EP0326489A1 - Working point regulation system of a DC power supply - Google Patents

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EP0326489A1
EP0326489A1 EP89400219A EP89400219A EP0326489A1 EP 0326489 A1 EP0326489 A1 EP 0326489A1 EP 89400219 A EP89400219 A EP 89400219A EP 89400219 A EP89400219 A EP 89400219A EP 0326489 A1 EP0326489 A1 EP 0326489A1
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EP
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voltage
converter
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output
delivered
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EP0326489B1 (en
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Christian Rouzies
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Centre National dEtudes Spatiales CNES
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Centre National dEtudes Spatiales CNES
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/906—Solar cell systems

Definitions

  • the present invention relates to a system for regulating the operating point of a DC power supply comprising a current generator system coupled to a pulse width modulation converter.
  • the supply is most often made from generators of the current generator type, such as solar generators.
  • These generators designated by the name of current generators have a substantially rectangular current-voltage output characteristic I (V), both a source of current in its zone (I) and a source of voltage in its zone (II), thus as shown in Figure 1a.
  • the power-voltage output characteristic P (V) has a substantially triangular shape, as shown in FIG. 1b.
  • width modulation electrical energy converter which is controlled so as to deliver pulses of rectangular voltage of variable width as a function of the power consumed by a load circuit.
  • PWM pulse width modulation electrical energy converter
  • the current-voltage input characteristics I (V) of such a converter supplying a load consuming a constant power has the appearance of the positive part of an equilateral hyperbola as shown in FIG. 1c, these converters being essentially reactive, and having a very good yield, consuming only very little power.
  • the electronic control loop of these converters comprises an error amplifier comparing the voltage to be regulated, the voltage supplied to the load, to a reference voltage, the amplified error signal being supplied to a comparator ensuring the modulation of width of the voltage pulses delivered by the converter by comparing the error signal to a signal generated by a sawtooth generator.
  • An integrator is introduced at the output of the comparator in order to obtain a zero static error.
  • a given converter according to the direction of variation of the error signal as a function of the variation of the voltage to be regulated, therefore has its operating point either on zone I current source, or on zone II voltage source of the current-voltage output characteristic of the generator for a constant power consumption P, as shown in FIGS. 1d and 1e.
  • the operating point When the power demand becomes greater than the maximum power Pmax, the operating point previously, located on the current generator zone or on the contrary on the voltage generator zone, passes over the voltage generator or current generator zone, as well as represented in figure 1f and 1g, beyond or below the point of coordinates I (Pmax), V (Pmax). Under these conditions, the operating point becomes unstable because there is a change in operating regime, that is to say passage from one to the other current source area respectively voltage.
  • the purpose of the system for regulating the operating point of a DC power supply according to the invention is to remedy the aforementioned drawback by eliminating the stall phenomenon.
  • Another object of the present invention is the implementation of a regulation system of a DC power supply, in which the amplitude of the excursion of the operating point around the point of maximum power Pmax is adjustable.
  • Another object of the present invention is also the implementation of a system for regulating a DC power supply, in which the operating point at demanded power lower than the maximum power Pmax can be adjusted either over the area of the current source characteristic, ie in the area of the voltage source characteristic.
  • Another object of the present invention is finally the implementation of a system for regulating a DC power supply, in which the solar generator can be coupled to the converter without particular precautions, one of the operating points corresponding to the power actually called being automatically reached.
  • the system for regulating the operating point of a DC power supply comprises a current generator system coupled to a pulse width modulation converter.
  • the regulation system which is the subject of the invention finds application in systems for supplying electrical energy to artificial satellites, for space aircraft and, more generally, to any system for supplying electrical energy using generators of intensity such as solar batteries, both in space and domestic.
  • the DC power supply is deemed to include a current generator system 1, which is coupled to a pulse width modulation converter 2.
  • the current generator system 1 can be constituted by a solar cell system and the designation current generator system must be understood as a system whose current-voltage output characteristic is substantially rectangular, as shown in FIG. 1a.
  • the pulse width modulation converter 2 is coupled to the current generator system. It makes it possible to generate rectangular voltage pulses, the width of which varies as a function of the power called up by the payload CU; of course, the pulse width modulation converter includes smoothing circuits, not shown in FIG. 2a, which make it possible to deliver the DC voltage Vc to the payload CU.
  • the regulation system which is the subject of the invention, it comprises, as shown in FIG. 2a, means denoted 11, 12 for sampling and measuring the voltage V and the current I delivered by the current generator 1 to converter 2.
  • the means for sampling and measuring the voltage V and the current I can advantageously be constituted by a potentiometric system as regards the measurement of the voltage V, and a shunt or similar device, in as regards the sampling and measurement of the current I.
  • the sampling and measuring means 11 and 12 deliver a signal I, respectively V, representative of the intensity I and of the output voltage V of the current generator, which are applied to the input of the converter with width modulation d pulses 2.
  • the regulation system which is the subject of the invention comprises means 3 detectors with a threshold for the converter stalling 2.
  • the stall state of the converter 2 has been defined beforehand on the basis of the corresponding voltages of voltage V and of current. I delivered by the current generator 1 to the converter 2 in conjunction with FIGS. 1f and 1g.
  • the means 3 detectors at the dropout point of the converter 2 receive the signals representative of the intensity 1 and of the voltage V delivered by the intensity generator 1, to the converter 2 and delivers a logic signal C, representative of the state of the converter 2 stalling or not stalling with respect to the threshold values.
  • the threshold values correspond either to an initially low voltage V value, or to an initially low intensity value, the comparison of the actual voltage V and intensity I value with these threshold values allowing when the values of voltage V or of current I are respectively lower than the corresponding threshold values, to highlight the off-hook or non-off-hook state of the converter 2, as a function of the power called up by the payload CU.
  • the regulation system which is the subject of the invention comprises a regulation loop 4 for the width of pulses delivered by the converter 2.
  • the regulation loop 4 comprises, as shown in FIG. 2a , means 20 for sampling and measuring the voltage Vc delivered by the converter 2 to the payload CU.
  • These means can be constituted by a potentiometric assembly similar to that already mentioned for the production of the means for sampling and measuring the voltage V delivered by the current generator 1.
  • the regulation loop 4 also comprises differential amplifier means 40 receiving on a first input the signal delivered by the means 20 for measuring the voltage delivered by the converter 2 and on a second input a reference voltage denoted Ur.
  • This reference voltage is delivered by a DC voltage generator 41 suitably stabilized. This type of generator will not be described, since it calls upon normal knowledge of a person skilled in the art.
  • the differential amplifier means 40 deliver an amplified error signal denoted ⁇ .
  • reversing means 42 are provided, these reversing means 42 comprising an input terminal 420, connected to the output of the differential amplifier 40 and receiving the amplified error signal.
  • the reversing means 42 further comprise an inversion control terminal represented diagrammatically by a switch blade denoted 421, the inversion control terminal 421 receiving the logic signal C delivered by the means 3 threshold detectors.
  • the reversing means further comprise a direct transmission terminal 424 of the amplified error signal and a reverse transmission terminal of the amplified signal terminal denoted 425, which is connected to an inverter denoted 423. Reversing means 42 thus deliver, on switching by via the control signal C, the amplified error signal not inverted, via terminal 424 or the amplified error signal inverted via terminal 425 and the inverter 423.
  • Integrating means 43 are further provided, the latter receiving the inverted or non-inverted error signal, ⁇ ⁇ and delivering an integrated error signal denoted S.
  • means 44 for pulse width modulation comprising a comparator 440 and a sawtooth generator 441.
  • the comparator comprises a first input terminal receiving integrator 43 the integrated error signal S and a second input terminal receiving the signal delivered by the sawtooth generator 441.
  • the output terminal of comparator 44 delivers a control signal denoted SCL, of pulse width of the pulse width modulation converter 2.
  • the pulse width is controlled by the duration of the high state of the SCL signal, which is itself controlled by the time during which the sawtooth voltage delivered by the sawtooth generator 441 is less than the value of the amplified error signal inverted or not ⁇ ⁇ .
  • the operating point oscillates between the two extreme positions defined on the current-voltage output characteristic I (V) of the generator intensity, extreme position defined by the threshold values Imin and Vmin, position denoted A and B in FIG. 2b at points 1 and 2 thereof.
  • the means 3 detectors with threshold converter 2 dropout are variable threshold dropout detection means.
  • the aforementioned variable thresholds make it possible to change these thresholds Imin and Vmin framing the point of maximum power Pmax towards the coordinates of this point.
  • coefficients kI and kV are coefficients strictly less than 1.
  • V (Imin) represents the value of the voltage V on the current-voltage output characteristic I (V) of the generator current 1. This point corresponds substantially to point B in Figure 2b at points 1 and 2 thereof.
  • the successive threshold values correspond to the torque values: kI and kV being defined as above.
  • the converter extracts a power P Pmax but the power supplied P tends towards Pmax.
  • the power called P is greater than the maximum power Pmax, the voltage delivered by the converter cannot remain close to the set value, except in the case where an auxiliary source provides the necessary additional power.
  • the corresponding voltage V (I 2r ) x kV with kV 1 is used for the next voltage threshold.
  • the means 3 detectors with a drop-out threshold of the converter 2, the thresholds being variable, comprise directly connected respectively to the means for sampling and measuring the voltage V and the current I, denoted 11, 12, a first and second comparator circuit 31, 32 constituted by a differential amplifier.
  • the negative terminal of comparator 31 is directly connected to the output of the voltage sampling and measurement means V, and the positive terminal of this same comparator is connected at the output of the means 12 for sampling and measuring the voltage V via a first attenuator circuit 310, connected in cascade with a first sampler-blocker circuit 311.
  • the first attenuator circuit 310 has a coefficient d attenuation kV, less than 1.
  • the means 3 threshold detectors also comprise a second comparator circuit 32, constituted by a differential amplifier, the negative terminal of which is directly connected to the output of the means 11 for sampling and measuring the intensity I and the positive terminal of which is connected to the output means for sampling and measuring the intensity I, via a second attenuator circuit 320, connected in cascade with a second circuit 321 sampler-blocker.
  • the second attenuator circuit 320 has an attenuation coefficient kI, less than 1.
  • variable threshold detection means 3 comprise a flip-flop 33 of RS type, the input R of which is directly connected to the output of the second comparator 32 and the input of which S is directly connected to the output of the first comparator 31.
  • the output Q of the flip-flop 33 of RS type delivers the logic signal C representative of the off-hook or non-off-hook state of the converter 2, with respect to the aforementioned variable threshold values .
  • the exit Q of the RS type flip-flop is connected directly to the sampling-blocking control input of the first blocker-sampler 311 and the output Q to the sampling-blocking control input of the second blocker-sampler 321.
  • the samplers-blockers 321 and 311 allow each to store alternately a fraction kI of the current I delivered by the current generator 1, when the last voltage threshold V r is crossed and a fraction kV of the voltage V delivered by the current generator 1 to converter 2, when the last current threshold I r is crossed.
