JP2002341951A - ディジタル型シャント装置 - Google Patents

ディジタル型シャント装置

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JP2002341951A
JP2002341951A JP2001147904A JP2001147904A JP2002341951A JP 2002341951 A JP2002341951 A JP 2002341951A JP 2001147904 A JP2001147904 A JP 2001147904A JP 2001147904 A JP2001147904 A JP 2001147904A JP 2002341951 A JP2002341951 A JP 2002341951A
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JP
Japan
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shunt
shunt transistor
diode
transistor
digital
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JP2001147904A
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Kazuari Sakai
一有 酒井
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シャントトランジスタのオン時およびオフ時
でシャント装置における発熱量の変化をより少なくある
いはほぼ一定とし、温度変化の少ない熱設計を容易にし
たディジタル型シャント装置を提供する。 【解決手段】 太陽電池1と負荷5側の間に接続され、
太陽電池で発生する電力の余剰電力をシャントするため
のディジタル型シャント装置3であって、太陽電池から
負荷側に電流を供給する経路の回路構成8と、電流をシ
ャントする経路の回路構成11,6,9,をより同じに
なるようにして、該装置のオンオフ時の発熱量の変化を
少なくした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば人工衛星の
太陽電池で発生する電力の余剰電力をシャントすること
により負荷への電力供給電圧を安定化するディジタル型
シャント装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は例えば特公平8−23782号公
報等に開示されている、シャントトランジスタのオンオ
フ時の急激な電流変化を緩和し、他の機器への電磁干渉
を緩和した従来のディジタル型シャント装置の構成を示
す。
【0003】図4において、1は太陽電池、2は浮遊容
量、3はディジタル型シャント装置、4はエネルギーバ
ンク、5は負荷、15はコレクタが逆流防止用ダイオー
ド8のアノードに接続され、エミッタがコイル9に接続
されたシャントトランジスタ(バイポーラトランジス
タ)、7は逆流防止ダイオード8のカソードとシャント
トランジスタ15のベースに接続され、エネルギーバン
ク4の電圧を検出してシャントトランジスタ15を駆動
する制御器である。
【0004】9は上記シャントトランジスタ15のエミ
ッタとアース間に接続され、上記シャントトランジスタ
15がターンオンする際に電流を制限するコイル、10
はそのカソードが上記シャントトランジスタ15のベー
スに、またアノードがアースに接続された定電圧ダイオ
ードである。そしてターンオン時は定電圧ダイオード1
0の降伏電圧を利用し、ターンオフ時はシャントトラン
ジスタ15のベース・エミッタ順方向電圧を利用するこ
とにより、シャントトランジスタ15に流れる電流変化
率を緩和して他機器への電磁干渉を防止している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来のディジタル型シャント装置においては、シャン
トトランジスタのオン状態とオフ状態で発熱量が大きく
異なり温度を一定とする熱設計が難しくなる問題点があ
る。
【0006】この発明は、かかる問題点を解消するため
になされたもので、上記従来のシャント装置においてシ
ャントトランジスタのオフ時においてもダイオードある
いはシャントトランジスタに電流を流すことにより発熱
量の変化をより少なくあるいはほぼ一定とし、温度変化
の少ない熱設計を容易にしたディジタル型シャント装置
