特開 2018-26917 電源制御装置

(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2018-26917(P2018-26917A)

(43)【公開日】2018年2月15日

(54)【発明の名称】電源制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20180119BHJP

   G05F 1/00 20060101ALI20180119BHJP

   H02S 50/00 20140101ALI20180119BHJP

【ＦＩ】

   H02J1/00 309U

   H02J1/00 304E

   H02J1/00 306B

   G05F1/00 F

   H02S50/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-156094(P2016-156094)

(22)【出願日】2016年8月9日

(71)【出願人】

【識別番号】301072650

【氏名又は名称】ＮＥＣスペーステクノロジー株式会社

(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】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】吉野 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】艸分 宏昌

【テーマコード（参考）】

5F151

5G165

5H410

【Ｆターム（参考）】

5F151BA02

5F151BA17

5F151KA02

5F151KA05

5G165DA01

5G165DA02

5G165DA04

5G165EA03

5H410BB02

5H410BB04

5H410CC02

5H410DD02

5H410EA11

5H410EB01

5H410EB37

5H410FF03

5H410FF25

(57)【要約】

【課題】負荷へ供給するバス電圧の変動に応じ各太陽電池アレイを順番にシャント・開放する制御を行う際のスイッチングノイズの低減が可能な電源制御装置を提供する。
【解決手段】太陽電池アレイ２１，２２，…，２ｎそれぞれに対応して設置し、負荷３０に対する電力供給を制御する各電源制御回路１１，１２，…，１ｎそれぞれを、第１のスイッチ素子ＴＲ１または第２のスイッチ素子ＴＲ２のスイッチング動作時におけるノイズ発生源の直近である、正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴと負極側電力出力ラインＳＡＰ ＲＴＮとの間に接続した第１のスイッチ素子ＴＲ１の負極側端子と、正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴ上に接続した第１の電流逆流防止素子Ｄ１の下流側端子と、の間に、スイッチングノイズ吸収用の第２のキャパシタバンクＣ２と、スイッチング動作時の共振抑制用の第３の抵抗Ｒ３と、を直列接続した回路構成とする。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

単数または複数の太陽電池アレイそれぞれに対応して、各前記太陽電池アレイの正極側電力出力ラインと負極側電力出力ラインとに、負荷に対する電力供給を制御する電源制御回路それぞれを接続し、各前記電源制御回路の前記正極側電力出力ラインと前記負極側電力出力ラインとの出力端において互いに接続して、正極側バス電圧ラインと負極側バス電圧ラインとして、前記負荷に接続するとともに、前記正極側バス電圧ラインと前記負極側バス電圧ラインとの間に、前記負荷へ供給するバス電圧を平滑するための第１のキャパシタバンクを接続した電源制御装置であって、
各前記電源制御回路は、
前記正極側電力出力ラインと前記負極側電力出力ラインとの間に接続した第１のスイッチ素子と、
前記正極側電力出力ライン上に接続した第１の電流逆流防止素子と
を有し、さらに、
前記第１のスイッチ素子のスイッチング動作時におけるノイズ発生源の直近である前記第１の電流逆流防止素子の下流側端子と前記第１のスイッチ素子の負極側端子との間に、スイッチングノイズ低減用として接続した第２のキャパシタバンク
を備え、
前記正極側バス電圧ラインと前記負極側バス電圧ラインとの間に接続された前記第１のキャパシタバンクの両端の電位差である前記バス電圧をモニタした結果と当該電源制御回路にあらかじめ割り振られている第１の基準電圧との比較結果に応じて、前記第１のスイッチ素子をシャントまたは開放する
ことを特徴とする電源制御装置。

【請求項2】

各前記電源制御回路は、
前記第１のスイッチ素子のスイッチング動作時の共振ダンピング用として、前記第２のキャパシタバンクの正極側または負極側の端子に直列に接続された抵抗を
さらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の電源制御装置。

【請求項3】

各前記電源制御回路の動作用の電力を供給するバッテリを備え、
前記バッテリの正極側端子は、正極側バッテリ電圧ラインを介して前記正極側電力出力ラインに接続し、
前記バッテリの負極側端子は、負極側バッテリ電圧ラインを介して前記負極側電力出力ラインに接続し、
各前記電源制御回路は、前記バッテリを充電するために、前記正極側電力出力ラインと前記バッテリ側の正極側バッテリ電圧ラインとの間に、直列接続した第２のスイッチ素子と第２の電流逆流防止素子とをさらに備え、
前記正極側バス電圧ラインと前記負極側バス電圧ラインとの間に接続された前記第１のキャパシタバンクの両端の電位差である前記バス電圧をモニタした結果と当該電源制御回路にあらかじめ割り振られている第２の基準電圧との比較結果に応じて、前記第２のスイッチ素子を短絡または開放する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電源制御装置。

【請求項4】

各前記電源制御回路は、前記バス電圧をモニタした結果を得るために、前記正極側バス電圧ラインと前記負極側バス電圧ラインとの間に接続した差動アンプをさらに備え、
前記バス電圧をあらかじめ定めた増幅率で前記差動アンプによって増幅して、前記バス電圧をモニタした結果として出力し、前記第１の基準電圧または前記第２の基準電圧と比較する
ことを特徴とする請求項２または３に記載の電源制御装置。

【請求項5】

前記差動アンプを、各前記電源制御回路毎に備える代わりに、各前記電源制御回路共通に、１個のみ備えるか、または、多数決冗長構成にして複数個備えることを特徴とする請求項４に記載の電源制御装置。

【請求項6】

前記正極側電力出力ライン上の前記第１の電流逆流防止素子と直列に、かつ該第１の電流逆流防止素子の下流側に、第２の抵抗を接続し、
前記バッテリに蓄電した電力を前記正極側電力出力ラインに放電するために、前記正極側電力出力ライン上の前記第２の抵抗の下流側と前記正極側バッテリ電圧ラインとの間に放電回路を接続した
ことを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の電源制御装置。

【請求項7】

前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子はＭＯＳ型電界効果トランジスタを用いて構成し、前記第１の電流逆流防止素子および前記第２の電流逆流防止素子はダイオードを用いて構成し、前記第１キャパシタバンクおよび前記第２のキャパシタバンクはコンデンサを用いて構成することを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載の電源制御装置。

【請求項8】

電源発生源となる前記太陽電池アレイの代わりに、太陽電池を模擬した太陽電池模擬装置を用いることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の電源制御装置。

【請求項9】

単数もしくは複数の太陽電池アレイまたは太陽電池模擬装置それぞれに対応して、各前記太陽電池アレイまたは各前記太陽電池模擬装置の正極側電力出力ラインと負極側電力出力ラインとに、負荷に対する電力供給を制御する電源制御回路それぞれを接続し、各前記電源制御回路の前記正極側電力出力ラインと前記負極側電力出力ラインとの出力端において互いに接続して、正極側バス電圧ラインと負極側バス電圧ラインとして、前記負荷に接続するとともに、前記正極側バス電圧ラインと前記負極側バス電圧ラインとの間に、前記負荷へ供給するバス電圧を平滑するための第１のキャパシタバンクを接続した電源制御装置であって、
各前記電源制御回路の動作用の電力を供給するバッテリを備え、前記バッテリの正極側端子は正極側バッテリ電圧ラインを介して前記正極側電力出力ラインに接続し、前記バッテリの負極側端子は負極側バッテリ電圧ラインを介して前記負極側電力出力ラインに接続し、
各前記電源制御回路は、
前記正極側電力出力ラインと前記負極側電力出力ラインとの間に直列接続した第１のスイッチ素子と第１の抵抗とを接続し、
前記正極側電力出力ラインに第１の電流逆流防止素子と第２の抵抗とを直列に接続し、
前記正極側電力出力ライン上の前記第２の抵抗の下流側と前記正極側バッテリ電圧ラインとの間に、前記バッテリに蓄電した電力を放電する放電回路を接続し、
前記正極側バス電圧ライン上の前記第１の電流逆流防止素子の上流側と、前記放電回路と前記バッテリとの接続点との間に、直列接続した第２のスイッチ素子と第２の電流逆流防止素子とを接続し、
前記正極側バス電圧ラインと前記負極側バス電圧ラインとの間の差動電圧をあらかじめ定めた増幅率で増幅する差動アンプの入力端を、前記正極側バス電圧ラインと前記負極側バス電圧ラインとの間に接続し、
前記差動アンプの出力端と第１のコンパレータおよび第２のコンパレータそれぞれの入力端とを接続し、
前記第１のコンパレータの出力端を、前記第１のスイッチ素子を駆動する第１のドライバの制御端に接続し、前記第２のコンパレータの出力端を、前記第２のスイッチ素子を駆動する第２のドライバの制御端に接続し、
前記第１のスイッチ素子または前記第２のスイッチ素子のスイッチング動作時におけるノイズ発生源の直近である前記第１の電流逆流防止素子の下流側端子と、前記第１のドライバが接続される端子を除く前記第１のスイッチ素子の残りの端子のうち低電位側端子との間に、第２のキャパシタバンクと第３の抵抗とを直列に接続した
構成とし、
前記第１のコンパレータにおいて、前記差動アンプからの出力電圧を当該電源制御回路にあらかじめ割り振られている第１の基準電圧と比較した結果を第１の制御量として前記第１のドライバに入力することにより、前記第１のスイッチ素子をシャントするかまたは開放するかというスイッチング動作を制御し、
かつ、
前記第２のコンパレータにおいて、前記差動アンプからの出力電圧を当該電源制御回路にあらかじめ割り振られている第２の基準電圧と比較した結果を第２の制御量として前記第２のドライバに入力することにより、前記第２のスイッチ素子を短絡するかまたは開放するかというスイッチング動作を制御する
ことを特徴とする電源制御装置。

