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直流電源供電系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):7328660閱讀:287來源:國(guó)知局
專利名稱:直流電源供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種直流電源供電系統(tǒng)(system),其使用由交流電源以及自然能(natural energy)發(fā)出直流電力的發(fā)電機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)
例如就太陽能發(fā)電系統(tǒng)而言,太陽能電池(solar cell)的輸出受到天氣的影響較大,且夜晚無法發(fā)電,因此將太陽能電池與商用交流電源加以組合,利用商用交流電源來彌補(bǔ)所述不穩(wěn)定性,以對(duì)電氣設(shè)備供給穩(wěn)定的電力。例如,當(dāng)日照充分時(shí),從太陽能電池進(jìn)行電力供給,當(dāng)日照不足而太陽能電池的輸出電壓下降時(shí),從商用交流電源進(jìn)行電力的供給。而且,將商用交流電壓調(diào)整為與太陽能電池的最大電力點(diǎn)的電壓大致相等的電壓,當(dāng)日照充分時(shí),從太陽能電池進(jìn)行電力供給,當(dāng)日照不足而太陽能電池的輸出下降時(shí), 從太陽能電池供給最大電力,同時(shí)從商用電源補(bǔ)給短缺的電力。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利特開平5-199676號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利特開平5-108176號(hào)公報(bào)在將太陽能電池與商用交流電源組合而成的電源的情況下,當(dāng)日照不足而太陽能電池的輸出電壓下降時(shí),僅從商用交流電源向負(fù)載供給電力,由太陽能電池發(fā)出的電力未得到活用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種廉價(jià)的直流電源供電系統(tǒng),其在利用商用交流電源和自然能這兩者來供給直流電源的系統(tǒng)中,即使在發(fā)電量少時(shí)也能夠有效地利用自然能。本發(fā)明的實(shí)例的直流電源供電系統(tǒng)包括直流電壓電源,利用商用交流電源來輸出規(guī)定電壓;變動(dòng)電壓電源,利用自然能來發(fā)電,并輸出變動(dòng)的電壓;以及防逆流用元件, 對(duì)于所述直流電壓電源以及變動(dòng)電壓電源,將輸出側(cè)彼此同極性地并聯(lián)連接,并將由所述直流電壓電源以及變動(dòng)電壓電源獲得的電力供給至負(fù)載,且,所述變動(dòng)電壓電源在其輸出電壓越低于從所述直流電壓電源輸出的所述規(guī)定電壓而發(fā)電量越少時(shí),向所述負(fù)載間歇性地供給電力。(發(fā)明的效果)本發(fā)明能夠提供一種廉價(jià)的直流電源供電系統(tǒng),其在利用商用交流電源和自然能這兩者來供給直流電源的系統(tǒng)中,即使在發(fā)電量少時(shí)也能夠有效地利用自然能。


[圖1]表示本發(fā)明的第1實(shí)例的直流電源供電系統(tǒng)的概略電路圖。[圖2](a)是從全波整流裝置輸出的全波整流電壓Vl的波形圖,(b)是從DC-DC轉(zhuǎn)換電路輸出的固定的直流電壓的波形圖,(c)是從DC-DC轉(zhuǎn)換電路輸出的直流電壓的波形圖,(d)是輸出到共用的輸出端子間的直流電壓的波形圖。[圖3]表示DC-DC轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓相對(duì)于輸入電壓的變化的相關(guān)圖。[圖4](a)是設(shè)定值的電壓波形圖,(b)是輸出到共用的輸出端子間的直流電壓V4 的波形圖。[圖5]表示照明器具的電源裝置的概略電路圖。[圖6]表示DC-DC轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓相對(duì)于輸入電壓的變化的其他相關(guān)圖。[圖7]表示本發(fā)明的第2實(shí)例的直流電源供電系統(tǒng)的概略電路圖。[圖8]表示太陽能電池的電流(左縱軸)_電壓(橫軸)特性和輸出(右縱軸)_電壓(橫軸)特性的圖。
具體實(shí)施例方式以下,參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的一實(shí)施方式。在本發(fā)明中,發(fā)電機(jī)構(gòu)是由自然能發(fā)出直流電力,直流-直流(Direct current-Direct current,DC-DC)轉(zhuǎn)換電路對(duì)從所述發(fā)電機(jī)構(gòu)輸出的直流電壓進(jìn)行升壓或降壓。在來自所述DC-DC轉(zhuǎn)換電路的直流電壓為從全波整流裝置輸出的全波整流電壓Vl 以上的期間內(nèi),將從所述發(fā)電機(jī)構(gòu)輸出的直流電力供給至負(fù)載。此處,所述發(fā)電機(jī)構(gòu)發(fā)出的直流電力不論其發(fā)電量如何,均供給至負(fù)載側(cè)。實(shí)例1圖1至圖6表示本發(fā)明的第1實(shí)例,是用于說明直流電源供電系統(tǒng)的圖。在圖1中,直流電源供電系統(tǒng)1包括全波整流裝置2、作為發(fā)電機(jī)構(gòu)的太陽能電池 3、DC-DC轉(zhuǎn)換電路4、防逆流用元件fe、5b以及作為負(fù)載的多個(gè)照明器具6與作為電壓檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸出電壓檢測(cè)電路7,該直流電源供電系統(tǒng)1是將全波整流裝置2與太陽能電池3組合而構(gòu)成。全波整流裝置2包含全波整流器,其輸入端子經(jīng)由噪聲濾波器(noise filter)電路8而連接于輸入端子9a、9b。