JP5987609B2

JP5987609B2 - 電力制御器

Info

Publication number: JP5987609B2
Application number: JP2012215378A
Authority: JP
Inventors: 敏男岡村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: JP2014071554A

Description

本発明は、電力の供給量を制御する電力制御器に関するものである。

人工衛星では、凡そ５０Ｖもしくは１００Ｖの安定化された電圧をバス電源として供給するために電力制御器が利用されている。

従来の人工衛星用の電力制御器として、日照時に複数の太陽電池アレイから発生する電力を負荷への供給電力として利用し、発生電力余剰分は特定の太陽電池アレイ出力を短絡（以下、シャントと呼ぶ）することで、バス電圧の上昇を抑えるバス電圧制御を行うものが知られている。この電力制御器は、技術試験衛星（ＥＴＳシリーズ）、通信放送技術衛星（例えばＣＯＭＥＴＳ）、地球観測衛星（例えばＪＥＲＳ−１）、気象衛星（例えばＭＴＳＡＴ−２）等、様々な用途をもった衛星に採用されている。

この電力制御器では、個々の太陽電池アレイの出力をシャント又は開放することで、複数の太陽電池アレイから発生する電力又は電流の合計値を調節してバス電圧制御を行っている。このバス電圧制御では、バス電圧の変動に応じて各太陽電池アレイをシーケンシャルにシャント又は開放するように、個々の太陽電池アレイ毎に、予め許容されるバス電圧変動幅に対応したシャント又は開放の動作領域が割振られる。このシャント又は開放動作とバス電圧を平滑化するために設けられたキャパシタバンクからなる負帰還発振制御（通称バンバン制御という）の動作によって、バス電圧が規定の変動幅の範囲で安定化されている（例えば、非特許文献１参照）。

S.Kuwajima, et al., "Digital sequential shunt regulator for solar power conditioning of engineering test satellite (ETS-Ｖ), "Power Electronics Specialists Conference 1988 (PESC ’88), IEEE, April 1988

また、バス電圧を平滑化するために設けられたキャパシタバンクの位置に、キャパシタバンクに替わってバッテリを直結して、バス電圧を安定化させる代わりにバッテリの充電電流を同様な原理で安定化させる電力制御器がある。この方式の電力制御器として、バッテリ充電電流の変動に応じて各太陽電池アレイをシーケンシャルにシャント又は開放するように、個々の太陽電池アレイ毎に、予め許容されるバッテリ充電電流変動幅に対応したシャント又は開放の動作領域が割振られている電力制御器（呼称バッテリバス方式）が考案されている。

このような電力制御器においては、要求される発生電力の大きさに応じて太陽電池アレイの構成段数が決定される。従来、太陽電池アレイの構成段数は１０段から４０段程度で構成されており、予め許容されるバス電圧又はバッテリ充電電流変動幅の範囲内で個々の太陽電池アレイのシャント又は開放の動作領域が、この構成段数で分割して割振られる。

このため、シャント側に固定又は開放側に固定する太陽電池アレイの中で１段のみがシャントと開放を任意の時間比率で繰返すバンバン制御動作を行う。この繰返し周期は装置を構成する要素の定数や制御目標によって決定され、最大周波数が定まっている。

このバンバン制御動作においては、太陽電池アレイのシャント又は開放動作時の急峻な電流変化による周辺機器への有害な電磁界ノイズの発生を抑制するために、電流変化率を抑制するソフトオン／オフ駆動を伴う。このソフトオン／オフ駆動は、太陽電池アレイをシャントもしくは開放するための電界効果トランジスタから成るスイッチ素子を能動領域で駆動する事で行われているため、スイッチ素子は発熱を伴い、最大周波数でバンバン制御動作している時が最大発熱条件となる。

このバンバン制御動作は電力制御器の動作条件によって任意の太陽電池アレイで行われるため、全てのスイッチ素子はこの最大発熱条件に耐える様、部品の選定及び放熱設計を行う必要がある。このため装置の小型軽量化を阻害することとなっていた。

また、装置を構成する要素の定数変更や制御目標を緩和して最大周波数を下げる事でスイッチ素子の発熱量を下げる事ができるが、この場合は装置の主要性能（例えばバス電圧又はバッテリ充電電流変動幅を小さくする要求性能）の低下を招くことに繋がる。

