JPS6249421A - 給電回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念に記載の、
太陽電池から電気負荷に給電するための回路装置に関す
る。

従来の技術 この形式の回路装置は既に、西独特許公開第２０４３４
２３号公報から公知である。この公知の回路装置は、太
陽電池から給電される２点調整器である。２点調整器は
、太陽電池から送出される電流が基準太陽′電池の短絡
電流に対して前以って決められた関係にあるように構成
かつ選定されている。この関係は、太陽電池の特性曲線
領域を用いて、電流を最大電力の動作点において得るた
めに、短絡電流に乗算するべき係数として求められてい
る。基準太陽電池として、太陽電池に所属する検査セル
が用いられる。

それ故に負荷に給電する太陽電池および短絡電流が測定
される太陽電池は、同じ構成のものである。このように
して太陽電池の大きな温度領域において申し分なく近似
された最大電力の動作点が、比較的簡単な手段によって
得られる。

回路装置は例えば、バッテリの充電または、バツテリヲ
用いて緩衝されている負荷の給電のために用いられる。

提案された電流整合の形式は、別の負荷においても、太
陽電池の出来るだけ大きな利用を望むときには有利であ
る。回路装置は調整器の構成部分または、調節素子が測
定された短絡電流に前以って決められて依存して制御さ
れるいＱいる順方向、ｉｌｉ整用装用装置ることができ
る。検査セルは測定抵抗によって持続的に負荷されてい
るので、それは負荷の給電のためには利用されない。さ
らに、太陽電池の短絡電流に対する判断基準として用い
られる検査セルの短絡電流の測定値は近似値を示してい
るにすぎない。というのは検査セルの特注から太陽電池
全体の特性を推測しているからである。

雑誌Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ　　１９　／　２１−９８４
、第９６頁から公知の回路装置において、太陽電池に、
回路装置の出力電圧を前板って決められた値に保持する
スイッチングレギュレータが従絖されている。このこと
は、スイッチングレギュレータの実際値入力側を回路装
置の出力側に並列接続されている第１分圧器のタップに
接続することによって実現される。スイッチングレギュ
レータは、内部において基準電圧源に導かれている別の
制御入力側を有する。この制御入力側は、太陽電池に接
続されている第２分圧器のタップに従続されている。太
陽電池の近傍に、第２分圧器の抵抗に並列接続されてい
るホトダイオードが設けられている。

公知の回路装置を用いて、太陽電池から次のようにして
最大の電力を取り出すことができる。

すなわち電圧調整部と接続されて生じる基準電圧を光の
入射が変化した場合ホトダイオードによって相応に制御
するのである。太陽電池において光線密度の他に温度も
最大電力動作点における電池電圧に著しい影ｇを及ぼす
。しかし後者は公知の回路装置においては考慮されない
。

太陽電池の典型的な特性曲腺領域は、例えばソーラモジ
ュールの一覧表、Ｆａ、　工ｎｔｅｒａｔｏｍの型名Ｓ
θｒｉｅｓ　ＳＭ　３　（５から明らかである。

取り出される電流を度々の平均光線強度に対して固定す
れば、特別簡単な形式の整合が得られる。しかしこの場
合比較的強い光線の場合可能な比較的高い電流を利用す
ることができずかつ比較的弱い光線の場合電圧が消失し
かつ充電がもはや可能でなくなるという欠点を有する。

他方において、太陽電池の供給出力（Ｅｒｇｉθ−ｂｉ
ｇｂｅｉｔ　）　２連続的に検査しかつ電流を、供給出
力から結果的に生じる、最大電力の値に整合して、最大
可能な電力′への調整を実現することも考えることがで
きる。しかしこの種の調整器は、必要な回路のため比較
的大きなコストがか＼る。

発明を解決するための問題点 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の回路装置を、比較
的僅かなコストにおいて、大きな動作領域において最大
電力の動作点の出来るだけ近くにある動作点における太
陽電池の作動を保証するように構成することである。

問題点を解決するための手段、発明の作用および効果 本発明によればこの課題に、特許請求の範囲第１項の特
徴部分に記載の構成によって解決される。このようにし
て、負荷に給電する太陽電池の短絡電流が周期的に評価
される。太陽電池の短絡電流は特別精確かつ極めて僅か
な電力消費によって測定される。それ故に回路装置は特
別申し分のない効率で動作する。

調整の場合、回路装置は有利には特許請求の範囲第２項
に記載のように構成される。

本発明の有利な実施例は特許請求の範囲第３項および第
４項から明らかである。第１の制御スイッチを閉成する
パルス列のパルスオンオフ比を例えば１：１０００とす
ることができ、その結果効率は実際に不都合な影響を受
けない。

