JPH11355975A - 電力供給用変換器モジュ―ル及びそれを含むシステム - Google Patents

電力供給用変換器モジュ―ル及びそれを含むシステム

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JPH11355975A
JPH11355975A JP11108589A JP10858999A JPH11355975A JP H11355975 A JPH11355975 A JP H11355975A JP 11108589 A JP11108589 A JP 11108589A JP 10858999 A JP10858999 A JP 10858999A JP H11355975 A JPH11355975 A JP H11355975A
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Philippe Alfred Perol
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Agence Spatiale Europeenne
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、電流を生成する少なくとも一つの第一電源か
ら電力を送る変換モジュールに関し、そのモジュール
は、第一電源の電力供給端子及び節点の間に延びそして
前記節点とコモンモードポールの間に接続された分路ス
イッチと機能的に連結されている第一自己誘導ブラン
チ、及び前記節点と前記コモンモードポールの間に延び
て、制御されるスイッチとフィルタを直列に提供する第
二ブランチを備えている。また、本発明は、フィルタ
が、電気エネルギーの第二供給源、特に少なくとも一つ
の電池の能動端子によって電力を供給するための第一端
子を有している変換器モジュールを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力を発生する第
一電源と、電気エネルギーを蓄積する第二電源との両者
から電力を供給するよう設計された変換器モジュールに
関する。前記第一電源は、例えば太陽電池のような電流
源とされ得、前記第２電源は、例えば蓄電池のような電
圧源とされ得る。
【０００２】
【従来の技術】このような変換器モジュールは、特に、
電気通信バスに電力を供給するためにオンボードサテラ
イト（on-board satellite）を用いることを目的とする
ものである。その電力供給システムは、上記の各種モジ
ュールを作動させるのに必要な信号を送る主制御システ
ムＣＭＥＡから制御される。
【０００３】オンボードシステムは、一般に、三つの作
動範囲があり、場合によっては二つの作動範囲しかな
い。
【０００４】I）調整範囲すなわち昼間モード：太陽電
池から供給される過剰電力を、例えばいわゆる“Ｓ３
Ｒ”技術を用いて、逐次、転換または“分路”（Shun
t）させるもの II）電池充電範囲（ＢＣＲ）：太陽電池が送る過剰電力
を用いて特定の電池または各電池に充電し、そしてその
充電電流を増幅器ＭＥＡが送る信号によって制御するも
の、及び III）電池の放電範囲（ＢＤＲ）すなわち“夜間モー
ド”：電池からの電流放出を増幅器ＭＥＡが送る信号に
よって制御するもの。
【０００５】二つの範囲の作動を使用する場合は、範囲
II（電池充電）が省略される。
【０００６】三つの範囲のシステムのより詳細な説明
は、特に、１９９７年９月２１〜２３日付けNOORDWIJK
における“3rd ESTEC Spacecraft Power Seminar”のES
A Proceedings SP126で発表した、標題が「Improved po
wer conditioning unit for regulated bus spacecraft
power system」であるP.R.K. CHETTYの報告（１０１〜
１１０頁）に見られる。
【０００７】その技術では、各作動範囲は特定のモジュ
ールによって提供される。例えば、図１に示す従来技術
のシステムは、１〜３２の番号をつけられ信号Ｓ３Ｒで
電力を供給される３２個の分路モジュール、１’〜１
２’の番号を付けられ信号ＢＤＲで電力を供給される１
２個の電池放電調整器モジュール、及び１”〜４”の番
号を付けられ信号ＢＣＲで電力を供給される４個の電池
充電調整器モジュールを備えている。
【０００８】モジュール１〜３２とモジュール１’〜１
２’は、図に示すように、順方向接続ダイオードを通じ
て、キャパシタンスＣを有する線路バスに電力を供給す
る。
【０００９】モジュール１〜３２とモジュール１”〜
４”は、太陽電池が発する電流ＳＡによって電力を供給
され、そしてモジュール１’〜１２’とモジュール１”
