JPH027477A

JPH027477A - 電力変換器

Info

Publication number: JPH027477A
Application number: JP62177838A
Authority: JP
Inventors: Tomonao Hayashi; 林　友直; Masayuki Hashimoto; 橋本　正之; Atsushi Tachika; 田近　淳; Masao Kakimoto; 柿本　政雄; Hiroshi Inagaki; 宏稲垣
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1986-08-29
Filing date: 1987-07-16
Publication date: 1990-01-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野〕本発明は、電力変換器に係り、特に、光を媒介とした電
力変換器に関する。

〔従来技術およびその問題点〕

従来、例えば所定の電圧の直流を他の電圧の直流に変換
する電力変換器としては、ＤＣ−ＤＣコンバータと呼ば
れるものがある。このＤＣ−ＤＣコンバータでは直流を
パルス波に変換し、このパルス波をトランスに入力して
昇圧又は降圧を行なった後、再び平滑化して直流電圧と
してとり出すように構成されている。

しかしながら、このような電力変換器は、直流をパルス
波に変換する回路、トランス、平滑回路等が必要となり
回路部品点数が多い上、回路構成が複雑であるという欠
点があった。さらには、トランスを必要とするため、装
置が大型化するという問題があった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、回路構成
が簡単で、小型かつ軽量の電力変換器を提供することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明の電力変換器は、入力電圧に対応した光磁
の光を発する発光手段と、前記発光手段の発する光を受
光し、受光した光の光量に対応した電圧を発生する受光
手段とを具備したことを特徴としている。

〔作用〕

入力電圧に対応した光量の光が発光手段から発せられる
と、受光手段がこの光を受け、光量に対応した電圧を発
生する。

このように、本発明は光を媒介として電力変換を行なう
もので、トランスが不要であり、回路構成も簡単で、装
置の小型化をはかることができる。

発光手段としては、ＥＬ索子、発光ダイオード、レーザ
等から、そして受光手段としては、太陽電池等から適宜
選択可能である。

〔実施例〕以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。

本発明の電力変換器は、第１図に基本構成、第２図にそ
の等価回路図を示す如く、入力電圧”Ｉｎに対応した光
量の光を発する発光手段と、前記発光手段１に対向して
配設され発光手段１の発する光を受光するとこの光の光
量に応じた出力電圧■　　を出力する受光手段２とから
なる。

ｕｔ実施例　１第３図は、本発明の第１の実施例であるＤＣ−ＤＣ変換
を行なうための電力変換器の断面図を示す図であり、第
４図は受光素子の配列を示したもの、第５図はこの電力
変換器の等価回路図である。

この電力変換器は、第３図に示す如く面発光を行なう発
光ダイオード（チップ）からなる光源１０をガラス基板
２１の表面に接合すると共に、太陽電池からなる受光部
２０をガラス基板２１の裏面に接合してなるもので、発
光ダイオードに入力電圧Ｖ！。を供給すると、この入力
電圧に応じた光はの光が発せられ、この光を受光部で光
電変換し、光量に対応した出力電圧■　　としてとり出
ｕＬされるように構成されている。

そして、受光部２０は、ガラス基板２１上に酸化インジ
ウム錫（ＩＴＯ）からなる透明電極２２とｐｉｎ構造の
アモルファスシリコンからなる光電変換層２３と、アル
ミニウムからなる金属電極２４とが順次積層せしめられ
てなる太陽電池が、第４図に示す如く基盤の目状に形成
されてなるものである。

また、この電力変換器は、第５図にも示したように、入
力電圧１１ａ、ｌｌｂと発光ダイオード１０との間に、
基ｉｌ？！電源２７と差動増幅器２８とトランジスタ２
９とからなり、発光ダイオード１０に流れ込む電流を制
御するための電流制御回路１２を具備している。この電
流制御回路１２は受光部２０の出力電圧２５ａ、２５ｂ
に出力される出力電圧Ｖ　ｏｕＬを抵抗２６ａ、２６ｂ
で分圧し、その分圧値をフィードバックして差動増幅器
２８で基準電源２７の電圧との差を求め、この電圧差に
応じてトランジスタ２９を制御し、発光ダイオード１０
への入力電流を制御するように構成されている。

