DE2352657C3 - Spannungsregelanordnung für eine elektrische Energiequelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsregclanordnung für eine elektrische Energiequelle, die durch eine Gruppe von zu Modulen zusammengefaß-

»I ten Sonnenzellen gebildet ist, wobei jeder Modul an seinem einen Pol mit einem gemeinsamen Leiter und an seinem anderen Pol über eine Diode mit einem Verteilungsleiter verbunden ist, und wobei jedem Modul ein zwischen dem Modul und der zugehörigen

Ji Diode einerseits und an den gemeinsamen Leiter andererseits angeschlossener elektronischer Schalter zugeordnet ist, der von einem Differenzverstärker gesteuert wird, der die Modulausgangsspannung mit einer Bezugsspannung vergleicht.

4» Eine Spannungsregelanordnum» dieser Art ist insbesondere zur Verwendung bei künstlichen Erdsatelliten oder anderen Raumfahrzeugen geeignet und hat den Zweck, die Spannung der von den Sonnenzellen gebildeten elektrischen Energiequelle für die Strom-

-r> Versorgung der an Bord befindlichen Geräte zu regeln. Die Modulanordnung der Sonnenbatterien ist bekannt und wird in zunehmendem Maße erforderlich, insbesondere aus Gründen der Leistungserhöhung und der Betriebssicherheit sowie auch deshalb, weil

•>(i sie leicht an Satelliten angepaßt werden kann, bei denen die Fluglagekontrolle in den drei Hauptträgheitsachsen erfolgt, wobei die Module an einer entfaltbaren und in geeigneter Weise zur Sonne orientierten mecnanischen Struktur befestigt sind.

V) Bekanntlich bildet ein Sonnenzellengitter eine Stromquelle begrenzter Spannung, bei der die maximale abgegebene Stromstärke von verschiedenen Faktoren abhängt, wie der Orientierung des Sonnenzcllengitters in bezug auf die Sonne, seiner Tempera-

bo tür und der Alterung der Sonnenzellen, weshalb es notwendig ist, eine besondere Regelanordnung für die elektrischen Kenngrößen vorzusehen.

Im allgemeinen erfordern die an Bord des Satelliten installierten Geräte eine Gleichspannungsversorgung,

hi deren Spannung mit großer Genauigkeit konstant gehalten wird, und die Regelanordnung muß eine außerordentlich kurze Ansprechzeit haben.

Im Verlauf der letzten Jahre hat die an Bord der

Satelliten installierte Leistung ständig zugenommen, und sie erreicht gegenwärtig ohne weiteres Werte von einem Kilowatt oder mehr; in bestimmten Anwendungsfällen werden selbst Leistungen in der Größenordnung von sieben Kilowatt in Betracht gezogen. Jedenfalls ist es dann, wenn die installierte Leistung 200 bis 300 Watt überschreitet, nicht mehr möglich, einen einzigen in Serie oder parallelgeschalteten Spannungsregler zu verwenden. Einerseits setzen nämlich die kontinuierlich arbeitenden Spannungsregler eine beträchtliche Wärmemenge frei, die mit den Temperaturbedingungen im Inneren des Satelliten nicht vereinbar ist, während andererseits die mit veränderlichem Einschaltverhältnis (Pulsbreitensteuerung oder Pulsfolgesteuerung) arbeitenden Spannungsregler störende elektromagnetische Wellen erzeugen, die nur schwer ausgefiltert werden können, und außerdem sind die schnellen Schalttransistoren, mit denen sie bestückt sind, strom- und spannungsmäßig begrenzt.

Bei einer aus der US-PS 3 696286 bekannten Spannungsregelanordnung der eingangs angegebenen Art ist jedem Modul ein eigener Differenzverstärker zugeordnet, und alle Differenzverstärker empfangen eine gemeinsame Bezugsspannung, die durch einen eigenen Bezugsmodul erzeugt wird, während der andere Eingang des Differenzverstärkers die Ausgangssnannung des zugeordneten Moduls emⁿfäiigt. Jeder Differenzverstärker steuert über einen Schmitt-Trigger den zugeordneten elektronischen Schalter, der Bestandteil eines Boost-Reglers ist, der außerdem eine zwischen dem Schalter und dem Modui liegende Induktivität und eine zwischen dem Schalter und dem gemeinsamen Verteilungsleiter liegende Freilaufdiode enthält. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß jeder Modul für sich, unabhängig von den übrigen Modulen, bei der Spannung arbeitet, die der größten Ausgangsleistung entspricht; ein etwa vorhandener Leistungsüberschuß wird vorzugsweise zum Laden einer Batterie verwendet.

