JP2013134619A - 負荷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池等から供給される電力を自動的に最大化できる負荷装置を提供する。
【解決手段】太陽電池１から入力される電流ＩＬや電圧Ｖｄ、電力Ｐｉの測定値に応じて、入力電力Ｐｉが最大となるように、電流ＩＬの経路に設けられたトランジスタＱ１のインピーダンスが調節される。これにより、太陽光発電システムにおいてＭＰＰＴ機能を備えるＤＣ／ＤＣコンバータ等の機器に太陽電池１が接続された場合の状況を、本実施形態に係る負荷装置によって簡単にシミュレーションすることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷を制御する負荷装置に係り、例えば、太陽電池や太陽発電システムの性能評価に使用される負荷装置に関するものである。

電源装置やバッテリー装置などの研究開発や製造検査においては、負荷のインピーダンスを様々に設定して装置の性能を試験するいわゆる負荷試験が欠かせない。この負荷試験では、一般に、トランジスタを用いて負荷インピーダンスを電子的に調節できるように構成された電子負荷装置が広く利用されている。（特許文献１〜７参照）。

特開２００２−０９０４０４号公報 特開２００２−０９１５７７号公報 特開２００９−１４５０６４号公報 特許３４７０２９６号公報明細書 特許３４７７６１９号公報明細書 特許４１４６４４２号公報明細書 特許４６５３８５７号公報明細書

電子負荷装置は、太陽電池の性能検査にも使用されており、例えば電流−電圧特性（以下「ＩＶ特性」と記す。）を測定する際の可変負荷として電子負荷装置が使用される。太陽電池は、光の照度や温度などの条件でＩＶ特性が変化することから、種々の条件における特性を測定できるように、キセノンランプ等の擬似太陽光源や恒温槽を組み合わせた太陽電池計測システムも実用化されている。

他方、家庭や工場等に設置される一般的な太陽光発電システムは、太陽電池パネルから出力される直流電力を交流電力に変換する機器（「パワーコンディショナ」と呼ばれることがある。）を備えている。照度や温度等に応じて太陽電池パネルのＩＶ特性が変化すると、太陽電池パネルから最大出力電力を引き出せる最適な電圧・電流の条件（動作点）も変化してしまうため、パワーコンディショナは、この最適な動作点に追従するＭＰＰＴ（maximum power point tracking：最大電力点追従）機能を備えていることが多い。

太陽光発電システムに組み込まれた太陽電池パネルの性能を評価する場合、パワーコンディショナによる上述したＭＰＰＴ機能を模擬することが課題となっており、そのような機能を備えた電子負荷装置の実現が求められている。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽電池等の電源から供給される電力を自動的に最大化できる負荷装置を提供することにある。

本発明に係る負荷装置は、電源から入力される電流の経路に設けられた半導体素子を含み、入力される負荷制御信号に応じて前記半導体素子のインピーダンスを調節する負荷部と、前記電源から入力される電流、電圧、及び、電力の少なくとも１つを測定する測定部と、前記測定部の測定結果に基づいて、前記電源から入力される電力が最大となるように前記半導体素子のインピーダンスを調節する前記負荷制御信号を生成する負荷制御部とを有する。

好適に、前記負荷制御部は、前記半導体素子のインピーダンスを変化させる前記負荷制御信号を生成し、前記インピーダンスの変化の前後における前記測定部の測定結果を取得し、前記取得した測定結果に基づいて、前記電源から入力される電力が増えた場合には前回と同じ方向に前記インピーダンスを変化させる前記負荷制御信号を生成し、前記電源から入力される電力が減った場合には前回と反対の方向に前記インピーダンスを変化させる前記負荷制御信号を生成してよい。

本発明の第１の観点において、前記負荷部は、前記半導体素子の電気抵抗、前記電源からの入力電流、又は、前記電源からの入力電圧が前記負荷制御信号に対応した目標値と等しくなるように前記半導体素子のインピーダンスを調節してよい。
その場合、前記負荷制御部は、前記目標値を変化させる前記負荷制御信号を生成し、前記目標値の変化の前後における前記測定部の測定結果を取得し、前記取得した測定結果に基づいて、前記電源から入力される電力が増えた場合には前回と同じ方向に前記目標値を変化させる前記負荷制御信号を生成し、前記電源から入力される電力が減った場合には前回と反対の方向に前記目標値を変化させる前記負荷制御信号を生成してよい。

前記負荷制御部は、前記電源から入力される電力が減った場合、前回と反対の方向に前記目標値を変化させる幅を、前回の目標値の変化幅より所定の割合だけ小さくするか、若しくは、前回の目標値の変化幅より所定値だけ小さくしてよい。
前記負荷制御部は、同一方向へ一定の変化幅で連続して前記目標値を変化させた回数が所定回数に達っした後、更に同じ方向へ前記目標値を変化させる場合、前記目標値の変化幅を前記一定の変化幅より所定の割合だけ大きくするか、若しくは、前記目標値の変化幅を前記一定の変化幅より所定値だけ大きくしてよい。

前記負荷制御部は、前記電源からの入力電力が最大化するように前記目標値を変化させる処理を開始する前に、前記半導体素子の電気抵抗の前記目標値を所定の最大値から最小値へ漸次変化させるか、若しくは、前記電源からの入力電流の前記目標値を所定の最小値から最大値へ漸次変化させる前記負荷制御信号を生成し、前記変化の途中で取得される前記測定部の測定結果に基づいて、前記電源からの入力電力が最大となる目標値を特定し、当該特定した目標値に基づいて、前記電源からの入力電力が最大化するように前記目標値を変化させる前記処理における前記目標値の初期値を決定してよい。

また、本発明の第２の観点において、前記測定部は、前記電源から入力される電圧に応じた電圧検出信号を出力してよい。
前記負荷部は、入力される第１負荷制御信号と前記電圧検出信号との積に応じた信号を出力する乗算部と、入力される第２負荷制御信号と前記乗算部の出力信号との和に応じた電流が前記半導体素子に流れるように前記半導体素子のインピーダンスを調節する電流制御部とを含んでよい。
この場合、前記負荷制御部は、前記第１負荷制御信号を一定値に保持するとともに前記第２負荷制御信号を変化させ、前記第２負荷制御信号の変化の前後における前記測定部の測定結果を取得し、前記取得した測定結果に基づいて、前記電源から入力される電力が増えた場合には前回と同じ方向に前記第２負荷制御信号を変化させ、前記電源から入力される電力が減った場合には前回と反対の方向に前記第２負荷制御信号を変化させてよい。

前記負荷制御部は、前記電源から入力される電力が減った場合、前回と反対の方向に前記第２負荷制御信号を変化させる幅を、前回の前記第２負荷制御信号の変化幅より所定の割合だけ小さくするか、若しくは、前回の前記第２負荷制御信号の変化幅より所定値だけ小さくしてよい。
前記負荷制御部は、同一方向へ一定の変化幅で連続して前記第２負荷制御信号を変化させた回数が所定回数に達っした後、更に同じ方向へ前記第２負荷制御信号を変化させる場合、前記第２負荷制御信号の変化幅を前記一定の変化幅より所定の割合だけ大きくするか、若しくは、前記第２負荷制御信号の変化幅を前記一定の変化幅より所定値だけ大きくしてよい。

前記負荷制御部は、前記電源からの入力電力が最大化するように前記第２負荷制御信号を変化させる処理を開始する前に、前記半導体素子のインピーダンスが最大となる値から前記半導体素子のインピーダンスが最小となる値へ前記第２負荷制御信号を漸次変化させ、前記変化の途中で取得される前記測定部の測定結果に基づいて、前記電源からの入力電力が最大となる前記第２負荷制御信号の値を特定し、当該特定した値に基づいて、前記電源からの入力電力が最大化するように前記第２負荷制御信号を変化させる前記処理における前記第２負荷制御信号の初期値を決定してよい。

また、本発明に係る負荷装置において、前記測定部は、前記電源から入力される電流、電圧、及び、電力の少なくとも１つの測定結果が所定の範囲を逸脱したか否かを監視してよい。この場合、前記負荷制御部は、前記測定部において前記少なくとも１つの測定結果が前記所定の範囲を逸脱したと判定された場合、前記半導体素子の電流が遮断されるように前記負荷制御信号を生成してよい。