〜４”は蓄電池ＢＡＴが送る電圧によって電力を供給さ
れる。
【００１０】図１に示すように、この従来技術のシステ
ムは、モジュールの数及び必要な相互接続部分の両者か
らみて複雑である。
【００１１】電池の充電IIと放電IIIの両方を実行する
両用モジュールを設置する提案がすでになされている。
充電機能を統合しても少数のモジュールしか省略できな
いので、複雑さの解消度は、比較的小さい（図１参
照）。
【００１２】切換え“バック”調整器（switched "buc
k" regulator）によって調整する回路も提案されてい
る。この問題に関する論文としては、１９９５年９月の
“ESAProceedings of 4th European Research Organiza
tion”で発表された標題が“Anew universal spacecraf
t power conditioner”のG. SHIVANNAの論文（４１〜４
５頁）がある。
【００１３】
【発明の概要】本発明の基礎になっている概念は、上記
機能のIとIIIの両者を実行できるように単一のモジュー
ルを適合させることができ、そして好ましくは上記三つ
の機能I、II、及びIIIすべてを実行できるように単一の
モジュールを適合させることができるトポロジーの分路
型モジュールである。
【００１４】また本発明は、少なくとも第一電源、特に
太陽電池のような電流源から電力を供給するための変換
器モジュールに関し、このモジュールは自己インダクタ
ンスを有する第一ブランチを備え、その第一ブランチ
は、第一電源に対する電力供給端子と節点の間に延び、
かつこの第一分枝の節点及びコモンモードポール（comm
on mode pole）との間に接続されている分路スイッチと
機能的に関連している。このモジュールは、その節点と
コモンモードポールの間に、制御スイッチ及びフィル
タ、特に好ましくは減衰されている（damped）容量性フ
ィルタ（capacitivefilter）を直列に備えている。具体
的に述べると、上記スイッチの入力端子は上記フィルタ
の出力端子に接続され、そして上記スイッチの出力端子
は前記節点に接続されている。
【００１５】上記節点は、第一自己誘導素子を通じて、
上記モジュールの出力端子に接続することが有利であ
る。上記フィルタは、第二電気エネルギー源、例えば１
個以上の電池の能動端子で構成された電力供給端子を備
えている。上記フィルタの電力供給端子は、入力自己誘
導素子の出力端子に接続され、その入力自己誘導素子の
入力端子は、適切な場合、スイッチ素子を通じて第二電
源の能動端子（active terminal）に接続される。この
モジュールは、前記節点とコモンモードポールの間に、
並列に接続された第一ダイオードすなわち“バック（bu
ck）”ダイオードを備えている。
【００１６】前記モジュールに、第二電源に充電する機
能を付け加えるために、好ましい実施態様では、前記モ
ジュールは、前記節点及び前記第二電源の前記能動端子
の間に、少なくとも一つの第二自己誘導素子、及び前記
第二電源を構成する電池に充電する電流に対し順方向に
接続されている少なくとも一つのダイオードを直列に備
え、さらに、前記コモンモードポール、及び前記ダイオ
ードと前記第二自己誘導素子に共通の端子の間に、制御
可能な充電スイッチが接続されている。
【００１７】このモジュールは、下記の作動モードのう
ち少なくとも一つを提供する制御回路によって制御する
ことが有利である。
【００１８】ａ）制御スイッチは、分路スイッチがその
能動状態にある場合のみ閉じている； ｂ）制御スイッチと分路スイッチは逆位相で制御され
る； ｃ）制御回路は、モジュールからの出力電圧及び第一自
己誘導素子を流れる電流を、それぞれの閾値と比較した
結果の関数として、分路スイッチを制御する； ｄ）上記制御回路は、第二電源から電流が流れている状
態、すなわち放電されている状態にあるとき、分路スイ
ッチの閉鎖を不活性化する論理要素を備えている；なら
びに ｅ）制御スイッチは、のこぎり波状信号をモジュールの
出力電圧と比較して応答し、活性化または不活性化され
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
添付図面を参照しつつ説明する。 既にした図１につい
ての説明は、本発明の実施形態の前提とされる。
【００２０】逐次切換えを行う分路調整モジュールすな
わち“Ｓ３Ｒ”モジュールを図２に示す。電流が漂遊(s
tray)キャパシタンスＣｐを有しかつ電流Ｉｓを送る太
陽電池のアレイから出現する能動端子Ａから出発して、
出力端子Ｂまでに、このモジュールは、順方向に接続さ
れたダイオードＤ；インダクタンスが１０μＨ未満（例
えば数μＨ）でもよいインダクタＬｐ；及び二つの順方
向に接続されたショットキーダイオードＤ１とＤ２（例
