JP4527560B2 - DC power supply method and apparatus using charging circuit - Google Patents
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Description
本発明は、予備電力を兼ねる蓄電器を具備する充電回路を介して直流電力を負荷に供給する際、大電流を必要とする大電力負荷に対しても短時間で駆動可能な方法および装置に関するものである。特に、曇天・雨天のように比較的弱い出力の時間帯および夜間のように無出力となる時間帯を有する太陽電池を受給電力とし、かつ間欠的に大電力を必要とする例えば無線機器のような条件に対して、静電容量が大きな蓄電器と迅速な充電機能とを併せて必要とする直流電力供給方法および装置に関するものである。 The present invention relates to a method and an apparatus capable of driving in a short time even a large power load that requires a large current when supplying DC power to the load via a charging circuit including a capacitor that also serves as standby power. It is. In particular, a solar cell having a relatively weak output time zone such as cloudy or rainy weather and a non-output time zone such as nighttime is used as received power, and intermittently requires high power, such as a wireless device. The present invention relates to a direct-current power supply method and apparatus that require a capacitor having a large capacitance and a quick charging function for various conditions.
従来の充電回路を用いた直流電力供給装置は、停電または移動体のように商用電力の届かない状態を考慮して、直流の受給電力を、充電可能な蓄電器に接続して充電完了したのち、または充電しつつ、その蓄電電圧を負荷に供給している。 A DC power supply device using a conventional charging circuit is connected to a rechargeable battery, and the charging is completed in consideration of a state where commercial power does not reach such as a power failure or a moving object. Alternatively, the stored voltage is supplied to the load while charging.
最近は、このような補助電力としての蓄電器に、小型で静電容量が大きく、特別な充電回路、または放電の際の制約が不要な電気二重層コンデンサ(キャパシタ)が使用されており、例えば無人の無線通信局などにおいて太陽電池を受給電力とする用途にも実用に共されている。 Recently, a small-sized, large-capacitance, special charging circuit or an electric double layer capacitor (capacitor) that does not require restrictions during discharging has been used for such an auxiliary power storage device. It is also practically used in applications that use solar cells as received power in wireless communication stations, etc.
このような充電回路を用いた直流電力供給装置には、太陽電池を用いた充電装置として、例えば、特開平11−55870(特許文献1)がある。この充電装置は、少なくとも二つの電気二重層コンデンサを用いて、少なくとも小電力負荷を正常に動作させることができることを目的として実用上十分であった。 As a DC power supply apparatus using such a charging circuit, there is, for example, JP-A-11-55870 (Patent Document 1) as a charging apparatus using a solar cell. This charging device is practically sufficient for the purpose of operating at least a small power load normally using at least two electric double layer capacitors.
これについて図9を参照して説明する。 This will be described with reference to FIG.
図示されるように、充電装置は一台の太陽電池1から充電される複数の電気二重層コンデンサを蓄電器CSM3,CLG4として備えている。蓄電器CSM3は静電容量が小さいので充電時間が短く、蓄電器CLG4は静電容量が大きいので充電時間が長い。蓄電器CSM3は、小電力で稼動するIC(集積回路)を主体とする基本制御回路111およびセンサのような電圧検出部112で構成される小電力負荷の制御回路110に電力を供給する。一方の蓄電器CLG4は、回転機構または送信回路などの大電力負荷となる負荷回路122を駆動する負荷駆動回路121に電力を供給する。
As illustrated, the charging device includes a plurality of electric double layer capacitors that are charged from one
蓄電器CSM3,CLG4は太陽電池1から同時に充電される。しかし、蓄電器CSM3は、静電容量が小さく充電時間が短いので、比較的短時間で満充電状態にできる。電圧検出部112が満充電状態を検出して基本制御回路111に通知するので、基本制御回路111は駆動回路120の負荷駆動回路121の制御動作を可能とする。蓄電器CSM3は、小さな静電容量であっても負荷が小電力のため、曇天等により充分な充電がなくても、小電力負荷を長期にわたって正常に動作させることができる。
The
また、基本制御回路111は、蓄電器CLG4の充電状態を監視している。従って、充分に充電できていないときには、その検出結果に応じて、負荷駆動回路121を制御して大電力負荷での電力消費を減少させるなど、負荷回路122の停止を防止している。
The basic control circuit 111 monitors the state of charge of the
しかし、大電力負荷を動作させるためには、蓄電器は、その大電力負荷に見合う大きな静電容量を持たねばならない。このような大きな静電容量の蓄電器は、所定の出力電圧を確保するため、長い時間の充電を必要とする。従って、特許文献1に開示されたものでは、小電力負荷が短時間で正常に稼動しても、大静電容量の蓄電器が充電不足なため、大電力負荷を短時間で駆動することができない。
However, in order to operate a high power load, the battery must have a large capacitance commensurate with the high power load. Such a large-capacity capacitor requires a long time of charging in order to secure a predetermined output voltage. Therefore, in the device disclosed in
解決しようとする課題は、大電力負荷に対応する大きな静電容量の蓄電器と迅速な充電機能とを併せて必要とする直流電力供給装置において、太陽電池のように弱小な受給電力の場合には、蓄電器を小電力負荷用と大電力負荷用としても、小電力負荷の充電は完了できるが、大電力負荷を短時間で駆動することはできないことである。 The problem to be solved is that in a DC power supply device that requires both a large-capacity capacitor that can handle a large power load and a quick charging function, in the case of low received power such as a solar cell. Even if the storage battery is used for a low power load and a high power load, charging of the low power load can be completed, but the high power load cannot be driven in a short time.