  • the crossing of the thresholds thus memorized therefore corresponding to variable values in accordance with the previously described variation law is detected by the comparators 31 and 32 which then control the flip-flop RS 33, the latter delivering the logic signal C for command to switch the sign of the error signal amplified.
  • variable threshold detection means 3 comprise connected at the output of the blocking samplers 311 and 321, ensuring the connection with the positive input of the first and second comparators 31, 32, a conditional switching circuit 312, 322, receiving on a first input the signal delivered by the corresponding blocking sampler 311 or 321 and on a second input a reference voltage V r1 , V r2 representative of the limit threshold value Vmin respectively Imin.
  • Each of the conditional routing circuits 312, 322 ensures the transmission of the largest of the values constituted by the value of the signal delivered by the corresponding blocking sampler or by the reference voltage V r1 or V r2 .
  • the last sampled threshold values vary accordingly and the threshold threshold values of voltage V and current I delivered by the intensity generator 1, converge towards the corresponding values of current and voltage of the point of maximum power Pmax, values denoted I (Pmax) and V (pmax) as shown in FIG. 2c.
  • the converter 2 When the power called P by the payload CU becomes less than the maximum power Pmax, capable of being supplied by the intensity generator 1, the converter 2 is then positioned with equi-probability, on one of the two points of possible operation, noted Ai and Bi in Figure 3b.
  • this comprises a Zener diode 3120 delivering the reference voltage V r1 , representative of the voltage value Vmin or Imin .
  • the Zener diode 3120 is connected on the one hand to a resistor 3121 supplied by a supply voltage source + E and on the other hand, to a first diode 3122 polarized in the passing direction with respect to the power source + E.
  • Diode 3122 is connected to the positive input terminal of comparator 31 charged by a resistor 312 connected in parallel to the positive terminal of comparator 31.
  • a second diode 3124 provides the link between the output of the blocking sampler 311, the terminal positive input of comparator 31.
  • the two diodes 3122, 3124 and the resistor 3123 play the role of an analog OR gate allowing the transmission of the signal with the highest amplitude value.
  • the point Bi will be chosen if one wishes to limit the current absorbed by the converter 2 to a current IL such as IAi> IL> IBi.
  • the point Ai will be chosen if we want to limit the input voltage of converter 2, to a voltage VL such that VBi> VL> VAi.
  • the operating point can be located in the "current source” area on the generator if you want to limit the input voltage of the converter to a Vlim value or in the "voltage source” area on the generator if on the contrary one wishes to limit the input current of the converter to a value Ilim.
  • variable threshold detection means 3 further comprises a comparator 323 whose positive terminal is connected to the sampling and intensity measurement means I1 and the negative terminal of which is connected to a reference voltage V r3 representative of the limit intensity Ilim.
  • the comparator 323 by detection of the overshoot, delivers, by its output connected to the input S of the flip-flop RS33 through an OR gate 314 receiving on a second input the signal delivered by the output of the comparator 31 control which allows to introduce a corresponding inversion in the regulation loop 4, making the initial operating point unstable.
  • a switch 325 controlled by the output of the comparator 323 allows the setting in short circuit of the blocking sampler 321, which makes it possible to enter a zero value on the blocking sampler 321, the intensity threshold can then only be reset to the value Imin, if it does not was already.
  • the detection means 3 to variable threshold include another comparator 313, the positive terminal of which is connected to the voltage sampling and measurement means and the negative terminal of which is connected to a reference voltage V r4 representative of the limit voltage Vlim.
  • the comparator 313, on detection of the overshoot, delivers by its output connected to the input R of the flip-flop RS33 via an OR gate 324 receiving on a second input the signal delivered by the output of the comparator 32, a signal control allowing to introduce a corresponding inversion in the regulation loop 4.
  • a switch 326 controlled by the output of comparator 313 allows the simultaneous short-circuiting of the sampler-blocker 312, which makes it possible to enter a zero value on the sampler-blocker 312, the voltage threshold does not can then be reset only to the value Vmin, if it was not already.
  • the differential amplifier means 40 and the reversing means 42 can advantageously be constituted by a first error amplifier 401, the positive input of which is connected to the reference voltage Ur delivered by the voltage source of reference 41 not shown in FIG. 3a.
  • the negative input of the first error amplifier 401 is connected to the means 20 for sampling and measuring the voltage Vc delivered by the converter 2.
  • the output of the first error amplifier 401 delivers a first error signal noted ⁇ 1 .
  • a second error amplifier 402 is provided, the negative input of which is connected to the reference voltage Ur and the positive input of which is connected to the means 20 for sampling and measuring the voltage Vc delivered by the converter. 2.
  • the output of the second error amplifier 402 delivers a second error signal ⁇ 2 and the gain of the second error amplifier 402 is identical to the gain of the first error amplifier 401.
  • the output terminal of the first error amplifier 401 and the output terminal of the second error amplifier 402 are each connected to a common point which is connected to the input terminal of the integrator 43.
  • inverting means comprising an inverter comprising a first input terminal receiving the amplified error signal, a second input terminal, an output terminal and an inversion control terminal receiving the logic signal representative of the stall or non-stall state of the converter, means generating a reference voltage being directly connected to the second output terminal of the inverter, output terminal of the latter being directly connected to the input of the integrator means for delivering to the latter either the amplified error signal, or, on switching via the logic signal representative of the converter stall state, the reference voltage so as to position the operating point directly on the current source or voltage source zone independently of the value of the input current or of the converter voltage.
  • the regulation system which is the subject of the invention comprises, as described above, a current generator system coupled to a converter 2 with pulse width modulation.
  • the means 11 and 12 for sampling and measuring the voltage V and the current I delivered by the current generator 1 to the converter 2 are provided, these means delivering a signal representative of the above-mentioned intensity and voltage.
  • Detector means 3 at the dropout threshold of the converter 2 receive the signals representative of the above-mentioned intensity 1 and of the voltage V and deliver a logic signal C representative of the dropout or non-dropout state of the converter 2 with respect to the values threshold.
  • a regulation loop 4 regulates the width of the pulses delivered by the converter.
  • This loop comprises means 20 for sampling and measuring the voltage VC delivered by the converter 2 to the load CU and amplifier means 40 of the differential amplifier type receiving on a first input the signal delivered by the means 20 for measuring the voltage delivered by the converter and on a second input a reference voltage UR delivering the amplified error signal.
  • reversing means 42 comprise an actual reverser denoted 042 comprising a first input terminal 420 receiving the amplified error signal, a second terminal input 422, an output terminal 423 and an inversion control terminal 421 receiving the aforementioned logic signal C.
  • a generator 424 of reference voltage denoted Uc is directly connected to the second input terminal 422 of the inverter 042.
  • the output terminal 4230 of the inverter 042 is directly connected to the input of the integrating means 43 to deliver to the latter either the amplified error signal ⁇ or, on switching via the logic signal C representative of the stall or non-stall state of the converter 2, the reference voltage Uc so as to position directly the operating point on the current source or voltage source zone independently of the value of the input current or the input voltage of the converter 2.
  • the integrating means 43 and the pulse width modulation means constituted by the comparator 440 and the sawtooth generator 441 provide the same function as the same elements in the other embodiments.
  • the embodiment, object of the invention allows to replace the amplified error signal ⁇ ensuring the operation in voltage regulation on the current source area or vice versa on the voltage source area by a constant control voltage constituted by the reference voltage Uc similar to that delivered by the inverted output of the error amplifier 40 when the converter is operating in maximum power extraction mode.
  • a constant control voltage constituted by the reference voltage Uc similar to that delivered by the inverted output of the error amplifier 40 when the converter is operating in maximum power extraction mode.
  • the constant voltage Uc integrated by the integrator 43 the operating point of the converter is always returned to the corresponding operating point in the voltage source zone or vice versa in the current source zone even if , at this time, the power called by the payload CU becomes less than the maximum power that the generator can provide.
  • the operating point of the converter 2 is thus positioned on the current source zone or on the voltage source zone independently of the value of the input current or of the voltage of the converter.
  • the reference voltage Uc can be constituted by a DC voltage source of good stability. Its voltage value has a value substantially equal to the value of the amplified error signal ⁇ which it replaces for the operating point corresponding to the maximum power extraction regime so as to impose, on reduction of the power demand, a position of the operating point of the converter and of the generator 1 either in the current source area or in the voltage source area.
  • control voltage Uc may in fact correspond to one of the two values Uc1 or Uc2, which are close to the control voltage Uc. It will be understood in this case that the two values Uc1 and Uc2 can then correspond to the choice of operation in the voltage zone respectively of the current zone of the generator 1 as a function of the characteristics of the generator and of those of the chopping converter 2.
  • a switch 4000 allows a user to switch to ensure the choice between the corresponding control voltages Uc1 or Uc2, the voltage Uc1 having for value the voltage value during the operation in maximum power extraction mode for the amplifier 402 represented in FIG.
  • the switch 4000 can comprise two parts 4000 A, 4000 B forming a double switch, the second part 4000 B comprising a first and a second input terminal, which are respectively connected to the output of the amplifier 401, 402.
  • the output terminal of the second part 4000 B is connected to the first input terminal of the inverter 042.
  • the amplified error signal ⁇ is delivered by an amplifier 401 playing the role of comparator with respect to a reference voltage denoted Ur.
  • the comparator 401 is followed by the switching stage denoted 42 and of course playing the role of the reversing means 42 previously described.
  • the switching stage 42 is connected in parallel to the output of the amplifier 401 and is constituted by a transistor T1 mounted as a common emitter and the base of which is connected directly to the output Q of the flip-flop 33 of the means 3 threshold detectors converter stall 2.
  • the reference voltage Uc is generated on switching at its high level from the output Q of the flip-flop 33 by saturation of the above-mentioned transistor T1. This switching then makes it possible to apply a substantially zero reference voltage Uc to the input of the integrating means 43, at the saturation voltage denoted VCEsat near the transistor T1, similar to the error voltage of the amplifier replaced during the mode maximum power extraction.
  • the regulation system which is the subject of the invention appears to be particularly well suited to space use for supplying electrical energy to electronic circuits of artificial satellites or aircraft and more particularly to space exploration probes.
  • the intensity generator 1 due to the near impossibility of intervention in the event of failure and the ignorance of the evolution of the behavior of the solar generator, the intensity generator 1, this regulation electronics makes it possible to guard against operating faults.
  • unfavorable operating conditions unfavorable conditions consisting for example of various degradations, state of penumbra, deflection of the sun, distance from the sun, variation in temperature, or the like.
  • a buffer storage assembly constituted by a battery possibly in series with a discharge regulator which can be connected in parallel on the payload CU, at the output of the converter.
  • the operation of the entire regulation system which is the subject of the invention is of course not modified by the presence of such a buffer storage assembly.
  • the system for regulating the operating point of a DC power supply object of the invention makes it possible to ensure satisfactory operation even in spite of the modification of the current-voltage characteristics of the solar generator, modification due to aging and / or environmental conditions of the electronic components constituting it.

