<EMI ID=1.1>
à une charge à partir de plusieurs
sources d'énergie.
La présente invention concerne un dispositif pour régler le courant délivré à une charge à partir de plusieurs sources d'énergie.
Un exemple d'application est la régulation du courant délivré aux équipements d'un satellite artificiel par les groupes de batteries solaires.
Le principe fondamental sur lequel repose le fonctionnement des dispositifs de régulation pour ce genre d'application consiste à faire débiter un apport de courant par une ou plusieurs sources d'énergie
d'après la consommation en courant de la charge. Pour
ce faire, à chaque source d'énergie est associé un dispositif de dissipation shunt, constitué par exemple d'un transistor, qui en réponse à un signal de commande, dissipe tout ou une partie du courant produit par la source d'énergie correspondante.
Il existe actuellement quatre types de montage
pour les dispositifs de régulation considérés ; tous comprennent un amplificateur d'écart pour comparer la tension sur la ligne de distribution alimentant la charge avec une tension de référence et produire un signal proportionnel à l'écart détecté.
Dans un premier montage schématisé à la figure 1,
<EMI ID=2.1>
cateurs Ai connectés en sorte de travailler dans des domaines de tension distincts. Chaque amplificateur compare le signal d'écart VE avec un niveau de référence Vi distinct prédéterminé afin de produire un signal de commande lorsque le signal d'écart dépasse ledit niveau de référence, le signal de commande actionnant
<EMI ID=3.1>
associé à une source d'énergie distincte afin de dissiper une partie ou la totalité du courant produit par cette source. Ce type de montage est appelé montage séquentiel analogique.
Dans un tel montage de régulation, chaque dispositif de dissipation doit être capable de dissiper de l'énergie depuis zéro jusqu'à sa puissance maximale puis de nouveau jusqu'à zéro avant que le dispositif de dissipation suivant n'entre en action. De plus, pour des puissances à régler importantes, les régulateurs conformes à ce montage sont encombrants.
Un deuxième typa de montage est le montage dit analogique-numérique schématisé à la figure 2. Le signal d'écart est appliqué à un dispositif de dissipation
<EMI ID=4.1>
tension de référence inférieure V2, pour produire deux signaux de commande actionnant un séquenceur SEQ l'un dans le sens progressif, l'autre dans le sens régressif. Le séquenceur peut être constitué d'un compteur numérique réversible. De chaque étage du séquenceur est dérivée une sortie qui commande un dispositif de commutation B connecté en parallèle sur une source d'énergie. Lorsque le courant dans la ligne diminue, le signal d'écart augmente ainsi-que la tension à la sortie du dispositif de dissipation analogique Do et lorsque cette dernière tension atteint le niveau
<EMI ID=5.1>
produit un signal de commande qui autorise le séquenceur à avancer d'un état au suivant, ce qui a pour effet d'actionner le dispositif de commutation shuntant la source d'énergie associée à ce nouvel état. Le courant à réguler diminue alors. Selon l'état du séquenceur, une ou plusieurs sources d'énergie se trouvent shuntées. Lorsque le courant à dissiper diminue, le signal d'écart diminue également et lorsque la tension de sortie du dispositif de dissipation
<EMI ID=6.1>
commande qui autorise le séquenceur à rétrograder d'un état, ce qui a pour effet de fermer le dispositif de commutation shuntant une source d'énergie et celleci peut alors débiter sa contribution de courant.
Dans ce type de montage, le dispositif de dissipation analogique doit être capable de dissiper une puissance maximale égale ou supérieure à celle d'une source d'énergie. De plus, une défaillance quelconque dans le séquenceur provoque une perte de régulation. En outre, le séquenceur est un dispositif numérique relativement complexe dès qu'il faut prévoir des puissances élevées.
Dans le troisième type de montage, la commutàtion des sources d'énergie se fait à l'aide d'impulsions de commande de durée égale mais déphasées l'une de l'autre dans le temps. Un tel montage, dit montage à modulation de largeur d'impulsion multiphase, est illustré à la figure 3. Chacun des comparateurs Ai
<EMI ID=7.1>
la seconde entrée recevant un signal de commande en dents de scie produit par un générateur G. Celui-ci est agencé pour produire des signaux de commande déphasés l'un par rapport à l'autre dans le temps. Les sorties des comparateurs sont ainsi des impulsions d'égale durée mais déphasées d'une fraction de période l'une par rapport à l'autre. Les dispositif de commu-
<EMI ID=8.1>
autre avec un décalage dans le temps.
