JP3394996B2 - 最大電力動作点追尾方法及びその装置 - Google Patents
最大電力動作点追尾方法及びその装置Info
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電流電圧特性が
への字特性である直流電源、例えば、太陽電池等で発生
する電力をスイッチングコンバータを介して負荷に供給
するシステムにおいて、直流電源特性の変化等に対応し
て直流電源の出力電力が最大になるようにスイッチング
コンバータの動作点を制御して最適な最大電力動作点を
追尾する方法および装置に関するものである。
への字特性である直流電源、例えば、太陽電池等で発生
する電力をスイッチングコンバータを介して負荷に供給
するシステムにおいて、直流電源特性の変化等に対応し
て直流電源の出力電力が最大になるようにスイッチング
コンバータの動作点を制御して最適な最大電力動作点を
追尾する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池の発電量が最大になるように動
作点を制御する従来の方法は、太陽電池の電圧と電流を
計測し、その値をアナログデジタル変換してデジタル的
に電圧値と電流値の積を計算し、あるいはアナログ的に
電圧値と電流値の積を計算し、この積が最大となるよう
に太陽電池に接続するスイッチングコンバータの時比率
を変化させて制御していた。
作点を制御する従来の方法は、太陽電池の電圧と電流を
計測し、その値をアナログデジタル変換してデジタル的
に電圧値と電流値の積を計算し、あるいはアナログ的に
電圧値と電流値の積を計算し、この積が最大となるよう
に太陽電池に接続するスイッチングコンバータの時比率
を変化させて制御していた。
【０００３】又は、スイッチングコンバータの出力に注
目し、出力の電圧あるいは電流が最大となるようにスイ
ッチングコンバータの時比率を変化させる方法。又は、
太陽電池パネルの温度を計測しその温度の関数として動
作点を制御する方法が一般に用いられた。
目し、出力の電圧あるいは電流が最大となるようにスイ
ッチングコンバータの時比率を変化させる方法。又は、
太陽電池パネルの温度を計測しその温度の関数として動
作点を制御する方法が一般に用いられた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の太陽電池の電圧と電流を計測して積を計算する方法
では、制御のための回路が複雑となり、コストが高くな
るという問題があった。また、アナログデジタル変換の
際の量子化誤差の問題があった。さらに、スイッチング
コンバータの出力に注目する方法では、負荷の変動の影
響を大きく受ける重大な問題があった。また、温度等を
測定して制御する方法では、太陽電池パネルの温度や日
射量、風量の不均一により、制御が最適な動作点からは
ずれるという重大な問題と、温度等を測定するためのセ
ンサーの取り付けと配線が必要であるという不便さがあ
った。
来の太陽電池の電圧と電流を計測して積を計算する方法
では、制御のための回路が複雑となり、コストが高くな
るという問題があった。また、アナログデジタル変換の
際の量子化誤差の問題があった。さらに、スイッチング
コンバータの出力に注目する方法では、負荷の変動の影
響を大きく受ける重大な問題があった。また、温度等を
測定して制御する方法では、太陽電池パネルの温度や日
射量、風量の不均一により、制御が最適な動作点からは
ずれるという重大な問題と、温度等を測定するためのセ
ンサーの取り付けと配線が必要であるという不便さがあ
った。
【０００５】本発明が解決しようとする課題は、温度等
のセンサーを必要としないで、太陽電池パネルの状態の
不均一や負荷の変動の影響を受けずに、大陽電池の発電
量が最大になるように動作点を正確に制御できる簡単で
安価な回路を用いた方法の実現である。
のセンサーを必要としないで、太陽電池パネルの状態の
不均一や負荷の変動の影響を受けずに、大陽電池の発電
量が最大になるように動作点を正確に制御できる簡単で
安価な回路を用いた方法の実現である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、入力電圧制御型スイッチングコンバータ
の入力電圧を低周波微小変調した直流電源の出力電流値
を、上記変調と同位相で且つ同等の大きさの変化の割合
で増幅率を切り替える増幅率切替機能を有する回路で検
出し、この回路の出力の上記変調と同期した成分を弁別
回路で復調した信号を基準電圧に加算して上記スイッチ
ングコンバータの入力を電圧制御することにより、直流
電源の状態変化に追従してスイッチングコンバータの動
作点が最大電力動作点に追尾する方法および装置を提供
する。
に、本発明は、入力電圧制御型スイッチングコンバータ
の入力電圧を低周波微小変調した直流電源の出力電流値
を、上記変調と同位相で且つ同等の大きさの変化の割合
で増幅率を切り替える増幅率切替機能を有する回路で検
出し、この回路の出力の上記変調と同期した成分を弁別
回路で復調した信号を基準電圧に加算して上記スイッチ
ングコンバータの入力を電圧制御することにより、直流
電源の状態変化に追従してスイッチングコンバータの動
作点が最大電力動作点に追尾する方法および装置を提供
する。
【０００７】さらに、本発明は、スイッチングコンバー
タが最大動作点で確実に動作するように、動作範囲を設
定する手段を追加する。また、本発明の直流電源として
は、直流電源の電流電圧特性がへの字特性である直流電
源が、太陽電池、風力で電力を発生する直流電源、波力
で電力を発生する直流電源の少なくともいずれか１つを
使用する直流電源である。
タが最大動作点で確実に動作するように、動作範囲を設
定する手段を追加する。また、本発明の直流電源として
は、直流電源の電流電圧特性がへの字特性である直流電
源が、太陽電池、風力で電力を発生する直流電源、波力
で電力を発生する直流電源の少なくともいずれか１つを
使用する直流電源である。
【０００８】
【作用】本発明の方法および装置では、簡単な回路を用
いた方法で直流電源の出力電力が最大になるように動作
点を正確に制御し、最大電力が得られる動作点を追尾す
ることができる。上記の最大電力動作点追尾方法におけ
る動作点の追尾を行う回路は、簡単なパルス発生回路及
び増幅器、並びに半導体スイッチが主要な構成要素であ
り、少数の安価な汎用の部品のみを用いて回路を実現で
きる。さらに、本発明の方法を用いることにより、より
少ない費用で直流電源において最大出力発電量を得るこ
とができ、エネルギー利用効率が向上し、設備投資費用
の回収期間が短縮する作用がある。
いた方法で直流電源の出力電力が最大になるように動作
点を正確に制御し、最大電力が得られる動作点を追尾す
ることができる。上記の最大電力動作点追尾方法におけ
る動作点の追尾を行う回路は、簡単なパルス発生回路及
び増幅器、並びに半導体スイッチが主要な構成要素であ
り、少数の安価な汎用の部品のみを用いて回路を実現で
きる。さらに、本発明の方法を用いることにより、より
少ない費用で直流電源において最大出力発電量を得るこ
とができ、エネルギー利用効率が向上し、設備投資費用
の回収期間が短縮する作用がある。
【０００９】まず、最初に本発明が前提とする、電流電
圧特性がへの字特性である直流電源の特性について説明
