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発明の名称 シャント装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−41804
公開日 平成11年(1999)2月12日
出願番号 特願平9−198387
出願日 平成9年(1997)7月24日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 (外6名)
発明者 大迫 俊樹
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 光エネルギを電気エネルギに変換して電力を発生する複数の太陽電池セルが配列された複数のパドルストリングと、この複数のパドルストリングに対応してそれぞれ設けられ、該パドルストリングの発生電力を、それぞれ負荷に供給する少なくとも1個のアイソレーションダイオードと電流保護素子が直列に配列されたアイソレーション手段と、前記複数のパドルストリングの発生電力の前記負荷に対する誤差電圧を検出して、該誤差電圧に基づいて前記負荷に対する前記複数のパドルストリングの発生電力の余剰電力を消費する複数のシャント素子とを具備したシャント装置。
【請求項2】 前記アイソレーション手段は、電流保護素子として、フューズが設けられることを特徴とする請求項1記載のシャント装置。
【請求項3】 前記アイソレーション手段は、電流保護素子として、電流制限回路が設けられることを特徴とする請求項1記載のシャント装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば人工衛星等の宇宙飛行体に搭載され光エネルギを電気エネルギに変換して電力を発生する太陽電池パドルの電力を負荷に供給するのに用いられるシャント装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のシャント装置は、図2に示すように、太陽電池パドルを構成する複数の太陽電池セルを直列に接続した複数のパドルストリング11 〜1n が並列に配置される。そして、このパドルストリング11 〜1n は、その一端に逆電流防止用の2個のアイソレーションダイオード21 〜2n を直列に接続された後、電力制御器3を介して負荷4に接続される。パドルストリング11 〜1n の他端は、リターンを通して電力制御器3を介して負荷4に接続される。
【0003】また、パドルストリング11 〜1n の両端間には、それぞれトランジスタで構成されるシャント素子51 〜5n がそれぞれ接続配置される。シャント素子51〜5n は、そのベースに電力制御器3のドライバ3aの出力端が接続され、このドライバ3aで生成されるシャント信号に基づいて選択的に駆動制御される。
【0004】上記電力制御器3は、上記ドライバ3a、比較器3b及びツェナダイオードで構成される電圧基準装置3cで形成され、比較器3bの一端には、パドルストリング11 〜1n の一端が接続される。この比較器3bの他端には、電圧基準装置3cが接続され、この電圧基準装置3cには、上記パドルストリング11 〜1nの他端の接続されるリターンが接続される。そして、比較器3bの出力端には、ドライバ3aが接続され、このドライバ3aの出力端は、上記シャント素子51〜5n のベースにそれぞれ接続される。
【0005】比較器3bは、パドルストリング11 〜1n の発生電力が入力されると、予め設定される電圧基準装置3cの電圧と比較して誤差電圧を検出してドライバ3aに出力する。ドライバ3aは、入力した誤差電圧に基づいて上記負荷4に供給する供給電力(パドルストリングの発生電力)の電圧が一定になるようにシャント信号を生成してシャント素子51 〜5n を動作制御する。ここで、シャント素子51 〜5n は、シャント信号に応動して選択的に駆動され、パドルストリング11 〜1n の発生電力のうち誤差電圧を消費し、上記負荷4への供給電圧を一定に制御する。
【0006】ところで、このようなシャント装置にあっては、アイソレーションダイオード21 〜2n を複数のパドルストリング11 〜1n のそれぞれ2個直列に配置してアイソレーション機能の冗長系が構成され、複数のパドルストリング11 〜1nの発生電力を負荷4に安定して供給する電源システムを実現している。即ち、1個のアイソレーションダイオード21 〜2n が故障して短絡した場合にも、残りのアイソレーションダイオード21 〜2n が、所望のアイソレーション機能を果して、複数のパドルストリング11 〜1n の発生電力を負荷4に安定して供給する。
【0007】しかしながら、上記シャント装置では、その構成上、アイソレーションダイオード21 〜2n が2個直列に配置されているために、通常動作時には、冗長構成される2個のアイソレーションダイオード21 〜2n に対応するドロップ損失があることで、その発熱量に応じた排熱機構を備えて、発熱量を排熱制御しなければならないことにより、この排熱機構が非常に複雑となり、大形となると共に、重量が重くなるという問題を有する。
