JPS60103422A - シヤント装置 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 この発明は例えば人工衛星の太陽電池で発生す゛る電圧
を安定化するシャント装置に関するものである〇 〔従来技術〕 第１図は、外部機器と接続された従来のシャント装置の
ブロック図であり、第１図において、（１）は太陽電池
パネル、（２）はシャント装置、（３）はバッチ！ｊ−
，＋４１は負荷である。−ヒ配シャント装置（２）は、
逆流防止用ダイオード（８）のペースにコレクタが接続
されたシャントトランジスタ（５）とこれを駆動する駆
動器（６）、出力電圧を検出して前記駆動器（６）に信
号を出力する誤差電圧増幅器（以下エラーアンプという
。）（７）及び逆流防止用ダイオード（８）とから構成
されている。

この構成において９日照時は太陽電池で発生した電圧を
シャント装置（２）によ多負荷（４）に安定化した電圧
を供給し１日套時忙はバッチ１月３）によって負荷（４
）に電圧を供給するものである。以゛■従来の７ヤント
装置の動作について詳細に述べる。

第２図は、太陽電池パネルの定電流特性図で、縦＋＋ｉ
ｉＩは太陽電池パネル出力電流ｌを、また措軸をよ出力
電圧Ｖを示す。

日照時、太陽′Ｉ代代入ネル（１）の出力は第２図に示
すような定電流特性を有し、電流１０　を出力する。こ
の出力電流ＩＯは太陽電池パネル面の照度に比例してい
るため４日照から日陰への半影時は除々忙出力１Ｌ流値
が下がり日陰時になると遂に出力電流値は零になってし
まう。

シャントトランジスタ（５）のコレクタとエミッタに接
続された太陽電池パネル（！）の出力電圧ｖｏは、太陽
電池パネルｆｌ）から見た負荷のの大きさ几で決定され Ｖｏ＝Ｉ′Ｌ１．　（１） なる関係式が成立する。

シャントトランジスタ（５）のエミッタに並例妾１洸さ
れたバッテリー（３）は、その出力電圧ｖＲよりも上記
太陽覗池パネル（１）の出力電圧ｖ。

の方が高い日照時に上記太陽電池パネルｆ１１の余剰電
力の一部により充電きれ、逆に上記太陽電池パネル（１
）の出力電圧ｖｏの方が低くなる日陰時は、放電して負
荷に電力を供給する日照から日陰時における上記バッチ
１７−＋３１の充放電電流ｌＢは第３図に示される。図
中イ１ロ、ハは日照、半影１日陰時を示し、ａはバッテ
リへの充１．を、ｂはバッテリの放電状態を示す。

シャント装＠（２）は１日照イ時における上記負荷（４
）のインピーダンスＲＬの変化及び上記太陽電池パネル
（１）の出力電流１．の変化に対して、太陽電池パネル
（１）から見た負荷の大きさルを制御することにより上
記太陽電池パネル（１）の出力電圧ｖｏを安定化させ、
半影口及び日陰ハ時は上記バッテリー（３）により負荷
（４）へ電力を供給させて上記負荷（４）の負荷電圧ｖ
Ｌを安定化させる機能を持つものである。

、エラーアンプ（７）は、内蔵の基準電圧源の基準電圧
ｖＲと上記負荷電圧ｖＬとを比較して　′、その誤差を
増幅してエラーアンプ（７）の出力端とシャ７１・１ラ
ンジスタ（５１０ベースニ接続されたｈＬ（＃）ｉ　ｅ
＋＝　（７１へ誤差電圧Ｖ、を出力する。

この時上記エラーアンプ（７）のゲインをＧとすると、
ｖＩｉ！とＶｎ、Ｖ、、の間には次の関係式が成立する
。

ＶＥ＝　Ｇ　（ＶＬ　ＶＲ）　ｆ２＋ 上記駆動ｉｓ　ｆ６）は、上記エラーアンプ＋７１の出
力電圧ｖＥのレベルに１，６じた電流をシャントトラン
ジスタ（５）に出力して前記シャントトランジスタ（５
）にシャント電流Ｉｓ　を流せしめる。この時シャント
電流■ｓ　は次式で与えられる〜 ＩＢ　＝に、Ｖｙ＝ＫＯ（Ｖｔ　ＶＲ）：ＶＬｇＶｉ（
３） ＩＳ＝０　：ＶＬ＜Ｖｉ 上記駆動器！６）及び工２−アンプ（７）が動作するに
必要な電流をそれぞれＩＯ及び１．とする時９日照時に
上記負荷（４）に流れ込む負荷電流ＩＬは、上記太陽′
電池パネル（１）の出力電流を工。、上記バッチＩＪ　
−＋３１の充電電流値をｉｌｌとすると Ｉ＋、　＝　Ｉｏ　Ｉｓ　（［１１１＋Ｉｏ＋Ｉ　Ｅ　
）　（４）で与えられる。

