DE2529906A1

DE2529906A1 - Voltage controller for solar energy generator - divided into series generator modules, with current limited characteristic

Info

Publication number: DE2529906A1
Application number: DE19752529906
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl Ing Hufnagel
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1975-07-04
Filing date: 1975-07-04
Publication date: 1977-01-13
Also published as: DE2529906B2; DE2529906C3

Abstract

A solar energy generator has a voltage controller divided into series generator modules. Each divided generator module has a no-load voltage corresponding to the generator working voltage at its end, and the remaining modules are shunted by a switching controller. When pulse width modulation followed by integration of output voltage of the shunted modules is used, the relation between switched-on time and short-circuit time to load current or to current determined by the generator characteristic at the working point is represented by a specified equation.

Description

Schaltregler für Generatoren mit strombegrenzter Kennlinie Die Erfindung bezieht sich auf einen Schaltregler zur Spannungsregelung eines in mehrere, in Serie geschaltete Generatormodule aufgeteilten Generators mit strombegrenzter Kennlinie, insbesondere eines Solargenerators.Switching regulator for generators with current-limited characteristic The invention refers to a switching regulator for voltage regulation one in several, in series switched generator modules split generator with current-limited characteristic curve, in particular a solar generator.

Derartige Schaltregler sind aus der DT-OS 1 513 195 bekannt.Such switching regulators are known from DT-OS 1 513 195.

Hier ist zwar der Generator nicht in mehrere Generatormodule zerlegt, jedoch ist dieses bei höheren Leistungen notwendig.Here the generator is not divided into several generator modules, however, this is necessary for higher outputs.

Derartige Schaltregler weisen jedoch einen relativ hohen Verlustfaktor auf, der in der Größenordnung von oftmals bis zu 10 % der Solargeneratorleistung liegt. Außerdem muß die Schaltung, um eine möglichst geringe Restwelligkeit der Ausgangsspannung des Generators zu erhalten, sehr aufwendig sein.Such switching regulators, however, have a relatively high loss factor in the order of magnitude of often up to 10% of the solar generator output lies. In addition, the circuit must have the lowest possible ripple Output voltage of the generator can be very expensive.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuen Schaltregler mit einer einfachen Schaltungsanordnung anzugeben, die nur eine geringe Anzahl von Bauelementen aufweist, und bei dem die Restwelligkeit der stabilisierten Ausgangsspannung sehr klein ist.The object of the invention is to provide a new switching regulator with a simple Specify a circuit arrangement that has only a small number of components, and in which the ripple of the stabilized output voltage is very small.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein ungeregeltes Generatormodul eine Leerlaufspannung aufweist, die der Arbeitsspannung des Generators zu dessen Einsatzende entspricht, unddaß der bzw. die übrigen Generatormodule mittels eines Schaltreglers überbrückt sind, wobei bei Anwendung einer Pulsmodulation mit anschließender Integration der Ausgangsspannung der überbrückten Generatormodule sich die Sinschaltzeit t und Kurzschlußzeit tk zum durch eine gespeiste Last fließenden Laststrom IL bzw. zum durch die Kennlinie des Generators im Arbeitspunkt vorgegebenen Kennlinienstrom 1G verhalten wie wobei mit T die Periode der Pulsmodulation bezeichnet ist.This object is achieved according to the invention in that an unregulated generator module has an open circuit voltage which corresponds to the working voltage of the generator at the end of its use, and that the remaining generator module or modules are bridged by means of a switching regulator, with the use of pulse modulation with subsequent integration of the output voltage of the bridged generator modules, the switching time t and short-circuit time tk to the load current IL flowing through a fed load or to the characteristic current 1G given by the characteristic of the generator at the operating point behave as where T is the period of the pulse modulation.

Zweckmäßig wird als Regler ein Nebenschlußverlustregler gewählt, da dieser von den verfügbaren Reglern den kleinsten Verlustfaktor aufweist.A shunt loss regulator is expediently chosen as the regulator, since this has the smallest loss factor of the available controllers.

