JP4728687B2

JP4728687B2 - Booster

Info

Publication number: JP4728687B2
Application number: JP2005125737A
Authority: JP
Inventors: 康通金井; 正人三野; 松本　　聡
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2025-04-22
Also published as: JP2006302147A

Description

本発明は、昇圧装置に関するものであり、特に、最大電力追従制御（ＭａｘｉｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇ：以下「ＭＰＰＴ制御」という）機能を有する昇圧装置に関するものである。 The present invention relates to a booster, and more particularly to a booster having a maximum power tracking control (hereinafter referred to as “MPPT control”) function.

太陽電池は、排気ガスや騒音を出さないクリーンなエネルギー源であり、リチウムイオン電池や、ニッカド電池のような二次電池と比較してエネルギーを補充する必要がないという利点を有しているため、電卓や時計、最近では携帯機器などに対する身近な電源として、我々の生活に不可欠なものとなっている。 Solar cells are a clean energy source that does not emit exhaust gas or noise, and have the advantage that they do not need to be replenished compared to secondary batteries such as lithium-ion batteries and nickel-cadmium batteries. As a familiar power source for calculators, watches, and recently portable devices, it has become indispensable for our lives.

近年、地球規模の環境問題の高まりを背景に、太陽電池に関する重要性が認識され、特に、住宅用の太陽光発電システムの普及率が増加している。また、住宅用の太陽光発電システムの他にも、災害時の非常用電源として、あるいは気象観測や地質調査などの業務に利用可能な自立可搬型の独立型電源としての太陽光発電システムにも期待が注がれている。 In recent years, the importance of solar cells has been recognized against the background of increasing global environmental problems, and in particular, the penetration rate of residential solar power generation systems has increased. In addition to residential solar power generation systems, it can also be used as an emergency power source in the event of a disaster or as a stand-alone portable power source that can be used for operations such as weather observation and geological surveys. Expectations have been poured.

図５は、従来技術にかかる独立型電源として構成された太陽光発電装置における昇圧コンバータのＭＰＰＴ制御機能を説明するための図である。同図において、太陽電池モジュール５１は、例えば、複数の太陽電池セルが接続された太陽電池の集合体である。また、昇圧コンバータ５４は、ＭＰＰＴ制御機能を有するＭＰＰＴ制御回路５２を備えている。なお、昇圧コンバータ５４内に示した入力インピーダンス５５は、ＭＰＰＴ制御回路５２によって制御される昇圧コンバータ５４に印加される印加電圧と昇圧コンバータ５４に流入する入力電流との比を等価的に表すものである。 FIG. 5 is a diagram for explaining the MPPT control function of the boost converter in the solar power generation device configured as an independent power source according to the prior art. In the figure, a solar cell module 51 is, for example, an assembly of solar cells to which a plurality of solar cells are connected. The boost converter 54 includes an MPPT control circuit 52 having an MPPT control function. The input impedance 55 shown in the boost converter 54 equivalently represents the ratio between the applied voltage applied to the boost converter 54 controlled by the MPPT control circuit 52 and the input current flowing into the boost converter 54. is there.

図５に示す太陽光発電装置の動作を説明する前に、太陽電池モジュールの出力特性について説明する。図６は、一般的な太陽電池モジュールの出力特性を示す図である。同図において、波線は太陽電池モジュールのＩ−Ｖ（電流−電圧）特性を示し、実線は太陽電池モジュールのＩ−Ｐ（電流−電力）特性を示している。同図のＩ−Ｖ特性が示すように、負荷電流を大きく流せば出力電圧が低下し、逆に負荷電流を小さくすれば出力電圧は増加する。発電電力は出力電流と出力電圧との積で表されるので、例えば同図に示す所定の電流値（Ｉ_MP）のところで発電電力が最大となる最大電力点（Ｐ_max）が存在する。 Before describing the operation of the photovoltaic power generation apparatus shown in FIG. 5, the output characteristics of the solar cell module will be described. FIG. 6 is a diagram showing output characteristics of a general solar cell module. In the figure, the wavy line indicates the IV (current-voltage) characteristic of the solar cell module, and the solid line indicates the IP (current-power) characteristic of the solar cell module. As shown by the IV characteristics in the figure, the output voltage decreases when the load current is increased, and conversely, the output voltage increases when the load current is decreased. Since the generated power is represented by the product of the output current and the output voltage, for example, there is a maximum power point (P _max ) at which the generated power is maximum at a predetermined current value (I _MP ) shown in FIG.

一方、太陽電池モジュールを取り巻く環境は時々刻々と変化しており、例えば、太陽電池モジュールに入射する光の量や、太陽電池モジュール自身の動作温度によっても、電流値や電圧値が変化する。したがって、環境条件が変化した場合であっても、太陽電池モジュールの出力エネルギーを効率的に引き出すためには、この最大電力点付近で動作させる必要がある。このような環境条件が変化する状況下にあって、常時、最大電力点付近で動作させるように制御する機能が上述したＭＰＰＴ制御機能と呼ばれるものである。 On the other hand, the environment surrounding the solar cell module changes every moment. For example, the current value and the voltage value change depending on the amount of light incident on the solar cell module and the operating temperature of the solar cell module itself. Therefore, even when the environmental conditions change, it is necessary to operate near this maximum power point in order to efficiently extract the output energy of the solar cell module. Under such circumstances in which the environmental conditions change, the function of controlling to always operate near the maximum power point is called the above-described MPPT control function.

