地されている請求項３記載の電力変換器。
【請求項７】
上記電力変換器は、
（ｉ）入力電圧を供給する電源に接続する第１及び第２の入力端子と、
（ｉｉ）上記第１の入力端子に接続された第１の端子と、上記第２の入力端子に接続された第２の端子とを有するキャパシタと、
（ｉｉｉ）少なくとも３つの端子を有するヒステリシス電圧比較器であって、その第１の端子は上記キャパシタの第１の端子に接続された入力端子であり、その第２の端子は基準電圧を入力する入力端子であり、その第３の端子は出力端子であるヒステリシス電圧比較器と、
（ｖｉ）上記ヒステリシス電圧比較器の第３の端子に接続されることにより上記ヒステリシス電圧比較器からの出力信号を受ける第１の端子と、上記キャパシタの第２の端子に接続された第２の端子と、第３の端子とを有するスイッチであって、上記キャパシタの電圧が上記ヒステリシス電圧比較器の高しきい値を超えたときに閉状態になり、上記キャパシタの電圧が上記ヒステリシス電圧比較器の低しきい値未満になったときに開状態になるように、上記ヒステリシス電圧比較器からの出力信号に応じて開状態と閉状態との間で切り換わるスイッチと、
（ｖ）上記キャパシタの第１の端子に接続された第１の端子、ならびに上記スイッチの第３の端子に接続された第２の端子を有する一次巻線と、第１の端子ならびに第２の端子を有する二次巻線とを備えた変圧器と、
（ｖｉ）上記変圧器の二次巻線の第１の端子に接続された第１の端子と、第２の端子とを有する出力整流器と、
（ｖｉｉ）上記出力整流器の第２の端子に接続された第１の出力端子と、上記変圧器の二次巻線の第２の端子に接続された第２の出力端子と
を備えた回路を有する請求項２記載の電力変換器。
【請求項８】
上記出力整流器はダイオード又は同期整流器構造である請求項７記載の電力変換器。
【請求項９】
上記出力整流器はさらに、上記出力整流器の第２の端子に接続された第１の端子と、上記スイッチの第２の端子に接続された第２の端子とを有するキャパシタを備えて構成される請求項８記載の電力変換器。
【請求項１０】
上記第２の入力端子、上記キャパシタの第２の端子、上記スイッチの第２の端子、及び上記第２の出力端子はすべて、接地されている請求項７記載の電力変換器。
【請求項１１】
複数の電源の出力電力を単一の出力に合成する電力合成器において、上記電力合成器は複数の回路の並列構成を備え、異なる回路は、上記複数の電源のそれぞれに割り当てられ、これらの回路の各々は、完結した、入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路であるか、又は、これらの回路が共用する１つ以上の構成要素に接続されたときに、完結した、入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路を形成する電力合成器。
【請求項１２】
上記回路の各々は、完結した、入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路である請求項１１記載の電力合成器。
【請求項１３】
上記複数の電力変換器回路を動作させるコントローラをさらに備えた請求項１２記載の電力合成器。
【請求項１４】
上記回路の各々は、完結した、ヒステリシスを使用しかつ入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路であり、ヒステリシス電圧比較器を備えている請求項１２記載の電力合成器。
【請求項１５】
上記電力合成器は、（ａ）電力変換器回路と、（ｂ）出力とを備え、
（ａ）上記電力変換器回路は複数の電源の各々に割り当てられ、上記各電力変換器回路は、
（ｉ）上記電力変換器回路用に指定された電源に接続する第１及び第２の入力端子と、
（ｉｉ）上記第１の入力端子に接続された第１の端子と、上記第２の入力端子に接続された第２の端子とを有するキャパシタと、
（ｉｉｉ）少なくとも３つの端子を有するヒステリシス電圧比較器であって、その第１の端子は上記キャパシタの第１の端子に接続された入力端子であり、その第２の端子は基準電圧を入力する入力端子であり、その第３の端子は出力端子であるヒステリシス電圧比較器と、
（ｖｉ）上記ヒステリシス電圧比較器の第３の端子に接続されることにより上記ヒステリシス電圧比較器からの出力信号を受ける第１の端子と、上記キャパシタの第２の端子に接続された第２の端子と、第３の端子とを有するスイッチであって、上記キャパシタの電圧が上記ヒステリシス電圧比較器の高しきい値を超えたときに閉状態になり、上記キャパシタの電圧が上記ヒステリシス電圧比較器の低しきい値未満になったときに開状態になるように、上記ヒステリシス電圧比較器からの出力信号に応じて開状態と閉状態との間で切り換わるスイッチと、
（ｖ）上記キャパシタの第１の端子に接続された第１の端子と、上記スイッチの第３の端子に接続された第２の端子とを有するインダクタと、
（ｖｉ）上記インダクタの第２の端子に接続された第１の端子と、第２の端子とを有する出力整流器と
を備え、
（ｂ）上記出力は、上記各電力変換器回路の上記出力整流器の第２の端子に接続された第１の端子と、上記各電力変換器回路の上記スイッチの第２の端子に接続された第２の端子とを有する
請求項１４記載の電力合成器。
【請求項１６】
上記各電力変換器回路の上記出力整流器はダイオード又は同期整流器構造である請求項１５記載の電力合成器。
【請求項１７】
上記出力の第１の端子に接続された第１の端子と、上記出力の第２の端子に接続された第２の端子とを有するキャパシタをさらに備えた請求項１６記載の電力合成器。
【請求項１８】
上記各電力変換器回路の第２の入力端子整流器、上記各電力変換器回路のキャパシタ整流器の第２の端子、上記各電力変換器回路のスイッチ整流器の第２の端子、及び第２の出力端子はすべて、接地されている請求項１５記載の電力合成器。
【請求項１９】
上記回路の各々は、共用された１つ以上の構成要素に接続されたとき、完結した、入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路を形成し、任意の時点において、１つよりも多くの回路が上記共用された１つ以上の構成要素に接続されることはない請求項１１記載の電力合成器。
【請求項２０】
上記共用された構成要素は、インダクタ及び出力整流器である請求項１９記載の電力合成器。
【請求項２１】
上記各回路は、キャパシタ及びスイッチを備えた請求項２０記載の電力合成器。
