(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の直流電圧を発生する直流電圧発生源からの直流電圧をスイッチングして、所定の正弦波交流電圧を出力する複数の交流電圧発生ユニットのそれぞれの出力を並列接続し、互いに同期して動作させるように制御する電源制御装置であって、
前記複数の交流電圧発生ユニットの各々が、前記直流電圧発生源からの直流電圧をスイッチングして、交流電圧を出力するように直流電圧発生源の出力にブリッジ接続された第１の複数のスイッチング手段と、
該第１の複数のスイッチング手段から出力される交流電圧を所定の電圧値の交流電圧に変換して出力するとともに、第１の複数のスイッチング手段を含む直流電圧発生源側である前段側の回路部と第１の複数のスイッチング手段より後段側の回路部とを絶縁する変圧器と、
所定の基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、
前記複数の交流電圧発生ユニットの並列接続された出力に発生する交流並列出力電圧を整流して直流電圧を出力する第１の整流手段と、
該第１の整流手段からの直流電圧を前記基準電圧発生手段からの所定の基準電圧と比較し、両者の偏差に基づき前記第１の複数のスイッチング手段をパルス幅変調方式でスイッチング駆動して、前記交流並列出力電圧が前記所定の正弦波交流電圧に変換されるように前記第１の複数のスイッチング手段を駆動するパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調回路と、
前記変圧器から出力される交流電圧を整流して、直流電圧に変換する第２の整流手段と、
該第２の整流手段の出力にブリッジ接続され、パルス幅変調信号で駆動され、これにより第２の整流手段からの直流出力電圧をスイッチングして、交流電圧を出力する第２の複数のスイッチング手段と、
該第２の複数のスイッチング手段から出力される交流電圧のパルス幅変調周波数成分を除去し、正弦波成分のみを通過し、該交流電圧を前記所定の正弦波交流電圧に変換して出力するバンドパスフィルタ手段と、
前記第２の複数のスイッチング手段を駆動する前記パルス幅変調信号を該第２の複数のスイッチング手段から出力される交流電圧が正弦波になるようなパターンを有するパルス幅変調信号として生成し、このパルス幅変調信号で第２の複数のスイッチング手段を駆動すべく第２の複数のスイッチングに供給する正弦波用パルス幅変調信号生成手段と、
前記バンドパスフィルタ手段から出力され、他の複数の交流電圧発生ユニットと並列接続された出力に発生する交流並列出力電圧が零になるゼロクロス点を検出して、ゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出手段と、
該ゼロクロス検出回路から出力されるゼロクロス信号で前記正弦波用パルス幅変調信号生成手段を所定の状態にリセットするリセット手段と、
前記第１の整流手段からの直流電圧を監視し、所定の値以下の場合には出力信号を出力する電圧監視手段と、
該電圧監視手段からの出力信号を前記パルス幅変調回路に供給すべく電圧監視手段とパルス幅変調回路との間に接続されたスイッチと、
前記電圧監視手段からの出力信号が前記スイッチを介して前記パルス幅変調回路に供給された場合には、該パルス幅変調回路から出力される前記パルス幅変調信号のパルス幅が最小になるように制御する制御手段と
を有し、前記複数の交流電圧発生ユニットのうち、１つのユニットのみの前記スイッチをオフとし、他のすべてのユニットの前記スイッチをオンにするように設定し、これにより前記複数の交流電圧発生ユニットの並列接続された出力に発生する交流並列出力電圧が互いに打ち消し合って零になった場合、前記複数の交流電圧発生ユニットのうち前記スイッチがオンに設定された交流電圧発生ユニットにおいては前記パルス幅変調回路からのパルス幅変調信号のパルス幅が最小となり、この結果、前記第１の複数のスイッチング手段の動作が停止し、当該交流電圧発生ユニットからの正弦波交流電圧の出力がなくなり、前記スイッチがオフに設定された前記１つの交流電圧発生ユニットにおいてのみ前記パルス幅変調回路および第１の複数のスイッチング手段が正常に動作して、正弦波交流電圧を出力し、この正弦波交流電圧が複数の交流電圧発生ユニットの並列接続された出力に発生し、これにより交流並列出力電圧の打ち消し合いが解消され、他のすべての交流電圧発生ユニットも正常に動作することを特徴とする電源制御装置。
【請求項２】
