(57)【要約】【課題】  従来、シャント用のＦＥＴ（Field effect transistor）がＯＦＦの場合、太陽電池パネルでの発生電流がブロックキングダイオードを経由して、衛星負荷に出力されていたため、ブロックキングダイオードでの順方向電圧降下に伴う発熱が大きかった。また、シャントＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦ切り替えによって、電力を衛星負荷に出力する際の発熱量が変動し、熱設計が難しくなっていた。【解決手段】  シャント用のＦＥＴと負荷の間を逆流防止用のＦＥＴで接続してシャント装置を構成することで、シャント用のＦＥＴがＯＦＦのときの逆流防止用のＦＥＴによる発熱を低減し、太陽電池パネルから負荷側に電流を供給する経路と余剰電力をシャントする経路の回路構成を同一化できるため、衛星負荷の状態によらず発熱量が一定となる。【選択図】      図１
2013257811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と負荷の間に並列に接続されたシャント用の電界効果トランジスタと、
シャント用の電界効果トランジスタと負荷の間に直列に接続された逆流防止用の電界効果トランジスタと、
負荷の電圧を検出し、当該検出電圧に基いてシャント用の電界効果トランジスタおよび逆流防止用の電界効果トランジスタのゲート電圧を制御する制御器と、
を備えたシャント装置。
【請求項２】
上記シャント用の電界効果トランジスタは、少なくとも２つ以上の電界効果トランジスタが直列に接続され、上記逆流防止用の電界効果トランジスタは、少なくとも２つ以上の電界効果トランジスタが直列に接続された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】
上記シャント用の電界効果トランジスタと上記逆流防止用の電界効果トランジスタは、同一特性の電界効果トランジスタであ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４】
上記制御器は、基準信号のパルスの立ち上がり時間から遅延して立ち上がる第１の制御信号を生成してシャント用の電界効果トランジスタを駆動し、基準信号のパルスの立ち下がり時間から遅延してたち上がる第１の制御信号と逆相の第２の制御信号を生成して逆流防止用の電界効果トランジスタを駆動す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５】
上記制御器は、基準信号のパルスの立ち下がり時間よりも早く立ち下がる第１の制御信号を生成してシャント用の電界効果トランジスタを駆動し、基準信号の次のパルスの立ち上がり時間よりも早くたち下がる第１の制御信号と逆相の第２の制御信号を生成して逆流防止用の電界効果トランジスタを駆動す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６】
シャント用の電界効果トランジスタに流れる電流をモニタし、過電流検出時にシャント用の電界効果トランジスタをＯＦＦする請求項１記載のシャント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば人工衛星（以下、衛星）や宇宙構造物等の太陽電池パドルで発生した電力を負荷に電圧安定化して供給するために、余剰電力をシャントするディジタル型のシャント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のディジタル型のシャント装置は、余剰電力のシャントにＦＥＴ（Field effect transistor；電界効果トランジスタ）（以下、シャントＦＥＴ）を用いるとともに、衛星負荷から太陽電池パネル側への逆流防止装置としてブロッキングダイオードを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平８−２３７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シャントＦＥＴがＯＮの場合、太陽電池パネルでの発生電流はシャントＦＥＴでシャントされ、太陽電池パネルへ回生される。シャントＦＥＴがＯＦＦの場合、太陽電池パネルでの発生電流はブロックキングダイオードを経由して、衛星負荷に出力される。ブロッキングダイオードは、衛星負荷の逆流防止のために挿入されるが、順方向電圧降下に伴う発熱が大きくなるという問題がある。
【０００５】
また、シャントＦＥＴがＯＮとなり太陽電池パネルへ電力を回生する場合と比較して、シャントＦＥＴがＯＦＦとなり電力を衛星負荷に出力する場合の方が、シャント装置の発熱量が大きくなることから、衛星負荷の状態によりその発熱量が変化し、熱設計が困難になるという問題があった。
【０００６】
