JP2005086843A - 電力供給源の出力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
比較的大きな内部インピーダンスをもつ電力供給源からの入力電圧の急激な低下に基づく異常動作を防止して電力供給源の保護を図るとともに、接続された負荷の安定動作を維持できるようにした電力供給源の出力制御装置を提供する。
【解決手段】
この出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎが下限値Ｖｌｉｍを上回っていると、出力電圧Ｖｏｕｔを略一定の電圧に制御する定電圧制御モードで動作するが、出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎが下限値Ｖｌｉｍ以下になると、出力電圧Ｖｏｕｔは上記定電圧制御モードにおける一定の電圧より低く制御され、入力電圧Ｖｉｎを下限値Ｖｌｉｍに維持する下限値維持モードで動作し、このとき、出力電流Ｉｏｕｔが出力電圧Ｖｏｕｔが低下するにしたがって増加する電流増加モードとなる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電力供給源からの入力電圧を出力電圧に変換するコンバータ回路を有する電力供給源の出力制御装置に関し、特に、比較的大きな内部インピーダンスをもつ電力供給源からの入力電圧の急激な低下に基づく異常動作を防止して電力供給源の保護を図るようにした電力供給源の出力制御装置に関する。

一般に、燃料電池等の電力供給源からの入力をスイッチング電源回路等で制御して負荷に対する出力を制御する電力供給源の出力制御装置においては、出力短絡保護回路、出力過電流保護回路、入力過電圧保護等を設けたものが知られている。

しかし、これらはスイッチング電源回路自体、もしくはその負荷として繋がれている回路、部品、機器等を保護するものであり、電力供給源を保護するものではない。

ここで、出力短絡保護回路および出力過電流保護回路は、出力短絡保護および出力過電流保護のために電力供給源からの入力電力、すなわち、スイッチング電源回路に対する入力電力を制限する機能を備えているが、電力制限の精度が悪く、しかもスイッチング電源回路に対する入力電圧Ｖｉｎや入力電流Ｉｉｎを直接監視して制御するものではないため電力供給源の保護効果は不十分である。

また、燃料電池等の電力供給源を保護するものとしては、特許文献１および特許文献２に記載されたものが知られている。

特許文献１においては、インバータ装置の出力指令を入力して該出力指令に見合った直流電流の上限値を設定する関数発生器を備えると共に、燃料電池からインバータ装置に供給される直流電流値を検出する電流検出器を備え、電流検出器で検出される直流電流値が関数発生器からの直流電流の上限値を越えないようにインバータ装置を制御する構成が記載されている。

また、特許文献２においては、燃料電池を異常停止させるための第１の設定電圧値よりも高い第２の電圧値を設定して燃料電池電圧を監視し、燃料電池電圧が第２の設定電圧値に達したら電力調整装置の入力電流を徐々に低下させる構成が記載されている。

しかし、上記特許文献１および特許文献２においては、インバータ装置若しくは電力調整装置の入力電流を低下させるとその入力電圧は上昇するが、その出力電流は低下し、その結果、負荷を駆動するに十分な電力が取り出せなくなるという問題があった。
特開平１０−２８４１０２号公報 特開平１１−１４４７４９号公報

さて、一般に、比較的大きな内部インピーダンスをもつ燃料電池等の電力供給源は、その出力電流、出力電力が増加すると、その内部インピーダンスによる電圧降下のために、その出力電圧が低下する。

例えば、燃料電池等の電力供給源の出力をスイッチングして負荷に対して出力する出力制御装置においては、この出力制御装置から負荷に出力される出力電流Ｉｏｕｔの増加に伴い電力供給源の出力電流、すなわち、上記出力制御装置の入力電流Ｉｉｎがある所定の値を越えて増加した場合は、この電力供給源の出力電圧、すなわち、上記出力制御装置の入力電圧Ｖｉｎは低下し、これにより上記出力制御装置の入力電流Ｉｉｎはさらに増加し、入力電圧Ｖｉｎはさらに低下するという正帰還が生じ、これにより入力電圧Ｖｉｎは低下し続け、最終的には上記出力制御装置からの出力電圧Ｖｏｕｔを所望の値に維持できなくなる。

すなわち、出力電流Ｉｏｕｔが低い時には入力電流Ｉｉｎも低いので入力電圧Ｖｉｎは高く、この状態での出力電流Ｉｏｕｔの変化による入力電流Ｉｉｎおよび入力電圧Ｖｉｎの変化量はともに少ない。