えば約１．１Ｖの全電圧降下を起こさせる６０ＨＱ１０
０型のもの）を、直列に備えている。出力端子Ｂはキャ
パシタンスＣを有する電力供給バスＢＵＳに接続されて
いる。下記のものが、インダクタＬｐとダイオードＤ１
に共通の端子Ｅと、コモンボードポール（すなわち大
地）との間に並列に接続されている。すなわち第一に、
分路作動中、電流を制限するための校正抵抗器Ｒｓと直
列の制御可能な分路スイッチＳＳ、ならびに抵抗器Ｒ３
と並列に配置されかつキャパシタＣ３と直列に接続され
て、電圧サージを回避する減衰回路（damping circui
t）を形成するダイオードＤ３が接続されている。な
お、このようなダイオードＤ３が設けられていない場
合、分路スイッチＳＳが開かれると、前記電圧サージ
が、分路スイッチＳＳ及びバスＢＵＳのキャパシタンス
の間の残留インダクタンスによって発生する。
【００２１】上記ソーラーパネルは、ＣＳの部分に配置
されている。作動の際、特定のセクションは、分路スイ
ッチが開いたモジュールと連結しバスＢＵＳに電力を供
給する。他のセクションではこれらのモジュールは分路
される。一つのセクションには、１又は２以上のモジュ
ールがあり、逐次切換えられて閉回路を構成し或いは分
路され、バスＢＵＳの電圧を調整する。
【００２２】これら分路スイッチＳＳは、オン／オフモ
ードで制御される。
【００２３】この分路調整器の効率は９７．５％のオー
ダーである。分路されるセクションでは、効率の概念は
重要ではない。というのは、関連する電力は過剰なので
散逸させねばならないからである。永久的に分路される
セクションの場合、その散逸は一般に大きくない。
【００２４】対照的に、シーケンス制御される分路セク
ションのモジュールの場合、太陽電池のアレイの漂遊キ
ャパシタンスＣｐは、分路スイッチＳＳが閉じる度毎に
インダクタＬｐを通じて完全に放電する。このようにし
て、分路が切換えられるとき、好適なことに低周波数の
損失が生じるので、散逸は重要である。電圧５０Ｖで、
７Ａを送るソーラーアレイの場合、漂遊キャパシタンス
Ｃｐはマイクロファラッドのオーダーであり、損失は、
対応する部分に対して１０Ｗ〜１５Ｗのオーダーであ
る。
【００２５】図３に示すモジュールは電池放電調整器で
ある。
【００２６】図３に示す実施態様は、電池の電圧がバス
ＢＵＳの電圧より高い場合に適切である。このトポロジ
ーを、その中に電圧増大モジュールを入れてブースト調
整器を形成させるように改変する方法は公知である。
【００２７】この放電調整器の機能は、電池によってバ
スＢＵＳに送られる電流を制御することである。
【００２８】電池電圧がバスの電池より高い場合、最良
の配置形態は直列調整器である（“バック変換器（buck
converter）”、G. SHIVANNAによる上記論文を参
照）。この回路は、人力端子Ｇ及びバスＢＵＳに接続さ
れた出力端子Ｂの間に、保護スイッチＳbat、入力イン
ダクタＬin、直列調整スイッチ（“バック”スイッチ）
Ｓ1、入力インダクタＬout、及び順方向接続ダイオード
Ｄ3を備えている。入力フィルタ、例えば減衰された入
力フィルター（damped input filter）は、端子Ｈとコ
モンモードポールの間に、並列に、キャパシタＣ'1と並
列でかつＲ'1で減衰されたキャパシタＣ1を備えてい
る。これらのモジュールは、並列に接続されて対応する
数の制御電流源を形成するように設計される。さらに、
“バック（buck）”ダイオードが、Ｓ1とＬoutに共通の
ポイントＪとコモンモードポールＭとの間に逆方向に接
続されている。
【００２９】図４は、そのトポロジーが分路機能を実施
することができる、本発明のモジュールを示す。図４に
示すモジュールは、以下に説明するように、分路機能だ
けを実施するが、上記分路機能と上記放電機能の両者を
実施するように適応させることができる。
【００３０】このモジュールは、太陽電池（電流Ｉｓ、
漂遊キャパシタンスＣｐ）のアレイの端子のうちの一つ
に接続されている端子Ｋと、バスＢＵＳに接続されてい
る端子Ｂとの間に、順方向に接続されたダイオード
Ｄ4、インダクタＬ1p、インダクタＬ3、出力インダクタ
Ｌo及び出力ダイオードＤoを、順に備えている。Ｄ4、
Ｌ1p、及びＬsは、ポイントＫと節点Ｎの間に延びる第
一分岐を構成している。二つのインダクタＬsとＬoに共
通の節点Ｎ及びコモンモードポールの間には、制御スイ
ッチＳ11が、好ましくは減衰されたフィルタＣ'2、
Ｒ'2、Ｃ2と直列に接続されており、そのアセンブリー
は第二分岐を構成している。また、分路スイッチＳＳ1
が、節点Ｎと大地の間に接続されている。ＬoとＤoが出
力分枝を構成している。
【００３１】素子Ｌo、Ｓ11、Ｃ2、Ｒ'2、及びＣ'2は、
図３に示す素子Ｌout、Ｓ1、Ｃ1、Ｒ'1、Ｃ'1と類似し
