JPH0332291B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は太陽電池アレイを人工衛星本体と接
続することによつて電力を得る人工衛星の電源装
置に関するものである。

〔従来技術〕

従来複数の太陽電池を電気的に組合せ結合して
なる太陽電池アレイを人工衛星本体と接続するこ
とによつて電力を得る人工衛星において、太陽電
池アレイ出力を一定範囲の直流電圧に制御するた
めに通常２つの方法が考えられている。その第１
の方法は第１図に示すようにシヤントタツプすな
わち太陽電池アレイ（制御用）２ａ，２ｂ，２ｃ
の出力を結合しこれをスリツプリング５経由人工
衛星本体内のシヤント回路７に導びき誤差増巾器
６の出力によつてシヤント回路７に流れる電流を
変化させ電流電圧８を制御する方法である。

すなわち第１図において１ａ，１ｂ，１ｃは太
陽電池アレイ、２ａ，２ｂ，２ｃは太陽電池アレ
イ（制御用）、３ａ，３ｂ，３ｃおよび４ａ，４
ｂ，４ｃは逆流防止ダイオード、５は太陽方向を
指向する太陽電池アレイと人工衛星本体をを常時
電気的に接続するためのスリツプリング、６は誤
差増巾器、７はシヤント回路、８は出力電圧であ
り太陽電池アレイ１ａ，１ｂ，１ｃと太陽電池ア
レイ２ａ，２ｂ，２ｃを加えた出力を太陽電池出
力電圧が太陽電池の負荷電流を増加せしめること
によつて減少する太陽電池の非直線特性を利用
し、誤差増巾器６およびシヤント回路７によつて
出力電圧が一定値あるいは一定値以下となるよう
に太陽電池アレイ（制御用）２ａ，２ｂ，２ｃか
らシヤント回路７に流れる電流を増減せしめ第１
図の出力電圧８を一定範囲内に制御する方法であ
る。

上記例においては太陽電池アレイ１ａ，１ｂ，
１ｃおよび太陽電池アレイ（制御用）２ａ，２
ｂ，２ｃをそれぞれ３個としているが必ずしも個
数に制限はない。またシヤント回路を人工衛星本
体内に置いているがシヤント回路をスリツプリン
グより太陽電池アレイ側におく場合も可能であり
そのときは誤差増巾器出力をスリツプリング経由
シヤント回路に導出する必要がある。この第１の
方法はよく知られたように太陽電池アレイの発生
電力が大きくなるに従つて「シヤント電圧」（太
陽電池アレイ（制御用）の出力電圧）と「シヤン
ト電流」（逆流防止ダイオード４ａ，４ｂ，４ｃ
を流れる電流の和）の積、すなわちシヤント容量
が大きくなりそれだけ回路設計や部品の選定に困
難をともなう。さらにシヤント回路の発生熱量が
大きくなるから人工衛星本体の熱制御上に困難を
ともなうという欠点がある。

第２の方法は第２図に示すように複数のシヤン
ト回路７ａ，７ｂ，７ｃをそれぞれ太陽電池アレ
イ（制御用）２ａ，２ｂ，２ｃに並列に接続しシ
ヤント駆動回路９ａ，９ｂ，９ｃにおいて誤差増
巾器６の出力をあらかじめ定められた作動基準レ
ベルと比較し各々のシヤント回路７ａ，７ｂ，７
ｃのインピーダンスを順番に制御することにより
出力電圧８を一定電圧範囲内に制御しかつシヤン
ト回路７ａ，７ｂ，７ｃで消費される電力の総和
を低減する方法である。