上記負荷（４）のインピーダンス几りに対して負荷電圧
ｖＬは Ｖ＋、　＝　ｋ　・Ｌｘ、　＋５１ で与えられるから、（５）式に（２１，＋３１．　＋４
＋式を代入すると９日照時の負荷電圧ｖしは次式で表わ
される。

ｔａｔ式におじで、係数Ｋ及びゲインＧが非宮に大きい
ならば。

ＶＬ＝　ｖＲ（７） となり、負荷（４）の電圧ＶＬは負荷変動（ｒｃＬの変
動）にかかわらず安定化される。

ただし、上記太陽電池パネル（１）の出力電流ｌｏは。

Ｉｏ＞　−Ｖ３−　（８） 几り を満たしている必要がある。

（８）式で与えられる条件が満足されなくなる半影時と
日陰時は、上記シャントトランジスタ（５）が開放状態
となる。この時の上記太陽電池パネルｆＩｌの出力′＋
１シ流１０と上記負荷（４）の負荷ｆｌｉｔ−Ｅ　Ｖｊ
の関係を第４図に示す。

上記のように、Ｉｏ　＞　ＶＲ／　Ｈ４，の日照イ時は
、上記シャントトランジスタ（５）にシャント電流が流
れて負荷電圧ｖＬはｖＲのごとく一定となる。

Ｉｏ≦Ｖｎ／ルＬ　となると、上記シャントトランジス
タ（５）は開放状態となる。

第４図点Ｐに対する太陽電池パネル（１）の出力電流を
ＩＰ　と定義する。

Ｉ、≦Ｉｏ≦ＶＲ／　ＲＬにおける負荷電圧ＶＬはＶＬ
＝（ＩＯ１０ＩＥ　ＩＢ）　ｋ　＋９１で与えられ、こ
の時点では上記バッチ’Ｊ　−＋３１は充電状態ａであ
る。

ｌｏ＜ＩＰになると、上記バッチＩ）　−＋３１が放電
すを開始し、上記負荷（４）の負荷電圧ｖＬは上記バッ
チＩＪ　−（３１の出力電圧ＶＢに等しくなる。

第４図の点＠、ＯＦはこの時の上記太陽電池パネル（１
）の出力電圧ｖｏであり、逆流防止用ダイオード（８）
け上記バッチ＋）　−（３１の放出電力の上記太陽′電
池パネル（１１による消費を阻止している。

この時、上記バ・ソテリ−＋３１の放電電流１＋１２は
。

ＩＢ２　＝　”　ＩＯ＋　ＩＤ　＋　Ｉｇ　ＱＩＬＬ で与えられる。

ｃｍ式よシ明らかなように、従来のシャント装置では、
バッチＩＪ−（３１の放畦時において。

上記シャントトランジスタ（５）がオンすることがない
にもかかわらず、上記駆動器（６）及びエラーアンプ（
７）に不必要な電流１ｏ及び１Ｋが流れてしまうという
欠点があった。

この欠点は上記駆動器）６）とエラーアンプ（７）の電
源を上記逆流防止用ダイオード（８）のカソード側より
得ている事に起因している。。

しかしながら、大電流を扱う場合２通常太陽電池パネル
と駆動器、シャントトランジスタの組み合せを多段並列
構成とｊ−て１日照時シャントトランジスタによる発熱
を抑える目的で大半のシャントトランジスタは上言己エ
ラーアンプ（７）の出力信号に応じてシーケンス的に飽
和領域での動作状態か或は開放状態となり、一段のみの
シャントトランジスタで上記に述べた電流制御による電
圧安定化を計るといった手法がとられるために、上記逆
流防止用ダイオード（８）のアノード側に駆動器）６）
動作のためのｒｌ（源をめることは不都合を生じる事に
なる。

例として第５図を用いて太陽電池パネル。

駆動器とシャントトランジスタの組み合せが３段構成の
ものについて説明する。

第５図において（ｌａ）　（１１））　（ＩＣ）は３分
割された太陽電池パネルで１段当たりの日１１（４時の
出力ｉｓｔ流はＩｏ　／　ａとなる。（５ａ）　（５ｂ
）　（５Ｃ）は３分割されたシャントトランジスタ、　
（６ａ）（６ｂ）　（６ｃ）は３分割された駆動器で、
その動作のための電源をそれぞれ３分割された太陽電池
パネル（１ａ）（］ｂ）（Ｉｃ）の出方にめた場合を想
定する（８ａ　）（ｓｂ）（Ｂｃ　）は３分割すｉｔだ
す流防止用タイオードである。

