JPS6293718A - 電源装置 - 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〕 この発明は、太陽電池の発電電力を交流電力に変換して
負荷に供給するようにした電源装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、太陽電池の発電電力を通常の交流負荷に供給す
る場合には、前記発電電力を直交変換装置、すなわちイ
ンバータにより交流電力に変換する必要がある。

そして、このような新エネルギー源である太陽電池およ
び該太陽電池の発電電力を交流電力に変換するインバー
タを備えた電源装置においては、負荷を運転する場合、
その出力端を既存電力系統。

たとえば商用電力系統に接続して常時並列運転する方式
と独立して自立運転する方式とに大別される。

前者の方式では、インバータにおいてその出力電圧の大
きさと位相とを系統電圧に対して変化させることにより
出力電力を調整し、所望の電力を系統へ送出するように
なされており、また、後者の方式では、負荷に安定な電
力を供給するために出力電圧を一定に保つ必要があり、
このため、インバータにおいて負荷変動や入力変動（電
圧）によっても出力電圧と周波数とを一定に保つ制御が
なされ、通常ＣＶＣＦインバータと呼ばれている。

ところで、通常、インバータの出力′直圧を調整する方
法としては次の３つの方式がある。

（１）インバータの入力直流電圧を調整する方式。

（１１）インバータ自身で出力電圧を調整する方式。

（１■）インバータの出力交流電圧を調整する方式。

このうち、（１）と（市）の方式では、インバータとは
別に調整装置を設けるのが通常の手段であり、まだ、（
１）の方式の代表例として、インバータの直流入力側に
直流チョッパを接続して構成するチョッパ・インバータ
方式がアル。

一方、最近では、半導体の性能、とくに電力素子の高周
波特性（スイッチング損の低減）が著しく改善され、高
力波形の微細な制御が容易になっているため、太陽電池
電源装置におけるインバータでは、出力電圧を調整する
場合、前記（１１）の方式が多く採用されているが、数
百ＫＷ以上の大容量電源装置においては、インバータへ
の入力電圧調整を直流チョッパで、交流への変換をイン
バータでそれぞれ分担する（１）の方式も現存している
。

しかし、前記いずれの出力電圧調整方式を採用したイン
バータであっても、その直流入力電流匠交流出力電流に
よって生じた脈動を含んでいる。

すなわち、簡単な例として単相インバータを考えると、
交流出力電流が正弦波である場合、直流入力電流波形は
出力層ｅ、数の２倍の周波数を最低とした多くの高調波
が重畳された全波整流の脈流となる。

しだがって、インバータの直流源が蓄電池等のように定
電圧性があるとき、すなわち出力インピーダンスが小さ
いときは、直流入力電流にある程度の脈動があっても何
ら支障はないが、太陽電池のように特異なＶ−Ｉ特性を
持つ直流源の場合には、その動作電圧値により直流入力
源のインピーダンスが変化するため、直流入力電流に脈
動があると電圧変動が生じ、インバータを最大出力電圧
点で正確に動作させることができない問題点がある。

すなわち、第５図は太陽電池のＶ−Ｉ特性を示しておシ
、ここでインバータの入力電流は、太陽電池の最適動作
電圧（最大出力電力点）　Ｖｍに相当する電流Ｉｍの平
均値であるが、その直流入力電流■０に脈動分ｄｉを含
むと電圧変動ｄｖが生じ、同図に破線で示す電力特性曲
線からも明らかなように最大出力が取り出せないことに
なる。

ところで、従来より、この種直流入力電流の脈流を緩衝
する場合、たとえば、「電気計算（臨時増刊）　、　Ｖ
ｏｌ　４９　ｎ、０．８　、　ｐ−３１４〜３Ｌ９Ｊ　
　（電気書院発行）にみられるように、直流リアクトル
と直流コンデンサとによる直流フィルタを設けることが
行なわれるが、脈動電流のリップル含有率を下げて脈動
の少ない直流を得るためには、直流リアクトルのインダ
クタンスとコンデンサの容量とを大きく設計しなければ
ならず、フィルタの大形化を招く欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、この発明においては、直交変換装置への直流入
力電流の脈動を抑制して太陽電池の最大電力点で動作さ
せるとともに、直流フィルタを小形化し得る手段を提供
することを技術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、太陽電池の発電電力を直交変換装置により
交流電力に変換して負荷に供給する電源装置において、
前記太陽電池の出力端とｍＩ記直交変換装置の入力端と
の間に、前記発電電力を前記直交変換装置の変換周波数
より高い周波数のパルス信号に変換するチョッパ回路と
、前記発電′電力の脈流を検出する検出手段と、前記検
出手段の脈流検出信号に応じて前記パルス信号のパルス
幅を可変するパルス幅変調回路とを有する直流一直流変
換装置を設けたことを特徴とするものである。