つぎに、図５に戻って、同図に示す太陽光発電装置の動作を説明する。同図において、太陽電池モジュール５１は、発電出力を昇圧コンバータ５４に供給する。昇圧コンバータ５４のＭＰＰＴ制御回路５２は、昇圧コンバータ５４に供給される電力が最大となるように入力インピーダンス５５を制御する。昇圧コンバータ５４による入力インピーダンス５５の制御は、例えば、昇圧コンバータ５４内に構成されるスイッチング素子（回路）をオン／オフ制御する制御信号の時比率を可変する。例えば、オンしている時間が長いほど昇圧コンバータ５４への流入電流が多くなり、入力インピーダンスは減少する。逆に、オンしている時間が短いほど昇圧コンバータ５４への流入電流が少なくなり、入力インピーダンスは増加する。このようにＭＰＰＴ制御機能付き昇圧コンバータは、環境条件が変化した場合であっても太陽電池モジュールから最大電力を取り出すための制御機能を有している。 Next, returning to FIG. 5, the operation of the photovoltaic power generation apparatus shown in FIG. 5 will be described. In the figure, the solar cell module 51 supplies the power generation output to the boost converter 54. The MPPT control circuit 52 of the boost converter 54 controls the input impedance 55 so that the power supplied to the boost converter 54 is maximized. The control of the input impedance 55 by the boost converter 54 varies, for example, the time ratio of a control signal for controlling on / off of a switching element (circuit) configured in the boost converter 54. For example, the longer the ON time is, the more current flows into the boost converter 54 and the input impedance decreases. Conversely, the shorter the ON time, the smaller the current flowing into boost converter 54, and the input impedance increases. As described above, the boost converter with the MPPT control function has a control function for extracting the maximum power from the solar cell module even when the environmental condition changes.

ところで、上述のようなＭＰＰＴ制御機能そのものは、住宅用の太陽光発電システムなどにおいては、一般的な機能として認識されている。ただし、住宅用の太陽光発電システムなどでは、当該機能を後段に備えられるインバータ装置などに搭載する場合がほとんどであり、ＭＰＰＴ制御機能を昇圧コンバータ内に内蔵している構成例は、ほとんどないものと考えられる。なお、下記に示す特許文献１には、昇圧回路を用いて二次電池を充電する太陽電池機器の構成例が開示されている。 By the way, the MPPT control function itself as described above is recognized as a general function in residential solar power generation systems and the like. However, in residential solar power generation systems, etc., the function is mostly installed in an inverter device or the like provided in the latter stage, and there is almost no configuration example in which the MPPT control function is built in the boost converter. it is conceivable that. Patent Document 1 shown below discloses a configuration example of a solar cell device that charges a secondary battery using a booster circuit.

特許第３０２５１０６号明細書（第３頁、図１５など）Japanese Patent No. 3025106 (3rd page, FIG. 15 etc.)

図７は、ＭＰＰＴ機能が付加された複数の昇圧コンバータを用いて構成された昇圧装置を示すブロック図である。同図において、ＭＰＰＴ制御回路５２ａ，５２ｂをそれぞれ有する昇圧コンバータ５４ａ，５４ｂを備えた昇圧装置５０には、太陽電池モジュール５１の出力が接続されている。本願発明の課題は、例えば、太陽電池モジュール５１の最大発電電力が昇圧装置５０を構成するＭＰＰＴ機能付きの昇圧コンバータである昇圧コンバータ５４ａ，５４ｂのそれぞれの最大変換電力を上回った場合に生ずる。例えば、太陽電池モジュール５１の最大発電電力が６Ｗであり、昇圧コンバータ５４ａ，５４ｂの最大変換電力が各３Ｗであると仮定する。この場合、一つの昇圧コンバータの能力が太陽電池モジュール５１の最大発電電力を下回る場合、太陽電池モジュール５１から最大の発電電力を効率よく取り出すためには、同図に示すように複数（２つ）の昇圧コンバータ５４ａ，５４ｂを用いる必要がある。 FIG. 7 is a block diagram showing a boosting device configured using a plurality of boosting converters to which an MPPT function is added. In the figure, the output of the solar cell module 51 is connected to a booster device 50 including boost converters 54a and 54b having MPPT control circuits 52a and 52b, respectively. The problem of the present invention occurs when, for example, the maximum generated power of the solar cell module 51 exceeds the maximum converted power of each of the boost converters 54a and 54b, which are boost converters with an MPPT function constituting the boost device 50. For example, it is assumed that the maximum generated power of the solar cell module 51 is 6 W and the maximum converted power of the boost converters 54 a and 54 b is 3 W each. In this case, when the capability of one step-up converter is lower than the maximum generated power of the solar cell module 51, in order to efficiently extract the maximum generated power from the solar cell module 51, a plurality (two) as shown in FIG. Boost converters 54a and 54b must be used.

図８は、図７のように構成された昇圧装置の動作上の問題点を説明するための図である。図８において、上段に示す波形（変換出力Ａ）は、昇圧コンバータ５４ａの出力電圧波形であり、下段に示す波形（変換出力Ｂ）は、昇圧コンバータ５４ｂの出力電圧波形である。図７に示す昇圧装置では、同図に示す波形のように各昇圧コンバータの出力が発振して、所定の電力を取り出すことができないという不具合を生ずる。 FIG. 8 is a diagram for explaining an operational problem of the booster configured as shown in FIG. In FIG. 8, the waveform shown in the upper stage (conversion output A) is the output voltage waveform of the boost converter 54a, and the waveform shown in the lower stage (conversion output B) is the output voltage waveform of the boost converter 54b. In the boosting device shown in FIG. 7, the output of each boosting converter oscillates as shown in the waveform shown in FIG.