を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的に鑑み、この
発明は、太陽電池と負荷側の間に接続され、太陽電池で
発生する電力の余剰電力をシャントするためのディジタ
ル型シャント装置であって、太陽電池から負荷側に電流
を供給する経路の回路構成と、電流をシャントする経路
の回路構成をより同じになるようにして、該装置のオン
オフ時の発熱量の変化を少なくしたことを特徴とするデ
ィジタル型シャント装置にある。
【0008】また、前記太陽電池と負荷の間に接続され
た逆流防止ダイオードを含む電流を負荷側に供給する経
路と、アノードが前記逆流防止ダイオードのアノード側
に接続されたダイオード、ドレインを前記ダイオードの
カソードに接続しソースをアース側に接続したパワーM
OSFETからなる経路切換えを行うためのシャントト
ランジスタ、およびこのシャントトランジスタのソース
とアース間に接続されシャントトランジスタのターンオ
ン時の電流制限用のコイル、が前記逆流防止ダイオード
のアノード側とアース間に順次直列に接続されたシャン
ト経路と、前記シャントトランジスタをこれにゲートを
制御してオンオフ制御する制御器と、前記シャントトラ
ンジスタのゲートとアース間にゲートに向かって順方向
接続された定電圧ダイオードと、を備えたことを特徴と
する請求項1に記載のディジタル型シャント装置にあ
る。
【0009】また、上記逆流防止ダイオードのカソード
側にドレインが接続され、前記負荷側にソースが接続さ
れると共に、ドレインとゲート間及びゲートとアース間
にそれぞれ抵抗を接続したパワーMOSFETをさらに
備えたことを特徴とする請求項2に記載のディジタル型
シャント装置にある。
【0010】第1の発明によるディジタル型シャント装
置は、図4に示す従来のシャント装置においてシャント
トランジスタのコレクタと上記逆流防止ダイオードのア
ノードの間に、アノード側を上記逆流ダイオードのアノ
ード側にカソード側を上記シャントトランジスタのコレ
クタに接続したダイオードを有することを特徴としてい
る。また、シャントトランジスタをバイポーラトランジ
スタからMOSFETに置き換えている。なお、シャン
トトランジスタをバイポーラトランジスタからパワーM
OSFETに変更することにより低消費電力、低損失化
の利点がある。
【0011】第2の発明によるディジタル型シャント装
置は、上記第1の発明によるディジタル型シャント装置
において、上記逆流防止ダイオードのカソードと負荷の
間に、ドレインを上記逆流防止ダイオードのカソード
に、ソースを負荷に接続したパワーMOSFETを備
え、このパワーMOSFETのドレインとゲート間、及
びゲートとアース間に抵抗を接続した構成を有してい
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明を各実施の形態に
従って説明する。 実施の形態1.図1はこの発明の一実施の形態によるデ
ィジタル型シャント装置の構成を示す図である。図1に
おいて、従来のものと同一もしくは相当部分は同一符号
で示す。1は太陽電池、2は浮遊容量、3はディジタル
型シャント装置、4はエネルギーバンク、5は負荷、6
はドレインがダイオード11のアノードに接続され、ソ
ースがコイル9に接続されたシャントトランジスタ(パ
ワーMOSFET)、7は逆流防止ダイオード8のカソ
ードとシャントトランジスタ6のゲートとに接続され、
エネルギーバンク4の電圧を検出してシャントトランジ
スタ6を駆動する制御器である。
【0013】9はシャントトランジスタ6のソースとア
ース間に接続され、シャントトランジスタ6がターンオ
ンする際に電流を制限するコイル、10はそのカソード
がシャントトランジスタ6のゲートに、またアノードが
アースに接続された定電圧ダイオード、11はカソード
側をシャントトランジスタ6のドレインにアノード側を
逆流防止ダイオード8のアノード側に接続したダイオー
ドである。
【0014】第2図はターンオン、ターンオフ時のシャ
ントトランジスタ6の電流波形を示す図であり、横軸は
時間tを、縦軸は電流Icを示す。
【0015】次に動作について図1、図2を用いて説明
する。t=0で制御器7よりシャントトランジスタ6の
ゲートにHレベル信号が出力されシャントトランジスタ
6がターンオンしたとする。この時、太陽電池1の出力
電流Ioと浮遊容量2の放電電流がシャントトランジス
タ6のドレイン・ソースを経てコイル9へ流れ込み起電
力Vl1が生じる。
