JP3742423B1 - Charger - Google Patents

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Abstract

【課題】太陽電池によって電気二重層キャパシタ(以下、「キャパシタ」という)を充電する充電装置において、太陽電池によるキャパシタの充電効率を向上させるために、太陽電池からキャパシタへの電気エネルギーの流れを制御する。
【解決手段】充電装置10を、(a)少なくともスイッチ40を有し、そのスイッチの可変のデューティ比に応じて、太陽電池12からキャパシタ14に供給される電力を変換するDC−DCコンバータ32と、(b)キャパシタの充電電流を検出する検出回路50と、(c)その検出回路によって検出された充電電流Icは参照するが、キャパシタの充電電圧Vcは参照することなく、そのキャパシタの充電電流が実質的に極大化するようにデューティ比を決定し、その決定されたデューティ比が実現されるようにスイッチを制御するコントローラ60とを含むものとする。
【選択図】図1
In a charging device for charging an electric double layer capacitor (hereinafter referred to as “capacitor”) by a solar cell, the flow of electric energy from the solar cell to the capacitor is controlled in order to improve the charging efficiency of the capacitor by the solar cell. To do.
A charging device includes: (a) a DC-DC converter having at least a switch and converting electric power supplied from a solar cell to a capacitor in accordance with a variable duty ratio of the switch; , (B) a detection circuit 50 for detecting the charging current of the capacitor, and (c) a charging current Ic detected by the detecting circuit is referred to, but the charging voltage Vc of the capacitor is not referred to, and the charging current of the capacitor is referred to. And a controller 60 that controls the switch so as to realize the determined duty ratio.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、太陽電池によって電気二重層キャパシタを充電する技術に関し、特に、太陽電池による電気二重層キャパシタの充電効率を向上させるために、太陽電池から電気二重層キャパシタへの電気エネルギーの流れを制御する技術に関する。   The present invention relates to a technology for charging an electric double layer capacitor with a solar cell, and in particular, controls the flow of electric energy from the solar cell to the electric double layer capacitor in order to improve the charging efficiency of the electric double layer capacitor with the solar cell. Related to technology.

自然エネルギーを利用して電気エネルギーを発生させる発電素子の一例として太陽電池が存在する。また、そのような発電素子によって発生させられた電気エネルギーを蓄積する蓄電素子の一例として電気二重層キャパシタ(以下、単に「キャパシタ」という。)も存在する。   There is a solar cell as an example of a power generation element that uses natural energy to generate electrical energy. There is also an electric double layer capacitor (hereinafter simply referred to as “capacitor”) as an example of a storage element that stores electric energy generated by such a power generation element.

太陽電池によってキャパシタを充電するために、それら太陽電池とキャパシタとに充電装置が接続されて使用される。この充電装置の一例においては、太陽電池によるキャパシタの充電効率を増加させるために、太陽電池によって発電された直流電圧を変換してキャパシタに供給するコンバータが使用される。このコンバータの一例は、スイッチング型コンバータである。   In order to charge a capacitor with a solar cell, a charging device is connected to the solar cell and the capacitor. In an example of this charging device, a converter that converts a DC voltage generated by the solar cell and supplies the capacitor to the capacitor is used to increase the charging efficiency of the capacitor by the solar cell. An example of this converter is a switching converter.

一般に、太陽電池には、発電電力が発電電圧および発電電流に関して極大点を有するという特性がある。そのため、太陽電池を使用する場合には、太陽電池の発電電圧または発電電流が変化すると、それに伴って発電電力すなわち太陽電池の出力エネルギーが変化する。   Generally, a solar cell has a characteristic that generated power has a maximum point with respect to a generated voltage and a generated current. Therefore, when using a solar cell, when the power generation voltage or power generation current of the solar cell changes, the generated power, that is, the output energy of the solar cell changes accordingly.

一方、キャパシタには、それの充電状態すなわちキャパシタに蓄積されている電荷の量に応じて電圧が大きく変化するという特徴がある。この特徴は、キャパシタに固有のものであり、他の種類の蓄電素子には存在しない。   On the other hand, a capacitor is characterized in that the voltage changes greatly according to its charge state, that is, the amount of electric charge accumulated in the capacitor. This feature is unique to the capacitor and does not exist in other types of power storage elements.

以上説明した特性や特徴を有する太陽電池とキャパシタとに接続されて使用される充電装置の一従来例が存在する(例えば、特許文献1参照。)。この従来例は、スイッチ、コイルおよびダイオードを有するスイッチング型コンバータと、太陽電池の発電電流を検出する電流検出回路と、太陽電池の発電電圧を検出する電圧検出回路と、それらスイッチング型コンバータと電流検出回路と電圧検出回路とに接続されたコントローラとを含むように構成されている。   There is a conventional example of a charging device that is used by being connected to a solar cell and a capacitor having the characteristics and characteristics described above (see, for example, Patent Document 1). This conventional example includes a switching converter having a switch, a coil, and a diode, a current detection circuit that detects a power generation current of the solar battery, a voltage detection circuit that detects a power generation voltage of the solar battery, the switching converter and the current detection. A controller is connected to the circuit and the voltage detection circuit.

この従来例においては、そのコントローラが、電流検出回路によって検出された発電電流と、電圧検出回路によって検出された発電電圧とに基づき、太陽電池の発電電力が極大化するようにスイッチのデューティ比の最適値を決定する。このコントローラは、その決定されたデューティ比の最適値が実現されるように、スイッチのオンオフ状態を制御する。
特開2002−199614号公報
In this conventional example, the controller sets the duty ratio of the switch so that the generated power of the solar cell is maximized based on the generated current detected by the current detecting circuit and the generated voltage detected by the voltage detecting circuit. Determine the optimal value. This controller controls the on / off state of the switch so that the optimum value of the determined duty ratio is realized.
JP 2002-199614 A

この従来例においては、太陽電池の発電電力を極大化するために、その太陽電池につき、電圧と電流という2種類の物理量を検出しなければならない。そのため、それら2種類の物理量を検出するためのハードウエア構成が、1つの物理量を検出すれば足りる場合より複雑化し易い。   In this conventional example, in order to maximize the generated power of the solar cell, two types of physical quantities, voltage and current, must be detected for the solar cell. Therefore, the hardware configuration for detecting these two types of physical quantities is likely to be more complicated than when only one physical quantity needs to be detected.

さらに、この従来例においては、太陽電池の発電電力が極大化するようにスイッチのデューティ比を決定するために、(a)発電電力の極大化を実現する発電電圧と発電電流との関係を予め記憶しておき、その関係に従ってスイッチのデューティ比の最適値を決定する手法や、(b)発電電圧の検出値と発電電流の検出値との積として発電電力を計算し、その発電電力が極大化するようにスイッチのデューティ比の最適値を探索的に決定する手法を採用することが可能である。   Further, in this conventional example, in order to determine the duty ratio of the switch so that the generated power of the solar cell is maximized, (a) the relationship between the generated voltage and the generated current for realizing the maximized generated power is determined in advance. A method for determining the optimum value of the duty ratio of the switch in accordance with the relationship, and (b) calculating the generated power as the product of the detected value of the generated voltage and the detected value of the generated current, and the generated power is the maximum It is possible to employ a method of exploringly determining the optimum value of the duty ratio of the switch so that

しかしながら、この従来例においては、それら2種類の手法のいずれを採用するにしても、太陽電池につき、電圧、電流および電力という3つの物理量をいずれも可変値として取り扱わなければならない。そのため、スイッチのデューティ比の最適値を決定するための論理構成(電子回路の構成やソフトウエア構成)が、それより少ない数の物理量を可変値として取り扱えば足りる場合より複雑化し易い。   However, in this conventional example, regardless of which of these two types of methods is employed, all three physical quantities of voltage, current, and power must be handled as variable values for the solar cell. Therefore, the logic configuration (electronic circuit configuration or software configuration) for determining the optimum value of the duty ratio of the switch is more complicated than the case where it is sufficient to handle a smaller number of physical quantities as variable values.

以上説明した事情を背景として、本発明は、太陽電池によって電気二重層キャパシタを充電する技術において、太陽電池による電気二重層キャパシタの充電効率を向上させるために、太陽電池から電気二重層キャパシタへの電気エネルギーの流れを制御するスイッチのデューティ比をより正確に決定することを課題としてなされたものである。   Against the background described above, the present invention relates to a technology for charging an electric double layer capacitor by a solar cell, in order to improve the charging efficiency of the electric double layer capacitor by the solar cell, from the solar cell to the electric double layer capacitor. An object of the present invention is to more accurately determine the duty ratio of a switch that controls the flow of electric energy.

本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。   The following aspects are obtained by the present invention. Each aspect is divided into sections, each section is given a number, and is described in a form that cites other section numbers as necessary. This is to facilitate understanding of some of the technical features that the present invention can employ and combinations thereof, and the technical features that can be employed by the present invention and combinations thereof are limited to the following embodiments. Should not be interpreted. That is, it should be construed that it is not impeded to appropriately extract and employ the technical features described in the present specification as technical features of the present invention although they are not described in the following embodiments.

さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈すべきである。   Further, describing each section in the form of quoting the numbers of the other sections does not necessarily prevent the technical features described in each section from being separated from the technical features described in the other sections. It should not be construed as meaning, but it should be construed that the technical features described in each section can be appropriately made independent depending on the nature.

(1) 発電電力が発電電圧および発電電流に関して極大点を有する太陽電池によって電気二重層キャパシタを充電するために、それら太陽電池と電気二重層キャパシタとに接続されて使用される充電装置であって、
少なくともスイッチを有し、そのスイッチの可変のデューティ比に応じて、前記太陽電池から前記電気二重層キャパシタに供給される電力を変換するDC−DCコンバータと、
前記電気二重層キャパシタの充電電流を検出する検出回路と、
その検出回路によって検出された充電電流は参照するが、前記電気二重層キャパシタの充電電圧は参照することなく、その電気二重層キャパシタの充電電流が実質的に極大化するように前記デューティ比を決定し、その決定されたデューティ比が実現されるように前記スイッチを制御するコントローラと
を含む充電装置。
(1) A charging device that is used by being connected to a solar cell and an electric double layer capacitor in order to charge the electric double layer capacitor with a solar cell in which the generated power has a maximum point with respect to the generated voltage and the generated current. ,
A DC-DC converter having at least a switch and converting electric power supplied from the solar cell to the electric double layer capacitor according to a variable duty ratio of the switch;
A detection circuit for detecting a charging current of the electric double layer capacitor;
The duty ratio is determined so that the charging current of the electric double layer capacitor is substantially maximized without referring to the charging voltage of the electric double layer capacitor, while referring to the charging current detected by the detection circuit. And a controller that controls the switch so that the determined duty ratio is realized.

後に詳述するように、太陽電池からスイッチを経て電気二重層キャパシタ(以下、単に「キャパシタ」という。)に流れ込む電気エネルギーの瞬間値は、充電電圧と充電電流との積で表される。また、短い時間的範囲内で観察すれば、キャパシタの充電電圧はほぼ一定である。したがって、キャパシタに流れ込む電気エネルギーの量は、そのキャパシタに流れ込む電流すなわち充電電流に比例する。   As will be described in detail later, the instantaneous value of the electric energy flowing from the solar cell to the electric double layer capacitor (hereinafter simply referred to as “capacitor”) through the switch is represented by the product of the charging voltage and the charging current. Further, when observed within a short time range, the charging voltage of the capacitor is almost constant. Therefore, the amount of electrical energy flowing into the capacitor is proportional to the current flowing into the capacitor, that is, the charging current.

よって、短い時間的範囲内においては、キャパシタの充電電流さえ考慮すれば、それの充電電圧は考慮しなくても、キャパシタに流れ込む電気エネルギーが多いか少ないかという判定を十分に正確に行い得る。   Therefore, within a short time range, as long as the charging current of the capacitor is taken into consideration, it can be determined sufficiently accurately whether the electric energy flowing into the capacitor is large or small without considering the charging voltage.

以上説明した知見に基づき、本項に係る充電装置においては、検出回路によって検出されたキャパシタの充電電流は参照するが、そのキャパシタの充電電圧は参照することなく、スイッチのデューティ比が決定される。   Based on the knowledge described above, in the charging device according to this section, the charging current of the capacitor detected by the detection circuit is referred to, but the duty ratio of the switch is determined without referring to the charging voltage of the capacitor. .

したがって、この充電装置によれば、キャパシタの充電効率を向上させるために、太陽電池またはキャパシタにつき、電圧および電流という2種類の物理量を検出しなければならない場合より、必要な物理量を検出するためのハードウエア構成(例えば、検出回路)を単純化することが容易である。   Therefore, according to this charging device, in order to improve the charging efficiency of the capacitor, it is possible to detect a necessary physical quantity, compared to the case where two kinds of physical quantities, voltage and current, must be detected for a solar cell or a capacitor. It is easy to simplify the hardware configuration (for example, the detection circuit).

さらに、この充電装置によれば、キャパシタの充電効率を向上させるために、太陽電池またはキャパシタにつき、電圧、電流および電力という3つの物理量をいずれも可変値として取り扱うことが不要となり、その結果、スイッチのデューティ比の最適値を決定するための論理構成(電子回路の構成やソフトウエア構成)を単純化することも容易である。   Furthermore, according to this charging device, it is not necessary to treat all three physical quantities of voltage, current and power as variable values for the solar cell or the capacitor in order to improve the charging efficiency of the capacitor. It is also easy to simplify the logic configuration (electronic circuit configuration or software configuration) for determining the optimum value of the duty ratio.

ところで、この種の充電装置においては、太陽電池からキャパシタに取り込まれる電力が極大化すること、すなわち、キャパシタの充電電力が極大化することが究極的な目的である。これに対し、前述の従来例においては、太陽電池からキャパシタへの電気エネルギーの流れを制御するスイッチを太陽電池の発電電力が極大化するように制御すれば、キャパシタの充電電力も極大化するという線形的依存関係を前提とし、その前提のもと、太陽電池の発電電力が極大化するようにスイッチが制御される。   By the way, in this type of charging device, the ultimate purpose is to maximize the power taken into the capacitor from the solar cell, that is, to maximize the charging power of the capacitor. On the other hand, in the above-described conventional example, if the switch for controlling the flow of electric energy from the solar cell to the capacitor is controlled so that the generated power of the solar cell is maximized, the charging power of the capacitor is also maximized. Based on the assumption of linear dependence, the switch is controlled so that the power generated by the solar cell is maximized.

しかしながら、その依存関係がすべての充電装置において成立するとは限らない。例えば、充電装置のうち、太陽電池からキャパシタに電気エネルギーを供給する電気回路が線形回路として構成される環境においては、その線形的依存関係が成立する。これに対し、その電気回路が非線形素子(例えば、ダイオードを始めとする多くの半導体素子)を含む環境においては、その線形的依存関係が成立しない。そのため、前述の従来例を実施すると、太陽電池の発電電力は極大化するが、キャパシタの充電電力は極大化しないという事態が発生してしまう。   However, the dependency relationship is not necessarily established in all charging devices. For example, in an environment in which an electric circuit that supplies electric energy from a solar cell to a capacitor is configured as a linear circuit in the charging device, the linear dependency relationship is established. On the other hand, in an environment where the electric circuit includes a non-linear element (for example, many semiconductor elements including a diode), the linear dependence relationship is not established. For this reason, when the above-described conventional example is implemented, the generated power of the solar cell is maximized, but the charging power of the capacitor is not maximized.

これに対し、本項に係る充電装置においては、キャパシタの充電電流が実質的に極大化するようにスイッチのデューティ比が決定される。したがって、この充電装置によれば、太陽電池とキャパシタとの間の電気回路の特性にかかわらず、太陽電池からキャパシタに取り込まれる電力が極大化するという究極的な目的を確実に達成することが容易となる。   On the other hand, in the charging device according to this section, the duty ratio of the switch is determined so that the charging current of the capacitor is substantially maximized. Therefore, according to this charging device, regardless of the characteristics of the electric circuit between the solar cell and the capacitor, it is easy to reliably achieve the ultimate purpose of maximizing the power taken into the capacitor from the solar cell. It becomes.

本項における「DC−DCコンバータ」の一例は、スイッチと、コイルと、ダイオードとを含むように構成され、また、別の例は、スイッチと、コイルと、転流回路のトランジスタまたはFETとを含む同期整流方式として構成される。   An example of the “DC-DC converter” in this section is configured to include a switch, a coil, and a diode, and another example includes a switch, a coil, and a transistor or FET of a commutation circuit. It is configured as a synchronous rectification method.

(2) さらに、前記太陽電池の発電電圧を安定化させるためにその太陽電池に並列に接続されるコンデンサを含み、そのコンデンサの静電容量が前記電気二重層キャパシタの静電容量より小さい(1)項に記載の充電装置。 (2) Furthermore, in order to stabilize the power generation voltage of the solar cell, a capacitor connected in parallel to the solar cell is included, and the capacitance of the capacitor is smaller than the capacitance of the electric double layer capacitor (1 ) The charging device according to item.

この充電装置においては、スイッチのオフ状態においては、太陽電池からコンデンサへの電気エネルギーの放出が許可される。したがって、この充電装置によれば、スイッチのオンオフ動作にもかかわらず、太陽電池から電気エネルギーの放出が許可される結果、太陽電池の発電電圧すなわちコンデンサの端子電圧が安定化する。   In this charging device, the release of electrical energy from the solar cell to the capacitor is permitted when the switch is off. Therefore, according to this charging device, the generation of electric energy from the solar cell, that is, the terminal voltage of the capacitor is stabilized as a result of permitting the release of electric energy from the solar cell regardless of the on / off operation of the switch.

したがって、この充電装置によれば、スイッチのオンオフ動作にもかかわらず、太陽電池の発電電圧が安定化し、ひいては、キャパシタの充電電圧も安定化し、このことは、キャパシタの充電電圧を検出することなくそのキャパシタの充電電力の極大化を精度よく行うために有効に寄与する。   Therefore, according to this charging device, the generated voltage of the solar cell is stabilized in spite of the on / off operation of the switch, and thus the charging voltage of the capacitor is also stabilized, which is possible without detecting the charging voltage of the capacitor. It contributes effectively to maximize the charging power of the capacitor with high accuracy.

(3) 前記コントローラは、
前記充電電流を記憶する記憶部と、
前記充電電流に基づいて前記デューティ比を決定する決定部と
を含む(1)または(2)項に記載の充電装置。
(3) The controller
A storage unit for storing the charging current;
The charging device according to (1) or (2), including: a determination unit that determines the duty ratio based on the charging current.

(4) 前記記憶部は、前記検出回路による充電電流の検出値をデジタルデータとして記憶するデジタルメモリを含む(3)項に記載の充電装置。 (4) The charging device according to (3), wherein the storage unit includes a digital memory that stores a detection value of the charging current by the detection circuit as digital data.

(5) 前記記憶部は、前記検出回路による充電電流の検出値をアナログ信号として記憶するアナログメモリを含む(3)項に記載の充電装置。 (5) The charging device according to (3), wherein the storage unit includes an analog memory that stores a detected value of the charging current by the detection circuit as an analog signal.

(6) 前記アナログメモリは、指令されたサンプリングタイミングで、前記検出回路による充電電流の検出値をサンプリングして保持するサンプルホールド回路を含む(5)項に記載の充電装置。 (6) The charging device according to (5), wherein the analog memory includes a sample and hold circuit that samples and holds a detected value of the charging current by the detection circuit at a commanded sampling timing.

(7) 前記アナログメモリは、前記検出回路による充電電流の検出値を互いに異なるサンプリングタイミングでそれぞれサンプリングして保持する少なくとも2個のサンプルホールド回路を含み、
前記決定部は、それら少なくとも2個のサンプルホールド回路によってそれぞれ保持された少なくとも2個の検出値のうちの現在検出値を表すアナログ電圧信号と、少なくとも1個の過去検出値を表すアナログ電圧信号とを互いに比較する電圧比較回路を含み、その比較結果に基づいて前記デューティ比を決定する(6)項に記載の充電装置。
(7) The analog memory includes at least two sample and hold circuits that sample and hold the detection values of the charging current by the detection circuit at different sampling timings, respectively.
The determination unit includes an analog voltage signal representing a current detection value of at least two detection values respectively held by the at least two sample hold circuits, and an analog voltage signal representing at least one past detection value. The charging device according to item (6), including a voltage comparison circuit that compares the duty ratios with each other and determining the duty ratio based on the comparison result.

