JP5718318B2 - コンバータ回路、およびこのコンバータ回路を備える電子システム - Google Patents
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Description
− 電気エネルギー源に接続可能な入力端子を有しているチョッパ回路。
− 第1のスイッチを介して、チョッパ回路の出力端子に接続されるようになっている第1の出力回路。
− 第2のスイッチを介して、チョッパ回路の出力端子に接続されるようになっている第2の出力回路。
− 第1に、電気エネルギー源の電圧の変化に応じて、チョッパ回路のデューティサイクルを制御するように、第2に、第1の出力回路に対する出力電圧設定範囲にしたがって、第1のスイッチおよび第2のスイッチのスイッチングを制御するようになっている制御回路。
− 第1の出力回路は、上述の出力電圧設定範囲内で動作する電気的な負荷に接続され、第2の出力回路は、蓄電装置に接続されている。
− 制御回路は、第1の入力を、第1の出力回路に接続し、かつ第2の入力を、基準電位点に接続しているヒステリシスコンパレータを備え、ヒステリシスコンパレータの出力は、第1のスイッチおよび第2のスイッチをそれぞれ駆動するために、第1のスイッチおよび第2のスイッチに1つずつ接続されている2つの出力を有している命令発生器を制御する制御ユニットの入力に接続されている。
− 蓄電装置は、再充電可能なマイクロバッテリである。
− 蓄電装置は、スーパーキャパシタである。
− 第1および第2の出力回路は、ローパスフィルタを備えている。
− 制御回路は、さらに、次のものを備えている。
・ あらかじめ定められた量だけ異なる2つのデューティサイクルに対して、電気エネルギー源の出力における電圧を特定する手段と、
・ このあらかじめ定められた量だけ異なる2つのデューティサイクルに対して得られた電圧間の電圧差を計算する手段と、
・ この電圧差の値と、前回の電圧差の計算において得られた電圧差の値との比較を行う手段と、
・ この比較の結果に応じて、あらかじめ定められた量だけの、デューティサイクルの変更を命令する手段。
− 制御回路は、前回の電圧差の比較の結果、デューティサイクルが減らされており、かつ電圧差が、前回の電圧差の計算において得られた電圧差と比較して減少した場合に、あらかじめ定められた量だけの、デューティサイクルの増加を命令するように構成されている。
− 制御回路は、前回の電圧差の比較の結果、デューティサイクルが増やされており、かつ電圧差が、前回の電圧差の計算において得られた電圧差と比較して減少した場合に、あらかじめ定められた量だけの、デューティサイクルの減少を命令するように構成されている。
− チョッパ回路は、制御回路によって制御される電気エネルギー蓄積インダクタと、少なくとも1つのチョッパスイッチとを備えている。
− 電気エネルギー蓄積インダクタおよびチョッパスイッチは、昇圧構造に構成されている。
− 電気エネルギー蓄積インダクタおよび2つのチョッパスイッチは、降圧構造に構成されている。
− 電気エネルギー蓄積インダクタおよび3つのチョッパスイッチは、降圧/昇圧構造に構成されている。
− 制御回路は、第1および第2のスイッチのうちの少なくとも1つの制御を開始させるための、電気エネルギー蓄積インダクタの電流「零点」を検出するセンサを備えている。
− 電気エネルギー源は、少なくとも1つの太陽電池。
− 電気エネルギー源は、少なくとも1つの風力発電装置。
− 電気エネルギー源は、少なくとも1つの熱電素子。
− 電気エネルギー源の各出力は、対応するコンバータ回路の入力に接続されており、コンバータ回路の第2の出力回路の各々は、スーパーキャパシタを含んでいる。
− スイッチ13が閉じられている(オン状態すなわち導通状態にある)とき、スイッチ17および25は開かれており(オフ状態すなわち遮断状態にあり)、