本発明は、大電力負荷に対しても短時間で駆動可能とするため、蓄電器を具備する少なくとも二つの充電回路を備える。そして、当該充電回路に具備される前記蓄電器を充電し、充電完了した前記充電回路を前記負荷に順次接続する。このようにして、直流出力を前記負荷に継続供給することを主要な特徴とする。 The present invention includes at least two charging circuits including a battery so that a large power load can be driven in a short time. Then, the battery included in the charging circuit is charged, and the charged charging circuit is sequentially connected to the load. Thus, the main feature is that the DC output is continuously supplied to the load.
しかし、受給電力が商用電力のように強力であればよいが、太陽電池のように弱小な受給電力の場合を対象として、充電開始の際、前記充電回路を一つずつ順次選択することを更に特徴としている。 However, it is sufficient if the received power is as strong as commercial power. However, in the case of a weak received power such as a solar battery, it is further preferable to sequentially select the charging circuits one by one when starting charging. It is a feature.
この最初に充電される蓄電器は、この充電回路を負荷に接続した際、次の充電回路の充電が完了するまで、放電による電圧低下があっても負荷の運転を維持できるだけの静電容量を有している。このようにして、複数の充電回路の充電が順次完了してその出力が負荷に接続できるような適切な構成が得られる。この結果として、直流電力が前記負荷に継続的に供給され、負荷の運転が停止するようなことはない。 This first charged capacitor has a capacitance sufficient to maintain the operation of the load even when there is a voltage drop due to discharge until the next charging circuit is fully charged when this charging circuit is connected to the load. is doing. In this way, it is possible to obtain an appropriate configuration in which charging of the plurality of charging circuits is sequentially completed and the output can be connected to the load. As a result, DC power is continuously supplied to the load, and the operation of the load does not stop.
すなわち、このような構成により、充電開始段階で静電容量の小さい蓄電器を順次連続して充電することができるので、初期段階では蓄電器の充電時間が短縮され、短時間で負荷に電力供給が可能となる。この時点で大電力負荷が接続された場合には電圧降下を生じるが、次の順序の蓄電器が充電完了する充電時間以内で供給電圧を維持できれば、小さな静電容量の蓄電器を順次切り替えることにより大電流負荷に対する電力供給を継続的に可能とする。従って、例えば同一静電容量の少数蓄電器を循環して充放電させる構成も可能である。しかし、これでは、太陽電池のような受給電源では、十分な蓄電ができず、曇天又は雨天では運転停止の危険性がある。 In other words, with this configuration, capacitors with low capacitance can be charged sequentially and continuously at the charging start stage, so the charging time of the capacitors can be shortened in the initial stage and power can be supplied to the load in a short time. It becomes. If a high-power load is connected at this point, a voltage drop will occur, but if the supply voltage can be maintained within the charging time when the next-order capacitors are fully charged, switching the capacitors with smaller capacitances in sequence will increase the voltage. It enables continuous power supply to the current load. Therefore, for example, a configuration in which a small number of capacitors having the same capacitance are circulated and charged / discharged is also possible. However, in this case, a receiving power source such as a solar battery cannot sufficiently store electricity, and there is a risk of stopping operation in cloudy or rainy weather.
従って、前記充電回路それぞれが異なる静電容量の蓄電器を具備し、充電開始の際に、前記蓄電器を、静電容量の最も小さなものから、より大きなものに対して順次充電するように前記充電回路を選択することが望まれる。すなわち、最終では大静電容量の蓄電器に蓄電できるので、安定した電力供給動作ができる。更に、最も大きな静電容量の蓄電器までを充電完了した後、残りの充電回路で充電不十分な蓄電器を接続して満充電とし、充電完了の蓄電器を前記負荷に接続することにより、具備された全ての静電容量で負荷の消費電力をまかなうことができる。この充電に際しての接続および充電後の接続は一つずつでも、また一括して実行することもできる。 Therefore, each of the charging circuits includes a capacitor having a different capacitance, and the charging circuit is sequentially charged from the smallest capacitance to the larger one at the start of charging. It is desirable to select In other words, since it can be finally stored in a capacitor having a large capacitance, a stable power supply operation can be performed. Furthermore, after charging up to the capacitor with the largest capacitance, the remaining charging circuit was connected to an insufficiently charged capacitor to fully charge, and the charged capacitor was connected to the load. All the capacitance can cover the power consumption of the load. The connection at the time of charging and the connection after charging can be performed one by one or collectively.
従って、本発明による直流電力供給装置としては、それぞれに蓄電器を具備する少なくとも二つの充電回路と、充電する前記充電回路から少なくとも一つを選択する蓄電器選択手段と、負荷に接続して直流電力を供給する前記充電回路から少なくとも一つを選択する電力供給選択手段と、前記蓄電器選択手段を制御することにより関連の充電回路を充電し、充電完了を所定の検出電圧で検出した際、前記電力供給選択手段を制御することにより充電完了の充電回路を選択して順次負荷に接続し、所定の調整電圧で直流電力を供給する制御手段と、を備える直流電力供給装置において、前記電力供給選択手段は、前記蓄電器それぞれに対応し、それぞれの蓄電電圧を入力すると共にそれぞれに対応する切替信号を受けた際に前記蓄電電圧を前記負荷への供給電圧として所定の調整電圧で出力する出力調整回路と、充電開始により所定の負荷の完全駆動を可能とする電圧を前記検出電圧と調整電圧との間に設定される監視電圧で検出する電圧監視回路と、当該電圧監視回路から前記監視電圧の検出通知を受けた際に前記出力調整回路を駆動して前記供給電圧を出力させるゲート回路と、を備えることが主要な特徴である。 Therefore, the DC power supply device according to the present invention includes at least two charging circuits each having a capacitor, capacitor selecting means for selecting at least one of the charging circuits to be charged, and DC power connected to a load. A power supply selecting means for selecting at least one from the charging circuit to be supplied, and charging the related charging circuit by controlling the capacitor selecting means, and when the completion of charging is detected with a predetermined detection voltage, the power supply In the DC power supply apparatus comprising: a control unit that selects a charging circuit that has been charged by controlling the selection unit, sequentially connects the charging circuit to a load, and supplies DC power at a predetermined adjustment voltage. , Corresponding to each of the capacitors, when the respective storage voltage is input and when the corresponding switching signal is received, An output adjusting circuit for outputting a supply voltage to the load at a predetermined adjustment voltage, detected by the monitoring voltage is set between the detection voltage and the regulated voltage a voltage that allows the complete driving of the predetermined load by the charge start And a gate circuit that drives the output adjustment circuit to output the supply voltage when receiving the monitoring voltage detection notification from the voltage monitoring circuit.
