JPH0236736A

JPH0236736A - ソーラ電力発生装置

Info

Publication number: JPH0236736A
Application number: JP63187529A
Authority: JP
Inventors: Eisaku Hayashi; 林　英作
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-07-27
Filing date: 1988-07-27
Publication date: 1990-02-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、で般に人工衛星の電源として用いられ、出力
制御手段としてデジタル・シャント・デシベータを用い
たソーラ電力発生装置に関する。

（従来の技術）従来のシャント・デシベータを用いたソーラ電力発生装
置の一例を第４図、第５図に示す。

第４図は、従来のアナログ・シーケンシャルφパーシャ
ル・シャント方式を用いたソーラ電力発主装置の一例を
示すブロック回路図である。第４図において、（太陽電
池出力）〉（要求電力）となった場合中央制御回路より
制御信号：　Ｖｃ　ｃが出力され、この信号はドライブ
回路（１）、（２）。

４８．５Ｑを経由して、シャント・トランジスタＱ１〜
Ｑ　ｒＬ、　４２−１〜４２−ｎのべ−・スに加えられ
る。Ｑ１〜Ｑｎ　　（以下、Ｑ１〜ＱｒＬと称する）は
レベル・シフト・ダイオード４４−１〜４４−ｎによっ
て、ＶＣＣの増加に伴い、シーケンシャルに順次ドライ
ブされる。余剰電力の増加に伴い、まず最初にＱ１４２
−１がドライブされ、余剰電力はＱ１４２−１によりコ
レクタ電流として消費される。さらに余剰電力が増加す
ると、Ｑ１４２−１は飽和し、Ｑ２４２−２が動作を開
始する。この時、Ｑ１４２−１が接続されている下部太
陽電池４０−１の出力電圧はＱ、４２−１の飽和により
ほぼゼロであり、対応する上部太陽電池列３８−■の出
力電圧は最大出力時でもバス電圧値：Ｖ　ｂｕｓ以下と
なるように太陽電池直列セル数を設定する事により、逆
流防止ダイオード３６日によってパスラインから切離さ
れるので、電力供給には寄与しない。同様の動作は余剰
電力の増加に応じてＱ　１〜Ｑ　ｎ　、４２−１〜４２
−ｎまでシーケンシャルに行なわれる。

この方式では、各シャント・トランジスタがそれぞれ動
作開始した時点から飽和するまでの間、余剰電力の制御
は当該シャント・トランジスタのコレクタ電流をアナロ
グ的に増減させて行う為に、この動作状態にあるトラン
ジスタのコレクタ損失（ＶＣＥＸＩＣ）が増加し、発熱
が増大する欠点があった。また、シャント・トランジス
タの制御をシーケンシャルに行い、各シーケンスでの制
御量をほぼ一定（ゲインをほぼ一定）とする為、各シャ
ント・トランジスタが接続される太陽電池列の並列セル
数は各太陽電池列で等しくする必要があり、また、１太
陽電池列の並列セル数はシャント・トランジスタのコレ
クタ損失／発熱と正の相関があるため、並列セル数を無
制限に大きく設定することはできない。いま衛星システ
ムとして設定されるシャントすべき太陽電池並列セル数
をａ１各シャント・トランジスタが接続される太陽電池
列の最適並列セル数をｂとすると必要シャント・トラン
ジスタ数はａ　／　ｂ　−ｎであり、太陽電池パネルと
シャント・トランジスタとのインタフェース・ラインも
ａ　／　ｂ　−ｎ本必要となつて、インタフェース・ラ
イン数が膨大となり、複雑化し、インタフェース・ハー
ネスの重量増加を招く欠点があった。