輸入端子9a、9b連接于商用交流電源Vs。噪聲濾波器電路 8具有共模扼流圈(common mode choke coil)Tl。全波整流裝置2的負(fù)極輸出端子經(jīng)由電容器(condenser) Cl而連接于地線(earth) E。全波整流裝置2對(duì)從商用交流電源Vs經(jīng)由噪聲濾波器電路8而提供的交流電壓例如AC200V(額定電壓)進(jìn)行全波整流。該全波整流電壓Vl如圖2 (a)所示,最大值為觀2乂。在圖1中,太陽能電池3是未圖示的多個(gè)太陽能電池彼此串聯(lián)或串并聯(lián)連接而成, 由作為自然能的太陽光發(fā)出電力,并輸出所發(fā)出的直流電力。太陽能電池3的輸出側(cè)連接于DC-DC轉(zhuǎn)換電路4。DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的輸入側(cè)連接于太陽能電池3的輸出側(cè),將從太陽能電池3輸出的直流電力予以輸入。而且,DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的輸出側(cè)以彼此成同極性的方式而并聯(lián)連接于全波整流裝置2的輸出側(cè)。S卩,DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的正極輸出端子經(jīng)由二極管(diode)5 而連接于全波整流裝置2的正極輸出側(cè)以及輸出端子10a,負(fù)極輸出端子經(jīng)由電阻R6而連接于全波整流裝置2的負(fù)極輸出側(cè)以及輸出端子10b。全波整流裝置2的正極輸出端子經(jīng)由二極管恥而連接于輸出端子10a,負(fù)極輸出端子連接于輸出端子10b。輸出端子10a、10b成為全波整流裝置2以及DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的共用輸出端子。DC-DC轉(zhuǎn)換電路4例如為眾所周知的結(jié)構(gòu)的升降壓斬波器(chopper)電路,通過場(chǎng)效應(yīng)晶體管(field effect transistor)Ql、Q2的通斷(ON/OFF)動(dòng)作,對(duì)太陽能電池3 的輸出電壓進(jìn)行斬波(chopping)以輸出直流電壓。即,DC-DC轉(zhuǎn)換電路4包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管Ql以及電流再生用的二極管Dl的串聯(lián)電路,連接于太陽能電池3的輸出間;電感器 (inductor)Ll以及場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q2的串聯(lián)電路,連接于二極管Dl的兩端間;以及防逆流用的二極管D2以及平滑用電容器C2的串聯(lián)電路,連接于場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q2的漏極(drain)、 源極(source)間。場(chǎng)效應(yīng)晶體管Ql、Q2各自的柵極(gate)連接于控制電路11。DC-DC轉(zhuǎn)換電路4藉由控制電路11在場(chǎng)效應(yīng)晶體管Ql導(dǎo)通的狀態(tài)下對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q2進(jìn)行通斷控制,進(jìn)行升壓斬波器動(dòng)作,并藉由控制電路11在場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q2斷開的狀態(tài)下對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管Ql進(jìn)行通斷控制,進(jìn)降壓斬波器動(dòng)作。由此,在平滑用電容器C2 的兩端產(chǎn)生DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的輸出直流電壓。并且,在DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的輸入側(cè),連接著輸入電壓檢測(cè)電路12以及輸入電流檢測(cè)電路13。輸入電壓檢測(cè)電路12包含電阻Rl以及電阻R2的串聯(lián)電路,對(duì)從太陽能電池 3輸出的直流電壓(DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的輸入電壓)進(jìn)行檢測(cè)。輸入電流檢測(cè)電路13包含電阻R3,基于電阻R3的兩端電壓來檢測(cè)從太陽能電池3輸出的直流電流(DC-DC轉(zhuǎn)換電路 4的輸入電流)。檢測(cè)到的DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的輸入電壓以及輸入電流被輸入至控制電路 11。而且,在DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的輸出側(cè),連接著作為電壓檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸出電壓檢測(cè)電路7以及輸出電流檢測(cè)電路14。輸出電壓檢測(cè)電路7包含電阻R4以及電阻R5的串聯(lián)電路,對(duì)從DC-DC轉(zhuǎn)換電路4輸出的直流電壓(輸出電壓)進(jìn)行檢測(cè)。輸出電流檢測(cè)電路14 包含電阻R6,基于電阻R6的兩端間電壓來檢測(cè)從DC-DC轉(zhuǎn)換電路4輸出的直流電流(輸出電流)。DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的輸出電壓值以及輸出電流值被輸入至控制電路11??刂齐娐?1根據(jù)DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的輸入電壓以及輸入電流來運(yùn)算輸入電力,根據(jù)DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的輸出電壓以及輸出電流來運(yùn)算輸出電力。