電力制御装置
【課題】電子素子の熱による破損を防止して、安全性を向上させることができる電力制御装置を提供する。
【解決手段】電力制御装置１は、入力された電力Ｐｓを変換して負荷６０に供給する電力変換手段１１と、出力電圧Ｖｏｕｔを制御する制御手段４０と、電力変換手段１１を構成する電子素子１３と、電子素子１３の温度を検知する温度検知手段２０と、電子素子１３の温度Ｔが制限値ＴＬを超えたとき、過熱状態であると判断する過熱判断手段３３と、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する電圧変更手段３１と、電子素子１３の温度を比較する温度比較手段３２とを備える。電圧変更手段３１は、過熱状態であると判断された場合に出力電圧Ｖｏｕｔを変更し、電子素子１３の温度Ｔが下降したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを同じ方向に変更し、電子素子１３の温度Ｔが上昇したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを反対の方向に変更する。
【解決手段】電力制御装置１は、入力された電力Ｐｓを変換して負荷６０に供給する電力変換手段１１と、出力電圧Ｖｏｕｔを制御する制御手段４０と、電力変換手段１１を構成する電子素子１３と、電子素子１３の温度を検知する温度検知手段２０と、電子素子１３の温度Ｔが制限値ＴＬを超えたとき、過熱状態であると判断する過熱判断手段３３と、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する電圧変更手段３１と、電子素子１３の温度を比較する温度比較手段３２とを備える。電圧変更手段３１は、過熱状態であると判断された場合に出力電圧Ｖｏｕｔを変更し、電子素子１３の温度Ｔが下降したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを同じ方向に変更し、電子素子１３の温度Ｔが上昇したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを反対の方向に変更する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池から入力された電力を変換して負荷に供給する電力変換手段を備えた電力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンなエネルギーを提供できることから太陽光発電に大きな期待が寄せられている。太陽電池は、設置されている環境における日射量や温度の変化によって、出力が最大となる最大電力点が変動する。そこで、太陽電池から最大の電力を取り出すために、太陽電池の電圧を変動させて、最大電力点に追従させる最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）が行われている。
【０００３】
しかし、日射が強い時には、太陽電池の発電量が増加し、ＭＰＰＴ制御を行う電力制御装置の定格電力を超える虞があった。この場合には、電力制御装置の内部発熱が増加し、電子素子が破損または劣化する虞があった。このような問題への対処として、出力電力を一定値に制限する電力制御装置が検討されている。電力制御装置では、太陽電池の出力の電圧値および電流値を計測し、計測した電圧値および電流値から電力値を算出する。算出した電力値が所定電力値より高いとき、出力電力が小さくなるように電圧値を制御する（例えば、特許文献１または特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−０７４１１３号公報
【特許文献２】特開２００４−２０１３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の電力制御装置では、電圧値と電流値との両方を計測しなければ電力値を把握できないという課題があった。つまり、電圧値および電流値のそれぞれに対する計測手段を必要とするため、部品点数が増加していた。
【０００６】
また、特許文献２に記載の電力変換装置では、電力値だけに基づいて、電子素子の温度を推測しているため、その他の要素、例えば、周囲の温度変化などによる電子素子の温度上昇に対応できないという課題があった。
【０００７】
ところで、電力制御装置では、電力を変換する際、電力が印加される電子素子において変換ロス（損失）が生じる。生じた変換ロスは熱となって発散して、電子素子の温度を上昇させる。変換ロスは、電子素子によって制御される電力に比例して増大するため、太陽電池から出力される電力が増大するとともに変換ロスが増大し、電子素子の温度が上昇する。つまり、太陽電池から出力される電力に応じて変換ロスは変化し、電子素子の温度が変動する。したがって、電子素子の温度を検知することで、電子素子に印加される電力を把握することができる。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、上記した現象を利用して、電子素子の温度を制限値より低くなるように制御することによって、発熱した電子素子を定格温度以下に保つことができ、電子素子の熱による破損を防止して、安全性を向上させることができる電力制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電力制御装置は、太陽電池から入力された電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電力変換手段から出力する出力電圧を制御する制御手段とを備える電力制御装置であって、前記電力変換手段を構成する電子素子と、前記電子素子の温度を検知する温度検知手段と、前記電子素子の温度が予め設定された制限値を超えたとき、前記電子素子が過熱状態であると判断する過熱判断手段と、前記出力電圧を変更する電圧変更手段と、前記出力電圧を変更する前後で前記電子素子の温度を比較する温度比較手段とを備え、前記電圧変更手段は、前記過熱判断手段によって過熱状態であると判断された場合に前記出力電圧を変更し、前記出力電圧を変更した後に前記電子素子の温度が下降したとき、前記出力電圧を変更した方向と同じ方向に変更し、前記出力電圧を変更した後に前記電子素子の温度が上昇したとき、前記出力電圧を変更した方向と反対の方向に変更することを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、電子素子の温度を制限値より低くなるように制御することによって、発熱した電子素子を定格温度以下に保つことができるので、電子素子の熱による破損を防止し、または劣化を抑制して、安全性を向上させることができる。
【００１１】
本発明に係る電力制御装置では、前記電圧変更手段は、前記過熱判断手段によって過熱状態であると判断されなかった場合に前記出力電圧を変更し、前記出力電圧を変更した後に前記電子素子の温度が上昇したとき、前記出力電圧を変更した方向と同じ方向に変更し、前記出力電圧を変更した後に前記電子素子の温度が下降したとき、前記出力電圧を変更した方向と反対の方向に変更することを特徴とする。
【００１２】
この構成によると、電子素子の温度を上昇させるように出力電圧を制御することによって、太陽電池の動作点を最大電力点に近づけることができる。
【００１３】
本発明に係る電力制御装置では、前記電圧変更手段は、周期的に前記出力電圧を変更することを特徴とする。
【００１４】
この構成によると、出力電圧を繰り返し変更し続けることで、確実に電子素子を定格温度以下に保つことができる。
【００１５】
本発明に係る電力制御装置では、前記電力変換手段は、前記太陽電池から入力された入力電圧を下降させる降圧型チョッパ回路であることを特徴とする。
【００１６】
この構成によると、接続された負荷に適切な電圧を供給する電力制御装置を提供することができる。
【００１７】
本発明に係る電力制御装置では、前記電力変換手段は、前記太陽電池から入力された入力電圧を上昇させる昇圧型チョッパ回路であることを特徴とする。
【００１８】
この構成によると、接続された負荷に適切な電圧を供給する電力制御装置を提供することができる。
【００１９】
本発明に係る電力制御装置では、前記温度検知手段は、サーミスタを含む構成とされていることを特徴とする。
【００２０】
この構成によると、サーミスタを用いることによって、容易に電子素子の温度を検知することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、電子素子の温度を制限値より低くなるように制御することによって、発熱した電子素子を定格温度以下に保つことができるので、電子素子の熱による破損を防止し、または劣化を抑制して、安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力制御装置（降圧型チョッパ回路）の回路構成図である。
【図２】出力電圧と電力制御装置から出力される電力との関係を示す特性図である。
【図３】電力制御装置から出力される電力と電子素子の温度との関係を示す特性図である。
【図４】出力電圧と電子素子の温度との関係を示す特性図である。
【図５Ａ】電力制御装置で、電子素子の温度を制限値以下に制御する場合の処理フローを示すフロー図である。
【図５Ｂ】電力制御装置で、最大電力点追従制御をする場合の処理フローを示すフロー図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る電力制御装置（昇圧型チョッパ回路）の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力制御装置（降圧型チョッパ回路）の回路構成図である。
【００２４】
本発明の実施の形態１に係る電力制御装置１は、太陽電池５０から入力された電力Ｐｓを変換して負荷６０に出力電圧Ｐｏｕｔを供給する電力変換手段１１と、電力変換手段１１から出力する出力電圧Ｖｏｕｔを制御する制御手段４０とを備える。電力制御装置１は、電力変換手段１１を構成する電子素子１３（例えば、電界効果トランジスタＳｗ１）と、電子素子１３の温度を検知する温度検知手段２０と、電子素子１３の温度Ｔが予め設定された制限値ＴＬ（後述する図３参照）を超えたとき、電子素子１３が過熱状態であると判断する過熱判断手段３３と、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する電圧変更手段３１と、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前後で電子素子１３の温度を比較する温度比較手段３２とを備える。電圧変更手段３１は、過熱判断手段３３によって過熱状態であると判断された場合に出力電圧Ｖｏｕｔを変更し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に電子素子１３の温度Ｔが下降したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と同じ方向に変更し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に電子素子１３の温度Ｔが上昇したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と反対の方向に変更する。なお、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する方向とは、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させる方向、または出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる方向のいずれかである。
【００２５】
この構成によると、電子素子１３の温度Ｔを制限値ＴＬより低くなるように制御することによって、発熱した電子素子１３を定格温度以下に保つことができるので、電子素子１３の熱による破損を防止し、または劣化を抑制して、安全性を向上させることができる。また、電子素子１３の温度を検知することによって最大電力点Ｐ１（図３参照）を把握でき、電圧および電流を測定して電力を算出する必要が無い。なお、温度Ｔを制限値ＴＬ以下に制御する動作については、後述する図２ないし図４に基づいて説明する。
【００２６】