上述したように、従来の電力制御器はバス電圧又はバッテリ充電電流の変動に応じて各太陽電池アレイをシーケンシャルにシャント又は開放するように、個々の太陽電池アレイのシャント又は開放の動作領域を決定する。このため、任意の太陽電池アレイの内１段のみがバンバン制御動作を行い、この最大繰返し周波数とソフトオン／オフ駆動により、太陽電池アレイをシャントもしくは開放するためのスイッチ素子には大きな発熱を伴うという問題があった。また、全てのスイッチ素子はこの最大発熱条件に耐える様、部品の選定及び放熱設計を行う必要があるため、装置の小型軽量化を阻害することとなっていた。

また、装置を構成する要素の定数変更や制御目標を緩和して最大周波数を下げる事でこの発熱を下げる事もできるが、この場合は装置の主要性能の低下を招くことに繋がるという問題があった。

本発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、予め許容されるバス電圧又はバッテリ充電電流変動幅の範囲内で、個々の電源（例えば太陽電池アレイ）をシャントもしくは開放するためのスイッチ素子にかかる発熱を抑制して、より小型化が可能な電力制御器を提供することを目的とする。

この発明による電力制御器は、電力を供給する複数の電源とそれぞれ直列に接続され、上記それぞれの電源への電流の逆流を防止する複数の逆流防止素子と、上記それぞれの電源と並列に接続されるとともに上記それぞれの逆流防止素子と直列に接続され、上記それぞれの電源との接続を短絡もしくは開放に切換える複数のスイッチ素子と、上記複数の電源による電力の供給状態の過不足分を示す誤差増幅信号を出力する誤差増幅器と、上記誤差増幅信号と基準値との比較により、上記それぞれの電源毎に電力の供給とシャントの割合を決定して上記それぞれのスイッチ素子を順に切換動作させる演算駆動部と、を備えたものである。

本発明によれば、電源（例えば太陽電池アレイ）をシャントもしくは開放するための個々のスイッチ素子の発熱を低減することが可能となり、部品の選定及び放熱設計を緩和して小型の電力制御器を提供することが可能となる。

実施の形態１に係る電力制御器の構成を示す回路図である。実施の形態１に係る電力制御器の動作を示すタイミングチャートである。実施の形態１に係る電力制御器の、スイッチ素子の発熱を説明する図である。実施の形態２に係る電力制御器の構成を示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１による電力制御器１の構成を示す回路図である。図１において、複数の太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ（ｎは３以上の整数）は、それぞれ電力バス２を介して、負荷６とバッテリ５に並列に接続される。複数の太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎは、負荷６とバッテリ５に電力を供給する。電力制御器１は、この太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎの余剰電力を短絡（シャント）するものであって、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎに接続される。電力制御器１は、電界効果トランジスタから構成されるスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎと、ダイオードから構成される逆流防止素子Ｄ１〜Ｄｎと、演算駆動部A１〜Aｎと、誤差増幅器３と、タイミング信号発生部４と、電流検出部８とを備えている。

電力制御器１は、日照時に複数の太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎから発生する電力を、負荷６への供給電力及びバッテリ５への充電電力として与える。また、電力制御器１は、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎの発生電力の余剰分について、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎの出力を任意の時間間隔でシャントすることで、バッテリ５の充電電流Ichgの上昇を抑えるような充電電流制御を行う。

各太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎは、各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎのドレイン端子とソース端子の間にそれぞれ並列に接続され、各太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎと各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎのそれぞれの接続回路が電力バス２に接続されている。

また、各太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎの正端子と各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎのドレイン端子側の接続点は、各逆流防止素子Ｄ１〜Ｄｎのアノード端子側にそれぞれ直列に接続される。逆流防止素子Ｄ１〜Ｄｎのカソード端子側は電力バス２に接続される。各演算駆動部A１〜Aｎの出力端子は、各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎのゲート端子にそれぞれ接続される。また、各演算駆動部Ａ１〜Ａｎの第１の入力端子は、誤差増幅器３の出力端子に接続される。誤差増幅器３の出力信号である誤差増幅信号Driveは、各演算駆動部Ａ１〜Ａｎに入力される。誤差増幅器３の入力端子は、電流検出部８に接続される。誤差増幅器３は、電流検出部８によって検出される充電電流Ichgの変動分に比例した信号として誤差増幅信号Driveを生成する。

