JP2014018011A - Voltage transient suppression circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電圧トランジェント抑制回路に関する。 The present invention relates to a voltage transient suppression circuit.
人工衛星に搭載される電源システムは、通常、太陽電池、電力制御器、コンデンサバンク、バッテリで構成され、太陽電池の発生電力を安定化させた後に接続された衛星負荷に供給する。この種の電源システムは、衛星負荷が大電力化していることから、より高出力化が要求される傾向にある。従来の電源システムでは、発生電力を超えるトランジェント負荷に対するバス電圧低下抑制対策はコンデンサバンクの放電のみであり、コンデンサバンクの放電能力を超えるトランジェント負荷については、バス電圧がバッテリ電圧まで低下してしまう状況にあった。 A power supply system mounted on an artificial satellite is usually composed of a solar cell, a power controller, a capacitor bank, and a battery, and supplies power to a connected satellite load after stabilizing the generated power of the solar cell. This type of power supply system tends to require higher output because the satellite load has increased power. In the conventional power supply system, the bus voltage drop suppression measure for transient loads exceeding the generated power is only the discharge of the capacitor bank. For transient loads exceeding the discharge capacity of the capacitor bank, the bus voltage drops to the battery voltage. It was in.
従来の電源システムにおいて大きなバス電圧トランジェントを抑えるためにはコンデンサバンクを更に追加する必要があるが、質量、体積の増加につながり現実的には対応が困難であった。 In order to suppress a large bus voltage transient in the conventional power supply system, it is necessary to further add a capacitor bank, but this has led to an increase in mass and volume, and it has been difficult to cope with in reality.
これを簡単に説明すると、従来の電源システムでは、バス電圧トランジェントを抑制するために、バスHOT〜バスRTN間に大容量コンデンサ(以下、コンデンサバンクと呼ぶ)を配してバス電圧の安定化を図っている。但し、バスHOT〜バスRTN間に配したコンデンサバンクはバス電圧低下分のエネルギーしか放電することが出来ないため、大きなトランジェント負荷に対応するためには更に大容量のコンデンサバンクを必要とし、質量、体積面で限界があった。 In brief, in a conventional power supply system, in order to suppress bus voltage transients, a large-capacity capacitor (hereinafter referred to as a capacitor bank) is placed between the bus HOT and the bus RTN to stabilize the bus voltage. I am trying. However, since the capacitor bank arranged between the bus HOT and the bus RTN can only discharge the energy corresponding to the bus voltage drop, a larger capacity capacitor bank is required to cope with a large transient load, and the mass, There was a limit in volume.
本発明の課題は、上記の問題点を解決し、小容量のコンデンサと小規模な回路を追加することで大きなトランジェント負荷に対してもバス電圧の低下(トランジェント)を抑制することが可能となるようにし、より良好なバス電圧特性を負荷へ提供することが可能となるようにすることにある。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and by adding a small-capacitance capacitor and a small-scale circuit, it is possible to suppress a decrease in bus voltage (transient) even for a large transient load. Thus, it is possible to provide better bus voltage characteristics to the load.
本発明の他の課題は、上記の電圧トランジェント抑制回路を組み合わせてなる、人工衛星搭載用の電源装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a power supply device mounted on a satellite, which is a combination of the voltage transient suppression circuits described above.