実施例 次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説
明する。

第１図の回路装置において、バッテリ９には太陽電池１
ａから調整装置を介して給電される。

主電流回路Ｈに、太陽電池１ａのプラス極から順方向に
極性付けられたダイオード３１、チョーク４および順方
向に極性付けられたダイオード５を介してバッテリ９の
プラス極に導かれておシ、かつバッテリ９のマイナス極
から測定抵抗７を介して太陽電池１ａのマイナス極に導
かれている。

太陽電池１ａに並列に、第１並列分岐路に、クロック発
生器２１によって制御される電子スイッチ２４と短絡電
流測定抵抗２２とから成る直列回路が設けられている。

短絡電流測定抵抗２２に、同じくクロック発生器２１に
よって制御可能な標本化および保持回路２３が接続され
ている。この配置構成の変形例において抵抗２２は、第
１並列分岐路に代わって太陽電池１ａと第１並列分岐路
との間の直列分岐路に設けることもできる。第１並列分
岐路に配設した場合の方が損失が少ない。

一方におけるダイオード３１とチョーク４との間の接続
点と、他方における抵抗７とバッテリ９との接続点との
間に、第２並列分岐路においてコンデンサ３２が設けら
れている。

一方におけるチョーク４とダイオード５との間の妥続点
と、他方における負荷電流測定抵抗７とバッテリとの間
の接続点との間において、第３並列分岐路に、制御回路
８によって制御される電子スイッチ６が設けられている
。

制御回路８は、図示されていない方法において太陽電池
１ａから電圧が供給される。バッテリ９のマイナス極は
同時にアース端子ないし基準電位として用いられる。制
御回路８の目標値入力側８２は、目標値ないし基準電圧
発生器２ａの標本化および保持回路２３の出力側に接続
されている。制御回路８の実際値入力側８１は、電流測
定抵抗７の、バッテリ９とは反対の側の接続端子に凄、
読されている。

チョーク４、電子スイッチ６および整流器５は、それ自
体公知のアップコンバータの電力部全形成する。スイッ
チは有利には半導体素子から成る。

コンバータは、バッテリ９を太陽電池１ａから充電する
。調整装置ないし制御回路８は、測定抵抗７において測
定された、太陽電池の電流を短絡電流測定抵抗２２にお
いて測定された、太陽電池１ａの短絡電流と比較しかつ
電流を、短絡電流のその都度測定された値の前板って決
められた一部分に調整する。調整される電流は、第２ス
イツチを閉成するパルスのオンオフ比から生じる。オン
オフ比は、固定の切換周波数にオイてパルス幅変調によ
って丁たは固定パルス幅において周波数の変化によって
生ぜしめることができる。

コンデンサ３２は、アップコンバータにおいて必要な電
流パルスを使用することができるように、また短絡電流
が測定される短い時間間隔の間にも申し分のない入力電
圧を使用することができるようにするために用いられる
。ダイオード３１は、電子スイッチ２４の閉成時にコン
デンサ３２が放電されないように作用する。

バッテリの最大充電電圧に達した後、制御回路８は電圧
調整に移行しかつそれ以上の電圧上昇を妨げるかまたは
充電維持のための比較的低い値に切換わシ、これにより
消費電流を低減することができる。それからは太Ｓ覗池
の供給出力はもはや完全には利用されない。

測定抵抗７は、太陽電池１ａから送出される直流電流を
測定する。測定抵抗を第１図とは異なってコンデンサ３
２とスイッチ６との間に配設すると、直流電流に相応す
る電圧は、スイッチ６によって惹起される交流電流成分
の平均値形成ないし除去によって取り出すことができる
。

第２図に図示の、太陽電池短絡′環流測定装置において
、３６Ｖの太陽電池１に並列に、電界効果トランジスタ
２４ａのソース−ドレイン間と短絡電流測定抵抗２２と
から成る直列回路が設けられている。電界効果トランジ
スタ２４ａは、第１図の回路装置の電子スイッチ２４を
形成しかつクロック発生器２１のクロックパルスによっ
て周期的に閉成される。クロック発生器２１はクロック
モジュール２１ａと図示の外部接続回路とから成る。

電界効果トランジスタ２４ａは、クロック発生器２１に
よって反転段を介して制御される。

クロック発生器２１は、それぞれ持続時間が１００　ｐ
ｓｅｃ　　であるパルスｋ、１００　ｍ５ｅｃの間隔に
おいて送出する。したがって太陽電池１の短絡電流を測
定する測定パルスのオンオフ比は、ｉ：１ｏｏｏである
。