【0016】コイル9のインダクタンスをLとすると、
シャントトランジスタ6に流れ込む電流Icとコイル起
電力Vl1との間に次式が成立する。
【0017】Vl1=L(dIc/dt) (1)
【0018】一方、コイル9の起電力Vl1は定電圧ダ
イオード10の降伏電圧をVz、シャントトランジスタ
6のゲートスレシュホールド電圧VgthとするとVl
1=Vz−Vgthであたえられるから、シャントトラ
ンジスタ6に流れ込む電流Icは次式により与えられ
る。
【0019】 Ic=(Vz−Vgth)t/L (2)
【0020】(2)式より明らかなように適当な定電圧ダ
イオード10を選択すれば、シャントトランジスタ6の
電流の立ち上がりを制御することが可能であり、また、
シャントトランジスタ6がオンしたときはシャントトラ
ンジスタ6とダイオード11に電流が流れる。
【0021】次にt=τで制御器7よりシャントトラン
ジスタ6のゲートにLレベル信号が出力され上記シャン
トトランジスタ6がターンオフしたとする。この時、コ
イル9の起電力が反転して、コイル9に蓄積されたエネ
ルギーの一部はシャントトランジスタ6のゲート電圧を
ゲートスレシュホールド電圧Vgthに保ちつつ放出
し、残りのエネルギーはドレイン電流として放出され
る。
【0022】この場合、コイル9の電圧Vl2はゲート
スレシュホールド電圧Vgthに等しくなり、Vl2=
Vgthで与えられる。また、コイル9に流れる電流I
cと電圧Vl2の関係は次式により与えられる。
【0023】 Vl2=−L(dIc/dt) (3)
【0024】(3)式よりシャントトランジスタ6のター
ンオフ時の電流Icは次式により与えられる。
【0025】 Ic=Io−Vgth(t−τ)/L (4)
【0026】(4)式より明らかなように、ターンオフ時
のシャントトランジスタ6の電流立ち下がりも制御可能
となり、また、シャントトランジスタ6がオフしたとき
は逆流防止ダイオード8へ電流が流れる。
【0027】すなわちこの発明によるディジタル型シャ
ント装置によれば、従来のシャントトランジスタの利点
であるシャントトランジスタのターンオン時あるいはタ
ーンオフ時の電流変化を制御できる利点を損なわずに、
従来のディジタル型シャント装置におけるシャントトラ
ンジスタをそのままバイポーラトランジスタから低消費
電力、低損失化の利点があるパワーMOSFETに置き
換えることができ、かつ、シャントトランジスタ6がオ
ンしたときはダイオード11とシャントトランジスタ6
に電流が流れ、シャントトランジスタ6がオフしたとき
は逆流防止ダイオード8に電流が流れ、シャントトラン
ジスタのオンオフに関わらずディジタル型シャント装置
3の発熱量をほぼ一定にできる。
【0028】また、定電圧ダイオード10として降伏電
圧がゲートスレッシュ電圧の2倍の値を選ぶことによ
り、ターンオンとターンオフの電流変化率を同じにする
ことができる。
【0029】このように実施の形態1によれば、シャン
トトランジスタ6のカソードとアース間にコイル9を設
け、ターンオン時は定電圧ダイオード10の降伏電圧と
シャントトランジスタ6のゲートスレッシュホールド電
圧を利用し、ターンオフ時はシャントトランジスタ6の
ゲートスレッシュホールド電圧を利用することにより、
シャントトランジスタに流れる電流変化を図2のように
緩和することで、従来のディジタル型シャント装置の機
能である他機器への電磁干渉を緩和するという効果を損
なうことなくシャントトランジスタをバイポーラトラン
ジスタから低消費電力、低損失化の利点があるパワーM
OSFETに置き換えることができるとともに、シャン
トトランジスタ6がオンした時はダイオード11とシャ
ントトランジスタ6に電流が流れ、シャントトランジス
タ6がオフしたときは逆流防止ダイオード8に電流が流
れ、シャントトランジスタ6による発熱はダイオード1
1に比して小さいため、シャントトランジスタ6のオン
オフに関わらず発熱がほぼ一定にでき、ディジタル型シ
ャント装置3の熱設計が容易となる効果がある。
【0030】実施の形態2.図3はこの発明の別の実施
の形態によるディジタル型シャント装置の構成を示す図
である。図3において、上記実施の形態のものと同一も
しくは相当部分は同一符号で示す。1〜11は実施の形
態1のディジタル型シャント装置と全く同一のものであ
る。14は逆流防止ダイオード8のカソードと負荷5の
間に、ドレインを逆流防止ダイオード8のカソードに、
ソースを負荷5に接続したパワーMOSFET14であ
る。12,13はパワーMOSFET14のドレインと
