(57)【要約】【課題】  小容量のコンデンサと小規模な回路を追加することで大きなトランジェント負荷に対してもバス電圧の低下を抑制することが可能となるようにし、より良好なバス電圧特性を負荷へ提供することが可能となるようにする。【解決手段】  電圧トランジェント抑制回路３０は、バッテリ１４を含む電源システム１０と負荷２０とを結ぶバスに接続され、前記電源システムからの電力で充電可能に前記電源システムと負荷との間のバスに接続されたコンデンサ３１と、バス電圧の低下を検出するバス電圧検出回路３５と、前記バス電圧検出回路の検出結果に基づいて前記コンデンサの負極を前記バッテリの正極に接続する接続制御手段と、を含む。前記接続制御手段は、バス電圧があらかじめ定められた制御動作閾値を下回ると出力される前記バス電圧検出回路の出力を受けると、前記コンデンサを前記バッテリに接続して放電させることにより、バス電圧がバッテリ電圧まで低下しないようにする。【選択図】      図１
2014018011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリを含む電源システムと負荷とを結ぶバスに接続される電圧トランジェント抑制回路であって、
前記電源システムからの電力で充電可能に前記電源システムと負荷との間のバスに接続されたコンデンサと、
バス電圧の低下を検出するバス電圧検出手段と、
前記バス電圧検出手段の検出結果に基づいて前記コンデンサの負極を前記バッテリの正極に接続する接続制御手段と、を含み、
前記接続制御手段は、バス電圧があらかじめ定められた制御動作閾値を下回ると出力される前記バス電圧検出手段の出力を受けると、前記コンデンサを前記バッテリに接続して放電させることにより、バス電圧がバッテリ電圧まで低下しないようにしたことを特徴とする電圧トランジェント抑制回路。
【請求項２】
前記接続制御手段は、前記コンデンサの負極と前記バッテリの正極との間に接続されたFETと、前記バス電圧検出手段の出力により前記FETをリニア制御するFET制御回路とを含むことを特徴とする請求項１に記載の電圧トランジェント抑制回路。
【請求項３】
バッテリを含む電源システムと負荷とを結ぶバスに接続される電圧トランジェント抑制回路であって、
前記電源システムからの電力で充電可能に前記電源システムと負荷との間のバスに接続された第１、第２のコンデンサと、
バス電圧の低下を検出するバス電圧検出手段と、
前記バス電圧検出手段の検出結果に基づいて前記第１のコンデンサの負極を前記第２のコンデンサの正極に接続する接続制御手段と、を含み、
前記接続制御手段は、バス電圧があらかじめ定められた制御動作閾値を下回ると出力される前記バス電圧検出手段の出力を受けると、前記第１のコンデンサを前記第２のコンデンサに接続して放電させることにより、バス電圧がバッテリ電圧まで低下しないようにしたことを特徴とする電圧トランジェント抑制回路。
【請求項４】
前記接続制御手段は、前記第１のコンデンサの負極と前記第２のコンデンサの正極との間に接続されたFETと、前記バス電圧検出手段の出力により前記FETをリニア制御するFET制御回路とを含むことを特徴とする請求項３に記載の電圧トランジェント抑制回路。
【請求項５】
太陽電池とバス電圧制御器とコンデンサバンクとバッテリを含む電源システムと、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電圧トランジェント抑制回路を組み合わせてなる、人工衛星搭載用の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電圧トランジェント抑制回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星に搭載される電源システムは、通常、太陽電池、電力制御器、コンデンサバンク、バッテリで構成され、太陽電池の発生電力を安定化させた後に接続された衛星負荷に供給する。この種の電源システムは、衛星負荷が大電力化していることから、より高出力化が要求される傾向にある。従来の電源システムでは、発生電力を超えるトランジェント負荷に対するバス電圧低下抑制対策はコンデンサバンクの放電のみであり、コンデンサバンクの放電能力を超えるトランジェント負荷については、バス電圧がバッテリ電圧まで低下してしまう状況にあった。