すなわち第２図において、１ａ，１ｂ，１ｃは
太陽電池アレイ、２ａ，２ｂ，２ｃは太陽電池ア
レイ（制御用）、３ａ，３ｂ，３ｃおよび４ａ，
４ｂ，４ｃは逆流防止および太陽電池アレイを並
列接続するためのダイオード、５は太陽電池アレ
イおよびシヤント回路と人工衛星本体を接続する
スリツプリング、６は出力電圧８の所望範囲から
の誤差を検出増巾する誤差増巾器、７ａ，７ｂ，
７ｃは太陽電池アレイ（制御用）２ａ，２ｂ，２
ｃに対応するシヤント回路、８は電源出力電圧、
９ａ，９ｂ，９ｃは誤差増巾器６の出力信号があ
らかじめ定められたレベルを超えるときシヤント
回路７ａ，７ｂ，７ｃを駆動するシヤント駆動回
路である。なお第２図においては第１図と同様３
個の太陽電池アレイ（制御用）を用いた場合を示
しているがもちろん個数に制限はない。この第２
図に示す方法においては３個のシヤント回路７
ａ，７ｂ，７ｃが同時に動作するのではなく、誤
差増巾器６の出力信号と対応づけられた個別の動
作範囲内で動作し、かつ各々のシヤント駆動回路
９ａ，９ｂ，９ｃの動作範囲よりも誤差信号が大
きい場合にはシヤント回路７ａ，７ｂ，７ｃのイ
ンピーダンスが十分低くなるようにする。すなわ
ち誤差増巾器６の出力信号の増加に従つてまずシ
ヤント駆動回路９ａが動作範囲に入りシヤント回
路７ａのインピーダンスは非常に大きい値から次
第に低下するが、シヤント駆動回路９ｂおよびシ
ヤント駆動回路９ｃはまだ動作せずシヤント回路
７ｂおよびシヤント回路７ｃのシンピーダンスは
非常に大きいままであり、次に誤差増巾器６の出
力電圧がシヤント駆動回路９ａの動作範囲を超え
るとシシヤント駆動回路９ｂが動作範囲に入りシ
ヤント回路７ｂのインピーダンスが非常に大きい
値から次第に低下する。このときシヤント駆動回
路９ｃは動作しない。一方シヤント回路７ａのイ
ンピーダンスは十分低い値となつているから太陽
電池アレイ（制御用）２ａの出力電流はほとんど
すべてシヤント回路７ａを流れるとともに太陽電
池アレイ（制御用）２ａの出力電圧は非常に小さ
な値となりしたがつてシヤント回路７ａの発熱量
は小さいものとなる。

このようにシヤント駆動回路９ａ，９ｂ，９ｃ
が誤差増巾器６の出力信号に対応し順番に動作
し、誤差増巾器６の出力信号がシヤント駆動回路
９ａ，９ｂ，９ｃの動作範囲を超えたときは対応
するシヤント回路７ａ，７ｂ，７ｃのインピーダ
ンスが十分低くなるようにすればインピーダンス
が非常に小さくなつたシヤント回路はその電圧が
非常に低いから発熱量が非常に小さく、インピー
ダンスが非常に高いシヤント回路はそのシヤント
回路に流れる電流が非常に小さいからやはり発熱
量は非常に小さいものとなりしたがつてシヤント
回路７ａ，７ｂ，７ｃの全体の発熱量は第１の方
法に比べ小さいものとなる。

このように第２の方法は第１の方法にくらべシ
ヤント回路の容量を小さくすることができるとと
もに電源の負荷変動にともなうシヤント回路の発
熱量の変動巾も小さくなり第１の方法の欠点が軽
減される。しかしながらこの第２の方法は第２図
に示すようにシヤント回路ごとにシヤント駆動回
路を設けなければならずそのシヤント駆動回路に
は少なくとも基準電圧発生回路および誤差増巾器
出力信号と基準電圧とを比較増巾する回路を必要
とする。これらの回路はいずれも一般に温度変化
に対し敏感であるにもかかわらず太陽電池アレイ
側すなわち衛星本体外の宇宙空間において例えは
太陽電池パドル上に取付けねばならないからこれ
ら回路に対する動作温度条件が厳しく従つて回路
設計も複雑となる。特に人工衛星が大型化し大電
力を必要となるに従つて太陽電池アレイも大型す
る必要があり例えば太陽電池パドルを数十メート
ルあるいはそれ以上に伸展する場合にはシヤント
ループのためのライン長の増大や電圧降下の問題
あるいは外部電磁界に敏感な誤差増巾器出力信号
への影響がますます大きくなる。

〔発明の概要〕

この発明は上記従来の欠点を除去するもので、
第３図に示すように誤差増巾器６の出力信号をも
とに人工衛星本体内においたシヤント制御回路１
０によつて出力電圧８を所定の範囲内とするに最
適なように作動せしめるべきシヤント回路７ａ，
７ｂ，７ｃの個数をさらに増加せしめるかもしく
は減少せしめるかあるいは現状維持かを選択決定
しその情報を論理信号としてスリツプリング５経
由太陽電池アレイ側に導びき、この信号と他の信
号のシヤント回路の駆動状態（シヤント回路のイ
ンピーダンスを非常に低くしたON状態とインピ
ーダンスを非常に高く維持したOFF状態）を組
合せ、着目するシヤント回路の駆動状態（ON又
はOFF状態）を決定するシヤント論理駆動回路
をシヤント回路ごとに設けシヤントすべき回路数
を順次増加もしくは減少するように制御し、太陽
電池アレイの出力電圧を一定範囲内に制御するも
のである。

