(57)【要約】【課題】  従来のデジタル型シャント装置は、シャントトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ時の急激な電流変化を抑えるために、シャントトランジスタのエミッタ−アース間にコイルを挿入していたことから、実装面積や質量が大きくなっていた。【解決手段】  逆流防止ダイオード、逆流防止ダイオードのカソードとアース間に並列に接続されるエネルギーバンク、エネルギーバンクを入力側に接続した制御器、逆流防止ダイオードのアノード側にドレインが接続され、制御器の出力側がゲートに接続されたシャントトランジスタを備え、シャントトランジスタのドレインとゲート間にキャパシタを接続した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮遊容量に並列接続された太陽電池と負荷との間に装荷され、アノード側が太陽電池に接続され、カソード側が負荷に接続された逆流防止ダイオードと、
上記太陽電池と逆流防止ダイオードの間で、上記逆流防止ダイオードのアノード側にドレインが接続され、ソースがアースに接続されたシャントトランジスタと、
上記シャントトランジスタのドレインとゲート間に接続されたキャパシタと、
出力側が上記シャントトランジスタのゲートに接続され、上記逆流防止ダイオードのカソードとアース間に接続されるエネルギーバンクの検出電圧に基づいて、上記シャントトランジスタのゲートにローレベルもしくはハイレベルの制御電圧を定電流で供給する制御器と、
を備えたシャント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば人工衛星の太陽電池で発生する電力の余剰電力をシャントすることにより、負荷への電流供給電圧を安定化するデジタル型のシャント装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のデジタル型シャント装置においては、シャントトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ時の急激な電流変化を抑えるために、シャントトランジスタのエミッタ−アース間にコイルを挿入し、その突入電流を制限している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特公平８−２３７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のデジタル型シャント装置では、シャントトランジスタのエミッタ−アース間にコイルを、ベース−アース間には定電圧ダイオードを挿入することで、シャントトランジスタのターンオン・ターンオフスピードを緩め、太陽電池パネルの寄生容量に起因する突入電流を緩和している。
【０００５】
しかし、この方法では、シャントトランジスタ１つに対しコイルが１つ必要となる。太陽電池に対しシャント装置を複数台並列に接続する場合、シャント段数分のコイルが必要となるが、このコイルの実装面積および質量が大きいため、シャント装置が大型化してしまうという問題があった。
【０００６】
また、従来のシャント装置はコイルによって電流を制限する方式（以下、di/dt制御と称する）であるから、シャント電圧の立ち上がり・立ち下がりは制御されていないために電圧変動は急峻であった。一般に、シャントトランジスタを構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）は過電圧への耐久性が弱い。このため、急峻な電圧変動（サージ電圧）によりシャント電圧がシャントトランジスタの耐電圧を超えると、シャントトランジスタが壊れてしまうという問題もあった。
【０００７】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、実装面積や質量の大きい電流制限用のコイルをシャントトランジスタに接続せずに、シャント装置の突入電流を抑える方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によるシャント装置は、浮遊容量に並列接続された太陽電池と負荷との間に装荷され、アノード側が太陽電池に接続され、カソード側が負荷に接続された逆流防止ダイオードと、上記太陽電池と逆流防止ダイオードの間で、上記逆流防止ダイオードのアノード側にドレインが接続され、ソースがアースに接続されたシャントトランジスタと、上記シャントトランジスタのドレインとゲート間に接続されたキャパシタと、出力側が上記シャントトランジスタのゲートに接続され、上記逆流防止ダイオードのカソードとアース間に接続されるエネルギーバンクの検出電圧に基づいて、上記シャントトランジスタのゲートにローレベルもしくはハイレベルの制御電圧を定電流で供給する制御器と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、実装面積や質量の大きい電流制限用のコイルをシャントトランジスタに接続せずに、シャントトランジスタに流れる突入電流を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１によるデジタル型のシャント装置を示すものである。
図１において、太陽電池１は一端側がアースに接続され、他端側がアースに接続された浮遊容量２に対して並列に接続されている。また、負荷５は一端側がアースに接続され、他端側がアースに接続されたエネルギーバンク４に対して並列に接続されている。この太陽電池１および浮遊容量２の並列回路と負荷５およびエネルギーバンク４の並列回路との間に、シャント装置３が接続される。
【００１１】
シャント装置３は、ＦＥＴから構成されるシャントトランジスタ６と、制御器７と、逆流防止用ダイオード８と、キャパシタ９を備える。シャントトランジスタ６は、ドレインが逆流防止用ダイオード８のアノードに接続され、ソースがアースに接続される。制御器７は、入力側がエネルギーバンク４に接続され、出力側がシャントトランジスタ６のゲートに接続される。制御器７はエネルギーバンク４の電圧を検出して、その検出電圧に基づいてシャントトランジスタ６のゲートにローレベルもしくはハイレベルの制御電圧を定電流で供給することで、シャントトランジスタ６を駆動する。キャパシタ９は、シャントトランジスタ６のドレインとゲート間に接続され、シャントトランジスタ６がターンオンする際に、シャントトランジスタ６のドレイン−ソース間電圧における変化の割合を一定に保つための機能を有する。
