DE2055692C3 - Anordnung zur Spannungsregelung eines Stromversorgungssystems von Satelliten - Google Patents

Description

Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- durch Degradation und Alterung seiner Solarzellen kennzeichnet, L· dem Steuertransistor (24) ein auf ein Mehrfaches der Verbraucher-Nennle stung Kondensator (30) parallel geschaltet ist. bemessen. Das dadurch gerade b1 Begun.du·

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, da- 30 Mission in der Sonnenphase zu erwartende Leistungsdureh gekennzeichnet, daß dem Steuertransistor Überangebot des Solargenerators kann dann bu-(24) ein von einem zweiten Transistor (18) an- spielsweise in mehreren Shuntstufen 111 Warme umgesteuerter Spannungsteiler (20, 21) vorgeschaltet gesetzt werden, die von einer entsprechenden Regdi_st ^{H b} einrichtung in der Weise beeinflußt werden, daß eine

' 5. Anordnung nach Anspruch 2 oder 4, da- 35 konstante Spannung im Hauptleiter gehalten wird, durch gekennzeichnet, daß in den Basis-Emitter- Im Hinblick auf eine Optimierung des Energie-

Strecken des Transistors (18) und des Steuer- Versorgungssystems ist es ungunstig, bei nicht austransistors (24) Dioden (16, 22) zur Temperatur-- reichendem Solargenerator-Leistungsangebotdie: V, kompensation vorgesehen sind. sorgung der Lasten allem aus der Batterie vor/u-

40 nehmen. Eine größere und damit schwerere Batterie kann nur dadurch vermieden werden, daß auch bei Leistungsunterangebot des Solargenerators die noch zur Verfugung stehende Leistung den Verbrauchern

zugeführt wird und nur die verbleibende Leistungs-

45 differenz von der Batterie aufgebracht wird. Dies sollte durch den Parallelbetrieb von Solargenerator mit Shuntregler und Batterie mit Entladeregler er-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung möglicht werden. .

zur Spannungsregelung eines Stromversorgung^ Um nun für den Fall des Parallelbetriebes von

systems von Satelliten, bei der ein Solargenerator 50 Solargenerator und Batterie mit Sicherheit zu vcrmit einem zugeordneten, aus einem Shunt und einer meiden, daß die Leistung der Batterie in die Shunt-Shuntsteuerung bestehenden Shuntregler und eine stufen abfließt, müßten die Sollwerte der Hauptleiter-Batterie mit einem nachgeschalteten Entladeregler spannung beider Regeleinrichtungen genügend unterauf einen gemeinsamen Hauptleiter arbeiten. schiedlich sein, so daß auch bei Berücksichtigung

Bei Stromversorgungssysteme^ bei denen eine 55 ihrer Toleranzfelder keine Überlappung auftritt. Je Spannungsquelle aus einem Generator und eine nach Abstimmung der Referenzen kann nun der andere Spannungsquelle aus einer Batterie mit Ent- Sollwert der Hauptleiterspannung des Shuntregelladerei>ler besteht, versorgt im allgemeinen entweder kreises (Solargenerator, Shuntregler unc Last) etwas die eine oder die andere Spannungsquelle die am oberhalb oder unterhalb des Sollwertes des Entlade-Hauptleiter liegenden Verbraucher. Dabei weisen die 60 regler-Regelkreises (Batterie, Entladeregler und Last) den beiden Spannungsqucllen zugeordneten Regel- liegen. Während im ersten Falle, beim Übergang von einrichtungen, die für eine konstante Spannung im Leistungsüberangebot auf Leistungunterangebot des Hauptleiter sorgen sollen, unterschiedliche Sollwerte Solargenerators die Hauptleiterspannung von dem auf. Schwierigkeiten treten nun dann auf, wenn beide Sollwert des Shuritregelkre.ses auf den Sollwert Spaninmgsqiiellen parallel arbeiten sollen. Eine Not- 65 des Entladeregler-Regelkreiscs absinkt, werden im wendigkeit für diesen Betriebsfall liegt beispielsweise zweiten Falle die Shuntstufen von der Überspannung dann vor, wenn die von dem Generator erzeugte feststellenden Shuntsteuerung ausgesteuert, so daß Leistung kurzfristig oder für längere Zeil zwar nicht trotz Leistungsüberangebot des Solargenerators die