次に、この電力変換器の動作について説明する。

入力電圧１１ａ、ｌｌｂに入力電圧ｖｉｒｌ（直流）を
供給すると発光ダイオード１０がこの入力電圧に対応し
た光量の光を発光す′る。

そして受光部２０では、この光を受けて、各太陽電池の
透明電極２２と金属電極２４との間に受光光量に対応し
た電圧が生起せしめられ、出力電圧２５ａ、２５ｂに出
力電圧Ｖ　　（直流）を出ｕｔ力する。この出力電圧Ｖ　　は抵抗２６ａ、２６ｕｔｂによって分圧され、差動増幅器２８に人力される。差
動増幅器２８はこの電圧と基準電源２７の電圧との差を
求めこの電圧差に応じてトランジスタ２９を制御し発光
ダイオード１０人力にされる電流の制御を行なう。すな
わち出力電圧Ｖ　　のｕｔ分圧値が基準電ｒｌｌ！２７との電圧と等しくなるよう
にフィードバックがかけられるので出力電圧■　　が安
定したものとなる。

ｕｔこのようにして、極めて簡単な回路構成で直流−直流変
換を行なうことができる。

実施例　２また、更に小形化をはかるために、第６図に示す如く発
光ダイオードチップ１０上にパッシベーションＭＰを介
して直接透明７ｕ極２２としての酸化インジウム錫（Ｉ
ＴＯ）のパターン、光電変換層２３としてのアモルファ
スシリコ２０１１層のパターン、金属電極２４としての
アルミニウムのパターンを順次積層し、発光手段と受光
手段とを一体形成するようにしてもよい。ここで１１ａ
。

１１ｂは、発光ダイオードの電極である。

かかる構成によれば、実施例１で示した電力変換器より
も更に薄型化をはかることができる。

なお、実施例１および実施例２では、直流−直流変換を
行なう電力変換器について説明したが、交流−交流変換
、交流−直流変換、直流−交流を行なう電力変換器にも
適用可能である。

実施例　３次に、交流−直流（ＡＣ−ＤＣ）変換器への適用例につ
いて説明する。

第７図および第８図は、夫々この交流−直流変換器の説
明図および等価囲路を示す図である。

この交流−直流全換器は、入力電圧１１ａ。

１１ｂ間に、第１および第２の発光ダイオード１０ａ、
１０ｂを互いに逆極性に接続すると共に、これら第１お
よび第２の発光ダイオードの光を受光する太陽電池から
なる受光部２０′とから構成されており、入力電圧１１
ａ、ｌｌｂ間に交流電圧を印加し、第１および第２の発
光ダイオード１０ａ、１０ｂを交互に発光させることに
より、受光手段２０′から受光光量に対応した連続した
受光出力を得、この受光出力を平滑コンデンサ２９を介
して直流電圧として出力電圧２５ａ。

２５ｂに出力するようにしたものである。

なお、受光手段としては実施例１と同様のものを用いれ
ばよいが、実施例１ではアルミニウムで構成した金属電
極に代えて、酸化インジウム錫等の透明電極２４′を用
い、両面からの光を受光可能なように構成する必要があ
る。

上記構成により、極めて小型かつ軽量の交流−直流変換
器を得ることができる。

実施例　４次に、交流−直流変換器の他の実施例について説明する
。

この交流−直流変換器は、第９図に等価回路を示す如く
入力電圧１１ａ、ｌｌｂと発光ダイオード１０との間に
、全波整流器１３と平滑化コンデンサ１４とを配設し、
発光ダイオードに入力される前に、交流−直流変換を行
ない、発光ダイオード１０と受光手段２０（太陽電池）
との間では電圧変換のみを行なうようにしている。