また、タイミング信号発生部４の出力端子は、各演算駆動部Ａ１〜Ａｎの第２の入力端子に接続される。演算駆動部Ａ１〜Ａｎには、タイミング信号発生部４から出力されるタイミング信号ｔ1〜ｔnがそれぞれに対応して周期Tpeで入力されている。更に、演算駆動部Ａ１〜Ａｎの第３の入力端子は、基準電圧に接続される。演算駆動部Ａ１〜Ａｎには、当該基準電圧の基準値Vthが規定されている。

演算駆動部Ａ１〜Ａｎは、誤差増幅器３から出力される誤差増幅信号Driveと、基準値Vthに基づき演算処理を行う。この演算処理により、演算駆動部Ａ１〜Ａｎは対応する太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎから適切な電力を負荷６へ供給しつつ、充電電流Ichgを制御目標値Ichg(max)及び制御許容誤差ΔIchgに収める様に、供給とシャントの割合を決定する。また、演算駆動部Ａ１〜Ａｎは、それぞれタイミング信号発生部４から入力されるタイミング信号ｔ1〜ｔnに従ったタイミングでこの演算処理を行い、当該タイミングに対応する各スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎについて、そのタイミング信号ｔ1〜ｔnの発生する周期Tpeに対応した電力供給とシャントの割合からシャント時間を決定して、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎをそれぞれ駆動する。

ここで、タイミング信号ｔ1〜ｔnは均等な位相差ｔphをもっており、位相差ｔphの値は電力制御器１の主要性能要求から定められる最大周波数を確保するように値が決まる。また、周期Tpeは、位相差ｔphの値を太陽電池アレイ構成段数n倍した値に設定されている。電力制御器１全体としては、位相差ｔphにより定まる最大周波数で供給とシャントのスイッチング動作が行われる。また、個々のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎにおいては、位相差ｔｐｈにより定まる最大周波数の１／ｎ倍となる、周期Tpeにより定まる周波数でスイッチング動作が行われる。かくして、演算駆動部Ａ１〜Ａｎおよびスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎにより、それぞれが対応する太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎから負荷及びバッテリへの電力の供給が制御される。

本実施の形態１で示す太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎは、電力を供給する電源の一例であり、同様の機能をもつ他の電源に置き換えてもよい。本実施の形態１では、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎは人工衛星に搭載されているものとするが、宇宙ステーション、宇宙基地や地上等に設置されていてもよい。逆流防止素子Ｄ１〜Ｄｎは、それぞれ対応する太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎへの電流の逆流を防止する逆流防止素子の一例であり、同様の機能をもつ他の逆流防止素子に置き換えてもよい。本実施の形態１では、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎとして電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いるが、他のスイッチ素子を用いてもよい。

次に、図１を用いて本実施の形態１による電力制御器１の動作について説明する。
人工衛星の日照モードにおける電力制御動作において、ｎ段からなる（太陽電池アレイ構成段数がｎである）太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎの発生電力がそれぞれに対応する逆流防止素子Ｄ１〜Ｄｎを経由して、電力バス２に接続された負荷６と、バッテリ５に供給される。誤差増幅器３は、負荷電流Iloadの変動に伴って生じる充電電流Ichgの一定の変動範囲における変動分を、電力の供給状態の過不足分として検出して、当該変動分を誤差増幅信号Driveに変換する。
なお、充電電流Ichgは位相差ｔphからなる最大周波数でスイッチング動作を行う事によるリップル電流を伴うが、誤差増幅器３は積分定数を有しており、誤差増幅信号Driveはこのリップル電流分を平均化した結果として表されることとなる。