本発明による直流電力供給方法およびその装置は、受給電力の予備電力として備えられる蓄電器を小静電容量の複数の蓄電器として備え、かつ蓄電器ごとの充電回路としているため、複数の蓄電器それぞれを単独に充電できると共に、順次負荷への連続した電圧供給ができるので、太陽電池のように弱小な受給電力であっても、複数の小静電容量蓄電器を短時間に充電し充電完了により負荷に順次継続して接続させることにより、大電力負荷に対しても短時間で駆動を開始できると共に装置の機能動作を維持できるという利点がある。特に、大電力負荷が間欠的に駆動される装置では効果的である。 The direct-current power supply method and apparatus according to the present invention include a plurality of capacitors each having a small electrostatic capacity as a plurality of capacitors having a small electrostatic capacity as a reserve power for received power. Since it can be charged and the voltage can be continuously supplied to the load, even a small amount of received power like a solar battery can be charged to a plurality of small capacitance capacitors in a short time and continued to the load when charging is completed. Thus, there is an advantage that the driving can be started in a short time even for a large power load and the functional operation of the apparatus can be maintained. This is particularly effective in an apparatus in which a large power load is driven intermittently.
充電回路を有する直流電力供給装置で大電力負荷に対して、かつ太陽電池のような弱小受給電力に対しても短時間で駆動できるという目的を、蓄電器を具備する少なくとも二つの充電回路を備え、充電回路を一つずつ順次選択し、この充電回路に具備される蓄電器を順次充電し、充電完了した充電回路を負荷に順次接続して直流電力を継続供給することにより、実現した。 For the purpose of being able to drive in a short time against a large power load and a weakly received power such as a solar cell in a DC power supply device having a charging circuit, the battery has at least two charging circuits equipped with a capacitor, This was realized by sequentially selecting the charging circuits one by one, sequentially charging the capacitors included in the charging circuit, sequentially connecting the charged charging circuits to the load, and continuously supplying DC power.
本発明では、複数の蓄電器とその充電回路とを必要とするので、蓄電器には体積あたりの静電容量が大きいにも拘わらず特別な充電回路および放電時の制約が不要な電気二重層コンデンサ(キャパシタ)を使用することとする。更に、入力電力に、曇天のような充電環境の不安定、および夜間の電力受給停止などの悪条件を有する太陽電池を用いた直流電力供給装置を対象に、以下に図面を参照して実施例を説明する。 In the present invention, a plurality of capacitors and their charging circuits are required. Therefore, the capacitor has a large capacitance per volume, and a special charging circuit and an electric double layer capacitor that does not require restrictions during discharging ( Capacitor). Further, with reference to the drawings, the following embodiments are directed to a DC power supply device using a solar cell having input power with unstable conditions such as cloudy sky and unstable charging environment and nighttime power reception stoppage. Will be explained.
本発明の実施例1について図1を参照して説明する。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1は、本発明による充電回路を有する直流電力供給装置の実施例1の機能ブロックを示す説明図である。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing functional blocks of a first embodiment of a DC power supply apparatus having a charging circuit according to the present invention.
図示される直流電力供給装置では、太陽電池1、負荷2、電気二重層コンデンサを用いた蓄電器CSM3,CLG4、蓄電器選択手段(以後、SWCと略称する)5、および電力供給選択手段(以後、SWSと略称する)6が備えられている。
A DC power supply which is illustrated, the
太陽電池1は受給電力として示され、直流電力供給装置は太陽電池1の発電により負荷2に供給電圧VSPによる直流電力を供給している。太陽電池1の一方の電極は、逆流防止用ダイオードおよび電流制限用抵抗を介して充電回路に接続し、他方の電極は接地されている。
負荷2は、電圧検出部11、切替制御部12、CPU13、および大電力負荷駆動部14を有し、充電回路を介して供給電圧VSPの供給を受け動作する。
一方の蓄電器CSM(以後、CSMと略称する)3は、静電容量が小さい電気二重層コンデンサであり充電時間が短い。しかし、このCSM3は、小静電容量であるが、充電完了後に負荷2に接続され、放電による電圧低下があっても他方の蓄電器CLG(以後、CLGと略称する)4の充電が完了するまで負荷の運転を維持できるだけの静電容量を有している。このCSM3は、一方をSMC5に接続し、他方を接地する。
One capacitor C SM (hereinafter abbreviated as C SM ) 3 is an electric double layer capacitor having a small electrostatic capacity and has a short charging time. However, although this
他方の蓄電器CLG(以後、CLGと略称する)4は、静電容量が大きい電気二重層コンデンサであり充電時間が長い。従って、CLG4は、太陽電池1の雨天・曇天による発電電力不足、および夜間における無発電状態があっても、回転機構または送信回路などの大電力負荷を駆動する大電力負荷駆動部14に電力を供給して負荷の長時間運転を維持することができる。このCLG4も、一方をSMC5に接続し、他方を接地する。
The other capacitor C LG (hereinafter abbreviated as C LG ) 4 is an electric double layer capacitor having a large capacitance and a long charging time. Therefore, the
SWC5は、太陽電池1から受ける直流電力を、初期のオフ状態にはCSM3へ充電用に接続し、切替信号SWcの受付けによりオン状態となりCSM3からCLG4へ充電のため接続を切り替える。SWS6は、CSM3,CLG4それぞれのSWC5接続側を引き込み、初期のオフ状態にはCSM3へ接続してその電圧VSMを、また、切替信号SWsの受付けによりオン状態となりCSM3からCLG4へ接続を切り替えてその電圧VLGを、それぞれ切替えて電圧調整し、安定した供給電圧VSPとして負荷2へ供給する。
The
電圧検出部11は、CSM3,CLG4それぞれのSWC5接続側を引き込み、電圧VSM,VLGそれぞれを監視して満充電電圧VDTを検出し、切替制御部12へ充電完了を通知する。切替制御部12は、電圧検出部11から充電完了の通知を受け、電圧VSMの場合には切替信号SWcをSWC5へ、電圧VLGの場合には切替信号SWsをSWS6へ、それぞれ送出する。CPU13は、ICにより構成される通常の制御回路であり、電圧検出部11および切替制御部12と共に小電力負荷である。大電力負荷駆動部14は、無線送信、回転機構などを駆動する大電力負荷である。
The voltage detection unit 11 pulls in the SWC5 connection side of each of
次に、図1に図2を併せ参照して機能動作について説明する。 Next, the functional operation will be described with reference to FIG.