する。図２は太陽電池の出力電力−出力電圧特性（Ｐ−
Ｖ）、図３は出力電流−出力電圧特性（Ｉ−Ｖ）を示し
ている。太陽電池のような直流電源は、図３に示されて
いるように電流−電圧特性は、電圧が大きくなるにつれ
て、電流は減少する傾向、即ち垂下傾向のへの字特性
（以下、本明細書では単にへの字特性という。）を有し
ている。太陽電池の出力特性は、季節の変化等に伴う太
陽電池周辺の温度の変化や日射量によって変動する。太
陽電池周辺の温度が低くなるにつれて、例えば特性曲線
はＬ１からＬ２に、Ｌ３からＬ４に、又、日射量が少な
くなるにつれて特性曲線は例えばＬ２からＬ１に、Ｌ４
からＬ３にと変動する。季節、天候や時間により特性曲
線は絶えず変動しているので特性曲線の変動に合わせて
最適動作電圧を制御する必要があった。
圧特性がへの字特性である直流電源の特性について説明
する。図２は太陽電池の出力電力−出力電圧特性（Ｐ−
Ｖ）、図３は出力電流−出力電圧特性（Ｉ−Ｖ）を示し
ている。太陽電池のような直流電源は、図３に示されて
いるように電流−電圧特性は、電圧が大きくなるにつれ
て、電流は減少する傾向、即ち垂下傾向のへの字特性
（以下、本明細書では単にへの字特性という。）を有し
ている。太陽電池の出力特性は、季節の変化等に伴う太
陽電池周辺の温度の変化や日射量によって変動する。太
陽電池周辺の温度が低くなるにつれて、例えば特性曲線
はＬ１からＬ２に、Ｌ３からＬ４に、又、日射量が少な
くなるにつれて特性曲線は例えばＬ２からＬ１に、Ｌ４
からＬ３にと変動する。季節、天候や時間により特性曲
線は絶えず変動しているので特性曲線の変動に合わせて
最適動作電圧を制御する必要があった。
【００１０】図３の出力電流−出力電圧特性はへの字特
性で、その屈折点（Ｖｓ１，Ｉｓ１），（Ｖｓ２，Ｉｓ
２）で、この電圧値で出力電力は最高である（Ｐｓ１，
Ｐｓ ２）。また、この屈折点でＩ−Ｖ特性曲線Ｌ３，Ｌ
４の傾きがそれぞれ−Ｉｓ１／Ｖｓ１，−Ｉｓ２／Ｖｓ
２となっている。即ち、Ｐ＝ＶＩの関係式をＶで微分す
ると、ΔＰ／ΔＶ＝Ｉ＋Ｖ・ΔＩ／ΔＶで、出力電力Ｐ
が最大値のときはΔＰ／ΔＶ＝０であるので、このとき
ΔＩ／ΔＶ＝−Ｉ／Ｖである。
性で、その屈折点（Ｖｓ１，Ｉｓ１），（Ｖｓ２，Ｉｓ
２）で、この電圧値で出力電力は最高である（Ｐｓ１，
Ｐｓ ２）。また、この屈折点でＩ−Ｖ特性曲線Ｌ３，Ｌ
４の傾きがそれぞれ−Ｉｓ１／Ｖｓ１，−Ｉｓ２／Ｖｓ
２となっている。即ち、Ｐ＝ＶＩの関係式をＶで微分す
ると、ΔＰ／ΔＶ＝Ｉ＋Ｖ・ΔＩ／ΔＶで、出力電力Ｐ
が最大値のときはΔＰ／ΔＶ＝０であるので、このとき
ΔＩ／ΔＶ＝−Ｉ／Ｖである。
【００１１】これは、出力電力Ｐが最大値のとき、Ｉ−
Ｖ特性曲線の接線は勾配−Ｉ／Ｖの曲線であることを示
している。本発明者らは、この特性は図２，図３のよう
に特性曲線が変化しても変わらないことを知見した。本
発明は、この特性を利用して、Ｉ−Ｖ特性曲線の接線勾
配が−Ｉ／Ｖとなるようにスイッチングコンバータを制
御して、直流電源の特性が状態変化を受けて変動して
も、その動作点を直流電源の最大出力電力の動作点に追
従させる方法および装置である。
Ｖ特性曲線の接線は勾配−Ｉ／Ｖの曲線であることを示
している。本発明者らは、この特性は図２，図３のよう
に特性曲線が変化しても変わらないことを知見した。本
発明は、この特性を利用して、Ｉ−Ｖ特性曲線の接線勾
配が−Ｉ／Ｖとなるようにスイッチングコンバータを制
御して、直流電源の特性が状態変化を受けて変動して
も、その動作点を直流電源の最大出力電力の動作点に追
従させる方法および装置である。
【００１２】図１〜図７を参照して本発明の実施例を説
明する。この実施例は、電流電圧特性がへの字特性であ
る直流電源として太陽電池、入力電圧制御型のスイッチ
ングコンバーターを使用した例である。この実施例は、
入力電圧制御型のスイッチングコンバータ２を介して、
太陽電池１の電力を負荷３、緩衝用電池４に供給する装
置例である。図１中、５はスイッチングコンバータ２の
入力電圧を測定する検出電圧入力回路、６はスイッチン
グコンバータ２に電圧制御信号を出力するスイッチング
パルス発生回路、７Ａは検出電流入力回路、７Ｂは電流
検出回路、８は弁別回路、９は積分回路、１０は電流検
出回路７Ｂ、弁別回路８およびスイッチングパルス発生
回路６に変調信号のタイミングを与えるパルス発生器を
表している。パルス発生器１０は、互いに反転する出力
パルスＱ１，Ｑ２を出力する。
明する。この実施例は、電流電圧特性がへの字特性であ
る直流電源として太陽電池、入力電圧制御型のスイッチ
ングコンバーターを使用した例である。この実施例は、
入力電圧制御型のスイッチングコンバータ２を介して、
太陽電池１の電力を負荷３、緩衝用電池４に供給する装
置例である。図１中、５はスイッチングコンバータ２の
入力電圧を測定する検出電圧入力回路、６はスイッチン
グコンバータ２に電圧制御信号を出力するスイッチング
パルス発生回路、７Ａは検出電流入力回路、７Ｂは電流
検出回路、８は弁別回路、９は積分回路、１０は電流検
出回路７Ｂ、弁別回路８およびスイッチングパルス発生
回路６に変調信号のタイミングを与えるパルス発生器を
表している。パルス発生器１０は、互いに反転する出力
パルスＱ１，Ｑ２を出力する。
【００１３】さらに、スイッチングコンバータ２中、２
１はスイッチング素子、２２はリアクトル（インダクタ
ンス）、２３は整流器（ダイオード）、２４はコンデン
サを表している。検出電圧入力回路５中の５１，５２は
入力電圧Ｖｉｎを検出するための分圧抵抗を、検出電流
入力回路７Ａ中の７１は入力電流を検出するための電圧
降下抵抗を表している。
１はスイッチング素子、２２はリアクトル（インダクタ
ンス）、２３は整流器（ダイオード）、２４はコンデン
サを表している。検出電圧入力回路５中の５１，５２は
入力電圧Ｖｉｎを検出するための分圧抵抗を、検出電流
入力回路７Ａ中の７１は入力電流を検出するための電圧
降下抵抗を表している。
【００１４】図４は電流検出回路７Ｂ、弁別回路８、積
分回路９の回路例を、図５はスイッチングパルス発生回
路６の回路例を示す。図４中、７３，９１は演算増幅器
（差動増幅器）、７４，８２はパルス発生器１０が出力
する変調信号Ｑ１で、８３はパルス発生器１０が出力す
る変調信号Ｑ２により閉状態となる半導体スイッチ素
子、７２，７５，７６は抵抗、８１，９２はコンデンサ
を表している。図５中、６２は差動増幅器、６３は比較
器、６４は鋸歯状波発生器、６９は変調信号Ｑ１により
閉状態になる半導体スイッチ素子、６７，７０，７２は
抵抗を表している。６１，６６，６８，７１はスイッチ
ングパルス発生回路８の入力端子、６５は出力端子を表
している。
分回路９の回路例を、図５はスイッチングパルス発生回
路６の回路例を示す。図４中、７３，９１は演算増幅器
（差動増幅器）、７４，８２はパルス発生器１０が出力
する変調信号Ｑ１で、８３はパルス発生器１０が出力す
る変調信号Ｑ２により閉状態となる半導体スイッチ素
子、７２，７５，７６は抵抗、８１，９２はコンデンサ
を表している。図５中、６２は差動増幅器、６３は比較
器、６４は鋸歯状波発生器、６９は変調信号Ｑ１により
閉状態になる半導体スイッチ素子、６７，７０，７２は
抵抗を表している。６１，６６，６８，７１はスイッチ
