特許 5872523 太陽電池を電源とした２次電池の充電回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5872523

(24)【登録日】2016年1月22日

(45)【発行日】2016年3月1日

(54)【発明の名称】太陽電池を電源とした２次電池の充電回路

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/35 20060101AFI20160216BHJP

   H02M 3/00 20060101ALI20160216BHJP

   G05F 1/67 20060101ALI20160216BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/35 F

   H02M3/00 H

   H02M3/00 K

   G05F1/67 A

【請求項の数】12

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2013-242108(P2013-242108)

(22)【出願日】2013年11月22日

(65)【公開番号】特開2015-104193(P2015-104193A)

(43)【公開日】2015年6月4日

【審査請求日】2014年8月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】512076221

【氏名又は名称】株式会社プロセシオ

(74)【代理人】

【識別番号】100076406

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 勝徳

(74)【代理人】

【識別番号】100117097

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 充浩

(72)【発明者】

【氏名】松田 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】吉川 嘉一

【審査官】 田中 寛人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１７４７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２９８３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｆ１／１２−１／４４、１／４５−７／００

Ｈ０２Ｊ７／００−７／１２、７／３４−７／３６

Ｈ０２Ｍ１／００−３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽電池を電源として、その出力電力で２次電池を充電する充電回路において、
前記太陽電池は、色素増感太陽電池から成り、
前記太陽電池の出力電力を前記２次電池に予め定められる充電電圧および充電電流に変換して与えるＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記太陽電池の出力電圧を監視し、前記出力電圧が太陽電池の最大電圧未満の期間は前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止させ、前記最大電圧になると前記ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させる第１のコンバータ制御回路とを含むことを特徴とする太陽電池を電源とした２次電池の充電回路。

【請求項2】

前記第１のコンバータ制御回路は、
前記太陽電池の出力電圧を予め定められる分圧比で分圧する第１の分圧回路と、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの内部駆動電圧を予め定められる分圧比で分圧する第２の分圧回路と、
前記内部駆動電圧を保持する第１の平滑コンデンサと、
前記第１の分圧回路の分圧電圧が第２の分圧回路の分圧電圧よりも低いと前記ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させる第１のコンパレータとを備えて構成されることを特徴とする請求項１記載の太陽電池を電源とした２次電池の充電回路。

【請求項3】

前記第１のコンパレータは、正帰還されたシュミットトリガ回路から成ることを特徴とする請求項２記載の太陽電池を電源とした２次電池の充電回路。

【請求項4】

太陽電池を電源として、その出力電力で２次電池を充電する充電回路において、
前記太陽電池は、色素増感太陽電池から成り、
前記太陽電池の出力電力を前記２次電池に予め定められる充電電圧および充電電流に変換して与えるＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記太陽電池の出力電圧を監視し、その出力電圧が一定となるように前記ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させることで、前記太陽電池を最大電力点で動作させるＭＰＰＴ制御を行う第２のコンバータ制御回路と、
前記太陽電池の起動による出力電圧の立ち上がりを検出し、その立ち上がりタイミングから予め定められる時間に亘り、前記第２のコンバータ制御回路による前記ＭＰＰＴ制御を最小負荷状態とする第３のコンバータ制御回路とを含むことを特徴とする太陽電池を電源とした２次電池の充電回路。

【請求項5】

前記第３のコンバータ制御回路は、単安定マルチバイブレータ回路であることを特徴とする請求項４記載の太陽電池を電源とした２次電池の充電回路。

【請求項6】

前記第３のコンバータ制御回路は、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの起動をパルスとして検出する第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサによる検出パルスに応答してＯＮし、前記第２のコンバータ制御回路による前記ＭＰＰＴ制御を最小負荷状態とするために、該第２のコンバータ制御回路における前記太陽電池の出力電圧の入力端を擬似的に地絡する第１のスイッチ素子と、
前記第１のコンデンサによる検出パルスに応答して充電を開始し、前記予め定められる時間に亘る限時動作を行い、充電完了で前記第１のスイッチ素子をＯＦＦする第２のコンデンサとを備えることを特徴とする請求項５記載の太陽電池を電源とした２次電池の充電回路。

【請求項7】

前記請求項１〜３の何れか１項に記載の充電回路における第１のコンバータ制御回路によってＤＣ−ＤＣコンバータに動作を開始させた後、低照度時には、前記請求項４〜６の何れか１項に記載の充電回路における第３のコンバータ制御回路によって、第２のコンバータ制御回路によるＤＣ−ＤＣコンバータへのＭＰＰＴ制御を最小負荷状態とすることを特徴とする太陽電池を電源とした２次電池の充電回路。

【請求項8】

前記ＤＣ−ＤＣコンバータによる出力電圧から予め定められる第１の基準電圧を作成する第１の基準電圧回路と、前記第１の基準電圧と前記２次電池の充電電圧とを比較し、充電電圧が第１の基準電圧以上となると前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止させる過充電保護動作を行う第２のコンパレータとを有する第４のコンバータ制御回路と、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータによる出力電圧から、前記第１の基準電圧より高い予め定められる第２の基準電圧を作成する第２の基準電圧回路と、前記第２の基準電圧と前記２次電池の充電電圧とを比較し、充電電圧が第２の基準電圧以上では 前記第４のコンバータ制御回路による過充電保護動作を無効にする無負荷検出動作を行う第３のコンパレータとを有する第５のコンバータ制御回路とをさらに備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の太陽電池を電源とした２次電池の充電回路。

【請求項9】

前記第２のコンパレータの出力に応答し、前記充電電圧が第１の基準電圧未満で点灯することで充電中を表示する第１の表示素子と、前記充電電圧が第１の基準電圧以上で点灯することで充電完了を表示する第２の表示素子と、
前記第２のコンパレータの出力に応答し、前記充電電圧が第２の基準電圧以上では前記第１および第２の表示素子の表示を固定する第２のスイッチ素子とをさらに備えることを特徴とする請求項８記載の太陽電池を電源とした２次電池の充電回路。

【請求項10】

前記請求項１〜３の何れか１項に記載の充電回路における第１のコンバータ制御回路、ならびに前記請求項４〜６の何れか１項に記載の充電回路における第２および第３のコンバータ制御回路については前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を電源として供給する一方、前記請求項７または８記載の充電回路における第４および第５のコンバータ制御回路については、前記２次電池の充電電圧を電源として供給することを特徴とする太陽電池を電源とした２次電池の充電回路。

【請求項11】

前記第４および第５のコンバータ制御回路への電源ラインには、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が略０Ｖとなると給電を遮断する前記２次電池の放電制御機能を有する第６のコンバータ制御回路を備えることを特徴とする請求項１０記載の太陽電池を電源とした２次電池の充電回路。

【請求項12】

前記太陽電池には、その受光面に色素の違いによる意匠が形成されていることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の太陽電池を電源とした２次電池の充電回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽電池を電源として２次電池を充電するための回路に関し、特に昇圧または降圧して、安定した電圧で充電することができるＤＣ−ＤＣコンバータを備えるものに関する。

【背景技術】

【0002】

太陽電池を電源とした２次電池の充電回路において、上述のように、昇圧または降圧して、安定した電圧で充電できるように、ＤＣ−ＤＣコンバータを備えるものが使用されている。そして、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの制御回路には、より高い発電および充電効率を得るために、気象条件等の変化で常に変動する最適動作点に追従できるＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御などが搭載されている。

【0003】

たとえば、特許文献１では、太陽電池を電源として、その出力電力で２次電池を充電するにあたって、入力（太陽電池出力）電圧が閾値以上の場合は満充電電圧まで昇圧を行い、閾値未満の場合は閾値との差電圧に応じて充電電圧を下げることで、簡単な構成で、低消費電力なＭＰＰＴ制御を実現している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−９０６７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述の従来技術では、入力（太陽電池出力）電圧が低い場合の動作についても示されているが、起動から光量が順調に増加するケースを想定している。しかしながら、起動から低照度の状態が長く続くと、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を安定させられないケースもある。たとえば、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、太陽電池の出力電圧が立ち上がると動作を開始し、照度が低いと、出力電力が負荷（２次電池）駆動に充分なレベルに立ち上がっていない状態で負荷（２次電池）を接続してしまい、出力電圧が低下し、起動不能に陥るようなケースである。たとえば、太陽電池が色素増感太陽電池（ＤＳＣ）である場合、低照度での発電が可能になるものの、前記低照度では発電電力も小さく、そのような現象が顕著である。