【００１２】
次に、図１を用いて、シャント装置の動作について説明する。
図２は、シャントトランジスタのスイッチング動作を説明するためのタイミングチャートである。図２では、シャントトランジスタの動作区間をＩ乃至ＩＶの４期間に分け、その各期間でのシャントトランジスタにおける、（ａ）シャント電圧、（ｂ）シャント電流、（ｃ）ゲート電圧の変化を示している。
【００１３】
図２において、期間Ｉでは、制御器７からシャントトランジスタ６のゲートに対し、Ｌレベル信号が出力されている。シャントトランジスタ６はターンオフ状態であり、太陽電池１から一定電流が負荷５に流れる。この時、キャパシタ９には、シャントトランジスタ６のドレイン−ソース間電圧Ｖdsの電荷が蓄積されている。
【００１４】
次に、期間ＩＩでは、制御器７よりＨレベル信号が出力され、キャパシタ９に電荷が放電されて、シャントトランジスタ６のゲート電圧がスレッショルド電圧Ｖthまで増加する。この時、キャパシタ９の静電容量をC、両端の電位差をVcとすると、制御器７から出力される電流ｉ（ｔ）は、次式により与えられる。
【００１５】
【数１】
2009206176.tif 000003
【００１６】
式（１）において、制御器７より出力される電流（ゲートから供給される電流）を一定値Ｉ（＝Ｉ１）にすると、次式のように変形できる。
【００１７】
【数２】
2009206176.tif 000004
【００１８】
式（２）より、キャパシタ９の電位差Vcは一定の割合で減少する。したがってシャントトランジスタ６のドレイン−ソース間電圧も、Vds(t)=Vc(t)+Vthで与えられるから、一定の割合で減少する。
【００１９】
この変化の割合は、キャパシタ９の静電容量Cによって決まるから、シャントトランジスタ６のドレイン−ソース間電圧の変化の割合を、任意に制御することができる（dv/dt制御）。この時、シャントトランジスタ６のドレイン−ソース間電圧が減少し、太陽電池１の浮遊容量２からの放電電流が流れ始めるため、その分シャントトランジスタ６に流れ込むシャント電流ｉｓは図２（ｂ）に示すように増加する。しかし、キャパシタ９によってdv/dt制御が行われるため、突入電流を一定値に制限することができる。
【００２０】
期間ＩＩＩでは、シャントトランジスタ６は完全なＯＮ状態であり、シャントトランジスタ６に流れ込むシャント電流ｉｓは一定値となる。この時、制御器７よりＨレベル信号が出力されており、ゲート電圧はスレッショルド電圧Vthを超えている。
【００２１】
期間ＩＶでは、シャントトランジスタ６のドレイン−ゲート間に挿入されているキャパシタ９によって、シャントトランジスタ６のゲート電圧は、スレッショルド電圧に保たれる。この時、制御器７へ流れ込む電流Ｉ２（Ｉ１とは異なる値で、例えばゲートから制御器７に引き込む電流となる）を一定値にすれば、シャントトランジスタ６のドレイン−ソース間電圧は一定の割合で増加する。したがって、上記太陽電池１の浮遊容量２への充電が始まるが、その充電電流は上記キャパシタ９によってdv/dt制御され、シャントトランジスタ６に流れ込むシャント電流ｉｓは一定値に制限される。
【００２２】
以上の期間Ｉ〜ＩＶにおいて、キャパシタ９によるdv/dt制御によって、シャントトランジスタ６に流れ込むシャント電流ｉｓを一定値に制限することができる。また、キャパシタ９の静電容量Cによって、任意にシャント電流ｉｓの電流値を決定することが可能となる。
【００２３】
以上説明したとおり、この実施の形態１によれば、浮遊容量２に並列接続された太陽電池１と負荷５との間に装荷され、アノード側が太陽電池１に接続され、カソード側が負荷５に接続された逆流防止ダイオード８と、太陽電池１と逆流防止ダイオード８の間で、逆流防止ダイオード８のアノード側にドレインが接続され、ソースがアースに接続されたシャントトランジスタ６と、シャントトランジスタ６のドレインとゲート間に接続されたキャパシタ９と、出力側がシャントトランジスタ６のゲートに接続され、逆流防止ダイオード８のカソードとアース間に接続されるエネルギーバンク４の検出電圧に基づいてシャントトランジスタ６のゲートにローレベルもしくはハイレベルの制御電圧を定電流で供給する制御器７とを備えて、シャント装置１を構成する。
【００２４】
これにより、実装面積や質量の大きい電流制限用のコイルをシャントトランジスタのソースに接続せずに、シャントトランジスタのドレインに流れる突入電流を抑えることができるとともに、シャントトランジスタのドレインーソース間電圧の立ち上がり・立ち下がりの電圧変動を抑えることができる。
【００２５】
また、シャントトランジスタのエミッタ−アース間にコイルを挿入し、その突入電流を制限している従来のシャント装置に比べて、小型・軽量化されたシャント装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明によるデジタル型シャント装置の実施の形態１を示す図である。
【図２】シャントトランジスタのスイッチング動作を４期間に分けて、その各期間におけるシャントトランジスタの電圧・電流・ゲート電圧を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
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、６  シャントトランジスタ（ＦＥＴ）、７  制御器、８  逆流防止ダイオード、９  キャパシタ。
【図１】
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【図２】
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