この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、シャント装置における発熱量の変動を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によるシャント装置は、太陽電池と負荷の間に並列に接続されたシャント用の電界効果トランジスタと、シャント用の電界効果トランジスタと負荷の間に直列に接続された逆流防止用の電界効果トランジスタと、負荷の電圧を検出し、当該検出電圧に基いてシャント用の電界効果トランジスタおよび逆流防止用の電界効果トランジスタのゲート電圧を制御する制御器と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、太陽電池と負荷の間の逆流防止用にＯＮ抵抗の小さいＦＥＴを設けることで、シャント装置の発熱を大幅に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１によるシャント装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１によるシャント装置での制御信号の一例を示す図である。
【図３】実施の形態１によるシャント装置での制御信号の一例を示す図である。
【図４】実施の形態２によるシャント装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明に係る実施の形態１によるディジタル型のシャント装置の構成を示す図である。図１において、実施の形態１によるシャント装置３は、太陽電池パネル（以下、太陽電池）１および浮遊容量２の並列回路と、エネルギーバンク４および負荷５の並列回路との間に接続される。太陽電池１、浮遊容量２、エネルギーバンク４、および負荷５は、それぞれ一端が接地されている。
【００１１】
シャント装置３は、制御器７と、シャント用のＦＥＴ（Field effect transistor；電界効果トランジスタ）からなるシャントＦＥＴ９および１０と、ブロッキング用のＦＥＴからなるブロッキングＦＥＴ１１および１２を備える。シャントＦＥＴ９は、ソースがアースに接続され、ドレインがもう一方のシャントＦＥＴ１０のソースに接続される。シャントＦＥＴ１０は、ソースがもう一方のシャントＦＥＴ９のドレインに接続され、ドレインがブロッキングＦＥＴ１１のドレインに接続される。シャントＦＥＴ９およびシャントＦＥＴ１０は、太陽電池１と負荷５間のシャント用の電界効果トランジスタをなす。
【００１２】
制御器７は、入力側がエネルギーバンク４の負荷５側に接続され、出力側の一方の端子がシャントＦＥＴ９および１０のゲートに接続され、出力側の他方の端子がブロッキングＦＥＴ１１および１２のゲートに接続される。ブロッキングＦＥＴ１１のソースはブロッキングＦＥＴ１２のドレインに接続され、ブロッキングＦＥＴ１２のソースは負荷５に接続される。また、シャントＦＥＴ９および１０は二直列となり、ブロッキングＦＥＴ１１および１２は二直列となっている。ブロッキングＦＥＴ１１および１２は、太陽電池１と負荷５間の逆流防止用素子として、ブロッキングダイオードよりもＯＮ抵抗の小さい逆流防止用の電界効果トランジスタをなす。なお、シャントＦＥＴ９および１０とブロッキングＦＥＴ１１および１２は、概ね同一の電気特性をなす同一のＦＥＴを用いても良い。
【００１３】
図２は、シャントＦＥＴ９および１０とブロッキングＦＥＴ１１および１２を制御するための制御信号の一例を示す図である。図３は、シャントＦＥＴ９および１０とブロッキングＦＥＴ１１および１２を制御するための制御信号の他の一例を示す図である。図２、３において、制御器７は、バス電圧から生成されるパルス波形状の基準信号を元に、シャントＦＥＴ９および１０を制御するパルス波形状の制御信号Ｓ１を出力する。また、制御器７は、バス電圧から生成される上記基準信号を元に、ブロックＦＥＴ１１および１２を制御するパルス波形状の制御信号Ｓ２を出力する。制御器７は、制御信号Ｓ１と制御信号Ｓ２が逆位相となるように制御する。
【００１４】
次に、シャント装置３の動作について、図１、図２、図３を用いて説明する。制御器７は、太陽電池１の発生電力をシャントＦＥＴ９および１０でＯＮ／ＯＦＦ制御することで、負荷側の安定化制御を行う。
【００１５】
制御器７は、エネルギーバンク４の電圧をモニタし、モニタした電圧が所定の規定値よりも高い場合は、制御信号Ｓ１によりシャントＦＥＴ９および１０をＯＮとし、制御信号Ｓ２によりブロッキングＦＥＴ１１および１２をＯＦＦとして、太陽電池１での発生電流をシャントする。
【００１６】
一方、制御器７は、エネルギーバンク４のモニタした電圧が所定の規定値よりも低い場合は、制御信号Ｓ１によりシャントＦＥＴ９および１０をＯＦＦとし、制御信号Ｓ２によりブロッキングＦＥＴ１１および１２をＯＮとして、太陽電池１での発生電流を負荷５に供給する。
【００１７】