而且,控制電路11對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q1、Q2進(jìn)行通斷控制,以使分別運(yùn)算出的輸出電力小于輸入電力。這是因?yàn)?,一旦輸出電力大于輸入電力,則太陽能電池3的輸出電壓會(huì)降低,轉(zhuǎn)換效率將下降。而且,控制電路11在從太陽能電池3輸出的直流電壓V2 (DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的輸入電壓)為預(yù)先設(shè)定的規(guī)定值以上時(shí),對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q1、Q2進(jìn)行通斷控制,以在平滑用電容器C2的兩端間產(chǎn)生固定的直流電壓。此時(shí),控制電路11將晶體管Q2斷開,并調(diào)節(jié)針對(duì)晶體管Ql的通斷信號(hào)的占空(duty)比,以將DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的輸出電壓控制為固定的直流電壓。固定的直流電壓被設(shè)定為從全波整流裝置2輸出的全波整流電壓Vl (AC200V)的最大值Q82V)以上。此處,如圖2(a)所示,固定的直流電壓Vb被設(shè)定為比最大值Q82V) 稍大的300V。而且,規(guī)定值可例如是被設(shè)定為如下的下限值,該下限值是太陽能電池3通過充分的日照而充分發(fā)電,且作為負(fù)載的照明器具6能夠通過該發(fā)出的電力來動(dòng)作的直流電壓(輸出電壓)范圍的值??刂齐娐?1如圖3所示,當(dāng)從太陽能電池3輸出的直流電壓V2低于預(yù)先設(shè)定的規(guī)定值Va時(shí),對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q1、Q2進(jìn)行通斷控制,以使平滑用電容器C2的兩端間產(chǎn)生與從太陽能電池3輸出的直流電壓V2相應(yīng)的直流電壓。例如,隨著因日照的下降而從太陽能電池3輸出的直流電壓V2從規(guī)定值Va逐漸下降,平滑用電容器C2的兩端間產(chǎn)生從固定的直流電壓(300V)開始與輸入電壓V2(太陽能電池輸出電壓)成正比地下降的直流電壓。相反地,隨著當(dāng)日照上升時(shí)從太陽能電池3輸出的直流電壓V2逐漸增加,在平滑用電容器C2 的兩端間產(chǎn)生與輸入電壓(太陽能電池輸出電壓)正比地增加的直流電壓V3。S卩,DC-DC 轉(zhuǎn)換電路4以下述方式進(jìn)行動(dòng)作,S卩,當(dāng)日照不夠充分而發(fā)電量少時(shí),輸出相對(duì)于從太陽能電池3輸出的直流電壓V2而逐漸成正比地增減的直流電壓,當(dāng)日照充分而從太陽能電池3 輸出的直流電壓V2為規(guī)定值Va以上時(shí),輸出固定的直流電壓(300V)。而且,控制電路11在輸出電壓檢測(cè)電路7檢測(cè)到的輸出電壓V3為預(yù)先設(shè)定的設(shè)定值Vc以下時(shí),停止場(chǎng)效應(yīng)晶體管Ql、Q2的通斷動(dòng)作,停止來自DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的輸出電壓(直流電壓)V3的輸出。設(shè)定值Vc被設(shè)定為大幅低于所述固定的直流電壓Vb (300V) 的電壓值,如圖4(a)所示,設(shè)定值Vc是例如被設(shè)定為接近OV的DC50V。由此,DC-DC轉(zhuǎn)換電路4相對(duì)于從太陽能電池3輸出的直流電壓V2,輸出從設(shè)定值(50V)到固定的直流電壓 (300V)為止的電壓。防逆流用元件如、恥為二極管,各自的陰極(cathode)側(cè)共同連接,在比輸出端子 10a、IOb更靠近全波整流裝置2側(cè)以及DC-DC轉(zhuǎn)換電路4側(cè),分別連接于全波整流裝置2的正極輸出端子側(cè)以及DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的正極輸出端子側(cè)。防逆流用元件如、恥阻止輸出電流的逆流。如此,防逆流用元件5ajb將全波整流裝置2與DC-DC轉(zhuǎn)換電路4 (太陽能電池3) 予以結(jié)合。輸出端子10a、10b為全波整流裝置2以及DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的共用的輸出端。 防逆流用元件fe、5b的陰極側(cè)均連接于輸出端子10a,輸出端子IOb連接于全波整流裝置2 以及DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的負(fù)極輸出端子。作為負(fù)載的照明器具6是使發(fā)光二極管15呈面狀排列。多個(gè)照明器具6連接于輸出端子10a、10b間。在照明器具6的內(nèi)部,配設(shè)有圖5所示的電源裝置16,該電源裝置 16是形成為,輸入規(guī)定范圍的電壓例如250V 330V,并對(duì)發(fā)光二極管15供給規(guī)定電流以對(duì)發(fā)光二極管15點(diǎn)燈。發(fā)光二極管15通過點(diǎn)燈而放射出可見光,例如白色光。在照明器具6的至少1個(gè)上,連接著傳感器(sensor)裝置17。該傳感器裝置16 例如為人感傳感器或照度傳感器等。并且,電源裝置16對(duì)應(yīng)于傳感器裝置17的動(dòng)作來對(duì)發(fā)光二極管15點(diǎn)燈/熄燈或調(diào)光點(diǎn)燈。電源裝置16如圖5所示,是具有降壓斬波器電路18而構(gòu)成,該降壓斬波器電路18 被輸入直流電壓且可響應(yīng)電壓的變動(dòng)。降壓斬波器電路18具有二極管D3以及場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q3的串聯(lián)電路,連接于電源裝置16的輸入端子10c、10d ;以及電感器L2以及平滑用電容器C3的串聯(lián)電路,連接于二極管D3,且場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q3由控制電路20來進(jìn)行通斷控制。