特開 2015-159637 電力制御器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-159637(P2015-159637A)

(43)【公開日】2015年9月3日

(54)【発明の名称】電力制御器

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/10 20060101AFI20150807BHJP

   H02J 7/35 20060101ALI20150807BHJP

【ＦＩ】

   H02J1/10

   H02J7/35 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-32144(P2014-32144)

(22)【出願日】2014年2月21日

(71)【出願人】

【識別番号】503361400

【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100151987

【弁理士】

【氏名又は名称】谷口 信行

(72)【発明者】

【氏名】艸分 宏昌

【テーマコード（参考）】

5G065

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G065CA01

5G065CA04

5G065DA01

5G065KA01

5G065KA04

5G503AA06

5G503CC04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】追加の太陽電池や余剰電力を消費するための負荷の発熱処理に必要な熱対策を不要とする電力制御器を提供する。
【解決手段】複数の電源ＳＡ１〜ＳＡ４と前記複数の電源にそれぞれ対応する複数の逆流防止素子Ｄ１〜Ｄ４各々が直列に接続され、複数の電源各々はそれぞれに対応する複数の逆流防止素子を介してバスキャパシタＣに並列に接続され、複数のシャントスイッチ部ＳＳＷ１〜ＳＳＷ４は対応する複数の電源各々に並列に接続され、シャントスイッチと該シャントスイッチに直列に接続される第１のスイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−４を含み、シャントスイッチのいずれかにオン故障を検出した場合、制御部は第１のスイッチに対してオン故障が検出されたシャントスイッチに供給されるべきスイッチ制御信号を供給するか、又はオン故障が検出されたシャントスイッチに直列に接続される第１のスイッチをオフする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電源と、
前記複数の電源にそれぞれ対応する複数の逆流防止素子と、
前記複数の電源にそれぞれ対応する複数のシャントスイッチ部と、
バスキャパシタと、
制御部と、
を備え、
前記複数の電源の各々と、前記複数の電源にそれぞれ対応する複数の逆流防止素子の各々は、直列に接続され、
前記複数の電源の各々は、前記複数の電源にそれぞれ対応する複数の逆流防止素子の各々を介して前記バスキャパシタに並列に接続され、
前記複数のシャントスイッチ部の各々は、対応する前記複数の電源の各々に並列に接続され、
前記複数のシャントスイッチ部の各々は、シャントスイッチと、該シャントスイッチに直列に接続される第１のスイッチを含み、
前記制御部は、前記シャントスイッチ及び前記第１のスイッチに、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を供給し、かついずれの前記シャントスイッチにオン故障が発生しているかを検出可能であり、
前記シャントスイッチのいずれかにオン故障を検出した場合、オン故障が検出されたシャントスイッチに直列に接続される前記第１のスイッチに対して、前記オン故障が検出されたシャントスイッチに対して供給されるべきスイッチ制御信号を供給するか、又は前記オン故障が検出されたシャントスイッチに直列に接続される前記第１のスイッチをオフする、
電力制御器。

【請求項2】

前記バスキャパシタに並列に接続される第２のスイッチを更に備え、
前記制御部は更に、前記第２のスイッチに、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を供給し、かつオフ故障が発生した前記シャントスイッチ又は前記第１のスイッチに対応する前記電源の発生電力が、負荷電力よりも大きいか否かを検出可能であり、
前記制御部は、前記オフ故障が発生した前記シャントスイッチ又は前記第１のスイッチに対応する前記電源の発生電力が、負荷電力よりも大きいと検出した場合、前記バスキャパシタの電圧が所定の電圧となるように前記第２のスイッチをスイッチングさせるスイッチ制御信号を前記第２のスイッチに対して供給する、
請求項１に記載の電力制御器。

【請求項3】

前記第２のスイッチと直列に接続された過電流遮断器を更に備える、
請求項２に記載の電力制御器。

【請求項4】

前記第２のスイッチに直列に接続される第３のスイッチを更に備え、
前記制御部は更に、前記第３のスイッチに、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を供給し、かつ前記第２のスイッチのオン故障を検出可能であり、
前記制御部は、前記第２のスイッチのオン故障を検出した場合、前記第３のスイッチに対して、前記第２のスイッチに対して供給されるべきスイッチ制御信号を供給する、
請求項２に記載の電力制御器。

【請求項5】

複数の電源と、
前記複数の電源にそれぞれ対応する複数の逆流防止素子と、
前記複数の電源にそれぞれ対応する複数のシャントスイッチ部と、
バスキャパシタと、
前記バスキャパシタに並列に接続される第２のスイッチと、
制御部と、
を備え、
前記複数の電源の各々と、前記複数の電源にそれぞれ対応する複数の逆流防止素子の各々は、直列に接続され、
前記複数の電源の各々は、前記複数の電源にそれぞれ対応する複数の逆流防止素子の各々を介して前記バスキャパシタに並列に接続され、
前記複数のシャントスイッチ部の各々は、対応する前記複数の電源の各々に並列に接続され、
前記複数のシャントスイッチ部の各々は、シャントスイッチを含み、
前記制御部は、前記シャントスイッチ及び前記第２のスイッチに、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を供給し、かつオフ故障が発生したシャントスイッチに対応する前記電源の発生電力が、負荷電力よりも大きいか否かを検出可能であり、
前記オフ故障が発生したシャントスイッチに対応する前記電源の発生電力が、負荷電力よりも大きいと検出した場合、前記バスキャパシタの電圧が所定の電圧となるように前記第２のスイッチをスイッチングさせるスイッチ制御信号を前記第２のスイッチに対して供給する、
電力制御器。