いま、昇圧コンバータ５４ａが発電出力を増加させるべく太陽電池モジュール５１から出力される電流を増加させるように制御すると、各昇圧コンバータへの印加電圧が低下する。このとき、昇圧コンバータ５４ｂの方では自身への印加電圧が低下したことを受けて、太陽電池モジュール５１の発電出力が低下したと判断し、太陽電池モジュール５１の動作点を最大電力点に移行させるべく自身への入力電流を減少させるように制御する。この制御により、各昇圧コンバータへの印加電圧は増加する。昇圧コンバータ５４ａは、自身への印加電圧が増加したことから太陽電池モジュール５１の発電出力が増加したと判断して自身への入力電流をさらに増加させる。このような正帰還動作が制御限界まで行われ、昇圧コンバータ５４ａへの入力電流が所定の最大値まで上昇し、昇圧コンバータ５４ｂへの入力電流が所定の最小値まで減少する。一方、昇圧コンバータ５４ａが制御限界に達した以降は、昇圧コンバータ５４ａと昇圧コンバータ５４ｂの動作が逆転し、上記の場合とは逆に、昇圧コンバータ５４ｂへの入力電流が所定の最大値まで上昇し、昇圧コンバータ５４ａへの入力電流が所定の最小値まで減少する。 If the boost converter 54a is controlled to increase the current output from the solar cell module 51 in order to increase the power generation output, the voltage applied to each boost converter decreases. At this time, the boost converter 54b determines that the power generation output of the solar cell module 51 has decreased in response to the decrease in the voltage applied to itself, and shifts the operating point of the solar cell module 51 to the maximum power point. Therefore, control is performed so as to reduce the input current to itself. By this control, the voltage applied to each boost converter increases. Boost converter 54a determines that the power generation output of solar cell module 51 has increased because the voltage applied to itself has increased, and further increases the input current to itself. Such a positive feedback operation is performed to the control limit, the input current to the boost converter 54a increases to a predetermined maximum value, and the input current to the boost converter 54b decreases to a predetermined minimum value. On the other hand, after the boost converter 54a reaches the control limit, the operations of the boost converter 54a and the boost converter 54b are reversed, and contrary to the above case, the input current to the boost converter 54b increases to a predetermined maximum value. The input current to boost converter 54a is reduced to a predetermined minimum value.

このように、従来の昇圧装置では、ＭＰＰＴ機能付き昇圧コンバータを用いて単一の太陽電池モジュールから電力を取り出す場合に、ＭＰＰＴ機能付き昇圧コンバータが発振して所定の電力を取り出すことができないといった問題が存在していた。 As described above, in the conventional boosting device, when taking out power from a single solar cell module using the boost converter with MPPT function, the boost converter with MPPT function oscillates and cannot take out predetermined power. Existed.

なお、複数の太陽電池セルを用いて単一の太陽電池モジュールを構成する場合、使用目的や用途、負荷の種類、特性などによって様々な構成の太陽電池モジュールが用いられる。したがって、これらのバリエーションの全てに適用可能な昇圧コンバータを設計することは得策ではなく、数種の昇圧コンバータ（例えば、３Ｗ用、６Ｗ用、１０Ｗ用など）を組み合わせて、様々な構成の太陽電池モジュールに対応できるような柔軟性が必要とされる。 In addition, when comprising a single solar cell module using a several photovoltaic cell, the solar cell module of various structures is used by a use purpose, a use, the kind of load, a characteristic, etc. Therefore, it is not a good idea to design a boost converter that can be applied to all of these variations, and several types of boost converters (for example, for 3W, 6W, 10W, etc.) can be combined to form various types of solar cells. Flexibility to accommodate modules is required.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、使用目的や用途、負荷の種類、特性などによって変化する様々な構成の太陽電池モジュールに対して、当該太陽電池モジュールの発電電力よりも能力の低い昇圧コンバータを用いて構成した昇圧装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and is more capable than the generated power of the solar cell module with respect to solar cell modules having various configurations that change depending on the purpose of use, application, type of load, characteristics, and the like. An object of the present invention is to provide a boosting device configured using a low boosting converter.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる昇圧装置にあっては、太陽電池モジュールに接続され、該接続された太陽電池モジュールの発電電力を最大化するために該太陽電池モジュールの動作点を制御するＭＰＰＴ（ＭａｘｉｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇ）制御回路と、前記ＭＰＰＴ制御回路にそれぞれ接続され、入力された直流出力の出力電圧をそれぞれ昇圧する複数の昇圧コンバータと、を備え、前記ＭＰＰＴ制御回路は、前記太陽電池モジュールから出力される出力電圧および出力電流に基づいて、前記複数の昇圧コンバータの全てが前記太陽電池モジュールの発電出力の変換出力をともに増強させるか、もしくはともに減少させるように、前記複数の昇圧コンバータのそれぞれの入力インピーダンスを制御し、前記全ての昇圧コンバータの変換出力の和を出力することを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, the booster according to the present invention is connected to the solar cell module, and the solar cell is used to maximize the generated power of the connected solar cell module. An MPPT (Maximum Power Point Tracking) control circuit that controls an operating point of the module; and a plurality of boost converters that are respectively connected to the MPPT control circuit and boost the output voltage of the input DC output. circuit based on the output voltage and output current output from the solar cell module, wherein if all of the plurality of boost converter to both enhance the conversion output of the generator output of the solar cell module, or both to reduce , The input impedance of each of the plurality of boost converters Controls Nsu, and outputs the sum of the conversion output of the all of the boost converter.

つぎの発明にかかる昇圧装置にあっては、上記の発明において、前記複数の昇圧コンバータは、予めＭＰＰＴ制御回路を有するものであって、前記複数の昇圧コンバータが有するＭＰＰＴ制御回路の機能を無効化する無効化手段、あるいは、当該ＭＰＰＴ制御回路の機能を切り離すスイッチ手段をさらに備えたことを特徴とする。 In the booster according to the next invention, in the above invention, the plurality of boost converters have an MPPT control circuit in advance, and the functions of the MPPT control circuits included in the plurality of boost converters are invalidated. And a switch means for disconnecting the function of the MPPT control circuit.

つぎの発明にかかる昇圧装置にあっては、上記の発明において、前記入力インピーダンスの制御では、前記複数の昇圧コンバータをオン／オフ駆動する際のオン／オフ制御時間の時比率が可変されることを特徴とする。 In the booster according to the next invention, in the above invention, in the control of the input impedance, a time ratio of an on / off control time when the plurality of boost converters are turned on / off is varied. It is characterized by.

