(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの電源からの電流の第１のサブセットを離散量で切り換えて、第１の電流をエレクトリカルバスに提供するように操作可能な少なくとも一つの電源スイッチと、
前記少なくとも１つの電源からの電流の第２のサブセットをアナログ量で供給して、第２の電流を前記エレクトリカルバスに提供するように操作可能な少なくとも一つの電流可変スイッチと、
制御装置であって、
前記少なくとも一つの電源スイッチと前記少なくとも一つの電流可変スイッチとを制御して、前記離散量と前記アナログ量とを制御して、前記エレクトリカルバス上の負荷に前記第１の電流と第２の電流の和をほぼ一致させるように制御し、
前記少なくとも１つの電源スイッチが、前記エレクトリカルバスに電流を提供しているか否かを示すオンまたはオフの信号を有する、前記少なくとも１つの電源スイッチの状態信号を監視し、
アナログＰＷＭ誤差信号を前記状態信号に基づいて生成し、
前記アナログ量を前記アナログＰＷＭ誤差信号に基づいて制御する、ように操作可能な制御装置と、
を備えたシーケンシャルシャントレギュレータ。
【請求項２】
前記電流をアースに分路するように前記少なくとも一つの電源スイッチがさらに操作可能な、請求項１に記載のシーケンシャルシャントレギュレータ。
【請求項３】
前記少なくとも一つの電流可変スイッチが少なくとも一つの可変電圧コンバータを備えた、請求項１に記載のシーケンシャルシャントレギュレータ。
【請求項４】
前記少なくとも一つの可変電圧コンバータが少なくとも一つの可変昇圧コンバータを備えた、請求項３に記載のシーケンシャルシャントレギュレータ。
【請求項５】
前記少なくとも一つの電源及び前記エレクトリカルバスをさらに備えた、請求項１に記載のシーケンシャルシャントレギュレータ。
【請求項６】
前記少なくとも一つの電源が少なくとも一つの太陽電池パネルを備えた、請求項１に記載のシーケンシャルシャントレギュレータ。
【請求項７】
シーケンシャルシャントレギュレーション方法であって、
第１の電流を少なくとも一つの電源からエレクトリカルバスに切り替える少なくとも一つの電源スイッチを制御することと、
制御された電流を前記少なくとも一つの電源から前記エレクトリカルバスに供給するように操作可能な少なくとも一つの電流可変スイッチを制御することと、
前記少なくとも１つの電源が、複数の電流源を有し、該少なくとも１つの電源から複数の電流を受け取ることと、
前記複数の電流の第１のサブセットを離散量で切り換えて第１の電流を前記エレクトリカルバスに提供することと、
前記複数電流の第２のサブセットをアナログ量で供給して、第２の電流を前記エレクトリカルバスに提供することと、
前記離散量と前記アナログ量とを制御して、前記エレクトリカルバス上の負荷に前記第１及び第２の電流の和をほぼ一致させることと、
前記少なくとも１つの電源スイッチが、前記エレクトリカルバスに電流を提供しているか否かを示すオンまたはオフの信号を有する、前記少なくとも１つの電源スイッチの状態信号を監視することと、
アナログＰＷＭ誤差信号を前記状態信号に基づいて生成することと、
前記アナログ量を前記アナログＰＷＭ誤差信号に基づいて制御することと、
を含む方法。
【請求項８】
前記第１の電流をアースに切り替えるように前記少なくとも一つの電源スイッチがさらに操作可能であり、前記少なくとも一つの電流可変スイッチが少なくとも一つの可変電圧コンバータを備えており、前記少なくとも一つの可変電圧コンバータが少なくとも一つの可変昇圧コンバータを備えている、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
アナログ充填制御によるシーケンシャルシャントレギュレータを使用する電気システムの調整方法であって、
複数の電流源から複数の電流を受け取ることと、
第１の電流をエレクトリカルバスに供給するため、前記電流の第１のサブセットを離散量で切り替えることと、
第２の電流を前記エレクトリカルバスに供給するため、前記電流の第２のサブセットをアナログ量で供給することと、
前記第１の電流と前記第２の電流の和が前記エレクトリカルバス上の負荷とほぼ一致するように、前記離散量と前記アナログ量を制御することと
少なくとも一つの電源スイッチの状態信号を監視することであって、前記状態信号は、前記少なくとも一つの電源スイッチが前記エレクトリカルバスに電流を提供しているか否かを示すオンまたはオフの信号を有する、状態信号を監視することと、
アナログＰＷＭ誤差信号を前記状態信号に基づいて生成することと、
前記アナログ量を前記アナログＰＷＭ誤差信号に基づいて制御することと、
を含む方法。
【請求項１０】
電流源が少なくとも一つの太陽電池パネルを含み、
前記電流の前記第２のサブセットをアナログ量で供給するため、電圧コンバータを制御するステップをさらに含む、
請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は概して、電気システムに関する。より詳しくは、本開示の実施形態は安定化電気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一部の電力システムは、電力を供給するため、組み合わせて作動する複数の電源を備えている。例えば、宇宙船及び衛星の用途では、一揃いの太陽電池パネルの電力は負荷に適合しているか又はアースに分路されていなければならない。負荷の変化に応じて、アースに分路される電力量は変えることができる。
【発明の概要】
【０００３】
パルス幅変調（ＰＷＭ）制御のシーケンシャルシャントレギュレータのスイッチシステム及び方法は開示されている。電源スイッチは、第一の電流を電源からエレクトリカルバスに切り替えるように制御される。さらに、電流可変スイッチは、制御された電流を電源からエレクトリカルバスに供給する。