電圧変更手段３１は、過熱判断手段３３によって過熱状態であると判断されなかった場合に出力電圧Ｖｏｕｔを変更し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に電子素子１３の温度Ｔが上昇したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と同じ方向に変更し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に電子素子１３の温度が下降したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と反対の方向に変更する。この構成によると、電子素子１３の温度Ｔを上昇させるように出力電圧Ｖｏｕｔを制御することによって、太陽電池５０の動作点を最大電力点Ｐ１に近づけることができる。
【００２７】
電力変換手段１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータであって、太陽電池５０から入力された入力電圧Ｖｉｎを下降させる降圧型チョッパ回路である。この構成によると、接続された負荷６０に適切な出力電圧Ｖｏｕｔを供給する電力制御装置１を提供することができる。太陽電池５０は、電力変換手段１１を介して負荷６０に接続されており、電力変換手段１１から負荷６０に出力電圧Ｖｏｕｔが供給される。
【００２８】
電力変換手段１１は、電界効果トランジスタＳｗ１、ダイオードＤ１、コイルＬ１、およびコンデンサＣ１で構成されている。
【００２９】
電界効果トランジスタＳｗ１は、ドレイン電極が太陽電池５０と接続され、ソース電極がダイオードＤ１のカソードおよびコイルＬ１の一端に接続されている。ダイオードＤ１のアノードは、接地されている。コイルＬ１の他端は、コンデンサＣ１の一端および負荷６０に接続されている。コンデンサＣ１の他端は接地されている。
【００３０】
温度検知手段２０は、サーミスタＴｈ１を含む構成とされている。この構成によると、サーミスタＴｈ１を用いることによって、容易に電子素子１３の温度Ｔを検知することができる。また、温度検知手段２０は、さらに抵抗Ｒ１を備える。
【００３１】
抵抗Ｒ１は、一端がサーミスタＴｈ１に接続され、他端が接地されている。サーミスタＴｈ１は、電界効果トランジスタＳｗ１の発熱量Ｈｔを検知する位置に配置され、発熱量Ｈｔによって抵抗値が変化し、サーミスタＴｈ１と抵抗Ｒ１とで構成された分圧回路の分圧値が変化する。これによって、電界効果トランジスタＳｗ１の温度Ｔを分圧値に変換して検知することができる。検知した温度Ｔは、温度比較手段３２に入力される。
【００３２】
本実施の形態では、サーミスタＴｈ１は、電界効果トランジスタＳｗ１の温度Ｔを検知する構成とされているが、本発明はこれに限定されず、コイルＬ１やダイオードＤ１の温度Ｔを検知する構成としてもよい。
【００３３】
電圧変更手段３１は、周期的に出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。この構成によると、出力電圧Ｖｏｕｔを繰り返し変更し続けることで、確実に電子素子を定格温度以下に保つことができる。電圧変更手段３１は、制御手段４０に指示することで出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。なお、電圧変更手段３１が出力電圧Ｖｏｕｔを変更する周期は、例えば、５〜１０分程度とされているが、適宜調節することができる。また、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する周期を数ｍｓｅｃとしてもよい。周期を短くすることで、応答性を向上させることができる。
【００３４】
電力制御装置１は、さらに制御用ＩＣ３０を備え、制御用ＩＣ３０は、電圧変更手段３１、温度比較手段３２、および過熱判断手段３３を備える。制御用ＩＣは、例えば、マイクロコンピュータを備えており、予め組み込まれたコンピュータプログラムによって、電圧変更手段３１、温度比較手段３２、および過熱判断手段３３の動作を実現する。
【００３５】
温度比較手段３２は、温度検知手段２０から入力された電界効果トランジスタＳｗ１の温度Ｔを記憶し、次に電界効果トランジスタＳｗ１の温度Ｔが入力されたとき、前回と今回との温度Ｔを比較して変動したかどうかを判断する（図５Ａおよび図５Ｂ参照）。なお、電界効果トランジスタＳｗ１の温度Ｔを記憶する際、電圧変更手段３１が指示した電圧Ｖと対応付けて記憶することが望ましい。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔと温度Ｔとを対応付けて記憶させて、温度比較手段３２に出力電圧Ｖｏｕｔが変更されたかどうかを判断させてもよい。
【００３６】
一般的に、電子素子１３の温度Ｔが変動するには時間が掛かるため、温度Ｔが安定するまで待機するとかなりの時間が掛かる。そこで、所定の間隔（例えば、数ｍｓｅｃ）で検知した温度Ｔから温度上昇幅ΔＴを算出して、温度Ｔが変動したかどうかを判断してもよい。つまり、温度比較手段３２は、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前の温度上昇幅ΔＴを温度上昇幅ΔＴ１として記憶し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後の温度上昇幅ΔＴを温度上昇幅ΔＴ２として記憶する。そして、温度比較手段３２は、「ΔＴ１＜ΔＴ２」の場合には、温度Ｔが上昇していると判断し、「ΔＴ１＞ΔＴ２」の場合には、温度Ｔが下降していると判断する。温度上昇幅ΔＴを比較することによって、温度Ｔが安定するまで待機することなく、温度Ｔが変動しているかどうかを判断することができ、応答性を向上させることができる。
【００３７】
以上のことから、温度上昇幅ΔＴを比較した際に、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する方向について詳述する。電圧変更手段３１は、電子素子１３が過熱状態である場合に、「ΔＴ１＜ΔＴ２」であるとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と反対の方向に変更し、「ΔＴ１＞ΔＴ２」であるとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と同じ方向に変更する。また、電圧変更手段３１は、電子素子１３が過熱状態でない場合に、「ΔＴ１＜ΔＴ２」であるとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と同じ方向に変更し、「ΔＴ１＞ΔＴ２」であるとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と反対の方向に変更する。
【００３８】
過熱判断手段３３には、予め設定された制限値ＴＬが登録されている。なお、制限値ＴＬには、制限値ＴＬを中心とした誤差範囲が設定されていてもよい。つまり、電子素子１３の温度Ｔが誤差範囲内であるとき、過熱判断手段３３は、適正状態であると判断し、電圧変更手段３１に出力電圧Ｖｏｕｔを変更しないことを指示する。また、誤差範囲を設定した場合、過熱判断手段３３は、電子素子１３の温度Ｔが誤差範囲の上限より高いときに過熱状態であると判断し、電子素子１３の温度Ｔが誤差範囲の下限より低いときに過熱状態でないと判断すればよい。
【００３９】
制御手段４０は、ゲート駆動回路であって、電界効果トランジスタＳｗ１のゲート電極に接続されている。制御手段４０は、電界効果トランジスタＳｗ１のオン状態とオフ状態とを切り替えることによって、電圧変更手段３１によって指示された電圧Ｖとなるように出力電圧Ｖｏｕｔを制御する。
【００４０】
本実施の形態では、負荷６０に直流電圧を供給する構成としているが、これに限定されず、交流電圧やパルス電圧を供給する構成としてもよい。つまり、電力変換手段１１と負荷６０との間に、ＤＣ／ＡＣインバータなどが接続されていてもよい。
【００４１】
次に、本発明の実施の形態１に係る電力制御装置１の出力特性について説明する。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔ、電力制御装置１から出力される電力Ｐｏｕｔ、および電子素子１３の温度Ｔの関係について説明する。
【００４２】
図２は、出力電圧と電力制御装置から出力される電力との関係を示す特性図である。
【００４３】
出力電圧Ｖｏｕｔと電力制御装置１から出力される電力Ｐｏｕｔとの関係は、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇すると電力Ｐｏｕｔが増加する。しかし、出力電圧Ｖｏｕｔが太陽電池５０の特性によって決定される電圧Ｖ１を超えると、電力Ｐｏｕｔは低下していく。したがって、出力電圧Ｖｏｕｔを電圧Ｖ１としたとき、電力制御装置１から最大の電力Ｐ１（最大電力点）を出力させることができる。また、出力電圧Ｖｏｕｔを電圧Ｖ１より高い電圧Ｖ２としたとき、電力Ｐ１より小さい電力Ｐ２となる。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｖ１から遠ざかると電力Ｐｏｕｔは低下する。
【００４４】
図３は、電力制御装置から出力される電力と電子素子の温度との関係を示す特性図である。
【００４５】
上述したように、太陽電池５０で発電された電力Ｐｓを変換する際、電子素子１３において生じた変換ロスは、電子素子１３の温度Ｔを上昇させる。変換ロスは、電子素子１３によって制御される電力Ｐｓに比例する。換言すると、太陽電池５０から出力される電力Ｐｓに応じて、変換ロスは変化する。ここで、電力制御装置１から出力される電力Ｐｏｕｔは、太陽電池５０が出力した電力Ｐｓから変換ロスを差し引いたものである。つまり、電子素子１３の温度Ｔは、太陽電池５０で発電された電力Ｐｓに応じて変化する変換ロスによって変動し、電力制御装置１から出力される電力Ｐｏｕｔが増大すると、電子素子１３の温度Ｔが上昇する。すなわち、電子素子１３の温度Ｔが上昇したとき、電力制御装置１から出力される電力Ｐｏｕｔが増加したことを把握できる。
【００４６】
例えば、電力Ｐｏｕｔが最大の電力Ｐ１のとき、温度Ｔ１となり、電力Ｐ１より小さい電力Ｐ２のとき、温度Ｔ１より低い温度Ｔ２となる。また、ここでは、温度Ｔ１は制限値ＴＬより高く、温度Ｔ２は制限値ＴＬより低い場合について例示する。
【００４７】
図４は、出力電圧と電子素子の温度との関係を示す特性図である。
【００４８】
上述した出力電圧Ｖｏｕｔと電力制御装置１から出力される電力Ｐｏｕｔとの関係と、電力制御装置１から出力される電力Ｐｏｕｔと電子素子１３の温度Ｔとの関係に基づいて、出力電圧Ｖｏｕｔと電子素子１３の温度Ｔとの関係を説明する。出力電圧Ｖｏｕｔが上昇すると電力Ｐｏｕｔが増加することから、温度Ｔは上昇する。また、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｖ１を超えると電力Ｐｏｕｔは低下することから、温度Ｔは下降していく。
【００４９】
出力電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｖ１であり、制限値ＴＬより高い温度Ｔ１であるとき、出力電圧Ｖｏｕｔを上昇させることで温度Ｔが下降し、電子素子１３の温度Ｔを定格温度（制限値ＴＬ）以下に保つことができる。さらに、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｖ１より高い電圧Ｖ２であり、温度Ｔが温度Ｔ１より低い温度Ｔ２であるとき、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させることで温度Ｔが上昇し、電力Ｐｏｕｔが増加する。
【００５０】
上述したように、電子素子１３の温度が制限値ＴＬとなるように、出力電圧Ｖｏｕｔを制御することによって、電力制御装置１から出力される電力Ｐｏｕｔを最大電力点に近づけることができる。
【００５１】
図５Ａは、電力制御装置で、電子素子の温度を制限値以下に制御する場合の処理フローを示すフロー図であり、図５Ｂは、電力制御装置で、最大電力点追従制御をする場合の処理フローを示すフロー図である。
【００５２】