【請求項6】

前記第２のスイッチと直列に接続される第４のスイッチをさらに備え、
前記複数の電源の各々は、前記複数の電源にそれぞれ対応する複数の逆流防止素子の各々を介して第２のスイッチに並列に接続され、
前記複数の電源の各々は、前記複数の電源にそれぞれ対応する複数の逆流防止素子の各々及び前記第４のスイッチを介して前記バスキャパシタに並列に接続され、
直列に接続される前記第２のスイッチと前記第４のスイッチは、前記バスキャパシタに並列に接続され、
前記制御部は更に、前記第４のスイッチに、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を供給し、かつ前記オフ故障が発生したシャントスイッチ又は第１のスイッチに対応する前記電源の発生電力が、負荷電力よりも大きいと検出した場合、前記バスキャパシタの電圧が所定の電圧となるように前記第２のスイッチをスイッチングさせるスイッチ制御信号を前記第２のスイッチに対して供給し、前記第２のスイッチと前記第４のスイッチに対して排他的なスイッチ制御信号を供給する、
請求項２〜５のいずれか１項に記載の電力制御器。

【請求項7】

前記複数のシャントスイッチ部の各々は更に、直列に接続される前記シャントスイッチ及び第１のスイッチに並列に接続される、直列に接続される第５のスイッチ及び第６のスイッチを含み、
前記制御部は更に、前記第５のスイッチ及び前記第６のスイッチに、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を供給し、前記第５のスイッチに対して、前記シャントスイッチに対して供給されるべきスイッチ制御信号を供給し、かついずれの前記シャントスイッチ及び前記第５のスイッチにオン故障が発生しているかを検出可能であり、
前記シャントスイッチ及び前記第５のスイッチのいずれかにオン故障を検出した場合、オン故障が検出されたシャントスイッチに直列に接続される前記第１のスイッチ又は第５のスイッチに直列に接続される前記第６のスイッチに対して、前記オン故障が検出されたシャントスイッチ又は第５のスイッチに対して供給されるべきスイッチ制御信号を供給するか、又は前記オン故障が検出されたシャントスイッチに直列に接続される第１のスイッチ又は第５のスイッチに直列に接続される前記第６のスイッチをオフする、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力制御器。

【請求項8】

前記複数のシャントスイッチ部の各々は更に、直列に接続される前記シャントスイッチ及び第１のスイッチに並列に接続される、直列に接続される第５のスイッチ及び第６のスイッチを含み、
前記制御部は更に、前記第５のスイッチ及び前記第６のスイッチに、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を供給し、かつ前記第１のスイッチ、第５のスイッチ及び前記第６のスイッチに対して、前記シャントスイッチに対して供給されるべきスイッチ制御信号を供給する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力制御器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、負荷に供給される電力を安定化させるための電力制御器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

衛星のバス電圧制御にはシャント制御（特許文献１、特許文献２参照）が用いられることが多い。シャント制御とは、複数の太陽電池にそれぞれ対応して設けられた複数のシャントスイッチに対し、個別にオン（太陽電池出力を短絡）／オフ（太陽電池出力を供給）／スイッチング（オン・オフを繰り返すことにより、太陽電池出力の一部を供給）の状態を設定することにより、衛星に必要な電力のみを供給し、バス電圧を一定レベルに安定化させる制御である。

【0003】

図７は、負荷に接続された従来の電力制御器１０を示す図である。図７において、ＳＡ１〜ＳＡ５は電源であり、人工衛星などの宇宙機に搭載する場合には、これらは太陽電池アレイとして構成される。太陽電池ＳＡ１〜ＳＡ５の各々は、それぞれ対応する逆流防止素子であるダイオードＤ１〜Ｄ５と直列に接続され、ダイオードＤ１〜Ｄ５を介して負荷Ｌに並列に接続されている。太陽電池ＳＡ１〜ＳＡ５の各々から出力される電力は、逆流防止素子であるダイオードＤ１〜Ｄ５を介して負荷Ｌに供給される。また、バスキャパシタＣが、負荷Ｌに並列に接続されている。すなわち、各太陽電池ＳＡ１〜ＳＡ５は、ダイオードＤ１〜Ｄ５を介してバスキャパシタＣと並列に接続されている。

【0004】

太陽電池ＳＡ１〜ＳＡ５の各々に対して、それぞれ対応するシャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ５が並列に接続されている。これらのシャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ５を個別にオン、オフ、又はスイッチング（オン・オフの繰り返し）のいずれかの動作を行わせることにより、負荷に必要な電力のみを供給し、バス電圧を一定レベルに安定化させる。

