[0066] 将描述设置电流阈值Ith1的方法。当由Istd来表示典型地从DC-DC转换器(1)提供给蓄电器300的电流时,将电流阈值Ith1设置为通过将设计余量α添加到“Istd-Irev”而获取的适当值(Istd-Irev+α
[0067] 将太阳能电池100(参考图6)的开路电压Voc设置为高于蓄电器300的电压以便防止大电流的流动而对电流没有限制。
[0068] 2.DC-DC转换器(2)
[0069] 2-1.配置
[0070] 图2A中所示的DC-DC转换器(2)的配置包括:电容器C1、作为降压用上臂元件的开关元件M1、作为降压用下臂元件的开关元件M2、电感器L、作为升压用下臂元件的开关元件M3、作为升压用上臂元件的整流器元件D4、以及电容器C2。
[0071] 通过将图1A中所示的DC-DC转换器(1)中的降压用下臂元件从整流器元件D2变为开关元件M2来配置图2A中所示的DC-DC转换器(2)。在下文中,将描述由于降压用下臂元件的变化而导致的与DC-DC转换器(1)的操作差异。
[0072] 像开关元件M1,M3一样,开关元件M2是可由控制器430控制以切换到ON/OFF状态的有源元件。开关元件M2是诸如MOSFET这样的晶体管。
[0073] 开关元件M1的源极与太阳能电池100的正极输出端子相连。开关元件M1的漏极与开关元件M2的源极相连。开关元件M2的漏极与太阳能电池100的负极输出端子相连。整流器元件D4的阴极与蓄电器300的正极输入端子相连。整流器元件D4的阳极与开关元件M3的源极相连。开关元件M3的漏极与蓄电器300的负极输入端子相连。开关元件M1,M2,M3的栅极与控制器430相连。将电感器L插入在开关元件M1的漏极和开关元件M2的源极的连接点与整流器元件D4的阳极和开关元件M3的源极的连接点之间。
[0074] DC-DC转换器(2)通过开关元件M1、开关元件M2、以及电感器L形成了降压型电路。降压型电路使从太阳能电池100的输出电压降压并将降压电压输出到蓄电器300。DC-DC转换器(2)通过电感器L、开关元件M3、以及整流器元件D4形成了升压型电路。升压型电路使从太阳能电池100的输出电压升压并将升压电压输出到蓄电器300。
[0075] 2-2.控制和判定
[0076] 图2B说明了用于在图2A中所示的DC-DC转换器(2)的由控制器430所执行的控制和判定的方法。对于执行短路故障判定的每个目标臂(元件)而言,图2B说明了开关元件M1,M2,M3被控制为ON/OFF状态(组合)的状态以及基于电压检测单元440的检测电压值Vin和电流检测单元450的检测电流值Iout的短路故障判定条件。
[0077] 基于在将开关元件M1控制为“OFF”状态并且将开关元件M2,M3中的任意一个控制为“ON”状态时电压检测单元440的检测电压值Vin来执行关于在降压用上臂(开关元件M1)中存在短路故障的判定。将开关元件控制为ON/OFF状态以便当检测目标臂(元件)具有短路故障时在DC-DC转换器(2)中形成短路路径。
[0078] 在该控制状态下,当降压用上臂(开关元件M1)不具有短路故障时,电流不会在开关元件M1中流动。因而,电压检测单元440的检测电压值Vin等于例如从太阳能电池100输出的最大功率点电压VMPP。例如,当降压用上臂(开关元件M1)具有会导致电流在其中流动的短路故障时,电压检测单元440的检测电压值Vin降低到短路电压Vs。因而,通过确定电压检测单元440的检测电压值Vin是否小于电压阈值Vth1可执行关于降压用上臂(开关元件M1)是否具有短路故障的判定。也就是说,基于电压检测单元440的检测电压值Vin可容易地执行关于降压用上臂(开关元件M1)是否具有短路故障的判定。
[0079] 基于在将开关元件M1控制为“ON”状态并且将开关元件M2,M3这两者都控制为“OFF”状态时电压检测单元440的检测电压值Vin来执行关于在降压用下臂(开关元件M2)和升压用下臂(开关元件M3)中存在短路故障的判定。开关元件被控制为ON/OFF状态以便当检测目标臂(元件)具有短路故障时在DC-DC转换器(2)中形成短路路径。
