JP2009202625A - Power controller and power control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人工衛星の電力制御装置及び電力制御方法に関する。 The present invention relates to an artificial satellite power control apparatus and a power control method.
図1は、従来の電気回路100を示す。電気回路100は、人工衛星に搭載される。電気回路100は、負荷機器110と、直列に接続された太陽電池111及び112と、電力制御装置130と、二次電池113と、充電制御回路114と、ブロッキングダイオード115及び116を備える。負荷機器110は、バス120に接続される。太陽電池112のホット側の端子が太陽電池111のリターン側の端子に接続され、太陽電池111のホット側の端子がブロッキングダイオード115を介してバス120に接続される。二次電池113は、充電制御回路114を介してバス120に接続され、ブロッキングダイオード116を介してバス120に接続される。電力制御装置130は、シャントデシペータ131と、フィードバックコントローラ132を備える。
FIG. 1 shows a conventional
太陽電池111及び112は、太陽からの光を受けて太陽電池発生電圧Vscを発生する。二次電池113は、二次電池発生電圧Vrbを発生する。ブロッキングダイオード115及びブロッキングダイオード116により、太陽電池発生電圧Vsc及び二次電池発生電圧Vrbの高い方に対応するバス電圧Vbusがバス120及び負荷機器110に印加される。
The
人工衛星の軌道は、日照部と日陰部とを含む。人工衛星が日照部にあるとき、人工衛星は地球の陰に入っていない。人工衛星が日陰部にあるとき、人工衛星は地球の陰に入っている。人工衛星が日陰部にある状態を人工衛星の食といい、人工衛星が日陰部から日照部に移動することを食明けといい、人工衛星が日照部から日陰部に移動することを食入りという。 The orbit of the artificial satellite includes a sunshine part and a shade part. When the satellite is in the sunshine, the satellite is not behind the earth. When the satellite is in the shade, it is in the shade of the earth. The state where an artificial satellite is in the shaded part is called an artificial satellite eclipse, the artificial satellite moving from the shaded part to the sunshine part is called dawn, and the artificial satellite moving from the sunshine part to the shaded part is called eaten. .
人工衛星が日照部にある場合について説明する。太陽電池発生電圧Vscが二次電池発生電圧Vrbより高いため、バス電圧Vbusは太陽電池発生電圧Vscに対応する。電力制御装置130は、バス電圧Vbusが目標値にフィードバック制御されるように、シャント電流Isを操作する。ここで、太陽電池発生電圧Vscの目標値は、二次電池発生電圧Vrbより高い。具体的には、フィードバックコントローラ132は、バス電圧Vbusに基づいて、シャント電流Isの設定値を示すフィードバック制御信号141を出力する。シャントデシペータ131は、フィードバック制御信号141に基づいてシャント電流Isを制御する。充電制御回路114は、太陽電池111及び112が発生する電力を用いて二次電池113を充電する。負荷機器110は、太陽電池111及び112が発生する電力を用いて動作する。
A case where the artificial satellite is in the sunshine section will be described. Since solar cell generation voltage Vsc is higher than secondary battery generation voltage Vrb, bus voltage Vbus corresponds to solar cell generation voltage Vsc. The
人工衛星が日陰部にある場合について説明する。二次電池発生電圧Vrbが太陽電池発生電圧Vscより高いため、バス電圧Vbusは二次電池発生電圧Vrbに対応する。電力制御装置130が、バス電圧Vbusが目標値にフィードバック制御されるように、シャント電流Isを操作するため、シャント電流Isが最小になる。負荷機器110は、二次電池113が発生する電力を用いて動作する。
A case where the artificial satellite is in the shaded area will be described. Since secondary battery generation voltage Vrb is higher than solar battery generation voltage Vsc, bus voltage Vbus corresponds to secondary battery generation voltage Vrb. Since the
食明け時には、太陽電池発生電圧Vscが急激に上昇する。その結果、バス電圧Vbusが急激に上昇する。バス電圧Vbusの急激な上昇にフィードバックコントローラ132が対応できない場合、バス電圧Vbusが過電圧となる恐れがある。
At dawn, the solar cell generation voltage Vsc rises rapidly. As a result, the bus voltage Vbus increases rapidly. If the
特許文献1は、ツェナーダイオードを用いて食明け時の電圧上昇を抑える技術を開示している。
本発明の目的は、食明け時の過電圧が防止される電力制御装置及び電力制御方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a power control apparatus and a power control method in which overvoltage at the time of eating is prevented.