【0005】

例えば、負荷Ｌでの消費電力を上回る電力が太陽電池ＳＡ１〜ＳＡ５で発生した場合、いずれかのシャントスイッチをオンすることによってそのシャントスイッチに対応する太陽電池からの電力が負荷に供給されないようにしたり、いずれかのシャントスイッチをスイッチングすることによってそのシャントスイッチに対応する太陽電池からの電力の大きさを調整することによって、バス電圧を一定レベルに安定化させることができる。

【0006】

この場合、負荷Ｌでの消費電力を上回る電力（負荷電力）が太陽電池ＳＡ１〜ＳＡ５で発生した場合、余剰電力はコンデンサバンクＣに蓄積され、コンデンサバンクＣの電圧、すなわちバス電圧を上昇させる。よって、バス電圧を検出することによって、負荷電力が太陽電池ＳＡ１〜ＳＡ５で発生しているか否かを判定することができる。そして、負荷電力が太陽電池ＳＡ１〜ＳＡ５で発生していると判定された場合、上述のようにシャント制御が行われ、バス電圧を一定レベルに安定化させることができる。

【0007】

一般に、人工衛星には一故障許容設計が求められるが、シャントスイッチの故障に対して、従来は下記の方法が用いられてきた。
（１）スイッチをオフするように制御しているにも関わらずオン状態が維持されるオン故障に対しては、太陽電池１つ分の電力が供給不可能となることを考慮し、太陽電池を含め、追加のシャント系統１１を一つ設ける方法
（２）スイッチをオンするように制御しているにも関わらずオフ状態が維持されるオフ故障に対しては、太陽電池１つ分の余剰電力が負荷に供給されることを考慮し、太陽電池１つ分の電力以上を衛星が消費できるように設計するか、又はその設計が困難な場合には、余剰電力を消費するための負荷１２を追加する方法。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１１−１９３６５号公報

【特許文献2】特許第４８３４８４２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上記の（１）及び（２）の方法のいずれも、衛星システムとしての耐故障性は確保しているが、故障時には１つのシャントの電力供給制御機能を失うことを前提とした設計であり、図７の追加のシャント系統１１や余剰電力を消費するための負荷１２といった正常時には不要なハードウェアを搭載している。衛星を大電力化していく場合には、シャント系統１段当たりの電力を増加させる必要がある。よって、従来技術を踏襲した場合は、そのような正常時には不要なハードウェアは、衛星設計に大きなインパクトとなることが推定される。特に、追加の太陽電池ＳＡ５による質量の増加、余剰電力を消費するための負荷１２での発熱処理に必要な熱対策のインパクトが大きい。

【0010】

本発明は、このような状況のもとになされたものであり、従来必要とされていた、追加の太陽電池や余剰電力を消費するための負荷の発熱処理に必要な熱対策を不要とする電力制御器を提供することを目的の１つとする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の１つの態様は、複数の電源と、前記複数の電源にそれぞれ対応する複数の逆流防止素子と、前記複数の電源にそれぞれ対応する複数のシャントスイッチ部と、バスキャパシタと、制御部と、を備え、前記複数の電源の各々と、前記複数の電源にそれぞれ対応する複数の逆流防止素子の各々は、直列に接続され、前記複数の電源の各々は、前記複数の電源にそれぞれ対応する複数の逆流防止素子の各々を介して前記バスキャパシタに並列に接続され、前記複数のシャントスイッチ部の各々は、対応する前記複数の電源の各々に並列に接続され、前記複数のシャントスイッチ部の各々は、シャントスイッチと、該シャントスイッチに直列に接続される第１のスイッチを含み、前記制御部は、前記シャントスイッチ及び前記第１のスイッチに、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を供給し、かついずれの前記シャントスイッチにオフ故障が発生しているかを検出可能であり、前記シャントスイッチのいずれかにオン故障を検出した場合、オン故障が検出されたシャントスイッチに直列に接続される前記第１のスイッチに対して、前記オン故障が検出されたシャントスイッチに対して供給されるべきスイッチ制御信号を供給するか、又は前記オン故障が検出されたシャントスイッチに直列に接続される前記第１のスイッチをオフする、電力制御器を提供するものである。

【0012】

好ましくは、前記バスキャパシタに並列に接続される第２のスイッチを更に備え、前記制御部は更に、前記第２のスイッチに、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を供給し、かつオフ故障が発生した前記シャントスイッチ又は前記第１のスイッチに対応する前記電源の発生電力が、負荷電力よりも大きいか否かを検出可能であり、前記制御部は、前記オフ故障が発生した前記シャントスイッチ又は前記第１のスイッチに対応する前記電源の発生電力が、負荷電力よりも大きいと検出した場合、前記バスキャパシタの電圧が所定の電圧となるように前記第２のスイッチをスイッチングさせるスイッチ制御信号を前記第２のスイッチに対して供給する。