[0080] 在该控制状态下,当降压用下臂(开关元件M2)和升压用下臂(开关元件M3)这两者都不具有短路故障时,电流不在开关元件M1中流动。因而,电压检测单元440的检测电压值Vin等于例如从太阳能电池100输出的最大功率点电压VMPP。例如,当降压用下臂(开关元件M2)和/或升压用下臂(开关元件M3)具有会导致电流在其中流动的短路故障时,电压检测单元440的检测电压值Vin降低到短路电压Vs。因而,通过确定电压检测单元440的检测电压值Vin是否小于电压阈值Vth1可执行关于降压用下臂(开关元件M2)和升压用下臂(开关元件M3)中的至少一个是否具有短路故障的判定。也就是说,基于电压检测单元440的检测电压值Vin可容易地执行关于降压用下臂(开关元件M2)和升压用下臂(开关元件M3)中的至少一个是否具有短路故障的判定。
[0081] 基于在将开关元件M2,M3这两者控制为OFF状态时电流检测单元450的检测电流值Iout来执行关于在升压用上臂(整流器元件D4)中存在短路故障的判定。开关元件被控制为ON/OFF状态以便当检测目标臂(元件)具有短路故障时在DC-DC转换器(2)中形成反向电流路径。
[0082] 在该控制状态下,当升压用上臂(整流器元件D4)具有会导致电流在其中流动的短路故障时,反向电流通过整流器元件D4、电感器L、以及开关元件M1从蓄电器300流动到太阳能电池100侧。因而,通过确定电流检测单元450的检测电流值Iout是否小于电流阈值Ith1可执行关于升压用上臂(整流器元件D4)是否具有短路故障的判定。也就是说,基于电流检测单元450的检测电流值Iout可容易地执行关于升压用上臂(整流器元件D4)是否具有短路故障的判定。
[0083] 3.DC-DC转换器(3)
[0084] 3-1.配置
[0085] 图3A中所示的DC-DC转换器(3)的配置包括:电容器C1、作为降压用上臂元件的开关元件M1、作为降压用下臂元件的开关元件M2、电感器L、作为升压用下臂元件的开关元件M3、作为升压用上臂元件的开关元件M4、以及电容器C2。
[0086] 通过将图2A中所示的DC-DC转换器(2)中的升压用上臂元件从整流器元件D4变为开关元件M4来配置图3A中所示的DC-DC转换器(3)。在下文中,将描述由于升压用上臂元件的变化而导致的与DC-DC转换器(1),(2)的操作差异。
[0087] 像开关元件M1,M2,M3一样,开关元件M4是可由控制器430控制以切换到ON/OFF状态的有源元件。开关元件M4是诸如MOSFET这样的晶体管。
[0088] 开关元件M1的源极与太阳能电池100的正极输出端子相连。开关元件M1的漏极与开关元件M2的源极相连。开关元件M2的漏极与太阳能电池100的负极输出端子相连。开关元件M4的源极与蓄电器300的正极输入端子相连。开关元件M4的漏极与开关元件M3的源极相连。开关元件M3的漏极与蓄电器300的负极输入端子相连。开关元件M1,M2,M3,M4的栅极与控制器430相连。将电感器L插入到开关元件M1的漏极和开关元件M2的源极的连接点与开关元件M4的漏极和开关元件M3的源极的连接点之间。
[0089] DC-DC转换器(3)通过开关元件M1、开关元件M2、以及电感器L形成了降压型电路。降压型电路使从太阳能电池100的输出电压降压并将降压电压输出到蓄电器300。DC-DC转换器(3)通过电感器L、开关元件M3、以及开关元件M4形成了升压型电路。升压型电路使从太阳能电池100的输出电压升压并将升压电压输出到蓄电器300。
[0090] 3-2.控制和判定
[0091] 图3B说明了用于在图3A中所示的DC-DC转换器(3)的由控制器430所执行的控制和判定的方法。对于执行短路故障判定的每个目标臂(元件)而言,图3B说明了开关元件M1,M2,M3,M4被控制为ON/OFF状态(组合)的状态以及基于电压检测单元440的检测电压值Vin和电流检测单元450的检测电流值Iout的短路故障判定条件。
