チャージコントローラ12(実践編7) (2)

      2017/03/21

並列型充電コントローラというのはオーディオをやっている子(?昔は僕もね^^;)には馴染み深いものがあります。
その昔、NEC A-10という電源にものすごくこだわったパワーアンプがありまして、
定電圧電源にシャント・レギュレータ(並列型チャージコントローラと同じ回路)が使われていました。
しかも回路毎に独立して。
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http://plaza.rakuten.co.jp/mabo400dc/diary/201212260002/

シャント型は常時一定の電流を消費するので、まあ、バブリーな回路ですが、商用電源からノイズ的に切り離すことができるので、
音質的にはメリットがあります。

シャントレ・ギュレータの解説はここにリンクを張らせていただいていますので、ご参照ください。
http://plaza.rakuten.co.jp/mabo400dc/diary/201403290000/

文系的な(?)表現では、一定の電流(定電流源)から負荷が必要とした分の電流を分岐させて、
トータルでは電圧が変化しないように制御する定電圧電源回路です。
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シャント・レギュレータに馴染みが無い、または作ったことがないと、
並列型チャージコントローラの動作を理解できないのかもしれないと考え直して、
もう少し具体的にどのような動作になっているか、見てみようと思います。

シャント・レギュレータ(並列型チャージコントローラ)は定電流源(上図ではRo)につながないと調整できません。
というか、定電流源がないと回路そのものが成り立ちません。

この回路は一定の電流を一定の電圧に自動制御する一種の可変抵抗器と考えると分かり易いです。

回路の調整をするときには、定電圧電源の出力に100Ω程の抵抗を直列に挿入して、擬似的に定電流源を作ります。
出力抵抗(インピーダンス)が高いというのが定電流源の特長なのですが、
今日は時間がないので、なぜだかは自分で考えるか、検索してください。

この定電流源にシャント・レギュレータ(並列型チャージコントローラ)の回路をつないで、
例えば24Vとか必要な電圧に調整します。

で、並列型チャージコントローラの場合は、定電流源というのがPVモジュール(太陽電池)に相当します。
PVモジュール(太陽電池)のI-V曲線を見て下さい。
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PVモジュールは一定の光量に応じた一定の電流を出力(発電)しますが、
向って左の図で、仮に24Vをバッテリー電圧だとして、横軸の24Vから垂直に線分を伸ばして、縦軸の例えば太陽光が800W/m^2の時の発電電流値約7Aのラインに交差するところを見て下さい。
バッテリー自体が定電圧電源動作をするので、入出力の電流値にかかわらずバッテリー電圧は24V付近で大きく変化はしないのですが、
PVモジュールの24V前後の7Vの範囲17V〜31Vを見ても、やはりPVモジュールの電流は7A程度で大きく変化しません。

このことをPVモジュールは定電流出力特性を持っていると表現します。

先程の24Vに調整したシャント・レギュレータ(並列型チャージコントローラ)をPVモジュールにつなぐと、
PVモジュールの出力端は24Vに固定され、PVモジュールは定電圧電源化されます。

さらに並列にバッテリーをつなぐと、バッテリー電圧は常に24Vに制御されます。
この24Vがバッテリーの満充電電圧だとすれば、過剰な電流はシャントされ、バッテリーは常に満充電状態に維持されます。
これを並列型チャージコントローラと言うわけです。

また、PVモジュールは直列に抵抗器を入れても電流を減らすことはできないことも解ると思います。
PVモジュールに24VのバッテリーをつなぐとPV出力も24Vに固定されます。このとき充電電流が7A流れているとして、
1Ωの抵抗器をPVモジュールとバッテリーの間に直列に入れると、オームの法則により抵抗の両端には7Vの電圧が発生し、
PVモジュールの出力端子の電圧は31Vになりますが、PVモジュールのI-V曲線を見ても31Vの電流は24Vの時の7Aから大して変化しません。

確かに並列制御方式は可変抵抗を並列入れるのと等価ですが、直列制御方式は抵抗を直列に入れるのではなく、高速でスイッチングさせて等価的に電流を可変する方式です。

 - 太陽, ドクターのつれづれ。