前記直流電圧発生源は、太陽光発電セルを有することを特徴とする請求項１記載の電源制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の直流電圧を発生する例えば太陽光発電セルが単体でまたは複数組み合わせられてユニットとして構成される直流電圧発生源からの直流電圧をスイッチング素子でスイッチングして、例えばＡＣ１００Ｖなどの所定の正弦波交流電圧を出力する複数の交流電圧発生ユニットのそれぞれの出力を並列接続し、互いに同期して動作させるように制御する電源制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光発電セルは、太陽の光を受けて、例えば１〜２ボルトの小さな直流電圧を発生するものであるが、この太陽光発電セルを例えば５０ｃｍ×１００ｃｍ角の大きさの平板状に複数配列して、その全体の直流出力電圧が例えば３０ボルト（Ｖ）程度になるように直並列接続したものを１つの太陽光発電基板として構成するとともに、この太陽光発電基板の約３０Ｖの直流出力電圧を商用電源と同じＡＣ１００Ｖの正弦波交流電圧に変換するインバータからなる電源回路部を太陽光発電基板と一体化してパネル状に構成される交流電圧発生ユニットは、比較的小型で簡単に移動できながら太陽光から簡単に商用電源と同じＡＣ１００Ｖを発生する手軽な携帯型発電ユニットとして非常に便利であり、例えばキャンプで使用したり、山小屋で使用したり、自動車の屋根に搭載して使用したり、または緊急用に使用するなどのように種々の形態で使用することができる。
【０００３】
このような交流電圧発生ユニットの電源回路部は、一般に複数の太陽光発電セルからなる太陽光発電基板から出力される約３０Ｖの直流出力電圧を所定の直流電圧に昇圧する昇圧部とこの昇圧された直流電圧を商用電源と同じ正弦波交流電圧に変換して出力するインバータ部から構成されている。
【０００４】
また、上述した交流電圧発生ユニットは、複数の太陽光発電セルからなる太陽光発電基板からの約３０Ｖの直流電圧をＡＣ１００Ｖの交流出力電圧に変換して出力しているが、この出力電力はおおよそ太陽光発電セルを並列接続した数に依存した電力であって、それ程高電力なものでなく、比較的低電力なものであり、使用用途によって更に高電力なものが必要になる。
【０００５】
そこで、この交流電圧発生ユニットを複数使用し、この複数の交流電圧発生ユニットの出力を並列に直接接続すれば、この並列接続した数に相当する高電力を得ることができ、更に高電力を必要とする種々の用途に利用することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した交流電圧発生ユニットにおいて、更に高電力を得るために、複数の交流電圧発生ユニットを使用し、この複数の交流電圧発生ユニットの出力を直接に並列接続すれば、高電力な交流出力電圧を得ることができるが、このように複数の交流電圧発生ユニットの出力を並列接続した場合に、複数の交流電圧発生ユニットの交流出力電圧が位相が合っていないと、位相の合っていないばらばらの複数の交流出力電圧が互いに打ち消し合って、正確な正弦波交流電圧にならず、使用することができないという問題がある。
【０００７】
また、上述したように、交流電圧発生ユニットに使用される電源回路部は、昇圧部とインバータ部から構成されているが、従来は、この昇圧部とインバータ部の両方に制御回路を有する。具体的には、昇圧部においては、昇圧された直流電圧を所定の基準直流電圧と比較して、この比較結果により制御を行う制御回路を有し、またインバータ部においては、出力される正弦波交流電圧を所定の基準となる正弦波出力電圧と比較し、この比較結果により制御を行う制御回路を有するというように別々の制御回路を有し、各々が独立した閉ループの電圧制御を行っているため、回路構成が複雑化して、実装するスペースが増大するとともに、高価になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、比較的簡単な回路構成でありながら、複数の交流電圧発生ユニットの出力を直接並列接続しても互いに同期して適確に動作するように制御し得る電源制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、所定の直流電圧を発生する直流電圧発生源からの直流電圧をスイッチングして、所定の正弦波交流電圧を出力する複数の交流電圧発生ユニットのそれぞれの出力を並列接続し、互いに同期して動作させるように制御する電源制御装置であって、前記複数の交流電圧発生ユニットの各々が、前記直流電圧発生源からの直流電圧をスイッチングして、交流電圧を出力するように直流電圧発生源の出力にブリッジ接続された第１の複数のスイッチング手段と、該第１の複数のスイッチング手段から出力される交流電圧を所定の電圧値の交流電圧に変換して出力するとともに、第１の複数のスイッチング手段を含む直流電圧発生源側である前段側の回路部と第１の複数のスイッチング手段より後段側の回路部とを絶縁する変圧器と、所定の基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、前記複数の交流電圧発生ユニットの並列接続された出力に発生する交流並列出力電圧を整流して直流電圧を出力する第１の整流手段と、該第１の整流手段からの直流電圧を前記基準電圧発生手段からの所定の基準電圧と比較し、両者の偏差に基づき前記第１の複数のスイッチング手段をパルス幅変調方式でスイッチング駆動して、前記交流並列出力電圧が前記所定の正弦波交流電圧に変換されるように前記第１の複数のスイッチング手段を駆動するパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調回路と、前記変圧器から出力される交流電圧を整流して、直流電圧に変換する第２の整流手段と、該第２の整流手段の出力にブリッジ接続され、パルス幅変調信号で駆動され、これにより第２の整流手段からの直流出力電圧をスイッチングして、交流電圧を出力する第２の複数のスイッチング手段と、該第２の複数のスイッチング手段から出力される交流電圧のパルス幅変調周波数成分を除去し、正弦波成分のみを通過し、該交流電圧を前記所定の正弦波交流電圧に変換して出力するバンドパスフィルタ手段と、前記第２の複数のスイッチング手段を駆動する前記パルス幅変調信号を該第２の複数のスイッチング手段から出力される交流電圧が正弦波になるようなパターンを有するパルス幅変調信号として生成し、このパルス幅変調信号で第２の複数のスイッチング手段を駆動すべく第２の複数のスイッチングに供給する正弦波用パルス幅変調信号生成手段と、前記バンドパスフィルタ手段から出力され、他の複数の交流電圧発生ユニットと並列接続された出力に発生する交流並列出力電圧が零になるゼロクロス点を検出して、ゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出手段と、該ゼロクロス検出回路から出力されるゼロクロス信号で前記正弦波用パルス幅変調信号生成手段を所定の状態にリセットするリセット手段と、前記第１の整流手段からの直流電圧を監視し、所定の値以下の場合には出力信号を出力する電圧監視手段と、該電圧監視手段からの出力信号を前記パルス幅変調回路に供給すべく電圧監視手段とパルス幅変調回路との間に接続されたスイッチと、前記電圧監視手段からの出力信号が前記スイッチを介して前記パルス幅変調回路に供給された場合には、該パルス幅変調回路から出力される前記パルス幅変調信号のパルス幅が最小になるように制御する制御手段とを有し、前記複数の交流電圧発生ユニットのうち、１つのユニットのみの前記スイッチをオフとし、他のすべてのユニットの前記スイッチをオンにするように設定し、これにより前記複数の交流電圧発生ユニットの並列接続された出力に発生する交流並列出力電圧が互いに打ち消し合って零になった場合、前記複数の交流電圧発生ユニットのうち前記スイッチがオンに設定された交流電圧発生ユニットにおいては前記パルス幅変調回路からのパルス幅変調信号のパルス幅が最小となり、この結果、前記第１の複数のスイッチング手段の動作が停止し、当該交流電圧発生ユニットからの正弦波交流電圧の出力がなくなり、前記スイッチがオフに設定された前記１つの交流電圧発生ユニットにおいてのみ前記パルス幅変調回路および第１の複数のスイッチング手段が正常に動作して、正弦波交流電圧を出力し、この正弦波交流電圧が複数の交流電圧発生ユニットの並列接続された出力に発生し、これにより交流並列出力電圧の打ち消し合いが解消され、他のすべての交流電圧発生ユニットも正常に動作することを要旨とする。
【００１２】
請求項１記載の本発明にあっては、直流電圧発生源からの直流電圧を第１の複数のスイッチング手段でスイッチングして交流電圧を生成し、この交流電圧を変圧器で所定の電圧値の交流電圧に変換し、この交流電圧を第２の整流手段で整流された直流電圧を第２の複数のスイッチング手段によりパルス幅変調方式でスイッチングして、交流電圧を出力し、この交流電圧をバンドパスフィルタで所定の正弦波交流電圧に変換して出力するとともに、複数の交流電圧発生ユニットからの交流並列出力電圧を第１の整流手段で整流した直流電圧を所定の基準電圧と比較し、両者の偏差に基づき第１の複数のスイッチング手段をパルス幅変調方式で駆動して、交流並列出力電圧を所定の正弦波交流電圧に変換して出力し、また交流並列出力電圧が零になるゼロクロス点を検出して、ゼロクロス信号を出力し、ゼロクロス信号で正弦波用パルス幅変調信号生成手段を所定の状態にリセットするため、並列接続された複数の交流電圧発生ユニットからの交流並列出力電圧は互いに同期して適確に動作することができるとともに、また１つの閉ループ制御により動作していて、従来のように２つの制御回路部を有するものに比較して経済化が図られている。
さらに、複数の交流電圧発生ユニットのうち、１つのユニットのみのスイッチをオフとし、他のすべてのユニットのスイッチをオンにするように設定し、複数の交流電圧発生ユニットの並列接続された出力に発生する交流並列出力電圧が互いに打ち消し合って零になった場合、スイッチがオンに設定された交流電圧発生ユニットにおいてはパルス幅変調回路からのパルス幅変調信号のパルス幅が最小となり、この結果、第１の複数のスイッチング手段の動作が停止し、当該交流電圧発生ユニットからの正弦波交流電圧の出力がなくなり、スイッチがオフに設定された１つの交流電圧発生ユニットにおいてのみパルス幅変調回路および第１の複数のスイッチング手段が正常に動作して、正弦波交流電圧を出力し、この正弦波交流電圧が複数の交流電圧発生ユニットの並列接続された出力に発生し、これにより交流並列出力電圧の打ち消し合いが解消され、他のすべての交流電圧発生ユニットも正常に動作するため、並列接続された複数の交流電圧発生ユニットの出力が互いに打ち消し合って零になっても、正常に再動作することができる。
【００１３】
更に、請求項２記載の本発明は、請求項１記載の発明において、前記直流電圧発生源が、太陽光発電セルを有することを要旨とする。
【００１４】