ステップＳ０１では、温度検知手段２０によって、電子素子１３の温度が検知される。検知した温度は、制御用ＩＣ３０に入力される。ここで、検知された温度は、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前の温度として温度比較手段３２に記憶される。なお、ここで、温度比較手段３２によって、温度上昇幅ΔＴを算出してもよい。つまり、所定の間隔（例えば、数ｍｓｅｃ）で検知した温度から温度上昇幅ΔＴを算出して、温度比較手段３２に記憶させる。
【００５３】
ステップＳ０２では、過熱判断手段３３によって、電子素子１３が過熱状態かどうかを判断される。上述したように、電子素子１３の温度Ｔが制限値ＴＬより高いとき、過熱状態であると判断される。電子素子１３が過熱状態であるとき（ステップＳ０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ０３へ進む。電子素子１３が過熱状態でないとき（ステップＳ０２：Ｎｏ）、後述するステップＳ１１へ進む。また、制限値ＴＬに誤差範囲が設定されており、適正状態であると判断された場合は、予め設定された時間経過した後、ステップＳ０１へ戻ればよい。電子素子１３の温度を繰り返し検知する際、一定の時間毎に温度を検知することによって、確実に温度を把握することができる。
【００５４】
ステップＳ０３では、電圧変更手段３１によって、出力電圧Ｖｏｕｔが変更される。本実施の形態では、最初は、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる方向へ変更するが、ここで、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させるか増大させるかは適宜選択すればよい。また、処理を繰り返して、再度、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する場合は、直近に出力電圧Ｖｏｕｔを変更したときと同一方向へ出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。なお、出力電圧Ｖｏｕｔをどの程度変更するかは適宜調整すればよく、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する変更量を予め設定しておいてもよい。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔを一定値づつ繰り返し変更することによって、急激に温度が変動することを防ぐことができる。
【００５５】
ステップＳ０４では、温度検知手段２０によって、再度、電子素子１３の温度が検知される。ここで、検知された温度は、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後の温度として温度比較手段３２に記憶される。また、ステップＳ０１で温度上昇幅ΔＴを算出した場合は、ステップＳ０３で、再度、温度上昇幅ΔＴを算出する。ここで、従前に記憶した温度上昇幅が出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前の温度上昇幅として記憶され、新たに記憶した温度上昇幅が出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後の温度上昇幅として記憶される。
【００５６】
ステップＳ０５では、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後、温度比較手段３２によって、電子素子１３の温度が下降したかどうかを判断される。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に温度が下降している場合（ステップＳ０５：Ｙｅｓ）、ステップＳ０６へ進む。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に温度が上昇している場合（ステップＳ０５：Ｎｏ）、ステップＳ０７へ進む。
【００５７】
ステップＳ０６では、電圧変更手段３１によって、同一方向へ出力電圧Ｖｏｕｔが変更される。ここでは、直近に出力電圧Ｖｏｕｔを変更したときと同一方向へ出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させたことによって温度が下降したときは、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる方向へ変更する。また、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させたことによって温度が下降したときは、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させる方向へ変更する。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後、ステップＳ０１へ戻る。なお、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する際は、予め設定された時間経過するまで待機してもよい。つまり、一定の時間待機することで、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する周期を一定にする。
【００５８】
ステップＳ０７では、温度比較手段３２によって、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後、電子素子１３の温度が上昇したかどうかを判断される。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に温度が上昇している場合（ステップＳ０７：Ｙｅｓ）、ステップＳ０８へ進む。出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前後で温度が変化しない場合（ステップＳ０７：Ｎｏ）、ステップＳ０９へ進む。
【００５９】
ステップＳ０８では、電圧変更手段３１によって、反対方向へ出力電圧Ｖｏｕｔが変更される。ここでは、直近に出力電圧Ｖｏｕｔを変更したときと反対方向へ出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させたことによって温度が上昇したときは、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させる方向へ変更する。また、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させたことによって温度が上昇したときは、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる方向へ変更する。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後、ステップＳ０１へ戻る。また、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する際は、予め設定された時間経過するまで待機してもよい。
【００６０】
ステップＳ０９では、出力電圧Ｖｏｕｔを変更せずに、次の検知タイミングまで待機する。つまり、予め設定された時間経過した後、ステップＳ０１へ戻る。
【００６１】
上述したように、ステップＳ０１ないしステップＳ０９を繰り返し、電子素子１３の温度が制限値ＴＬより低くなるように出力電圧Ｖｏｕｔを制御することによって、電子素子１３を定格温度以下に保つ。
【００６２】
ステップＳ１１では、電圧変更手段３１によって、出力電圧Ｖｏｕｔが変更される。本実施の形態では、最初は、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる方向へ変更する。また、処理を繰り返して、再度、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する場合は、直近に出力電圧Ｖｏｕｔを変更したときと同一方向へ出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。
【００６３】
ステップＳ１２では、温度検知手段２０によって、再度、電子素子１３の温度が検知される。ここで、検知された温度は、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後の温度として温度比較手段３２に記憶される。また、ステップＳ０１で温度上昇幅ΔＴを算出した場合は、ステップＳ０３で、再度、温度上昇幅ΔＴを算出する。ここで、従前に記憶した温度上昇幅が出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前の温度上昇幅として記憶され、新たに記憶した温度上昇幅が出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後の温度上昇幅として記憶される。
【００６４】
ステップＳ１３では、温度比較手段３２によって、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後、電子素子１３の温度が上昇したかどうかを判断される。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に温度が上昇している場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４へ進む。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に温度が下降している場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ１５へ進む。
【００６５】
ステップＳ１４では、電圧変更手段３１によって、同一方向へ出力電圧Ｖｏｕｔが変更される。ここでは、直近に出力電圧Ｖｏｕｔを変更したときと同一方向へ出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させたことによって温度が上昇したときは、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる方向へ変更する。また、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させたことによって温度が上昇したときは、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させる方向へ変更する。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後、ステップＳ０１へ戻る。なお、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する際は、予め設定された時間経過するまで待機してもよい。
【００６６】
ステップＳ１５では、温度比較手段３２によって、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後、電子素子１３の温度が下降したかどうかを判断される。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に温度が下降している場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１６へ進む。出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前後で温度が変化しない場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、ステップＳ１７へ進む。
【００６７】
ステップＳ１６では、電圧変更手段３１によって、反対方向へ出力電圧Ｖｏｕｔが変更される。ここでは、直近に出力電圧Ｖｏｕｔを変更したときと反対方向へ出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させたことによって温度が下降したときは、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させる方向へ変更する。また、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させたことによって温度が下降したときは、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる方向へ変更する。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後、ステップＳ０１へ戻る。また、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する際は、予め設定された時間経過するまで待機してもよい。