この発明ではシヤント駆動回路における基準電
圧発生回路やそれらと誤差信号の比較増巾回路を
必要とせず人工衛星本体からのシヤント回路数の
増／減ステータス信号と他のヤント回路、例えば
隣接するシヤント回路の駆動状態（CN又はOFF
状態）との組合せ論理によつてのみシヤント回路
数を決定し太陽電池アレイ出力電圧を制御できる
から上記従来の第１及び第２の方法の欠点を除去
できる。

すなわちシヤント回路は非常にインピーダンス
の低いON状態もしくは非常にインピーダンスの
高いOFF状態のいずれかであるから第１の方法
のようなシヤントの発熱はきわめて小さい。

またシヤント制御信号はすべてON／OFFのス
テータス信号あるいは論理信号のデイジタル信号
であるから第２の方法のようにシヤント回路やシ
ヤント駆動回路の熱制御のためそれらを１個所に
集中することによる配線の複雑さや温度補償のた
めの回路設計や調整の困難さも除去できる特徴を
有する。

〔発明の実施例〕

第３図はこの発明による人工衛星電源装置の構
成図であり同図において９ａ，９ｂ，９ｃはシヤ
ヤント論理駆動回路、１０は誤差増巾器６の出力
信号をもとに出力電圧８を所定の電圧範囲とする
ように作動せしめるべきシヤント回路の個数を増
加するか減少させるかあるいはいずれでもないか
を決め、その信号を太陽電池アレイ側に導出する
ためのシヤフト制御回路、１１は必要に応じて用
いる電圧平滑用のコンデンサ、１２，１３はそれ
ぞれシヤント制御回路１０よりの作動シヤント回
路数の増加及び減少を指令する指令信号であり、
例えばシヤント回路数を増加させる場合指令信号
１２を“１”の状態、１３を“０”の状態としシ
ヤント回路数を減少させる場合は１２を“０”の
状態、１３を“１”の状態、増／減なしの場合は
１２，１３ともに“０”のステータス信号を用い
ればよい。１４ａ，１４ｂ，１４ｃはそれぞれシ
ヤント論理駆動回路９ａ，９ｂ，９ｃにおいて信
号１２，１３及び隣接するシヤント論理駆動回路
からのシヤント駆動状態を示すステータス信号１
５ａ，１５ｂ，１５ｃ及び１６ａ，１６ｂ，１６
ｃを組合せ、後述するような論理によりシヤント
回路７ａ，７ｂ，７ｃをON，OFFするシヤント
回路駆動信号、１５ａ，１５ｂ，１５ｃはそれぞ
れシヤント論理駆動回路９ａ，９ｂ，９ｃよりの
シヤント駆動ON状態を示すステータス信号（論
理的には１４ａ，１４ｂ，１４ｃと同じものであ
る。）、１６ａ，１６ｂ，１６ｃはそれぞれシヤン
ト論理駆動回路９ａ，９ｂ，９ｃよりもシヤント
駆動OFF状態を示すステータス信号である。

なおこの例ではシヤント回路数を３個としてい
るが数には制限ない。最初にこの電源装置の負荷
が軽い場合を考えると太陽電池の非直線性特性が
閉ループの制御をしないと仮定したときの出力電
圧８は所定の電圧より高くなり誤差増巾器６はシ
ヤント回路を作動させるような誤差信号を発生
し、この信号にもとづきシヤント制御回路１０は
当然作動シヤント回路数を増加させるように制御
出力を発生する。この信号はステータス信号ある
いは論理記号のデイジタル信号に変換されシヤフ
ト回路数増加指令信号１２としてスリツプリング
５経由シヤフト論理駆動回路９ａ，９ｂ，９ｃに
入力される。一方このときシヤント回路数減少指
令信号１３は発生しない。今説明を簡単にするた
めいずれのシヤント回路駆動信号１４ａ，１４
ｂ，１４ｃともOFF状態とすると、シヤント論
理駆動回路９ａは上記シヤント回路数増加指令信
号１２が“１”となつているからシヤント回路駆
動信号１４ａを“１”としシヤント回路７ａを
ONするとともにシヤント駆動ON状態を示すス
テータス信号１５ａを“０”から“１”に変え
る。シヤント論理駆動回路９ｂでは上記シヤント
駆動ON状態を示すステータス信号１５ａと作動
シヤント回路数の増加指令信号１２との論理積を
とる。すなわち増加指令信号１２が“１”状態な
らシヤント回路駆動信号１４ｂを“１”状態と
し、シヤント回路７ｂもONとする。増加指令信
号１２が“０”に変化した場合はシヤント回路駆
動信号１４ｂは“０”のままとしシヤント回路７
ｂはOFFの状態を維持する。このように増加指
令信号１２の状態によりシヤント回路７ａから７
ｂ，７ｃへと順次ONしていくことによつて出力
電圧８が所定値以下となるまで電圧を下げてい
く。逆に電源装置の負荷が重い状態でシヤント回
路数が多ければ作動シヤント回路数の減少指令信
号１３が発生され、例えばシヤント回路７ａ，７
ｂ，７ｃともにON状態であるとするとまずシヤ
ント論理駆動回路はシヤント回路駆動信号１４ｃ
を“１”から“０”にしシヤント回路７ｃを
OFFすると同時にシヤント駆動OFF状態を示す
ステータス信号１６ｃを発生する（この例では
“０”から“１”に変化させるとする。）この状態
においてもさらにシヤント回路数の減少を指令す
る信号が発生している場合はシヤント論理駆動回
路９ｂにおいてシヤント駆動OFF状態を示すス
テータス信号１６ｃと作動シヤント回路数の減少
指令信号１３の論理積をとりシヤント回路駆動信
号１４ｂを“０”、シヤント回路７ｂをOFF状態
とし出力電圧８を上昇させる。