ここで、CSM3は充電時間TSを、CLG4は充電時間TLをそれぞれ有するものとする。その充電時間TSはCSM3の小さな静電容量に基づいて、大きな静電容量を有するCLG4の充電時間TLより小さい。電圧検出部11はVDTを検出電圧とする。また最長の駆動開始時間を検証するため、CSM3およびCLG4それぞれは、初期状態であり、蓄電されていない状態とする。従来の装置では、大電力負荷に適用する場合、大電力負荷の駆動開始までの時間はCLG4の充電時間TLである。
Here, it is assumed that
図1に示されるように、太陽電池1で発電された電力は、SMC5を介してCSM3に接続されると共に、更にSMC5からSMS6を介して負荷2に供給電圧VSPとして接続されている。また、負荷2が運転を維持するに必要とする電圧はVNG以上であるとする。
As shown in FIG. 1, the electric power generated by the
まず、太陽電池1で発電された電力は、直流電力供給装置を「オン」とし、SMC5を介してCSM3に供給される。CSM3の電圧VSMは短い充電時間TSで電圧VDTに達する。この時点で、負荷2は全ての機能が稼動可能なので、SWS6は電圧VSMを負荷に供給電圧VSPとして供給開始できる。すなわち、CSM3の短い充電時間TSで負荷2を駆動開始できる。
First, the power generated by the
一方、負荷2では、検出電圧VDTに達した際、電圧検出部11が検出電圧VDTの検出を切替制御部12およびCPU13に通知する。この通知により、切替制御部12は切替信号SWcを出力してSWC5を「オン」にするので、太陽電池1で発電された電力はCLG4に供給される。CLG4の電圧VLGは、長い充電時間TLをもって検出電圧VDTに達して充電完了し、これを電圧検出部11が検出して切替制御部12およびCPU13に通知する。この時点で、CLG4の電圧VLGが負荷2へ供給電圧VSPとして供給される。
On the other hand, when the
CSM3の電圧VSMは、小電力負荷の場合、上記時間TLでは、ほとんど降下しない。しかし、この時間TL開始時点で大電力負荷駆動部14の駆動があった場合、破線により図示されるように電圧降下は免れない。このため、CSM3の小さな静電容量は、最大の大電力負荷の場合に時間TL以内では、上記電圧VNG以下となって動作不能となるまでの電圧降下が生じないように設定されている。しかし、駆動の迅速化を図ってCSM3の静電容量が小さいため不足する場合には、更に電気二重層コンデンサによる蓄電器を充電回路として追加すればよい。
The voltage V SM of
このような回路構成を採用したので、最大の消費電力に対応する静電容量を持つ蓄電器を最初から充電することなく、蓄電器を分割して、最初に充電する蓄電器の静電容量を、必要な稼動開始時間に見合う値に設定することができる。従って、容易に、短時間で装置の動作を開始することができる。 Since such a circuit configuration is adopted, the capacitor having the capacitance corresponding to the maximum power consumption is not charged from the beginning, the capacitor is divided, and the capacitance of the capacitor to be charged first is required. It can be set to a value commensurate with the operation start time. Therefore, the operation of the apparatus can be started easily in a short time.
また、図2では示されていないが、SWC5が切替信号SWsを受けて、切り離し中のCSM3を再度太陽電池1に接続し充電して順次並列接続することができる。この場合、負荷2に対する蓄電器の静電容量が合計されるので、供給電圧VSPの安定化と太陽電池1の出力低下による受給電力断が生じても長時間の正常動作を確保することができる。すなわち、太陽電池のような弱小電力で大電力負荷を考慮した場合、受給電力断の際にも所望の長時間を駆動維持可能な静電容量の蓄電器を備え、その静電容量を効果的に分割して迅速な運転開始を図ることができる。
Further, although not shown in FIG. 2, it can be SWC5 is subjected to switching signal SWs, connected to the C SM 3 again
上記説明では、図面を参照して二つの電気二重層コンデンサそれぞれに対する充電回路を取り上げたが、上述したように、三つつ以上の充電回路を設けることもできる。 In the above description, the charging circuit for each of the two electric double layer capacitors has been described with reference to the drawings. However, as described above, three or more charging circuits may be provided.