以下に、(発明を実施するための最良の形態)で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、(特許請求の範囲)の記載と(発明を実施するための最良の形態)との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、(特許請求の範囲)に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 Hereinafter, means for solving the problem will be described using the numbers used in (Best Mode for Carrying Out the Invention). These numbers are added to clarify the correspondence between the description of (Claims) and (Best Mode for Carrying Out the Invention). However, these numbers should not be used to interpret the technical scope of the invention described in (Claims).
本発明による電力制御装置は、人工衛星に搭載された太陽電池(11、12)が発生する太陽電池発生電圧(Vsc)を制御するためのシャント電流(Is)を、シャント制御信号(43)に基づいて制御するシャントデシペータ(31)と、上記太陽電池発生電圧及び二次電池(13)が発生する二次電池発生電圧(Vrb)の高い方に対応するバス電圧(Vbus)に基づいて、上記シャント電流の第1設定値を示すフィードバック制御信号(41)を出力するフィードバックコントローラ(32)と、上記シャント電流の第2設定値を示すシーケンス制御信号(42)を出力するシーケンスコントローラを具備する。上記第1設定値が上記第2設定値より大きいとき、上記フィードバック制御信号が上記シャント制御信号として用いられる。上記第2設定値が上記第1設定値より大きいとき、上記シーケンス制御信号が上記シャント制御信号として用いられる。上記シーケンスコントローラは、上記人工衛星の食明けを判断した場合、上記第2設定値を徐々に小さくする。 In the power control device according to the present invention, the shunt current (Is) for controlling the solar cell generation voltage (Vsc) generated by the solar cells (11, 12) mounted on the artificial satellite is used as the shunt control signal (43). Based on the shunt desiccator (31) controlled based on the bus voltage (Vbus) corresponding to the higher one of the solar cell generation voltage and the secondary battery generation voltage (Vrb) generated by the secondary battery (13), A feedback controller (32) for outputting a feedback control signal (41) indicating a first set value of the shunt current; and a sequence controller for outputting a sequence control signal (42) indicating a second set value of the shunt current. . When the first set value is greater than the second set value, the feedback control signal is used as the shunt control signal. When the second set value is larger than the first set value, the sequence control signal is used as the shunt control signal. The sequence controller gradually decreases the second set value when it is determined that the artificial satellite has dawned.
上記シーケンスコントローラは、上記太陽電池発生電圧を所定の第1時間以上継続して検知した場合に上記食明けを判断することが好ましい。 It is preferable that the sequence controller determines the dawn when the solar cell generated voltage is continuously detected for a predetermined first time or more.
上記シーケンスコントローラは、上記人工衛星の食入りを判断した場合、上記第2設定値を大きくすることが好ましい。 The sequence controller preferably increases the second set value when it is determined that the artificial satellite has entered.
上記シーケンスコントローラは、上記太陽電池発生電圧を所定の第2時間以上継続して検知しない場合に上記食入りを判断することが好ましい。 It is preferable that the sequence controller determines the bite if the solar cell generated voltage is not continuously detected for a predetermined second time or longer.
上記電力制御装置は、上記フィードバック制御信号及び上記シーケンス制御信号のうち信号電圧が高い方を上記シャント制御信号として出力する切り替え回路(36)を更に具備することが好ましい。上記フィードバック制御信号の信号電圧が上記第1設定値を示す。上記シーケンス制御信号の信号電圧が上記第2設定値を示す。上記切り替え回路は、上記シャントデシペータに接続されたノード(39)と、第1ダイオード(37)と、第2ダイオード(38)とを備える。上記フィードバックコントローラは上記第1ダイオードを介して上記ノードに接続される。上記シーケンスコントローラは上記第2ダイオードを介して上記ノードに接続される。 It is preferable that the power control device further includes a switching circuit (36) that outputs the higher one of the feedback control signal and the sequence control signal as the shunt control signal. The signal voltage of the feedback control signal indicates the first set value. The signal voltage of the sequence control signal indicates the second set value. The switching circuit includes a node (39) connected to the shunt desiccator, a first diode (37), and a second diode (38). The feedback controller is connected to the node via the first diode. The sequence controller is connected to the node via the second diode.