つぎの発明にかかる昇圧装置にあっては、上記の発明において、前記ＭＰＰＴ制御回路は、前記太陽電池モジュールから出力される出力電圧および出力電流に基づいて該太陽電池モジュールの発電電力値を算出する算出手段と、前記算出手段が算出した発電電力値を記憶する記憶手段と、前記算出手段によって所定時刻に算出された今回の発電電力値と、該今回の発電電力値の算出時刻よりも前の時刻に算出された発電電力値として前記記憶手段に記憶された前回の発電電力値とに基づいて前記複数の昇圧コンバータのそれぞれに出力する入力インピーダンス制御信号を生成する生成手段と、を備えることを特徴とする。 In the booster according to the next invention, in the above invention, the MPPT control circuit calculates a power generation value of the solar cell module based on an output voltage and an output current output from the solar cell module. A calculation means, a storage means for storing the generated power value calculated by the calculation means, a current generated power value calculated at a predetermined time by the calculation means, and a calculation time before the current generated power value calculation time. Generating means for generating an input impedance control signal to be output to each of the plurality of boost converters based on the previous generated power value stored in the storage means as the generated power value calculated at the time. Features.

つぎの発明にかかる昇圧装置にあっては、太陽電池モジュールに接続され、入力された直流出力の出力電圧をそれぞれ昇圧する複数の昇圧コンバータを備え、前記複数の昇圧コンバータのうちのいずれか一つの昇圧コンバータには、前記太陽電池モジュールの発電電力を最大化するために該太陽電池モジュールの動作点を制御するＭＰＰＴ（ＭａｘｉｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇ）制御回路が含まれ、前記ＭＰＰＴ制御回路を具備する昇圧コンバータは、前記太陽電池モジュールから出力される出力電圧および出力電流に基づいて、前記複数の昇圧コンバータの全てが前記太陽電池モジュールの発電出力の変換出力をともに増強させるか、もしくはともに減少させるように、自己の入力インピーダンスおよび該昇圧コンバータ以外の昇圧コンバータのそれぞれの入力インピーダンスを制御し、前記全ての昇圧コンバータの変換出力の和を出力することを特徴とする。
The booster according to the next invention includes a plurality of boost converters that are connected to the solar cell module and respectively boost the output voltage of the input DC output, and any one of the plurality of boost converters. The boost converter includes an MPPT (Maximum Power Point Tracking) control circuit that controls an operating point of the solar cell module in order to maximize the generated power of the solar cell module. The boost converter includes the MPPT control circuit. as based on the output voltage and output current output from the solar cell module, wherein if all of the plurality of boost converter to both enhance the conversion output of the generator output of the solar cell module, or both decrease, Self input impedance and boost converter It controls each of the input impedance of the boost converter other than data, and outputs the sum of the conversion output of the all of the boost converter.

本発明にかかる昇圧装置によれば、太陽電池モジュールから出力される出力電圧および出力電流に基づいて複数の昇圧コンバータのそれぞれの入力インピーダンスを制御するようにしているので、数種の昇圧コンバータのみで、様々な構成の太陽電池モジュールに対応することができるという効果を奏する。 According to the booster device of the present invention, since the input impedance of each of the plurality of boost converters is controlled based on the output voltage and output current output from the solar cell module, only a few types of boost converters are used. There is an effect that it is possible to correspond to solar cell modules of various configurations.

以下に、本発明にかかる昇圧装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a booster according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置１０では、昇圧コンバータ１４ａ，１４ｂが並列に接続され、ＭＰＰＴ制御回路１２を介して、本装置の構成要件ではない太陽電池モジュール１１に接続されている。なお、この実施の形態の昇圧コンバータ１４ａ，１４ｂ自身は上述したようなＭＰＰＴ制御機能を有しておらず、ＭＰＰＴ制御回路１２がその機能を担っている。すなわち、ＭＰＰＴ制御回路１２は、太陽電池モジュール１１から出力される出力電圧や出力電流に基づいて昇圧コンバータ１４ａ，１４ｂを制御するための入力インピーダンス制御信号を生成して出力する。昇圧コンバータ１４ａ，１４ｂでは、例えば各昇圧コンバータ内に備えられるスイッチング素子（回路）をオン／オフ制御するためのスイッチング信号がＭＰＰＴ制御回路１２から出力された入力インピーダンス制御信号に基づいて生成され、スイッチング信号のオン／オフ制御時間の時比率が入力インピーダンス制御信号に応じて可変されることで、各昇圧コンバータへの流出電流が制御される。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the booster according to the first embodiment of the present invention. In the step-up device 10 shown in the figure, step-up converters 14a and 14b are connected in parallel, and are connected via a MPPT control circuit 12 to a solar cell module 11 that is not a constituent requirement of the device. Note that the boost converters 14a and 14b themselves of this embodiment do not have the MPPT control function as described above, and the MPPT control circuit 12 has the function. That is, the MPPT control circuit 12 generates and outputs an input impedance control signal for controlling the boost converters 14a and 14b based on the output voltage and output current output from the solar cell module 11. In boost converters 14a and 14b, for example, a switching signal for on / off control of a switching element (circuit) provided in each boost converter is generated based on the input impedance control signal output from MPPT control circuit 12, and switching is performed. By changing the time ratio of the on / off control time of the signal in accordance with the input impedance control signal, the outflow current to each boost converter is controlled.

図２は、図１のように構成された昇圧装置の各昇圧コンバータから出力される出力波形の変化の様子を示す図である。図８に示す例では、各昇圧コンバータから出力される出力波形が発振して所定の電力を取り出すことができないという不具合が生じていた。しかしながら、この実施の形態の昇圧装置では、各昇圧コンバータの入力インピーダンスがＭＰＰＴ制御回路１２の制御によって同じように制御されるので、上述のような発振動作を起こすことはない。したがって、太陽電池モジュール１１から最大の発電電力を効率よく取り出すことが可能となる。 FIG. 2 is a diagram showing a change in the output waveform output from each boost converter of the booster configured as shown in FIG. In the example shown in FIG. 8, an output waveform output from each boost converter oscillates, and a problem that predetermined power cannot be extracted has occurred. However, in the boosting device of this embodiment, the input impedance of each boosting converter is controlled in the same manner by the control of the MPPT control circuit 12, so that the oscillation operation as described above does not occur. Therefore, it is possible to efficiently extract the maximum generated power from the solar cell module 11.