【０００３】
従来の電源システムにおいて大きなバス電圧トランジェントを抑えるためにはコンデンサバンクを更に追加する必要があるが、質量、体積の増加につながり現実的には対応が困難であった。
【０００４】
これを簡単に説明すると、従来の電源システムでは、バス電圧トランジェントを抑制するために、バスHOT〜バスRTN間に大容量コンデンサ（以下、コンデンサバンクと呼ぶ）を配してバス電圧の安定化を図っている。但し、バスHOT〜バスRTN間に配したコンデンサバンクはバス電圧低下分のエネルギーしか放電することが出来ないため、大きなトランジェント負荷に対応するためには更に大容量のコンデンサバンクを必要とし、質量、体積面で限界があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、上記の問題点を解決し、小容量のコンデンサと小規模な回路を追加することで大きなトランジェント負荷に対してもバス電圧の低下（トランジェント）を抑制することが可能となるようにし、より良好なバス電圧特性を負荷へ提供することが可能となるようにすることにある。
【０００６】
本発明の他の課題は、上記の電圧トランジェント抑制回路を組み合わせてなる、人工衛星搭載用の電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、バッテリを含む電源システムと負荷とを結ぶバスに接続される電圧トランジェント抑制回路であって、前記電源システムからの電力で充電可能に前記電源システムと負荷との間のバスに接続されたコンデンサと、バス電圧の低下を検出するバス電圧検出手段と、前記バス電圧検出手段の検出結果に基づいて前記コンデンサの負極を前記バッテリの正極に接続する接続制御手段と、を含み、前記接続制御手段は、バス電圧があらかじめ定められた制御動作閾値を下回ると出力される前記バス電圧検出手段の出力を受けると、前記コンデンサを前記バッテリに接続して放電させることにより、バス電圧がバッテリ電圧まで低下しないようにしたことを特徴とする電圧トランジェント抑制回路が提供される。第１の態様においては、前記接続制御手段は、前記コンデンサの負極と前記バッテリの正極との間に接続されたFETと、前記バス電圧検出手段の出力により前記FETをリニア制御するFET制御回路とを含むことで実現することができる。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、バッテリを含む電源システムと負荷とを結ぶバスに接続される電圧トランジェント抑制回路であって、前記電源システムからの電力で充電可能に前記電源システムと負荷との間のバスに接続された第１、第２のコンデンサと、バス電圧の低下を検出するバス電圧検出手段と、前記バス電圧検出手段の検出結果に基づいて前記第１のコンデンサの負極を前記第２のコンデンサの正極に接続する接続制御手段と、を含み、前記接続制御手段は、バス電圧があらかじめ定められた制御動作閾値を下回ると出力される前記バス電圧検出手段の出力を受けると、前記第１のコンデンサを前記第２のコンデンサに接続して放電させることにより、バス電圧がバッテリ電圧まで低下しないようにしたことを特徴とする電圧トランジェント抑制回路が提供される。第２の態様においては、前記接続制御手段は、前記第１のコンデンサの負極と前記第２のコンデンサの正極との間に接続されたFETと、前記バス電圧検出手段の出力により前記FETをリニア制御するFET制御回路とを含むことで実現することができる。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、太陽電池とバス電圧制御器とコンデンサバンクとバッテリを含む電源システムと、第１又は第２の態様による電圧トランジェント抑制回路を組み合わせてなる、人工衛星搭載用の電源装置が提供される。
【００１０】