〔作　用〕

そして、この発明の電源装置では、太陽電池の発電電力
に脈動がない状態において、該発電電力が直流一直流変
換装置のチョッパ回路により直交変換装置の変換周波数
より高い周波数で所定のデユーティ率のパルス信号に変
換はれ、まだ、太陽電池の発電電力に脈動が生じると、
この交流分が検出手段よりパルス幅変調回路に入力され
、脈動の交流分の正、負に応じチョッパ回路における変
換パルス信号のデユーティ率が小、大に可変されて前記
発電電力がパルス信号に変換され、直流一直流変換装置
より直交変換装置に脈動を抑制した直流電力が入力され
る。

〔実施例〕

つぎに、この発明を、その実施例を示しだ図面とともに
詳細に説明する。

（第１の実施例） まず、第１の実施例を示した第１図ないし第３図につい
て説明する。

第１図において、（υは太陽電池、（２）は太陽電池（
１）の発電電力、すなわち直流電力をたとえば商用周波
数（５０庵もしくは６０　Ｈｚ　）の交流電力に変換す
るインバータ、（３）は一般の交流負荷、（４）は太陽
電池（１）とインバータ（２）との間に設けられた静ｌ
Ｅ型直流一直流変換装置でちゃ、第２図に示すようにな
っている。

すなわち、第２図において、（５）は太陽電池（１）の
発電電力をインバータ（２）の変換周波数、すなわち商
用周波数より高い周波数のパルス信号に変換しさらにこ
れを直流に変換するチョッパ回路でちり、直流リアクト
ル（Ｌ＋）およびコンデンサ（Ｃ１）からなるリップル
除去用の第１フイルタと、直流リアク１−ル（Ｌ２）お
よびコンデンサ（Ｃ２）からなる整流用の第２フイルタ
と、スイッチング用１−ランジスタ（Ｑ）と、ダイオー
ド（Ｄ＋　）とからなる周知の降圧形直流チョッパであ
り、太陽電池（１）の出力端（Ｐ＋　’）、（Ｎ＋　）
とインバータ（２）の入力端（Ｐ２）、（Ｎ２）との間
に接続されている。このチョッパ回路（５）におけるパ
ルス信号の変換周波数は、トランジスタ（Ｑ）の性能に
よるところが大きいが、極力高く設計され、たとえば１
曲以上である。

（６）は太陽電池（１）の出力端（Ｐ＋）とチョッパ回
路（５）との間に設けられ太陽電池（１）の発電電力の
脈流を検出する変流器であり、脈流の交流分を脈流検出
信号として出力する。（７）はチョッパ回路（５）のト
ランジスタ（Ｑ）をオンデユーテイ５０％を基準にして
パルス駆動するとともに変流器（６）の脈流検出信号に
応じて前記パルス信号のパルス幅、すなわちトランジス
タ（Ｑ）の導通期間を可変するパルス幅変調回路である
。

つぎに、パルス幅変調回路（７）の詳細を示した第３図
において、（均）は入力端（ａ）に入力された変流８８
　ｆ６）からの脈流検出信号を電圧値に変換する第１抵
抗、（８）は電圧値に変換された脈流検出信号のうちイ
ンバータ（２）の入力電流に起因しない脈動電流の成分
、すなわち商用周波数の２倍未満の脈流成分を除去する
バイパスフィルタ、（９）は反転入力端子（→がバイパ
スフィルタ（８）の出力端子に入力用第２抵抗（几２）
を介して接続され、非反転入力端子（＋）がアースされ
た増幅器であシ、反転入力端子（−）と出力端子との間
に帰還用第３抵抗（Ｒ，ｌ）および逆直列接続された２
個のツェナーダイオード（ＤＺＩ）。