L'effet de ce mode de fonctionnement est que du courant se trouve pompé séquentiellement à une certaine fréquence pour alimenter la ligne de distribution. Lorsque la consommation de la charge augmente, la largeur des impulsions de commande diminue et il se produit un recouvrement des courants, ce qui implique que le courant dans la ligne de distribution présente une composante de courant continu et une composante
de courant alternatif. Celle-ci doit être filtrée
par un condensateur.
Ce montage a l'inconvénient qu'une défaillance quelconque de l'équipement donne lieu à un accroissement de l'ondulation de la tension sur la ligne. De plus, le générateur est un dispositif complexe qui, lorsqu'une défaillance se produit, occasionne une perte de régulation.
L'invention a pour objet un dispositif de régulation qui ne comporte pas de section de dissipation analogique ni d'équipement de logique numérique complexe.
Elle concerne un dispositif de régulation du courant délivré à une charge à partir de plusieurs sources d'énergie, ce dispositif comprenant un détecteur d' écart de tension par rapport à une valeur de référence et plusieurs dispositifs comparateurs associés chacun
à une des sources d'énergie, chaque dispositif comparateur étant connecté pour comparer le niveau du signal d'écart produit par ledit détecteur avec un niveau
de référence distinct afin de produire un signal de commande pour exciter un dispositif de commutation
du courant engendré par une source d'énergie distincte.
Suivant l'invention, ce dispositif se caractérise en ce que la sortie de chaque source d'énergie est reliée à l'entrée de niveau de référence du dispositif comparateur correspondant par un circuit de rétroaction afin d'appliquer au dispositif comparateur deux seuils de fonctionnement pour répondre au signal d'écart,
le signal de commande produit par ledit dispositif comparateur commutant cycliquement le dispositif de commutation correspondant entre deux états, l'un court-circuitant la source d'énergie correspondante
et l'autre laissant la source d'énergie débiter
son courant vers la charge, et en ce que le dispositif de régulation comprend en outre un condensateur connecté entre la sortie commune des sources d'énergie et la masse afin que sa charge suive à tout instant
la variation du courant total débité par les sources d'énergie de manière qu'un dispositif de commutation
à la fois se trouve commuté cycliquement entre ses deux états et que les dispositifs de commutation se trouvent ainsi commutés cycliquement l'un après l'autre
<EMI ID=9.1>
Un mode de réalisation va être décrit ci-après
en se référant aux dessins joints sur lesquels
- les figures 1 à 3 illustrent les montages de régulation connus ;
- la figure 4 est un schéma d'un montage selon l'invention ;
- la figure 5 est un diagramme montrant les gammes de variation successives du signal d'écart dans le montage de la figure 4 ;
- la figure 6 montre la caractéristique de variation de la tension régulée et la caractéristique du courant sur la ligne de distribution.
On se reportera à la figure 4 qui représente un mode de réalisation suivant l'invention.
Dans ce montage, le courant à réguler est le courant
<EMI ID=10.1> ligne de distribution alimentant une charge représentée
<EMI ID=11.1>
sources peut être différent de quatre.
En parallèle sur chaque source, est connecté
un dispositif de commutation représenté par un tran-
<EMI ID=12.1>
La tension VL sur la ligne de distribution est appliquée à une première entrée d'un détecteur-amplificateur d'écart AE ; à une seconde entrée de celui-ci est appliquée une tension de référence VR. Le signal
<EMI ID=13.1>
Suivant l'invention, la sortie de chaque source d' énergie est reliée à la seconde entrée du comparateur correspondant par l'intermédiaire d'un circuit de
<EMI ID=14.1>
respectivement. Chaque circuit de rétroaction applique ainsi à la seconde entrée du comparateur une tension qui se superpose à la tension de référence et détermine deux seuils de fonctionnement auxquels le comparateur
<EMI ID=15.1> de commande. On considérera par exemple le comparateur
<EMI ID=16.1>
parateurs travaille d'une manière similaire avec les seuils de fonctionnement suivants : V6max et V6min
<EMI ID=17.1>
Dans le dispositif suivant l'invention, les comparateurs travaillent donc dans des gammes de tension d'écart distinctes échelonnées comme on peut le voir clairement à la figure 5. Le processus de régulation séquentiel est régi par la variation de la charge du condensateur C connecté entre la sortie
<EMI ID=18.1>
ainsi qu'on va le voir ci-après.