ゲート間、及びゲートとアース間に接続した抵抗であ
る。
【0031】次に動作について説明する。動作原理は実
施の形態1と同じであるが、シャントトランジスタ6が
オンしたときはダイオード11とシャントトランジスタ
6に電流が流れ、シャントトランジスタ6がオフしたと
きは逆流防止ダイオード8とパワーMOSFET14に
電流が流れることにより、シャントトランジスタオンオ
フに関わらずディジタル型シャント装置3の発熱量を一
定とすることができる。
【0032】
【発明の効果】この発明によれば、シャントトランジス
タのオンオフに関わらず発熱がほぼ一定にでき熱設計が
容易となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施の形態によるディジタル型
シャント装置の構成を示す図である。
【図2】 この発明によるディジタル型シャント装置で
のターンオン、ターンオフ時のシャントトランジスタの
電流波形を示す図でる。
【図3】 この発明の別の実施の形態によるディジタル
型シャント装置の構成を示す図である。
【図4】 従来のディジタル型シャント装置の構成を示
す図である。
【符号の説明】
1 太陽電池、2 浮遊容量、3 ディジタル型シャン
ト装置、4 エネルギーバンク、5 負荷、6 シャン
トトランジスタ(パワーMOSFET)、7 制御器、8
逆流防止トランジスタ、9 コイル、10 定電圧ダ
イオード、11ダイオード、12,13 抵抗、14
パワーMOSFET。
フロントページの続き Fターム(参考) 5F051 BA02 BA17 KA10 5G003 AA06 BA01 CA12 CC04 DA04 GA01 GB04 5H420 CC03 DD02 EA12 EA20 EB01 FF03 FF25 5H730 AA20 BB14 DD04 EE07 FD01 FG01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 太陽電池と負荷側の間に接続され、太陽
    電池で発生する電力の余剰電力をシャントするためのデ
    ィジタル型シャント装置であって、太陽電池から負荷側
    に電流を供給する経路の回路構成と、電流をシャントす
    る経路の回路構成をより同じになるようにして、該装置
    のオンオフ時の発熱量の変化を少なくしたことを特徴と
    するディジタル型シャント装置。
  2. 【請求項2】 前記太陽電池と負荷の間に接続された逆
    流防止ダイオードを含む電流を負荷側に供給する経路
    と、 アノードが前記逆流防止ダイオードのアノード側に接続
    されたダイオード、ドレインを前記ダイオードのカソー
    ドに接続しソースをアース側に接続したパワーMOSF
    ETからなる経路切換えを行うためのシャントトランジ
    スタ、およびこのシャントトランジスタのソースとアー
    ス間に接続されシャントトランジスタのターンオン時の
    電流制限用のコイル、が前記逆流防止ダイオードのアノ
    ード側とアース間に順次直列に接続されたシャント経路
    と、 前記シャントトランジスタをこれにゲートを制御してオ
    ンオフ制御する制御器と、 前記シャントトランジスタのゲートとアース間にゲート
    に向かって順方向接続された定電圧ダイオードと、 を備えたことを特徴とする請求項1に記載のディジタル
    型シャント装置。
  3. 【請求項3】 上記逆流防止ダイオードのカソード側に
    ドレインが接続され、前記負荷側にソースが接続される
    と共に、ドレインとゲート間及びゲートとアース間にそ
    れぞれ抵抗を接続したパワーMOSFETをさらに備え
    たことを特徴とする請求項2に記載のディジタル型シャ
    ント装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017143607A (ja) * 2016-02-08 2017-08-17 三菱電機株式会社 シャント装置、電力システム及び宇宙構造物

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017143607A (ja) * 2016-02-08 2017-08-17 三菱電機株式会社 シャント装置、電力システム及び宇宙構造物

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Effective date: 20080805