ている。図２に示すように、制御スイッチＳＳと直列の
抵抗電流制限器（resistive current limiter）を使用
する代わりに、インダクタンスが低い（約１０μＨ）イ
ンダクタＬSを用いて、分路電流を制御する。これによ
って、分路スイッチＳ1の損失を制限することができ
る。
【００３２】スイッチＳ11によって、回路中に組み入れ
られたり取り出される減衰回路（damping circuit）
（Ｃ2、Ｒ'2、Ｃ'2）は、スイッチＳＳ1が開いていると
き、電圧サージを制限するのに有利に役立つ。最も一般
的な形態において、フィルタは、種々のタイプのものを
使用でき、具体的に述べれば、スイッチＳＳ1が開いて
いるとき、電圧サージを減らすのに適当な容量性フィル
タとすることができる。この目的のために、スイッチＳ
Ｓ1が開いていない場合には、スイッチＳ11を閉じられ
ないことを保証することが有利である。好ましくは、Ｓ
Ｓ1が閉じているとき、Ｓ11は開いた状態であり、そし
て、ＳＳ1が開いた状態のときＳ11は閉じている。
【００３３】上記減衰回路は、同時に、分路モジュール
を電圧サージから保護しそして電池放電調整器とフィル
タするのに役立ち、その結果、上記適応が可能になる。
【００３４】このようにして、上記回路は、二つの機能
（太陽電池に用いる分路調整器及び電池に用いる放電調
整器）を実施するモジュールとして適応させることがで
きる。
【００３５】バスに二つのダイオード（図２に示すＤ1
とＤ2）を接続させる必要がある従来技術の分路と異な
り、本発明の分路は、以下の理由のために、一つのダイ
オード（図４に示すＤo）しか必要でない。
【００３６】ダイオードが短絡して故障した場合、バス
のキャパシタンス（図２または４に示すＣ）は、インダ
クタＬoによってバスに接続される。リミットサイクル
システムを用いてインダクタＬoを流れる電流を制御す
ることによって、インダクタを流れる平均電流は、図４
に示す分路スイッチＳＳ1が調整によって（信号ＭＥ
Ａ）作動状態とされると、当然、約ゼロに定着する。し
たがって、Ｌo内の電流センサは、上記作用を自然に得
るため、約ゼロの電流を測定できれば充分であり、そし
て、このことは、特にホール効果電流のセンサにも当て
はまる。
【００３７】ダイオードＤoが短絡して故障した場合、
ソーラーパネル部分（Ｉｓ、Ｃｓ）は、分路スイッチＳ
Ｓ1が調製作用によって制御されないときそのすべての
電流を送るか、または、前記リミットサイクルのヒステ
リシスに対応するピーク値を有する約ゼロの平均電流を
送る。全モジュールが電池放電器（battery discharge
r）として作動する場合（図６）、上記故障は、どちら
の作動にも影響しない。
【００３８】図４のトポロジーは、入力インダクタＬo
を考慮するのに適当な図５に示すような制御回路と連結
している。
【００３９】図２に示すトポロジーにおいて、バスＢＵ
Ｓによって分かるような太陽電池部分の入力インピーダ
ンスはゼロに近いので、バスＢＵＳのキャパシタンスＣ
は、その太陽電池部分が発する電流によって直接、充電
され、その結果、そのバスに対する電圧Ｖは、直線的に
上昇する。この電圧が、ヒステリシス比較器の最高閾値
に到達したとき、分路スイッチＳＳ1は閉じて、バスの
電流の不足量まで上昇し、そして、電圧は、ヒステリシ
ス比較器の最低閾値に到達するまで低下して、分路スイ
ッチＳＳ1を再び開かせる。
【００４０】図４に示すモジュールの場合、出力インダ
クタＬoは、太陽電池部分が発する電流が、分路スイッ
チＳＳ１が開いたとき直ちには、バスに対して直接、利
用できないという作用を持っている。その電流は、Ｃ2
に対する電圧とＣの両端子間の電圧Ｖとの差で求められ
る比率で決定される。
【００４１】Ｌsが分路モードのピーク電流を制御する
働きだけをしている場合、Ｌsの機能を無視すると、Ｃ2
からみられる問題は、図２の場合と同じである。Ｃ
2は、全電力で作動中の作動電圧より高い太陽電池部分
の回路電圧に、適応させることができる。
【００４２】図５は、図４に示すモジュールに取り付け
られる制御回路を示す。図２に示す分路モジュールに用
いる従来の制御回路と比べて、追加の素子類（Ｒ17、Ｉ
ＮＶ．１）は太線で書いてある。
【００４３】図５から分かるように、ブリッジＲ10／Ｒ
11によって分割されたバスの電圧Ｖは、ツェナーダイオ
ードＺ1の電圧と比較される。この比較は、作動増幅器
ＭＥＡの入力において実施される。ＭＥＡからの出力
は、抵抗器Ｒ15を通じて、比較器ＣＯＭＰ１の逆入力に
送られる。そのポイントにおいて、前記出力は、前記入
力に、インダクタＬoと順方向接続ダイオードＤoに共通
のポイントＰから、抵抗器Ｒ17を通じて、電圧Ｖ（ＩＬ
o）を加えている。分路の基準電圧Ｖは、ＣＯＭＰ１の
非逆入力に、抵抗器Ｒ14を通じて印加される。抵抗器Ｒ