Abstract

The regulation system consists of a current generator system (1) coupled to a pulse-width modulating converter (2). <??>The system includes means (11, 12) for sampling and measuring the voltage (V) and current (I) delivered by the current generator (1), a threshold detector (3) for detecting any maladjustment of the converter (2) which delivers a logic signal (C) representative of the maladjusted or non-maladjusted state of the converter (2) with respect to the threshold values. A control loop (4) consists of a switching element (42) which, by reversing the sign of the error signal ( epsilon ), enables the operating point to be returned to the point of maximum power (Pmax) on the output current-voltage characteristic of the current generator (1). <??>Application to the control of electrical power supply circuits in space installations. <IMAGE>

Description

La présente invention est relative à un système de régulation du point de fonctionnement d'une alimentation à courant continu comprenant un système générateur de courant couplé à un convertisseur à modulation de largeur d'impulsions.The present invention relates to a system for regulating the operating point of a DC power supply comprising a current generator system coupled to a pulse width modulation converter.

Dans le domaine de l'alimentation en énergie électrique des aéronefs ou des installations spatiales, l'alimentation est effectuée le plus souvent à partir de générateurs du type générateurs de courant, tels que des générateurs solaires. Ces générateurs désignés sous l'appellation de générateurs de courant présentent une caractéristique de sortie courant-­tension I(V) sensiblement rectangulaire, à la fois source de courant dans sa zone (I) et source de tension dans sa zone (II), ainsi que représenté en figure 1a. La caractéristique de sortie puissance-tension P(V) présente une allure sensiblement triangulaire, ainsi que représenté en figure 1b.In the field of power supply to aircraft or space installations, the supply is most often made from generators of the current generator type, such as solar generators. These generators designated by the name of current generators have a substantially rectangular current-voltage output characteristic I (V), both a source of current in its zone (I) and a source of voltage in its zone (II), thus as shown in Figure 1a. The power-voltage output characteristic P (V) has a substantially triangular shape, as shown in FIG. 1b.

Ces générateurs sont normalement associés à un convertisseur d'énergie électrique dit à modulation de largeur, lequel est commandé de façon à délivrer des impulsions de tension rectangulaire de largeur variable en fonction de la puissance consommée par un circuit de charge. Ce type de convertisseur est plus communément désigné en vocable anglo-saxon par "PWM" et correspond à des dispositifs désignés sous le nom de "BUCK", "BOOST" ou "BUCK-BOOST".These generators are normally associated with a so-called width modulation electrical energy converter, which is controlled so as to deliver pulses of rectangular voltage of variable width as a function of the power consumed by a load circuit. This type of converter is more commonly designated in English terms by "PWM" and corresponds to devices designated under the name of "BUCK", "BOOST" or "BUCK-BOOST".

La caractéristiques d'entrée courant-tension I(V) d'un tel convertisseur alimentant une charge consommant une puissance constante présente l'allure de la partie positive d'une hyperbole équilatère ainsi que représenté en figure 1c, ces convertisseurs essentiellement réactifs, et présentant un très bon rendement, ne consommant que très peu de puissance.The current-voltage input characteristics I (V) of such a converter supplying a load consuming a constant power has the appearance of the positive part of an equilateral hyperbola as shown in FIG. 1c, these converters being essentially reactive, and having a very good yield, consuming only very little power.

De manière classique, la boucle électronique de régulation de ces convertisseurs comporte un amplificateur d'erreur comparant la tension à réguler, la tension fournie à la charge, à une tension de référence, le signal d'erreur amplifié étant délivré à un comparateur assurant la modulation de largeur des impulsions de tension délivrées par le convertisseur en comparant le signal d'erreur à un signal engendré par un générateur de dent de scie. Un intégrateur est introduit en sortie du comparateur afin d'obtenir une erreur statique nulle.Conventionally, the electronic control loop of these converters comprises an error amplifier comparing the voltage to be regulated, the voltage supplied to the load, to a reference voltage, the amplified error signal being supplied to a comparator ensuring the modulation of width of the voltage pulses delivered by the converter by comparing the error signal to a signal generated by a sawtooth generator. An integrator is introduced at the output of the comparator in order to obtain a zero static error.

Un convertisseur donné, suivant le sens de variation du signal d'erreur en fonction de la variation de la tension à réguler, a donc son point de fonctionnement soit sur la zone I source de courant, soit sur la zone II source de tension de la caractéristique de sortie courant-tension du générateur pour une puissance consommée P constante, ainsi que représenté en figure 1d et 1e.A given converter, according to the direction of variation of the error signal as a function of the variation of the voltage to be regulated, therefore has its operating point either on zone I current source, or on zone II voltage source of the current-voltage output characteristic of the generator for a constant power consumption P, as shown in FIGS. 1d and 1e.

Lorsque la puissance appelée par la charge devient de plus en plus importante, le point de fonctionnement précité se déplace progressivement sur la caractéristique de sortie I(V) du générateur vers le point de puissance maximale Pmax. susceptible d'être fournie par le convertisseur.When the power called by the load becomes more and more important, the abovementioned operating point progressively moves over the output characteristic I (V) of the generator towards the maximum power point Pmax. likely to be supplied by the converter.

Lorsque la puissance appelée devient supérieure à la puissance maximale Pmax, le point de fonctionnement préalablement, situé sur la zone générateur de courant ou au contraire sur la zone générateur de tension, passe sur la zone générateur de tension ou générateur de courant réciproquement, ainsi que représenté en figure 1f et 1g, au delà ou en deçà du point de coordonnées I(Pmax), V(Pmax). Dans ces conditions, le point de fonctionnement devient instable car il y a un changement de régime de fonctionnement, c'est-à-dire passage de l'une à l'autre zone source de courant respectivement tension.When the power demand becomes greater than the maximum power Pmax, the operating point previously, located on the current generator zone or on the contrary on the voltage generator zone, passes over the voltage generator or current generator zone, as well as represented in figure 1f and 1g, beyond or below the point of coordinates I (Pmax), V (Pmax). Under these conditions, the operating point becomes unstable because there is a change in operating regime, that is to say passage from one to the other current source area respectively voltage.

Le point de fonctionnement se déplace, en raison de son instabilité, et termine sa course sur le point de la caractéristique de sortie courant-tension I(V) caractérisé, selon le cas, soit par 1 = 0, soit par V = 0 et correspond à une puissance fournie nulle par le générateur solaire, ce qui correspond au phénomène de décrochage, état stable de celui-ci, ainsi que représenté en figure 1f et 1g.The operating point moves, due to its instability, and ends its course at the point of the current-voltage output characteristic I (V) characterized, as the case may be, either by 1 = 0, or by V = 0 and corresponds to a power supplied zero by the solar generator, which corresponds to the stall phenomenon, stable state thereof, as shown in Figure 1f and 1g.

Un système permettant d'extraire la puissance maximale d'un générateur à courant continu de caractéristique I(V) sensiblement rectangulaire a été décrit dans la demande de brevet français n° 2 031 063. Ce système comprend une boucle de commande d'un transistor dans le convertisseur le transistor étant commandé à fréquence variable. Ce système ne permet pas d'obtenir une tension régulée.A system for extracting the maximum power of a DC generator of characteristic I (V) substantially rectangular has been described in French patent application No. 2,031,063. This system comprises a control loop for a transistor in the converter, the transistor being controlled at variable frequency. This system does not provide a regulated voltage.

Le système de régulation du point de fonctionnement d'une alimentation à courant continu selon l'invention a pour objet de remédier à l'inconvénient précité par la suppression du phénomène de décrochage.The purpose of the system for regulating the operating point of a DC power supply according to the invention is to remedy the aforementioned drawback by eliminating the stall phenomenon.

Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un système de régulation d'une alimentation à courant continu, dans lequel l'amplitude de l'excursion du point de fonctionnement autour du point de puissance maximale Pmax est ajustable.Another object of the present invention is the implementation of a regulation system of a DC power supply, in which the amplitude of the excursion of the operating point around the point of maximum power Pmax is adjustable.

Un autre objet de la présente invention est également la mise en oeuvre d'un système de régulation d'une alimentation à courant continu, dans lequel le point de fonctionnement à puissance demandée inférieure à la puissance maximale Pmax peut être ajusté soit sur la zone de la caractéristique source de courant, soit sur la zone de la caractéristique source de tension.Another object of the present invention is also the implementation of a system for regulating a DC power supply, in which the operating point at demanded power lower than the maximum power Pmax can be adjusted either over the area of the current source characteristic, ie in the area of the voltage source characteristic.

Un autre objet de la présente invention est enfin la mise en oeuvre d'un système de régulation d'une alimentation à courant continu, dans lequel le générateur solaire peut être couplé au convertisseur sans précaution particulière, un des points de fonctionnement correspondant à la puissance réellement appelée étant automatiquement atteint.Another object of the present invention is finally the implementation of a system for regulating a DC power supply, in which the solar generator can be coupled to the converter without particular precautions, one of the operating points corresponding to the power actually called being automatically reached.

Le système de régulation du point de fonctionnement d'une alimentation à courant continu, objet de l'invention, comprend un système générateur de courant couplé à un convertisseur à modulation de largeur d'impulsions.The system for regulating the operating point of a DC power supply, object of the invention, comprises a current generator system coupled to a pulse width modulation converter.

Il est remarquable en ce qu'il comprend des moyens de prélève­ment et de mesure de la tension (V) et du courant (I) délivrés par ledit générateur de courant au convertisseur, ces moyens délivrant un signal représentatif de l'intensité (I) et de la tension (V), des moyens détecteurs à seuil du décrochage dudit convertisseur, ces moyens recevant les signaux représentatifs de l'intensité (I) et de la tension (V) délivrés par le générateur d'intensité et délivrant un signal logique (C) représentatif de l'état de décrochage ou de non décrochage du convertisseur par rapport aux valeurs de seuil, une boucle de régulation de la largeur d'impulsions délivrées par le convertisseur, ladite boucle comportant des moyens de prélèvement et de mesure de la tension (Vc) délivrée par le convertisseur à la charge, des moyens amplificateurs différentiels recevant sur une première entrée le signal délivré par lesdits moyens de mesure de la tension délivrée par le convertisseur et sur une deuxième entrée une tension de référence (Ur) et délivrant un signal d'erreur (ε) amplifié, des moyens inverseurs comportant une borne d'entrée recevant ledit signal d'erreur amplifié et une borne de commande d'inversion recevant ledit signal logique (C) délivré par lesdits moyens détecteurs à seuils variables et délivrant le signal d'erreur inversé (-ε), des moyens intégrateurs recevant le signal d'erreur inversé ou non inversé (±ε) et délivrant un signal d'erreur intégré (S), des moyens de modulation de largeur d'impulsions comportant un comparateur et un générateur de dent de scie, ledit comparateur comprenant une première borne d'entrée recevant dudit intégrateur ledit signal d'erreur intégré (S) et une deuxième borne d'entrée recevant le signal délivré par le générateur de dent de scie, ledit comparateur comprenant une borne de sortie délivrant un signal de commande de largeur d'impulsions du convertisseur à modulation de largeur d'impulsions.It is remarkable in that it comprises means for sampling and measuring the voltage (V) and the current (I) delivered by said current generator to the converter, these means delivering a signal representative of the intensity (I) and of the voltage (V), means for detecting the threshold of the stall of said converter, these means receiving the signals representative of the intensity (I) and of the voltage (V) delivered by the intensity generator and delivering a logic signal (C) representative of the state of stalling or non-stalling of the converter with respect to the threshold values, a loop for regulating the width of pulses delivered by the converter, said loop comprising means for sampling and measuring the voltage (Vc) delivered by the converter to the load, differential amplifier means receiving on a first input the signal delivered by said means for measuring the voltage delivered by the converter and on a second input a reference voltage (Ur) and delivering an amplified error signal (ε), reversing means comprising an input terminal receiving said amplified error signal and an inversion control terminal receiving said logic signal (C) delivered by said variable threshold detector means and delivering the inverted error signal (-ε), integrating means receiving the inverted or non-inverted error signal (± ε) and delivering ant an integrated error signal (S), pulse width modulation means comprising a comparator and a sawtooth generator, said comparator comprising a first input terminal receiving from said integrator said integrated error signal ( S) and a second input terminal receiving the signal delivered by the sawtooth generator, said comparator comprising an output terminal delivering a pulse width control signal from the pulse width modulation converter.