しかし、出力電流Ｉｏｕｔが高い時には入力電流Ｉｉｎも高くなり、この結果、入力電圧Ｖｉｎは低くなり、この状態での出力電流Ｉｏｕｔの変化による入力電流Ｉｉｎおよび入力電圧Ｖｉｎの変化量はともに大きくなる。

つまり、出力電流Ｉｏｕｔの増加に伴い入力電流Ｉｉｎおよび入力電圧Ｖｉｎの変化量は次第に大きくなっていく。この変化量が、例えば、スイッチング電源固有のある値を超えると、上記のようにＩｉｎ増加⇒Ｖｉｎ低下⇒Ｉｉｎ増加⇒…という正帰還ループに陥り、入力電圧Ｖｉｎが急激に落ち込み電力供給源に対してダメージを与えるとともに、接続された負荷に十分な電力を供給することができなくなるという異常動作が生じる。

このような異常動作は内部インピーダンスを持つ電源では必ず発生する。そして、この異常動作は内部インピーダンスが高い電力供給源ほど顕著になる。

そこで、この発明は、比較的大きな内部インピーダンスをもつ電力供給源からの入力電圧の急激な低下に基づく異常動作を防止して電力供給源の保護を図るとともに、接続された負荷の安定動作を維持できるようにした電力供給源の出力制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、電力供給源からの入力電圧を出力電圧に変換するコンバータ回路を有する電力供給源の出力制御装置において、前記電力供給源からの入力を検出する入力検出回路を具備し、前記コンバータ回路は、前記入力検出回路の検出出力に対応して前記入力電圧の下限値を所定の値に維持する下限値維持モードを備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記入力検出回路は、前記電力供給源からの入力電圧、入力電流、入力電力のいずれかを検出することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記下限値維持モードは、前記出力電圧を変化させることにより前記入力電圧の下限値を所定の値に維持することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記下限値維持モードは、前記入力電圧の下限値を所定の値に維持することにより前記負荷に出力する出力電流を増加させることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記コンバータ回路は、前記出力電圧を検出して、該出力電圧を一定値に制御する定電圧制御モードをさらに備え、前記入力検出回路の検出出力に対応して前記定電圧制御モードと前記下限値維持モードとを切り替えることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、電力供給源からの入力電圧を出力電圧に変換するコンバータ回路を有する電力供給源の出力制御装置において、前記電力供給源からの入力の変動量を検出する入力検出回路を具備し、前記コンバータ回路は、前記出力電圧を変化させて前記入力検出回路で検出した入力の変動量を一定範囲に維持しつつ、出力電流を増加させる電流増加モードを備えることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記入力検出回路は、前記電力供給源からの入力電圧の変動量、入力電流の変動量、入力電力の変動量のいずれかを検出することを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項６の発明において、前記コンバータ回路は、前記出力電圧を検出して、該出力電圧を一定値に制御する定電圧制御モードをさらに備え、前記入力情報検出回路の検出出力に応じて、前記定電圧制御モードと前記電流増加モードとを切り替えることを特徴とする。

また、請求項９の発明は、電力供給源からの入力電圧を出力電圧に変換するコンバータ回路を有する電力供給源の出力制御装置において、前記電力供給源からの入力電圧が所定の基準値を下回った場合に所定の信号を出力する下限検出回路と、前記出力電圧を検出する出力電圧検出回路とを具備し、前記コンバータ回路は、前記出力電圧検出回路で検出した出力電圧と前記下限検出回路の出力とに基づいて前記入力電圧を出力電圧に変換する変換条件を制御することを特徴とする。

また、請求項１０の発明は、電力供給源からの入力電圧を出力電圧に変換するコンバータ回路を有する電力供給源の出力制御装置において、前記電力供給源からの入力電流が所定の基準値を上回った場合に所定の信号を出力する上限検出回路と、前記出力電圧を検出する出力電圧検出回路とを具備し、前記コンバータ回路は、前記出力電圧検出回路で検出した出力電圧および出力電圧と前記上限検出回路の出力とに基づいて前記入力電圧を出力電圧に変換する変換条件を制御することを特徴とする。

また、請求項１１の発明は、電力供給源からの入力電圧を出力電圧に変換するコンバータ回路を有する電力供給源の出力制御装置において、前記電力供給源からの入力の変動量を検出する変動量検出回路とを具備し、前記コンバータ回路は、前記変動量検出回路で検出した変動量に基づいて前記入力電圧を出力電圧に変換する変換条件を制御することを特徴とする。

また、請求項１２の発明は、請求項１１の発明において、前記変動量検出回路は、前記電力供給源からの入力電圧の変動量、入力電流の変動量、入力電力の変動量のいずれかを検出することを特徴とする。