In der US-PS 3419779 ist eine Anordnung mit mehreren Sonnenzellenmodulen beschrieben, die über Dioden mit einem gemeinsamen Verteilungsleiter verbunden sind, an den einerseits eine Last und andererseits eine Batterie über eine einen Transistor enthaltende Ladeschaltung angeschlossen sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Batterie aufgeladen wird, wenn die Sonnenzellenmodule mehr Leistung liefern, als von der Last benötigt wird, wogegen die Batterie Leistung zu der Last liefert, wenn die Ausgangsleistung der Sonnenzellenmodule ungenügend ist. Zusätzlich ist eine Einrichtung vorgesehen, welche die Batterie abtrennt, wenn diese ausfällt, damit eine unnötige Belastung der Sonnenzellenmodule verhindert wird.

Schließlich ist in der DE-AS 2055692 eine Anordnung zur Spannungsregelung eines Stromversorgungssystems für einen Satelliten beschrieben, bei welchem ein Sonnenzellenmodul mit einem zugeordneten, aus einem Shunt und einer Shuntsteuerung bestehenden Shuntreglcr und eine Batterie mit einem nachgeschalteten Entladeregler auf einem gemeinsamen Hauptleiter arbeiten. Dabei wird der Spannungssollwert des Entladereglers dem im Shunt fließenden Shuntstrom in der Weise nachgeführt, daß er um einen mit dem Shuntstrom zunehmenden Betrag unter dem Spannungssollwert des Shuntregelkreises liegt.

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung einer Spannungsregelanordnung, welche

mit einfachem und gewichtssparendem Aufbau eine sehr genaue Spannungsregelung einer aus beliebig vielen Sonnenzellenmodulen bestehenden Energiequelle auch bei sehr großer Leistung ermöglicht.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein allen Modulen gemeinsamer Differenzverstärker mit einem Eingang an den Verteilungsleiter und mit dem anderen Eingang an einen Nennspannungserzeuger angeschlossen ist, und daß der Ausgang des Differenzverstärkers mit einem Analog-Digital-Umsetzer verbunden ist, dessen Binärausgänge einerseits die den Modulen zur Grabregelung durch Kurzschluß unmittelbar parallelgeschalteten elektronischen Schalter und andererseits einen Feinregler steuern.

Eine erste Ausführungsform der Spannungsregelanordnung nach der Erfindung besteht darin, daß der Feinregler ein Proportional-Nebenschluß ist, der durch einen Teil der Binärausgänge des Analog-Digital-Umsetzers gesteuert wird, während die übrigen Binärausgänge des Analog-Digital-Umsetzers die elektronischen Schalter steuern.

Eine andere Ausführungsform de: Spannungsregelanordnung nach der Erfindung besteht darin, daß der Feinregler ein mit veränderlichem Einschaltverhältnis (Pulsbreitensteuerung oder Pulsfolgesteue-Γπησ'ϊ arbeitender Reⁿ!er ist.

Eine weitere Ausführungsform der Spannungsregelanordnung nach der Erfindung besteht darin, daß die die elektronisch steuernden Binärausgänge des Analog-Digital-Umsetzers mit einem Digital-Analog-Umsetzer verbunden sind, dessen Analogausgang zusammen mit dem Ausgang des Differenzverstärkers mit einer Subtrahierschaltung verbunden ist, deren Ausgang mit einem analogen Feinregler verbunden ist.

Eine Ausgestaltung dieser Ausführungsform besteht darin, daß der analoge Feinregler einen oder mehrere verlustbehaftete Nebenschlußwiderstandszweige steuert, die zwischen dem Verteilungsleiter und dem gemeinsamen Punkt angeschlossen sind. Eine andere Ausgestaltung dieser Ausführungsform besteht darin, daß der analoge Feinregler Sonnenzellen-Module steuert, die zusätzlich zu den für die Grobregelung vorgesehenen MoJulen vorgesehen sind.