時間モジュール２１ｂは、クロックモジュール２１＆の
１００ロμｓｅパルスら、持続時間が約８５ないし９０
μＳθＣにすぎない標本化パルスを導出し、その結果測
定パルスのパルス幅の最後の１０なもし１５％は評価さ
れない標本化および保持回路２３はその標本化パルス入
力側Ｃ３が時間モジュール２１ｂの出力側ｂ３にＥ［−
されている。標本化パルス（・１常に短絡電九澗定パル
スの前に終了するので、測定パルスの減衰振動過程が、
標本化および保持回路に記憶すべき値を歪ませることが
ない。

測定抵抗２２に接続されている、電界効果トランジスタ
２４のソース電極は、標本化および保持回路２３の測定
パルス入力側Ｃγに導かれている。標本化および保持回
路２３はその出力側８２に、太陽電池１の短絡電流に比
例する基準電圧を送出する。

回路定数が示されている太陽電池短絡電流測定装置の実
施例は、第２図から明らかである。

その際次のモジュールが使用されるクロックモジュール
２１ａ：集積回路ＴＣ’Ｌ５５５Ｃ％時間モゾユール２
１ｂ：集積回路ＴＣＬ　５５５Ｃクロツクモジユール２
１ａおよび時間モジュール２１ｂの接続端子の記号は、
当該の集積回路において通例の接続番号ヲ含んでいる。

記号の重複ヲ避けるために、クロックモジュール２１ａ
における接続番号には“ａ′が前に付され、時間モジュ
ール２１ｂＫばｂ“が前に付されている。

正の補助電圧＋ＵＨおよび負の補助電圧刊やは、例えば
±１２Ｖである。補助電圧は、図示されていない従来の
装置を用いて発生される。

この装置は、減結合ダイオードを介して太陽電池に従続
されている充電コンデンサを含むことができる。充電コ
ンデンサに、直列分路におけるトランジスタと並列分岐
路における目標値発生器としてのＺダイオードとを有す
る安定化回路を接続することができる。トランジスタの
ベース−コレクタ間に有利には定電流ダイオードが並列
に設けられている。このようにして安定化された電圧は
有利には正の補助電圧＋ＵＨおよび負の補助電圧−ＵＨ
ヲ指示するコンバータモジュールニ供給すレる。コンバ
ータモジュールとして例えば型名Ｓエフ６６１の集積回
路を使用することができる。

第３図は、第１図の回路装置のスイッチ６を形成する電
界効果トランジスタ６ａの制御回路を示す。

演算増幅器８４は、プラス入力側が第１図ないし第２図
の標本化および保持回路２３の出力側８２に搭絖されて
いる。測定抵抗７は一万の側において演算増幅器８４の
基準電位に接続されている。測定抵抗７の他方の側は、
別の抵抗全弁して演算増幅器８４のマイナス入力側に導
かれている。測定抵抗７に、太陽電池から取り出される
電流の瞬時値に比例する電圧が加わる。

測定電圧の残留リップルはＲＣ素子７ａを用いて低減さ
れる。演算増幅器８４の出力側には、調整偏差に比例す
る電圧が現われる。

演算増幅器８４の出力側は、パルス幅変調器８γの接続
端子ｄ５に導かれている。パルス幅変調器８７はその出
力側ｄ７に、調整偏差に依存して期間変調される、電界
効果トランジスタ６ａを制御するための制御パルスを送
出する。

このことは、入力側ｄ５に供給される、調整偏差に比例
する量ヲ、入力側ｄ６に供給されるのこぎシ波電圧と比
較することによって実現される。のこぎシ波電圧は、例
えばＳ　ＯＨｚの周波数を有する発振器８５を用いて発
生される。

発振器８５の出力側と、パルス幅変調器８７の入力側ｄ
５との間に、発振器８５の出力パルスの側縁を急峻にす
るインバータ８６が設けられている。パルス幅変調器８
７の出力側と、電界効果トランジスタ６ａのデート電極
との間に、同じくパルス側縁の急峻化のために用いられ
るインバータとドライバとして用いられるインバータ８
９とから成る鎖状回路が設けられている。

演算増幅器８４において、標本化および深持回路２３か
ら到来する基準電圧および測定抵抗７において測定され
る実際値から、調整偏差Ｑ′ｃ比例する電圧が取り出さ
れる。測定抵抗のｆｉｔは例えば８ｍΩであシ、短絡電
流測定抵抗２２は例えば６．８ｍΩの値を有する。抵抗
７および２２の抵抗比はこの場合０．８５である。この
ことは、太陽電池から取り出される電流の、太陽電池の
その都度測定される短絡電流に対する前板って決められ
た比である。