【請求項２２】
周期動作を行い、上記共用された構成要素への上記複数の回路の接続及び切断を行い、これにより上記電源の各々を処理するコントローラをさらに備えた請求項１９記載の電力合成器。
【請求項２３】
周期動作を行い、上記共用された構成要素への上記複数の回路の接続及び切断を行い、これにより上記電源の各々を処理するコントローラをさらに備え、任意の時点において１つよりも多くのスイッチが閉じられることはない請求項２１記載の電力合成器。
【請求項２４】
上記回路の各々は、
（ｉ）上記回路用に指定された電源に接続する第１及び第２の入力端子と、
（ｉｉ）上記第１の入力端子に接続された第１の端子と、上記第２の入力端子に接続された第２の端子とを有するキャパシタと、
（ｉｉｉ）上記キャパシタの第１の端子に接続された第１の端子と、第２の端子とを有するスイッチと
を備え、
上記共用された構成要素は、
（ａ）上記各回路の上記スイッチの第２の端子に接続された第１の端子と、上記各回路の上記キャパシタの第２の端子に接続された第２の端子とを有するインダクタと、
（ｂ）上記インダクタの第２の端子に接続された第１の端子と、第２の端子とを有する出力整流器と
を備え、
単一の出力は、上記出力整流器の第２の端子に接続された第１の端子と、上記インダクタの第１の端子に接続された第２の端子とを有する請求項２３記載の電力合成器。
【請求項２５】
上記各回路の上記スイッチの第２の端子、上記インダクタの第１の端子、及び上記出力の第２の端子はすべて、接地されている請求項２４記載の電力合成器。
【請求項２６】
上記出力整流器はダイオード又は同期整流器構造である請求項２４記載の電力合成器。
【請求項２７】
出力端子に接続された第１の端子と、接地された第２の端子に接続された第２の端子とを有するキャパシタをさらに備えた請求項２６記載の電力合成器。
【請求項２８】
上記電源は光起電力セルであり、上記ヒステリシス電圧比較器は、上記光起電力セルが本質的にその最大電力点で動作するように調整された基準電圧を有する請求項２記載の電力変換器。
【請求項２９】
上記電源は光起電力セルであり、上記コントローラは、上記各光起電力セルが本質的にその最大電力点で動作するように上記各光起電力セルの動作を調整する請求項１３記載の電力合成器。
【請求項３０】
上記電源は光起電力セルであり、上記コントローラは、上記各光起電力セルが本質的にその最大電力点で動作するように上記各光起電力セルの動作を調整する請求項２２記載の電力合成器。
【請求項３１】
上記コントローラ及び上記各回路のスイッチは、１つのシリコンチップ内に含まれる請求項２３記載の電力合成器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源電力変換器と、複数の電源の出力電力を単一の出力に合成する電力合成器とに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、米国政府の支援下で、米国政府の契約番号Ｗ９１１ＮＦ−０５−９−０００５として行われた。米国政府は、本発明に対して所定の権利を有する。
【０００３】
光起電セル等、特に太陽電池のような小規模電源が、携帯型装置に電力を供給するために、又はバッテリーパックに充電するために使用される。携帯型装置用途では、このような電源とともに、公知の昇圧チョッパ電力変換器回路が使用されてきた。このタイプの電力変換器は低電圧の入力電流を得て（例えば、単一のシリコン太陽電池セルは約０．５ボルトの出力を有する）、ハンドヘルド電子機器を動作させたりバッテリーパックを充電したりすることに使用可能なより高い電圧で出力電流を発生する。
【０００４】
複数の電源の電力を使用することが望まれるとき、個別の電源の出力は合成されなければならない。伝統的には、特定用途に必要な電圧及び電流出力をもたらすために、同種のシリコン太陽電池等の複数の電源が直列・並列の何らかの組み合わせにより接続されている。例えば、ある種の太陽電池充電器は、バッテリー電圧に近づけるために複数の太陽電池を直列接続する。そして、その出力はダイオードを介してバッテリーに供給される。しかしながら、このアーキテクチャは非効率的であり、充電池は急速に消耗する。もう１つのアプローチでは、ユーザがプラグを差し込むことができるＡＣコンセントと同等のものを、太陽電池を電源とする機器により提供する。ほとんどの消費者向け電子機器に組み込まれたバッテリー充電器は制限のある電源で効率的に動作するようには設計されていないので、このアーキテクチャは本質的に非効率である。
【０００５】
最近の太陽電池アーキテクチャは、太陽スペクトラムの異なる部分を効率的に吸収する複数のセルを使用し、これにより、全体的には、単一種類のセルを用いる従来の太陽電池よりも高い変換効率を達成する。複数の異なるセルの電圧は、特定の温度補償された値において最大効率を達成するように調整される。セル及びその特性は理想的なものではないので、複数のセルを直列・並列の何らかの組み合わせで接続することによりその出力を合成する従来のアプローチは機能せず、異なるタイプの電力合成器が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、効率的な電力変換器と、効率的な電力合成器、特に異種の複数の光起電力セルの出力を合成できる電力合成器とに対する必要性が継続的に存在している。特に、携帯型電子装置を動作させたり、そのような装置のバッテリーを充電したりするための電力変換器及び電力合成器に対する必要性が存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、電源により供給された電力を変換する、ヒステリシスを使用しかつ入力調整を行う昇圧型電力変換器であって、ヒステリシス電圧比較器を備え、入力電圧よりも高くかつ入力電圧に依存しない出力電圧で出力電流を供給する電力変換器を提供する。
【０００８】
ある実施形態では、電力変換器は、
（ｉ）入力電圧を供給する電源に接続する第１及び第２の入力端子と、
（ｉｉ）上記第１の入力端子に接続された第１の端子と、上記第２の入力端子に接続された第２の端子とを有するキャパシタと、
（ｉｉｉ）少なくとも３つの端子を有するヒステリシス電圧比較器であって、その第１の端子は上記キャパシタの第１の端子に接続された入力端子であり、その第２の端子は基準電圧を入力する入力端子であり、その第３の端子は出力端子であるヒステリシス電圧比較器と、