[0092] 基于在将开关元件M1,M4这两者控制为“OFF”状态并且将开关元件M2,M3中的任意一个控制为“ON”状态时电压检测单元440的检测电压值Vin来执行关于在降压用上臂(开关元件M1)中存在短路故障的判定。将开关元件控制为ON/OFF状态以便当检测目标臂(元件)具有短路故障时在DC-DC转换器(3)中形成短路路径。
[0093] 在该控制状态下,当降压用上臂(开关元件M1)不具有短路故障时,电流不会在开关元件M1中流动。因而,电压检测单元440的检测电压值Vin等于例如从太阳能电池100输出的最大功率点电压VMPP。例如,当降压用上臂(开关元件M1)具有会导致电流在其中流动的短路故障时,电压检测单元440的检测电压值Vin降低到短路电压Vs。因而,通过确定电压检测单元440的检测电压值Vin是否小于电压阈值Vth1可执行关于降压用上臂(开关元件M1)是否具有短路故障的判定。也就是说,基于电压检测单元440的检测电压值Vin可容易地执行关于降压用上臂(开关元件M1)是否具有短路故障的判定。
[0094] 基于在将开关元件M1控制为“ON”状态并且将开关元件M2,M3,M4都控制为“OFF”状态时电压检测单元440的检测电压值Vin来执行关于在降压用下臂(开关元件M2)和升压用下臂(开关元件M3)中存在短路故障的判定。开关元件被控制为ON/OFF状态以便当检测目标臂(元件)具有短路故障时在DC-DC转换器(3)中形成短路路径。
[0095] 在该控制状态下,当降压用下臂(开关元件M2)和升压用下臂(开关元件M3)这两者都不具有短路故障时,电流不在开关元件M1中流动。因而,电压检测单元440的检测电压值Vin等于例如从太阳能电池100输出的最大功率点电压VMPP。例如,当降压用下臂(开关元件M2)和/或升压用下臂(开关元件M3)具有会导致电流在其中流动的短路故障时,电压检测单元440的检测电压值Vin降低到短路电压Vs。因而,通过确定电压检测单元440的检测电压值Vin是否小于电压阈值Vth1可执行关于降压用下臂(开关元件M2)和升压用下臂(开关元件M3)中的至少一个是否具有短路故障的判定。也就是说,基于电压检测单元440的检测电压值Vin可容易地执行关于降压用下臂(开关元件M2)和升压用下臂(开关元件M3)中的至少一个是否具有短路故障的判定。
[0096] 基于在将开关元件M2,M3,M4都控制为OFF状态时电流检测单元450的检测电流值Iout来执行关于在升压用上臂(开关元件M4)中存在短路故障的判定。开关元件被控制为ON/OFF状态以便当检测目标臂(元件)具有短路故障时在DC-DC转换器(3)中形成反向电流路径。
[0097] 在该控制状态下,当升压用上臂(开关元件M4)具有会导致电流在其中流动的短路故障时,反向电流通过开关元件M4、电感器L、以及开关元件M1从蓄电器300流动到太阳能电池100侧,并且从DC-DC转换器(3)提供的电流降低。因而,通过确定电流检测单元450的检测电流值Iout是否小于电流阈值Ith1可执行关于升压用上臂(开关元件M4)是否具有短路故障的判定。也就是说,基于电流检测单元450的检测电流值Iout可容易地执行关于升压用上臂(开关元件M4)是否具有短路故障的判定。
[0098] 第一实施例的作用与效果
[0099] 根据本发明的第一实施例的短路故障检测设备410在构成了升降压型DC-DC转换器210的降压用上臂元件、降压用下臂元件、以及升压用下臂元件中检测到短路故障的情况下,在检测目标臂(元件)的短路故障时将开关元件控制为形成DC-DC转换器210中的短路路径的组合中的ON/OFF状态。