Le système de régulation objet de l'invention trouve application aux systèmes d'alimentation en énergie électrique de satellites artificiels, d'aéronefs spatiaux et, de manière plus générale, à tout système d'alimentation en énergie électrique mettant en oeuvre des générateurs d'intensité tels que des batteries solaires, tant dans le domaine spatial que domestique.The regulation system which is the subject of the invention finds application in systems for supplying electrical energy to artificial satellites, for space aircraft and, more generally, to any system for supplying electrical energy using generators of intensity such as solar batteries, both in space and domestic.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description et à l'observation des dessins dans lesquels outre les figures 1a à 1g, relatives à des diagrammes de fonctionnement d'un générateur de type classique,

  • - la figure 2a représente un schéma synoptique du système de régulation du point de fonctionnement d'une alimentation à courant continu comprenant un système générateur de courant couplé à un convertisseur à modualtion de largeur d'impulsions,
  • - la figure 2b représente aux points 1) et 2) les diagrammes de fonctionne ment du point de fonctionnement du système au premier décrochement sur la caractéristique de sortie courant-tension I(V) du générateur de courant,
  • - la figure 2c représente un diagramme explicatif du fonction­nement du dispositif tel que représenté en figure 2a, de façon plus détaillée dans les étapes successives aux figures 2b 1) ou 2), lorsque la puissance appelée est supérieure à Pmax,
  • - la figure 3a représente un mode de réalisation préférentiel du système de régulation objet de l'invention tel que représenté en figure 2a,
  • - la figure 3b représente un diagramme de fonctionnement du point de fonctionnement du système sur la caractéristique de sortie courant-tension I(V) du générateur de courant, lorsque la puissance appelée diminue en deçà de Pmax,
  • - les figures 4a et 4b représentent un mode de réalisation particulier, non limitatif, préférentiel du système objet de l'invention, représenté en figure 3a,
  • - les figures 4c, 4d et 4e représentent des diagrammes explicatifs du fonctionnement du dispositif objet de l'invention tel que représenté en figure 4b.
  • - la figure 5 représente un schéma fonctionnel synoptique d'une variante de réalisation de l'objet de l'invention permettant un passage systématique et immédiat du point de fonctionnement sur la zone source de tension ou sur la zone source de courant lors du passage du mode d'extraction de la puissance maximale du générateur au mode de régulation de tension,
  • - la figure 6 représente de façon plus détaillée une variante de réalisation de l'objet de l'invention,
  • - la figure 7 représente, dans une version simplifiée, la variante de réalisation de l'objet de l'invention précédemment représenté en figure 5.
The invention will be better understood on reading the description and on observing the drawings in which, in addition to FIGS. 1a to 1g, relating to operating diagrams of a generator of conventional type,
  • FIG. 2a represents a block diagram of the system for regulating the operating point of a DC power supply comprising a current generator system coupled to a pulse width modulated converter,
  • FIG. 2b represents in points 1) and 2) the operating diagrams of the operating point of the system at the first offset on the current-voltage output characteristic I (V) of the current generator,
  • FIG. 2c represents an explanatory diagram of the operation of the device as shown in FIG. 2a, in more detail in the successive steps in FIGS. 2b 1) or 2), when the power demand is greater than Pmax,
  • FIG. 3a represents a preferred embodiment of the regulation system which is the subject of the invention as shown in FIG. 2a,
  • FIG. 3b represents an operating diagram of the operating point of the system on the current-voltage output characteristic I (V) of the current generator, when the power demand decreases below Pmax,
  • FIGS. 4a and 4b represent a particular, non-limiting, preferential embodiment of the system which is the subject of the invention, represented in FIG. 3a,
  • - Figures 4c, 4d and 4e show explanatory diagrams of the operation of the device object of the invention as shown in Figure 4b.
  • - Figure 5 shows a block diagram of an alternative embodiment of the object of the invention allowing a systematic and immediate passage of the operating point on the voltage source area or on the current source area during the passage of the mode for extracting maximum power from the generator in voltage regulation mode,
  • FIG. 6 shows in more detail an alternative embodiment of the subject of the invention,
  • FIG. 7 represents, in a simplified version, the variant embodiment of the object of the invention previously represented in FIG. 5.

Le système de régulation du point de fonctionnement d'une alimentation à courant continu objet de l'invention sera tout d'abord décrit en liaison avec la figure 2a.The system for regulating the operating point of a DC power supply which is the subject of the invention will firstly be described in conjunction with FIG. 2a.

L'alimentation à courant continu est réputée comprendre un système 1 générateur de courant, lequel est couplé à un convertisseur 2 à modulation de largeur d'impulsions. Le système 1 générateur de courant peut être constitué par un système à cellules solaires et la désignation système générateur de courant doit être comprise comme un système dont la caractéristique de sortie courant-tension est sensiblement rectangulaire, ainsi que representée en figure 1a.The DC power supply is deemed to include a current generator system 1, which is coupled to a pulse width modulation converter 2. The current generator system 1 can be constituted by a solar cell system and the designation current generator system must be understood as a system whose current-voltage output characteristic is substantially rectangular, as shown in FIG. 1a.

Le convertisseur 2 à modulation de largeur d'impulsions est couplé au système générateur de courant. Il permet d'engendrer des impulsions rectangulaires de tension, dont la largeur varie en fonction de la puissance appelée par la charge utile CU ; bien entendu, le convertisseur à modulation de largeur d'impulsions comporte des circuits de lissage, non représentés sur la figure 2a, lesquels permettent de délivrer la tension continue Vc à la charge utile CU.The pulse width modulation converter 2 is coupled to the current generator system. It makes it possible to generate rectangular voltage pulses, the width of which varies as a function of the power called up by the payload CU; of course, the pulse width modulation converter includes smoothing circuits, not shown in FIG. 2a, which make it possible to deliver the DC voltage Vc to the payload CU.

Conformément à un aspect particulièrement avantageux du système de régulation objet de l'invention, celui-ci comprend, ainsi que représenté en figure 2a, des moyens notés 11, 12 de prélèvement et de mesure de la tension V et du courant I délivré par le générateur de courant 1 au convertisseur 2. Les moyens de prélèvement et de mesure de la tension V et du courant I peuvent avantageusement être constitués par un système potentiométrique en ce qui concerne la mesure de la tension V, et un dispositif shunt ou analogue, en ce qui concerne le prélèvement et la mesure du courant I. Ces éléments de type classique, ne seront pas décrits en détail, car parfaitement connus de l'homme du métier. Les moyens de prélèvement et de mesure 11 et 12 délivrent un signal I, respectivement V, représentatifs de l'intensité I et de la tension V de sortie du générateur de courant, lesquels sont appliqués à l'entrée du convertisseur à modulation de largeur d'impulsions 2.In accordance with a particularly advantageous aspect of the regulation system which is the subject of the invention, it comprises, as shown in FIG. 2a, means denoted 11, 12 for sampling and measuring the voltage V and the current I delivered by the current generator 1 to converter 2. The means for sampling and measuring the voltage V and the current I can advantageously be constituted by a potentiometric system as regards the measurement of the voltage V, and a shunt or similar device, in as regards the sampling and measurement of the current I. These elements of conventional type will not be described in detail, since they are perfectly known to those skilled in the art. The sampling and measuring means 11 and 12 deliver a signal I, respectively V, representative of the intensity I and of the output voltage V of the current generator, which are applied to the input of the converter with width modulation d pulses 2.

En outre, le système de régulation objet de l'invention, comporte des moyens 3 détecteurs à seuil du décrochage du convertisseur 2. L'état de décrochage du convertisseur 2 a été défini préalablement à partir des tensions correspondantes de tension V et d'intensité I délivrées par le générateur de courant 1 au convertisseur 2 en liaison avec les figures 1f et 1g. Les moyens 3 détecteurs à seuil du décrochage du convertisseur 2, reçoivent les signaux représentatifs de l'intensité 1 et de la tension V délivrés par le générateur d'intensité 1, au convertisseur 2 et délivre un signal logique C, représentatif de l'état de décrochage ou de non décrochage du convertisseur 2 par rapport aux valeurs de seuil. On comprendra bien entendu que les valeurs de seuil correspondent soit à une valeur de tension V initialement faible, soit à une valeur d'intensité initialement faible, la comparaison de la valeur de tension V et d'intensité I effective à ces valeurs de seuil permettant lorsque les valeurs de tension V ou d'intensité I sont inférieures respectivement aux valeurs de seuil correspondantes, de mettre en évidence l'état de décrochage ou de non décrochage du convertisseur 2, en fonction de la puissance appelée par la charge utile CU.In addition, the regulation system which is the subject of the invention comprises means 3 detectors with a threshold for the converter stalling 2. The stall state of the converter 2 has been defined beforehand on the basis of the corresponding voltages of voltage V and of current. I delivered by the current generator 1 to the converter 2 in conjunction with FIGS. 1f and 1g. The means 3 detectors at the dropout point of the converter 2, receive the signals representative of the intensity 1 and of the voltage V delivered by the intensity generator 1, to the converter 2 and delivers a logic signal C, representative of the state of the converter 2 stalling or not stalling with respect to the threshold values. It will of course be understood that the threshold values correspond either to an initially low voltage V value, or to an initially low intensity value, the comparison of the actual voltage V and intensity I value with these threshold values allowing when the values of voltage V or of current I are respectively lower than the corresponding threshold values, to highlight the off-hook or non-off-hook state of the converter 2, as a function of the power called up by the payload CU.

En outre, ainsi que représenté en figure 2a, le système de régulation objet de l'invention comporte une boucle de régulation 4 de la largeur d'impulsions délivrées par le convertisseur 2. La boucle de régulation 4 comporte, ainsi que représenté en figure 2a, des moyens 20 de prélèvement et de mesure de la tension Vc délivrée par le convertisseur 2 à la charge utile CU. Ces moyens peuvent être constitués par un montage potentiomètrique analogue à celui déjà mentionné pour la réalisation des moyens de prélèvement et de mesure de la tension V délivrée par le générateur de courant 1.In addition, as shown in FIG. 2a, the regulation system which is the subject of the invention comprises a regulation loop 4 for the width of pulses delivered by the converter 2. The regulation loop 4 comprises, as shown in FIG. 2a , means 20 for sampling and measuring the voltage Vc delivered by the converter 2 to the payload CU. These means can be constituted by a potentiometric assembly similar to that already mentioned for the production of the means for sampling and measuring the voltage V delivered by the current generator 1.

La boucle de régulation 4 comporte également des moyens amplificateurs différentiels 40 recevant sur une première entrée le signal délivré par les moyens 20 de mesure de la tension délivrée par le convertisseur 2 et sur une deuxième entrée une tension de référence notée Ur. Cette tension de référence est délivrée par un générateur de tension continue 41 convenablement stabilisé. Ce type de générateur ne sera pas décrit, car faisant appel à des connaissances normales de l'homme du métier. Les moyens amplificateurs différentiels 40 délivrent un signal d'erreur amplifié noté ε .The regulation loop 4 also comprises differential amplifier means 40 receiving on a first input the signal delivered by the means 20 for measuring the voltage delivered by the converter 2 and on a second input a reference voltage denoted Ur. This reference voltage is delivered by a DC voltage generator 41 suitably stabilized. This type of generator will not be described, since it calls upon normal knowledge of a person skilled in the art. The differential amplifier means 40 deliver an amplified error signal denoted ε.