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Batterie über den Entladeregler entladen wird. Eine Festlegung des Sollwertes der Hauptleiterspannung des Shuntregelkreises unterhalb des Sollwertes des Entluüeregler-Regelkreises muß daher mit Rücksicht auf die Energiebilanz unbedingt vermieden werden. S

Aber auch dann, wem der Sollwert der Hauptleilerspannung des Shuntreglers oberhalb des SoII-v.ertes des Entladereglers liegt, können kritische Momente insbesondere dadurch entstehen, daß nach längerer Mission infolge Alterung Driften der beispielsweise durch Zener-Dioden gebildeten Spannungsreferenzen auftreten, die eine Überlappung der Sollwerttoleranzen zur Folge haben könnten. Solche Überlappungen der Sollwerttoleranzen dürfen aber auf keinen Fall auftreten, da sie, wie oben schott erwähnt, zu einer Entladung der Batterie in die Shuntstufen führen. Da andererseits die Hauptleiterspannung in einem möglichst engen Toleranzbereich gehalten werden .10JI (Verbraucheranforderungen), ist es auch nicht möglich, die Sollwerte der Hauptleiterspannung beider Regelkreise zur Vermeidung von Überlappungen allzuweit auseinanderzulegen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird daher darin gesehen, eine Anordnung zur Spannungsregelung eines Stromversorgungssystems von Satelliten der eingangs genannten Art zu schaffen, die unter Vermeidung der obengenannten Nachteile einen risikofreien Parallelbetrieb der beiden Spannungsquellen unter Ausnutzung der zur Verfugung stehenden Solargeneratorleistung bei hoher Spannungskonstanz des Hauptleiters ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß der Spannungssollwert des Enlladcreglers dem im Shunt fließenden Shuntstrom in der Weise nachgeführt ist, daß er um einen mit dem Shuntstrom zunehmenden Betrag unter dem Spannungssollwert des Shuntregelkreises liegt.

Der Shuntstrom ist im Falle des Parallelbelriebes von Solargenerator mit Shuntregelkreis und Batterie mit Entladeregler bei Solargenerator-Leistungs-Unterangebot ein Kriterium dafür, daß der Entladeregler eine zu hohe Ausgangsspannung aufweist. Der Shuntstrom bzw. ein dem Shuntstrom proportionales Signal wird nun gemäß der Erfindung zur Verstellung der Ausgangsspannung des Entladereglers herangezogen. Bei geeigneter Dimensionierung wird dann die auf den Hauptleiter wirkende Ausgangsspannung des Enlladereglers auf den Sollwert der Hauptleiterspannung des Shuntregelkreises heruntergeregelt, wobei der Shunlstrom fast Null ist.

Es ergeben sich somit zwei gekoppelte Regelkreise, die aus Solargenerator, Shuntre°ler, Batterie, Entladeregler und Last bestehen. Der Solargenerator kann als Stromquelle dabei sein Leistungsangebot frei in den Hauptleiter einspeisen, so daß jederzeit die gesamte zur Verfügung stehende Solargencrator-Leistung ausgenutzt wird.

Übersteigt das Solargenerator-Angebot die Leistungsanl'orderungen der Verbraucher, dann bewirkt der Shuntregler wegen des fließenden Shunlstromes eine Verstimmung der Referenz des Entladereglers. Diese entspräche einer niedrigeren Ausgangsspannung des Entladercglcrs. Da die Hauptleiterspannung vom Shuntregelkreis auf ihrem Sollwert gehalten wird, regelt sich der F.ntladcregler zu, und der aus Solargenerator, Shunlsteucrung, Shuntstufen und Last bestehende Regelkreis übernimmt allein die Einhaltung der Hauptleiterspannung.

Auch in der Schattenphase, d. h. bei Alleinbetrieb der Batterie, ergibt sich durch die Erfindung ein wesentlicher Vorteil. Dieser besteht in einer Verbesserung der Regclgenauigkeit, da in der Schattenphase der Shuntregler mit seiner hohen Verstärkung als zusätzliche Regelschleife im Entladeregler-Regelkreis für eine starke Reduzierung des Innenwidersiandes sorgt.