誤差増幅信号Driveは、定数A、Bにおいて、式（１）で表される。

式（１）における定数A、Bは、誤差増幅信号Driveの最大値Drive(max)において、式（２）、（３）で表される。

式（１）におけるDrive(max)は、太陽電池アレイ発生電流Istr1〜nにおいて、式（４）で表される。

ここで、式（４）において、Σ(Istr1〜n)は、全ての太陽電池アレイ発生電流Istr1〜nの合計値を表す。

この誤差増幅信号Driveは、誤差増幅器３から演算駆動部Ａ１〜Ａｎに伝達される。
演算駆動部Ａ１〜Ａｎは、誤差増幅信号Driveと基準値Vthとの対比に基づき演算処理を行い、適切な電力を負荷６へ供給しつつ充電電流Ichgを制御目標値Ichg(max)及び制御許容誤差ΔIchgに収める様に、電力供給量の割合ONdutyを決定する。
電力供給量の割合ONdutyは、式（５）で表される。

この演算処理はタイミング信号発生部４から供給されるタイミング信号ｔ1〜ｔnに従って行われる。

式（５）の演算処理結果による電力供給量の割合ONdutyから、タイミング信号ｔ1〜ｔnの発生周期Tpeに対するシャント時間ｔshuntが決定され、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎが駆動される。この間は対応する太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎの発生電力は、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎによって短絡（シャント）されるため、その発生電力は電力バス２に供給されない。

シャント時間ｔshuntは、式（６）で表される。

これらの動作によって、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎから電力バス２に供給される電力量が加減され、充電電流Ichgが一定の変動範囲内に制御される。

図２はタイミング信号ｔ1〜ｔnとスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎの動作のタイミングを示す図である。図２において、電力制御器１全体としては、タイミング信号ｔ1〜ｔnの位相差ｔphからなる最大周波数でシャント時間ｔshuntが決定更新されながらスイッチング動作が行われ、個々のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎにおいてはその最大周波数の１／nとなる周期Tpeからなる周波数でスイッチング動作が行われることを示している。

図３は太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎをシャントもしくは開放するためのスイッチング動作において、スイッチ素子にかかる発熱を示す図であり、（ａ）はソフトオン駆動時間においてスイッチ素子にかかる発熱、（ｂ）はソフトオフ駆動時間においてスイッチ素子にかかる発熱を示している。図３において、スイッチング動作は太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎのシャント又は開放動作時の急峻な電流変化による周辺機器への有害な電磁界ノイズの発生を抑制するために、シャント電流は電流変化率を抑制するソフトオン／オフ駆動を伴っている。このソフトオン／オフ駆動時間中にスイッチ素子にはスイッチング動作毎にシャント電流とスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎにかかる電圧の積に相当する発熱が生じる。

従来の電力制御器は充電電流Ichgの変動に応じて各太陽電池アレイをシーケンシャルにシャント又は開放するように、個々の太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎのシャント又は開放の動作領域を決定するため、任意の太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎの内１段のみに集中してスイッチング動作を行っていた。電力制御器を構成する各要素の定数や制御目標から成る最大周波数でこの発熱が生じるため、全てのスイッチ素子が最大周波数によるスイッチングで生じる発熱に耐えるものである必要があり、この発熱条件に耐える様、部品の選定及び放熱設計を行う必要があるため、電力制御器の小型軽量化を阻害することとなっていた。

そこで、本実施の形態１では、図２に示す通り、電力制御器１全体としては、最大周波数でスイッチング動作が行われつつ、個々のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎにおいてはその最大周波数の１／nの周波数でスイッチング動作が行われるため、スイッチ素子に要求される発熱条件が抑制される。

なお、本実施の形態１の説明で用いた誤差増幅信号Driveを示す式（１）は、充電電流Ichgの変化に対して正比例する例を示したが、反比例する例に適用する場合でも同様な原理で式の形態を置き換えればよい。

また、本実施の形態１の説明における誤差増幅器３、タイミング信号発生部４、演算駆動部Ａ１〜ｎ、基準値Vthは、相当する動作をディジタル回路のプログラムで構成して、ディジタル信号処理で行うようにしてもよい。