このように、この実施の形態の昇圧装置によれば、各昇圧コンバータの前段に設けられたＭＰＰＴ制御回路が、各昇圧コンバータをそれぞれ制御するようにしているので、太陽電池モジュールの発電電力よりも能力の低い昇圧コンバータを用いて所定の電力を効率よく取り出すことができる。 As described above, according to the booster device of this embodiment, the MPPT control circuit provided in the preceding stage of each boost converter controls each boost converter. Predetermined power can be efficiently extracted using a boost converter having a low capability.

なお、図１に示した昇圧装置では、単一の太陽電池モジュール１１に２つの昇圧コンバータが接続される例について説明したが、２つに限定されるものではなく、３つ以上の昇圧コンバータを接続することができる。この場合、太陽電池モジュール１１の最大発電能力および各昇圧コンバータの最大変換電力に基づいてＭＰＰＴ制御回路１２に接続される昇圧コンバータの数を決定すればよい。 In the boosting device shown in FIG. 1, an example in which two boosting converters are connected to a single solar cell module 11 has been described, but the number of boosting converters is not limited to two. Can be connected. In this case, the number of boost converters connected to the MPPT control circuit 12 may be determined based on the maximum power generation capacity of the solar cell module 11 and the maximum converted power of each boost converter.

また、ＭＰＰＴ制御回路１２に接続される複数の昇圧コンバータの最大変換電力は、それぞれが同一であっても、異なっていてもよい。特に、昇圧コンバータの最大変換電力がそれぞれの間で異なっている場合には、各昇圧コンバータの最大変換電力に見合った入力インピーダンス制御信号を出力するようにすればよい。 Further, the maximum conversion powers of the plurality of boost converters connected to the MPPT control circuit 12 may be the same or different. In particular, when the maximum conversion powers of the boost converters are different from each other, an input impedance control signal corresponding to the maximum conversion power of each boost converter may be output.

また、図１に示した昇圧装置では、単一の太陽電池モジュール１１が接続される構成について説明したが、複数の太陽電池モジュールを用いることもできる。このような場合には、図１に示す構成の昇圧装置を並列に組み合わせ、並列に構成された各昇圧装置（各昇圧コンバータ）の出力を出力段で合成するようにすればよい。 Moreover, although the structure which the single solar cell module 11 is connected was demonstrated in the pressure | voltage rise apparatus shown in FIG. 1, a several solar cell module can also be used. In such a case, the boosters having the configuration shown in FIG. 1 may be combined in parallel, and the outputs of the boosters (parallel boosters) configured in parallel may be combined at the output stage.

また、図１に示す昇圧装置に用いられる各昇圧コンバータは、ＭＰＰＴ制御機能を有さない昇圧コンバータであるとして説明したが、ＭＰＰＴ制御機能を有する昇圧コンバータであっても構わない。この場合、ＭＰＰＴ制御機能の部分を無効化するか、あるいは、例えばスイッチ手段などによって当該ＭＰＰＴ制御機能の部分を切り離すようにすればよい。このような構成にすれば、既存のＭＰＰＴ制御機能付き昇圧コンバータをそのまま使用することができる。 Further, although each boost converter used in the boost device shown in FIG. 1 has been described as a boost converter having no MPPT control function, it may be a boost converter having an MPPT control function. In this case, the MPPT control function portion may be invalidated, or the MPPT control function portion may be separated by, for example, a switch means. With such a configuration, an existing boost converter with an MPPT control function can be used as it is.

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２にかかるＭＰＰＴ制御回路および昇圧コンバータの細部構成を示す図である。なお、同図に示す細部構成は、図１に示した実施の形態１にかかる昇圧装置を構成するＭＰＰＴ制御回路および昇圧コンバータを実現するための機能構成、あるいは回路構成を示している。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of the MPPT control circuit and the boost converter according to the second exemplary embodiment of the present invention. The detailed configuration shown in FIG. 1 shows a functional configuration or a circuit configuration for realizing the MPPT control circuit and the boost converter that constitute the boosting device according to the first embodiment shown in FIG.

図３において、ＭＰＰＴ制御回路１２は、電流センサ１０１、電圧センサ１０２、乗算器１０５、比較器１０７、レジスタ１０９、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１１２およびＤＡコンバータ１１３を備えている。また、昇圧コンバータ１４ａは、チョッパコイル１４１、ダイオード１４２、スイッチング素子１４３、平滑コンデンサ１４４、ならびに三角波発生器１４６およびコンパレータ１４７を具備する昇圧回路制御部１４５を備えている。また、昇圧コンバータ１４ａの出力端には、逆流防止用のダイオード１４８が具備される。なお、昇圧コンバータ１４ｂは、昇圧コンバータ１４ａと同一あるいは同等の機能を有するため、各構成部への符号を省略するとともに、その細部説明を省略する。 In FIG. 3, the MPPT control circuit 12 includes a current sensor 101, a voltage sensor 102, a multiplier 105, a comparator 107, a register 109, an UP / DOWN counter 112, and a DA converter 113. Further, the boost converter 14a includes a booster circuit controller 145 including a chopper coil 141, a diode 142, a switching element 143, a smoothing capacitor 144, a triangular wave generator 146, and a comparator 147. Further, a backflow preventing diode 148 is provided at the output terminal of the boost converter 14a. Since boost converter 14b has the same or equivalent function as boost converter 14a, the reference numerals for the respective components are omitted and the detailed description thereof is omitted.