本発明によれば、電源からの入力電流や入力電圧等の測定結果に応じて、入力電流の経路に設けられた半導体素子のインピーダンスを調節し、電源からの入力電力を自動的に最大化することができる。

本発明の実施形態に係る負荷装置の構成の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る負荷装置においてＭＰＰＴの制御を行う場合の負荷部の回路構成例を示す図である。 図２における可変ゲインアンプの構成の一例を示す図である。 表示部の画面に表示されるＭＰＰＴ制御時の入力電力のグラフを例示する図である。 太陽電池のＩＶ特性およびＰＶ特性の一例を示す図である。 照度や温度による太陽電池の特性の変化を例示する図である。 定抵抗モードの負荷特性と太陽電池のＩＶ特性との関係を説明するための図である。 太陽電池の出力電力が最大となるように負荷を制御する処理の一例を説明するためのフローチャートである。 負荷設定値を決定する処理の一例を説明するためのフローチャートである。 第２の実施形態に係る負荷装置において負荷設定値を決定する処理の一例を説明するためのフローチャートである。 第３の実施形態に係る負荷装置においてＭＰＰＴの制御を行う場合の負荷部の回路構成例を示す図である。 定電流モードの負荷特性と太陽電池のＩＶ特性との関係を説明するための図である。 第４の実施形態に係る負荷装置においてＭＰＰＴの制御を行う場合の負荷部の回路構成例を示す図である。 定電圧モードの負荷特性と太陽電池のＩＶ特性との関係を説明するための図である。 第５の実施形態に係る負荷装置においてＭＰＰＴの制御を行う場合の負荷部の回路構成例を示す図である。 第５の実施形態に係る負荷装置の負荷特性と太陽電池のＩＶ特性との関係を説明するための図である。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る負荷装置の構成の一例を示す図である。
図１に示す負荷装置は、試験対象の太陽電池１の出力（＋，−）に接続される負荷端子Ｔ１，Ｔ２と、電流検出用抵抗Ｒｓと、負荷部１０と、制御部２０と、電圧測定回路３０と、電流測定回路４０と、記憶部５０と、表示部６０と、入力部７０と、通信部８０を有する。制御部２０は、機能的な構成要素として、負荷制御部２１と、測定制御部２２と、表示制御部２３と、報知処理部２４を有する。
負荷部１０は、本発明における負荷部の一例である。
負荷制御部２１は、本発明における負荷制御部の一例である。
電圧測定回路３０，電流測定回路４０及び測定制御部２２を含むブロックは、本発明における測定部の一例である。
報知処理部２４は、本発明における報知処理部の一例である。

負荷部１０は、負荷端子（Ｔ１，Ｔ２）に流れる太陽電池１の負荷電流ＩＬを調節する回路であり、例えば、負荷電流ＩＬの経路に設けられたＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタ等の半導体素子と、この半導体素子のインピーダンスを制御部２０の負荷制御信号に応じて調節する制御回路を有する。

負荷部１０は、例えば、所望の電流を流す定電流モード、所望の抵抗値を保つ定抵抗モード、所望の電圧源を模擬する定電圧モード、所望の電力を消費する定電力モードなどの負荷制御モードを備えており、制御部２０の負荷制御信号に応じてこれらの負荷制御モードを切り替える。
負荷部１０は、定電流モードにおいては太陽電池１から入力される電流ＩＬが、定電圧モードにおいては太陽電池１から入力される電圧Ｖが、定抵抗モードにおいては電流ＩＬと電圧Ｖｄとの比（電気抵抗若しくはコンダクタンス）が、定電力モードにおいては電流ＩＬと電圧Ｖｄとの積（電力）が、制御部２０の負荷制御信号に対応した目標値と等しくなるように、上記半導体素子のインピーダンスを調節する。
具体的には、負荷部１０の制御回路は、上述した各負荷制御モードにおいて、負荷端子（Ｔ１，Ｔ２）に流れる電流や負荷端子間の電圧、消費電力などの検出信号を所定の検出回路から入力し、これに応じて半導体素子のインピーダンスを調節する。すなわち、負荷部１０の制御回路は、負荷制御信号によって設定される負荷の目標値（電流，電圧，電気抵抗，電力等の目標値）と検出回路の検出結果が示す実際の負荷の値との差が小さくなるように、半導体素子のインピーダンスをフィードバック制御する。

図２は、定抵抗モードにおける負荷部１０の回路構成の一例を示す図である。
図２の例において、負荷部１０は、負荷電流ＩＬを調節する可変インピーダンス素子としてのバイポーラ型のトランジスタＱ１と、演算増幅器（以下、「オペアンプ」と記す）ＯＰ１１と、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３と、可変ゲインアンプ１１とを有する。

負荷端子Ｔ２は、負荷部１０の基準電位（グランド）に接続される。トランジスタＱ１のコレクタが負荷端子Ｔ１に接続され、トランジスタＱ１のエミッタが電流検出用抵抗Ｒｓを介して負荷端子Ｔ２に接続される。電流検出用抵抗Ｒｓは、トランジスタＱ１に流れる電流にほぼ比例した電圧を電流検出信号として発生する。

オペアンプＯＰ１１の逆相入力は、抵抗Ｒ１１を介して電流設定信号Ｖｂを入力するとともに、抵抗Ｒ１２を介して電流検出用抵抗Ｒｓの電流検出信号を入力する。オペアンプＯＰ１１の正相入力はグランドに接続され、オペアンプＯＰ１１の出力は抵抗Ｒ１３を介してトランジスタＱ１のベースに接続される。オペアンプＯＰ１１は、正相入力と逆相入力との電圧差を増幅する。

オペアンプＯＰ１１の逆相入力と正相入力との電圧差がほぼゼロになるように負帰還制御が働く場合、概ね次式が成立する。

［数１］
（ＩＬ・Ｒｓ）／Ｒ１２＋Ｖｂ／Ｒ１１＝０
ＩＬ＝−（１／Ｒｓ）・（Ｒ１２／Ｒ１１）・Ｖｂ …（１）

式（１）より、負荷電流ＩＬが電流設定信号Ｖｂに比例した値に制御されることが分かる。

可変ゲインアンプ１１は、負荷端子Ｔ１，Ｔ２に入力される太陽電池１の電圧Ｖｄに比例した電圧検出信号Ｖａを入力し、これを制御部２０の負荷制御信号Ｓｃ１に応じたゲインで増幅する。可変ゲインアンプ１１は、この増幅結果を上述の電流設定信号Ｖｂとして出力する。

図３は、可変ゲインアンプ１１の構成の一例を示す図である。
図３に示す可変ゲインアンプ１１は、抵抗ＲＡ１〜ＲＡｎ及び抵抗ＲＢ１〜ＲＢｎ＋１を有する抵抗ラダー回路１５と、スイッチ１２−１〜１２−ｎと、スイッチ制御回路１３と、抵抗Ｒ１４と、オペアンプＯＰ１２と、反転アンプ１４を有する。

抵抗ＲＡ１，ＲＡ２，…ＲＡｎ，ＲＢｎ＋１は、この順番で直列に接続される。この直列回路の一方の端子（抵抗ＲＡ１側の端子）がノードＮ３に接続され、直列回路の他方の端子（抵抗ＲＢｎ＋１側の端子）がグランドに接続される。ノードＮ３に電圧検出信号Ｖａが入力される。

抵抗ＲＢｊ（ｊは１からｎ−１までの整数を示す）の一方の端子は、抵抗ＲＡｊと抵抗ＲＡｊ＋１の中間ノードに接続され、抵抗ＲＢｊの他方の端子は、スイッチ回路１２−ｊを介してノードＮ１又はグランドに接続される。抵抗ＲＢｎの一方の端子は、抵抗ＲＡｎと抵抗ＲＢｎ＋１の中間ノードに接続され、抵抗ＲＢｎの他方の端子は、スイッチ回路１２−ｎを介してノードＮ１又はグランドに接続される。
スイッチ制御回路１３は、制御部２０から入力される負荷制御信号Ｓｃ１に応じてスイッチ１２−１〜１２−ｎの各接続を切り替える。

オペアンプＯＰ１２の逆相入力がノードＮ１に接続され、正相入力がグランドに接続される。オペアンプＯＰ１２の逆相入力とその出力との間に抵抗Ｒ１４が接続される。
反転アンプ１４は、オペアンプＯＰ１２の出力電圧の極性を反転させ、電流設定信号Ｖｂとして出力する。