【請求項10】

前記第２のコンパレータ、前記第２のドライバ、前記第２のスイッチ素子および前記第２の電流逆流防止素子に代えて、バッテリ充電制御器を用いる構成か、
または
前記第２のコンパレータ、前記第２のドライバ、前記第２のスイッチ素子、第２の電流逆流防止素子および放電回路を用いず、前記正極側バッテリ電圧ラインと前記正極側バス電圧ラインとを接続する構成か
のうちの何れかの構成とした
ことを特徴とする請求項９に記載の電源制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源制御装置に関し、例えば、人工衛星に搭載して使用され、単数もしくは複数の太陽電池アレイの出力電力を負荷へ供給する装置として動作し、バス電圧を安定に制御するための電源制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

人工衛星等においては、通常、バス電源を２８Ｖ、５０Ｖ、１００Ｖ等の直流安定化した電圧（バス電圧）として供給するために電源制御装置が利用されている。

【0003】

人工衛星用の電源制御方式の一つに、電源出力端を負荷に制御要素を介在させずに電力供給ラインにて直結するＤＥＴ（Direct Energy Transfer）方式がある。ＤＥＴ方式は、人工衛星の太陽電池アレイに太陽光が照射する時（日照時）に、単数または複数の太陽電池アレイで発生した電力を、供給電力として、負荷へ電流逆流防止素子を介して直接伝送し、余剰電力は特定の太陽電池アレイ出力を短絡（シャント）することによって調節して、直流のバス電圧（２８Ｖ、５０Ｖ、１００Ｖ等）を安定な状態になるように制御する、という方式である。

【0004】

このようなＤＥＴ方式は、出力電力を短絡（シャント）する方式について、さらに、アナログシャント方式とデジタルシャント方式との２種類のシャント制御方式に大きく分けられる。ＤＥＴ方式としてデジタルシャント方式を採用した電源制御装置は、他の電源制御装置と比較して、回路が容易である割には、太陽電池アレイで発生した電力を効率的に負荷へ供給することができるという利点があるため、技術試験衛星（ＥＴＳシリーズ：Engineering Test Satellite Series）を始めとして、世界中の様々な用途の人工衛星において採用されている。

【0005】

このようなデジタルシャント方式のＤＥＴ方式を採用した電源制御装置においては、個々の太陽電池アレイの出力をシャントまたは開放するスイッチング動作により、単数もしくは複数の太陽電池アレイから発生する電力または電流の合計値を調節してバス電圧制御を行っている。そして、バス電圧の変動に応じて、各太陽電池アレイを順番（シーケンシャル）にシャントまたは開放するように、個々の太陽電池アレイ毎に、あらかじめ許容されるバス電圧変動幅に対応したシャントまたは開放の動作領域が割り振られている。このシャントまたは開放動作とバス電圧を平滑化するために設けられたキャパシタバンクとからなる負帰還発振制御（通称バンバン制御（bang-bang control）と称する）のスイッチング動作によって、バス電圧が規定の変動幅の範囲で安定化する仕組みが採用されている（例えば、非特許文献１、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

【0006】

かくのごとき電源制御装置においては、要求される発生電力の大きさに応じて、太陽電池アレイの構成段数およびアレイ１段当たりの電流値が決定される。太陽電池アレイの構成段数は、通常、数段から数十段程度で構成されており、あらかじめ許容されるバス電圧変動幅の範囲内で個々の太陽電池アレイに対するシャントまたは開放の動作領域が、その構成段数によって分割して割り振られる。つまり、構成段数の段間に許容される電圧変動幅は、概ねバス電圧変動幅／構成段数で決定されることになる。

【0007】

近年、電源制御装置の性能向上要求により、バス電圧変動幅をできるだけ狭くして、１Ｖから３Ｖ以内の程度にする傾向があり、同時に、電力増大要求により、太陽電池アレイを構成する段数の増加、アレイ１段当たりの電流値の増加、バス電圧の上昇（２８Ｖ→５０Ｖ→１００Ｖ）という傾向がある。これらの影響により、太陽電池アレイを構成するアレイ段間に許容される電圧変動幅が非常に狭くなる一方で、電力増大に伴う電流・電圧増加よってスイッチングノイズは増加する傾向にある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１１−８７３７９号公報

【特許文献2】特開２００９−１１８６９９号公報

【特許文献3】特開２００９−２０６１７６号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】S.Kuwajima， et al．，“Digital sequential shunt regulator for solar power conditioning of engineering test satellite（ＥＴＳ−Ｖ），”Power Electronics Specialists Conference１９８８（ＰＥＳＣ’８８），IEEE， April １９８８．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

前述したように、近年の電源制御装置では、バス電圧安定性向上の要求に応じるために、バス電圧変動幅をできるだけ狭くして、１Ｖから３Ｖ以内程度に抑える傾向にあり、同時に、電力増大要求に対応するために、太陽電池アレイを構成する段数の増加、アレイ１段当たりの電流値の増加、バス電圧の上昇（２８Ｖ→５０Ｖ→１００Ｖ）という傾向にある。これらの影響から、太陽電池アレイにおけるアレイ段間に許容される電圧変動幅が非常に狭くなる一方で、電力増大に伴う電流・電圧増加よってスイッチングノイズは増加する傾向にあることも前述したところである。

【0011】

従来の技術においては、電流・電圧増加に伴って増大するスイッチングノイズが、太陽電池アレイにおけるアレイ段間に許容される電圧変動幅から逸脱してしまい、バス電圧変動幅をできるだけ狭くする要求と電力増大の要求とを両立させることが難しかった。具体的には、１段ずつ順次にシャントまたは解放の動作をすることが好ましいにも関わらず、複数の太陽電池アレイそれぞれに対応した各電源制御回路が同時または一斉にシャントまたは開放の動作を行ってしまって、バス電圧が許容変動範囲から逸脱し、バス電圧の制御系が不安定な動作になるという欠点や許容される電圧変動幅を逸脱するという解決するべき課題が従来の技術にはあった。

【0012】

かくのごとき課題の解決には、次に示す３つ程度の解決策が考えられる。一つ目が、負帰還発振制御系の応答を遅くし、スイッチングノイズに対して制御系が応答しないようにする方法である。二つ目が、バス電圧の許容変動幅を拡大する方法である。三つ目が、スイッチングノイズを低減する方法である。

【0013】

一つ目の制御系の応答を遅くするという方法は、スイッチングノイズ以外の通常のバス電圧変動に対する応答も遅らせることになる場合が多く、制御特性が悪化する欠点がある。二つ目のバス電圧の許容変動幅を拡大するという方法は、電源制御装置のバス電圧安定性向上要求（バス電圧変動幅をできるだけ狭くする要求）と矛盾する。よって、三つ目のスイッチングノイズを低減するという方法が最適な解決策であると考えられる。

【0014】

スイッチングノイズ低減には、大きく分けて、次に示す４つ程度の解決策が考えられる。一つ目が、アレイ１段当たりの電流値の低減やバス電圧の低下など電力を低下する方法である。二つ目が、キャパシタバンク容量を大きくする方法である。三つ目が、スイッチングにおける電圧および電流波形のパルスの立ち上がりや立下りを緩やかにする方法である。四つ目が、ノイズ発生源の直近へノイズ除去用回路を追加する方法である。