かくして、本実施の形態１では、電力制御器において、太陽電池アレイの全構成段数に対して均等な位相差を持って割振られた共通のサンプリング周期に応じて、制御目標値に対する誤差増幅信号から、太陽電池アレイ毎にシャントもしくは開放の時間比率を決定してシャントもしくは開放するスイッチング動作を行うことで、装置の主要性能の低下を招くこと無く、装置を構成する要素の定数や制御目標から確定される最大周波数を太陽電池アレイの全構成段数で除した値に至るまで、個々の太陽電池アレイのスイッチング周波数を下げる事ができる。

したがって、太陽電池アレイをシャントもしくは開放するための個々のスイッチ素子の発熱を削減する事が可能となり、部品の選定及び放熱設計を緩和して電力制御器の小型化を実現することができる。

以上説明した通り、本実施の形態１による電力制御器１は、電力を供給する複数の電源である太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎとそれぞれ直列に接続され、上記それぞれの太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎへの電流の逆流を防止する複数の逆流防止素子Ｄ１〜Ｄｎと、上記それぞれの電源と並列に接続されるとともに上記それぞれの逆流防止素子と直列に接続され、上記それぞれの電源との接続を短絡（シャント）もしくは開放に切換える複数のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎと、上記複数の電源による電力の供給状態の過不足分に応じて誤差増幅信号Driveを出力する誤差増幅器３と、上記誤差増幅信号を基準値Vthと比較して上記それぞれの電源からの電力供給量の割合ONdutyを決定する演算駆動部Ａ１〜Ａｎを備え、それぞれの電源毎に位相差ｔphを有し周期Tpeでスイッチ素子のスイッチング動作を行い、電力供給量の割合に基づいたシャントもしくは開放の時間比率で上記それぞれの電源からの電力供給量の割合が制御される様にする事で、スイッチ素子のスイッチング動作が電力制御器全体としては、装置を構成する要素の定数や制御目標から確定される最大周波数で行われつつ、個々のスイッチ素子においてはその１／nの周波数で行われる事を特徴とする。

即ち、本実施の形態１による電力制御器１は、電力を供給する複数の電源（太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ）とそれぞれ直列に接続され、上記それぞれの電源への電流の逆流を防止する複数の逆流防止素子（Ｄ１〜Ｄｎ）と、上記それぞれの電源と並列に接続されるとともに上記それぞれの逆流防止素子（Ｄ１〜Ｄｎ）と直列に接続され、上記それぞれの電源との接続を短絡もしくは開放に切換える複数のスイッチ素子（ＳＷ１〜ＳＷｎ）と、上記複数の電源による電力の供給状態の過不足分を示す誤差増幅信号を出力する誤差増幅器（３）と、上記誤差増幅信号と基準値（Vth）との比較により、上記それぞれの電源毎に電力の供給とシャントの割合を決定して上記それぞれのスイッチ素子（ＳＷ１〜ＳＷｎ）を順に切換動作させる演算駆動部（Ａ１〜Ａｎ）と、を備えている。また、上記演算駆動部（Ａ１〜Ａｎ）に対して、上記スイッチ素子（ＳＷ１〜ＳＷｎ）毎の切換動作のタイミング信号を出力するタイミング信号発生部（４）を備えている。また、上記タイミング信号は、上記複数のスイッチ素子（ＳＷ１〜ＳＷｎ）のそれぞれに対して均等な位相差（ｔph）をもって出力され、上記個々のスイッチ素子（ＳＷ１〜ＳＷｎ）におけるタイミング信号の発生周期（Tpe）は上記位相差よりも十分長く、当該発生周期は上記位相差に上記電源の構成台数（ｎ）を乗じた値によって設定される。また、上記複数のタイミング信号間の位相差（ｔph）を周期とする周波数で上記複数の電源全体との接続が切換えられ、上記それぞれのスイッチ素子（ＳＷ１〜ＳＷｎ）の個々のタイミング信号の発生周期（Tpe）により、タイミング信号間の位相差を周期とする周波数よりもより低い周波数で、上記それぞれの電源との接続が切換えられる。また、上記それぞれの電源から電力を供給される負荷に並列にバッテリ（５）が接続され、上記誤差増幅器（３）は、上記バッテリ（５）の充電電流の変動から上記電力の供給状態の過不足分を検出して誤差増幅信号を出力する。