【０００４】
一つの実施形態では、シーケンシャルシャントレギュレータは、電流を電源からエレクトリカルバスに切り替えるように操作可能な電源スイッチを備えている。さらに、電流可変スイッチは、制御された電流を電源からエレクトリカルバスに供給するように操作可能であり、制御装置は、電源スイッチ及び電流可変スイッチを制御するように操作可能である。
【０００５】
別の実施形態では、シーケンシャルシャントレギュレーション方法は、電源スイッチを制御して第一の電流を電源からエレクトリカルバスに切り替える。この方法はさらに、制御された電流を電源からエレクトリカルバスに供給するように操作可能な電流可変スイッチを制御する。
【０００６】
さらに別の実施形態では、アナログ充填制御によるシーケンシャルシャントレギュレータを使用して電気システムを調節する方法は、一又は複数の電流源から電流を受け取る。この方法はさらに、エレクトリカルバスに第一の電流を供給するため、電流の第一サブセットを離散量に切り替え、又エレクトリカルバスに第二の電流を供給するため、電流の第二サブセットをアナログ量で供給する。この方法はまた、離散量及びアナログ量を制御して、第一の電流と第二の電流の合計をエレクトリカルバス上の負荷にほぼ一致させることができる。
【０００７】
この概要は、詳細な説明においてさらに後述する単純化した形式の概念の選択を導入するために提供されている。この概要は、請求された要件の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図したものではなく、請求された要件の範囲を決定する補助として用いられることも意図していない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の実施形態のより完全な理解は、以下の図面と併せて詳細な説明及び請求の範囲を参照することにより得ることができる。ここで、図面に関して、同様の要素には同様の参照番号を付している。図面は、幅、範囲、縮尺、又は本開示の適用性を制限することなく、本開示の理解を促進するために提供されている。図面は必ずしも縮尺通りには作成されていない。
【０００９】
【図１】図１は、本開示の実施形態による電源スイッチバンク及び制御装置を示す、例示的なＰＷＭ制御シーケンシャルシャントレギュレータの図解である。
【図２】図２は、本開示の実施形態による電源スイッチバンク及び図１の制御装置の動作を示す、例示的なグラフの図解である。
【図３】図３は、本開示の実施形態による図１の制御装置の例示的な機能ブロック図の図解である。
【図４】図４は、本開示の実施形態によるＰＷＭ制御シーケンシャルシャントレギュレーションプロセスを示す、例示的なフロー図の図解である。
【図５】図５は、本開示の実施形態によるアナログ充填制御によるＰＷＭ制御シーケンシャルシャントレギュレータを使用する電気システム調節プロセスを示す、例示的なフロー図の図解である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細説明は本来的に典型例であり、本開示又は本開示の実施形態の用途及び使用を制限することを意図していない。具体的な機器、技術、及び用途の説明は、例としてのみ提供されている。本明細書で説明している実施例の修正は当業者に容易に理解されるものであり、本明細書で定義されている一般的原理は、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、他の実施例及び用途に適用することができる。本開示は、請求の範囲と一致する範囲が与えられるべきであり、本明細書で説明及び提示されている実施例に限定されない。
【００１１】
本開示の実施形態は、機能及び／又は論理ブロックコンポーネント及び様々な処理手順の観点から本明細書に記載され得る。このようなブロックコンポーネントは、特定の機能を実施するために構成された任意の数のハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアによって実現され得ることが理解されるものとする。簡潔にするため、電源スイッチ、アナログ及びデジタル回路設計、及びシステム（ならびにシステムの個々の操作コンポーネント）の他の機能面に関連する従来の技術及びコンポーネントは、本明細書では詳細に説明されないことがある。さらに、当業者は、本開示の実施形態が各種のハードウェア及びソフトウェアと併せて実行可能であること、及び本明細書に記載されている実施形態が本開示の実施形態の一例にすぎないことを、理解するものとする。
【００１２】
本開示の実施形態は、実際の非限定的な用途、すなわち有人及び無人の宇宙船又は衛星のエレクトリカルバスとの関連で本明細書に記載されている。しかしながら、本開示の実施形態はこのような宇宙船又は衛星の用途に限定されておらず、本明細書に記載の技術は他の用途でも利用され得る。例えば、限定するものではないが、実施形態は、有人及び無人の航空機、船舶、自動車、建物、列車、潜水艦、各種の電圧変換の用途及び回路などに、適用可能である。
【００１３】
この説明を読んだ後では、当業者には自明となるように、以下は本開示の例及び実施形態であり、これらの実施例によって操作が限定されることはない。他の実施形態も利用可能であり、本開示の典型的な実施形態の範囲から逸脱することなく構造的な変更を行うことができる。
【００１４】
本開示の実施形態は、安定化バスシステム上の負荷によって引き起こされる負荷電流にほぼ一致する電流を供給するため、太陽電池アレイストリング又は他の電源など任意の数の電源を操作する安定化バスシステムに回路を提供する。電源の第一サブセットは、負荷電流の機能として、エレクトリカルバスに順次連結されている（例えば、全電流又は電流なし）。電源の第二サブセットは、アナログ電流を供給するアナログ方式で制御され、順次連結された電源の能力と負荷電流との差を供給する。このようにして、電源によって供給される電流は負荷電流にほぼ一致させることができる。