本発明による電力制御方法は、人工衛星の食明けに応答して、上記人工衛星に搭載された太陽電池(11、12)が発生する太陽電池発生電圧(Vsc)を制御するためのシャント電流(Is)を徐々に小さくするステップと、上記太陽電池発生電圧が目標値にフィードバック制御されるように上記シャント電流を操作するステップとを具備する。 According to the power control method of the present invention, a shunt current (Vsc) for controlling the solar cell generation voltage (Vsc) generated by the solar cells (11, 12) mounted on the artificial satellite in response to the dawn of the artificial satellite. A step of gradually decreasing Is), and a step of operating the shunt current so that the solar cell generated voltage is feedback-controlled to a target value.
上記電力制御方法は、上記人工衛星の食入りに応答して、上記シャント電流を大きくするステップを更に具備することが好ましい。 It is preferable that the power control method further includes a step of increasing the shunt current in response to the bite of the artificial satellite.
本発明によれば、食明け時の過電圧が防止される電力制御装置及び電力制御方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power control apparatus and power control method with which the overvoltage at the time of a break is prevented are provided.
添付図面を参照して、本発明による電力制御装置及び電力制御方法を実施するための最良の形態を以下に説明する。 The best mode for carrying out a power control device and a power control method according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
図2は、本発明の第1の実施形態に係る電気回路1を示す。電気回路1は、人工衛星に搭載される。電気回路1は、負荷機器10と、直列に接続された複数の太陽電池としての太陽電池11及び12と、電力制御装置30と、二次電池13と、充電制御回路14と、ブロッキングダイオード15及び16を備える。負荷機器10は、バス20に接続される。太陽電池12のホット側の端子が太陽電池11のリターン側の端子に接続され、太陽電池11のホット側の端子がブロッキングダイオード15を介してバス20に接続される。二次電池13は、充電制御回路14を介してバス20に接続され、ブロッキングダイオード16を介してバス20に接続される。電力制御装置30は、シャントデシペータ31と、フィードバックコントローラ32と、シーケンスコントローラ33と、切り替え回路36を備える。シーケンスコントローラ33は、CPU(Central Processing Unit)34と、D/Aコンバータ(Digital to Analog Converter)35を備える。切り替え回路36は、ダイオード37及び38と、ノード39を備える。ノード39は、シャントデシペータ31に接続され、ダイオード37を介してフィードバックコントローラ32に接続され、ダイオード38を介してD/Aコンバータ35に接続される。
(First embodiment)
FIG. 2 shows an
太陽電池11及び太陽電池12は、太陽からの光を受けて太陽電池発生電圧Vscを発生する。二次電池13は、二次電池発生電圧Vrbを発生する。ブロッキングダイオード15及び16により、太陽電池発生電圧Vsc及び二次電池発生電圧Vrbの高い方に対応するバス電圧Vbusがバス20及び負荷機器10に印加される。
The
シャントデシペータ31は、太陽電池発生電圧Vscを制御するためのシャント電流Isを、シャント制御信号43に基づいて制御する。フィードバックコントローラ32は、バス電圧Vbusに基づいて、シャント電流Isの第1設定値を示すアナログ信号としてのフィードバック制御信号41を出力する。
The
CPU34は、太陽電池発生電圧Vscを監視し、コンピュータプログラムに基づいてシャント電流Isの第2設定値を示すデジタル信号44を出力する。D/Aコンバータ35は、デジタル信号44に基づいて、第2設定値を示すアナログ信号としてのシーケンス制御信号42を出力する。
The
フィードバック制御信号41は、必要に応じて増幅された後、切り替え回路36に入力される。シーケンス制御信号42は、必要に応じて増幅された後、切り替え回路36に入力される。フィードバック制御信号41の信号電圧が第1設定値を示し、シーケンス制御信号42の信号電圧が第2設定値を示す。フィードバック制御信号41の信号電圧が高いほど第1設定値が大きく、シーケンス制御信号42の信号電圧が高いほど第2設定値が大きい。第1設定値及び第2設定値の各々は、最小値から最大値までの範囲に含まれる。ここで、最小値は、例えば、シャント電流Isがゼロであることに対応する。最小値及び最大値は、シャントデシペータ31に応じて予め定められる。
The