装置の構造としては、実施例１と全く同様にすればよい
。

実施例　５次に、直流−交流変換器について説明する。

この直流−交流変換器は、第１０図に示す如く入力電圧
１１ａ、ｌｌｂに入力される入力電圧ｖＩｎを、第１お
よびＴｉ２のトランジスタ１５ａ。

１５ｂでスイッチングし、夫々、第１および第２の発光
ダイオード１０ａ、　　ＩＱｂを交互に発光せしめ、こ
れら光を夫々、他がいに逆極性に接続された第１および
第２の受光手段２０ａ、２０ｂで受光し、出力電圧２５
ａ、２５ｂから交流電圧Ｖ　　を得るようにしたもので
ある。

Ｏｕ【実施例　６次に、直流−交流変換器め他の実施例について説明する
。

この直流−交流変換器は、第１１図に示す如〈実施例１
と全く同様に、入力電圧１１ａ、ｌｌｂに入力される直
流入力電圧Ｖ！。に応じて発光せしめられる発光ダイオ
ード１０と、この発光ダイオードの光を受光する太陽電
池からなる受光手段２０とで直流−直流変換による昇圧
を行なった後、スイッチング回路４１で所定の周波数を
もつ交流に変換し、出力電圧２５ａ、２５ｂに所定のレ
ベルの交流電圧を出力するようにしたものである。

実施例　７次に、交流−交流変換器について説明する。

この交流−交流変換器は、第１２図および第１３図に夫
々等価回路および説明図を示す如く、入力電圧１１ａ、
ｌｌｂに人力されてくる交流電圧ｖ１ｎによって発光せ
しめられる互いに逆極性に接続された第１および第２の
発光ダイオード１０ａ、１０ｂからなる発光手段と、こ
れら第１および第２の発光ダイオードからの光を夫々受
光し、光量に応じた電圧を発生せしめる互いに逆極性に
接続された第１および第２の太陽電池２０ａ。

２０ｂとからなる受光手段とからなり、出力電圧２５ａ
、２５ｂに交流電圧Ｖ　　を出力するものｕｔである。

なお、装置の構造としては、実施例１に示したものを２
つ接続したに過ぎず、同一部材には同一符号を付した。

実施例　８最後に、実施例７の改良例として、夫々基盤の目状に形
成される第１および第２の受光手段の太陽電池を第１４
図および第１５図に示すように１個毎に直列接続するよ
うにしてもよい。

すなわち、基盤の目の１区画毎に、ガラス基板２１上に
、透明電極２２とｐｉｎアモルファスシリコンからなる
第１の光電変換層２３と、金属電極２４とを積層して第
１の太陽電池を形成すると共に、この−に層に、前記金
属電極２４を共通にして更にｐｉｎアモルファスシリコ
ンからなる第２の光電変換層３３と、透明電極３４とを
積層して第２の太陽電池を形成している。

かかる構成によれば、実施例７において得られる効果に
加え、発光手段からの光のムラにより各太陽電池に発生
する電圧の差に起因して素子が破壊するのを防止するこ
とができる。

なお、実施例では、発光手段として、発光ダイオードを
用いたが、発光ダイオードに限定されることなく、半導
体レーザ、薄膜ＥＬ索子等、他の発光手段を用いてもよ
い。

また、受光手段についても、アモルファスシリコンを光
電変換層として用いたアモルファスシリコン太陽電池の
他、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池
等を用いてもよい。

