(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の出力電圧を検出して電圧検出信号を発生する電圧検出手段と、前記太陽電池の出力電流を検出して電流検出信号を発生する電流検出手段と、前記電圧検出信号と電流検出信号を乗じて前記電力検出信号を発生する掛け算器と、から構成されて、太陽電池の出力電圧と出力電流に応答する電力検出信号を発生する電力検出手段と、
サンプリング信号を発生する信号発生手段と、
比較器と、前記比較器の反転端子と接地との間に連結されており、前記電力検出信号に応答して可変される第１電流源と、前記比較器の非反転端子と接地との間に連結され、前記電力検出信号に応答して可変されており、前記第１電流源と同一の電流の大きさを有する第２電流源と、前記比較器の反転端子と非反転端子との間に連結されたキャパシターと、前記比較器の反転端子と基準電圧との間に連結されており、前記第１スイッチング信号のハイ区間にＯＮされ、ロー区間にＯＦＦされる第１スイッチと、前記比較器の非反転端子と基準電圧との間に連結されており、前記第２スイッチング信号のハイ区間にＯＮされ、ロー区間にＯＦＦされる第２スイッチと、クロック信号に応答して前記比較器の出力をラッチしており、セット信号に応答して出力をセットさせるフリップフロップと、を具備して、前記サンプリング信号に応答して以前の一定の期間の間の前記電力検出信号により充電された第１電荷量と前記一定の期間と同じ現在の一定の期間の間の前記電力検出信号により充電された第２電荷量とを比較して現在の電荷量より以前の電荷量がより大きければ、前記太陽電池の出力電力が減少していると判断して、その判断信号を発生する最大電力点の判断手段と、
を具備することを特徴とする最大電力点の検出回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は最大電力点の検出回路に関し、特に、太陽電池に入射される太陽光の強さと周辺の温度により変わる最大電力点を追従することができる最大電力点の検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、太陽エネルギーをより効率的に利用しようとする装置に対する研究が活発に行なわれている。この太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するために太陽電池を使用しているが、この太陽電池の電力は図４に図示のように太陽電池に入射される太陽光の強さと図５に図示のように周辺の温度により変化する。このような変化は太陽電池の出力インピーダンスを変化させる。したがって、固定されている負荷を太陽電池によって駆動する場合にはインピーダンスの不整合が発生されて太陽電池から負荷へ電力伝達効率が劣る問題が生じる。ゆえに、電力伝達の最大を達成してエネルギー利用の効率を極大化しようとする研究が進められている。
【０００３】
図６に示されているような米国特許４，８７３，４８０号においては太陽電池パネルにセルアレイと一つの独立したセルを設置し、この独立したセルを通して基準電圧を発生する。この発生された基準電圧とセルアレイの出力電圧を比較してパルス幅変調信号を発生し、このパルス幅変調信号に応答して負荷に供給される電力をスイッチングすることによって太陽電池の出力電圧が太陽光の強さまたは周辺の温度に関係なく常に一定の電圧のレベルを保つようにする技術を開示している。
【０００４】
しかし、上述の米国特許の技術は図４に示しているように太陽光による最大電力点を作る電圧が少しずつ変わるようになるので、一定の基準電圧を使用することよりはその効率が向上するが、常にすべての条件のもとに最大電力を伝達することができず、また別途の独立したセルを備えなければならない問題点がある。
図７に示されているような米国特許４，５８０，０９０号においては図５に図示の温度による太陽電池の電圧変動を補償するために太陽電池の出力電圧を検出し、その検出された電圧が温度により補償されるようにサーミスターを採用している。しかし、上述の米国特許の技術は太陽電池の出力電圧を抵抗を介した電圧の分配方式によって分圧して検出電圧を得ており、このような抵抗に直列に連結されたサーミスターを用いて温度を補償するため太陽光が極めて少ない場合には制御が行われず、全体的な効率の低下を招来する問題がある。
