(57)【要約】      （修正有）【課題】消費電流が小さく、蓄電装置を短絡する電流が蓄電装置の両端の電圧に対して急峻に変化する過電圧保護装置を提供する。【解決手段】過電圧保護装置１１は、第一の過電圧基本判定回路２１、第二の増幅回路２２、第一の電圧入力型スイッチング素子１２３、冷却用ファン制御回路２３、冷却用ファン１２２を持ち、第二の増幅回路、冷却用ファン制御回路、第一の電圧入力型スイッチング素子は並列に接続される。冷却用ファンは前記第一の電圧入力型スイッチング素子に一定以上の電流が流れる場合のみ前記第一の電圧入力型スイッチング素子を冷却する。【選択図】図１
2017184408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の過電圧基本判定回路、第二の増幅回路、第一の電圧入力型スイッチング素子、冷却用ファン制御回路、冷却用ファンを持ち、第二の増幅回路、冷却用ファン制御回路、第一の電圧入力型スイッチング素子は並列に接続されており、
前記第一の過電圧基本判定回路は、第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群、第一の抵抗負荷、第一のバイポーラトランジスタを持ち、前記第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる第一の電流を前記第一のバイポーラトランジスタで増幅コピーし第二の電流とし、前記第二の電流を前記第一の抵抗負荷に流すことにより第一の電位に変換し、
前記第二の増幅回路は、少なくとも第二の電圧入力型スイッチング素子と第二の抵抗負荷を持ち、前記第二の電圧入力型スイッチング素子と前記第二の抵抗負荷は直列に接続され、第一の電位が現れるノードは前記第二の電圧入力型スイッチング素子のゲートに接続され、前記第二の電圧入力型スイッチング素子と前記第二の抵抗負荷の間のノードに第二の電位が現れ、
第二の電位が現れるノードは、前記第一の電圧入力型スイッチング素子のコントロール端子に入力され、
前記冷却用ファン制御回路は、第三の電圧入力型スイッチング素子および、第一の定電圧素子を持ち、前記冷却用ファン制御回路は、前記冷却用ファンを制御し、第二の電位が現れるノードは、前記第三の電圧入力型スイッチング素子に入力し、前記第一の定電圧素子の出力端子は、前記冷却用ファンに入力し、
前記冷却用ファンは前記第一の電圧入力型スイッチング素子に一定以上の電流が流れる場合のみ前記第一の電圧入力型スイッチング素子を冷却する
ことを特徴とする過電圧保護装置。
【請求項２】
さらに、整流素子を含み、
前記整流素子の一方の端子は、直接的または間接的に整流装置より蓄電装側に接続され、前記整流素子の他方の端子は、直接的または間接的に整流装置より発電装置側に接続され、
第一の過電圧基本判定回路の接地側ではない側である電源側は、前記整流素子より蓄電装置側に接続され、第二の増幅回路、冷却用ファン制御回路の接地側ではない側である電源側は、前記整流素子より発電装置側に接続される
ことを特徴とする第１の請求項に記載の過電圧保護装置。
【請求項３】
蓄電装置の両端の電圧が急激に変化する電圧より１００ｍＶ低い電圧における消費電流で定義される第一の消費電流が、１００μＡ以下であることを特徴とする、第１の請求項に記載の過電圧保護装置。
【請求項４】
第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群は、発光ダイオードを含むことを特徴とする第１の請求項に記載の過電圧保護装置。
【請求項５】
前記第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群の順方向降下電圧は第一の機械的なスイッチまたはスイッチ群により変更できることを特徴とする第１の請求項に記載の過電圧保護装置。
【請求項６】
第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群の降下電圧は第一のの機械的なスイッチまたはスイッチ群により変更でき、
第一の抵抗負荷の抵抗値は、同じく機械的な第二の機械的なスイッチまたはスイッチ群により変更できる
ことを特徴とする第５の請求項に記載の過電圧保護装置。
【請求項７】
前記第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群は、２つ以上の発光ダイオードを含み、
前記第一の機械的なスイッチによって、電流が流れる経路上の直列発光ダイオード数が調整可能である
特徴とする第６の請求項に記載の過電圧保護装置。
【請求項８】
前記第一の電位が現れるノードには、第一の保護回路が接続され、前記第二の電位が現れるのノードには、同様に、第二の保護回路が接続される
ことを特徴とする第６の請求項に記載の過電圧保護装置。
【請求項９】
前記第一の保護回路は、発光ダイオードとバイポーラトランジスタを含み、
前記第二の保護回路は、同様に、発光ダイオードとバイポーラトランジスタを含む
ことを特徴とする第８の請求項に記載の過電圧保護装置。
【請求項１０】
第一の発電装置、蓄電装置、第１の請求項に記載の過電圧保護装置を持ち、前記第一の発電装置は、回転エネルギーを電気エネルギーに変換するという原理に基づくものであり、前記回転エネルギーは自然エネルギーによるものであることを特徴とする独立電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置を高電圧から保護するための過電圧保護装置および独立電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電、風力発電、水力発電等の自然エネルギー発電が注目を集めている。自然エネルギーによる発電システムには、系統連係システムと独立電源システムの２種類がある。前者は、日本であれば１００Ｖの交流に変換した上で、消費される電力より発電量が少なければ電力会社の系統から電力を購入し、消費される電力より発電量が多ければ電力会社の系統に売電する。後者は、発電時には蓄電装置に電力を蓄え、電力を使用するときは蓄電装置から電力を供給する。前者は大規模なシステムに向き、後者は小規模なシステムや、商用電力が得られない僻地、船などの乗り物へ搭載する場合などに向く。後者は本出願時点でそれほど市場規模がい大きくないが一定の需要がある。本文書では、後者について述べる。
【０００３】
後者の独立電源システムは、一般的には、発電装置、蓄電装置、電荷制御装置などで構成される。それ以外に整流素子、直流を交流に変換するインバータなどが含まれる場合もある。蓄電装置には、例えば鉛蓄電池が用いられることがあるが、鉛蓄電池には充電をしすぎると爆発などの危険性がある過充電と呼ばれる現象、放電しすぎると蓄電量が減少したり使用できなくなったりする過放電という現象が知られている。他の蓄電池でもこれらの現象が知られているものがある。また蓄電装置が電気二重層キャパシタなどのキャパシタの場合でも、充電しすぎて過電圧がかかってしまうと問題になるとされている。そのため、独立電源システムでは、過充電と過放電を防ぐために電荷制御装置が用いられる。電荷制御装置は、チャージコントローラなどと呼ばれる。
【０００４】
ここで、太陽光発電の場合と風力発電・水力発電の場合には根本的な違いがある。太陽光発電の場合は、蓄電装置が満充電となった場合に発電装置（太陽電池）と蓄電装置を切り離すことができ、通常切り離すということが行われている。これが可能なのは太陽電池の等価回路に逆方向のダイオードが含まれ、発電装置（太陽電池）の両端の電圧が、解放電圧と呼ばれる一定電圧値以上にはならないことによる。
【０００５】
一方、風力発電、水力発電の場合、蓄電装置が満充電となった場合に発電装置（風力発電機等）と蓄電装置を切り離し、どこへも逃がさなかった場合、発電装置（風力発電機等）の両端の電圧が非常に高くなってしまい、危険である。そのため、風力発電、水力発電向けの電荷制御装置（チャージコントローラ）には、蓄電装置が満充電となった場合に発電装置が発電した電力を逃がすための回路を持つ。この回路は、転換負荷回路と呼ばれることがある。転換負荷回路の例として特許文献１に挙げる例がある。
【０００６】
さて、風力発電の場合、住宅地などに設置された場合、平均で定格出力の０．１％程度しか発電しない。また、発電電力は風速の３乗に比例するため、発電電力の時間的な分散は非常に大きい。すなわち、風の弱い普段は全く発電しない一方で、強風が吹くと、発電電力は非常に大きなものとなる。そのため、風の弱い普段は極力電力を消費しない必要があり、その一方で、強風が吹きかつ蓄電装置が満充電状態のときは、大きな電力を処分、つまり消費する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０８２３１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
インターネット上で報告されている個人のウェブページによると、住宅地にて個人で風力発電を行っている方々のうちかなりの方々が風力発電単体では電力的に赤字であるようである。電力的に赤字とは、システムで発電される電力よりシステムを維持するために必要な電力の方が多く、時間が経てば経つほど金銭的に赤字が大きくなるということである。この原因の一つとして、電荷制御装置の自己消費電流が大きいことが挙げられる。
【０００９】
２０１４年８月に発明者の調べた調査結果によると、風力発電、水力発電に対応した転換負荷機能付きの電荷制御装置は、自己消費電流が１５ｍＡ（ミリアンペア）というものが最小であった。尚、この電荷制御装置が最大で流すことのできる電流は６０Ａ（アンペア）であった。
【００１０】