Bei dieser Ausführungsform kann der analoge Feinregler zugleich der Regler sein, der zur Regelung der Entladung einer von den Sonnenzellen aufgeladenen Pufferbatterie dient.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 das Schema einer ersten Ausführungsform der Spannungsregelanordnung nach der Erfindung, wob.i der Feinregler ein Proportional-Nebenschluß ist,

Fig. 2, 3 und '+ Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Spannungsregelanordnung von Fig. 1,

Fig. 5 das Schema einer anderen Ausführungsform der Spannungsregelanordnung nach der Erfindung,

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Spannungsregelanordnung von Fig. 5 und

Fig. 7 das Schema einer abgeänderten Ausführungsform der Spannungsregelanordnung von Fig. 5.

Fig. 1 zeigt eine gewisse Anzahl von Sonnenzxllcnmodulen M₁ bis M₁₁, die jeweils mit einem Pol an ei-

nem gemeinsamen Leiter, im vorliegenden Fall an Masse, und mit dem anderen Pol über eine Diode D₁ bis D_n mit einem Verteilungslcitcr B verbunden ist. der die an Bord eines Satelliten installierten Geräteversorgt. Die Module können durch elektronische Modulschalter, im vorliegenden Fall durch Transistoren T₂ bis 7"_g kurzgeschlossen werden, wodurch eine Grobregelanordnung gebildet wird, die durch den Block 1 dargestellt ist. Eine Feinregelanordnung ist durch einen Proportional-Nebenschluß 3 gebildet.

Zur Steuerung der Grobregelanordnung 1 und der Feinregelanordnung 3 ist ein Differenzverstärker AD :"vischc!i <it_m Verteilungsleiter B und einer Nennspannungserzeugeranordnung, im vorliegenden Fall einer Zenerdiode Z angeschlossen. Der Ausgang des Differenzverstärkers ist mit dem Analogeingang eines Analog-Digital-Umsetzers C verbunden. Ein Teil der Binarausgange des Umsetzers C, nämlich die Aus-

n'dnnf> r· r SteiiCfr! ÜtSf V*¹· rc tu r L· *» r Λ hie A rlac

Öffnen und Schließen der elektronischen Schalter 7", bis T₁₁. Der andere Teil der Binärausgänge des Umsetzers C. nämlich die Ausgänge b_t...b_f, steuern den Proportional-Nebenschluß 3. Dieser Nebenschluß ist im vorliegenden Beispiel durch elektronische Nebenschlußschalter f, bis I₅ gebildet, die jeweils mit einem Widerstand W₁... W₅ abnehmender Wertigkeit in Serie geschaltet sind. Die jeweils von einem Widerstand und einem elektronischen Nebenschlußschalter gebildeten Anordnungen sind zwischen Masse und dem Verteilungsleiter B angeschlossen. Es ist zu bemerken, daß infolge der Steuerung durch den einzigen Umsetzer C die Grobregelung und die Feinregelung gleichzeitig erfolgen.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, dessen Kurve 4 die Kompensationskennlinie darstellt. Die Summe der durch die elektronischen Modulschalter T₁ bis 7_S fließenden Ströme / ist auf der Ordinate als Funktion einer auf der Abszisse aufgetragenen Kompensationsspannung U aufgetragen. Diese Kompensationskennlinie ermöglicht es, die Spannung am Verteilungsleiter B in engen Grenzen konstant zu halten. Der Nullpunkt der Fehlerspannung V_d wandert auf der Kurve 4 in Abhängigkeit von der Summe der über die Schalter T₂ bis 7"_g und den Proportional-Nebenschluß 3 fließenden Ströme. Die Kurve 4 des Diagramms von Fig. 2 besteht aus einer Folge von Abschnitten mit proportionaler Änderung, die den Änderungen des durch den Proportional-Nebenschluß fließenden Stroms /entsprechen. Die proportionalen Abschnitte sind miteinander durch Sägezahnabschnitte verbunden. Die Sägezahnabschnitte trennen die Bereiche der Kurve 4, die zu verschiedenen Kombinationen von kurzgeschlossenen Schaltern T₂ bis T₈ gehören. Diese verschiedenen Kombinationen sind mit dreistelligen Binärzahlen bezeichnet, welche beispielsweise die folgende Bedeutung haben:

001: T₂ kurzgeschlossen;

010: T₃ und T₁ kurzgeschlossen;

100: T₅. T_h, T₁ und T₈ kurzgeschlossen.