En outre, des moyens inverseurs 42 sont prévus, ces moyens inverseurs 42 comportant une borne d'entrée 420, connectée à la sortie de l'amplificateur différentiel 40 et recevant le signal d'erreur amplifié. Les moyens inverseurs 42 comportent en outre une borne de commande d'inversion représentée schématiquement par une lame d' interrupteur notée 421, la borne de commande d'inversion 421 recevant le signal logique C délivré par les moyens 3 détecteurs à seuil. Les moyens inverseurs comportent en outre une borne de transmission directe 424 du signal d'erreur amplifié et une borne de transmission inverse du signal amplifié borne notée 425, laquelle est reliée à un inverseur noté 423. Des moyens inverseurs 42 délivrent ainsi, sur commutation par l'intermédiaire du signal de commande C, le signal d'erreur amplifié non inversé, par l'intermédiaire de la borne 424 ou le signal d'erreur amplifié inversé par l'intermédiaire de la borne 425 et de l'inverseur 423.In addition, reversing means 42 are provided, these reversing means 42 comprising an input terminal 420, connected to the output of the differential amplifier 40 and receiving the amplified error signal. The reversing means 42 further comprise an inversion control terminal represented diagrammatically by a switch blade denoted 421, the inversion control terminal 421 receiving the logic signal C delivered by the means 3 threshold detectors. The reversing means further comprise a direct transmission terminal 424 of the amplified error signal and a reverse transmission terminal of the amplified signal terminal denoted 425, which is connected to an inverter denoted 423. Reversing means 42 thus deliver, on switching by via the control signal C, the amplified error signal not inverted, via terminal 424 or the amplified error signal inverted via terminal 425 and the inverter 423.

Des moyens intégrateurs 43 sont en outre prévus, ces derniers recevant le signal d'erreur inversé ou non inversé, ± ε et délivrant un signal d'erreur intégré noté S.Integrating means 43 are further provided, the latter receiving the inverted or non-inverted error signal, ± ε and delivering an integrated error signal denoted S.

En outre, et de manière classique, des moyens 44 de modulation de largeur d'impulsions sont prévus, ceux-ci comportant un comparateur 440 et un générateur de dents de scie 441. Le comparateur comprend une première borne d'entrée recevant de l'intégrateur 43 le signal d'erreur intégré S et une deuxième borne d'entrée recevant le signal délivré par le générateur de dents de scie 441. La borne de sortie du comparateur 44 délivre un signal de commande noté SCL, de largeur d'impulsions du convertisseur 2 à modulation de largeur d'impulsions. La largeur des impulsions est commandée par la durée de l'état haut du signal SCL, laquelle est elle-même commandée par le temps pendant lequel la tension en dents de scie délivrée par le générateur de dents de scie 441 est inférieure à la valeur du signal d'erreur amplifié inversé ou non ± ε .In addition, and conventionally, means 44 for pulse width modulation are provided, these comprising a comparator 440 and a sawtooth generator 441. The comparator comprises a first input terminal receiving integrator 43 the integrated error signal S and a second input terminal receiving the signal delivered by the sawtooth generator 441. The output terminal of comparator 44 delivers a control signal denoted SCL, of pulse width of the pulse width modulation converter 2. The pulse width is controlled by the duration of the high state of the SCL signal, which is itself controlled by the time during which the sawtooth voltage delivered by the sawtooth generator 441 is less than the value of the amplified error signal inverted or not ± ε.

Ainsi qu'on le comprendra de l'observation de la figure 2b, et en particulier aux points 1 et 2 de celle-ci, pour des valeurs de seuil de courant noté Imin et de tension Vmin des moyens 3 détecteurs de décrochement à seuil du convertisseur 2, à chaque décrochement du convertisseur 2, c'est-à-dire pour chaque franchissement par le point de fonctionnement du régulateur du point de puissance maximale Pmax sur la caractéristique de sortie courant tension I(V) du générateur de tension 1, l'un des paramètres de courant I ou tension V du point de fonctionnement devient inférieur au seuil Imin ou Vmin imposé ce qui a pour effet d'entraîner le basculement des moyens inverseurs 42. Ce basculement provoque lui-même une inversion de signe du signal d'erreur ε dans la boucle de régulation 4, ce qui a pour effet de faire repartir le point de fonctionnement du convertisseur 2 vers le point de puissance maximale Pmax évitant en cela indéfiniment l'état de décrochage du convertisseur 2.As will be understood from the observation of FIG. 2b, and in particular at points 1 and 2 thereof, for values of the current threshold denoted Imin and of the voltage Vmin of the means 3 detachers with drop-out threshold of the converter 2, each time converter 2 is removed, that is to say for each crossing by the operating point of the regulator of the point of maximum power Pmax on the voltage current output characteristic I (V) of voltage generator 1, one of the parameters of current I or voltage V of the operating point becomes lower than the threshold Imin or Vmin imposed, which has the effect of causing the switching of the reversing means 42. This switching itself causes a sign inversion of the signal error ε in the regulation loop 4, which has the effect of restarting the operating point of the converter 2 towards the maximum power point Pmax thereby avoiding indefinitely the stall state of the converter 2.

Dans le cas où les conditions de fonctionnement sont telles que la puissance appelée P est supérieure à la puissance maximale Pmax et persiste, le point de fonctionnement oscille entre les deux positions extrêmes définies sur la caractéristique de sortie courant-tension I(V) du générateur d'intensité, position extrême définie par les valeurs de seuil Imin et Vmin, position notée A et B sur la figure 2b aux points 1 et 2 de celle-ci.In the case where the operating conditions are such that the power called P is greater than the maximum power Pmax and persists, the operating point oscillates between the two extreme positions defined on the current-voltage output characteristic I (V) of the generator intensity, extreme position defined by the threshold values Imin and Vmin, position denoted A and B in FIG. 2b at points 1 and 2 thereof.

Afin d'extraire une puissance moyenne du générateur de courant 1 voisine de la puissance maximale Pmax que celui-ci est susceptible de fournir, conformément à une caractéristique particulièrement avantageuse du système de régulation objet de l'invention, les moyens 3 détecteurs à seuil de décrochage du convertisseur 2 sont des moyens détecteurs de décrochage à seuil variable. Les seuils variables précités permettent de faire évoluer ces seuils Imin et Vmin encadrant le point de puissance maximum Pmax vers les coordonnées de ce point.In order to extract an average power from the current generator 1 close to the maximum power Pmax that it is capable of supplying, in accordance with a particularly advantageous characteristic of the regulation system object of the invention, the means 3 detectors with threshold converter 2 dropout are variable threshold dropout detection means. The aforementioned variable thresholds make it possible to change these thresholds Imin and Vmin framing the point of maximum power Pmax towards the coordinates of this point.

Dans ce but, les moyens 3 détecteurs à seuil variable peuvent opérer selon le processus ci-après :
- En partant du point de fonctionnement de coordonnées V0 = Vmin, I0 = I(Vmin) où, selon la notation habituelle I(Vmin), représente la valeur de l'intensité délivrée par le générateur de courant 1, pour la tension V délivrée par celui-ci égale à Vmin, ce point bien entendu correspond au point A de la figure 2b 1).For this purpose, the means 3 detectors with variable threshold can operate according to the following process:
- Starting from the operating point with coordinates V0 = Vmin, I0 = I (Vmin) where, according to the usual notation I (Vmin), represents the value of the intensity delivered by the current generator 1, for the voltage V delivered by this equal to Vmin, this point of course corresponds to point A in Figure 2b 1).

Le point de seuil suivant pourra être défini par exemple par le couple V1, I1, la valeur d'intensité du courant I1 étant définie par I1 = kII0 et la valeur V1 correspondant à la valeur de tension sur la caractéristique de sortie courant-tension du générateur de courant 1. Les valeurs de seuil successives peuvent être alors définies à partir de la valeur de seuil V1, I1 précédente, par exemple par les couples V2 = kV.V1 et I2 correspondant à la valeur d'intensité pour la valeur de tension V2 précitée et de manière plus générale, par les couples suivants :

Figure imgb0001
The next threshold point can be defined for example by the torque V1, I1, the current intensity value I1 being defined by I1 = k I I0 and the value V1 corresponding to the voltage value on the current-voltage output characteristic of current generator 1. The successive threshold values can then be defined from the previous threshold value V1, I1, for example by the pairs V2 = k V .V1 and I2 corresponding to the value of current for the aforementioned voltage value V2 and more generally, by the following pairs:
Figure imgb0001

Bien entendu, les coefficients kI et kV sont des coefficients strictement inférieurs à 1.Of course, the coefficients kI and kV are coefficients strictly less than 1.

- En partant du point de fonctionnement de coordonnées I0 = Imin, V0 = V(Imin) où selon la notation habituelle V(Imin) représente la valeur de la tension V sur la caractéristique de sortie courant-tension I(V) du générateur de courant 1. Ce point correspond sensiblement au point B de la figure 2b aux points 1 et 2 de celle-ci.- Starting from the operating point with coordinates I0 = Imin, V0 = V (Imin) where according to the usual notation V (Imin) represents the value of the voltage V on the current-voltage output characteristic I (V) of the generator current 1. This point corresponds substantially to point B in Figure 2b at points 1 and 2 thereof.

La première valeur de seuil correspondant aux couples V0, I0, peut alors être suivie d'une deuxième valeur de seuil correspondant à la valeur de couple V1 = KV x V0 et I1 correspondant à l'intensité du courant délivrée par le générateur d'intensité pour la valeur de tension V1 précitée, puis par la deuxième valeur de couple V2 et I2 = kI.I1, où V2 représente la valeur de la tension sur la caractéristique de sortie courant-tension du générateur d'intensité 1, pour l'intensité I2 précitée. De manière générale, les valeurs de seuil successives correspondent aux valeurs de couple :

Figure imgb0002
kI et kV étant définis de même que précédemment.The first threshold value corresponding to the couples V0, I0, can then be followed by a second threshold value corresponding to the torque value V1 = K V x V0 and I1 corresponding to the intensity of the current delivered by the generator. current for the aforementioned voltage value V1, then by the second torque value V2 and I2 = k I .I1, where V2 represents the value of the voltage on the current-voltage output characteristic of the current generator 1, for l intensity I2 above. In general, the successive threshold values correspond to the torque values:
Figure imgb0002
 kI and kV being defined as above.

On pourra le constater, l'évolution des valeurs de seuil Imin et Vmin, telles que décrites précédemment, permettent ainsi une convergence du point de fonctionnement vers le point de puissance maximale Pmax.As can be seen, the evolution of the threshold values Imin and Vmin, as described above, thus allow convergence of the operating point towards the maximum power point Pmax.

Une description plus détaillée de la convergence du point de fonctionnement vers le point Pmax de puissance maximale de la caractéristique sera donnée en liaison avec la figure 2c.A more detailed description of the point convergence operation towards the point Pmax of maximum power of the characteristic will be given in connection with FIG. 2c.