【0015】

一つ目のアレイ１段当たりの電流値の低減やバス電圧の低下など電力を低下するという方法は、電源制御装置に対する電力増大要求と矛盾するので、採用し難い。二つ目のキャパシタバンク容量を大きくするという方法は、一般的に、キャパシタバンクはスイッチングノイズの発生源から距離が離れた場所にあるため、キャパシタバンク容量を大きくしても、スイッチングノイズ低減の効果が小さい場合が多く、効果を得るためには、キャパシタバンク容量を相当大きくする必要があり、電源制御装置の小型軽量化を阻害することになる。三つ目のスイッチングにおける電圧および電流波形のパルスの立ち上がりや立下りを緩やかにするという方法は、様々な実現策が考えられるが、回路の複雑さや発熱量の増大等のデメリットもあり、これらのデメリットを回避した方法を実際の回路で実現するのは難しい場合が多い。したがって、四つ目のノイズ発生源の直近へスイッチングノイズ除去用回路を追加するという方法が最も望ましいと考えられる。

【0016】

（本発明の目的）
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、バス電圧の変動に応じて電源発生源である各太陽電池アレイまたは各太陽電池模擬装置を順番（シーケンシャル）にシャントまたは開放する制御を行う電源制御装置において、ノイズ発生源の直近へスイッチングノイズ除去用の回路を追加することによってスイッチングノイズの低減を可能にする電源制御装置を提供することを、その目的としている。

【0017】

さらに、小型・軽量・シンプルな回路の構成で実現することができ、かつ、発熱量増大等のデメリットも少なくし、かつ、バス電圧安定性向上の要求（バス電圧変動幅をできるだけ狭くする要求）と電力増大の要求とを同時に実現することが可能な電源制御装置を提供することも、その目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0018】

前述の課題を解決するため、本発明による電源制御装置は、主に、次のような特徴的な構成を採用している。

【0019】

（１）本発明による電源制御装置は、
単数または複数の太陽電池アレイそれぞれに対応して、各前記太陽電池アレイの正極側電力出力ラインと負極側電力出力ラインとに、負荷に対する電力供給を制御する電源制御回路それぞれを接続し、各前記電源制御回路の前記正極側電力出力ラインと前記負極側電力出力ラインとの出力端において互いに接続して、正極側バス電圧ラインと負極側バス電圧ラインとして、前記負荷に接続するとともに、前記正極側バス電圧ラインと前記負極側バス電圧ラインとの間に、前記負荷へ供給するバス電圧を平滑するための第１のキャパシタバンクを接続した電源制御装置であって、
各前記電源制御回路は、
前記正極側電力出力ラインと前記負極側電力出力ラインとの間に接続した第１のスイッチ素子と、
前記正極側電力出力ライン上に接続した第１の電流逆流防止素子と
を有し、さらに、
前記第１のスイッチ素子のスイッチング動作時におけるノイズ発生源の直近である前記第１の電流逆流防止素子の下流側端子と前記第１のスイッチ素子の負極側端子との間に、スイッチングノイズ低減用として接続した第２のキャパシタバンク
を備え、
前記正極側バス電圧ラインと前記負極側バス電圧ラインとの間に接続された前記第１のキャパシタバンクの両端の電位差である前記バス電圧をモニタした結果と当該電源制御回路にあらかじめ割り振られている第１の基準電圧との比較結果に応じて、前記第１のスイッチ素子をシャントまたは開放する
ことを特徴とする。

【0020】

（２）本発明による電源制御装置は、
単数もしくは複数の太陽電池アレイまたは太陽電池模擬装置それぞれに対応して、各前記太陽電池アレイまたは各前記太陽電池模擬装置の正極側電力出力ラインと負極側電力出力ラインとに、負荷に対する電力供給を制御する電源制御回路それぞれを接続し、各前記電源制御回路の前記正極側電力出力ラインと前記負極側電力出力ラインとの出力端において互いに接続して、正極側バス電圧ラインと負極側バス電圧ラインとして、前記負荷に接続するとともに、前記正極側バス電圧ラインと前記負極側バス電圧ラインとの間に、前記負荷へ供給するバス電圧を平滑するための第１のキャパシタバンクを接続した電源制御装置であって、
各前記電源制御回路の動作用の電力を供給するバッテリを備え、前記バッテリの正極側端子は正極側バッテリ電圧ラインを介して前記正極側電力出力ラインに接続し、前記バッテリの負極側端子は負極側バッテリ電圧ラインを介して前記負極側電力出力ラインに接続し、
各前記電源制御回路は、
前記正極側電力出力ラインと前記負極側電力出力ラインとの間に直列接続した第１のスイッチ素子と第１の抵抗とを接続し、
前記正極側電力出力ラインに第１の電流逆流防止素子と第２の抵抗とを直列に接続し、
前記正極側電力出力ライン上の前記第２の抵抗の下流側と前記正極側バッテリ電圧ラインとの間に、前記バッテリに蓄電した電力を放電する放電回路を接続し、
前記正極側バス電圧ライン上の前記第１の電流逆流防止素子の上流側と、前記放電回路と前記バッテリとの接続点との間に、直列接続した第２のスイッチ素子と第２の電流逆流防止素子とを接続し、
前記正極側バス電圧ラインと前記負極側バス電圧ラインとの間の差動電圧をあらかじめ定めた増幅率で増幅する差動アンプの入力端を、前記正極側バス電圧ラインと前記負極側バス電圧ラインとの間に接続し、
前記差動アンプの出力端と第１のコンパレータおよび第２のコンパレータそれぞれの入力端とを接続し、
前記第１のコンパレータの出力端を、前記第１のスイッチ素子を駆動する第１のドライバの制御端に接続し、前記第２のコンパレータの出力端を、前記第２のスイッチ素子を駆動する第２のドライバの制御端に接続し、
前記第１のスイッチ素子または前記第２のスイッチ素子のスイッチング動作時におけるノイズ発生源の直近である前記第１の電流逆流防止素子の下流側端子と、前記第１のドライバが接続される端子を除く前記第１のスイッチ素子の残りの端子のうち低電位側端子との間に、直列接続した前記第２のキャパシタバンクと前記第３の抵抗とを接続した
構成とし、
前記第１のコンパレータにおいて、前記差動アンプからの出力電圧を当該電源制御回路にあらかじめ割り振られている第１の基準電圧と比較した結果を第１の制御量として前記第１のドライバに入力することにより、前記第１のスイッチ素子をシャントするかまたは開放するかというスイッチング動作を制御し、
かつ、
前記第２のコンパレータにおいて、前記差動アンプからの出力電圧を当該電源制御回路にあらかじめ割り振られている第２の基準電圧と比較した結果を第２の制御量として前記第２のドライバに入力することにより、前記第２のスイッチ素子を短絡するかまたは開放するかというスイッチング動作を制御する
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

本発明の電源制御装置によれば、以下のような効果を奏することができる。

【0022】

第１の効果として、電力発生源として用いた太陽電池または太陽電池模擬装置の出力電力を制御する電源制御装置において、第１のスイッチ素子または第２のスイッチ素子のスイッチング動作時におけるノイズ発生源の直近となる、正極側電力出力ライン上に接続した第１の電流逆流防止素子の下流側端子と、正極側電力出力ラインと負極側電力出力ラインとの間に接続した第１のスイッチ素子の負極側端子（低電位側端子）と、の間に、スイッチングノイズ低減用として第２のキャパシタバンクを接続しているので、小型・軽量・シンプルな回路構成で、かつ、スイッチングノイズ低減を実現することができる。

【0023】

第２の効果として、電力発生源として用いた太陽電池または太陽電池模擬装置の出力電力を制御する電源制御装置において、発熱量増大等のデメリットが少なく、かつ、スイッチングノイズ低減を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明に係る電源制御装置の回路構成の一例を示す回路図である。

【図2】図１に示した電源制御装置における電圧波形イメージの一例を示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明による電源制御装置の好適な実施形態について添付図を参照して説明する。なお、以下の各図面に付した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではないことも言うまでもない。