16は正の帰還を提供するように接続されるので、増幅器
ＣＯＭＰ１はｏｎ／ｏｆｆモードで作動して、分路スイ
ッチＳＳ1を制御し、そして論理インバータＩＮＶ１を
通じてスイッチＳ11を制御する。
【００４４】その結果、スイッチＳＳ1とＳ11は逆位相
で作動する。
【００４５】抵抗器Ｒ17を通じて流れる電流ＩＬo（Ｉ
Ｌout）の値によって、ヒステリシス比較器によって行
われる比較が修正され、所定点あたりの限定された振幅
の電流サイクルが生成される。その結果、図４の分路の
より安定した作動が増大して、バスに対する電圧リプル
が減少する。
【００４６】電流ＩＬoによる補償が行われないと、作
動は続けることができるが、Ｌoの遅延作用はあまり充
分には行われないことが分かるであろう。
【００４７】Ｓ11を制御すると、分路スイッチＳＳ1が
開いている場合、Ｃ2をバスに接続できる。モジュール
を単独で、分路として使用すると、Ｒ'2とＣ'2は省くこ
とができ、フィルタは単一のキャパシタＣ2になる。
【００４８】図５に示す回路によって制御される図４の
分路モジュールの作動を、以下により詳細に説明する。
【００４９】バスに対して所定の負荷が加えられ、そし
て太陽電池のアレイがＮ0セクションを提供すると、ｎ
個のセクションがバスに直接連結され、Ｎ0−ｎ−１個
のセクションが分路され（それらセクションのスイッチ
ＳＳ1が閉じられる）、そして一つのセクションが、順
に制御されて分路として作動することによって、バスに
対する電圧を調整する働きをする。調節を目的とするこ
のセクションの作動を以下に説明する。
【００５０】例えば、インダクタンスが１０μＨのイン
ダクタＬsが存在すると、電圧が４０Ｖでかつ漂遊キャ
パシタンスが１μＦの太陽電池のアレイに対するピーク
電流を、１５．８Ａに制限することができる。
【００５１】このシステムは、太陽電池のセクションが
充分に分路され、そしてＬoを流れる出力電流がゼロで
あるとみなされる。
【００５２】バスに対する電流が不足すると、バスに対
する電圧が低下して、増幅器ＭＥＡ（図５）からの出力
が、比較器ＣＯＭＰ１の閾値に到達するまで負の方向に
ドリフトする。
【００５３】そして、分路スイッチＳＳ1は開かれ、Ｓ
11は閉じられる。キャパシタＣ2は、先にＳ11によって
分離されているが、バスに対する電圧Ｖまたはソーラー
アレイに対する電圧Ｖ’に近い電圧を保持している。
【００５４】スイッチＳＳ1が開いているとき、太陽電
池が送る電流Ｉsは、ソーラーアレイ部分の電圧Ｖｓｓ
に近い漂遊キャパシタンスを充電し始める。この電圧に
到達する前に、ソーラーアレイの電圧は、バスの電圧Ｖ
すなわちＣ1の両端子間の電圧を超えて、電流がインダ
クタＬoを流れ始める。
【００５５】これによって、二つの作用が増大する。第
一に、十分な電流がバスに送られ、負の方向からの電圧
ドリフトを変化させて正の方向にドリフトさせるポイン
トがある。第二の作用は、Ｌoを流れる電流からもたら
される正の電圧が同時に、比較器ＣＯＭＰ１の入力に現
れ、その結果、分路スイッチＳＳ1を再び閉じさせるた
めにバスが到達する必要がある電圧の値でドリフトを起
こさせる作用である。
【００５６】ＳＳ1が再び閉じると、第一のケース
（“連続伝導 ”(continuous conduction)）では、バス
に対する電圧Ｖは、低い閾値に到達した後、電流がＬo
を流れなくなる。
【００５７】第二のケース（“不連続伝導”(discontin
uous conduction)）では、電流がＬoを完全に流れなく
なってから、Ｖは低い閾値に到達する。両方のモードに
おいて、Ｌoを流れる電流の振れの最大の振幅は実質的
に同じであり、比較器ＣＯＭＰ１のヒステリシスによっ
て決定される。
【００５８】図８ａは、“連続伝導”の場合（インダク
タ中の電流は遮断されない）の回路の主要ポイントにお
ける電圧と電流のタイミング線図であり、そして図８ｂ
は、“不連続伝導”の場合（インダクタを流れる電流は
遮断される）の先に述べたのとを同じタイミング線図で
ある。
【００５９】両方のケースにおいて、電圧Ｖ（Ｖ＝５０
Ｖ）に２００ｍＶより低いリプルが残っている。
【００６０】分路が高い電流モードで閉じられると、Ｌ
sにエネルギーが蓄積されるため、Ｃ2の両端子間の電圧
ＶＣ2は、わずかに増大する。
【００６１】両方のモードにおけるＩＬoの振幅は、切
換えヒステリシスサイクル（switching hysteresis cyc
le）によって固定される。
【００６２】両方のモードにおけるＩss1の値は、Ｌsを
通じて放電するＣpに対応している。
【００６３】ＳＳ1が閉じられると、Ｌoを流れる電流
が、Ｌsによって送られる電流と正確に同じ大きさの電
流から差引かれるので、図４に示す分路は切換え損失を
与えない。このことは、Ｌsを流れる、ソーラーアレイ