ングパルス発生回路８の入力端子、６５は出力端子を表
している。
【００１５】スイッチングコンバータ２は参照電圧Ｅに
比例した値を目標の入力電圧とする制御を行う。検出入
力電圧Ｖｉｎに比例した電圧Ｖｉと参照電圧Ｅとの差分
を差動増幅器６２で増幅し、その偏差出力を鋸歯状波発
生器６４の出力と比較することにより、ＰＷＭ出力をス
イッチングコンバータ２のスイッチング素子２１に出力
し、負荷３に平滑された電圧出力を供給する。回路部分
６Ａを除く回路が従来のスイッチングコンバータ２の定
電圧制御回路となる。
比例した値を目標の入力電圧とする制御を行う。検出入
力電圧Ｖｉｎに比例した電圧Ｖｉと参照電圧Ｅとの差分
を差動増幅器６２で増幅し、その偏差出力を鋸歯状波発
生器６４の出力と比較することにより、ＰＷＭ出力をス
イッチングコンバータ２のスイッチング素子２１に出力
し、負荷３に平滑された電圧出力を供給する。回路部分
６Ａを除く回路が従来のスイッチングコンバータ２の定
電圧制御回路となる。
【００１６】図６，図７は本発明の制御回路の変調動作
状態のタイムシーケンス図である。図６，図７の（ａ）
はパルス発生器１０が出力する互いに反転した出力パル
スＱ１，Ｑ２を示す。Ｔ１はパルスＱ１がオフでパルス
Ｑ２がオンの期間を、Ｔ２はパルスＱ１がオンでパルス
Ｑ２オフの期間を表す。図６，（ｂ）は太陽電池出力の
検出入力電圧Ｖｉｎの波形を、同（ｃ）は太陽電池出力
の検出入力電流Ｉｉｎを、同（ｄ）は電流検出回路７Ｂ
の増幅率Ａの変動を、図７，（ｂ）は電流検出回路７Ｂ
の出力波形を、同（ｃ）は弁別回路８の出力波形を示
す。これらの波形は図６，図７の（ａ）に示される出力
パルスＱ１，Ｑ２に同期している。
状態のタイムシーケンス図である。図６，図７の（ａ）
はパルス発生器１０が出力する互いに反転した出力パル
スＱ１，Ｑ２を示す。Ｔ１はパルスＱ１がオフでパルス
Ｑ２がオンの期間を、Ｔ２はパルスＱ１がオンでパルス
Ｑ２オフの期間を表す。図６，（ｂ）は太陽電池出力の
検出入力電圧Ｖｉｎの波形を、同（ｃ）は太陽電池出力
の検出入力電流Ｉｉｎを、同（ｄ）は電流検出回路７Ｂ
の増幅率Ａの変動を、図７，（ｂ）は電流検出回路７Ｂ
の出力波形を、同（ｃ）は弁別回路８の出力波形を示
す。これらの波形は図６，図７の（ａ）に示される出力
パルスＱ１，Ｑ２に同期している。
【００１７】スイッチングコンバータ２は、検出入力電
圧と参照電圧（本発明の最大電力追従制御信号がないと
きは基準電圧Ｖｓ’に等しい。）とは差動増幅器６２で
差分が増幅され、鋸歯状波発生器６４出力の鋸歯状波と
比較されて時比率を制御されたスイッチングパルスＩｃ
を、スイッチングコンバータ２のスイッチング素子２１
に出力する。スイッチング素子２１はスイッチングパル
スの時比率により、オン・オフ制御されて平滑された電
圧を負荷に供給する。
圧と参照電圧（本発明の最大電力追従制御信号がないと
きは基準電圧Ｖｓ’に等しい。）とは差動増幅器６２で
差分が増幅され、鋸歯状波発生器６４出力の鋸歯状波と
比較されて時比率を制御されたスイッチングパルスＩｃ
を、スイッチングコンバータ２のスイッチング素子２１
に出力する。スイッチング素子２１はスイッチングパル
スの時比率により、オン・オフ制御されて平滑された電
圧を負荷に供給する。
【００１８】次に、本発明の低周波微小変調動作を説明
する。パルス発生器１０からの信号Ｑｌによってスイッ
チングパルス発生回路６の半導体スイッチ素子６９が開
閉を繰り返し、基準電圧Ｖｓ’は抵抗６７と抵抗７０と
の分圧比によって変調された参照電圧Ｅ（変調率２ｍ）
に追随する波形に太陽電池の出力電圧Ｖが図６，（ｂ）
で示される波形に変調される。スイッチングコンバータ
２は、入力電圧、即ち太陽電池の出力電圧Ｖに、パルス
発生器１０からの信号Ｑ１，Ｑ２によってスイッチング
制御信号周波数よりも低い周波数で、微少な変調（変化
の割合が２ｍ）をかける。
する。パルス発生器１０からの信号Ｑｌによってスイッ
チングパルス発生回路６の半導体スイッチ素子６９が開
閉を繰り返し、基準電圧Ｖｓ’は抵抗６７と抵抗７０と
の分圧比によって変調された参照電圧Ｅ（変調率２ｍ）
に追随する波形に太陽電池の出力電圧Ｖが図６，（ｂ）
で示される波形に変調される。スイッチングコンバータ
２は、入力電圧、即ち太陽電池の出力電圧Ｖに、パルス
発生器１０からの信号Ｑ１，Ｑ２によってスイッチング
制御信号周波数よりも低い周波数で、微少な変調（変化
の割合が２ｍ）をかける。
【００１９】低周波微小変調された太陽電池の出力電圧
Ｖは図６，（ｂ）の検出入力電圧Ｖｉｎに対応した電圧
となる。曲線１０１は太陽電池の出力電圧が最大発電量
（Ｐｍ）が得られる最適場合の最適電圧（Ｖｓ）である
場合の、曲線１０２は出力電圧が最適電圧より低い場合
の、曲線１０３は出力電圧が最適電圧より大きい場合の
検出入力電流Ｉｉｎの波形を示している。
Ｖは図６，（ｂ）の検出入力電圧Ｖｉｎに対応した電圧
となる。曲線１０１は太陽電池の出力電圧が最大発電量
（Ｐｍ）が得られる最適場合の最適電圧（Ｖｓ）である
場合の、曲線１０２は出力電圧が最適電圧より低い場合
の、曲線１０３は出力電圧が最適電圧より大きい場合の
検出入力電流Ｉｉｎの波形を示している。
【００２０】この時、太陽電池の電流電圧特性が図３に
示される曲線であることから、太陽電池の出力電流Ｉ
は、同時に低周波で出力電圧Ｖの微小変調（変調率ｍ）
と１８０度位相の異なる微小変調を受ける。電流検出回
路７Ｂは、出力電流Ｉに比例して抵抗７１の抵抗値Ｒ１
に発生する電圧を、演算増幅器７３で増幅するもので、
パルス発生器１０の信号Ｑｌにより半導体スイッチ素子
７４を開閉し、帰還抵抗７５，７６の合成値を切り替
え、演算増幅器７３の増幅率Ａを切り替える回路であ
る。増幅率Ａの変化の割合は、出力電圧Ｖの変調率ｍと
同じで同位相となるように、抵抗７５の抵抗値Ｒ２の値
を選定してある。例えば、Ｒ２＝Ｒ３×（１−ｍ）／２
ｍである。ここで、Ｒ３は抵抗７６の抵抗値である。
示される曲線であることから、太陽電池の出力電流Ｉ
は、同時に低周波で出力電圧Ｖの微小変調（変調率ｍ）
と１８０度位相の異なる微小変調を受ける。電流検出回
路７Ｂは、出力電流Ｉに比例して抵抗７１の抵抗値Ｒ１
に発生する電圧を、演算増幅器７３で増幅するもので、
パルス発生器１０の信号Ｑｌにより半導体スイッチ素子
７４を開閉し、帰還抵抗７５，７６の合成値を切り替
え、演算増幅器７３の増幅率Ａを切り替える回路であ
る。増幅率Ａの変化の割合は、出力電圧Ｖの変調率ｍと
同じで同位相となるように、抵抗７５の抵抗値Ｒ２の値
を選定してある。例えば、Ｒ２＝Ｒ３×（１−ｍ）／２
ｍである。ここで、Ｒ３は抵抗７６の抵抗値である。
【００２１】図６，（ｃ）の１０４は太陽電池の出力電
圧Ｖが最適電圧Ｖｓの時の、１０５は最適値電圧Ｖｓよ
りも低いときの、１０６は最適値電圧Ｖｓよりも高いと
きの検出入力電流Ｉｉｎ波形を示している。太陽電池の
出力電流Ｉは検出入力電流Ｉｉｎの波形に比例してい
る。
圧Ｖが最適電圧Ｖｓの時の、１０５は最適値電圧Ｖｓよ
りも低いときの、１０６は最適値電圧Ｖｓよりも高いと
きの検出入力電流Ｉｉｎ波形を示している。太陽電池の
出力電流Ｉは検出入力電流Ｉｉｎの波形に比例してい
る。
【００２２】電流検出回路７Ｂの出力値Ｖａは、電流検
出回路の増幅率Ａを用いて、Ｖａ＝Ｉｉｎ×Ａで与えら
