Brevet FR2102338A1 — publié le 19720407

L'invention concerne un système pour la commande d'un shunt composé de plusieurs étages se (dé)composant respectivement de transistors de puissance et de résistances de puissance. De tels shunts servent en particulier à détruire l'énergie excédentaire produite par le générateur solaire et non utilisable par le récepteur et à limiter vers le haut ou à maintenir ainsi constante la tension barre dans le système d'alimentation de satellites équipés de générateurs solaires et fonctionnant dans l'espaceo Les générateurs solaires sont en général conçus pour une puissance importante, afin qu'ils puissent encore fournir une énergie suffisante à l'alimentation des récepteurs en fin de mission du satellite, au cas où un certain nombre de cellules solaires seraient mises hors d'effet par dégradation. En général, les shunts se composent de transistors de puissance ou de transistors de puissance dans le circuit d'émetteur desquels sont branchées des résistances de puissance. On met les différents étages de shunt en service moyennant une attaque parallèle de tous les transistors de puissance des étages de shunt ou par la conjonction graduelle des différents étages de shunt. Ces réalisations connues présentent l'inconvénient de développer une chaleur appréciable à l'intérieur des transistors de puissance dans le cas de l'attaque parallèle simultanée de tous les transistors de puissance. Cette chaleur peut perturber sensiblement le bilan thermique du satellite. Dans ce cas, on tiendra compte du fait que les transistors de puissance, contrairement aux résistances de puissance, ne peuvent être placés qu'à l'intérieur du satellite, parce que leur montage sur les faces extérieures du satellite se heurte à des températures extrêmes, de -150°C par exemple, qui se manifestent à cet endroit et qui conduiraient à la défaillance des transistors de puissance. D'autre part, la conjonction échelonnée des différents étages de shunt est désavantageuse dans la mesure où apparaissent parallèlement des baisses ou des pointes de la tension barre du satellite qui peuvent menacer ou même détruire des charges parfois très vulnérables, par exemple les émetteurs-récepteurs. La conjonction et la déconnexion échelonnées des étages de shunt déterminent en 71 30138 "V '2102338 outre une allure non-linéaire de la coaoande de shunt fonctionnant dans un circuit de régulation fermé» Les non-linéarités de cette sorte dans de pareils circuits de régulation linéaires ne peuvent 8tre traitées théoriquement qu'avec 5 beaucoup de complications et sont donc à éviter* La tâche essentielle de l'invention consiste donc à éviter les inconvénients énumérés ci-dessus et à créer un dispositif de r. commande de tels étages de shunts permettant une attaque continue et proportionnelle du shunt et qui ne donne cependant naissance dams 10 les transistors de puissance, qu'à des puissances de dissipation relativement faibles, qui ne compromettent pas '3s bilan thernnquQ d'un satellite. La solution apportée à ce problème par l'invention consiste en ce qu'il est prévu un circuit de commande attaquant succeasive-15 ment et de manière proportionnelle les différents étages de shunt, de telle façon que le transistor de puissance d'un étage de shunt est toujours d'abord attaqué jusqu'à saturation préalablement à l'attaque et un étage de shunt suivant* On sait que dans ce cas, les transistors de puissance ne débitent plus qu'une faible puissance dissipée, qui n'influence plus notablement le bilan thermique du satellite* Le circuit de commande conforme à l'invention garantit désormais une attaque a succession continue des différents étages de shunt, sans transitions accentuées et que toujours, dans le cas le plus défavorable, un seul transistor de puissance opère dans les li-25 mites de commande avec développement de chaleur maximal, alors que le transistor précédent se trouve déjà en état de saturation, le suivant n'étant pas encore attaqué» Dans une forme de réalisation de l'invention, le circuit de commande comprend des étages de seuil précédant les étages de shunt 30 complémentaires qui suivent le premier étage de shunt» Ces étages de seuil bloquant les différents étages de shunt n'assurent désormais l'attaque des différents étages de shunt que lorsque les transistors de puissance se trouvent en état de saturation dans 1'étage de shunt précédent et ne débitent ainsi plus qu'une faible puissance 35 dissipée» On fait utilement suivre lés étages de seuil par des étages d'amplification. ! Copy 1 30138 2102338 Il est avantageux que les étages de seuil comportent chacun un diviseur de tension consistant en deux résistances et dont la prise est reliée à l'émetteur d'un transistor de commande. A la place du diviseur de tension, on pourra également prévoir une diode