(8) 前記アナログメモリは、前記検出回路による充電電流の検出値をサンプリングタイミングでサンプリングして、過去検出値として保持するサンプルホールド回路を含み、
前記決定部は、そのサンプルホールド回路によって保持された過去検出値を表すアナログ電圧信号と、前記検出回路による充電電流の現在検出値を表すアナログ電圧信号とを互いに比較する電圧比較回路を含み、その比較結果に基づいて前記デューティ比を決定する(6)項に記載の充電装置。
(8) The analog memory includes a sample-and-hold circuit that samples a detection value of the charging current by the detection circuit at a sampling timing and holds it as a past detection value,
The determination unit includes a voltage comparison circuit that compares an analog voltage signal representing a past detection value held by the sample hold circuit with an analog voltage signal representing a current detection value of a charging current by the detection circuit, and The charging device according to (6), wherein the duty ratio is determined based on a comparison result.

(9) 前記決定部は、前記デューティ比の最適値を探索的に決定するために、前記デューティ比を離散的に強制的に変更する強制的変更サイクルを反復し、各回の強制的変更サイクルにおいては、前記デューティ比の強制的変更に対する前記充電電流の応答に応じ、前記充電電流が実質的に極大化するように前記デューティ比を決定する(3)ないし(8)項のいずれかに記載の充電装置。 (9) The determination unit repeats a forced change cycle for discretely and forcibly changing the duty ratio in order to exploratively determine the optimum value of the duty ratio, and in each forced change cycle The method according to any one of (3) to (8), wherein the duty ratio is determined so that the charging current is substantially maximized according to a response of the charging current to the forced change of the duty ratio. Charging device.

本項に係る充電装置の一具体例においては、スイッチのデューティ比の強制的変更(増加または減少)に対するキャパシタの充電電流の応答(増加または減少)の勾配が、その充電電流がそれの極大値に近づくにつれて減少するという事実に着目し、デューティ比の最適値が探索的に決定される。   In one specific example of the charging device according to this section, the slope of the response (increase or decrease) of the capacitor charging current to the forced change (increase or decrease) of the switch duty ratio is the maximum value of the charge current. Focusing on the fact that it decreases as it approaches, the optimal value of the duty ratio is determined exploratoryly.

具体的には、例えば、前記決定部が各回の強制的変更サイクルにおいて、スイッチのデューティ比の強制的変更(増加または減少)に対するキャパシタの充電電流の応答(増加または減少)が、今回の強制的変更の向きと同じ向きを有する場合には、次回の強制的変更を今回の強制的変更と同じ向きで行い、また、充電電流の応答が実質的に0である場合には、充電電流の今回値が実質的に極大値であるとして、次回の強制的変更を省略し、また、充電電流の応答が、今回の強制的変更の向きとは逆向きを有する場合には、次回の強制的変更を今回の強制的変更とは逆向きで行う。 Specifically, for example, in each forcible change cycle, the determination unit determines whether the response (increase or decrease) of the capacitor charging current to the forced change (increase or decrease) of the switch duty ratio is the current forced change cycle. The next forced change is made in the same direction as the current forced change, and if the charge current response is substantially zero, the charge current Assuming that the current value is a local maximum, the next forced change is omitted, and if the charge current response is opposite to the direction of the current forced change, the next forced change Make changes in the opposite direction of the forced changes.

(10) 前記決定部は、前記各回の強制的変更サイクルにおいて、今回の強制的変更が行われる前に前記検出回路によって検出された充電電流である前回検出値と、今回の強制的変更が行われた後に前記検出回路によって検出された充電電流である今回検出値とを互いに比較し、その比較結果を用いて前記充電電流の応答を監視する(9)項に記載の充電装置。 (10) In each of the forced change cycles, the determination unit performs a previous detection value that is a charging current detected by the detection circuit before the current forced change is performed, and a current forced change. (9) The charging device according to item (9), in which the current detection value, which is the charging current detected by the detection circuit after being detected, is compared with each other, and the response of the charging current is monitored using the comparison result.

本項に係る充電装置の一具体例においては、前記決定部が、各回の強制的変更サイクルにおいて、キャパシタの充電電流に関する前回検出値と今回検出値との大小関係を判定し、両者が互いに一致しない場合には、今回検出値の前回検出値からの変化状態(変化方向と変化量とのうち少なくとも変化量を含む。)を、今回の強制的変更に対する充電電流の応答として監視し、次回の強制的変更サイクルにおいて、その監視された変化状態に基づき、デューティ比の今回の強制的変更の内容を決定する。   In a specific example of the charging device according to this section, the determination unit determines a magnitude relationship between the previous detection value and the current detection value regarding the charging current of the capacitor in each forced change cycle, and the two coincide with each other. If not, the change state of the current detection value from the previous detection value (including at least the change amount between the change direction and the change amount) is monitored as a response of the charging current to the current forced change, and the next time In the forced change cycle, the content of the current forced change of the duty ratio is determined based on the monitored change state.

(11) 前記記憶部は、
前記検出回路による充電電流の検出値を互いに異なるサンプリングタイミングでサンプリングして保持する第1および第2のサンプルホールド回路と、
それら第1および第2のサンプルホールド回路による検出値のサンプリングが交互に行われるように、各サンプルホールド回路による検出値のサンプリングタイミングをそれぞれ決定するタイミング回路と
を含み、
前記決定部は、
前記第1および第2のサンプルホールド回路にそれぞれ保持された2個の検出値を互いに比較する比較回路と、
前記デューティ比の変更履歴を記憶する記憶回路と、
その記憶回路に記憶された変更履歴と、前記比較回路による比較結果とに基づき、予め定められた規則に従い、前記デューティ比の今回値を決定する論理回路と
を含む(3)ないし(10)項のいずれかに記載の充電装置。
(11) The storage unit
First and second sample-and-hold circuits that sample and hold the detected value of the charging current by the detection circuit at different sampling timings;
A timing circuit that determines the sampling timing of the detection value by each sample-and-hold circuit so that the detection values are sampled alternately by the first and second sample-hold circuits,
The determination unit
A comparison circuit for comparing the two detection values held in the first and second sample and hold circuits with each other;
A storage circuit for storing a change history of the duty ratio;
A logic circuit that determines a current value of the duty ratio in accordance with a predetermined rule based on a change history stored in the storage circuit and a comparison result by the comparison circuit; (3) to (10) The charging apparatus in any one of.

(12) 前記記憶部は、
前記検出回路による充電電流の検出値を保持するサンプルホールド回路と、
そのサンプルホールド回路による検出値のサンプリングタイミングを決定するタイミング回路と
を含み、
前記決定部は、
前記サンプルホールド回路によって保持された検出値と、前記検出回路による充電電流の検出値の最新値とを互いに比較する比較回路と、
前記デューティ比の変更履歴を記憶する記憶回路と、
その記憶回路に記憶された変更履歴と、前記比較回路による比較結果とに基づき、予め定められた規則に従い、前記デューティ比の今回値を決定する論理回路と
を含む(3)ないし(10)項のいずれかに記載の充電装置。
(12) The storage unit
A sample-and-hold circuit that holds a detection value of the charging current by the detection circuit;
A timing circuit for determining the sampling timing of the detection value by the sample and hold circuit,
The determination unit
A comparison circuit that compares the detection value held by the sample hold circuit with the latest value of the detection value of the charging current detected by the detection circuit;
A storage circuit for storing a change history of the duty ratio;
A logic circuit that determines a current value of the duty ratio in accordance with a predetermined rule based on a change history stored in the storage circuit and a comparison result by the comparison circuit; (3) to (10) The charging apparatus in any one of.

(13) 前記コントローラは、さらに、前記決定されたデューティ比が実現されるように前記スイッチを制御するスイッチ制御回路を含む(1)ないし(12)項のいずれかに記載の充電装置。 (13) The charging device according to any one of (1) to (12), wherein the controller further includes a switch control circuit that controls the switch so that the determined duty ratio is realized.

(14) 前記スイッチ制御回路は、前記コントローラのコンピュータからの信号に基づき、前記スイッチをオン状態とオフ状態とに切り替える(13)項に記載の充電装置。 (14) The charging device according to (13), wherein the switch control circuit switches the switch between an on state and an off state based on a signal from a computer of the controller.

(15) 前記スイッチ制御回路は、
前記スイッチに電気的に接続され、そのスイッチをオン状態とオフ状態とに切り替える切替回路と、
その切替回路に電気的に接続され、前記コントローラによって決定されたデューティ比に応じてカウンタ値が設定され、その設定されたカウンタ値に応じて、前記切替回路が前記スイッチをオン状態に維持する時間の長さを変化させるカウンタ回路と
を含む(13)項に記載の充電装置。
(15) The switch control circuit includes:
A switching circuit that is electrically connected to the switch and switches the switch between an on state and an off state;
The counter value is set in accordance with the duty ratio determined by the controller and is electrically connected to the switching circuit, and the switching circuit keeps the switch in the ON state in accordance with the set counter value. And a counter circuit that changes the length of the charging device according to item (13).

(16) 前記スイッチ制御回路は、
三角波信号を生成する発振回路と、
その発振回路と前記スイッチとに電気的に接続され、前記発振回路によって生成された三角波信号をしきいレベルで2値化することにより、オン信号とオフ信号とを選択的に生成して前記スイッチに出力する2値化回路と、
その2値化回路に電気的に接続され、前記コントローラによって決定されたデューティ比に応じて、前記しきいレベルを表す信号を生成して前記2値化回路に出力するしきいレベル信号生成回路と
を含む(13)項に記載の充電装置。
(16) The switch control circuit includes:
An oscillation circuit for generating a triangular wave signal;
The switch is electrically connected to the oscillation circuit and the switch, and the triangular wave signal generated by the oscillation circuit is binarized at a threshold level to selectively generate an on signal and an off signal, and the switch A binarization circuit that outputs to
A threshold level signal generation circuit which is electrically connected to the binarization circuit and generates a signal representing the threshold level according to a duty ratio determined by the controller and outputs the signal to the binarization circuit; (13) The charging device according to item.

(17) 前記コントローラは、前記デューティ比の最新値を決定した後、予め定められた条件が成立するまで、前記デューティ比を保持する保持部を含む(1)ないし(16)項のいずれかに記載の充電装置。 (17) The controller includes a holding unit that holds the duty ratio until a predetermined condition is satisfied after the latest value of the duty ratio is determined. The charging device described.

スイッチのデューティ比の最新値が決定されてそれが実現されると、充電装置の動作状態が過渡状態に移行する。その過渡状態が整定するまでに時間がかかり、その整定前にキャパシタの充電電流を検出してその検出値を用いて新たなデューティ比を決定すると、その決定精度が低下してしまう可能性がある。   When the latest value of the duty ratio of the switch is determined and realized, the operating state of the charging device shifts to a transient state. It takes time until the transient state is settled, and if the charging current of the capacitor is detected before the settling and a new duty ratio is determined using the detected value, the determination accuracy may be lowered. .

これに対し、本項に係る充電装置においては、デューティ比の最新値が決定された後、予め定められた条件が成立するまで、デューティ比が保持される。したがって、この充電装置によれば、スイッチのオンオフ動作に起因して当該充電装置が一時的に過渡状態に移行するにもかかわらず、その過渡状態に起因した次回のデューティ比の決定精度の低下を抑制することが可能となる。   On the other hand, in the charging device according to this section, after the latest value of the duty ratio is determined, the duty ratio is maintained until a predetermined condition is satisfied. Therefore, according to this charging device, although the charging device temporarily shifts to a transient state due to the on / off operation of the switch, the accuracy of determining the next duty ratio due to the transient state is reduced. It becomes possible to suppress.

(18) 前記コントローラは、前記検出回路によって検出される充電電流が上限値を超えないように前記デューティ比を決定する電流制限部を含む(1)ないし(17)項のいずれかに記載の充電装置。 (18) The charging according to any one of (1) to (17), wherein the controller includes a current limiting unit that determines the duty ratio so that a charging current detected by the detection circuit does not exceed an upper limit value. apparatus.

(19) 前記DC−DCコンバータは、降圧型である(1)ないし(18)項のいずれかに記載の充電装置。 (19) The charging device according to any one of (1) to (18), wherein the DC-DC converter is a step-down type.

この充電装置によれば、太陽電池の発電電圧を降圧されてキャパシタに印加することにより、太陽電池の発電電流を増加させてキャパシタに供給することが可能となる。その結果、キャパシタの充電効率を向上させることが可能となる。   According to this charging device, the generated voltage of the solar cell is stepped down and applied to the capacitor, so that the generated current of the solar cell can be increased and supplied to the capacitor. As a result, the charging efficiency of the capacitor can be improved.

以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, some of more specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1には、本発明の第1実施形態に従う充電装置10が太陽電池12および電気二重層キャパシタ(以下、単に「キャパシタ」という。)14と共に電気回路図で示されている。図1には、さらに、太陽電池12によって生成された電気エネルギーを消費する負荷16も示されている。   FIG. 1 shows an electric circuit diagram of a charging device 10 according to a first embodiment of the present invention together with a solar cell 12 and an electric double layer capacitor (hereinafter simply referred to as “capacitor”) 14. FIG. 1 also shows a load 16 that consumes the electrical energy generated by the solar cell 12.

図1に示すように、充電装置10は、正極ライン20と負極ライン22とを有している。正極ライン20は、両端にそれぞれ外部端子24,26,28,30を有している。充電装置10は、正極ライン20の外部端子24と負極ライン22の外部端子28とにおいてそれぞれ、太陽電池12の正極端子と負極端子とに電気的に接続されている。さらに、この充電装置10は、正極ライン20の外部端子26と負極ライン22の外部端子30とにおいてそれぞれ、キャパシタ14の正極端子と負極端子とに電気的に接続されている。   As shown in FIG. 1, the charging device 10 has a positive electrode line 20 and a negative electrode line 22. The positive electrode line 20 has external terminals 24, 26, 28, and 30 at both ends. The charging device 10 is electrically connected to the positive terminal and the negative terminal of the solar cell 12 at the external terminal 24 of the positive line 20 and the external terminal 28 of the negative line 22, respectively. Further, the charging device 10 is electrically connected to the positive terminal and the negative terminal of the capacitor 14 at the external terminal 26 of the positive line 20 and the external terminal 30 of the negative line 22, respectively.

図1においては、太陽電池12の発電電圧は「Vs」、発電電流は「Is」でそれぞれ表記される一方、キャパシタ14の充電電圧は「Vc」、充電電流は「Ic」でそれぞれ表記されている。   In FIG. 1, the generated voltage of the solar cell 12 is expressed as “Vs” and the generated current is expressed as “Is”, while the charging voltage of the capacitor 14 is expressed as “Vc” and the charging current is expressed as “Ic”. Yes.

太陽電池12は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する。この太陽電池12には、太陽光の照度に応じて発電電力が変化するという特性がある。この太陽電池12には、さらに、図2にグラフで表すように、発電電力が発電電圧Vsおよび発電電流Isに関して極大点を有するという特性もある。そのため、この太陽電池12を使用する場合には、太陽電池12の発電電圧Vsまたは発電電流Isが変化すると、それに伴って発電電力すなわち太陽電池の出力エネルギーが変化する。   The solar cell 12 converts solar energy into electric energy. The solar cell 12 has a characteristic that the generated power changes according to the illuminance of sunlight. The solar cell 12 also has a characteristic that the generated power has a maximum point with respect to the generated voltage Vs and the generated current Is, as shown in the graph of FIG. Therefore, when this solar cell 12 is used, when the generated voltage Vs or the generated current Is of the solar cell 12 changes, the generated power, that is, the output energy of the solar cell changes accordingly.

図2には、太陽光の照度が一定である条件で、発電電圧Vsおよび発電電流Isが変化する特性がグラフで表されている。図2においてグラフと直線Aとの交点は、負荷16の抵抗が最適であるために、発電電流Isと発電電圧Vsとの積すなわち発電電力が極大値であることを示している。また、図2においてグラフと直線Bとの交点は、負荷16の抵抗が大き過ぎるために、発電電力が極大値ではないことを示している。また、図2においてグラフと直線Cとの交点は、負荷16の抵抗が小さ過ぎるために、発電電力が極大値ではないことを示している。   FIG. 2 is a graph showing characteristics in which the generated voltage Vs and the generated current Is change under the condition that the illuminance of sunlight is constant. In FIG. 2, the intersection of the graph and the straight line A indicates that the product of the generated current Is and the generated voltage Vs, that is, the generated power is a maximum value because the resistance of the load 16 is optimal. Further, in FIG. 2, the intersection of the graph and the straight line B indicates that the generated power is not the maximum value because the resistance of the load 16 is too large. Further, in FIG. 2, the intersection of the graph and the straight line C indicates that the generated power is not the maximum value because the resistance of the load 16 is too small.

キャパシタ14は、太陽電池12によって生成された電気エネルギーを蓄積する。このキャパシタ14には、それの充電状態すなわちキャパシタ14に蓄積されている電荷の量に応じて電圧が大きく変化するという特徴がある。この特徴は、キャパシタ14に固有のものであり、他の種類の蓄電素子には存在しない。   The capacitor 14 stores the electrical energy generated by the solar cell 12. The capacitor 14 is characterized in that the voltage varies greatly depending on the state of charge thereof, that is, the amount of charge accumulated in the capacitor 14. This feature is unique to the capacitor 14 and does not exist in other types of power storage elements.

このキャパシタ14は、蓄積可能なエネルギーを増加させるため、図1に示すように、複数個の個別キャパシタの直列接続によって構成されている。蓄積可能なエネルギーをさらに増加させることが必要である場合には、このキャパシタ14は、複数個の個別キャパシタの並列回路が複数個、互いに直列に接続されることによって構成することが可能である。   In order to increase the energy that can be stored, the capacitor 14 is composed of a plurality of individual capacitors connected in series as shown in FIG. In the case where it is necessary to further increase the energy that can be stored, the capacitor 14 can be configured by connecting a plurality of parallel circuits of a plurality of individual capacitors in series with each other.

図1に示すように、充電装置10は、降圧型のDC−DCコンバータ(以下、単に「コンバータ」という。)32を備えている。   As shown in FIG. 1, the charging device 10 includes a step-down DC-DC converter (hereinafter simply referred to as “converter”) 32.

コンバータ32は、チョッパ式のスイッチ(例えば、半導体スイッチ)40と、コイル(インダクタ)42と、ダイオード(フライホール・ダイオード)44とを含んでいる。スイッチ40とコイル42とは、それらの順に正極ライン20において互いに直列に接続されている。ダイオード44は、正極ライン20のうちスイッチ40とコイル42との間の部分から延びて負極ライン22に至る中間ライン46の途中に接続されている。   The converter 32 includes a chopper type switch (for example, a semiconductor switch) 40, a coil (inductor) 42, and a diode (flyhole diode) 44. The switch 40 and the coil 42 are connected in series with each other in the positive electrode line 20 in that order. The diode 44 is connected to an intermediate line 46 extending from a portion of the positive electrode line 20 between the switch 40 and the coil 42 and reaching the negative electrode line 22.

このコンバータ32は、太陽電池12の発電電圧Vsより低い電圧がキャパシタ14に印加される一方、太陽電池12の発電電流Isより大きい電流がキャパシタ14に供給されるように、太陽電池12からキャパシタ14に供給される電力を変換する機能を有する。   In this converter 32, a voltage lower than the power generation voltage Vs of the solar cell 12 is applied to the capacitor 14, while a current larger than the power generation current Is of the solar cell 12 is supplied to the capacitor 14. Has a function of converting the power supplied to the.