− スイッチ17および25のうちの一方が閉じられている(オン状態にある)とき、スイッチ17および25のうちの他方は常に開かれており(オフ状態にあり)、スイッチ13は開かれている(オフ状態にある)。
− あらかじめ定められた量だけ異なる2つのデューティサイクルに対して、電気エネルギー源の出力端子の電圧を特定するステップと、
− あらかじめ定められた量だけ異なる、この2つのデューティサイクルに対して得られた2つの電圧間の電圧差を計算するステップと、
− この電圧差の値を、前回の電圧差の計算において得られた電圧差の値と比較するステップと、
− 比較結果に応じて、あらかじめ定められた量だけデューティサイクルを変更するように命令するステップ。
ΔVini S=|VS(α)−VS(α+Δα)|
ΔVS(k)=|VS(αk)−VS(αk-1)|
ここで、|αk−αk-1|=Δαである。
2 コンバータ回路
3 電気エネルギー源
5、19 出力端子
7、21、27 ローパスフィルタ
9 入力端子
11 チョッパ回路
12 電気エネルギー蓄積インダクタ
13、70、72 チョッパスイッチ
13A、17A、25A バッファ
14 第1の出力回路
15 第2の出力回路
17、25 スイッチ
23、31 負荷
29 蓄電装置
33 DC−DC電圧レギュレータ
51 制御回路
53 制御ユニット
55 命令発生器
57 アナログ−デジタルコンバータ
59 電流零点センサ
61 ヒステリシスコンパレータ
63 基準電位点
300、302、304、306 曲線
308、310、312 期間
Claims (18)
- 大きな変動をし得る電気エネルギー源(3)に接続され、前記大きな変動は、前記電気エネルギー源(3)から送出することができる電力が、その最小値と最大値との間で100倍の変動である、コンバータ回路(2)であって、
電気エネルギー蓄積インダクタ(12)および少なくとも1つのチョッパスイッチ(13)を備え、前記電気エネルギー源(3)に接続可能な入力端子(9)を有しているチョッパ回路(11)と、
第1のスイッチ(17)を備える第1の出力回路(14)と、
第2のスイッチ(25)を備える第2の出力回路(15)と、
連続する2つの時点における、前記電気エネルギー源(3)の端子(5)の動作電圧を特定し、前記連続する2つの時点間の前記電気エネルギー源(3)の電圧の変化に応じて、前記動作電圧の微分係数が、前記チョッパ回路(11)のデューティサイクル(α)に応じて最大となるように、前記デューティサイクル(α)を制御し、
前記第1の出力回路(14)の前記出力端子における出力電圧を特定し、前記出力電圧を出力電圧設定範囲と比較するとともに、前記出力電圧が、前記出力電圧設定範囲内にある場合は、前記第1のスイッチ(17)を介して、前記電気的な負荷(23)に電気エネルギーを供給するために、あるいは前記出力電圧が、前記出力電圧設定範囲外にある場合は、前記第2のスイッチ(25)を介して、前記蓄電装置(29)に電気エネルギーを供給するために、前記第1のスイッチ(17)および第2のスイッチ(25)のスイッチングを命令する制御回路(51)とを備え、
前記第1のスイッチ(17)は、一方で前記チョッパ回路(11)の出力端子(19)に接続され、他方で電気的な負荷(23)に接続された、前記第1の出力回路(14)の出力端子に接続され、
前記第2のスイッチ(25)は、一方で前記チョッパ回路(11)の前記出力端子(19)に接続され、他方で蓄電装置(29)に接続されているコンバータ回路。 - 前記制御回路(51)は、第1の入力を、前記第1の出力回路(14)に接続し、かつ第2の入力を、基準電位点(63)に接続しているヒステリシスコンパレータ(61)を備えており、該ヒステリシスコンパレータ(61)の出力は、前記第1のスイッチ(17)および第2のスイッチ(25)のそれぞれの駆動のために、前記第1のスイッチ(17)および第2のスイッチ(25)に1つずつ接続している2つの出力を有している命令発生器(55)を制御する制御ユニット(53)の入力に接続されている、請求項1に記載のコンバータ回路。