Zusammengefaßt bestehen die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile

1. in einer Versorgung der Lasten vom Entladeregler bei vollkommener Ausnutzung der angebotenen Solargenerator-Leistung, wodurch erhebliche Massen- und Kostenersparnisse erzielt werden.

2. in einer kontinuierlichen Leistungsübernahme durch den Entladeregler bei konstanter Hauptleiterspannung entsprechend der jeweiligen Differenz von Lastanforderung und Solargenerator-Leistungsangebot, wodurch selbständiger Betrieb ohne Überwachungs- und Umschalteinheiten möglich ist,

3. in einer Verbesserung der Spannungskonstanz des Entladereglers in der Schattenphase durch den übergeordneten Shuntregelkreis und damit in einer einfacheren Auslegung des Entladereglers.

4. in einer Beschränkung auf nur eine unabhängige Referenzspannungsquelle als Führungsgröße beider Regelkreise, weshalb Driftprobleme, die bei zwei Referenzspannungsquellen auftreten, vermieden werden,

5. in einer Verbesserung des dynamischen Verhaltens der Hauptleiterspannung auf Grund der Verknüpfung des Shuntreglers mit dem Entladeregler, d. h., bei Entlastung werden Spannungsspitzen durch den Shuntregler sowie bei einer Belastung größer als das Solargenerator-Leistungsangebot Spannungseinbrüche durch den Entladeregler abgefangen. Damit erübrigen sich weitgehend zusätzliche Regler für spezielle Verbraucher.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist zur Verstellung des am Abgriff eines parallel zu einer Zener-Diode liegenden Spannungsteilers abgenommenen Spannungssollwertes des Entladereglers ein zum abgegriffenen Teil des Spannungsteilers parallelgeschalteter Steuertransistor vorgesehen, dessen Basis mit einer dem Shuntstrom proportionalen Spannung beaufschlagt ist.

Zur Erzielung der Stabilität der gekoppelten Regelkreise ist dem Sieuertransistor ein Kondensator parallel geschaltet. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung soll dem Steuertransistor ein von einem zweiten Transistor angesteuerter Spannungsteiler vorgeschaltet sein. Dabei sind zur Temperaturkompensation in den Basis-Emitter-Strecken des Transistors und des Steuertransistors Dioden vorgesehen. "

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführiingsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Satelliten-Stromversorgungssystems,

Fig. 2 eine Schaltung zur Beeinflussung des Soll-

wertes einer Regeleinrichtung durch die Stellgröße einer anderen Regeleinrichtung.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Solargenerator gezeigt, dem für den Fall des Leistungsunterangebotes eine Batterie 2 parallel geschaltet ist. Die Batterie 2 wird bei Leistungsüberangebot des Solargenerators 1 über einen Ladcregler3 geladen und bei Leistungsunterangebot des Solargenerators 1 mittels des Entladereglers 4 entladen. Zur Einschaltung der Batterieladung ist ein Schalter 10 vorgesehen.

Eine dem Solargenerator 1 zugeordnete Rege! einrichtung, die aus einer Shuntsteuerung 6 und einem in Stufen eingeteilten Shunt 7 besteht, hält die Spannung eines Hauptleiters 5, an dem verschiedene, unterschiedlich zuschaltbare Verbraucher 8 und 9 hängen, auf konstanter Höhe. Während mit 12 eine Verbindungsleitung zwischen der Shuntsteuerung 6 und dem Shunt 7 bezeichnet ist, stellt 11 eine Signalleitung zur Beeinflussung des Entladereglers 4 dar. Mit 13 ist ein Masseleiter bezeichnet. *o

Gemäß Fi g. 2 ist als Referenzspannungsquelle zur Bildung des Sollwertes des Entladeieglers eine Zener-Diode 29 mit einem Vorwiderstand 28 und einem parallelliegenden Spannungsteiler, bestehend aus Widerständen 26 und 27, vorgesehen. Ein zum Widerstand 26 parallelgeschalteter Steuertransislor 24 wird über seine Basis so angesteuert, daß beim Fließen von Shuntstrom isimni die Spannung am Ausgang 31 geringer wird, die als Sollwert für den Entladeregler-Regelkreis dient. Damit verringert siel auch die Ausgangsspannung des Entladereglcrs.