Le courant dans la ligne de distribution reste non régulé tant que ce courant n'a pas atteint la valeur VL/R, où R désigne la résistance de la charge. Le signal d'écart VE est alors faible et insuffisant pour produire un signal de commande à la sortie des <EMI ID=19.1>
à S4 alimentent la ligne de distribution. Le condensateur C est alors chargé par le courant total des quatre sources.
Dès que le courant dans la ligne dépasse la valeur VL/R, la tension sur la ligne tend à croître, ce qui fait croître le signal d'écart VE jusqu'à ce que
<EMI ID=20.1>
supprimant de la ligne la contribution de courant de cette source. La tension de rétroaction V5 passe alors instantanément à sa valeur limite inférieure
<EMI ID=21.1>
Dans cet état, le courant dans la ligne est insuffisant, le condensateur C se décharge et la tension
à ses bornes diminue. Cette baisse de tension amplifiée
<EMI ID=22.1>
dans la ligne. Ce processus se poursuit ainsi, faisant osciller le signal d'écart entre les seuils V5max et V5min tant que l'accroissement de courant dans la ligne ne dépasse pas la contribution de courant Ip de la source d'énergie S,,. Le courant délivré par la
<EMI ID=23.1>
lors à une fréquence déterminée par la capacité
<EMI ID=24.1>
Lorsque le courant croît encore, soit par diminution de la charge, soit par augmentation du courant
<EMI ID=25.1>
sateur C puisque celui-ci continue à se charger. La
<EMI ID=26.1>
circuitée cesse de débiter dans la ligne. Le cycle
<EMI ID=27.1>
cette phase du processus de régulation, la source S,. reste court-circuitée en permanence et le courant délivré par la source S2 dans la ligne oscille. Un autre accroissement du courant dans la ligne fait
<EMI ID=28.1>
restent court-circuitées.
Un dernier accroissement du courant dans la ligne fait passer le cycle de régulation entre les seuils
<EMI ID=29.1>
délivrée par la source S4 qui oscille tandis que les autres sources restent court-circuitées.
Sur le diagramme de la figure 5, on voit que les gammes de fonctionnement des différents comparateurs
<EMI ID=30.1>
notera cependant que lesdites gammes de fonctionnement peuvent se recouvrir pour autant que les seuils maximum et minimum de deux comparateurs successifs restent alternés. On notera que le cycle de variation de la tension régulée VL présente une ondulation déter-
<EMI ID=31.1>
décharge t2 du condensateur C comme l'illustre la figure 6. Quant au courant délivré par les sources d'énergie, il présente une composante alternative Ip qui se trouve absorbée par le condensateur C et une composante continue IL qui se trouve appliquée directement à la charge.
Pour bloquer l'ondulation de tension des sources d'énergie on peut connecter à la sortie de chaque source d'énergie un filtre représenté sur la figure 4
<EMI ID=32.1>
Dans le montage décrit ci-dessus, il est possible de connecter un::générateur de signal périodique G à
<EMI ID=33.1>
les transistors de commutation T. par des impulsions dont la largeur est modulée dans le temps d'après
<EMI ID=34.1> montre un tel générateur G engendrant par exemple un signal en dents de scie connecté à la sortie du détecteur AE par l'intermédiaire d'une résistance Rg
<EMI ID=35.1>
sortie du générateur G fixe la fréquence de commuta-
<EMI ID=36.1>
variations de la valeur moyenne du signal d'écart VE mais la durée de conduction du transistor varie en fonction de la variation de la valeur moyenne de VE.
<EMI ID = 1.1>
at a charge from several
sources of energy.
The present invention relates to a device for adjusting the current delivered to a load from several energy sources.
An example of application is the regulation of the current delivered to the equipment of an artificial satellite by the groups of solar batteries.
The fundamental principle on which the operation of regulation devices for this type of application is based consists in making a supply of current flow from one or more energy sources.
according to the current consumption of the load. For
To do this, each energy source is associated with a shunt dissipation device, consisting for example of a transistor, which in response to a control signal dissipates all or part of the current produced by the corresponding energy source.