本発明の第1の態様によれば、バッテリを含む電源システムと負荷とを結ぶバスに接続される電圧トランジェント抑制回路であって、前記電源システムからの電力で充電可能に前記電源システムと負荷との間のバスに接続されたコンデンサと、バス電圧の低下を検出するバス電圧検出手段と、前記バス電圧検出手段の検出結果に基づいて前記コンデンサの負極を前記バッテリの正極に接続する接続制御手段と、を含み、前記接続制御手段は、バス電圧があらかじめ定められた制御動作閾値を下回ると出力される前記バス電圧検出手段の出力を受けると、前記コンデンサを前記バッテリに接続して放電させることにより、バス電圧がバッテリ電圧まで低下しないようにしたことを特徴とする電圧トランジェント抑制回路が提供される。第1の態様においては、前記接続制御手段は、前記コンデンサの負極と前記バッテリの正極との間に接続されたFETと、前記バス電圧検出手段の出力により前記FETをリニア制御するFET制御回路とを含むことで実現することができる。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a voltage transient suppression circuit connected to a bus connecting a power supply system including a battery and a load, wherein the power supply system and the load can be charged with power from the power supply system. A capacitor connected to the bus between the bus, bus voltage detecting means for detecting a decrease in bus voltage, and connection control means for connecting the negative electrode of the capacitor to the positive electrode of the battery based on the detection result of the bus voltage detecting means And the connection control means, when receiving the output of the bus voltage detection means that is output when the bus voltage falls below a predetermined control operation threshold value, connects the capacitor to the battery and discharges the capacitor. Thus, a voltage transient suppression circuit characterized in that the bus voltage is prevented from dropping to the battery voltage is provided. In the first aspect, the connection control means includes an FET connected between a negative electrode of the capacitor and a positive electrode of the battery, and an FET control circuit that linearly controls the FET by an output of the bus voltage detection means. It can be realized by including.
本発明の第2の態様によれば、バッテリを含む電源システムと負荷とを結ぶバスに接続される電圧トランジェント抑制回路であって、前記電源システムからの電力で充電可能に前記電源システムと負荷との間のバスに接続された第1、第2のコンデンサと、バス電圧の低下を検出するバス電圧検出手段と、前記バス電圧検出手段の検出結果に基づいて前記第1のコンデンサの負極を前記第2のコンデンサの正極に接続する接続制御手段と、を含み、前記接続制御手段は、バス電圧があらかじめ定められた制御動作閾値を下回ると出力される前記バス電圧検出手段の出力を受けると、前記第1のコンデンサを前記第2のコンデンサに接続して放電させることにより、バス電圧がバッテリ電圧まで低下しないようにしたことを特徴とする電圧トランジェント抑制回路が提供される。第2の態様においては、前記接続制御手段は、前記第1のコンデンサの負極と前記第2のコンデンサの正極との間に接続されたFETと、前記バス電圧検出手段の出力により前記FETをリニア制御するFET制御回路とを含むことで実現することができる。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a voltage transient suppression circuit connected to a bus connecting a power supply system including a battery and a load, wherein the power supply system and the load can be charged with power from the power supply system. First and second capacitors connected to the bus between the bus, bus voltage detecting means for detecting a decrease in bus voltage, and the negative electrode of the first capacitor based on the detection result of the bus voltage detecting means. Connection control means connected to the positive electrode of the second capacitor, and the connection control means receives the output of the bus voltage detection means that is output when the bus voltage falls below a predetermined control operation threshold, By connecting the first capacitor to the second capacitor and discharging it, the bus voltage is prevented from dropping to the battery voltage. Stringent suppression circuit is provided. In the second aspect, the connection control means linearly connects the FET with the FET connected between the negative electrode of the first capacitor and the positive electrode of the second capacitor, and the output of the bus voltage detection means. It can be realized by including an FET control circuit to be controlled.
本発明の別の態様によれば、太陽電池とバス電圧制御器とコンデンサバンクとバッテリを含む電源システムと、第1又は第2の態様による電圧トランジェント抑制回路を組み合わせてなる、人工衛星搭載用の電源装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a satellite system, a power supply system including a bus voltage controller, a capacitor bank, and a battery, and the voltage transient suppression circuit according to the first or second aspect are combined and used for mounting on an artificial satellite. A power supply is provided.
上記の電圧トランジェント抑制回路によれば、バス電圧トランジェントが発生してバス電圧が所定の制御電圧閾値を下回ると、コンデンサ(又は第1のコンデンサ)を放電させると共にその放電量を制御することによりバス電圧の低下(トランジェント)を抑制し、バス電圧を所望のレベルに制御する。 According to the voltage transient suppression circuit described above, when a bus voltage transient occurs and the bus voltage falls below a predetermined control voltage threshold, the capacitor (or the first capacitor) is discharged and the amount of discharge is controlled to control the bus. Voltage drop (transient) is suppressed and the bus voltage is controlled to a desired level.