【0026】

（本発明の特徴）
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の特徴についてその概要をまず説明する。本発明は、
単数もしくは複数の太陽電池アレイまたは太陽電池模擬装置を用いた電力発生源の電力を負荷に供給するための各電力出力ライン上に設置して、シャントまたは開放することにより、各前記電力出力ラインの下流側において互いに接続してバス電圧として前記負荷へ出力するバス電圧ライン上の余剰電力によるそのバス電圧の上昇を抑える電源制御装置であって、
前記電力発生源から出力される電力を、正極側電力出力ラインに直列接続した電流逆流防止素子を介してキャパシタバンクによって平滑化した後、下流側の正極側バス電圧ラインと負極側バス電圧ラインとを介して負荷へ供給し
かつ、
電力を前記負荷に供給する際に、前記電力発生源からの正極側電力出力ラインと負極側電力出力ラインとの間に接続したスイッチ素子のシャントまたは開放動作によって生じる急激なバス電圧の変動に伴って発生するスイッチングノイズを、そのスイッチングノイズの発生源の直近になる前記電流逆流防止素子の下流側端子と前記スイッチ素子の負極側端子（低電位側端子）との間に、抵抗を介して接続したコンデンサにより、低減しつつ、スイッチング動作時に発生する共振を抑制する
ことを主要な特徴としている。

【0027】

さらに詳細に説明すると、本発明は、次のような回路構成を採用することに、その特徴を有している。すなわち、
単数もしくは複数の太陽電池アレイまたは太陽電池模擬装置それぞれに対応して、各前記太陽電池アレイまたは各前記太陽電池模擬装置の正極側電力出力ラインと負極側電力出力ラインとに、負荷に対する電力供給を制御する電源制御回路それぞれを接続し、各前記電源制御回路の前記正極側電力出力ラインと前記負極側電力出力ラインとの出力端において互いに接続して、正極側バス電圧ラインと負極側バス電圧ラインとして、前記負荷に接続するとともに、前記正極側バス電圧ラインと前記負極側バス電圧ラインとの間に、前記負荷へ供給するバス電圧を平滑するための第１のキャパシタバンクを接続した電源制御装置であって、
各前記電源制御回路に対して、動作用の電力を、正極側バッテリ電圧ラインを介して供給するバッテリの負極側端子を、負極側バッテリ電圧ラインを介して前記負極側電力出力ラインに接続し、
各前記電源制御回路は、
前記正極側電力出力ラインと前記負極側電力出力ラインとの間に直列接続した第１のスイッチ素子と第１の抵抗とを接続し、
前記正極側電力出力ラインに第１の電流逆流防止素子と第２の抵抗とを直列に接続し、
前記正極側電力出力ライン上の前記第２の抵抗の下流側と前記正極側バッテリ電圧ラインとの間に、前記バッテリに蓄電した電力を放電する放電回路を接続し、
前記正極側バス電圧ライン上の前記第１の電流逆流防止素子の上流側と、前記放電回路と前記バッテリとの接続点との間に、直列接続した第２のスイッチ素子と第２の電流逆流防止素子とを接続し、
前記正極側バス電圧ラインと前記負極側バス電圧ラインとの間の差動電圧をあらかじめ定めた増幅率で増幅する差動アンプの入力端を、前記正極側バス電圧ラインと前記負極側バス電圧ラインとの間に接続し、
前記差動アンプの出力端と第１のコンパレータおよび第２のコンパレータそれぞれの入力端とを接続し、
前記第１のコンパレータの出力端を、前記第１のスイッチ素子を駆動する第１のドライバの制御端に接続し、前記第２のコンパレータの出力端を、前記第２のスイッチ素子を駆動する第２のドライバの制御端に接続し、
前記第１のスイッチ素子または前記第２のスイッチ素子のスイッチング動作時におけるノイズ発生源の直近である前記第１の電流逆流防止素子の下流側端子と、前記第１のドライバが接続される端子を除く前記第１のスイッチ素子の残りの端子のうち低電位側端子との間に、直列接続した前記第２のキャパシタバンクと前記第３の抵抗とを接続した
構成とし、
前記第１のコンパレータにおいて、前記差動アンプからの出力電圧を当該電源制御回路にあらかじめ割り振られている第１の基準電圧と比較した結果を第１の制御量として前記第１のドライバに入力することにより、前記第１のスイッチ素子をシャントするかまたは開放するかというスイッチング動作を制御し、
かつ、
前記第２のコンパレータにおいて、前記差動アンプからの出力電圧を当該電源制御回路にあらかじめ割り振られている第２の基準電圧と比較した結果を第２の制御量として前記第２のドライバに入力することにより、前記第２のスイッチ素子を短絡するかまたは開放するかというスイッチング動作を制御する
ことを
主要な特徴としている。

【0028】

而して、前記第１のスイッチ素子または前記第２のスイッチ素子のスイッチング動作時におけるスイッチングノイズの発生源の直近となる前記第１の電流逆流防止素子の下流側端子と、前記第１のスイッチ素子の３つの端子のうち、前記第１のドライバが接続される端子（ゲート）を除く残りの２つの端子の低電位側端子すなわち負極側端子と、の間に前記第２のキャパシタバンクと前記第３の抵抗とを直列に接続するという回路構成を採用することによって、前記第２のキャパシタバンクにより、前記第１のスイッチ素子または前記第２のスイッチ素子のスイッチングノイズを吸収するとともに、前記第３の抵抗により、前記第１のキャパシタバンク、前記第２のキャパシタバンクと配線に含まれるインダクタンス成分とによりスイッチング動作時に発生する共振をダンピングすることが可能になり、スイッチング動作に起因するバス電圧の変動を許容電圧範囲内に抑制することができる。

【0029】

（実施の形態）
次に、本発明の実施の形態について、図１、図２を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る電源制御装置の回路構成の一例を示す回路図であり、スイッチングノイズ低減機構を備えた電源制御装置の一構成例を示している。図２は、図１に示した電源制御装置における電圧波形イメージの一例を示す特性図であり、スイッチングノイズ低減機構を備えたことによる図１の電源制御装置の効果の一例を説明している

【0030】

（実施の形態の構成例）
図１を参照して、まず、本実施の形態の電源制御装置の構成について詳細に説明する。

【0031】

電力発生源は、ｎ段（ｎ：自然数）構成の単数もしくは複数の太陽電池アレイ２１，２２，…，２ｎから構成される。太陽電池アレイ２１，２２，…，２ｎそれぞれは、単一の太陽電池セルを複数直並列接続して構成される電力発生装置である。なお、負荷３０が必要とする負荷電力は、太陽電池アレイ２１，２２，…，２ｎの総発生電力すなわち総出力電力よりも小さいものとする。

【0032】

ｎ段構成の単数もしくは複数の太陽電池アレイ２１，２２，…，２ｎそれぞれの正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴと負極側電力出力ラインＳＡＰ ＲＴＮとに、ｎ段の電源制御回路１１，１２，…，１ｎそれぞれが接続される。ｎ段の電源制御回路１１，１２，…，１ｎが電源制御装置１０を形成する。ｎ段の電源制御回路１１，１２，…，１ｎそれぞれは、バス電圧ラインからの電力供給により動作する。また、ｎ段の電源制御回路１１，１２，…，１ｎそれぞれの正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴと負極側電力出力ラインＳＡＰ ＲＴＮとは、それぞれの出力端において、互いに接続されて、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴと負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮとのそれぞれに接続され、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴと負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮとは負荷３０に接続される。

【0033】

負荷３０の上流側の正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴと負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮとの間には、バス電圧の平滑用の第１のキャパシタバンクＣ１が接続される。第１のキャパシタバンクＣ１とは、容量性の電力蓄電素子のことである。バッテリ４０は、負荷３０が必要とする負荷電力が、太陽電池アレイ２１，２２，…，２ｎの総発生電力すなわち総出力電力よりも大きくなった場合に、バス電圧ラインに電力を供給する。負極側バッテリ電圧ラインＢＡＴ ＲＴＮは、負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮに接続される。正極側バッテリ電圧ラインＢＡＴ ＨＯＴは、後述のとおり、放電回路４１の一端と第２の電流逆流防止素子Ｄ２との接続点に接続される。バッテリ４０とは、単一の蓄電池を複数直並列接続して構成される蓄電装置のことである。

【0034】

ｎ段の電源制御回路１１，１２，…，１ｎそれぞれは、同じ回路構成からなっているので、以下では、第１段目の電源制御回路１１に着目して、その内部の回路構成について詳細に説明する。

【0035】

太陽電池アレイ２１の正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴと負極側電力出力ラインＳＡＰ ＲＴＮとの間には、直列接続した第１のスイッチ素子ＴＲ１と第１の抵抗Ｒ１とが接続される。さらに、正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴ上には、上流側に第１の電流逆流防止素子Ｄ１、下流側に第２の抵抗Ｒ２が直列に接続される。また、第２の抵抗Ｒ２の下流側は、電源制御回路１１の出力端に接続された後、他の電源制御回路１２，…，１ｎと互いに接続されて、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴを介して、負荷３０に接続される。負極側電力出力ラインＳＡＰ ＲＴＮも、電源制御回路１１の出力端に接続された後、他の電源制御回路１２，…，１ｎと互いに接続されて、負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮを介して、負荷３０に接続される。