Lorsque la puissance appelée dépasse la puissance Pmax, sous l'effet d'inversions successives par l'interrupteur K dans la boucle de régulation lors de décrochements déclenchés par les franchissements des seuils initiaux Imin et Vmin, les seuils successifs convergent respectivement vers I(Pmax) et V(Pmax).When the power demand exceeds the power Pmax, under the effect of successive inversions by the switch K in the regulation loop during setbacks triggered by the crossing of the initial thresholds Imin and Vmin, the successive thresholds converge respectively towards I (Pmax ) and V (Pmax).

Le convertisseur extrait une puissance P Pmax mais la puissance fournie P tend vers Pmax. Lorsque la puissance appelée P est supérieure à la puissance maximale Pmax, la tension délivrée par le convertisseur ne peut rester voisine de la valeur de consigne, sauf dans le cas où une source auxiliaire apporte le complément de puissance nécessaire.The converter extracts a power P Pmax but the power supplied P tends towards Pmax. When the power called P is greater than the maximum power Pmax, the voltage delivered by the converter cannot remain close to the set value, except in the case where an auxiliary source provides the necessary additional power.

Ainsi que représenté en figure 2c, à chaque franchissement de seuil I2r, est retenu pour le prochain seuil de tension, la tension correspondante V(I2r) x kV avec kV      1. De la même façon, à chaque franchissement le seuil V2r est retenu pour le prochain seuil d'intensité, le courant correspondant I(V2r) x kI avec kI      1.As shown in FIG. 2c, at each crossing of threshold I 2r , the corresponding voltage V (I 2r ) x kV with kV 1 is used for the next voltage threshold. Similarly, at each crossing of threshold V 2r is retained for the next intensity threshold, the corresponding current I (V 2r ) x kI with kI 1.

En régime établi, les seuils finaux ont respectivement pour valeur: pour le seuil d'intensité : kI x If
pour le seuil de tension : kV x Vf tels que
V = f(kI x If) = Vf et I = f⁻¹(kV x Vf) = If.Under established conditions, the final thresholds respectively have the value: for the intensity threshold: kI x If
for the voltage threshold: kV x Vf such that
V = f (k I x If) = Vf and I = f⁻¹ (kV x Vf) = If.

Dans le cas où kI et kV tendent vers la valeur 1, kI x If tend vers I(Pmax) et kV x Vf tend vers V(Pmax) mais la convergence est plus lente.In the case where kI and kV tend towards the value 1, kI x If tends towards I (Pmax) and kV x Vf tends towards V (Pmax) but the convergence is slower.

Un mode de réalisation particulièrement adapté à la réalisation du processus précédemment cité, sera donné en liaison avec la figure 3a.An embodiment particularly suitable for carrying out the above-mentioned process will be given in connection with FIG. 3a.

Conformément à la figure précitée, les moyens 3 détecteurs à seuil de décrochement du convertisseur 2, les seuils étant variables, comportent directement connectés respectivement aux moyens de prélèvement et de mesure de la tension V et du courant I, notés 11, 12, un premier et deuxième circuit comparateur 31, 32 constitué par un amplificateur différentiel. La borne négative du comparateur 31 est directement connectée en sortie des moyens de prélèvement et de mesure de la tension V, et la borne positive de ce même comparateur est connectée en sortie des moyens 12 de prélèvement et de mesure de la tension V par l'intermédiaire d'un premier circuit atténuateur 310, connecté en cascade avec un premier circuit échantillonneur-bloqueur 311. Bien entendu, le premier circuit atténuateur 310 présente un coefficient d'atténuation kV, inférieur à 1.In accordance with the above-mentioned figure, the means 3 detectors with a drop-out threshold of the converter 2, the thresholds being variable, comprise directly connected respectively to the means for sampling and measuring the voltage V and the current I, denoted 11, 12, a first and second comparator circuit 31, 32 constituted by a differential amplifier. The negative terminal of comparator 31 is directly connected to the output of the voltage sampling and measurement means V, and the positive terminal of this same comparator is connected at the output of the means 12 for sampling and measuring the voltage V via a first attenuator circuit 310, connected in cascade with a first sampler-blocker circuit 311. Of course, the first attenuator circuit 310 has a coefficient d attenuation kV, less than 1.

Les moyens 3 détecteurs à seuil comportent également un deuxième circuit comparateur 32, constitué par un amplificateur différentiel dont la borne négative est directement connectée en sortie des moyens 11 de prélèvement et de mesure de l'intensité I et dont la borne positive est connectée en sortie des moyens de prélèvement et de mesure de l'intensité I, par l'intermédiaire d'un deuxième circuit atténuateur 320, connecté en cascade avec un deuxième circuit 321 échantillonneur-bloqueur. Le deuxième circuit atténuateur 320 présente un coefficient d'atténuation kI, inférieur à 1.The means 3 threshold detectors also comprise a second comparator circuit 32, constituted by a differential amplifier, the negative terminal of which is directly connected to the output of the means 11 for sampling and measuring the intensity I and the positive terminal of which is connected to the output means for sampling and measuring the intensity I, via a second attenuator circuit 320, connected in cascade with a second circuit 321 sampler-blocker. The second attenuator circuit 320 has an attenuation coefficient kI, less than 1.

En outre ainsi qu'on l'a représenté en figure 3a, les moyens 3 de détection à seuil variable comportent une bascule 33 de type RS, dont l'entrée R est directement connectée à la sortie du deuxième comparateur 32 et dont l'entrée S est directement connectée à la sortie du premier comparateur 31. La sortie Q de la bascule 33 de type RS délivre le signal logique C représentatif de l'état de décrochage ou de non décrochage du convertisseur 2, par rapport aux valeurs de seuil variables précitées. La sortie Q de la bascule de type RS 33 est reliée directement à l'entrée de commande d'échantillonnage-blocage du premier échantillonneur-bloqueur 311 et la sortie Q à l'entrée de commande d'échantillonnage-blocage du deuxième échantillonneur-bloqueur 321. Les échantillonneurs-bloqueurs 321 et 311 permettent de mémoriser chacun alternativement une fraction kI du courant I délivré par le générateur de courant 1, lorsque le dernier seuil de tension Vr est franchi et une fraction kV de la tension V délivrée par le générateur de courant 1 au convertisseur 2, lorsque le dernier seuil de courant Ir est franchi. Le franchissement des seuils ainsi mémorisés correspondant donc à des valeurs variables conformément à la loi de variation précédemment décrite est détectée par les comparateurs 31 et 32 lesquels commandent alors la bascule RS 33, celle-ci délivrant le signal logique C de commande de commutation du signe du signal d'erreur amplifié. En outre, les moyens 3 de détection à seuil variable comportent connectés en sortie des échantillonneurs bloqueurs 311 et 321, assurant la liaison avec l'entrée positive des premier et deuxième comparateurs 31, 32, un circuit d'aiguillage conditionnel 312, 322, recevant sur une première entrée le signal délivré par l'échantillonneur bloqueur correspondant 311 ou 321 et sur une deuxième entrée une tension de référence Vr1, Vr2 représentative de la valeur de seuil limite Vmin respectivement Imin. Chacun des circuits d'aiguillage conditionnel 312, 322 permet d'assurer la transmission de la plus grande des valeurs constituée par la valeur du signal délivré par l'échantillonneur bloqueur correspondant ou par la tension de référence Vr1 ou Vr2.In addition, as shown in FIG. 3a, the variable threshold detection means 3 comprise a flip-flop 33 of RS type, the input R of which is directly connected to the output of the second comparator 32 and the input of which S is directly connected to the output of the first comparator 31. The output Q of the flip-flop 33 of RS type delivers the logic signal C representative of the off-hook or non-off-hook state of the converter 2, with respect to the aforementioned variable threshold values . The exit Q of the RS type flip-flop is connected directly to the sampling-blocking control input of the first blocker-sampler 311 and the output Q to the sampling-blocking control input of the second blocker-sampler 321. The samplers-blockers 321 and 311 allow each to store alternately a fraction kI of the current I delivered by the current generator 1, when the last voltage threshold V r is crossed and a fraction kV of the voltage V delivered by the current generator 1 to converter 2, when the last current threshold I r is crossed. The crossing of the thresholds thus memorized therefore corresponding to variable values in accordance with the previously described variation law is detected by the comparators 31 and 32 which then control the flip-flop RS 33, the latter delivering the logic signal C for command to switch the sign of the error signal amplified. In addition, the variable threshold detection means 3 comprise connected at the output of the blocking samplers 311 and 321, ensuring the connection with the positive input of the first and second comparators 31, 32, a conditional switching circuit 312, 322, receiving on a first input the signal delivered by the corresponding blocking sampler 311 or 321 and on a second input a reference voltage V r1 , V r2 representative of the limit threshold value Vmin respectively Imin. Each of the conditional routing circuits 312, 322 ensures the transmission of the largest of the values constituted by the value of the signal delivered by the corresponding blocking sampler or by the reference voltage V r1 or V r2 .

Ainsi, lorsque la puissance appelée par la charge utile croît et est > Pmax, les dernières valeurs de seuil échantillonnées varient en conséquence et les valeurs de seuil limites de tension V et de courant I délivrés par le générateur d'intensité 1, convergent vers les valeurs correspondantes de courant et de tension du point de puissance maximale Pmax, valeurs notées I(Pmax) et V(pmax) ainsi que représentées sur la figure 2c.Thus, when the power called up by the payload increases and is> Pmax, the last sampled threshold values vary accordingly and the threshold threshold values of voltage V and current I delivered by the intensity generator 1, converge towards the corresponding values of current and voltage of the point of maximum power Pmax, values denoted I (Pmax) and V (pmax) as shown in FIG. 2c.

Lorsque la puissance appelée P par la charge utile CU devient inférieure à la puissance maximale Pmax, susceptible d'être fournie par le générateur d'intensité 1, le convertisseur 2 se positionne alors avec équi-probabilité, sur l'un des deux points de fonctionnement possible, notés Ai et Bi sur la figure 3b.When the power called P by the payload CU becomes less than the maximum power Pmax, capable of being supplied by the intensity generator 1, the converter 2 is then positioned with equi-probability, on one of the two points of possible operation, noted Ai and Bi in Figure 3b.

Un mode de réalisation pratique permettant d'une part l'initialisa­tion des valeurs de seuil Vmin et Imin et d'autre part d'imposer un point de fonctionnement tel que le point Ai représenté en figure 3b sera décrit en liaison avec les figures 4a et 4b.A practical embodiment allowing on the one hand the initialization of the threshold values Vmin and Imin and on the other hand to impose an operating point such as the point Ai represented in FIG. 3b will be described in conjunction with FIGS. 4a and 4b.

Selon la figure 4a, pour lesquelles les références correspondent au circuit d'aiguillage conditionnel 312 à titre d'exemple non limitatif, celui-ci comporte une diode Zener 3120 délivrant la tension de référence Vr1, représentative de la valeur de tension Vmin ou Imin. La diode Zener 3120 est reliée d'une part à une résistance 3121 alimentée par une source de tension d'alimentation +E et d'autre part, à une première diode 3122 polarisée dans le sens passant par rapport à la source d'alimentation +E. La diode 3122 est connectée à la borne d'entrée positive du comparateur 31 chargée par une résistance 312 connectée en parallèle sur la borne positive du comparateur 31. Une deuxième diode 3124 assure la liaison entre la sortie de l'échantillonneur bloqueur 311, la borne d'entrée positive du comparateur 31. Les deux diodes 3122, 3124 et la résistance 3123 jouent le rôle d'une porte OU analogique permettant la transmission du signal dont la valeur d'amplitude est la plus élevée.According to FIG. 4a, for which the references correspond to the conditional switching circuit 312 by way of nonlimiting example, this comprises a Zener diode 3120 delivering the reference voltage V r1 , representative of the voltage value Vmin or Imin . The Zener diode 3120 is connected on the one hand to a resistor 3121 supplied by a supply voltage source + E and on the other hand, to a first diode 3122 polarized in the passing direction with respect to the power source + E. Diode 3122 is connected to the positive input terminal of comparator 31 charged by a resistor 312 connected in parallel to the positive terminal of comparator 31. A second diode 3124 provides the link between the output of the blocking sampler 311, the terminal positive input of comparator 31. The two diodes 3122, 3124 and the resistor 3123 play the role of an analog OR gate allowing the transmission of the signal with the highest amplitude value.