【００１５】
図１は、本開示の実施形態による電源スイッチバンク及び制御装置を示す、例示的なＰＷＭシーケンシャルシャントレギュレータ（システム１００）の図解である。システム１００は、制御装置１０２、エレクトリカルバス１０４、複数の電源スイッチ（ＰＷＲスイッチ１〜８）などの電源スイッチバンク、電源スイッチ（ＰＷＲスイッチ１〜８）を複数の電源１０８に連結する複数の連結ライン（ＳＡ１〜ＳＡ８）、複数のＰＷＭ制御スイッチ１〜３、ＰＷＭ制御スイッチ１〜３を複数の電源１０８に連結する複数の連結ライン（ＳＡ９〜ＳＡ１１）、及び負荷１２２を備えている。図１に示した実施形態では８個のＰＷＲスイッチ、３個のＰＷＭ制御スイッチ、及び１１個の連結ラインが使用されているが、システム１００の操作に適した任意の数のスイッチ及び連結ラインを使用することもできる。本明細書では、電源と電流源はどちらでも使用することができる。
【００１６】
制御装置１０２は、バス電圧信号１０６、ＰＷＲスイッチ（ＳＷ）ステータス信号１１２（電源スイッチのステータス信号）、及び電源テレメトリ（ＳＡ  ＴＭ）信号１１６を受信する。バス電圧信号１０６はバス基準電圧信号１１０と比較され、バス電圧信号１０６とバス基準電圧信号１１０からなる電圧誤差信号２０２（図２）などの電圧誤差信号が算出される。バス基準電圧信号１１０は、エレクトリカルバス１０４の所望の電圧を提示するもので、例えば、限定するものではないが、較正済み電圧源、制御装置１０２によって設定された制御済み電圧源などによって生成され得る。
【００１７】
電圧誤差信号２０２は、誤差増幅器（図示せず）の出力電圧となることがあり、エレクトリカルバス１０４に供給されるバス電流ＩＢＵＳに比例することがある。バス電圧信号１０６がバス基準電圧信号１１０を下回る場合、電圧誤差信号２０２は増加する。電圧誤差信号２０２の増加に反応して、制御装置１０２は、電流が負荷電流以上になったときに、負荷１２２に供給されるバス電流ＩＢＵＳを発生させる。バス電圧信号１０６がバス基準電圧信号１１０を上回る場合、電圧誤差信号２０２は減少する。電圧誤差信号２０２の減少に反応して、制御装置１０２は、電流が負荷電流以下になったときに、エレクトリカルバス１０４に供給されるバス電流ＩＢＵＳを発生させる。このようにして、バス電流ＩＢＵＳは負荷電流にほぼ一致し、バス電圧信号１０６はバス基準電圧信号１１０にほぼ一致する。
【００１８】
制御装置１０２はさらに、電圧誤差信号２０２を一連の電圧閾値と比較し、エレクトリカルバス１０４に供給されるバス電流ＩＢＵＳが負荷電流にほぼ一致するまで、ＰＷＲスイッチ制御モジュール３１０（図３）を有効なＰＷＲスイッチ１〜８に順次割り当てる。電圧誤差信号２０２が定常状態に達した場合、電圧誤差信号２０２は電流が負荷電流にほぼ一致したときにバス電流ＩＢＵＳを発生させる電圧にほぼ等しくなることがある。制御装置１０２は、ＰＷＲ  ＳＷドライブ１１４を介して、ＰＷＲスイッチ１〜８を制御及び駆動する。
【００１９】
制御装置１０２は、ＰＷＲスイッチ１〜８のＰＷＲ  ＳＷステータス信号１１２を監視し、電源１０８からエレクトリカルバス１０４まで供給される電流に比例するアナログＰＷＭ誤差信号１１８を発生させる。このようにして、電圧誤差信号２０２からＰＷＲ  ＳＷステータス信号１１２が減算されて、アナログＰＷＭ誤差信号１１８が生成される。アナログＰＷＭ誤差信号１１８は、ＰＷＭ制御スイッチ１〜３によって電源１０８から供給される電流量を制御し、エレクトリカルバス１０４上の負荷１２２にほぼ一致するように、電源１０８の少なくとも一つから４Ａを供給する。
【００２０】
ＰＷＲスイッチ制御モジュール３１０によって、電源１０８の一つがエレクトリカルバス１０４に連結、又はエレクトリカルバス１０４から分離され、アース１２０に分路されるたびに、ＰＷＭ制御スイッチ１〜３に送られるアナログＰＷＭ誤差信号１１８を再度一箇所に集めることが必要になることがある。アナログＰＷＭ誤差信号１１８は、ＰＷＭ制御スイッチ１〜３を制御するために再度一箇所に集められ、エレクトリカルバス１０４上の負荷１２２にほぼ一致するように必要な電流を供給する。
【００２１】
エレクトリカルバス１０４は、例えば、限定するものではないが、宇宙船用電力バス、衛星用電力バス、船舶用電力バス、自動車用電力バス、電力グリッドエレクトリカルバス、バッテリーバス、有人及び無人宇宙船用バス、有人及び無人航空機用バス、建物用バス、列車用バス、潜水艦用バス、各種電圧変換用途及び回路などを備えることができる。
【００２２】
ＰＷＭ制御スイッチ１〜３は、第一ＰＷＭスイッチ（ＰＷＭスイッチ１）、第二ＰＷＭスイッチ（ＰＷＭスイッチ２）、及び第三ＰＷＭスイッチ（ＰＷＭスイッチ３）を備えた電流可変スイッチである。ＰＷＭ制御スイッチ１〜３の各々は、以下でより詳しく説明するように制御された電流及び／又は制御された電圧で、電源１０８からエレクトリカルバス１０４まで電力を供給するように操作可能である。ＰＷＭ制御スイッチ１〜３は、例えば、限定するものではないが、可変電圧コンバータ、可変昇圧コンバータ、可変降圧コンバータ、少なくとも一つの可変昇圧コンバータを有する少なくとも一つの可変電圧コンバータなどを備えることができる。
【００２３】
電源スイッチ（ＰＷＲスイッチ１〜８）は、連結ライン（ＳＡ１〜ＳＡ８）を介して電源１０８をエレクトリカルバス１０４に連結するように操作可能である。エレクトリカルバス１０４のバス電流ＩＢＵＳにほぼ比例する離散レベルで、制御装置１０２の電圧閾値モジュール３０８（図３）などのコンパレータは状態を変更して、連結ラインＳＡ１〜ＳＡ８を介してエレクトリカルバス１０４へ連結されている任意の数の電源１０８を増減する。このように、ＰＷＲ  ＳＷステータス信号１１２は、エレクトリカルバス１０４に連結されている任意の数の電源１０８を示すように変化する。