本発明の実施例2について図3を参照して説明する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図3の実施例2は、太陽電池1の発生電力を用いて、負荷20として無人による無線局装置を運転するシステムについて示している。無線局では電波によるデータの送受信があるが、送信装置は、遠方まで確実に送信するため、比較的大電力を必要とする。負荷20以外は上記実施例1の図1と同一の構成であるので、同一の構成要素には同一の番号符号を付与してその説明を省略する。
The second embodiment of FIG. 3 shows a system that operates an unmanned radio station apparatus as a
負荷20は、CPU21、ROM(読出し専用メモリ)22、温度センサ23、および無線LSI(大規模集積回路)24を備える。
The
CPU21は、ROM22に予め記憶されたプログラムにより、温度センサ23から温度情報を読み出し、無線LSI24を制御し、かつSWC5およびSWS6の制御を行う。例えば、CPU21は、温度センサ23により装置周辺の温度が適温を外れた際に、運転電力を削減するような制御を行う。すなわち、ROM22はCPU21に提供されるプログラムを予め記憶する。温度センサ23は装置の周辺温度を検出する。
The
本実施例2では、蓄電器CSM3による電気二重層コンデンサの静電容量が0.5Fであり、蓄電器CLG4による電気二重層コンデンサの静電容量は1Fである。
In Example 2, the capacitance of the electric double layer capacitor by the
無線LSI24は無線によるデータの送受信時に50mAの電流を消費する。無線によるデータの送受信を行っていない時は1mAの電流が消費される。また上述の無線によるデータの送受信は1分間に15秒間だけ周期的に行われ、太陽電池1による発電がない場合には無線によるデータの送受信は行わない。このような環境で、無線LSI24は、電気二重層コンデンサに蓄電された電力で最低30分間の動作継続が必要である。
The
以上の条件からこの無線装置に必要な電気二重層コンデンサの静電容量には1.2Fが設定される。従って、上述したように、蓄電器CSM3,CLG4の両者を充電完了させた際には、図示されていないが、両者共に負荷20に直流電圧を供給できるので、両者の静電容量の和が1.2Fであればよい。
From the above conditions, 1.2F is set as the electrostatic capacity of the electric double layer capacitor necessary for this wireless device. Therefore, as described above, when both of the
また、無線によるデータの一回の送受信を行うため、最初に充電される小さい静電容量の電気二重層コンデンサCSM3には、ほぼ4V以上の電圧により充電される必要がある。従って、上記図2で説明された負荷20が最初に大電力負荷をまかなう場合に必要とされる運転開始可能電圧VOPを4Vに設定することができる。
Further, in order to perform one-time transmission / reception of data by radio, the electric double
本発明の実施例3について図4を参照して説明する。 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図4の実施例3は、図3におけるSWC(蓄電器選択手段)の実施回路の一形態をSWC30として示している。SWC30以外は上記実施例2の図3と同一の構成であるので、同一の構成要素には同一の番号符号を付与してその説明を省略する。
Example 3 of FIG. 4 shows one form of the implementation circuit of SWC (capacitor selection means) in FIG. 3 as SWC30. Since the configuration other than the
SWC30は、スイッチ(以後、SWcと略称する)31、ソレノイド32、ソレノイド制御用トランジスタ(以後、TRと略称する)33、およびプルダウン抵抗34により構成されている。
The
SWc31は、太陽電池1から逆流防止用ダイオードおよび電流制限用抵抗を介して電力を受け、受けた電力を初期状態で小さい静電容量のCSM3と共にSWS6に供給している。SWc31は、CPU21から切替信号SWcを受けた際にはCSM3から大きな静電容量のCLG4に切り替えている
ソレノイド32とTR33とは、直列に接続され、かつ一方は調整された電圧VRG3.3Vに接続、また他方は接地されている。TR33のベースはプルダウン抵抗34を介して接地されると共に、CPU21に接続して切替信号SWcを受ける。
The
このような構成により、CPU21が、TR33に切替信号SWcを送り、ソレノイド32に電流を流すことによりSWc31を「オン」状態にする。初期状態の太陽電池1による発電開始時は、ソレノイド32に印加される電圧VRGはゼロボルトである。また、ソレノイド32に電流が流れない場合、SWc31は「オフ」状態である。SWc31が「オフ」状態の場合、小さい静電容量のCSM3が太陽電池1に接続されて充電される。電力電圧として電圧VRG3.3Vが発生しても、CPU21の制御端子が切替信号SWc出力に設定されていない場合、CPU21の制御端子はハイインピーダンスであり、TR33のベースがプルダウン抵抗34によって接地されているので、TR33は「オフ」状態である。
With such a configuration, the
電力ラインに電圧VRG3.3Vが発生しかつCPU21の制御端子が出力端子に設定されハイレベルを出力すると、TR33が駆動され、ソレノイド32に電流が流れ、かつSWc31が「オン」状態となる。SWc31が「オン」状態となると太陽電池1からの電力はそれまでの小さい静電容量のCSM3への充電から、大きい静電容量のCLG4への充電に切り替わる。
When the voltage VRG 3.3V is generated in the power line and the control terminal of the
本発明の実施例4について図5を参照して説明する。 A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図5の実施例4は、図3におけるSWC(蓄電器選択手段)の実施回路の、上記実施例3とは異なる一形態であり、SWC50として示している。SWC50以外は上記実施例2の図3と同一の構成であるので、同一の構成要素には同一の番号符号を付与してその説明を省略する。
Example 4 of FIG. 5 is a form different from Example 3 of the implementation circuit of the SWC (capacitor selection means) in FIG. Since the configuration other than the
SWC50は、二つのダイオード51,52、フォトカプラ53、フォトカプラ制御用トランジスタ(以後、TRと呼称する)54、およびプルダウン抵抗55により構成されている。
The