Zener en vue de la formation du seuil. Conformément à l'invention, les étages de shunt comprendront chacun un transistor de puissance et des résistances de puissance, tant dans le circuit de collecteur que dans celui d'émetteur* En montant séparément les transistors de puissance et les \ résistances du shunt, les transistors étant placés à l'intérieur du satellite et les résistances sur les surfaces extérieures de celui-ci, on atteint désormais une évacuation très favorable de la chaleur de dissipation engendrée aux différents étages de shunt* Simultanément, le montage dos transistors de puissance à l'intérieur du satellite permet d'obtenir des facteurs d'amplification de courant favorables du fait de la limitation de la région de fonctionnement à température élevée st de faibles variations de l'amplification en fonction de la température.,- Pour des raisons de fiabilité, on prévoit, suivant une autre proposition de l'invention, de réaliser les transistors prévus dans le circuit de commande et dans les étages de shunt en montage en quadrature et les résistances en montage en parallèle, en tant que redondance de composants* Les dessins représentent un exemple de réalisation de l'invention, décrit ci-après avec plus de précision* Dans ces dessins : La figo 1 est un schéma bloc des connexions du système de commande de shunt ; Les figs 2 et 3 sont des schémas de connexions d'un montage de commande relatif à un seul étage de shunt. Le schéma bloc de la fig. 1 représente un shunt 1 comprenant quatre étages de shunt distincts 2a - d et connecté à un circuit de commande 5 par les lignes 3 et Le circuit de commande 5 comprend entre autres un préamplificateur 6 et un amplificateur intermédiaire 7 dont la sortie 13 est reliée directement au premier étage de shunt 2a par la ligne 3, alors que les étages de shunt suivant 2b, 2c et 2d sont reliés à la sortie 13 de l'amplificateur 30138 2102338 intermédiaire 7 J?*r les lignes k «t 1^, avec intercalation d'un étage de seuil 8 «t d'un étage d'amplification 9* Le signal d'entrée dm circuit de commande 5 est fourni par un système de «iremits «4 la valeur réelle de la tension de la ligne principal* 11 est comparée par trois capteurs 10 aux teasiens de référence amenées par les lignes 12, les signaux de sortie des capteurs 10 étant traités dams une logique 15 de „2 parmi 3*« La fig* 2 représente un schéma bloc d'un seul étage, par exemple du second étage si l'étage de shunt 2b est relié à la a*r~ tie 1? de l'amplificateur intermédiaire 7 P*? l'entremise de l'étage d'amplification 9 et celui de seuil 8. L'étage de shunt 2b cea-prend la translater de puissance 20 pourvu d'une résistance es. série 2? et d'une résistance de puissance 21 dans le circuit de ©sl-leeteur et na* *®conde résistante de puissance 22 dUui* If «ireait, d'émettaur» £ base ;3a transistor de paissons* î®. est raliéa par l'entremise M la résiarfeaass» en série 2? •* Mlla«l4U d'un translater d» s«£â«&d9 2% falaasa% affine d'amplifisatew> Los ré*±si*ae«»ir-25, 26 et 2? serrent £ la. détermination du point de fonctionnement du transistor de contasse 2k et du coefficient d'jpgplifiea&ion de eet étage* - : L?étage d» swsll 8 est formé essentiellement un tranpi®®'^ ter de commande 28 et use combinaison de denx résistances 31 et 32 -"¥: ..j connectées«n diviseur de tension* L'émetteur dm transistor da flom„ -r mande 28 «et relié au potentiel constant se trouvant entre les denx résistances 31 et 32, alors la base dm tramssLs^or commande 28 est reliée à la sortie 13 de 1*amplifi«ateur i&tsïaédiair» 7 par l'entremise de la résistance en série l£* S'il s'y manifeste urne tension inférieure au paiat de fonctionnement du transistor 28, déterminé par la diviseur da tension 31» 32, il ne circula pas de courant dans le collecter du transistor 28* Ce n'est qu'au moment où le seuil déterminé par le diviseur de tension est dépassé que le transistor de commande Zk dont la base est connectée au colleo-teur du transistor 28, est attaqué d* façon sontinme* Les seuils respectifs dès différants étages da skunt «ont finis de - toile manière «|u1 lia «orr«sp#»â«m$ teat jmite aux valeurs d* tension présentes Il la sortie 13 de l'amplificateur intermédiaire 7 pour les- COpy BAD ORIGf?