【００２４】
電源１０８は、例えば、限定するものではないが、太陽電池パネル、太陽電池アレイストリング、燃料電池、バッテリー、発電機、衛星用電源、宇宙船用電源、航空機用電源、船舶用発電機、列車用電源、太陽電池及びエンジン駆動式で長期間飛行可能な航空機ならびに宇宙船（有人及び無人）用電源、反応炉用超高温熱電対などを備えることができる。
【００２５】
負荷１２２は、例えば、限定するものではないが、電子デバイス、モーター、ヒーター、出力分配システム、電気器具、付加的なエレクトリカルバスなどを備えることができる。負荷１２２は、エレクトリカルバス１０４を介して電源１０８に連結され得る。
【００２６】
図２は、本開示の実施形態による図１の電源スイッチ（ＰＷＲスイッチ１〜８）及び制御装置１０２の動作を示す、例示的なグラフ（グラフ２００）の図解である。グラフ２００は第一プロット２２６、第二プロット２２８、及び第三プロット２３０を示す。
【００２７】
第一プロット２２６は、電圧誤差信号２０２によって提示される誤差電圧とＰＷＭ誤差電圧信号２０４（図１のアナログＰＷＭ誤差信号１１８）と関係を、負荷電流比例電圧Ｖｌｃｐの関数として示している。負荷電流比例電圧Ｖｌｃｐは、例えば、負荷１２２の負荷電流に比例する電圧であってもよい。バス電流ＩＢＵＳは、ＰＷＲスイッチ１〜８及びＰＷＭ制御スイッチ１〜３からエレクトリカルバス１０４に供給される全電流を有する。負荷電流比例電圧Ｖｌｃｐは、例えば、限定するものではないが、バス電流ＩＢＵＳの０．１倍の信号であってもよい。電圧誤差信号２０２はバス電流ＩＢＵＳに比例している。したがって、図２に示したように、例えば、電圧誤差信号２０２が０Ｖから１１Ｖまで増加する際に、バス電流ＩＢＵＳは０Ａから１１０Ａまで増加する。
【００２８】
ＰＷＭ誤差電圧信号２０４は、ＰＷＭ制御スイッチ１〜３によってエレクトリカルバス１０４に供給される複合ＰＷＭ電流ＩＰＷＭに比例している。例えば、図２に示したように、ＰＷＭ誤差電圧信号２０４が１２Ｖから０Ｖまで減少し、複合ＰＷＭ電流ＩＰＷＭが０Ａから３０Ａまで増加するように、ＰＷＭ誤差電圧信号２０４は１２Ｖから２Ｖまでの範囲で有効となる。
【００２９】
第二プロット２２８は、ＰＷＲスイッチ１〜８の各々のＰＷＲ  ＳＷドライブ１１４の各駆動ラインによって生成される駆動電圧２１０〜２２４を、負荷電流比例電圧Ｖｌｃｐの関数として示している。
【００３０】
第三のプロット２３０は、複合ＰＷＲ電流ＩＰＷＲ、複合ＰＷＭ電流ＩＰＷＭとバス電流ＩＢＵＳとの関係を、負荷電流比例電圧Ｖｌｃｐの関数として示している。複合ＰＷＲ電流ＩＰＷＲはＰＷＲスイッチ１〜８によって電源１０８から供給され、複合ＰＷＭ電流ＩＰＷＭはＰＷＭスイッチ１〜３によって電源１０８から供給され、又バス電流ＩＢＵＳは複合ＰＷＲ電流ＩＰＷＲと複合ＰＷＭ電流ＩＰＷＭの和になっている。
【００３１】
第二プロット２２８は、第一プロット２２６及び第三プロット２３０と共に、電圧誤差信号２０２、ＰＷＭ誤差電圧信号２０４と、ＰＷＲ  ＳＷ駆動ライン１１４の各駆動ラインによって生成されるＰＷＲスイッチ１〜８の各駆動電圧２１０〜２２４との関係を、負荷電流比例電圧Ｖｌｃｐの関数として示している。例えば、バス電流ＩＢＵＳ（図１）が２０Ａに達すると、第一のＰＷＲスイッチ１の駆動電圧２１０が０Ｖに変化することで示されているように、第一のＰＷＲスイッチ１はオフになり、第一のＰＷＲスイッチ１はエレクトリックバス１０４に１０Ａを供給する。第一のＰＷＲスイッチ１の駆動電圧２１０が０Ｖに変化すると、ＰＷＭ誤差電圧信号２０４はほぼ瞬間的に４Ｖだけ（例えば、４Ｖから８Ｖに）増加し、ＰＷＭ制御スイッチ１〜３によって供給される複合ＰＷＭ電流ＩＰＷＭでの１０Ａの補正に対応する。
【００３２】
この例では、バス電流ＩＢＵＳが２０Ａから９０Ａまで増加する際に、第二プロット２２８のプロセスは８回反復される。９０Ａでは、ＰＷＲスイッチ１〜８すべてが、エレクトリカルバス１０４に複合ＰＷＲ電流ＩＰＷＲを供給する。９０Ａ〜１１０Ａの間の負荷電流に関しては、電源１０８（例えば、太陽電池アレイストリング）に連結されている連結ラインＳＡ１〜ＳＡ８のすべてがエレクトリカルバス１０４に全電流を供給するまで、ＰＷＭ制御スイッチ１〜３はエレクトリカルバス１０４への電流の追加供給を継続する。このようにして、電源１０８は、エレクトリカルバス１０４上の負荷１２２にほぼ一致させるのに必要となるバス電流ＩＢＵＳを供給する。ＰＷＭ制御スイッチ１〜３の各々は、既に述べた制御された電流及び／又は制御された電圧で、電源１０８からエレクトリカルバス１０４に電力を供給する。
【００３３】
図３は、本開示の実施形態による図１の制御装置１０２の例示的な機能ブロック図（システム３００）の図解である。システム３００は一般に、プロセッサモジュール３０２、メモリモジュール３０４、テレメトリモジュール３０６、電圧閾値モジュール３０８、ＰＷＲスイッチ制御モジュール３１０、及びＰＷＭスイッチ制御モジュール３１２を備えている。これらのモジュールは、ネットワークバス３１４を介して相互に連結され、通信を行うことができる。
【００３４】
プロセッサモジュール３０２は、機能、技術を実行するように構成されている処理ロジック、及びシステム３００の操作に関連する処理タスクを含む。特に、処理ロジックは本明細書に記載されているシステム３００を支援するように構成されている。例えば、プロセッサモジュール３０２は、バス電圧信号１０６、ＰＷＲ  ＳＷステータス信号１１２、及びシステム１００の電源テレメトリ（ＳＡ  ＴＭ）信号１１６などの信号を受信し、これらの信号をテレメトリモジュール３０６などに送信することができる。
【００３５】