本発明によって得られる効果は、太陽電池の発生電力を超えるような大きなトランジェント負荷が印加された場合においても、バス電圧がバッテリ電圧に低下することなく、所望のレベルに維持できる点である。 The effect obtained by the present invention is that the bus voltage can be maintained at a desired level without being lowered to the battery voltage even when a large transient load exceeding the generated power of the solar cell is applied.
また、従来のコンデンサバンクで同等の効果を得ようとした場合と比較して質量、体積の大幅な低減化を実現することが可能であり、高出力化に対応する電源システムの小型軽量化に寄与することができる。 In addition, it is possible to achieve a significant reduction in mass and volume compared to the case where the same effect is obtained with a conventional capacitor bank, and the power system corresponding to higher output can be made smaller and lighter. Can contribute.
本発明による電圧トランジェント抑制回路は、人工衛星等の宇宙機器搭載用の電源システムとの組み合わせによる電源装置に適しているが、その限りではない。 The voltage transient suppression circuit according to the present invention is suitable for a power supply device in combination with a power supply system mounted on a space device such as an artificial satellite, but is not limited thereto.
[第1の実施例]
(構成)
図1に太陽電池11、バス電圧制御器12、コンデンサバンク13及びバッテリ14を含んで構成される人工衛星用の電源システム10と、この電源システム10とバスHOT、バスRTNを介して接続されることで電源システム10から電力を供給される負荷20との構成を示す。バッテリ14はバッテリ放電ダイオード15を介してバスHOT、バスRTN間に接続されている。
[First embodiment]
(Constitution)
In FIG. 1, a
第1の実施例に係る電圧トランジェント抑制回路30は、電源システム10と負荷20との間に接続され、電源システム10との組み合わせにより電源装置を構成する。電圧トランジェント抑制回路30は、電源システム10のバスHOTに正極が接続されるコンデンサ(第1のコンデンサ)31と、コンデンサ31の負極を、ダイオード32を介して電源システム10のバッテリ14の正極に接続するFET33と、FET33をリニアに制御するFET制御回路34と、FET制御回路34と接続したバス電圧検出回路35を含む。
The voltage
バス電圧検出回路35は、バスHOT、バスRTN間に接続された抵抗分圧回路35−1と、この抵抗分圧回路35−1によるバス電圧の分圧Vthと基準電圧ダイオード35−2による基準電圧とを比較し、バス電圧があらかじめ設定された制御動作閾値を下回るとバス電圧の低下レベルに応じた制御信号を出力するオペアンプ35−3とから成る。
The bus
FET制御回路34は、バス電圧検出回路35の出力、すなわちオペアンプ35−3の制御信号出力を受けて動作するトランジスタ34−1を含む。
The
FET33とFET制御回路34は、コンデンサ31とバッテリ14との間の接続を制御する接続制御手段として機能する。コンデンサ31はダイオード36とコンデンサ充電抵抗37の並列回路を介してバスHOT、バスRTN間に接続される。コンデンサ31の容量は、予想されるトランジェント負荷の大きさによって決定される。
The
(動作)
次に、第1の実施例に係る電圧トランジェント抑制回路の動作について説明する。
(Operation)
Next, the operation of the voltage transient suppression circuit according to the first embodiment will be described.