このコンバータ32は、よく知られているように、スイッチ40のオンオフによって発生した方形波(断続波形)を平滑化する方式である。この方式は、入力電圧、すなわち、太陽電池12の発電電圧Vsより出力電圧、すなわち、キャパシタ14の充電電圧Vcが低い場合に採用される。   As is well known, this converter 32 is a method of smoothing a square wave (intermittent waveform) generated by turning on and off the switch 40. This method is employed when the output voltage, that is, the charging voltage Vc of the capacitor 14 is lower than the input voltage, that is, the generated voltage Vs of the solar battery 12.

このコンバータ32においては、スイッチ40がオン(導通)状態にある期間に、太陽電池12の電気エネルギーがスイッチ40を経てコイル42に磁気エネルギーとして蓄積される。その後、スイッチ40がオフ(遮断)状態に切り換えられると、コイル42、キャパシタ14およびダイオード44から成る閉回路により、コイル42に蓄積された磁気エネルギーが電気エネルギーに変換されてキャパシタ14に供給される。スイッチ40のオンオフを繰り返すことにより、太陽電池12の電気エネルギーがキャパシタ14に供給され、それにより、太陽電池12によってキャパシタ14が充電される。   In the converter 32, the electrical energy of the solar cell 12 is stored as magnetic energy in the coil 42 via the switch 40 during a period in which the switch 40 is in an on (conducting) state. Thereafter, when the switch 40 is switched to an off (cut-off) state, the magnetic energy stored in the coil 42 is converted into electric energy by the closed circuit including the coil 42, the capacitor 14, and the diode 44 and supplied to the capacitor 14. . By repeatedly turning the switch 40 on and off, the electric energy of the solar cell 12 is supplied to the capacitor 14, whereby the capacitor 14 is charged by the solar cell 12.

この際、キャパシタ14の充電電圧Vcは、スイッチ40のデューティ比、すなわち、スイッチ40がオンしている導通時間TONを、その導通時間TONと非導通時間TOFFとの和で割り算した値に基づいて太陽電池12の発電電圧Vsが降圧された高さを有する。発電電圧Vsが降圧された電圧が充電電圧Vcとなれば、それと引き換えに、太陽電池12の発電電流Isが増加させられた電流がキャパシタ14の充電電流Icとなる。 At this time, the charging voltage Vc of the capacitor 14 is a value obtained by dividing the duty ratio of the switch 40, that is, the conduction time T ON when the switch 40 is turned on by the sum of the conduction time T ON and the non-conduction time T OFF. The generated voltage Vs of the solar cell 12 has a reduced height based on the above. If the voltage obtained by stepping down the generated voltage Vs becomes the charging voltage Vc, the current obtained by increasing the generated current Is of the solar battery 12 becomes the charging current Ic of the capacitor 14 in return.

すなわち、コンバータ32は、太陽電池12とキャパシタ14との間において、電圧/電流の変換(電力変換)を行い、具体的には、太陽電池12とキャパシタ14との間において電力が保存されるという条件のもと、太陽電池12における高電圧かつ小電流の電気を、キャパシタ14における低電圧かつ大電流の電気に変換する。それにより、太陽電池12によるキャパシタ14の充電効率が向上する。   That is, the converter 32 performs voltage / current conversion (power conversion) between the solar cell 12 and the capacitor 14, and specifically, the power is stored between the solar cell 12 and the capacitor 14. Under the conditions, high voltage and small current electricity in the solar cell 12 is converted into low voltage and large current electricity in the capacitor 14. Thereby, the charging efficiency of the capacitor 14 by the solar cell 12 is improved.

図1に示すように、充電装置10は、さらに、コンバータ32より上流側においてコンデンサ48を備えている。このコンデンサ48は、正極ライン20と負極ライン22とにそれぞれ接続される状態で、太陽電池12に並列に接続されている。このコンデンサ48は、スイッチ40のオフ状態において、太陽電池12からの電気エネルギーの放出を許可するとともに、その放出された電気エネルギーを一時的に蓄積する。これに対し、このコンデンサ48は、スイッチ40のオン状態においては、このコンデンサ48に蓄積された電気エネルギーを、太陽電池12によって生成された電気エネルギーと共に、スイッチ40を経由してキャパシタ14に送り出す。   As shown in FIG. 1, the charging device 10 further includes a capacitor 48 on the upstream side of the converter 32. The capacitor 48 is connected in parallel to the solar cell 12 in a state of being connected to the positive electrode line 20 and the negative electrode line 22. The capacitor 48 allows the electric energy to be discharged from the solar cell 12 and temporarily stores the discharged electric energy when the switch 40 is in the OFF state. On the other hand, the capacitor 48 sends the electrical energy accumulated in the capacitor 48 to the capacitor 14 via the switch 40 together with the electrical energy generated by the solar cell 12 when the switch 40 is in the ON state.

仮に充電装置10がコンデンサ48を備えていないとすると、スイッチ40のオフ状態においては、太陽電池12から電気エネルギーの放出が阻止される。そのため、太陽電池12の発電電圧Vsは、スイッチ40のオフ状態においては、図2に示す太陽電池12の特性曲線のうち無負荷状態に対応する部分によって表される電圧となり、一方、スイッチ40のオン状態においては、太陽電池12の特性曲線のうちスイッチ40に流れる電流の量に対応する部分によって表される電圧となる。そのため、スイッチ40のオフ状態においてもオン状態においても、太陽電池12は、その太陽電池12から取り出される電気エネルギーが極大化する最適負荷状態にならない。   If the charging device 10 does not include the capacitor 48, the release of electric energy from the solar cell 12 is prevented when the switch 40 is in the OFF state. Therefore, the power generation voltage Vs of the solar cell 12 is a voltage represented by a portion corresponding to the no-load state in the characteristic curve of the solar cell 12 shown in FIG. In the ON state, the voltage is represented by a portion corresponding to the amount of current flowing through the switch 40 in the characteristic curve of the solar cell 12. Therefore, regardless of whether the switch 40 is in an off state or an on state, the solar cell 12 is not in an optimal load state in which electric energy extracted from the solar cell 12 is maximized.

これに対し、本実施形態においては、図1に示すように、充電装置10がコンデンサ48を備えているため、スイッチ40のオフ状態においては、太陽電池12からコンデンサ48への電気エネルギーの放出が許可される。したがって、本実施形態によれば、スイッチ40のオンオフ制御にもかかわらず、太陽電池12から電気エネルギーの放出が許可される結果、太陽電池12の発電電圧Vsすなわちコンデンサ48の端子電圧が安定化する。よって、太陽電池12を、その太陽電池12から取り出される電気エネルギーが極大化する最適負荷状態に維持することが可能となる。   On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, since the charging device 10 includes the capacitor 48, the electrical energy is released from the solar cell 12 to the capacitor 48 in the off state of the switch 40. Allowed. Therefore, according to the present embodiment, as a result of permitting the release of electric energy from the solar cell 12 despite the on / off control of the switch 40, the generated voltage Vs of the solar cell 12, that is, the terminal voltage of the capacitor 48 is stabilized. . Therefore, it becomes possible to maintain the solar cell 12 in the optimum load state in which the electric energy extracted from the solar cell 12 is maximized.

以上要するに、このコンデンサ48は、スイッチ40のオンオフ動作にもかかわらず、太陽電池12の発電電圧Vsを安定化させる機能を有するのである。この機能を果たすためには、スイッチ40のデューティ比制御の1サイクルの間にコンデンサ48の電圧が敏感に変化することが必要であるため、このコンデンサ48は、キャパシタ14より小さい静電容量を有している。このコンデンサ48の静電容量は、スイッチ40のスイッチング周期T(例えば、10μsの長さ、スイッチ40のオン状態において太陽電池12からスイッチ40を経て流出する電流の量等に応じて設定される。 In short, the capacitor 48 has a function of stabilizing the power generation voltage Vs of the solar cell 12 regardless of the on / off operation of the switch 40. In order to perform this function, the voltage of the capacitor 48 needs to change sensitively during one cycle of duty ratio control of the switch 40. Therefore, the capacitor 48 has a capacitance smaller than that of the capacitor 14. is doing. The capacitance of the capacitor 48 is set according to the length of the switching period T (for example, 10 μs ) of the switch 40, the amount of current flowing out from the solar cell 12 through the switch 40 in the ON state of the switch 40, and the like. .

図1に示すように、充電装置10は、さらに、キャパシタ14の充電電流Icを検出する検出回路50を備えている。   As shown in FIG. 1, the charging device 10 further includes a detection circuit 50 that detects a charging current Ic of the capacitor 14.

検出回路50は、キャパシタ14を流れる電流すなわち充電電流Icの量を検出するために、負極ライン22のうちキャパシタ14の負極端子との接続点と接地点との間の部分に接続された電流検出抵抗52を備えている。その電流検出抵抗52は、キャパシタ14を流れる電流を電圧に変換する機能を有する。   The detection circuit 50 detects the current flowing through the capacitor 14, that is, the amount of the charging current Ic, by detecting the current connected to the portion of the negative line 22 between the connection point of the negative terminal of the capacitor 14 and the ground point. A resistor 52 is provided. The current detection resistor 52 has a function of converting a current flowing through the capacitor 14 into a voltage.

検出回路50は、さらに、その電流検出抵抗52の電圧を一定倍率で増幅するアンプ(直流増幅器)54を備えている。そのアンプ54は、キャパシタ14の充電電流Icを表すアナログ信号を出力する。そのアンプ54から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するために、充電装置10は、A−Dコンバータ56を備えている。   The detection circuit 50 further includes an amplifier (DC amplifier) 54 that amplifies the voltage of the current detection resistor 52 at a constant magnification. The amplifier 54 outputs an analog signal representing the charging current Ic of the capacitor 14. In order to convert the analog signal output from the amplifier 54 into a digital signal, the charging apparatus 10 includes an AD converter 56.

図1に示すように、充電装置10は、さらに、コントローラ60を備えている。このコントローラ60は、図3にブロック図で概念的に表すように、コンピュータ70を主体として構成されている。そのコンピュータ70は、CPU72とROM74とRAM76とがバス78によって互いに接続されて構成されている。コントローラ60は、さらに、I/Oインタフェース80を備えており、そのI/Oインタフェース80を介してコンピュータ70はスイッチ40とA−Dコンバータ56とに電気的に接続されている。   As shown in FIG. 1, the charging device 10 further includes a controller 60. The controller 60 is mainly composed of a computer 70 as conceptually shown in a block diagram in FIG. The computer 70 includes a CPU 72, a ROM 74, and a RAM 76 that are connected to each other via a bus 78. The controller 60 further includes an I / O interface 80, and the computer 70 is electrically connected to the switch 40 and the AD converter 56 via the I / O interface 80.

図3に示すように、ROM74には、スイッチング制御プログラムおよびデューティ比決定プログラムを始めとする各種プログラムが予め記憶されている。デューティ比決定プログラムは、検出回路50を介してキャパシタ14の充電電流Icを時間離散的に検出するとともに、その検出値に基づいてスイッチ40のデューティ比τを決定するためにCPU72によって実行される。スイッチング制御プログラムは、その決定されたデューティ比τでスイッチ40を制御するためにCPU72によって実行される。   As shown in FIG. 3, the ROM 74 stores in advance various programs including a switching control program and a duty ratio determination program. The duty ratio determination program is executed by the CPU 72 to detect the charging current Ic of the capacitor 14 in a time discrete manner via the detection circuit 50 and to determine the duty ratio τ of the switch 40 based on the detected value. The switching control program is executed by the CPU 72 in order to control the switch 40 with the determined duty ratio τ.

それらスイッチング制御プログラムおよびデューティ比決定プログラムは、CPU72によって交互にかつ、充電装置10の作動応答時間に比して極めて短い周期で反復的に実行される。したがって、デューティ比決定プログラムの実行によるデューティ比決定処理と、スイッチング制御プログラムの実行によるスイッチング制御とが、みかけ上、互いに並行的に実行される。また、スイッチング制御プログラムは、スイッチ40のスイッチング周期Tと同じ周期で反復的に実行される。   The switching control program and the duty ratio determination program are repeatedly executed by the CPU 72 alternately and in a cycle that is extremely short as compared with the operation response time of the charging apparatus 10. Therefore, the duty ratio determination process by the execution of the duty ratio determination program and the switching control by the execution of the switching control program are apparently executed in parallel with each other. The switching control program is repeatedly executed at the same cycle as the switching cycle T of the switch 40.

一方、RAM76は、各種デジタルデータを記憶するために割り当てられた複数のメモリを備えている。それらメモリは、(a)上記決定されたデューティ比τを一時的に記憶するデューティ比メモリ90と、(b)検出回路50による充電電流Icの今回検出値を一時的に記憶する今回電流メモリ92と、(c)検出回路50による充電電流Icの前回検出値を一時的に記憶する今回電流メモリ94とを含んでいる。   On the other hand, the RAM 76 includes a plurality of memories assigned to store various digital data. These memories include (a) a duty ratio memory 90 that temporarily stores the determined duty ratio τ, and (b) a current current memory 92 that temporarily stores a current detection value of the charging current Ic by the detection circuit 50. And (c) a current current memory 94 that temporarily stores the previous detection value of the charging current Ic by the detection circuit 50.

図4には、スイッチング制御プログラムが概念的にフローチャートで表されている。このスイッチング制御プログラムは、CPU72によって繰り返し実行される。各回の実行時には、まず、ステップS10(以下、単に「S10」で表す。他のステップについても同じとする。)において、デューティ比τがデューティ比メモリ90から読み出される。次に、S11において、電流iが今回電流メモリ92から読み出される。   FIG. 4 conceptually shows a switching control program in a flowchart. This switching control program is repeatedly executed by the CPU 72. At the time of each execution, first, the duty ratio τ is read from the duty ratio memory 90 in step S10 (hereinafter, simply expressed as “S10”. The same applies to other steps). Next, in S <b> 11, the current i is read from the current current memory 92.

続いて、S12において、その読み出された電流iが最大値iMAX以上であるか否かが判定される。今回は、電流iが最大値iMAX以上ではないと仮定すれば、その判定がNOとなり、S13において、その読み出されたデューティ比τをスイッチ40において実現するのに適当なスイッチング制御信号がそのスイッチ40に対して出力される。以上で、このスイッチング制御プログラムの一回の実行が終了する。   Subsequently, in S12, it is determined whether or not the read current i is equal to or greater than the maximum value iMAX. This time, if it is assumed that the current i is not equal to or greater than the maximum value iMAX, the determination is NO, and in S13, a switching control signal suitable for realizing the read duty ratio τ in the switch 40 is the switch. 40 is output. Thus, one execution of this switching control program is completed.

これに対し、今回は、S11において読み出された電流iが最大値iMAX以上であると仮定すると、S12の判定がYESとなり、S14に移行する。このS14においては、S10において読み出されたデューティ比τが規制値τ0以上であるか否かが判定される。今回は、デューティ比τが規制値τ0以上ではないと仮定すれば、その判定がNOとなり、直ちにS13に移行する。   On the other hand, this time, assuming that the current i read in S11 is equal to or greater than the maximum value iMAX, the determination in S12 is YES, and the process proceeds to S14. In S14, it is determined whether or not the duty ratio τ read in S10 is equal to or greater than a regulation value τ0. If it is assumed that the duty ratio τ is not equal to or greater than the regulation value τ0 this time, the determination is NO and the process immediately proceeds to S13.

また、S10において読み出されたデューティ比τが規制値τ0以上であると仮定すれば、S14の判定がYESとなり、S15において、そのデューティ比τが規制値τ0に減少させられた後、S13に移行する。   If it is assumed that the duty ratio τ read in S10 is equal to or greater than the regulation value τ0, the determination in S14 is YES, and in S15, the duty ratio τ is decreased to the regulation value τ0, and then the process proceeds to S13. Transition.

したがって、本実施形態においては、キャパシタ14の充電電流Icが過大でもないし過大になる可能性もない場合には、後に詳述するデューティ比決定プログラムの実行によって決定されたデューティ比τがそのまま実現されるようにスイッチ40がオンオフ制御される。これに対し、キャパシタ14の充電電流Icが過大であるかまたは過大になる可能性がある場合には、上記決定されたデューティ比τが減少させられ、その結果、それより小さいデューティ比τが実現されるようにスイッチ40がオンオフ制御される。それにより、過電流による破損からスイッチ40、ダイオード44、キャパシタ14等が保護される。   Therefore, in the present embodiment, when the charging current Ic of the capacitor 14 is neither excessive nor likely to be excessive, the duty ratio τ determined by the execution of the duty ratio determination program described in detail later is realized as it is. Thus, the switch 40 is controlled to be turned on and off. On the other hand, when the charging current Ic of the capacitor 14 is excessive or may be excessive, the determined duty ratio τ is decreased, and as a result, a smaller duty ratio τ is realized. Thus, the switch 40 is controlled to be turned on / off. This protects the switch 40, the diode 44, the capacitor 14 and the like from damage due to overcurrent.

本実施形態においては、スイッチ40のオン時間Tonとオフ時間Toffとが、コントローラ60によって直接制御される。ただし、コントローラ60がスイッチ40を制御する方式として、後に別の実施形態において説明するように、他の方式を採用することが可能である。   In the present embodiment, the on time Ton and the off time Toff of the switch 40 are directly controlled by the controller 60. However, as a method for the controller 60 to control the switch 40, other methods can be adopted as will be described later in another embodiment.

図5には、前述のデューティ比決定プログラムが概念的にフローチャートで表されている。以下、図5を参照することにより、コントローラ60におけるデューティ比τの決定処理を説明するが、それに先立ち、その基本原理を説明する。   FIG. 5 conceptually shows the above-described duty ratio determination program in a flowchart. Hereinafter, the determination process of the duty ratio τ in the controller 60 will be described with reference to FIG. 5. Prior to that, the basic principle will be described.

充電装置10、太陽電池12およびキャパシタ14を含む系全体が作動的に定常状態にある場合には、太陽電池12とキャパシタ14との間に、次式(1)で表される関係が成立する。   When the entire system including the charging device 10, the solar battery 12, and the capacitor 14 is operatively in a steady state, the relationship represented by the following expression (1) is established between the solar battery 12 and the capacitor 14. .

Vs×I=Vc×Ic Vs × I s = Vc × Ic

太陽電池12においては、コンデンサ48が存在するおかげで、スイッチ40のデューティ比制御周期と同程度の時間的範囲内で観察すれば、発電電圧Vsの時間的変動は少ない。発電電圧Vsの時間的変動が少ないため、太陽電池12の発電電力の時間的変動も少なく、その結果、太陽電池12の発電電流Isの時間的変動も少ない。   In the solar cell 12, due to the presence of the capacitor 48, the temporal variation of the generated voltage Vs is small when observed within a time range comparable to the duty ratio control cycle of the switch 40. Since the temporal variation of the generated voltage Vs is small, the temporal variation of the generated power of the solar cell 12 is also small, and as a result, the temporal variation of the generated current Is of the solar cell 12 is also small.

一方、キャパシタ14においては、通常、コイル42の電流変化分より直流分が大きくなる程度に大きな値にコイル42のインダクタンスが設計される。もっとも、コイル42において多少の電流変動があるため、コイル42を流れる電流はリップル電流となる。一方、キャパシタ14の容量は、キャパシタ14の充電電圧Vcが短時間には変化しない程度に大きい値を有する。   On the other hand, in the capacitor 14, the inductance of the coil 42 is normally designed to a value that is large enough to make the direct current component larger than the current change of the coil 42. However, since there is some current fluctuation in the coil 42, the current flowing through the coil 42 is a ripple current. On the other hand, the capacitance of the capacitor 14 has such a large value that the charging voltage Vc of the capacitor 14 does not change in a short time.