【００６８】
ステップＳ１７では、出力電圧Ｖｏｕｔを変更せずに、次の検知タイミングまで待機する。つまり、予め設定された時間経過した後、ステップＳ０１へ戻る。
【００６９】
上述したように、ステップＳ１１ないしステップＳ１７を繰り返し、電子素子１３の温度Ｔを上昇させて、制限値ＴＬとなる出力電圧Ｖｏｕｔを維持することによって、太陽電池５０の動作点を最大電力点に近づける最大電力点追従制御を行う。詳しくは、定格温度内での最大電力点追従制御に準じた制御を行う。
【００７０】
＜実施の形態２＞
図６は、本発明の実施の形態２に係る電力制御装置（昇圧型チョッパ回路）の回路構成図である。なお、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００７１】
本発明の実施の形態２に係る電力制御装置２は、太陽電池５０から入力された電力Ｐｓを変換して負荷６０に出力電圧Ｐｏｕｔを供給する電力変換手段１２と、電力変換手段１２から出力する出力電圧Ｖｏｕｔを制御する制御手段４０とを備える。電力制御装置２は、電力変換手段１２を構成する電子素子１３（例えば、電界効果トランジスタＳｗ２）と、電子素子１３の温度を検知する温度検知手段２０と、電子素子１３の温度Ｔが予め設定された制限値ＴＬを超えたとき、電子素子１３が過熱状態であると判断する過熱判断手段３３と、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する電圧変更手段３１と、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前後で電子素子１３の温度を比較する温度比較手段３２とを備える。電圧変更手段３１は、過熱判断手段３３によって過熱状態であると判断された場合に出力電圧Ｖｏｕｔを変更し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に電子素子１３の温度Ｔが下降したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と同じ方向に変更し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に電子素子１３の温度Ｔが上昇したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と反対の方向に変更する。なお、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する方向とは、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させる方向、または出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる方向のいずれかである。
【００７２】
この構成によると、電子素子１３の温度Ｔを制限値ＴＬより低くなるように制御することによって、発熱した電子素子１３を定格温度以下に保つことができるので、電子素子１３の熱による破損を防止し、または劣化を抑制して、安全性を向上させることができる。また、電子素子１３の温度を検知することによって最大電力点Ｐ１を把握でき、電圧および電流を測定して電力を算出する必要が無い。
【００７３】
電圧変更手段３１は、過熱判断手段３３によって過熱状態であると判断されなかった場合に出力電圧Ｖｏｕｔを変更し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に電子素子１３の温度Ｔが上昇したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と同じ方向に変更し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に電子素子１３の温度が下降したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と反対の方向に変更する。この構成によると、電子素子１３の温度Ｔを上昇させるように出力電圧Ｖｏｕｔを制御することによって、太陽電池５０の動作点を最大電力点Ｐ１に近づけることができる。
【００７４】
電力変換手段１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータであって、太陽電池５０から入力された入力電圧Ｖｉｎを上昇させる昇圧型チョッパ回路である。この構成によると、接続された負荷６０に適切な出力電圧Ｖｏｕｔを供給する電力制御装置１を提供することができる。太陽電池５０は、電力変換手段１２を介して負荷６０に接続されており、電力変換手段１２から負荷６０に出力電圧Ｖｏｕｔが供給される。
【００７５】
電力変換手段１２は、電界効果トランジスタＳｗ２、ダイオードＤ２、コイルＬ２、およびコンデンサＣ２で構成されている。
【００７６】
コイルＬ２は、一端が太陽電池５０と接続され、他端が電界効果トランジスタＳｗ２のドレイン電極およびダイオードＤ２のアノードに接続されている。電界効果トランジスタＳｗ２のソース電極は、接地されている。ダイオードＤ２のカソードは、コンデンサＣ２の一端および負荷６０に接続されている。コンデンサＣ２の他端は、接地されている。
【００７７】
温度検知手段２０は、サーミスタＴｈ２を含む構成とされている。この構成によると、サーミスタＴｈ２を用いることによって、容易に電子素子１３の温度Ｔを検知することができる。また、温度検知手段２０は、さらに抵抗Ｒ２を備える。
【００７８】
抵抗Ｒ２は、一端がサーミスタＴｈ２に接続され、他端が接地されている。サーミスタＴｈ２は、電界効果トランジスタＳｗ２の発熱量Ｈｔを検知する位置に配置され、発熱量Ｈｔによって抵抗値が変化し、サーミスタＴｈ２と抵抗Ｒ２とで構成された分圧回路の分圧値が変化する。これによって、電界効果トランジスタＳｗ２の温度Ｔを分圧値に変換して検知することができる。検知した温度Ｔは、温度比較手段３２に入力される。
【００７９】
本実施の形態では、サーミスタＴｈ２は、電界効果トランジスタＳｗ２の温度Ｔを検知する構成とされているが、本発明はこれに限定されず、コイルＬ２やダイオードＤ２の温度Ｔを検知する構成としてもよい。
【００８０】
電圧変更手段３１は、周期的に出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。この構成によると、出力電圧Ｖｏｕｔを繰り返し変更し続けることで、確実に電子素子を定格温度以下に保つことができる。電圧変更手段３１は、制御手段４０に指示することで出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。
【００８１】
電力制御装置２は、さらに制御用ＩＣ３０を備え、制御用ＩＣ３０は、電圧変更手段３１、温度比較手段３２、および過熱判断手段３３を備える。制御用ＩＣは、例えば、マイクロコンピュータを備えており、予め組み込まれたコンピュータプログラムによって、電圧変更手段３１、温度比較手段３２、および過熱判断手段３３の動作を実現する。
【００８２】
温度比較手段３２は、温度検知手段２０から入力された電界効果トランジスタＳｗ２の温度Ｔを記憶し、次に電界効果トランジスタＳｗ２の温度Ｔが入力されたとき、前回と今回との温度Ｔを比較して変動したかどうかを判断する（図５Ａおよび図５Ｂ参照）。なお、電界効果トランジスタＳｗ２の温度Ｔを記憶する際、電圧変更手段３１が指示した電圧Ｖと対応付けて記憶することが望ましい。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔと温度Ｔとを対応付けて記憶させて、温度比較手段３２に出力電圧Ｖｏｕｔが変更されたかどうかを判断させてもよい。
【００８３】
また、所定の間隔（例えば、数ｍｓｅｃ）で検知した温度Ｔから温度上昇幅ΔＴを算出して、温度Ｔが変動したかどうかを判断してもよい。つまり、温度比較手段３２は、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前の温度上昇幅ΔＴを温度上昇幅ΔＴ１として記憶し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後の温度上昇幅ΔＴを温度上昇幅ΔＴ２として記憶する。そして、温度比較手段３２は、「ΔＴ１＜ΔＴ２」の場合には、温度Ｔが上昇していると判断し、「ΔＴ１＞ΔＴ２」の場合には、温度Ｔが下降していると判断する。温度上昇幅ΔＴを比較することによって、温度Ｔが安定するまで待機することなく、温度Ｔが変動しているかどうかを判断することができ、応答性を向上させることができる。
【００８４】
過熱判断手段３３には、予め設定された制限値ＴＬが登録されている。なお、制限値ＴＬには、制限値ＴＬを中心とした誤差範囲が設定されていてもよい。つまり、電子素子１３の温度Ｔが誤差範囲内であるとき、過熱判断手段３３は、適正状態であると判断し、電圧変更手段３１に出力電圧Ｖｏｕｔを変更しないことを指示する。また、誤差範囲を設定した場合、過熱判断手段３３は、電子素子１３の温度Ｔが誤差範囲の上限より高いときに過熱状態であると判断し、電子素子１３の温度Ｔが誤差範囲の下限より低いときに過熱状態でないと判断すればよい。
【００８５】
制御手段４０は、ゲート駆動回路であって、電界効果トランジスタＳｗ２のゲート電極に接続されている。制御手段４０は、電界効果トランジスタＳｗ２のオン状態とオフ状態とを切り替えることによって、電圧変更手段３１によって指示された電圧Ｖとなるように出力電圧Ｖｏｕｔを制御する。
【００８６】
本発明の実施の形態２に係る電力制御装置２で出力電圧Ｖｏｕｔを変更する場合の処理は、本発明の実施の形態１と同様の処理フロー（図５Ａおよび図５Ｂ参照）を行うので、説明は省略する。
【符号の説明】
【００８７】
１、２ 電力制御装置
１１、１２ 電力変換手段
１３ 電子素子
２０ 温度検知手段
３１ 電圧変更手段
３２ 温度比較手段
３３ 過熱判断手段
４０ 制御手段
５０ 太陽電池
６０ 負荷
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｌ１、Ｌ２ コイル
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗
Ｓｗ１、Ｓｗ２ 電界効果トランジスタ
Ｔｈ１、Ｔｈ２ サーミスタ
ＴＬ 制限値
Ｖｉｎ 入力電圧
Ｖｏｕｔ 出力電圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池から入力された電力を変換して負荷に供給する電力変換手段を備えた電力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンなエネルギーを提供できることから太陽光発電に大きな期待が寄せられている。太陽電池は、設置されている環境における日射量や温度の変化によって、出力が最大となる最大電力点が変動する。そこで、太陽電池から最大の電力を取り出すために、太陽電池の電圧を変動させて、最大電力点に追従させる最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）が行われている。
【０００３】
しかし、日射が強い時には、太陽電池の発電量が増加し、ＭＰＰＴ制御を行う電力制御装置の定格電力を超える虞があった。この場合には、電力制御装置の内部発熱が増加し、電子素子が破損または劣化する虞があった。このような問題への対処として、出力電力を一定値に制限する電力制御装置が検討されている。電力制御装置では、太陽電池の出力の電圧値および電流値を計測し、計測した電圧値および電流値から電力値を算出する。算出した電力値が所定電力値より高いとき、出力電力が小さくなるように電圧値を制御する（例えば、特許文献１または特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−０７４１１３号公報