また、ＭＰＰＴ制御回路１２において、電流センサ１０１は、太陽電池モジュール１１と昇圧コンバータ１４（１４ａ，１４ｂ）とを接続する一対の電力供給ラインの一方に挿入され、太陽電池モジュール１１から昇圧コンバータ１４に供給される発電電流を検出する。電圧センサ１０２は、一対の電力供給ライン間に挿入され、太陽電池モジュール１１の発電電圧を検出する。その他の各部は、電流センサ１０１が検出した発電電流と、電圧センサ１０２が検出した発電電圧とに基づいて、昇圧コンバータ１４への流出電流を制御するための制御信号を生成するための機能構成部であり、その機能については後述する動作説明のところで説明する。 In the MPPT control circuit 12, the current sensor 101 is inserted into one of a pair of power supply lines that connect the solar cell module 11 and the boost converter 14 (14 a, 14 b), and is connected from the solar cell module 11 to the boost converter 14. It detects the generated current supplied. The voltage sensor 102 is inserted between the pair of power supply lines and detects the power generation voltage of the solar cell module 11. The other components are functional components for generating a control signal for controlling the outflow current to the boost converter 14 based on the generated current detected by the current sensor 101 and the generated voltage detected by the voltage sensor 102. The function will be described later in the explanation of the operation.

つぎに図３に示した昇圧装置全体の動作について説明する。まず、ＭＰＰＴ制御回路１２では、電流センサ１０１が検出した発電電流に基づく検出出力１０３と、電圧センサ１０２が検出した発電電圧に基づく検出出力１０４とが乗算器１０５に出力される。乗算器１０５では、検出出力１０３，１０４に基づいて発電電力値が算出され、算出された発電電力値はレジスタ１０９に出力されて記憶される。比較器１０７では、乗算器１０５で所定時刻に算出された発電電力値（「今回の発電電力値」と呼称）と、レジスタ１０９に記憶されている発電電力値（例えば、今回の発電電力値の算出時刻よりも前の時刻に算出された発電電力値（「前回の発電電力値」と呼称））とが比較さるとともに、比較結果がＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１１２に出力される。ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１１２では、比較器１０７の比較結果に基づいてカウンタ値が増減される（例えば比較結果が「負」の場合にカウンタ値が減らされ、「正」の場合にカウンタ値が増やされる）とともに、増減されたカウンタ値がＤＡコンバータ１１３に出力される。ＤＡコンバータ１１３では、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１１２のカウンタ出力に基づいて入力インピーダンス制御信号が生成され、昇圧コンバータ１４ａ，１４ｂに出力される。 Next, the operation of the entire booster shown in FIG. 3 will be described. First, in the MPPT control circuit 12, a detection output 103 based on the generated current detected by the current sensor 101 and a detection output 104 based on the generated voltage detected by the voltage sensor 102 are output to the multiplier 105. The multiplier 105 calculates the generated power value based on the detection outputs 103 and 104, and the calculated generated power value is output to the register 109 and stored. In the comparator 107, the generated power value calculated at a predetermined time by the multiplier 105 (referred to as “current generated power value”) and the generated power value stored in the register 109 (for example, the current generated power value) The generated power value calculated at a time before the calculated time (referred to as “previous generated power value”) is compared, and the comparison result is output to the UP / DOWN counter 112. In the UP / DOWN counter 112, the counter value is increased or decreased based on the comparison result of the comparator 107 (for example, the counter value is decreased when the comparison result is “negative”, and the counter value is increased when it is “positive”. ) And the increased or decreased counter value is output to the DA converter 113. The DA converter 113 generates an input impedance control signal based on the counter output of the UP / DOWN counter 112 and outputs it to the boost converters 14a and 14b.

昇圧コンバータ１４ａの昇圧回路制御部１４５では、ＭＰＰＴ制御回路１２からの入力インピーダンス制御信号と三角波発生器１４６の三角波信号とがコンパレータ１４７にて比較され、比較結果に応じて時比率が可変されたスイッチング信号が生成出力される。このスイッチング信号によってスイッチング素子１４３がオン／オフ制御されるとき、チョッパコイル１４１に蓄積された電磁エネルギーがダイオード１４２を介して平滑コンデンサ１４４に蓄積（畜圧）される。なお、コンパレータ１４７から出力されるスイッチング信号の時比率に応じて、昇圧コンバータ１４ａから出力される出力電圧値を可変することができる。なお、昇圧コンバータ１４ｂにおいても、同様な制御が行われ、昇圧コンバータ１４ａ，１４ｂの両出力が変換出力Ａ＋Ｂとして出力される。 In the booster circuit control unit 145 of the boost converter 14a, the input impedance control signal from the MPPT control circuit 12 and the triangular wave signal of the triangular wave generator 146 are compared by the comparator 147, and the time ratio is changed according to the comparison result. A signal is generated and output. When the switching element 143 is on / off controlled by this switching signal, the electromagnetic energy accumulated in the chopper coil 141 is accumulated (accumulated pressure) in the smoothing capacitor 144 via the diode 142. Note that the output voltage value output from the boost converter 14a can be varied in accordance with the time ratio of the switching signal output from the comparator 147. In boost converter 14b, similar control is performed, and both outputs of boost converters 14a and 14b are output as converted output A + B.

上述のように、この実施の形態の昇圧装置では、ＭＰＰＴ制御回路１２の制御信号に基づいて昇圧コンバータ１４ａ，１４ｂの各昇圧能力が同一方向（例えば、両者共に発電出力を増強する方向、あるいは両者共に発電出力を減少する方向のいずれかの方向）となるように調整されるので、従来技術の項で説明したような不具合は生じない。すなわち、各昇圧コンバータの出力が発振して、所定の電力を取り出すことができないといった不具合を防止することができる。 As described above, in the booster of this embodiment, the boosting capacities of the boost converters 14a and 14b are in the same direction (for example, the direction in which both boost the power generation output or both in accordance with the control signal of the MPPT control circuit 12). Both of them are adjusted so as to be in either direction of decreasing the power generation output), so that the problem described in the section of the prior art does not occur. That is, it is possible to prevent a problem that the output of each boost converter oscillates and predetermined power cannot be extracted.