【0006】

本発明の目的は、太陽電池を電源として、その出力電力で２次電池を充電する充電回路において、ＤＣ−ＤＣコンバータが動作を開始する太陽電池への２次電池の接続時に、確実に立ち上げを行うことができる充電回路を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の充電回路は、太陽電池を電源として、その出力電力で２次電池を充電する充電回路において、前記太陽電池は、色素増感太陽電池から成り、前記太陽電池の出力電力を前記２次電池に予め定められる充電電圧および充電電流に変換して与えるＤＣ−ＤＣコンバータと、前記太陽電池の出力電圧を監視し、前記出力電圧が太陽電池の最大電圧未満の期間は前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止させ、前記最大電圧になると前記ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させる第１のコンバータ制御回路とを含むことを特徴とする。

【0008】

上記の構成によれば、太陽電池を電源として、ＤＣ−ＤＣコンバータが前記太陽電池の出力電力を２次電池に予め定められる充電電圧および充電電流に変換して前記２次電池を充電するにあたって、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御する第１のコンバータ制御回路を設け、前記太陽電池の出力電圧が立ち上がると動作を開始してしまう前記ＤＣ−ＤＣコンバータに対して、前記第１のコンバータ制御回路は、前記太陽電池の出力電圧を監視し、前記出力電圧が予め定められる（負荷（２次電池）を駆動可能な）閾値電圧（基本的には太陽電池の最大電圧）未満の期間は前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止させておき、前記閾値電圧以上となると動作を開始させる。

【0009】

したがって、前記ＤＣ−ＤＣコンバータが動作を開始する太陽電池への２次電池の接続時には、太陽電池の出力電力は負荷（２次電池）駆動に充分なレベルに立ち上がっているので、太陽電池の出力電力が立ち上がる前に負荷接続を試みて太陽電池の出力電圧をさらに下げてしまうことを繰り返し、起動不能に陥るような不具合を防止することができる。これによって、照明光が弱い場合でも、ＤＣ−ＤＣコンバータを確実に起動させ、２次電池の充電を開始することができる。また、充電を開始しても照明光の弱い状態が続くと、ＤＣ−ＤＣコンバータが動作していると太陽電池の出力電圧を下げてしまい、ＤＣ−ＤＣコンバータが停止して充電できなくなって、再起動することになり、その場合は間欠充電となるが、全く充電できない場合に比べると、充電の機会を増加することができる。

【0010】

好ましくは、前記第１のコンバータ制御回路としては、たとえば前記太陽電池の出力電圧を予め定められる分圧比で分圧する第１の分圧回路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの内部駆動電圧を予め定められる分圧比で分圧する第２の分圧回路と、前記内部駆動電圧を保持する第１の平滑コンデンサと、前記第１の分圧回路の分圧電圧が第２の分圧回路の分圧電圧よりも低いと前記ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させる第１のコンパレータとを備えた構成で実現することができる。

【0011】

好ましくは、前記第１のコンパレータが正帰還されたシュミットトリガ回路から成ることで、該第１のコンパレータの動作に、ヒステリシスを持たせることができ、立ち上げ動作を一層安定して行うことができる。

【0012】

また、本発明の太陽電池を電源とした２次電池の充電回路は、太陽電池を電源として、その出力電力で２次電池を充電する充電回路において、前記太陽電池は、色素増感太陽電池から成り、前記太陽電池の出力電力を前記２次電池に予め定められる充電電圧および充電電流に変換して与えるＤＣ−ＤＣコンバータと、前記太陽電池の出力電圧を監視し、その出力電圧が一定となるように前記ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させることで、前記太陽電池を最大電力点で動作させるＭＰＰＴ制御を行う第２のコンバータ制御回路と、前記太陽電池の起動による出力電圧の立ち上がりを検出し、その立ち上がりタイミングから予め定められる時間に亘り、前記第２のコンバータ制御回路による前記ＭＰＰＴ制御を最小負荷状態とする第３のコンバータ制御回路とを含むことを特徴とする。

【0013】

上記の構成によれば、太陽電池を電源として、ＤＣ−ＤＣコンバータが前記太陽電池の出力電力を２次電池に予め定められる充電電圧および充電電流に変換して前記２次電池を充電するにあたって、前記ＤＣ−ＤＣコンバータをＭＰＰＴ制御する第２のコンバータ制御回路が設けられる場合に、前記太陽電池の出力電圧が立ち上がるとＤＣ−ＤＣコンバータが動作を開始し、前記第２のコンバータ制御回路がＭＰＰＴ制御を開始するが、そのＭＰＰＴ制御は、比較的負荷が大きい状態で動作し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介して負荷を太陽電池に接続すると、立ち上がった太陽電池の出力電圧が急激に低下し、それによってＤＣ−ＤＣコンバータがロックアウトする（立ち上がらなくなる）。

【0014】

そこで、第３のコンバータ制御回路を設け、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの起動による出力電圧の立ち上がりを検出し、その立ち上がりタイミングから予め定められる時間に亘り、前記第２のコンバータ制御回路による前記ＭＰＰＴ制御を最小負荷状態にさせる。具体的には、太陽光の照度が違っても、太陽電池が最大電力点となる点の電圧は略等しく、出力電流で出力電力の差が生じるので、第３のコンバータ制御回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータを、最小の出力（充電）電流となるように動作させる。

【0015】

したがって、弱い太陽光で該充電回路が動作を開始しても、ＤＣ−ＤＣコンバータがロックアウトすることなく、正常に立ち上げる（動作を開始させる）ことができる。

【0016】

好ましくは、前記第３のコンバータ制御回路は、単安定マルチバイブレータ回路から構成される。具体的には、たとえば前記ＤＣ−ＤＣコンバータの起動をパルスとして検出する第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサによる検出パルスに応答してＯＮし、前記第２のコンバータ制御回路による前記ＭＰＰＴ制御を最小負荷状態とするために、該第２のコンバータ制御回路における前記太陽電池の出力電圧の入力端を擬似的に地絡する第１のスイッチ素子と、前記第１のコンデンサによる検出パルスに応答して、充電を開始し、前記予め定められる時間に亘る限時動作を行い、充電完了で前記第１のスイッチ素子をＯＦＦする第２のコンデンサとを備えて前記第３のコンバータ制御回路を構成する。

【0017】

また、本発明の充電回路は、前記の充電回路における第１のコンバータ制御回路によってＤＣ−ＤＣコンバータに動作を開始させた後、低照度時には、前記の充電回路における第３のコンバータ制御回路によって、第２のコンバータ制御回路によるＤＣ−ＤＣコンバータへのＭＰＰＴ制御を最小負荷状態とすることを特徴とする。

【0018】

上記の構成によれば、低照度において、より確実に、ＤＣ−ＤＣコンバータおよびＭＰＰＴ制御を立ち上げることができる。

【0019】

さらにまた、本発明の充電回路は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータによる出力電圧から予め定められる第１の基準電圧を作成する第１の基準電圧回路と、前記第１の基準電圧と前記２次電池の充電電圧とを比較し、充電電圧が第１の基準電圧以上となると前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止させる過充電保護動作を行う第２のコンパレータとを有する第４のコンバータ制御回路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータによる出力電圧から、前記第１の基準電圧より高い予め定められる第２の基準電圧を作成する第２の基準電圧回路と、前記第２の基準電圧と前記２次電池の充電電圧とを比較し、充電電圧が第２の基準電圧以上では 前記第４のコンバータ制御回路による過充電保護動作を無効にする無負荷検出動作を行う第３のコンパレータとを有する第５のコンバータ制御回路とをさらに備えることを特徴とする。

【0020】

上記の構成によれば、第４のコンバータ制御回路がＤＣ−ＤＣコンバータの過充電保護動作を行うにあたって、第５のコンバータ制御回路を設けて、充電電圧をその過充電保護のための第１の基準電圧より高い第２の基準電圧と比較し、高ければ、負荷（２次電池）が接続されていないと判定して、第４のコンバータ制御回路による過充電保護動作を無効にする。