さて１日照時にシャントトランジスタ（５ａ）（ｓｂ）
（５ｃ）　Ｋ　ヨルシャント屯流をそれぞれＩｓ＋ｒ　
Ｈ８２，Ｉｓ３　とする。

各シャントトランジスタのシャント′ａ　ｔｉｔ　（７
）総和をＩｓ　とすると Ｉｓ　＝　Ｉｓｌ＋１８２　＋Ｉ８３　０１１なる関係
式が成立しＴ’Ｓは負荷？ｌ［圧Ｖ、により（３）式で
与えられる。

今、シャント電流の総和Ｉｓが −３−１６＜　ＩＢ　＜　、　Ｉ□　！１３であったと
する。

Ｉｓ＋　＝　１８２　＝　Ｉｇ３＝” ３０′４ なる亀流制かｉを駆動器（６ａ）（６ｂ）（６Ｃ）で行
うとシャントトランジスタ（５ａ）（ｓｉｔ）（５Ｃ）
による発熱Ｐ８は Ｐｓ＝３＜−！！！−＜　ｖ、＝ＶＬ・１．　（ＩＩＶ
）　ｆｔ４　。

となる◎ 一方。

ｆｔｕ　−−１ｏ、　ＩＯ２＝Ｉｓ　ＩＯ，ＩＯ３＝０
　（Ｉ！９となるよう上記駆動器（６ａ　）（＋；ｂ）
（６ｃ’）でシーケンス電流制御ｔｌｉｌ　Ｏ達を行う
と、逆流防１ヒ用ダイオード（８ａ）に電流は流れない
から上口１ニジヤントトランジスタ（５ａ）のコレクタ
・エミッタ間′ｌｌｔ圧ＶＣＥはほとんど零となる〇 したがってこの場合のシャント；・ランジスタ（５ａ）
（５ｂ）（ｓｃ）による発熱Ｐ、は１）ｓ　＝ＩｏＸＯ
＋　（Ｉｓ　−１ｏ）ＸＶＬ−１−ＯＸＶＬ＝　（Ｉｓ
　ＩＯ）　ＶＬ　ＩＪＱ で与えられ、各シャント１−ランジスタ（５ａ）（ｓｂ
）（５Ｃ）に電ｊｒｊｆ、を均等に流すよりも有効であ
る。

さて、−ヒ記鳴動器（６ａ）（６ｂ）（６Ｃ）の電源を
各々上ｎ＋シ逆流防止用ダイオード（８ａ）（ｓｂ）（
ｓｃ）のカソードｎｔｑからとった場合、上記のような
シーケンス電流制御が可能であるが、第５図のように逆
流防止ダイオード（ａａ）（８ｂ）（ｓｃ）のアノード
側から電源をとった場合１本例では上記駆動器（６ａ）
の電源電圧もはは零となってシャントトランジスタ（５
ａ）が制御できないためシーケンス電流制御を構成でき
な−という不都合が生じる。

即ち、従来のシャント装置においては、上記逆流防止用
ダイオード（８）のカソード側より上記駆動器（６）と
上記エラーアンプ（７）の電源を得た場合は、上記バッ
チＩＪ　−１３１の放畦時に上記駆動器（６）とエラー
アンプ（７）による電力の消費が生じ、特に第５図のよ
うな構成では上記駆動器（６）による損失が非常に大き
くなって最大負荷時には上記バッテリー（３）の電力供
給能力を危うくするといった欠点があった。

また、上記逆流防止用ダイオード（８）のアノード側か
ら上記駆動器（６）とエラーアンプ（７）の電源を得た
場合は１日照時の効果的なシーケンス電流制御が不可能
となり上記シャントトランジスタ（５）の発熱が増加す
るという欠点があった。

〔発明の概要］ この発明は、かかる欠点を改善する目的で為されたもの
で、・駆動器の電源ラインにスイッチを設け、エラーア
ンプの出力を利用して上記スイッチをオン／オフするこ
とによりバッテリー放電時の駆動器による制ｔＩｉｐ　
ｉｉ（力の浪費を防止するシャント装置を提案するもの
である。

〔発明の実施例〕

第６図はこの発明の一実施例であり　４１１〜（８）は
上記従来装置と全く同一のものである。

（９）は負荷（４）の電力ライン（逆流防止用ダイオ−
トイ８）のカソード）と駆動器（６）の゛Ｋｔ、源人力
喘子間に設けられたスイッチで、そのゲートはエラーア
ンプ（７）の出力蝙子と接続され上記エラーアンプ（７
）の出力に応じてオン／オフし、上ｉ【二鳴動器（６）
への電力の供給及び停止を行なっている。