Mit einem pulsdauermodulierten Schaltregler gemäß der Erfindung werden sehr gute Ergebnisse erzielt. Wird als Integrationsglied ein Kondensator verwendet, so ergibt sich mit dem Ansatz, daß die periodisch aufgenommene und abgegebene Leistung gleich ist, die Beziehung für die Restwelligkeit bzw. Restmodulation der stabilisierten Gleichspannung. Es wird hiermit etwa für eine siebenjährige Synchronmission eines Erdsatelliten bei einer derartigen Einstellung des Arbeitspunktes, daß am Ende der Lebensdauer bei Nennlast Anpassung vorliegt, zu Beginn der Synchronmission eine Restmodulation URM von etwa: T URM 0,2 ' 1G T 0 erhalten, wobei C die Kapazität des Kondensators und IG des Generatorstrom ist. Der Kapazitätsbedarf für einen typischen Anwendungsfall, wo etwa der Generatorstrom 15 Ampere, die Periode der Pulsmodulation 50 aus, d.h. die Schaltfrequenz 20 kH und die Restmodulation etwa 1 V beträgt, ergibt sich zu etwa 160/uF, Trotz des großen Stromes von 15 Ampere ist damit der Kapazitätsbedarf relativ klein. Auf diese Weise können aber auch hohe Generatorleistungen mit Reglern ausgeregelt werden, die verhältnismäßig kleingebaut sind. Durch die spezielle Anzapfung des Generators wird zudem erreicht, daß die in dem Nebenschlußregler in Wärme umgesetzte Verlustleistung während der Missionsdauer optimiert ist, nachdem der Generator so ausgelegt ist, daß er zu seinem Einsatzende in Anpassung betrieben wird.With a pulse duration modulated switching regulator according to the invention achieved very good results. If a capacitor is used as the integration element, so it results from the approach that the periodically absorbed and delivered power is the same, the relationship for the residual ripple or residual modulation of the stabilized DC voltage. It is hereby about for a seven year dubbing mission a terrestrial satellite with such a setting of the operating point that on At the end of the service life at nominal load there is an adjustment at the beginning of the synchronous mission a residual modulation URM of about: T URM 0.2 '1G T 0, where C is the capacitance of the capacitor and IG is the generator current. The capacity requirement for a typical Application where, for example, the generator current is 15 amps, the period of the pulse modulation 50, i.e. the switching frequency is 20 kH and the residual modulation is around 1 V. up to about 160 / uF, despite the large current of 15 amperes, this is the capacity requirement relatively small. In this way, however, high generator outputs can also be achieved with regulators that are relatively small. Due to the special tap of the generator is also achieved that the converted into heat in the shunt regulator Power loss during the mission period is optimized after the generator so is designed that it is operated in adaptation to its end of use.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen: Figur 4 ein Diagramm der Kennlinien eines Solargenerators; Figur 2 ein Zeitdiagramm einer Pulsmodulation eines Solargenerators mit einem Schaltregler gemäß der Erfindung und Figur 3 ein Stromlaufdiagramm eines Ausführungsbeispieles eines Schaltreglers gemäß der Erfindung.The invention is illustrated in one embodiment with reference to the drawing explained in more detail. In detail: FIG. 4 shows a diagram of the characteristics of a Solar generator; FIG. 2 shows a time diagram of a pulse modulation of a solar generator with a switching regulator according to the invention and FIG. 3 is a circuit diagram of a Embodiment of a switching regulator according to the invention.

Bei einem Solargenerator ändert sich die Strom-Spannungs-Kennlinie in Abhängigkeit von mehreren Parametern. So ist in Figur 1 die Kennlinie I kennzeichnend für den extrem abgekühlten Generator etwa eines Synchronsatelliten zu Beginn der Missionsdauer, während die Kennlinie II für den warm eingeschwungenen Solargenerator am Ende der Missionsdauer gilt.In the case of a solar generator, the current-voltage characteristic changes depending on several parameters. In FIG. 1, the characteristic curve I is characteristic for the extremely cooled generator of a synchronous satellite at the beginning of the Mission duration, while characteristic curve II for the warm steady solar generator applies at the end of the mission period.