【0036】

また、正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴの第２の抵抗Ｒ２の下流側と正極側バッテリ電圧ラインＢＡＴ ＨＯＴとの間には、バッテリ４０に蓄電された電力を放電するための放電回路４１が接続される。さらに、正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴ上の第１の電流逆流防止素子Ｄ１の上流側と放電回路４１の負極側端子が接続された正極側バッテリ電圧ラインＢＡＴ ＨＯＴとの間に、直列接続された第２のスイッチ素子ＴＲ２と第２の電流逆流防止素子Ｄ２とが接続される。

【0037】

また、負荷３０に供給するバス電圧の変動をあらかじめ定めた規定の許容電圧変動範囲内に制御するために、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴと負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮとの間の電圧（電位差）を入力する差動アンプ５１の２つの入力端を、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴと負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮとに接続する。正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴと負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮとの間の差動電圧がバス電圧である。差動アンプ５１は、そのバス電圧をあらかじめ定めた増幅率で増幅して、バス電圧をモニタした結果として、出力する回路である。

【0038】

差動アンプ５１の出力端は第１のコンパレータ６１と第２のコンパレータ７１との２つのコンパレータ（比較器）それぞれの入力端に接続される。第１のコンパレータ６１の出力端は、第１のスイッチ素子ＴＲ１を駆動する第１のドライバ８１の制御端に接続される。第２のコンパレータ７１の出力端は、第２のスイッチ素子ＴＲ２を駆動する第２のドライバ９１の制御端に接続される。なお、第１のコンパレータ６１は、差動アンプ５１で増幅された後の差動電圧、すなわちバス電圧をモニタした結果を、各電源制御回路毎にあらかじめ割り振られている第１の基準電圧と比較し、その比較結果を、第１の制御量として、第１のドライバ８１に出力する回路である。第２のコンパレータ７１は、差動アンプ５１で増幅された後の差動電圧すなわちバス電圧をモニタした結果を、各電源制御回路毎にあらかじめ割り振られている第２の基準電圧と比較し、その比較結果を、第２の制御量として、第２のドライバ９１に出力する回路である。

【0039】

第１のドライバ８１の出力端は、第１のスイッチ素子ＴＲ１の制御端に接続され、第１の制御量として、第１のコンパレータ６１から出力された比較結果に応じて、第１のスイッチ素子ＴＲ１をオンまたはオフする駆動信号を、第１のスイッチ素子ＴＲ１に伝達する。第１のスイッチ素子ＴＲ１は、第１のドライバ８１から伝達された駆動信号に応じて、入出力端をシャントするか開放するかのスイッチング動作を行う。すなわち、この駆動信号は、第１のスイッチ素子ＴＲ１をシャントするか開放するかの選択のための制御用信号である。

【0040】

同様に、第２のドライバ９１の出力端は、第２のスイッチ素子ＴＲ２の制御端に接続され、第２の制御量として、第２のコンパレータ７１から出力された比較結果に応じて、第２のスイッチ素子ＴＲ２をオンまたはオフする駆動信号を、第２のスイッチ素子ＴＲ２に伝達する。第２のスイッチ素子ＴＲ２は、第２のドライバ９１から伝達された駆動信号に応じて、入出力端を閉成（短絡）するか開放するかのスイッチング動作を行う。すなわち、この駆動信号は、第２のスイッチ素子ＴＲ２を閉成（短絡）するか開放するかの選択のための制御用信号である。

【0041】

また、スイッチングノイズ低減用の回路（本発明の特徴の一つであるスイッチングノイズ低減機構）として、第１のスイッチ素子ＴＲ１または第２のスイッチ素子ＴＲ２のスイッチング動作時におけるノイズ発生源の直近である、第１の電流逆流防止素子Ｄ１の下流側端子と、第１のスイッチ素子ＴＲ１の３つの端子のうち、第１のドライバ８１が接続されている制御端以外の入出力端の低電位側端子すなわち第１のスイッチ素子ＴＲ１の負極側端子と、の間に、スイッチングノイズを吸収して低減するための第２のキャパシタバンクＣ２と、共振レベルをダンピングするための第３の抵抗Ｒ３と、を直列接続している。第２のキャパシタバンクＣ２とは、容量性の電力蓄電素子のことである。なお、図１には、第３の抵抗Ｒ３を正極側にし、第２のキャパシタバンクＣ２を負極側にして直列接続しているが、接続順は逆にしても差し支えない。

【0042】

図１に示した電源制御装置の主要な構成要素の具体的な回路素子および数値の一例について参考までに次に示す。ただし、本発明に係る電源制御装置は、かかる場合のみに限るものではないことは言うまでもない。
（１）第１のキャパシタバンクＣ１：４９００μＦ（コンデンサ）
（２）第２のキャパシタバンクＣ２：５μＦ（コンデンサ）
（３）第１の抵抗Ｒ１：１ｍΩ、第２の抵抗Ｒ２：１ｍΩ、第３のＲ３：１Ω
（４）第１、第２のスイッチ素子ＴＲ１，ＴＲ２：ＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）
（５）第１、第２電流逆流防止素子Ｄ１，Ｄ２：ダイオード

【0043】

（実施の形態の動作の説明）
次に、図１に示した電源制御装置の動作について、その一例を、図２に示した電圧波形イメージの一例を参照しながら詳細に説明する。なお、図２は、前述したように、図１に示した電源制御装置における電圧波形イメージの一例を示す特性図であるが、第１のスイッチ素子ＴＲ１のシャント（短絡）動作時または開放動作時、あるいは、第２のスイッチ素子ＴＲ２の閉成（短絡）動作時または開放動作時の直後に発生するスイッチングノイズの様子を示している。すなわち、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴと負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮとの間の電圧（電位差）すなわちバス電圧に生じる電圧変化の様子を示す電圧波形イメージ、言い換えると、第１のキャパシタバンクＣ１の両端の電圧（電位差）に生じる電圧変化の様子を示す電圧波形イメージを模式的に表している。なお、図２には、バス電圧の直流分は除き、交流成分のみを示している。

【0044】

ここで、図２（Ａ）は、図１に示したスイッチングノイズ低減機構を備えていない従来の電源制御装置におけるバス電圧の電圧波形イメージを参考のために示している。また、図２（Ｂ）は、スイッチングノイズ低減機構を備えた図１の電源制御装置のうち、共振レベルを低減するダンピング抵抗の第３の抵抗Ｒ３は備えず、スイッチングノイズを吸収する第２のキャパシタバンクＣ２のみを備えている場合のバス電圧の電圧波形イメージを示している。また、図２（Ｃ）は、図１の電源制御装置の通りの回路構成の場合、すなわち、第２のキャパシタバンクＣ２のみならず、第３の抵抗Ｒ３も備えている場合のバス電圧の電圧波形イメージを示している。

【0045】

図１に示すように、太陽電池アレイ２１の出力電力は、正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴと負極側電力出力ラインＳＡＰ ＲＴＮとを介して、電源制御回路１１に出力される。電源制御回路１１において、正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴには、第１の電流逆流防止素子Ｄ１と第２の抵抗Ｒ２とが直列に接続されている。電源制御回路１１における正極側および負極側の出力端は、第１のキャパシタバンクＣ１に接続されている。電源制御回路１１の出力は、第１のキャパシタバンクＣ１により平滑化された後、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴと負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮとを介して、負荷３０に供給される。

【0046】

太陽電池アレイ２１の出力電力は、電源制御回路１１の第１のスイッチ素子ＴＲ１をシャントまたは開放することによって、負荷３０に供給されるバス電圧（正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴと負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮとの間の電位差）が、あらかじめ定めた許容電圧範囲内に収まるように制御される。以下に、かかる制御動作の詳細を説明する。

【0047】

図１において、太陽電池アレイ２１の出力電力を負荷３０に供給する際に、負荷３０が必要とする負荷電力が、太陽電池アレイ２１，２２，…，２ｎの発生電力すなわち出力電力よりも小さい場合には、太陽電池アレイ２１の発生電力を負荷３０側では消費し切れないため、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴと負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮとの間の電位差すなわちバス電圧が上昇する。バス電圧の上昇は、電源制御回路１１において、差動アンプ５１によって常時監視されている。差動アンプ５１は、必要に応じて、バス電圧を減衰、増幅または電圧オフセットした後、あらかじめ定めた増幅率によって適切に増幅された差動電圧として、第１のコンパレータ６１および第２のコンパレータ７１に供給する。