There are currently four types of mounting
for the regulation devices considered; all include a deviation amplifier to compare the voltage on the distribution line supplying the load with a reference voltage and produce a signal proportional to the detected deviation.
In a first assembly shown schematically in Figure 1,
<EMI ID = 2.1>
Ai cators connected so as to work in distinct voltage domains. Each amplifier compares the deviation signal VE with a distinct predetermined reference level Vi to produce a control signal when the deviation signal exceeds said reference level, the control signal actuating
<EMI ID = 3.1>
associated with a separate energy source in order to dissipate part or all of the current produced by this source. This type of editing is called analog sequential editing.
In such a regulation arrangement, each dissipation device must be able to dissipate energy from zero to its maximum power and then again to zero before the next dissipation device comes into action. In addition, for high powers to be regulated, the regulators conforming to this arrangement are bulky.
A second type of assembly is the so-called analog-digital assembly shown schematically in Figure 2. The deviation signal is applied to a dissipation device
<EMI ID = 4.1>
lower reference voltage V2, to produce two control signals actuating a sequencer SEQ, one in the progressive direction, the other in the regressive direction. The sequencer can consist of a reversible digital counter. From each stage of the sequencer is derived an output which controls a switching device B connected in parallel to an energy source. When the current in the line decreases, the deviation signal increases as well as the voltage at the output of the analog dissipation device Do and when the latter voltage reaches the level
<EMI ID = 5.1>
produces a control signal which authorizes the sequencer to advance from one state to the next, which has the effect of actuating the switching device bypassing the energy source associated with this new state. The current to be regulated then decreases. Depending on the state of the sequencer, one or more energy sources are bypassed. When the current to be dissipated decreases, the deviation signal also decreases and when the output voltage of the dissipation device
<EMI ID = 6.1>
command which authorizes the sequencer to downshift one state, which has the effect of closing the switching device bypassing an energy source and the latter can then debit its current contribution.
In this type of assembly, the analog dissipation device must be able to dissipate a maximum power equal to or greater than that of a power source. In addition, any failure in the sequencer causes a loss of regulation. In addition, the sequencer is a relatively complex digital device when it is necessary to provide high powers.
In the third type of assembly, the switching of the energy sources is effected by means of control pulses of equal duration but out of phase with one another in time. Such an arrangement, called a multiphase pulse-width modulation arrangement, is illustrated in FIG. 3. Each of the comparators Ai
<EMI ID = 7.1>
the second input receiving a sawtooth control signal produced by a generator G. The latter is arranged to produce control signals phase-shifted with respect to each other in time. The outputs of the comparators are thus pulses of equal duration but phase-shifted by a fraction of a period with respect to each other. The commu-
<EMI ID = 8.1>
other with a time lag.
The effect of this operating mode is that current is pumped sequentially at a certain frequency to supply the distribution line. When the consumption of the load increases, the width of the control pulses decreases and there is an overlap of the currents, which implies that the current in the distribution line has a DC component and a DC component.
alternating current. This must be filtered
by a capacitor.
This arrangement has the drawback that any failure of the equipment gives rise to an increase in the voltage ripple on the line. In addition, the generator is a complex device which, when a failure occurs, causes a loss of regulation.
The object of the invention is a regulation device which does not include an analog dissipation section or complex digital logic equipment.
It relates to a device for regulating the current delivered to a load from several energy sources, this device comprising a voltage deviation detector with respect to a reference value and several associated comparator devices each.
to one of the energy sources, each comparator device being connected to compare the level of the deviation signal produced by said detector with a level
separate reference to produce a control signal to energize a switching device
current generated by a separate energy source.
According to the invention, this device is characterized in that the output of each energy source is connected to the reference level input of the corresponding comparator device by a feedback circuit in order to apply two operating thresholds to the comparator device. to respond to the deviation signal,
the control signal produced by said comparator device cyclically switching the corresponding switching device between two states, one bypassing the corresponding energy source
and the other leaving the energy source to flow
its current to the load, and in that the regulating device further comprises a capacitor connected between the common output of the energy sources and ground so that its load follows at all times
the variation of the total current drawn by the energy sources so that a switching device
at the same time is switched cyclically between its two states and that the switching devices are thus switched cyclically one after the other
<EMI ID = 9.1>
An embodiment will be described below
with reference to the attached drawings on which
- Figures 1 to 3 illustrate the known control assemblies;
- Figure 4 is a diagram of an assembly according to the invention;
FIG. 5 is a diagram showing the successive variation ranges of the deviation signal in the assembly of FIG. 4;
FIG. 6 shows the variation characteristic of the regulated voltage and the characteristic of the current on the distribution line.