の標遊キャパシタンスＣpの共振放電電流（resonant di
scharge current）だけが、閉じられた状態のＳＳ1によ
って及び分路された部分によって見られることを意味す
る。
【００６４】作動の安定性は以下の要素によって得られ
る。すなわち、電流サイクルは振幅が限定されること；
そして望ましくない周波数で、電圧または電流の振動ま
たはドリフトが起こる可能性がないこと。
【００６５】作動周波数は、比較器ＣＯＭＰ１のヒステ
リシスによって決定され、その結果、電流サイクルが限
定され、バス電圧Ｖのリプルが適度の値になる。
【００６６】図８ｃは、分路スイッチＳＳ1が開いてい
る場合、太陽電池のアレイの電圧Ｖｓの関数として電流
ＩSCNを示す曲線が示されているグラフである。
【００６７】Iの部分は、充電中のＣpに対応する。バス
電圧Ｖに到達すると、Ｃpは充電され続けて、電圧は上
昇し続けるが、電流は低下する（曲線のIIの部分）。電
流IはＬoを通じて確定され始め、そして供給される電流
は、上昇することによって（曲線のIIIの部分）、最後
に、最大電力Ｐｍａｘが送られるポイントに到達する。
【００６８】バスから、一時的にかつ急激に電流を取り
出した場合、やはり、バスに異常な電圧降下が起こる恐
れがある。しかし、ソーラーアレイの電圧は、電流をＬ
oに流すのに充分に上げることができるので、上記のこ
とは起こらない。
【００６９】図６は、分路機能と電池放電機能を連結す
るモジュールを示す。図４に示すモジュールと共通の素
子には同じ参照記号を付けてある。追加の素子は、電池
Ｂａｔ、安全スイッチＳbat、インダクタＬin及びダイ
オードＤBである。節点Ｎは、太陽電池によって供給さ
れる電流と電池によって供給される電流の間で加算が行
われる節点なので非常に重要である。
【００７０】その最も一般的な形態で、フィルタは、放
電モード（フィルタリング）及び分路モード（電圧サー
ジに対する保護）に関する条件を同時に満たすように、
減衰された容量性のタイプのフィルタである。
【００７１】電池放電モード（Ｓ11は閉じている）で
は、分路スイッチＳＳ1が開かれたまま保持されて、特
に、Ｌoを流れる電流をソーラーパネルが供給できる電
流より大きくできる電気的推進モードで、上記二つの電
流をともに加えることができることが観察されるであろ
う。
【００７２】Ｓ11が閉じられると、分路スイッチＳＳ1
を用いて、放電モードのシステムの効率を増大すること
は可能であるが、その場合、太陽電池によって供給され
る電流の使用は最適化されない。
【００７３】図７は、図６に示すモジュールに用いるの
に適している制御回路を示す。破線の枠内の部分は、図
５に示すような分路モードでの作動に対応している。
【００７４】また、増幅器ＭＥＡからの出力は、負の帰
還抵抗器Ｒ22を有する演算増幅器ＡＭＰの逆入力に、抵
抗器Ｒ20を通じて加えられる。
【００７５】比較器ＣＯＭＰ１からの出力とＡＭＰから
の出力は、正の帰還を提供するために取り付けられた抵
抗器Ｒ23を有し、かつ、のこぎり波状電圧ＰＷＭを受け
るその非逆入力を有する比較器ＣＯＭＰ２の逆入力に加
えられる。ＣＯＭＰ２の出力は、論理インバータＩＮＶ
１を通じてＳ1に加えられるが、スイッチＳＳ1は、比較
器ＣＯＭＰ２からの入力を受ける一つの入力を有するＡ
ＮＤゲートによって制御される。ＡＮＤゲートの他の入
力は、インバータＩＮＶ２からの出力を受け取り、イン
バータＩＮＶ２の入力は比較器増幅器ＣＯＭ２の出力に
接続され、そして、そのＣＯＭＰ２は、正の帰還を提供
するため接続された抵抗器Ｒ25を有し、比較器ＭＥＡの
出力に接続されるその非逆入力を有し、さらに電池の放
電作動範囲を決定する基準電圧Ｖref（ＢＤＲ）を受け
るため接続されるその逆入力を有している。比較器ＣＯ
ＭＰ３の機能は、システムが、分路モードの作動範囲内
にあるのかまたは放電モードの作動範囲内にあるのかを
決定する機能である。
【００７６】ＭＥＡからの出力信号が、そのシステムが
放電モード内にあるような信号の場合、比較器ＣＯＭＰ
３からの出力によって、スイッチＳbatは閉じられ、そ
して分路スイッチＳＳ1は、その出力で論理的ゼロを発
生するインバータＩＮＶ２を通じて不活性化されて、Ａ
ＮＤゲートが閉じられる。
【００７７】電流増幅器ＡＭＰの基準値は、ツェナーダ
イオードＺ1によって設定される基準に対する、バスの
電圧誤差（voltage error）に比例する信号を与える増
幅器ＭＥＡからの出力によって決定される。電流増幅器
ＡＭＰからの出力を、のこぎり波状信号ＰＷＭと比較し
て、比較器ＣＯＭＰ２からの出力によってスイッチＳ11
を制御する。
【００７８】また、ＣＯＭＰ２の出力は、ＡＮＤゲート
の他の入力に加えられて、その閉鎖が、スイッチＳbat
の閉鎖によって不活性化されないとき、分路スイッチＳ