れる。実際の出力電圧は、演算増幅器の反転動作のため
極性が逆となるが、便宜上正の値（絶対値）で説明す
る。ここで、増幅率Ａがパルス発生器１０の出力パルス
に同期して２つの増幅率の値を交互に切り替えているこ
とから、Ｖａの値は太陽電池の状態によって異なる変調
された値となる。
出回路の増幅率Ａを用いて、Ｖａ＝Ｉｉｎ×Ａで与えら
れる。実際の出力電圧は、演算増幅器の反転動作のため
極性が逆となるが、便宜上正の値（絶対値）で説明す
る。ここで、増幅率Ａがパルス発生器１０の出力パルス
に同期して２つの増幅率の値を交互に切り替えているこ
とから、Ｖａの値は太陽電池の状態によって異なる変調
された値となる。
【００２３】すなわち、太陽電池の出力電圧Ｖが最適値
ＶｓのときにはＶａの値はＱ１オンの時（期間Ｔ２）と
Ｑ１オフの時（期間Ｔ１）で同じ値、Ｖが最適値Ｖｓよ
りも低いときにはＶａの値はＱ１オンの時（期間Ｔ２）
はＱ１オフの時（期間Ｔ１）よりも低い値、Ｖが最適値
Ｖｓよりも高いときにはＶａの値はＱ１オンの時（期間
Ｔ２）ではＱ１オフの時（期間Ｔ１）よりも高い値とな
る。図７，（ｂ）の出力１０８は太陽電池の出力電圧Ｖ
が最適値Ｖｓのときの、出力１０９はＶが最適値Ｖｓよ
りも低いときの、出力１１０はＶが最適値Ｖｓよりも高
いときの波形である。
ＶｓのときにはＶａの値はＱ１オンの時（期間Ｔ２）と
Ｑ１オフの時（期間Ｔ１）で同じ値、Ｖが最適値Ｖｓよ
りも低いときにはＶａの値はＱ１オンの時（期間Ｔ２）
はＱ１オフの時（期間Ｔ１）よりも低い値、Ｖが最適値
Ｖｓよりも高いときにはＶａの値はＱ１オンの時（期間
Ｔ２）ではＱ１オフの時（期間Ｔ１）よりも高い値とな
る。図７，（ｂ）の出力１０８は太陽電池の出力電圧Ｖ
が最適値Ｖｓのときの、出力１０９はＶが最適値Ｖｓよ
りも低いときの、出力１１０はＶが最適値Ｖｓよりも高
いときの波形である。
【００２４】弁別回路８は電流検出回路７Ｂの出力（Ｖ
ａ）１０８，１０９，１１０をパルス発生器１０の出力
パルスで同期検波することにより太陽電池の出力動作点
の情報を得る。半導体スイッチ素子８２，８３をパルス
発生器１０の出力Ｑｌ，Ｑ２で開閉するが、半導体スイ
ッチ８３がオン状態の時（期間Ｔ１）にコンデンサ８１
の電圧がリセットされ、半導体スイッチ素子８２がオン
状態の時（期間Ｔ２）に電流が積分回路９に出力され
る。
ａ）１０８，１０９，１１０をパルス発生器１０の出力
パルスで同期検波することにより太陽電池の出力動作点
の情報を得る。半導体スイッチ素子８２，８３をパルス
発生器１０の出力Ｑｌ，Ｑ２で開閉するが、半導体スイ
ッチ８３がオン状態の時（期間Ｔ１）にコンデンサ８１
の電圧がリセットされ、半導体スイッチ素子８２がオン
状態の時（期間Ｔ２）に電流が積分回路９に出力され
る。
【００２５】図７，（ｃ）は弁別回路の出力の波形１１
１，１１２，１１３を示し、出力１１１は太陽電池の出
力電圧Ｖが最適値Ｖｓのときの、出力１１２はＶが最適
値Ｖｓよりも低いときの、出力１１３は最適値Ｖｓより
も高いときの波形である。
１，１１２，１１３を示し、出力１１１は太陽電池の出
力電圧Ｖが最適値Ｖｓのときの、出力１１２はＶが最適
値Ｖｓよりも低いときの、出力１１３は最適値Ｖｓより
も高いときの波形である。
【００２６】積分回路９は弁別回路８の出力信号Ｉａを
積分して、スイッチングパルス発生器６の基準電圧Ｖ
ｓ’に加算して参照電圧Ｅを変動させる。太陽電池の出
力電圧Ｖが最適値Ｖｓのときには積分器９の出力電圧は
一定で、スイッチング制御信号Ｉｃは変化せず、最適値
Ｖｓよりも低い時には積分器９の出力電圧はスイッチン
グコンバータ２の入力電圧を上昇させる方向に、出力電
圧Ｖが最適値Ｖｓよりも高いときには積分器１０の出力
電圧はスイッチングコンバータ２の入力電圧を下降させ
る方向にスイッチング制御信号Ｉｃを変化させる。
積分して、スイッチングパルス発生器６の基準電圧Ｖ
ｓ’に加算して参照電圧Ｅを変動させる。太陽電池の出
力電圧Ｖが最適値Ｖｓのときには積分器９の出力電圧は
一定で、スイッチング制御信号Ｉｃは変化せず、最適値
Ｖｓよりも低い時には積分器９の出力電圧はスイッチン
グコンバータ２の入力電圧を上昇させる方向に、出力電
圧Ｖが最適値Ｖｓよりも高いときには積分器１０の出力
電圧はスイッチングコンバータ２の入力電圧を下降させ
る方向にスイッチング制御信号Ｉｃを変化させる。
【００２７】図８は本発明による太陽電池出力電圧の動
作点の移動を模式的に示した図である。図中（ａ）は最
適出力電圧Ｖｓ（最大出力電力Ｐｍを出力する電圧）よ
り出力電圧Ｖが小さい場合で、基準電圧Ｖｓ’のパルス
Ｑ１による低周波微小変調は例えばＶ１とＶ２の間を変
動するものとすると、弁別回路８は図７，（ｃ−３）の
出力波形を出力し、スイッチングパルス発生回路６が出
力するスイッチング制御信号Ｉｃによりスイッチングコ
ンバータ２が制御されて出力動作電圧が電圧Ｖｓに向か
って移動する。
作点の移動を模式的に示した図である。図中（ａ）は最
適出力電圧Ｖｓ（最大出力電力Ｐｍを出力する電圧）よ
り出力電圧Ｖが小さい場合で、基準電圧Ｖｓ’のパルス
Ｑ１による低周波微小変調は例えばＶ１とＶ２の間を変
動するものとすると、弁別回路８は図７，（ｃ−３）の
出力波形を出力し、スイッチングパルス発生回路６が出
力するスイッチング制御信号Ｉｃによりスイッチングコ
ンバータ２が制御されて出力動作電圧が電圧Ｖｓに向か
って移動する。
【００２８】図８，（ｃ）は最適電圧値Ｖｓを超えた出
力電圧Ｖ５，Ｖ６における制御を示す。このとき出力電
圧Ｖ５，Ｖ６は最適電圧Ｖｓに向かって制御される。図
８，（ｂ）は最適出力電圧Ｖｓをまたいで、出力電圧が
制御される場合で、出力電圧は変化の割合２ｍ（＝ΔＶ
／Ｖ，変調率ｍ）の変動変化で図のようにＶ３とＶ４と
の間を移動する。
力電圧Ｖ５，Ｖ６における制御を示す。このとき出力電
圧Ｖ５，Ｖ６は最適電圧Ｖｓに向かって制御される。図
８，（ｂ）は最適出力電圧Ｖｓをまたいで、出力電圧が
制御される場合で、出力電圧は変化の割合２ｍ（＝ΔＶ
／Ｖ，変調率ｍ）の変動変化で図のようにＶ３とＶ４と
の間を移動する。
【００２９】以上の動作を数式を用いて説明する。太陽
電池の出力電圧は、期間Ｔ１ではＶ（１＋ｍ）、期間Ｔ
２ではＶ（１−ｍ）となるように変調されている。太陽
電池の出力電流は、太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖ
ｓより低いとき、期間Ｔ１ではＩ（１−ｍa）、期間Ｔ
２ではＩ（１＋ｍa）となる。太陽電池の出力電圧Ｖが
最適電圧Ｖｓのとき、期間Ｔ１ではＩ（１−ｍ）、期間
Ｔ２ではＩ（１＋ｍ）となる。太陽電池の出力電圧Ｖが
最適電圧Ｖｓより高いとき、期間Ｔ１ではＩ（１−ｍ
b）、期間Ｔ２ではＩ（１＋ｍb）となる。ここで、ｍ
a，ｍ，ｍbは、太陽電池の出力電流−出力電圧特性曲線
の勾配により決まり、電力電圧特性がへの字特性である
ことから、ｍa＜ｍ＜ｍbの関係がある。（図３参照）
電池の出力電圧は、期間Ｔ１ではＶ（１＋ｍ）、期間Ｔ
２ではＶ（１−ｍ）となるように変調されている。太陽
電池の出力電流は、太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖ
ｓより低いとき、期間Ｔ１ではＩ（１−ｍa）、期間Ｔ
２ではＩ（１＋ｍa）となる。太陽電池の出力電圧Ｖが