オペアンプＯＰ１２のゲインが十分に高いものとすると、ノードＮ１の電圧がほぼグランド電圧と等しくなるようにオペアンプＯＰ１２の出力電圧が調節される。そのため、スイッチ１２−１〜１２−ｎを切り替えても、抵抗ＲＢ１〜ＲＢｎへ分流する各電流の大きさは変化せず、また、ノードＮ３から抵抗ラダー回路１５へ流れる電流Ｉｎ３も変化しない。一方、スイッチ１２−１〜１２−ｎを切り替えると、電流Ｉｎ３が一定の状態で抵抗ＲＢ１〜ＲＢｎからノードＮ１へ流れる電流Ｉｎ１の大きさが変化するので、電流Ｉｎ３と電流Ｉｎ１の比が変化する。この電流比（Ｉｎ１／Ｉｎ３）の変化に応じて、入力電圧（Ｖａ）に対する出力電圧（Ｖｂ）の比、すなわち電圧ゲインＫが変化する。

例えば、抵抗ＲＢ１〜ＲＢｎ＋１の抵抗値は、抵抗ＲＡ１，ＲＡ２，…ＲＡｎの抵抗値に対して２倍に設定されており、これにより、抵抗ＲＢ１〜ＲＢｎには電流Ｉｎ３に対して（１／２）のべき乗の重みを持った電流が流れる。従って、２進データとして入力される負荷制御信号Ｓｃ１の各ビットに応じてスイッチ制御回路１３がスイッチ１２−１〜１２−ｎのオンオフを制御することにより、可変ゲインアンプ１１の電圧ゲインＫは負荷制御信号Ｓｃ１に比例した値となる。

また、抵抗ラダー回路１５，抵抗Ｒ１４及びオペアンプＯＰ１２は反転アンプを構成しているため、その出力電圧は入力電圧（Ｖａ）に対して逆相になる。反転アンプ１４は、オペアンプＯＰ１２の出力電圧の極性を反転することにより、可変ゲインアンプ１１の出力電圧（Ｖｂ）が入力電圧（Ｖａ）と同相になるようにしている。

このように、可変ゲインアンプ１１の電圧ゲインＫは負荷制御信号Ｓｃ１に比例するので、その比例定数を「ｐ」とする。また、電圧検出信号Ｖａは負荷端子Ｔ１，Ｔ２の電圧Ｖｄと比例するので、その比例定数を「ｑ」とする。この場合、式（１）に示す負荷電流ＩＬは、次のように表される。

［数２］
ＩＬ＝−（１／Ｒｓ）・（Ｒ１２／Ｒ１１）・（ｐ・Ｓｃ１・Ｖａ）
ＩＬ＝−（１／Ｒｓ）・（Ｒ１２／Ｒ１１）・（ｐｑ）・Ｓｃ１・Ｖｄ
ＩＬ＝Ｇ・Ｖｄ …（２）

式（２）において、「Ｇ」は負荷部１０のトランジスタＱ１の直流コンダクタンスであり、次の式で表される。

［数３］
Ｇ＝−（１／Ｒｓ）・（Ｒ１２／Ｒ１１）・（ｐｑ）・Ｓｃ１ …（３）

式（３）に示すように、負荷部１０のトランジスタＱ１の直流コンダクタンスＧは、負荷設定値Ｓｃ１に比例した値となるように調節される。
以上が、負荷部１０の説明である。

電圧測定回路３０は、負荷端子Ｔ１，Ｔ２に入力される太陽電池１の電圧Ｖｄを測定する回路である。電圧測定回路３０は、例えば図２に示すように、反転アンプを構成するオペアンプＯＰ３１及び抵抗Ｒ３１，Ｒ３２と、アナログ−デジタル変換回路（以下、「ＡＤ変換回路」と記す。）３１とを有する。

オペアンプＯＰ３１の逆相入力は、抵抗Ｒ３１を介して負荷端子Ｔ１に接続されるとともに抵抗Ｒ３２を介してその出力に接続される。オペアンプＯＰの正相入力はグランドに接続される。オペアンプＯＰ３１の出力電圧は、太陽電池１の電圧Ｖｄを「−Ｒ３２／Ｒ３１」のゲインで増幅した電圧となる。図２の例では、このオペアンプＯＰ３１の出力電圧が電圧検出信号Ｖａとして可変ゲインアンプ１１に入力される。

ＡＤ変換回路３１は、オペアンプＯＰ３１から出力される電圧検出信号Ｖａを所定ビット長のデジタル信号である電圧測定値Ｖｄａｔに変換する。ＡＤ変換回路３１は、制御部２０から入力される測定開始信号Ｖｓｔに応じて変換を開始し、その開始時点から所定の変換時間が経過した後で有効な電圧測定値Ｖｄａｔを出力する。

電流測定回路４０は、太陽電池１の電圧Ｖｄに応じて負荷端子Ｔ１，Ｔ２に流れる負荷電流ＩＬを測定する回路である。電流測定回路４０は、例えば図１に示すように、電流検出用抵抗Ｒｓの両端に電圧降下として発生する電流検出信号を増幅し、これをデジタル信号に変換して制御部２０に出力する。電流検出信号を増幅するアンプ回路と、その出力をアナログ−デジタル変換する回路は、例えば図２に示す電圧測定回路３０と同様な回路によって構成される。

表示部６０は、制御部２０から入力される画像表示信号に応じた画像を描画・表示する装置であり、例えば液晶ディスプレイ装置やＥＬディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ブラウン管などの表示デバイスを含む。

入力部７０は、使用者の指示を電気信号に変換して制御部２０に入力するユーザ・インターフェース回路であり、例えばボタンやスイッチ、タッチセンサ、キーボード、マウスなどの入力機器を含む。

通信部８０は、コンピュータ等の他の機器と通信を行う装置であり、例えばＧＰＩＢ，ＲＳ２３２Ｃ，ＵＳＢなどの通信プロトコルに従って通信を行うための回路やコネクタ等を含む。通信部８０は、例えば制御部２０の制御に従って外部機器（上位装置）から負荷装置をコントロールするためのコマンドを受信したり、外部機器へ測定結果や動作状態等の情報の送信したりする。

記憶部５０は、制御部２０おいて処理を実行させるためのプログラムや、制御部２０の処理のために一時的に保持するデータ、制御部２０によって電圧測定回路３０及び電流測定回路４０から取り込まれた測定結果のデータなどを記憶する。記憶部５０は、例えばハードディスク，フラッシュメモリなどの比較的大容量のストレージ装置や、ＤＲＡＭ，ＳＲＡＭなどの比較的高速なメモリなどを含んで構成される。

制御部２０は、負荷装置の全体的な動作を統括的に制御する回路であり、例えば記憶部５０に格納されるプログラムを読み出してその命令を実行するコンピュータを含む。図１における負荷制御部２１、測定制御部２２、表示制御部２３及び報知処理部２４は、制御部２０においてコンピュータとプログラムとの協働により実現される機能的な処理ブロックを示す。

負荷制御部２１は、入力部７０において使用者の操作により入力される指示や通信部８０において外部機器から入力されるコマンド等に応じて、負荷部１０の動作を制御する。例えば負荷制御部２１は、入力部７０や通信部８０において入力される指示やコマンドに応じて、定電流モードや定抵抗モードなどの負荷制御モードの切り替えを行い、負荷部１０における負荷の大きさ（電流値、抵抗値など）を制御する。

また、負荷制御部２１は、入力部７０や通信部８０においてＭＰＰＴ機能を有効にする指示やコマンドが入力された場合、太陽電池１から入力される電力Ｐｉが最大となるようにトランジスタＱ１のインピーダンスを調節する負荷制御信号Ｓｃ１を生成する。