【0021】

したがって、無負荷状態では、第４のコンバータ制御回路がＤＣ−ＤＣコンバータの過充電保護動作を行い、出力を停止もしくは小さくすると、直ぐに開放端の充電電圧が低下して過充電保護動作が解除されてＤＣ−ＤＣコンバータが動作を開始し、再び過充電保護動作を行う・・・と言うことを繰り返すチャタリングが生じるのに対して、第５のコンバータ制御回路が無負荷の場合は過充電保護動作を無効にすることで、そのような不具合を防止することができる。

【0022】

また、本発明の充電回路は、前記第２のコンパレータの出力に応答し、前記充電電圧が第１の基準電圧未満で点灯することで充電中を表示する第１の表示素子と、前記充電電圧が第１の基準電圧以上で点灯することで充電完了を表示する第２の表示素子と、前記第２のコンパレータの出力に応答し、前記充電電圧が第２の基準電圧以上では前記第１および第２の表示素子の表示を固定する第２のスイッチ素子とをさらに備えることを特徴とする。

【0023】

上記の構成によれば、前記第２のコンパレータの出力に応答し、前記充電電圧が第１の基準電圧未満で点灯することで充電中を表示する第１の表示素子と、前記充電電圧が第１の基準電圧以上で点灯することで充電完了を表示する第２の表示素子とが設けられる場合、前記の無負荷状態では、前記のチャタリングに応答して、２つの表示素子が交互に点滅してしまうのに対して、前記無負荷状態で第２のスイッチ素子がそのような表示を固定することで、使用者に不信感を抱かせることもない。

【0024】

さらにまた、本発明の充電回路では、前記の充電回路における第１のコンバータ制御回路、ならびに前記の充電回路における第２および第３のコンバータ制御回路については前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を電源として供給する一方、前記の充電回路における第４および第５のコンバータ制御回路については、前記２次電池の充電電圧を電源として供給することを特徴とする。

【0025】

上記の構成によれば、太陽電池の出力電圧が閾値電圧未満の期間は前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止させる停止動作を行う第１のコンバータ制御回路、ＭＰＰＴ制御を行う第２のコンバータ制御回路、および前記ＭＰＰＴ制御を最小負荷状態で開始させる第３のコンバータ制御回路については、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を電源として供給する一方、過充電保護動作を行う第４のコンバータ制御回路、および無負荷検出動作を行う第５のコンバータ制御回路については、前記２次電池の充電電圧を電源として供給する。

【0026】

したがって、低照度でＤＣ−ＤＣコンバータの動作が不安定であっても、前記過充電保護動作および無負荷検出動作については、動作を安定させることができる。

【0027】

また、本発明の充電回路では、前記第４および第５のコンバータ制御回路への電源ラインには、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が略０Ｖとなると給電を遮断する前記２次電池の放電制御機能を有する第６のコンバータ制御回路を備えることを特徴とする。

【0028】

上記の構成によれば、低照度でＤＣ−ＤＣコンバータの動作が不安定であっても、前記過充電保護動作および無負荷検出動作については、２次電池を電源として動作を安定させつつも、殆ど照度が無くなり、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が略０Ｖとなると、第６のコンバータ制御回路が２次電池の放電制御機能を発揮して、それらの動作を停止させる。

【0029】

したがって、殆ど充電の行われない夜間等で、２次電池の不所望な消耗を防止することができる。

【0030】

さらにまた、本発明の充電回路では、前記太陽電池は、色素増感太陽電池から成ることを特徴とする。

【0031】

上記の構成によれば、前記太陽電池が色素増感太陽電池（ＤＳＣ）である場合、低照度での発電が可能になるものの、前記低照度では発電電力も小さく、起動時などのその低照度時にＤＣ−ＤＣコンバータの動作を安定させられる本発明は、特に好適である。

【0032】

また、本発明の充電回路では、前記太陽電池には、その受光面に色素の違いによる意匠が形成されていることを特徴とする。

【0033】

上記の構成によれば、前記太陽電池を色素増感太陽電池（ＤＳＣ）とすることで、色素の違いを利用して、受光面に意匠を形成することができる。

【発明の効果】

【0034】

本発明の充電回路は、以上のように、太陽電池を電源として、その出力電力で２次電池を充電する充電回路において、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御する第１のコンバータ制御回路を設け、前記太陽電池の出力電圧が立ち上がると動作を開始してしまう前記ＤＣ−ＤＣコンバータに対して、該第１のコンバータ制御回路は、前記太陽電池の出力電圧が予め定められる（負荷（２次電池）を駆動可能な）閾値電圧（基本的には太陽電池の最大電圧）未満の期間は前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止させておき、前記閾値電圧以上となると動作を開始させる。

【0035】

それゆえ、前記ＤＣ−ＤＣコンバータが動作を開始する太陽電池への２次電池の接続時に、低照度で負荷接続を試みて２次電池の出力電圧をさらに下げてしまうことを繰り返し、起動不能に陥るような不具合を防止することができ、ＤＣ−ＤＣコンバータを確実に起動させることができる。

【0036】

また、本発明の充電回路は、以上のように、太陽電池を電源として、その出力電力で２次電池を充電する充電回路において、ＤＣ−ＤＣコンバータをＭＰＰＴ制御する第２のコンバータ制御回路が設けられる場合に、第３のコンバータ制御回路を設け、該第３のコンバータ制御回路は、前記太陽電池の起動による出力電圧の立ち上がりを検出し、その立ち上がりタイミングから予め定められる時間に亘り、前記第２のコンバータ制御回路による前記ＭＰＰＴ制御を最小負荷状態にさせる。

【0037】

それゆえ、弱い太陽光で該充電回路が動作を開始しても、ＤＣ−ＤＣコンバータがロックアウトすることなく、正常に立ち上げる（動作を開始させる）ことができる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】本発明の実施の一形態に係る充電回路の電気的構成を示すブロック図である。

【図2】太陽電池の出力特性を示すグラフである。

【図3】前記充電回路における低照度での充電停止の構成だけを模式的に示すブロック図である。

【図4】前記充電停止の機能を説明するための図である。

【図5】太陽電池の出力特性を示すグラフである。

【図6】前記充電回路における単安定マルチバイブレータ回路の動作を説明するための波形図である。

【図7】前記充電回路におけるＭＰＰＴ制御およびそのロックアウト防止制御を行う構成だけを模式的に示すブロック図である。

【図8】前記ＭＰＰＴ制御およびロックアウト防止制御機能を説明するための図である。

【図9】前記充電回路における過充電保護機能およびその電池無し（無負荷）検出による禁止制御を行う構成だけを模式的に示すブロック図である。

【図10】本発明の実施の他の形態に係る充電回路の電気的構成を示すブロック図である。

【図11】図１０で示す充電回路における電池放電制御機能を説明するための波形図である。

【図12】図１０で示す充電回路における電池放電制御機能に関連する構成を模式的に示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の一形態に係る充電回路１の電気的構成を示すブロック図である。この充電回路１は、太陽電池８を電源として、その出力電力で２次電池９を充電する。本実施の形態では、前記太陽電池８は、低照度での発電が可能で、室内などでも使用可能な色素増感太陽電池（ＤＳＣ）としており、２次電池９としては、ニッケル水素電池としている。２次電池９は、単４サイズを２個直列に接続するものとしている。したがって、定格電圧は、１．２Ｖ×２＝２．４Ｖである。

【0040】

充電回路１は、大略的に、前記太陽電池８の出力電力を前記２次電池９に予め定められる充電電圧および充電電流に変換して与えるＤＣ−ＤＣコンバータ２と、そのＤＣ−ＤＣコンバータ２の制御回路３〜７とを備えて構成される。

【0041】

ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、コンバータＩＣ２１と、入力電圧制限回路２２と、定電圧回路２３と、ダイオードＤ２１〜Ｄ２３と、抵抗Ｒ２０〜Ｒ２９と、平滑コンデンサＣ２１，Ｃ２２と、コンデンサＣ２３〜Ｃ２９と、インダクタＬ２１とを備えて構成される。太陽電池８の出力電圧は、ハイ側の電源ラインＫ１および共通ＧＮＤラインＫ２間に出力される。前記電源ラインＫ１には、逆流防止のダイオードＤ２１および入力抵抗Ｒ２３が介在されるとともに、ダイオードＤ２１の下流側で前記ＧＮＤラインＫ２との間には、入力電圧制限回路２２および平滑コンデンサＣ２１が接続され、入力抵抗Ｒ２３の下流側では、後述の共振によるノイズ除去用のコンデンサＣ２４が設けられている。前記入力電圧制限回路２２は、ツェナダイオードＤ２４およびダイオードＤ２５の直列回路で構成される。こうして、コンバータＩＣ２１の電源入力端子ＩＮには、雷などに対しても、最大電圧が５．５Ｖに制限されて、前記太陽電池８の出力電圧が入力される。