最適電圧Ｖｓのとき、期間Ｔ１ではＩ（１−ｍ）、期間
Ｔ２ではＩ（１＋ｍ）となる。太陽電池の出力電圧Ｖが
最適電圧Ｖｓより高いとき、期間Ｔ１ではＩ（１−ｍ
b）、期間Ｔ２ではＩ（１＋ｍb）となる。ここで、ｍ
a，ｍ，ｍbは、太陽電池の出力電流−出力電圧特性曲線
の勾配により決まり、電力電圧特性がへの字特性である
ことから、ｍa＜ｍ＜ｍbの関係がある。（図３参照）
【００３０】したがって、電流検出回路７Ｂで検出する
太陽電池の電流値Ｉｉｎは、平均値をＩin0として、太
陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓより低いとき、期間
Ｔ１ではＩin0（１−ｍa）、期間Ｔ２ではＩin0（１＋
ｍa）となる。太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓの
とき、期間Ｔ１ではＩin0（１−ｍ）、期間Ｔ２ではＩi
n0（１＋ｍ）となる。太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧
Ｖｓより高いとき、期間Ｔ１ではＩin0（１−ｍb）、期
間Ｔ２ではＩin0（１＋ｍb）となる。電流検出回路７Ｂ
の増幅率Ａは、平均値をＡ0として、期間Ｔ１ではＡ
0（１＋ｍ）、期間Ｔ２ではＡ0（１−ｍ）となるように
変調されている。
太陽電池の電流値Ｉｉｎは、平均値をＩin0として、太
陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓより低いとき、期間
Ｔ１ではＩin0（１−ｍa）、期間Ｔ２ではＩin0（１＋
ｍa）となる。太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓの
とき、期間Ｔ１ではＩin0（１−ｍ）、期間Ｔ２ではＩi
n0（１＋ｍ）となる。太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧
Ｖｓより高いとき、期間Ｔ１ではＩin0（１−ｍb）、期
間Ｔ２ではＩin0（１＋ｍb）となる。電流検出回路７Ｂ
の増幅率Ａは、平均値をＡ0として、期間Ｔ１ではＡ
0（１＋ｍ）、期間Ｔ２ではＡ0（１−ｍ）となるように
変調されている。
【００３１】電流検出回路７Ｂの出力値Ｖａは、Ｉｉｎ
×Ａで与えられることから、太陽電池の出力電圧Ｖが最
適電圧Ｖｓより低いとき、期間Ｔ１では Ｖａ＝Ｉin0Ａ0（１−ｍa）（１＋ｍ）≒Ｉin0Ａ0（１
＋(ｍ−ｍa)）、 期間Ｔ２ではＶａ＝Ｉin0Ａ0（１＋ｍa）（１−ｍ）≒
Ｉin0Ａ0（１＋(ｍa−ｍ)）となる。
×Ａで与えられることから、太陽電池の出力電圧Ｖが最
適電圧Ｖｓより低いとき、期間Ｔ１では Ｖａ＝Ｉin0Ａ0（１−ｍa）（１＋ｍ）≒Ｉin0Ａ0（１
＋(ｍ−ｍa)）、 期間Ｔ２ではＶａ＝Ｉin0Ａ0（１＋ｍa）（１−ｍ）≒
Ｉin0Ａ0（１＋(ｍa−ｍ)）となる。
【００３２】太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓのと
き、期間Ｔ１では Ｖａ＝Ｉin0Ａ0（１−ｍ）（１＋ｍ）≒Ｉin0Ａ0 、 期間Ｔ２ではＶａ＝Ｉin0Ａ0（１＋ｍ）（１−ｍ）≒Ｉ
in0Ａ0となる。太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓよ
り高いとき、期間Ｔ１では Ｖａ＝Ｉin0Ａ0（１−ｍb）（１＋ｍ）≒Ｉin0Ａ0（１
＋(ｍ−ｍb)） 、 期間Ｔ２では Ｖａ＝Ｉin0Ａ0（１＋ｍb）（１−ｍ）≒Ｉin0Ａ0（１
＋(ｍb−ｍ)） となる。
き、期間Ｔ１では Ｖａ＝Ｉin0Ａ0（１−ｍ）（１＋ｍ）≒Ｉin0Ａ0 、 期間Ｔ２ではＶａ＝Ｉin0Ａ0（１＋ｍ）（１−ｍ）≒Ｉ
in0Ａ0となる。太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓよ
り高いとき、期間Ｔ１では Ｖａ＝Ｉin0Ａ0（１−ｍb）（１＋ｍ）≒Ｉin0Ａ0（１
＋(ｍ−ｍb)） 、 期間Ｔ２では Ｖａ＝Ｉin0Ａ0（１＋ｍb）（１−ｍ）≒Ｉin0Ａ0（１
＋(ｍb−ｍ)） となる。
【００３３】期間Ｔ２の電流検出回路７Ｂの出力値Ｖａ
と期間Ｔ１の出力値Ｖａの差分ΔＶａは、太陽電池の出
力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓより低いときΔＶａ＝２Ｉin0
Ａ0(ｍa−ｍ)となり、太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧
ＶｓのときΔＶａ＝０となり、太陽電池の出力電圧Ｖが
最適電圧Ｖｓより高いとき、ΔＶａ＝２Ｉin0Ａ0(ｍb−
ｍ)となる。
と期間Ｔ１の出力値Ｖａの差分ΔＶａは、太陽電池の出
力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓより低いときΔＶａ＝２Ｉin0
Ａ0(ｍa−ｍ)となり、太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧
ＶｓのときΔＶａ＝０となり、太陽電池の出力電圧Ｖが
最適電圧Ｖｓより高いとき、ΔＶａ＝２Ｉin0Ａ0(ｍb−
ｍ)となる。
【００３４】ところで、ｍa＜ｍ＜ｍbの関係があること
から、期間Ｔ１と期間Ｔ２における電流検出回路７Ｂの
出力Ｖａの関係は、太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖ
ｓより低いとき期間Ｔ１でのＶａよりも期間Ｔ２でのＶ
ａの方が小さく、太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓ
のとき期間Ｔ１でのＶａと期間Ｔ２でのＶａは等しく、
太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓより高いとき期間
Ｔ１でのＶａよりも期間Ｔ２でのＶａの方が大きい。
から、期間Ｔ１と期間Ｔ２における電流検出回路７Ｂの
出力Ｖａの関係は、太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖ
ｓより低いとき期間Ｔ１でのＶａよりも期間Ｔ２でのＶ
ａの方が小さく、太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓ
のとき期間Ｔ１でのＶａと期間Ｔ２でのＶａは等しく、
太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓより高いとき期間
Ｔ１でのＶａよりも期間Ｔ２でのＶａの方が大きい。
【００３５】弁別回路８では、期間Ｔ１においてコンデ
ンサ８１の電圧をリセットし、期間Ｔ２においてコンデ
ンサ８１を通して弁別器の出力を積分回路９に入力す
る。積分回路は演算増幅器で構成され入出力で極性が反
転することから、積分回路９の出力電圧値は、太陽電池
の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓより低いとき上昇し、太陽
電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓに等しいとき一定であ