（ｖｉ）上記ヒステリシス電圧比較器の第３の端子に接続されることにより上記ヒステリシス電圧比較器からの出力信号を受ける第１の端子と、上記キャパシタの第２の端子に接続された第２の端子と、第３の端子とを有するスイッチであって、上記キャパシタの電圧が上記ヒステリシス電圧比較器の高しきい値を超えたときに閉状態になり、上記キャパシタの電圧が上記ヒステリシス電圧比較器の低しきい値未満になったときに開状態になるように、上記ヒステリシス電圧比較器からの出力信号に応じて開状態と閉状態との間で切り換わるスイッチと、
（ｖ）上記キャパシタの第１の端子に接続された第１の端子と、上記スイッチの第３の端子に接続された第２の端子とを有するインダクタと、
（ｖｉ）上記インダクタの第２の端子に接続された第１の端子と、第２の端子とを有する出力整流器と、
（ｖｉｉ）上記出力整流器の第２の端子に接続された第１の出力端子と、上記スイッチの第２の端子に接続された第２の出力端子と
を備えた回路を有する。
【０００９】
もう１つの実施形態では、電力変換器は、
（ｉ）入力電圧を供給する電源に接続する第１及び第２の入力端子と、
（ｉｉ）上記第１の入力端子に接続された第１の端子と、上記第２の入力端子に接続された第２の端子とを有するキャパシタと、
（ｉｉｉ）少なくとも３つの端子を有するヒステリシス電圧比較器であって、その第１の端子は上記キャパシタの第１の端子に接続された入力端子であり、その第２の端子は基準電圧を入力する入力端子であり、その第３の端子は出力端子であるヒステリシス電圧比較器と、
（ｖｉ）上記ヒステリシス電圧比較器の第３の端子に接続されることにより上記ヒステリシス電圧比較器からの出力信号を受ける第１の端子と、上記キャパシタの第２の端子に接続された第２の端子と、第３の端子とを有するスイッチであって、上記キャパシタの電圧が上記ヒステリシス電圧比較器の高しきい値を超えたときに閉状態になり、上記キャパシタの電圧が上記ヒステリシス電圧比較器の低しきい値未満になったときに開状態になるように、上記ヒステリシス電圧比較器からの出力信号に応じて開状態と閉状態との間で切り換わるスイッチと、
（ｖ）上記キャパシタの第１の端子に接続された第１の端子、ならびに上記スイッチの第３の端子に接続された第２の端子を有する一次巻線と、第１の端子ならびに第２の端子を有する二次巻線とを備えた変圧器と、
（ｖｉ）上記変圧器の二次巻線の第１の端子に接続された第１の端子と、第２の端子とを有する出力整流器と、
（ｖｉｉ）上記出力整流器の第２の端子に接続された第１の出力端子と、上記変圧器の二次巻線の第２の端子に接続された第２の出力端子と
を備えた回路を有する。
【００１０】
本発明はまた、複数の電源の出力電力を単一の出力に合成する電力合成器を提供する。上記電力合成器は複数の回路の並列構成を備え、異なる回路は、複数の電源のそれぞれに割り当てられている。これらの回路の各々は、完結した（完成した）、入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路であるか、又は、これらの回路が共用する１つ以上の構成要素に接続されたときに、完結した、入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路を形成する。構成要素が共用されるとき、任意の時点において、１つよりも多くの回路がその共用された構成要素に接続されることはない。これらの回路の出力電力は、単一の出力に供給される。
【００１１】
さまざまな電源に割り当てられた複数の回路がそれぞれ完結した電力変換器回路でありかつ互いに同じである実施形態において、電力合成器は本発明の一実施形態に係る電力変換器回路を利用する。上記電力合成器は、（ａ）電力変換器回路と、（ｂ）出力とを備え、
（ａ）上記電力変換器回路は複数の電源の各々に割り当てられ、上記各電力変換器回路は、
（ｉ）上記電力変換器回路用に指定された電源に接続する第１及び第２の入力端子と、
（ｉｉ）上記第１の入力端子に接続された第１の端子と、上記第２の入力端子に接続された第２の端子とを有するキャパシタと、
（ｉｉｉ）少なくとも３つの端子を有するヒステリシス電圧比較器であって、その第１の端子は上記キャパシタの第１の端子に接続された入力端子であり、その第２の端子は基準電圧を入力する入力端子であり、その第３の端子は出力端子であるヒステリシス電圧比較器と、
（ｖｉ）上記ヒステリシス電圧比較器の第３の端子に接続されることにより上記ヒステリシス電圧比較器からの出力信号を受ける第１の端子と、上記キャパシタの第２の端子に接続された第２の端子と、第３の端子とを有するスイッチであって、上記キャパシタの電圧が上記ヒステリシス電圧比較器の高しきい値を超えたときに閉状態になり、上記キャパシタの電圧が上記ヒステリシス電圧比較器の低しきい値未満になったときに開状態になるように、上記ヒステリシス電圧比較器からの出力信号に応じて開状態と閉状態との間で切り換わるスイッチと、
（ｖ）上記キャパシタの第１の端子に接続された第１の端子と、上記スイッチの第３の端子に接続された第２の端子とを有するインダクタと、
（ｖｉ）上記インダクタの第２の端子に接続された第１の端子と、第２の端子とを有する出力整流器と
を備え、
（ｂ）上記出力は、上記各電力変換器回路の上記出力整流器の第２の端子に接続された第１の端子と、上記各電力変換器回路の上記スイッチの第２の端子に接続された第２の端子と
を備える。
【００１２】
さまざまな電源に割り当てられた複数の回路がそれぞれ完結した電力変換器回路でありかつ互いに同じであるもう１つの実施形態において、電力合成器は本発明のもう１つの実施形態に係る電力変換器回路を利用する。上記電力合成器は、（ａ）電力変換器回路と、（ｂ）出力とを備え、
（ａ）上記電力変換器回路は複数の電源の各々に割り当てられ、上記各電力変換器回路は、
（ｉ）上記電力変換器回路用に指定された電源に接続する第１及び第２の入力端子と、
（ｉｉ）上記第１の入力端子に接続された第１の端子と、上記第２の入力端子に接続された第２の端子とを有するキャパシタと、
（ｉｉｉ）少なくとも３つの端子を有するヒステリシス電圧比較器であって、その第１の端子は上記キャパシタの第１の端子に接続された入力端子であり、その第２の端子は基準電圧を入力する入力端子であり、その第３の端子は出力端子であるヒステリシス電圧比較器と、