請求項２記載の本発明にあっては、直流電圧発生源が太陽光発電セルであるため、この太陽光発電セルとともに交流電圧発生ユニットを例えば１枚のパネル形状に構成することにより、小型で携帯可能な電源ユニットを構成することができ、例えばキャンプで使用したり、山小屋で使用したり、自動車の屋根に搭載して使用したり、または緊急用に使用するなどのように種々の形態で使用することができ、利便性を向上することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電源制御装置を適用した交流電圧発生ユニットの構成を示す回路図である。同図に示す交流電圧発生ユニットは、複数の太陽光発電セルを直並列接続して太陽光発電基板部として構成され、例えば約３０Ｖの直流電圧を出力する直流電圧発生源１を有し、この直流電圧発生源１からの直流出力電圧を変換制御して、商用電源と同じＡＣ１００Ｖの正弦波交流電圧を出力するものである。また、この交流電圧発生ユニットを複数設け、この複数の交流電圧発生ユニットの出力を直接並列接続して、互いに同期して動作させることにより、この複数の交流電圧発生ユニットの並列接続された出力からより大きな電力を出力し得るものであり、このように複数の交流電圧発生ユニットの出力を直接並列接続しても適確に動作し得るように構成されているものである。
【００２２】
図１に示す本実施形態の電源制御装置は、直流電圧発生源１からの直流出力電圧を所定の交流電圧に昇圧する昇圧部１００、およびこの昇圧部１００からの交流電圧を商用電源と同じＡＣ１００Ｖの正弦波交流電圧に変換するインバータ部２００から構成されている。
【００２３】
昇圧部１００は、直流電圧発生源１の両端に接続された平滑用コンデンサ２およびブリッジ接続された第１の複数のスイッチング手段を構成する第１の複数のスイッチング素子３−６を有し、この第１の複数のスイッチング素子３−６により直流電圧発生源１から出力される例えば３０Ｖ程度の直流電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）方式でスイッチングし、交流電圧を発生するようになっている。この第１の複数のスイッチング素子３−６から発生する交流電圧は、変圧器７により所定の交流電圧に昇圧される。
【００２４】
変圧器７で昇圧された所定の交流電圧は、ブリッジ接続された第２の整流手段を構成する全波整流ダイオード８−１１により全波整流されて、直流電圧に変換され、更に平滑用リアクトル１２および第２の平滑用コンデンサ１３からなる平滑回路で平滑され、所定の直流電圧を昇圧部１００から出力するようになっている。なお、変圧器７は、第１の複数のスイッチング素子３−６を含む前段側の回路部と変圧器７より後段側の回路部とを絶縁する機能を有している。
【００２５】
前記第１の複数のスイッチング素子３−６は、駆動回路３０−３３を介してパルス幅変調回路を構成するＰＷＭ発生器２９から出力されるパルス幅変調信号でスイッチング駆動され、これにより交流電圧を発生するようになっている。ＰＷＭ発生器２９は、基準直流電圧発生器２５から出力される所定の基準直流電圧と第１の整流手段を構成する整流器４７からの直流電圧との偏差を減算器２６で算出し、この偏差信号を比例積分増幅器２７で増幅した偏差増幅信号と三角波発生器２８からの三角波信号を供給され、この両信号の比較により前記偏差に対応するパルス幅のパルス幅変調信号を出力するようになっている。このパルス幅変調信号は、駆動回路３０−３３を介して第１の複数のスイッチング素子３−６を駆動し、これにより第１の複数のスイッチング素子３−６から交流電圧を発生するようになっている。
【００２６】
一方、インバータ部２００は、昇圧部１００から出力される前記所定の直流電圧、すなわち昇圧部１００の第２の平滑用コンデンサ１３からの所定の直流電圧を供給されると、この直流電圧を第３の平滑用コンデンサ１５に供給される。この第３の平滑用コンデンサ１５の両端にはブリッジ接続されている第２の複数のスイッチング手段を構成する第２の複数のスイッチング素子１６−１９が接続されている。この結果、第２の複数のスイッチング素子１６−１９は、平滑用コンデンサ１５の両端の直流電圧をパルス幅変調方式でスイッチングし、前記所定の直流電圧を交流電圧に変換するようになっている。
【００２７】
第２の複数のスイッチング素子１６−１９で変換された交流電圧は、平滑用リアクトル２０，２１およびコンデンサ２２からなるバンドパスフィルタ手段を構成するバンドパスフィルタで濾波され、交流電圧のキャリヤ周波数成分であるパルス幅変調周波数成分を除去し、商用周波数に等しい正弦波成分のみを通過し、これにより所定の正弦波交流電圧を出力し、負荷２４に供給するようになっている。
【００２８】
第２の複数のスイッチング素子１６−１９は、駆動増幅器４３−４６を介して駆動されるが、この駆動増幅器４３−４６は、フリップフロップ５１−５４を介して正弦波用パルス幅変調信号生成手段を構成する正弦波ＰＷＭ用ビットパターン発生ＲＯＭ５０から供給される正弦波ＰＷＭ用ビット信号で駆動されるようになっている。正弦波ＰＷＭ用ビットパターン発生ＲＯＭ５０は、正弦波発生用のＰＷＭビットパターンである正弦波ＰＷＭ用ビットパターンを記憶しているＲＯＭであり、正弦波ＰＷＭ用ビットパターン発生ＲＯＭ５０は、ＯＳＣ３４から出力される所定の矩形波信号であるパルスをパルスカウンタ３５で計数した計数値を供給され、この計数値に対応して所定の正弦波ＰＷＭ用ビットパターンに従って正弦波発生用のＰＷＭ信号を出力するようになっている。