キャパシタ14に流れ込む電気エネルギーの瞬間値は、充電電圧Vcと充電電流Icとの積で表される。上述のように、短い時間的範囲内で観察すれば、キャパシタ14の充電電圧Vcはほぼ一定である。したがって、キャパシタ14に流れ込む電気エネルギーの量は、そのキャパシタ14に流れ込む電流すなわち充電電流Icに比例する。   The instantaneous value of the electric energy flowing into the capacitor 14 is represented by the product of the charging voltage Vc and the charging current Ic. As described above, the charging voltage Vc of the capacitor 14 is substantially constant when observed within a short time range. Therefore, the amount of electric energy flowing into the capacitor 14 is proportional to the current flowing into the capacitor 14, that is, the charging current Ic.

よって、短い時間的範囲内においては、キャパシタ14に流れ込む電気エネルギーが多いか少ないかという判定は、キャパシタ14の充電電圧Vcを考慮することなく、充電電流Icが多いか少ないかという判定により、十分に正確に行い得る。   Therefore, within a short time range, the determination of whether the electric energy flowing into the capacitor 14 is large or small is sufficient by determining whether the charging current Ic is large or small without considering the charging voltage Vc of the capacitor 14. Can be done accurately.

ところで、スイッチ40のスイッチング周期をT、オン時間をTon、オフ時間をToffでそれぞれ表記すれば、それら3者間に次式(2)で表される関係が成立する。 By the way, if the switching period of the switch 40 is represented by T, the on time is represented by Ton, and the off time is represented by Toff, the relationship represented by the following equation (2) is established among these three members.

T=Ton+Toff   T = Ton + Toff

また、デューティ比τは、次式(3)で表される。   Further, the duty ratio τ is expressed by the following equation (3).

τ=Ton/T   τ = Ton / T

スイッチ40のデューティ比τが決まると、太陽電池12の発電電圧Vsとキャパシタ14の充電電圧Vcとの間に次式(4)で表される関係が近似的に成立する。   When the duty ratio τ of the switch 40 is determined, the relationship expressed by the following equation (4) is approximately established between the power generation voltage Vs of the solar cell 12 and the charging voltage Vc of the capacitor 14.

(Vs−Vc)÷L×Ton≒Vc÷L×Toff=Vc÷L×(T−Ton)   (Vs−Vc) ÷ L × Ton≈Vc ÷ L × Toff = Vc ÷ L × (T-Ton)

この式において「L」は、コイル42のインダクタンス値を表す。この式において、左辺は、スイッチ40のオン状態におけるコイル42の電流増加分を意味し、一方、右辺は、スイッチ40のオフ状態におけるコイル42の電流減少分を意味する。この式から、次式(5)ないし(7)が誘導される。   In this equation, “L” represents the inductance value of the coil 42. In this equation, the left side means an increase in the current of the coil 42 when the switch 40 is in the on state, while the right side means a decrease in the current of the coil 42 when the switch 40 is in the off state. From this equation, the following equations (5) to (7) are derived.

Vs×Ton=Vc×T   Vs × Ton = Vc × T

Ton/T=Vc/Vs   Ton / T = Vc / Vs

Ton/T=Is/Ic   Ton / T = Is / Ic

前述のキャパシタ14の特性のため、キャパシタ14の充電電圧Vcは敏感に変化しない。一方、太陽電池12の発電電圧Vsは、図2に示す特性曲線により表される電圧の範囲内においては、変化し得る。このように、キャパシタ14の充電電圧Vcは、短い時間的範囲内においては変化しないため、スイッチ40のデューティ比τを変化させると、太陽電池12の発電電圧Vsが変化する。デューティ比τの変化直後においては、充電装置10も太陽電池12もキャパシタ14も過渡状態にあるが、やがて、太陽電池12の発電電圧Vsは、次式(8)で表される値に収束する。   Due to the characteristics of the capacitor 14 described above, the charging voltage Vc of the capacitor 14 does not change sensitively. On the other hand, the power generation voltage Vs of the solar cell 12 can change within the voltage range represented by the characteristic curve shown in FIG. Thus, since the charging voltage Vc of the capacitor 14 does not change within a short time range, when the duty ratio τ of the switch 40 is changed, the power generation voltage Vs of the solar cell 12 changes. Immediately after the change of the duty ratio τ, the charging device 10, the solar cell 12, and the capacitor 14 are in a transient state, but eventually the generated voltage Vs of the solar cell 12 converges to a value represented by the following equation (8). .

Vs=Vc×T÷Ton   Vs = Vc × T ÷ Ton

このようにして太陽電池12の発電電圧Vsが変化すれば、太陽電池12の発電電流Isも変化する。変化後の発電電流Isは、太陽電池12の特性曲線と、そのときにおける太陽光の照度とに応じて決まる。このようにして太陽電池12の発電電圧Vsと発電電流Isとが変化すれば、太陽電池12の発電電力も変化する。太陽電池12の発電電力が変化すれば、キャパシタ14の充電電力も変化し、その変化は、キャパシタ14の充電電圧Vcにではなく、充電電流Icのみに反映される。   When the power generation voltage Vs of the solar cell 12 changes in this way, the power generation current Is of the solar cell 12 also changes. The generated current Is after the change is determined according to the characteristic curve of the solar cell 12 and the illuminance of sunlight at that time. When the power generation voltage Vs and the power generation current Is of the solar battery 12 change in this way, the power generation of the solar battery 12 also changes. If the generated power of the solar cell 12 changes, the charging power of the capacitor 14 also changes, and the change is reflected only in the charging current Ic, not in the charging voltage Vc of the capacitor 14.

図6には、太陽光の照度が一定である条件で、スイッチ40のデューティ比τを変化させた場合に、キャパシタ14の充電電流Icが示す変化の一例がグラフで表されている。前述のように、太陽電池12の発電電力が発電電圧Vsおよび発電電流Isに関して極大値を有する関係上、キャパシタ14の充電電力も極大値を有する。一方、キャパシタ14においては、前述のように、短い時間的範囲内においては、充電電圧Vcは時間的に不変であるのに対し、充電電流Icは可変である。よって、太陽電池12の発電電力が極大値を有するという現象は、キャパシタ14の充電電流Icが極大値を有する現象として発現されることになる。   FIG. 6 is a graph showing an example of a change indicated by the charging current Ic of the capacitor 14 when the duty ratio τ of the switch 40 is changed under the condition that the illuminance of sunlight is constant. As described above, because the generated power of the solar cell 12 has a maximum value with respect to the generated voltage Vs and the generated current Is, the charging power of the capacitor 14 also has a maximum value. On the other hand, in the capacitor 14, as described above, within a short time range, the charging voltage Vc does not change with time, whereas the charging current Ic is variable. Therefore, the phenomenon that the generated power of the solar cell 12 has a maximum value is manifested as a phenomenon in which the charging current Ic of the capacitor 14 has a maximum value.

したがって、デューティ比τを、図6においてA点に対応する値から増加させ続けると、充電電流Icが減少し続けるのに対し、A点に対応する値から減少させ続けると、充電電流Icが増加して極大値に到達した後に減少に転ずる。一方、デューティ比τを、図6においてB点に対応する値から減少させ続けると、充電電流Icが減少し続けるのに対し、増加させ続けると、充電電流Icが増加して極大値に到達した後に減少に転ずる。よって、デューティ比τの最適値、すなわち、充電電流Icの極大値に対応する値は、デューティ比τを強制的に変更することにより、探索的に決定することが可能である。   Therefore, if the duty ratio τ is continuously increased from the value corresponding to the point A in FIG. 6, the charging current Ic continues to decrease, whereas if the duty ratio τ is continuously decreased from the value corresponding to the point A, the charging current Ic increases. Then, after reaching the maximum value, it starts to decrease. On the other hand, if the duty ratio τ continues to decrease from the value corresponding to the point B in FIG. 6, the charging current Ic continues to decrease, whereas if the duty ratio τ continues to increase, the charging current Ic increases and reaches a maximum value. Later it starts to decrease. Therefore, the optimum value of the duty ratio τ, that is, the value corresponding to the maximum value of the charging current Ic can be determined in an exploratory manner by forcibly changing the duty ratio τ.

以上説明した知見に基づき、図5に示すデューティ比決定プログラムにおいては、概略的には、デューティ比τの最適値を探索的に決定するために、デューティ比τを予め定められた条件で離散的に強制的に変更する強制的変更サイクルが時間離散的に反復される。各回の強制的変更サイクルにおいては、デューティ比τの強制的変更に対するキャパシタ14の充電電流Icの応答に応じ、次回の強制的変更サイクルにおけるデューティ比τの強制的変更条件(増加させるのか減少させるのか)が決定される。それら複数回の強制的変更サイクルは、キャパシタ14の充電電流Icが実質的に極大化するまで反復される。   Based on the knowledge described above, in the duty ratio determination program shown in FIG. 5, generally, in order to exploratively determine the optimum value of the duty ratio τ, the duty ratio τ is discretely determined under a predetermined condition. A forced change cycle that forcibly changes to is repeated in a time discrete manner. In each forced change cycle, depending on the response of the charging current Ic of the capacitor 14 to the forced change of the duty ratio τ, the forced change condition of the duty ratio τ in the next forced change cycle (whether it is increased or decreased) ) Is determined. These multiple forcible change cycles are repeated until the charging current Ic of the capacitor 14 is substantially maximized.

さらに、各回の強制的変更サイクルにおいて、今回の強制的変更が行われる前に検出回路50によって検出された充電電流Icである前回検出値と、今回の強制的変更が行われた後に検出回路50によって検出された充電電流Icである今回検出値とが互いに比較される。その比較結果を用いて、キャパシタ14の充電電流Icの、デューティ比τの今回の強制的変更に対する応答が監視される。後述のように、1回の強制的変更サイクルは、充電電流Icの計測、デューティ比τの決定、スイッチ40の一連のデューティ制御(後述の待ち時間WTと等しい時間継続される。)を含むように構成される。   Furthermore, in each forced change cycle, the previous detection value that is the charging current Ic detected by the detection circuit 50 before the current forced change is performed, and the detection circuit 50 after the current forced change is performed. Are compared with the current detection value, which is the charging current Ic detected by. Using the comparison result, the response to the current forced change of the duty ratio τ of the charging current Ic of the capacitor 14 is monitored. As will be described later, one forcible change cycle includes measurement of the charging current Ic, determination of the duty ratio τ, and a series of duty control of the switch 40 (which is continued for a time equal to a waiting time WT described later). Configured.

ここで、このデューティ比決定プログラムを図5を参照して具体的に説明するに、このデューティ比決定プログラムがCPU72によって実行されると、まず、S100において、デューティ比τの今回値に初期値τ0が設定され、それがデューティ比メモリ90に格納される。スイッチング制御プログラムは、そのデューティ比メモリ90を媒介にして、デューティ比決定プログラムの実行によって決定されたデューティ比τの最新値を取り込む。初期値τ0は、スイッチ40において現実に実現されるオン時間の最小値(例えば、スイッチ40をオン状態に切り替えるためにスイッチ40に出力されるパルスの最小長さ)に対応するデューティ比τに設定することが、キャパシタ14の過電流を回避するために望ましい。   Here, the duty ratio determination program will be specifically described with reference to FIG. 5. When this duty ratio determination program is executed by the CPU 72, first, in S100, the current value of the duty ratio τ is set to the initial value τ0. Is set and stored in the duty ratio memory 90. The switching control program takes in the latest value of the duty ratio τ determined by executing the duty ratio determination program through the duty ratio memory 90. The initial value τ0 is set to the duty ratio τ corresponding to the minimum value of the on-time actually realized in the switch 40 (for example, the minimum length of the pulse output to the switch 40 to switch the switch 40 to the on state). It is desirable to avoid overcurrent of the capacitor 14.

次に、S110において、一定の待ち時間WTが経過するのが待たれる。その待ち時間WTの長さ(例えば、10ms)は、スイッチ40のデューティ比τが変化させられた結果、充電装置10、太陽電池12およびキャパシタ14の作動状態が過渡状態に移行した後に整定するまでに必要な時間より短くならないように設定される。この待ち時間WTの長さは、キャパシタ14とコイル42の時定数(例えば、前述のLCフィルタの時定数)を考慮して設定される。   Next, in S110, a certain waiting time WT is awaited. The length of the waiting time WT (for example, 10 ms) is until the operating state of the charging device 10, the solar battery 12, and the capacitor 14 is set to the transient state as a result of the change of the duty ratio τ of the switch 40. It is set so as not to be shorter than the time required for. The length of the waiting time WT is set in consideration of the time constant of the capacitor 14 and the coil 42 (for example, the time constant of the LC filter described above).

この待ち時間WTを10msに設定し、かつ、スイッチ40のスイッチング周期Tを10μsecに設定すれば、デューティ比τの1回の強制的変更サイクルの周期はほぼ10msとなり、その間、スイッチ40のスイッチング動作(オンオフ制御の最小単位)が1,000回行われることになる。この程度の長さのスイッチング動作が行われれば、デューティ比τの変更に伴う回路全体の過渡現象は良好に収束すると予想される。   If the waiting time WT is set to 10 ms and the switching period T of the switch 40 is set to 10 μsec, the period of one forced change cycle of the duty ratio τ becomes approximately 10 ms, during which the switching operation of the switch 40 is performed. (Minimum unit of on / off control) is performed 1,000 times. If a switching operation of such a length is performed, it is expected that the transient phenomenon of the entire circuit due to the change of the duty ratio τ converges well.

続いて、S120において、検出回路50を介して、キャパシタ14の充電電流Icの現在値が電流iとして計測される。その計測された電流iは、前回電流メモリ94に格納される。   Subsequently, in S120, the current value of the charging current Ic of the capacitor 14 is measured as the current i through the detection circuit 50. The measured current i is stored in the previous current memory 94.

その後、S200ないしS270において、デューティ比τを一定のステップ幅Δτだけ、強制的に増加させてキャパシタ14の充電電流Icに現れる応答を監視することにより、充電電流Icの極大値が探索される。   Thereafter, in S200 to S270, the duty ratio τ is forcibly increased by a fixed step width Δτ and the response appearing in the charging current Ic of the capacitor 14 is monitored to search for the maximum value of the charging current Ic.

具体的には、S200において、デューティ比τの現在値が、ステップ幅Δτだけ増加するように更新され、その内容が、デューティ比メモリ90に格納される。その後、S210において、前記待ち時間WTが経過するのが待たれる。続いて、S220において、検出回路50を介して、キャパシタ14の充電電流Icの現在値が電流i1として計測される。その計測された電流i1は、今回電流メモリ92に格納される。   Specifically, in S200, the current value of the duty ratio τ is updated so as to increase by the step width Δτ, and the content is stored in the duty ratio memory 90. Thereafter, in S210, it is waited for the waiting time WT to elapse. Subsequently, in S220, the current value of the charging current Ic of the capacitor 14 is measured as the current i1 via the detection circuit 50. The measured current i1 is stored in the current memory 92 this time.

続いて、S230において、電流i1(今回検出値)の電流i(前回検出値)からの変化量(以下、単に「電流変化量Δi」という。)が基準変化量Δi0より大きいか否かが判定される。すなわち、デューティ比τの強制的増加に対して充電電流Icが上昇したか否かが判定されるのである。今回は、電流変化量Δiが基準変化量Δi0より大きいと仮定すれば、その判定がYESとなり、S240において、S200ないしS250の次回の実行に備えて、前回電流メモリ94の内容が電流iから電流i1に更新される。その後、S200に戻る。   Subsequently, in S230, it is determined whether or not the change amount of the current i1 (currently detected value) from the current i (previous detected value) (hereinafter simply referred to as “current change amount Δi”) is larger than the reference change amount Δi0. Is done. That is, it is determined whether or not the charging current Ic has increased with respect to the forced increase of the duty ratio τ. If it is assumed that the current change amount Δi is larger than the reference change amount Δi0 this time, the determination is YES, and in S240, the contents of the previous current memory 94 are changed from the current i to the current in preparation for the next execution of S200 to S250. Updated to i1. Thereafter, the process returns to S200.

これに対し、今回は、電流変化量Δiが基準変化量Δi0以下であると仮定すれば、S230の判定がNOとなり、S250に移行する。このS250においては、電流変化量Δiの絶対値が前記基準変化量Δi0以下であるか否かが判定される。このS250においては、先行するS230の存在と相俟って、充電電流Icが実質的に極大化しているか、下降しているかが判定される。   In contrast, if it is assumed that the current change amount Δi is equal to or smaller than the reference change amount Δi0, the determination in S230 is NO and the process proceeds to S250. In S250, it is determined whether or not the absolute value of the current change amount Δi is equal to or less than the reference change amount Δi0. In this S250, it is determined whether the charging current Ic is substantially maximized or lowered in combination with the presence of the preceding S230.

今回は、充電電流Icが実質的に極大化しているために、電流変化量Δiの絶対値が基準変化量Δi0以下であると仮定すれば、S250の判定がYESとなり、S260において、S240と同様にして、S200ないしS250の次回の実行に備えて、前回電流メモリ94の内容が電流iから電流i1に更新される。その後、S270において、S200の前回の実行がデューティ比τの現在値に与えた影響をキャンセルするために、デューティ比τの現在値が、ステップ幅Δτだけ減少するように更新され、その内容が、デューティ比メモリ90に格納される。その後、S200に戻る。   Since the charging current Ic is substantially maximized this time, assuming that the absolute value of the current change amount Δi is equal to or smaller than the reference change amount Δi0, the determination in S250 is YES, and in S260, the same as S240. Thus, the contents of the previous current memory 94 are updated from the current i to the current i1 in preparation for the next execution of S200 to S250. Thereafter, in S270, in order to cancel the influence of the previous execution of S200 on the current value of the duty ratio τ, the current value of the duty ratio τ is updated so as to decrease by the step width Δτ, It is stored in the duty ratio memory 90. Thereafter, the process returns to S200.

今回は、充電電流Icが下降中にあるために、電流変化量Δiの絶対値が基準変化量Δi0より大きいと仮定すれば、S250の判定がNOとなり、S280において、S240と同様にして、S300ないしS350の次回の実行に備えて、前回電流メモリ94の内容が電流iから電流i1に更新される。   This time, since the charging current Ic is decreasing, assuming that the absolute value of the current change amount Δi is larger than the reference change amount Δi0, the determination in S250 is NO, and in S280, S300 is performed in the same manner as S240. In preparation for the next execution of S350, the content of the previous current memory 94 is updated from the current i to the current i1.

S300ないしS370においては、デューティ比τをステップ幅Δτだけ、強制的に減少させてキャパシタ14の充電電流Ic現れる応答を監視することにより、充電電流Icの極大値が探索される。 In S300 to S370, the duty ratio τ is forcibly decreased by the step width Δτ and the response appearing in the charging current Ic of the capacitor 14 is monitored to search for the maximum value of the charging current Ic.

具体的には、S300において、デューティ比τの現在値が、ステップ幅Δτだけ減少するように更新され、その内容が、デューティ比メモリ90に格納される。その後、S310において、前記待ち時間WTが経過するのが待たれる。続いて、S320において、検出回路50を介して、キャパシタ14の充電電流Icの現在値が電流i1として計測される。その計測された電流i1は、今回電流メモリ92に格納される。   Specifically, in S300, the current value of the duty ratio τ is updated so as to decrease by the step width Δτ, and the content is stored in the duty ratio memory 90. Thereafter, in S310, it is waited for the waiting time WT to elapse. Subsequently, in S320, the current value of the charging current Ic of the capacitor 14 is measured as the current i1 via the detection circuit 50. The measured current i1 is stored in the current memory 92 this time.

続いて、S330において、電流変化量Δiが基準変化量Δi0より大きいか否かが判定される。すなわち、デューティ比τの強制的減少に対して充電電流Icが上昇したか否かが判定されるのである。今回は、電流変化量Δiが基準変化量Δi0より大きいと仮定すれば、その判定がYESとなり、S340において、S300ないしS350の次回の実行に備えて、前回電流メモリ94の内容が電流iから電流i1に更新される。その後、S300に戻る。   Subsequently, in S330, it is determined whether or not the current change amount Δi is larger than the reference change amount Δi0. That is, it is determined whether or not the charging current Ic has increased with respect to the forced decrease of the duty ratio τ. If it is assumed that the current change amount Δi is larger than the reference change amount Δi0 this time, the determination is YES, and in S340, the contents of the previous current memory 94 are changed from the current i to the current in preparation for the next execution of S300 to S350. Updated to i1. Thereafter, the process returns to S300.