Die Sägezahnabschnitte drücken die Tatsache aus, daß der Proportional-Nebenschluß 3 einen Maximalstrom Ä/ (Fig. 3) durchläßt, der etwas gTÖßer als der Strom ist, der durch einen der Schalter T₁ bis T_n fließen kann. Dadurch können geringfügige Änderungen des gesamten Nebenschlußstroms / stets mit Hilfe des Proportional-Nebenschlusses 3 vorgenommen werden.

Fig. 3 zeigt in größerem Maßstab einen der sich proportional ändernden Abschnitte der Knmpensationskennlinie 4 von Fig. 2 für einen Proportional-Nebenschluß, in welchem die Widerstände W₁ bis W< die folgenden Werte haben:

< W = 16«; W₁ = HR; W_S = AR; W_A = 2«; W, = R. Dieser Abschnitt der Kompensationskennlinic ist durch eine Treppenkurve 5 dargestellt. Jede Stufe der Treppenkurve ist mit der Kombination der kurzgeschlossenen elektronischen Nebenschlußschaltcr I₁ bis

i" f_, bezeichnet. Diese Kombination ist über jeder Treppenstufe durch eine fünfstellige Binärzahl anee^-ben. Wenn der Nullpunkt der Fehlerspannung V_d annähernd zwischen zwei Stufen der Kompensationslinie liegt, oszilliert das Regelsystem zwischen diesen bei-

i> den Stufen. Dieses Oszillieren ist normal und ergibt keine Nachteile, denn wenn das System beispielsweise zwischen den Stufen 01110 und 0111 I oszilliert, wird nur der sehr kleine Strom ein- und ausgeschaltet, der iilwr rlf-n WuIrr«;lantl W. flirl 1 ilip Wellipkeit der

-'' Gleichspannung auf dem Verteilungsleiter B überschreitet nicht die zulässigen Toleranzgrenzen. Wenn das System zwischen den Stufen 01101 und OHIO oszilliert, werden die über die Widerstände W₁ und W₁ fließenden Ströme eio- und ausgeschaltet. Die

:ί dur^ii ein solches Oszillieren verursachte Welligkeit der Gleichspannung auf dem Leiter B ist noch zulässig, selbst wenn dir Kapazität zwischen dem Leiter B und Mas^r? verhältnismäßig klein ist. Wenn üagegen das System zwischen den Stufen 01111 und 10000

i'i oszilliert, werden bei jedem Sprung die über alle Widerstände W₁ bis W. fließenden Ströme ein- und ausgeschaltet. Wenn die Kapazität zwirnen Masse und dem Leiter B sehr klein ist, wie es bei einer Sonnenbatterie für künstliche Erdsatelliten der Fall ist. über-

r. schreitet in diesem Fall die Welligkeit oder das Rauschen der Gleichspannung auf dem Leiter B die zulässigen Toleranzgrenzen.

Zur Vermeidung dieses Nachteils werden die Widerstände W₁ bis W₅ geändert, während die elektro-

j'i nischen Schalter in gleicher Weise wie im Fall von Fig. 3 gesteuert werden. Die Widerstände W₁ bis W₅ nehmen dann beispielsweise die folgenden Werte an:

W₁ = HR; W₂ = AR; W_} = 4/?; W_x = IR; W₅=R.