ここで、独立電源システムのエネルギー収支の例を考えてみる。最大で４０Ａの電流を作り出すことのできる風力発電機、５０Ａｈ（アンペア・アワー）の鉛蓄電池、電荷制御装置の自己消費電流が１５ｍＡ（ミリンペア）であるものとする。風力発電機は、平均で最大発電能力の０．０５％発電し、鉛蓄電池は、一日で容量の０．１％の自己放電電流があるものとし、充放電コントローラは、転換負荷非動作時であれば、一律に自己消費電流を消費するものとする。この例では、発電電流量は、４０Ａ（アンペア）×０．０００５×２４＝４８０ｍＡｈ（ミリアンペア・アワー）である。一方システムを維持するための電流である消費電流は、５０Ａｈ（アンペア・アワー）×０．００１＋１５ｍＡｈ（ミリアンペア・アワー）×２４＝４１０ｍＡｈ（ミリアンペア・アワー）となる。この例では、発電電流の８５％が自らのシステムにより消費され、７０ｍＡｈ（ミリアンペア・アワー）しか蓄電されないのである。あと少し風況が悪化すれば電力的に赤字になる。
【００１１】
このように、独立電源システムにおいて、転換負荷回路の低消費電力は重要な課題である。この点に鑑み、消費電流が小さい転換負荷装置、つまり過電圧保護装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題を解決するために、過電圧保護装置は、
第一の過電圧基本判定回路、第二の増幅回路、第一の電圧入力型スイッチング素子、冷却用ファン制御回路、冷却用ファンを持ち、第二の増幅回路、冷却用ファン制御回路、第一の電圧入力型スイッチング素子は並列に接続されており、
前記第一の過電圧基本判定回路は、第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群、第一の抵抗負荷、第一のバイポーラトランジスタを持ち、前記第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる第一の電流を前記第一のバイポーラトランジスタで増幅コピーし第二の電流とし、前記第二の電流を前記第一の抵抗負荷に流すことにより第一の電位に変換し、
前記第二の増幅回路は、少なくとも第二の電圧入力型スイッチング素子と第二の抵抗負荷を持ち、前記第二の電圧入力型スイッチング素子と前記第二の抵抗負荷は直列に接続され、第一の電位が現れるノードは前記第二の電圧入力型スイッチング素子のゲートに接続され、前記第二の電圧入力型スイッチング素子と前記第二の抵抗負荷の間のノードに第二の電位が現れ、
第二の電位が現れるノードは、前記第一の電圧入力型スイッチング素子のコントロール端子に入力され、
前記冷却用ファン制御回路は、第三の電圧入力型スイッチング素子および、第一の定電圧素子を持ち、前記冷却用ファン制御回路は、前記冷却用ファンを制御し、第二の電位が現れるノードは、前記第一の電圧入力型スイッチング素子に入力し、前記第一の定電圧素子の出力端子は、前記冷却用ファンに入力し、
前記冷却用ファンは前記第一の電圧入力型スイッチング素子に一定以上の電流が流れる場合のみ前記第一の電圧入力型スイッチング素子を冷却する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、転換付加機能を備えた過電圧保装置の電力を消費するべきではない場合の自己消費電流を極めて小さく抑えることができ、かつ蓄電装置を短絡する電流の電圧依存性を極めて小さく抑えることができ、風力発電、水力発電等による自然エネルギーに由来する回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電方式の独立電源システムのエネルギー収支を改善できる。このことは、発電規模の小さい独立電源システムで非常に顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態における過電圧保護装置の回路図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態における過電圧基本判定回路の回路図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態における保護回路の回路図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態のシミュレーションで用いた定電圧素子の中身である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態の過電圧保護装置の電圧電流特性のシミュレーション結果である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態の過電圧保護装置の電圧電流特性の実測結果である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態の過電圧保護装置の判定電圧のスイッチ依存性のシミュレーション結果である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施の形態の過電圧保護装置の判定電圧のスイッチ依存性の実測結果である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施の形態におけるシミュレーション結果、実測結果を取得したときの素子情報である。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施の形態における過電圧保護装置の回路図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３の実施の形態における独立電源システムのブロック図である。
【図１２】図１２は、発電装置の例である。
【図１３】図１３は、整流器の例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態は、過電圧保護装置に関する。第１の実施の形態における過電圧保護装置の回路図を、図１に示す。第１の実施の形態に関し、構成、接続、動作、特性、本質的理由、効果の順に説明する。
【００１６】
（構成）
第１の実施の形態における過電圧保護装置１１は、過電圧基本判定回路２１、第二の増幅回路２２、冷却用ファン制御回路２３、第一の電圧入力型スイッチング素子１２３、第一の保護回路２４、第二の保護回路２５、冷却用ファン１２２を持つ。
【００１７】
第二の増幅回路２２は、ｐ型電界効果トランジスタ１１５、抵抗器１１６、抵抗器１２５により構成される。冷却用ファン制御回路２３は、ｎ型電界効果トランジスタ１１８、定電圧素子１１９より構成される。
【００１８】
第一の過電圧基本判定回路２１の詳細を図２に、第一の保護回路２４、第二の保護回路２５の詳細を図３に、定電圧素子１１９のシミュレーション上の詳細を図４に示す。
図２に示される通り、過電圧基本判定回路２１は、青色発光ダイオード１１１−１〜７、１１１−９〜１４、赤色発光ダイオード１１１−８、スイッチ１２４、抵抗器１１３−１、１１３−２、１１３−３により構成される。スイッチ１２４は例えば６Ｐスイッチ（６つのスイッチ機能を持つ部品）で、スイッチ１２４−１〜６により構成される。６Ｐスイッチは、広く流通している。
【００１９】
図３に示される通り、第一の保護回路２４、第二の保護回路２５は、青色発光ダイオード１３１−１〜５、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１３２により構成される。
【００２０】
図４に示される通り、シミュレーション上の定電圧素子１１９は、演算増幅器１４１、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１４２、抵抗器１４３、抵抗器１４４、抵抗器１４５、ツェナーダイオード１４６で構成される。シミュレーション上の定電圧素子１１９は、シミュレーションをする上で、定電圧素子１１９が単一素子として利用できなかったため、図４のとおりの構成としたが、実装する場合は、定電圧素子１１９の機能を単一素子で実現できるよう、部品が広く流通している。
【００２１】
上記構成は、あくまで実施の例であり、種々の変更が可能であり、本発明の範囲が上記に限定されるものではない。
【００２２】
（接続）
図１を参照し、第二の増幅回路２２の電気的接続を説明する。
【００２３】
第一のｐ型電界効果トランジスタ１１５のソースは、抵抗器１２５の一方の端子に、ゲートは、過電圧基本判定回路２１の出力ノード１１４、保護回路２４のＤＯＷＮ側に接続され、ドレインは、抵抗器１１６の一方の端子、第二のｎ型電界効果トランジスタ１１８のゲート、ｎ型電界効果トランジスタ１２３のゲート、保護回路２５のＵＰ側端子に接続される。
【００２４】
抵抗器１１６の一方の端子は、ｐ型電界効果トランジスタ１１５のドレイン、ｎ型電界効果トランジスタ１１８のゲート、第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３のゲート、保護回路２５のＵＰ側端子に接続される。抵抗器１１６のもう一方の端子は、電源のマイナス側のノード３０３に接続される。
【００２５】
抵抗器１２５の一方の端子は、電源のプラス側のノード３０１に接続される。抵抗器１２５のもう一方の端子は、ｐ型電界効果トランジスタ１１５のソース側に接続される。
【００２６】
図１を参照し、冷却用ファン制御回路２３の電気的接続を説明する。
【００２７】
第二のｎ型電界効果トランジスタ１１８のソースは、電源のマイナス側のノード３０３に接続され、ゲートは、ｐ型電界効果トランジスタ１１５のドレイン、第二の抵抗負荷１１６の一方の端子、第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３のゲート、保護回路２５のＵＰ側に接続され、ドレインは定電圧素子１１９のＶＳＳ端子、冷却ファンのＶＳＳ端子に接続される。
【００２８】
第一の定電圧素子１１９のＶＳＳ端子は、第二の電圧入力型スイッチング素子１１８のドレインおよび、冷却用ファン１２２のＶＳＳ端子に接続され、ＶＤＤ端子は、電源のプラス側のノード３０１に接続され、ＯＵＴ端子は、冷却用ファン１２２のＶＤＤ端子に接続される。
【００２９】
図２を参照し、第一の過電圧基本判定回路２１の電気的接続を説明する。第一の過電圧基本判定回路２１には、青色発光ダイオードが多く用いられるため、直列、連続で使用されるものはまとめて説明する。