この発明によれば、電力供給源からの入力電圧、入力電流、入力電力等を検出する入力検出回路を設け、電力供給源からの入力電圧を出力電圧に変換するコンバータ回路は、入力検出回路の検出出力に対応して入力電圧の下限値を所定の値に維持する下限値維持モードを備えるように構成したので、電力供給源の出力電圧がその規定値を超えて低下する事態を防ぐことができ、これにより、電力供給源のダメージを防止することができる。また、その出力から負荷を駆動するに十分な電力を取り出すことができるので、負荷の安定動作が維持できる。

また、この発明によれば、電力供給源からの入力電圧、入力電流、入力電力等の変動量を検出する入力検出回路を設け、電力供給源からの入力電圧を出力電圧に変換するコンバータ回路は、出力電圧を変化させて入力検出回路で検出した入力の変動量を一定範囲に維持しつつ、出力電流を増加させる電流増加モードを備えるように構成したので、電力供給源の出力電圧がその規定値を超えて低下する事態を防ぐことができ、これにより電力供給源のダメージを防止することができるとともに、その出力から負荷を駆動するに十分な電力を取り出すことができるので、負荷の安定動作が維持できる。

以下、この発明に係わる電力供給源の出力制御装置の一実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、この発明に係わる電力供給源の出力制御装置の一実施例を示す回路図である。

この実施例の出力制御装置２００は、燃料電池１０を電力供給源として、負荷３０に対して電力を供給するものである。

ここで、燃料電池１０は、大きな内部インピーダンスＲ０を有する起電源Ｅを有している。

出力制御装置２００は、燃料電池１０の出力を入力するコイル２０１、コイル２０１の出力をスイッチングする電界効果トランジスタ２０３、ダイオード２０２、電界効果トランジスタ２０３のスイッチングを制御するＰＷＭ（パルス幅変調）回路２０４、この出力制御装置２００の出力電圧Ｖｏｕｔを検出するための抵抗２０５および２０６、ＰＷＭ回路２０４を制御するための基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧発生部２０７、ＰＷＭ回路２０４の制御信号を発生する差動アンプ２０８、この出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎの下限値Ｖｌｉｍを設定する下限値設定部２０９、この出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎがマイナス端子に、下限値設定部２０９に設定された下限値Ｖｌｉｍがプラス入力に加えられ、入力電圧Ｖｉｎと下限値Ｖｌｉｍとを比較する比較器２１０、比較器２１０の出力をプルアップする抵抗２１１、抵抗２１２を具備して構成される。

この図１に示す出力制御装置２００において、燃料電池１０の出力電圧、すなわち、この出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎが下限値設定部２０９に設定された下限値Ｖｌｉｍを越えている場合は、比較器２１０の出力はローレベル（接地レベル）となる。

その結果、差動アンプ２０８のプラス入力には、この出力制御装置２００の出力電圧Ｖｏｕｔが、抵抗２０５と、抵抗２１２および抵抗２０６の並列回路により分圧された電圧Ｖ１が入力される。

これにより、差動アンプ２０８はこの電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｒｅｆとの差電圧をＰＷＭ回路２０４に加え、ＰＷＭ回路２０４はこの差電圧に基づき電界効果トランジスタ２０３をオン、オフ制御し、出力制御装置２００の出力電圧Ｖｏｕｔは、基準電圧Ｖｒｅｆに対応して略一定の電圧に制御される（定電圧制御モード）。

しかし、燃料電池１０の出力電圧、すなわち、この出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎが下限値設定部２０９に設定された下限値Ｖｌｉｍを下回ると、比較器２１０の出力はハイレベル（出力電圧Ｖｏｕｔ＝Ｖｃｃ）となる。

その結果、差動アンプ２０８のプラス入力には、この出力制御装置２００の出力電圧Ｖｏｕｔが、抵抗２１２および抵抗２０５との並列回路と、抵抗２０６とに分圧された電圧Ｖ２（＞Ｖ１）が入力される。

これにより差動アンプ２０８はこの電圧Ｖ２と基準電圧Ｖｒｅｆとの差電圧をＰＷＭ回路２０４に加え、ＰＷＭ回路２０４はこの差電圧に基づき電界効果トランジスタ２０３をオン、オフ制御し、出力制御装置２００の出力電圧Ｖｏｕｔは上記基準電圧Ｖｒｅｆに対応する電圧より低く制御され、この場合、燃料電池１０の出力電圧、すなわち、この出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎは、下限値設定部２０９に設定された下限値Ｖｌｉｍに維持される（下限値維持モード）。