Die Steuerspannung für die Basis des Steuer transistors 24 wird einem aus Widerständen 20 unc 21 bestehenden Spannungsteiler entnommen, dei seinerseits von einem zweiten Transistor 18 angesteuert wird.

Die Basis dieses zweiten Transistors 18 wird iibci die Signalleitung 11 mit einer Steuerspannung beaufschlagt, die dem in einer Leitung 14 fließenden Shuntstrom /',s·/,,,,,, direkt proportional ist. Widerstände 15 und 17 dienen zur Einstellung des Arbeitspunktcs des Transistors 18. Eine Diode 16 dient zur Temperaturkompensation der Basis-Emitter-Streckc des Transistors 18, während eine zweite Diode 22 in gleicher Weise die Basis-Emitter-Strecke des Stcucrtransistors 24 kompensiert. Mit 19 bzw. 25 sind zwei im Emitterzweig des Steuertransistors 24 bzw. des Transistors 18 liegende Widerstände bezeichnet, während die Widerstände 20, 21 und ein Widerstand 23 zur Festlegung des Arbeitspunktes des Steuer transistors 24 dienen. Ein Kondensator 30 verhindert eine Selbsterregung der beiden gekoppelten Regel kreise.

Die am Ausgang 31 erscheinende, in Abhängigkeit von der Höhe des Shuntstromcs /«*„,,, veränderbare Referenzspannung wird als Sollwert dem hier nicht mehr dargestellten Soll-Istwert-Vergleich im Entlade regler-Regelkreis zugeführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 mehr ausreicht, um die an dem Hauptleiter liegenden Patentansprüche: Verbraucher allein zu versorgen, aber dochnoch so «roß ist. daß ein Verzicht am sie vom Gesichtspunkt

1. Anordnung zur Spannungsregelung eines der Leistungsbilanz unwirtschaftlich| ^wj»re.
Stromversori-ungisystems von Satelliten, bei der 5 Bei Stromversorgungssysteme.! ^{fur k}™^L^ '
ein Solargenerator mit einem zugeordneten, aus Weltraum operierende Satelliten ist nun neben , „. einem Shunt und einer Shuntstcucruni» bestehen- Solargenerator, der aus einer Vielzani von οui den Shuntresler und eine Batterie "mit einem «Ilen besteht und in der &nnenph-st des ^
nacheeschalte'ten Entladeregler auf einen ge- Strom erzeugt, auch eine Batterie vorgesehen, d,e im meinsumen Hauptleiter arbeiten, d a d u r c h g e - io Falle eines Leistungsuberangebote ds So U₁ kennzeichnet, daß der Spannungssollwert generators geladen und im Falle « J ng>des Entladcreglers(4) dem im Shunt (7) Hießen- Unterangebotes, insbesondere in Schatttnphasen ds den Shuntstrom (i,J,) in der Weise nachgeführt Satelliten, entladen wird. Um die I^P-g *.
ist, daß er um einen mit dem Shuntstrom («**„„,) Hauptleiters des ^^^Ilten-^S'^ro™;'^f^&!
zunehmenden Betrag unter dem Spannungs- .5 immer in gleicher Hohe zu halten, «st der ßauu „ sollvverl des Shuntregelkreis.s liegt. ein Entladeregler und dem als StromquelIe wi ke -

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- den Solargenera.or ein sogenannter Shuntregler zi,-kfmizeicbncl, daß zur Verstellung des am Ab- geordnet, der die Spannung an

oriir-eines parallel zu einer Zener-Diode (29) grenzt. Solargencrator und bri untre j

Hegenden Spannungsteilers (26, 27) abgcnomme- 20 meinsam als Spannungsquellc. ^uer

ncn Spannungssollwertes des Entladereglers (4) steht aus dem Shunt und der sogenannten Shuui-

ein zum abgegriffenen Teil des Spannungsteilers steuerung.

(26, 27) parallelgeschalteter Steuertransistor (24) Da der Solargenerator auch noch1 gegen Ende du

vorgesehen ist, dessen Basis mit einer dem Shunt- Mission die von den Verbraucher, benot gte Ene. c