ｄｃ７図は上記負荷（４）の負、荷電圧Ｖｔとエラーア
ンプ（７）の出力電圧Ｖ、との関係を示したもので、Ｖ
ｌ、＝ＶＲ，が日照時のシャントトランジスタ（５）が
動作している時、Ｖｎ　＜　Ｖｔ、＜　ＶＲは上記シャ
ントトランジスタ（５）が非動作であるが、バッテリー
　＋３）はまだ充電状態で上記負荷（４）への電力供給
は太陽電池パネル（１）の発生電力に負っている時、Ｖ
、＝ＶＢは上ｔピ負荷（４）への電力供給を上記バッテ
リー（３）で賄っている時を示している。

上記スイッチ（９）がオンＡ或はオフ口する境界９荷電
圧Ｖ、をＶＢ＜　Ｖｐ＜　ＶＢに設定すれば。

Ｖ、＞　ＧＶｐ　ノ時上５　ｘ　イｙ　ｆ　＋９１はオ
フ、　ＶＢ＜ＧＶｐの時にオフとなって従来のシャント
装置と全く同一の動作をする。

この場合、上記スイッチ（９）で消費する′電流をｉｇ
ｗと定義すると、上記バッチ１７−＋３１の放′亀時に
おける放電電流■Ｂ３は＋１１式を用いてＩｙ３＝　Ｉ
Ｏ２Ｉｎ　＋　Ｉｓｗ　ｌｌ？１で与えられる。

一般に１駆動器ｊ６）は多段並列構成となり、一方スイ
ゾチ（９）は１個で済むから ’ｏ　＞＞　ｌ５ｔｖ　特 となり、０９式は ＩＩ３　’：：　ｌ１１２　１ｏ　（ＩＩのように近似
可能である。

即ち、上記バッチＩＪ　−１３１の放電時は上記駆動器
（６）による消費゛電流ＩＤの分だけ制御電力の浪費を
防止できるとｂう利点がある。

ところで、上記説明ではこの発明をシャントトランジス
タがりンア動作する場合忙ついて述べたが、スイッチン
グ動作をする駆動器とシャントトランジスタの構成にも
利用できる。ｔだ、７ヤントトランジスタとしてＦＥＴ
或はサイリスタ等の電圧制御素子を用いた場合でも利用
できることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、負荷の電力ラインと駆
動器の電凛入力端子間にエラーアンプの出力電圧に応じ
てオン／オフするスイッチを設けるという闇昨な構成で
バッテリー放電時における駆動器の朋Ｊ御ル力の浪費を
防止し、バブテリーのは荷を軽減するという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は外部機器と接続された従来のシャント装置のブ
ロック図、第２図は人陽亀池パネルの定′成流特性図、
第３図は日照時、半影時１日陰時におけるバッテリーの
充放電特性図、第４図は太陽電池パネルの出力１・■、
流と負荷電圧との関係を示す図、第５図は駆動ｄ葺、シ
ャントトランジスタが３段並列構成のシャント装置μブ
ロック図、４６図はこの発明の一実施例を示すシャント
装置のブロゾク図、４７図は負荷１Ｍ、圧に対するエラ
ーアンプ出力特１生図である。 図において（１１は太陽電池パネル、（２）はシャント
装置、（３）はバッテリー、（４）は負荷、１５）はシ
ャントトランジスタ、Ｃ６）はｍ　ＩＩＩＪ器、（７）
はエラーアンプ、Ｃ８）は逆流防止用ダイオード、（９
）はスイッチである。 なお図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　大　岩　噌　雄 冑Ｎ　口 第　ａ　図 ；ξ’　３　ｉ＜１ １．ｉ！　Ａ　ｌ’ｒｌ ；ｊ（′ル　ら　１゛、１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 逆流防止用ダイオード、このダイオードのカソードに接
   続された誤差電圧増幅器、上記逆流防止用ダイオードの
   アノードにコレクタを接続したシャントトランジスタ、
   上記誤差電圧増幅器の出力端と上記シャントトランジス
   タのベースに接続された駆動器とを備え、外部機器とし
   て上記シャントトランジスタのコレクタとエミッタに接
   続される太陽電池パネルと、上記逆流防止用ダイオード
   のカソードと上記シャン］・トランジスタのエミッタに
   各々並列に接続されるバッテリーと負荷とを有するシャ
   ント装置において、上記逆流防止用ダイオードのカソー
   ドと上記誤差電圧増幅器の出力端と上記駆動器の電源入
   力端にスイッチを接続したことを特徴とするシャント装
   置。