【００３０】
青色発光ダイオード１１１−１〜４のアノード側は、スイッチ１２４−１の一方の端子、スイッチ１２４−５の一方の端子、抵抗器１１３−１の一方の端子、図２の外部ノードである電源のプラス側３０１に接続される。青色発光ダイオード１１１−１〜４のカソード側は、青色発光ダイオード１１１−５〜６のアノード側、スイッチ１２４−１の一方の端子、スイッチ１２４−２の一方の端子に接続される。
【００３１】
青色発光ダイオード１１１−５〜６のアノード側は、青色発光ダイオード１１１−１〜４のカソード側、スイッチ１２４−１の一方の端子、スイッチ１２４−２の一方の端子に接続される。青色発光ダイオード１１１−５〜６のカソード側は、青色発光ダイオード１１１−７のアノード側、スイッチ１２４−２の一方の端子、スイッチ１２４−３の一方の端子に接続される。
【００３２】
青色発光ダイオード１１１−７のアノード側は、青色発光ダイオード１１１−５〜６のカソード側、スイッチ１２４−２の一方の端子、１２４−３の一方の端子に接続される。青色発光ダイオード１１１−７のカソード側は、赤色発光ダイオード１１１−８のアノード側、スイッチ１２４−３、１２４−４の一方の端子に接続される。
【００３３】
赤色発光ダイオード１１８−８のアノード側は、青色発光ダイオード１１１−７のカソード側、スイッチ１２４−３の一方の端子、１２４−４の一方の端子に接続される。赤色発光ダイオード１１８−８のカソード側は、青色発光ダイオード１１１−９〜１４のアノード側、スイッチ１２４−４の一方の端子に接続される。
【００３４】
青色発光ダイオード１１１−９〜１４のアノード側は、赤色発光ダイオード１１１−８のカソード側、スイッチ１２４−４の一方の端子に接続される。青色発光ダイオード１１１−９〜１４のカソード側は、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタのベースに接続される。
【００３５】
スイッチ１２４−１の一方の端子は、青色発光ダイオード１１１−１〜４のカソード側、青色発光ダイオード１１１−５〜６のアノード側、スイッチ１２４−２の一方の端子に接続される。スイッチ１２４−１のもう一方の端子は、青色発光ダイオード１１１−１〜４のアノード側、スイッチ１２４−５の一方の端子、抵抗器１１３−１の一方の端子、図２の外部ノードである電源のプラス側３０１に接続される。
【００３６】
スイッチ１２４−２の一方の端子は、青色発光ダイオード１１１−１〜４のカソード側、青色発光ダイオード１１１−５〜６のアノード側、スイッチ１２４−１の一方の端子に接続される。スイッチ１２４−２のもう一方の端子は、青色発光ダイオード１１５〜６のカソード側、青色発光ダイオード１１１−７のアノード側、スイッチ１２４−３の一方の端子に接続される。
【００３７】
スイッチ１２４−３の一方の端子は、青色発光ダイオード１１１−７のカソード側、赤色発光ダイオード１１１−８のアノード側、スイッチ１２４−４の一方の端子に接続される。スイッチ１２４−３のもう一方の端子は、青色発光ダイオード１１１−５〜６のカソード側、青色発光ダイオード１１１−７のアノード側、スイッチ１２４−２の一方の端子に接続される。
【００３８】
スイッチ１２４−４の一方の端子は、赤色発光ダイオード１１１−８のカソード側、青色発光ダイオード１１１−９〜１４のアノード側に接続される。スイッチ１２４−４のもう一方の端子は、青色発光ダイオード１１１−７のカソード側、赤色発光ダイオード１１１−８のアノード側、スイッチ１２４−３の一方の端子に接続される。
【００３９】
スイッチ１２４−５の一方の端子は、スイッチ１２４−６の一方の端子、抵抗器１１３−１の一方の端子、抵抗器１１３−２の一方の端子に接続される。スイッチ１２４−５のもう一方の端子は、青色発光ダイオード１１１−１〜４のアノード側、スイッチ１２４−１の一方の端子、抵抗器１１３−１の一方の端子、図２の外部ノードである電源のプラス側３０１に接続される。
【００４０】
スイッチ１２４−６の一方の端子は、スイッチ１２４−５の一方の端子、抵抗器１１３−１の一方の端子、抵抗器１１３−２の一方の端子に接続される。スイッチ１２４−６のもう一方の端子は、抵抗器１１３−２の一方の端子、抵抗器１１３−３の一方の端子に接続される。
【００４１】
抵抗器１１３−１の一方の端子は、青色発光ダイオード１１１−１〜４のアノード側、スイッチ１２４−１の一方の端子、スイッチ１２４−５の一方の端子、図２の外部ノードである電源のプラス側３０１に接続される。抵抗器１１３−１の一方のもう一方の端子は、スイッチ１２４−５の一方の端子、スイッチ１２４−６の一方の端子、抵抗器１１３−２の一方の端子に接続される。
【００４２】
抵抗器１１３−２の一方の端子は、スイッチ１２４−５の一方の端子、スイッチ１２４−６の一方の端子、抵抗器１１３−１の一方の端子に接続される。抵抗器１１３−２のもう一方の端子は、スイッチ１２４−６の一方の端子、抵抗器１１３−３の一方の端子に接続される。
【００４３】
抵抗器１１３−３の一方の端子は、スイッチ１２４−６の一方の端子、抵抗器１１３−２の一方の端子に接続される。抵抗器１１３−３のもう一方の端子は、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１１２のコレクタ、図２の外部ノードである出力ノード１１４に接続される。
【００４４】
ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１１２のコレクタは、抵抗器１１３−３の一方の端子、図２の外部ノードである出力ノード１１４に接続され、ベースは、青色発光ダイオード１１１−９〜１４のカソード側に接続され、エミッタは、図２の外部ノードである電源のマイナス側３０３に接続される。
【００４５】
図３を参照し、保護回路２４、保護回路２５の電気的接続を説明する。保護回路２４、保護回路２５の両者は、同一の回路である。保護回路２４、保護回路２５には、青色発光ダイオードが多く用いられるため、直列、連続で使用されるものはまとめて説明する。
【００４６】
青色発光ダイオード１３１−１〜５のアノード側は、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１３２のコレクタ、外部のＵＰ端子に接続される。青色発光ダイオード１３１−１〜５のカソード側は、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１３２のベースに接続される。
【００４７】
ｎｐｎ型バイポーラトランジスタのコレクタは、青色発光ダイオード１３１−１〜５のアノード側、外部のＵＰ端子に接続され、ベースは、青色発光ダイオード１３１−１〜５のカソード側に接続され、エミッタは、外部のＤＯＷＮ端子に接続される。
【００４８】
図４を参照し、シミュレーション上の定電圧素子１１９の接続を説明する。ただし、シミュレーション上ではない実際の回路上では、図４の構成は単一素子である。
【００４９】
演算増幅器１４１のＶＤＤ端子（図４でＯ−ＶＤＤと表記）は、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１４２のコレクタ、外部のＶＤＤに接続され、ＶＳＳ端子（図４でＯ−ＶＳＳと表記）は、抵抗器１４４の一方の端子、ツェナーダイオード１４６のアノード、外部のＶＳＳに接続され、マイナス入力端子（図４で−と表記）は、抵抗器１４３の一方の端子、抵抗器１４４の一方の端子が接続され、プラス入力端子（図４で＋と表記）は、抵抗器１４５の一方の端子、ツェナーダイオード１４６のカソードが接続され、出力端子には、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１４２のベースが接続される。
【００５０】
ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１４２のコレクタは、演算増幅器１４１のＶＤＤ端子、外部のＶＤＤに接続され、ベースは、演算増幅器１４１の出力に接続され、エミッタは、抵抗器１４３の一方の端子、抵抗器１４５の一方の端子、外部のＯＵＴ端子に接続される。
【００５１】
抵抗器１４３の一方の端子は、抵抗器１４５の一方の端子、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１４２のエミッタ、外部のＯＵＴ端子に接続される。抵抗器１４３のもう一方の端子は、抵抗器１４４の一方の端子、演算増幅器１４１のマイナス入力端子に接続される。
【００５２】
抵抗器１４４の一方の端子は、抵抗器１４３の一方の端子、演算増幅器１４１のマイナス端子に接続される。抵抗器１４４のもう一方の端子は、ツェナーダイオード１４６のアノード、演算増幅器１４１のＶＳＳ端子、外部のＶＳＳに接続さる。
【００５３】
抵抗器１４５の一方の端子は、抵抗器１４３の一方の端子、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１４２のエミッタ、外部のＯＵＴ端子に接続される。抵抗器１４５のもう一方の端子は、ツェナーダイオードのカソード側、演算増幅器１４１のプラス入力端子に接続される。
【００５４】
ツェナーダイオード１４６のカソード側は、抵抗１４５の一方の端子、演算増幅器１４１のプラス入力端子に接続される。ツェナーダイオード１４６のアノード側は、抵抗器１４４の一方の端子、演算増幅器１４１のＶＳＳ端子、外部のＶＳＳに接続さる。
【００５５】
図１を参照し、その他の部分の接続を説明する。
【００５６】
冷却用ファン１２２のＶＤＤ端子は、定電圧素子１１９のＯＵＴ端子に接続され、ＶＳＳ端子は、第二のｎ型電界効果トランジスタ１１８のドレインおよび、定電圧素子１１９のＶＳＳ端子に接続される。
【００５７】