別の例では、プロセッサモジュール３０２は、電流サブセットの離散量だけでなく、電源１０８の別の電流サブセットのアナログ量を制御し、以下で図５の検討に関連してより詳細に説明するように、これらの電流サブセットの合計がエレクトリカルバス１０４上の負荷１２２ほぼ一致するように制御することができる。さらに、プロセッサモジュール３０２は、バス基準電圧信号１１０、電圧閾値などにアクセスするようにメモリモジュール３０４にアクセスする。
【００３６】
プロセッサモジュール３０２は、汎用プロセッサ、連想メモリ、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、任意の好適なプログラマブル論理素子、離散ゲート又はトランジスタ論理、離散ハードウェアコンポーネント、又はこれらの任意の組み合わせ、と共に実施、又は実現することが可能で、本明細書に記載されている機能を実行するように設計されている。
【００３７】
このように、プロセッサは、マイクロプロセッサ、制御装置、マイクロコントローラ、ステートマシンとして実現することができる。プロセッサはまた、計算装置の組み合わせとして、例えば、デジタル信号プロセッサとマイクロプロセッサとの組み合わせ、デジタル信号プロセッサコアと連動する一又は複数のマイクロプロセッサ、又は他の類似の構成として実施することもできる。
【００３８】
メモリモジュール３０４は、システム３００の操作を支援するようにメモリがフォーマット化されたデータ記憶領域であってもよい。メモリモジュール３０４は、以下に述べる方法でシステム３００の機能性を支援するために必要となるデータを保存、保持、及び供給するように構成されている。前記データは、例えば、限定するものではないが、電圧誤差信号２０２、バス基準電圧信号１１０、電圧閾値などを含むことができる。実用的な実施形態では、メモリモジュール３０４は、例えば、限定するものではないが、不揮発性記憶装置（不揮発性半導体メモリ、ハードディスク装置、光ディスク装置など）、ランダムアクセス記憶装置（例えば、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ）、又は公知となっている他の任意の形態の記憶媒体を含むことができる。
【００３９】
メモリモジュール３０４は、プロセッサモジュール３０２に連結され、例えば、限定するものではないが、データベースなどを保存するように構成することができる。さらに、メモリモジュール３０４は、データベースを更新するためのテーブルを含むデータベースの動的更新を行うことができる。メモリモジュール３０４はまた、プロセッサモジュール３０２、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、プログラムの実行時に使用される一時的なデータなどによって実行されるコンピュータプログラムを保存することもできる。
【００４０】
メモリモジュール３０４は、プロセッサモジュール３０２がメモリモジュール３０４との間で情報の読み書きを行えるように、プロセッサモジュール３０２に連結することができる。例えば、プロセッサモジュール３０２及びメモリモジュール３０４は、各特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）内に常駐することができる。メモリモジュール３０４はまた、プロセッサモジュール３０２に統合することもできる。一実施形態において、メモリモジュール３０４は、プロセッサモジュール３０２によって実行される命令の実行中に、一時的な変数又はその他の中間的な情報を保存するためのキャッシュメモリを含むことができる。
【００４１】
テレメトリモジュール３０６は、バス電圧信号１０６、ＰＷＲスイッチステータス信号１１２、及び電源テレメトリ（ＳＡ  ＴＭ）信号１１６を受信する。バス電圧信号１０６はバス基準電圧信号１１０と比較され、バス電圧信号１０６とバス基準電圧信号１１０との差分からなる電圧誤差信号２０２が算出される。
【００４２】
電圧閾値モジュール３０８は電圧誤差信号２０２を一連の電圧閾値と比較し、電圧誤差信号２０２によってエレクトリカルバス１０４に供給される電流が負荷電流に等しくなるまで、ＰＷＲスイッチ制御モジュール３１０に指令を出してＰＷＲスイッチ１〜８を有効にする。前記一連の電圧閾値は、例えば、限定するものではないが、２Ｖ、３Ｖ、４Ｖ、５Ｖ、６Ｖ、７Ｖ、８Ｖ、９Ｖなどを含んでいてもよい。
【００４３】
ＰＷＲスイッチ制御モジュール３１０は、ＰＷＲ  ＳＷドライブ１１４（図１）を介してＰＷＲスイッチ１〜８を制御及び駆動する。
【００４４】
ＰＷＭスイッチ制御モジュール３１２はＰＷＲスイッチ１〜８のＰＷＲ  ＳＷステータス信号１１２を監視し、ＰＷＭ制御スイッチ１〜３によってエレクトリカルバス１０４に供給される電流に比例するアナログＰＷＭ誤差信号１１８を生成する。電圧誤差信号２０２からＰＷＲ  ＳＷステータス信号１１２が減算されて、ＰＷＭ制御スイッチ１〜３によって供給される電流量を制御するＰＷＭ誤差信号１１８が生成される。上述のように、太陽電池アレイストリングなどの電源１０８の一つがエレクトリカルバス１０４に連結、又はエレクトリカルバス１０４から分離され、ＰＷＭスイッチ制御モジュールによってアース１２０に分路されるたびに、ＰＷＭ制御スイッチ１〜３に連結されたアナログＰＷＭ誤差信号１１８を再度一箇所に集めることが必要になることがある。ＰＷＭ制御スイッチ１〜３を制御するため、アナログＰＷＭ誤差信号１１８は再度一箇所に集められ、エレクトリカルバス１０４上の負荷１２２（図１）への対応に必要な電流を追加供給する。
【００４５】
図４は、本開示の実施形態によるシーケンシャルシャントレギュレーションプロセス４００を示す、例示的なフロー図の図解である。プロセス４００に関連して実行される各種のタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、機械的に実行され得る。プロセス４００が、任意の数の付加的又は代替的タスク、必ずしも図解した順に実行する必要のない図４に示したタスクを含み得ること、及びプロセス４００が、本明細書には詳細に記述されていない付加的な機能性を有するより包括的な手続き又はプロセスに組み込まれ得ることを理解されたい。