【０００５】
図８に示している米国特許４，９１６，３８２号においては太陽電池の出力電圧と電流をアナログ・ディジタル変換器を経てディジタルデータを得ており、その得られたディジタルデータをマイクロプロセッサでプログラム的に処理して最大電力点を蓄積している技術を開示している。しかし、この特許の技術はマイクロプロセッサを使用することによってインターフェース回路の構成等に因る回路の構成が複雑であり、そのコストが上昇する問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するために、太陽光の強さと周辺の温度に関係なく常に最大電力点を追従することができる最大電力点の検出回路を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、回路の構成が簡単な最大電力点の検出回路を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の第１の発明は、太陽電池の出力電圧と出力電流に応答する電力検出信号を発生する電力検出手段と、サンプリング信号を発生する信号発生手段と、前記サンプリング信号に応答して以前の一定の期間の間の前記電力検出信号により充電された第１電荷量と前記一定の期間と同じ現在の一定の期間の間の前記電力検出信号により充電された第２電荷量とを比較して現在の電荷量より以前の電荷量がより大きければ、前記太陽電池の出力電力が減少していると判断して、その判断信号を発生する最大電力点の判断手段とを具備することを要旨とする。従って、太陽光の強さと周辺の温度に関係なく常に最大電力点を追従することができる。また、回路の構成を簡単にできる。
【０００９】
請求項２記載の第２の発明は、前記電力検出手段は、前記太陽電池の出力電圧を検出して電圧検出信号を発生する電圧検出手段と、前記太陽電池の出力電流を検出して電流検出信号を発生する電流検出手段と、前記電圧検出信号と電流検出信号を乗じて前記電力検出信号を発生する掛け算器とから構成されることを要旨とする。従って、特性の曲線を有する電力検出信号を発生できる。
【００１０】
請求項３記載の第３の発明は、前記信号発生手段のサンプリング信号は、一周期の間にハイ区間がロー区間より長い第１スイッチング信号と、前記第１スイッチング信号のハイ区間程のシフティングされた第２スイッチング信号と、前記第１および第２スイッチング信号と周期は同一であり、前記第１および第２スイッチング信号のハイ区間がオーバラップされる区間において一周期のハイ区間を有するクロック信号と、前記第１および第２スイッチング信号と周期は同一であり前記クロック信号の下降エッジから上昇エッジを有するセット信号とを含むことを要旨とする。従って、二つの期間の間の電力検出信号の大きさが変わらずにそのままに保持されていることを検出することができる。
【００１１】
請求項４記載の第４の発明は、前記最大電力点の判断手段は、比較器と、前記比較器の反転端子と接地との間に連結されており、前記電力検出信号に応答して可変される第１電流源と、前記比較器の非反転端子と接地との間に連結されており、前記電力検出信号に応答して可変されており、前記第１電流源と同一の電流の大きさを有する第２電流源と、前記比較器の反転端子と非反転端子との間に連結されたキャパシターと、前記比較器の反転端子と基準電圧との間に連結され、前記第１スイッチング信号のハイ区間にＯＮされ、ロー区間にＯＦＦされる第１スイッチと、前記比較器の非反転端子と基準電圧との間に連結され、前記第２スイッチング信号のハイ区間にＯＮされ、ロー区間にＯＦＦされる第２スイッチと、前記クロック信号に応答して前記比較器の出力をラッチしており、前記セット信号に応答して出力をセットさせるフリップフロップとを具備したことを要旨とする。従って、太陽電池の出力電力が以前の期間よりも現在の期間の間に増加または減少されていることを検出できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づき本発明の望ましい実施形態をさらに詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明による最大電力点の検出回路を結合した太陽電源装置の構成を示す。