一方、第５図は従来のデジタル・シーケンシャル・フル
シャント方式によるソーラ電力発生装置の一例を示すブ
ロック回路図である。第５図において、（太陽電池出力
）〉（要求電力）となった場合、中央ホ１ｊ御回路より
制御信号：Ｖｃｃが出力され、この信号は、ドライブ回
路６０、デジタル会シーケンシャル・ドライブ回路６２
を経由してシャント・トランジスタＱ１〜Ｑｎ、５０−
１〜５６−ｎのベースにトランジスタのオン（飽和）／
オフを決定するデジタル信号として加えられる。Ｑｌ−
Ｑｎ５６−１〜５６−〇はデジタル・シーケンシャル・
ドライブ回路６０によってＶＣＣの増加に伴い、シーケ
ンシャルに順次ドライブされる。余剰電力の増加に伴い
、まず最初に０１５６−１がドライブされ、余剰電力は
Ｑ、５１１ｉ−１のオン／オフのデユーティ比の変化に
より制御される。Ｑ、５Ｇ−１オンの時、Ｑ１５６−１
が接続されている太陽電池列５４−１の出力電圧はＱ＋
５８−１の飽和により、はぼゼロであり、逆流防止ダイ
オード５２−１によってバス・ラインから切断され、電
力供給には寄与しない。Ｑ＋５Ｂ−１オン時、太陽電池
列５４−１から、衛星負荷に対し、電力供給が行なわれ
る。このようにデジタル・シャント方式では、各シャン
ト・トランジスタの接続されている太陽電池列を一単位
として、バス・ラインに対し、等価的に接／断し、その
接／断のデユーティ比を変化させることにより余剰電力
を制御するものである。余剰電力がさらに増加すると、
Ｑ１５Ｇ−１はオン状態維持（飽和）となり、Ｑ２５Ｂ
−２がオン／オフを開始し、そのデユーティ比の変化に
より余剰電力を制御する。同様の動作は、余剰電力の増
加に応じてＱ１〜Ｑ　ｎ　、５Ｂ−１〜５Ｇ−ｎまで、
シーケンシャルに行なわれる。

この方式では、シャント・トランジスタがオン（飽和）
かオフのいずれかの状態しか取らないため、余剰電力の
制御を行なっているシャント・トランジスタのコレクタ
損失は、第４図に示したアナログ方式に比べ低く抑える
ことができる。即ちアナログ方式でのコーク２１ｍ失：
　Ｖｃ　Ｅ　Ｘ　Ｉｃ≧デジタル方式でのコレクタ損失
：ＶＣＥ　　ＸＩＣである。これによりアナログ方式で
問題となったシャント・トランジスタの発熱増大は抑え
ることができる。しかしながら、シャント・トランジス
タの制御をシーケンシャルに行ない、各シーケンスでの
制御量をほぼ一定（ゲインをほぼ一定）とする為、各シ
ャント・トランジスタが接続される太陽電池列の並列セ
ル数は、各太陽電池列で等しくする必要がある。また１
太陽電池列の並列セル数は、無制限に大きくすることが
できない。つまり、バスリップルを一定に制御しようと
する場合、並列セル数の増大〜〜シャント・トランジス
タのスイッチング周波数の増大〜〜スイッチング損失の
増大〜〜シャント・トランジスタの発熱増大あるいはこ
れを防止する手段としてのバス・フィルタの容量増大〜
〜型重量形状増大と正の相関があるため、並列セル数を
無制限に大きく設定することはできない。このため、第
５図に示すデジモル会シーケンシャル・フルシャント方
式においても第４図に示したアナログ・シーケンシャル
・パーシャル・シャント方式の場合と全く同様に、衛星
システムとして設定されるシャントすべき太陽電池並列
セル数をａ１各シャント・トランジスタが接続される太
陽電池列の最適並列セル数をＣとすると、必要なシャン
ト・トランジスタ数は、ａ　／　ｃ−ｎであり、太陽電
池パネルとシャント・トランジスタとのインタフェース
・ラインもａ　／　ｃ　−ｎであり、太陽電池パネルと
シャント・トランジスタとのインタフェース・ライン数
が膨大となり、複雑化し、インタフェース・ハーネスの
重量増を招く欠点があった。

（発明が解決しようとする課題）以上述べたように従来のアナログ・シーケンシャル・パ
ーシャル・シャント方式では動作状態にあるシャント・
トランジスタの発熱が増大するだけでなく、太陽電池パ
ネルとシャント・デシベータとのインタフェース・ライ
ン数が膨大になり、複雑になる。