また、この出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎを下限値Ｖｌｉｍに維持する下限値維持モードにより、この出力制御装置２００から出力される出力電流Ｉｏｕｔは、この出力制御装置２００の出力電圧Ｖｏｕｔが低下するにしたがって増加する（電流増加モード）。

図２は、図１に示した出力制御装置２００による出力電流−入力電圧/出力電圧特性を示すグラフである。

図２から明らかなように、この出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎが下限値Ｖｌｉｍを上回っていると、この出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎが変動してもこの出力制御装置２００の出力電圧Ｖｏｕｔは、略一定の電圧に制御される（定電圧制御モード）。

しかし、この出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎが下限値Ｖｌｉｍ以下になると、この出力制御装置２００の出力電圧Ｖｏｕｔは上記定電圧制御モードにおける一定の電圧より低く制御され、この場合、この出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎは、下限値Ｖｌｉｍに維持される（下限値維持モード）。また、このとき、この出力制御装置２００の出力電流Ｉｏｕｔは、この出力制御装置２００の出力電圧Ｖｏｕｔが低下するにしたがって増加する（電流増加モード）。

また、図２に示すように、この出力制御装置２００の効率は、下限値維持モードになると定電圧制御モードより若干低下するが、高い値を維持することができる。

図３は、図１に示した出力制御装置２００による出力電流−出力電力特性を示すグラフである。

図３から明らかなように、この出力制御装置２００によれば、この出力制御装置２００が定電圧制御モードから下限値維持モードに移行する近傍（図２および図３で丸で示した領域）で大きな電力を取り出すことができる。

このようにこの実施例によれば、出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎが下限値Ｖｌｉｍを上回っていると、比較器２１０の出力はローレベルで、この場合、この出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎが変動してもこの出力制御装置２００の出力電圧Ｖｏｕｔは、略一定の電圧に制御する定電圧制御モードで動作するが、出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎが下限値設定部２０９に設定された下限値Ｖｌｉｍを下回ると、比較器２１０の出力はハイレベルとなり、この場合、出力制御装置２００の出力電圧Ｖｏｕｔは低く制御され、出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎは、下限値Ｖｌｉｍに維持される下限値維持モードで動作する。また、下限値維持モードにおいては、出力制御装置２００から出力される出力電流Ｉｏｕｔは、出力制御装置２００の出力電圧Ｖｏｕｔが低下するにしたがって増加する電流増加モードとなる。

このような構成によると、燃料電池１０の出力電圧がその規定値を超えて低下する事態を防ぐことができ、これにより、燃料電池１０のダメージを防止することができ、また、出力制御装置２００の出力電圧Ｖｏｕｔが低下しても、出力電流Ｉｏｕｔは増加するので、負荷３０を駆動するに十分な電力を取り出すことができ、これによって、負荷３０の安定動作を維持することができる。

なお、図１に示した構成においては、燃料電池１０の出力電圧、すなわち、出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎを監視して、この出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎに応じて定電圧制御モードと下限値維持モード（電流増加モード）とを切り替えるように構成したが、出力制御装置２００の入力電圧Ｖｉｎの監視に代えて燃料電池１０の出力電流、すなわち、出力制御装置２００の入力電流Ｉｉｎを監視するように構成してもよく、また、出力制御装置２００の入力電力Ｗｉｎを監視するように構成してもよい。

図４は、入力電流Ｉｉｎを監視するように構成したこの発明に係わる電力供給源の出力制御装置の他の実施例を示す回路図である。

図４に示す実施例においては、燃料電池１０を電力供給源として、出力制御装置３００が負荷３０に対して電力を供給するが、この出力制御装置３００においては、燃料電池１０の出力ラインに電流検出用の抵抗３０１を設け、アンプ３０２でこの抵抗３０１の両端の差電圧を検出することにより、燃料電池１０の出力電流、すなわち、出力制御装置３００の入力電流Ｉｉｎを検出している。

このアンプ３０２で検出した入力電流Ｉｉｎは、比較器３１０のプラス入力に加えられ、また、この比較器３１０のマイナス入力には、上限値設定部３０９で設定されたこの出力制御装置３００の入力電流Ｉｉｎの上限値Ｉｌｉｍが加えられる。その他の構成は図１に示した出力制御装置２００と同様である。なお、図４において、図１に示した出力制御装置２００と同様の機能を果たす部分には説明の便宜上図１で用いた符号と同一の符号を付する。

図４に示す出力制御装置３００においては、燃料電池１０の出力電流、すなわち、この出力制御装置３００の入力電流Ｉｉｎが上限値設定部３０９に設定された上限値Ｉｌｉｍを下回っている場合は、比較器２１０の出力はローレベル（接地レベル）となる。