【特許文献２】特開２００４−２０１３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の電力制御装置では、電圧値と電流値との両方を計測しなければ電力値を把握できないという課題があった。つまり、電圧値および電流値のそれぞれに対する計測手段を必要とするため、部品点数が増加していた。
【０００６】
また、特許文献２に記載の電力変換装置では、電力値だけに基づいて、電子素子の温度を推測しているため、その他の要素、例えば、周囲の温度変化などによる電子素子の温度上昇に対応できないという課題があった。
【０００７】
ところで、電力制御装置では、電力を変換する際、電力が印加される電子素子において変換ロス（損失）が生じる。生じた変換ロスは熱となって発散して、電子素子の温度を上昇させる。変換ロスは、電子素子によって制御される電力に比例して増大するため、太陽電池から出力される電力が増大するとともに変換ロスが増大し、電子素子の温度が上昇する。つまり、太陽電池から出力される電力に応じて変換ロスは変化し、電子素子の温度が変動する。したがって、電子素子の温度を検知することで、電子素子に印加される電力を把握することができる。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、上記した現象を利用して、電子素子の温度を制限値より低くなるように制御することによって、発熱した電子素子を定格温度以下に保つことができ、電子素子の熱による破損を防止して、安全性を向上させることができる電力制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電力制御装置は、太陽電池から入力された電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電力変換手段から出力する出力電圧を制御する制御手段とを備える電力制御装置であって、前記電力変換手段を構成する電子素子と、前記電子素子の温度を検知する温度検知手段と、前記電子素子の温度が予め設定された制限値を超えたとき、前記電子素子が過熱状態であると判断する過熱判断手段と、前記出力電圧を変更する電圧変更手段と、前記出力電圧を変更する前後で前記電子素子の温度を比較する温度比較手段とを備え、前記電圧変更手段は、前記過熱判断手段によって過熱状態であると判断された場合に前記出力電圧を変更し、前記出力電圧を変更した後に前記電子素子の温度が下降したとき、前記出力電圧を変更した方向と同じ方向に変更し、前記出力電圧を変更した後に前記電子素子の温度が上昇したとき、前記出力電圧を変更した方向と反対の方向に変更することを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、電子素子の温度を制限値より低くなるように制御することによって、発熱した電子素子を定格温度以下に保つことができるので、電子素子の熱による破損を防止し、または劣化を抑制して、安全性を向上させることができる。
【００１１】
本発明に係る電力制御装置では、前記電圧変更手段は、前記過熱判断手段によって過熱状態であると判断されなかった場合に前記出力電圧を変更し、前記出力電圧を変更した後に前記電子素子の温度が上昇したとき、前記出力電圧を変更した方向と同じ方向に変更し、前記出力電圧を変更した後に前記電子素子の温度が下降したとき、前記出力電圧を変更した方向と反対の方向に変更することを特徴とする。
【００１２】
この構成によると、電子素子の温度を上昇させるように出力電圧を制御することによって、太陽電池の動作点を最大電力点に近づけることができる。
【００１３】
本発明に係る電力制御装置では、前記電圧変更手段は、周期的に前記出力電圧を変更することを特徴とする。
【００１４】
この構成によると、出力電圧を繰り返し変更し続けることで、確実に電子素子を定格温度以下に保つことができる。
【００１５】
本発明に係る電力制御装置では、前記電力変換手段は、前記太陽電池から入力された入力電圧を下降させる降圧型チョッパ回路であることを特徴とする。
【００１６】
この構成によると、接続された負荷に適切な電圧を供給する電力制御装置を提供することができる。
【００１７】
本発明に係る電力制御装置では、前記電力変換手段は、前記太陽電池から入力された入力電圧を上昇させる昇圧型チョッパ回路であることを特徴とする。
【００１８】
この構成によると、接続された負荷に適切な電圧を供給する電力制御装置を提供することができる。
【００１９】
本発明に係る電力制御装置では、前記温度検知手段は、サーミスタを含む構成とされていることを特徴とする。
【００２０】
この構成によると、サーミスタを用いることによって、容易に電子素子の温度を検知することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、電子素子の温度を制限値より低くなるように制御することによって、発熱した電子素子を定格温度以下に保つことができるので、電子素子の熱による破損を防止し、または劣化を抑制して、安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力制御装置（降圧型チョッパ回路）の回路構成図である。
【図２】出力電圧と電力制御装置から出力される電力との関係を示す特性図である。
【図３】電力制御装置から出力される電力と電子素子の温度との関係を示す特性図である。
【図４】出力電圧と電子素子の温度との関係を示す特性図である。
【図５Ａ】電力制御装置で、電子素子の温度を制限値以下に制御する場合の処理フローを示すフロー図である。
【図５Ｂ】電力制御装置で、最大電力点追従制御をする場合の処理フローを示すフロー図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る電力制御装置（昇圧型チョッパ回路）の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力制御装置（降圧型チョッパ回路）の回路構成図である。
【００２４】
本発明の実施の形態１に係る電力制御装置１は、太陽電池５０から入力された電力Ｐｓを変換して負荷６０に出力電圧Ｐｏｕｔを供給する電力変換手段１１と、電力変換手段１１から出力する出力電圧Ｖｏｕｔを制御する制御手段４０とを備える。電力制御装置１は、電力変換手段１１を構成する電子素子１３（例えば、電界効果トランジスタＳｗ１）と、電子素子１３の温度を検知する温度検知手段２０と、電子素子１３の温度Ｔが予め設定された制限値ＴＬ（後述する図３参照）を超えたとき、電子素子１３が過熱状態であると判断する過熱判断手段３３と、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する電圧変更手段３１と、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前後で電子素子１３の温度を比較する温度比較手段３２とを備える。電圧変更手段３１は、過熱判断手段３３によって過熱状態であると判断された場合に出力電圧Ｖｏｕｔを変更し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に電子素子１３の温度Ｔが下降したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と同じ方向に変更し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に電子素子１３の温度Ｔが上昇したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と反対の方向に変更する。なお、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する方向とは、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させる方向、または出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる方向のいずれかである。
【００２５】
この構成によると、電子素子１３の温度Ｔを制限値ＴＬより低くなるように制御することによって、発熱した電子素子１３を定格温度以下に保つことができるので、電子素子１３の熱による破損を防止し、または劣化を抑制して、安全性を向上させることができる。また、電子素子１３の温度を検知することによって最大電力点Ｐ１（図３参照）を把握でき、電圧および電流を測定して電力を算出する必要が無い。なお、温度Ｔを制限値ＴＬ以下に制御する動作については、後述する図２ないし図４に基づいて説明する。
【００２６】
電圧変更手段３１は、過熱判断手段３３によって過熱状態であると判断されなかった場合に出力電圧Ｖｏｕｔを変更し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に電子素子１３の温度Ｔが上昇したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と同じ方向に変更し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に電子素子１３の温度が下降したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と反対の方向に変更する。この構成によると、電子素子１３の温度Ｔを上昇させるように出力電圧Ｖｏｕｔを制御することによって、太陽電池５０の動作点を最大電力点Ｐ１に近づけることができる。
【００２７】
電力変換手段１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータであって、太陽電池５０から入力された入力電圧Ｖｉｎを下降させる降圧型チョッパ回路である。この構成によると、接続された負荷６０に適切な出力電圧Ｖｏｕｔを供給する電力制御装置１を提供することができる。太陽電池５０は、電力変換手段１１を介して負荷６０に接続されており、電力変換手段１１から負荷６０に出力電圧Ｖｏｕｔが供給される。
【００２８】
電力変換手段１１は、電界効果トランジスタＳｗ１、ダイオードＤ１、コイルＬ１、およびコンデンサＣ１で構成されている。
【００２９】
電界効果トランジスタＳｗ１は、ドレイン電極が太陽電池５０と接続され、ソース電極がダイオードＤ１のカソードおよびコイルＬ１の一端に接続されている。ダイオードＤ１のアノードは、接地されている。コイルＬ１の他端は、コンデンサＣ１の一端および負荷６０に接続されている。コンデンサＣ１の他端は接地されている。
【００３０】
温度検知手段２０は、サーミスタＴｈ１を含む構成とされている。この構成によると、サーミスタＴｈ１を用いることによって、容易に電子素子１３の温度Ｔを検知することができる。また、温度検知手段２０は、さらに抵抗Ｒ１を備える。
【００３１】
抵抗Ｒ１は、一端がサーミスタＴｈ１に接続され、他端が接地されている。サーミスタＴｈ１は、電界効果トランジスタＳｗ１の発熱量Ｈｔを検知する位置に配置され、発熱量Ｈｔによって抵抗値が変化し、サーミスタＴｈ１と抵抗Ｒ１とで構成された分圧回路の分圧値が変化する。これによって、電界効果トランジスタＳｗ１の温度Ｔを分圧値に変換して検知することができる。検知した温度Ｔは、温度比較手段３２に入力される。
【００３２】
本実施の形態では、サーミスタＴｈ１は、電界効果トランジスタＳｗ１の温度Ｔを検知する構成とされているが、本発明はこれに限定されず、コイルＬ１やダイオードＤ１の温度Ｔを検知する構成としてもよい。
【００３３】
電圧変更手段３１は、周期的に出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。この構成によると、出力電圧Ｖｏｕｔを繰り返し変更し続けることで、確実に電子素子を定格温度以下に保つことができる。電圧変更手段３１は、制御手段４０に指示することで出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。なお、電圧変更手段３１が出力電圧Ｖｏｕｔを変更する周期は、例えば、５〜１０分程度とされているが、適宜調節することができる。また、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する周期を数ｍｓｅｃとしてもよい。周期を短くすることで、応答性を向上させることができる。
【００３４】