ダイオード51は、逆流防止用として太陽電池1から電流制限用抵抗を介して電力を受け、受けた電力を小さい静電容量のCSM3に常時供給している。ダイオード52は、逆流防止用として太陽電池1から電流制限用抵抗を介して電力を受け、受けた電力を大きな静電容量のCLG4にフォトカプラ53のスイッチングトランジスタによるスイッチ(以後、SWcと略称する)を介して供給している。
The diode 51 receives power from the
フォトカプラ53は上記SWcとフォトダイオード(以後、PDと略称する)とで構成され、PDとTR54とは直列に接続され、かつ一方を調整電圧VRG3.3Vに接続、また他方を接地している。TR54のベースはプルダウン抵抗55を介して接地されると共に、CPU21に接続して切替信号SWcを受ける。
The photocoupler 53 is composed of the SWc and a photodiode (hereinafter abbreviated as PD). The PD and TR54 are connected in series, and one is connected to the adjustment voltage VRG 3.3V and the other is grounded. Yes. The base of TR54 is grounded via a pull-down resistor 55, and is connected to the
このような構成により、CPU21が、TR54に信号を送り、フォトカプラ53のPDに電流を流すことでSWcを「オン」状態にする。初期状態の太陽電池1による発電開始時は、PDに印加される調整電圧VRGはゼロボルトである。またPDに電流が流れない場合、SWcは「オフ」状態である。
With such a configuration, the
従って、小さい静電容量のCSM3は太陽電池1による発電があれば常に充電される。大きい静電容量のCLG4に接続しているフォトカプラ53は、調整電圧VRG3.3Vが発生し、かつCPU21の制御端子が切替信号SWc出力に設定されハイレベルを出力した際、TR54が「オン」状態となり、フォトカプラ53内のPDに電流が流れ、フォトカプラ53のSWcが「オン」状態となる。フォトカプラ53が「オン」状態となると太陽電池1からの電力は、それまでの小さい静電容量のCSM3への充電とともに、大きい静電容量のCLG4へも充電を開始する。
Therefore,
従って、本実施例4では、最初に充電される小さな静電容量の蓄電器から次の大き目の静電容量に順次、切り替えても、充電回路が形成されており、常に充電完了の状態である。従って、負荷に供給する蓄電器が所定電圧以下に降下した場合、充電順序とは逆順序で接続を切り替え、それまで充電した蓄電器を使用してその静電容量を利用するように、CPUにより制御することができる。 Therefore, in the fourth embodiment, the charging circuit is formed and the charging is always completed even when the capacitor having the small electrostatic capacity charged first is sequentially switched to the next large electrostatic capacity. Therefore, when the capacitor supplied to the load drops below a predetermined voltage, the connection is switched in the reverse order to the charging order, and the CPU controls to use the capacitance using the capacitor that has been charged up to that point. be able to.
次に、図6を参照して実施例5におけるSWS(電力供給選択手段)60ついて説明する。 Next, the SWS (power supply selection means) 60 in the fifth embodiment will be described with reference to FIG.
図6は、図3のSWS6に係る回路の実施の一形態をSWS60として示している。SWS60以外は上記実施例2の図3と同一の構成であるので、同一の構成要素には同一の番号符号を付与してその説明を省略する。
FIG. 6 shows an embodiment of a circuit related to
SWS60は出力調整回路61,62、電圧監視回路63、ゲート回路64、プルダウン抵抗65,66、およびダイオード67,68により構成される。出力調整回路61,62は、ダイオード67,68それぞれを直列接続して供給電圧出力端子に接続され、調整された定電圧VRG3.3Vを出力する。
The
出力調整回路61の一方の入力は、小さい静電容量のCSM3のプラス端子側による電圧VSMであり、他方の入力は、ゲート回路64から出力されるイネーブル信号である。このイネーブル信号により出力調整回路61は調整されたプラスの定電圧VRG3.3Vを出力する。出力調整回路62の一方の入力は、大きい静電容量のCLG4のプラス端子側による電圧VLGであり、他方の入力は、CPU21から出力される切替信号SWS2である。この切替信号SWS2により出力調整回路62は調整されたプラスの定電圧VRG3.3Vを出力する。
One input of the output adjustment circuit 61 is a voltage V SM by the plus terminal side of
CSM3のプラス端子側にある電圧VSMは、CPU21、電圧監視回路63、および出力調整回路61の一方の入力端子に接続される。電圧監視回路63は、CSM3を装置の運転可能に充電するため、充電検出電圧VDT4Vへの到達を監視する。ゲート回路64は、一方の入力端子に電圧監視回路63の出力を、また他方の入力端子には他端を接地されたプルダウン抵抗65を接続してCPU21から出力される切替信号SWS1の反転を、それぞれ入力し、論理積をとってイネーブル信号を出力する。従って、電圧VSMが4Vに達した際にイネーブル信号がゲート回路64から出力調整回路61の他方の入力端子に出力される。
The voltage V SM on the positive terminal side of
CLG4のプラス端子側にある電圧VLGは、CPU21および出力調整回路62の一方の入力端子に接続される。出力調整回路62の他方の入力端子には、CPU21から出力される切替信号SWS2が接続されると共に、他端を接地されたプルダウン抵抗66に接続する。
The voltage V LG on the positive terminal side of
上述した切替信号SWS1と切替信号SWS2とはCPU21により独立して制御されるが、上記実施例のように、同時の切替信号SWsであってもよい。
The switching signal SW S1 and the switching signal SW S2 described above are independently controlled by the
次に、図7および図8を参照して実施例6について説明する。 Next, Example 6 will be described with reference to FIGS.