Ｓ1を制御する。また、分路スイッチＳＳ1を制御する電
流は比較器ＣＯＭＰ２を通過するが、それは低い周波数
で作動するのでその作動はのこぎり波状信号の存在で影
響を受けず、フィルタ効果を提供し、そして分路スイッ
チＳＳ1を制御する信号は、のこぎり波状信号の存在に
よって変形されない論理状態１または論理状態０にある
ことが観察されるであろう。
【００７９】また、スイッチＳbatは、電圧サージが起
こった場合、本明細書には記載されていない論理回路に
よって作動して、モジュールを通常の方法で保護する。
また、Ｓbatは、ダイオードが故障した場合、回路から
取り出すことができ、または、分路スイッチＳＳ1は実
際に電流センサがドリフトしたときに回路から取り出す
ことができる。
【００８０】本発明のモジュールは、例えば図９に示す
トポロジーによって示すように大きく統合することがで
き、図９のトポロジーは、一つ以上の部分におけるソー
ラーアレイによって、一つ以上の部分における電池ＢＡ
Ｔ、及び制御回路ＣＭＥＡが送る制御信号によって、各
々電力を供給される２０個のモジュールＭ１〜Ｍ２０を
使用している。二つの機能の場合（分路と放電）、これ
らモジュールは、例えば、図６で説明したのと同じであ
ってもよく、そしてこれらモジュールは、個々にまた
は、それらの部分内で、図７を参照して説明したのと同
様にして制御できる。
【００８１】あるいは、これらモジュールは、例えば、
追加の充電調整回路を、これらモジュールのいくつか
に、図１０に示すように付加することによって、電池充
電機能を実施できるように適応させることができる。原
則として、充電調整器は、従来、各電池毎に使用されて
いる。図１０に示す回路は、スイッチＳ10、二つの逆接
続ダイオード、直列インダクタＬ10、及び電圧ブーステ
ィング回路ＳＢの端子と、再充電される電池Ｂａｔの能
動端子との間に直列に配置された二つの順方向接続ダイ
オード（Ｄ11、Ｄ12）を備えている。
【００８２】しかし、この回路は最適なものではない。
というのは、再充電はバスによって電力が供給され、そ
してバスに送られる電力は、分路の効率係数によって低
下するからである。
【００８３】好ましい実施態様が、図１１に示す回路を
用いて、充電調整器を対応するモジュールに組み入れる
ことによって得られる。なお図１１中の図６と共通して
いる素子は同じ参照記号のままにしてある。このトポロ
ジーにおいて、太陽電池が供給する電流は、充電モード
で、電池に直接、充電するのに使用される。
【００８４】図１１における追加の素子は、節点Ｎとポ
イントＴの間に接続されたインダクタＬ'10；ポイント
Ｔ及び電池Ｂａｔの能動端子の間の二つの順方向接続ダ
イオードＤ14とＤ15；ならびに電圧ブースト調整器を形
成させるための電圧ブースト切換え回路ＳＢ1である。
【００８５】充電状態では、Ｓbatが開いており、ＳＳ1
が開いており、そしてＳ11が閉じているので、電流Ｉs
は、Ｌ'10とＬoの両者に送られる。
【００８６】ＳＢ1が閉じた状態で故障した場合、その
モジュールは永久的に分路したままになり、そして、そ
の故障は他のモジュールに伝播しないことが観察される
であろう。
【００８７】本発明のモジュールのトポロジーの利点を
以下に要約する。
【００８８】分路中、補償によって、ゼロ電流が存在し
ているため、分路切換え損失が低いこと；安定した作動
状態で、バスに対する電圧のリプルが小さいこと；作動
周波数が従来技術の場合より高いこと；及び以前のよう
に２個のダイオードを使用する（図２参照）代わりに、
単一のショットキーダイオードを使用できること；であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の多重モジュールシステムを示すブロ
ック図である。
【図２】分路機能及び放電機能を奏するモジュールの１
実施形態を示す回路図である。
【図３】分路機能及び放電機能を奏するモジュールの他
の実施形態を示す回路図である。
【図４】本発明の１実施形態である分路モジュールの回
路図である。
【図５】図４のモジュールの制御回路を示す回路図であ
る。
【図６】分路と放電の機能を統合する本発明のモジュー
ルの実施形態を示す回路図である。
【図７】図６の回路の制御回路を示す回路図である。
【図８】図８ａ及び図８ｂは、図７に示す回路の制御下
で特定の条件のもとに、図６のモジュールがどのように
作動するかを示すタイミング線図である。図８ｃは、太
陽電池のアレイの電圧Ｖsの関数として電流ＩSCNを示す
曲線が示されているグラフである。
【図９】分路と放電の機能を組み合わせたモジュールを
備えてなる本発明の実施態様である多重モジュールシス
テムを示すブロック図である。
【図１０】従来型の充電モジュールを示す回路図であ
る。
【図１１】分路、放電及び充電の機能を組み合わせたモ