第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３のソースは、電源のマイナス側のノード３０３に接続され、ゲートは、ｐ型電界効果トランジスタ１１５のドレインおよびと抵抗器１１６の一端および、第二のｎ型電界効果トランジスタ１１８のゲートに接続され、ドレインは、電源のプラス側のノード３０１に接続される。
【００５８】
冷却用ファン１２２は、第一のｎＭＯＳ型電界効果型トランジスタ１２３を冷却するように物理的に配置する。通常、冷却用ファン１２２にヒートシンクが取り付けられ、そのヒートシンクが第一のｎ型電界効果型トランジスタ１２３に密着するように配置される。
【００５９】
ノード３０１は、電源のプラス側のノードで、発電装置、蓄電装置のプラス側を接続する。ノード３０３は、電源のマイナス側のノードで、発電装置、蓄電装置のマイナス側を接続する。
【００６０】
あまり本質的ではないため図示しなかったが、安定化のため、ノード１２６、ノード１２０、ノード１２１にはキャパシタを接続するとよい。上記接続は、あくまで実施の例であり、種々の変更が可能であり、本発明の範囲が上記に限定されるものではない。
【００６１】
（動作）
図１を参照し、発電装置、蓄電装置の両端の電圧が十分低い場合の過電圧保護装置１１の動作を説明する。発電装置、蓄電装置の両端の電圧が十分低い場合、過電圧基本判定回路２１はノード１１４に高い電位を出力する（詳細後述）。その結果、ｐ型電界効果トランジスタ１１５はソース・ドレイン間に電流をほとんど流さない。その結果、抵抗器１１６の両端に電圧がほとんど発生せず、ノード１２６は低い電位となる。ここで抵抗器１２５の抵抗値は小さいので、動作にほとんど影響しない。その結果、第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３は、ソース・ドレイン間にほとんど電流を流さない。この場合、第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３に、熱はほとんど発生しない。
【００６２】
また、第二の電界効果トランジスタ１１８のソース・ドレイン間にも電流が流れない。その結果、定電圧素子１１９のＶＳＳ端子は、ＶＤＤ端子とほぼ同じ電位となり、ＯＵＴ端子もＶＤＤ端子とほぼ同じ電位となる。そして冷却ファン１２２のＶＤＤ端子とＶＳＳ端子もほぼ同じ電位となり、冷却ファン１２２は回転しない。第一のｎＭＯＳ電界効果トランジスタ１２３に、熱はほとんど発生しないため、冷却ファン１２２は回転する必要はない。
【００６３】
続いて、図２を参照し、過電圧基本判定回路２１はノード１１４に高い電位を出力することを説明する。６Ｐスイッチ１２４の各スイッチは、機械的スイッチで、動作中オン・オフはしないものとする。
【００６４】
発電装置、蓄電装置の両端の電圧が十分低い場合、青色発光ダイオード１１１−１〜７赤色発光ダイオード１１１−８、青色発光おダイオード１１１−１４の一部または全部に流れる電流は非常に少ない。そのため、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１１２のベース・エミッタ間の電流は非常に少ないためコレクタ・エミッタ間の電流も非常に小さい。そのため、抵抗器１１３−１、抵抗器１１３−２、抵抗器１１３−３の一部または全部の電圧は非常に小さい。そのため、ノード１１４には高い電位を出力する。
【００６５】
このようにして、発電装置、蓄電装置の両端の電圧が十分低い場合、第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３は、ソース・ドレイン間にほとんど電流を流さない。また、過充電基本判定回路２１、第二の増幅段２２、冷却ファン制御回路２３、冷却ファン１２２、第一のｎ型電界効果トランジスタは１２３のすべてが、電力を消費しない。あるいは、消費する電力が極めて小さい。
【００６６】
図１を参照し、発電装置、蓄電装置の両端の電圧が十分高い場合の過電圧保護装置１１の動作を説明する。発電装置、蓄電装置の両端の電圧が十分高い場合、過電圧基本判定回路２１はノード１１４に低い電位を出力する（詳細後述）。その結果、ｐ型電界効果トランジスタ１１５はソース・ドレイン間に電流を流す。その結果、抵抗器１１６の両端に大きな電圧が発生し、ノード１２６は高い電位となる。ここで抵抗器１２５の抵抗値は小さいので、動作にほとんど影響しない。その結果、第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３は、ソース・ドレイン間に大きな電流を流す。そのため、発電装置、蓄電装置の両端の電圧は一定以上になるのを防ぐ。また、この場合、第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３に、熱が発生する。
【００６７】
また、第二の電界効果トランジスタ１１８のソース・ドレイン間にもある程度の電流が流れる。その結果、定電圧素子１１９のＶＳＳ端子は、発電装置、蓄電装置のマイナス端子３０３とほぼ同じ電位となり、ＯＵＴ端子はＶＳＳより例えば１２Ｖ高い電位となる。そして冷却ファン１２２のＶＤＤ端子とＶＳＳ端子間は例えば１２Ｖとなり、冷却ファン１２２が回転する。第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３に、熱が発生するが、冷却ファン１２２が回転し冷却される。第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３に、一定以上の電流が流れる場合のみ冷却ファン１２２が冷却のために回転する。
【００６８】
続いて、図２を参照し、過電圧基本判定回路２１はノード１１４に高い低い電位を出力することを説明する。６Ｐスイッチ１２４の各スイッチは、機械的スイッチで、動作中オン・オフは切り替わらないものとする。
【００６９】
発電装置、蓄電装置の両端の電圧が十分高い場合、青色発光ダイオード１１１−１〜７赤色発光ダイオード１１１−８、青色発光ダイオード１１１−１４の一部または全部に電流が流れる。そのため、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１１２のベース・エミッタ間の電流はある程度大きいためコレクタ・エミッタ間の電流もある程度大きい。そのため、抵抗器１１３−１、抵抗器１１３−２、抵抗器１１３−３の一部またはは全部にかかる電圧は大きい。そのため、ノード１１４には低い電位を出力する。
【００７０】
このようにして、発電装置、蓄電装置の両端の電圧が十分高い場合、第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３は、ソース・ドレイン間に大きな電流を流す。また、過充電基本判定回路２１、第二の増幅段２２、冷却ファン制御回路２３、冷却ファン１２２、第一のｎ型電界効果トランジスタは１２３のすべてが、電力を消費する。あるいは、消費する電力が大きい。
【００７１】
以上のように、発電装置、蓄電装置の両端の電圧が十分高い場合、過電圧保護装置１１は第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３に大きな電流を流すことにより、発電装置、蓄電装置の両端の電圧が上がりすぎないようにすることができる半面、発電装置、蓄電装置の両端の電圧が十分小さい場合、電力をほとんど消費しない。
【００７２】
図２の、青色発光ダイオード１１１−１〜７、赤色発光ダイオード１１１−８、青色発光ダイオード１１１−１４の一部または全部は、それら自身のかかる電圧に対し、それら自身に流れる電流が指数関数的に変化する、つまり大きく変化する。そして、抵抗器１１３−１、抵抗器１１３−２、抵抗器１１３−３の一部または全部とｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１１２により、電流が電圧に変換されるとともに増幅される。そして、図１の第二の増幅段２２により大幅に増幅される。そのため、わずかな発電装置、蓄電装置の両端の電圧の変化で、第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３に流れる電流は大きく変化する（特性後述）。第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３に流れる電流が大きく変化する発電装置、蓄電装置の両端の電圧を、過電圧判定電圧と定義することにする。
【００７３】
次に、図１に示される過充電基本判定回路２１の動作により、発光ダイオードの製造バラツキに対応し、過電圧判定電圧を調整する動作・原理について説明する。
【００７４】
６Ｐスイッチの各スイッチのうち、スイッチ１２４−１〜４は、発光ダイオードによる降下電圧（電圧降下電圧）を調整する。スイッチ１２４−１〜４により、電流が流れる経路を調整することができる。スイッチ１２４−１〜４のオン・オフの組み合わせにより、電流が流れる経路が変わる。そのため、過電圧判定電圧を調整することができる。
【００７５】
１つ目の例であるが、例えば、スイッチ１２４−１〜４がすべてオンの場合、スイッチ１２４−１、スイッチ１２４−２、スイッチ１２４−３、スイッチ１２４−４、青色発光ダイオード１１１−９〜１４を通る。すなわち、発光ダイオード１１１−１〜１４のうち、青色発光ダイオード１１１−９〜１４にのみ電流が流れるので、降下電圧は青色発光ダイオード６つ分となる。そのため、青色発光ダイオード６つ分に対応する過電圧判定電圧となる。
【００７６】
２つ目の例であるが、例えば、スイッチ１２４−１〜３がオン、スイッチ１２４−４がオフの場合、電流は、スイッチ１２４−１、スイッチ１２４−２、スイッチ１２４−３、赤色発光ダイオード１１１−８、青色発光ダイオード１１１−９〜１４を通る。すなわち、発光ダイオード１１１−１〜１４のうち、赤色発光ダイオード１１１−８、青色発光ダイオード１１１−９〜１４にのみ電流が流れるので、降下電圧は青色発光ダイオード６つ分プラス赤色発光ダイオード１個分となる。そのため、青色発光ダイオード６つ分プラス赤色発光ダイオード１つ分に対応する過電圧判定電圧となり、先ほどの例より過電圧判定電圧は大きくなる。