〔発明の効果〕

以」ユ説明してきたように、本発明によれば、入力電圧
に対応した先遣の光を発する発光手段と、前記発光手段
の発する光を受光し、受光した光の光はに対応した電圧
を発生する受光手段とを具備し、光を媒体として電力変
換を行なうようにしているため、トランスが不要で回路
構成も簡単で小型の電力変換器を得ることが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の電力変換器の基本構成を示す図、第
２図はその等価回路を示す図、第３図は、本発明の第１
の実施例のＤＣ−ＤＣ変換器の等価回路、第４図は、同
変換器の受光手段の構成図、第５図は同変換器の構造説
明図、第６図は、本発明の第２の実施例のＤＣ−ＤＣ変
換器を示す図、第７図および第８図は、本発明の第３の
実施例のＡＣ−ＤＣ変換器の説明図および等価回路図、
第９図は、本発明の第４の実施例のＡＣ−ＤＣ変換器の
等価回路図、第１０図は、本発明の第５の実施例のＤＣ
−ＡＣ変換器を示す図、第１１図は、本発明の第６の実
施例のＤＣ−ＡＣ変換器を示す図、第１２図および第１
３図は、本発明の第７の実施例のＡＣ−ＡＣ変換器を示
す図、第１４図および第１５図は、本発明の第８の実施
例のＡＣ−ＡＣ変換器を示す図である。１・・・発光手段、２・・・受光手段、１０．ｉｏａ。１０ｂ・・・発光ダイオード、１１・ａ、ｌｌｂ・・・
入力電圧、２０　、２０　’　、　２０　ａ　、　２０
　ｂ−・・受光部、２１・・・ガラス基板、２２・・・
透明電極、２３・・・アモルファスシリコン層、２４・
・・金属電極、２４′・・・透明電極、３３・・・アモ
ルファスシリコン層、３４・・・透明電極、２５ａ、２
５ｂ・・・出力電圧、２６ａ。２６ｂ・・・抵抗、２７・・・基準電源、２８・・・差
動増幅器、２９・・・トランジスタ。第１図第２図第３図第４因１フ第９図第６図第１０図第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入力電圧に対応した光量の光を発する発光手段と
、該発光手段からの光を受光し、受光した光の光量に対応
して電圧を発生する受光手段とを具備したことを特徴と
する電力変換器。
（２）前記発光手段は、直流を入力し、前記受光手段は
、直流を出力するように構成されており、直流−直流変
換を行なうようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第（１）項記載の電力変換器。
（３）前記発光手段は透光性の基板の裏面に形成される
と共に前記受光手段は前記基板の表面に形成されていることを
特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の電力変換器
。
（４）前記発光手段は、互いに逆極性に接続された第１
および第２の発光手段からなり前記受光手段は、前記第１および第２の発光手段の間に
配設せしめられ、両面からの受光が可能なように構成さ
れてなり交流−直流変換を行なうようにしたことを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載の電力変換器。
（５）前記発光手段は整流手段を具備しており、交流−
直流変換を行なうようにしたことを特徴とする特許請求
の範囲第（１）項記載の電力変換器。
（６）前記発光手段は、互いに逆極性をもつように接続
された第１および第２の発光手段と、該第１および第２
の発光手段を交互に駆動するスイッチング手段とを具備
しており、更に前記受光手段は、前記第１および第２の発光手段からの
光を夫々受光するように配設せしめられると共に、互い
に逆極性をもつように接続された第１および第２の受光
手段からなり、直流−交流変換を行なうようにしたことを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載の電力変換器。
（７）前記発光手段は、スイッチング手段を具備してお
り、直流−交流変換を行なうようにしたことを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載の電力変換器。
（８）前記発光手段は、互いに逆極性をもつように接続
された第１および第２の発光手段からなり、更に前記発光手段は、前記第１および第２の発光手段からの
光を夫々受光するように配設せしめられると共に、互い
に逆極性をもつように接続された第１および第２の受光
手段からなり、交流−交流変換を行なうようにしたことを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載の電力変換器。
（９）前記発光手段は発光ダイオードであることを特徴
とする特許請求の範囲第（１）項乃至第（８）項のいず
れかに記載の電力変換器。
（１０）前記発光手段は半導体レーザであることを特徴
とする特許請求の範囲第（１）項乃至第（８）項のいず
れかに記載の電力変換器。
（１１）前記発光手段はエレクトロルミネセンス素子で
あることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第
（８）項のいずれかに記載の電力変換器。
（１２）前記受光手段はアモルファスシリコン太陽電池
であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至
第（８）項のいずれかに記載の電力変換器。
（１３）前記受光手段は単結晶太陽電池であることを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第（８）項のい
ずれかに記載の電力変換器。
（１４）前記受光手段は多結晶太陽電池であることを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第（８）項のい
ずれかに記載の電力変換器。