[0100] 当检测目标臂(元件)具有短路故障时,该控制可使得与太阳能电池100相连的DC-DC转换器210的输入端子侧上的电压值Vin降低到低于预置电压阈值Vth1。因而,当检测到DC-DC转换器210的输入端子侧上的电压值Vin时,基于检测电压值Vin可容易地执行关于检测目标臂(元件)是否具有短路故障的判定。
[0101] 根据本发明的第一实施例的短路故障检测设备410在具有构成了升降压型DC-DC转换器210的升压用上臂元件作为检测对象的情况下将构成了DC-DC转换器210的开关元件控制为ON/OFF状态以便在DC-DC转换器210中形成反向电流路径。
[0102] 当检测目标臂(元件)具有短路故障时,该控制可使得与蓄电器300相连的DC-DC转换器210的输出端子侧上的电流值Iout降低到低于预置电流阈值Ith1。因而,当检测到DC-DC转换器210的输出端子侧上的电流值Iout时,基于检测电流值Iout可容易地执行关于检测目标臂(元件)是否具有短路故障的判定。
[0103] 第二实施例
[0104] 图4A是用于对应用根据本发明的第二实施例的短路故障检测设备420的太阳能发电系统20的配置示例进行说明的示意图。图4A所示的太阳能发电系统20被配置为包括太阳能电池100、降压型DC-DC转换器220、以及短路故障检测设备420。
[0105] 根据本实施例的短路故障检测设备420是用于检测其采用太阳能电池100的发电电力作为输入并输出预定电压的降压型DC-DC转换器220中的短路故障的设备。短路故障检测设备420包括控制器430和电压检测单元440。
[0106] 太阳能电池100的输出端子与DC-DC转换器220的输入端子相连。电压检测单元440连接在太阳能电池100的正极侧输出端子和负极侧输出端子之间。DC-DC转换器220的输出端子可以是断开的或者可以与蓄电器300相连。控制器430与DC-DC转换器220和电压检测单元440相连。
[0107] 太阳能电池100是通过太阳光照射而发电的太阳能发电设备。太阳能电池100是诸如太阳能电池板这样的太阳能电池模块。太阳能电池100将所获取的发电电力输出到DC-DC转换器220。
[0108] 电压检测单元440配置有例如电压传感器。电压检测单元440被设置成检测与从太阳能电池100输出到DC-DC转换器220的发电电力相对应的电压。将电压检测单元440所检测到的电压作为检测电压值Vin输出到控制器430。
[0109] 控制器430配置有例如微型计算机。控制器430可执行太阳能发电系统20中的各种类型的控制。作为控制类型的一个示例,控制器430对构成DC-DC转换器220的开关元件进行控制以基于电压检测单元440输出的检测值(检测电压值Vin)来检测在DC-DC转换器220的每个臂(元件)中的短路故障的存在。
[0110] 图4A中所示的DC-DC转换器220的配置包括电容器C1、作为降压用上臂元件的开关元件M1、作为降压用下臂元件的开关元件M2、电感器L、以及电容器C2。
[0111] 开关元件M1,M2是可由控制器430控制以切换到ON/OFF状态的有源元件。开关元件M1,M2例如是晶体管。当开关元件M1,M2被控制为ON状态时,开关元件M1,M2可使电流在一个方向上流动。例如,MOSFET可用作如在图4A中所示的晶体管。
[0112] 电容器C1,C2是可存储或释放电能(电荷)的无源元件。电容器C1,C2吸收并平滑电压的变化。
[0113] 电感器L是通过在其中流动的电流可产生磁场并存储磁能的无源元件。电感器L具有恒定的电流特性使得电流不变。例如,在电感器L中可使用扼流线圈。
[0114] 开关元件M1的源极与太阳能电池100的正极输出端子相连。开关元件M1的漏极与开关元件M2的源极相连。开关元件M2的漏极与太阳能电池100的负极输出端子相连。开关元件M1,M2的栅极与控制器430相连。电容器C1连接在DC-DC转换器220的输入端子之间。电感器L的第一端与开关元件M1的漏极和开关元件M2的源极的连接点相连。电感器L的第二端与接地的电容器C2相连。