【００４６】
例示を目的として、プロセス４００の以下の説明は図１及び３に関連して上述の要素を参照することができる。実用的な実施形態では、プロセス４００の一部は、制御装置１０２、エレクトリカルバス１０４、ＰＷＭ制御スイッチ１〜３、電源スイッチ（ＰＷＲスイッチ１〜８）、連結ライン（ＳＡ１〜ＳＡ１１）など、システム１００及び３００の異なる要素によって実行され得る。プロセス４００は、図１及び３に示した実施形態と同様の機能、材料、及び構造を有していてもよい。そのため、共通の特徴、機能、及び要素は、本明細書に重複して記述しないこともある。
【００４７】
プロセス４００は、少なくとも一つの電源１０８からエレクトリカルバス１０４に第一の電流を切り替える少なくとも一つのＰＷＲスイッチ１〜８など、少なくとも一つの電源スイッチの制御によって開始することができる（タスク４０２）。
【００４８】
プロセス４００は、少なくとも一つの電源１０８からエレクトリカルバス１０４に制御された電流を供給するように操作可能なＰＷＭ制御スイッチ１〜３など、少なくとも一つの電流可変スイッチの制御によって継続することができる（タスク４０４）。
【００４９】
図５は、本開示の実施形態によるアナログ充填制御によるシーケンシャルシャントレギュレータを使用する電気システム調節プロセス５００を示す、例示的なフロー図の図解である。プロセス５００に関連して実行される各種のタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はこれらの任意の組み合わせによって機械的に実行することができる。プロセス５００が、任意の数の付加的又は代替的タスク、必ずしも図解した順に実行する必要のない図５に示したタスクを含み得ること、及びプロセス５００が、本明細書には詳細に記述されていない付加的な機能性を有するより包括的な手続き又はプロセスに組み込まれ得ることを理解されたい。
【００５０】
例示を目的として、プロセス５００の以下の説明は図１及び３に関連して上述の要素を参照することができる。実用的な実施形態では、プロセス５００の一部は、制御装置１０２、エレクトリカルバス１０４、ＰＷＭ制御スイッチ１〜３、複数の電源スイッチ（ＰＷＲスイッチ１〜８）、複数の連結ライン（ＳＡ１〜ＳＡ１１）など、システム１００及び３００の異なる要素によって実行され得る。プロセス５００は、図１及び３に示した実施形態と同様の機能、材料、及び構造を有していてもよい。そのため、共通の特徴、機能、及び要素は、本明細書に重複して記述しないこともある。
【００５１】
プロセス５００は、電源１０８などの複数の電流源から複数の電流を受け取ることによって開始することができる（タスク５０２）。
【００５２】
プロセス５００は、電流の第一サブセットを離散量に切り替えることによって、エレクトリカルバス１０４への第一の電流（例えば、複合ＰＷＲ電流ＩＰＷＲ）の供給を継続することができる（タスク５０４）。電流の第一サブセットは、例えば、限定するものではないが、各連結ラインＳＡ１〜ＳＡ８によってエレクトリカルバス１０４へ順次連結されている電源１０８（例えば、太陽電池パネル又は太陽電池アレイストリング）の第一の部分によって、負荷１２２の負荷電流の関数として供給される電流を含んでいてもよい。例えば、限定するものではないが、第一サブセットは、それぞれ１０Ａの電流を有し、ＳＡ１及びＳＡ２の連結ラインを介してエレクトリカルバス１０４に連結されている第一及び第二の太陽電池アレイストリングからの電流を含んでいてもよい。
【００５３】
この例では、ＰＷＲ  ＳＷステータス信号１１２がビット表記００１１１１１１に対応している場合、第一の電流に対応する離散量は２×１０Ａ＝２０Ａとなる。このビット表記では、０はエレクトリカルバス１０４に電流を供給するスイッチを示し、１はエレクトリカルバス１０４に電流を供給しないスイッチを示す。したがって、００１１１１１１はＰＷＲスイッチ１〜２がエレクトリカルバス１０４に電流を供給し、ＰＷＲスイッチ３〜８がエレクトリカルバス１０４に電流を供給していないことを示す。
【００５４】
プロセス５００は、電流の第二サブセットをアナログ量で供給することによって、エレクトリカルバス１０４への第二の電流（例えば、複合ＰＷＭ電流ＩＰＷＭ）の供給を継続することができる（タスク５０６）。第二サブセットは、例えば、限定するものではないが、各連結ラインＳＡ９〜ＳＡ１１を介してエレクトリカルバス１０４へ同時に連結されている電源１０８の第二の部分によって、電流負荷の関数として供給される電流を含んでいてもよい。例えば、限定するものではないが、第二サブセットは、それぞれ１０Ａの電流を有し、ＳＡ９、ＳＡ１０、及びＳＡ１１の連結ラインを介してエレクトリカルバス１０４に連結されている第一、第二、及び第三の太陽電池アレイストリングからの電流を含んでいてもよい。
【００５５】
ＰＷＭスイッチを約５０％で操作することにより、エレクトリカルバス１０４に流れる及びエレクトリカルバス１０４で受け取る第二の電流のアナログ量は３＊５Ａ＝１５Ａとなり得る。この例では、電源１０８の第一の部分に連結しているＰＷＲスイッチ１〜２は、エレクトリカルバス１０４への２０Ａからなる第一の電流を離散量で供給する。またこの例では、電源１０８の第二の部分に連結しているＰＷＭ制御スイッチ１〜３、エレクトリカルバス１０４への１５Ａを有するアナログ量での第二の電流を供給する。したがってこの例では、エレクトリカルバス１０４へ供給されるバス電流ＩＢＵＳなどの合計電流は３５Ａになる。
【００５６】