【００７７】
３つ目の例であるが、例えば、スイッチ１２４−１〜４がすべてオフの場合、青色発光ダイオード１１１−１〜４、青色発光ダイオード１１１−５〜６、青色発光ダイオード１１１−７、赤色発光ダイオード１１１−８、青色発光ダイオード１１１−９〜１４を通る。すなわち、発光ダイオード１１１−１〜１４のうち、すべて電流が流れるので、降下電圧は青色発光ダイオード１３個分プラス赤色発光ダイオード１つ分となる。そのため、青色発光ダイオード１３個分プラス赤色発光ダイオード１つ分に対応する過電圧判定電圧となる。
【００７８】
このように、１６通りの過電圧判定電圧が調整可能である。１６通りすべてに対して説明すると長くなるので、上記の３例の説明でもって、１６通りの過電圧判定電圧が調整可能であることが、説明・開示されたものと考える。
【００７９】
赤色発光ダイオードは、青色発光ダイオードの半分の降下電圧のもの選ぶとよい。この場合、スイッチ１２４−１で４つの青色発光ダイオード分の降下電圧が変わり、スイッチ１２４−２で２つの青色発光ダイオード分の降下電圧が変わり、スイッチ１２４−３で１つの青色発光ダイオード分の降下電圧が変わり、スイッチ１２４−４で１つの赤色発光ダイオードの降下電圧つまり青色発光ダイオード０．５個分分の降下電圧が変わる。そのため、青色発光ダイオード０．５個分から７．５個分までの１６通りの降下電圧に対応した過電圧判定電圧が調整可能となる。
【００８０】
６Ｐスイッチの各スイッチのうち、スイッチ１２４−５〜６は、電流を受ける抵抗の抵抗値を調整する。スイッチ１２４−５〜６により、電流が流れる経路を調整することができる。スイッチ１２４−５〜６のオン・オフの組み合わせにより、電流が流れる経路が変わる。そのため、抵抗器１１３−１〜３、スイッチ１２４−５〜６の合成抵抗が変わり、以下の理由により、過電圧判定電圧を調整することができる。
【００８１】
発電装置、蓄電装置の両端の電圧をｘとすると、発光ダイオード１１１−１〜１４に流れる電流は、Ａｅｄｘで表すことができる。ここでＡ、ｄは定数、ｅは自然対数の底である。抵抗器１１３−１〜３、スイッチ１２４−５〜６の合成抵抗をＢとし、抵抗器１１３−１〜３の電圧がＣで、過電圧判定が切り替わるとすると、
Ａｅｄｘ・Ｂ＝Ｃ                                                       ・・・（式１）
が成り立つ。よって、
ｘ＝１／ｄ・ｌｎ（Ｃ／ＡＢ）∝ｌｎ（１／Ｂ）                                   ・・・（式２）
が成り立つ。ここでｌｎは自然対数を表す。したがって、過電圧判定が切り替わる電圧は、抵抗器１１３−１〜３、スイッチ１２４−５〜６の合成抵抗に反比例した値の対数に比例する。抵抗器１１３−１〜３、スイッチ１２４−５〜６の合成抵抗が小さい方が、過電圧判定電圧が大きくなり、抵抗器１１３−１〜３、スイッチ１２４−５〜６の合成抵抗が大きい方が、過電圧判定電圧が小さくなる。ただし、単純な比例関係となるわけではない。
【００８２】
以下では抵抗器１１３−１は１ＭΩ（メガオーム）、抵抗器１１３−２は４７０ｋΩ（キロオーム）、抵抗器１１３−２は４７０ｋΩ（キロオーム）として説明する。
【００８３】
スイッチ１２４−５、スイッチ１２４−６が共にがオンの場合、電流は、スイッチ１２４−５、スイッチ１２４−６、抵抗器１１３−３を通る。すなわち、抵抗器１１３−１〜３のうち抵抗器１１３−３のみに電流が流れるので、実質的な抵抗は４７０ｋΩ（キロオーム）となる。
【００８４】
スイッチ１２４−５がオン、スイッチ１２４−６がオフン場合、電流は、スイッチ１２４−５、抵抗器１１３−２、抵抗器１１３−３を通る。すなわち、抵抗器１１３−１〜３のうち抵抗器１１３−２、抵抗器１１３−３に電流が流れるので、実質的な抵抗は９４０ｋΩ（キロオーム）となる。
【００８５】
スイッチ１２４５−がオフ、スイッチ１２４−６がオン場合、電流は、抵抗器１１３−１、スイッチ１２４−６、抵抗器１１３−３を通る。すなわち、抵抗器１１３−１〜３のうち抵抗器１１３−１、抵抗器１１３−３に電流が流れるので、実質的な抵抗は１．４７ＭΩ（メガオーム）となる。
【００８６】
スイッチ１２４−５、スイッチ１２４−６が共にオフ場合、電流は、抵抗器１１３−１、抵抗器１１３−２、抵抗器１１３−３を通る。すなわち、抵抗器１１３−１〜３のうちすべてに電流が流れるので、実質的な抵抗は１．９４ＭΩ（メガオーム）となる。
【００８７】
以上説明したとおり、スイッチ１２４−１〜６までによって、過電圧判定電圧を調整することができる。スイッチ１２４−１が一番粗動側、スイッチ１２４−６が一番微動側である。すなわち、スイッチ１２４−１で一番大きく過電圧判定電圧を変え、スイッチ１２４−６で一番小さく過電圧判定電圧を調整する。このようにして、発光ダイオードの製造バラツキに対応する。
【００８８】
次に、図３に示される保護回路の動作について説明する。この保護回路は、ＵＰ端子からＤＯＷＮ端子までの間の電圧が一定以上上昇しないようにする。
【００８９】
ＵＰ端子からＤＯＷＮ端子までの電圧が十分に小さいときは、青色発光ダイオード１３１−１〜５は電流をほとんど流さない。そのため、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１３２のベース・エミッタ間にはほとんど電流を流さない。そのため、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１３２のコレクタ・エミッタ間にもほとんど電流を流さず、ＵＰ端子、ＤＯＷＮ端子間に電流を流さない。
【００９０】
ＵＰ端子からＤＯＷＮ端子までの電圧が十分に大きくなると、青色発光ダイオード１３１−１〜５は電流を電流を流す。そのため、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１３２のベース・エミッタ間に電流を流す。そのため、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１３２のコレクタ・エミッタ間に電流を流し、ＵＰ端子、ＤＯＷＮ端子間に電流を流す。このことにより、ＵＰ端子、ＤＯＷＮ端子間の電圧が大きくなりすぎないようにする。
【００９１】
以上のように、この保護回路はＵＰ、ＤＯＷＮ端子間に大きな電圧がかかると電流を流し、電圧が大きくなりすぎないようにする。
【００９２】
次に、図１を参照し、実際の回路でどのような役割を果たすか説明する。
【００９３】
保護回路２４によって、ｐ型電界効果トランジスタ１１５のソース・ゲート間に大きな電圧がかかり過ぎないようにし、ｐ型電界効果トランジスタ１１５を保護する。電界効果トランジスタは、ソース・ゲート間の耐圧が２０Ｖ程度のものが多い。
【００９４】
保護回路２５によって、ｎ型電界効果トランジスタ１１８、ｎ型電界効果トランジスタ１２３のソース・ゲート間に大きな電圧がかかり過ぎないようにし、ｎ型電界効果トランジスタ１１８、ｎ型電界効果トランジスタ１２３を保護する。第二の増幅段２２、保護回路２５は、発電装置、蓄電装置の両端の電圧が非常に大きくなった場合に、ｐ型電界高トランジスタ１１５により、ノード１２６の電位を上げようとする効果と、保護回路２５によってノード１２６の電位を下げようとする効果が戦い、保護回路２５による効果が十分発揮されない可能性があるので、ｐ型電界高トランジスタ１１５の能力を抑えるために、抵抗器１２５を挿入しておくとよい。抵抗器１２５は、例えば４７Ωが適する。こうすることにより、発電装置、蓄電装置の両端の電圧が非常に大きくなった場合に、ノード１２６の電位が上がり過ぎないようにすることができる。
【００９５】
発電装置、蓄電装置の両端の電圧が小さい場合、ノード１１４の電位は高くなる。そして発電装置、蓄電装置の両端の電圧が過電圧判定電圧より大きくなると、ノード１１４の電位は低くなる。そして、何らかの理由により、発電装置、蓄電装置の両端の電圧が過電圧判定電圧が非常に大きくなると、保護回路２４の働きにより、ノード１１４の電位は、低いが、発電装置、蓄電装置のプラス端子側から見た差分は２０Ｖ以下の値に抑えられる。
【００９６】
発電装置、蓄電装置の両端の電圧が小さい場合、ノード１２６の電位は低くなる。そして発電装置、蓄電装置の両端の電圧が過電圧判定電圧より大きくなると、ノード１２６の電位は高くなる。そして、何らかの理由により、発電装置、蓄電装置の両端の電圧が過電圧判定電圧が非常に大きくなると、保護回路２５の働きにより、ノード１２６の電位は、高いが、発電装置、蓄電装置のマイナス端子側から見た差分は２０Ｖ以下の値に抑えられる。
【００９７】
（特性）
次に、過電圧保護装置１１の電気的特性について述べる。図５に、蓄電装置両端の電圧と蓄電装置を短絡する電流の関係のシミュレーション結果を示す。図５は、スイッチ１２４−１はオン、スイッチ１２４−２はオン、スイッチ１２４−３オン、スイッチ１２４−４はオフ、スイッチ１２４−５はオン、スイッチ１２４−６はオフのときのものである。図６に、蓄電装置両端の電圧と蓄電装置を短絡する電流の関係の実測値を示す。図６はスイッチ１２４−１はオン、スイッチ１２４−２はオフ、スイッチ１２４−３オン、スイッチ１２４−４はオン、スイッチ１２４−５はオフ、スイッチ１２４−６はオフのときのものである。共に（ａ）はリニアスケール、（ｂ）は対数スケールで描かれており、両者は同じことを表している。例えば１．Ｅ−０３は１０−３を表す。
【００９８】
シミュレーションの図５を見ると、シミュレーションによると、蓄電装置両端の電圧が１４．１４Ｖ付近で、蓄電装置両端の電圧のわずかな変化で蓄電装置両端を短絡する電流が一気に増えることが分かる。点は、蓄電装置両端の電圧１ｍＶ（ミリボルト）ごとに打たれているため、蓄電装置両端を短絡する電流が約６桁変化するのに、蓄電装置両端の電圧が６ｍＶ（ミリボルト）以下の変化しか必要ない。また、蓄電装置両端の電圧が過電圧判定電圧より十分小さいとき、蓄電装置両端を短絡する電流である消費電流は、４０μＡ（マイクロアンペア）以下である。少なくとも、過電圧判定電圧より１００ｍＶ（ミリボルト）低い蓄電装置両端の電圧が１４．０４Ｖにおいて、蓄電装置両端を短絡する電流である消費電流は、４０μＡ（マイクロアンペア）以下である。