Reference is made to FIG. 4 which represents an embodiment according to the invention.
In this assembly, the current to be regulated is the current
<EMI ID = 10.1> distribution line supplying a load shown
<EMI ID = 11.1>
sources can be different from four.
In parallel on each source, is connected
a switching device represented by a tran-
<EMI ID = 12.1>
The voltage VL on the distribution line is applied to a first input of a deviation detector-amplifier AE; to a second input thereof is applied a reference voltage VR. The signal
<EMI ID = 13.1>
According to the invention, the output of each energy source is connected to the second input of the corresponding comparator via a control circuit.
<EMI ID = 14.1>
respectively. Each feedback circuit thus applies to the second input of the comparator a voltage which is superimposed on the reference voltage and determines two operating thresholds at which the comparator
Command <EMI ID = 15.1>. Consider for example the comparator
<EMI ID = 16.1>
parators works in a similar way with the following operating thresholds: V6max and V6min
<EMI ID = 17.1>
In the device according to the invention, the comparators therefore work in separate staggered offset voltage ranges as can be clearly seen in Figure 5. The sequential regulation process is governed by the variation of the charge of the connected capacitor C. between the exit
<EMI ID = 18.1>
as will be seen below.
The current in the distribution line remains unregulated until this current has reached the value VL / R, where R denotes the resistance of the load. The deviation signal VE is then weak and insufficient to produce a control signal at the output of <EMI ID = 19.1>
to S4 supply the distribution line. The capacitor C is then charged by the total current of the four sources.
As soon as the current in the line exceeds the VL / R value, the voltage on the line tends to increase, which causes the deviation signal VE to increase until
<EMI ID = 20.1>
removing the current contribution from this source from the line. The feedback voltage V5 then instantly drops to its lower limit value.
<EMI ID = 21.1>
In this state, the current in the line is insufficient, the capacitor C discharges, and the voltage
at its limits decreases. This amplified voltage drop
<EMI ID = 22.1>
in the row. This process thus continues, causing the difference signal to oscillate between the thresholds V5max and V5min as long as the increase in current in the line does not exceed the current contribution Ip of the energy source S ,,. The current delivered by the
<EMI ID = 23.1>
then at a frequency determined by the capacitance
<EMI ID = 24.1>
When the current increases further, either by decreasing the load or by increasing the current
<EMI ID = 25.1>
sateur C since it continues to charge. The
<EMI ID = 26.1>
circuited stops charging in the line. The cycle
<EMI ID = 27.1>
this phase of the regulation process, the source S ,. remains permanently short-circuited and the current delivered by the source S2 in the line oscillates. Another increase in current in the line causes
<EMI ID = 28.1>
remain short-circuited.
A final increase in the current in the line causes the regulation cycle to pass between the thresholds
<EMI ID = 29.1>
delivered by the source S4 which oscillates while the other sources remain short-circuited.
On the diagram of figure 5, we see that the operating ranges of the different comparators
<EMI ID = 30.1>
however, it will be noted that said operating ranges may overlap as long as the maximum and minimum thresholds of two successive comparators remain alternated. It will be noted that the cycle of variation of the regulated voltage VL presents a deter-
<EMI ID = 31.1>
discharge t2 of the capacitor C as illustrated in FIG. 6. As for the current delivered by the energy sources, it has an AC component Ip which is absorbed by the capacitor C and a DC component IL which is applied directly to the charge.
To block the voltage ripple of the energy sources, a filter shown in figure 4 can be connected to the output of each energy source.
<EMI ID = 32.1>
In the assembly described above, it is possible to connect a :: periodic signal generator G to
<EMI ID = 33.1>
the switching transistors T. by pulses whose width is modulated in time according to
<EMI ID = 34.1> shows such a generator G generating for example a sawtooth signal connected to the output of the detector AE via a resistor Rg
<EMI ID = 35.1>
generator output G sets the switching frequency
<EMI ID = 36.1>
variations in the average value of the deviation signal VE but the conduction time of the transistor varies as a function of the variation in the average value of VE.