このブロッキングＦＥＴ１１および１２とシャントＦＥＴ９および１０のＯＮ／ＯＦＦ切り替え時に、ブロッキングＦＥＴとシャントＦＥＴの両方のＦＥＴが同時にＯＮするとデッドショートとなり、バス電圧が短絡を起こしてしまう。そこで、制御器７は、デッドショート防止のために、制御信号Ｓ１とＳ２が、互いに立ち上がりを遅らせるもしくは立ち上がりを早めて出力されるように、出力制御を行う。
【００１８】
例えば図２において、制御信号Ｓ１は、基準信号のパルスの立ち上がりから時間τだけ遅延して立ち上がってＯＮとなり、基準信号のパルスの立ち下がりと略同時に立ち下がりＯＦＦとなる。また、制御信号Ｓ２は、基準信号のパルスの立ち下がりから上記時間τだけ遅延して立ち上がってＯＮとなり、基準信号の次のパルスの立ち上がりと略同時に立ち下がりＯＦＦとなる。
【００１９】
また、例えば図３において、制御信号Ｓ１は、基準信号のパルスの立ち上がりと略同時に立ち上がってＯＮとなり、基準信号のパルスの立ち下がりよりも時間τ２だけ早く立ち下がりＯＦＦとなる。また、制御信号Ｓ２は、基準信号のパルスの立ち下がりと略同時に立ち上がってＯＮとなり、基準信号の次のパルスの立ち上がりよりも時間τだけ早く立ち下がりＯＦＦとなる。
【００２０】
以上説明した通り、実施の形態１によるシャント装置は、逆流防止用のブロッキングＦＥＴを設けることで、当該ＦＥＴの通電時にＯＮ抵抗に伴う発熱が発生するものの、ブロックキングダイオードに比べてＯＮ抵抗の小さいＦＥＴを使用することが可能となり、ブロックキングダイオードを使用する場合に比べて、発熱量を大幅に低減することが可能となる。
【００２１】
また、シャント用のシャントＦＥＴ９および１０と逆流防止用のブロッキングＦＥＴ１１および１２をそれぞれ二直列にすることで、ＦＥＴの一部品故障（短絡故障）に対してバス短絡を防止することが可能となる。また、太陽電池１から負荷５側に電流を供給する経路と、余剰電力をシャントする経路とで、ＦＥＴを用いた回路構成を同じにすることができるため、衛星負荷の状態によらず発熱量が一定となり、熱設計が容易になるという効果が得られる。
【００２２】
実施の形態２.
図４はこの発明に係る実施の形態２によるディジタル型のシャント装置の構成を示す図である。図４において、実施の形態１と同一もしくは相当部分は同一符号で示し、符号１〜５、９、１２は実施の形態１のシャント装置と全く同一のものである。シャント装置３０は、実施の形態１と同様、太陽電池１および浮遊容量２の並列回路と、エネルギーバンク４および負荷５の並列回路との間に接続される。実施の形態２によるシャント装置３０は、制御器１３を備えている。制御器１３は、基本的には制御器７と同一の動作を行う。また、制御器１３は、シャントＦＥＴ９のソース電流をモニタ（検出）し、検出したソース電流が所定値以上の過電流であることを検出した時に、シャントＦＥＴ９を強制的にＯＦＦする制御を行うリミッタ回路として作用する。なお、シャント装置３０は、実施の形態１の有するシャントＦＥＴ１０およびブロッキングＦＥＴ１１が設けられていない。
【００２３】
次に、シャント装置３０の動作について説明する。動作原理は実施の形態１と同様であるが、シャントＦＥＴ９およびブロッキングＦＥＴ１２はシングル構成（単一のシャントＦＥＴ９および単一のブロッキングＦＥＴ１２からなる構成）とする。制御器１３は、制御器７と同様に、制御信号Ｓ１および制御信号Ｓ２を出力する。ただし、ＦＥＴの一部品故障時（短絡故障時）にバス短絡となった場合、もしくはシャントＦＥＴ９のソース電流をモニタし過電流が流れた場合には、シャントＦＥＴ９をＯＦＦすることによりバス短絡を防ぐことができる。
【００２４】
実施の形態２によるシャント装置３０は、実施の形態１と同様、ブロッキングダイオードの代わりにブロッキングＦＥＴ１２を用いているので、発熱の低減を実現することができる。また、太陽電池１から負荷５側に電流を供給する経路と、余剰電力をシャントする経路の回路構成が同じであるため、衛星負荷の状態によらず発熱量が一定となり、熱設計が容易になる。
【００２５】
また、シャントＦＥＴ９側の経路上でソース電流を検出する制御器１３を設けることで、過電流検出用のリミッタ回路を付加した構成とすることができる。これによって、ＦＥＴの一部品故障（短絡故障）に対してバス短絡を防止することが可能となる。さらに、太陽電池１から負荷５側に電流を供給する経路と、余剰電力をシャントする経路の回路構成が同じであるため、衛星負荷の状態によらず発熱量が一定となり熱設計が容易になるという効果が得られる。
【符号の説明】
【００２６】
１  太陽電池、２  浮遊容量、３  シャント装置、４  エネルギーバンク、５  負荷、７  制御器、９  シャントＦＥＴ、１０  シャントＦＥＴ、１１  ブロッキングＦＥＴ、１２  ブロッキングＦＥＴ、１３  制御器、３０  シャント装置。
【図１】
2013257811.tif 000003
【図２】
2013257811.tif 000004
【図３】
2013257811.tif 000005
【図４】
2013257811.tif 000006