電力制御装置１は、さらに制御用ＩＣ３０を備え、制御用ＩＣ３０は、電圧変更手段３１、温度比較手段３２、および過熱判断手段３３を備える。制御用ＩＣは、例えば、マイクロコンピュータを備えており、予め組み込まれたコンピュータプログラムによって、電圧変更手段３１、温度比較手段３２、および過熱判断手段３３の動作を実現する。
【００３５】
温度比較手段３２は、温度検知手段２０から入力された電界効果トランジスタＳｗ１の温度Ｔを記憶し、次に電界効果トランジスタＳｗ１の温度Ｔが入力されたとき、前回と今回との温度Ｔを比較して変動したかどうかを判断する（図５Ａおよび図５Ｂ参照）。なお、電界効果トランジスタＳｗ１の温度Ｔを記憶する際、電圧変更手段３１が指示した電圧Ｖと対応付けて記憶することが望ましい。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔと温度Ｔとを対応付けて記憶させて、温度比較手段３２に出力電圧Ｖｏｕｔが変更されたかどうかを判断させてもよい。
【００３６】
一般的に、電子素子１３の温度Ｔが変動するには時間が掛かるため、温度Ｔが安定するまで待機するとかなりの時間が掛かる。そこで、所定の間隔（例えば、数ｍｓｅｃ）で検知した温度Ｔから温度上昇幅ΔＴを算出して、温度Ｔが変動したかどうかを判断してもよい。つまり、温度比較手段３２は、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前の温度上昇幅ΔＴを温度上昇幅ΔＴ１として記憶し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後の温度上昇幅ΔＴを温度上昇幅ΔＴ２として記憶する。そして、温度比較手段３２は、「ΔＴ１＜ΔＴ２」の場合には、温度Ｔが上昇していると判断し、「ΔＴ１＞ΔＴ２」の場合には、温度Ｔが下降していると判断する。温度上昇幅ΔＴを比較することによって、温度Ｔが安定するまで待機することなく、温度Ｔが変動しているかどうかを判断することができ、応答性を向上させることができる。
【００３７】
以上のことから、温度上昇幅ΔＴを比較した際に、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する方向について詳述する。電圧変更手段３１は、電子素子１３が過熱状態である場合に、「ΔＴ１＜ΔＴ２」であるとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と反対の方向に変更し、「ΔＴ１＞ΔＴ２」であるとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と同じ方向に変更する。また、電圧変更手段３１は、電子素子１３が過熱状態でない場合に、「ΔＴ１＜ΔＴ２」であるとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と同じ方向に変更し、「ΔＴ１＞ΔＴ２」であるとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と反対の方向に変更する。
【００３８】
過熱判断手段３３には、予め設定された制限値ＴＬが登録されている。なお、制限値ＴＬには、制限値ＴＬを中心とした誤差範囲が設定されていてもよい。つまり、電子素子１３の温度Ｔが誤差範囲内であるとき、過熱判断手段３３は、適正状態であると判断し、電圧変更手段３１に出力電圧Ｖｏｕｔを変更しないことを指示する。また、誤差範囲を設定した場合、過熱判断手段３３は、電子素子１３の温度Ｔが誤差範囲の上限より高いときに過熱状態であると判断し、電子素子１３の温度Ｔが誤差範囲の下限より低いときに過熱状態でないと判断すればよい。
【００３９】
制御手段４０は、ゲート駆動回路であって、電界効果トランジスタＳｗ１のゲート電極に接続されている。制御手段４０は、電界効果トランジスタＳｗ１のオン状態とオフ状態とを切り替えることによって、電圧変更手段３１によって指示された電圧Ｖとなるように出力電圧Ｖｏｕｔを制御する。
【００４０】
本実施の形態では、負荷６０に直流電圧を供給する構成としているが、これに限定されず、交流電圧やパルス電圧を供給する構成としてもよい。つまり、電力変換手段１１と負荷６０との間に、ＤＣ／ＡＣインバータなどが接続されていてもよい。
【００４１】
次に、本発明の実施の形態１に係る電力制御装置１の出力特性について説明する。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔ、電力制御装置１から出力される電力Ｐｏｕｔ、および電子素子１３の温度Ｔの関係について説明する。
【００４２】
図２は、出力電圧と電力制御装置から出力される電力との関係を示す特性図である。
【００４３】
出力電圧Ｖｏｕｔと電力制御装置１から出力される電力Ｐｏｕｔとの関係は、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇すると電力Ｐｏｕｔが増加する。しかし、出力電圧Ｖｏｕｔが太陽電池５０の特性によって決定される電圧Ｖ１を超えると、電力Ｐｏｕｔは低下していく。したがって、出力電圧Ｖｏｕｔを電圧Ｖ１としたとき、電力制御装置１から最大の電力Ｐ１（最大電力点）を出力させることができる。また、出力電圧Ｖｏｕｔを電圧Ｖ１より高い電圧Ｖ２としたとき、電力Ｐ１より小さい電力Ｐ２となる。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｖ１から遠ざかると電力Ｐｏｕｔは低下する。
【００４４】
図３は、電力制御装置から出力される電力と電子素子の温度との関係を示す特性図である。
【００４５】
上述したように、太陽電池５０で発電された電力Ｐｓを変換する際、電子素子１３において生じた変換ロスは、電子素子１３の温度Ｔを上昇させる。変換ロスは、電子素子１３によって制御される電力Ｐｓに比例する。換言すると、太陽電池５０から出力される電力Ｐｓに応じて、変換ロスは変化する。ここで、電力制御装置１から出力される電力Ｐｏｕｔは、太陽電池５０が出力した電力Ｐｓから変換ロスを差し引いたものである。つまり、電子素子１３の温度Ｔは、太陽電池５０で発電された電力Ｐｓに応じて変化する変換ロスによって変動し、電力制御装置１から出力される電力Ｐｏｕｔが増大すると、電子素子１３の温度Ｔが上昇する。すなわち、電子素子１３の温度Ｔが上昇したとき、電力制御装置１から出力される電力Ｐｏｕｔが増加したことを把握できる。
【００４６】
例えば、電力Ｐｏｕｔが最大の電力Ｐ１のとき、温度Ｔ１となり、電力Ｐ１より小さい電力Ｐ２のとき、温度Ｔ１より低い温度Ｔ２となる。また、ここでは、温度Ｔ１は制限値ＴＬより高く、温度Ｔ２は制限値ＴＬより低い場合について例示する。
【００４７】
図４は、出力電圧と電子素子の温度との関係を示す特性図である。
【００４８】
上述した出力電圧Ｖｏｕｔと電力制御装置１から出力される電力Ｐｏｕｔとの関係と、電力制御装置１から出力される電力Ｐｏｕｔと電子素子１３の温度Ｔとの関係に基づいて、出力電圧Ｖｏｕｔと電子素子１３の温度Ｔとの関係を説明する。出力電圧Ｖｏｕｔが上昇すると電力Ｐｏｕｔが増加することから、温度Ｔは上昇する。また、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｖ１を超えると電力Ｐｏｕｔは低下することから、温度Ｔは下降していく。
【００４９】
出力電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｖ１であり、制限値ＴＬより高い温度Ｔ１であるとき、出力電圧Ｖｏｕｔを上昇させることで温度Ｔが下降し、電子素子１３の温度Ｔを定格温度（制限値ＴＬ）以下に保つことができる。さらに、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｖ１より高い電圧Ｖ２であり、温度Ｔが温度Ｔ１より低い温度Ｔ２であるとき、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させることで温度Ｔが上昇し、電力Ｐｏｕｔが増加する。
【００５０】
上述したように、電子素子１３の温度が制限値ＴＬとなるように、出力電圧Ｖｏｕｔを制御することによって、電力制御装置１から出力される電力Ｐｏｕｔを最大電力点に近づけることができる。
【００５１】
図５Ａは、電力制御装置で、電子素子の温度を制限値以下に制御する場合の処理フローを示すフロー図であり、図５Ｂは、電力制御装置で、最大電力点追従制御をする場合の処理フローを示すフロー図である。
【００５２】
ステップＳ０１では、温度検知手段２０によって、電子素子１３の温度が検知される。検知した温度は、制御用ＩＣ３０に入力される。ここで、検知された温度は、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前の温度として温度比較手段３２に記憶される。なお、ここで、温度比較手段３２によって、温度上昇幅ΔＴを算出してもよい。つまり、所定の間隔（例えば、数ｍｓｅｃ）で検知した温度から温度上昇幅ΔＴを算出して、温度比較手段３２に記憶させる。
【００５３】
ステップＳ０２では、過熱判断手段３３によって、電子素子１３が過熱状態かどうかを判断される。上述したように、電子素子１３の温度Ｔが制限値ＴＬより高いとき、過熱状態であると判断される。電子素子１３が過熱状態であるとき（ステップＳ０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ０３へ進む。電子素子１３が過熱状態でないとき（ステップＳ０２：Ｎｏ）、後述するステップＳ１１へ進む。また、制限値ＴＬに誤差範囲が設定されており、適正状態であると判断された場合は、予め設定された時間経過した後、ステップＳ０１へ戻ればよい。電子素子１３の温度を繰り返し検知する際、一定の時間毎に温度を検知することによって、確実に温度を把握することができる。
【００５４】
ステップＳ０３では、電圧変更手段３１によって、出力電圧Ｖｏｕｔが変更される。本実施の形態では、最初は、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる方向へ変更するが、ここで、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させるか増大させるかは適宜選択すればよい。また、処理を繰り返して、再度、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する場合は、直近に出力電圧Ｖｏｕｔを変更したときと同一方向へ出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。なお、出力電圧Ｖｏｕｔをどの程度変更するかは適宜調整すればよく、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する変更量を予め設定しておいてもよい。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔを一定値づつ繰り返し変更することによって、急激に温度が変動することを防ぐことができる。
【００５５】
ステップＳ０４では、温度検知手段２０によって、再度、電子素子１３の温度が検知される。ここで、検知された温度は、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後の温度として温度比較手段３２に記憶される。また、ステップＳ０１で温度上昇幅ΔＴを算出した場合は、ステップＳ０３で、再度、温度上昇幅ΔＴを算出する。ここで、従前に記憶した温度上昇幅が出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前の温度上昇幅として記憶され、新たに記憶した温度上昇幅が出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後の温度上昇幅として記憶される。
【００５６】
ステップＳ０５では、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後、温度比較手段３２によって、電子素子１３の温度が下降したかどうかを判断される。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に温度が下降している場合（ステップＳ０５：Ｙｅｓ）、ステップＳ０６へ進む。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に温度が上昇している場合（ステップＳ０５：Ｎｏ）、ステップＳ０７へ進む。