例えば、負荷制御部２１は、トランジスタＱ１のインピーダンスを変化させる負荷制御信号Ｓｃ１を生成するとともに、そのインピーダンス変化の前後における太陽電池１からの入力電力Ｐｉの測定値を測定制御部２２から取得する。負荷制御部２１は、この入力電力Ｐｉの測定値に基づいて、太陽電池１からの入力電力Ｐｉが増えた場合には前回と同じ方向にトランジスタＱ１のインピーダンスを変化させる負荷制御信号Ｓｃ１を生成し、太陽電池１からの入力電力Ｐｉが減った場合には前回と反対の方向にトランジスタＱ１のインピーダンスを変化させる負荷制御信号Ｓｃ１を生成する。
具体的には、負荷制御部２１は、例えば図２に示すような回路構成を有する定抵抗モードの負荷部１０において電気抵抗（コンダクタンス）の目標値が増大若しくは減少するように負荷制御信号Ｓｃ１を生成するとともに、電気抵抗の目標値を変化させた前後における太陽電池１からの入力電力Ｐｉの測定値を測定制御部２２から取得する。そして、負荷制御部２１は、太陽電池１からの入力電力Ｐｉが増えた場合には前回と同じ方向に電気抵抗の目標値を変化させる負荷制御信号Ｓｃ１を生成し、太陽電池１からの入力電力Ｐｉが減った場合には前回と反対の方向に電気抵抗の目標値を変化させる負荷制御信号Ｓｃ１を生成する。

また、負荷制御部２１は、測定制御部２２において負荷電流ＩＬの過電流や入力電圧Ｖｄの過電圧が検出された場合、負荷電流ＩＬが遮断されるように（トランジスタＱ１がオフ状態となるように）負荷部１０を制御する。

測定制御部２２は、入力部７０や通信部８０において入力される指示やコマンドに従って、電圧測定回路３０から電圧Ｖｄの測定値を取得する処理、並びに、電流測定回路４０から負荷電流ＩＬの測定値を取得する処理を行う。測定値を取得する場合、測定制御部２２は、例えば電圧測定回路３０や電流測定回路４０のＡＤ変換回路に対して測定開始信号Ｖｓｔを入力し、ＡＤ変換動作を開始させる。そして、測定制御部２２は、その開始時点から所定の変換時間が経過した後、ＡＤ変換回路から出力される変換結果の測定値を読み出して記憶部５０に格納する。

また測定制御部２２は、上述したＭＰＰＴ機能により負荷部１０のトランジスタＱ１のインピーダンスが変化する過程において、電圧Ｖｄ及び負荷電流ＩＬの測定値を取得する処理や、電圧Ｖｄ及び負荷電流ＩＬの測定値に基づいて太陽電池１からの入力電力Ｐｉを算出する処理を行う。
例えば測定制御部２２は、負荷部１０における負荷設定値（定抵抗モードの場合は電気抵抗の目標値）が増大若しくは減少する前後において、電圧Ｖｄ及び負荷電流ＩＬの測定値を電圧測定回路３０及び電流測定回路４０からそれぞれ取得するとともに、取得したこれらの測定値に基づいて入力電力Ｐｉを算出する。測定制御部２２は、電圧Ｖｄ，負荷電流ＩＬ，入力電力Ｐｉの各測定値を時系列の情報として記憶部５０に格納する。この場合、測定制御部２２は、時系列の測定値の情報に測定時刻の情報や負荷設定値の情報を付加してもよい。

なお、測定制御部２２は、負荷制御部２１の負荷制御信号Ｓｃ１に応じてトランジスタＱ１のインピーダンスが切り替わった場合、この切り替え時点から所定の切り替え待ち時間が経過するまで、電圧測定回路３０，電流測定回路４０からの測定値の取得を禁止する。トランジスタＱ１のインピーダンスが切り替り変わった直後は電圧Ｖｄ，負荷電流ＩＬが過渡的に変動しているため、測定制御部２２は、こうした変動状態で測定を行わないようにする。

表示制御部２３は、表示部６０に供給する画像表示信号を生成する。例えば表示制御部２３は、入力部７０による負荷装置の操作を案内するための情報や、負荷装置の状態（負荷制御モード，負荷設定値など）に関する情報、負荷電流ＩＬ，電圧Ｖｄ，入力電力Ｐｉの測定結果に関する情報などを表示部６０の画面に表示させる。

また表示制御部２３は、上述したＭＰＰＴの制御を行う過程で測定制御部２２により取得される入力電力Ｐｉｎのグラフを表示部６０に表示させる。
図４は、表示部６０の画面６１に表示される入力電力Ｐｉｎのグラフ６２の一例を示す。図４の例において、横軸（Ｘ軸）は時間を示し、縦軸（Ｙ軸）は入力電力Ｐｉｎを示す。また、横軸（Ｘ軸）の１目盛は３０分であり、縦軸（Ｙ軸）の１目盛は５Ｗである。グラフ６２上に描かれた曲線６３は、ＭＰＰＴ機能を有効にした状態における入力電力Ｐｉｎの時間的な推移を表す。曲線６３は、例えば、各測定値を線で結んだものである。

表示制御部２３は、ＭＰＰＴ動作により測定制御部２２が入力電力Ｐｉｎの測定値を取得する度に、取得した測定値をグラフ６２上に描画するとともに、グラフ６２の欄外に表示する最新の入力電圧Ｖｄ，入力電力Ｐｉｎの測定値を更新する。

更に表示制御部２３は、入力部７０にける使用者の操作に応じて、グラフ６２の曲線６３上に表示させたカーソル（指示目印）を移動させるとともに、カーソルの指示位置に対応する負荷電力Ｐｉｎの測定結果を記憶部５０から読み出して画面６１に表示させる処理を行う。

報知処理部２４は、測定制御部２２において入力電圧Ｖｄや入力電流ＩＬの測定値が所定の範囲を逸脱したと判定された場合、太陽電池１の異常を知らせる信号を通信部８０から上位装置（ホストコンピュータ等）へ送信させる処理や、太陽電池１の異常を表示部６０の画面に表示させる処理を実行する。

ここで、上述した構成を有する負荷装置におけるＭＰＰＴ動作について詳しく説明する。

図５は、太陽電池の電流−電圧特性（ＩＶ特性）および電力−電圧特性（ＰＶ特性）の一例を示す図である。曲線ＣＶ１はＩＶ特性を示し、曲線ＣＶ２はＰＶ特性を示す。図５に示すように、一般的な太陽電池は、出力端子を短絡した場合に最も大きな電流Ｉｓを発生し、出力端子を開放した場合に最も高い電圧Ｖｏを発生する。ＩＶ特性には、電圧変化に対する電流変化が小さい定電流特性を示す区間と、電流変化に対する電圧変化が小さい定電圧特性を示す区間が存在し、これらの区間の境界付近に最大電力を出力する動作点（電圧Ｖｍｘ，電流Ｉｍｘ）が存在する。

図６は、照度や温度による太陽電池の特性の変化を例示する図である。図６（Ａ）は太陽電池に照射される太陽光の照度に応じたＩＶ特性の変化を示し、図６（Ｂ)は温度に応じたＩＶ特性の変化を示す。図６の例に示す太陽電池は、太陽光の照度が増えると短絡電流Ｉｓが大きくなり、温度が高くなると開放電圧Ｖｏが低くなる傾向を有する。

図７は、定抵抗モードの負荷特性と太陽電池のＩＶ特性との関係を説明するための図である。図７において、直線ＣＶ３のグラフは、定抵抗モードにおける入力電圧と負荷電流の関係を示す。曲線ＣＶ１と直線ＣＶ３との交点における電圧Ｖｄと電流ＩＬが太陽電池１の動作点となる。
定抵抗モードのＭＰＰＴ機能が有効の場合、負荷装置は、図６に示すようなＩＶ特性の変化に対して図７に示すように直線ＣＶ３の傾き（コンダクタンス）を変化させて、最大電力が得られる動作点を探索する。

図８は、太陽電池１の電力が最大となるように負荷を制御する処理の一例を説明するためのフローチャートである。

まず負荷制御部２１は、太陽電池１からの入力電力が最大となる負荷部１０の負荷設定値（定抵抗モードの場合は電気抵抗の目標値）を特定する処理を行う。例えば、負荷制御部２１は、負荷部１０の電気抵抗の目標値が所定の最大値から最小値へ漸次変化するように負荷制御信号Ｓｃ１を生成し、その変化の途中で測定制御部２２により取得される入力電力Ｐｉの測定結果に基づいて、入力電力Ｐｉが最大となる負荷設定値（具体的には負荷制御信号Ｓｃ１の値）を特定する。負荷制御部２１は、ここで特定した負荷設定値に基づいて、ＭＰＰＴの制御を開始する際の初期値を決定する（ＳＴ１００）。負荷制御部２１は、例えば、最大電力が得られる負荷設定値を初期値とする。