ジュールを備えてなる本発明の実施態様である多重モジ
ュールシステムを示すブロック図である。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも二つの作動モードを有し、か
    つ他のモジュールと連結して作動して、少なくとも第一
    電源から電気的バスに調整された電力を供給するよう設
    計された、逐次制御される変換器モジュールであって；
    前記第一電源の電力供給端子と節点の間に延び、そして
    前記節点とコモンモードポールの間に接続された分路ス
    イッチと機能的に連結されている第一自己誘導ブラン
    チ、及び前記節点と前記コモンモードポールの間に延び
    て、制御されるスイッチとフィルタを直列に提供する第
    二ブランチを備え、分路スイッチを制御することによっ
    て分路調整モードを提供し、制御されるスイッチを閉じ
    たままに保持することによって放電モードを提供する変
    換器モジュール。
  2. 【請求項２】 制御されるスイッチが、フィルタの第一
    端子に接続される第一端子、及び前記接点に設置された
    第二端子を有している請求項１に記載の変換器モジュー
    ル。
  3. 【請求項３】 フィルタが容量性フィルタであり、好ま
    しくは減衰されている請求項１に記載の変換器モジュー
    ル。
  4. 【請求項４】 フィルタが第一及び／または第二のフィ
    ルタ部分を有し、第一フィルタブランチが第一キャパシ
    タで構成され、第二部分が、ダンパ素子、特に抵抗ダン
    パ素子と直列の第二キャパシタによって構成されている
    請求項３に記載の変換器モジュール。
  5. 【請求項５】 前記節点が、少なくとも一つの第一自己
    誘導素子によって、モジュールの出力端子に接続されて
    いる請求項１に記載の変換器モジュール。
  6. 【請求項６】 電気エネルギーの少なくとも一つの第二
    供給源すなわち少なくとも一つの電池の能動端子によっ
    て、電力を供給するための第一端子を、フィルタが提供
    する請求項１に記載の変換器モジュール。
  7. 【請求項７】 フィルタに電力を供給するための前記第
    一端子が、入力自己誘導素子の出力端子に接続され、こ
    の素子の入力端子が、スイッチ素子がある場合、そのス
    イッチを通じて第二電源の能動端子に接続されている請
    求項６に記載の変換機モジュール。
  8. 【請求項８】 前記節点と前記コモンモードポールの間
    に並列で接続されている第1ダイオードを備えている請
    求項６に記載の変換機モジュール。
  9. 【請求項９】 少なくとも一つの第二自己誘導素子、及
    び第二電源を構成する前記電池のうちの一つに充電する
    電流に対し順方向に接続されている少なくとも一つのダ
    イオードを、前記節点及び前記第二電源の前記能動端子
    の間に直接に備え、さらに、前記第二自己誘導素子及び
    前記ダイオードに共通の端子とコモンモードポールとの
    間に接続された制御可能な充電スイッチを備えている請
    求項６に記載の変換器モジュール。
  10. 【請求項１０】 制御回路を備えている請求項１に記載
    の変換器モジュール。
  11. 【請求項１１】制御回路が、分路スイッチが開いた状態
    でない場合、制御されるスイッチが閉じた状態にならな
    いという少なくとも一つの作動モードを有している請求
    項１０に記載の変換器モジュール。
  12. 【請求項１２】 制御回路が、制御されるスイッチ及び
    分路スイッチが逆位相で制御されるという少なくとも一
    つの作動モードを有している請求項１０に記載の変換器
    モジュール。
  13. 【請求項１３】 制御回路が、モジュールからの出力に
    おける電圧及び前記第一自己誘導素子を流れる電流をそ
    れぞれの閾値と比較した結果の関数として、分路スイッ
    チを制御するための比較器を備えている請求項９に記載
    の変換器モジュール。
  14. 【請求項１４】 制御回路が、第二電源を放電するため
    “放電”状態にあるときに分路スイッチの閉鎖を不活性
    化する論理素子を有している請求項９に記載の変換器モ
    ジュール。
  15. 【請求項１５】 制御回路が、のこぎり波状信号をモジ
    ュールからの出力電力と比較した結果に応答して、制御
    されるスイッチにｏｎ／ｏｆｆ制御を加えることにより
    作動する能動回路を備えている請求項９に記載の変換器
    モジュール。
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