【0013】

好ましくは、前記第２のスイッチと直列に接続された過電流遮断器を更に備える。

【0014】

好ましくは、前記第２のスイッチに直列に接続される第３のスイッチを更に備え、前記制御部は更に、前記第３のスイッチに、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を供給し、かつ前記第２のスイッチのオン故障を検出可能であり、前記制御部は、前記第２のスイッチのオン故障を検出した場合、前記第３のスイッチに対して、前記第２のスイッチに対して供給されるべきスイッチ制御信号を供給する。

【0015】

本発明の別の態様は、複数の電源と、前記複数の電源にそれぞれ対応する複数の逆流防止素子と、前記複数の電源にそれぞれ対応する複数のシャントスイッチ部と、バスキャパシタと、前記バスキャパシタに並列に接続される第２のスイッチと、制御部と、を備え、前記複数の電源の各々と、前記複数の電源にそれぞれ対応する複数の逆流防止素子の各々は、直列に接続され、前記複数の電源の各々は、前記複数の電源にそれぞれ対応する複数の逆流防止素子の各々を介して前記バスキャパシタに並列に接続され、前記複数のシャントスイッチ部の各々は、対応する前記複数の電源の各々に並列に接続され、前記複数のシャントスイッチ部の各々は、シャントスイッチを含み、前記制御部は、前記シャントスイッチ及び前記第２のスイッチに、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を供給し、かつオフ故障が発生したシャントスイッチに対応する前記電源の発生電力が、負荷電力よりも大きいか否かを検出可能であり、前記オフ故障が発生したシャントスイッチに対応する前記電源の発生電力が、負荷電力よりも大きいと検出した場合、前記バスキャパシタの電圧が所定の電圧となるように前記第２のスイッチをスイッチングさせるスイッチ制御信号を前記第２のスイッチに対して供給する、電力制御器を提供するものである。

【0016】

好ましくは、前記第２のスイッチと直列に接続される第４のスイッチをさらに備え、前記複数の電源の各々は、前記複数の電源にそれぞれ対応する複数の逆流防止素子の各々を介して第２のスイッチに並列に接続され、前記複数の電源の各々は、前記複数の電源にそれぞれ対応する複数の逆流防止素子の各々及び前記第４のスイッチを介して前記バスキャパシタに並列に接続され、直列に接続される前記第２のスイッチと前記第４のスイッチは、前記バスキャパシタに並列に接続され、前記制御部は更に、前記第４のスイッチに、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を供給し、かつ前記オフ故障が発生したシャントスイッチ又は第１のスイッチに対応する前記電源の発生電力が、負荷電力よりも大きいと検出した場合、前記バスキャパシタの電圧が所定の電圧となるように前記第２のスイッチをスイッチングさせるスイッチ制御信号を前記第２のスイッチに対して供給し、前記第２のスイッチと前記第４のスイッチに対して排他的なスイッチ制御信号を供給する。

【0017】

好ましくは、前記複数のシャントスイッチ部の各々は更に、直列に接続される前記シャントスイッチ及び第１のスイッチに並列に接続される、直列に接続される第５のスイッチ及び第６のスイッチを含み、前記制御部は更に、前記第５のスイッチ及び前記第６のスイッチに、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を供給し、前記第５のスイッチに対して、前記シャントスイッチに対して供給されるべきスイッチ制御信号を供給し、かついずれの前記シャントスイッチ及び前記第５のスイッチにオン故障が発生しているかを検出可能であり、前記シャントスイッチ及び前記第５のスイッチのいずれかにオン故障を検出した場合、オン故障が検出されたシャントスイッチに直列に接続される前記第１のスイッチ又は第５のスイッチに直列に接続される前記第６のスイッチに対して、前記オン故障が検出されたシャントスイッチ又は第５のスイッチに対して供給されるべきスイッチ制御信号を供給するか、又は前記オン故障が検出されたシャントスイッチに直列に接続される第１のスイッチ又は第５のスイッチに直列に接続される前記第６のスイッチをオフする。

【0018】

好ましくは、前記複数のシャントスイッチ部の各々は更に、直列に接続される前記シャントスイッチ及び第１のスイッチに並列に接続される、直列に接続される第５のスイッチ及び第６のスイッチを含み、前記制御部は更に、前記第５のスイッチ及び前記第６のスイッチに、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を供給し、かつ前記第１のスイッチ、第５のスイッチ及び前記第６のスイッチに対して、前記シャントスイッチに対して供給されるべきスイッチ制御信号を供給する。

【0019】

本明細書及び特許請求の範囲において、「スイッチＸに対して供給されるべきスイッチ制御信号」とは、スイッチＸに対して供給されるスイッチ制御信号が正常である場合の、スイッチＸに対して供給されるスイッチ制御信号を指す。すなわち、「スイッチＸに対して供給されるべきスイッチ制御信号を供給する」とは、スイッチＸに対して供給されるスイッチ制御信号に異常がある場合には、その異常がない場合の正常なスイッチ制御信号と同様のスイッチ制御信号を供給することを意味する。