り、太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓより高いとき
下降する。
ンサ８１の電圧をリセットし、期間Ｔ２においてコンデ
ンサ８１を通して弁別器の出力を積分回路９に入力す
る。積分回路は演算増幅器で構成され入出力で極性が反
転することから、積分回路９の出力電圧値は、太陽電池
の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓより低いとき上昇し、太陽
電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓに等しいとき一定であ
り、太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓより高いとき
下降する。
【００３６】図９はこれらの検出入力電圧，検出入力電
流と変調動作との関係をまとめた表である。したがっ
て、スイッチングコンバータの参照電圧Ｅは、太陽電池
の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓより低いとき上昇し、太陽
電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓに等しいとき一定であ
り、太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓより高いとき
下降する。
流と変調動作との関係をまとめた表である。したがっ
て、スイッチングコンバータの参照電圧Ｅは、太陽電池
の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓより低いとき上昇し、太陽
電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓに等しいとき一定であ
り、太陽電池の出力電圧Ｖが最適電圧Ｖｓより高いとき
下降する。
【００３７】このように上記に示される簡単な回路を用
いた方法で太陽電池の発電量が最大になるように動作点
を正確に制御し、最大電力が得られる動作点を追尾し、
また、日射の状態が変化する等太陽電池の状態が刻々変
化して最適動作点が変化しても、上記の動作原理に基づ
いて、最新の最適動作点を忠実に追尾させることができ
る。
いた方法で太陽電池の発電量が最大になるように動作点
を正確に制御し、最大電力が得られる動作点を追尾し、
また、日射の状態が変化する等太陽電池の状態が刻々変
化して最適動作点が変化しても、上記の動作原理に基づ
いて、最新の最適動作点を忠実に追尾させることができ
る。
【００３８】半導体スイッチ素子としては、半導体集積
回路による汎用アナログスイッチ回路、電界効果トラン
ジスタ、接合型トランジスタ、ダイオードブリッジ回路
の何れも使用可能である。演算増幅器は、反転入力のみ
を用いており、一般の線形増幅器で置き換えても差し支
えない。
回路による汎用アナログスイッチ回路、電界効果トラン
ジスタ、接合型トランジスタ、ダイオードブリッジ回路
の何れも使用可能である。演算増幅器は、反転入力のみ
を用いており、一般の線形増幅器で置き換えても差し支
えない。
【００３９】変調率ｍの値は、小さすぎると雑音による
影響を受け、大きすぎると最適動作点を中心とする動作
点の範囲が過剰に広くなるため最大電力が低下する。パ
ルス発生器１０の出力するパルスの周波数は、高すぎる
と太陽電池の蓄積電荷およびスイッチングコンバータの
入力キャパシタンスの影響を受けてしまい最適動作点の
追尾に誤差を生じてしまう。また、低すぎると最適動作
点の追跡の応答性が低下する。
影響を受け、大きすぎると最適動作点を中心とする動作
点の範囲が過剰に広くなるため最大電力が低下する。パ
ルス発生器１０の出力するパルスの周波数は、高すぎる
と太陽電池の蓄積電荷およびスイッチングコンバータの
入力キャパシタンスの影響を受けてしまい最適動作点の
追尾に誤差を生じてしまう。また、低すぎると最適動作
点の追跡の応答性が低下する。
【００４０】この実施例における変調率ｍの値は、０．
００１から０．０２の問で、パルス発生器１０からのパ
ルスの周波数は、３０Ｈｚ〜１ｋＨｚの間で特に有効で
ある。鋸歯状波発生回路の出力波形の周波数は１０ｋＨ
ｚ〜５００ｋＨｚの間で特に有効である。
００１から０．０２の問で、パルス発生器１０からのパ
ルスの周波数は、３０Ｈｚ〜１ｋＨｚの間で特に有効で
ある。鋸歯状波発生回路の出力波形の周波数は１０ｋＨ
ｚ〜５００ｋＨｚの間で特に有効である。
【００４１】図１の実施例ｌにおいては、電流検出回路
７Ａを抵抗７１間の電圧降下で出力電流を検出したが、
抵抗７１間による電圧降下検出の代わりに、ホール素子
あるいはファラデイ効果を奏する素子を用いた回路を使
用しても良い。動作は、実施例ｌの場合と同様であり、
電流検出におけるエネルギーのロスが少ないという利点
がある。
７Ａを抵抗７１間の電圧降下で出力電流を検出したが、
抵抗７１間による電圧降下検出の代わりに、ホール素子
あるいはファラデイ効果を奏する素子を用いた回路を使
用しても良い。動作は、実施例ｌの場合と同様であり、
電流検出におけるエネルギーのロスが少ないという利点
がある。
【００４２】また、図１の実施例１においては、昇圧型
・非絶縁型のスイッチングコンバータを例に説明した
が、スイッチングコンバータ２は降圧型のスイッチング
コンバータであってもよい。この場合パルス発生器１０
からのパルスの周波数は、鋸歯状波発生回路の出力周波
数よりも十分低いことが好ましく、鋸歯状波発生回路の
出力周波数の１００分の１以下であると特に有効であ
る。また、言うまでもなく、非絶縁型のスイッチングコ
ンバータに限らず、絶縁型のスイッチングコンバータで
あっても良い。
・非絶縁型のスイッチングコンバータを例に説明した
が、スイッチングコンバータ２は降圧型のスイッチング
コンバータであってもよい。この場合パルス発生器１０
からのパルスの周波数は、鋸歯状波発生回路の出力周波
数よりも十分低いことが好ましく、鋸歯状波発生回路の
出力周波数の１００分の１以下であると特に有効であ
る。また、言うまでもなく、非絶縁型のスイッチングコ
ンバータに限らず、絶縁型のスイッチングコンバータで
あっても良い。
【００４３】実施例２
図１０，（ａ）は直並列に接続された太陽電池が一部故
障した場合における等出力電力−電圧特性に最大値のほ
かに極大値Ｐｍ４が生ずる場合の特性図である。図１
０，（ｂ）はこの場合における出力電流−電圧特性を示
している。出力電力の極大値においても、出力電流−出
力電圧特性の−Ｉｓ４／Ｖｓ４勾配の動作電圧Ｖｓ４が
存在する。したがって、このような動作電圧Ｖｓ４を排
除する最大出力電力Ｐｍ３に対応する動作電圧Ｖｓ３付
近のみを動作範囲とする回路をスイッチングパルス発生
回路６に設ければ、真の最適動作点を追尾することがで
きる。
障した場合における等出力電力−電圧特性に最大値のほ
かに極大値Ｐｍ４が生ずる場合の特性図である。図１
０，（ｂ）はこの場合における出力電流−電圧特性を示
している。出力電力の極大値においても、出力電流−出
力電圧特性の−Ｉｓ４／Ｖｓ４勾配の動作電圧Ｖｓ４が
存在する。したがって、このような動作電圧Ｖｓ４を排
除する最大出力電力Ｐｍ３に対応する動作電圧Ｖｓ３付