（ＤＺ２）がそれぞれ接続されている。この両ツェナー
　タイ、ｔ　−ト（ＤＺＩ）、（ＤＺ２）　は増幅器（
９）　（７）出力信号の振幅を一定値（後述ののこぎり
波の振幅とほぼ同値）以下に制限するためのものである
。

Ｃ０はアースレベルに対し点対称で１曲以上、たとえば
２０ｋＨｘののこぎり波信号を出力するのこぎ９波発振
器、συは非反転入力端子（＋）に増幅器（９）の出力
端子が２反転入力端子←）に発振器ＣｌＣｌの出力端子
がそれぞれ接続された比較器であり、（増幅器（９）の
出力信号レベ／ｌ／）　＞　（のこぎり波信号レベル）
のとき正の出力信号を出力する。亜は入力端子が比較器
ａυの出力端子に接続され出力端子が変調回路（７）の
出力端（ｂ）、すなわちトランジスタ（Ｑ）のペースに
接続されたペース駆動回路であり、比較器αυの出力信
号が正のとき、この出力信号がベース駆動回路（６）で
電力増幅されてトランジスタ（Ｑ）のペースに加えられ
、トランジスタ（Ｑ）が導通する。

つぎに、前記実施例の動作について説明する。

まず、太陽電池（１）の発電電力に脈動がない場合、変
流器（６）からの脈流検出信号に交流分を含まないため
、パルス幅変調回路（７）におけるバイパスフィルタ（
８）の出力信号は零となり、増幅器（９）の出力も零と
なυ、比較器０υからは発振器αＯからののこぎυ波信
号の負領域に相当する２０ｋＨｚの正パルス信号が出力
される。したがって、ベース駆動回路０のを介してトラ
ンジスタ（Ｑ）がオンデユーテイ５０％でパルス駆動さ
れ、太陽電池（１）の発電電力がチョツパ回路（５）で
１７２に降圧されてインバータ（２）に人力される。

つぎに、太陽電池（１）の発電電力て脈動が生じた場合
、この脈動の交流分が変流器（６）により検出されてそ
の脈流検出信号がパルス幅変調回路（７）の入力端（ａ
）に与えられ、これが第１抵抗（Ｈａ）の電圧降下とし
て電圧値に変換されるとともに、その商用周波数の２倍
未満の成分がバイパスフィルタ（８）において除去され
、パルス幅変調制御のだめのフィードバック量として与
えられる。

（−して、バイパスフィルタ（８）の出力信号の電位が
脈動に応じ正（まだは負）になると、増幅器（９）への
脈動入力信号は抵抗（几２　）、　（Ｒａ　）で決まる
増幅率で増幅されて負（！！たけ正）電位の出力信号と
なり、比較器０υよりデユーティ率が基準の５０％よシ
小さい（または大きい）パルス信号が出力され、ベース
駆動回路＠を介してトランジスタ（Ｑ）の導通期間がデ
ユーティ５０％に対して小（または大）に可変される。

この結果、太陽電池（１）の発電電力が脈動のない場合
に比し２正に変動すると、■・ランジスタ（Ｑ）のオン
デユーテイが脈動の大きさに応じて基党の５０％より低
下し、すなわち変換パルス信号のオンパルス幅が小さく
なり、チョッパ回路（５）の降圧比が大きくなり、反対
に発電電力が負に変動すると、トランジスタ（Ｑ）のオ
ンデユーテイが脈動の太き埒に応じて基準の５０％より
上昇し、すなわち変換パルス信号のオンパルス幅が大き
くなり、チョッパ回路（５）の降圧比が小さくなり、イ
ンバータ（２）に脈動を抑制した直流電力が入力きれる
ことになる。

したがって、太陽電池（１）とインバータ（２）との間
に、チョッパ回路（５）と変流器（６）とパルス幅変調
回路（７）とからなる直流一直流変換装置（４）を設け
ることにより、太陽電池（１）の発電電力の脈動が緩衝
され、第５図に示すような、脈動が抑制された人力′直
流Ｉｏ’がインバータ（２）に入力されることになり、
インバータ（２）の動作電圧も太陽電池（１）の最適動
作電圧（最大出力電力点）　Ｖｍにほぼ安定し、最大出
力を取り出すことが可能となる。