その結果、差動アンプ２０８のプラス入力には、この出力制御装置３００の出力電圧Ｖｏｕｔが、抵抗２０５と、抵抗２１２および抵抗２０６の並列回路により分圧された電圧Ｖ１が入力される。

これにより、差動アンプ２０８はこの電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｒｅｆとの差電圧をＰＷＭ回路２０４に加え、ＰＷＭ回路２０４はこの差電圧に基づき電界効果トランジスタ２０３をオン、オフ制御し、出力制御装置３００の出力電圧Ｖｏｕｔは、基準電圧Ｖｒｅｆに対応して略一定の電圧に制御される（定電圧制御モード）。

しかし、燃料電池１０の出力電流、すなわち、この出力制御装置３００の入力電流Ｉｉｎが上限値設定部３０９に設定された上限値Ｉｌｉｍを越えると、比較器２１０の出力はハイレベル（出力電圧Ｖｏｕｔ＝Ｖｃｃ）となる。

その結果、差動アンプ２０８のプラス入力には、この出力制御装置３００の出力電圧Ｖｏｕｔが、抵抗２１２および抵抗２０５との並列回路と、抵抗２０６とに分圧された電圧Ｖ２（＞Ｖ１）が入力される。

これにより差動アンプ２０８はこの電圧Ｖ２と基準電圧Ｖｒｅｆとの差電圧をＰＷＭ回路２０４に加え、ＰＷＭ回路２０４はこの差電圧に基づき電界効果トランジスタ２０３をオン、オフ制御し、出力制御装置３００の出力電圧Ｖｏｕｔは上記基準電圧Ｖｒｅｆに対応する電圧より低く制御され、この場合、燃料電池１０の出力電流、すなわち、この出力制御装置３００の入力電流Ｉｉｎは、上限値設定部３０９に設定された上限値Ｉｌｉｍに維持される。

このとき、燃料電池１０の出力電圧、すなわち、この出力制御装置３００の入力電圧Ｖｉｎは、上限値設定部３０９に設定された上限値Ｉｌｉｍに対応する下限値Ｖｌｉｍに維持され（下限値維持モード）、また、この出力制御装置３００から出力される出力電流Ｉｏｕｔは、この出力制御装置２００の出力電圧Ｖｏｕｔが低下するにしたがって増加する（電流増加モード）。

このようにこの実施例においても図１に示した実施例と同様に、燃料電池１０の出力電圧がその規定値を超えて低下する事態を防ぐことができ、これにより、燃料電池１０のダメージを防止することができ、また、出力制御装置３００の出力電圧Ｖｏｕｔが低下しても、出力電流Ｉｏｕｔは増加するので、負荷３０を駆動するに十分な電力を取り出すことができ、これによって、負荷３０の安定動作を維持することができる。

図５は、この発明に係わる電力供給源の出力制御装置のさらに他の実施例を示す回路図である。

図５に示す実施例においては、燃料電池１０を電力供給源として、出力制御装置４００が負荷３０に対して電力を供給するが、この出力制御装置４００においては、燃料電池１０の出力電圧Ｖｉｎの変動量、すなわち、この出力制御装置４００の入力電圧Ｖｉｎの変動量ΔＶを監視している。

図５において、燃料電池１０からの入力ラインには、一端が接地されたコンデンサ４０１が接続され、また、ダイオード２０２の出力ラインには、一端が接地されたコンデンサ４０２が接続される。

また、燃料電池１０からの入力ラインは、コンデンサ４０３、抵抗４０５、４０４を介してダイオード２０２の出力ラインに接続され、さらに、抵抗４０５と抵抗４０４の接続点にベースが接続され、エミッタがダイオード２０２の出力ラインに接続され、コレクタが差動アンプ２０８のプラス入力に接続されるトランジスタ４０６が設けられる。その他の構成は図１に示した出力制御装置２００と同様である。なお、図５において、図１に示した出力制御装置２００と同様の機能を果たす部分には説明の便宜上図１で用いた符号と同一の符号を付する。

図５に示す出力制御装置４００においては、燃料電池１０の出力電圧の変動量、すなわち、この出力制御装置４００の入力電圧Ｖｉｎの変動量ΔＶをコンデンサ４０３、抵抗４０５、４０４を含む回路で検出する。