【００９９】
配線抵抗などの影響なども含んだ実測値の図６を見ても、蓄電装置両端の電圧が１４．０Ｖ〜１４．１Ｖ付近で、蓄電装置両端の電圧と蓄電装置両端を短絡する電流が一気に増えることが分かる。実験に用いた直流電源装置が、２．５Ａ（アンペア）までしか流せないものであったため、数十Ａ（アンペア）の電流を流した結果は載せていないが、蓄電装置両端の電圧が１００ｍＶ（ミリボルト）の変化で、蓄電装置両端を短絡する電流が６桁近く変化している。また、蓄電装置両端の電圧が過電圧判定電圧より十分小さいとき、蓄電装置両端を短絡する電流である消費電流は、２μＡ（マイクロアンペア）以下である。少なくとも、過電圧判定電圧より１００ｍＶ（ミリボルト）低い蓄電装置両端の電圧が１１３．９８Ｖにおいて、蓄電装置両端を短絡する電流である消費電流は、２μＡ（マイクロアンペア）以下である。発明者の最近の研究により、過電圧基本判定回路２１には、ツェナーダイオードを用いるよりも発光ダイオードを用いる方が、低消費電流性に優れることが分かっている。尚、実測データは、素子のばらつきや温度依存性により、同様の回路・装置を作っても同じ結果になるとは限らないことに注意が必要である。
【０１００】
また、過電圧保護装置１１には、蓄電装置のプラス端子と、発電装置のプラス端子間にスイッチとして働く電界効果トランジスタ等が不要である。そのため、電装置両端を短絡する電流による消費電流に起因する消費電力以外に、わずかな配線による電圧降下を除くと消費電力は存在しない。
【０１０１】
以上まとめると、過電圧判定電圧付近で、蓄電装置両端を短絡する電流は、蓄電装置両端の電圧に対して急激に変化し、蓄電装置両端の電圧が過電圧判定電圧より十分小さいとき、蓄電装置両端を短絡する電流である消費電流は非常に小さい。
【０１０２】
次に、図２を用いて説明したスイッチ１２４依存性について述べる。図７に、スイッチ１２４の設定と過電圧判定電圧の関係のシミュレーション結果を示す。図８、スイッチ１２４の設定と過電圧判定電圧の関係の実測値を示す。例えば、一番左の棒は、スイッチ１２４−１がオン、スイッチ１２４−２がオン、スイッチ１２４−３がオン、スイッチ１２４−４がオン、スイッチ１２４−５がオフ、スイッチ１２４−６がオフのときの過電圧判定電圧である。
【０１０３】
スイッチ１２４−１〜４により発光ダイオードの降下電圧が決まり、上位のスイッチの変化が、下位のスイッチの変化の半分の降下電圧となるため、スイッチ１２４−１〜４と過電圧判定電圧の関係は、ＤＡ（ディジタル・アナログ)変換したような結果となる。一方、スイッチ１２１−５、６による過電圧判定電圧の変化の効果は、式２に示した通り、単純な線形の関係とはならない。図２に示した構成の場合、スイッチ１２４内の下の番号（１、２、３、４、５、６）が小さいほど、過電圧判定電圧の変化が大きい。尚、実測データは、素子のばらつきや温度依存性により、同様の回路・装置を作っても同じ結果になるとは限らないことに注意が必要である。尚、シミュレーションは２７℃、実測値は２０℃で行った。
【０１０４】
シミュレーションの図７では、１３Ｖ〜２９Ｖの過電圧判定電圧に調整できる。実測値の図８では、１１Ｖ〜２５Ｖの過電圧判定電圧に調整できる。シミュレーションと実測値で過電圧判定電圧の結果が異なるのは、主として発光ダイオード１１１−１〜１４のモデルが異なることにより、発光ダイオード１１１−１〜１４の降下電圧が異なることに起因する。
【０１０５】
図９に、シミュレーションである図５、図７の結果を出すのに用いた素子のモデル名等の情報と、実測値である図６、図８の結果を出すのに用いた素子のモデル等の情報を示す。もちろん種々の変更が可能である。この情報により、発明は十分に開示されたものと考える。
【０１０６】
（本質的理由）
過電圧保護装置１１は、蓄電装置両端の電圧が過電圧判定電圧より十分小さいとき、蓄電装置両端を短絡する電流である消費電流は非常に小さく、消費電力が非常に小さい。その本質的理由は、構成する各部分である、第一の過電圧基本判定回路２１、第二の増幅回路２２、冷却用ファン制御回路２３、第一の電圧入力型スイッチング素子１２３、第一の保護回路２４、第二の保護回路２５、冷却用ファン１２２がそれぞれ、蓄電装置両端の電圧が過電圧判定電圧より十分小さいときに、極めて小さい電流しか消費しないためである。
【０１０７】
第一の過電圧基本判定回路２１に関しては、発光ダイオードは、両端にかかる電圧に対し流れる電流が指数関数的に変化するため、蓄電装置両端の電圧が過電圧判定電圧より十分小さいときは発光ダイオード１１１−１〜１４に流れる電流は極めて小さい。また、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１１２のコレクタ、エミッタ間に流れる電流も、発光ダイオード１１１−１〜１４に流れる電流を増幅しているため、極めて小さい。
【０１０８】
第二の増幅回路２２は、ｎ型電界効果トランジスタとｐ型電界効果トランジスタによるいわゆるインバータ回路ではないため、貫通電流が流れることもなく、ノード１１４の電位が高い場合は、ｐ型電界効果トランジスタ１１５もほとんど電流を流さない。
【０１０９】
冷却用ファン制御回路２３は、ノード１２６の電位が低い場合、ｎ型電界効果トランジスタ１１８が定電圧素子１１９への電流供給を止めてしまうため、定電圧素子１１９と冷却ファンの消費する電流は極めて小さくなる。また、ｎ型電界効果トランジスタ１２３の
消費電流も非常に小さくなる。冷却ファンは、ｎ型電界効果トランジスタ１２３の
消費電流が小さいときは回転する必要がない。
【０１１０】
過電圧保護装置１１は、電圧判定電圧付近で、蓄電装置両端を短絡する電流は、蓄電装置両端の電圧に対して急激に変化する。その本質的理由は、第一の過電圧基本判定回路２１における発光ダイオードが、両端にかかる電圧に対し流れる電流が指数関数的に変化することを利用し、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ１１２および第二の増幅回路２２で増幅しているためである。これだけの増幅段でも先ほど示した急峻な電圧電流特性が実現する。
【０１１１】
過電圧保護装置１１は、発光ダイオードの降下電圧がばらついても所望の過電圧判定電圧を実現できる。その本質的理由は、スイッチにより、発光ダイオード１１１−１〜１４を含む部分の降下電圧と抵抗器１１３−１〜３を含む部分の合成抵抗を調整できるためである。
【０１１２】
（効果）
第１の実施の形態により、転換負荷機能を持つ過電圧保装置の電力を消費するべきではない場合の自己消費電流、消費電力を極めて小さく抑えることができ、かつ蓄電装置を短絡する電流の電圧依存性を極めて小さく抑えることができる。また、発光ダイオードの降下電圧がばらついても所望の過電圧判定電圧を実現できる。
【０１１３】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、過電圧保護装置に関する。第２の実施の形態における過電圧保護装置の回路図を、図１０に示す。第１０の実施の形態に関し、構成、接続、動作、効果の順に説明する。
【０１１４】
（構成）
第２の実施の形態における過電圧保護装置１１は、第一の過電圧基本判定回路２１、第二の増幅回路２２、冷却用ファン制御回路２３、第一の電圧入力型スイッチング素子１２３、第一の保護回路２４、第二の保護回路２５、冷却用ファン１２２に加え、逆電流防止ダイオード１２４を持つ。
【０１１５】
第二の増幅回路２２は、ｐ型電界効果トランジスタ１１５、抵抗器１１６、抵抗器１２５により構成される。冷却用ファン制御回路２３は、ｎ型電界効果トランジスタ１１８、定電圧素子１１９より構成される。
【０１１６】
第一の過電圧基本判定回路２１の詳細は図２に、第一の保護回路２４、第二の保護回路２５の詳細は図３に、定電圧素子１１９のシミュレーション上の詳細は図４に示した通りである。定電圧素子１１９は、実際には単一素子である。
【０１１７】
図２に示される通り、過電圧基本判定回路２１は、青色発光ダイオード１１１−１〜７、１１１−９〜１４、赤色発光ダイオード１１１−８、スイッチ１２４、抵抗器１１３−１、１１３−２、１１３−３により構成される。スイッチ１２４は例えば６Ｐスイッチ（６つのスイッチ機能を持つ部品）で、スイッチ１２４−１〜６により構成される。６Ｐスイッチは、広く流通している。
【０１１８】
第一の過電圧基本判定回路２１、第一の保護回路２４、第二の保護回路２５、シミュレーション上の定電圧素子１１９は第１の実施の形態の場合と同様である。上記構成は、あくまで実施の例であり、種々の変更が可能であり、本発明の範囲が上記に限定されるものではない。
【０１１９】
（接続）
図１０を参照し、第２の実施の形態における第二の増幅回路２２の電気的接続を説明する。
【０１２０】
第一のｐ型電界効果トランジスタ１１５のソースは、抵抗器１２５の一方の端子に、ゲートは、過電圧基本判定回路２１の出力ノード１１４、保護回路２４のＤＯＷＮ側に接続され、ドレインは、抵抗器１１６の一方の端子、第二のｎ型電界効果トランジスタ１１８のゲート、ｎ型電界効果トランジスタ１２３のゲート、保護回路２５のＵＰ側端子に接続される。
【０１２１】
抵抗器１１６の一方の端子は、ｐ型電界効果トランジスタ１１５のドレイン、ｎ型電界効果トランジスタ１１８のゲート、第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３のゲート、保護回路２５のＵＰ側端子に接続される。抵抗器１１６のもう一方の端子は、電源のマイナス側のノード３０３に接続される。
【０１２２】
抵抗器１２５の一方の端子は、発電装置のプラス側のノード３０１に接続される。抵抗器１２５のもう一方の端子は、ｐ型電界効果トランジスタ１１５のソース側に接続される。