また、従来のデジタル・シーケンシャル・フル・シャン
ト方式では動作状態にあるシャント・トランジスタの発
熱はアナログ方式に比べ低減することができるが、太陽
電池パネルとシャント・デシベータとのインターフェイ
ス・ライン数は同様に膨大となり複雑であるという欠点
がある。

そのためシャント・トランジスタのスイッチング損失低
減、あるいはパスリップルを低減する目的で、バス・フ
ィルタの容量を増大しなければならないという欠点が生
ずる。

そこで本発明は、上記欠点を除去すべくなされたもので
、太陽電池パネルとシャント・デシベータとのインタフ
ェース・ライン数を減少させ、また精度の高い出力制御
を実現しバス・リップルの低減を可能にしたデジタル・
シャント・デシベータを用いるソーラ電力発生装置を提
供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明に係るソーラ電力発生
装置は、余剰電力の大小に応じて、それぞれ独立にオン
（飽和）／オフ制御される複数個のシャント・トランジ
スタに接続される各太陽電池列において、各太陽電池列
を構成する太陽電池セル回路の並列接続数をそれぞれ異
なる個数としたことを特徴とする特にこれを２ｎ個（ｎ
はゼロから任意の整数ｍまで）として順にｎの値を１ず
つ増加した個数にしたことを特徴とする。

（作用）本発明のソーラ電力発生装置では、各シャント・トラン
ジスタに接続される各太陽電池列において、各太陽電池
列を構成する太陽電池セル回路の並列接続数をそれぞれ
異なる個数としたこと、またこれを２ｎ個（ｎはゼロか
ら任意の整数ｍまで）として順にｎの値を１ずつ増加し
た個数としたことにより、従来方式に比べ太陽電池パネ
ルとシャント・デシベータとのインタフェース・ライン
数を低減できる。

また並列セル数を２ｎとした場合、各太陽電池列に接続
されるシャント・トラン−゛・スタのオン／オフの組合
せは２進数であり、シャント・トランジスタのオン状態
を１とするとンヤントされる太陽電池列の並列セル数の
合計はこの２進数を１０進数に変換したものとなるため
、各ンヤント・トランジスタのオン状態のそれぞれの組
合せによってシャントされる太陽電池列の並列セル数合
計をセル１個ｌｉ位で増減することができる。

（実施例）以ド、本発明のｍ−つの実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図に示すように、太陽電池パネル２４は、太陽光を
受けて電力を発生する発電部分である。その構成は、並
列接続された太陽電池列１２−１〜１２−ｍと、これら
に１α列接続された逆流防止用ダイオード１０−１〜１
０−ｍからなる。ここで、太陽電池列１２−１〜１２−
山は、当該太陽電池の負荷の変動に対応した量だＣノの
電力をパスラインに供給するようシャント素子で調整で
きるように、ｍ個に分割して並列接続されたちのである
。各太陽電池列は、太陽電池の最小単位である太陽電池
セルが複数個直列接続された太陽電池セル回路が複数個
並列接続されて構成されている。この時、それぞれのＪ
１記太陽電池列の内部にあるＬ記太陽電池セル回路の並
列数は、２ｎ　（ｎはＯ及び正の整数）個であって、順
にｎの値を１ずつ増加【、た個数である。こうすること
により、各太陽電池列は順に１．２，４，８，１．Ｂ・
・・・・・２１１並列の太陽゛電池セル回路を持つこと
になる。

また電力制御器２８は、中央制御回路１８、ドライブ回
路２０、り【Ｊツク・パルス・発生装置２２によってな
り、太陽電池発生電力とこのソーラ電力発生装置が要求
されている要求電力とを比較した結果の信号を以下のシ
ャ：７ト・デシベータ２Ｇに供給している。

また、図中のシャント・デシベーク２６はアナログ／デ
ジタル・コンバータ１６とシャント・トランジスタ１４
−１〜ｔ４−ａからなり、前記電力制御器２８からの制
御信号を受（ブでシャント赤トランジスタ＋４−１〜１
４−ｍを制御している。