【００２９】
また、図１の交流電圧発生ユニットの出力、すなわちインバータ部２００の出力からの交流出力電圧は、出力電圧検出用変圧器２３で所定の交流電圧に変換され、インバータ部２００のゼロクロス検出手段を構成するシュミットトリガー回路４８に供給されている。このシュミットトリガー回路４８は、交流電圧発生ユニットからの交流出力電圧が零となるゼロクロス点を検出して、ゼロクロス信号を出力するようになっている。そして、このゼロクロス信号は、リセット手段を構成するシングルショット回路４９に供給され、シングルショット回路４９から単発のリセット信号が出力される。このリセット信号は、パルスカウンタ３５およびフリップフロップ５１−５４を所定の状態にリセットし、これにより第２の複数のスイッチング素子１６−１９を駆動する正弦波用パルス幅変調信号をリセットし、交流電圧発生ユニットから出力される正弦波交流電圧を所定の位相、すなわち０位相から発生し直すように同期制御している。
【００３０】
更に、前記出力電圧検出用変圧器２３からの交流電圧は、昇圧部１００の整流器４７で整流されて、直流電圧に変換され、この直流電圧は、電圧監視手段を構成する反転増幅器６１で反転され、スイッチ６３を介してＰＷＭ発生器２９に供給されるようになっている。ＰＷＭ発生器２９は、スイッチ６３を介して反転増幅器６１から出力される高レベル信号を供給されると、駆動回路３０−３３を介して第１の複数のスイッチング素子３−６を駆動するパルス幅変調信号のパルス幅を最小値の例えば０にするように作用し、これにより第１の複数のスイッチング素子３−６のスイッチングを停止し、第１の複数のスイッチング素子３−６からの交流電圧の発生を停止するようになっている。
【００３１】
次に、以上のように構成される本実施形態の電源制御装置を提供した交流電圧発生ユニットの作用について説明する。まず、図１に示す交流電圧発生ユニットを単独で動作させた場合について説明する。図１に示す交流電圧発生ユニットにおいて、太陽光発電セルなどからなる直流電圧発生源１からの例えば３０Ｖ程度の直流電圧は平滑用コンデンサ２に蓄積されるとともに、第１の複数のスイッチング素子３−６でスイッチングされて交流電圧に変換される。この場合、第１の複数のスイッチング素子３−６はＰＷＭ発生器２９からのパルス幅変調信号により駆動回路３０−３３を介して駆動され、パルス幅変調信号に応じてスイッチングし、正弦波交流電圧を出力する。
【００３２】
この交流電圧は、変圧器７で所定の交流電圧に昇圧される。この昇圧された交流電圧は全波整流ダイオード８−１１で整流され、平滑用リアクトル１２および第２の平滑用コンデンサ１３からなる平滑回路で平滑され、所定の直流電圧を生成する。
【００３３】
この平滑用リアクトル１２および第２の平滑用コンデンサ１３からなる平滑回路から出力される所定の直流電圧は、インバータ部２００を構成する第３の平滑用コンデンサ１５に蓄積され、第２の複数のスイッチング素子１６−１９でスイッチングされ、交流電圧に変換される。この場合、第２の複数のスイッチング素子１６−１９は、正弦波ＰＷＭ用ビットパターン発生ＲＯＭ５０から出力される正弦波ＰＷＭ用ビット信号によりフリップフロップ５１−５４および駆動増幅器４３−４６を介して駆動され、これにより正弦波交流電圧を出力するようになっている。
【００３４】
この第２の複数のスイッチング素子１６−１９からの正弦波交流電圧は、平滑用リアクトル２０，２１およびコンデンサ２２からなるバンドパスフィルタで濾波され、パルス幅変調周波数成分を除去され、商用周波数に等しい正弦波成分のみを通過し、これにより例えば商用電圧に等しいＡＣ１００Ｖなどの所定の正弦波交流電圧を出力し、負荷２４に供給するようになっている。
【００３５】
本交流電圧発生ユニットから出力されるＡＣ１００Ｖなどの所定の正弦波出力電圧は、出力電圧検出用変圧器２３で所定の交流電圧に変換され、更に整流器４７で整流され、所定の直流電圧に生成される。この整流された直流電圧は、減算器２６に供給されて、基準直流電圧発生器２５からの基準直流電圧との偏差が算出される。この偏差信号は、比例積分増幅器２７で増幅され、偏差増幅信号として三角波発生器２８からの三角波信号と比較され、この偏差に対応するパルス幅のパルス幅変調信号がＰＷＭ発生器２９から出力される。
【００３６】
このパルス幅変調出力信号は、駆動回路３０−３３を介して第１の複数のスイッチング素子３−６をスイッチング駆動するという上述した１つの閉ループ制御により本交流電圧発生ユニットからの正弦波交流電圧に対応する整流器４７からの直流電圧と基準直流電圧発生器２５からの基準直流電圧との偏差に応じたパルス幅変調信号を生成し、これにより本交流電圧発生ユニットから出力される正弦波交流電圧が例えば商用電源に等しい所定の正弦波交流電圧になるように制御されている。このように本実施形態の交流電圧発生ユニットは、１つの閉ループ制御より動作していて、従来のように２つの制御回路部を有するものに比較して経済化を図っている。
【００３７】