【発明の効果】

【0020】

本発明に係る電力制御器によれば、従来必要とされていた、追加の太陽電池や余剰電力を消費するための負荷の発熱処理に必要な熱対策が不要となり、衛星システムの質量低減及び構造の簡単化に寄与する。特に、シャント系統１段当たりの電力が大きくなる大電力衛星への寄与が大きい。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る電力制御器の回路図である。

【図2】本発明の第２の実施形態に係る電力制御器の回路図である。

【図3】本発明の第２の実施形態の変形例に係る電力制御器の回路図である。

【図4】本発明の第３の実施形態に係る電力制御器の回路図である。

【図5】本発明の第３の実施形態における、第２のスイッチＳＷ２と第４のスイッチＳＷ４の排他的な開閉動作制御の一例を示す図である。

【図6】本発明の第４の実施形態に係る電力制御器の回路図である。

【図7】従来の電力制御器の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態のいくつかについて説明する。

【0023】

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る電力制御器１の回路図である。図１において、ＳＡ１〜ＳＡ４は電源である太陽電池である。人工衛星などの宇宙機に搭載する場合には、これらは太陽電池アレイとして構成される。太陽電池ＳＡ１〜ＳＡ４の各々は、それぞれ対応する逆流防止素子であるダイオードＤ１〜Ｄ４と直列に接続され、ダイオードＤ１〜Ｄ４を介して負荷Ｌに並列に接続されている。太陽電池ＳＡ１〜ＳＡ４の各々から出力される電力は、逆流防止素子であるダイオードＤ１〜Ｄ４を介して負荷Ｌに供給される。また、バスキャパシタＣが、負荷Ｌに並列に接続されている。すなわち、各太陽電池ＳＡ１〜ＳＡ４は、ダイオードＤ１〜Ｄ４を介してバスキャパシタＣと並列に接続されている。

【0024】

太陽電池ＳＡ１〜ＳＡ４の各々に対して、それぞれ対応するシャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４が並列に接続されている。上記の従来の電力制御器と同様にして、これらのシャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４を個別にオン、オフ、又はスイッチング(オン・オフの繰り返し)のいずれかの動作を行わせることにより、負荷に必要な電力のみを供給し、上述のように、バス電圧を一定レベルに安定化させる。

【0025】

シャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４に対しては、それぞれ対応する第１のスイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−４が、シャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４と直列に接続されている。直列に接続されたシャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４と第１のスイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−４は、電源ＳＡ１〜ＳＡ４に並列に接続されている。

【0026】

また、第２のスイッチＳＷ２が、バスキャパシタＣと並列に接続されている。

【0027】

また、各スイッチに、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を生成し、各スイッチに供給する制御部２が設けられている。制御部２はまた、各スイッチのオン故障及びオフ故障を検出する機能も有している。

【0028】

続いて、図１に示した本実施形態の電力制御器の動作について説明する。

【0029】

（１）シャントスイッチが正常に動作している場合
制御部によって、第１のスイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−４はオンされ、第２のスイッチＳＷ２はオフされる。これによって、電力制御器は、上述の従来の電力制御器の動作と同様の動作を行う。

【0030】

（２）シャントスイッチにオン故障が発生している場合
シャントスイッチにオン故障が発生すると、そのシャントスイッチに対応する電源が短絡されるため、その電源から負荷に電力が供給されなくなる。

【0031】

制御部によって、いずれかのシャントスイッチにオン故障が発生していると検出されると、例えばシャントスイッチＳＳＷ１にオン故障が検出されたとすると、オン故障が検出されたシャントスイッチであるシャントスイッチＳＳＷ１に対応する、シャントスイッチＳＳＷ１に直列に接続された第１のスイッチＳＷ１−１に対して、シャントスイッチＳＳＷ１に対して供給されるべきスイッチ制御信号が供給される。ここで、「シャントスイッチＳＳＷ１に対して供給されるべきスイッチ制御信号」とは、シャントスイッチＳＳＷ１に対して供給されるスイッチ制御信号が正常である場合の、シャントスイッチＳＳＷ１に対して供給されるスイッチ制御信号である。すなわち、シャントスイッチＳＳＷ１に対して供給されるスイッチ制御信号に異常がある場合には、その異常がない場合の正常なスイッチ制御信号と同様のスイッチ制御信号が供給される。

【0032】

ここで、シャントスイッチのオン故障検出は、シャントスイッチの制御と関係なく各太陽電池ＳＡ１〜ＳＡ４の電圧がほぼ０Ｖとなること、負荷への供給電流がほぼゼロとなること、シャントスイッチに流れる電流が所定の閾値を超えること等を検出することによって行うことができることは明らかであろう。

【0033】

これによって、シャントスイッチＳＳＷ１は短絡されているものの、第１のスイッチＳＷ１−１が、本来のシャントスイッチＳＳＷ１の動作と同じ動作を行うので、電力制御器は、本来の動作を行うことができる。