図1において、太陽電池11で発生した電力はバス電圧制御器12とコンデンサバンク13において安定化された後に負荷20へ供給される。この時、FET33はOFFであり、コンデンサ31はコンデンサ充電抵抗37によりバス電圧に充電されている。
In FIG. 1, the electric power generated by the
大きなトランジェント負荷の印加により、負荷20に対する太陽電池11の発生電力が足りなくなるとバス電圧は低下する。バス電圧検出回路35は、バス電圧の低下をモニタし、バス電圧があらかじめ設定された制御動作閾値を下回るとFET制御回路34へバス電圧の低下レベルに応じた制御信号を出力する。FET制御回路34はバス電圧の低下レベルに応じた制御信号を受けるとFET33をリニア制御することで、バス電圧が制御動作閾値に維持されるように動作する。
If the generated power of the
FET33がOFF→ONになるとコンデンサ31の負極とバッテリ14の正極が接続され、図2に示すように、コンデンサ31の両端電圧が(バス電圧−BAT電圧)(BAT電圧はバッテリ14の電圧)になるまでコンデンサ31は放電することが可能となる。このようにコンデンサ31の放電を制御することによりバス電圧の低下を抑制しバス電圧を所望のレベル(制御動作閾値)に維持することができる。
When the
トランジェント負荷が収束してバス電圧が上昇し、制御動作閾値を越えるとバス電圧検出回路35のバス電圧の低下レベルに応じた制御信号が停止し、FET制御回路34はFET33をON→OFFにする。
When the transient load converges and the bus voltage rises and exceeds the control operation threshold, the control signal corresponding to the bus voltage drop level of the bus
FET33がOFFになると、コンデンサ31は再びバス電圧に充電され次のトランジェント負荷に備える。コンデンサ31の充電時間はコンデンサ31の容量とコンデンサ充電抵抗37の時定数で決定される。
When the
(実施例の効果)
本発明の第1の実施例によって得られる効果は、太陽電池の発生電力を超えるような大きなトランジェント負荷が印加された場合においても、バス電圧がバッテリ電圧に低下することなく、所望のレベルに維持できる点である。また、従来のコンデンサバンクで同等の効果を得ようとした場合と比較して質量、体積の大幅な低減化を実現することが可能であり、高出力化に対応する電源システムの小型軽量化に寄与することができる。
(Effect of Example)
The effect obtained by the first embodiment of the present invention is that the bus voltage is maintained at a desired level without being reduced to the battery voltage even when a large transient load exceeding the generated power of the solar cell is applied. This is a possible point. In addition, it is possible to achieve a significant reduction in mass and volume compared to the case where the same effect is obtained with a conventional capacitor bank, and the power system corresponding to higher output can be made smaller and lighter. Can contribute.
[第2の実施例]
図3を参照して本発明の第2の実施例について説明する。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図3は、本発明の第2の実施例に係る電圧トランジェント抑制回路と電源システムとの組合せを示す。 FIG. 3 shows a combination of a voltage transient suppression circuit and a power supply system according to the second embodiment of the present invention.
第2の実施例に係る電圧トランジェント抑制回路40は、図1に示した第1の実施例に係る電圧トランジェント抑制回路30に更にコンデンサ(第2のコンデンサ)41を備えている。それゆえ、図1と同じ構成要素には同じ参照番号を付し、詳細な説明は省略する。第2の実施例は、コンデンサ31とバッテリ14との間の接続をFET33でON、OFFするのではなく、コンデンサ31の負極とコンデンサ41の正極との間の接続をFET33でON、OFFするように構成している。なお、コンデンサ41もダイオード46とコンデンサ充電抵抗47の並列回路を介してバスHOT、バスRTN間に接続される。
The voltage
大きなトランジェント負荷の印加により、負荷20に対する太陽電池11の発生電力が足りなくなるとバス電圧は低下する。バス電圧検出回路35は、バス電圧の低下をモニタし、バス電圧があらかじめ設定された制御動作閾値を下回るとFET制御回路34へバス電圧の低下レベルに応じた制御信号を出力する。FET制御回路34はバス電圧の低下レベルに応じた制御信号を受けるとFET33をリニア制御することで、バス電圧が制御動作閾値に維持されるように動作する。
If the generated power of the
FET33がOFF→ONになるとコンデンサ31の負極とコンデンサ41の正極が接続され、コンデンサ31の両端電圧が(バス電圧−コンデンサ41の両端電圧)になるまでコンデンサ31は放電することが可能となる。このようにコンデンサ31の放電を制御することによりバス電圧の低下を抑制しバス電圧を所望のレベル(制御動作閾値)に維持することができる。
When the
トランジェント負荷が収束してバス電圧が上昇し、制御動作閾値を越えるとバス電圧検出回路35のバス電圧の低下レベルに応じた制御信号が停止し、FET制御回路34はFET33をON→OFFにする。