（ｖｉ）上記ヒステリシス電圧比較器の第３の端子に接続されることにより上記ヒステリシス電圧比較器からの出力信号を受ける第１の端子と、上記キャパシタの第２の端子に接続された第２の端子と、第３の端子とを有するスイッチであって、上記キャパシタの電圧が上記ヒステリシス電圧比較器の高しきい値を超えたときに閉状態になり、上記キャパシタの電圧が上記ヒステリシス電圧比較器の低しきい値未満になったときに開状態になるように、上記ヒステリシス電圧比較器からの出力信号に応じて開状態と閉状態との間で切り換わるスイッチと、
（ｖ）上記キャパシタの第１の端子に接続された第１の端子、ならびに上記スイッチの第３の端子に接続された第２の端子を有する一次巻線と、第１の端子ならびに第２の端子を有する二次巻線とを備えた変圧器と、
（ｖｉ）上記インダクタの第２の端子に接続された第１の端子と、第２の端子とを有する出力整流器と
を備え、
（ｂ）上記出力は、上記各電力変換器回路の上記出力整流器の第２の端子に接続された第１の端子と、上記各電力変換器回路の上記変圧器の二次巻線の第２の端子に接続された第２の端子とを有する。
【００１３】
さまざまな電源に割り当てられた複数の回路が１つ以上の構成要素を共用して複数の電力変換器回路を形成する実施形態において、電力合成器は、
（ａ）複数の電源のそれぞれに異なる回路が割り当てられた、複数の回路の並列構成と、
（ｂ）上記複数の回路によって共用される１つ以上の共用構成要素であって、１つの回路が１つ以上の共用構成要素に接続されるとき、上記回路及び上記共用構成要素が、完結した、入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路を形成するような共用構成要素と、
（ｃ）単一の出力と
を備える。
【００１４】
さまざまな電源に割り当てられた複数の回路が１つ以上の構成要素を共用して複数の電力変換器回路を形成する実施形態において、電力合成器は、
（ａ）複数の電源のそれぞれに異なる回路が割り当てられた、複数の回路の並列構成を備え、上記各回路は、
（ｉ）上記回路用に指定された電源に接続する第１及び第２の入力端子と、
（ｉｉ）上記第１の入力端子に接続された第１の端子と、上記第２の入力端子に接続された第２の端子とを有するキャパシタと、
（ｉｉｉ）上記キャパシタの第１の端子に接続された第１の端子と、第２の端子とを有するスイッチと
を備え、
上記電力合成器はさらに、
（ｂ）上記各回路の上記スイッチの第２の端子に接続された第１の端子と、上記各回路の上記キャパシタの第２の端子に接続された第２の端子とを有するインダクタと、
（ｃ）上記インダクタの第２の端子に接続された第１の端子と、第２の端子とを有する出力整流器と、
（ｄ）上記出力整流器の第２の端子に接続された第１の端子と、上記インダクタの第１の端子に接続された第２の端子とを有する出力と、
（ｅ）すべてのスイッチを開閉し、上記電源のそれぞれを処理し、任意の時点において１つよりも多くのスイッチが閉じられることがないように周期動作するコントローラと
を備える。
【発明の効果】
【００１５】
上記電力変換器及び電力合成器は、燃料電池や光起電力セル等、特に太陽電池のような複数の電源を用いるとき、すなわち電力制限のある出力を有する複数の電源を用いるときに有用である。上記電力合成器は、太陽電池ユニットが複数のセルからなるとき、特に複数のセルが異種のものであるときに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力変換器の概略図である。
【図２】本発明のもう１つの実施形態に係る電力変換器の概略図である。
【図３】実施例１において用いた実施形態に係る電力変換器の回路図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電力合成器の概略図であり、上記電力合成器において、複数の電源にそれぞれ割り当てられた複数の回路の各々が、完結した、ヒステリシスを使用しかつ入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路である場合の図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電力合成器の概略図であり、上記電力合成器において、複数の電源にそれぞれ割り当てられた複数の回路が構成要素を共用し、上記共用された構成要素に接続されたときに、完結した、入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路をそれぞれ形成する場合の図である。
【図６】実施例２において用いた実施形態に係る電力変換器の回路図である。
【図７】実施例３において用いた本発明の実施形態に係る電力合成器の回路図であり、上記電力合成器において、複数の電源にそれぞれ割り当てられた複数の回路の各々が、完結した、ヒステリシスを使用しかつ入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路である場合の図である。
【図８】実施例４において用いた本発明の実施形態に係る電力合成器の回路図であり、上記電力合成器において、複数の電源にそれぞれ割り当てられた複数の回路が構成要素を共用し、上記共用された構成要素にそれぞれ接続されたときに、完結した、入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路をそれぞれ形成する場合の図である。
【図９】図８に示す回路のシミュレーションによって得られた充電特性を示す図である。
【図１０】実施例５において用いた本発明のもう１つの実施形態に係る電力合成器の回路図であり、上記電力合成器において、複数の電源にそれぞれ割り当てられた複数の回路が構成要素を共用し、上記共用された構成要素に接続されたときに、完結した、入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路をそれぞれ形成する場合の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の電力変換器は、電力制限のある電源とともに使用することで、ハンドヘルド電子機器を動作させたりバッテリーパックを充電したりするのに十分な出力電圧を供給することができる。この電力変換器は、ヒステリシス、入力側の調整、及び自励発振を用いることで部品数及び電力消費量を削減するものであり、ヒステリシスを使用しかつ入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器である。