上記の電圧トランジェント抑制回路によれば、バス電圧トランジェントが発生してバス電圧が所定の制御電圧閾値を下回ると、コンデンサ（又は第１のコンデンサ）を放電させると共にその放電量を制御することによりバス電圧の低下（トランジェント）を抑制し、バス電圧を所望のレベルに制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によって得られる効果は、太陽電池の発生電力を超えるような大きなトランジェント負荷が印加された場合においても、バス電圧がバッテリ電圧に低下することなく、所望のレベルに維持できる点である。
【００１２】
また、従来のコンデンサバンクで同等の効果を得ようとした場合と比較して質量、体積の大幅な低減化を実現することが可能であり、高出力化に対応する電源システムの小型軽量化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明が適用される電源システムと本発明の第１の実施例に係る電圧トランジェント抑制回路の組み合わせを示した構成図である。
【図２】図１に示した電圧トランジェント抑制回路の動作を説明するための電圧及び電流波形図である。
【図３】本発明が適用される電源システムと本発明の第２の実施例に係る電圧トランジェント抑制回路の組み合わせを示した構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明による電圧トランジェント抑制回路は、人工衛星等の宇宙機器搭載用の電源システムとの組み合わせによる電源装置に適しているが、その限りではない。
【００１５】
［第１の実施例］
（構成）
図１に太陽電池１１、バス電圧制御器１２、コンデンサバンク１３及びバッテリ１４を含んで構成される人工衛星用の電源システム１０と、この電源システム１０とバスHOT、バスRTNを介して接続されることで電源システム１０から電力を供給される負荷２０との構成を示す。バッテリ１４はバッテリ放電ダイオード１５を介してバスHOT、バスRTN間に接続されている。
【００１６】
第１の実施例に係る電圧トランジェント抑制回路３０は、電源システム１０と負荷２０との間に接続され、電源システム１０との組み合わせにより電源装置を構成する。電圧トランジェント抑制回路３０は、電源システム１０のバスHOTに正極が接続されるコンデンサ（第１のコンデンサ）３１と、コンデンサ３１の負極を、ダイオード３２を介して電源システム１０のバッテリ１４の正極に接続するFET３３と、FET３３をリニアに制御するFET制御回路３４と、FET制御回路３４と接続したバス電圧検出回路３５を含む。
【００１７】
バス電圧検出回路３５は、バスHOT、バスRTN間に接続された抵抗分圧回路３５−１と、この抵抗分圧回路３５−１によるバス電圧の分圧Ｖｔｈと基準電圧ダイオード３５−２による基準電圧とを比較し、バス電圧があらかじめ設定された制御動作閾値を下回るとバス電圧の低下レベルに応じた制御信号を出力するオペアンプ３５−３とから成る。
【００１８】
FET制御回路３４は、バス電圧検出回路３５の出力、すなわちオペアンプ３５−３の制御信号出力を受けて動作するトランジスタ３４−１を含む。
【００１９】
FET３３とFET制御回路３４は、コンデンサ３１とバッテリ１４との間の接続を制御する接続制御手段として機能する。コンデンサ３１はダイオード３６とコンデンサ充電抵抗３７の並列回路を介してバスHOT、バスRTN間に接続される。コンデンサ３１の容量は、予想されるトランジェント負荷の大きさによって決定される。
【００２０】
（動作）
次に、第１の実施例に係る電圧トランジェント抑制回路の動作について説明する。
【００２１】
図１において、太陽電池１１で発生した電力はバス電圧制御器１２とコンデンサバンク１３において安定化された後に負荷２０へ供給される。この時、FET３３はOFFであり、コンデンサ３１はコンデンサ充電抵抗３７によりバス電圧に充電されている。
【００２２】
大きなトランジェント負荷の印加により、負荷２０に対する太陽電池１１の発生電力が足りなくなるとバス電圧は低下する。バス電圧検出回路３５は、バス電圧の低下をモニタし、バス電圧があらかじめ設定された制御動作閾値を下回るとFET制御回路３４へバス電圧の低下レベルに応じた制御信号を出力する。FET制御回路３４はバス電圧の低下レベルに応じた制御信号を受けるとFET３３をリニア制御することで、バス電圧が制御動作閾値に維持されるように動作する。
【００２３】