【0034】

また、上記のようにオン故障が検出されたシャントスイッチに対応する第１のスイッチに対して、オン故障が検出されたシャントスイッチに対して供給されるべきシャントスイッチ制御信号を供給する構成に換えて、制御器によって第１のスイッチＳＷ１−１をオフしてもよい。この場合、太陽電池ＳＡ１から負荷Ｌに電力が供給されるが、太陽電池ＳＡ１の発生電力が負荷電力よりも大きい場合には、後述するシャントスイッチ又は第１のスイッチのオフ故障対策である第２のスイッチＳＷ２のスイッチングにより、バス電圧が一定レベルに安定化される。

【0035】

なお、第１のスイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−４をシャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４と常時並列に開閉動作させることによっても、第１のスイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−４が、本来のシャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４の動作と同じ動作を行うので、電力制御器は、本来の動作を行うことができる。

【0036】

（３）シャントスイッチにオフ故障が発生している場合
シャントスイッチにオフ故障が発生すると、そのシャントスイッチに対応する太陽電池からの電力供給量を制御できなくなる。オフ故障が発生したシャントスイッチに対応する太陽電池の発生電力が、負荷電力以下である場合、他のシャント系統についてシャント制御が行われ、バス電圧を一定レベルに安定化させることができる。しかしながら、オフ故障が発生したシャントスイッチに対応する太陽電池の発生電力が、負荷電力よりも大きい場合、他のシャント系統のシャントスイッチをすべてオンにしても余剰電力が発生するので、バス電圧を一定レベルに安定化させることができない。

【0037】

本実施形態においては、制御部２によって、オフ故障が発生したシャントスイッチ又は第１のスイッチに対応する太陽電池の発生電力が、負荷電力よりも大きいと検出された場合、制御部２によって、バスキャパシタＣに並列に接続された第２のスイッチＳＷ２に対して、バス電圧が所定の電圧となるように第２のスイッチＳＷ２をスイッチングさせるスイッチ制御信号が供給される。

【0038】

ここで、オフ故障が発生したシャントスイッチに対応する太陽電池の発生電力が、負荷電力よりも大きいことを検出する構成としては、シャント制御によりすべてのシャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４に対してスイッチをオフにする制御信号が供給される状態が一定時間続くことを検出する構成が考えられる。上述のように、シャント制御は、検出されたバス電圧に基づいて行われる。バス電圧が所定の値よりも大きくなると、バス電圧が所定の値に下がるまで順次シャントスイッチをオンするように制御される。そして、すべてのシャントスイッチがオンされて一定時間経過した後もバス電圧が所定の値まで下がらない場合は、シャントスイッチにオフ故障が発生しているシャント系統からの余剰電力がコンデンサバンクＣに蓄積されていることを意味するので、上記のような構成によって、オフ故障が発生したシャントスイッチに対応する太陽電池の発生電力が、負荷電力よりも大きいことを検出することができる。

【0039】

また、すべてのシャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４に対してスイッチをオフにする制御信号が供給される状態が一定時間続くことを検出する構成に換えて、すべてのシャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４に対してスイッチをオフにする制御信号が供給された後に、バス電圧が所定の閾値以上であることを検出する構成としてもよい。

【0040】

上記の実施形態においては、第１のスイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−４と第２のスイッチＳＷ２の両方が設けられているが、第１のスイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−４のみ、又は第２のスイッチＳＷ２のみを設ける構成としてもよい。

【0041】

（第２の実施形態）
第１の実施形態において第１のスイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−４にオン故障及びオフ故障が発生した場合の対策については、一故障許容設計を前提とすれば特に故障対策は必要ない。すなわち、第１のスイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−４にオン故障が発生した場合は、上記の従来の電力制御器と同様の構成となる。また、第１のスイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−４にオフ故障が発生した場合は、シャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４にオフ故障が発生した場合と同様の動作を電力制御器が行うようにすればよい。

【0042】

これに対して、第１の実施形態における第２のスイッチＳＷ２にオン故障が発生すると、バスラインが短絡され、バス電圧がゼロとなってしまう。このような事態を回避するため、第２の実施形態は、第１の実施形態における第２のスイッチＳＷ２のオン故障対策の手段が追加されたものである。よって、第１の実施形態と同様の部分の説明は省略する。

【0043】

図２は本発明の第２の実施形態に係る電力制御器の回路図である。本実施形態においては、第２のスイッチＳＷ２のオン故障対策の手段として、過電流遮断器である遮断機能付きカレントリミッタＣＬが、第２のスイッチＳＷ２と直列に接続されている。そして、直列に接続された第２のスイッチＳＷ２とカレントリミッタＣＬは、バスキャパシタＣに並列に接続されている。

【0044】

このような構成において、第２のスイッチＳＷ２にオン故障が発生すると、バスラインが短絡されるため、カレントリミッタＣＬに過電流が流れ、回路が遮断され、第２のスイッチＳＷ２がバスラインから分離される。