次に、図１に示す交流電圧発生ユニットを図２に示すように出力において複数並列接続した場合の動作について説明する。このように複数の交流電圧発生ユニット３００ａ〜３００ｎの出力を直接並列接続することにより、交流電圧発生ユニットを単体で使用する場合に比較して、より多くの出力電圧を得ることができるが、このように並列接続した場合において、それぞれの交流電圧発生ユニットがばらばらに動作した場合には、正常な正弦波交流電圧を生成することができないので、この複数の交流電圧発生ユニットを同期して動作させる必要がある。
【００３８】
このように複数の交流電圧発生ユニットを並列接続した場合に、これらを同期して動作させるために、本実施形態においては、シュミットトリガー回路４８およびシングルショット回路４９が設けられている。この同期動作について図３に示す各部の信号波形図を参照して説明する。
【００３９】
各交流電圧発生ユニット３００ａ〜３００ｎから出力される交流電圧は、図３（ａ）に示すような正弦波形を有しているが、この正弦波交流電圧は、出力電圧検出用変圧器２３によって図３（ｂ）に示すような約２０Ｖの所定の交流電圧に変換される。この出力電圧検出用変圧器２３からの交流電圧は、シュミットトリガー回路４８において図３（ｃ）に示すような約１５Ｖの矩形波信号に変換されてから、更に微分され、これにより交流電圧が零になるゼロクロス点を検出し、最終的にシュミットトリガー回路４８から図３（ｄ）に示すようなゼロクロス信号が出力される。
【００４０】
このシュミットトリガー回路４８からのゼロクロス信号は、シングルショット回路４９に供給され、シングルショット回路４９から図３（ｅ）に示すような単発のリセットパルス信号が出力される。このリセット信号は、前記ゼロクロス信号を基準として正弦波の周波数、すなわち商用電源の周波数の半周期に等しい時間の後に出力されるものであり、この出力時点は、図３（ｂ）および（ｆ）に示すように正弦波の半周期後の立ち上がり点である位相０の点に一致しているものである。
【００４１】
上述したように、シングルショット回路４９から正弦波の半周期後の立ち上がり点である位相０の点において出力されたリセット信号は、パルスカウンタ３５およびフリップフロップ５１−５４をリセットし、これにより正弦波ＰＷＭ用ビットパターン発生ＲＯＭ５０から出力される正弦波ＰＷＭ用ビット信号を正弦波の位相０の点にリセットすることになり、この位相０の点から正弦波ＰＷＭ用ビットパターン発生ＲＯＭ５０は、この位相０の点から再度正弦波ＰＷＭ用ビット信号を生成することになる。
【００４２】
上述した動作は、図２に示すように並列接続された複数の交流電圧発生ユニットのすべてにおいてそれぞれ独立に行われようとするが、複数の交流電圧発生ユニットの各出力を直接並列接続した共通出力に現れる電圧は、互いに重畳されて１つの交流並列出力電圧として出力され、負荷２４に供給されるとともに、各交流電圧発生ユニットの出力電圧検出用変圧器２３に供給され、更にシュミットトリガー回路４８でゼロクロス信号が出力され、このゼロクロス信号に応答してシングルショット回路４９から前記リセット信号がすべての交流電圧発生ユニットにおいて全く同じように、すなわち全く同じ時間に同期して発生する。
【００４３】
従って、このように複数の交流電圧発生ユニットのすべてにおいて、全く同じように同期してリセット信号がシングルショット回路４９から発生すると、このリセット信号によりすべての交流電圧発生ユニットにおけるパルスカウンタ３５およびフリップフロップ５１−５４が所定の状態にリセットされ、これにより第２の複数のスイッチング素子１６−１９を駆動する正弦波用パルス幅変調信号が所定の状態にリセットし、すべての交流電圧発生ユニットから出力される正弦波交流電圧が所定の位相、すなわち位相０から発生し直すように同期制御されることになるのである。この結果、複数の交流電圧発生ユニットがそれぞればらばらに動作開始したとしても、各交流電圧発生ユニットの出力を直接並列接続した共通出力に１つの電圧として現れる交流並列出力電圧は、この電圧を上述したように処理した結果生成されるリセット信号によって所定の位相である位相０の点から発生し直すように同期制御され、互いに重畳された単一の交流並列出力電圧として負荷２４に供給されるのである。
【００４４】
次に、図２に示すように、複数の交流電圧発生ユニットの出力を直接並列接続した場合に、この複数の交流電圧発生ユニットの交流出力電圧が互いに打ち消し合って、各交流電圧発生ユニットの出力を直接並列接続した共通出力に現れる交流並列出力電圧が完全に０Ｖになってしまって、電圧が現れない場合に対する処理について説明する。
【００４５】
このように共通出力に交流並列出力電圧が現れない不具合を解消するために、前記スイッチ６３が各交流電圧発生ユニットに設けられている。そして、図２に示すように、複数の交流電圧発生ユニットの出力を並列接続した場合には、これらの複数の交流電圧発生ユニットのうち、１つのユニット３００ａのみのスイッチ６３をオフとし、その他のすべてのユニット３００ｂ〜３００ｎのスイッチ６３をオンにすべく図２に示すように設定する。このようにスイッチ６３を設定すると、スイッチ６３がオンに設定された各交流電圧発生ユニットにおいては、整流器４７からの直流出力電圧を反転増幅した反転増幅器６１からの反転信号によりＰＷＭ発生器２９は、駆動回路３０−３３を介して第１の複数のスイッチング素子３−６を駆動するパルス幅変調信号のパルス幅を最小値の例えば０にするように作用し、これにより第１の複数のスイッチング素子３−６のスイッチングを停止し、第１の複数のスイッチング素子３−６からの交流電圧の発生を停止するようになっている。