平滑用電容器C3的兩端連接于電源裝置16的輸出端子21a、21b。在該輸出端子21a、 21b上,并聯(lián)連接著多個(gè)LED電路22。LED電路22是將多個(gè)發(fā)光二極管15串聯(lián)連接而形成。并且,在輸入端子10c、IOd間連接著電容器C4。電容器C4的負(fù)極側(cè)經(jīng)由電容器 C5而連接于地線E。而且,在降壓斬波器電路18的平滑用電容器C3的負(fù)極側(cè)以及輸出端子21b間,連接著電源裝置16的輸出電流檢測(cè)電路23。輸出電流檢測(cè)電路23包含電阻R7, 通過電阻R7的兩端間產(chǎn)生的電壓來檢測(cè)流經(jīng)發(fā)光二極管15的電流,并輸出至控制電路20。在控制電路20上連接著傳感器裝置17。輸入端子10c、IOd連接于全波整流裝置2以及DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的共用的輸出端子10a、10b。并且,對(duì)輸入端子10c、10d間,輸入從全波整流裝置2輸出的全波整流電壓 Vl (最大值觀2力以及從DC-DC轉(zhuǎn)換電路4輸出的直流電壓V3的二極管或輸出電壓。艮口, 對(duì)輸入端子10c、10d間,供給全波整流電壓Vl與轉(zhuǎn)換電路4的輸出直流電壓V3中的較高的電壓。該二極管或輸出電壓由降壓斬波器電路18轉(zhuǎn)換為適合于LED電路22的電壓。艮口, 控制電路20對(duì)降壓斬波器電路18的場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q3進(jìn)行通斷控制,以使恒電流流經(jīng)發(fā)光二極管15,進(jìn)而使平滑用電容器C3的兩端間產(chǎn)生恒電壓例如DC90V。而且,控制電路20對(duì)應(yīng)于傳感器裝置17的動(dòng)作來對(duì)發(fā)光二極管15點(diǎn)燈/熄燈或調(diào)光點(diǎn)燈。接下來,闡述本發(fā)明的第1實(shí)例的作用。在圖1中,當(dāng)接通商用交流電源Vs(AC200V)時(shí),從全波整流裝置2向輸出端子 10a、IOb間輸出圖2 (a)所示的全波整流電壓VI。而且,當(dāng)太陽能電池3通過太陽光的日照來發(fā)電時(shí),向輸出端子10a、IOb間輸出從DC-DC轉(zhuǎn)換電路4輸出的直流電壓V3。并且,在從DC-DC轉(zhuǎn)換電路4輸出的直流電壓V3為從全波整流裝置2輸出的全波整流電壓Vl以上的期間內(nèi),將從DC-DC轉(zhuǎn)換電路4輸出的直流電壓V3輸入至作為負(fù)載的照明器具6,在從 DC-DC轉(zhuǎn)換電路4輸出的直流電壓V3低于從全波整流裝置2輸出的全波整流電壓Vl的期間,將從全波整流裝置2輸出的全波整流電壓Vl輸入至照明器具6。照明器具6的電源裝置16對(duì)發(fā)光二極管15供給恒電流。藉此,對(duì)發(fā)光二極管15點(diǎn)燈,從照明器具6射出可見光,例如白色光。當(dāng)太陽光的日照充分而太陽能電池3的輸出電壓V2達(dá)到規(guī)定值Va以上的電壓時(shí),DC-DC轉(zhuǎn)換電路4如圖2(b)所示,輸出電壓值不會(huì)發(fā)生變動(dòng)的固定的直流電壓 Vb(300V)。由于該固定的直流電壓Vb比從全波整流裝置2輸出的全波整流電壓Vl的最大值Q82V)大,因此照明器具6被輸入該固定的直流電壓Vb。照明器具6藉由太陽能電池3 發(fā)出的電力來進(jìn)行動(dòng)作。并且,當(dāng)太陽光的日照弱而從太陽能電池3輸出低于規(guī)定值Va的直流電壓時(shí), DC-DC轉(zhuǎn)換電路4輸出與從太陽能電池3輸出的直流電壓V2相應(yīng)的直流電壓。即,DC-DC 轉(zhuǎn)換電路4如圖3所示,與因日照弱造成的從太陽能電池3輸出的直流電壓V2的下降成比例地使輸出電壓V3下降。而且,當(dāng)日照弱而從DC-DC轉(zhuǎn)換電路4輸出的直流電壓V3為從全波整流裝置2輸出的全波整流電壓Vl的最大值082V)以下時(shí),在輸出端子10a、10b間產(chǎn)生全波整流電壓 Vl與從DC-DC轉(zhuǎn)換電路4輸出的直流電壓V3的二極管或輸出電壓被輸入至照明器具6。例如,如圖2(c)所示,當(dāng)從DC-DC轉(zhuǎn)換電路4輸出140V的直流電壓時(shí),在輸出端子10a、10b 間產(chǎn)生圖2 (d)所示的二極管或輸出電壓V4。在從DC-DC轉(zhuǎn)換電路4輸出的直流電壓V3低于從全波整流裝置2輸出的全波整流電壓Vl的期間Ta內(nèi),將全波整流電壓Vl輸入至照明器具6。在從DC-DC轉(zhuǎn)換電路4輸出的直流電壓V3為全波整流電壓Vl以上的期間Tb內(nèi),將從DC-DC轉(zhuǎn)換電路4輸出的直流電壓V3輸入至照明器具6。S卩,在期間Tb內(nèi),對(duì)照明器具6供給與太陽能電池3發(fā)出的電力量相應(yīng)的直流電力,在此期間,從商用交流電源Vs向全波整流裝置2輸入的輸入電力(輸入電流)被削減。這樣,即使在日照弱的情況下,也能有效地利用太陽光能。