また、初期値を取得するステップＳＴ３００の処理において、測定制御部２２は、入力電圧Ｖｄなどの測定値が所定の範囲を逸脱したか否か監視する。測定制御部２２において測定値が所定の範囲を逸脱していると判定された場合、報知処理部２４は、太陽電池１の異常を知らせる信号を通信部８０から上位装置（ホストコンピュータ等）へ送信する処理や、太陽電池１の異常を表示部６０の画面に表示する処理を実行する。

負荷設定値の初期値を取得した後、負荷制御部２１は、太陽電池１からの入力電力Ｐｉが最大化するように負荷設定値を変化させるループ処理を開始する（ＳＴ１０５〜ＳＴ１２０）。

負荷制御部２１は、ステップＳＴ１００において取得された初期値または後述するステップＳＴ１２０において決定された負荷設定値を負荷制御信号Ｓｃ１として負荷部１０に入力し、負荷部１０の電気抵抗を設定する（ＳＴ１０５）。

次いで、測定制御部２２は、負荷部１０が負荷設定値に応じた電気抵抗で定抵抗動作しているときの電流ＩＬ，電圧Ｖｄの測定値を電圧測定回路３０，電流測定回路４０から取得するとともに、これらの測定値を乗算することによって入力電力Ｐｉを算出する（ＳＴ１１０）。

測定制御部２２は、ステップＳＴ１１０において得られた電流ＩＬ，電圧Ｖｄ，電力Ｐｉの測定値が所定範囲を逸脱しているか否か判定する（ＳＴ１１５）。例えば、測定制御部２２は、電流ＩＬが過電流のしきい値を超えているか否か、電圧Ｖｄが過電圧のしきい値を超えているか否か、電力Ｐｉが過電力のしきい値を超えているか否かをそれぞれ判定する（ＳＴ１２０）。
測定値が所定範囲を逸脱していると測定制御部２２において判定された場合、負荷制御部２２は、負荷電流ＩＬが遮断されるように（トランジスタＱ１がオフ状態となるように）負荷部１０を制御し、ＭＰＰＴ動作を停止する（ＳＴ１２５）。
また、この場合、報知処理部２４は、太陽電池１の異常を知らせる信号を通信部８０から上位装置（ホストコンピュータ等）へ送信する処理や、太陽電池１の異常を表示部６０の画面に表示する処理を実行してもよい。

測定値が所定範囲内にある場合、負荷制御部２１は、前回のステップＳＴ１１０の測定値と今回のステップＳＴ１１０の測定値とに基づいて、次回の負荷設定値を決定する（ＳＴ１２０）。

図９は、負荷設定値を決定するステップＳＴ１２０の処理の一例を説明するためのフローチャートである。
前回のステップＳＴ１２０において電気抵抗の目標値を増やしたことにより（ＳＴ２００）、今回の電力Ｐｉの測定値が前回の電力Ｐｉの測定値より増えた場合（ＳＴ２１０）、負荷制御部２１は、次回の電気抵抗の目標値を前回の値より所定の変化幅だけ増やす（ＳＴ２６０）。また、前回のステップＳＴ１２０において電気抵抗の目標値を減らしたことにより（ＳＴ２００）、今回の電力Ｐｉの測定値が前回の電力Ｐｉの測定値より増えた場合（ＳＴ２２０）、負荷制御部２１は、次回の電気抵抗の目標値を前回の値より所定の変化幅だけ減らす（ＳＴ２７０）。すなわち、電気抵抗の変化によって電力Ｐｉの測定値が増えた場合には、負荷部１０の電気抵抗を前回と同じ方向に変化させる。

他方、前回のステップＳＴ１２０において電気抵抗の目標値を増やしたことにより（ＳＴ２００）、今回の電力Ｐｉの測定値が前回の電力Ｐｉの測定値より減った場合（ＳＴ２１０）、負荷制御部２１は、次回の電気抵抗の目標値を前回の値より所定の変化幅だけ減らす（ＳＴ２７０）。また、前回のステップＳＴ１２０において電気抵抗の目標値を減らしたことにより（ＳＴ２００）、今回の電力Ｐｉの測定値が前回の電力Ｐｉの測定値より減った場合（ＳＴ２２０）、負荷制御部２１は、次回の電気抵抗の目標値を前回の値より所定の変化幅だけ増やす（ＳＴ２６０）。すなわち、電気抵抗の変化によって電力Ｐｉの測定値が減った場合には、負荷部１０の電気抵抗を前回と反対の方向に変化させる。

なお、前回の負荷設定値が初期値（ＳＴ１００）であるために今回の測定値と比較すべき前回の測定値がない場合、負荷制御部２１は、ステップＳＴ１２０において、前回の負荷設定値（初期値）に所定の値を加算（若しくは減算）して、その結果を次回の負荷設定値としてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る負荷装置によれば、太陽電池１から入力される電流ＩＬや電圧Ｖｄ、電力Ｐｉの測定値に応じて、入力電力Ｐｉが最大となるように、電流ＩＬの経路に設けられたトランジスタＱ１のインピーダンスが調節される。これにより、太陽光発電システムにおいてＭＰＰＴ機能を備えるＤＣ／ＤＣコンバータ等の機器に太陽電池１が接続された場合の状況を、本実施形態に係る負荷装置によって簡単にシミュレーションすることが可能となる。

また、本実施形態に係る負荷装置によれば、負荷部１０が定抵抗モードで動作することから、定電流モードや定電圧モードで動作する場合に比べて、太陽電池１のＩＶ特性の変化に伴う電流ＩＬ，電圧Ｖｄの極端な変化を抑制できる。
例えば、負荷部１０が定電流モードで動作する場合、ＩＶ特性の定電流特性の範囲に動作点が入ると、ＩＶ特性の僅かな変化に応じて電圧Ｖｄが大きく変動する。また、負荷部１０が定電圧モードで動作する場合、ＩＶ特性の定電圧特性の範囲に動作点が入ると、ＩＶ特性の僅かな変化に応じて電流ＩＬが大きく変動する。これに対し、本実施形態に係る負荷装置では、負荷部１０が定抵抗モードで動作するため、ＩＶ特性の定電流特性や定電圧特性の範囲に動作点が進入しても、定電流モードや定抵抗モードなどに比べて電圧Ｖｄ，電流ＩＬの極端な変化が生じ難くなる。
これにより、太陽電池１のＩＶ特性が急激に変化しても電圧Ｖｄ，電流ＩＬに極端な変化が生じ難くなることから、最適な動作点に追従するまでの時間を短くすることができる。

更に、本実施形態に係る負荷装置によれば、ＭＰＰＴ動作を開始する場合、負荷部１０の負荷設定値（電気抵抗の目標値）が所定の最大値から最小値へ漸次変化するように負荷制御信号Ｓｃ１が生成され、その変化の過程で取得される入力電力Ｐｉの測定値に基づいて、太陽電池１からの入力電力Ｐｉが最大となる負荷設定値が特定され、特定された負荷設定値に基づいて、ＭＰＰＴ動作を開始するときの負荷設定値の初期値が決定される。
これにより、実測で得られた最適な（最大電力が得られる）負荷設定値に基づいてＭＰＰＴ開始時の負荷設定値の初期値が決定されるため、ＭＰＰＴの開始後、最適でない（最大電力が得られない）範囲へＭＰＰＴの探索範囲が収束することを防止できる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
上述した第１の実施形態に係る負荷装置では、ＭＰＰＴ動作における負荷設定値の変化幅が一定であるが、第２の実施形態に係る負荷装置では、この変化幅を適宜調節することによって負荷設定値の最適値の探索スピードを高速化する。
以下、本実施形態に係る負荷装置の構成について、第１の実施形態に係る負荷装置との相違点を中心に説明する。特に説明しない他の構成は、上述した第１の実施形態に係る負荷装置と同様である。