以下同様に順次シヤント回路をOFFしていく
ことにより出力電圧が所定値内に入入るように制
御するものである。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば人工衛星本体と
太陽電池アレイ側との制御信号はデイジタル化さ
れかつ、シヤント駆動論理はそれらの信号と隣接
するシヤント回路の駆動状態との論理のみによつ
て決定することができるから、温度や外部干渉電
磁界に強い装置とすることができるとともにシヤ
ント回路とシヤント論理駆動回路をそれぞれの太
陽電池アレイの近傍に分割して取付けることを容
易にし、太陽電池アレイが大面積となる場合にお
いてもシヤント回路のための配線を少なくしたり
ラインドロツプの影響をなくすることができるか
ら特に大電力を必要とする人工衛星の電源装置と
して優れたものとなる。

なお上記の例においては太陽電池アレイ１ａ，
１ｂ，１ｃと太陽電池アレイ（制御用）２ａ，２
ｂ，２ｃを区別したパーシヤルシヤント方式を用
いて説明したが、この発明は太陽電池アレイ全体
をシヤント制御するフルシヤント方式に対しても
適用できる。またシヤント制御回路１０やシヤン
ト論理駆動回路９ａ，９ｂ，９ｃ等を１系統の回
路で示したが実際に応用するに当たつては信頼性
向上やフエイルセイクの観点から多数決論理回路
を採用したり、故障検知し論理をインヒビツト又
はバイパスする等の処理を行うがいずれもこの発
明を基本とした変形によつて容易に達成されるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図は従来の人工衛星の電源装置を
説明するための図、第３図はこの発明による人工
衛星の電源装置の実施例を示す図である。図中１
ａ，１ｂ，１ｃは太陽電池アレイ、２ａ，２ｂ，
２ｃは太陽電池アレイ（制御用）、３ａ，３ｂ，
３ｃは逆流防止ダイオード、４ａ，４ｂ，４ｃは
逆流防止ダイオード（シヤント用）、５はスリツ
プリング、６は誤差増幅器、７はシヤント回路、
８は電源電圧、９ａ，９ｂ，９ｃはシヤント駆動
回路、１０はシヤント制御回路、１１は平滑コン
デンサである。なお同一または相当部分には同一
符号を付して示してある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の太陽電池を電気的に組合せたものを並
   列接続してなる複数個の太陽電池アレイと、前記
   太陽電池アレイの出力電圧を予じめ設定した基準
   電圧と比較し、その誤差信号を発生する誤差増幅
   器と、上記複数個の太陽電池アレイにそれぞれ対
   応して接続された複数個のシヤント回路と、上記
   誤差増幅器の出力信号をもとにして作動すべきシ
   ヤント回路数の増減を示す信号を発生するシヤン
   ト制御回路と、前記シヤント制御回路にそれぞれ
   対応して接続され、それぞれ互いに出力するシヤ
   ント論理駆動のON／OFF信号と上記シヤント制
   御回路の出力信号との論理の組合せにより対応す
   るシヤント回路を動作させて上記太陽電池アレイ
   の出力電圧が一定となるようにする複数個のシヤ
   ント論理駆動回路とを具備したことを特徴とする
   人工衛星の電源装置。