【００１８】
図１に、一実施形態に係る電力変換器回路の概略図を示す。電力変換器は、以下の構成要素を備えた回路１０を有する。第１の入力端子１１及び第２の入力端子１２は、電源ＰＳへの接続をもたらす。キャパシタ１３は、第１の入力端子に接続された第１の端子と、第２の入力端子に接続された第２の端子とを有する。ヒステリシス電圧比較器１４は、キャパシタの第１の端子に接続された第１の端子と、基準電圧を入力する第２の端子１５と、出力端子である第３の端子とを有する。スイッチ１６は、ヒステリシス電圧比較器１４の第３の端子に接続されることによりヒステリシス電圧比較器１４からの出力信号を受ける第１の端子を有する。出力信号は、スイッチ１６を開状態と閉状態との間で切り換えさせる。スイッチ１６はまた、キャパシタの第２の端子に接続された第２の端子と、第３の端子とを有する。インダクタ１７は、キャパシタ１３の第１の端子に接続された第１の端子と、スイッチ１６の第３の端子に接続された第２の端子とを有する。出力整流器１８は、インダクタ１７の第２の端子に接続された第１の端子と、第１の出力端子１９に接続された第２の端子とを有する。第２の出力端子２０は、スイッチ１６の第２の端子に接続される。好ましくは、第２の入力端子、キャパシタの第２の端子、スイッチの第２の端子、及び第２の出力端子はすべて、接地されている。
【００１９】
この電力変換器は、以下のように動作する。電源ＰＳは、キャパシタ１３の電圧がヒステリシス電圧比較器１４の高しきい値電圧を超えるまで、キャパシタ１３を充電する。この結果、ヒステリシス電圧比較器１４はスイッチ１６を閉状態にさせる。キャパシタ１３からインダクタ１７及びスイッチ１６を介して接地まで、増大した電流が流れ、キャパシタ１３からエネルギーを放電して、それをインダクタ１７の磁界に蓄える。キャパシタ１３の電圧がヒステリシス電圧比較器１４の低しきい値電圧未満になったとき、スイッチ１６は開状態になる。インダクタ１７に蓄えられたエネルギーは電流源として作用し、出力整流器１８における電圧を、出力端子１９におけるレベルを超えるまで増大させる。電流は出力整流器１８を流れ、変換器の出力端子１９から出力される。インダクタ１７に蓄えられたエネルギーがすべて消費されたとき、整流器は非導通状態になり、電力変換器は、その元の状態に戻る。キャパシタ１３が十分なレベルまで再び充電されたとき、このサイクルが繰り返される。出力端子における電圧は、入力端子における電源電圧よりも高くなる。
【００２０】
図２に、もう１つの実施形態に係る電力変換器回路の概略図を示す。同等の構成要素については、図１の概略図で用いたものと同じ番号を付与している。構成要素１１〜１６はすべて、図１に示したものと同じ構成を有する。しかしながら、本実施形態では、フライバック変換器が使用されている。変圧器１７Ｆは、キャパシタの第１の端子に接続された第１の端子と、スイッチの第３の端子に接続された第２の端子とを有する一次巻線を有する。その二次巻線は、出力整流器１８の第１の端子に接続された第１の端子と、出力端子２０に接続された第２の端子とを有する。出力整流器の第２の端子は、第１の出力端子１９に接続される。図２に示すように出力整流器ががダイオードであるとき、このダイオードは「フリップ」される、すなわち、そのカソード側を端子に接続することができる。
【００２１】
回路の構成要素は、さまざまな形態をとることができる。キャパシタ１３は、単一のキャパシタであってもよく、あるいは、並列及び／又は直接構成で配置された２つ以上のキャパシタであってもよい。ヒステリシス電圧比較器１４は、商業的に入手可能な、外部に基準を有する集積回路比較器であってもよく、あるいは、内部に基準を有する回路であってもよい。スイッチ１６は、バイポーラトランジスタ又は電界効果トランジスタと、抵抗とから構成され、高（ハイレベル）及び低（ローレベル）のスイッチングしきい値電圧を設定することができる。インダクタ１７は、単一のインダクタであってもよく、あるいは、動作範囲のさらなる柔軟性をもたらすように結合された複数のインダクタであってもよい。出力整流器１８はダイオードの形態であってもよく、あるいは、パルス出力が望ましくない場合には、ダイオードとともにキャパシタを用いることにより容易にパルスをフィルタリングしてＤＣにすることができる。また、ダイオードの代わりに同期整流器構造を用いることもできる。当業者には、これらの構成要素のために他の形態を用いることも明らかであろう。電力変換器はプログラムされたコントローラを必要とすることはないが、そのようなコントローラの使用を除外するものではない。単一のコントローラを用いて、複数の電力変換器、例えば電力合成器内の複数の電力変換器を動作させることができる。
【００２２】
本発明に係るヒステリシスを使用しかつ入力調整を行う昇圧型電力変換器は、多くの利点を有する。本発明は、広い動作範囲と、高い効率と、簡単かつ低コストの実装とを有する。本発明は、インダクタ及びキャパシタ（ＬＣ）の時定数とヒステリシス電圧とによって設定される本質的に時間固定的なスイッチングによって、回路中の最大の構成要素のうちの１つであるインダクタを効率的に使用する。
【００２３】
電力変換器の電力消費量はマイクロワットの範囲にあり、これにより、ほんの数ミリワットの電力を発生する太陽電池等の電源とともに用いる場合に効率的になる。このことはまた、ヒステリシス電圧比較器の内部又は外部の基準電圧を動的に調整して太陽電池又は他の光起電力セルの最大電力点（maximum power point：ＭＰＰ）の追跡を達成することで、その電源に最適となりうる。ＭＰＰとは、これら複数のセルの電流及び電圧出力が同時に最大化される、すなわちセルが最大効率で動作している点である。これらのセルにとって、セル電圧の温度追跡は、最適な電力出力を達成するために非常に重要であり、基準回路内で温度可変抵抗又はダイオードを用いることにより、又は外部で導出された可変な基準電圧を用いることにより達成可能である。１つ以上の電力変換器を動作させるためにコントローラが使用される場合には、各電力変換器の光起電力セル電源が本質的にそのＭＰＰで動作するようにされる。
【００２４】