【0048】

（第１の動作例）
次に、第１の動作例として、バッテリ４０の充電状態が充足していて、バッテリ４０への充電が不要な場合の動作について説明する。

【0049】

第１のコンパレータ６１に入力された差動電圧は、各電源制御回路毎にあらかじめ割り振られている第１の基準電圧と比較され、その第１の基準電圧よりも高い電圧であった場合には、第１のコンパレータ６１の出力端は、第１のスイッチ素子ＴＲ１をシャント（短絡）することが可能なＨｉｇｈまたはＬｏｗのいずれかに変化し、変化した情報がドライバ制御用の制御信号（前述の第１の制御量）として第１のドライバ８１に対して入力される。第１のドライバ８１は、変化した情報に応じた駆動信号を、第１のスイッチ素子ＴＲ１の制御端に印加することにより、第１のスイッチ素子ＴＲ１をシャント（短絡）する。

【0050】

第１のスイッチ素子ＴＲ１がシャント（短絡）すると、正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴと負極側電力出力ラインＳＡＰ ＲＴＮとは、第１の抵抗Ｒ１を介して短絡した状態になり、その結果として、太陽電池アレイ２１の出力電力は、負荷３０に供給されない状態になる。つまり、第１のスイッチ素子ＴＲ１がシャント（短絡）している間は、第１のキャパシタバンクＣ１に蓄積された電荷からの電力を負荷３０に供給することになるので、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴと負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮとの間の電位差すなわちバス電圧が下降する。

【0051】

バス電圧の下降は、電源制御回路１１において、差動アンプ５１によって常時監視されており、差動アンプ５１により増幅された差動電圧（バス電圧をモニタした結果）として、第１のコンパレータ６１および第２のコンパレータ７１に入力される。

【0052】

第１のコンパレータ６１に入力された差動電圧は、前述したように、各電源制御回路毎にあらかじめ割り振られている前記第１の基準電圧と比較され、その第１の基準電圧以下の低い電圧にまで低下していた場合には、第１のコンパレータ６１の出力端は、第１のスイッチ素子ＴＲ１を開放することが可能なＬｏｗまたはＨｉｇｈのいずれかに変化し、変化した情報がドライバ制御用の制御信号（前述の第１の制御量）として第１のドライバ８１に対して入力される。第１のドライバ８１は、変化した情報に応じた駆動信号を、第１のスイッチ素子ＴＲ１の制御端に印加することにより、第１のスイッチ素子ＴＲ１のシャント状態を解除して、開放状態に変化させる。

【0053】

第１のスイッチ素子ＴＲ１が開放すると、正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴと負極側電力出力ラインＳＡＰ ＲＴＮとは、第１の抵抗Ｒ１を介した短絡状態が解除されて、開放された状態になり、その結果として、太陽電池アレイ２１の出力電力が、再び、負荷３０に供給される状態になる。つまり、第１のスイッチ素子ＴＲ１が開放された状態に変化すると、第１のキャパシタバンクＣ１に蓄積された電荷からの電力を負荷３０に供給する動作が停止し、太陽電池アレイ２１から負荷３０への電力供給が再び開始される。ここでは、先に述べた通り、負荷３０が必要とする負荷電力が太陽電池アレイ２１，２２，…，２ｎの発生電力よりも小さい場合であるので、太陽電池アレイ２１，２２，…，２ｎの発生電力を負荷３０では消費し切れないので、再び、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴと負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮとの間の電位差すなわちバス電圧が上昇し始める。

【0054】

かくのごとく、差動アンプ５１と第１のコンパレータ６１と第１のスイッチ素子ＴＲ１とを用いて、第１のスイッチ素子ＴＲ１のシャント（短絡）または開放を繰り返すというバンバン制御に基づくスイッチング動作が実施されるが、そのスイッチング動作によって、バス電圧は、あらかじめ定めた規定電圧の範囲内である許容変動範囲内で、上昇と下降とを繰り返すことになり、バス電圧を安定的に制御することができる。

【0055】

かくのごとき上述の第１の動作例においては、第１のスイッチ素子ＴＲ１がシャントまたは開放のスイッチング動作を行った際に、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴ上にスイッチングノイズが発生する。

【0056】

つまり、第１のスイッチ素子ＴＲ１が開放状態からシャント（短絡）状態に遷移した際には、正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴの電圧が急激に下降して、第１の電流逆流防止素子Ｄ１を逆流する電流（すなわちリカバリ電流）が瞬間的に発生する。従来の技術による電源制御回路の場合のように、スイッチングノイズ低減機構を備えず、第１の電流逆流防止素子Ｄ１の下流側端子と第１のスイッチ素子ＴＲ１の負極側端子との間に、直列接続された第２のキャパシタバンクＣ２と第３の抵抗Ｒ３とが接続されていない場合には、第１の電流逆流防止素子Ｄ１を逆流するリカバリ電流によって、第１のキャパシタバンクＣ１の電位が急激に低下することに伴い、図２（Ａ）に示すように、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴ上にスイッチングノイズが発生してしまう。

【0057】

前述したように、近年の電源制御装置の性能向上要求等により、構成段数の段間に許容される電圧変動幅が非常に狭くなっていると、かかる第１のキャパシタバンクＣ１の急激な電圧低下に伴って発生するスイッチングノイズにより、正常な電圧制御ができなくなる。その結果、本来であれば、１段ずつ、順次、第１のスイッチ素子ＴＲ１をシャントまたは開放する動作となるべきであるにも拘らず、複数の太陽電池アレイ２１，２２，…，２ｎそれぞれに対応している各電源制御回路１１，１２，…，１ｎが同時または一斉にシャントまたは開放する動作を行ってしまう。このため、バス電圧が、許容変動範囲を逸脱して、その結果として、バス電圧の制御系が不安定な動作になるという問題や許容される電圧変動幅を逸脱するという問題が生じる。

【0058】

しかし、図１に本発明の一実施の形態として示したように、本実施の形態における電源制御回路１１には、スイッチングノイズ低減機構として、第１のスイッチ素子ＴＲ１または第２のスイッチ素子ＴＲ２のスイッチング動作時におけるノイズ発生源の直近である第１の電流逆流防止素子Ｄ１の下流側端子と第１のスイッチ素子ＴＲ１の負極側端子との間に、直列接続された第２のキャパシタバンクＣ２と第３の抵抗Ｒ３とが接続されている。したがって、第１のスイッチ素子ＴＲ１がシャント（短絡）した場合には、第２のキャパシタバンクＣ２に蓄えられている電力に基づき、第１の電流逆流防止素子Ｄ１に逆流するリカバリ電流を、第３の抵抗Ｒ３を介して供給し、さらに、リカバリ電流として放出したＣ２の電力は、第一のキャパシタバンクＣ１から時間をかけて緩やかにＣ２に供給することができるようになる。

【0059】

その結果、図２（Ｃ）に示すように、第１のキャパシタバンクＣ１の両端に発生するスイッチングノイズを小さくすることができ、言い換えると、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴと負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮとの間の電位差すなわちバス電圧に重畳されるスイッチングノイズを小さくすることができ、さらには、共振も抑制することができ、バス電圧を許容変動範囲内で安定的に制御することが可能となる。

【0060】

また、第１のスイッチ素子ＴＲ１がシャント（短絡）状態から開放状態に遷移した際には、第２のキャパシタバンクＣ２と第３の抵抗Ｒ３とが接続されていない従来の電源制御装置の場合、正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴの電圧が急激に上昇して、第１のキャパシタバンクＣ１の電位が急激に上昇することに伴い、第１のスイッチ素子ＴＲ１がシャント（短絡）状態に遷移した場合と同様、図２（Ａ）に示すように、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴ上にスイッチングノイズが発生してしまう。その結果、バス電圧が許容変動範囲を逸脱してしまい、バス電圧の制御系が不安定な動作になるという問題や許容される電圧変動幅を逸脱するという問題が生じる。

【0061】

これに対して、図１に示す本実施の形態における電源制御回路１１には、スイッチングノイズ低減機構として、第１の電流逆流防止素子Ｄ１の下流側端子と第１のスイッチ素子ＴＲ１の負極側端子との間に、直列接続された第２のキャパシタバンクＣ２と第３の抵抗Ｒ３とが接続されている。したがって、第１のスイッチ素子ＴＲ１を開放した直後であっても、第１のスイッチ素子ＴＲ１のシャント（短絡）時の場合と同様、図２（Ｃ）に示すように、第１のキャパシタバンクＣ１の両端に発生するスイッチングノイズを小さくすることができ、さらには、共振も抑制することができ、バス電圧を許容変動範囲内で安定的に制御することが可能となる。