【0045】

過電流遮断器として、上記の構成では遮断機能付きカレントリミッタを用いたが、過電流遮断器は、ヒューズや、過電流を検知して回路を遮断する回路等の過電流が流れた場合に回路を遮断するものであれば、任意の構成を用いることができる。

【0046】

上記のように過電流遮断器を第２のスイッチと直列に接続する構成に換えて、図３に示すように、第３のスイッチＳＷ３を第２のスイッチＳＷ２に直列に設けてもよい。この場合、制御部２は更に、第３のスイッチＳＷ３に、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を供給する。制御部２によって、第２のスイッチにオン故障が検出されると、制御部によって、第３のスイッチＳＷ３に対して、第２のスイッチＳＷ２に対して供給されるべき制御信号が供給される。これによって、第２のスイッチＳＷ２は短絡されているものの、第３のスイッチＳＷ３が、本来の第２のスイッチＳＷ２の動作と同じ動作を行うので、電力制御器は、本来の動作を行うことができる。

【0047】

なお、この場合、第２のスイッチＳＷ２のオン故障の原因が、制御部から供給される第２のスイッチＳＷ２に対してオンを指示する制御信号が供給され続けることにある場合、第３のスイッチＳＷ３に対しても同様にオンを指示する制御信号が供給され続けることがないような対策をしてもよい。例えば、第２のスイッチに対する制御信号と第３のスイッチに対する制御信号は別個に生成する構成とすることが考えられる。また、第２のスイッチに対する制御信号と第３のスイッチに対する制御信号を共通に生成する構成とする場合は、多数決回路を用いて生成することが考えられる。その他、任意の構成を用いることができる。

【0048】

なお、第２のスイッチＳＷ２にオフ故障が発生した場合は、第２のスイッチＳＷ２が設けられていない構成、すなわち第１の実施形態の変形例の第１のスイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−４のみを設ける構成と同様の構成となるので、一故障許容設計を前提とすれば特に故障対策は必要ない。

【0049】

（第３の実施形態）
第１の実施形態及び第２の実施形態において、第２のスイッチＳＷ２をオンした際に、バス電圧が急激に低下し、バス電圧を制御することができない可能性がある。第３の実施形態は、このような事態を回避するための手段が追加されたものである。よって、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様の部分の説明は省略する。

【0050】

図４は本発明の第３の実施形態に係る電力制御器の回路図である。本実施形態においては、第２のスイッチＳＷ２をオンした際に、バス電圧が急激に低下し、バス電圧を制御することができない事態を防止する手段として、第４のスイッチＳＷ４が、第２のスイッチＳＷ２と直列に接続されている。そして、直列に接続された第２のスイッチＳＷ２と第４のスイッチＳＷ４は、バスキャパシタＣに並列に接続されている。また、各太陽電池ＳＡ１〜ＳＡ４は、ダイオードＤ１〜Ｄ４を介して第２のスイッチＳＷ２と並列に接続されている。そして、各太陽電池ＳＡ１〜ＳＡ４は、ダイオードＤ１〜Ｄ４及び第４のスイッチＳＷ４を介してバスキャパシタＣと並列に接続されている。制御部２は更に、第４のスイッチＳＷ４に、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を供給する。

【0051】

このような構成において、シャントスイッチ又は第１のスイッチのオフ故障が発生していない場合及びスイッチのオフ故障が発生していても、オフ故障が発生したシャントスイッチ又は第１のスイッチに対応する太陽電池の発生電力が、負荷電力以下の場合は、第２のスイッチＳＷ２がオフされ、第４のスイッチＳＷ４がオンされ、第２のスイッチＳＷ２及び第４のスイッチＳＷ４が設けられていない構成と同様の構成となるように、制御部２によって制御される。

【0052】

制御部２によって、オフ故障が発生したシャントスイッチ又は第１のスイッチに対応する太陽電池の発生電力が、負荷電力よりも大きいと検出された場合、上述のように、制御部２によって、第２のスイッチＳＷ２に対して、バス電圧が所定の電圧となるように第２のスイッチＳＷ２をスイッチングさせるスイッチ制御信号が供給されるが、本実施形態においては、第２のスイッチＳＷ２と第４のスイッチＳＷ４は排他的にその開閉動作が制御される。第２のスイッチＳＷ２と第４のスイッチＳＷ４の排他的な開閉動作は、制御部２によって、第２のスイッチＳＷ２と第４のスイッチＳＷ４に排他的なスイッチ制御信号が供給されることによって実現される。

【0053】

第２のスイッチＳＷ２がスイッチングにおいてオンされた場合、第４のスイッチＳＷ４は排他的なスイッチ制御によりオフされ、バスライン間は開放されるので、バス電圧が急激に低下することを防止できる。図５は、第２のスイッチＳＷ２と第４のスイッチＳＷ４の排他的なスイッチング制御の例を示している。

【0054】

なお、第４のスイッチＳＷ４にオン故障が発生した場合は、第１の実施形態又は第２の実施形態の構成と同様の構成となるので、第４のスイッチＳＷ４にオン故障が発生した場合の対策については、一故障許容設計を前提とすれば特に故障対策は必要ない。また、第４のスイッチＳＷ４にオフ故障が発生した場合の対策としては、第４のスイッチを並列冗長構成とすることが考えられる。