同図の回路は太陽電池またはソーラーセルアレイ１０の出力電圧と出力電流に応答する電力検出信号を発生する電力検出手段２０と、サンプリング信号を発生する信号発生手段３０と、前記サンプリング信号に応答して以前の一定の期間の間の前記電力検出信号により充電された第１電荷量と前記一定の期間と同じ現在の一定の期間の間の前記電力検出信号により充電された第２電荷量とを比較して現在の電荷量より以前の電荷量がより大きければ前記太陽電池の出力電力が減少していると判断して、その判断信号を発生する最大電力点の判断手段４０とを含む。同図における未説明の符号１００はＤＣ−ＤＣコンバータであり、２００は負荷である。
【００１４】
前記電力検出手段２０は前記太陽電池１０の出力電圧を検出して電圧検出信号を発生する電圧検出手段２２と、前記太陽電池（ソーラーセルアレイ）１０の出力電流を検出して電流検出信号を発生する電流検出手段２４と、前記電圧検出信号と電流検出信号を乗じて前記電力検出信号を発生する掛け算器２６とから構成される。
【００１５】
前記信号発生手段３０のサンプリング信号は、図２に図示のように一周期の間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３にハイ区間がロー区間より長い第１スイッチング信号Ｓ１と、前記第１スイッチング信号Ｓ１のハイ区間程のシフティングされた第２スイッチング信号Ｓ２と、前記第１および第２スイッチング信号Ｓ１，Ｓ２と周期は同一であり、前記第１および第２スイッチング信号Ｓ１，Ｓ２のハイ区間がオーバーラップされる区間において一周期のハイ区間を有するクロック信号Ｓ３と、前記第１および第２スイッチング信号Ｓ１，Ｓ２と周期は同一であり、前記クロック信号Ｓ３の下降エッジから上昇エッジを有するセット信号Ｓ４とを含む。
【００１６】
前記最大電力点の判断手段４０は比較器Ｕ１と、前記比較器Ｕ１の反転端子（−）と接地との間に連結され、前記電力検出信号に応答して可変される第１電流源ＣＳ１と、前記比較器Ｕ１の非反転端子（＋）と接地との間に連結され、前記電力検出信号に応答して可変され、前記第１電流源ＣＳ１と同一の電流の大きさを有する第２電流源ＣＳ２と、前記比較器Ｕ１の反転端子（−）と非反転端子（＋）との間に連結されたキャパシターＣ１と、前記比較器Ｕ１の反転端子（−）と基準電圧Ｖｒｅｆとの間に連結され、前記第１スイッチング信号Ｓ１のハイ区間にＯＮされ、ロー区間にＯＦＦされる第１スイッチＳＷ１と、前記比較器Ｕ１の非反転端子（＋）と基準電圧Ｖｒｅｆとの間に連結され、前記第２スイッチング信号Ｓ２のハイ区間にＯＮされ、ロー区間にＯＦＦされる第２スイッチＳＷ２と、前記クロック信号Ｓ３に応答して前記比較器Ｕ１の出力をラッチし、前記セット信号Ｓ４に応答して出力をセットさせるＤフリップフロップＦＦ１とを含む。
【００１７】
このように構成されている本発明の作用・効果は次の通りである。
【００１８】
前記図１の電力検出手段２０では前記太陽電池１０の出力電圧Ｖｏｃと出力電流Ｉｓｃにより図３に示しているような特性の曲線を有する電力検出信号を発生する。つまり、図３のＡ領域においては電力が増加され、Ｂ領域においては電力が減少される。したがって、最大電力点Ｐｍａｘは電圧Ｖｍと電流Ｉｍの掛け算によって得られる。
【００１９】
このような電力検出信号が前記最大電力点の判断手段４０に提供される。前記最大電力点の判断手段４０からは図２に示しているように初期には第１および第２スイッチング信号がすべてハイ状態を維持して比較器Ｕ１の反転端子および非反転端子には基準電圧が印加されて同一の電位に維持される。同一の電位である場合には比較器Ｕ１の出力はロー状態を維持する。このとき、キャパシターの両端の電圧はゼロ（零）状態に維持される。
【００２０】