これにより、太陽電池アレイの全構成段数に対して均等な位相差を持って割振られたサンプリング周期に応じて、制御目標値に対する誤差増幅信号から、太陽電池アレイ毎にシャントもしくは開放の時間比率を決定してシャントもしくは開放するスイッチング動作を行うことで、装置の主要性能の低下を招くこと無く、装置を構成する要素の定数や制御目標から確定される最大周波数を太陽電池アレイの全構成段数で除した値に至るまで、個々の太陽電池アレイの最大スイッチング周波数を下げる事ができるため、太陽電池アレイをシャントもしくは開放するための個々のスイッチ素子の発熱を削減する事が可能となり、部品の選定及び放熱設計を緩和して、小型の電力制御器を提供することが可能となる。

実施の形態２．
図４は、本発明に係る実施の形態２による電力制御器１の構成を示す回路図である。図４の電力制御器１は、図１に示したものと異なり、電力バス２にバッテリ５は直結されておらず、図１の電力バス２が接続される位置に、バス電圧を平滑化するために設けられたキャパシタバンク７を備えている。なお、図４において、図１と同一符号のものは同一もしくは同一相当のものである。

太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎの出力を負荷６へ供給又はシャントする動作と、それに伴うキャパシタバンク７の充放電によるバス電圧Ｖｂｕｓの増減から、バス電圧Ｖｂｕｓが規定の変動幅の範囲内に収まるようにバス電圧制御が行われる。

誤差増幅器３は、バス電圧Vbusの変動分に比例した信号として誤差増幅信号Driveを生成し、バス電圧Vbusを制御目標値Vbus(max)及び制御許容誤差ΔVbusに収める様に、供給とシャントの割合を決定する。

誤差増幅信号Driveは、定数A、Bにおいて、式（７）で表される。

式（７）における定数A、Bは、式（８）、（９）で表される。

この誤差増幅信号Driveは、増幅器３から演算駆動部Ａ１〜Ａｎに伝達される。演算駆動部Ａ１〜Ａｎは、誤差増幅信号Driveと基準値Vthとの対比に基づき演算処理を行い、適切な電力を負荷６へ供給しつつバス電圧Vbusを制御目標値Vbus(max)及び制御許容誤差ΔVbusに収める様に、電力供給量の割合ONdutyを決定する。

電力供給量の割合ONdutyは、上記実施の形態１で説明した上記式（５）で表される。

シャント時間ｔshuntは、上記実施の形態１で説明した上記式（６）で表される。

これらの動作によって、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎから電力バス２に供給される電力量が加減され、バス電圧Vbusが一定の変動範囲内に制御される。

その他は図１の電力制御器１の構成と同じ構成要素からなり、図１と同様にバス電圧の制御が行われる。なお、本実施の形態２の説明で用いた誤差増幅信号Driveを示す式（７）は、バス電圧Vbusの変化に対して正比例する例を示したが、反比例する例に適用する場合でも同様な原理で式の形態を置き換えればよい。

誤差増幅信号Drive及び演算駆動部Ａ１〜Ａｎは、本実施の形態２においても実施の形態１で説明した動作と同じ効果が得られるため、電力制御器として同様の特徴を有する。

また、本実施の形態２の説明における誤差増幅器３、タイミング信号発生部４、演算駆動部Ａ１〜Ａｎ、基準値Vthは、実施の形態１と同じく相当する動作をディジタル回路のプログラムで構成して、ディジタル信号処理で行うようにしてもよい。

本実施の形態２による電力制御器１は、電力を供給する複数の電源（太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ）とそれぞれ直列に接続され、上記それぞれの電源への電流の逆流を防止する複数の逆流防止素子（Ｄ１〜Ｄｎ）と、上記それぞれの電源と並列に接続されるとともに上記それぞれの逆流防止素子と直列に接続され、上記それぞれの電源との接続を短絡もしくは開放に切換える複数のスイッチ素子（ＳＷ１〜ＳＷｎ）と、上記複数の電源による電力の供給状態の過不足分を示す誤差増幅信号を出力する誤差増幅器（３）と、上記誤差増幅信号と基準値（Vth）との比較により、上記それぞれの電源毎に電力の供給とシャントの割合を決定して上記それぞれのスイッチ素子を順に切換動作させる演算駆動部（Ａ１〜Ａｎ）とを備えて、それぞれの電源（太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ）から電力を供給される負荷に並列にキャパシタバンク（７）が接続され、上記誤差増幅器（３）は、上記キャパシタバンク（７）の電圧変動から上記電力の供給状態の過不足分を検出して誤差増幅信号を出力する。これによって、例えば人工衛星に搭載して使用される太陽電池の電源安定化及び非安定化バスを介して、供給される電力の供給量を制御する電力制御器に適用することができる。