第１図に示す本発明によるデジタル・シャント方式によ
るソーラ電力発生装置の−・例において、（太陽電池出
力）ン（要求電力）となった場合、中央制御回路１８よ
り制御信号：　Ｖ（−（が出力され、この信号はドライ
ブ回路２０を経由し、てアナログ／デジタル・コンバー
タ１６に入力される。アナログ／デジタル・コンバータ
１６は入力されたアナログ信号をｒｎビットの２進数に
変換し、ＬＳＢ出力１ビット目は、太陽電池列１２の最
少並列セル数である２０−１の太陽電池列１２−１に接
続されているシャント・トランジスタＱ１１４−１のベ
ースに加えられる。２ビツト目は２＋　−２の並列セル
数の太陽電池列１２−２に接続されているシャントＱト
ランジスタＱ２１．４−２に加えられる。

ｌ以下、同様ににビット目は２　　の並列数の太陽電池列
１２−ｋに接続されているシャント・トランジスタＱｋ
Ｌ４−ｋに加えられ、ＭＳＢ出力（ｍピット目）は最大
並列セル数である２　　の並列数の太陽電池列に接続さ
れているシャント・トランジスタＱ　ｍ　１４−ｍに加
えられる。

これによって、第２図に示す様に余剰電力の大小によっ
て増減するバス電圧値に対応したＶＣＣの変化に応じ、
シャント・トランジスタＱ、〜Ｑ　ｍ　１４−１〜！、
４−ＤＩはアナログ／デジタル・コンバータ１６に加え
られるクロック周波数ごとの周期でアナログ／デジタル
・コンバータ１６の出力ピッｌ−１〜ｍに対応してオン
／オフが行なわれ１、シャントされる太陽電池列１２の
並列セル数合計をセル１側車位で増減することができバ
ス・リップルの少ないバス電圧制御を実現することがで
きる。（たたし、第２図の表中において、１はオレ９，
０はオフを表わす）従−）てバス・フィルタの容ユち小
さ（設定することができバス・フィルタの小型、軽量化
を実現することができる。

更に、太陽電池パネルとンヤント・１−ランジスタ１４
−１〜１４−ｍのインタフェースラインもジャントでよ
く、従来方式に比べ、一般にインタフェース・ライン数
を減少させ、インタフェースの簡略化およびインタフェ
ース・ハーネス重量の低減を計ることかできる。

たとえば、シャントすべき太陽電池並列セル数を２５５
個とした場合、従来のシャント方式における、各シャン
ト・トランジスタが接続される太陽電池列の最適並列セ
ル数は、前述の制約条件により、アナログ方式、デジタ
ル方式ともに３〜５並列であり、たとえば５並列とした
場合、必要となるシャント・トランジスタ数、および太
陽電池パネルとシャント・トランジスタとのインタフニ
ジヤント・トランジスタ８個インタフェース・ライン８
本であり、大幅なインタフェースの簡略化を実現するこ
とができる。

なお、この場合太陽電池列の最大並列セル数は１２８並
列となり、１個のシャント・トランジスタでオン／オフ
するのが現実的に難しい場合は第３図に示す様に複数個
のトランジスタで分割して制御することができる。（図
中の太陽電池列内の（）内は太陽電池列の並列セル数を
示す。このとき、Ｉａ十ｌｂ＋Ｉｃ＝１）これ（こより
、シャント・トランジスタの個数、およびインタフェー
ス・ラインは当然増加するが、上記メリットを相殺する
ものでないことは明らかである。

また本発明の上記の並列セル数は２ｎ個に限゛るもので
はなく、状況に応じて各太陽電池列の並列セル数を違え
て設定することにより、上記メリットと同等のメリット
を得るものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明のソーラ電力発生装置では、各
シャント・トランジスタに接続される各太陽電池列にお
いて、各太陽電池列を構成する太陽電池セル回路の並列
接続数をそれぞれ異なる個数としたこと、またこれを２
ｎ個（ｎはゼロから任意の整数ｍまで）として順にｎの
値を１ずつ増加した個数としたことにより、従来方式に
比べ、太陽電池パネルとシャント・デシベータとのイン
タフェース・ラインを低減することができる。