電力変換器の出力は柔軟である。出力端子においてそのインピーダンスを調整するためのフィードバックは存在せず、本質的に高インピーダンスを有するインダクタ及びダイオードの直列接続であるように見える。その結果、電力を消費することなく出力電圧を広範囲にわたって追跡することができる。電力変換器は、バッテリーのパルス充電を行う際に理想的なのこぎり波電流パルスを発生する。電力変換器の効率は、バッテリーのサイズ及び化学的性質から影響を受けない。バッテリーのパルス充電は、バッテリーの寿命を向上させるものとして知られている。電流パルスを直接的に使用しないことが望ましい場合には、従来の充電方法を行うために、パルスはキャパシタを用いることにより容易にフィルタリングしてＤＣにすることができる。
【００２５】
図３の回路図は、図１の概略図に示した実施形態に係る電力変換器の構成要素を示す。図３において、同等の構成要素については、図１で用いたものと同じ番号を付与して示し、これらの構成要素を構成する回路素子を示す。キャパシタ１３はキャパシタＣ５から構成される。比較器１４は、本実施形態では、１．８Ｖの低電力ＬＭＶ７２７１比較器（National Semiconductor, Santa Clara, CA）と、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２及びＲ１３と、キャパシタＣ１４とを用いて実装される。図２において、ＬＭＶ７２７１比較器の５つの端子は、製造業者の端子番号を用いて示している。ＶＤＤ入力は、比較器を動作させるために必要な電力を供給する。抵抗Ｒ１１、Ｒ１２及びＲ１３と、端子１５に印加される入力電圧基準ＶＲＥＦとによって、高及び低の電圧スイッチングしきい値が設定される。スイッチ１６は、ＺＸＴＮ２３０１５ＣＰＨバイポーラトランジスタＢＴ（Zetex Semiconductors plc, Chadderton, Oldham, UK）と、キャパシタＣ９及び抵抗Ｒ１０からなるベース側の給電回路と、キャパシタＣ７及び抵抗Ｒ８からなる電磁干渉（ＥＭＩ）防止用の回路とを用いて実装される。インダクタ１７はインダクタＬ４である。出力整流器は、低漏れ電流のショットキーダイオードＤ３とフィルタキャパシタＣ１５とを用いて実装される。この実施形態は、フィルタキャパシタＣ１５が使用されるか否かに応じて１４個又は１５個の構成要素のみを有する。これらの構成要素のうちのほとんどは小型の抵抗及びキャパシタである。
【００２６】
本発明はまた、複数の電源の出力電力を最小の損失で単一の出力に合成する電力合成器を提供する。この電力合成器は、１つ以上の電源からの電力を単一の出力に供給することに使用可能である。この電力合成器は、複数の同様の電源又は複数の異なる電源からの電力を合成することに使用可能である。例えば、複数の同種の光起電力セルとともに使用されるとき、この電力合成器は、個別のセルからの電力、又は並列もしくは直列接続されたこれらのセルからの電力を合成することに使用可能である。本発明の電力合成器は、互いに異なる個別の電源の出力を合成するときに、例えば異種のセルを含む太陽電池の複数のセルからの電力を合成するときに、特に有用である。各種のセルは、太陽スペクトラムの異なる範囲をそれぞれ変換して効率をさらに向上させるように選択可能である。各セルに生じる電圧は、そのセルを最適動作させるために、特定の温度補償された値に調整される。電力合成器回路は、その入力に接続されたセルの個数又はタイプに関わりなく、同じエネルギー変換効率で動作する。本発明の電力合成器は、簡単であり、効率的であり、かつ製造コストがかからない。
【００２７】
本発明の電力合成器は、複数の電源の出力電力を合成するものであり、複数の回路を備えて構成され、各回路は各電源に割り当てられている。例えば、ｎ個の電源がある場合、電源のうちの１つにそれぞれ対応するｎ個の回路が存在する。複数の回路は異なるものであってもよく、又は同一であってもよい。本明細書で用いているように、「個別の回路」とは、同一の構成要素をそれぞれ有する回路を示す。構成要素が同じであったとしても、その値及び回路の動作は相違する可能性があり、例えば、複数のヒステリシス電圧比較器の内部又は外部の基準電圧は、ＭＰＰの追跡を達成するために互いに相違する可能性がある。
【００２８】
一実施形態において、各回路は、完結した、入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路である。本発明に係る電力変換器の高出力インピーダンスは、複数の電力変換器を並列に直接接続し、それらの電力を合成することができる。この電力合成器はさらに、単一の出力を備えて構成される。好ましい一実施形態では、各回路は、完結した、ヒステリシスを使用しかつ入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路である。図４において、そのような一実施形態の概略図を示す。ここでは同一の回路を使用し、各回路は、図１の概略図に示したヒステリシスを使用しかつ入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路である。簡単化のために、電力合成器２５が２つの電源及び２つの電力変換器回路のみを備えるように図示しているが、任意個数を使用可能である。同等の回路構成要素については、図１の概略図で用いたものと同じ番号を付与している。各回路において、第２の入力端子１２Ａ又は１２Ｂと、キャパシタの第２の端子と、スイッチの第２の端子とはすべて、接地されている。これに応じて、第２の出力端子２２もまた接地されている。電源ＰＳＡは、入力端子１１Ａ及び接地端子１２Ａを用いて電力変換器回路１０Ａに接続される。各種の回路構成要素、すなわち、キャパシタ１３Ａと、基準電圧を入力する端子１５Ａを備えた電圧比較器１４Ａと、スイッチ１６Ａと、インダクタ１７Ａと、出力整流器１８Ａとはすべて、本発明の電力変換器について前述した場合と同様に接続され、回路１０Ａは前述した場合と同様に動作する。電源ＰＳＢは、入力端子１１Ｂ及び接地端子１２Ｂを用いて電力変換器回路１０Ｂに接続される。電力変換器回路１０Ｂは、電力変換器回路１０Ａと同様の構成要素１３Ｂ〜１８Ｂを有する。これらの構成要素はすべて、本発明の電力変換器について前述した場合と同様に接続され、回路１０Ｂは前述した場合と同様に動作する。各電力変換器回路の出力整流器の第２の端子は共通の出力端子２１に接続され、電流は、各電力変換器回路の出力整流器から出力されて出力端子２１を介して電力合成器から出力される。このタイプの電力合成器と同様の好ましい実施形態を、図２の概略図に示したヒステリシスを使用しかつ入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路を用いて構成することができる。