【0008】係る問題は、最近の宇宙開発で要請されている運用の多様化を図るために、使用電力の増加を図る場合、そのパネル面積に応じて排熱機構の大形化がさらに促進されることで、重大な課題となっている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従来のシャント装置では、構成が複雑で、大形・重量化を招くという問題を有する。この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、信頼性の高い安定したアイソレーション機能を実現したうえで、小形・軽量化の促進を図り得るようにしたシャント装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は、光エネルギを電気エネルギに変換して電力を発生する複数の太陽電池セルが配列された複数のパドルストリングと、この複数のパドルストリングに対応してそれぞれ設けられ、該セル群の発生電力を、それぞれ負荷に供給する少なくとも1個のアイソレーションダイオードと電流保護素子が直列に配列されたアイソレーション手段と、前記複数のパドルストリングの発生電力の前記負荷に対する誤差電圧を検出して、該誤差電圧に基づいて前記負荷に対する前記複数のパドルストリングの発生電力の余剰電力を消費する複数のシャント素子とを備えてシャント装置を構成したものである。
【0011】上記構成によれば、パドルストリングに直列接続されるアイソレーションダイオードが短絡した場合、該パドルストリングの回路に逆電流が流れ込むと、電流保護素子が断されてシャント素子への電流の流入を阻止して、バス短絡を阻止することにより、他のパドルストリングで発生した発生電力の負荷への供給を許容する。従って、正常動作時のドロップ損失を最小限に保ったうえで、アイソレーションダイオードの短絡時における安定した電力供給が実現されて、安定した電力供給が実現され、しかも、排熱機構の簡略化が図れて小形・軽量化の促進が図れる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図1はこの発明の一実施の形態に係るシャント装置を示すもので、前記図2と同一部分については同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【0013】すなわち、この発明の特徴とする点は、複数のパドルストリング11 〜1n の一端にそれぞれアイソレーションダイオード101 〜10n と電流保護素子111 〜11n を直列に接続配置したアイソレーション手段を接続配置する。そして、このアイソレーションダイオード101 〜10n と電流保護素子111 〜11n の出力端には、前記負荷4が前記電力制御器3を介してそれぞれ接続配置される。
【0014】上記構成により、アイソレーションダイオード101 〜10n は、前記パドルストリング11 〜1n の発生電力を負荷4に供給する。そして、電流保護素子111 〜11n は、例えばフューズで構成され、アイソレーションダイオード101 〜10n が短絡故障して、逆電流が流れ込むと、断されて逆電流の流入を阻止する。
【0015】このように、アイソレーションダイオード101 〜10n が短絡故障して、逆電流が発生すると、その回路が自動的に断されてシャント素子51 〜5n に大きな電流が流れ込んで、バス短絡が発生するのを阻止する。ここで、他のアイソレーションダイオード101 〜10n の正常なパドルストリング11 〜1n は、その発生電力が電力制御器3を介して負荷4に供給され、その電源システムの電力供給動作が続行される。
【0016】このように、上記シャント装置は、複数のパドルストリング11 〜1n の各一端に対してアイソレーションダイオード101 〜10n と電流保護素子111 〜11n とを直列に接続配置したアイソレーション手段を設け、このアイソレーション手段を用いて発生電力を負荷4に供給するように構成した。
【0017】これによれば、例えばアイソレーションダイオード101 〜10n が短絡した場合に、該パドルストリング11 〜1n の回路内に逆電流が流れることにより、電流保護素子111 〜11n が断されて逆電流の流入を阻止して、シャント素子51 〜5n に大きな電流が流れ込んでバス短絡を発生するのを阻止する。これにより、他のパドルストリング11 〜1n で発生した発生電力は、各回路内を流れて電力制御器3を介して負荷4に供給され、電源システムが保持される。
【0018】この結果、正常動作時のドロップ損失を最小限に保ったうえで、アイソレーションダイオード101 〜10n の短絡時における安定した電力供給が実現されて、高信頼性が確保され、しかも、従来に比して排熱機構の簡略化が図れて小形・軽量化の促進が図れる。
【0019】なお、上記実施の形態では、電流保護素子111 〜11n として、フューズを用いて構成した場合で説明したが、これに限ることなく、例えば電流制限回路の如く回路構成で構成することも可能である。
【0020】また、上記実施の形態では、1個のアイソレーションダイオード101 〜10n と1個の電流保護素子111 〜11n を用いて構成した場合で説明したが、この数に限ることなく、各種の組合わせ構成が可能である。よって、この発明は上記実施の形態に限ることなく、その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることは勿論のことである。
【0021】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれば、信頼性の高い安定したアイソレーション機能を実現したうえで、小形・軽量化の促進を図り得るようにしたシャント装置を提供することができる。




 

 


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