この構成において、この出力制御装置４００の入力電圧Ｖｉｎの変動量ΔＶがコンデンサ４０３、抵抗４０５、４０４により設定される値より小さい場合は、トランジスタ４０６はオフになっており、出力制御装置４００の出力電圧Ｖｏｕｔは、基準電圧Ｖｒｅｆに対応して略一定の電圧に制御される（定電圧制御モード）。

しかし、この出力制御装置４００の入力電圧Ｖｉｎが落ち込み、その変動量ΔＶがコンデンサ４０３、抵抗４０５、４０４により設定される値を越えると、トランジスタ４０６が動作する。トランジスタ４０６が動作すると、この出力制御装置４００の出力電圧Ｖｏｕｔを検出する抵抗２０５のインピーダンスを実質的に下げることになり、これによりし、差動アンプ２０８のプラス入力が増加する。

その結果、差動アンプ２０８の出力が増加し、これにより、ＰＷＭ回路２０４は、電界効果トランジスタ２０３をオン、オフ制御して入力電圧Ｖｉｎを出力電圧Ｖｏｕｔに変換する変換条件を制御し、出力制御装置４００の出力電圧Ｖｏｕｔを基準電圧Ｖｒｅｆに対応する電圧より低くし、燃料電池１０の出力電圧、すなわち、この出力制御装置４００の入力電圧Ｖｉｎの落ち込み量が規定値を越えないように制御する（下限値維持モード）。 また、この出力制御装置４００の入力電圧Ｖｉｎを下限値Ｖｌｉｍに維持する下限値維持モードにより、この出力制御装置４００から出力される出力電流Ｉｏｕｔは、この出力制御装置４００の出力電圧Ｖｏｕｔが低下するにしたがって増加する（電流増加モード）。

図６は、図５に示した出力制御装置４００による出力電流−入力電圧/出力電圧特性を示すグラフである。

図６から明らかなように、この出力制御装置４００の入力電圧Ｖｉｎの変動量ΔＶがコンデンサ４０３、抵抗４０５、４０４により設定される値以下であると、この出力制御装置４００の出力電圧Ｖｏｕｔは、略一定の電圧に制御される（定電圧制御モード）。

しかし、この出力制御装置４００の入力電圧Ｖｉｎが落ち込み、その変動量ΔＶがコンデンサ４０３、抵抗４０５、４０４により設定される値を越えると、この出力制御装置４００の出力電圧Ｖｏｕｔは上記定電圧制御モードにおける一定の電圧より低く制御され、この場合、この出力制御装置４００の入力電圧Ｖｉｎの落ち込み量が規定値を越えないように制御する（下限値維持モード）。また、このとき、この出力制御装置４００の出力電流Ｉｏｕｔは、この出力制御装置４００の出力電圧Ｖｏｕｔが低下するにしたがって増加する（電流増加モード）。

また、図６に示すように、この出力制御装置４００の効率は、下限値維持モードになると定電圧制御モードより若干低下するが、高い値を維持することができる。

図７は、図５に示した出力制御装置４００による出力電流−出力電力特性を示すグラフである。

図７から明らかなように、この出力制御装置４００によれば、この出力制御装置４００が定電圧制御モードから下限値維持モードに移行する近傍（図６および図７で丸で示した領域）で大きな電力を取り出すことができる。

この構成によっても、燃料電池１０の出力電圧がその規定値を超えて低下する事態を防ぐことができ、これにより、燃料電池１０のダメージを防止することができ、また、出力制御装置４００の出力電圧Ｖｏｕｔが低下しても、出力電流Ｉｏｕｔは増加するので、負荷３０を駆動するに十分な電力を取り出すことができ、これによって、負荷３０の安定動作を維持することができる。

また、この図５に示す構成によれば、燃料電池１０の出力電圧の急変がなくなり、燃料電池１０のダメージ防止効果はさらに高くなる。

図８は、この発明に係わる電力供給源の出力制御装置のさらに他の実施例を示す回路図である。

図８に示す実施例においては、燃料電池１０を電力供給源として、出力制御装置５００が負荷３０に対して電力を供給するが、この出力制御装置５００においては、燃料電池１０の出力ラインに電流検出用の抵抗５０１を設け、アンプ５０２でこの抵抗５０１の両端の差電圧を検出し、このアンプ５０２の出力をコンデンサ５０３、抵抗５０４、５０５を介して接地し、さらに、抵抗５０４と抵抗５０５の接続点にベースが接続され、エミッタが抵抗４０５に接続され、コレクタが接地されたトランジスタ５０６を設け、燃料電池１０の出力電流、すなわち、出力制御装置５００の入力電流Ｉｉｎの変動量ΔＩを検出するように構成されている。その他の構成は図５に示した出力制御装置４００と同様である。なお、図８において、図５に示した出力制御装置４００と同様の機能を果たす部分には説明の便宜上図５で用いた符号と同一の符号を付する。