【００５７】
ステップＳ０６では、電圧変更手段３１によって、同一方向へ出力電圧Ｖｏｕｔが変更される。ここでは、直近に出力電圧Ｖｏｕｔを変更したときと同一方向へ出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させたことによって温度が下降したときは、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる方向へ変更する。また、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させたことによって温度が下降したときは、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させる方向へ変更する。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後、ステップＳ０１へ戻る。なお、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する際は、予め設定された時間経過するまで待機してもよい。つまり、一定の時間待機することで、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する周期を一定にする。
【００５８】
ステップＳ０７では、温度比較手段３２によって、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後、電子素子１３の温度が上昇したかどうかを判断される。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に温度が上昇している場合（ステップＳ０７：Ｙｅｓ）、ステップＳ０８へ進む。出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前後で温度が変化しない場合（ステップＳ０７：Ｎｏ）、ステップＳ０９へ進む。
【００５９】
ステップＳ０８では、電圧変更手段３１によって、反対方向へ出力電圧Ｖｏｕｔが変更される。ここでは、直近に出力電圧Ｖｏｕｔを変更したときと反対方向へ出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させたことによって温度が上昇したときは、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させる方向へ変更する。また、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させたことによって温度が上昇したときは、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる方向へ変更する。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後、ステップＳ０１へ戻る。また、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する際は、予め設定された時間経過するまで待機してもよい。
【００６０】
ステップＳ０９では、出力電圧Ｖｏｕｔを変更せずに、次の検知タイミングまで待機する。つまり、予め設定された時間経過した後、ステップＳ０１へ戻る。
【００６１】
上述したように、ステップＳ０１ないしステップＳ０９を繰り返し、電子素子１３の温度が制限値ＴＬより低くなるように出力電圧Ｖｏｕｔを制御することによって、電子素子１３を定格温度以下に保つ。
【００６２】
ステップＳ１１では、電圧変更手段３１によって、出力電圧Ｖｏｕｔが変更される。本実施の形態では、最初は、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる方向へ変更する。また、処理を繰り返して、再度、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する場合は、直近に出力電圧Ｖｏｕｔを変更したときと同一方向へ出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。
【００６３】
ステップＳ１２では、温度検知手段２０によって、再度、電子素子１３の温度が検知される。ここで、検知された温度は、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後の温度として温度比較手段３２に記憶される。また、ステップＳ０１で温度上昇幅ΔＴを算出した場合は、ステップＳ０３で、再度、温度上昇幅ΔＴを算出する。ここで、従前に記憶した温度上昇幅が出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前の温度上昇幅として記憶され、新たに記憶した温度上昇幅が出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後の温度上昇幅として記憶される。
【００６４】
ステップＳ１３では、温度比較手段３２によって、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後、電子素子１３の温度が上昇したかどうかを判断される。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に温度が上昇している場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４へ進む。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に温度が下降している場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ１５へ進む。
【００６５】
ステップＳ１４では、電圧変更手段３１によって、同一方向へ出力電圧Ｖｏｕｔが変更される。ここでは、直近に出力電圧Ｖｏｕｔを変更したときと同一方向へ出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させたことによって温度が上昇したときは、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる方向へ変更する。また、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させたことによって温度が上昇したときは、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させる方向へ変更する。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後、ステップＳ０１へ戻る。なお、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する際は、予め設定された時間経過するまで待機してもよい。
【００６６】
ステップＳ１５では、温度比較手段３２によって、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後、電子素子１３の温度が下降したかどうかを判断される。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に温度が下降している場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１６へ進む。出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前後で温度が変化しない場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、ステップＳ１７へ進む。
【００６７】
ステップＳ１６では、電圧変更手段３１によって、反対方向へ出力電圧Ｖｏｕｔが変更される。ここでは、直近に出力電圧Ｖｏｕｔを変更したときと反対方向へ出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させたことによって温度が下降したときは、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させる方向へ変更する。また、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させたことによって温度が下降したときは、出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる方向へ変更する。出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後、ステップＳ０１へ戻る。また、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する際は、予め設定された時間経過するまで待機してもよい。
【００６８】
ステップＳ１７では、出力電圧Ｖｏｕｔを変更せずに、次の検知タイミングまで待機する。つまり、予め設定された時間経過した後、ステップＳ０１へ戻る。
【００６９】
上述したように、ステップＳ１１ないしステップＳ１７を繰り返し、電子素子１３の温度Ｔを上昇させて、制限値ＴＬとなる出力電圧Ｖｏｕｔを維持することによって、太陽電池５０の動作点を最大電力点に近づける最大電力点追従制御を行う。詳しくは、定格温度内での最大電力点追従制御に準じた制御を行う。
【００７０】
＜実施の形態２＞
図６は、本発明の実施の形態２に係る電力制御装置（昇圧型チョッパ回路）の回路構成図である。なお、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００７１】
本発明の実施の形態２に係る電力制御装置２は、太陽電池５０から入力された電力Ｐｓを変換して負荷６０に出力電圧Ｐｏｕｔを供給する電力変換手段１２と、電力変換手段１２から出力する出力電圧Ｖｏｕｔを制御する制御手段４０とを備える。電力制御装置２は、電力変換手段１２を構成する電子素子１３（例えば、電界効果トランジスタＳｗ２）と、電子素子１３の温度を検知する温度検知手段２０と、電子素子１３の温度Ｔが予め設定された制限値ＴＬを超えたとき、電子素子１３が過熱状態であると判断する過熱判断手段３３と、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する電圧変更手段３１と、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前後で電子素子１３の温度を比較する温度比較手段３２とを備える。電圧変更手段３１は、過熱判断手段３３によって過熱状態であると判断された場合に出力電圧Ｖｏｕｔを変更し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に電子素子１３の温度Ｔが下降したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と同じ方向に変更し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に電子素子１３の温度Ｔが上昇したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と反対の方向に変更する。なお、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する方向とは、出力電圧Ｖｏｕｔを増大させる方向、または出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる方向のいずれかである。
【００７２】
この構成によると、電子素子１３の温度Ｔを制限値ＴＬより低くなるように制御することによって、発熱した電子素子１３を定格温度以下に保つことができるので、電子素子１３の熱による破損を防止し、または劣化を抑制して、安全性を向上させることができる。また、電子素子１３の温度を検知することによって最大電力点Ｐ１を把握でき、電圧および電流を測定して電力を算出する必要が無い。
【００７３】