Die Kennlinie I ist aufgefächert in die Gesamtkennlinie 1a und die Kennlinie Ib, die einem Generatormodul entspricht, dessen Leerlaufspannung Uo identisch ist mit der Spannung entsprechend dem Punkt PO der maximalen Leistungsabgabe am Ende der Missionsdauer. Bei einer siebenjährigen Synchronmission beträgt diese Spannung etwa 35% der Leerlaufspannung für die Kennlinie Ia.The characteristic curve I is fanned out into the overall characteristic curve 1a and the Characteristic curve Ib, which corresponds to a generator module whose open circuit voltage Uo is identical is with the voltage corresponding to the point PO of the maximum power output on End of mission period. In the case of a seven-year synchronized mission, this tension amounts to about 35% of the open circuit voltage for the characteristic curve Ia.

Der Solargenerator ist, wie Figur 3 zeigt, in zwei hintereinander geschaltete Generatormodule 1 und 2 aufgeteilt, wobei das Generatormodul 1 ungeregelt ist und entsprechend der obigen Beziehung im abgekühlten Zustand eine Leerlaufspannung aufweist, die der Nominal spannung am Ende der Missionsdauer entspricht. Das zweite Generatormodul 2 ist über einen zweistufigen Shuntregler SR mit zwei Transistoren T1 und T2 überbrückt, die von einem Kleinsignalteil 3 entsprechend einer Pulsmodulation angesteuert werden.The solar generator is, as Figure 3 shows, in two in a row switched generator modules 1 and 2 divided, the generator module 1 unregulated and according to the above relationship, an open circuit voltage in the cooled state which corresponds to the nominal voltage at the end of the mission period. The second Generator module 2 is via a two-stage shunt regulator SR with two transistors T1 and T2 bridged by a small signal part 3 corresponding to a pulse modulation can be controlled.

Die entsprechend den Signalen des Kleinsignalteiles für die Pulsmodulation modulierte Spannung des Gesamtgenerators wird an einem Kondensator C integriert, so daß an Klemmen 4 und 5 die gewünschte Arbeitsspannung UO mit einer gewissen Restwelligkeit zur Versorgung einer nichtdargestellten Last abgenommen werden kann.The corresponding to the signals of the small signal part for the pulse modulation modulated voltage of the overall generator is integrated on a capacitor C, so that the desired working voltage UO at terminals 4 and 5 with a certain residual ripple can be removed to supply a load not shown.

Die Periode T der Pulsmodulation ist derart gewählt, daß die Einschaltzeit te des Generatormoduls 2 und die Kurzschlußzeit tk sich zu dem Generatorstrom 1G und dem durchIdie Last fließenden Strom IL sich zueinander verhalten wie: L T L 1G te Diese Beziehung ist in der Figur 2 sinnbildlich durch die Flchengleichheit der schraffierten Teilflächen F1 und F2 dargestellt, so daß deutlich wird, daß der Gleichstrommittelwert der Strompulse aus dem Ges amtgenera tor und der Verbraucherstrom gleich sein muß.The period T of the pulse modulation is chosen such that the switch-on time te of the generator module 2 and the short circuit time tk to that Generator current 1G and the current IL flowing through I the load are related to one another like: L T L 1G te This relationship is symbolized in FIG. 2 by the equality of area the hatched sub-areas F1 and F2 shown, so that it is clear that the Average DC value of the current pulses from the total generator and the consumer current must be the same.

PatentansprücheClaims

Claims

Claims ½ switching regulator for voltage regulation of one in several, Generator modules connected in series with split generator with current-limited Characteristic curve, in particular of a solar generator, is therefore not shown t that an unregulated generator module (1) has an open circuit voltage (UO) which corresponds to the working voltage of the generator at the end of its use, and that the respectively.

the remaining generator modules (2) are bridged by means of a switching regulator (SR), with the application of a pulse modulation with subsequent integration of the output voltage of the bridged generator modules, the switch-on time (te) and short-circuit time (tk) for the load current (IL) or the load current flowing through a fed load . to the characteristic current (IG) specified by the characteristic curve of the generator at the operating point behave as where T is the period of the pulse modulation.

2. Switching regulator according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the switching regulator comprises a shunt loss regulator (SR).

3. Switching regulator according to one of the preceding claims, in particular for a generator used in conjunction with a synchronous satellite is indicated by the fact that the generator has two generator modules (1,2), the one unregulated generator module (1) about 35% of the total voltage and the second regulated generator module (2) delivers about 65% of the total voltage.