なお、図３に示した昇圧装置では、単一の太陽電池モジュール１１に２つの昇圧コンバータが接続される例について説明したが、２つに限定されるものではなく、３つ以上の昇圧コンバータを接続することができる。この場合、太陽電池モジュール１１の最大発電能力および各昇圧コンバータの最大変換電力に基づいてＭＰＰＴ制御回路１２に接続される昇圧コンバータの数を決定すればよい。 In the boosting device shown in FIG. 3, the example in which two boosting converters are connected to a single solar cell module 11 has been described, but the number of boosting converters is not limited to two, and three or more boosting converters are included. Can be connected. In this case, the number of boost converters connected to the MPPT control circuit 12 may be determined based on the maximum power generation capacity of the solar cell module 11 and the maximum converted power of each boost converter.

また、図３に示した昇圧装置では、単一の太陽電池モジュール１１が接続される構成について説明したが、複数の太陽電池モジュールを用いることもできる。このような場合には、図３に示す構成の昇圧装置を並列に組み合わせ、並列に構成された各昇圧装置（各昇圧コンバータ）の出力を出力段で合成するようにすればよい。 Moreover, although the structure which the single solar cell module 11 is connected was demonstrated in the pressure | voltage rise apparatus shown in FIG. 3, a several solar cell module can also be used. In such a case, the boosters configured as shown in FIG. 3 may be combined in parallel, and the outputs of the boosters (parallel boosters) configured in parallel may be combined at the output stage.

また、図３に示す昇圧装置に用いられる各昇圧コンバータは、ＭＰＰＴ制御機能を有さない昇圧コンバータであるとして説明したが、ＭＰＰＴ制御機能を有する昇圧コンバータであっても構わない。この場合、ＭＰＰＴ制御機能の部分を無効化するか、あるいは、例えばスイッチ手段などによって当該ＭＰＰＴ制御機能の部分を切り離すようにすればよい。このような構成にすれば、既存のＭＰＰＴ制御機能付き昇圧コンバータをそのまま使用することができる。 Further, although each boost converter used in the boost device shown in FIG. 3 has been described as a boost converter having no MPPT control function, it may be a boost converter having an MPPT control function. In this case, the MPPT control function portion may be invalidated, or the MPPT control function portion may be separated by, for example, a switch means. With such a configuration, an existing boost converter with an MPPT control function can be used as it is.

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示す昇圧装置１０では、並列に接続された昇圧コンバータ１４ａ，１４ｂが、本装置の構成要件ではない太陽電池モジュール１１にそれぞれ接続されている。昇圧コンバータ２１は、ＭＰＰＴ制御機能を有した昇圧コンバータ（マスター回路）であり、昇圧コンバータ２２は、ＭＰＰＴ制御機能を有さない昇圧コンバータ（スレーブ回路）である。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the booster according to the third embodiment of the present invention. In the step-up device 10 shown in the figure, step-up converters 14a and 14b connected in parallel are connected to the solar cell module 11 which is not a component of the present device. The boost converter 21 is a boost converter (master circuit) having an MPPT control function, and the boost converter 22 is a boost converter (slave circuit) having no MPPT control function.

図４において、昇圧コンバータ２１のＭＰＰＴ制御回路２３は、太陽電池モジュール１１から入力される印加電圧や流入電流に基づいて、例えば、自身に備えられるスイッチング素子（回路）に対するオン／オフ制御する際の、オン／オフ制御時間の時比率を可変して自身への流入電流を制御する。その一方で、ＭＰＰＴ制御回路２３は、他の昇圧コンバータである昇圧コンバータ２２に対して、自身に入力される印加電圧や流入電流に基づいて、上述のような入力インピーダンス制御信号を出力して、昇圧コンバータ２２への流入電流を制御する。これらの制御が行われることによって、従来技術の項で説明したような不具合は生じない。すなわち、ＭＰＰＴ機能付き昇圧コンバータの各出力が発振するような現象を防止することができる。 In FIG. 4, the MPPT control circuit 23 of the boost converter 21 performs, for example, on / off control with respect to a switching element (circuit) included in the booster converter 21 based on the applied voltage and inflow current input from the solar cell module 11. The on / off control time ratio is varied to control the inflow current to itself. On the other hand, the MPPT control circuit 23 outputs the input impedance control signal as described above to the boost converter 22 which is another boost converter based on the applied voltage and inflow current input to itself. The current flowing into boost converter 22 is controlled. By performing these controls, the problem described in the section of the prior art does not occur. That is, the phenomenon that each output of the boost converter with the MPPT function oscillates can be prevented.

なお、図４における昇圧コンバータ２１を具現する構成として、図３に示した実施の形態２における昇圧コンバータ１４ａの細部構成をそのまま適用することができる。また、ＭＰＰＴ制御回路２３を具現する構成として、図３に示した実施の形態２におけるＭＰＰＴ制御回路１２の細部構成をそのまま適用し、昇圧コンバータ２１に組み入れることができる。 As a configuration embodying boost converter 21 in FIG. 4, the detailed configuration of boost converter 14a in the second embodiment shown in FIG. 3 can be applied as it is. Further, as a configuration for realizing the MPPT control circuit 23, the detailed configuration of the MPPT control circuit 12 in the second embodiment shown in FIG. 3 can be applied as it is and incorporated into the boost converter 21.

このように、この実施の形態の昇圧装置によれば、昇圧コンバータの一方をマスター回路としてＭＰＰＴ制御機能を有効にするとともに、他方の昇圧コンバータのＭＰＰＴ制御機能を無効化するようにしているので、太陽電池モジュールの発電電力よりも能力の低い昇圧コンバータを用いて所定の電力を効率よく取り出すことができる。 Thus, according to the boosting device of this embodiment, one of the boosting converters is used as a master circuit to enable the MPPT control function, and the MPPT control function of the other boosting converter is disabled. Predetermined power can be efficiently extracted using a boost converter having a lower capacity than the generated power of the solar cell module.

