JP4063261B2 - 昇圧充電回路 - Google Patents
昇圧充電回路 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4063261B2 JP4063261B2 JP2004258531A JP2004258531A JP4063261B2 JP 4063261 B2 JP4063261 B2 JP 4063261B2 JP 2004258531 A JP2004258531 A JP 2004258531A JP 2004258531 A JP2004258531 A JP 2004258531A JP 4063261 B2 JP4063261 B2 JP 4063261B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- reference voltage
- output
- power generation
- solar cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Description
発電手段(例えば、図1の太陽電池SC)と、コンデンサ(例えば、図1のコンデンサC1,C2,C3)と、蓄電手段(例えば、図1の二次電池BAT)とを備え、前記発電手段と前記コンデンサとを直列接続又は並列接続に順次に切り替えることで前記発電手段の出力電圧を昇圧して前記蓄電手段を充電する昇圧充電回路(例えば、図1の昇圧充電回路1)において、
前記発電手段の出力電圧と第1の基準電圧(例えば、実施形態の第1の基準電圧VAL)とを比較する第1の比較手段(例えば、図1のコンパレータCOM1)と、
この第1の比較手段による比較結果に基づいて前記発電手段と前記コンデンサとの接続を切り替える切替制御手段(例えば、図1のスイッチ制御回路3)と、
前記発電手段の出力電圧と前記第1の基準電圧より高い第2の基準電圧(例えば、実施形態の第2の基準電圧V AH )とを比較する第2の比較手段(例えば、図1のコンパレータCOM3)と、
この第2の比較手段により前記出力電圧が前記第2の基準電圧を超えたと判定された場合に、前記第1の基準電圧及び前記第2の基準電圧を上昇させる制御を行う基準電圧上昇制御手段(例えば、図1の基準電圧生成回路4)と、
を更に備えることを特徴としている。
前記第2の比較手段により前記出力電圧が前記第2の基準電圧を超えていないと所定時間以上継続して判定されたか否かを判断する判断手段(例えば、図1の基準電圧生成回路4)と、
この判断手段により所定時間以上継続して判定されたと判断された場合に、前記第1の基準電圧及び前記第2の基準電圧を下降させる制御を行う基準電圧下降制御手段(例えば、基準電圧生成回路4)と、
を更に備えることを特徴としている。
発電手段(例えば、図7の太陽電池SC)と、複数のコンデンサ(例えば、図7のコンデンサC1,C2)と、蓄電手段(例えば、図7の二次電池BAT)とを備え、前記発電手段と前記各コンデンサとを直列接続又は並列接続に順次に切り替えることで前記発電手段の出力電圧を昇圧して前記蓄電手段を充電する昇圧充電回路(例えば、図7の昇圧充電回路2)において、
前記複数のコンデンサの内、接続切替抵抗が他のコンデンサよりも高い一のコンデンサの前記発電手段に現在接続されている側の端子電圧を、所定の基準電圧と比較する比較手段(例えば、図7のコンパレータCOM4)と、
この比較手段による比較結果に応じて前記発電手段と前記各コンデンサとの接続を切り替える切替制御手段(例えば、図7のスイッチ制御回路9)と、
を更に備えることを特徴としている。
前記切替制御手段による切り替え周期より長い周期で前記発電手段の出力を一時短絡する短絡制御手段(例えば、図1の強制放電回路5)を更に備えることを特徴としている。
前記蓄電手段の充電電圧と所定の過充電防止基準電圧(例えば、実施形態の過充電防止基準電圧Vref)とを比較する過電圧比較手段(例えば、図1のコンパレータCOM2)と、
前記充電電圧比較手段により前記充電電圧が前記過充電防止基準電圧を超えていると判定されている間、前記切替制御手段による切り替えを停止させる切替停止制御手段(例えば、図1の過充電防止回路7)と、
を更に備えることを特徴としている。
先ず、第1実施形態を説明する。
図1は、第1実施形態における昇圧充電回路1の回路構成図である。第1実施形態の昇圧充電回路1は、太陽電池の出力を昇圧して二次電池(バッテリ)を充電する回路であり、従来のいわゆるチャージポンプ式の昇圧回路を基本として、太陽電池と昇圧用コンデンサとの並列/直列接続の切り替えを太陽電池の出力電圧に応じて行う点に特徴がある。
スイッチ制御回路3は、太陽電池SCの出力電圧VSCに応じて、スイッチS1〜S7のON/OFFを制御するスイッチ制御信号1,2を生成・出力する。具体的には、太陽電池SCの出力電圧VSCが所定の第1の基準電圧VALを超える毎に、スイッチS1〜S4を制御するスイッチ制御信号1と、スイッチS5〜S7を制御するスイッチ制御信号2と、のそれぞれのレベル(High/Low)を変化させて、スイッチS1〜S7のON/OFFを切り替える。
ここで、昇圧充電回路1の基本的な動作として、太陽電池SCの出力電圧VSCを昇圧して二次電池BATを充電する昇圧充電動作を説明する。尚、ここでは、説明の簡明のため、強制放電回路5や過充電防止回路7は機能していないものとする。また、具体例として、第1の基準電圧VAL=0.9[V]、二次電池BATの電圧VBAT=2.6[V]、として説明する。
VBAT=VC1+VC2+VSC ・・・(1)
次に、スイッチ制御回路3によるスイッチS1〜S7のON/OFF制御(スイッチ制御動作)を説明する。