電圧変更手段３１は、過熱判断手段３３によって過熱状態であると判断されなかった場合に出力電圧Ｖｏｕｔを変更し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に電子素子１３の温度Ｔが上昇したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と同じ方向に変更し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後に電子素子１３の温度が下降したとき、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した方向と反対の方向に変更する。この構成によると、電子素子１３の温度Ｔを上昇させるように出力電圧Ｖｏｕｔを制御することによって、太陽電池５０の動作点を最大電力点Ｐ１に近づけることができる。
【００７４】
電力変換手段１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータであって、太陽電池５０から入力された入力電圧Ｖｉｎを上昇させる昇圧型チョッパ回路である。この構成によると、接続された負荷６０に適切な出力電圧Ｖｏｕｔを供給する電力制御装置１を提供することができる。太陽電池５０は、電力変換手段１２を介して負荷６０に接続されており、電力変換手段１２から負荷６０に出力電圧Ｖｏｕｔが供給される。
【００７５】
電力変換手段１２は、電界効果トランジスタＳｗ２、ダイオードＤ２、コイルＬ２、およびコンデンサＣ２で構成されている。
【００７６】
コイルＬ２は、一端が太陽電池５０と接続され、他端が電界効果トランジスタＳｗ２のドレイン電極およびダイオードＤ２のアノードに接続されている。電界効果トランジスタＳｗ２のソース電極は、接地されている。ダイオードＤ２のカソードは、コンデンサＣ２の一端および負荷６０に接続されている。コンデンサＣ２の他端は、接地されている。
【００７７】
温度検知手段２０は、サーミスタＴｈ２を含む構成とされている。この構成によると、サーミスタＴｈ２を用いることによって、容易に電子素子１３の温度Ｔを検知することができる。また、温度検知手段２０は、さらに抵抗Ｒ２を備える。
【００７８】
抵抗Ｒ２は、一端がサーミスタＴｈ２に接続され、他端が接地されている。サーミスタＴｈ２は、電界効果トランジスタＳｗ２の発熱量Ｈｔを検知する位置に配置され、発熱量Ｈｔによって抵抗値が変化し、サーミスタＴｈ２と抵抗Ｒ２とで構成された分圧回路の分圧値が変化する。これによって、電界効果トランジスタＳｗ２の温度Ｔを分圧値に変換して検知することができる。検知した温度Ｔは、温度比較手段３２に入力される。
【００７９】
本実施の形態では、サーミスタＴｈ２は、電界効果トランジスタＳｗ２の温度Ｔを検知する構成とされているが、本発明はこれに限定されず、コイルＬ２やダイオードＤ２の温度Ｔを検知する構成としてもよい。
【００８０】
電圧変更手段３１は、周期的に出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。この構成によると、出力電圧Ｖｏｕｔを繰り返し変更し続けることで、確実に電子素子を定格温度以下に保つことができる。電圧変更手段３１は、制御手段４０に指示することで出力電圧Ｖｏｕｔを変更する。
【００８１】
電力制御装置２は、さらに制御用ＩＣ３０を備え、制御用ＩＣ３０は、電圧変更手段３１、温度比較手段３２、および過熱判断手段３３を備える。制御用ＩＣは、例えば、マイクロコンピュータを備えており、予め組み込まれたコンピュータプログラムによって、電圧変更手段３１、温度比較手段３２、および過熱判断手段３３の動作を実現する。
【００８２】
温度比較手段３２は、温度検知手段２０から入力された電界効果トランジスタＳｗ２の温度Ｔを記憶し、次に電界効果トランジスタＳｗ２の温度Ｔが入力されたとき、前回と今回との温度Ｔを比較して変動したかどうかを判断する（図５Ａおよび図５Ｂ参照）。なお、電界効果トランジスタＳｗ２の温度Ｔを記憶する際、電圧変更手段３１が指示した電圧Ｖと対応付けて記憶することが望ましい。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔと温度Ｔとを対応付けて記憶させて、温度比較手段３２に出力電圧Ｖｏｕｔが変更されたかどうかを判断させてもよい。
【００８３】
また、所定の間隔（例えば、数ｍｓｅｃ）で検知した温度Ｔから温度上昇幅ΔＴを算出して、温度Ｔが変動したかどうかを判断してもよい。つまり、温度比較手段３２は、出力電圧Ｖｏｕｔを変更する前の温度上昇幅ΔＴを温度上昇幅ΔＴ１として記憶し、出力電圧Ｖｏｕｔを変更した後の温度上昇幅ΔＴを温度上昇幅ΔＴ２として記憶する。そして、温度比較手段３２は、「ΔＴ１＜ΔＴ２」の場合には、温度Ｔが上昇していると判断し、「ΔＴ１＞ΔＴ２」の場合には、温度Ｔが下降していると判断する。温度上昇幅ΔＴを比較することによって、温度Ｔが安定するまで待機することなく、温度Ｔが変動しているかどうかを判断することができ、応答性を向上させることができる。
【００８４】
過熱判断手段３３には、予め設定された制限値ＴＬが登録されている。なお、制限値ＴＬには、制限値ＴＬを中心とした誤差範囲が設定されていてもよい。つまり、電子素子１３の温度Ｔが誤差範囲内であるとき、過熱判断手段３３は、適正状態であると判断し、電圧変更手段３１に出力電圧Ｖｏｕｔを変更しないことを指示する。また、誤差範囲を設定した場合、過熱判断手段３３は、電子素子１３の温度Ｔが誤差範囲の上限より高いときに過熱状態であると判断し、電子素子１３の温度Ｔが誤差範囲の下限より低いときに過熱状態でないと判断すればよい。
【００８５】
制御手段４０は、ゲート駆動回路であって、電界効果トランジスタＳｗ２のゲート電極に接続されている。制御手段４０は、電界効果トランジスタＳｗ２のオン状態とオフ状態とを切り替えることによって、電圧変更手段３１によって指示された電圧Ｖとなるように出力電圧Ｖｏｕｔを制御する。
【００８６】
本発明の実施の形態２に係る電力制御装置２で出力電圧Ｖｏｕｔを変更する場合の処理は、本発明の実施の形態１と同様の処理フロー（図５Ａおよび図５Ｂ参照）を行うので、説明は省略する。
【符号の説明】
【００８７】
１、２ 電力制御装置
１１、１２ 電力変換手段
１３ 電子素子
２０ 温度検知手段
３１ 電圧変更手段
３２ 温度比較手段
３３ 過熱判断手段
４０ 制御手段
５０ 太陽電池
６０ 負荷
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｌ１、Ｌ２ コイル
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗
Ｓｗ１、Ｓｗ２ 電界効果トランジスタ
Ｔｈ１、Ｔｈ２ サーミスタ
ＴＬ 制限値
Ｖｉｎ 入力電圧
Ｖｏｕｔ 出力電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池から入力された電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電力変換手段から出力する出力電圧を制御する制御手段とを備える電力制御装置であって、
前記電力変換手段を構成する電子素子と、
前記電子素子の温度を検知する温度検知手段と、
前記電子素子の温度が予め設定された制限値を超えたとき、前記電子素子が過熱状態であると判断する過熱判断手段と、
前記出力電圧を変更する電圧変更手段と、
前記出力電圧を変更する前後で前記電子素子の温度を比較する温度比較手段とを備え、
前記電圧変更手段は、前記過熱判断手段によって過熱状態であると判断された場合に前記出力電圧を変更し、前記出力電圧を変更した後に前記電子素子の温度が下降したとき、前記出力電圧を変更した方向と同じ方向に変更し、前記出力電圧を変更した後に前記電子素子の温度が上昇したとき、前記出力電圧を変更した方向と反対の方向に変更すること
を特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力制御装置であって、
前記電圧変更手段は、前記過熱判断手段によって過熱状態であると判断されなかった場合に前記出力電圧を変更し、前記出力電圧を変更した後に前記電子素子の温度が上昇したとき、前記出力電圧を変更した方向と同じ方向に変更し、前記出力電圧を変更した後に前記電子素子の温度が下降したとき、前記出力電圧を変更した方向と反対の方向に変更すること
を特徴とする電力制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電力制御装置であって、
前記電圧変更手段は、周期的に前記出力電圧を変更すること
を特徴とする電力制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の電力制御装置であって、
前記電力変換手段は、前記太陽電池から入力された入力電圧を下降させる降圧型チョッパ回路であること
を特徴とする電力制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の電力制御装置であって、
前記電力変換手段は、前記太陽電池から入力された入力電圧を上昇させる昇圧型チョッパ回路であること
を特徴とする電力制御装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の電力制御装置であって、
前記温度検知手段は、サーミスタを含む構成とされていること
を特徴とする電力制御装置。
【請求項１】
太陽電池から入力された電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電力変換手段から出力する出力電圧を制御する制御手段とを備える電力制御装置であって、
前記電力変換手段を構成する電子素子と、
前記電子素子の温度を検知する温度検知手段と、
前記電子素子の温度が予め設定された制限値を超えたとき、前記電子素子が過熱状態であると判断する過熱判断手段と、
前記出力電圧を変更する電圧変更手段と、
前記出力電圧を変更する前後で前記電子素子の温度を比較する温度比較手段とを備え、
前記電圧変更手段は、前記過熱判断手段によって過熱状態であると判断された場合に前記出力電圧を変更し、前記出力電圧を変更した後に前記電子素子の温度が下降したとき、前記出力電圧を変更した方向と同じ方向に変更し、前記出力電圧を変更した後に前記電子素子の温度が上昇したとき、前記出力電圧を変更した方向と反対の方向に変更すること
を特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力制御装置であって、
前記電圧変更手段は、前記過熱判断手段によって過熱状態であると判断されなかった場合に前記出力電圧を変更し、前記出力電圧を変更した後に前記電子素子の温度が上昇したとき、前記出力電圧を変更した方向と同じ方向に変更し、前記出力電圧を変更した後に前記電子素子の温度が下降したとき、前記出力電圧を変更した方向と反対の方向に変更すること
を特徴とする電力制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電力制御装置であって、
前記電圧変更手段は、周期的に前記出力電圧を変更すること
を特徴とする電力制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の電力制御装置であって、
前記電力変換手段は、前記太陽電池から入力された入力電圧を下降させる降圧型チョッパ回路であること
を特徴とする電力制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の電力制御装置であって、
前記電力変換手段は、前記太陽電池から入力された入力電圧を上昇させる昇圧型チョッパ回路であること
を特徴とする電力制御装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の電力制御装置であって、
前記温度検知手段は、サーミスタを含む構成とされていること
を特徴とする電力制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５１８５４（Ｐ２０１３−５１８５４Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８９３９９（Ｐ２０１１−１８９３９９）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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