図１０は、本実施形態に係る負荷装置において負荷設定値を決定する処理（図８のステップＳＴ１２０）の一例を説明するためのフローチャートである。

前回のステップＳＴ１２０において電気抵抗の目標値を増やしたことにより（ＳＴ２００）、今回の電力Ｐｉの測定値が前回の電力Ｐｉの測定値より増えた場合（ＳＴ２１０）、負荷制御部２１は、電気抵抗の目標値を一定の変化幅で連続して増やした回数が前回まででＮ回（Ｎは任意の自然数を示す。）に達したかどうかを判定する（ＳＴ２２５）。電気抵抗の目標値をＮ回連続して増やした場合、負荷制御部２１は、電気抵抗の目標値の変化幅を前回よりも大きくし（ＳＴ２３０）、次回の電気抵抗の目標値を当該変化幅だけ前回の目標値より増やす（ＳＴ２６０）。
前回のステップＳＴ１２０において電気抵抗の目標値を減らしたことにより（ＳＴ２００）、今回の電力Ｐｉの測定値が前回の電力Ｐｉの測定値より増えた場合（ＳＴ２２０）、負荷制御部２１は、電気抵抗の目標値を一定の変化幅で連続して減らした回数が前回まででＮ回に達したかどうかを判定する（ＳＴ２４０）。電気抵抗の目標値をＮ回連続して減らした場合、負荷制御部２１は、電気抵抗の目標値の変化幅を前回よりも大きくし（ＳＴ２４５）、次回の電気抵抗の目標値を当該変化幅だけ前回の目標値より減らす（ＳＴ２７０）。
ステップＳＴ２３０，ＳＴ２４５において変化幅を増やす場合、例えば、次回の変化幅は、前回の変化幅より所定の割合だけ大きくしてもよいし、あるいは、前回の変化幅より所定の値だけ大きくしてもよい。

このように、同じ方向への負荷設定値（電気抵抗の目標値）の変化が所定回数連続した場合、負荷設定値の変化幅を大きくすることで、同じ方向への負荷設定値の変化を加速させることができるため、適切な動作点に到達する時間を短くすることができる。

他方、前回のステップＳＴ１２０において電気抵抗の目標値を増やしたことにより（ＳＴ２００）、今回の電力Ｐｉの測定値が前回の電力Ｐｉの測定値より減った場合（ＳＴ２１０）、負荷制御部２１は、電気抵抗の目標値の変化幅を前回よりも小さくし（ＳＴ２３５）、次回の電気抵抗の目標値を当該変化幅だけ前回の目標値より減らす（ＳＴ２７０）。
また、前回のステップＳＴ１２０において電気抵抗の目標値を減らしたことにより（ＳＴ２００）、今回の電力Ｐｉの測定値が前回の電力Ｐｉの測定値より減った場合（ＳＴ２２０）、負荷制御部２１は、電気抵抗の目標値の変化幅を前回よりも小さくし（ＳＴ２５０）、次回の電気抵抗の目標値を当該変化幅だけ前回の目標値より増やす（ＳＴ２６０）。
ステップＳＴ２３５，ＳＴ２５０において変化幅を小さくする場合、例えば、次回の変化幅は、前回の変化幅より所定の割合だけ小さくしてもよいし、あるいは、前回の変化幅より所定の値だけ小さくしてもよい。

電力Ｐｉの測定値が前回より小さくなった場合、前回の負荷設定値とその前の負荷設定値との間に最適な（最大電力が得られる）負荷設定値が存在すると予想される。従って、電力Ｐｉの測定値が前回より小さくなったことによって負荷設定値の変化の方向を反転する際に、その変化幅を前回よりも小さくすることで、次回の負荷設定値を最適な負荷設定値に漸近させることができる。また、負荷設定値が最適な値に近付くにつれて負荷設定値の変化幅を小さくすることで、最適値近傍において負荷設定値の変化の方向が反転を繰り返すことによる負荷設定値の振動の幅を小さくできる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
上述した第１，第２の実施形態に係る負荷装置では、ＭＰＰＴの制御を行う場合に負荷部を定抵抗モードで動作させているが、本実施形態に係る負荷装置では負荷部を定電流モードで動作させる。
以下、本実施形態に係る負荷装置の構成について、第１，第２の実施形態に係る負荷装置との相違点を中心に説明する。特に説明しない他の構成は、上述した第１の実施形態又は第２の実施形態に係る負荷装置と同様である。

図１１は、本実施形態に係る負荷装置においてＭＰＰＴの制御を行う場合における負荷部１０Ａの回路構成の一例を示す図である。図１１に示す負荷部１０Ａは、図２に示す負荷部１０と同様にトランジスタＱ１、オペアンプＯＰ１１、及び抵抗Ｒ１２，Ｒ１３を有するとともに、デジタル−アナログ変換回路（以下、ＤＡ変換回路と記す。）１２と抵抗Ｒ１４を有する。

ＤＡ変換回路１２は、制御部２０の負荷制御部２１において生成される負荷制御信号Ｓｃ２に応じたアナログ電圧として電流設定信号Ｖｃを出力する。抵抗Ｒ１４の一方の端子はＤＡ変換回路１２の出力に接続され、他方の端子はオペアンプＯＰ１１の逆相入力に接続される。

オペアンプＯＰ１１の逆相入力と正相入力との電圧差がほぼゼロになるように負帰還制御が働く場合、概ね次式が成立する。

［数４］
（ＩＬ・Ｒｓ）／Ｒ１２＋Ｖｃ／Ｒ１４＝０
ＩＬ＝−（１／Ｒｓ）・（Ｒ１２／Ｒ１４）・Ｖｃ …（４）

式（４）に示すように、負荷部１０Ａは、負荷電流ＩＬを電流設定信号Ｖｃに比例した値に制御する。電流設定信号Ｖｃは、負荷制御信号Ｓｃ２をアナログ電圧に変換した信号であるため、負荷部１０Ａは、負荷制御信号Ｓｃ２に応じた目標値に近づくように負荷電流ＩＬを制御する。すなわち、負荷部１０Ａは定電流モードで動作する。

ＭＰＰＴ制御を行う場合、上述した第１，第２の実施形態に係る負荷装置は、電気抵抗の目標値である負荷制御信号Ｓｃ１を変化させることによって太陽電池１の電力Ｐｉを最大化するが、本実施形態に係る負荷装置は、負荷電流ＩＬの目標値である負荷制御信号Ｓｃ２を変化させることによって電力Ｐｉを最大化する。負荷部１０Ａの負荷設定値を変化させて電力Ｐｉを最大化するＭＰＰＴ制御のフローは、第１の実施形態（図８，図９）若しくは第２の実施形態（図８，図１０）と同様である。

図１２は、定電流モードの負荷特性と太陽電池のＩＶ特性との関係を説明するための図である。図１２において、直線ＣＶ４のグラフは、定電流モードにおける入力電圧と負荷電流の関係を示す。曲線ＣＶ１と直線ＣＶ４との交点における電圧Ｖｄと電流ＩＬが太陽電池１の動作点となる。定電流モードのＭＰＰＴ機能が有効の場合、負荷装置は、図１２に示すように定電流の直線ＣＶ４を上下に移動させて、最大電力が得られる動作点を探索する。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
ＭＰＰＴの制御を行う場合、第１，第２の実施形態に係る負荷装置では負荷部を定抵抗モードで動作させ、第３の実施形態に係る負荷装置では負荷部を定電流モードで動作させているが、本実施形態に係る負荷装置では、負荷部を定電圧モードで動作させる。
以下、本実施形態に係る負荷装置の構成について、第１，第２の実施形態に係る負荷装置との相違点を中心に説明する。特に説明しない他の構成は、上述した第１の実施形態又は第２の実施形態に係る負荷装置と同様である。

図１３は、本実施形態に係る負荷装置においてＭＰＰＴの制御を行う場合における負荷部１０Ｂの回路構成の一例を示す図である。図１３に示す負荷部１０Ｂは、図２に示す負荷部１０と同様にトランジスタＱ１、オペアンプＯＰ１１、及び抵抗Ｒ１３を有するとともに、ＤＡ変換回路１３と、抵抗Ｒ１５，Ｒ１６と、キャパシタＣｆ１を有する。

ＤＡ変換回路１３は、制御部２０の負荷制御部２１において生成される負荷制御信号Ｓｃ３に応じたアナログ電圧として電圧設定信号Ｖｅを出力する。抵抗Ｒ１５の一方の端子はＤＡ変換回路１３の出力に接続され、他方の端子はオペアンプＯＰ１１の逆相入力に接続される。抵抗Ｒ１６の一方の端子は電圧測定回路３０において出力される電圧検出信号Ｖａを入力し、他方の端子はオペアンプＯＰ１１の逆相入力に接続される。キャパシタＣｆ１は、オペアンプＯＰ１１の出力と逆相入力との間に接続される。