【0042】

その入力電圧を使用して、コンバータＩＣ２１は、入力抵抗Ｒ２３とダイオードＤ２１との間から端子Ｌに外付けされるインダクタＬ２１およびコンデンサＣ２４，Ｃ２６を使用して昇降圧動作を行い、大容量負荷駆動用の出力端子ＯＵＴから、３．３〜２．６Ｖの電圧を出力し、ノイズ除去用のコンデンサＣ２６からダイオードＤ２２および抵抗Ｒ２６を介して、電源ラインＫ３へ、概ね３．０Ｖの充電電圧を出力する。前記電源ラインＫ３と共通ＧＮＤラインＫ２との間には、２次電池９が接続される。

【0043】

また、前記コンバータＩＣ２１は、自身の電源ともなっている外部電源出力端子Ｖａｕｘから、ダイオードＤ２３および抵抗Ｒ２７を介して、電源ラインＫ４へ、制御電源を供給する。その電源ラインＫ４とＧＮＤラインＫ２との間には、平滑コンデンサＣ２２、ノイズ除去用のコンデンサＣ２８および定電圧回路２３が接続されている。定電圧回路２３は、分圧抵抗Ｒ２８，Ｒ２９と、シャントレギュレータＤ２６とを備えて構成される。こうして、他の制御回路３〜７へ供給される制御電源が、３．９Ｖに安定される。

【0044】

さらにまた、前記の電源ラインＫ３とＧＮＤラインＫ２との間には、抵抗Ｒ２０およびコンデンサＣ２９が直列に接続され、それらの間の接続点から、電源ラインＫ５が引き出される。したがって、この電源ラインＫ５とＧＮＤラインＫ２との間には、前記２次電池９の電圧が安定化されて出力され、この電源電圧は、低照度時あるいは夜に、コンバータＩＣ２１の外部電源出力端子Ｖａｕｘからの出力電圧が不安定になるので、後述のコンパレータ３２，４３，７２やオペアンプ５３などの電源として使用される（図１では、コンパレータ４３，７２の電源は省略している）。コンパレータ３２と７２とが１パッケージで封止されており、コンパレータ４３とオペアンプ５３とが１パッケージで封止されており、これらの回路の消費電流は、合わせて１５μＡ程度のため、２次電池９の放電への影響は小さい。

【0045】

そして、制御回路３は、上記ＤＣ−ＤＣコンバータ２に過充電保護動作を行うもので、基準電圧回路３１と、コンパレータ３２と、抵抗Ｒ３０１，Ｒ３０２，Ｒ３１〜Ｒ３７と、コンデンサＣ３１，Ｃ３２と、スイッチ素子Ｑ３１〜Ｑ３３と、トランジスタＱ３４と、発光ダイオードＤ３１，Ｄ３２とを備えて構成される。基準電圧回路３１は、前記ラインＫ４，Ｋ２間に直列に接続される抵抗Ｒ３８〜Ｒ４０と、シャントレギュレータＤ３３とを備えて構成される。前記シャントレギュレータＤ３３は、抵抗Ｒ３９，Ｒ４０間の接続点の電圧に応じて、抵抗Ｒ３８，Ｒ３９間の接続点の電圧を制御し、こうして基準電圧回路３１は、前記３．９Ｖの制御電源から、１．６５Ｖの基準電圧を作成し、入力抵抗Ｒ３１を介して、コンパレータ３２の非反転入力端子に与える。

【0046】

前記コンパレータ３２は、前記電源ラインＫ５から電源が供給され、反転入力端子に入力される前記ラインＫ５，Ｋ２間に出力される充電電圧を抵抗Ｒ３０１，Ｒ３０２およびコンデンサＣ３１で分圧・平滑化した電圧と、前記１．６５Ｖの基準電圧とを比較し、充電（分圧）電圧が基準電圧以上となると、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ２を停止させる過充電保護動作を行う。その過充電保護動作は、プルアップ抵抗Ｒ３２によって前記電源ラインＫ４に接続されている該コンパレータ３２の出力端子をローレベル（ＧＮＤラインＫ２への短絡）にすることで行われ、過充電でない場合は、コンパレータ３２の出力端子をハイレベル（オープン）とする。コンパレータ３２の出力端子と非反転入力端子との間には帰還抵抗Ｒ３３が設けられ、該コンパレータ３２はヒステリシスを有するシュミットトリガ回路から成る。

【0047】

コンパレータ３２の出力は、スイッチ素子Ｑ３１のゲートに与えられており、このスイッチ素子のドレインは抵抗Ｒ３４を介して前記電源ラインＫ４に接続されるとともに、トランジスタＱ３４のベースに接続され、ソースは前記ＧＮＤラインＫ２に接続される。トランジスタＱ３４のコレクタは、前記ラインＫ４，Ｋ２間に直列に接続される抵抗Ｒ３５とコンデンサＣ３２との間の接続点に接続されるとともに、コンバータＩＣ２１のイネーブル端子ＥＮに接続される。トランジスタＱ３４のエミッタは、前記ＧＮＤラインＫ２に接続される。

【0048】

したがって、充電電圧が低くて、前記コンパレータ３２がハイレベルを出力していると、スイッチ素子Ｑ３１がＯＮしてトランジスタＱ３４のベース電圧が低下して該トランジスタＱ３４がＯＦＦし、コンバータＩＣ２１のイネーブル端子ＥＮがハイレベルとなって、該コンバータＩＣ２１は動作する。これに対して、充電電圧が高くなって過充電レベル（３．０Ｖを超える）となると、前記コンパレータ３２はローレベルを出力し、スイッチ素子Ｑ３１がＯＦＦしてトランジスタＱ３４のベース電圧が抵抗Ｒ３４によってプルアップされ、トランジスタＱ３４がＯＮし、コンバータＩＣ２１のイネーブル端子ＥＮがローレベルとなって、該コンバータＩＣ２１は動作を停止し、負荷（２次電池９への電源ラインＫ３）を切り離すことで過充電保護動作が行われる。

【0049】

また、制御回路３には、充電状態を表示する表示素子として、２つの発光ダイオードＤ３１，Ｄ３２が設けられている。充電中を示す発光ダイオードＤ３１は、前記コンバータＩＣ２１の出力端子ＯＵＴとラインＫ２との間に、該発光ダイオードＤ３１、電流制限抵抗Ｒ３６およびスイッチ素子Ｑ３２の直列回路で接続される。一方、満充電を示す発光ダイオードＤ３２は、満充電となると前記コンバータＩＣ２１が停止することから、前記電源ラインＫ３、すなわち２次電池９の正極とＧＮＤラインＫ２との間に、電流制限抵抗Ｒ３７、該発光ダイオードＤ３２およびスイッチ素子Ｑ３３の直列回路で接続される。

【0050】

そして、スイッチ素子Ｑ３１のゲートには前記コンパレータ３２の出力が与えられる。したがって、充電電圧が低く、コンパレータ３２がハイレベルを出力していると、スイッチ素子Ｑ３２がＯＮして発光ダイオードＤ３１が点灯する。一方、スイッチ素子Ｑ３３のゲートは、スイッチ素子Ｑ３２のドレインに接続される。したがって、スイッチ素子Ｑ３３は、スイッチ素子Ｑ３２と反転動作を行うことになり、満充電となってコンパレータ３２がローレベルを出力すると、ＯＮして発光ダイオードＤ３２が点灯する。

【0051】

このように構成される基本の充電回路に加えて、本実施の形態の充電回路１では、先ず、制御回路４が付加されている。この制御回路４は、低照度でのＤＣ−ＤＣコンバータ２の停止回路として機能する。この制御回路４は、分圧回路４１，４２と、コンパレータ４３と、出力スイッチ素子Ｑ４１と、プルアップ抵抗Ｒ４１と、帰還抵抗Ｒ４２とを備えて構成される。