これに対し、今回は、電流変化量Δiが基準変化量Δi0以下であると仮定すれば、S330の判定がNOとなり、S350に移行する。このS350においては、電流変化量Δiの絶対値が前記基準変化量Δi0以下であるか否かが判定される。このS350においては、先行するS330の存在と相俟って、充電電流Icが実質的に極大化しているか、下降しているかが判定される。   In contrast, if it is assumed that the current change amount Δi is equal to or smaller than the reference change amount Δi0, the determination in S330 is NO and the process proceeds to S350. In S350, it is determined whether or not the absolute value of the current change amount Δi is equal to or less than the reference change amount Δi0. In this S350, it is determined whether the charging current Ic is substantially maximized or lowered in combination with the presence of the preceding S330.

今回は、充電電流Icが実質的に極大化しているために、電流変化量Δiの絶対値が基準変化量Δi0以下であると仮定すれば、S350の判定がYESとなり、S360において、S340と同様にして、S300ないしS350の次回の実行に備えて、前回電流メモリ94の内容が電流iから電流i1に更新される。その後、S370において、S300の前回の実行がデューティ比τの現在値に与えた影響をキャンセルするために、デューティ比τの現在値が、ステップ幅Δτだけ増加するように更新され、その内容が、デューティ比メモリ90に格納される。その後、S300に戻る。   Since the charging current Ic is substantially maximized this time, assuming that the absolute value of the current change amount Δi is equal to or less than the reference change amount Δi0, the determination in S350 is YES, and in S360, the same as S340 Thus, in preparation for the next execution of S300 to S350, the content of the previous current memory 94 is updated from the current i to the current i1. Thereafter, in S370, in order to cancel the influence of the previous execution of S300 on the current value of the duty ratio τ, the current value of the duty ratio τ is updated so as to increase by the step width Δτ. It is stored in the duty ratio memory 90. Thereafter, the process returns to S300.

今回は、充電電流Icが下降中にあるために、電流変化量Δiの絶対値が基準変化量Δi0より大きいと仮定すれば、S350の判定がNOとなり、S380において、S280と同様にして、S200ないしS250の次回の実行に備えて、前回電流メモリ94の内容が電流iから電流i1に更新される。   In this case, since the charging current Ic is decreasing, assuming that the absolute value of the current change amount Δi is larger than the reference change amount Δi0, the determination in S350 is NO, and in S380, similar to S280, S200 is performed. In preparation for the next execution of S250, the content of the previous current memory 94 is updated from the current i to the current i1.

なお付言するに、スイッチ40が順方向のみならず逆方向へも電流が流れることを許容するスイッチ素子として構成される場合には、キャパシタ14から太陽電池12に電流が流れてキャパシタ14が放電してしまうことを防止するために、後の実施形態において説明するように、逆流防止素子(例えば、ダイオード)を付加することが望ましい。   In addition, when the switch 40 is configured as a switch element that allows current to flow not only in the forward direction but also in the reverse direction, current flows from the capacitor 14 to the solar cell 12 and the capacitor 14 is discharged. In order to prevent this, it is desirable to add a backflow prevention element (for example, a diode) as will be described in a later embodiment.

以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、コントローラ60が前記(1)項における「コントローラ」の一例を構成し、コンデンサ48が前記(2)項における「コンデンサ」の一例を構成しているのである。さらに、図3における今回電流メモリ92および前回電流メモリ94がそれぞれ、前記(3)項における「記憶部」の一例を構成するとともに、前記(4)項における「デジタルメモリ」の一例を構成し、コンピュータ70のうち図5のデューティ比決定プログラムを実行するための部分が前記(3)項における「決定部」の一例を構成しているのである。   As is clear from the above description, in this embodiment, the controller 60 constitutes an example of the “controller” in the item (1), and the capacitor 48 constitutes an example of the “capacitor” in the item (2). -ing Further, each of the current current memory 92 and the previous current memory 94 in FIG. 3 constitutes an example of the “storage unit” in the item (3), and constitutes an example of the “digital memory” in the item (4). The portion of the computer 70 for executing the duty ratio determination program of FIG. 5 constitutes an example of the “determination unit” in the above item (3).

さらに、本実施形態においては、コンピュータ70のうち図5のデューティ比決定プログラムを実行するための部分が前記(9)および(10)項のそれぞれにおける「決定部」の一例を構成し、図5におけるS200ないしS280と、S300ないしS380とがそれぞれ、前記(9)項における「各回の強制的変更サイクル」の一例を構成しているのである。   Further, in the present embodiment, the portion for executing the duty ratio determination program of FIG. 5 in the computer 70 constitutes an example of the “determination unit” in each of the items (9) and (10), and FIG. S200 to S280 and S300 to S380 in FIG. 10 constitute an example of “each forced change cycle” in the above-mentioned item (9).

さらに、本実施形態においては、コンピュータ70のうち図4のスイッチング制御プログラムを実行するための部分が前記(18)項における「電流制限部」の一例を構成しているのである   Furthermore, in the present embodiment, the part for executing the switching control program of FIG. 4 in the computer 70 constitutes an example of the “current limiting part” in the item (18).

次に、本発明の第2実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第1実施形態に対し、デューティ比決定に関するソフトウエア構成が異なるのみで、他のソフトウエア構成およびハードウエア構成は共通するため、異なる部分のみを詳細に説明し、共通する部分は同一の符号または名称を使用して引用することにより、重複した説明を省略する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. However, this embodiment differs from the first embodiment only in the software configuration related to the duty ratio determination, and the other software configuration and hardware configuration are common, so only the different parts will be described in detail and shared. The part which performs is quoted using the same code | symbol or name, and the duplicate description is abbreviate | omitted.

本実施形態においては、第1実施形態と同様にして、スイッチ40のデューティ比τを予め定められた条件で離散的に強制的に変更する強制的変更サイクルが時間離散的に反復され、それにより、デューティ比τの最適値すなわちキャパシタ14の充電電流Icひいては充電電力が極大化するときの値が探索的に決定される。   In the present embodiment, as in the first embodiment, a forcible change cycle for forcibly changing the duty ratio τ of the switch 40 in a discrete manner under a predetermined condition is repeated in a time discrete manner, thereby The optimum value of the duty ratio τ, that is, the value at which the charging current Ic of the capacitor 14 and thus the charging power is maximized, is determined in an exploratory manner.

本実施形態においては、1回の強制的変更サイクルが、第1実施形態と同様に、充電電流Icの計測、デューティ比τの決定およびスイッチ40の一連のデューティ制御(後述の待ち時間WTと等しい時間継続される。)を含むように構成される。さらに、デューティ比τの最適値を決定するために、複数回の強制的変更サイクルが反復され、それら複数回の強制的変更サイクルによって1回のデューティ比決定処理が終了する。   In the present embodiment, one forcible change cycle is the same as the first embodiment in the measurement of the charging current Ic, the determination of the duty ratio τ, and a series of duty control of the switch 40 (the waiting time WT described later is equal). Continuing time). Further, in order to determine the optimum value of the duty ratio τ, a plurality of forced change cycles are repeated, and one duty ratio determination process is completed by the plurality of forced change cycles.

本実施形態においては、デューティ比τの最適値の最新値が決定されると、1回の強制的変更サイクルの周期より長い時間、デューティ比τの決定も更新も中止される。すなわち、今回のデューティ比決定処理の終了時期と、次回のデューティ比決定処理の開始時期との間に、デューティ比τがホールドされるホールド期間HP(例えば、1min)が設定されているのである。   In the present embodiment, when the latest value of the optimum value of the duty ratio τ is determined, the determination and update of the duty ratio τ are stopped for a time longer than the period of one forced change cycle. That is, a hold period HP (for example, 1 min) in which the duty ratio τ is held is set between the end time of the current duty ratio determination process and the start time of the next duty ratio determination process.

図7には、本実施形態におけるデューティ比決定プログラムが概念的にフローチャートで表されている。以下、このデューティ比決定プログラムを図7を参照して説明するが、図5に示すデューティ比決定プログラムと共通するステップについては、共通するステップを参照して引用することにより、重複した説明を省略する。   FIG. 7 conceptually shows a duty ratio determination program in the present embodiment in a flowchart. Hereinafter, this duty ratio determination program will be described with reference to FIG. 7, but the steps common to the duty ratio determination program shown in FIG. To do.

図7に示すデューティ比決定プログラムがCPU72によって実行されると、まず、S1100において、S100と同様にして、デューティ比τの今回値に初期値τ0が設定され、それがデューティ比メモリ90に格納される。次に、S1110において、S110と同様にして、前記待ち時間WTが経過するのが待たれる。続いて、S1120において、S120と同様にして、検出回路50を介して、キャパシタ14の充電電流Icの現在値が電流iとして計測される。その計測された電流iは、前回電流メモリ94に格納される。   When the duty ratio determination program shown in FIG. 7 is executed by the CPU 72, first, in S1100, the initial value τ0 is set to the current value of the duty ratio τ in the same manner as S100, and is stored in the duty ratio memory 90. The Next, in S1110, it is waited for the waiting time WT to elapse as in S110. Subsequently, in S1120, the current value of the charging current Ic of the capacitor 14 is measured as the current i through the detection circuit 50 in the same manner as in S120. The measured current i is stored in the previous current memory 94.

その後、S1200ないしS1250が、S200ないしS270と同様にして、デューティ比τを前記ステップ幅Δτだけ、強制的に増加させてキャパシタ14の充電電流Icに現れる応答を監視することにより、充電電流Icの極大値が探索される。   After that, S1200 to S1250 monitors the response appearing in the charging current Ic of the capacitor 14 by forcibly increasing the duty ratio τ by the step width Δτ and monitoring the response appearing in the charging current Ic of the capacitor 14 in the same manner as S200 to S270. The maximum value is searched.

具体的には、S1200において、S200と同様にして、デューティ比τの現在値が、ステップ幅Δτだけ増加するように更新され、その内容が、デューティ比メモリ90に格納される。その後、S1210において、S210と同様にして、前記待ち時間WTが経過するのが待たれる。続いて、S1220において、S220と同様にして、検出回路50を介して、キャパシタ14の充電電流Icの現在値が電流i1として計測される。その計測された電流i1は、今回電流メモリ92に格納される。   Specifically, in S1200, as in S200, the current value of the duty ratio τ is updated so as to increase by the step width Δτ, and the content is stored in the duty ratio memory 90. After that, in S1210, it is waited for the waiting time WT to elapse as in S210. Subsequently, in S1220, the current value of the charging current Ic of the capacitor 14 is measured as the current i1 through the detection circuit 50 in the same manner as in S220. The measured current i1 is stored in the current memory 92 this time.

続いて、S1230において、電流i1(今回検出値)が電流i(前回検出値)と実質的に等しいか否かが判定される。今回は、充電電流Icが極大値であるために、デューティ比τの強制的増加にもかかわらず、電流i1(今回検出値)が電流i(前回検出値)と実質的に等しいと仮定すれば、その判定がYESとなり、S1300に移行する。   Subsequently, in S1230, it is determined whether or not the current i1 (current detection value) is substantially equal to the current i (previous detection value). In this case, since the charging current Ic is a maximum value, it is assumed that the current i1 (current detection value) is substantially equal to the current i (previous detection value) despite the forced increase of the duty ratio τ. The determination is YES, and the process proceeds to S1300.

このS1300においては、S1210、S1220またはS1230の実行終了時期から前述のホールド期間HPが経過するのが待たれる。ホールド期間HPが経過したなら、S1300の判定がYESとなる。その後、S1120に戻り、電流iが計測されて前回電流メモリ94に格納される。続いて、S1200に移行する。   In this S1300, it is waited for the above-mentioned hold period HP to elapse from the execution end time of S1210, S1220 or S1230. If the hold period HP has elapsed, the determination in S1300 is YES. Thereafter, the process returns to S1120, and the current i is measured and stored in the previous current memory 94. Subsequently, the flow proceeds to S1200.

これに対し、今回は、充電電流Icが極大値ではないために、デューティ比τの強制的増加に起因して、電流i1(今回検出値)が電流i(前回検出値)から変化したと仮定すれば、S1230の判定がNOとなり、その後、S1240に移行する。このS1240においては、電流i1(今回検出値)が電流i(前回検出値)より大きいか否かが判定される。   On the other hand, it is assumed that the current i1 (currently detected value) has changed from the current i (previously detected value) due to the forced increase of the duty ratio τ because the charging current Ic is not the maximum value this time. Then, the determination in S1230 is NO, and then the process proceeds to S1240. In S1240, it is determined whether or not the current i1 (current detection value) is larger than the current i (previous detection value).

今回は、充電電流Icが極大値ではないために、デューティ比τの強制的増加に起因して、電流i1(今回検出値)が電流i(前回検出値)より増加したと仮定すれば、S1240の判定がYESとなり、S1250において、S1200ないしS1240の次回の実行に備えて、前回電流メモリ94の内容が電流iから電流i1に更新される。その後、S1200に戻る。   Since it is assumed that the current i1 (current detection value) has increased from the current i (previous detection value) due to the forced increase in the duty ratio τ because the charging current Ic is not a local maximum value this time, S1240 Is YES, and in S1250, the contents of the previous current memory 94 are updated from the current i to the current i1 in preparation for the next execution of S1200 to S1240. Thereafter, the process returns to S1200.

また、今回は、充電電流Icが極大値ではないために、デューティ比τの強制的増加に起因して、電流i1(今回検出値)が電流i(前回検出値)より減少したと仮定すれば、S1240の判定がNOとなる。   In addition, since the charging current Ic is not a maximum value this time, it is assumed that the current i1 (currently detected value) has decreased from the current i (previously detected value) due to the forced increase of the duty ratio τ. , S1240 is NO.

その後、S1400ないしS1450において、デューティ比τをステップ幅Δτだけ、強制的に減少させてキャパシタ14の充電電流Ic現れる応答を監視することにより、充電電流Icの極大値が探索される。   Thereafter, in S1400 to S1450, the duty ratio τ is forcibly decreased by the step width Δτ and the response of the charging current Ic of the capacitor 14 is monitored to search for the maximum value of the charging current Ic.

具体的には、S1400において、前回電流メモリ94の内容が電流iから電流i1に更新される。続いて、S1410において、S300と同様にして、デューティ比τの現在値が、ステップ幅Δτだけ減少するように更新され、その内容が、デューティ比メモリ90に格納される。その後、S1420において、S310と同様にして、前記待ち時間WTが経過するのが待たれる。続いて、S1430において、S320と同様にして、検出回路50を介して、キャパシタ14の充電電流Icの現在値が電流i1として計測される。その計測された電流i1は、今回電流メモリ92に格納される。   Specifically, in S1400, the content of previous current memory 94 is updated from current i to current i1. Subsequently, in S1410, as in S300, the current value of the duty ratio τ is updated so as to decrease by the step width Δτ, and the content is stored in the duty ratio memory 90. Thereafter, in S1420, it is waited for the waiting time WT to elapse as in S310. Subsequently, in S1430, as in S320, the current value of the charging current Ic of the capacitor 14 is measured as the current i1 through the detection circuit 50. The measured current i1 is stored in the current memory 92 this time.

続いて、S1440において、電流i1(今回検出値)が電流i(前回検出値)と実質的に等しいか否かが判定される。今回は、充電電流Icが極大値であるために、デューティ比τの強制的減少にもかかわらず、電流i1(今回検出値)が電流i(前回検出値)と実質的に等しいと仮定すれば、その判定がYESとなり、S1300に移行する。   Subsequently, in S1440, it is determined whether or not the current i1 (current detection value) is substantially equal to the current i (previous detection value). In this case, since the charging current Ic is a maximum value, it is assumed that the current i1 (current detection value) is substantially equal to the current i (previous detection value) despite the forced decrease in the duty ratio τ. The determination is YES, and the process proceeds to S1300.

これに対し、今回は、充電電流Icが極大値ではないために、デューティ比τの強制的増加に起因して、電流i1(今回検出値)が電流i(前回検出値)から変化したと仮定すれば、S1440の判定がNOとなり、その後、S1450に移行する。このS1450においては、電流i1(今回検出値)が電流i(前回検出値)より大きいか否かが判定される。   On the other hand, it is assumed that the current i1 (currently detected value) has changed from the current i (previously detected value) due to the forced increase of the duty ratio τ because the charging current Ic is not the maximum value this time. If it does, determination of S1440 will be NO and it will transfer to S1450 after that. In S1450, it is determined whether or not current i1 (current detection value) is larger than current i (previous detection value).

今回は、充電電流Icが極大値ではないために、デューティ比τの強制的増加に起因して、電流i1(今回検出値)が電流i(前回検出値)より増加したと仮定すれば、S1450の判定がYESとなり、その後、S1400に戻る。また、今回は、充電電流Icが極大値ではないために、デューティ比τの強制的減少に起因して、電流i1(今回検出値)が電流i(前回検出値)より減少したと仮定すれば、S1450の判定がNOとなり、その後、S1250を経て、S1200に戻る。   Since it is assumed that the current i1 (currently detected value) has increased from the current i (previously detected value) due to the forced increase of the duty ratio τ because the charging current Ic is not the maximum value this time, S1450 Is YES, and then the process returns to S1400. In addition, since the charging current Ic is not the maximum value this time, it is assumed that the current i1 (currently detected value) has decreased from the current i (previously detected value) due to the forced decrease of the duty ratio τ. , S1450 is NO, and then returns to S1200 via S1250.

次に、本発明の第3実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第1実施形態に対し、コントローラ60がスイッチ40を制御するハードウエア構成が異なるのみで、他のハードウエア構成およびソフトウエア構成は共通するため、異なる部分のみを詳細に説明し、共通する部分は同一の符号または名称を使用して引用することにより、重複した説明を省略する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. However, this embodiment differs from the first embodiment only in the hardware configuration in which the controller 60 controls the switch 40, and the other hardware configuration and software configuration are common, so only the different parts are detailed. Explanation will be given, and common parts will be referred to using the same reference numerals or names, and duplicate explanation will be omitted.

図8に示すように、本実施形態に従う充電装置120は、コントローラ60によるスイッチ40の制御を可能にするために、スイッチ制御回路122を備えている。そのスイッチ制御回路122は、三角波信号を生成する発振回路としての三角波源124と、コントローラ60から出力されるデジタル信号であってスイッチ40の目標デューティ比を表すものをアナログ信号に変換するD−Aコンバータ126とを備えている。そのD−Aコンバータ126は、コントローラ60から出力されるデジタル信号を、しきいレベルを表すアナログ信号に変換する。   As shown in FIG. 8, the charging device 120 according to the present embodiment includes a switch control circuit 122 in order to enable the controller 60 to control the switch 40. The switch control circuit 122 converts a triangular wave source 124 as an oscillation circuit that generates a triangular wave signal and a digital signal output from the controller 60 that represents the target duty ratio of the switch 40 into an analog signal. Converter 126. The DA converter 126 converts the digital signal output from the controller 60 into an analog signal that represents a threshold level.

スイッチ制御回路122は、さらに、スイッチ40と三角波源124とD−Aコンバータ126とに接続されたコンパレータ128を備えている。そのコンパレータ128は、2値化回路の一例として機能し、具体的には、三角波源124によって生成された三角波信号を、D−Aコンバータ126から出力されるアナログ信号によって表されるしきいレベルで2値化することにより、スイッチ40をオンするためにオン信号とオフするためのオフ信号とを選択的に生成し、それをスイッチ40に供給する。   The switch control circuit 122 further includes a comparator 128 connected to the switch 40, the triangular wave source 124, and the DA converter 126. The comparator 128 functions as an example of a binarization circuit. Specifically, the comparator 128 generates a triangular wave signal generated by the triangular wave source 124 at a threshold level represented by an analog signal output from the DA converter 126. By binarizing, an on signal and an off signal for turning off the switch 40 are selectively generated and supplied to the switch 40.