オペアンプＯＰ１１の逆相入力と正相入力との電圧差がほぼゼロになるように負帰還制御が働く場合、概ね次式が成立する。

［数５］
（Ｖａ／Ｒ１６）＋（Ｖｅ／Ｒ１５）＝０
Ｖａ＝−（Ｒ１６／Ｒ１５）・Ｖｅ
Ｖｄ＝−（１／ｑ）・（Ｒ１６／Ｒ１５）・Ｖｅ …（５）

ただし、「ｑ」は電圧測定回路３０のゲインであり、「Ｖａ＝ｑ・Ｖｄ」の関係を満たす。
式（５）より、負荷部１０Ｂは、入力電圧Ｖｄを電圧設定信号Ｖｅに比例した値に制御する。電圧設定信号Ｖｅは、負荷制御信号Ｓｃ３をアナログ電圧に変換した信号であるため、負荷部１０Ｂは、負荷制御信号Ｓｃ３に対応する目標値に近づくように入力電圧Ｖｄを制御する。すなわち、負荷部１０Ｂは定電圧モードで動作する。

ＭＰＰＴ制御を行う場合、上述した第１，第２の実施形態に係る負荷装置は、電気抵抗の目標値である負荷制御信号Ｓｃ１を変化させることによって太陽電池１の電力Ｐｉを最大化するが、本実施形態に係る負荷装置は、入力電圧Ｖｄの目標値である負荷制御信号Ｓｃ３を変化させることによって電力Ｐｉを最大化する。負荷部１０Ｂの負荷設定値を変化させて電力Ｐｉを最大化するＭＰＰＴ制御のフローは、第１の実施形態（図８，図９）若しくは第２の実施形態（図８，図１０）と同様である。

図１４は、定電圧モードの負荷特性と太陽電池のＩＶ特性との関係を説明するための図である。図１４において、直線ＣＶ５のグラフは、定電圧モードにおける入力電圧と負荷電流の関係を示す。曲線ＣＶ１と直線ＣＶ５との交点における電圧Ｖｄと電流ＩＬが太陽電池１の動作点となる。定電圧モードのＭＰＰＴ機能が有効の場合、負荷装置は、図１４に示すように定電圧の直線ＣＶ５を左右に移動させて、最大電力が得られる動作点を探索する。

＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
第５の実施形態に係る負荷装置では、ＭＰＰＴの制御を行う場合に、定抵抗モードと定電流モードを組み合わせた負荷モードによって負荷部を動作させる。
以下、本実施形態に係る負荷装置の構成について、第１，第２の実施形態に係る負荷装置との相違点を中心に説明する。特に説明しない他の構成は、上述した第１の実施形態又は第２の実施形態に係る負荷装置と同様である。

図１５は、本実施形態に係る負荷装置においてＭＰＰＴの制御を行う場合における負荷部１０Ｃの回路構成の一例を示す図である。図１５に示す負荷部１０Ｃは、図２に示す負荷部１０と同じ構成（トランジスタＱ１、可変ゲインアンプ１１、オペアンプＯＰ１１、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３）を有するとともに、図１１に示す負荷部１０Ａと同様なＤＡ変換回路１２と抵抗Ｒ１４を有する。
なお、可変ゲインアンプ１１は、本発明における乗算部の一例である。
オペアンプＯＰ１１及び抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４を含む回路は、本発明における電流制御部の一例である。

オペアンプＯＰ１１の逆相入力と正相入力との電圧差がほぼゼロになるように負帰還制御が働く場合、トランジスタＱ１には、電流設定信号Ｖｃと電流設定信号Ｖｂとの和に応じた負荷電流ＩＬが流れる。負荷電流ＩＬは、式（２）と式（４）から、概ね次式で表される。

［数６］
ＩＬ＝Ｇ・Ｖｄ−（１／Ｒｓ）・（Ｒ１２／Ｒ１４）・Ｖｃ …（６）

式（６）において、右辺第１項は入力電圧Ｖｄに比例する定抵抗成分を示し、右辺第２項は電流設定信号Ｖｃに応じて決まる定電流成分を示す。従って、負荷部１０Ｃは、入力電圧Ｖｄに対する入力電流ＩＬの関係が式（６）に示す一次関数の関係を満たすように負荷の制御を行う。一次関数の傾き（式（６）における「Ｇ」）は負荷制御信号Ｓｃ１に応じて変化し、一次関数の切片（式（６）における右辺第２項）は負荷制御信号Ｓｃ２に応じて変化する。

ＭＰＰＴ制御を行う場合、本実施形態に係る負荷装置は、式（６）の一次関数の切片（右辺第２項）である定電流成分を負荷制御信号Ｓｃ２により変化させて、電力Ｐｉを最大化する。負荷部１０Ｃの負荷設定値として負荷制御信号Ｓｃ２を変化させることにより電力Ｐｉを最大化するＭＰＰＴ制御のフローは、第１の実施形態（図８，図９）若しくは第２の実施形態（図８，図１０）と同様である。

なお、一次関数の傾き（式（６）の「Ｇ」）は、太陽電池１の出力の特性（例えば等価直列抵抗や等価並列抵抗など）に応じた適当な固定値に設定される。ＭＰＰＴの制御を行う場合、負荷制御部２１は負荷制御信号Ｓｃ１を一定に保つ。これにより、負荷特性の一次関数の傾きは一定になる。

図１６は、第５の実施形態に係る負荷装置の一次関数の負荷特性と太陽電池のＩＶ特性との関係を説明するための図である。図１６において、直線ＣＶ３'のグラフは、式（６）に示すような一次関数の負荷特性を示す。曲線ＣＶ１と直線ＣＶ３'との交点における電圧Ｖｄと電流ＩＬが太陽電池１の動作点となる。ＭＰＰＴ機能が有効の場合、図１６に示すように、負荷装置は一次関数の傾きを一定に保ったまま切片を上下に移動させて、最大電力が得られる動作点を探索する。

以上、本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。

上述した実施形態では、ＭＰＰＴ制御を行う場合に負荷部を定抵抗モード，定電流モード，定電圧モード等で動作させているが、本発明はこれらの例に限定されない。本発明の他の実施形態では、例えば定電力モードなどの更に他の負荷制御モードで負荷部を動作させてもよい。

上述した実施形態では、ＭＰＰＴ動作を開始する場合に、定抵抗モードで動作する負荷部の負荷設定値（電気抵抗の目標値）を所定の最大値から最小値へ漸次変化させているが、本発明はこの例に限定されない。本発明の他の実施形態では、ＭＰＰＴ動作を開始する場合に、定電流モードで動作する負荷部の負荷設定値（負荷電流の目標値）を所定の最小値から最大値へ漸次変化させ、その変化の過程で取得される電力の測定値に基づいて、最大電力が得られる負荷設定値（負荷電流の目標値）を特定してもよい。

上述した実施形態において例として挙げたＭＰＰＴの制御の方法（最大電力の動作点に追従させる方法）は一例であり、本発明の負荷装置は、これ以外の種々の方法を用いて最大電力の動作点に追従するように構成してもよい。また、ＭＰＰＴ制御の手順が所定の様式で記述されたスクリプト等を記憶部５０に格納し、制御部２０がこのスクリプト等に基づいて最大電力の動作点に追従する処理を実行してもよい。

上述した実施形態では、負荷電流ＩＬを制御する半導体素子としてバイポーラ型のトランジスタＱ１を用いているが、本発明はこれに限定されておらず、他の種類のトランジスタ（例えばＭＯＳＦＥＴ）を用いてもよい。

上述の実施形態では、負荷試験の対象として太陽電池を例に挙げているが、これに限らず、他の種々の装置の負荷試験に本発明の負荷装置は広く適用可能である。例えば、太陽電池の後段のＤＣ／ＤＣコンバータに本発明の負荷装置を接続し、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力が最大となるように負荷を制御してもよい。また、太陽電池の出力特性を模擬した電源装置を検査する場合の負荷として、本発明の負荷装置を用いてもよい。

１…太陽電池、１０…負荷部、１１…可変ゲインアンプ、１２，１３…ＤＡ変換回路、２０…制御部、２１…負荷制御部、２２…測定制御部、２３…表示制御部、３０…電圧測定回路、３１…ＡＤ変換回路、４０…電流測定回路、５０…記憶部、６０…表示部、６１…画面、６２…グラフ、６３…曲線、７０…入力部、８０…通信部、Ｑ１…トランジスタ、Ｒ１１〜Ｒ１６，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒｓ…抵抗、ＯＰ１１，ＯＰ３１…オペアンプ、Ｃｆ１…キャパシタ