【0052】

分圧回路４１は、前記ラインＫ１，Ｋ２間に直列に接続される分圧抵抗Ｒ４３，Ｒ４４によって構成されており、前記太陽電池８の出力電圧を予め定められる分圧比で分圧し、コンパレータ４３の反転入力端子に与える。同様に、分圧回路４２は、前記ラインＫ５，Ｋ２間に直列に接続される分圧抵抗Ｒ４５，Ｒ４６によって構成されており、前記３．９ＶのＤＣ−ＤＣコンバータ２の内部駆動電圧を予め定められる分圧比で分圧し、コンパレータ４３の非反転入力端子に与える。コンパレータ４３の出力端子は、プルアップ抵抗Ｒ４１によって前記電源ラインＫ４に接続されるとともに、帰還抵抗Ｒ４２を介して非反転入力端子に接続される。こうして、コンパレータ４３は、正帰還されてシュミットトリガ回路を構成し、ヒステリシスを有する。

【0053】

コンパレータ４３の出力は、出力スイッチ素子Ｑ４１のゲートに与えられ、この出力スイッチ素子Ｑ４１のソースはＧＮＤラインＫ２に接続され、ドレインは前記ＤＣ−ＤＣコンバータ２内の抵抗Ｒ２２を介してコンバータＩＣ２１の低電圧ロック端子ＬＶＬＯに与えられる。この低電圧ロック端子ＬＶＬＯは、プルアップ抵抗Ｒ２１を介して前記電源ラインＫ１に接続される。コンバータＩＣ２１は、低電圧ロック端子ＬＶＬＯの入力電圧が２５０ｍＶ以上で動作し、未満で停止し、負荷（２次電池９）を切り離す。

【0054】

したがって、コンパレータ４３は、分圧回路４１からの太陽電池８の出力電圧の分圧電圧が分圧回路４２からの内部駆動電圧の分圧電圧以上であると、ローレベルを出力し、出力スイッチ素子Ｑ４１がＯＦＦして、コンバータＩＣ２１の低電圧ロック端子ＬＶＬＯがプルアップされ、該コンバータＩＣ２１は動作する。これに対して、分圧回路４１からの太陽電池８の出力電圧の分圧電圧が分圧回路４２からの内部駆動電圧の分圧電圧未満であると、コンパレータ４３は、ハイレベルを出力し、出力スイッチ素子Ｑ４１がＯＮして、コンバータＩＣ２１の低電圧ロック端子ＬＶＬＯがローレベルとなり、該コンバータＩＣ２１は停止する。

【0055】

そして、前記シュミットトリガ回路の構成によって、コンパレータ４３は、たとえば太陽電池８の出力電圧が５ＶとなるレベルでコンバータＩＣ２１を動作させ、３．５ＶとなるレベルでコンバータＩＣ２１を停止させる。こうして、低照度での照度揺らぎに対して、コンバータＩＣ２１の動作を安定させられるようになっている。

【0056】

ここで、図２に、太陽電池の出力特性を示す。図２のように、太陽電池は、照明光が強い場合、電圧Ｖａで電流Ｉａの大きな電力をＤＣ−ＤＣコンバータに入力することができるが、照明光が弱い場合、電圧Ｖｂで電流Ｉｂの小さな電力しか入力できない。

【0057】

一方、出力電力Ｐｏは、充電電流Ｉｂと充電電圧Ｖｂとの積で決まる。そして、太陽電池からの入力電力をＰｉとし、ＤＣ−ＤＣコンバータの変換効率をηとすると、Ｐｉ≧Ｐｏ／ηがＤＣ−ＤＣコンバータに入力される場合はＤＣ−ＤＣコンバータは正常に機能するが、Ｐｉ＜Ｐｏ／η、の場合、ＤＣ−ＤＣコンバータは機能せず、充電も行われない。したがって、図２の場合、ＤＣ−ＤＣコンバータは、Ｐｉ＝Ｖａ・Ｉａの場合は正常に機能し充電できるが、Ｐｉ＝Ｖｂ・Ｉｂの場合は停止し充電も行われない。つまり、ＤＣ−ＤＣコンバータは、ある一定量の太陽光が得られないと、充電できないという問題がある。

【0058】

そこで、本実施の形態では、前記の制御回路４が設けられており、太陽電池８を電源として、ＤＣ−ＤＣコンバータ２が前記太陽電池８の出力電力Ｐｉを２次電池９に予め定められる充電電圧および充電電流に変換して前記２次電池９を充電するにあたって、太陽電池８の出力電圧が立ち上がると動作を開始してしまう前記ＤＣ−ＤＣコンバータ２に対して、前記制御回路４は、前記太陽電池８の出力電圧を監視し、前記出力電圧が予め定められる（負荷（２次電池９）を駆動可能な）閾値電圧（基本的には太陽電池の最大電圧≒Ｐｏ／η）未満の期間は前記ＤＣ−ＤＣコンバータを停止させておき、前記閾値電圧以上となると動作を開始させる。

【0059】

したがって、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ２が動作を開始する太陽電池８への２次電池９の接続時には、太陽電池９の出力電力Ｐｉは負荷（２次電池９）駆動に充分なレベルに立ち上がっているので、太陽電池８の出力電力が立ち上がる前に負荷接続を試みて太陽電池８の出力電圧をさらに下げてしまうことを繰り返し、起動不能に陥るような不具合を防止することができる。これによって、照明光が弱い場合でも、ＤＣ−ＤＣコンバータを確実に起動させ、２次電池の充電を開始することができる。また、前記コンパレータ４３が正帰還されたシュミットトリガ回路から成ることで、該コンパレータ４３の動作にヒステリシスを持たせることができ、立ち上げ動作を一層安定して行うことができる。充電回路１において、このような低照度での充電停止の構成だけを模式的に示すと、図３のようになる。

【0060】

図４は、前記制御回路４によるＤＣ−ＤＣコンバータ２の停止回路としての機能を説明するための図である。（ａ）は太陽電池９の出力電圧を示し、（ｂ）はＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力を示す。この図４は、充電を開始しても照明光の弱い状態が続いた場合を示しており、ＤＣ−ＤＣコンバータ２が動作していると太陽電池９の出力電圧を急速に下げてしまい、ＤＣ−ＤＣコンバータ２が停止して充電できなくなって、再起動することになる。こうして、前記制御回路４がＤＣ−ＤＣコンバータ２を停止させることで、間欠充電となるが、前述のような起動不能で全く充電できない場合に比べると、充電の機会を増加することができる。制御回路４は、照明光が強くなると、ＤＣ−ＤＣコンバータ２を連続充電に移す。

【0061】

また、本実施の形態の充電回路１では、前記太陽電池８の出力電圧を監視し、その出力電圧が一定となるように前記ＤＣ−ＤＣコンバータ２を動作させることで、前記太陽電池８を最大電力点で動作させるＭＰＰＴ制御を行う制御回路５が設けられており、この制御回路５に関連して、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ２の起動による出力電圧の立ち上がりを検出し、その立ち上がりタイミングから予め定められる時間に亘り、前記制御回路５による前記ＭＰＰＴ制御を最小負荷状態とする制御回路６が設けられている。制御回路５は、分圧回路５１と、基準電圧回路５２と、オペアンプ５３と、抵抗Ｒ５１〜Ｒ５３と、コンデンサＣ５１とを備えて構成される。

【0062】

分圧回路５１は、前記ラインＫ１，Ｋ２間に直列に接続される分圧抵抗Ｒ５４，Ｒ５５によって構成されており、前記太陽電池８の出力電圧を予め定められる分圧比で分圧し、入力抵抗Ｒ５１を介して、オペアンプ５３の反転入力端子に与える。基準電圧回路５２は、前述の基準電圧回路３１と同様に、前記ラインＫ４，Ｋ２間に直列に接続される抵抗Ｒ５６〜Ｒ５８と、シャントレギュレータＤ５１とを備えて構成される。前記シャントレギュレータＤ５１は、抵抗Ｒ５７，Ｒ５８間の接続点の電圧に応じて、抵抗Ｒ５６，Ｒ５７間の接続点の電圧を制御し、こうして基準電圧回路５２は、前記３．９Ｖの制御電源から、２．０Ｖの基準電圧を作成し、入力抵抗Ｒ５１を介して、オペアンプ５３の非反転入力端子に与える。