図８に示す出力制御装置５００においては、燃料電池１０の出力電流の変動量、すなわち、この出力制御装置５００の入力電流Ｉｉｎの変動量ΔＩをコンデンサ５０３、抵抗５０４、５０５を含む回路で検出する。

そして、この出力制御装置５００の入力電流Ｉｉｎの変動量ΔＩがコンデンサ５０３、抵抗５０４、５０５により設定される値より小さい場合は、トランジスタ５０６はオフになっており、出力制御装置５００の出力電圧Ｖｏｕｔは、基準電圧Ｖｒｅｆに対応して略一定の電圧に制御される（定電圧制御モード）。

しかし、この出力制御装置５００の入力電流Ｉｉｎが増加し、その変動量ΔＩがコンデンサ５０３、抵抗５０４、５０５により設定される値を越えると、トランジスタ５０６が動作し、差動アンプ２０８のプラス入力が増加する。

その結果、差動アンプ２０８の出力が増加し、これにより、ＰＷＭ回路２０４は、電界効果トランジスタ２０３をオン、オフ制御して入力電圧Ｖｉｎを出力電圧Ｖｏｕｔに変換する変換条件を制御し、出力制御装置５００の出力電圧Ｖｏｕｔを基準電圧Ｖｒｅｆに対応する電圧より低くし、燃料電池１０の出力電圧、すなわち、この出力制御装置５００の入力電圧Ｖｉｎの落ち込み量が規定値を越えないように制御する（下限値維持モード）。 また、この出力制御装置５００の入力電圧Ｖｉｎを下限値Ｖｌｉｍに維持する下限値維持モードにより、この出力制御装置２００から出力される出力電流Ｉｏｕｔは、この出力制御装置５００の出力電圧Ｖｏｕｔが低下するにしたがって増加する（電流増加モード）。

この構成によっても、燃料電池１０の出力電圧がその規定値を超えて低下する事態を防ぐことができ、これにより、燃料電池１０のダメージを防止することができ、また、出力制御装置５００の出力電圧Ｖｏｕｔが低下しても、出力電流Ｉｏｕｔは増加するので、負荷３０を駆動するに十分な電力を取り出すことができ、これによって、負荷３０の安定動作を維持することができる。

また、この図８に示す構成によれば、燃料電池１０の出力電圧の急変がなくなり、燃料電池１０のダメージ防止効果はさらに高くなる。

なお、上記実施例においては、燃料電池を電力供給源とする電力供給源の出力制御装置について記載したが、比較的大きな内部インピーダンスをもつリチウム電池等を電力供給源とする電力供給源の出力制御装置にも同様に適用可能である。

電力供給源からの入力電圧を出力電圧に変換するコンバータ回路を有する比較的大きな内部インピーダンスをもつ電力供給源の出力制御装置に適用可能である。電力供給源からの入力電圧、入力電流、入力電力等若しくはこれらの変動量を検出する入力検出回路を設け、電力供給源からの入力電圧を出力電圧に変換するコンバータ回路は、入力検出回路の検出出力に対応して入力電圧の下限値を所定の値に維持する下限値維持モードを備える。これにより、電力供給源の出力電圧がその規定値を超えて低下する事態を防ぐことができ、電力供給源のダメージを防止することができる。また、その出力から負荷を駆動するに十分な電力を取り出すことができるので、負荷の安定動作が維持できる。

この発明に係わる電力供給源の出力制御装置の一実施例を示す回路図である。 図１に示した出力制御装置による出力電流−入力電圧/出力電圧特性を示すグラフである。 図１に示した出力制御装置による出力電流−出力電力特性を示すグラフである。 この発明に係わる電力供給源の出力制御装置の他の実施例を示す回路図である。 この発明に係わる電力供給源の出力制御装置のさらに他の実施例を示す回路図である。 図５に示した出力制御装置による出力電流−入力電圧/出力電圧特性を示すグラフである。 図５に示した出力制御装置による出力電流−出力電力特性を示すグラフである。 この発明に係わる電力供給源の出力制御装置のさらに他の実施例を示す回路図である。

符号の説明

１０ 燃料電池
Ｒ０ 内部インピーダンス
Ｅ 起電源Ｅ
２００、３００、４００、５００ 出力制御装置
２０１ コイル
２０２ ダイオード
２０３ 電界効果トランジスタ
２０４ ＰＷＭ（パルス幅変調）回路
２０５、２０６、２１１、２１２、３０１、４０４、４０５、５０１、５０４、５０５ 抵抗
２０７ 基準電圧発生部
２０８ 差動アンプ
２０９、３０９ 下限値設定部
２１０、３１０ 比較器
３０２、５０２ アンプ
４０１、４０２、４０３ コンデンサ
４０６ トランジスタ
３０ 負荷