【００４６】
すなわち、上述したように、１つの交流電圧発生ユニット３００ａのスイッチ６３のみオフとし、その他のすべての交流電圧発生ユニット３００ｂ〜３００ｎのスイッチ６３をオンに設定すると、複数の交流電圧発生ユニットの並列接続された共通出力に発生する交流並列出力電圧が互いに打ち消し合って零になったとしても、スイッチ６３がオンに設定された交流電圧発生ユニットにおいては、零になった交流並列出力電圧を整流器４７で整流した直流電圧も零であるので、この零レベル信号を反転増幅器６１で反転増幅した高レベル反転信号がＰＷＭ発生器２９に供給され、これによりＰＷＭ発生器２９からのパルス幅変調信号のパルス幅が最小となる。この結果、第１の複数のスイッチング素子３−６の動作が停止し、これらのスイッチ６３がオンとされた各交流電圧発生ユニットからの正弦波交流電圧の出力がなくなり、スイッチ６３がオフに設定された１つの交流電圧発生ユニット３００ａにおいてのみＰＷＭ発生器２９および第１の複数のスイッチング素子３−６が正常に動作して、正弦波交流電圧を出力し、この正弦波交流電圧が複数の交流電圧発生ユニットの並列接続された共通出力に発生し、これにより交流並列出力電圧の打ち消し合いが解消され、他のすべての交流電圧発生ユニットも正常に動作するようになるのである。
【００４７】
上述した実施形態において、整流器４７は抵抗およびコンデンサからなるＲＣフィルタを有しているが、このＲＣフィルタの時定数によって出力電圧制御における出力電圧の波高値を一定に制御したり、または平均電圧や実効値を一定に制御することなどはＲＣフィルタの定数を目的に応じて変えることにより可能である。
【００４８】
また、上記実施形態の交流電圧発生ユニットでは、交流並列出力電圧を整流器４７で整流して帰還信号としているので、前記ＲＣフィルタの値によって交流並列出力電圧の正弦波の波形歪が若干損なわれることがあるが、負荷２４となる機器が整流入力回路を主体とする機器であったり、または実効値を主体とする機器である限りにおいては問題はない。
【００４９】
また、上記実施形態における複数の交流電圧発生ユニットの出力を直接並列接続して、複数の交流電圧発生ユニットを同期動作させる処理は、最初から複数の交流電圧発生ユニットをほぼ同時に動作させる場合に限るものでなく、最初に何台からの交流電圧発生ユニットが動作している場合において、後から更に１台ないし何台からの交流電圧発生ユニットを動作させる所謂後追い動作においても同様に有効なものである。
【００５０】
また、このような複数の交流電圧発生ユニットの並列同期動作において、ＯＳＣ３４の周波数精度およびパルスカウンタ３５の分解能に応じてシングルショット回路４９の出力パルスを１ブロック内のシングルショットパルスに制御する必要があることは勿論のことである。また、起動時の同期動作を早めるためにシュミットトリガー回路４８の立ち上がりおよび立ち下がりでシングルショット回路４９からパルスを発生するようにすることも可能である。
【００５１】
また、上記実施形態では、直流電圧発生源１として、太陽光発電セルを単体または複数使用する場合について説明したが、本発明の電源制御装置は太陽光発電セルに限定されるものでなく、直流電圧を発生するすべてのものに適用し得るものである。
【００５２】
次に、図４および図５を参照して、本発明の別の実施形態に係る電源制御装置を適用した交流電圧発生ユニットについて説明する。図４は、この交流電圧発生ユニットの要部の回路構成を示す図である。同図に示す交流電圧発生ユニットは、図１において基準直流電圧発生器２５の代わりにＲＯＭ５５およびディジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）５６を使用し、これにより全波整流波形の所定の基準電圧を前記所定の基準直流電圧の代わりに使用するように構成した点が異なるのみであり、その他の構成および作用は同じであり、同じ構成要素には同じ符号を付すとともに、図面の記載を省略している。
【００５３】
このように構成される交流電圧発生ユニットでは、ＲＯＭ５５は、単相正弦波の全波整流波形を発生させるための正弦波ＰＷＭ用ディジタルビットパターンを発生するように記憶されており、このＲＯＭ５５から出力されるディジタルビットパターンは、ディジタル−アナログ変換器５６でアナログ信号に変換され、このアナログ信号が増幅器５７で増幅され、これにより図４に示すような単相正弦波の全波整流波形の所定の基準電圧を出力するようになっている。そして、この単相正弦波の全波整流波形の所定の基準電圧は、上述したと同様に減算器２６において整流器４７の直流電圧との偏差が算出され、この偏差に基づき第１の複数のスイッチング素子３−６をパルス幅変調方式でスイッチング駆動して、各交流電圧発生ユニットからの交流並列出力電圧が所定の正弦波交流電圧になるように制御しているものである。
【００５４】