切り替え回路36は、フィードバック制御信号41及びシーケンス制御信号42のうち、信号電圧が高い方をシャント制御信号43として出力する。したがって、第1設定値が第2設定値より大きいとき、フィードバック制御信号41がシャント制御信号43として用いられる。第2設定値が第1設定値より大きいとき、シーケンス制御信号42がシャント制御信号43として用いられる。
The switching circuit 36 outputs the higher one of the
図3を用いて、本実施形態に係る電力制御方法を説明する。 The power control method according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
時刻t1より前、人工衛星は、軌道の日照部にある。太陽電池発生電圧Vscが二次電池発生電圧Vrbより高いため、バス電圧Vbusは太陽電池発生電圧Vscに対応する。シーケンスコントローラ33は、第2設定値が最小値に保持されるようにシーケンス制御信号42を出力する。フィードバックコントローラ32は、バス電圧Vbusとバス電圧Vbusの目標値に基づいて、フィードバック制御信号41を出力する。このとき、切り替え回路36は、フィードバック制御信号41をシャント制御信号43として出力する。シャントデシペータ31は、フィードバック制御信号43に基づいてシャント電流Isを制御する。その結果、バス電圧Vbusが目標値にフィードバック制御されるようにシャント電流Isが操作される。ここで、目標値は、負荷機器10に許容される電圧の上限値より低く、二次電池発生電圧Vrbより高い。充電制御回路14は、太陽電池11及び12が発生する電力を用いて二次電池13を充電する。負荷機器10は、太陽電池11及び12が発生する電力を用いて動作する。
Prior to time t1, the artificial satellite is in the sunshine part of the orbit. Since solar cell generation voltage Vsc is higher than secondary battery generation voltage Vrb, bus voltage Vbus corresponds to solar cell generation voltage Vsc. The sequence controller 33 outputs the
時刻t1において、人工衛星は、日照部から日陰部に移動する。すると、太陽電池発生電圧Vscが急激に低下する。その結果、バス電圧Vbusは二次電池発生電圧Vrbまで急激に低下し、その後二次電池発生電圧Vrbに保持される。そのため、第1設定値は、最小値まで減少し、その後最小値に保持される。人工衛星が日陰部にある間、負荷機器10は、二次電池13が発生する電力を用いて動作する。
At time t1, the artificial satellite moves from the sunshine to the shade. Then, the solar cell generation voltage Vsc rapidly decreases. As a result, the bus voltage Vbus rapidly decreases to the secondary battery generation voltage Vrb and is then held at the secondary battery generation voltage Vrb. Therefore, the first set value decreases to the minimum value and is then held at the minimum value. While the artificial satellite is in the shade, the
時刻t1より後の時刻t2において、CPU34は人工衛星の食入りを判断する。CPU34は、例えば、所定の食入り判断基準時間以上継続して太陽電池発生電圧Vscを検知しない場合に食入りを判断する。
At time t2 after time t1, the
時刻t2より後の時刻t3において、CPU34は、食入りの判断に基づいて(食入りに応答して)、太陽電池発生電圧Vsc及びバス電圧Vbusのいずれの現在値とも無関係に、第2設定値を最小値から最大値まで大きくする。
At time t3 after time t2, the
その後、CPU34が第2設定値を最大値に保持するので、切り替え回路36はシーケンス制御信号42をシャント制御信号43として出力する。
Thereafter, since the
時刻t3より後の時刻t4において、人工衛星は、日陰部から日照部に移動する。ここで、シャント電流Isが最大値に制御されるため、太陽電池発生電圧Vscが二次電池発生電圧Vrbを超えることが防がれる。したがって、バス電圧Vbusは二次電池発生電圧Vrbに保持され続ける。 At time t4 after time t3, the artificial satellite moves from the shade portion to the sunshine portion. Here, since the shunt current Is is controlled to the maximum value, the solar cell generated voltage Vsc is prevented from exceeding the secondary battery generated voltage Vrb. Therefore, the bus voltage Vbus is kept at the secondary battery generation voltage Vrb.