【００２９】
もう１つのタイプの好ましい実施形態に係る電力合成器では、各種の電源に割り当てられる回路は、完結した電力変換器回路ではなく、１つ以上の構成要素を共用している。複数の回路は異なるものであってもよく、又は同一であってもよい。ある回路が１つ以上の共用構成要素に接続されるとき、回路と共用構成要素とは、完結した、入力調整を行う高出力インピーダンス電力変換器回路を形成する。任意の時点において、１つよりも多くの回路が共用構成要素に接続されることはない。ある構成要素を共用することにより、電力合成器の必要な部品数とコスト及びサイズは削減されることになる。例えば、インダクタは典型的な構成要素であり、多くの場合、電力変換器回路において最大のサイズを有する構成要素である。従って、インダクタを共用すると、より高品質のインダクタを使用して電力合成器の効率を向上させることができ、さらに全体のサイズ及びコストを削減することができる。
【００３０】
この電力合成器はさらに、すべてのスイッチを開閉し、複数の電源のそれぞれを処理し、任意の時点において１つよりも多くのスイッチが閉じられることがないように周期動作するコントローラを備える。
【００３１】
そのような一実施形態では、複数の回路は、キャパシタ及びスイッチをそれぞれ備えて同一に構成され、共用構成要素は、インダクタ及び出力整流器を含む。
【００３２】
図５に、そのような一実施形態に係る、構成要素が共用されている電力合成器アーキテクチャの概略図を示す。簡単化のために、２つの電源ＰＳＡ及びＰＳＢのみを備えた電力合成器３０を図示しているが、任意個数の電源からの電力を合成することができる。回路３１Ａは、入力端子３２Ａ及び３２Ｂと、キャパシタ３４Ａと、スイッチ３５Ａとを備えて構成される。回路３１Ａには、第１の入力端子３２Ａ及び第２の入力端子３３Ａを用いて電源ＰＳＡが接続される。キャパシタ３４Ａは、第１の入力端子３２Ａに接続された第１の端子と、第２の入力端子３３Ａに接続された第２の端子とを有する。スイッチ３５Ａは、キャパシタ３４Ａの第１の端子に接続された第１の端子と、第２の端子とを有する。回路３１Ｂは、入力端子３２Ｂ及び３２Ｂと、キャパシタ３４Ｂと、スイッチ３５Ｂとを備えて構成される。回路３１Ｂには、第１の入力端子３２Ｂ及び第２の入力端子３３Ｂを用いて電源ＰＳＢが接続される。キャパシタ３４Ｂは、第１の入力端子３２Ｂに接続された第１の端子と、第２の入力端子３３Ｂに接続された第２の端子とを有する。スイッチ３５Ｂは、キャパシタ３４Ｂの第１の端子に接続された第１の端子と、第２の端子とを有する。図５にはさらに、共用構成要素、すなわち、インダクタ３６と、ダイオード３７の形態の出力整流器とが図示されている。インダクタ３６は、すべてのスイッチ（すなわち、図５に示す電力合成器では、スイッチ３５Ａ及び３５Ｂ）の第２の端子に接続された第１の端子と、すべてのキャパシタ（すなわち、図５に示す電力合成器では、キャパシタ３４Ａ及び３４Ｂ）の第２の端子に接続された第２の端子とを有する。ダイオード３７は、インダクタ３６の第２の端子に接続された第１の端子と、第１の出力端子３８に接続された第２の端子とを有する。第２の出力端子３９は、インダクタの第１の端子に接続される。コントローラ４０は周期動作を行い、すべてのスイッチを開閉し、これによりすべての電源を処理する。電源ＰＳＡを処理しているとき、スイッチ３５Ａが閉状態にされ、他のすべてのスイッチは開状態にされる（すなわち、図５に示す電力合成器では、スイッチ３５Ｂが開状態にされる）。次いで、キャパシタ３４Ａに蓄えられたエネルギーは、共用されたインダクタ３６に送られる。次いで、スイッチ３５Ａが開状態にされ、他のすべてのスイッチは開状態のままにされる。従って、任意の時点において、１つよりも多くのスイッチが閉状態にされることは決してない。インダクタにわたる電圧は、ダイオード３７をオンにして電流を共通の出力端子３８に流れさせるまで増大する。共通の出力端子３８は、直接に充電池に接続されて充電することができる。電力合成器は、バッテリーのパルス充電を行う際に理想的なのこぎり波電流パルスを発生する。電流パルスを直接的に使用しないことが望ましい場合には、従来の充電方法を行うために、パルスはキャパシタを用いることにより容易にフィルタリングしてＤＣにすることができる。好ましい一実施形態では、すべてのスイッチ３５Ａ及び３５Ｂの第２の端子と、インダクタ３６の第１の端子と、第２の出力端子３９とはすべて、接地されている。
【００３３】
回路においてキャパシタ及びスイッチの位置は交換可能であり、このため、回路３１Ａの場合では、キャパシタ３４Ａの第１の端子は、第１の入力端子３２Ａに接続されるとともに接地され、キャパシタ３４Ａの第２の端子は、第２の入力端子３３Ａとスイッチ３５Ａの一方の端子とに接続される。スイッチ３５Ａの他方の端子は、インダクタ３６の第２の端子に接続される。しかしながら、図５の構成ではスイッチング電圧が接地を基準としているので好ましい。
【００３４】
簡単なモードでは、スイッチの周期動作プロセスは、固定周波数で実行可能である。より複雑なモードでは、周期動作は、例えば異なる太陽電池等の異なる電源毎に可変な時間をかけるように実行可能である。コントローラが各蓄積キャパシタの電圧を検出できるのであれば、エネルギーをほとんど、又はまったく蓄積していない太陽電池をスキップして、より多くのエネルギーを蓄積した太陽電池の蓄積キャパシタから「引き出す」ためにより長い時間をかけることができる。
【００３５】
ｎ個の電源があるとき、図５に示した電力合成器は、ｎ個の蓄積キャパシタと、ｎ個のスイッチと、１つのインダクタと、１つのダイオードと、１つのコントローラチップとを必要とする。ある実施形態では、コントローラは、回路において使用されるすべてのスイッチも含んだ単一のシリコンチップとして実装される。この実装は、ｎ個の電源とともに動作させるために、ｎ個の蓄積キャパシタと、スイッチを備えたコントローラチップと、１つのインダクタと、１つのダイオードとを必要とするであろう。電源の個数とともに個数が変化する構成要素は、蓄積キャパシタのみである。多数の電源が存在する場合、共用構成要素のアーキテクチャは、完結した電力変換器が各電源専用に設けられるアーキテクチャよりも小型かつ低コストになる。