また、２ｎの並列セル数を持つ各太陽電池列に接続され
るシャント・トランジスタのオン／オフの組合せは２進
数であり、シャント・トランジスタのオン状態を“１″
とするとシャントされる太陽電池列の並列セル数の合計
は、この２進数を１０進数に変換したものとなる為、各
シャント・トランジスタのオン状態のそれぞれの組合せ
によって、シャントされる太陽電池列の並列セル数合計
をセル１側車位で増減することができる。これによって
バス・リップルの少ない精度の高いバス電圧制御を実現
するとともに、バス・フィルタの容量を減少させること
ができ、バス・フィルタの小形、軽量化を実現すること
ができる。

なお、シャント・トランジスタの発熱が低減できること
はデジタル・シャント方式と同様である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるデジタル・フル・シャント方式
によるソーラ電力発生装置の実施例を示すブロック回路
図、第２図は、本発明のデジタル争シャント方式のソーラ電
力発生装置におけるバス電圧の制御範囲と、シャントさ
れる太陽電池並列セル合計数との関係を説明するための
図、第３図は、１制御車位の太陽電池列を複数個のシャント
・トランジスタで分割制御する場合の構成を示す回路図
、第４図は、従来のアナログ・シーケンシャル・パーシャ
ル・シャント方式によるソーラ電力発生装置の一例を示
すブロック回路図、第５図は、従来のデジタル・シーケンシャル・シャント
方式によるソーラ電力発生装置の一例を示すブロック回
路図である。１０−１−ｍ・・・ダイオード、１２−１−ｍ・・・太
陽電池列、１４−１＝　ｍ・・・シャント−トランジス
タ、１６・・・アナログ／デジタル・コンバータ、１８
・・・中央制御回路、２０・・・ドライブ回路、２２・
・・クロック・パルス・発生装置、２４・・・太陽電池
パネル、２Ｂ・・・シャント・デシベータ、２８・・・
電力制御器、３０−１〜３・・・ダイオード、３２−１
〜３・・・太陽電池列、３４−１〜３・・・シャント・
トランジスタ、３６−１〜ｎ・・・逆流防止ダイオード
、３８−１＝ｎ・・・上部太陽電池列、４０−１−　ｎ
・・・下部太陽電池列、４２−１〜ｎ・・・シャント・
トランジスタ、４４−１〜ｎ・・・ダイオード、４６・
・・中央制御回路、４８・・・ドライブ回路（１）、５
０　・・・ドライブ回路（２）、５２−１−ｎ・・・逆
起電力防止用ダイオード、５４−１〜ｎ・・・太陽電池
列、５Ｂ−１〜ｎ・・・シャント・トランジスタ、５８
・・・中央制御回路、６０・・ドライブ回路、６２・・
・デジタル・シーケンシャル・ドライブ回路、ＶＣＣ・
・・制御信号、ｖｓＨＤ　Ｒ・・・シャント・ドライブ
信号、ｖ、　ＩＪ　Ｓ・・・バス電圧値、ＭＳＢ・・・
最−Ｌ位ビット、ＬＳＢ・・最下位ビット。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第因

Claims

【特許請求の範囲】

（１）それぞれ異なる個数の単位太陽電池セル回路を並
列接続してなる複数の太陽電池列を並列接続し各単位太
陽電池セル回路の発生電力を合成出力する太陽電池回路
と、前記複数の太陽電池列毎に設けられそれぞれ制御信号に
応じて対応する太陽電池列を短絡する複数のシャント回
路と、前記太陽電池回路に接続される負荷の要求電力に対する
前記太陽電池回路の出力電圧と規準電圧との誤差電圧を
検出する検出回路と、この検出回路で検出された誤差電圧に応じて前記複数の
シャント回路を選択し、選択した回路に制御信号を送出
することにより前記太陽電池回路の電力合成出力を制御
するシャント制御回路とを具備するソーラ電力発生装置
。
（２）前記複数の太陽電池列の各単位太陽電池セル回路
の個数は、２＾ｎ（ｎは０及び正の整数）個であって、
順にｎの値を１ずつ増加した個数であることを特徴とす
る請求項（１）記載のソーラ電力発生装置。
（３）前記シャント回路は複数個のシャント素子を並列
接続し各シャント素子を前記シャント制御回路からの制
御信号によってシャント動作させるようにしたことを特
徴とする請求項（１）記載のソーラ電力発生装置。