続いて、前記第２スイッチング信号がロー状態となり、前記第１スイッチング信号Ｓ１のハイ区間であるＴｄ１区間においてはスイッチＳＷ１はＯＮされ、スイッチＳＷ２はＯＦＦ状態に維持される。したがって、初期には基準電圧から電流Ｉが供給されて前記第１電流源ＣＳ１と、キャパシターＣ１および第２電流源ＣＳ２を介して分類されて流れるようになる。キャパシターがますます充電されて第１電荷量として充電されると反転端子の電位は基準電圧を保持するが、非反転端子の電位はキャパシタンスの容量に比例して漸次に下降して−Ｖｃに落ちるようになる。前記第１スイッチング信号Ｓ１がロー状態となり、第２スイッチング信号Ｓ２がハイ状態となったＴｄ２区間においてはスイッチＳＷ１はＯＦＦされ、スイッチＳＷ２がＯＮされる。よって、これからは逆に非反転端子（＋）の電位は基準電圧として上昇し、反転端子（−）はＶｒｅｆ＋Ｖｃとして上昇するので、前記キャパシターＣ１に充電された電荷量は第１電流源ＣＳ１を通して放電する。前記Ｔｄ１とＴｄ２の区間が同一であるので、電力検出信号が同一の大きさに保持されたとすると、前記Ｔｄ１において電力検出信号に応答した電流源の電流の大きさが前記Ｔｄ２において電力検出信号に応答した電流の大きさと同一であるので、前記キャパシターＣ１に充電された電荷量と放電した電荷量も同一になるため、前記Ｔｄ２の終了の直後に反転端子の電位は基準電圧と同一の電位となる。
【００２１】
したがって、前記比較器Ｕ１の出力はロー状態を維持する。これによって、前記セット信号Ｓ４によりセットされて出力をハイ状態に維持していた前記フリップフロップＦＦ１の出力は前記クロック信号Ｓ３の上昇エッジから前記比較器Ｕ１の出力状態をラッチするようになるので、その出力はロー状態を現わすようになる。即ち、前記Ｔｄ１とＴｄ２の二つの期間の間の電力検出信号の大きさが変わらずにそのままに保持されていることを検出することができる。
【００２２】
もし、図２に示したように、Ｔ２において前記区間Ｔｄ１の電力検出信号の大きさよりも前記区間Ｔｄ２の電力検出信号の大きさが大きくなる場合には前記キャパシターＣ１の両端の電圧は‘負（−）’となる。即ち、前記反転端子（−）の電位が基準電圧よりも低いレベルに落ちることになる。このため、前記非反転端子（＋）の電位は基準電圧として維持され、前記反転端子（−）の電位は基準電圧以下に減少されるので、前記比較器Ｕ１の出力はハイ状態に出力される。したがって、前記フリップフロップＦＦ１の出力は続いてハイ状態を保持する。言い替えれば、太陽電池の出力電力が以前の期間よりも現在の期間の間に増加されていることを検出することである。
【００２３】
反対に、図２に示しているように、Ｔ３においては前記区間Ｔｄ１の電力検出信号の大きさよりも前記区間Ｔｄ２の電力検出信号の大きさが減少される場合には前記キャパシターＣ１の両端の電圧は基準電圧よりも高い電位の状態を保持する。したがって、前記非反転端子（＋）の電位は基準電圧として維持され、前記反転端子（−）の電位は基準電圧より高い電位を保持するので、即ち前記キャパシターＣ１の両端の電圧が‘正（＋）’を保持するので、前記比較器Ｕ１の出力はロー状態に出力される。したがって、前記フリップフロップＦＦ１は前記クロック信号Ｓ３の上昇エッジから比較器の出力をラッチするので、その出力はロー状態を現わすことになる。言い替えれば、太陽電池の出力電力が以前の期間よりも現在の期間の間に減少されていることを検出することである。
【００２４】
そして、前記フリップフロップＦＦ１においては上述の比較器Ｕ１の出力をラッチするようになる。即ち、図２における区間Ｔｄ２の終了の直後にクロック信号の上昇エッジから比較器の出力をラッチして出力し、クロック信号の下降エッジから上昇するセット信号によって常に電力が増加される方向からスタートされるようにすることによって一周期の間のいずれかの要因によるシステムの誤動作を防止するのである。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、第１の発明は、太陽電池の出力電圧と出力電流に応答する電力検出信号を発生する電力検出手段と、サンプリング信号を発生する信号発生手段と、前記サンプリング信号に応答して以前の一定の期間の間の前記電力検出信号により充電された第１電荷量と前記一定の期間と同じ現在の一定の期間の間の前記電力検出信号により充電された第２電荷量とを比較して現在の電荷量より以前の電荷量がより大きければ、前記太陽電池の出力電力が減少していると判断して、その判断信号を発生する最大電力点の判断手段とを具備するので、常に一定の周期をもって電力最大点を検出することができて一定の時間内のノズルや瞬間的な電力の変化に対して迅速に反応して、誤動作の防止が可能である。また、第１の発明は、キャパシター、比較器、スイッチ、電流源等の比較的に簡単なアナログ回路の構成によって最大電力点の検出ができるので、その回路の構成が簡単であり、かつ、コストも節減することができる利点がある。