【０１２３】
図１０を参照し、冷却用ファン制御回路２３の電気的接続を説明する。
【０１２４】
第二のｎ型電界効果トランジスタ１１８のソースは、電源のマイナス側のノード３０３に接続され、ゲートは、ｐ型電界効果トランジスタ１１５のドレイン、第二の抵抗負荷１１６の一方の端子、第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３のゲート、保護回路２５のＵＰ側に接続され、ドレインは定電圧素子１１９のＶＳＳ端子、冷却ファン１２２のＶＳＳ端子に接続される。
【０１２５】
第一の定電圧素子１１９のＶＳＳ端子は、第二の電圧入力型スイッチング素子１１８のドレインおよび、冷却用ファン１２２のＶＳＳ端子に接続され、ＶＤＤ端子は、発電装置のプラス側のノード３０１に接続され、ＯＵＴ端子は、冷却用ファン１２２のＶＤＤ端子に接続される。
【０１２６】
冷却用ファン１２２のＶＤＤ端子は、定電圧素子１１９のＯＵＴ端子に接続され、ＶＳＳ端子は、第二のｎ型電界効果トランジスタ１１８のドレインおよび、定電圧素子１１９のＶＳＳ端子に接続される。
【０１２７】
第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３のソースは、電源のマイナス側のノード３０３に接続され、ゲートは、ｐ型電界効果トランジスタ１１５のドレインおよびと抵抗器１１６の一端および、第二のｎ型電界効果トランジスタ１１８のゲートに接続され、ドレインは、発電装置のプラス側のノード３０１に接続される。
【０１２８】
冷却用ファン１２２は、第一のｎ型電界効果型トランジスタ１２３を冷却するように物理的に配置する。通常、冷却用ファン１２２にヒートシンクが取り付けられ、そのヒートシンクが第一のｎ型電界効果型トランジスタ１２３に密着するように配置される。
【０１２９】
逆電流防止ダイオード１２４のアノードは、発電装置のプラス側のノード３０１に接続され、逆電流防止ダイオード１２４のカソードは、蓄電装置のプラス側のノード３０２に接続される。
【０１３０】
ノード３０１は、発電装置のプラス側のノードで、ノード３０２は、蓄電装置のプラス側のノードである。ノード３０３は、電源のマイナス側のノードで、発電装置、蓄電装置のマイナス側を接続する。
【０１３１】
あまり本質的ではないため図示しなかったが、安定化のため、ノード１２６、ノード１２０、ノード１２１にはキャパシタを接続するとよい。その他の部分は、第一の実施の形態の場合と同じである。上記接続は、あくまで実施の例であり、種々の変更が可能であり、本発明の範囲が上記に限定されるものではない。
【０１３２】
（動作）
第２の実施の形態の特徴部分である、逆電流防止ダイオード１２４の導入の効果について説明する。
【０１３３】
発電装置が発電していて、蓄電装置に充電している場合、ノード３０３の電位は、ノード３０２の電位より高くなる。一方、発電装置が発電していない場合、ノード３０１の電位は０Ｖ付近となる。この状態に加え、発電装置が発電しているが、発電が不十分で、ノード３０１の電位はノード３０２の電位より低くなるという状態も存在する。
【０１３４】
発電装置が発電していて、蓄電装置に充電している場合、第１の実施の形態で説明した場合と同様の動作となる。すなわち、以下の様になる。
【０１３５】
図１０を参照し、発電装置が発電していて、蓄電装置に充電している場合で、蓄電装置の両端の電圧が十分低い場合の過電圧保護装置１１の動作を説明する。蓄電装置の両端の電圧が十分低い場合、過電圧基本判定回路２１はノード１１４に高い電位を出力する。その結果、ｐ型電界効果トランジスタ１１５はソース・ドレイン間に電流をほとんど流さない。その結果、抵抗器１１６の両端に電圧がほとんど発生せず、ノード１２６は低い電位となる。ここで抵抗器１２５の抵抗値は小さいので、動作にほとんど影響しない。その結果、第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３は、ソース・ドレイン間にほとんど電流を流さない。この場合、第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３に、熱はほとんど発生しない。
【０１３６】
また、第二の電界効果トランジスタ１１８のソース・ドレイン間にも電流が流れない。その結果、定電圧素子１１９のＶＳＳ端子は、ＶＤＤ端子とほぼ同じ電位となり、ＯＵＴ端子もＶＤＤ端子とほぼ同じ電位となる。そして冷却ファン１２２のＶＤＤ端子とＶＳＳ端子もほぼ同じ電位となり、冷却ファン１２２は回転しない。第一のｎＭＯＳ電界効果トランジスタ１２３に、熱はほとんど発生しないため、冷却ファン１２２は回転する必要はない。
【０１３７】
この場合の消費電流は、第１の実施の形態の場合とほぼ同じとなる。
【０１３８】
図１０を参照し、蓄電装置に充電している場合で、蓄電装置の両端の電圧が十分高い場合の過電圧保護装置１１の動作を説明する。蓄電装置の両端の電圧が十分低い場合、過電圧基本判定回路２１はノード１１４に低い電位を出力する。その結果、ｐ型電界効果トランジスタ１１５はソース・ドレイン間にある程度の電流を流す。その結果、抵抗器１１６の両端に大きな電圧が発生し、ノード１２６は高い電位となる。ここで抵抗器１２５の抵抗値は小さいので、動作にほとんど影響しない。その結果、第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３は、ソース・ドレイン間に大きな電流を流す。そのため、発電装置、蓄電装置の両端の電圧は一定以上になるのを防ぐ。また、この場合、第一のｎ型電界効果トランジスタ１２３に、熱が発生する。
【０１３９】
また、第二のｎ型電界効果トランジスタ１１８のソース・ドレイン間にもある程度の電流が流れる。その結果、定電圧素子１１９のＶＳＳ端子は、発電装置、蓄電装置のマイナス端子３０３とほぼ同じ電位となり、ＯＵＴ端子はＶＳＳより例えば１２Ｖ高い電位となる。そして冷却ファン１２２のＶＤＤ端子とＶＳＳ端子間は例えば１２Ｖとなり、冷却ファン１２２が回転する。第一のｎＭＯＳ電界効果トランジスタ１２３に、熱が発生するが、冷却ファン１２２が回転し冷却される。
【０１４０】
この場合の消費電流は、第１の実施の形態の場合とほぼ同じとなる。
【０１４１】
発電装置が発電していない場合、ノード３０１の電位は０Ｖ付近となる。この状態では、  第二の増幅回路２２、冷却用ファン制御回路２３、第一の電圧入力型スイッチング素子１２３、第一の保護回路２４、第二の保護回路２５、冷却用ファン１２２にＶＤＤ電源が供給されないため、消費電流は、さらに小さい値となる。さらに小さい値とは、逆電流防止ダイオード１２４に流れる逆電流であり、非常に小さい。
【０１４２】
発電装置が発電しているが、発電が不十分で、ノード３０１の電位はノード３０２の電位より低くなるという状態は、すでに述べた２つの状態（発電装置が発電していて、蓄電装置に充電している場合、発電装置が発電していない場合）の中間の消費電流となる。
【０１４３】
（効果）
第２の実施の形態により、転換負荷機能を持った過電圧保装置の電力を消費するべきではない場合の自己消費電流を極めて小さく抑えることができる。
【０１４４】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態の独立電源システムは図１１に示されるとおりである。第３の実施の形態の独立電源システムは、第１の実施の形態の過電圧保護装置１１、発電装置３３５、蓄電装置３３３を含む。発電装置３３５が、蓄電装置３３３に接続される。過電圧保護装置１１が、発電装置３３５、蓄電装置３３３のプラス端子３０１と、発電装置３３５、蓄電装置３３３のマイナス端子３０３との間に接続される。
【０１４５】
発電装置３３５には、自然エネルギーを利用したものが適する。特に風力発電装置などが適する。蓄電装置３３３には鉛蓄電池を用いることができる。以下では、発電装置３３５に風力発電装置を、蓄電装置３３３に鉛蓄電池を用いた場合について説明する。ただし、蓄電装置にはリチウムイオン電池等、鉛蓄電池以外の電池、電気二重層キャパシタなども用いることができる。
【０１４６】
第１の実施の形態の独立電源システムは図１１に示されるとおりである。第３の実施の形態の独立電源システムは、第１の実施の形態の過電圧保護装置１１、風力発電装置３３５、鉛蓄電池３３３を含む。風力発電装置３３５が、鉛蓄電池３３３に接続される。過電圧保護装置１１が、風力発電装置３３５、鉛蓄電池３３３のプラス端子３０１と、風力発電装置３３５、鉛蓄電池３３３のマイナス端子３０３との間に接続される。
【０１４７】
第３の実施の形態の独立電源システムにより、低消費電流・低消費電力な過電圧保護装置を用いることによる、大電流を逃がす必要性のある発電装置を用いた、高効率な独立電源システムが実現する。このことは、風力発電の場合で言うと、より風況の悪い環境でも電力的に赤字にならない独立電源システムが可能になる。
【０１４８】
［風力発電装置の例］ 
図１２に、風力発電装置３３５の例を示す。実施の形態において風力発電装置３３５として示していた部分は、図１２に示す通り、発電機以外にも様々な部品より構成される。９０１は風であり、９０２は、プロペラであり、９０３は増速機、９０４は同期発電機、９０５は整流器、９０６は直流ー直流変換器である。風９０１は、プロペラ９０２で回転エネルギーに変換され、増速機９０３で、発電に適した回転数に増速される。そして同期発電機９０４で、電気エネルギーに変換される。その後、整流器９０５で、直流に変換され、直流ー直流変換器９０６で、蓄電装置への充電に適した電圧に変換される。
【０１４９】
エネルギー形態は、プロペラ９０２までが自然エネルギーで、そこから同期発電機９０４までが回転エネルギーで、そこから先が電気エネルギーである。直流−直流変換器ではなく巻き線式の変圧器用いることもできるが、その場合、巻き線式の変圧器で変圧された後に整流器で直流にされる。回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電システムで回転エネルギーは自然エネルギーによるものであるものの例として、風力発電、水力発電などが挙げられる。 