進(jìn)而,當(dāng)太陽光的日照弱而從太陽能電池3輸出的直流電壓V2變低,從而從DC-DC 轉(zhuǎn)換電路4輸出的直流電壓V3變?yōu)轭A(yù)先設(shè)定的設(shè)定值Vc以下時(shí),DC-DC轉(zhuǎn)換電路4停止場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q1、Q2的通斷動(dòng)作,使輸出電壓(直流電壓)的輸出停止。例如,如圖4(a) 所示,DC-DC轉(zhuǎn)換電路4在輸出電壓V3下降到設(shè)定值Vc即50V以下時(shí),停止電壓輸出。由此,對(duì)輸出端子10a、10b間,如圖4(b)的期間Tb'所示,輸出從全波整流裝置2輸出的全波整流電壓VI,對(duì)照明器具6輸入全波整流電壓VI。即使從DC-DC轉(zhuǎn)換電路4輸出低于設(shè)定值(例如50V)的直流電壓,如圖4(b)所示,全波整流電壓Vl以上的期間Tb'也非常小。即,即使從DC-DC轉(zhuǎn)換電路4輸出低于設(shè)定值Vc的直流電壓,太陽能電池3發(fā)出的直流電力也非常小。因而,此時(shí)即使將來自DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的直流電力供給至作為負(fù)載的照明器具6,太陽能的利用效率也較低,停止DC-DC 轉(zhuǎn)換電路4的驅(qū)動(dòng)電力對(duì)于能量消耗效率更有利。而且,DC-DC轉(zhuǎn)換電路4通常在輸出電壓為規(guī)定電壓Vc (例如50V)以下時(shí)動(dòng)作會(huì)變得不穩(wěn)定。要使DC-DC轉(zhuǎn)換電路4在該規(guī)定電壓Vc以下的輸出電壓區(qū)域內(nèi)也能穩(wěn)定地動(dòng)作,必須仔細(xì)且精度良好地進(jìn)行場(chǎng)效應(yīng)晶體管Ql、Q2的通斷控制,從而要耗費(fèi)成本。因此,DC-DC轉(zhuǎn)換電路4較佳的構(gòu)成為,在從規(guī)定電壓Vc到固定的直流電壓(300V)的范圍內(nèi)輸出直流電壓。如上所述,DC-DC轉(zhuǎn)換電路4對(duì)輸出端子10a、10b間輸出相對(duì)于從太陽能電池3輸出的直流電壓而逐漸增減的直流電壓,并且對(duì)作為負(fù)載的照明器具6供給太陽能電池3發(fā)出的直流電力而不論其電力量如何。詳細(xì)而言,除了 DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的輸出電壓為設(shè)定值Vc(50V)以下的情況以外,不論日照量如何,均對(duì)負(fù)載供給太陽能。因而,能夠?qū)⒂商柲茈姵?發(fā)出的電力,即太陽(自然)能,有效地供給至照明器具6。其結(jié)果,能夠?qū)崿F(xiàn)直流電源供電系統(tǒng)1中的商用交流電源Vs的省電。而且,由于采用了將全波整流裝置2以及 DC-DC轉(zhuǎn)換電路4并聯(lián)連接的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu),因此能夠廉價(jià)地形成直流電源供電系統(tǒng)1。并且,DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的最大輸出為固定的直流電壓(300V),因此即使日照變強(qiáng)而太陽能電池3的發(fā)電量變得相當(dāng)大,也能夠防止有過電壓輸入至照明器具6。而且,DC-DC轉(zhuǎn)換電路4是形成為,當(dāng)輸出的直流電壓為預(yù)先設(shè)定的設(shè)定值Vc以下時(shí)停止電壓輸出,因此能夠避免從太陽能電池3輸出的直流電壓小時(shí)的不穩(wěn)定的調(diào)整, 且能夠防止電路結(jié)構(gòu)的高功能化。由此,能夠廉價(jià)地構(gòu)成直流電源供電系統(tǒng)1。另外,直流電源供電系統(tǒng)1也可兼用作為防逆流用元件的防逆流用二極管fe、5b 和全波整流裝置2的二極管以及DC-DC轉(zhuǎn)換電路4的二極管D2而構(gòu)成。而且,DC-DC轉(zhuǎn)換電路4如圖6所示般形成為,相對(duì)于輸入電壓,即從太陽能電池 3輸出的直流電壓V2,輸出超過300V而逐漸增減的直流電壓V3。此時(shí),有時(shí)會(huì)對(duì)負(fù)載供給高于固定的直流電壓(例如DC300V)而超過允許范圍的直流電壓,但只要構(gòu)成為在負(fù)載側(cè)調(diào)整該直流電壓即可。實(shí)例2圖7是表示本發(fā)明的第2實(shí)例的直流電源供電系統(tǒng)30的概略電路圖。直流電源供電系統(tǒng)30具有直流電源電路32、作為發(fā)電機(jī)構(gòu)的太陽能電池3、作為選擇機(jī)構(gòu)的第1防逆流用元件34以及第2防逆流用元件35、多個(gè)照明器具36、平滑濾波器電路37、作為電壓檢測(cè)機(jī)構(gòu)的電壓檢測(cè)電路38以及作為升壓機(jī)構(gòu)的升壓電路39,該直流電源供電系統(tǒng)30是將直流電源電路32與太陽能電池3組合而構(gòu)成。直流電源電路32由全波整流電路40以及升壓斬波器電路41形成。全波整流電路40是具有全波整流器42、噪聲濾波器電路43以及電容器Cll而形成。噪聲濾波器電路 43是具有變壓器(transformeiOTll而形成。并且,全波整流器42的輸入端子經(jīng)由噪聲濾波器電路43而連接于商用交流電源Vs。在全波整流器42的輸出端子間連接著電容器Cl 1。 電容器Cll的低電位側(cè)經(jīng)由電容器C12而連接于地線E。全波整流器42對(duì)來自商用交流電源Vs的交流電壓,例如AC100V,進(jìn)行全波整流, 并將該全波整流電壓輸出至電容器Cll的兩端間。電容器Cll是作為噪聲濾波器用而發(fā)揮功能,其電容值例如設(shè)定為0. 47 μ F0升壓斬波器電路41是通過場(chǎng)效應(yīng)晶體管Qll的通斷動(dòng)作來對(duì)全波整流電路40的輸出電壓進(jìn)行斬波,以輸出規(guī)定的直流電壓,且該升壓斬波器電路41由眾所周知的結(jié)構(gòu)所形成。即,升壓斬波器電路41是具有以下部分而構(gòu)成電感器Lll以及場(chǎng)效應(yīng)晶體管Qll 的串聯(lián)電路,連接于全波整流器42的輸出端子間;二極管Dll以及平滑用電容器C13的串聯(lián)電路,連接于場(chǎng)效應(yīng)晶體管Qll的漏極以及源極間;以及電壓檢測(cè)電路48,包含電阻Rll 以及電阻R12。場(chǎng)效應(yīng)晶體管Qll的柵極連接于第1控制電路44。電壓檢測(cè)電路48的檢測(cè)電壓被供給至第1控制電路44。