Ganz allgemein sind die Werte der Widerstände W₁

•n bis W_n gleich den Gliedern von zwei absteigenden geometrischen Reihen, wobei das letzte Glied der einen Reihe dem ersten Glied der anderen Reihe gleich ist; im vorliegenden Fall also HR. AR (erste absteigende geometrische Reihe) und AR, 2R, R (zweite

v) absteigende geometrische Reihe). Dann verändert sich die Kurve von Fig. 3, so daß sie den Verlau' der Kurve 6 von Fig. 4 annimmt. Diese Kurve 6 weist die folgenden Kennzeichen auf: sie ist durch eine Folge von Gruppen von jeweils drei ansteigenden Stufen und einer absteigenden Stufe gebildet. Wenn ρ die Anzahl der Glieder der ersten geometrischen Reihe ist, beträgt die Anzahl der ansteigenden Stufen 2p — 1. Während der Folge der drei ansteigenden Stufen werden nur die beiden letzten Bits der über jeder Stufe

M) angegebenen Binärzahlen geändert. Dies bedeutet folgendes: wenn das System im Bereich der ansteigenden Stufen oszilliert, betrifft das Oszillieren nur die Ströme, welche über die Widerstände W₁ = HR und W₁ = AR fließen, so daß dann die Welligkeit dei Gleichspannung auf dem Leiter B die zulässigen Toleranzgrenzen nicht überschreitet. Im Bereich der absteigenden Stufen kann dagegen das System nicht oszillieren, da eine Verringerung des Nebenschluß-

Stroms bei einer Zunahme der Spinnning auf dem Leiter Ii eine noch stärkere Zunahme der Spannung auf dem Leitrr B zur Folge hat und umgekehrt eine /iinnhmc des Nebenschlußstroms bei einer Verringerung der Spannung ^:"<f dem Leiter Il eine noch stärkere Verringerung der Spannung auf dem Leiter Ii /u^r Folge hat. Es genügt dann, die Unterteilung des Proportional-Nebcnschlusscs 3 so klein zu machen, daß die von den Unregelmäßigkeiten der Kurve 6 verursachten Abweichungen Werte haben, die kleiner als die zulässigen 'loleranzgrenzen sind.

Der Umsetzer C ist ein handelsübliches Erzeugnis. Er enthält einen Pufferspeicher und arbeitet im Takt eines eingebauten Steuertaktgebers. Während einer ersten Periode in jedem Zyklus dieses 1 uktgebers bildet er in Abhängigkeit von der seinem Eingang zugeführten Fehlerspannung die Korrekturen, die an der Steuerung der elektronischen Schalter T₁ bis 7'_s und /, bis f₅ vorzunehmen sind, deren Zustände er in dem Pufferspeicher speichert. Während der zweiten Period', l·. - Taktgeberzyklus (der beispielsweise 50 jis dauern kann) gibt er die neuen Steuerbefehle ah.

Die beschriebene Spannungsrcgelanordnung ermöglicht es, die Ausgangsgleichspannung einer Sonnenzellenbatterie in sehr engen Grenzen konstant zu halten, und zwar mit Hilfe einer Ausrüstung von außerordentlich geringem Gewicht, bei der insbesondere die schweren Kondensatoren entfallen.

Eine Weiterbildung der beschriebenen Spannungsp'gelanordnung besteht darin, daß der nach Art eines verlustbehafteten Nebenschlusses ausgebildete Feinregler durch einen mit Pulsbreitensteuerung arbeitenden Regler ersetzt wird, der einem oder mehreren Sonnenzellenabschnitten zugeordnet ist, die dann insbesondere zur Feinregelung dienen.

Eine besondere Ausführungsform einer solchen Regelanordnung wird nachstehend beschrieben:

Wenn η die Gesamtstellenzahl am Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers ist und die k ersten Stellen für die Grobregelung reserviert sind, wird das aus den (n — k) übrigen Bits bestehende Wort nicht mehr mit Hilfe von Widerständen decodiert, sondern in Werte des Einschaltverhältnisses umgewandelt, die sich von Null (alle Bits gleich 0) bis 1 (alle Bits gleich 1) pro Stufe ändern, wobei die Gesamtänderung 2"""* Stufen umfaßt.

Bei einer weiteren, nachstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Feinregelung so ausgebildet, daß sie auf rein analoge Weise erfolgen kann.