Pour des raisons de contraintes électriques imposées aux composants de l'ensemble du système d'alimentation et du système de régulation objet de l'invention, il peut être souhaitable d'imposer l'un des deux points de fonctionnement Ai ou Bi, tels que représentés en figure 3b.For reasons of electrical constraints imposed on the components of the entire supply system and of the regulation system object of the invention, it may be desirable to impose one of the two operating points Ai or Bi, such as shown in Figure 3b.

Ainsi, le point Bi sera choisi si on veut limiter le courant absorbé par le convertisseur 2 à un courant IL tel que IAi > IL > IBi.Thus, the point Bi will be chosen if one wishes to limit the current absorbed by the converter 2 to a current IL such as IAi> IL> IBi.

Au contraire, le point Ai sera choisi si on veut limiter la tension d'entrée du convertisseur 2, à une tension VL telle que VBi > VL > VAi.On the contrary, the point Ai will be chosen if we want to limit the input voltage of converter 2, to a voltage VL such that VBi> VL> VAi.

Pour des raisons de limitation de contraintes électriques sur les composants, on peut être amené à imposer le point de fonctionnement lorsque la caractéristique I(V) du générateur 1, tel qu'un générateur solaire, varie fortement. Ces variations correspondent par exemple à des situations telles que sonde spatiale se rapprochant du soleil, point de fonctionnement immédiatement positionné sur la partie source de courant, courant d'entrée du convertisseur limitée à Imin.For reasons of limitation of electrical stresses on the components, it may be necessary to impose the operating point when the characteristic I (V) of the generator 1, such as a solar generator, varies greatly. These variations correspond, for example, to situations such as space probe approaching the sun, operating point immediately positioned on the current source part, input current of the converter limited to Imin.

Ainsi que représenté en figure 4c, le point de fonctionnement peut être situé sur la zone "source de courant" sur le générateur si on veut limiter la tension d'entrée du convertisseur à une valeur Vlim ou sur la zone "source de tension" sur le générateur si on veut au contraire limiter le courant d'entrée du convertisseur à une valeur Ilim.As shown in Figure 4c, the operating point can be located in the "current source" area on the generator if you want to limit the input voltage of the converter to a Vlim value or in the "voltage source" area on the generator if on the contrary one wishes to limit the input current of the converter to a value Ilim.

Afin d'imposer au point de fonctionnement situé sur la zone "source de courant" le passage sur la zone "source de tension" et dans le but d'éviter que le courant d'entrée du convertisseur ne dépense Ilim, ainsi qu'il est représenté en figure 4b, les moyens 3 de détection à seuil variable comportent en outre un comparateur 323 dont la borne positive est reliée aux moyens de prélèvement et de mesure d'intensité I1 et dont la borne négative est reliée à une tension de référence Vr3 représentative de l'intensité limite Ilim. Le comparateur 323 par détection du dépassement, délivre, par sa sortie connectée à l'entrée S de la bascule RS33 par l'intermédiaire d'une porte OU 314 recevant sur une deuxième entrée le signal délivré par la sortie du comparateur 31, un signal de commande ce qui permet d'introduire une inversion correspondante dans la boucle de régulation 4, rendant le point de fonctionnement initial instable. Simultanément, afin d'éviter qu'éventuellement le seuil d'intensité du détecteur de décrochement n'empêche le point de fonctionnement d'arriver sur la zone "source de tension", un interrupteur 325 commandé par la sortie du comparateur 323 permet la mise en court-circuit de l'échantillonneur bloqueur 321, ce qui permet d'entrer une valeur nulle sur l'échantillonneur bloqueur 321, le seuil d'intensité ne pouvant alors être réinitialisé qu'à la valeur Imin, s'il ne l'était déjà.In order to impose on the operating point located on the "current source" area the passage on the "voltage source" area and in order to avoid that the input current of the converter consumes Ilim, as well as is shown in Figure 4b, the variable threshold detection means 3 further comprises a comparator 323 whose positive terminal is connected to the sampling and intensity measurement means I1 and the negative terminal of which is connected to a reference voltage V r3 representative of the limit intensity Ilim. The comparator 323 by detection of the overshoot, delivers, by its output connected to the input S of the flip-flop RS33 through an OR gate 314 receiving on a second input the signal delivered by the output of the comparator 31 control which allows to introduce a corresponding inversion in the regulation loop 4, making the initial operating point unstable. At the same time, in order to prevent the intensity threshold of the hook detector possibly preventing the operating point from reaching the "voltage source" zone, a switch 325 controlled by the output of the comparator 323 allows the setting in short circuit of the blocking sampler 321, which makes it possible to enter a zero value on the blocking sampler 321, the intensity threshold can then only be reset to the value Imin, if it does not was already.

Afin d'imposer au point de fonctionnement situé sur la zone "source de tension" le passage sur la zone "source de courant" en vue d'éviter que la tension d'entrée du convertisseur ne dépasse Vlim, les moyens 3 de détection à seuil variable comportent un autre comparateur 313 dont la borne positive est reliée aux moyens de prélèvement et de mesure de tension et dont la borne négative est reliée à une tension de référence Vr4 représentative de la tension limite Vlim. Le comparateur 313, sur détection du dépassement, délivre par sa sortie connectée à l'entrée R de la bascule RS33 par l'intermédiaire d'une porte OU 324 recevant sur une deuxième entrée le signal délivré par la sortie du comparateur 32, un signal de commande permettant d'introduire une inversion correspondante dans la boucle de régulation 4. En outre, afin d'éviter qu'éventuellement le seuil de tension du détecteur de décrochement n'empêche le point de fonctionnement d'arriver sur la zone "source de courant", un interrupteur 326 commandé par la sortie du comparateur 313 permet la mise en court-circuit simultanée de l'échantillonneur-bloqueur 312, ce qui permet d'entrer une valeur nulle sur l'échantillonneur bloqueur 312, le seuil de tension ne pouvant alors être réinitialisé qu'à la valeur Vmin, s'il ne l'était déjà.In order to impose at the operating point located on the "voltage source" zone the passage over the "current source" zone in order to prevent the input voltage of the converter from exceeding Vlim, the detection means 3 to variable threshold include another comparator 313, the positive terminal of which is connected to the voltage sampling and measurement means and the negative terminal of which is connected to a reference voltage V r4 representative of the limit voltage Vlim. The comparator 313, on detection of the overshoot, delivers by its output connected to the input R of the flip-flop RS33 via an OR gate 324 receiving on a second input the signal delivered by the output of the comparator 32, a signal control allowing to introduce a corresponding inversion in the regulation loop 4. In addition, in order to avoid that possibly the voltage threshold of the detachment detector prevents the operating point from reaching the "source of current ", a switch 326 controlled by the output of comparator 313 allows the simultaneous short-circuiting of the sampler-blocker 312, which makes it possible to enter a zero value on the sampler-blocker 312, the voltage threshold does not can then be reset only to the value Vmin, if it was not already.

Bien entendu, une utilisation simultanée des circuits de limitation de l'intensité et de la tension aux valeurs Ilim et Vlim pourra être effectuée pourvu que la caractéristiques I(V) du générateur 1, générateur solaire embarqué sur satellite par exemple, soit telle que : Vlim ≧ VCO OU BIEN Ilim ≧ ICC ET ET P ≦ Ilim x V(Ilim) P ≦ Vlim x I(Vlim) ainsi que représenté en figures 4d et 4e.Of course, simultaneous use of the circuits for limiting the intensity and the voltage to the values Ilim and Vlim may be carried out provided that the characteristics I (V) of the generator 1, solar generator on board on satellite for example, is such that: Vlim ≧ VCO OR Ilim ≧ ICC AND AND P ≦ Ilim x V (Ilim) P ≦ Vlim x I (Vlim) as shown in Figures 4d and 4e.

Un mode de réalisation plus particulièrement avantageux des moyens amplificateurs différentiels 40 et des moyens inverseurs 42 précédemment décrits en liaison avec la figure 2a sera maintenant décrit en liaison avec la figure 3a précédemment citée.A more particularly advantageous embodiment of the differential amplifier means 40 and the reversing means 42 previously described in connection with FIG. 2a will now be described in conjunction with FIG. 3a previously cited.

Conformément à la figure 3a précitée, les moyens amplificateurs différentiels 40 et les moyens inverseurs 42 peuvent avantageusement être constitués par un premier amplificateur d'erreur 401, dont l'entrée positive est connectée à la tension de référence Ur délivrée par la source de tension de référence 41 non représentée sur la figure 3a. L'entrée négative du premier amplificateur d'erreur 401 est connectée aux moyens 20 de prélèvement et de mesure de la tension Vc délivrée par le convertisseur 2. La sortie du premier amplificateur d'erreur 401 délivre un premier signal d'erreur noté ε 1.In accordance with FIG. 3a above, the differential amplifier means 40 and the reversing means 42 can advantageously be constituted by a first error amplifier 401, the positive input of which is connected to the reference voltage Ur delivered by the voltage source of reference 41 not shown in FIG. 3a. The negative input of the first error amplifier 401 is connected to the means 20 for sampling and measuring the voltage Vc delivered by the converter 2. The output of the first error amplifier 401 delivers a first error signal noted ε 1 .

En outre, est prévu un deuxième amplificateur d'erreur 402, dont l'entrée négative est connectée à la tension de référence Ur et dont l'entrée positive est connectée aux moyens 20 de prélèvement et de mesure de la tension Vc délivrée par le convertisseur 2. La sortie du deuxième amplificateur d'erreur 402 délivre un deuxième signal d'erreur ε 2 et le gain du deuxième amplificateur d'erreur 402 est identique au gain du premier amplificateur d'erreur 401. Le deuxième amplificateur d'erreur 402 délivre donc, compte tenu des indications précédentes, un signal d'erreur ε2 tel que ε 2 = - ε1. La borne de sortie du premier amplificateur d'erreur 401 et la borne de sortie du deuxième amplificateur d'erreur 402 sont reliées chacune à un point commun lequel est relié à la borne d'entrée de l'intégrateur 43. Cette liaison est effectuée par l'intermédiaire de résistances de charge R et de transistors de commutation T1, T2 montés en émetteur commun et dont la base est reliée respectivement à la sortie Q, Q de la bascule RS33. Les résistances de polarisation des transistors T1 et T2 sont notées rb. On notera bien entendu que l'interrupteur K est ainsi constitué par les transistors T1, T2. La commutation à l'ouverture et réciproquement à la fermeture précité permet au point commun du transistor T1, respectivement T2, de délivrer un signal d'erreur amplifié, ε 1, ou ε2 avec ε = ε1 ou ε = - ε1. Le mode de réalisation précité permet donc d'obtenir au niveau de la borne de sortie, un signal d'erreur amplifié inversé ou non, ± ε.In addition, a second error amplifier 402 is provided, the negative input of which is connected to the reference voltage Ur and the positive input of which is connected to the means 20 for sampling and measuring the voltage Vc delivered by the converter. 2. The output of the second error amplifier 402 delivers a second error signal ε 2 and the gain of the second error amplifier 402 is identical to the gain of the first error amplifier 401. The second error amplifier 402 delivers therefore, taking into account the preceding indications, an error signal ε2 such that ε 2 = - ε1. The output terminal of the first error amplifier 401 and the output terminal of the second error amplifier 402 are each connected to a common point which is connected to the input terminal of the integrator 43. This connection is made by means of load resistors R and switching transistors T1, T2 mounted as a common transmitter and whose base is connected respectively to the output Q, Q of the RS33 scale. The polarization resistors of the transistors T1 and T2 are noted rb. It will of course be noted that the switch K is thus constituted by the transistors T1, T2. The switching to the opening and vice versa to the aforementioned closing allows the common point of the transistor T1, respectively T2, to deliver an amplified error signal, ε 1, or ε2 with ε = ε1 or ε = - ε1. The aforementioned embodiment therefore makes it possible to obtain, at the level of the output terminal, an amplified error signal inverted or not, ± ε.