図7は、図1,3の実施例1,2と異なる充電回路を有する直流電力供給装置の実施例6の機能ブロックを示す説明図である。本実施例6は、実施例2を示す図3におけるSWC5とSWS6とのそれぞれに、実施例4で示す図5のSWC50と実施例5で示す図6のSWS60とを用いた構成を有している。図7に示されるSWC50とSWS60とはそれぞれのブロックを簡略化して示しているので、詳細は上述した該当する実施例の記載を参照できる。また、それ以外は、上記実施例2の図3と同一の構成である。従って、各構成要素の同一の構成要素には同一の番号符号が付与されており、その説明は省略する。
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating functional blocks of a sixth embodiment of the DC power supply apparatus having a charging circuit different from the first and second embodiments illustrated in FIGS. The sixth embodiment has a configuration in which the
また、図8は図7において、太陽電池1からの発電もなく、二つの電気二重層コンデンサによる蓄電器CSM3,CLG4のどちらも充電されていない初期状態で太陽電池1が発電開始した際に負荷がかからない状態での主要個所における電圧状況の一形態を時間軸で示すタイムチャートである。ここでは、小さい静電容量のCSM3の電圧VSMと、大きい静電容量のCLG4の電圧VLGと、負荷20に供給される調整電圧VRGとが示されている。
Further, FIG. 8 shows that in FIG. 7, the
基準となる電圧は、満充電電圧に対してCPU21での検出電圧VDTと、SWS60での監視電圧VOP4Vと、調整出力回路61,62での調整電圧VRG3.3Vとである。時間TSは、太陽電池1の発電により電力「オン」してからCSM3が充電されて検出電圧VDTに達し、切替信号SWcを発生するまでの充電時間である。時間TLは、切替信号SWcが発生からCLG4が充電されて検出電圧VDTに達し、CPU21が切替信号SWS2またはSWsを発生するまでの充電時間である。
The reference voltages are the detection voltage V DT at the
充電開始から負荷20への電力供給可能な監視電圧VOP4Vに達した時点から、充電中のCSM3の電圧VSMが出力調整されて負荷20へ供給開始される。また、切替信号SWS2が発生した以降は、充電完了のCLG4の電圧VLGが出力調整されて負荷20へ供給される。
From the time it reaches the power supply can be monitored voltage V OP 4V from the charge start to the
次に、図7および図8に図3、図5、および図6を併せ参照して、図7における主要動作について説明する。 Next, main operations in FIG. 7 will be described with reference to FIGS. 7, 8, and FIGS. 3, 5, and 6 together.
初期状態は太陽電池1からの発電もなく、二つの電気二重層コンデンサの蓄電器CSM3,CLG4がどちらも充電されていない状態である。
The initial state is a state where there is no power generation from the
まず、接続されている太陽電池1に何らかの光が当たることにより太陽電池1が発電を開始する。太陽電池1で発電された電力はSWC50が「オフ」状態であることから小さい静電容量のCSM3に充電される。小さい静電容量のCSM3の電圧VSMが運転可能電圧VOP4Vに達した際、電圧監視回路63の出力がハイレベルとなるので、ゲート回路64の一方の入力端子がハイレベルとなる。ゲート回路64の他方の入力端子は、CPU21にまだ電力供給されていないため、プルダウン抵抗によりロウレベルが入力されている。この結果、ゲート回路64の出力はハイレベルとなり、出力調整回路61にイネーブル信号が供給される。従って、出力調整回路61は負荷20を含む装置内の各集積回路に供給電圧として調整電圧VRG3.3Vを出力供給する。
First, the
調整電圧VRG3.3Vを受けたCPU21は、直ちに、ROM22からプログラムの読出し動作を開始し、無線LSI24を制御して、この無線機器の近傍に通信すべき他の無線機器があるかどうかをデータの送受信によって確かめる。CPU21は、通信すべき他の無線機器との通信が確立すると1分毎に温度センサのデータを送信する。ちなみに、データの送信には1回15秒を要する。
CPU21 that received adjustment voltage V RG 3.3V immediately starts a read operation of a program from the
CPU21は、定期的な無線によるデータ通信を行うとともに、小さな静電容量のCSM3の電圧VSMを、アナログ端子を介して監視している。小さな静電容量のCSM3の電圧VSMが所定の電圧VDT以上になると、CPU21は、SMC50への制御端子にハイレベルの切替信号SWcを出力し、フォトカプラーによるスイッチSWcを「オン」状態とし、太陽電池1で発電された電力を大きい静電容量のCLG4の充電へと切り替える。
The
その後、CPU21は、定期的な無線によるデータ通信を行うとともに、大きな静電容量のCLG4の電圧VLGを、アナログ端子を介して監視している。大きな静電容量のCLG4の電圧VLGが所定の電圧VDT以上になると、CPU21は、イネーブル制御信号である切替信号SWS2にハイレベルを出力し、出力調整回路62をイネーブルとするので、出力調整回路62が調整電圧VRG3.3Vを出力する。同時に、CPU21はイネーブル制御信号である切替信号SWS1がハイレベルでゲート回路64に出力されるので、出力調整回路61をディセーブルとする。この結果、各回路への電力供給は小さい静電容量のCSM3から大きい静電容量のCLG4に切り替わる。
Thereafter, the
その後は、CPU21は、小さな静電容量のCSM3の電圧VSMと大きい静電容量のCLG4の電圧VLGとを、アナログ端子を介して監視し、所定のアルゴリズムに従い、SWC50とSWS60とを制御して本発明の電気二重層コンデンサ装置を用いた無線装置への電力供給を制御する。
Then,
本実施例では蓄電器として電気二重層コンデンサが二つの場合で説明したが、電気二重層コンデンサが三つ以上でも同様の効果が得られる。また電気二重層コンデンサの静電容量に関しても、静電容量の大小関係が守られていれば、どのような静電容量の組み合わせでも可能である。更に、切替手段の構成により、全ての蓄電器を同一の静電容量で構成することもできる。 In this embodiment, the case where two electric double layer capacitors are used as the capacitor has been described. However, the same effect can be obtained even when three or more electric double layer capacitors are used. Further, regarding the capacitance of the electric double layer capacitor, any combination of capacitances is possible as long as the magnitude relationship of the capacitances is maintained. Further, all capacitors can be configured with the same capacitance by the configuration of the switching means.