このスイッチ制御回路122においては、コンパレータ128により、周波数が一定である三角波信号が、パルス幅がしきいレベルに比例して増加するようにPMW化された矩形波信号に変換される。したがって、このスイッチ制御回路122においては、D−Aコンバータ126の出力アナログ信号を変えることにより、スイッチ40のデューティ比を変えることができる In the switch control circuit 122, the comparator 128 converts a triangular wave signal having a constant frequency into a rectangular wave signal converted into a PMW so that the pulse width increases in proportion to the threshold level. Therefore, in the switch control circuit 122, the duty ratio of the switch 40 can be changed by changing the output analog signal of the DA converter 126 .

本実施形態によれば、コントローラ60によってスイッチ40を制御するために、コントローラ60の外部に、クロック発振器と、そのクロック発振器から出力されるクロックパルス信号の数をカウントする、ワイヤードロジック回路のカウンタと、そのカウンタのタイムアップの有無に応じてスイッチ40のオンオフ状態を制御するフリップフロップとを設けずに済む。   According to the present embodiment, in order to control the switch 40 by the controller 60, a clock oscillator and a counter of a wired logic circuit that counts the number of clock pulse signals output from the clock oscillator are external to the controller 60. Thus, there is no need to provide a flip-flop for controlling the on / off state of the switch 40 in accordance with the time-up of the counter.

図8に示すように、本実施形態においては、第1実施形態に対し、アンプ54の入力側と電流検出抵抗52との間にフィルタ130が接続されている。このフィルタ130は、スイッチ40のオンオフ動作に起因してキャパシタ14の充電電流に発生するリップル成分を除去するために設けられる。本実施形態においては、さらに、正極ライン20のうち、コンデンサ48の正極端子との接続点と、外部端子24との間の部分に、逆流防止用のダイオード132が接続されている。   As shown in FIG. 8, in the present embodiment, a filter 130 is connected between the input side of the amplifier 54 and the current detection resistor 52 in the first embodiment. This filter 130 is provided to remove a ripple component generated in the charging current of the capacitor 14 due to the on / off operation of the switch 40. In the present embodiment, a backflow preventing diode 132 is further connected to a portion of the positive line 20 between the connection point of the capacitor 48 and the external terminal 24.

次に、本発明の第4実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第1実施形態に対し、コントローラ60のコンピュータ70によって実現される動作と基本的に同じ動作をワイヤードロジック回路によって実現する点のみにおいて異なり、他の点においては共通する。そのため、本実施形態については、第1実施形態と異なる要素のみを詳細に説明し、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、重複した説明を省略する。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. However, this embodiment is different from the first embodiment only in that the operation basically realized by the computer 70 of the controller 60 is realized by a wired logic circuit, and is common in other points. Therefore, in the present embodiment, only elements different from those of the first embodiment will be described in detail, and common elements will be referred to using the same reference numerals or names, and redundant description will be omitted.

図9に示すように、本実施形態に従う充電装置150は、第1実施形態に従う充電装置10と同様に、太陽電池12とキャパシタ14とに接続されて使用される。この充電装置150は、充電装置10と同様に、スイッチ40とコイル42とダイオード44とを有するコンバータ32と、コンデンサ48と、電流検出抵抗52とアンプ54とを有する検出回路50とを含むように構成されている。   As shown in FIG. 9, the charging device 150 according to the present embodiment is used by being connected to the solar cell 12 and the capacitor 14 in the same manner as the charging device 10 according to the first embodiment. Similarly to charging device 10, charging device 150 includes a converter 32 having a switch 40, a coil 42, and a diode 44, a capacitor 48, a detection circuit 50 having a current detection resistor 52 and an amplifier 54. It is configured.

図9に示すように、充電装置150は、検出回路50に接続された記憶部160と、その記憶部160に接続された決定部162と、その決定部162とスイッチ40とに接続されたスイッチ制御回路164とを備えている。この充電装置150は、さらに、それら記憶部160と決定部162とスイッチ制御回路164とに接続されたタイミング部166を備えている。本実施形態においては、それら記憶部160、決定部162、スイッチ制御回路164およびタイミング部166によってコントローラ168が構成されている。   As illustrated in FIG. 9, the charging device 150 includes a storage unit 160 connected to the detection circuit 50, a determination unit 162 connected to the storage unit 160, and a switch connected to the determination unit 162 and the switch 40. And a control circuit 164. The charging device 150 further includes a timing unit 166 connected to the storage unit 160, the determination unit 162, and the switch control circuit 164. In the present embodiment, the storage unit 160, the determination unit 162, the switch control circuit 164, and the timing unit 166 constitute a controller 168.

記憶部160は、検出回路50によって検出されたキャパシタ14の充電電流をアナログ信号(充電電流の値が電流検出抵抗52とアンプ54とによって電圧に変換された信号)として記憶するために、検出回路50に共通に接続された2個のサンプルホールド回路170,172と、それらサンプルホールド回路170,172を選択的に有効にする選択回路としてのフリップフロップ174とを備えている。そのフリップフロップ174は、サンプリングタイミングT1が到来するごとに、2個のサンプルホールド回路170,172に交互にイネーブル信号を出力するように動作する。その結果、それら2個のサンプルホールド回路170,172は、充電電流の今回検出値と前回検出値とをそれぞれ、交互に検出回路50からサンプリングして一時的に記憶するように動作する。   The storage unit 160 stores the charging current of the capacitor 14 detected by the detection circuit 50 as an analog signal (a signal in which the value of the charging current is converted into a voltage by the current detection resistor 52 and the amplifier 54). 50, two sample and hold circuits 170 and 172 connected in common, and a flip-flop 174 as a selection circuit for selectively enabling the sample and hold circuits 170 and 172 are provided. The flip-flop 174 operates so as to alternately output an enable signal to the two sample hold circuits 170 and 172 every time the sampling timing T1 arrives. As a result, the two sample and hold circuits 170 and 172 operate so that the current detection value and the previous detection value of the charging current are alternately sampled from the detection circuit 50 and temporarily stored.

具体的には、まず、一方のサンプルホールド回路を有効とし、その有効とされたサンプルホールド回路に、充電電流の検出値を検出回路50からサンプリングするサンプリング動作を行わせて、その検出値を一時的に記憶させる。その後、サンプリングタイミングT1が到来すると、今度は、他方のサンプルホールド回路を有効とし、その有効とされたサンプルホールド回路にサンプリング動作を行わせて充電電流の検出値を一時的に記憶させる。今回のサンプリング動作が終了すると、一方のサンプルホールド回路は、充電電流の前回検出値を記憶していることになる一方、他方のサンプルホールド回路は、充電電流の今回検出値を記憶していることになる。   Specifically, first, one of the sample and hold circuits is validated, and the validated sample and hold circuit is caused to perform a sampling operation for sampling the detection value of the charging current from the detection circuit 50, and the detection value is temporarily stored. Memorize. Thereafter, when the sampling timing T1 arrives, the other sample-and-hold circuit is validated, and the validated sample-and-hold circuit performs a sampling operation to temporarily store the detected value of the charging current. When the current sampling operation is completed, one sample-and-hold circuit stores the previous detection value of the charging current, while the other sample-and-hold circuit stores the current detection value of the charging current. become.

そして、次のサンプリングタイミングT1が到来すると、今回は、前回のサンプリングタイミングT1において有効にされたサンプルホールド回路とは別のサンプルホールド回路を有効とし、その有効とされたサンプルホールド回路に充電電流の検出値のサンプリングおよび記憶を行わせる。今回のサンプリングタイミングT1においては、前回のサンプリングタイミングT1において有効とされたサンプルホールド回路に記憶されている充電電流が、充電電流の前回検出値を意味する。   When the next sampling timing T1 arrives, this time, a sample hold circuit different from the sample hold circuit enabled at the previous sampling timing T1 is enabled, and the charging current of the sample hold circuit is enabled in the enabled sample hold circuit. The detected value is sampled and stored. At the current sampling timing T1, the charging current stored in the sample hold circuit validated at the previous sampling timing T1 means the previous detected value of the charging current.

以上の説明から明らかなように、サンプリングタイミングT1が到来するごとに、それら2個のサンプルホールド回路170,172を選択的に有効とするためにフリップフロップ174が設けられている。   As is clear from the above description, a flip-flop 174 is provided to selectively enable the two sample hold circuits 170 and 172 each time the sampling timing T1 arrives.

図9に示すように、スイッチ制御回路164は、R−Sフリップフロップとして構成されたフリップフロップ180を備えている。このフリップフロップ180は、セット状態においてスイッチ40をオンにする一方、リセット状態においてスイッチ40をオフにするように動作する。   As shown in FIG. 9, the switch control circuit 164 includes a flip-flop 180 configured as an RS flip-flop. The flip-flop 180 operates to turn on the switch 40 in the set state and turn off the switch 40 in the reset state.

スイッチ制御回路164は、さらに、コントローラ168の動作全体を制御する基本クロックのクロックパルス(例えば、25MHz,0.04μs)を出力するクロック発振器182と、そのクロック発振器182から出力されたクロックパルスの数をカウントするカウンタ184とを備えている。そのカウンタ184は、タイムアップする(それのカウント値が最大値に達する)ごとに、フリップフロップ180をリセット状態からセット状態に切り替えるためのセット信号Sをフリップフロップ180に供給する。   The switch control circuit 164 further outputs a clock oscillator 182 that outputs a clock pulse (for example, 25 MHz, 0.04 μs) of a basic clock that controls the entire operation of the controller 168, and the number of clock pulses output from the clock oscillator 182. And a counter 184 for counting. The counter 184 supplies the flip-flop 180 with a set signal S for switching the flip-flop 180 from the reset state to the set state every time up (its count value reaches the maximum value).

具体的な仕様セッティングの一例においては、スイッチ40のスイッチング周波数を100kHzに設定するために、カウンタ184のカウント値を2進8ビットで構成して、そのカウンタ184からの出力パルス信号(タイムアップを表す信号)の出力周波数を100kHz、出力インターバル(サイクルタイム)を10μsにすることが考えられる。   In an example of a specific specification setting, in order to set the switching frequency of the switch 40 to 100 kHz, the count value of the counter 184 is composed of binary 8 bits, and an output pulse signal (time-up is output from the counter 184). It is conceivable to set the output frequency of the signal to be 100 kHz and the output interval (cycle time) to 10 μs.

図9に示すように、決定部162は、スイッチ40の目標デューティ比すなわちオン時間の長さを決定するための論理演算を行う判定論理回路190と、その判定論理回路190によって決定された前回判定結果を記憶する前回判定メモリ192とを備えている。それら判定論理回路190および前回判定メモリ192の機能および動作については、後に詳述するが、判定論理回路190は、判定論理タイミングT2が到来するごとに所定の論理演算を行うように設計されている。   As shown in FIG. 9, the determination unit 162 includes a determination logic circuit 190 that performs a logical operation for determining the target duty ratio of the switch 40, that is, the length of the on-time, and the previous determination determined by the determination logic circuit 190. And a previous determination memory 192 for storing the result. The functions and operations of the determination logic circuit 190 and the previous determination memory 192 will be described in detail later. The determination logic circuit 190 is designed to perform a predetermined logical operation every time the determination logic timing T2 arrives. .

図9に示すように、スイッチ制御回路164は、さらに、リバーシブル式のカウンタ200と、そのカウンタ200と前述のカウンタ184との間に設けられた一致検出論理回路202とを備えている。   As shown in FIG. 9, the switch control circuit 164 further includes a reversible counter 200 and a coincidence detection logic circuit 202 provided between the counter 200 and the counter 184 described above.

カウンタ200は、決定部162によって決定された目標デューティ比に対応する目標カウント値を記憶するために設けられている。このカウンタ200は、デューティ比変更タイミングT3が到来するごとに、カウントアップ動作とカウントダウン動作とのうち指定されたものを行う。これに対し、一致検出論理回路202は、カウンタ200に記憶されている目標カウント値と、前述のカウンタ184のカウント値とが互いに一致することを検出するために設けられている。   The counter 200 is provided for storing a target count value corresponding to the target duty ratio determined by the determination unit 162. This counter 200 performs a designated one of the count-up operation and the count-down operation every time the duty ratio change timing T3 arrives. On the other hand, the coincidence detection logic circuit 202 is provided for detecting that the target count value stored in the counter 200 and the count value of the counter 184 coincide with each other.

カウンタ200のカウント値がカウンタ184の目標カウント値と一致すると、一致検出論理回路202は、フリップフロップ180をセット状態からリセット状態に切り替えるためのリセット信号Rをフリップフロップ180に供給する。その結果、スイッチ40がオン状態からオフ状態に切り替わり、それにより、スイッチ40の実際のオン時間が、目標デューティ比を実現するように制御される。   When the count value of the counter 200 matches the target count value of the counter 184, the match detection logic circuit 202 supplies the flip-flop 180 with a reset signal R for switching the flip-flop 180 from the set state to the reset state. As a result, the switch 40 is switched from the on state to the off state, whereby the actual on time of the switch 40 is controlled to achieve the target duty ratio.

図9に示すように、タイミング部166は、カウンタ184からの出力パルス信号(タイムアップを表す信号)に応答して1ずつカウントアップするカウンタ210を備えている。そのカウンタ210は、タイムアップすると、前述のサンプリングタイミングT1が到来したことを表す出力パルス信号を前述のフリップフロップ174に出力する。   As shown in FIG. 9, the timing unit 166 includes a counter 210 that counts up one by one in response to an output pulse signal (a signal indicating time-up) from the counter 184. When the time is up, the counter 210 outputs an output pulse signal indicating that the sampling timing T1 has arrived to the flip-flop 174.

具体的な仕様セッティングの一例において、前述のサンプリングタイミングT1の周期を10msに設定するためには、カウンタ210のカウント値を2進10ビットで構成して、出力パルス信号の出力インターバルを10msにすることが考えられる。   In an example of specific specification setting, in order to set the period of the above-described sampling timing T1 to 10 ms, the count value of the counter 210 is composed of binary 10 bits, and the output interval of the output pulse signal is set to 10 ms. It is possible.

図9に示すように、タイミング部166は、さらに、タイミング発生器212を備えている。このタイミング発生器212は、カウンタ210から出力される出力パルス信号の数をカウントすることにより、前述の判定論理タイミングT2とデューティ比変更タイミングT3とをそれぞれ計測する。   As shown in FIG. 9, the timing unit 166 further includes a timing generator 212. The timing generator 212 measures the determination logic timing T2 and the duty ratio change timing T3 described above by counting the number of output pulse signals output from the counter 210.

本実施形態においては、サンプリングタイミングT1の周期の長さが、スイッチ40のデューティ比変更に伴う充電装置150の過渡現象が収束するのに必要な時間を考慮して設定される。また、判定論理タイミングT2の周期の長さが、サンプルホールド回路170,172の一回の動作完了に必要な時間を考慮して設定される。また、デューティ比変更タイミングT3が、判定論理回路190の一回の論理判定完了に必要な時間を考慮して設定される。図10には、それら3つのタイミングT1,T2およびT3が成立するシーケンスがタイミングチャートで表されている。   In the present embodiment, the length of the period of the sampling timing T1 is set in consideration of the time required for the transient phenomenon of the charging device 150 accompanying the change of the duty ratio of the switch 40 to converge. Further, the length of the cycle of the determination logic timing T2 is set in consideration of the time required for one operation completion of the sample hold circuits 170 and 172. Also, the duty ratio change timing T3 is set in consideration of the time required for completing one logic determination of the determination logic circuit 190. In FIG. 10, a sequence in which these three timings T1, T2, and T3 are established is represented by a timing chart.

図9に示すように、決定部162は、さらに、2個のサンプルホールド回路170,172の出力端子にそれぞれ接続された2個の電圧設定回路220,222と、それら2個の電圧設定回路220,222にそれぞれ接続された2個の比較器230,232とを備えている。   As shown in FIG. 9, the determination unit 162 further includes two voltage setting circuits 220 and 222 connected to the output terminals of the two sample and hold circuits 170 and 172, respectively, and the two voltage setting circuits 220. , 222 are connected to two comparators 230, 232, respectively.

各電圧設定回路220,222は、2個の分圧抵抗R11,R12,R21,R22の直列回路として構成されており、2個のサンプルホールド回路170,172のうち対応するものに記憶されている充電電流を表す信号の電圧を所定の比率で分圧して、2個の比較器230,232のうち対応するものに出力する。   Each voltage setting circuit 220, 222 is configured as a series circuit of two voltage dividing resistors R11, R12, R21, R22, and is stored in a corresponding one of the two sample hold circuits 170, 172. The voltage of the signal representing the charging current is divided at a predetermined ratio and output to the corresponding one of the two comparators 230 and 232.

具体的には、2個のサンプルホールド回路170,172の出力電圧をそれぞれVh1,Vh2で表せば、比較器230は、Vh1とVh2×R22/(R21+R22)とを互いに比較し、一方、比較器232は、Vh2とVh1×R12/(R11+R12)とを互いに比較する。比較器230は、Vh2がVh1より、一定電圧以上高いことを検出するために使用され、一方、比較器232は、Vh1がVh2より、一定電圧以上高いことを検出するために使用される。   Specifically, if the output voltages of the two sample and hold circuits 170 and 172 are represented by Vh1 and Vh2, respectively, the comparator 230 compares Vh1 and Vh2 × R22 / (R21 + R22) with each other. 232 compares Vh2 and Vh1 × R12 / (R11 + R12) with each other. Comparator 230 is used to detect that Vh2 is higher than Vh1 by a certain voltage or more, while comparator 232 is used to detect that Vh1 is higher than Vh2 by a certain voltage or more.

ここで、判定論理回路190の論理演算を説明する。   Here, the logical operation of the determination logic circuit 190 will be described.

判定論理回路190の入力信号には、フリップフロップ174の出力信号と、2個の比較器230,232からの出力信号と、前回判定メモリ192からの出力信号とがある。フリップフロップ174の出力信号は、2個のサンプルホールド回路170,172のうちのいずれが今回有効とされたものであるかを特定するために使用される。2個の比較器230,232からの出力信号は、2個のサンプルホールド回路170,172のうち今回有効とされたものに対応する比較器からの出力信号のみが使用される。前回判定メモリ192からの出力信号は、カウンタ200のカウント方向がカウントアップであったかカウントダウンであったかを特定するために使用される。   The input signal of the determination logic circuit 190 includes an output signal of the flip-flop 174, output signals from the two comparators 230 and 232, and an output signal from the previous determination memory 192. The output signal of the flip-flop 174 is used to specify which of the two sample and hold circuits 170 and 172 is valid this time. As the output signals from the two comparators 230 and 232, only the output signals from the comparators corresponding to the currently validated one of the two sample and hold circuits 170 and 172 are used. The output signal from the previous determination memory 192 is used to specify whether the counting direction of the counter 200 is counting up or counting down.

一方、判定論理回路190の出力信号には、(a)スイッチ40のオン時間が第1変化量だけ増加するようにカウンタ200のカウント値(スイッチ40の目標オン時間に相当する。)を1だけカウントアップするための小カウントアップ信号と、(b)スイッチ40のオン時間が第1変化量より多い第2変化量だけ増加するようにカウンタ200のカウント値を2だけカウントアップするための大カウントアップ信号と、(c)スイッチ40のオン時間が第1変化量だけ減少するようにカウンタ200のカウント値を1だけカウントダウンするための小カウントダウン信号と、(d)スイッチ40のオン時間が第2変化量だけ減少するようにカウンタ200のカウント値を2だけカウントダウンするための大カウントダウン信号と、(e)カウンタ200のカウント値に変化を加えないための0信号とがある。   On the other hand, in the output signal of the determination logic circuit 190, (a) the count value of the counter 200 (corresponding to the target on time of the switch 40) is set to 1 so that the on time of the switch 40 is increased by the first change amount. A small count-up signal for counting up, and (b) a large count for counting up the count value of the counter 200 by 2 so that the ON time of the switch 40 increases by a second change amount greater than the first change amount. An up signal, (c) a small countdown signal for counting down the count value of the counter 200 by 1 so that the ON time of the switch 40 is decreased by the first change amount, and (d) a second ON time of the switch 40. (E) a large countdown signal for counting down the count value of the counter 200 by 2 so as to decrease by the amount of change; There is a 0 signal to the count value of the counter 200 without adding changes.