時刻t11において、太陽電池SCの出力電圧VSCが第1の基準電圧VALを超えると、コンパレータCOM1の出力信号がLowレベルからHighレベルに変化する。すると、時刻t12において、次のパルス信号1の立ち上がりタイミングで、フリップフロップFF1の出力信号がLowレベルからHighレベルに変化し、次いでフリップフロップFF2の出力信号のレベルが反転する、即ちHighレベルからLowレベルに変化する。そして、NORゲート33の出力信号がHighレベルからLowレベルに変化し、スイッチS5〜S7がONからOFFに切り替わる。
時刻t21において、太陽電池SCの出力電圧VSCが第1の基準電圧VALを超えると、コンパレータCOM1の出力信号がLowレベルからHighレベルに変化する。すると、時刻t22において、次のパルス信号1の立ち上がりタイミングで、フリップフロップFF1の出力信号がLowレベルからHighレベルに変化し、次いでフリップフロップFF2の出力信号のレベルが反転する、即ちLowレベルからHighレベルに変化する。そして、NORゲート33の出力信号がHighレベルからLowに変化し、スイッチS5〜S7がONからOFFに切り替わる。
図1において、強制放電回路5は、周期的に太陽電池SCの出力を一時的に短絡させる回路である。理想的な昇圧充電動作を実現するためには、上述のように、太陽電池SCのコンデンサC1,C2との並列/直列接続が切り替わった直後には、太陽電池SCの出力電圧VSCが第1の基準電圧VAL以下まで低下する必要がある。しかし、照度が比較的高い場合、即ち太陽電池SCの出力電流が比較的大きい場合には、スイッチS1〜S7のON抵抗により生じる電圧降下によって太陽電池SCの出力電圧VSCが第1の基準電圧VAL以下まで低下せず、昇圧充電動作が行われなくなる恐れがある。このような事態を想定して、太陽電池SCの出力を一時的に短絡させることで出力電圧VSCを第1の基準電圧VAL以下まで低下させ、並列/直列接続の切り替えを促し、昇圧充電動作をスムーズに継続させることができる。
図4は、強制放電動作を説明するタイムチャートであり、横軸を共通な時間軸として、図中上から順に、太陽電池SCの出力電圧VSC、ANDゲート32の出力信号、NORゲート33の出力信号、パルス信号2、のそれぞれのレベル変化(信号波形)を示している。
図1において、過充電防止回路7は、二次電池BATの電圧VBATを監視し、所定の過充電防止基準電圧VrefBを超えた場合に、太陽電池SCとコンデンサC1,C2との接続を強制的に並列接続に切り替え、二次電池BATへの充電を停止させる。即ち、昇圧充電動作の進行に伴って二次電池BATが充電され、電圧VBATが徐々に上昇するが、電圧VBATが所定の電圧を超えて過充電状態となってしまう場合がある。そこで、二次電池BATの電圧VBATが過充電防止基準電圧を超えた場合に、太陽電池SCとコンデンサV1,C2とを強制的に並列接続させて二次電池BATへの充電を停止させることで、二次電池BATが過充電されることを防止することができる。
図5は、過充電防止動作を説明するタイムチャートであり、横軸を共通な時間軸として、図中上から順に、太陽電池SCの出力電圧VSC、ANDゲート32の出力信号、NORゲート33の出力信号、コンデンサC3の電圧VC3(二次電池BATの電圧VBAT)、コンパレータ2の出力信号、パルス信号2、のそれぞれのレベルの変化(信号波形)を示している。
また、上述のように照度が高い場合、即ち太陽電池SCの出力電流が大きい場合には、太陽電池SCとコンデンサC1,C2との並列/直列接続の切り替え時に、スイッチS1〜S7のON抵抗によって太陽電池SCの出力電圧VSCが第1の基準電圧VAL以下まで低下せず、以降の昇圧充電動作が行われなくなる場合がある。このような場合に、上述した強制放電回路5の強制放電動作によって太陽電池SCの出力を短絡して出力電圧VSCを一時的に低下させても、また直ぐ、次の並列/直列接続の切り替え時に出力電圧VSCが第1の基準電圧VAL以下まで低下しない状態となり、同様の状態が繰り返される。そこで、このような場合には第1の基準電圧VALを上昇させることで、並列/直列接続の切り替え時に、太陽電池SCの出力電圧VSCが第1の基準電圧VALとなる状態を作り出すことで、昇圧充電動作を再開・継続させることが可能となる。
図6は、基準電圧切替動作を説明するタイムチャートであり、横軸を共通の時間軸として、図中上から順に、太陽電池SCの出力電圧VSC、ANDゲート32の出力信号、NORゲート33の、パルス信号2、コンパレータCOM1の出力信号、コンパレータCOM3の出力信号、NANDゲート34の出力信号、のそれぞれのレベル変化(信号波形)を示している。
以上のように、昇圧充電回路1によれば、太陽電池SCの出力電圧VSCが第1の基準電圧VALを超える毎に、太陽電池SCとコンデンサC1,C2との並列/直列接続が切り替えられるため、照度によって数百倍の差が生じる太陽電池SCの出力電流の全レンジに亘って、効率の良い昇圧及び充電が実現される。また、過充電防止回路7によって、二次電池BATの過充電が防止される。更に、太陽電池SCの出力電流が大きく、スイッチS1〜S7のON抵抗によって出力電圧VSCが第1の基準電圧VAL以下に低下しない場合であっても、強制放電回路5により太陽電池SCの出力が周期的に短絡されることや、太陽電池SCの出力電圧VSCが第2の基準電圧VAHを超えると基準電圧切替回路4によって第1の基準電圧VALが上昇されることで、スムーズな昇圧充電動作を行わせることができる。
次に、第2実施形態を説明する。
図7は、第2実施形態における昇圧充電回路2の回路構成図である。尚、同図において、第1実施形態において図1に示した昇圧充電回路1と同一の構成要素については同符合を付し、詳細な説明を省略する。