近のみを動作範囲とする回路をスイッチングパルス発生
回路６に設ければ、真の最適動作点を追尾することがで
きる。
【００４４】太陽電池の出力電圧はスイッチングコンバ
ータの参照電圧Ｅにより制御されるので、スイッチング
コンバータの参照電圧Ｅを所定範囲に制限することで最
大値の他に極大値が存在する場合にも真の最適動作点の
追尾が可能となる。図４および図５の回路において、入
力端子６１の電圧Ｖｉｎは太陽電池の電圧に抵抗５１と
抵抗５２の分圧比を掛けた電圧である。一方、参照電圧
は、基準電圧Ｖｓ’と積分回路９の出力電圧（入力端子
７１の電圧）Ｖｂを抵抗６７と抵抗７２で合成した電圧
である。
ータの参照電圧Ｅにより制御されるので、スイッチング
コンバータの参照電圧Ｅを所定範囲に制限することで最
大値の他に極大値が存在する場合にも真の最適動作点の
追尾が可能となる。図４および図５の回路において、入
力端子６１の電圧Ｖｉｎは太陽電池の電圧に抵抗５１と
抵抗５２の分圧比を掛けた電圧である。一方、参照電圧
は、基準電圧Ｖｓ’と積分回路９の出力電圧（入力端子
７１の電圧）Ｖｂを抵抗６７と抵抗７２で合成した電圧
である。
【００４５】積分回路９の出力電圧Ｖｂは、演算増幅器
９１の出力電圧の範囲が演算増幅器９１の電源電圧に依
存して限定されていることから、必然的にその電圧Ｖｂ
の取り得る範囲が限定されている。また、演算増幅器の
電源には電圧を安定化させたものが通常用いられる。そ
れゆえ、出力電圧Ｖｂには、一定の最低電圧（Ｖｂmi
n）と最高電圧（Ｖｂmax）が存在する。
９１の出力電圧の範囲が演算増幅器９１の電源電圧に依
存して限定されていることから、必然的にその電圧Ｖｂ
の取り得る範囲が限定されている。また、演算増幅器の
電源には電圧を安定化させたものが通常用いられる。そ
れゆえ、出力電圧Ｖｂには、一定の最低電圧（Ｖｂmi
n）と最高電圧（Ｖｂmax）が存在する。
【００４６】抵抗５１と抵抗５２の分圧比をｒ５、抵抗
６７の抵抗値をＲ６、抵抗７２の抵抗値をＲ７とする
と、スイッチングコンバータの最小入力電圧Ｖminと最
大入力電圧Ｖmaxは、 Ｖmin／ｒ５≒（Ｖｂmin×Ｒ６＋Ｖｓ’Ｒ７）／（Ｒ６
＋Ｒ７） Ｖmax／ｒ５≒（Ｖｂmax×Ｒ６＋Ｖｓ’Ｒ７）／（Ｒ６
＋Ｒ７） の関係がある。
６７の抵抗値をＲ６、抵抗７２の抵抗値をＲ７とする
と、スイッチングコンバータの最小入力電圧Ｖminと最
大入力電圧Ｖmaxは、 Ｖmin／ｒ５≒（Ｖｂmin×Ｒ６＋Ｖｓ’Ｒ７）／（Ｒ６
＋Ｒ７） Ｖmax／ｒ５≒（Ｖｂmax×Ｒ６＋Ｖｓ’Ｒ７）／（Ｒ６
＋Ｒ７） の関係がある。
【００４７】太陽電池の温度変化、日射量変化等から予
想される最適電圧値Ｖｓの範囲と、電力最大値ではない
極大値となる電圧Ｖ４の値から真の最適動作点を追尾す
るのに必要なスイッチングコンバータの最小入力電圧Ｖ
minと最大入力電圧Ｖmaxが決定される。分圧比ｒ５、抵
抗値Ｒ６、抵抗値Ｒ７、基準電圧値Ｖｓ’を適宜選択す
るで、スイッチングコンバータの入力電圧範囲を任意に
制限することが可能となり、最大値の他に極大値が存在
する場合にも真の最適動作点の追尾が可能となる。
想される最適電圧値Ｖｓの範囲と、電力最大値ではない
極大値となる電圧Ｖ４の値から真の最適動作点を追尾す
るのに必要なスイッチングコンバータの最小入力電圧Ｖ
minと最大入力電圧Ｖmaxが決定される。分圧比ｒ５、抵
抗値Ｒ６、抵抗値Ｒ７、基準電圧値Ｖｓ’を適宜選択す
るで、スイッチングコンバータの入力電圧範囲を任意に
制限することが可能となり、最大値の他に極大値が存在
する場合にも真の最適動作点の追尾が可能となる。
【００４８】なお、演算増幅器の出力電圧を制限する方
法として、一定の電圧に対しダイオードを通して電圧制
限を行うダイオードクリップの方法、あるいは、コンデ
ンサー９２と並列に２つの定電圧ダイオードを逆極性で
直列接続したものを接続しもよい。この場合電圧を制限
する範囲がより正確に設定できるという利点がある。
法として、一定の電圧に対しダイオードを通して電圧制
限を行うダイオードクリップの方法、あるいは、コンデ
ンサー９２と並列に２つの定電圧ダイオードを逆極性で
直列接続したものを接続しもよい。この場合電圧を制限
する範囲がより正確に設定できるという利点がある。
【００４９】実施例３
図１１は風力で発電機を回転して直流電力を出力する電
源における出力特性を示す図である。このように出力電
流−出力電圧特性が「への字」特性を有する電源は、出
力電流−出力電圧特性はその特性曲線の変曲点で最大出
力電力を有することは明らかである。図１の実施例ｌの
場合と同様の動作により、最大電力が得られる動作点の
自動追尾を行うことができる。又波力により発電機を回
転して直流電力を供給する電源でも図１の実施例ｌの場
合と同様の動作により、最大電力が得られる動作点の自
動追尾を行うことができる。
源における出力特性を示す図である。このように出力電
流−出力電圧特性が「への字」特性を有する電源は、出
力電流−出力電圧特性はその特性曲線の変曲点で最大出
力電力を有することは明らかである。図１の実施例ｌの
場合と同様の動作により、最大電力が得られる動作点の
自動追尾を行うことができる。又波力により発電機を回
転して直流電力を供給する電源でも図１の実施例ｌの場
合と同様の動作により、最大電力が得られる動作点の自
動追尾を行うことができる。
【００５０】実施例４
太陽電池と風力発電電源とを併用した場合等異なる種類
のへの字特性を有する電源を併用した場合には、その出
力特性が異なる周囲環境条件によって移動する。そこ
で、併用電源の出力特性は図１０のような出力電流−出
力電圧特性になる可能性がるので、前記した複数の太陽
電池と同じく、スイッチングコンバータの入力電圧範囲
を所定範囲に制限することにより、最大値の他に極大値
が存在する場合にも真の最適動作点の追尾が可能とする
ことができる。
のへの字特性を有する電源を併用した場合には、その出
力特性が異なる周囲環境条件によって移動する。そこ
で、併用電源の出力特性は図１０のような出力電流−出
力電圧特性になる可能性がるので、前記した複数の太陽
電池と同じく、スイッチングコンバータの入力電圧範囲
を所定範囲に制限することにより、最大値の他に極大値
が存在する場合にも真の最適動作点の追尾が可能とする
ことができる。
【００５１】
【発明の効果】このように上記に示される簡単な回路を
用いた方法で太陽電池等の発電量が最大になるように動
作点を正確に制御し、最適動作点の変動に追尾すること
ができる。上記の最適動作点追尾方法における動作点の
追尾を行う回路は、簡単なパルス発生回路及び増幅器、
並びに半導体スイッチが主要な構成要素であり、少数の
安価な汎用の部品のみを用いて回路を実現できる特徴を
有する。この方法を用いることにより、より少ない費用
で太陽電池等からの最大の発電量を得ることができ、エ
ネルギー利用効率が向上し、設備投資費用の回収期間が
短縮する作用がある。
用いた方法で太陽電池等の発電量が最大になるように動
作点を正確に制御し、最適動作点の変動に追尾すること
ができる。上記の最適動作点追尾方法における動作点の
追尾を行う回路は、簡単なパルス発生回路及び増幅器、
並びに半導体スイッチが主要な構成要素であり、少数の
安価な汎用の部品のみを用いて回路を実現できる特徴を