図11には、判定論理回路190の動作が場合分けされて表で表されている。この表によれば、例えば、前回判定が、カウンタ200のカウントアップ(カウント値の前回増加量が1であったか2であったかを問わない。)であり、かつ、2個のサンプルホールド回路170,172のうち170が今回有効とされている場合には、比較器230においてVh2(前回検出値)がVh1(今回検出値)より大きいと判定されることを条件に、カウンタ200に大カウントダウン信号D2が出力される一方、比較器232においてVh1(今回検出値)がVh2(前回検出値)より大きいと判定されることを条件に、カウンタ200に小カウントアップ信号U1が出力される。   In FIG. 11, the operation of the determination logic circuit 190 is divided into cases and represented in a table. According to this table, for example, the previous determination is a count-up of the counter 200 (regardless of whether the previous increment of the count value was 1 or 2), and the two sample hold circuits 170 and 172 When 170 of these is valid this time, the large countdown signal D2 is sent to the counter 200 on condition that the comparator 230 determines that Vh2 (previous detection value) is larger than Vh1 (current detection value). On the other hand, a small count-up signal U1 is output to the counter 200 on condition that the comparator 232 determines that Vh1 (current detection value) is greater than Vh2 (previous detection value).

また、前回判定が、カウンタ200のカウントダウン(カウント値の前回減少量が1であったか2であったかを問わない。)であり、かつ、2個のサンプルホールド回路170,172のうち172が今回有効とされている場合には、比較器230においてVh2(今回検出値)がVh1(前回検出値)より大きいと判定されることを条件に、カウンタ200に小カウントダウン信号D1が出力される一方、比較器232においてVh1(前回検出値)がVh2(今回検出値)より大きいと判定されることを条件に、カウンタ200に大カウントアップ信号U2が出力される。   In addition, the previous determination is a countdown of the counter 200 (regardless of whether the previous decrease amount of the count value was 1 or 2), and 172 of the two sample hold circuits 170 and 172 is valid this time. If it is determined that the comparator 230 outputs a small countdown signal D1 to the counter 200 on the condition that Vh2 (current detection value) is determined to be larger than Vh1 (previous detection value), A large count-up signal U2 is output to the counter 200 on the condition that it is determined at 232 that Vh1 (previous detection value) is greater than Vh2 (current detection value).

以上、2つの場合を例にとり、判定論理回路190の動作を説明したが、残りの場合については、図11の表を引用することにより、文章による説明を省略する。   The operation of the decision logic circuit 190 has been described above by taking two cases as an example. In the remaining cases, the description in text is omitted by citing the table of FIG.

なお付言するに、本実施形態においては、判定論理回路190により決定された目標デューティ比が一定時間(例えば、10秒)変化しない場合に目標デューティ比を強制的に一定方向に一定量だけ変更する論理回路を追加すれば、キャパシタ14の充電電流の実際値をそれの極大値により確実に追従させることが容易となる。   In addition, in this embodiment, when the target duty ratio determined by the determination logic circuit 190 does not change for a certain time (for example, 10 seconds), the target duty ratio is forcibly changed by a certain amount in a certain direction. If a logic circuit is added, it becomes easy to reliably follow the actual value of the charging current of the capacitor 14 by its maximum value.

次に、本発明の第5実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第1実施形態に対し、コンピュータ70によって実現される動作と基本的に同じ動作をワイヤードロジック回路とコンピュータとを組み合わせたハイブリッド方式で実現する点のみにおいて異なり、他の点においては共通する。そのため、本実施形態については、第1実施形態と異なる要素のみを詳細に説明し、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、重複した説明を省略する。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. However, this embodiment differs from the first embodiment only in that the same operation as the operation realized by the computer 70 is realized by a hybrid system combining a wired logic circuit and a computer. Is common. Therefore, in the present embodiment, only elements different from those of the first embodiment will be described in detail, and common elements will be referred to using the same reference numerals or names, and redundant description will be omitted.

図12に示すように、本実施形態に従う充電装置250は、第1実施形態に従う充電装置10と同様に、太陽電池12とキャパシタ14とに接続されて使用される。この充電装置150は、充電装置10と同様に、スイッチ(半導体スイッチ)40とコイル42とダイオード44とを有するコンバータ(降圧型のスイッチングレギュレータ)32と、コンデンサ48と、電流検出抵抗52とアンプ54とを有する検出回路50とを含むように構成されている。   As shown in FIG. 12, the charging device 250 according to the present embodiment is used by being connected to the solar cell 12 and the capacitor 14 in the same manner as the charging device 10 according to the first embodiment. Similar to the charging device 10, the charging device 150 includes a converter (step-down switching regulator) 32 having a switch (semiconductor switch) 40, a coil 42, and a diode 44, a capacitor 48, a current detection resistor 52, and an amplifier 54. Is included.

その検出回路50は、スイッチ40のオンオフ動作に起因してキャパシタ14の充電電流に発生するリップル成分を除去し、それにより、充電電流の検出値を用いた後段の処理を確実化するため、リップル対策回路252を備えている。そのリップル対策回路252は、例えば、平均電流による方式(ローパスフィルタ、積分回路等)としたり、ピーク電流による方式(ダイオードを用いた整流回路等)としたり、特定位相の電流による方式(スイッチ40がオフするタイミングにおけるサンプリングホールドないしは同期検波等)とすることが可能である。   The detection circuit 50 removes a ripple component generated in the charging current of the capacitor 14 due to the on / off operation of the switch 40, thereby ensuring the subsequent processing using the detected value of the charging current. A countermeasure circuit 252 is provided. The ripple countermeasure circuit 252 may be, for example, a method using an average current (such as a low-pass filter or an integration circuit), a method using a peak current (such as a rectifier circuit using a diode), or a method using a current of a specific phase (the switch 40 is Sampling hold or synchronous detection at the timing of turning off) is possible.

図12に示すように、充電装置250は、検出回路50に接続されたサンプルホールド回路254と、そのサンプルホールド回路254に接続された決定部256とを備えている。その決定部256は、2つの入力端子においてサンプルホールド回路254と検出回路50とにそれぞれ接続された比較器258と、その比較器258の出力端子と、サンプルホールド回路254の制御端子とに接続されたコントローラ260とを備えている。   As shown in FIG. 12, the charging device 250 includes a sample hold circuit 254 connected to the detection circuit 50 and a determination unit 256 connected to the sample hold circuit 254. The determination unit 256 is connected to a comparator 258 connected to the sample hold circuit 254 and the detection circuit 50 at two input terminals, an output terminal of the comparator 258, and a control terminal of the sample hold circuit 254, respectively. Controller 260.

比較器258には、検出回路50による充電電流の今回検出値を表す電圧信号と、充電電流の前回検出値を表す電圧信号であってサンプルホールド回路254に記憶されているものとが入力される。この比較器258は、それら電圧信号の大小を比較するために設けられている。   The comparator 258 receives a voltage signal representing the current detection value of the charging current by the detection circuit 50 and a voltage signal representing the previous detection value of the charging current and stored in the sample hold circuit 254. . The comparator 258 is provided for comparing the magnitudes of these voltage signals.

図13に示すように、コントローラ260は、コンピュータ262を主体として構成されており、そのコンピュータ262は、図3に示す第1実施形態と同様に、CPU72と、ROM74と、RAM76と、バス78とを含むように構成されている。コントローラ260は、さらに、図3に示す第1実施形態と同様に、I/Oインタフェース80を備えており、そのI/Oインタフェース80を介してサンプルホールド回路254と比較器258とに接続されている。   As shown in FIG. 13, the controller 260 is mainly configured by a computer 262. The computer 262 includes a CPU 72, a ROM 74, a RAM 76, and a bus 78, as in the first embodiment shown in FIG. It is comprised so that it may contain. The controller 260 further includes an I / O interface 80 as in the first embodiment shown in FIG. 3, and is connected to the sample hold circuit 254 and the comparator 258 via the I / O interface 80. Yes.

ROM74には、図14にフローチャートで概念的に表されているデューティ比制御プログラムが記憶されている。また、図13に示すように、RAM76には、判定結果メモリ270と比較結果メモリ272とが設けられている。   The ROM 74 stores a duty ratio control program conceptually represented in the flowchart of FIG. Further, as shown in FIG. 13, the RAM 76 is provided with a determination result memory 270 and a comparison result memory 272.

図12に示すように、充電装置250は、決定部256とスイッチ40とに接続されたスイッチ制御回路280とを備えている。そのスイッチ制御回路280は、発振回路としての三角波源282と、その三角波源282によって発生させられた三角波信号をしきいレベルによって2値化する2値化回路としてのコンパレータ284とを備えている。その2値化処理により、コンパレータ284からスイッチ40に、ハイレベルとローレベルとを有する矩形波が出力され、その矩形波のデューティ比は、コンパレータ284のしきいレベルに応じて変化する。   As shown in FIG. 12, the charging device 250 includes a determination unit 256 and a switch control circuit 280 connected to the switch 40. The switch control circuit 280 includes a triangular wave source 282 as an oscillation circuit, and a comparator 284 as a binarization circuit that binarizes the triangular wave signal generated by the triangular wave source 282 according to a threshold level. By the binarization processing, a rectangular wave having a high level and a low level is output from the comparator 284 to the switch 40, and the duty ratio of the rectangular wave changes according to the threshold level of the comparator 284.

図12に示すように、そのスイッチ制御回路280は、コンパレータ284にしきいレベル信号を出力するしきいレベル信号生成回路290を備えている。そのしきいレベル信号生成回路290は、そのしきいレベル信号を生成するために、可変の電圧を所定時間保持する素子としてのコンデンサ292と、そのコンデンサ292に蓄積される電圧を昇圧するためにオンにされる昇圧スイッチ(例えば、半導体スイッチ)294および降圧するためにオンにされる降圧スイッチ(例えば、半導体スイッチ)296とを備えている。コンデンサ292の電圧を表す信号がしきいレベル信号としてコンパレータ284に供給される。   As shown in FIG. 12, the switch control circuit 280 includes a threshold level signal generation circuit 290 that outputs a threshold level signal to the comparator 284. The threshold level signal generation circuit 290 generates a threshold level signal, a capacitor 292 as an element for holding a variable voltage for a predetermined time, and an on-state voltage for boosting the voltage accumulated in the capacitor 292. And a step-down switch (eg, semiconductor switch) 296 that is turned on to step down. A signal representing the voltage of the capacitor 292 is supplied to the comparator 284 as a threshold level signal.

スイッチ制御回路280は、さらに、それら昇圧スイッチ294および降圧スイッチ296にそれぞれ接続された2個のタイミング回路298,300を備えている。それら2個のタイミング回路298,300は、図13に示すように、I/Oインタフェース80を介してコンピュータ262に接続されている。   The switch control circuit 280 further includes two timing circuits 298 and 300 connected to the step-up switch 294 and the step-down switch 296, respectively. These two timing circuits 298 and 300 are connected to a computer 262 via an I / O interface 80 as shown in FIG.

このしきいレベル信号生成回路290においては、昇圧スイッチ294のオンによってコンデンサ292が抵抗R1を経て正極電源端子に導通されると、その昇圧スイッチ294のオン時間の長さに応じてコンデンサ292の電圧が上昇させられる。一方、降圧スイッチ296のオンによってコンデンサ292が抵抗R2を経て負極電源端子に導通されると、その降圧スイッチ296のオン時間の長さに応じてコンデンサ292の電圧が降圧させられる。   In the threshold level signal generation circuit 290, when the booster switch 294 is turned on and the capacitor 292 is conducted to the positive power supply terminal via the resistor R1, the voltage of the capacitor 292 is set according to the length of the on-time of the booster switch 294. Is raised. On the other hand, when the step-down switch 296 is turned on and the capacitor 292 is conducted to the negative power supply terminal through the resistor R2, the voltage of the capacitor 292 is stepped down according to the length of the on-time of the step-down switch 296.

それら昇圧スイッチ294および降圧スイッチ296はそれぞれ、2個のタイミング回路298,300を介してコントローラ260に接続されている。各タイミング回路298,300は、例えば、単安定バイブレータとして構成され、コントローラ260からトリガ信号が入力されると、所定時間、昇圧スイッチ294と降圧スイッチ296とのうち対応するものをオンにする信号を出力し続ける。   The step-up switch 294 and the step-down switch 296 are connected to the controller 260 via two timing circuits 298 and 300, respectively. Each timing circuit 298, 300 is configured as a monostable vibrator, for example, and when a trigger signal is input from the controller 260, a signal for turning on the corresponding one of the boost switch 294 and the buck switch 296 for a predetermined time. Continue to output.

図12に示すように、スイッチ制御回路280は、さらに、コンデンサ292とコンパレータ284の入力端子とに接続されたバッファアンプ302を備えている。そのバッファアンプ302は、入力のインピーダンスが高く、かつ、入力のリーク電流が少ないアンプとして構成されている。このバッファアンプ302は、リーク電流により、コンデンサ292に電圧ドリフトが発生することを防止するために設けられている。   As shown in FIG. 12, the switch control circuit 280 further includes a buffer amplifier 302 connected to the capacitor 292 and the input terminal of the comparator 284. The buffer amplifier 302 is configured as an amplifier having high input impedance and low input leakage current. The buffer amplifier 302 is provided in order to prevent voltage drift from occurring in the capacitor 292 due to leakage current.

この充電装置250の初期状態(電源投入直後)においては、コンピュータ262の起動前に、スイッチ40がオフであり、かつ、コンデンサ292の電圧が0である回路初期状態が実現される。   In the initial state of the charging device 250 (immediately after the power is turned on), an initial circuit state in which the switch 40 is off and the voltage of the capacitor 292 is 0 is realized before the computer 262 is activated.

やがてコンピュータ262が起動して図14に示すデューティ比制御プログラムが実行されると、まず、S2000において、所定時間が経過するのが待たれる。次に、S2010において、充電装置250が回路リセット状態から解除される。続いて、S2020において、サンプルホールド回路254の制御端子にサンプリング指令が送出される。その後、S2030において、そのサンプルホール回路254のアクイジション・タイム以上の所定時間が経過するのが待たれる。   When the computer 262 is finally activated and the duty ratio control program shown in FIG. 14 is executed, first, in S2000, it is waited for a predetermined time to elapse. Next, in S2010, the charging device 250 is released from the circuit reset state. Subsequently, in S2020, a sampling command is sent to the control terminal of the sample hold circuit 254. Thereafter, in S2030, it is awaited that a predetermined time longer than the acquisition time of the sample hall circuit 254 elapses.

続いて、S2040において、スイッチ40のデューティ比を、現在値から所定量、所定方向(例えば、増加方向)に強制的に変更するための信号が、2個のタイミング回路298.300のうち該当するものに送出される。その結果、昇圧スイッチ294と降圧スイッチ296とのうち該当するものが所定時間オンにされ、それに応じて、コンデンサ292の電圧すなわちコンパレータ284のしきい電圧、ひいてはスイッチ40のデュテーィ比が、現在値から所定量、所定方向(例えば、増加方向)に強制的に変更される。その後、S2050において、充電装置250の作動状態が整定するのが待たれる。   Subsequently, in S2040, a signal for forcibly changing the duty ratio of the switch 40 from the current value to a predetermined amount (for example, an increasing direction) corresponds to one of the two timing circuits 298.300. Sent to things. As a result, the corresponding one of the step-up switch 294 and the step-down switch 296 is turned on for a predetermined time, and accordingly, the voltage of the capacitor 292, that is, the threshold voltage of the comparator 284, and thus the duty ratio of the switch 40 is changed from the current value. A predetermined amount is forcibly changed in a predetermined direction (for example, an increasing direction). Thereafter, in S2050, it is awaited that the operating state of charging device 250 is settled.

その後、S2060において、比較器258の比較結果が入力され、続いて、S2070において、その入力された比較結果が比較結果メモリ272に記憶される。その後、S2080において、判定結果メモリ270から前回判定結果が読み込まれる。前回判定結果は、前回、昇圧スイッチ294がオンにされたか、降圧スイッチ296がオンにされたかを表している。   Thereafter, in S2060, the comparison result of the comparator 258 is input. Subsequently, in S2070, the input comparison result is stored in the comparison result memory 272. Thereafter, in S2080, the previous determination result is read from the determination result memory 270. The previous determination result indicates whether the step-up switch 294 was turned on or the step-down switch 296 was turned on last time.

続いて、S2090において、それら比較結果と前回判定結果とに基づき、今回、昇圧スイッチ294と降圧スイッチ296とのうちいずれをオンにすべきであるか否かが判定される。   Subsequently, in S2090, based on the comparison result and the previous determination result, it is determined which of the step-up switch 294 and the step-down switch 296 should be turned on this time.

具体的には、コンピュータ262による論理判定が図15に場合分けされて表で表されているように、例えば、前回判定結果が、昇圧スイッチ294をオンにすることであり、かつ、今回の比較結果が、充電電流の検出値の今回値が前回値より大きい場合には、今回も、昇圧スイッチ294をオンにすべきであると判定される。これに対し、前回判定結果が、昇圧スイッチ294をオンにすることであり、かつ、今回の比較結果が、充電電流の検出値の今回値が前回値より小さい場合には、今回は、降圧スイッチ296をオフにすべきであると判定される。他の場合についての論理判定については、図15の表を引用することにより、文章による説明を省略する。   Specifically, as shown in the table in FIG. 15, the logical determination by the computer 262 is, for example, the previous determination result is that the boost switch 294 is turned on, and the current comparison is performed. If the result is that the current value of the detected value of the charging current is larger than the previous value, it is determined that the boost switch 294 should be turned on again this time. On the other hand, if the previous determination result is to turn on the boost switch 294 and the current comparison result is that the current value of the detected value of the charging current is smaller than the previous value, It is determined that 296 should be turned off. With respect to the logical determination in other cases, the description in text is omitted by citing the table of FIG.

その後、図14におけるS2100において、判定結果メモリ270の内容が前回判定結果から今回判定結果に更新される。続いて、S2110において、サンプルホールド回路254の制御端子にサンプリング指令が送出される。その後、S2120において、そのサンプルホール回路254のアクイジション・タイム以上の長さを有する所定時間が経過するのが待たれる。   Thereafter, in S2100 in FIG. 14, the content of the determination result memory 270 is updated from the previous determination result to the current determination result. Subsequently, in S2110, a sampling command is sent to the control terminal of the sample hold circuit 254. Thereafter, in S2120, it is awaited that a predetermined time having a length equal to or longer than the acquisition time of the sample hall circuit 254 elapses.

続いて、S2130において、今回判定結果に従い、スイッチ40のデューティ比を、現在値から所定量、所定方向(例えば、増加方向)に変更するための信号が、2個のタイミング回路298,300のうち該当するものに送出される。その結果、スイッチ40のデュテーィ比が、極大値に接近するように変更される。その後、S2140において、充電装置250の動作が整定するのが待たれる。続いて、S2060に戻り、S2060ないしS2140の実行が周期的に反復される。   Subsequently, in S2130, according to the current determination result, a signal for changing the duty ratio of the switch 40 from the current value to a predetermined amount in a predetermined direction (for example, an increasing direction) is out of the two timing circuits 298 and 300. Sent to the appropriate one. As a result, the duty ratio of the switch 40 is changed so as to approach the maximum value. Thereafter, in S2140, the operation of charging device 250 waits for settling. Subsequently, the process returns to S2060, and the execution of S2060 to S2140 is periodically repeated.