エレクトリカルバス１０４上の負荷１２２の負荷電流が３９Ａまで増加した場合、第二の電流を１９Ａに増やすため、制御装置１０２はＰＷＭ制御スイッチ１〜３のデューティサイクルを増加させることになろう。同様に、負荷電流が４１Ａまで増加した場合、制御装置１０２は第一の電流を３０Ａまで増やすため、電源１０８の追加電源を開放するようにＰＷＲスイッチ１〜８の追加電源スイッチに指令を出すことがあり、又制御装置１０２は第二の電流を１１Ａまで減らすため、ＰＷＭ制御スイッチ１〜３のデューティサイクルを減少させることになろう。
【００５７】
プロセス５００は、制御装置１０２が離散量及びアナログ量を制御することによって、第一の電流と第二の電流の合計をエレクトリカルバス１０４上の負荷１２２にほぼ一致するように継続することができる（タスク５０８）。例えば、既に述べたように、負荷１２２の負荷電流が３５Ａから３９Ａに増加した場合、エレクトリカルバス１０４にアナログ量で１９Ａを供給するため、制御装置１０２はＰＷＭ制御スイッチ１〜３を制御してそのデューティサイクルを増加させる。このようにして、バス電流ＩＢＵＳは、アナログ量の１９Ａに加えて、２個の電源から供給される離散量の２０Ａ（２×１０Ａ＝２０Ａ）を含んでおり、３９Ａの負荷電流にほぼ一致する。
【００５８】
上述の例から、負荷電流が３５Ａから４１Ａに増加した場合、制御装置１０２はＰＷＲスイッチ１〜８を制御して電源１０８から追加電流を開放し、各連結ラインＳＡ１〜ＳＡ８を介して３個の電源の離散量３０Ａからなる第一の電流をエレクトリカルバス１０４に供給する。したがって上述の例では、ＰＷＭ制御スイッチ１〜３によって連結ラインＳＡ９〜ＳＡ１１から供給される第二の電流はその結果アナログ量で１１Ａまで減少する。このようにこの実施例では、バス電流ＩＢＵＳは、３個の電源から供給される３０Ａの離散量からなる第一の電流と、１１Ａのアナログ量からなる第二の電流を含み、４１Ａの負荷電流にほぼ一致する。
【００５９】
プロセス５００は、ＰＷＭ制御スイッチ１〜３の一つなどの可変電圧コンバータを制御する制御装置１０２によって、アナログ量による電流の第二サブセットの供給を継続することができる（タスク５１０）。電圧コンバータは、例えば、限定するものではないが、可変電圧コンバータ、可変昇圧コンバータ、可変降圧コンバータ、少なくとも一つの昇圧コンバータを有する少なくとも一つの可変電圧コンバータなどを、備えることができる。
【００６０】
プロセス５００は、電源スイッチ（ＰＷＲスイッチ１〜８）のステータス信号１１２（ＰＷＲ  ＳＷステータス信号１１２）を監視する制御装置１０２によって継続することができる（タスク５１２）。
【００６１】
プロセス５００は、ステータス信号１１２（ＰＷＲ  ＳＷステータス信号１１２）に基づいてアナログＰＷＭ誤差信号１１８を生成する制御装置１０２によって継続することができる（タスク５１４）。
【００６２】
プロセス５００は、アナログＰＷＭ誤差信号１１８に基づいてアナログ量を制御する制御装置１０２によって継続することができる（タスク５１６）。アナログＰＷＭ誤差信号１１８は、電源１０８（電流源）からエレクトリカルバス１０４に供給される電流に比例することがある。既に説明したように、電圧誤差信号２０２からＰＷＲ  ＳＷステータス信号１１２が減算されて、アナログＰＷＭ誤差信号１１８が生成される。
【００６３】
プロセス５００は、少なくとも一つの電源スイッチ（ＰＷＲスイッチ１〜８）によって、少なくとも一つの電流をアース１２０に分路する制御装置１０２によって継続される（タスク５１８）。
【００６４】
このようにして、本開示の実施形態は、エレクトリカルバス１０４上の負荷１２２などの負荷に切り替えられた電源１０８などの電源システムに対して、電圧調節を行う。
【００６５】
上記の説明は、「結合された」または「連結された」要素又はノード又は機構を意味する。本明細書で使用しているように、明示的に別段の定めがない限り、「結合された」は一つの要素／ノード／機構が他の要素／ノード／機構に直接結び付けられていること（あるいは直接通信を行うこと）を意味し、必ずしも機械的に結び付けられている必要はない。同様にして、明示的に別段の定めがない限り、「連結された」は一つの要素／ノード／機構が他の要素／ノード／機構に直接又は間接的に結び付けられていること（あるいは直接的又は間接的に通信を行うこと）を意味し、必ずしも機械的に結び付けられている必要はない。したがって、図１及び３は要素、付加的な介入要素、装置、機構又はコンポーネントを本開示の実施形態に提示することができる。
【００６６】
本明細書で使用されている用語及び表現、ならびにこれらの変化形は、明示的に別段の定めがない限り、限定的なものではなく変更可能であると解釈すべきものとする。前述の例として、「含む」という語は「含み、限定するものではなく」などの意味であるとして読解しなければならない。「例」という語は検討の中で項目の実施例を提供する際に使用されるもので、それらを網羅する又は限定するリストではない。また、「従来の」、「伝統的な」、「通常の」、「標準の」、及び同様の意味を有する語は、前述の項目を所定の期間に限定している又は一定の時点において利用可能な項目に限定していると解釈すべきではなく、現在又は将来のある時点において利用可能又は既知となる従来の、伝統的な、通常の、又は標準的な技術を網羅すると読解すべきである。
【００６７】
同様に、接続詞「及び」で結び付けられているグループ内の項目は、各項目及び全項目がグループ内にあることを要求していると読解すべきではなく、明示的に別段の定めがない限り「及び／又は」として読解すべきである。同様に、接続詞「又は」で結び付けられているグループ内の項目は、グループ間の相互排他性を要求していると読解すべきではなく、明示的に別段の定めがない限り「及び/又は」として読解すべきである。さらに、本開示の項目、要素又はコンポーネントは単数形で説明または特許請求されることがあるが、単数形への限定が明示的に定められていない限り、複数形はその範囲内にあると意図される。「一又は複数の」、「少なくとも」、「限定しないが」などの範囲を拡張する語及び語句を読解する際には、このような範囲拡張の表現がないと範囲を狭めることが意図されている又は要求されていることを意味すると解釈すべきではない。