第1控制電路44控制對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管Qll的柵極信號(hào)的占空比,以在平滑用電容器C13的兩端間產(chǎn)生規(guī)定的直流電壓例如380V。這樣,直流電源電路 32將商用交流電源Vs的交流電壓,例如AC100V,轉(zhuǎn)換為規(guī)定的直流電壓,例如DC380V,并將其輸出。太陽能電池3是由多個(gè)太陽能電池串聯(lián)或串并聯(lián)連接而成,由作為自然能的太陽光發(fā)出電力。太陽能電池3的輸出端連接著電容器C15,并且連接于升壓電路39的輸入端。 升壓電路39的正側(cè)輸出端經(jīng)由防逆流用元件35而連接于直流電源電路32的輸出側(cè)。第1防逆流用元件34以及第2防逆流用元件35分別包含二極管,各自的陰極側(cè)共同連接。第1防逆流用元件34連接于直流電源電路32的高電位側(cè),第2防逆流用元件 35連接于太陽能電池32的高電位側(cè)。第1防逆流用元件34以及第2防逆流用元件35阻止輸出電流發(fā)生逆流。全波整流電路40、升壓斬波器電路41以及太陽能電池3的低電位側(cè)在節(jié)點(diǎn) (Iiode)B處共同連接。第1防逆流用元件34以及第2防逆流用元件35各自的陰極側(cè)在節(jié)點(diǎn)A處共同連接。這樣,將直流電源電路32與太陽能電池加以組合,節(jié)點(diǎn)A以及節(jié)點(diǎn)B成為直流電源電路32以及太陽能電池3的共用的輸出端子。在共用的輸出端子A以及輸出端子B間,產(chǎn)生從直流電源電路32輸出的規(guī)定的直流電壓,例如DC380V,以及從太陽能電池 3側(cè)輸出的輸出電壓中較大的電壓。照明器具36是將作為照明負(fù)載的發(fā)光二極管(LED) 45呈面狀排列而成,多個(gè)照明器具36連接于所述共用的輸出端子A以及輸出端子B間。在照明器具36的內(nèi)部,配設(shè)有未圖示的電源裝置,該電源裝置是形成為,輸入規(guī)定范圍的電壓例如370V 400V,并對(duì)發(fā)光二極管45供給規(guī)定電流以使發(fā)光二極管45點(diǎn)燈。發(fā)光二極管45通過點(diǎn)燈而放射出可見光,例如白色光。在照明器具36的至少1個(gè)上,連接著傳感器裝置46。該傳感器裝置46例如為人感傳感器或照度傳感器等。并且,電源裝置對(duì)應(yīng)于傳感器裝置46的動(dòng)作來對(duì)發(fā)光二極管45 點(diǎn)燈/熄燈或調(diào)光點(diǎn)燈。所述共用的輸出端子間的電壓會(huì)對(duì)應(yīng)于該負(fù)載變動(dòng)而發(fā)生變動(dòng)。 即,輸入至電源裝置的輸入電壓會(huì)發(fā)生變動(dòng)。平滑濾波器電路37包含電感器L12以及電容器C14,電容器C14在所述共用的輸出端子間,串聯(lián)地連接于電感器L12以及輸出端子間。平滑濾波器電路37在共用的輸出端子間的電壓短時(shí)間或者急遽變動(dòng)時(shí),起到抑制該電壓變動(dòng)的作用。即,當(dāng)共用的輸出端子間的電壓上升時(shí),電流從共用的輸出端子間的高電位側(cè)向低電位側(cè)流至平滑濾波器電路37。 由此,共用的輸出端子間的電壓上升得到抑制。而且,當(dāng)共用的輸出端子間的電壓下降時(shí), 電感器L12中蓄積的電磁能量引起的電流或電容器C14的放電電流從平滑濾波器電路37 流向共用的輸出端子間的高電位側(cè)。由此,共用的輸出端子間的電壓下降得到抑制。對(duì)于所述共用的輸出端子間的電壓發(fā)生變動(dòng)的情況,除了上述照明器具36的負(fù)載變動(dòng)以外,還可例如為來自升壓電路39(太陽能電池幻側(cè)的輸出變動(dòng)。即,太陽能電池 3例如在太陽光被云等遮住時(shí),其輸出電壓將急遽變化。電壓檢測(cè)電路38包含電阻R13以及電阻R14的串聯(lián)電路,且連接于所述共用的輸出端子間,以對(duì)在共用的輸出端子間產(chǎn)生的電壓進(jìn)行檢測(cè)。電壓檢測(cè)電路38對(duì)來自直流電源電路32的規(guī)定直流電壓例如DC380V與超過該規(guī)定直流電壓的升壓電路39的輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)。另一方面,升壓電路39具有電感器L13、場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q12、二極管D12、平滑用電容器C16、電壓檢測(cè)電路49以及第2控制電路47,且是與上述升壓斬波器電路41同樣地形成。并且,第2控制電路47通過對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q12進(jìn)行通斷動(dòng)作,以將太陽能電池3的輸出電壓升壓至數(shù)倍至數(shù)十倍,并輸出至所述共用的輸出端子間。而且,第2控制電路47輸入電壓檢測(cè)電路38檢測(cè)到的在所述共用的輸出端子間產(chǎn)生的電壓,當(dāng)該電壓為規(guī)定值以上時(shí),例如DC420V以上,控制場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q12的通斷動(dòng)作,使升壓電路39的輸出電壓降低,以從升壓電路39輸出低于規(guī)定值的直流電壓。接下來,闡述本發(fā)明的第2實(shí)例的作用。當(dāng)接通商用交流電源Vs時(shí),從直流電源電路32將規(guī)定的直流電壓,例如DC380V, 從直流電源電路32輸出至共用的輸出端子A以及輸出端子B間。而且,當(dāng)太陽能電池3通過太陽光的日照來發(fā)電時(shí),發(fā)出的直流電壓經(jīng)升壓電路39升壓后,輸出至所述共用的輸出端子間。將從直流電源電路32輸出的規(guī)定的直流電壓,例如DC380V,以及從太陽能電池3 側(cè)輸出的輸出電壓中的較大的電壓輸入至照明器具36。在太陽能電池3進(jìn)行通常的發(fā)電時(shí),從升壓電路39輸出例如DC390V。照明器具36的電源裝置對(duì)發(fā)光二極管45供給規(guī)定的電流。