- 前記蓄電装置は、再充電可能なマイクロバッテリである、請求項1または2に記載のコンバータ回路。
- 前記蓄電装置は、スーパーキャパシタである、請求項1または2に記載のコンバータ回路。
- 前記第1および第2の出力回路(14、15)は、ローパスフィルタ(21、27)を備えている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のコンバータ回路。
- 前記制御回路(51)は、さらに、
あらかじめ定められた量だけ異なる2つのデューティサイクルに対して、前記電気エネルギー源の出力における電圧を特定する手段と、
該あらかじめ定められた量だけ異なる2つのデューティサイクルに対して得られた前記電圧間の電圧差を計算する手段と
該電圧差の値と、前回の電圧差の計算において得られた電圧差の値との比較を行う手段と、
該比較の結果に応じて、前記あらかじめ定められた量(Δα)だけの、前記デューティサイクル(α)の変更を命令する手段とを
備えている、請求項1〜5のいずれか1項に記載のコンバータ回路。 - 前記制御回路(51)は、前回の電圧差の比較の結果、前記デューティサイクルが減らされており、かつ前記電圧差が、前回の電圧差の計算において得られた電圧差と比較して減少した場合に、前記あらかじめ定められた量(Δα)だけの、前記デューティサイクル(α)の増加を命令するように構成されている、請求項6に記載のコンバータ回路。
- 前記制御回路(51)は、前回の電圧差の比較の結果、前記デューティサイクルが増やされており、かつ前記電圧差が、前回の電圧差の計算において得られた電圧差と比較して減少した場合に、前記あらかじめ定められた量(Δα)だけの、前記デューティサイクル(α)の減少を命令するように構成されている、請求項6に記載のコンバータ回路。
- 前記チョッパ回路(11)は、前記制御回路(51)によって制御される電気エネルギー蓄積インダクタ(12)と、少なくとも1つのチョッパスイッチ(13、70)とを備えている、請求項1〜8のいずれか1項に記載のコンバータ回路。
- 前記電気エネルギー蓄積インダクタ(12)およびチョッパスイッチ(13)は、昇圧構造に構成されている、請求項9に記載のコンバータ回路。
- 前記電気エネルギー蓄積インダクタ(12)およびチョッパスイッチ(70、72)は、降圧構造に構成されている、請求項9に記載のコンバータ回路。
- 前記電気エネルギー蓄積インダクタ(12)および3つのチョッパスイッチ(13、70、72)は、降圧/昇圧構造に構成されている、請求項9に記載のコンバータ回路。
- 前記制御回路は、前記第1および第2のスイッチ(17、25)のうちの少なくとも1つの制御を開始させるための、前記電気エネルギー蓄積インダクタの電流「零点」を検出するセンサ(59)を備えている、請求項9〜12のいずれか1項に記載のコンバータ回路。
- 送出される電力が大きく変動し得る少なくとも1つの電気エネルギー源(3)と、この少なくとも1つの電気エネルギー源(3)に接続されている少なくとも1つの、請求項1〜13のいずれか1項に記載のコンバータ回路(2)とを備えている電子システム(1)。
- 前記電気エネルギー源(3)は、少なくとも1つの太陽電池を備えている、請求項14に記載の電子システム。
- 前記電気エネルギー源(3)は、少なくとも1つの風力発電装置を備えている、請求項14に記載の電子システム。
- 前記電気エネルギー源(3)は、少なくとも1つの熱電素子を備えている、請求項14に記載の電子システム。
- 前記電気エネルギー源(3)の各々の出力は、対応するコンバータ回路(2)の入力に接続されており、前記コンバータ回路(2)の第2の出力回路(15)の各々は、スーパーキャパシタ(29)を含んでいる、請求項14〜17のいずれか1項に記載の電子システム。
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