Claims (12)

1. 電力供給源からの入力電圧を出力電圧に変換するコンバータ回路を有する電力供給源の出力制御装置において、
   前記電力供給源からの入力を検出する入力検出回路
   を具備し、
   前記コンバータ回路は、
   前記入力検出回路の検出出力に対応して前記入力電圧の下限値を所定の値に維持する下限値維持モード
   を備えることを特徴とする電力供給源の出力制御装置。
2. 前記入力検出回路は、
   前記電力供給源からの入力電圧、入力電流、入力電力のいずれかを検出する
   ことを特徴とする請求項１記載の電力供給源の出力制御装置。
3. 前記下限値維持モードは、
   前記出力電圧を変化させることにより前記入力電圧の下限値を所定の値に維持する
   ことを特徴とする請求項１記載の電力供給源の出力制御装置。
4. 前記下限値維持モードは、
   前記入力電圧の下限値を所定の値に維持することにより前記負荷に出力する出力電流を増加させる
   ことを特徴とする請求項１記載の電力供給源の出力制御装置。
5. 前記コンバータ回路は、
   前記出力電圧を検出して、該出力電圧を一定値に制御する定電圧制御モード
   をさらに備え、
   前記入力検出回路の検出出力に対応して前記定電圧制御モードと前記下限値維持モードとを切り替える
   ことを特徴とする請求項１記載の電力供給源の出力制御装置。
6. 電力供給源からの入力電圧を出力電圧に変換するコンバータ回路を有する電力供給源の出力制御装置において、
   前記電力供給源からの入力の変動量を検出する入力検出回路
   を具備し、
   前記コンバータ回路は、
   前記出力電圧を変化させて前記入力検出回路で検出した入力の変動量を一定範囲に維持しつつ、出力電流を増加させる電流増加モード
   を備えることを特徴とする電力供給源の出力制御装置。
7. 前記入力検出回路は、
   前記電力供給源からの入力電圧の変動量、入力電流の変動量、入力電力の変動量のいずれかを検出する
   ことを特徴とする請求項６記載の電力供給源の出力制御装置。
8. 前記コンバータ回路は、
   前記出力電圧を検出して、該出力電圧を一定値に制御する定電圧制御モード
   をさらに備え、
   前記入力検出回路の検出出力に応じて、前記定電圧制御モードと前記電流増加モードとを切り替える
   ことを特徴とする請求項６記載の電力供給源の出力制御装置。
9. 電力供給源からの入力電圧を出力電圧に変換するコンバータ回路を有する電力供給源の出力制御装置において、
   前記電力供給源からの入力電圧が所定の基準値を下回った場合に所定の信号を出力する下限検出回路と、
   前記出力電圧を検出する出力電圧検出回路と
   を具備し、
   前記コンバータ回路は、
   前記出力電圧検出回路で検出した出力電圧と前記下限検出回路の出力とに基づいて前記入力電圧を出力電圧に変換する変換条件を制御する
   ことを特徴とする電力供給源の出力制御装置。
10. 電力供給源からの入力電圧を出力電圧に変換するコンバータ回路を有する電力供給源の出力制御装置において、
    前記電力供給源からの入力電流が所定の基準値を上回った場合に所定の信号を出力する上限検出回路と、
    前記出力電圧を検出する出力電圧検出回路と
    を具備し、
    前記コンバータ回路は、
    前記出力電圧検出回路で検出した出力電圧および出力電圧と前記上限検出回路の出力とに基づいて前記入力電圧を出力電圧に変換する変換条件を制御する
    ことを特徴とする電力供給源の出力制御装置。
11. 電力供給源からの入力電圧を出力電圧に変換するコンバータ回路を有する電力供給源の出力制御装置において、
    前記電力供給源からの入力の変動量を検出する変動量検出回路と
    を具備し、
    前記コンバータ回路は、
    前記変動量検出回路で検出した変動量に基づいて前記入力電圧を出力電圧に変換する変換条件を制御する
    ことを特徴とする電力供給源の出力制御装置。
12. 前記変動量検出回路は、
    前記電力供給源からの入力電圧の変動量、入力電流の変動量、入力電力の変動量のいずれかを検出する
    ことを特徴とする請求項１１記載の電力供給源の出力制御装置。

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