具体的な仕様セッティングの一例においては、その実行周期が10msのオーダであり、S2030およびS2120におけるそれぞれの待ち時間は100μsであり、S2050およびS2140におけるそれぞれの待ち時間は10msである。   In an example of specific specification setting, the execution cycle is on the order of 10 ms, the respective waiting times in S2030 and S2120 are 100 μs, and the waiting times in S2050 and S2140 are 10 ms.

次に、本発明の第6実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第5実施形態に対し、コンピュータ262によって実現される動作と基本的に同じ動作をワイヤードロジック回路によって実現する点のみにおいて異なり、他の点においては共通する。そのため、本実施形態については、第1実施形態と異なる要素のみを詳細に説明し、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、重複した説明を省略する。   Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. However, this embodiment is different from the fifth embodiment only in that the same operation as that realized by the computer 262 is realized by a wired logic circuit, and is common in other points. Therefore, in the present embodiment, only elements different from those of the first embodiment will be described in detail, and common elements will be referred to using the same reference numerals or names, and redundant description will be omitted.

図16に示すように、本実施形態に従う充電装置330は、第5実施形態におけるコントローラ260に代えて論理回路332を備えている。その論理回路332は、クロックパルスを発生させるクロック発振器(例えば、発振周期:10μs)334と、そのクロック発振器334から出力されたクロックパルスの数をカウントするカウンタ336とを備えている。このカウンタ336は、所定のビット数を有するフリップフロップとして構成される。   As shown in FIG. 16, the charging device 330 according to the present embodiment includes a logic circuit 332 instead of the controller 260 in the fifth embodiment. The logic circuit 332 includes a clock oscillator (for example, oscillation period: 10 μs) 334 that generates clock pulses, and a counter 336 that counts the number of clock pulses output from the clock oscillator 334. The counter 336 is configured as a flip-flop having a predetermined number of bits.

論理回路332は、さらに、カウンタ336の出力をアンド論理素子によってデコードし、それぞれ周期的な3つのタイミングパルスt0、t1、t2を生成するタイミング回路338を備えている。論理回路332は、さらに、2個のフリップフロップ340,342と、XOR論理素子350と、2個のAND論理素子360,362とを備えている。   The logic circuit 332 further includes a timing circuit 338 that decodes the output of the counter 336 by an AND logic element and generates three periodic timing pulses t0, t1, and t2, respectively. The logic circuit 332 further includes two flip-flops 340 and 342, an XOR logic element 350, and two AND logic elements 360 and 362.

フリップフロップ340は、シフト型で、タイミングパルスt0に応答し、XOR論理素子の演算結果、すなわち、次回は昇圧スイッチ294と降圧スイッチ296とのうちいずれがオンにされるかを表す情報を記憶する。このフリップフロップ340は、次のタイミングパルスt0が到来するまで、記憶内容を保持する。   The flip-flop 340 is a shift type, and stores the result of the operation of the XOR logic element, that is, information indicating which of the step-up switch 294 and the step-down switch 296 is turned on next time, in response to the timing pulse t0. . The flip-flop 340 holds the stored contents until the next timing pulse t0 arrives.

フリップフロップ342も、シフト型で、タイミングパルスt1に応答し、フリップフロップ340の記憶内容を記憶する。このフリップフロップ342も、次のタイミングパルスt1が到来するまで、記憶内容を保持する。   The flip-flop 342 is also a shift type, and stores the stored contents of the flip-flop 340 in response to the timing pulse t1. The flip-flop 342 also holds the stored contents until the next timing pulse t1 arrives.

XOR論理素子350は、比較器250の出力とフリップフロップ342の出力とがそれぞれ入力され、それら2入力が同じ論理値であれば、論理値「0」を出力する一方、互いに異なる論理値であれば、論理値「1」を出力するように動作する。フリップフロップ342の出力は、図15における前回判定結果を表し、これに対し、比較器250の出力は、図15における今回比較結果を表している。したがって、このXOR論理素子350は、図15に表で表す論理演算と同じ論理演算を行う。   If the output of the comparator 250 and the output of the flip-flop 342 are respectively input to the XOR logic element 350 and the two inputs have the same logic value, the XOR logic element 350 outputs a logic value “0”, but may have different logic values. For example, the logic value “1” is output. The output of the flip-flop 342 represents the previous determination result in FIG. 15, whereas the output of the comparator 250 represents the current comparison result in FIG. Therefore, this XOR logic element 350 performs the same logical operation as the logical operation shown in the table of FIG.

2個のAND論理素子360,362はいずれも、2つの入力がいずれも論理値「1」である場合に、論理値「1」を出力するように動作する。AND論理素子360は、フィリップフロップ342の出力を入力するため、このフリップフロップ342の出力の論理値が「1」である場合に、タイミングパルスt2の到来時に、タイミング回路298に出力パルスを出力する。これに対し、AND論理素子362は、フリップフロップ342の出力のNOTを入力するため、このフリップフロップ342の出力の論理値が「0」である場合に、タイミングパルスt2の到来時に、タイミング回路300に出力パルスを出力する。   Both of the two AND logic elements 360 and 362 operate so as to output a logical value “1” when both inputs have a logical value “1”. Since the AND logic element 360 inputs the output of the Philip flop 342, when the logical value of the output of the flip-flop 342 is “1”, the AND logic element 360 outputs an output pulse to the timing circuit 298 when the timing pulse t2 arrives. . On the other hand, since the AND logic element 362 inputs the NOT of the output of the flip-flop 342, when the logical value of the output of the flip-flop 342 is “0”, the timing circuit 300 is reached when the timing pulse t2 arrives. Output pulse to.

図17には、3つのタイミングパルスt0、t1、t2の発生タイミングがタイミングチャートで表されている。タイミングパルスt0の周期Dは、例えば、10msであり、また、タイミングパルスt0とt1との時間間隔d1は、例えば、10μsであり、また、タイミングパルスt1とt2との時間間隔d2は、例えば、100μsである。   In FIG. 17, the generation timings of the three timing pulses t0, t1, and t2 are shown in a timing chart. The period D of the timing pulse t0 is, for example, 10 ms, the time interval d1 between the timing pulses t0 and t1 is, for example, 10 μs, and the time interval d2 between the timing pulses t1 and t2 is, for example, 100 μs.

論理回路332の動作を説明するに、スイッチ40のオンオフ動作に起因した充電装置330の過渡現象が収束したころ、タイミングパルスt0が立ち上がり、それに応答して、XOR論理素子350の論理演算結果がフリップフロップ340に記憶される。次に、タイミングパルスt1が立ち上がると、サンプリング指令がサンプルホールド回路254に送出されると同時に、フリップフロップ340の記憶内容がフリップフロップ342に記憶される。   The operation of the logic circuit 332 will be described. When the transient phenomenon of the charging device 330 caused by the on / off operation of the switch 40 has converged, the timing pulse t0 rises, and in response thereto, the logical operation result of the XOR logic element 350 is flip-flops. 340. Next, when the timing pulse t1 rises, a sampling command is sent to the sample hold circuit 254, and at the same time, the stored contents of the flip-flop 340 are stored in the flip-flop 342.

その後、タイミングパルスt2が立ち上がると、フリップフロップ342の記憶内容に応じ、2個のタイミング回路298,300のうちのいずれかに、対応するAND論理素子360,362から出力パルスが出力される。その結果、図12に示すコンデンサ292の電圧が昇圧または降圧し、それに応じてスイッチ40のデュティ比が変更される。この変更に起因する充電装置330の過渡現象が収束するころに、次のタイミングパルスt0が立ち上がり、上述の動作が反復される。 Thereafter, when the timing pulse t2 rises, an output pulse is output from the corresponding AND logic elements 360 and 362 to one of the two timing circuits 298 and 300 according to the stored contents of the flip-flop 342. As a result, the voltage is stepped up or down of the capacitor 292 shown in FIG. 12, du chromatography duty ratio of the switch 40 is changed accordingly. When the transient phenomenon of the charging device 330 caused by this change converges, the next timing pulse t0 rises and the above-described operation is repeated.

以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記[発明の開示]の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。   As described above, some of the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, these are exemplifications, and are based on the knowledge of those skilled in the art including the aspects described in the section of [Disclosure of the Invention]. The present invention can be implemented in other forms with various modifications and improvements.

本発明の第1実施形態に従う充電装置を示す電気回路図である。It is an electric circuit diagram which shows the charging device according to 1st Embodiment of this invention. 図1における太陽電池の特性を表すグラフである。It is a graph showing the characteristic of the solar cell in FIG. 図1におけるコントローラを概念的に表すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram conceptually showing a controller in FIG. 1. 図3におけるスイッチング制御プログラムを概念的に表すフローチャートである。4 is a flowchart conceptually showing a switching control program in FIG. 3. 図3におけるデューティ比制御プログラムを概念的に表すフローチャートである。4 is a flowchart conceptually showing a duty ratio control program in FIG. 3. 図5に示すデューティ比制御プログラムの特徴を説明するためのグラフである。6 is a graph for explaining the characteristics of the duty ratio control program shown in FIG. 5. 本発明の第2実施形態に従う充電装置のコンピュータによって実行されるデューティ比制御プログラムを概念的に表すフローチャートである。It is a flowchart which represents notionally the duty ratio control program performed by the computer of the charging device according to 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に従う充電装置を示す電気回路図である。It is an electric circuit diagram which shows the charging device according to 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に従う充電装置を示す電気回路図である。It is an electric circuit diagram which shows the charging device according to 4th Embodiment of this invention. 図9におけるタイミング部の動作を説明するためのタイミングチャートである。10 is a timing chart for explaining the operation of the timing unit in FIG. 9. 図9における判定論理回路の論理演算を説明するための表である。10 is a table for explaining a logical operation of a determination logic circuit in FIG. 9. 本発明の第5実施形態に従う充電装置を示す電気回路図である。It is an electric circuit diagram which shows the charging device according to 5th Embodiment of this invention. 図12におけるコントローラを概念的に表すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram conceptually showing the controller in FIG. 12. 図13におけるデューティ比制御プログラムを概念的に表すフローチャートである。14 is a flowchart conceptually showing a duty ratio control program in FIG. 13. 図14におけるS2090の論理判定を説明するための表である。15 is a table for explaining the logic determination of S2090 in FIG. 本発明の第6実施形態に従う充電装置におけるコントローラを周辺部品と共に示す電気回路図である。It is an electric circuit diagram which shows the controller in the charging device according to 6th Embodiment of this invention with a peripheral component. 図16におけるタイミング回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。FIG. 17 is a timing chart for explaining the operation of the timing circuit in FIG. 16. FIG.

Claims (8)

発電電力が発電電圧および発電電流に関して極大点を有する太陽電池によって電気二重層キャパシタを充電するために、それら太陽電池と電気二重層キャパシタとに接続されて使用される充電装置であって、
少なくともスイッチを有し、そのスイッチの可変のデューティ比に応じて、前記太陽電池から前記電気二重層キャパシタに供給される電力を変換するDC−DCコンバータと、
前記電気二重層キャパシタの充電電流を検出する検出回路と、
前記スイッチに対して、前記デューティ比を共通にする複数回のスイッチング動作により構成されるデューティ比制御サイクルを反復的に実行するコントローラであって、各回のデューティ比制御サイクルごとに、前記デューティ比を可変に決定し、その決定されたデューティ比が実現されるように前記スイッチを制御するものと
を含み、
そのコントローラは、前記検出回路によって検出された充電電流は参照するが、前記電気二重層キャパシタの充電電圧は参照することなく、その電気二重層キャパシタの充電電流が実質的に極大化するための前記デューティ比の最適値を探索的に決定する各回の処理をデューティ比決定処理として行うデューティ比決定部を含み、
そのデューティ比決定部は、各回のデューティ比決定処理において、前記デューティ比をステップ幅だけ離散的に強制的に変更する強制的変更サイクルを、各回の強制的変更サイクルの実行中は前記デューティ比を変化させないように、反復し、各回の強制的変更サイクルにおいては、前回の強制的変更サイクルにおける前記デューティ比の強制的変更に対する前記充電電流の応答に応じ、前記充電電流が実質的に極大化するように前記デューティ比を決定し、
そのデューティ比決定部は、前記強制的変更サイクルを、前記デューティ比制御サイクルと同じ周期で行い、
そのデューティ比決定部は、前記充電電流が実質的に極大化すると、各回のデューティ比決定処理を終了する充電装置。
For generated power to charge the electric double layer capacitor by the solar cell having a local maximum point with respect to the power generation voltage and the power generation current, a charging apparatus used by being connected to, and the solar cell and an electric double layer capacitor,
A DC-DC converter having at least a switch and converting electric power supplied from the solar cell to the electric double layer capacitor according to a variable duty ratio of the switch;
A detection circuit for detecting a charging current of the electric double layer capacitor;
A controller that repeatedly executes a duty ratio control cycle configured by a plurality of switching operations that share the duty ratio with respect to the switch, wherein the duty ratio is set for each duty ratio control cycle. Determining the variable and controlling the switch so that the determined duty ratio is realized,
The controller refers to the charging current detected by the detection circuit, but does not refer to the charging voltage of the electric double layer capacitor, and the charging current of the electric double layer capacitor is substantially maximized. Including a duty ratio determination unit that performs each process of exploringly determining the optimum value of the duty ratio as a duty ratio determination process ;
The duty ratio determination unit performs a forced change cycle for forcibly changing the duty ratio discretely by a step width in each duty ratio determination process, and changes the duty ratio during execution of each forced change cycle. In each forced change cycle, the charge current is substantially maximized in response to the response of the charge current to the forced change of the duty ratio in the previous forced change cycle. Determine the duty ratio as follows:
Its duty ratio determining section, the force change cycle, are performed by the same cycle as the duty ratio control cycle,
The duty ratio determining unit ends the duty ratio determining process each time when the charging current is substantially maximized .
前記コントローラは、各回のデューティ比制御サイクルにおいて、前記スイッチを制御するスイッチ制御部を含み、
そのスイッチ制御部は、各回のデューティ比制御サイクルにおいて、前記充電電流の今回値を監視し、
(a)前記充電電流の今回値が最大値以上ではない場合には、前記デューティ比決定部によって決定されたデューティ比が実現されるように前記スイッチを制御し、
(b)前記充電電流の今回値が前記最大値以上である場合には、前記デューティ比が規制値以上でなければ、前記デューティ比が実現されるように前記スイッチを制御し、前記デューティ比が前記規制値以上であれば、前記デューティ比を減少させ、その減少させられたデューティ比が実現されるように前記スイッチを制御する請求項1に記載の充電装置。
The controller includes a switch control unit that controls the switch in each duty ratio control cycle,
The switch control unit monitors the current value of the charging current in each duty ratio control cycle,
(A) If the current value of the charging current is not equal to or greater than the maximum value, the switch is controlled so that the duty ratio determined by the duty ratio determination unit is realized,
(B) If the current value of the charging current is greater than or equal to the maximum value, and if the duty ratio is not greater than or equal to a regulation value, the switch is controlled to achieve the duty ratio, and the duty ratio is 2. The charging device according to claim 1 , wherein the duty ratio is decreased if the control value is equal to or greater than the regulation value, and the switch is controlled so that the reduced duty ratio is realized .
前記デューティ比決定部は、前記各回の強制的変更サイクルにおいて、今回の強制的変更が行われる前に前記検出回路によって検出された充電電流である前回検出値と、今回の強制的変更が行われた後に前記検出回路によって検出された充電電流である今回検出値とを互いに比較し、その比較結果を用いて前記充電電流の応答を監視する請求項1または2に記載の充電装置。 The duty ratio determination unit performs the current forced change and the previous detection value that is the charging current detected by the detection circuit before the current forced change is performed in each forced change cycle. 3. The charging device according to claim 1, wherein a current detection value that is a charging current detected by the detection circuit is compared with each other and a response of the charging current is monitored using the comparison result. 前記デューティ比決定部は、前記検出回路を介して前記充電電流を離散的に監視し、ある回の充電電流監視が終了すると、予め定められた長さを有する待ち時間が経過するのを待って、次回の充電電流監視を行う請求項1ないし3のいずれかに記載の充電装置。 The duty ratio determining unit discretely monitors the charging current through the detection circuit, and waits for a waiting time having a predetermined length to elapse after a certain number of times of monitoring the charging current. The charging device according to any one of claims 1 to 3 , wherein next charging current monitoring is performed. 前記待ち時間は、前記デューティ比制御サイクルの1回当たりの継続時間と実質的に等しい請求項に記載の充電装置。 The charging device according to claim 4 , wherein the waiting time is substantially equal to a duration per time of the duty ratio control cycle. 前記コントローラは、前記デューティ比の最適値の最新値を決定した後、前記1回の強制的変更サイクルの周期より長いように予め定められた時間が経過するまで、前記デューティ比を保持するデューティ比保持部を含む請求項1ないしのいずれかに記載の充電装置。 After the controller determines the latest value of the optimum value of the duty ratio, the controller maintains the duty ratio until a predetermined time elapses that is longer than the period of the one forced change cycle. The charging device according to any one of claims 1 to 5 , comprising a holding portion. 前記デューティ比決定部は、各回の強制的変更サイクルごとに、その実行終了時に、前記検出回路を介して前記充電電流を検出し、前回の強制的変更サイクルの実行終了時に検出された充電電流である前回検出値と、今回の強制的変更サイクルの実行終了時に検出された充電電流である今回検出値とを互いに比較し、その比較結果を用いて、今回の強制的変更サイクルにおける前記デューティ比の強制的変更に対する前記充電電流の応答を監視し、The duty ratio determining unit detects the charging current via the detection circuit at the end of execution of each forced change cycle, and detects the charge current detected at the end of execution of the previous forced change cycle. A previous detection value and a current detection value that is a charging current detected at the end of execution of the current forced change cycle are compared with each other, and the comparison result is used to determine the duty ratio in the current forced change cycle. Monitoring the response of the charging current to a forced change;
そのデューティ比決定部は、各回のデューティ比決定処理を構成する複数回の強制的変更サイクルの各々において、  The duty ratio determination unit, in each of a plurality of forced change cycles constituting the duty ratio determination process of each time,
(a)今回の強制的変更サイクルにおける前記充電電流の応答が、今回の強制的変更サイクルにおける前記デューティ比の強制的変更の向きと同じ向きを有する場合には、次回の強制的変更サイクルにおいて前記デューティ比の強制的変更を今回の強制的変更サイクルと同じ向きで行い、(A) When the response of the charging current in the current forced change cycle has the same direction as the direction of the forced change of the duty ratio in the current forced change cycle, the response in the next forced change cycle Perform the forced change of the duty ratio in the same direction as this forced change cycle,
(b)今回の強制的変更サイクルにおける前記充電電流の応答が実質的に0である場合には、前記充電電流の今回値が実質的に極大値であるとして、今回のデューティ比決定処理を終了し、(B) When the response of the charging current in the current forced change cycle is substantially zero, the current duty ratio determination process is terminated assuming that the current value of the charging current is substantially a maximum value. And
(c)今回の強制的変更サイクルにおける前記充電電流の応答が、今回の強制的変更サイクルにおける前記デューティ比の強制的変更の向きとは逆の向きを有する場合には、次回の強制的変更サイクルにおいて前記デューティ比の強制的変更を今回の強制的変更サイクルとは逆向きで行う請求項1ないし6のいずれかに記載の充電装置。(C) When the response of the charging current in the current forced change cycle has a direction opposite to the direction of the forced change of the duty ratio in the current forced change cycle, the next forced change cycle 7. The charging device according to claim 1, wherein the forced change of the duty ratio is performed in a direction opposite to the current forced change cycle.
前記電気二重層キャパシタは、電荷を蓄積するとともにその電荷の蓄積量に応じて充電電圧が変化するものであり、  The electric double layer capacitor accumulates charge and changes its charge voltage according to the amount of accumulated charge.
当該充電装置は、さらに、前記電気二重層キャパシタの静電容量より小さい静電容量を有して前記太陽電池に並列に接続されるコンデンサを含む請求項1ないし7のいずれかに記載の充電装置。  The charging device according to claim 1, further comprising a capacitor having a capacitance smaller than that of the electric double layer capacitor and connected in parallel to the solar cell. .
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