蓄積コンデンサ３２は例えば８０００μＦの容量を有し
かつそれに接続されている充電調整器に対する低抵抗の
電圧源を形成する。整流器３１は、蓄積コンデンサ３２
が短絡電流測定抵抗２２を介して放電することを妨げる
。

回路定数が指定された制御回路の実施例は、第３図から
明らかである。その際発振器８５としてもパルス幅変調
器８γとしても集積モジュールＬＭ３９３が用いられる
。

インバータ８６および８８並びにドライバ８９として集
積モジュール４０４９Ｂが使用され、その際ドライバは
４つの並列接続されたインバータによって形成されてい
る。発振器８５およびパルス幅変調器８７の接続端子の
記号は、集積モジュールＬＭ３９３において通例使用の
接続番号を含んでいる。この場合の従続番号にはそれぞ
れ′ｄ′が前に付けられている。

第４図に図示の、太陽電池の特性曲線領域は、パラメー
タとしての種々異なった光線密度に対する特性曲線を示
す。特性曲線領域が示すように、電圧は著しく温度に依
存しておシかつしたがって最大電力の動作点は実質的に
太陽電池の温度によって影響される。他方、電流に対す
る温度の影響は比較的僅かである。

第４図に図示の特注曲線領域において、光線および温度
に応じて、電圧および電流から成る゛出来るだけ大きな
積が形成されかつバッテリ充る整合の際、電池から供給
可能な電力が、その種類および大きさの他に光線密度お
よび温度にも依存するところに問題がある。

第１図に図示の回路装置において、充電電流が測定され
る短絡電流に対して前以って決められた関係にある動作
点が選択される。前以って決められる関係は、その都度
使用の太＠電池に対して次のように求められる。すなわ
ち当該の特注曲線に対してその都度電流を最大電力の動
作点において対応する短絡電流によって割算しかつこの
ようにして得られた商から平均値を形成するのである。

本発明における研究が示すように、８０％および９０％
の間の大きさの一部分によって、最大電力の動作点を精
確に計算した場合と比較的僅かしか異ならない供給出力
が得られる。

第１図は、電流調整器としてアンプコンバータを含んで
いる、本発明の有利な実施例を示す。

その際電池電圧が必要な充電ないし負荷電圧に昇圧され
る。出力電圧の調整のみが行なわれるアップコンバータ
と比べて、調整器が、太陽電池から、太陽電池電圧が消
失する程大きな電流を取り出すことはしないという利点
が生じる。

図示のアップコンバータに代わって、相応の方法におい
て、別の公知の調整装置、例えばしゃ断制御形インバー
タおよび導通制御形インバータを使用することもできる
。これらは大抵パルス幅制御によって実現されかつ変圧
器を有する。

図示の回路装置において、太陽電池から送出される電流
は調整される。その際制御回路８として殊に市販の集積
回路として実現されている　４調整器モジユールを用い
ることができる。