由此,對(duì)發(fā)光二極管45點(diǎn)燈,從照明器具36出射可見光,例如白色光。圖8表示太陽能電池3的電流(左縱軸)_電壓(橫軸)特性與輸出(右縱軸)_電壓(橫軸)特性。電壓Vth是可經(jīng)升壓電路39升壓后成為規(guī)定電壓的電壓值,例如DC380V, 電壓Vp是太陽能電池3的最大電力點(diǎn)電壓,即最大電力產(chǎn)生時(shí)的輸出電壓。當(dāng)接通電源Vs時(shí),第2控制電路47開始升壓電路39的動(dòng)作,電壓被供給至C16。 當(dāng)太陽能電池3的輸出電壓V5超過Vth時(shí)(狀態(tài)S 1),升壓電路39的輸出電壓V6達(dá)到上述規(guī)定電壓以上,從升壓電路39向照明器具36供給電力。此時(shí),從直流電源電路32朝向照明器具36的電流停止。當(dāng)日照足夠強(qiáng)或者負(fù)載36的電力消耗少時(shí),輸出電壓V5為超過最大電力點(diǎn)電壓VP的電壓,太陽能電池3可進(jìn)行動(dòng)作(狀態(tài)S2)。當(dāng)因云等造成日照變?nèi)醵敵鲭妷篤5逐漸下降并低于Vth時(shí),從直流電源電路32 向照明器具36供給電力。當(dāng)輸出電壓V5下降至Vth以下的電壓VI時(shí)(狀態(tài)S3),第2控制電路47停止升壓電路39的動(dòng)作(狀態(tài)S4)。此時(shí),無電流流經(jīng)升壓電路39,但如果日照繼續(xù),則不論日照的強(qiáng)弱如何,太陽能電池3均向電容器C15中蓄積電荷,輸出電壓V5逐漸上升。當(dāng)輸出電壓V5達(dá)到例如超過最大電力點(diǎn)電壓Vp的規(guī)定電壓Vh時(shí)(狀態(tài)S5),第 2控制電路47再次開始升壓電路39的動(dòng)作(狀態(tài)S6)。此時(shí),輸出電壓V5為閾值電壓Vth 以上,因此從升壓電路39向照明器具36供給電力,從直流電源電路32朝向照明器具36的
電流停止。此處,如果日照弱的狀態(tài)持續(xù)下去,則輸出電壓V5將下降至比閾值電壓Vth低的電壓VI(狀態(tài)S3)。于是,第2控制電路47停止升壓電路39的動(dòng)作(狀態(tài)S4)。一旦如此般日照弱的狀態(tài)持續(xù)下去,則第2控制電路47控制升壓電路39的動(dòng)作,重復(fù)狀態(tài)S2、S3、 S4、S5、S2 ο如上所述,根據(jù)本實(shí)例,即使在日照弱而經(jīng)升壓電路升壓的電壓為直流電源電路 32的規(guī)定輸出電壓例如DC380V以下的情況下,也能將太陽能電池的電力間歇性地供給至負(fù)載36。因而,能夠有效地活用太陽能電池的電力,從而可實(shí)現(xiàn)節(jié)能動(dòng)作。另外,即使無電容器C15,本實(shí)例的動(dòng)作也能進(jìn)行,當(dāng)然,設(shè)置電容器C15能夠更有效地活用太陽能。接下來,對(duì)本實(shí)施方式的平滑濾波器電路37進(jìn)行說明。在接通電源Vs后,傳感器裝置46進(jìn)行動(dòng)作,當(dāng)對(duì)照明器具36的發(fā)光二極管45進(jìn)行點(diǎn)燈/熄燈或調(diào)光點(diǎn)燈時(shí),因該負(fù)載變動(dòng)而在所述共用的輸出端子間產(chǎn)生電壓變動(dòng)。當(dāng)該電壓變動(dòng)為電壓上升時(shí),電流從所述輸出間的高電位側(cè)經(jīng)由平滑濾波器電路37而流向低電位側(cè),當(dāng)所述電壓變動(dòng)為電壓下降時(shí),電流從平滑濾波器電路37側(cè)流向所述共用的輸出端子間的高電位側(cè)。由此,所述共用的輸出間的電壓變動(dòng)得到抑制。而且,在來自太陽能電池3側(cè)的輸出電壓高于從直流電源電路32輸出的規(guī)定的直流電壓例如DC380V,且在所述共用的輸出端子間產(chǎn)生來自太陽能電池3側(cè)的輸出電壓時(shí), 例如當(dāng)太陽光的日照忽強(qiáng)忽弱而來自太陽能電池3側(cè)的輸出電壓急遽變化時(shí),在所述共用的輸出端子間產(chǎn)生急遽的電壓變動(dòng)。針對(duì)該電壓變動(dòng),借助上文說明的平滑濾波器電路37 的作用,所述共用的輸出端子間的電壓變動(dòng)得到抑制。如上所述,即使存在照明器具36的負(fù)載變動(dòng)或太陽能電池3側(cè)的輸出變動(dòng),通過平滑濾波器電路37的上述作用,也能抑制直流電源電路32以及太陽能電池3側(cè)的共用的輸出端子間的電壓變動(dòng),因此能夠防止向照明器具36的電源裝置輸入急遽的電壓變化。由此,能夠從照明器具36射出穩(wěn)定的可見光(照明光)。并且,當(dāng)太陽光的日照進(jìn)一步變強(qiáng),從太陽能電池3側(cè)輸出的輸出電壓上升,而所述共用的輸出端子間的電壓達(dá)到規(guī)定值例如420V以上時(shí),第2控制電路47控制場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q12的通斷動(dòng)作(減小占空比),以從升壓電路39輸出低于規(guī)定值的直流電壓。由此, 對(duì)照明器具36的電源裝置輸入低于規(guī)定值的直流電壓。這樣,當(dāng)來自太陽能電池3側(cè)的輸出電壓達(dá)到規(guī)定值以上時(shí),能夠防止對(duì)照明器具36的電源裝置輸入大幅超過輸入的規(guī)定范圍370V 400V的過電壓。由此,能夠防止照明器具36的電源裝置等的故障或破壞等。