本発明の第１の観点に係る負荷装置は、電源から入力される電流の経路に設けられた半導体素子を含み、入力される負荷制御信号に応じて前記半導体素子のインピーダンスを調節する負荷部と、前記電源から入力される電流、電圧、及び、電力の少なくとも１つを測定する測定部と、前記測定部の測定結果に基づいて、前記電源から入力される電力が最大となるように前記半導体素子のインピーダンスを調節する前記負荷制御信号を生成する負荷制御部とを有する。

本発明の第２の観点に係る負荷装置は、電源から入力される電流、電圧、及び、電力の少なくとも１つを測定し、前記電圧に応じた電圧検出信号を出力する測定部と、前記電源から入力される電流の経路に設けられた半導体素子と、入力される第１負荷制御信号と前記電圧検出信号との積に応じた信号を出力する乗算部と、入力される第２負荷制御信号と前記乗算部の出力信号との和に応じた電流が前記半導体素子に流れるように前記半導体素子のインピーダンスを調節する電流制御部とを含んだ負荷部と、前記測定部の測定結果に基づいて、前記電源から入力される電力が最大となるように前記半導体素子のインピーダンスを調節する前記第１負荷制御信号及び前記第２負荷制御信号を生成する負荷制御部とを有する。
前記負荷制御部は、前記第１負荷制御信号を一定値に保持するとともに前記第２負荷制御信号を変化させ、前記第２負荷制御信号の変化の前後における前記測定部の測定結果を取得し、前記取得した測定結果に基づいて、前記電源から入力される電力が増えた場合には前回と同じ方向に前記第２負荷制御信号を変化させ、前記電源から入力される電力が減った場合には前回と反対の方向に前記第２負荷制御信号を変化させる。

Claims (12)

1. 電源から入力される電流の経路に設けられた半導体素子を含み、入力される負荷制御信号に応じて前記半導体素子のインピーダンスを調節する負荷部と、
   前記電源から入力される電流、電圧、及び、電力の少なくとも１つを測定する測定部と、
   前記測定部の測定結果に基づいて、前記電源から入力される電力が最大となるように前記半導体素子のインピーダンスを調節する前記負荷制御信号を生成する負荷制御部と、
   を有する負荷装置。
2. 前記負荷制御部は、前記半導体素子のインピーダンスを変化させる前記負荷制御信号を生成し、前記インピーダンスの変化の前後における前記測定部の測定結果を取得し、前記取得した測定結果に基づいて、前記電源から入力される電力が増えた場合には前回と同じ方向に前記インピーダンスを変化させる前記負荷制御信号を生成し、前記電源から入力される電力が減った場合には前回と反対の方向に前記インピーダンスを変化させる前記負荷制御信号を生成する、
   請求項１に記載の負荷装置。
3. 前記負荷部は、前記半導体素子の電気抵抗、前記電源からの入力電流、又は、前記電源からの入力電圧が前記負荷制御信号に対応した目標値と等しくなるように前記半導体素子のインピーダンスを調節し、
   前記負荷制御部は、前記目標値を変化させる前記負荷制御信号を生成し、前記目標値の変化の前後における前記測定部の測定結果を取得し、前記取得した測定結果に基づいて、前記電源から入力される電力が増えた場合には前回と同じ方向に前記目標値を変化させる前記負荷制御信号を生成し、前記電源から入力される電力が減った場合には前回と反対の方向に前記目標値を変化させる前記負荷制御信号を生成する、
   請求項２に記載の負荷装置。
4. 前記負荷制御部は、前記電源から入力される電力が減った場合、前回と反対の方向に前記目標値を変化させる幅を、前回の目標値の変化幅より所定の割合だけ小さくするか、若しくは、前回の目標値の変化幅より所定値だけ小さくする、
   請求項３に記載の負荷装置。
5. 前記負荷制御部は、同一方向へ一定の変化幅で連続して前記目標値を変化させた回数が所定回数に達っした後、更に同じ方向へ前記目標値を変化させる場合、前記目標値の変化幅を前記一定の変化幅より所定の割合だけ大きくするか、若しくは、前記目標値の変化幅を前記一定の変化幅より所定値だけ大きくする、
   請求項４に記載の負荷装置。
6. 前記負荷制御部は、前記電源からの入力電力が最大化するように前記目標値を変化させる処理を開始する前に、前記半導体素子の電気抵抗の前記目標値を所定の最大値から最小値へ漸次変化させるか、若しくは、前記電源からの入力電流の前記目標値を所定の最小値から最大値へ漸次変化させる前記負荷制御信号を生成し、前記変化の途中で取得される前記測定部の測定結果に基づいて、前記電源からの入力電力が最大となる目標値を特定し、当該特定した目標値に基づいて、前記電源からの入力電力が最大化するように前記目標値を変化させる前記処理における前記目標値の初期値を決定する、
   請求項５に記載の負荷装置。
7. 前記測定部は、前記電源から入力される電圧に応じた電圧検出信号を出力し、
   前記負荷部は、
   入力される第１負荷制御信号と前記電圧検出信号との積に応じた信号を出力する乗算部と、
   入力される第２負荷制御信号と前記乗算部の出力信号との和に応じた電流が前記半導体素子に流れるように前記半導体素子のインピーダンスを調節する電流制御部と、
   を含み、
   前記負荷制御部は、前記第１負荷制御信号を一定値に保持するとともに前記第２負荷制御信号を変化させ、前記第２負荷制御信号の変化の前後における前記測定部の測定結果を取得し、前記取得した測定結果に基づいて、前記電源から入力される電力が増えた場合には前回と同じ方向に前記第２負荷制御信号を変化させ、前記電源から入力される電力が減った場合には前回と反対の方向に前記第２負荷制御信号を変化させる、
   請求項２に記載の負荷装置。
8. 前記負荷制御部は、前記電源から入力される電力が減った場合、前回と反対の方向に前記第２負荷制御信号を変化させる幅を、前回の前記第２負荷制御信号の変化幅より所定の割合だけ小さくするか、若しくは、前回の前記第２負荷制御信号の変化幅より所定値だけ小さくする、
   請求項７に記載の負荷装置。
9. 前記負荷制御部は、同一方向へ一定の変化幅で連続して前記第２負荷制御信号を変化させた回数が所定回数に達っした後、更に同じ方向へ前記第２負荷制御信号を変化させる場合、前記第２負荷制御信号の変化幅を前記一定の変化幅より所定の割合だけ大きくするか、若しくは、前記第２負荷制御信号の変化幅を前記一定の変化幅より所定値だけ大きくする、
   請求項８に記載の負荷装置。
10. 前記負荷制御部は、前記電源からの入力電力が最大化するように前記第２負荷制御信号を変化させる処理を開始する前に、前記半導体素子のインピーダンスが最大となる値から前記半導体素子のインピーダンスが最小となる値へ前記第２負荷制御信号を漸次変化させ、前記変化の途中で取得される前記測定部の測定結果に基づいて、前記電源からの入力電力が最大となる前記第２負荷制御信号の値を特定し、当該特定した値に基づいて、前記電源からの入力電力が最大化するように前記第２負荷制御信号を変化させる前記処理における前記第２負荷制御信号の初期値を決定する、
    請求項９に記載の負荷装置。
11. 前記測定部は、前記電源から入力される電流、電圧、及び、電力の少なくとも１つの測定結果が所定の範囲を逸脱したか否かを監視し、
    前記負荷制御部は、前記測定部において前記少なくとも１つの測定結果が前記所定の範囲を逸脱したと判定された場合、前記半導体素子の電流が遮断されるように前記負荷制御信号を生成する、
    請求項２乃至１０の何れか一項に記載の負荷装置。
12. 前記測定部は、前記電源から入力される電流、電圧、及び、電力の少なくとも１つの測定結果が所定の範囲を逸脱したか否かを監視し、
    前記測定部において前記少なくとも１つの測定結果が前記所定の範囲を逸脱したと判定された場合、前記電源の異常を知らせる信号を上位装置に送信する処理、及び／又は、前記電源の異常を表示装置の画面に表示する処理を実行する報知処理部を有する、
    請求項２乃至１１の何れか一項に記載の負荷装置。