[0115] DC-DC转换器220通过开关元件M1、开关元件M2、以及电感器L形成降压型电路。该降压型电路使太阳能电池100的输出电压降压并将降压的电压输出到蓄电器300。
[0116] 图4B说明了用于在图4A中所示的DC-DC转换器220的由控制器430所执行的控制和判定的方法。对于执行短路故障判定的每个目标臂(元件)而言,图4B说明了开关元件M1,M2被控制为ON/OFF状态(组合)的状态以及基于电压检测单元440的检测电压值Vin的短路故障判定条件。
[0117] 基于在将开关元件M1控制为“OFF”状态(将OFF电压施加到开关元件M1的栅极)并且将开关元件M2控制为“ON”状态(将ON电压施加到开关元件M2的栅极)时电压检测单元440的检测电压值Vin来执行关于在上臂(开关元件M1)中存在短路故障的判定。开关元件被控制为ON/OFF状态以便当检测目标上臂(元件)具有短路故障时在DC-DC转换器220中形成短路路径。
[0118] 在该控制状态下,当上臂(开关元件M1)不具有短路故障时,电流不会在开关元件M1的源极与漏极之间流动。因而,电压检测单元440的检测电压值Vin等于从太阳能电池100输出的电压(例如最大功率点电压VMPP)。例如,当上臂(开关元件M1)具有会导致电流在上臂(开关元件M1)的源极与漏极之间流动的短路故障时,电压检测单元440的检测电压值Vin降低到短路电压Vs。
[0119] 基于在将开关元件M1控制为“ON”状态并且将开关元件M2控制为“OFF”状态时电压检测单元440的检测电压值Vin来执行关于在下臂(开关元件M2)中存在短路故障的判定。开关元件被控制为ON/OFF状态以便当检测目标下臂(元件)具有短路故障时在DC-DC转换器220中形成短路路径。
[0120] 在该控制状态下,当下臂(开关元件M2)不具有短路故障时,电流不在开关元件M2的源极与漏极之间流动。因而,电压检测单元440的检测电压值Vin等于例如从太阳能电池100输出的最大功率点电压VMPP。例如,当下臂(开关元件M2)具有会导致电流在下臂(开关元件M2)的源极与漏极之间流动的短路故障时,电压检测单元440的检测电压值Vin降低到短路电压Vs。
[0121] 通过利用该现象,当预先在最大功率点电压VMPP与短路电压Vs之间设置了电压阈值Vth1时,通过确定电压检测单元440的检测电压值Vin是否小于电压阈值Vth1来执行关于上臂(开关元件M1)或下臂(开关元件M2)是否具有短路故障的判定。也就是说,基于电压检测单元440的检测电压值Vin可容易地执行关于上臂(开关元件M1)或下臂(开关元件M2)是否具有短路故障的判定。
[0122] 第二实施例的作用与效果
[0123] 根据本发明的第二实施例的短路故障检测设备420在构成了降压型DC-DC转换器220的上臂开关元件M1或下臂开关元件M2中检测到短路故障的情况下,在检测目标臂(元件)的短路故障时将开关元件控制为形成DC-DC转换器220中的短路路径的组合中的ON/OFF状态。
[0124] 当检测目标臂(开关元件)具有短路故障时,该控制可使得与太阳能电池100相连的DC-DC转换器220的输入端子侧上的电压值Vin降低到低于预置电压阈值Vth1。因而,当检测到DC-DC转换器220的输入端子侧上的电压值Vin时,基于检测电压值Vin可容易地执行关于检测目标臂(开关元件)是否具有短路故障的判定。
[0125] 降压型DC-DC转换器220可以被认为具有臂(开关元件)始终不能通过
硬件配置而被控制为“ON”状态这样的情况。在这种情况下,将臂(开关元件)控制为ON状态可以被替代为将臂(开关元件)控制为在大约95%的占空比处的ON状态。另外,将臂(开关元件)控制为OFF状态可以被替代为将臂(开关元件)控制为在大约5%的占空比(=100-95)处的ON状态。
[0126] 本发明的短路故障检测设备可用于在太阳能发电系统中所使用的DC-DC转换器等等并且当例如需要容易地检测短路故障的出现时特别有用。