時刻t4より後の時刻t5において、CPU34は人工衛星の食明けを判断する。CPU34は、例えば、所定の食明け判断基準時間以上継続して太陽電池発生電圧Vscを検知した場合に食明けを判断する。
At a time t5 after the time t4, the
時刻t5より後の時刻t6以降、CPU34は、食明けの判断に基づいて(食明けに応答して)、太陽電池発生電圧Vsc及びバス電圧Vbusのいずれの現在値とも無関係に、第2設定値を最大値から徐々に小さくする。例えば、CPU34は、第2設定値を最大値からランプ状に小さくする。
After time t6 after time t5, the
CPU34は、第2設定値を最小値まで徐々に小さくし、その後、第2設定値を最小値に保持する。第2設定値が最大値から徐々に小さくなると、シャント電流Isが最大値から徐々に小さくなり、太陽電池発生電圧Vscが二次電池発生電圧Vrbを超えて徐々に上昇する。その結果、バス電圧Vbusが徐々に上昇し、第1設定値が最小値から増加する。第1設定値が第2設定値を超えた後は、切り替え回路36はフィードバック制御信号41をシャント制御信号43として出力する。そして、シャントデシペータ31は、フィードバック制御信号43に基づいてシャント電流Isを制御する。その結果、バス電圧Vbusが目標値にフィードバック制御されるようにシャント電流Isが操作される。
The
上述した電気回路100の場合には、食明け時に太陽電池発生電圧Vscが急激に上昇し、その結果、バス電圧Vbusが急激に上昇する。バス電圧Vbusの急激な上昇にフィードバックコントローラ132が対応できない場合、バス電圧Vbusが上限値を超えて過電圧となる恐れがある。
In the case of the
一方、電気回路1の場合には、時刻t3からt6までシャント電流Isが最大値に制御されているため、食明け時に太陽電池発生電圧Vscが二次電池発生電圧Vrbを超えて上昇することが防止され、その結果、バス電圧Vbusが急激に上昇することが防止される。
On the other hand, in the case of the
更に、第2設定値を徐々に小さくすることでシャント電流Isを徐々に小さくしてから、シャント電流Isの制御をシーケンス制御信号42に基づくシーケンス制御からフィードバック制御信号41に基づくフィードバック制御に切り替えるため、この切り替え時にバス電圧Vbusが上限値を超えて過電圧となることが防止される。
Further, the shunt current Is is gradually decreased by gradually decreasing the second set value, and then the control of the shunt current Is is switched from the sequence control based on the
シーケンス制御の内容が単純であるため、シーケンスコントローラ33の小型化が容易である。また、CPU34の代わりにFPGA(Field Programmable Gate Array)を用いることが可能である。 Since the contents of the sequence control are simple, the sequence controller 33 can be easily downsized. Moreover, it is possible to use FPGA (Field Programmable Gate Array) instead of CPU34.
シーケンス制御信号42に基づくシーケンス制御とフィードバック制御信号41に基づくフィードバック制御との切り替えが、切り替え回路36のような単純な回路で実現されているため、電力制御装置30の小型軽量化が容易である。
Since switching between the sequence control based on the
本実施形態によれば、フィードバックコントローラ32の応答性を早くしなくても食明け時の過電圧が防止されるため、バス電圧Vbusが発振することが防がれる。
According to the present embodiment, the overvoltage at the time of breakage is prevented without making the response of the
本実施形態によれば、大容量のコンデンサバンクを用いなくても食明け時の過電圧が防止されるため、電気回路1が大型化することが防がれる。
According to the present embodiment, since an overvoltage at the time of eating out can be prevented without using a large-capacity capacitor bank, the
本実施形態によれば、ツェナーダイオードを用いなくても食明け時の過電圧が防止されるため、食明けの繰り返しによる故障が防がれる。 According to the present embodiment, an overvoltage at the time of eating is prevented without using a Zener diode, so that a failure due to repeated eating is prevented.