【００２６】
第２の発明は、前記電力検出手段は、前記太陽電池の出力電圧を検出して電圧検出信号を発生する電圧検出手段と、前記太陽電池の出力電流を検出して電流検出信号を発生する電流検出手段と、前記電圧検出信号と電流検出信号を乗じて前記電力検出信号を発生する掛け算器とから構成されるので、特性の曲線を有する電力検出信号を発生できる。
【００２７】
第３の発明は、前記信号発生手段のサンプリング信号は、一周期の間にハイ区間がロー区間より長い第１スイッチング信号と、前記第１スイッチング信号のハイ区間程のシフティングされた第２スイッチング信号と、前記第１および第２スイッチング信号と周期は同一であり、前記第１および第２スイッチング信号のハイ区間がオーバラップされる区間において一周期のハイ区間を有するクロック信号と、前記第１および第２スイッチング信号と周期は同一であり前記クロック信号の下降エッジから上昇エッジを有するセット信号とを含むので、二つの期間の間の電力検出信号の大きさが変わらずにそのままに保持されていることを検出することができる。
【００２８】
第４の発明は、前記最大電力点の判断手段は、比較器と、前記比較器の反転端子と接地との間に連結されており、前記電力検出信号に応答して可変される第１電流源と、前記比較器の非反転端子と接地との間に連結されており、前記電力検出信号に応答して可変されており、前記第１電流源と同一の電流の大きさを有する第２電流源と、前記比較器の反転端子と非反転端子との間に連結されたキャパシターと、前記比較器の反転端子と基準電圧との間に連結され、前記第１スイッチング信号のハイ区間にＯＮされ、ロー区間にＯＦＦされる第１スイッチと、前記比較器の非反転端子と基準電圧との間に連結され、前記第２スイッチング信号のハイ区間にＯＮされ、ロー区間にＯＦＦされる第２スイッチと、前記クロック信号に応答して前記比較器の出力をラッチしており、前記セット信号に応答して出力をセットさせるフリップフロップとを具備したので、太陽電池の出力電力が以前の期間よりも現在の期間の間に増加または減少されていることを検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による最大電力点の検出回路の構成を示した回路図である。
【図２】上記図１の各部の信号の波形を示したタイミング図である。
【図３】太陽電池の出力電圧・電流および電力の関係を示したグラフである。
【図４】太陽電池に入射される太陽光の強さによる出力電圧および電流の特性曲線を示したグラフである。
【図５】太陽電池の周辺の温度による出力電圧および電流の特性曲線を示したグラフである。
【図６】従来の最大電力追従器の構成を示した回路図である。
【図７】従来の電力伝達の効率を最大化するためのシステムの構成を示したブロック図である。
【図８】光電地の電力源の変換効率を向上させるための可変インピーダンスの整合回路が結合された太陽エネルギーのシステムの構成を示した回路図である。
【符号の説明】
１０  太陽電池（ソーラーセルアレイ）
２０  電力検出手段
２４  電流検出手段
２６  掛け算器
３０  信号発生手段
４０  最大電力点の判断手段
１００  ＤＣ−ＤＣコンバータ
２００  負荷
【図１】
0003984322.tif 000002
【図２】
0003984322.tif 000003
【図３】
0003984322.tif 000004
【図４】
0003984322.tif 000005
【図５】
0003984322.tif 000006
【図６】
0003984322.tif 000007
【図７】
0003984322.tif 000008
【図８】
0003984322.tif 000009