【００３６】
電力合成器の回路構成要素は、電力変換器の回路構成要素について前述した場合と同様のさまざまな形態を取ることができる。
【００３７】
本発明の電力変換器又は本発明の電力合成器のいずれかの充電器アーキテクチャを用いる複数の電子装置は、電力変換器又は電力合成器からの電力を共用するために従来の配線を用いて互いに接続可能である。それらの装置のうちの１つ以上が太陽電池と電力変換器又は電力合成器とを備えている限り、接続されたすべての装置が充電される。それらの装置のうちの複数が太陽電池と電力変換器又は電力合成器とを備えているのであれば、太陽電池と電力変換器又は電力合成器とを備えたすべての装置の合成電力を、充電を必要としている装置のバッテリーを充電するために送ることができる。
【００３８】
本発明の電力合成器は、光電子発電モジュール内に組み込むことができる。例えば、電力合成器は、ソーラーパネル上の複数の太陽電池からなるアレーからの電力を合成するために有用であり、各パネルと一体に組み込むことができる。次いで、複数のパネルは互いに機械的かつ電気的に接続することができる。
【００３９】
本明細書で用いているように、「入力調整を行う（又は、入力をレギュレートする：input-regulated）」とは、その通常の意味で使用され、すなわち、電力変換器が入力電圧を検出し、それを所定のレベルに維持することを意味する。
【００４０】
本明細書で用いているように、「高出力インピーダンス」とは、その通常の意味で使用され、すなわち、出力が電流源のように見えることを意味する。
【実施例１】
【００４１】
本実施例では、本発明の実施形態に係る電力変換器の動作を示す。図３に、本実施例の回路図を示す。この電力変換器回路の動作シミュレーションは、ＳＩＭＥＴＲＩＸ回路シミュレーションソフトウェア（Catena Software LTD, Berkshire, UK）を用いて行った。使用した構成要素は、Ｃ５＝１５０μＦ、Ｃ７＝３００ｐＦ、Ｃ９＝１００ｐＦ、Ｃ１４＝０．４７μＦ、Ｒ８＝１ｋΩ、Ｒ１０＝７５０Ω、Ｒ１１＝４７ｋΩ、Ｒ１２＝６８ｋΩ、Ｒ１３＝３．３ＭΩ、及びＬ４＝１００μＨであった。ダイオードＤ３は、ＺＬＬＳ４００整流器（Zetex Semiconductors plc, Chadderton, Oldham, UK）である。前述のように、比較器は、ＬＭＶ７２７１比較器（National Semiconductor, Santa Clara, CA）であり、スイッチに使用したバイポーラトランジスタは、ＺＸＴＮ２３０１５ＣＰＨバイポーラトランジスタ（Zetex Semiconductors plc, Chadderton, Oldham, UK）であった。電源は、２ｍＡの電流源としてモデル化し、電力変換器への入力電圧は０．３２Ｖにした。シミュレーションにおける電力変換器の効率は、７５％であった。
【実施例２】
【００４２】
この実施例は、実施例１でシミュレーションを行ったものと同様の、図６に示す本発明の実施形態に係る電力変換器の構成及び動作を示す。使用した構成要素は、Ｃ１＝８０μＦ、Ｃ２＝１０μＦ、Ｃ３＝１０μＦ、Ｃ４＝３００ｐＦ、Ｒ１＝２００Ω、Ｒ２＝２ＭΩ、Ｒ３＝１００ｋΩ、Ｒ４＝なし、Ｒ５＝２００Ω、Ｒ６＝０．５Ω、Ｒ７＝１０Ω、Ｌ１＝２０μＨ、Ｑ２＝ＮＳＴ３９４６ＤＶＸ６Ｔ１デュアルバイポーラトランジスタ（ON Semiconductor）であった。Ｕ１は、ＬＭＶ７２７１比較器（National Semiconductor, Santa Clara, CA）であり、Ｑ１は、Ｓｉ５８５６ＤＣ  ＭＯＳＦＥＴ＋ショットキーダイオード（Vishay Semiconductor, Vishay Intertechnology, Inc., Malvern, PA）であった。電源は、並列接続された複数の単結晶シリコン太陽電池であった。実際の太陽のもとで観測された最良の効率は、８０％であった。
【実施例３】
【００４３】
この実施例は、２つの電源に対して同一の回路がそれぞれ割り当てられ、各回路が、完結した、ヒステリシスを用いかつ入力調整を行う電力変換器回路である実施形態に係る電力合成器を示す。図７に回路図を示す。この電力合成器回路の動作シミュレーションは、ＳＩＭＥＴＲＩＸ回路シミュレーションソフトウェア（Catena Software LTD, Berkshire, UK）を用いて行った。２つの電源がそれぞれ６４０ｍＶ及び２Ｖの出力電力を有するものとしてシミュレーションを行った。電力合成器の効率は、８３％であることがわかった。
【実施例４】
【００４４】
この実施例は、２つの電源に対してそれぞれ割り当てられた同一の回路が、完結したものではなく、構成要素を共用した電力変換器回路である実施形態に係る電力合成器を示す。共用構成要素は、インダクタ及びダイオードである。図８に電力合成器の回路図を示す。この電力合成器回路の動作シミュレーションは、ＳＩＭＥＴＲＩＸ回路シミュレーションソフトウェア（Catena Software LTD, Berkshire, UK）を用いて行った。２つの電源による入力電力は、８．７３７ｍＷ及び８．６ｍＷであった。図９に出力波形を示す。出力電力は１４．８６ｍＷであり、電力合成器の効率は８７．５％であった。
【実施例５】
【００４５】
この実施例は、２つの電源に対してそれぞれ割り当てられた同一の回路が、完結したものではなく、構成要素を共用した電力変換器回路である実施形態に係る電力合成器を示す。この回路は、共用構成要素がインダクタ及び同期整流器であることを除いて、実施例４で用いた回路と同様である。図１０に電力合成器の回路図を示す。この電力合成器回路の動作シミュレーションは、ＳＩＭＥＴＲＩＸ回路シミュレーションソフトウェア（Catena Software LTD, Berkshire, UK）を用いて行った。電力合成器の効率は９４．１％であり、ダイオードの代わりに同期整流器を用いることの利点がわかる。
【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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【国際調査報告】
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