【0062】

なお、スイッチングノイズ低減機構として、第２のキャパシタバンクＣ２と第３の抵抗Ｒ３との双方ではなく、共振ダンピング（制動）抵抗である第３の抵抗Ｒ３を備えず、第２のキャパシタバンクＣ２のみを備えた構成とした場合、図２（Ｂ）に示すように、第１のスイッチ素子ＴＲ１がシャント（短絡）・開放のスイッチング動作をした際に、第１のキャパシタバンクＣ１と第２のキャパシタバンクＣ２と配線に含まれているインダクタンス成分との間で共振が発生する。その結果、バス電圧の変動が大きくなり、場合によっては、バス電圧が許容変動範囲を逸脱してしまうという問題を引き起こすおそれもある。したがって、共振ダンピング（制動）抵抗として第３の抵抗Ｒ３を用いて、第２のキャパシタバンクＣ２と直列に接続することにすれば、前記要因による共振のレベルをダンピング（制動）することができ、バス電圧の変動を小さく抑えることが可能になる。

【0063】

（第２の動作例）
次に、第２の動作例として、バッテリ４０の充電状態が不足していて、バッテリ４０への充電が必要な場合の動作について説明する。

【0064】

第２のコンパレータ７１に入力された差動電圧は、各電源制御回路毎にあらかじめ割り振られている第２の基準電圧と比較され、その第２の基準電圧よりも高い電圧であった場合には、第２のコンパレータ７１の出力端は、第２のスイッチ素子ＴＲ２を閉成（短絡）することが可能なＨｉｇｈまたはＬｏｗのいずれかに変化し、変化した情報がドライバ駆動用の駆動信号（前述の第２の制御量）として第２のドライバ９１に対して入力される。第２のドライバ９１は、変化した情報に応じた駆動信号を、第２スイッチ素子ＴＲ２の制御端に印加することにより、第２のスイッチ素子ＴＲ２を閉成（短絡）する。

【0065】

第２のスイッチ素子ＴＲ２が閉成（短絡）すると、正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴと正極側バッテリ電圧ラインＢＡＴ ＨＯＴとは、第２の電流逆流防止素子Ｄ２を介して短絡した状態になり、その結果として、太陽電池アレイ２１の出力電力により、バッテリ４０が充電される状態になる。一方、第２のスイッチ素子ＴＲ２が閉成（短絡）している間は、太陽電池アレイ２１の出力電力は、負荷３０に供給されない状態になる。したがって、第１のキャパシタバンクＣ１に蓄積された電荷からの電力を負荷３０に供給されることになるので、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴと負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮとの間の電位差すなわちバス電圧が下降する。

【0066】

バス電圧の下降は、電源制御回路１１において、差動アンプ５１によって常時監視されており、適当に増幅された差動電圧として、第１のコンパレータ６１および第２のコンパレータ７１に入力される。

【0067】

第２のコンパレータ７１に入力された差動電圧は、前述したように、各電源制御回路毎にあらかじめ割り振られている前記第２の基準電圧と比較され、その第２の基準電圧以下の低い電圧にまで低下していた場合には、第２のコンパレータ７１の出力端は、第２のスイッチ素子ＴＲ２を開放することが可能なＬｏｗまたはＨｉｇｈのいずれかに変化し、変化した情報がドライバ駆動用の駆動信号（前述の第２の制御量）として第２のドライバ９１に対して入力される。第２のドライバ９１は、変化した情報に応じた駆動信号を、第２のスイッチ素子ＴＲ２の制御端に印加することにより、第２のスイッチ素子ＴＲ２の閉成（短絡）状態を解除して、開放状態に変化させる。

【0068】

第２のスイッチ素子ＴＲ２が開放すると、正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴと正極側バッテリ電圧ラインＢＡＴ ＨＯＴとは、第２の電流逆流防止素子Ｄ２を介して短絡されていた状態が解除されて、開放された状態になり、その結果として、太陽電池アレイ２１の出力電力が、再び、負荷３０に供給される状態になる。つまり、第２のスイッチ素子ＴＲ２が開放された状態に変化すると、第１のキャパシタバンクＣ１に蓄積された電荷からの電力を負荷３０に供給する動作が停止し、太陽電池アレイ２１から負荷３０への電力供給が再び開始される。ここで、最初に仮定した通り、負荷３０が必要とする負荷電力が太陽電池アレイ２１，２２，…，２ｎの発生電力よりも小さい場合、太陽電池アレイ２１，２２，…，２ｎの発生電力を負荷３０では消費し切れないので、再び、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴと負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮとの間の電位差すなわちバス電圧が上昇し始める。

【0069】

かくのごとく、差動アンプ５１と第２のコンパレータ７１と第２のスイッチ素子ＴＲ２とを用いて、第２のスイッチ素子ＴＲ２のシャント（短絡）または開放を繰り返すというバンバン制御に基づくスイッチング動作が実施されるが、そのスイッチング動作によって、バス電圧は、あらかじめ定めた規定電圧の範囲内である許容変動範囲内で、上昇と下降とを繰り返すことになり、バス電圧を安定的に制御することができる。

【0070】

なお、かくのごとき第２の動作例においても、第２のスイッチ素子ＴＲ２が閉成（短絡）または開放のスイッチング動作を行った際に、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴ上にスイッチングノイズが発生する。

【0071】

つまり、第２のスイッチ素子ＴＲ２が開放状態から閉成（短絡）状態に遷移した際には、正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴの電圧が急激に下降して、第１の電流逆流防止素子Ｄ１を逆流する電流（すなわちリカバリ電流）が瞬間的に発生する。従来の技術による電源制御回路の場合のように、スイッチングノイズ低減機構を備えていなく、第１の電流逆流防止素子Ｄ１の下流側端子と第１のスイッチ素子ＴＲ１の負極側端子との間に、直列接続された第２のキャパシタバンクＣ２と第３の抵抗Ｒ３とが接続されていない場合には、第１の電流逆流防止素子Ｄ１を逆流するリカバリ電流によって、第１のキャパシタバンクＣ１の電位が急激に低下することに伴い、図２（Ａ）に示したように、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴ上にスイッチングノイズが発生してしまう。

【0072】

前述したように、近年の電源制御装置の性能向上要求等により、構成段数の段間に許容される電圧変動幅が非常に狭くなっているため、かかる第１のキャパシタバンクＣ１の急激な電圧低下に伴って発生するスイッチングノイズにより、正常な電圧制御ができなくなる。その結果、本来であれば、１段ずつ、順次、閉成（短絡）または開放する動作となるべきであるが、しかし、複数の太陽電池アレイ２１，２２，…，２ｎそれぞれに対応している各電源制御回路１１，１２，…，１ｎが同時または一斉に第２のスイッチ素子ＴＲ２を閉成（短絡）または開放する動作を行ってしまう。このため、バス電圧が、許容変動範囲を逸脱して、その結果として、バス電圧の制御系が不安定な動作になるという問題や許容される電圧変動幅を逸脱するという問題が生じる。

【0073】

しかし、図１に本発明の一実施の形態として示したように、本実施の形態における電源制御回路１１には、スイッチングノイズ低減機構として、第１のスイッチ素子ＴＲ１または第２のスイッチ素子ＴＲ２のスイッチング動作時におけるノイズ発生源の直近である第１の電流逆流防止素子Ｄ１の下流側端子と第１のスイッチ素子ＴＲ１の負極側端子との間に、直列接続された第２のキャパシタバンクＣ２と第３の抵抗Ｒ３とが接続されている。したがって、第２のスイッチ素子ＴＲ２が閉成（短絡）した場合には、第２のキャパシタバンクＣ２に蓄えられている電力に基づき、第１の電流逆流防止素子Ｄ１に逆流するリカバリ電流を、第３の抵抗Ｒ３を介して供給し、さらに、リカバリ電流として放出したＣ２の電力は、第一のキャパシタバンクＣ１から時間をかけて緩やかにＣ２に供給することができるようになる。

【0074】

その結果、図２（Ｃ）に示すように、第１のキャパシタバンクＣ１の両端に発生するスイッチングノイズを小さくすることができ、言い換えると、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴと負極側バス電圧ラインＢＵＳ ＲＴＮとの間の電位差すなわちバス電圧に重畳されるスイッチングノイズを小さくすることができ、さらには、共振も抑制することができ、バス電圧を許容変動範囲内で安定的に制御することが可能となる。