なお、このように構成することにより、各交流電圧発生ユニットからの交流並列出力電圧に現れる歪を除去することができる。特に、整流器４７内のＲＣフィルタの時定数を短くするとともに、全体の閉ループ制御応答を高速化することにより、各半波毎の制御応答を可能にし、波形歪を改善することができるようになる。
【００５５】
また、本実施形態に使用されるＲＯＭ５５は、正弦波ＰＷＭ用ビットパターン発生ＲＯＭ５０に使用されるＲＯＭの余っている部分を用いて構成することもでき、その場合には経済化および小型化を図ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の交流電圧発生ユニットの並列接続された出力に発生する交流並列出力電圧が零になるゼロクロス点を検出して、ゼロクロス信号を出力し、このゼロクロス信号でスイッチング素子を所定の状態にリセットするので、並列接続された複数の交流電圧発生ユニットからの交流並列出力電圧は互いに同期して適確に動作することができ、複数の交流電圧発生ユニットの並列運転により増大した電力を取り出すことができる。
【００５７】
また、本発明によれば、直流電圧発生源からの直流電圧をスイッチングして生成される交流電圧を変圧器で交流電圧に変換し、この交流電圧を整流した直流電圧をパルス幅変調方式でスイッチングして生成される交流電圧をバンドパスフィルタで例えばＡＣ１００Ｖ等の所定の正弦波交流電圧に変換して出力するものにして、複数の交流電圧発生ユニットからの交流並列出力電圧を整流した直流電圧を所定の基準電圧と比較し、両者の偏差に基づき第１の複数のスイッチング手段をパルス幅変調方式で駆動して、交流並列出力電圧を所定の正弦波交流電圧に変換して出力し、また更に交流並列出力電圧が零になるゼロクロス点を検出して生成したゼロクロス信号で正弦波用パルス幅変調信号生成手段を所定の状態にリセットするので、並列接続された複数の交流電圧発生ユニットからの交流並列出力電圧は互いに同期して適確に動作することができるとともに、また交流並列出力電圧を整流した直流電圧と所定の基準電圧との偏差で交流並列出力電圧が所定の正弦波交流電圧になるように帰還制御するという１つの閉ループ制御により動作していて、従来のように２つの制御系統を有するものに比較して経済化が図られている。
【００５８】
更に、本発明によれば、直流電圧発生源が太陽光発電セルであるので、この太陽光発電セルとともに交流電圧発生ユニットを例えば１枚のパネル形状に構成することにより、小型で携帯可能な電源ユニットを構成することができ、例えばキャンプで使用したり、山小屋で使用したり、自動車の屋根に搭載して使用したり、または緊急用に使用するなどのように種々の形態で使用することができ、利便性を向上することができる。
【００５９】
本発明によれば、複数の交流電圧発生ユニットのうち、１つのユニットのみのスイッチをオフとし、他のすべてのユニットのスイッチをオンにするように設定し、複数の交流電圧発生ユニットの並列接続された出力に発生する交流並列出力電圧が互いに打ち消し合って零になった場合、スイッチがオンに設定された交流電圧発生ユニットにおいてはパルス幅変調回路からのパルス幅変調信号のパルス幅が最小となり、この結果、第１の複数のスイッチング手段の動作が停止し、当該交流電圧発生ユニットからの正弦波交流電圧の出力がなくなり、スイッチがオフに設定された１つの交流電圧発生ユニットにおいてのみパルス幅変調回路および第１の複数のスイッチング手段が正常に動作して、正弦波交流電圧を出力し、この正弦波交流電圧が複数の交流電圧発生ユニットの並列接続された出力に発生し、これにより交流並列出力電圧の打ち消し合いが解消され、他のすべての交流電圧発生ユニットも正常に動作するので、並列接続された複数の交流電圧発生ユニットの出力が互いに打ち消し合って零になっても、すぐに立ち上がって、正常に再動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源制御装置を適用した交流電圧発生ユニットの構成を示す回路図である。
【図２】図１に示す交流電圧発生ユニットを複数並列接続した場合の構成を示す図である。
【図３】図１に示す実施形態の作用を示す各部の信号波形図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係る電源制御装置を適用した交流電圧発生ユニットの要部の構成を示す図である。
【図５】図４に示す実施形態において出力される全波整流正弦波形の所定の基準電圧を示す波形図である。
【符号の説明】
１  直流電圧発生源（太陽光発電セル）
３−６  第１の複数のスイッチング素子
７  変圧器
８−１１  全波整流ダイオード
１６−１９  第２の複数のスイッチング素子
２０，２１  平滑用リアクトル
２２  コンデンサ
２３  出力電圧検出用変圧器
２５  基準直流電圧発生器
２６  減算器
２９  ＰＷＭ発生器
３５  パルスカウンタ
４７  整流器
４８  シュミットトリガー回路
４９  シングルショット回路
５０  正弦波ＰＷＭ用ビットパターン発生ＲＯＭ
５１−５４  フリップフロップ
６１  反転増幅器
６３  スイッチ
【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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