なお、図４に示した昇圧装置では、単一の太陽電池モジュール１１に２つの昇圧コンバータが接続される例について説明したが、２つに限定されるものではなく、３つ以上の昇圧コンバータを接続することができる。この場合、太陽電池モジュール１１の最大発電能力および各昇圧コンバータの最大変換電力に基づいてＭＰＰＴ制御回路１２に接続される昇圧コンバータの数を決定すればよい。 In the booster shown in FIG. 4, the example in which two boost converters are connected to a single solar cell module 11 has been described. However, the present invention is not limited to two, and three or more boost converters are included. Can be connected. In this case, the number of boost converters connected to the MPPT control circuit 12 may be determined based on the maximum power generation capacity of the solar cell module 11 and the maximum converted power of each boost converter.

以上のように、本発明にかかる昇圧装置は、太陽電池モジュールの最大発電電力が自身に具備される一の昇圧コンバータの最大変換電力を上回るような場合に適用可能な昇圧装置として有用である。 As described above, the booster according to the present invention is useful as a booster applicable when the maximum generated power of the solar cell module exceeds the maximum converted power of one boost converter provided in itself.

本発明の実施の形態１にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the pressure | voltage rise apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. 図１のように構成された昇圧装置の各昇圧コンバータから出力される出力波形の変化の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the change of the output waveform output from each step-up converter of the pressure | voltage rise apparatus comprised as FIG. 図１に示した昇圧装置に具備されるＭＰＰＴ制御回路および昇圧コンバータの細部構成を示す本発明の実施の形態２にかかる昇圧装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the booster concerning Embodiment 2 of this invention which shows the detailed structure of the MPPT control circuit and boost converter which are equipped with the booster shown in FIG. 本発明の実施の形態３にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the pressure | voltage rise apparatus concerning Embodiment 3 of this invention. 従来技術にかかる独立型電源として構成された太陽光発電装置における昇圧コンバータのＭＰＰＴ制御機能を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the MPPT control function of the boost converter in the solar power generation device comprised as an independent type power supply concerning a prior art. 一般的な太陽電池モジュールの出力特性を示す図である。It is a figure which shows the output characteristic of a general solar cell module. ＭＰＰＴ機能が付加された複数の昇圧コンバータを用いて構成された昇圧装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the voltage booster comprised using the several voltage boost converter to which the MPPT function was added. 図７のように構成された昇圧装置の動作上の問題点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem on the operation | movement of the pressure | voltage rise apparatus comprised as FIG.

Explanation of symbols

１０，５０昇圧装置
１１太陽電池モジュール
１２，２３，５２，５２ａ，５２ｂＭＰＰＴ制御回路
１４，１４ａ，１４ｂ，２１，２２，５４，５４ａ，５４ｂ昇圧コンバータ
５１太陽電池モジュール
５５入力インピーダンス
１０１電流センサ
１０２電圧センサ
１０５乗算器
１０７比較器
１０９レジスタ
１１２ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ
１１３ＤＡコンバータ
１４１チョッパコイル
１４２，１４８ダイオード
１４３スイッチング素子
１４４平滑コンデンサ
１４５昇圧回路制御部
１４６三角波発生器
１４７コンパレータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,50 Booster 11 Solar cell module 12,23,52,52a, 52b MPPT control circuit 14,14a, 14b, 21,22,54,54a, 54b Boost converter 51 Solar cell module 55 Input impedance 101 Current sensor 102 Voltage Sensor 105 Multiplier 107 Comparator 109 Register 112 UP / DOWN Counter 113 DA Converter 141 Chopper Coil 142, 148 Diode 143 Switching Element 144 Smoothing Capacitor 145 Booster Circuit Controller 146 Triangular Wave Generator 147 Comparator

Claims

An MPPT (Maximum Power Point Tracking) control circuit that is connected to the solar cell module and controls the operating point of the solar cell module in order to maximize the generated power of the connected solar cell module;
A plurality of boost converters respectively connected to the MPPT control circuit and boosting the output voltage of the input DC output;
With
The MPPT control circuit based on the output voltage and output current output from the solar cell module, or all of the plurality of boost converter to both enhance the conversion output of the generator output of the solar cell module, or both decreases Control the input impedance of each of the plurality of boost converters,
A booster that outputs a sum of conversion outputs of all the boost converters .

The plurality of boost converters have an MPPT control circuit in advance,
2. The boosting device according to claim 1, further comprising invalidating means for invalidating a function of the MPPT control circuit included in the plurality of boosting converters or switching means for disconnecting the function of the MPPT control circuit.

3. The booster according to claim 1, wherein in the control of the input impedance, a time ratio of an on / off control time when the plurality of boost converters are driven on / off is varied.

The MPPT control circuit
Calculation means for calculating the generated power value of the solar cell module based on the output voltage and output current output from the solar cell module;
Storage means for storing the generated power value calculated by the calculation means;
The current generated power value calculated at a predetermined time by the calculating means and the previous generated power stored in the storage means as the generated power value calculated at a time before the calculated time of the current generated power value Generating means for generating an input impedance control signal to be output to each of the plurality of boost converters based on the value;
The booster according to claim 3, comprising:

A plurality of boost converters that are connected to the solar cell module and respectively boost the output voltage of the input DC output,
Any one of the plurality of boost converters includes an MPPT (Maximum Power Point Tracking) control circuit that controls an operating point of the solar cell module in order to maximize the generated power of the solar cell module. Included,
Boost converter comprising the MPPT control circuit based on the output voltage and output current output from the solar cell module, all of the plurality of boost converter to both enhance the conversion output of the generator power of the solar cell module Or control the input impedance of each of the boost converters other than the boost converter so as to reduce both or
A booster that outputs a sum of conversion outputs of all the boost converters .

6. The boosting device according to claim 5, wherein in the control of the input impedance, a time ratio of an on / off control time when the plurality of boosting converters are driven on / off is varied.