【0063】

オペアンプ５３は、前記電源ラインＫ５から電源が供給され、その出力は、出力抵抗Ｒ５３を介して、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ２において、ラインＫ３，Ｋ２間に直列に接続された抵抗Ｒ２４，Ｒ２５間の接続点に与えられる。その接続点は、コンバータＩＣ２１のフィードバック端子ＦＢに接続されており、コンバータＩＣ２１は、前記フィードバック端子ＦＢへの入力電圧が５００ｍＶとなるように、出力端子ＯＵＴの電圧を制御する。前記抵抗Ｒ２４には並列に、前記接続点の電圧を安定させるためのコンデンサＣ２５が設けられている。また、オペアンプ５３の出力は、前記出力抵抗Ｒ５３から、帰還コンデンサＣ５１および帰還抵抗Ｒ５２を介して、負帰還されている。

【0064】

ここで、図５に、太陽電池の出力特性を示す。前記ＭＰＰＴ制御は、一般に、太陽電池を最大電力点で作動させる制御で、照明光の強弱に合わせて、負荷を変化させる。そして、太陽電池は、出力電力が違っても、前記最大電力点となる電圧は略一定しているので、照明光が強い場合は多くの負荷電流を流し、照明光が弱い場合は負荷電流を小さくすることで、太陽電池を最大電力点で作動させることができる。具体的には、オペアンプ５３によって、分圧回路５１からの太陽電池８の出力電圧の分圧電圧を、基準電圧回路５２からの内部電源電圧の分圧電圧と比較し、それらが等しくなるように、コンバータＩＣ２１のフィードバック端子ＦＢの電圧を変化させる。

【0065】

しかしながら、一旦、ＭＰＰＴ制御が働けば、照明光の強度が変化しても２次電池９の充電は継続できるが、太陽電池８を２次電池９に接続した（ＤＣ−ＤＣコンバータ２を動作させた）際に、照明光が弱いと、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、電力が高い設定でスタートするので、急激に大きな負荷電流が流れ、太陽電池２の出力電圧が低下して、結果的にＤＣ−ＤＣコンバータ２が立ち上がらず（ロックアウトし）、制御回路５のＭＰＰＴ制御も働かなくなってしまう。その後に強い照明光が当たると、ＤＣ−ＤＣコンバータ２が動き出し、制御回路５のＭＰＰＴも機能し始めるが、その間、充電ができないという問題がある。

【0066】

そこで、前記制御回路６が設けられている。この制御回路６は、単安定マルチバイブレータ回路から構成される。具体的には、この制御回路６は、トランジスタＱ６１，Ｑ６２と、スイッチ素子Ｑ６３と、コンデンサＣ６１，Ｃ６２と、抵抗Ｒ６１〜Ｒ６６と、ダイオードＤ６１，Ｄ６２とを備えて構成される。

【0067】

コンデンサＣ６１は、前記出力端子ＯＵＴの電圧から、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の起動をパルスとして検出する。そのコンデンサＣ６１の出力は、ダイオードＤ６１を介してトランジスタＱ６１のベースに与えられる。コンデンサＣ６１とダイオードＤ６１との接続点と、ＧＮＤラインＫ２との間には、Ａ点でのＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧が０Ｖとなった時に負のパルスがトランジスタＱ６１に加わることを阻止する放電用のダイオードＤ６２およびコンデンサＣ６１の微分（＝パルス）出力用の抵抗Ｒ６１が設けられている。トランジスタＱ６１のベースは抵抗Ｒ６２を介してＧＮＤラインＫ２に接続されるとともに、抵抗Ｒ６３を介してスイッチ素子Ｑ６３のゲートに接続される。トランジスタＱ６１のエミッタはＧＮＤラインＫ２に接続され、コレクタは、抵抗Ｒ６４を介して電源ラインＫ４に接続されるとともに、限時動作用のコンデンサＣ６２の一端に接続される。コンデンサＣ６２の他端は、抵抗Ｒ６５を介して前記電源ラインＫ４に接続されるとともに、トランジスタＱ６２のベースに接続される。トランジスタＱ６２のエミッタはＧＮＤラインＫ２に接続され、コレクタは、抵抗Ｒ６６を介して電源ラインＫ４に接続されるとともに、前記スイッチ素子Ｑ６３のゲートに接続される。スイッチ素子Ｑ６３のドレインは、前記制御回路５における抵抗Ｒ５４，Ｒ５５間の接続点、すなわち入力抵抗Ｒ５１を介してオペアンプ５３の反転入力端子に接続され、ソースは前記ＧＮＤラインＫ２に接続される。

【0068】

図６は、前記単安定マルチバイブレータ回路として機能する制御回路６の動作を説明するための波形図である。安定状態では、図６（ｄ）で示すように、トランジスタＱ６２のベースは抵抗Ｒ６５でプルアップされており、該トランジスタＱ６２がＯＮし、そのコレクタ電圧は、図６（ｅ）で示すようにローレベルとなって、スイッチ素子Ｑ６３はＯＦＦしている。

【0069】

したがって、制御回路５内の分圧回路５１における分圧点Ｂに、すなわちオペアンプ５３の反転入力端子には太陽電池８の出力電圧の分圧電圧が与えられる。これによって、該オペアンプ５３が、前記太陽電池８の出力電圧の分圧電圧と基準電圧の分圧電圧との差分に応じた電圧をコンバータＩＣ２１のフィードバック端子ＦＢへ出力して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の負荷状態（出力電流）を比較的大きい状態で制御する。またこの間、トランジスタＱ６２のＯＮによって、抵抗Ｒ６４−コンデンサＣ６２−トランジスタＱ６２の経路で充電電流が流れ、コンデンサＣ６２は前記電源ラインＫ４の電圧である３．９Ｖに充電される。

【0070】

そして、前記太陽電池８の出力電圧が上昇し、図６（ａ）で示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２が動作を開始してＡ点の出力電圧が上昇すると、図６（ｂ）で示すように、コンデンサＣ６１から起動パルスが出力される。この起動パルスが０．６ＶのトランジスタＱ６１のＯＮ電圧を超えると、該トランジスタＱ６１がＯＮして、図６（ｃ）で示すように、コレクタ電圧が略０Ｖに低下する。これによって、トランジスタＱ６２のベース電圧は、図６（ｄ）で示すように、それまで充電されていたコンデンサＣ６２の充電電圧が逆電圧で加わることで、−３．９−０．６＝−３．３Ｖにまで低下した後、コンデンサＣ６２の放電に伴い上昇してゆく。その上昇の時定数は、τ＝Ｃ６２＊Ｒ６５、たとえば９０ｍｓｅｃに設定され、この単安定マルチバイブレータ回路の限時時間となる。

【0071】

トランジスタＱ６２のベース電圧が０．６Ｖよりも低下している前記限時時間の間は、該トランジスタＱ６２がＯＦＦして、そのコレクタ電圧は図６（ｅ）で示すようにハイレベルとなって、スイッチ素子Ｑ６３がＯＮする。したがって、制御回路５内の分圧回路５１における分圧点Ｂ、すなわちオペアンプ５３の反転入力端子の電圧は、略０Ｖにまで低下する。これによって、オペアンプ５３がハイレベルを出力して、コンバータＩＣ２１のフィードバック端子ＦＢへの入力電圧が上がり、該コンバータＩＣ２１は最小負荷状態で動作する。

【0072】

前記限時時間が経過すると、トランジスタＱ６２のベース電圧が前記０．６Ｖに達して該トランジスタＱ６２がＯＮし、スイッチ素子Ｑ６３をＯＦＦするとともに、コンデンサＣ６２の充電が開始される。このようにして、制御回路６は、前記のような単安定マルチバイブレータを実現することができる。充電回路１において、このようなＭＰＰＴ制御およびそのロックアウト防止制御を行う構成だけを模式的に示すと、図７のようになる。

【0073】

図８は、前記制御回路５，６によるＤＣ−ＤＣコンバータ２のＭＰＰＴ制御およびそのロックアウト防止制御機能を説明するための図である。（ａ）は太陽電池８の出力電圧を示し、（ｂ）はＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力を示し、（ｃ）は単安定マルチバイブレータの動作を示す。なお、単安定マルチバイブレータの出力であるスイッチ素子Ｑ６３のドレイン電位は、（ｃ）とは逆になる。

【0074】

したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ２をＭＰＰＴ制御する制御回路５が設けられる場合に、制御回路６を設け、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ２の起動による出力電圧の立ち上がりを検出し、その立ち上がりタイミングから予め定められる時間に亘り、前記制御回路５による前記ＭＰＰＴ制御を最小負荷状態にさせる（本実施形態ではＤＣ−ＤＣコンバータ２を、最小の出力（充電）電流となるように動作させることで、弱い照明光で該充電回路１が動作を開始しても、ＤＣ−ＤＣコンバータ２がロックアウトすることなく、正常に立ち上げる（動作を開始させる）ことができる。