Fig. 5zeigt 2* Module Af₁... Af₂Zc, von denen jeder mit einem Pol an Masse angeschlossen ist, während der andere Pol über eine Diode D_r..D₂k mit dem Verteilungsleiter B verbunden ist. Diese Module können durch elektronische Schalter kurzgeschlossen werden, die im vorliegenden Fall durch Transistoren T₁... T^k gebildet sind, die durch Verstärker A₁... A₂k gesteuert werden. Diese Verstärker werden ihrerseits von einem Decodierer DEC gesteuert, der von einem Analog-Digital-Umsetzer CAN eine bestimmte Anzahl k von Bits empfängt, die für die Grobregelung bestimmt sind. Der Eingang des Umsetzers CAN ist mit dem Ausgang eines Fehler-Differenzverstärkers AD verbunden, der an dem einen Eingangdie zu regelnde Spannung des Verteilungsleiters B und am anderen Eingang eine Nennspannung empfängt, die bei dem dargestellten Beispiel von einer Zenerdiode Z geliefert wird.

Der digitale Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers CAN ist mit dem digitalen Eingang eines Digital-Analog-Umsetzers CNA verbunden, dessen Ausgangsspannung V_Λ dem einen Eingang einer Subtrahierschaltung Dif zugeführt wird, die am anderen Eingangdie Ausgangsspannung Ve des Differenzverstärkers AD empfängt. Der die Spannung Vc liefernde Ausgang der Subtrahierschaltung Dif ist mit dem Eingang eines Reglers RG verbunden, der einen oder mehrere vcrlustbehaftete analoge Nebenschlußabschnitte für die Feinregelung steuert, von denen jeder durch einen Widerstand R in Serie mit einem durch einen Verstärker A gesteuerten Transistor T gebildet ist.

Man verfügt also am Analogausgang des Umsetzers CNA über eine Spannung, die ausschließlich dem für die Grobregelung erforderlichen Wert entspricht. Nun ist aber die vom Differenzverstärker AD gelieferte anfängliche Fehlerinformation global; durch Bildung der Differenz zwischen diesen beiden Werten erhält man somit eine Spannung, die genau dem für die Feinregelung notwendigen Wert entspricht. Da sich diese Spannung kontinuierlich ändert, ist sie eine Analogspannung und kann zur Steuerung jeder beliebigen Art eines klassischen Reglers dienen, beispielsweise eines Reihenschlußreglers, eines Nebenschlußreglers oder eines mit Änderung des Einschaltverhältnisses arbeitenden Reglers.

Fig. 6 zeigt die verschiedenen Spannungen, die beim Betrieb dieser Anordnung zur Wirkung kommen. Die Spannung V_H ist die Nennspannung des Verteilungsleiters ß, und Δ V ist die Abweichungsspannung, die 0,5%, 1%, 2%... betragen kann. Ve ist die Gesamtfehlerspannung, die in einem gegebenen Zeitpunkt vom Differenzverstärker AD abgegeben wird, und V_A ist die Alisgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers CWM, d. h. die Spannung, die den ersten Bits der Analog-Digital-Umsetzung, also einer ganzen Anzahl von digitalen Grobregelungsabschritten entspricht. Schließlich ist Vc die analoge Steuerspannung für die Feinregelung, die durch die Differenz zwischen der Fehlerspannung Ve und der Spannung V_A gebildet ist.

Fig. 7 zeigt eine abgeänderte Ausführung dieser zweiten Ausführungsform der Spannungsregelanordnung, bei der ein mit Änderung des Einschaltverhältnisses arbeitender Regler vom Typ »Buckboost« verwendet wird, der als Entladeregler für die Batterie verwendet werden kann, falls eine solche Batterie an Bord des Satelliten vorhanden ist und im Fall einer Verdeckung der Sonne benutzt wird. Dieser Regler dient zur Feinregelung, wodurch das Gewicht eines Reglers eingespart werden kann, der ausschließlich bei Beleuchtung der Sonnenzellen arbeiten würde, wobei zusätzlich der Vorteil erhalten wird, daß die Verlustwärme, unabhängig vom Ladezustand, vollkommen konstant gehalten wird.