スイッチ制御回路9は、電圧VC1Tに応じて、スイッチS1〜S7,S9,S10のON/OFFを制御するスイッチ制御信号1,2を生成する。
昇圧充電回路2による昇圧充電動作を説明する。
図8は、昇圧充電回路2の昇圧充電動作を説明するためのタイムチャートであり、同図(a)は高照度の場合を示し、(b)は低照度の場合を示している。同図(a)、(b)それぞれにおいては、横軸を共通の時間軸として、図中上から順に、太陽電池SCの出力電圧VSC及びコンパレータCOM4の+入力端子に印加される電圧VC1T、ANDゲート32の出力信号(スイッチ制御信号1)、NORゲート33の出力信号(スイッチ制御信号2)、コンデンサC3の電圧(二次電池BATの電圧VBAT)、のそれぞれのレベル変化(信号波形)を示している。
VSC=VR1+VC1=VC2 ・・・(2)
VBAT=VSC−VR2+VC1+VC2 ・・・(3a)
VBAT=VC1T+VC1+VC2 ・・・(3b)
従って、低照度の場合の昇圧充電動作は、第1実施形態とほぼ同様の動作となる。
以上のように、昇圧充電回路2によれば、コンデンサC1の太陽電池SCとの接続側の端子電圧VC1Tが基準電圧VrefAを超える毎に、太陽電池SCとコンデンサC1,C2との並列/直列接続が切り替えられる。つまり、抵抗R1,R2を挿入することでスイッチS1,S5それぞれのON抵抗を他のスイッチよりも大きくし、太陽電池SCの出力電圧VSCを抵抗R1,R2によって電圧降下させた後の電圧を、基準電圧VrefAと比較することとした。
SC 太陽電池
C1,C2,C3 コンデンサ
S1,S2,S3,S4,S5、S6,S7、S9,S10 スイッチ
BAT 二次電池
3,9 スイッチ制御回路
COM1,COM3,COM4 コンパレータ
FF1,FF2,FF3 フリップフロップ
31 パルス発生器
32 ANDゲート
33 NORゲート
34 NANDゲート
91 基準電圧発生器
4 基準電圧生成回路
5 強制放電回路
S8 スイッチ
51 パルス発生器
7 過充電防止回路
COM2 コンパレータ
71 基準電圧発生器
VSC 太陽電池の出力電圧
VBAT 二次電池の電圧
VAL 第1の基準電圧
VAH 第2の基準電圧
VrefA 基準電圧
VrefB 過充電防止基準電圧
Claims (6)
- 発電手段と、コンデンサと、蓄電手段とを備え、前記発電手段と前記コンデンサとを直列接続又は並列接続に順次に切り替えることで前記発電手段の出力電圧を昇圧して前記蓄電手段を充電する昇圧充電回路において、
前記発電手段の出力電圧と第1の基準電圧とを比較する第1の比較手段と、
この第1の比較手段による比較結果に基づいて前記発電手段と前記コンデンサとの接続を切り替える切替制御手段と、
前記発電手段の出力電圧と前記第1の基準電圧より高い第2の基準電圧とを比較する第2の比較手段と、
この第2の比較手段により前記出力電圧が前記第2の基準電圧を超えたと判定された場合に、前記第1の基準電圧及び前記第2の基準電圧を上昇させる制御を行う基準電圧上昇制御手段と、
を更に備えることを特徴とする昇圧充電回路。 - 前記発電手段が太陽電池であることを特徴とする請求項1に記載の昇圧充電回路。
- 前記第2の比較手段により前記出力電圧が前記第2の基準電圧を超えていないと所定時間以上継続して判定されたか否かを判断する判断手段と、
この判断手段により所定時間以上継続して判定されたと判断された場合に、前記第1の基準電圧及び前記第2の基準電圧を下降させる制御を行う基準電圧下降制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の昇圧充電回路。 - 発電手段と、複数のコンデンサと、蓄電手段とを備え、前記発電手段と前記各コンデンサとを直列接続又は並列接続に順次に切り替えることで前記発電手段の出力電圧を昇圧して前記蓄電手段を充電する昇圧充電回路において、
前記複数のコンデンサの内、接続切替抵抗が他のコンデンサよりも高い一のコンデンサの前記発電手段に現在接続されている側の端子電圧を、所定の基準電圧と比較する比較手段と、
この比較手段による比較結果に応じて前記発電手段と前記各コンデンサとの接続を切り替える切替制御手段と、
を更に備えることを特徴とする昇圧充電回路。 - 前記切替制御手段による切り替え周期より長い周期で前記発電手段の出力を一時短絡する短絡制御手段を更に備えることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の昇圧充電回路。
- 前記蓄電手段の充電電圧と所定の過充電防止基準電圧とを比較する充電電圧比較手段と、
この充電電圧比較手段により前記充電電圧が前記過充電防止基準電圧を超えていると判定されている間、前記切替制御手段による切り替えを停止させる切替停止制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の昇圧充電回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004258531A JP4063261B2 (ja) | 2004-09-06 | 2004-09-06 | 昇圧充電回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004258531A JP4063261B2 (ja) | 2004-09-06 | 2004-09-06 | 昇圧充電回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006074970A JP2006074970A (ja) | 2006-03-16 |
JP4063261B2 true JP4063261B2 (ja) | 2008-03-19 |
Family
ID=36154957