When the transient load converges and the bus voltage rises and exceeds the control operation threshold, the control signal corresponding to the bus voltage drop level of the bus
FET33がOFFになると、コンデンサ31及びコンデンサ41は再びバス電圧に充電され次のトランジェント負荷に備える。
When the
このように、電源システム10におけるバッテリ14の代わりに電圧トランジェント抑制回路40のコンデンサ41を使用することで電源システム10とインタフェースする必要がなくなり、電圧トランジェント抑制回路40を独立設計とすることができる。また、大きなトランジェント負荷に対しバッテリ14を放電することなくバス電圧の低下を抑制し所望のレベルに維持することが可能となる。
Thus, by using the
10 電源システム
20 負荷
30、40 電圧トランジェント抑制回路
10
Claims (5)
前記電源システムからの電力で充電可能に前記電源システムと負荷との間のバスに接続されたコンデンサと、
バス電圧の低下を検出するバス電圧検出手段と、
前記バス電圧検出手段の検出結果に基づいて前記コンデンサの負極を前記バッテリの正極に接続する接続制御手段と、を含み、
前記接続制御手段は、バス電圧があらかじめ定められた制御動作閾値を下回ると出力される前記バス電圧検出手段の出力を受けると、前記コンデンサを前記バッテリに接続して放電させることにより、バス電圧がバッテリ電圧まで低下しないようにしたことを特徴とする電圧トランジェント抑制回路。 A voltage transient suppression circuit connected to a bus connecting a power supply system including a battery and a load,
A capacitor connected to a bus between the power supply system and a load so as to be rechargeable with electric power from the power supply system;
Bus voltage detecting means for detecting a decrease in bus voltage;
Connection control means for connecting the negative electrode of the capacitor to the positive electrode of the battery based on the detection result of the bus voltage detection means,
When the connection control means receives the output of the bus voltage detection means that is output when the bus voltage falls below a predetermined control operation threshold value, the connection control means connects the capacitor to the battery and discharges the bus voltage. A voltage transient suppression circuit characterized in that it does not drop to the battery voltage.
前記電源システムからの電力で充電可能に前記電源システムと負荷との間のバスに接続された第1、第2のコンデンサと、
バス電圧の低下を検出するバス電圧検出手段と、
前記バス電圧検出手段の検出結果に基づいて前記第1のコンデンサの負極を前記第2のコンデンサの正極に接続する接続制御手段と、を含み、
前記接続制御手段は、バス電圧があらかじめ定められた制御動作閾値を下回ると出力される前記バス電圧検出手段の出力を受けると、前記第1のコンデンサを前記第2のコンデンサに接続して放電させることにより、バス電圧がバッテリ電圧まで低下しないようにしたことを特徴とする電圧トランジェント抑制回路。 A voltage transient suppression circuit connected to a bus connecting a power supply system including a battery and a load,
First and second capacitors connected to a bus between the power supply system and a load so as to be rechargeable with electric power from the power supply system;
Bus voltage detecting means for detecting a decrease in bus voltage;
Connection control means for connecting a negative electrode of the first capacitor to a positive electrode of the second capacitor based on a detection result of the bus voltage detection means,
The connection control means, when receiving the output of the bus voltage detection means outputted when the bus voltage falls below a predetermined control operation threshold value, connects the first capacitor to the second capacitor and discharges it. Therefore, the voltage transient suppression circuit is characterized in that the bus voltage is not lowered to the battery voltage.
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