[その他の実施例]
上述した実施例では、充電用電力に太陽電池、又充電回路の蓄電器に電気二重層コンデンサを用いて説明したが、これ以外の、例えば商用電力と従来の蓄電池を用いた充電回路でもよい。受給電力が大容量の場合、複数の充電回路を一括して充電開始し、充電完了した充電回路から順次負荷に接続して出力を供給し、所定の静電容量まで充電回路を接続して加えることにより、大電力負荷に対しても短時間で稼動開始ができる。
[Other Examples]
In the above-described embodiment, the solar battery is used as the charging power and the electric double layer capacitor is used as the charging circuit capacitor. However, other charging circuits such as commercial power and a conventional storage battery may be used. When the received power is large capacity, start charging a plurality of charging circuits at once, supply the output by connecting to the load sequentially from the charged charging circuit, and add the charging circuit to the specified capacitance Thus, operation can be started in a short time even for a large power load.
また、本発明の対象となる充電開始状態を説明したが、備えられる全ての蓄電器を充電状態として、充電用電力の停止の際に、例えば全ての蓄電器を並列接続して利用するか、または予め設定された順序で一つずつ蓄電器から電力供給するかなどにより、複数蓄電器を有効に利用することが可能である。 Moreover, although the charge start state which is the object of the present invention has been described, all the capacitors provided are charged, and when the power for charging is stopped, for example, all the capacitors are connected in parallel or used in advance. A plurality of capacitors can be used effectively depending on whether power is supplied from the capacitors one by one in the set order.
また、当然ながら、受給電源を、例えば商用のAC電源からAC/DCコンバータを介したような他の直流電源でも、また負荷が交流の場合には出力される直流電力からDC/ACコンバータを介して得ることも可能である。 Of course, the receiving power source may be another DC power source such as a commercial AC power source via an AC / DC converter, or if the load is AC, the DC power that is output via the DC / AC converter. It is also possible to obtain.
充電に必要な静電容量を分割した静電容量を有する複数の蓄電器それぞれの充電回路を用いて、最初に小さな静電容量を有する充電回路で満充電して負荷に直流電力を供給し、次いで残りの蓄電器を順次充電して負荷に直流供給することにより、短時間で電力供給することが大電力負荷に対しても容易に可能なので、太陽電池のような弱小の受給電力であっても、短時間の電力供給が必要または不可欠な用途として適用できる。 Using a charging circuit for each of a plurality of capacitors having a capacitance obtained by dividing a capacitance required for charging, first, the charging circuit having a small capacitance is fully charged to supply DC power to the load, and then By sequentially charging the remaining capacitors and supplying DC to the load, it is easy to supply power to a large power load in a short time, so even if it is a weak received power like a solar cell, It can be applied to applications where a short-time power supply is necessary or indispensable.
1 太陽電池
2、20 負荷
3 CSM(蓄電器)
4 CLG(蓄電器)
5、30、50 SWC(蓄電器選択手段)
6,60 SWS(電力供給選択手段)
11 電圧検出部
12 切替制御部
13、21 CPU
14 大電力負荷駆動部
22 ROM
24 無線LSI
31 SWc(スイッチ)
32 ソレノイド
33、54 TR(トランジスタ)
53 フォトカプラ
61、62 出力調整回路
63 電圧監視回路
64 ゲート回路
1
4 C LG (capacitor)
5, 30, 50 SWC (capacitor selection means)
6, 60 SWS (power supply selection means)
11 Voltage detection unit 12
14 High power
24 Wireless LSI
31 SWc (switch)
32
53 Photocoupler 61, 62 Output adjustment circuit 63 Voltage monitoring circuit 64 Gate circuit
Claims (1)
前記電力供給選択手段は、前記蓄電器それぞれに対応し、それぞれの蓄電電圧を入力すると共にそれぞれに対応する切替信号を受けた際に前記蓄積電圧を前記負荷への供給電圧として所定の調整電圧で出力する出力調整回路と、充電開始により所定の負荷の完全駆動を可能とする電圧を前記検出電圧と調整電圧との間に設定される監視電圧で検出する電圧監視回路と、当該電圧監視回路から前記監視電圧の検出通知を受けた際に前記出力調整回路を駆動して前記供給電圧を出力させるゲート回路と、を備えることを特徴とする直流電力供給装置。 At least two charging circuits each including a capacitor, capacitor selecting means for selecting at least one of the charging circuits to be charged, and at least one of the charging circuits connected to a load and supplying DC power A charging circuit for charging completion by controlling the power supply selection means, and when the charging completion is detected with a predetermined detection voltage by charging the related charging circuit by controlling the power supply selection means and the capacitor selection means. A DC power supply device comprising: a control means for sequentially connecting to a load and supplying DC power at a predetermined adjustment voltage;
The power supply selection means corresponds to each of the capacitors, inputs the respective storage voltage, and outputs the stored voltage as a supply voltage to the load at a predetermined adjustment voltage when receiving a corresponding switching signal. An output adjustment circuit that detects a voltage that enables complete driving of a predetermined load when charging starts with a monitoring voltage that is set between the detection voltage and the adjustment voltage, and from the voltage monitoring circuit, the voltage monitoring circuit A DC power supply device comprising: a gate circuit that drives the output adjustment circuit to output the supply voltage when receiving a monitoring voltage detection notification.
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