【０１５０】
図１３に、整流器９０５の例を示す。図１３の例は、三相交流を直流に変換する整流器である。９２１、９２２、９２３、９２４、９２５、９２６は、ダイオードである。これらのダイオードには、シリコンダイオード、ショットキーバリアダイオードなどが適する。９２７は、平滑化キャパシタである。三本の入力のうち、最も高い電位のものから、ダイオード９２１または９２３または９２５を介して電流が流れ込み、三本の入力のうちもっとも電位の低いものへ、ダイオード９２２または９２４または９２６を介して電流が戻る。その結果、２つの出力端子間の電圧は、常に上側がプラスになる。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
風力発電装置、鉛蓄電池、過電圧保護装置を用いて、住宅地に設置する一般家庭用の風力発電システムに用いることができる。また、さらに太陽電池を用いて、住宅地に設置する一般家庭用の太陽光と風力のハイブリッド発電システムに用いることができる。
【符号の説明】
【０１５２】
１１  過電圧保護装置
２１  過電圧基本判定回路
２２  第二の増幅回路
２３  冷却用ファン制御回路
２４  第一の保護回路
２５  第二の保護回路
１２２  冷却用ファン
１２３  第一の電圧入力型スイッチング素子
１２４  逆電流防止ダイオード
１１５  ｐ型電界効果トランジスタ、
１１６、１２５  抵抗器
１１８  ｎ型電界効果トランジスタ、
１１９  定電圧素子
１１１−１〜７、１１１−９〜１４  青色発光ダイオード
１１１−８  赤色発光ダイオード
１２４  スイッチ（６Ｐスイッチ）
１２４−１〜６  スイッチ
１１４、１２６  ノード
１３１−１〜５  青色発光ダイオード
１３２  ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ
１４１  演算増幅器
１４２  ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ
１４３、１４４、１４５  抵抗器
１４６  ツェナーダイオード
３３５  発電装置
３３３  蓄電装置
３０１  電源のプラス側のノード、発電装置のプラス側のノード
３０２  蓄電装置のプラス側のノード
３０３  電源のマイナス側のノード
９０１ 風 
９０２ プロペラ 
９０３ 増速機 
９０４ 同期発電機
９０５ 整流器 
９０６ 直流ー直流変換器
９２１、９２２、９２３、９２４、９２５、９２６ 逆電流ダイオード 
９２７ 平滑化キャパシタ
【図１】
2017184408.tif 000003
【図２】
2017184408.tif 000004
【図３】
2017184408.tif 000005
【図４】
2017184408.tif 000006
【図５】
2017184408.tif 000007
【図６】
2017184408.tif 000008
【図７】
2017184408.tif 000009
【図８】
2017184408.tif 000010
【図９】
2017184408.tif 000011
【図１０】
2017184408.tif 000012
【図１１】
2017184408.tif 000013
【図１２】
2017184408.tif 000014
【図１３】
2017184408.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月10日(2016.9.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の過電圧基本判定回路、第二の増幅回路、第一の電圧入力型スイッチング素子、冷却用ファン制御回路、冷却用ファンを持ち、第二の増幅回路、冷却用ファン制御回路、第一の電圧入力型スイッチング素子は電源のプラス側のノードと電源のマイナス側のノードの間に、互いに並列に接続されており、 
前記第一の過電圧基本判定回路は、第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群、第一の抵抗負荷、第一のバイポーラトランジスタを持ち、前記第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群には、前記第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群の両端にかかる電圧の指数に比例した第一の電流が流れ、前記第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる前記第一の電流を前記第一のバイポーラトランジスタで増幅コピーし第二の電流とし、前記第二の電流を前記第一の抵抗負荷に流すことにより第一の電位に変換し、 
前記第二の増幅回路は、少なくとも第二の電圧入力型スイッチング素子と第二の抵抗負荷を持ち、前記第二の電圧入力型スイッチング素子と前記第二の抵抗負荷は直列に接続され、第一の電位が現れるノードは前記第二の電圧入力型スイッチング素子のゲートに接続され、前記第二の電圧入力型スイッチング素子と前記第二の抵抗負荷の間のノードに第二の電位が現れ、 
第二の電位が現れるノードは、前記第一の電圧入力型スイッチング素子のコントロール端子に入力され、 
前記冷却用ファン制御回路は、第三の電圧入力型スイッチング素子および、第一の定電圧素子を持ち、前記冷却用ファン制御回路は、前記冷却用ファンを制御し、第二の電位が現れるノードは、前記第三の電圧入力型スイッチング素子に入力し、前記第一の定電圧素子の出力端子は、前記冷却用ファンに入力し、 
前記冷却用ファンは前記第一の電圧入力型スイッチング素子に一定以上の電流が流れる場合のみ前記第一の電圧入力型スイッチング素子を冷却し
過電圧が入力されると、前記第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群の両端に前記第一の電流が流れ、前記第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる前記第一の電流を前記第一のバイポーラトランジスタで増幅コピーした前記第二の電流が流れ、前記第二の電流を前記第一の抵抗負荷に流すことにより前記第一の電位が発生し、前記第一の電位により前記第二の電圧入力型スイッチング素子に電流が流れることにより、前記第二の電圧入力型スイッチング素子と前記第二の抵抗負荷の間のノードに前記第二の電位が現れ、前記第二の電位により前記第一の電圧入力型スイッチング素子に電流が流れることにより、前記電源のプラス側のノードと前記電源のマイナス側のノードの間に電流を流すことにより過電圧から保護する
ことを特徴とする過電圧保護装置。 
【請求項２】
さらに、前記電源のプラス側のノードに整流素子を含み、 
第一の過電圧基本判定回路は、前記整流素子のカソード側において前記電源のプラス側のノードと接続され、第二の増幅回路および、冷却用ファン制御回路の電源側は、前記整流素子のアノード側において、前記電源のプラス側のノードと接続される 
ことを特徴とする請求項１に記載の過電圧保護装置。 
【請求項３】
第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群は、発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載の過電圧保護装置。 
【請求項４】
前記第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群が、複数のダイオード群から構成されている場合には、
電流が流れる経路上に存在するダイオードの種類または数またはその両方が、第一の機械的なスイッチまたはスイッチ群により切り替わり、電流が流れる経路上に存在するダイオードの順方向降下電圧の合計が変わることにより、前記第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群の順方向降下電圧は、前記第一の機械的なスイッチまたはスイッチ群により変更できることを特徴とする、請求項１に記載の過電圧保護装置。 
【請求項５】
前記第一の抵抗負荷は、複数の抵抗器から構成されており、
電流が流れる経路上の抵抗器が、第二の機械的なスイッチまたはスイッチ群により切り替わり、電流が流れる経路上に存在する抵抗器の合成抵抗値が変わることにより、第一の抵抗負荷の抵抗値は、前記第二の機械的なスイッチまたはスイッチ群により変更できる 
ことを特徴とする請求項４に記載の過電圧保護装置。 
【請求項６】
前記第一の電位が現れるノードには、前記第二の電圧入力型スイッチング素子のソース・ゲート間を過電圧から保護するための、第一の保護回路が接続され、
前記第二の電位が現れるノードには、前記第一の電圧入力型スイッチング素子のソース・ゲート間を過電圧から保護するための、第二の保護回路が接続される 
ことを特徴とする請求項５に記載の過電圧保護装置。 
【請求項７】
前記第一の保護回路は、発光ダイオードとバイポーラトランジスタを含み、 
前記第二の保護回路は、発光ダイオードとバイポーラトランジスタを含む 
ことを特徴とする請求項６に記載の過電圧保護装置。 
【請求項８】
第一の発電装置、蓄電装置、請求項１に記載の過電圧保護装置を持ち、前記第一の発電装置のプラス側、前記蓄電装置のプラス側、請求項１に記載の前記過電圧保護装置のプラス側は、電源のプラス側のノードに接続され、前記第一の発電装置のマイナス側、前記蓄電装置のマイナス側、請求項１に記載の前記過電圧保護装置のマイナス側は、電源のマイナス側のノードに接続され、前記第一の発電装置は、回転エネルギーを電気エネルギーに変換するという原理に基づくものであり、前記回転エネルギーは自然エネルギーによるものであることを特徴とする独立電源システム。