第１図の回路装置の有利な変形は例えば、負荷電流測定
抵抗７に代わって短絡しかつ制御回路８の入力側８１を
省略することで可能である。

制御回路装置８をいわいる順方向調整器として購成し、
この調整器が太陽電池短絡電流のおのおのの測定値に対
して調節素子としてのスイッチ６の制御のために前以っ
て決められた制御量を形成するようにすれば、回路装置
を簡単化することができる。その際制御回路８は有利に
は、のこぎり波電圧全短絡電流に比例する測定電圧また
はそこから導き出される電圧と比較しかつ電圧の一致の
際、のこぎｐ波の始めに投入された電子スイッチ６をし
ゃ断する比較器を含んでいる。その際のこぎ９波の相応
の形状によって、太陽電池の充電電流が太陽電池の短絡
電流に対して前以って決められた関係にあるという要求
を比較的僅かなコストでしかも実際に申し分なく実現す
る制御特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、給電用太陽電池自体の短絡電流が測定される
、太陽電池からバッテリに給電するための回路装置およ
び電流調整に対する基準量を形成するための回路装置の
回路図、第２図は、第１図の回路装置に対する太陽電池
短絡電流を測定する装置の回路詳細図、第３図はコンバ
ータの電子スイッチを制御する、同様第１図の回゛路装
置に対する制御回路の詳細図、第４図は、殊に短絡電流
の温度依存性２示す、太陽電池の典型的な特注曲線領域
全示す線図である。 １．１ａ・・・太陽電池、２ａ・・・基準電圧発生器、
２１・・・クロック発生器、２１ａ・・クロックモジュ
ール、２１ｂ・・時間モジュール、２２・・・短絡電流
測定抵抗、２３・・・標本化および保持回路、４・チョ
ーク、５・・・整流ダイオード、７・・・測定抵抗、８
・・・制御回路ないし調整装置、９・・・電気負荷 図面の浄書（内容に変更なし） 手続補正書（方式）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、太陽電池（１、１４）の接続端子に通じる入力側（
   Ｅ１）と電気負荷（９）の接続端子に通じる出力側（Ａ
   １）とを有する、 太陽電池（１、１ａ）から電気負荷（９）に給電する回
   路装置であつて、その際前記入力側（Ｅ１）と出力側（
   Ａ１）との間に、制御回路（８）によつて制御可能な調
   節素子（６）が配設されておりかつ該制御回路（８）は
   基準電圧入力側（８２）が、光センサによつて制御可能
   な基準電圧発生器（２ａ）に接続されており、該基準電
   圧発生器（２、２ａ）は、太陽電池（１、１ａ）の短絡
   電流に対する判断基準を測定するための装置でありかつ
   前記調節素子（６）は前記制御回路（８）によつて、太
   陽電池から取り出される電流が太陽電池（１、１ａ）の
   短絡電流に対する判断基準のその都度の測定値に対して
   前以つて決められた関係にあるように制御可能である形
   式のものにおいて、 基準電圧発生器（２、２ａ）は、クロック発生器（２１
   ）のクロックパルスによつて周期的に閉成可能な第１の
   制御可能なスイッチ （２４）と、太陽電池短絡電流を測定するための短絡電
   流測定抵抗（２２）とから成る直列回路と、前記短絡電
   流測定抵抗（２２）に接続されている標本化および保持
   回路（２３）によつて形成されておりかつ前記基準電圧
   発生器は、太陽電池（１）の接続端子に通じる入力側（
   Ｅ１）に接続されていることを特徴とする給電回路装置
   。 ２、制御回路（８）は、基準電圧入力側（８２）に対し
   て付加的に実際値入力側（８１）を有しかつ該実際値入
   力側（８１）が実際値発生器に接続されている比較器を
   含んでおり、かつ調節素子は、実際値発生器から送出さ
   れる測定電圧が少なくとも近似的に基準電圧の値をとる
   ように制御可能であり、その際前記制御回路（８）はそ
   の実際値入力側（８１）が、主電流回路（Ｈ）に配設さ
   れていて、太陽電池から取り出される電流を測定するた
   めの、実際値発生器を形成する負荷測定抵抗（７）に接
   続されておりかつ該側定抵抗（７）は、基準電圧および
   測定電圧が、太陽電池（１、１ａ）から取り出される電
   流が太陽電池（１、１ａ）のその都度の短絡電流に対し
   て前以つて決められた関係にあるとき、互いに一致する
   ように選定されている特許請求の範囲第１項記載の給電
   回路装置。 ３、負荷（９）はスイッチングレギュレータを介して第
   １の制御可能なスイッチ（２４）に接続されており、か
   つ前記スイッチングレギュレータは直列分岐路において
   蓄積チョーク（４）を含んでおりかつ並列分岐路におい
   て制御回路（８）によつて制御可能な第２の制御可能な
   スイッチ（６）を含んでおりかつ負荷（９）はダイオー
   ド（５）を介して前記第２の制御可能なスイッチ（６）
   に接続されておりかつ前記第１の制御可能なスイッチ（
   ２４）と前記スイッチングレギュレータとの間に、直列
   分岐路におけるダイオード（３１）および並列分岐路に
   おけるコンデンサ（３２）を有する蓄積回路が設けられ
   ている特許請求の範囲第１項または第２項記載の給電回
   路装置。 ４、第１の制御可能なスイッチ（２４）を制御するパル
   ス列のパルスのオンオフ比は１：１０より小さい特許請
   求の範囲第１項から第３項までのいづれか１項記載の給
   電回路装置。 ５、基準電圧発生器（２、２ａ）はクロック発生器（２
   １）に接続されている時間モジュール（２１ａ）を含ん
   でおりかつ標本化および保持回路は時間モジュール（２
   １ａ）によつて、測定抵抗（２２）において発生する電
   圧パルスが、時間的な部分領域においてしか評価されな
   いように制御可能である特許請求の範囲第１項から第４
   項までのいづれか１項記載の給電回路装置。