■>'A ' 1 30138 5 2102338 quelles le transistor de puissance 20 «le 11 étage de shunt précédent est entré en saturations ïïn condensateur de lissage branché en parallèle avec la résistance 32 est désigné par 33» Une diode 3^ sert à la compensation de la température du trajet base« La tension de la ligne principale 35» Maintenue à une va- \ leur constante par la coaaande de shunt, permet lia réalisation simple de l'étage de seuil à l'aide des résistances 31 «t 32» La réalisation dm seuil peut également Stre atteinte, conformément à la figure 3» i l'aide de diodes Zener, si la tension de la ligne principale subit de trop grandes variations» On remplace alors la résistance 32 de la fig» 2 par une diode Zener 37 avec une tension Zener propre à fournir un seuil» Les structures essentielles, tant de l'étage de shunt 2b que de l'étage amplificateur 9 et de l'étage de seuil 8, se correspondent dans les différents étages de shunt» Cependant, le premier étage de shunt 2a est connecté directement, par la ligne 3, à la sortie 13 de l'amplificateur intermédiaire 7 et est attaqué directement par ce dernier» En ce qui concerne l'application pratique du dispositif conforme à l'invention, les différents éléments du circuit seront prévus en multiple pour des raisons de fiabilité» Les transistors seront par exemple branchés en montage quadratique et les résistances seront branchées en double en parallèle, en vue d'une redondance de composants o Pour des raisons de clarté, ces réalisations de circuits connues justement dans les dispositifs d'alimentation en courant pour satellites n'ont pas été représentées dans la figure 2, les composants étant seulement représentés en simple» Le dispositif conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante : un signal de sortie est communiqué par la logique 15 de n2 de 3" à l'amplificateur 6 et à l'amplificateur intermédiaire 7 chaque fois que se manifestent deux des trois signaux de sortie des capteurs 10» L'amplificateur intermédiaire 7 effectue COPY 71 30138 2102338 1*attaque directe du premier étage de shunt 2a par la ligne de commande 3» Lorsque le transistor de puissance 20 de 1'étage de shunt 2a entre en état de saturation, donc pour une faible puissance dissipée èn chaleur, le seuil de 1'étage de seuil Ô du se-5 cond étage de shunt 2b est dépassé et celui—ci est corasandé par 1*entremise du transistor de commande 24 de l'étage 9 de préamplL-fication correspondant. Si le transistor de puissance 20 du second étage de shunt 2b est également entré en état de saturation, le troisième étage dë shunt est commandé de.la même manière que le 10 second et ainsi de suite. On a de cette façon une attaq&e continue, sans-à-coups et proportionnelle du shunt et l'on a l'assurance qu'il n'y a qu'un seul à la fois des transistors de puissance des différents étages de shunt qui se trouve dans les limites de commande à haute conversion de puissance, c'est-à-dire, à dévetep-15 pement de chaleur, alors que les autres transistors de puissanc* ne sont pas encore attaqués ou se trouvent déjà en état de saturation. Or, en état de saturation, il ne se développe qu'use faible puissance de dissipation, alors que la plus grande partis de la conversion d'énergie dans ces étages de shunt est assurée 20 par les résistances de puissance. Ces résistances peuvent désormais être placées à l'extérieur du satellite et munies d'un isolement thermique sans qu'elles deviennent incapables de fonctionner du fait das grandes variations de température et sans compromettre le bilan thermique à l'intérieur de la structure du satellite. 1 30138 7. 2102338 H I T I I D I CATI0I3 1) Dispositif pour la commande d'un shunt composé de plusieurs étages constitués respectivement par des transistors de puissance et des résistances de puissance, caractérisé en ce qu'il est prévu un circuit de commande qui attaque successivement et d'une manière proportionnelle les différents étages de shunt de telle façon que le transistor de puissance d'un étage As shunt est toujours d'abord attaqué jusqu'à saturation, préalablement à l'attaque d'ma étage de shunt suivant* \ 2) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé em ce que le oireuit de commande comprend des étages de seuil à seuilsr . échelonnés, «es étages de seuil étant branchés avant les étages de shunt qui suivent le premier étage de shunt* 3) Dispositif suivant les revendications! et 2, caractérisé par des étages d'amplification branchés après les étages â* seuil* *f) Dispositif suivant les revendications 1 à 3, considérées dans leur ensemble, caractérisé par un diviseur de tension affecté à chaque étage de seuil et composé de deux résistances, la prise de ce diviseur étant reliée i l'émetteur d'un transistor de oomaande* 5) Dispositif suivant la revendication caractérisé par une diode Zener prévue pour la formation du seuil, au lieu du diviseur de tension* 6) Dispositif suivant les revendications 1 à 3, considérées dans leur ensemble, caractérisé par 1 as étages de shunt comprenant dans les circuits d'émetteur et de collecteur, respectivement un transistor de puissance.et des résistances de puissance* 7) Dispositif suivant les revendications 1 à 6, considérées dans leur ensemble, caractérisé en ce que les transistors prévus dans le circuit de commande et dans les étages de shunt sont réalisés en montage en quadrature, en tant que redondance de composants* ORIGINAL c°PY