In Fig. 7 sind die gleichen Teile wie in Fig. 5 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die Anlage enthält 2* digitale Modulabschnitte, die zur Grobregelung dienen, während die Feinregelung durch einen oder mehrere Module M₁,...M_s erfolgt, die dem Regler R für die Batterie BAT des Satelliten zugeordnet sind, der durch die Spannung Vc über eine Steuerschaltung C gesteuert wird.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Spannungsregelanordnung für eine elektrische Energiequelle, die durch eine Gruppe von zu Modulen zusammengefaßten Sonnenzellen gebildet ist, wobei jeder Modul an seinem einen Pol mit einem gemeinsamen Leiter und an seinem anderen Pol über eine Diode mit einem Verteilungsleiter verbunden ist, und wobei jedem Modul ein zwischen dem Modul und der zugehörigen Diode einerseits und an den gemeinsamen Leiter andererseits angeschlossener elektronischer Schalter zugeordnet ist, der von einem Differenzverstärker gesteuert wird, der die Modulausgangsspannung mit einer Bezugsspannung vergleicht, dadurch gekennzeichnet, daß ein allen Modulen gemeinsamer Differenzverstärker (AD) mit einem Eingang an den Verteilungsleiter ( B) und mit dem anderen Eingang an einen Nennspannungserzeuger (Z) aufschlössen ist, und daß der Ausgang des Diffevcnzverstärkers (AD) mit einem Analog-Digital-Umsetzer (C; CAN) verbunden ist, dessen Binärausgänge einerseits die den Modulen (M₂... M₈; M₁... M₂k) zur Grobregelung durch Kurzschluß unmittelbar parallelgeschalteten elektronischen Schalter (T₁... T^, T_x... T₂k) und andererseits einen Feinregler (3; RG; R) steuern.

   2. Spannungsregelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinregler ein Proportional-Nebenschluß (3) ist, der durch einen Teil der Binärausgänge (fc,... b₅) des Analog-Digital-UmseUers (C) gesteuert wird, während die übrigen Binärausgän^e (c₂. .C₈) des Analog-Digital-Umsetzers (C) d:2 elektronischen Schalter (T₂... T₈) steuern.

   3. Spannungsregelanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportional-Nebenschluß (3) durch eine Gruppe von parallelgeschalteten Zweigen gebildet ist, von denen jeder in Serie einen durch einen der Binärausgänge (fe,...fej) gesteuerten elektronischen Nebenschlußschalter (/,.../,) und einen Widerstand (W₁... W₅) enthält.

   4. Spannungsregelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandswerte der in Serie mit den elektronischen Nebenschlußschaltern (/,.../j) geschalteten Widerstände (W₁... W_}) den Gliedern von zwei absteigenden geometrischen Reihen entsprechen, wobei das letzte Glied der einen Reihe gleich dem ersten Glied der anderen Reihe ist.

   5. Spannungsregelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinregler ein mit veränderlichem Einschaltverhältnis (Pulsbreitensteuerung oder Pulsfolgesteuerung) arbeitender Regler ist.

   6. Spannungsregelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die elektronischen Schalter steuernden Binärausgänge des Analog-Digital-Umsetzers (CAN) mit einem Digital-Analog-Umsetzer (CNA) verbunden sind, dessen Analogausgang zusammen mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (AD) mit einer Subtrahierschaltung (Dif) verbunden ist, deren Ausgang mit einem analogen Feinreglcr (RG; R) verbunden ist.

   T.Spannungsregelanordnungnach Anspruch 6,

   dadurch gekennzeichnet, daß der analoge Feinregler (RG) einen oder mehrere verlustbehaftete Nebenschlußwiderstandszweige (R, T) steuert,die zwischen dem Verteilungsleiter (B) und dem gemeinsamen Punkt angeschlossen sind.

   8. Spannungsregelanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog-Digital-Umsetzer (CAN) die Binärstellenzahl k hat, wenn die Anzal der Moduls 2* beträgt.

   9. Spannungsregelanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der analoge Feinregler (R) Sonnenzellenmodule (M_P...M_S) steuert, die zusätzlich zu den für die Grobregelung vorgesehenen Modulen (M₁... M₂k) vorgesehen sind.

   10. Spannungsregelanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der analoge Feinregler (R) zugleich der Regler ist, der zur Regelung der Entladung einer von den Sonnenzellen aufgeladenen Pufferbatterie (BAT) dient.