【００６８】
他の実施形態、たとえば、電圧コンバータが可変昇圧コンバータを含む実施形態も可能である。
複数の電源スイッチのステータス信号を監視するステップと、
ステータス信号に基づいてＰＷＭ誤差信号を生成するステップと、
アナログＰＷＭ誤差信号に基づいてアナログ量を制御するステップと
をさらに含む実施形態。
【００６９】
アナログＰＷＭ誤差信号が電流源からエレクトリカルバスに供給される電流に比例している実施形態。
【００７０】
電圧誤差信号からステータス信号が減算され、アナログＰＷＭ誤差信号を生成する実施形態。
【００７１】
少なくとも一つのスイッチを使用して少なくとも一つの電流をアースに分路することをさらに含む実施形態。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
電流を少なくとも一つの電源からエレクトリカルバスに切り替えるように操作可能な少なくとも一つの電源スイッチと、
制御された電流を前記少なくとも一つの電源から前記エレクトリカルバスに供給するように操作可能な少なくとも一つの電流可変スイッチと、
前記少なくとも一つの電源スイッチと前記少なくとも一つの電流可変スイッチとを制御するように操作可能な制御装置と
を備えたシーケンシャルシャントレギュレータ。
（態様２）
前記電流をアースに分路するように前記少なくとも一つの電源スイッチがさらに操作可能な、態様１に記載のシーケンシャルシャントレギュレータ。
（態様３）
前記少なくとも一つの電流可変スイッチが少なくとも一つの可変電圧コンバータを備えた、態様１に記載のシーケンシャルシャントレギュレータ。
（態様４）
前記少なくとも一つの可変電圧コンバータが少なくとも一つの可変昇圧コンバータを備えた、態様３に記載のシーケンシャルシャントレギュレータ。
（態様５）
前記少なくとも一つの電源及び前記エレクトリカルバスをさらに備えた、態様１に記載のシーケンシャルシャントレギュレータ。
（態様６）
前記少なくとも一つの電源が少なくとも一つの太陽電池パネルを備えた、態様１に記載のシーケンシャルシャントレギュレータ。
（態様７）
シーケンシャルシャントレギュレーション方法であって、
第一の電流を少なくとも一つの電源からエレクトリカルバスに切り替える少なくとも一つの電源スイッチを制御するステップと、
制御された電流を前記少なくとも一つの電源から前記エレクトリカルバスに供給するように操作可能な少なくとも一つの電流可変スイッチを制御するステップと
を含む方法。
（態様８）
複数の電流源から複数の電流を受け取るステップと、
前記第一の電流を前記エレクトリカルバスに供給するため、前記電流の第一サブセットを離散量で切り替えるステップと、
第二の電流を前記エレクトリカルバスに供給するため、前記電流の第二サブセットをアナログ量で供給するステップと、
前記第一の電流と前記第二の電流の合計が前記エレクトリカルバス上の負荷とほぼ一致するように、前記離散量と前記アナログ量を制御するステップと
をさらに含む、態様７に記載の方法。
（態様９）
前記第一の電流をアースに切り替えるように前記少なくとも一つの電源スイッチがさらに操作可能であり、前記少なくとも一つの電流可変スイッチが少なくとも一つの可変電圧コンバータを備えており、前記少なくとも一つの可変電圧コンバータが少なくとも一つの可変昇圧コンバータを備えている、態様７に記載の方法。
（態様１０）
アナログ充填制御によるシーケンシャルシャントレギュレータを使用する電気システムの調整方法であって、
複数の電流源から複数の電流を受け取るステップと、
第一の電流をエレクトリカルバスに供給するため、前記電流の第一サブセットを離散量で切り替えるステップと、
第二の電流を前記エレクトリカルバスに供給するため、前記電流の第二サブセットをアナログ量で供給するステップと、
前記第一の電流と前記第二の電流の合計が前記エレクトリカルバス上の負荷とほぼ一致するように、前記離散量と前記アナログ量を制御するステップと
を含む方法。
（態様１１）
電流源が少なくとも一つの太陽電池パネルを含み、
前記電流の前記第二サブセットをアナログ量で供給するため、電圧コンバータを制御するステップをさらに含む、
態様１０に記載の方法。
【符号の説明】
【００７２】
１００、３００    システム
１０２    制御装置
１０４    エレクトリカルバス
１０６    バス電圧信号
１０８    電源
１１０    バス基準電圧信号
１１２    ＰＷＲ  ＳＷステータス信号
１１４    ＰＷＲ  ＳＷドライブ
１１６    電源テレメトリ信号
１１８    アナログＰＷＭ誤差信号
１２０    アース
１２２    負荷
２００    グラフ
２０２    電圧誤差信号
２０４    ＰＷＭ誤差電圧信号
２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、２２０、２２２、２２４    駆動電圧
２２６    第一プロット
２２８    第二プロット
２３０    第三プロット
３０２    プロセッサモジュール
３０４    メモリモジュール
３０６    テレメトリモジュール
３０８    電圧閾値モジュール
３１０    ＰＷＲスイッチ制御モジュール
３１２    ＰＷＭスイッチ制御モジュール
３１４    ネットワークバス
４００、５００    プロセス
【図１】
0005941722.tif 000002
【図２】
0005941722.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005941722.tif 000005
【図５】
0005941722.tif 000006