FET３３がOFF→ONになるとコンデンサ３１の負極とバッテリ１４の正極が接続され、図２に示すように、コンデンサ３１の両端電圧が（バス電圧−BAT電圧）（BAT電圧はバッテリ１４の電圧）になるまでコンデンサ３１は放電することが可能となる。このようにコンデンサ３１の放電を制御することによりバス電圧の低下を抑制しバス電圧を所望のレベル（制御動作閾値）に維持することができる。
【００２４】
トランジェント負荷が収束してバス電圧が上昇し、制御動作閾値を越えるとバス電圧検出回路３５のバス電圧の低下レベルに応じた制御信号が停止し、FET制御回路３４はFET３３をON→OFFにする。
【００２５】
FET３３がOFFになると、コンデンサ３１は再びバス電圧に充電され次のトランジェント負荷に備える。コンデンサ３１の充電時間はコンデンサ３１の容量とコンデンサ充電抵抗３７の時定数で決定される。
【００２６】
（実施例の効果）
本発明の第１の実施例によって得られる効果は、太陽電池の発生電力を超えるような大きなトランジェント負荷が印加された場合においても、バス電圧がバッテリ電圧に低下することなく、所望のレベルに維持できる点である。また、従来のコンデンサバンクで同等の効果を得ようとした場合と比較して質量、体積の大幅な低減化を実現することが可能であり、高出力化に対応する電源システムの小型軽量化に寄与することができる。
【００２７】
［第２の実施例］
図３を参照して本発明の第２の実施例について説明する。
【００２８】
図３は、本発明の第２の実施例に係る電圧トランジェント抑制回路と電源システムとの組合せを示す。
【００２９】
第２の実施例に係る電圧トランジェント抑制回路４０は、図１に示した第１の実施例に係る電圧トランジェント抑制回路３０に更にコンデンサ（第２のコンデンサ）４１を備えている。それゆえ、図１と同じ構成要素には同じ参照番号を付し、詳細な説明は省略する。第２の実施例は、コンデンサ３１とバッテリ１４との間の接続をFET３３でON、OFFするのではなく、コンデンサ３１の負極とコンデンサ４１の正極との間の接続をFET３３でON、OFFするように構成している。なお、コンデンサ４１もダイオード４６とコンデンサ充電抵抗４７の並列回路を介してバスHOT、バスRTN間に接続される。
【００３０】
大きなトランジェント負荷の印加により、負荷２０に対する太陽電池１１の発生電力が足りなくなるとバス電圧は低下する。バス電圧検出回路３５は、バス電圧の低下をモニタし、バス電圧があらかじめ設定された制御動作閾値を下回るとFET制御回路３４へバス電圧の低下レベルに応じた制御信号を出力する。FET制御回路３４はバス電圧の低下レベルに応じた制御信号を受けるとFET３３をリニア制御することで、バス電圧が制御動作閾値に維持されるように動作する。
【００３１】
FET３３がOFF→ONになるとコンデンサ３１の負極とコンデンサ４１の正極が接続され、コンデンサ３１の両端電圧が（バス電圧−コンデンサ４１の両端電圧）になるまでコンデンサ３１は放電することが可能となる。このようにコンデンサ３１の放電を制御することによりバス電圧の低下を抑制しバス電圧を所望のレベル（制御動作閾値）に維持することができる。
【００３２】
トランジェント負荷が収束してバス電圧が上昇し、制御動作閾値を越えるとバス電圧検出回路３５のバス電圧の低下レベルに応じた制御信号が停止し、FET制御回路３４はFET３３をON→OFFにする。
【００３３】
FET３３がOFFになると、コンデンサ３１及びコンデンサ４１は再びバス電圧に充電され次のトランジェント負荷に備える。
【００３４】
このように、電源システム１０におけるバッテリ１４の代わりに電圧トランジェント抑制回路４０のコンデンサ４１を使用することで電源システム１０とインタフェースする必要がなくなり、電圧トランジェント抑制回路４０を独立設計とすることができる。また、大きなトランジェント負荷に対しバッテリ１４を放電することなくバス電圧の低下を抑制し所望のレベルに維持することが可能となる。
【符号の説明】
【００３５】
１０    電源システム
２０    負荷
３０、４０    電圧トランジェント抑制回路
【図１】
2014018011.tif 000003
【図２】
2014018011.tif 000004
【図３】
2014018011.tif 000005