１電力制御器、２電力バス、３誤差増幅器、４タイミング信号発生部、５バッテリ、６負荷、７キャパシタバンク、８電流検出部、Ａ１〜Ａｎ演算駆動部、Ｄ１〜Ｄｎ逆流防止素子、Drive 誤差増幅信号、Istr1〜Istrn 太陽電池アレイ発生電力、Iload 負荷電流、Ichg 充電電流、ＳＡ１〜ＳＡｎ太陽電池アレイ、ＳＷ１〜ＳＷｎスイッチ素子、ｔ1〜ｔｎタイミング信号、ｔph 位相差、Tpe 周期、Vbus バス電圧、Vth 基準値。

Claims

電力を供給する複数の電源とそれぞれ直列に接続され、上記それぞれの電源への電流の逆流を防止する複数の逆流防止素子と、
上記それぞれの電源と並列に接続されるとともに上記それぞれの逆流防止素子と直列に接続され、上記それぞれの電源との接続を短絡もしくは開放に切換える複数のスイッチ素子と、
上記複数の電源による電力の供給状態の過不足分を示す誤差増幅信号を出力する誤差増幅器と、
上記誤差増幅信号と基準値との比較により、上記それぞれの電源毎に電力の供給とシャントの割合を決定して上記それぞれのスイッチ素子を順に切換動作させる演算駆動部と、
上記演算駆動部に対して、上記スイッチ素子毎の切換動作のタイミング信号を出力するタイミング信号発生部と
を備え、
上記タイミング信号は、上記複数のスイッチ素子のそれぞれに対して均等な位相差をもって出力され、上記個々のスイッチ素子におけるタイミング信号の発生周期は上記位相差よりも十分長く、当該発生周期は上記位相差に上記電源の構成台数を乗じた値によって設定される電力制御器。
電力を供給する複数の電源とそれぞれ直列に接続され、上記それぞれの電源への電流の逆流を防止する複数の逆流防止素子と、
上記それぞれの電源と並列に接続されるとともに上記それぞれの逆流防止素子と直列に接続され、上記それぞれの電源との接続を短絡もしくは開放に切換える複数のスイッチ素子と、
上記複数の電源による電力の供給状態の過不足分を示す誤差増幅信号を出力する誤差増幅器と、
上記誤差増幅信号と基準値との比較により、上記それぞれの電源毎に電力の供給とシャントの割合を決定して上記それぞれのスイッチ素子を順に切換動作させる演算駆動部と、
上記演算駆動部に対して、上記スイッチ素子毎の切換動作のタイミング信号を出力するタイミング信号発生部と
を備え、
複数の上記タイミング信号間の位相差を周期とする周波数で上記複数の電源全体との接続が切換えられ、
上記それぞれのスイッチ素子の個々のタイミング信号の発生周期により、タイミング信号間の位相差を周期とする周波数よりもより低い周波数で、上記それぞれの電源との接続が切換えられる電力制御器。
上記それぞれの電源から電力を供給される負荷に並列にバッテリが接続され、
上記誤差増幅器は、上記バッテリの充電電流の変動から上記電力の供給状態の過不足分を検出して誤差増幅信号を出力することを特徴とした請求項１または請求項２に記載の電力制御器。
上記それぞれの電源から電力を供給される負荷に並列にキャパシタバンクが接続され、
上記誤差増幅器は、上記キャパシタバンクの電圧変動から上記電力の供給状態の過不足分を検出して誤差増幅信号を出力することを特徴とした請求項１から請求項３の何れか１項に記載の電力制御器。
上記電源は太陽電池であることを特徴とした請求項１から請求項４の何れか１項に記載の電力制御器。