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004258531A Active JP4063261B2 (ja) | 2004-09-06 | 2004-09-06 | 昇圧充電回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4063261B2 (ja) |
-
2004
- 2004-09-06 JP JP2004258531A patent/JP4063261B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006074970A (ja) | 2006-03-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101452778B1 (ko) | 축전장치의 충전제어방법 및 방전제어방법 | |
US8786247B2 (en) | Charging circuit | |
CN101340142B (zh) | 一种电源软启动的方法、装置及系统 | |
US7898223B2 (en) | Electric power storage system using capacitors and control method thereof including serial-parallel switching means for each circuit block of batteries based on descending order of block voltages | |
EP3286816B1 (en) | A power supply system | |
US20050252546A1 (en) | Power source device and charge controlling method to be used in same | |
US20110128761A1 (en) | Continuously variable switched capacitor dc-dc voltage converter | |
JP2002369407A (ja) | ピークカット機能付きバックアップ電源 | |
JP4727562B2 (ja) | 充電方法および充電回路 | |
US10594150B2 (en) | Pulse discharge system | |
US10972003B2 (en) | Charge pump | |
US20220368139A1 (en) | Energy storage system and method to improve battery performance based on battery connections | |
JP2010207062A (ja) | 充電装置 | |
JP2011061990A (ja) | 充放電制御装置及び充電制御方法 | |
TWI533559B (zh) | 電子裝置中的電路、電子裝置及供電方法 | |
CN112510998B (zh) | 一种太阳能mppt升压装置 | |
JP2000278866A (ja) | 電力貯蔵型無停電電源装置 | |
JP4063261B2 (ja) | 昇圧充電回路 | |
KR101530397B1 (ko) | 커패시터 직렬접속 제어 기반의 미약 전력 재활용 충전장치 | |
CN114039485B (zh) | 电压调控电路及电子装置 | |
JP4876949B2 (ja) | 電源回路 | |
GB2570356A (en) | A pulse discharge system | |
JP2006042523A (ja) | 電源装置 | |
CN101882875A (zh) | 可调整切换频率的电源供应装置 | |
SU1654920A1 (ru) | Устройство дл зар да аккумул торной батареи асимметричным током |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061122 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071023 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071030 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071119 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071211 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071224 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4063261 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110111 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110111 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120111 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130111 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130111 Year of fee payment: 5 |