【0075】

また、本実施の形態の充電回路１は、制御回路４によってＤＣ−ＤＣコンバータ２に動作を開始させた後、低照度時には、制御回路６によって、制御回路５によるＤＣ−ＤＣコンバータ２へのＭＰＰＴ制御を最小負荷状態とするので、低照度において、より確実に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２およびＭＰＰＴ制御を立ち上げることができる。

【0076】

さらにまた、本実施形態の充電回路１では、過充電保護動作を行う前記制御回路３に関連して、電池無し（無負荷）検出を行う制御回路７が設けられている。制御回路７は、基準電圧回路７１と、コンパレータ７２と、抵抗Ｒ７１と、分圧抵抗Ｒ７５，Ｒ７６と、ダイオードＤ７１と、スイッチ素子Ｑ７１とを備えて構成される。基準電圧回路７１は、前記ラインＫ５，Ｋ２間に直列に接続される抵抗Ｒ７２〜Ｒ７４と、シャントレギュレータＤ７２とを備えて構成される。前記シャントレギュレータＤ７２は、抵抗Ｒ７３，Ｒ７４間の接続点の電圧に応じて、抵抗Ｒ７２，Ｒ７３間の接続点の電圧を制御し、こうして基準電圧回路７１は、前記３．９Ｖの制御電源から、１．６５Ｖの基準電圧を作成し、コンパレータ７２の反転入力端子に与える。コンパレータ７２の非反転入力端子には、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧、すなわち前記２次電池９の充電電圧が、分圧抵抗Ｒ７５，Ｒ７６で分圧されて与えられる。コンパレータ７２の出力端子は、プルアップ抵抗Ｒ７１を介して前記電源ラインＫ４に接続されるとともに、スイッチ素子Ｑ７１のゲートに接続される。スイッチ素子Ｑ７１のドレインは、前記制御回路３内のトランジスタＱ３４のベースに接続されるとともに、ダイオードＤ７１を介して、スイッチ素子Ｑ３２のドレインおよびスイッチ素子Ｑ３３のゲートに接続される。スイッチ素子Ｑ７１のソースは、ＧＮＤラインＫ２に接続される。

【0077】

そして、前記制御回路３内の基準電圧回路３１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧、すなわち２次電池９の充電電圧が、３．０Ｖとなる前記１．６５Ｖの基準電圧を作成する。これに対して、この制御回路７内の基準電圧回路７１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧、すなわち２次電池９の充電電圧と比較する前記３．４２Ｖの基準電圧を作成する。コンパレータ７２は、充電電圧が基準電圧回路７１の基準電圧より低いときはローレベルを出力し、これによってスイッチ素子Ｑ７１はＯＦＦしている。これに対して、コンパレータ７２は、充電電圧が基準電圧回路７１の基準電圧以上になると、無負荷、すなわち２次電池９が接続されていないと判定して、ハイレベルを出力し、前記制御回路３による過充電保護動作を禁止する。

【0078】

具体的には、前記コンパレータ７２がローレベルを出力している、充電電圧が３．４２Ｖ未満の間は、スイッチ素子Ｑ７１がＯＦＦする。したがって、スイッチ素子Ｑ７１のドレインはオープンとなり、スイッチ素子Ｑ３３およびトランジスタＱ３４は上述の通りの動作となり、３．０〜３．４２Ｖの間で過充電保護動作が行われるとともに、発光ダイオードＤ３１，Ｄ３２も、充電中および満充電の時にそれぞれ点灯する。

【0079】

これに対して、前記コンパレータ７２がハイレベルを出力する、充電電圧が３．４２Ｖ以上となると、スイッチ素子Ｑ７１がＯＮする。したがって、スイッチ素子Ｑ３４はＯＦＦしたままとなって、コンバータＩＣ２１のイネーブル端子ＥＮはハイレベルとなって、該コンバータＩＣ２１の過充電保護動作を無効にするとともに、スイッチ素子Ｑ３３をＯＦＦして発光ダイオードＤ３２を消灯させ、発光ダイオードＤ３１は点灯したままとする。

【0080】

こうして、制御回路７は、充電電圧が規定の３．０Ｖより高い３．４２Ｖの基準電圧よりも高ければ、負荷（２次電池９）が接続されていない無負荷状態と判定して、制御回路３による過充電保護動作を無効にすることで、そのような場合に前記過充電保護動作が働いてしまうと、制御回路３がＤＣ−ＤＣコンバータ２の過充電保護動作を行い、出力を停止もしくは小さくすると、直ぐに開放端の充電電圧が低下して過充電保護動作が解除されてＤＣ−ＤＣコンバータ２の動作を開始させ、再び過充電保護動作を行う・・・と言うことを繰り返すチャタリングが生じるのに対して、そのような不具合を防止することができる。

【0081】

また、前記制御回路３には、コンパレータ３２の出力に応答し、前記充電電圧が３．０Ｖの基準電圧未満で点灯することで充電中を表示する発光ダイオードＤ３１と、前記充電電圧が３．０Ｖの基準電圧以上で点灯することで充電完了を表示する発光ダイオードＤ３２とが設けられている場合、前記の無負荷状態では、前記のチャタリングに応答して、２つの発光ダイオードＤ３１，Ｄ３２が交互に点滅してしまうのに対して、前記制御回路７のコンパレータ７２の出力に応答し、前記充電電圧が３．４２Ｖの基準電圧以上では前記発光ダイオードＤ３１，Ｄ３２の表示を固定するスイッチ素子Ｑ３２を設けることで、使用者に不信感を抱かせることもない。充電回路１において、このような過充電保護機能およびその電池無し（無負荷）検出による禁止制御を行う構成だけを模式的に示すと、図９のようになる。

【0082】

また、本実施の形態の充電回路１は、制御回路４，５，６を設けることで、起動時などの低照度時にＤＣ−ＤＣコンバータ２の動作を安定させられるので、前記太陽電池８としては、シリコン太陽電池も使用可能であるが、低照度での発電に有利な色素増感太陽電池（ＤＳＣ）を好適に使用可能であり、特に低照度な室内での使用に好適である。

【0083】

そして、その色素増感太陽電池（ＤＳＣ）では、色素の違いを利用して、受光面に意匠を形成することもできる。そのような室内での太陽電池８のパネルの利用例としては、表彰、褒彰、顕彰の楯などとして用いることができ、２次電池９に蓄積された電力を、その楯の照明電源として使用することができる。

【0084】

（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の他の形態に係る充電回路１ａの電気的構成を示すブロック図である。この充電回路１ａは、前述の充電回路１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。この充電回路１ａにおいて、制御回路３には、先ず、満充電、すなわち充電完了を表す発光ダイオードＤ３２が設けられていない。これは、充電中を表す発光ダイオードＤ３１が、点灯状態から、消灯すると、使用者に充電完了を判定させることで、前記満充電によるコンバータＩＣ２１の停止後に、電力消費を生じないようにするための対策である。そのため、この充電回路１ａでは、前記発光ダイオードＤ３２に関連する電流制限抵抗Ｒ３７およびスイッチ素子Ｑ３３も、設けられていない。

【0085】

また、この充電回路１ａでは、２次電池９の放電制御回路１０が設けられている。上述の充電回路１では、低照度時にコンバータＩＣ２１の外部電源出力端子Ｖａｕｘからの出力電圧が不安定になるので、２次電池９の電圧が安定化されて出力される電源ラインＫ５に、過充電制御のためのコンパレータ３２や、ＭＰＰＴ制御のためのオペアンプ５３が接続されている。これに対して、この充電回路１ａでは、前記低照度時でコンバータＩＣ２１の出力電圧が０Ｖとなると電源遮断を行うことができる電源ラインＫ６，Ｋ７を設け、その電源ラインＫ６，Ｋ７への給電を前記放電制御回路１０が制御する。