また、チョッパ回路（５）のパルス変換手段であるトラ
ンジスタ（Ｑ）の動作周波数を１曲以上と高く設計した
ため、リアクトル（Ｌｉ）とコンデンサ（Ｃ１）とから
なるリップル除去用の第１フイルタのみなラス、トラン
ジスタ（Ｑ）のスイッチングによって新だに発生した直
流リップル電流を抑制するだめの受動フィルタ、すなわ
ちリアクトル（Ｌ２）およびコンデンサ（Ｃ２）からな
る第２フイルタの小形化が可能になシ、ここで、実施例
のようにチョッパ回路（５）におけるパルス周波数を１
８晶以上の超可聴周波数に設計すれば、制御性の向上の
みならず受動フィルタの小形化、無騒音化においても最
適なものになる。

（第２の実施例） つぎに、第２の実施例を示した第４図について説明する
。

同図に示すものは、太陽電池（１）の出力端（Ｐ＋）。

（Ｎ１）とインバータ（２）の入力端（Ｐ２）、（Ｎ２
）との間に設けられた直流一直流変換装置＜ｄであり、
前記と異なる点は、直流チョッパ回路（５）に代えてフ
ォワードコンバータを用いたチョッパ回路（５ソを設け
た点である。すなわち、このチョッパ回路（５１′は、
直流リアクト７Ｉ／（Ｌｉ）およびコンデンサ（Ｃ＋）
からなるリップル除去用の第１フイルタと、絶縁トラン
ス（Ｔ）と、スイッチング用トランジスタ（Ｑ）と、整
流用ダイオード（Ｄ２）と、直流リアクトル（Ｌ２）お
よびコンデンサ（Ｃ２）からなる整流用の第２フイルタ
とにより構成され、第１の実施例と同様に、太陽電池（
１）の発電電力の脈動に応じて１ランジスタ（Ｑ）ノオ
ンデューテイを可変するとともに、Ｉ−ランジスタ（Ｑ
）のオンデユーテイの増加（減少）により降圧比を小さ
く（大きく）するパルス変調制御を行なう。

したがって、第１の実施例と同様の効果が得られ、しか
も、この実施例の場合、チョッパ回路（５１′の入力側
と出力側とが絶縁トランス（Ｔ）を介して電気的に絶縁
されるため、太陽電池（１）を含む直流配線とインバー
タ（２）を含む交流配線とを分離することが可能になり
、たとえば直流側と交流側との双方に接地が必要な場合
に有益である。

なお、この発明は前記実施例に限らず、フライバックコ
ンバータや他の降圧形チョッパきらには中間タップ付絶
縁トランスを使ったプッシュプルコンバータ等を用いて
直流一直流変換装置を構成しても、同様の効果が得られ
るものである。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の電源装置によると、太陽電池
（１）の発電電力の脈流、すなわち直流リップ／ｌ／電
流を抑制し脈流の少ない直流電力をインバータ（２］に
入力することができるものであり、インバータ（２１を
太陽電池（１）の最大出力電圧点で正確に動作きせ、最
大出力を容易に取り出すことができ、かつ、直流フイｌ
レタの小形化も可能になる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の電源装置の実施例を示１−１第１図な
いし第３図は第１の実施例を示し、第１図は全体の概略
ブロック図、第２図は直流一直流変換装置の結線図、第
３図はパルス幅変調回路の詳細な結線図、第４図は第２
の実施例の直流一直流変換装置の結線図、第５図は太陽
電池のＶ−Ｉ特性図である。 （１）・・・太陽電池、（２）・・・インバータ、（３
）・・・負荷、（４）。 （４ｆ・・・直流一直流変換装置、（５）　、　＜５ｆ
’・・・チョッパ回路、（６）・・・変流器、（７）・
・・パルス幅変調回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）太陽電池の発電電力を直交変換装置により交流電
   力に変換して負荷に供給する電源装置において、前記太
   陽電池の出力端と前記直交変換装置の入力端との間に、
   前記発電電力を前記直交変換装置の変換周波数より高い
   周波数のパルス信号に変換するチョッパ回路と、前記発
   電電力の脈流を検出する検出手段と、前記検出手段の脈
   流検出信号に応じて前記パルス信号のパルス幅を可変す
   るパルス幅変調回路とを有する直流一直流変換装置を設
   けたことを特徴とする電源装置。