【0055】

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、上述の従来の電力制御器におけるシャントスイッチを直並列冗長構成とするものである。よって、上述の従来の電力制御器と同様の部分の説明は省略する。

【0056】

図４は本発明の第４の実施形態に係る電力制御器の回路図である。本実施形態においては、シャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４に対して、それぞれ対応する第１のスイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−４、第５のスイッチＳＷ５−１〜ＳＷ−４、第６のスイッチＳＷ６−１〜ＳＷ６−４が直並列に接続されている。制御部２は更に、第５のスイッチＳＷ５−１〜ＳＷ−４及び第６のスイッチＳＷ６−１〜ＳＷ６−４に、オン、オフ、及びスイッチングのいずれかの動作を行うよう指示するスイッチ制御信号を供給する。

【0057】

このような構成において、シャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４及び第５のスイッチＳＷ５−１〜ＳＷ−４は、常時並列に開閉動作される。そして、シャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４及び第５のスイッチＳＷ５−１〜ＳＷ−４が正常に動作している場合には、第１のスイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−４及び第６のスイッチＳＷ６−１〜ＳＷ６−４は、制御部によってオンされる。すなわち、制御部によって、第５のスイッチＳＷ５−１〜ＳＷ−４に対して、シャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４に対して供給されるべき制御信号が供給される。

【0058】

このような構成によれば、一故障許容設計を前提とすれば、いずれかのスイッチにオフ故障が発生しても、特に故障対策は必要ない。また、第１のスイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−４及び第６のスイッチＳＷ６−１〜ＳＷ６−４のいずれかにオン故障が発生した場合は、上記の従来の電力制御器と同様の構成となる。

【0059】

シャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４及び第５のスイッチＳＷ５−１〜ＳＷ−４のいずれかにオン故障が発生し、制御部２によって検出された場合は、第１の実施形態のオン故障対策と同様にして、制御部２によって、オン故障が検出されたシャントスイッチに直列に接続される第１のスイッチ又は第５のスイッチに直列に接続される第６のスイッチに対して、オン故障が検出されたシャントスイッチ又は第５のスイッチに対して供給されるべきスイッチ制御信号を供給するか、又はオン故障が検出されたシャントスイッチに直列に接続される第１のスイッチ又は第５のスイッチに直列に接続される第６のスイッチをオフする構成とすればよい。

【0060】

上記のような構成に換えて、直並列に接続されたシャントスイッチ、第１のスイッチ、第５のスイッチ、第６のスイッチを、常時並列に開閉動作させてもよい。この場合、制御部によって、シャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４にそれぞれ対応する第１のスイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−４、第５のスイッチＳＷ５−１〜ＳＷ−４、及び第６のスイッチＳＷ６−１〜ＳＷ６−４に対して、シャントスイッチＳＳＷ１〜ＳＳＷ４に対して供給されるべき制御信号が供給される。

【0061】

このような構成によれば、一故障許容設計を前提とすれば、いずれかのスイッチにオン故障又はオフ故障が発生しても、特に故障対策は必要ない。

【0062】

なお、いずれかのスイッチのオン故障の原因が、制御部から供給される当該スイッチに対する制御信号がオンを指示する信号が供給され続けることにある場合、第２の実施形態の第２のスイッチと第３のスイッチについて上述したと同様に、他のスイッチに対しても同様にオンを指示する制御信号が供給され続けることがないような対策をしてもよい。例えば、各スイッチに対する制御信号は別個に生成する構成とすることが考えられる。また、複数のスイッチに対する制御信号を共通に生成する構成とする場合は、多数決回路を用いて生成することが考えられる。

【0063】

上記実施形態では、複数の電源として４つの太陽電池を例として説明したが、１つ又はそれ以上の任意の数の他の任意の電源を用いることができる。

【0064】

上記実施形態では、逆流防止素子としてダイオードを例として説明したが、他の任意の逆流防止機能を有する素子を用いることができる。

【0065】

以上、本発明について、例示のためにいくつかの実施例に関して説明してきたが、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、形態及び詳細について、様々な変形及び修正を行うことができることは、当業者に明らかであろう。

【符号の説明】

【0066】

１ 電力制御器
２ 制御部
１０ 電力制御器
１１ 追加のシャント系統
１２ 余剰電力を消費するための負荷
Ｃ バスキャパシタ
Ｌ 負荷
ＳＡ１〜ＳＡ４ 太陽電池
Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード
ＳＳＷ１〜ＳＳＷ４ シャントスイッチ
ＳＷ１−１〜ＳＷ１−４ 第１のスイッチ
ＳＷ２ 第２のスイッチ
ＳＷ３ 第３のスイッチ
ＳＷ４ 第４のスイッチ
ＳＷ５−１〜ＳＷ５−４ 第５のスイッチ
ＳＷ６−１〜ＳＷ６−４ 第６のスイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】