【0086】

放電制御回路１０は、抵抗Ｒ８１〜Ｒ８６と、コンデンサＣ８１，Ｃ８２と、ダイオードＤ８１と、スイッチ素子Ｑ８１〜Ｑ８３とを備えて構成される。前記コンバータＩＣ２１の出力端子ＯＵＴからの出力電圧が、分圧抵抗Ｒ８１，Ｒ８２で分圧され、コンデンサＣ８１で安定化されてスイッチ素子Ｑ８１のゲートに与えられる。スイッチ素子Ｑ８１のソースはＧＮＤラインＫ２に接続され、ドレインは抵抗Ｒ８４を介してＰ型のスイッチ素子Ｑ８２のゲートに接続される。スイッチ素子Ｑ８２のゲート−ソース間には抵抗Ｒ８３が設けられており、さらにソースは前記電源ラインＫ３、したがって２次電池９の正極に接続されている。

【0087】

したがって、コンデンサＣ８１に電荷が蓄積されると、すなわち概ね前記出力端子ＯＵＴからの出力電圧が略３Ｖ以上となると、スイッチ素子Ｑ８１がＯＮして、スイッチ素子Ｑ８２のゲート−ソース間に電位差を生じさせて該スイッチ素子Ｑ８２をＯＮさせる。これによって、スイッチ素子Ｑ８２のドレインから、電源ラインＫ７に２次電池９の電圧が出力され、また電源ラインＫ６には、前記２次電池９の電圧が、抵抗Ｒ８６およびコンデンサＣ８２によって安定化されて出力される。

【0088】

一方、前記コンデンサＣ８１は、ダイオードＤ８１および抵抗Ｒ８５を介して前記電源ラインＫ６に接続されており、また前記ダイオードＤ８１と抵抗Ｒ８５との接続点は、スイッチ素子Ｑ８３によって接地可能となっている。スイッチ素子Ｑ８３のゲートには、前記コンパレータ３２の出力が与えられる。したがって、２次電池９の充電電圧が低くて、前記コンパレータ３２がハイレベルを出力している充電中は、スイッチ素子Ｑ８３がＯＮして、抵抗Ｒ８５からの電流をバイパスしている。これに対して、コンパレータ３２がローレベルを出力する満充電状態となると、スイッチ素子Ｑ８３はＯＦＦして、抵抗Ｒ８５からの電流が、ダイオードＤ８１を介してコンデンサＣ８１に与えられる。こうして、スイッチ素子Ｑ８２から電源ラインＫ６への給電電流で、スイッチ素子Ｑ８１，Ｑ８２のＯＮ状態が自己保持されるようになる。前述のシュミットトリガ回路から成るコンパレータ３２のヒステリシスレベルより２次電池９の充電電圧が低下すると、コンパレータ３２がハイレベルを出力して、充電が再開されるとともに、スイッチ素子Ｑ８３がＯＮし、前記の自己保持状態が解消される。

【0089】

そして、このような放電制御回路１０に対応して、過充電保護動作を行う制御回路３内の電源ラインが、Ｋ４から前記のＫ７に変更されるとともに、基準電圧回路３１の基準電圧も、電源ラインＫ６から供給される。また、電池無し（無負荷）検出を行う制御回路７の電源は、電源ラインＫ６に変更され、２次電池９の出力電圧は電源ラインＫ７から得られる。一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ２を停止させる制御回路４の電源および充電電圧の検出は、コンバータＩＣ２１の外部電源出力端子Ｖａｕｘからの電源ラインＫ４に変更され、ＭＰＰＴ制御を行う制御回路５内のオペアンプ５３の電源も、電源ラインＫ４に変更されている。

【0090】

このように構成することで、制御回路４による前記ＤＣ−ＤＣコンバータ２の停止機能、制御回路５によるＭＰＰＴ制御機能、制御回路６によるロックアウト防止制御機能については、前記コンバータＩＣ２１の外部電源出力端子Ｖａｕｘからの電源供給によって行われる。したがって、前記コンバータＩＣ２１のイネーブル端子ＥＮ端子がハイレベルであれば、ある程度（太陽電池８からの入力電圧Ｖｉｎ＞０．５Ｖ)の照度になると、コンバータＩＣ２１の外部電源出力端子Ｖａｕｘの電圧が立ち上がり、給電される前記各制御回路４，５，６が動作するので、ＤＣ−ＤＣコンバータ２が規定の高電圧を出力するようになると、それらの機能が動作しつつ、充電がスタートする（過充電検出を行う制御回路３の終端のトタンジスタＱ３４は、該制御回路３に電源電圧が供給されない場合、ＯＦＦ状態となるので、前記イネーブルＥＮ端子はハイレベルの状態を維持する） 。

【0091】

しかしながら、そのコンバータＩＣ２１の外部電源出力端子Ｖａｕｘから電源ラインＫ４への出力電圧は、上述のように、太陽光により変化し（夜は０Ｖになる）、低照度では不安定になる。そのため、本実施形態では、制御回路３による過充電検出機能および制御回路７による無負荷検出機能については、電源ラインＫ６，Ｋ７を介する２次電池９を電源として動作することで、動作を安定させている。一方、そうすると、２次電池９の充電が行われない夜間等の低照度時には、放電のみが行われることになり、上述のように回路的に低消費電流化していても、長期間低照度の状態が継続すれば、累積値として無視できなくなることもある。そこで、前記のような放電制御回路１０を設け、コンバータＩＣ２１の大容量負荷駆動用の出力端子ＯＵＴの出力電圧Ｖｏｕｔが０Ｖとなれば、電池放電制御機能が動作し、前記電源ラインＫ６，Ｋ７への給電を遮断することで、２次電池９の不所望な消耗も防止している。

【0092】

そして、高照度となってコンバータＩＣ２１が動作すると、前記電源ラインＫ６，Ｋ７への給電を再開し、過充電（満充電）状態になれば、コンバータＩＣ２１は停止し、前記出力電圧Ｖｏｕｔは０Ｖ（充電停止）となるが、そのコンバータＩＣ２１の停止信号をコンパレータ３２から制御回路１０に入力し、電池放電制御機能を停止したままとしている。このような動作を、図１１で示す。図１１において、（ａ）は前記太陽電池８からの入力電圧Ｖｉｎであり、（ｂ）はコンバータＩＣ２１の出力電圧Ｖｏｕｔであり、（ｃ）は過充電（満充電）検出出力、すなわちトランジスタＱ３４のスイッチ状態であり、（ｄ）は電池放電制御機能、すなわちスイッチ素子Ｑ８２のスイッチ状態である。充電回路１ａにおいて、このような電池放電制御機能に関連する構成を模式的に示すと、図１２のようになる。

【0093】

なお、過充電（満充電）となってコンバータＩＣ２１が充電を停止した後に夜を迎えると、前記の制御回路３，７への電源供給が続くため、２次電池９の容量はある程度減少することになるが、過充電レベルをわずかに下回る過充電解除電圧に達すれば、過電圧検出が終了するので、前記の自己保持が解除され、これらの制御回路３，７への電源供給は停止し、２次電池９の放電はなくなる。そして、過充電検出規定電圧と過充電解除規定電圧との差は小さく、従って、２次電池９の消耗は僅かである。

【符号の説明】

【0094】

１ 充電回路
２ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２１ コンバータＩＣ
２２ 入力電圧制限回路
２３ 定電圧回路
３ 制御回路（第４のコンバータ制御回路）
３１ 基準電圧回路
３２ コンパレータ（第２のコンパレータ）
４ 制御回路（第１のコンバータ制御回路）
４１，４２ 分圧回路
４３ コンパレータ（第１のコンパレータ）
５ 制御回路（第２のコンバータ制御回路）
５１ 分圧回路
５２ 基準電圧回路
５３ オペアンプ
６ 制御回路（第３のコンバータ制御回路）
７ 制御回路（第５のコンバータ制御回路）
７１ 基準電圧回路
７２ コンパレータ（第３のコンパレータ）
８ 太陽電池
９ ２次電池
Ｃ２１，Ｃ２２ 平滑コンデンサ
Ｃ６１，Ｃ６２ コンデンサ
Ｄ３１，Ｄ３２ 発光ダイオード
Ｄ２６，Ｄ３３，Ｄ５１ シャントレギュレータ
Ｋ１，Ｋ３〜Ｋ７ 電源ライン
Ｋ２ ＧＮＤライン
Ｌ２１ インダクタ
Ｑ３１〜Ｑ３３，Ｑ６１，Ｑ６２，Ｑ７１，Ｑ８１〜Ｑ８３ スイッチ素子
Ｑ３４ トランジスタ
Ｑ４１ 出力スイッチ素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】