【0075】

また、第２のスイッチ素子ＴＲ２が閉成（短絡）状態から開放状態に遷移した際には、第２のキャパシタバンクＣ２と第３の抵抗Ｒ３とが接続されていない従来の電源制御装置の場合、正極側電力出力ラインＳＡＰ ＨＯＴの電圧が急激に上昇して、第１のキャパシタバンクＣ１の電位が急激に上昇することに伴い、第２のスイッチ素子ＴＲ２が閉成（短絡）状態に遷移した場合と同様、図２（Ａ）に示すように、正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴ上にスイッチングノイズが発生してしまう。その結果、バス電圧が許容変動範囲を逸脱してしまい、バス電圧の制御系が不安定な動作になるという問題や許容される電圧変動幅を逸脱するという問題が生じる。

【0076】

これに対して、図１に示す本実施の形態における電源制御回路１１には、スイッチングノイズ低減機構として、第１の電流逆流防止素子Ｄ１の下流側端子と第１のスイッチ素子ＴＲ１の負極側端子との間に、直列接続された第２のキャパシタバンクＣ２と第３の抵抗Ｒ３とが接続されている。したがって、第２のスイッチ素子ＴＲ２を開放した直後であっても、第２のスイッチ素子ＴＲ２の閉成（短絡）時の場合と同様、図２（Ｃ）に示すように、第１のキャパシタバンクＣ１の両端に発生するスイッチングノイズを小さくすることができ、さらには、共振も抑制することができ、バス電圧を許容変動範囲内で安定的に制御することが可能となる。

【0077】

なお、スイッチングノイズ低減機構として、第２のキャパシタバンクＣ２と第３の抵抗Ｒ３との双方ではなく、共振ダンピング（制動）抵抗である第３の抵抗Ｒ３を備えていなく、第２のキャパシタバンクＣ２のみを備えた構成とした場合、図２（Ｂ）に示すように、第２のスイッチ素子ＴＲ２が閉成（短絡）・開放のスイッチング動作をした際に、第１のキャパシタバンクＣ１と第２のキャパシタバンクＣ２と配線に含まれているインダクタンス成分との間で共振が発生する。その結果、バス電圧の変動が大きくなり、場合によっては、バス電圧が許容変動範囲を逸脱してしまうという問題を引き起こすおそれもある。したがって、共振ダンピング（制動）抵抗として第３の抵抗Ｒ３を用いて、第２のキャパシタバンクＣ２と直列に接続することにすれば、前記要因による共振レベルをダンピング（制動）することができ、バス電圧の変動を小さく抑えることが可能になる。

【0078】

（本発明に係る他の実施の形態）
図１に示した太陽電池アレイ２１，２２，…，２ｎは、電力を発生する電力源の一例であり、同様の機能を有する他の電源、例えば、太陽電池を模擬した太陽電池模擬装置に置き換えても良い。また、図１に示した実施の形態においては、太陽電池アレイ２１，２２，…，２ｎや電源制御装置１０は、人工衛星に搭載されているものと仮定していたが、地上等に設置するようにしても良いことは言うまでもない。

【0079】

また、図１に示した電源制御装置１０においては、第１、第２の電流逆流防止素子Ｄ１,Ｄ２は、それぞれに対応する太陽電池アレイ２１，２２，…，２ｎへの電流の逆流を防止する逆流防止素子であり、一例としてダイオードを用いているが、同様の機能を有する他の電流逆流防止素子に置き換えても良い。

【0080】

また、図１に示した電源制御装置１０においては、第１、第２のスイッチ素子ＴＲ１,ＴＲ２の一例として、ＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を用いているが、他のスイッチ素子を用いても良い。

【0081】

また、図１に示した電源制御装置１０においては、第１、第２のキャパシタバンクＣ１，Ｃ２の一例として、コンデンサを用いているが、他の容量性の電力蓄積素子を用いても良い。

【0082】

また、図１に示した電源制御装置１０においては、第３の抵抗Ｒ３と第２のキャパシタバンクＣ２との接続関係として、第３の抵抗Ｒ３を正極側すなわち高電位側に、第２のキャパシタバンクＣ２を負極側すなわち低電位側に配置して接続しているが、逆にして、第３の抵抗Ｒ３を低電位側に、第２のキャパシタバンクＣ２を高電位側に接続しても良い。

【0083】

また、図１に示した電源制御装置１０においては、第１、第２の抵抗Ｒ１,Ｒ２を接続しているが、第１、第２の抵抗Ｒ１,Ｒ２は電流検出用の抵抗であり、電流検出が不要な場合や、あるいは、別の方法により電流を検出する場合には、第１、第２の抵抗Ｒ１,Ｒ２は不要である。

【0084】

また、図１に示した電源制御装置１０においては、電源制御回路１１〜電源制御回路１nそれぞれに１つずつ差動アンプ５１を備えて構成している例を示したが、差動アンプ５１を、電源制御回路１１〜電源制御回路１nの全てに共通に１つだけを備えるようにしても良いし、あるいは、電源制御回路１１〜電源制御回路１nの全てに共通に、複数個（例えば３個）の差動アンプ５１を多数決冗長構成（例えば３分の２冗長構成）として備える等の構成にしても良い。

【0085】

また、図１に示した電源制御装置１０においては、第２のコンパレータ７１、第２のドライバ９１、第２のスイッチ素子ＴＲ２、第２の電流逆流防止素子Ｄ２の代わりに、バッテリ充電制御器（バッテリ充電制御装置、バッテリ充放電制御器、バッテリ充放電制御装置 とも呼ぶ場合がある）を搭載する構成としても良い。

【0086】

また、図１に示した電源制御装置１０においては、第２のコンパレータ７１、第２のドライバ９１、第２のスイッチ素子ＴＲ２、第２の電流逆流防止素子Ｄ２、放電回路４１を無くし、正極側バッテリ電圧ラインＢＡＴ ＨＯＴと正極側バス電圧ラインＢＵＳ ＨＯＴを接続する構成としても良い。

【0087】

（実施の形態の効果の説明）
以上に詳細に説明したように、本発明に係る実施の形態においては、以下のような効果を奏することができる。

【0088】

第１の効果は、電力発生源として用いた太陽電池または太陽電池模擬装置の出力電力を制御する電源制御装置１０において、小型・軽量・シンプルな回路構成で、かつ、スイッチングノイズ低減を実現することができる。

【0089】

第２の効果は、電力発生源として用いた太陽電池または太陽電池模擬装置の出力電力を制御する電源制御装置１０において、発熱量増大等のデメリットが少なく、かつ、スイッチングノイズ低減を実現することができる。

【産業上の利用可能性】

【0090】

本発明は、人工衛星のみならず、地上においても活用することが可能であり、例えば、建築物に実装された太陽電池や車体に搭載された太陽電池等にも適用することが可能であり、例えば、太陽電池または太陽電池模擬装置において発生した電力を、スイッチングして負帰還制御することにより、直流安定化させた電圧として、負荷に供給する装置に対して効果的に利用することができる。

【0091】

以上、本発明の好適な実施形態の構成を説明した。しかし、かかる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることが、当業者には容易に理解できよう。

【符号の説明】

【0092】

１０ 電源制御装置
１１，１２，…，１ｎ 電源制御回路
２１，２２，…，２ｎ 太陽電池アレイ
３０ 負荷
４１ 放電回路
５１ 差動アンプ
６１ 第１のコンパレータ
７１ 第２のコンパレータ
８１ 第１のドライバ
９１ 第２のドライバ
ＢＡＴ ＨＯＴ 正極側バッテリ電圧ライン
ＢＡＴ ＲＴＮ 負極側バッテリ電圧ライン
ＢＵＳ ＨＯＴ 正極側バス電圧ライン
ＢＵＳ ＲＴＮ 負極側バス電圧ライン
Ｃ１ 第１のキャパシタバンク
Ｃ２ 第２のキャパシタバンク
Ｄ１ 第１の電流逆流防止素子
Ｄ２ 第２の電流逆流防止素子
Ｒ１ 第１の抵抗
Ｒ２ 第２の抵抗
Ｒ３ 第３の抵抗
ＳＡＰ ＨＯＴ 正極側電力出力ライン
ＳＡＰ ＲＴＮ 負極側電力出力ライン
ＴＲ１ 第１のスイッチ素子
ＴＲ２ 第２のスイッチ素子

【図1】

【図2】