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另外,升壓電路39也可形成為,當(dāng)來自太陽能電池3側(cè)的輸出電壓達(dá)到規(guī)定值以上時(shí),完全阻斷對(duì)所述共用的輸出端子間的輸出。而且,作為選擇機(jī)構(gòu)的第1 二極管D4以及第2 二極管D5也能以兼用作升壓斬波器電路41的二極管Dll以及升壓電路39的二極管D12的方式,而構(gòu)成升壓斬波器電路41 以及升壓電路39。以上的說明為本發(fā)明的實(shí)施方式,并不限定本發(fā)明的裝置以及方法,能夠容易地實(shí)施各種變形例。例如,能夠通過上述實(shí)施方式中揭示的多個(gè)構(gòu)成要素的適當(dāng)組合來構(gòu)成各種發(fā)明。而且,本發(fā)明能夠利用在太陽能發(fā)電系統(tǒng)或風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等利用自然能的發(fā)電系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1.一種直流電源供電系統(tǒng),其特征在于包括直流電壓電源,利用商用交流電源來輸出規(guī)定電壓; 變動(dòng)電壓電源,利用自然能來發(fā)電,并輸出變動(dòng)的電壓;以及防逆流用元件,對(duì)于所述直流電壓電源以及變動(dòng)電壓電源,將輸出側(cè)彼此同極性地并聯(lián)連接,并將由所述直流電壓電源以及變動(dòng)電壓電源獲得的電力供給至負(fù)載,且當(dāng)所述變動(dòng)電壓電源的輸出電壓低于從所述直流電壓電源輸出的所述規(guī)定電壓時(shí),能夠暫時(shí)停止從所述變動(dòng)電壓電源向所述負(fù)載的電力供給。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電源供電系統(tǒng),其特征在于,所述直流電壓源包括全波整流裝置,該全波整流裝置對(duì)所述交流電源的交流電壓進(jìn)行全波整流,所述變動(dòng)電壓電源包括發(fā)電機(jī)構(gòu)以及直流-直流轉(zhuǎn)換電路,所述發(fā)電機(jī)構(gòu)是從自然能發(fā)出直流電力并輸出直流電壓,所述直流-直流轉(zhuǎn)換電路對(duì)從所述發(fā)電機(jī)構(gòu)輸出的直流電壓進(jìn)行升壓或降壓,對(duì)所述防逆流用元件的輸出側(cè),提供所述全波整流裝置輸出電壓與所述直流-直流轉(zhuǎn)換電路輸出電壓中的較高的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流電源供電系統(tǒng),其特征在于包括 電壓檢測(cè)機(jī)構(gòu),對(duì)所述直流-直流轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓進(jìn)行檢測(cè),所述直流-直流轉(zhuǎn)換電路形成為,當(dāng)所述電壓檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)到的輸出電壓為預(yù)先設(shè)定的設(shè)定值以下時(shí),停止電壓輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流電源供電系統(tǒng),其特征在于包括 電壓檢測(cè)機(jī)構(gòu),對(duì)所述直流-直流轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓進(jìn)行檢測(cè);以及控制機(jī)構(gòu),當(dāng)所述直流-直流轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓超過規(guī)定值時(shí),控制所述直流-直流轉(zhuǎn)換電路使該輸出電壓低于該規(guī)定值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電源供電系統(tǒng),其特征在于,所述直流電壓電源包括恒電壓電路,該恒電壓電路將所述交流電源的交流電壓轉(zhuǎn)換成固定直流電壓,所述變動(dòng)電壓電源包括 發(fā)電機(jī)構(gòu),由自然能發(fā)出電力;升壓機(jī)構(gòu),對(duì)所述發(fā)出的電力的電壓進(jìn)行升壓,并輸出至所述防逆流用元件;以及控制機(jī)構(gòu),控制所述升壓機(jī)構(gòu),以當(dāng)即使利用所述升壓機(jī)構(gòu)來對(duì)所述發(fā)電機(jī)構(gòu)的輸出電壓進(jìn)行升壓也滿足不了所述固定直流電壓時(shí),停止所述升壓機(jī)構(gòu)的動(dòng)作,當(dāng)所述發(fā)電機(jī)構(gòu)的輸出電壓在升壓后達(dá)到所述固定直流電壓以上的電壓時(shí),再次開始所述升壓機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流電源供電系統(tǒng),其特征在于包括平滑濾波器電路,連接于所述防逆流用元件與所述負(fù)載之間,對(duì)隨所述發(fā)電機(jī)構(gòu)的輸出變動(dòng)而變化的所述變動(dòng)電壓電源的輸出電壓變動(dòng)進(jìn)行抑制。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)例的直流電源供電系統(tǒng)1包括直流電壓電源2,利用商用交流電源來輸出規(guī)定電壓;變動(dòng)電壓電源3、4,利用自然能來發(fā)電,并輸出變動(dòng)的電壓;以及防逆流用元件5a、5b,對(duì)于所述直流電壓電源以及變動(dòng)電壓電源,將輸出側(cè)彼此同極性地并聯(lián)連接,并將由所述直流電壓電源以及變動(dòng)電壓電源獲得的電力供給至負(fù)載6。所述變動(dòng)電壓電源3、4在其輸出電壓越低于從所述直流電壓電源2輸出的所述規(guī)定電壓而發(fā)電量越少時(shí),對(duì)所述負(fù)載6間歇性地供給電力。
文檔編號(hào)H02M3/155GK102484426SQ20108004029
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者北村紀(jì)之, 右田幸司, 片野慈子, 笹井敏彥, 長(zhǎng)崎文彥, 高橋壽明 申請(qǐng)人:東芝照明技術(shù)株式會(huì)社
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