1、100…電気回路
10、110…負荷機器
11、12、111、112…太陽電池
13、113…二次電池
14、114…充電制御回路
15、16、115、116…ブロッキングダイオード
20、120…バス
30、130…電力制御装置
31、131…シャントデシペータ
32、132…フィードバックコントローラ
33…シーケンスコントローラ
34…CPU
35…D/Aコンバータ
36…切り替え回路
37、38…ダイオード
39…ノード
Vbus…バス電圧
Vsc…太陽電池発生電圧
Vrb…二次電池発生電圧
Is…シャント電流
41、141…フィードバック制御信号
42…シーケンス制御信号
43…シャント制御信号
44…デジタル信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 ...
35 ... D / A converter 36 ... switching
Claims (7)
前記太陽電池発生電圧及び二次電池が発生する二次電池発生電圧の高い方に対応するバス電圧に基づいて、前記シャント電流の第1設定値を示すフィードバック制御信号を出力するフィードバックコントローラと、
前記シャント電流の第2設定値を示すシーケンス制御信号を出力するシーケンスコントローラと
を具備し、
前記第1設定値が前記第2設定値より大きいとき、前記フィードバック制御信号が前記シャント制御信号として用いられ、
前記第2設定値が前記第1設定値より大きいとき、前記シーケンス制御信号が前記シャント制御信号として用いられ、
前記シーケンスコントローラは、前記人工衛星の食明けを判断した場合、前記第2設定値を徐々に小さくする
電力制御装置。 A shunt desiccator for controlling a shunt current for controlling a solar cell generated voltage generated by a solar cell mounted on an artificial satellite based on a shunt control signal;
A feedback controller that outputs a feedback control signal indicating a first set value of the shunt current, based on a bus voltage corresponding to a higher one of the solar battery generation voltage and the secondary battery generation voltage generated by the secondary battery;
A sequence controller that outputs a sequence control signal indicating a second set value of the shunt current;
When the first set value is greater than the second set value, the feedback control signal is used as the shunt control signal;
When the second set value is greater than the first set value, the sequence control signal is used as the shunt control signal;
The sequence controller gradually decreases the second set value when it is determined that the satellite is dawning.
請求項1の電力制御装置。 The power control device according to claim 1, wherein the sequence controller determines the dawn when the solar cell generated voltage is continuously detected for a predetermined first time or longer.
請求項1又は2の電力制御装置。 The power control device according to claim 1, wherein the sequence controller increases the second setting value when it is determined that the artificial satellite has entered.
請求項3の電力制御装置。 The power controller according to claim 3, wherein the sequence controller determines the bite if the solar cell generated voltage is not continuously detected for a predetermined second time or longer.
前記フィードバック制御信号の信号電圧が前記第1設定値を示し、
前記シーケンス制御信号の信号電圧が前記第2設定値を示し、
前記切り替え回路は、
前記シャントデシペータに接続されたノードと、
第1ダイオードと、
第2ダイオードと
を備え、
前記フィードバックコントローラは前記第1ダイオードを介して前記ノードに接続され、
前記シーケンスコントローラは前記第2ダイオードを介して前記ノードに接続される
請求項1乃至4のいずれかに記載の電力制御装置。 A switching circuit that outputs a higher signal voltage of the feedback control signal and the sequence control signal as the shunt control signal;
A signal voltage of the feedback control signal indicates the first set value;
A signal voltage of the sequence control signal indicates the second set value;
The switching circuit is
A node connected to the shunt desiccator;
A first diode;
A second diode;
The feedback controller is connected to the node via the first diode;
The power control apparatus according to claim 1, wherein the sequence controller is connected to the node via the second diode.
前記太陽電池発生電圧が目標値にフィードバック制御されるように前記シャント電流を操作するステップと
を具備する
電力制御方法。 In response to the dawn of the artificial satellite, gradually reducing the shunt current for controlling the solar cell generation voltage generated by the solar cell mounted on the artificial satellite;
Manipulating the shunt current so that the solar cell generated voltage is feedback controlled to a target value.
電力制御方法。 A power control method further comprising the step of increasing the shunt current in response to the bite of the artificial satellite.
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