有する。この方法を用いることにより、より少ない費用
で太陽電池等からの最大の発電量を得ることができ、エ
ネルギー利用効率が向上し、設備投資費用の回収期間が
短縮する作用がある。
【図１】本発明の方法を実現するための回路の構成図で
ある。
ある。
【図２】太陽電池の出力電力−出力電圧特性を模式的に
示す図である。
示す図である。
【図３】太陽電池の出力電流−出力電圧特性を模式的に
示す図である。
示す図である。
【図４】本発明の実施例の具体的回路例を模式的に示す
図である。
図である。
【図５】本発明の実施例におけるスイッチングパルス発
生回路を模式的に示す図である。
生回路を模式的に示す図である。
【図６】本発明の検出入力電圧、検出入力電流及び電流
検出回路の変調制御を説明する図である。
検出回路の変調制御を説明する図である。
【図７】本発明の電流検出回路出力及び弁別回路の変調
制御を説明する図である。
制御を説明する図である。
【図８】太陽電池の出力特性の変動を概略説明する図で
ある。
ある。
【図９】検出入力電圧，検出入力電流と変調動作との関
係をまとめた表である。
係をまとめた表である。
【図１０】太陽電池の出力電流−出力電圧特性曲線の−
Ｉ／Ｖ勾配が２カ所ある場合の制御原理を説明する図で
ある。
Ｉ／Ｖ勾配が２カ所ある場合の制御原理を説明する図で
ある。
【図１１】風力発電装置の出力電力−出力電圧及び出力
電流−出力電圧特性曲線を模式的に示した図である。
電流−出力電圧特性曲線を模式的に示した図である。
１ 太陽電池
２ スイッチングコンバータ
３ 負荷
６ スイッチングパルス発生回路
７Ｂ 電流検出回路
８ 弁別回路
９ 積分回路
１０ パルス発生回路
Ｖｓ 最適動作電圧
Ｑ１，Ｑ２ パルス発生器の出力パルス
ｍ 変調率
フロントページの続き
(56)参考文献 特開2001−60121（ＪＰ，Ａ)
特開2000−333371（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−182335（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−31157（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02M 3/155
H02J 7/35
G05F 1/67
Claims (6)
- 【請求項１】 電流電圧特性がへの字特性である直流電
源の電力を入力電圧制御型スイッチングコンバータを介
して負荷に供給する方法において、 スイッチングコンバータの入力電圧を低周波微小変調し
た上記直流電源の出力電流値を、上記変調と同位相で且
つ同等の大きさの変化の割合で増幅率を切り替える増幅
率切替機能を有する回路で検出し、この回路の出力の上
記変調と同期した成分を弁別回路で復調した信号を基準
電圧に加算して上記スイッチングコンバータの入力を電
圧制御することを特徴とする最大電力動作点追尾方法。 - 【請求項２】 入力電圧制御型スイッチングコンバータ
の入力電圧を所定範囲に制限するようにしたことを特徴
とする請求項１の最大電力動作点追尾方法。 - 【請求項３】 電流電圧特性がへの字特性である直流電
源が太陽電池、風力で電力を発生する直流電源、波力で
電力を発生する直流電源の少なくともいずれか１つであ
ることを特徴とする請求項１又は請求項２の最大電力動
作点追尾方法。 - 【請求項４】 電流電圧特性がへの字特性である直流電
源の電力を入力電圧制御型スイッチングコンバータを介
して負荷に供給する装置において、 （１）スイッチングコンバータの入力電圧を、２つの電
圧を交互に切り替える低周波微小変調を行うための回路
と、 （２）上記直流電源の出力電流値を検出する回路で、
（１）における変調と同位相で且つ同等の大きさの変化
の割合で増幅率を切り替える増幅率切替機能を有する回
路と、 （３）（２）の回路の出力の（１）における変調と同期
した成分を得るための弁別回路と、 （４）（３）の回路の出力を用いてスイッチングコンバ
ータ制御回路に付加入力する信号を発生する回路とを具
備することを特徴とする最大電力動作点追尾装置。 - 【請求項５】 入力電圧制御型スイッチングコンバータ
の入力電圧を所定範囲に制限する回路を設けたことを特
徴とする請求項４の最大電力動作点追尾装置。 - 【請求項６】 電流電圧特性がへの字特性である直流電
源が太陽電池、風力で電力を発生する直流電源、波力で
電力を発生する直流電源の少なくともいずれか１つであ
ることを特徴とする請求項４又は請求項５の最大電力動
作点追尾装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001067464A JP3394996B2 (ja) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | 最大電力動作点追尾方法及びその装置 |
| EP02251625.6A EP1239576B1 (en) | 2001-03-09 | 2002-03-07 | Maximum power point tracking method and device |
| AU23222/02A AU783004B2 (en) | 2001-03-09 | 2002-03-08 | Maximum power point tracking method and device |
| US10/092,993 US6844739B2 (en) | 2001-03-09 | 2002-03-08 | Maximum power point tracking method and device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001067464A JP3394996B2 (ja) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | 最大電力動作点追尾方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002272094A JP2002272094A (ja) | 2002-09-20 |
| JP3394996B2 true JP3394996B2 (ja) | 2003-04-07 |
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ID=18925810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001067464A Expired - Lifetime JP3394996B2 (ja) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | 最大電力動作点追尾方法及びその装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6844739B2 (ja) |
| EP (1) | EP1239576B1 (ja) |
| JP (1) | JP3394996B2 (ja) |
| AU (1) | AU783004B2 (ja) |
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