Le mode de réalisation précédemment décrit donne toute satisfaction. Cependant, lors du passage du mode d'extraction de la puissance maximale du générateur au mode de régulation de la tension de sortie, de par la symétrie du système, le point de fonctionnement du générateur est susceptible de se placer soit en zone de générateur de tension, soit en zone de générateur de courant de façon aléatoire.The embodiment described above gives all satisfaction. However, when switching from the maximum generator power extraction mode to the output voltage regulation mode, due to the symmetry of the system, the generator operating point is likely to be located either in the generator generator zone. voltage, either in the current generator area at random.

Il peut cependant être souhaitable lors du passage du mode d'extraction de la puissance maximale du générateur au mode de régulation de tension, ou de courant, que le point de fonctionnement passe systématiquement et immédiatement sur la zone source de tension ou sur la zone source de courant, sans attendre que le point de fonctionnement atteigne ses valeurs limites Ilim ou Ulim, ainsi que décrit dans la demande précédemment.However, it may be desirable when switching from the extraction mode of the maximum power of the generator to the voltage or current regulation mode, that the operating point passes systematically and immediately to the voltage source zone or to the source zone. without waiting for the operating point to reach its limit values Ilim or Ulim, as described in the request previously.

Ce résultat peut, conformément à l'objet d'une variante de réalisation de l'objet de l'invention, être atteint en prévoyant des moyens inverseurs comprenant un inverseur comportant une première borne d'entrée recevant le signal d'erreur amplifié, une deuxième borne d'entrée, une borne de sortie et une borne de commande d'inversion recevant le signal logique représentatif de l'état de décrochage ou de non décrochage du convertisseur, des moyens générateurs d'une tension de référence étant directement connectés à la deuxième borne de sortie de l'inverseur, la borne de sortie de ce dernier étant directement connectée à l'entrée des moyens intégrateurs pour délivrer à ces derniers soit le signal d'erreur amplifié, soit, sur commutation par l'intermédiaire du signal logique représentatif de l'état de décrochage du convertisseur, la tension de référence de façon à positionner directement le point de fonctionnement sur la zone source de courant ou source de tension indépendemment de la valeur du courant d'entrée ou de la tension du convertisseur.This result can, in accordance with the object of an alternative embodiment of the object of the invention, be achieved by providing inverting means comprising an inverter comprising a first input terminal receiving the amplified error signal, a second input terminal, an output terminal and an inversion control terminal receiving the logic signal representative of the stall or non-stall state of the converter, means generating a reference voltage being directly connected to the second output terminal of the inverter, output terminal of the latter being directly connected to the input of the integrator means for delivering to the latter either the amplified error signal, or, on switching via the logic signal representative of the converter stall state, the reference voltage so as to position the operating point directly on the current source or voltage source zone independently of the value of the input current or of the converter voltage.

Le mode de réalisation précité sera tout d'abord décrit en liaison avec la figure 5.The abovementioned embodiment will first be described in conjunction with FIG. 5.

Conformément à la figure précitée, le système de régulation objet de l'invention comporte, ainsi que décrit précédemment, un système générateur de courant couplé à un convertisseur 2 à modulation de largeur d'impulsion.In accordance with the aforementioned figure, the regulation system which is the subject of the invention comprises, as described above, a current generator system coupled to a converter 2 with pulse width modulation.

De même, les moyens 11 et 12 de prélèvement et de mesure de la tension V et du courant I délivrés par le générateur de courant 1 au convertisseur 2 sont prévus, ces moyens délivrant un signal représentatif de l'intensité et de la tension précitées. Des moyens détecteurs 3 à seuil de décrochage du convertisseur 2 reçoivent les signaux représentatifs de l'intensité 1 et de la tension V précitées et délivrent un signal logique C représentatif de l'état de décrochage ou de non décrochage du convertis­seur 2 par rapport aux valeurs de seuil.Likewise, the means 11 and 12 for sampling and measuring the voltage V and the current I delivered by the current generator 1 to the converter 2 are provided, these means delivering a signal representative of the above-mentioned intensity and voltage. Detector means 3 at the dropout threshold of the converter 2 receive the signals representative of the above-mentioned intensity 1 and of the voltage V and deliver a logic signal C representative of the dropout or non-dropout state of the converter 2 with respect to the values threshold.

Une boucle de régulation 4 permet une régulation de la largeur des impulsions délivrées par le convertisseur. Cette boucle comprend des moyens 20 de prélèvement et de mesure de la tension VC délivrée par le convertisseur 2 à la charge CU et des moyens amplificateurs 40 de type amplificateur différentiel recevant sur une première entrée le signal délivré par les moyens 20 de mesure de la tension délivrée par le convertisseur et sur une deuxième entrée une tension de référence UR délivrant le signal d'erreur amplifié      .A regulation loop 4 regulates the width of the pulses delivered by the converter. This loop comprises means 20 for sampling and measuring the voltage VC delivered by the converter 2 to the load CU and amplifier means 40 of the differential amplifier type receiving on a first input the signal delivered by the means 20 for measuring the voltage delivered by the converter and on a second input a reference voltage UR delivering the amplified error signal.

Conformément au mode de réalisation de la figure 5, objet de l'invention, des moyens inverseurs 42 sont prévus, lesquels comportent un inverseur proprement dit noté 042 comportant une première borne d'entrée 420 recevant le signal d'erreur amplifié      , une deuxième borne d'entrée 422, une borne de sortie 423 et une borne de commande d'inversion 421 recevant le signal logique C précité.In accordance with the embodiment of FIG. 5, which is the subject of the invention, reversing means 42 are provided, which comprise an actual reverser denoted 042 comprising a first input terminal 420 receiving the amplified error signal, a second terminal input 422, an output terminal 423 and an inversion control terminal 421 receiving the aforementioned logic signal C.

En outre, un générateur 424 de tension de référence noté Uc est directement connecté à la deuxième borne d'entrée 422 de l'inverseur 042. La borne de sortie 4230 de l'inverseur 042 est directement connectée à l'entrée des moyens intégrateurs 43 pour délivrer à ces derniers soit le signal d'erreur amplifié ε , soit, sur commutation par l'intermédiaire du signal logique C représentatif de l'état de décrochage ou de non décrochage du convertisseur 2, la tension de référence Uc de façon à positionner directement le point de fonctionnement sur la zone source de courant ou source de tension indépendemment de la valeur du courant d'entrée ou de la tension d'entrée du convertisseur 2.In addition, a generator 424 of reference voltage denoted Uc is directly connected to the second input terminal 422 of the inverter 042. The output terminal 4230 of the inverter 042 is directly connected to the input of the integrating means 43 to deliver to the latter either the amplified error signal ε or, on switching via the logic signal C representative of the stall or non-stall state of the converter 2, the reference voltage Uc so as to position directly the operating point on the current source or voltage source zone independently of the value of the input current or the input voltage of the converter 2.

Sur la figure 5, les moyens intégrateurs 43 et les moyens de modulation de largeur d'impulsion constitués par le comparateur 440 et le générateur de dents de scie 441 assurent la même fonction que les mêmes éléments dans les autres modes de réalisation.In FIG. 5, the integrating means 43 and the pulse width modulation means constituted by the comparator 440 and the sawtooth generator 441 provide the same function as the same elements in the other embodiments.

Le mode de réalisation, objet de l'invention, tel que représenté en figure 5 de façon non limitative, permet alors de remplacer le signal d'erreur amplifié ε assurant le fonctionnement en régulation de tension sur la zone source de courant ou inversement sur la zone source de tension par une tension de commande constante constituée par la tension de référence Uc semblable à celle délivrée par la sortie inversée de l'amplificateur d'erreur 40 lorsque le convertisseur fonctionne en mode d'extraction de la puissance maximale. Dans ces conditions, on voit aisément que grâce à la tension constante Uc intégrée par l'intégrateur 43 le point de fonctionne­ment du convertisseur est toujours renvoyé au point de fonctionnement correspondant en zone de source de tension ou inversement en zone de source de courant même si, à ce moment là, la puissance appelée par la charge utile CU devient inférieure à la puissance maximale que peut fournir le générateur. Le point de fonctionnement du convertisseur 2 est ainsi positionné sur la zone source de courant ou sur la zone source de tension indépendemment de la valeur du courant d'entrée ou de la tension du convertisseur.The embodiment, object of the invention, as shown in Figure 5 without limitation, then allows to replace the amplified error signal ε ensuring the operation in voltage regulation on the current source area or vice versa on the voltage source area by a constant control voltage constituted by the reference voltage Uc similar to that delivered by the inverted output of the error amplifier 40 when the converter is operating in maximum power extraction mode. Under these conditions, it is easy to see that, thanks to the constant voltage Uc integrated by the integrator 43, the operating point of the converter is always returned to the corresponding operating point in the voltage source zone or vice versa in the current source zone even if , at this time, the power called by the payload CU becomes less than the maximum power that the generator can provide. The operating point of the converter 2 is thus positioned on the current source zone or on the voltage source zone independently of the value of the input current or of the voltage of the converter.

De manière générale, la tension de référence Uc peut être constituée par une source de tension continue de bonne stabilité. Celle-ci a pour valeur de tension une valeur sensiblement égale à la valeur du signal d'erreur amplifié ε qu'elle remplace pour le point de fonctionnement correspondant au régime d'extraction de la puissance maximale de façon à imposer, sur diminution de la puissance appelée, une position du point de fonctionnement du convertisseur et du générateur 1 soit dans la zone de source de courant, soit dans la zone de source de tension.In general, the reference voltage Uc can be constituted by a DC voltage source of good stability. Its voltage value has a value substantially equal to the value of the amplified error signal ε which it replaces for the operating point corresponding to the maximum power extraction regime so as to impose, on reduction of the power demand, a position of the operating point of the converter and of the generator 1 either in the current source area or in the voltage source area.

Sur la figure 6, on a représenté une variante de réalisation particulière correspondant sensiblement au mode de réalisation de la figure 3a précédemment décrite.In Figure 6, there is shown a particular embodiment corresponding substantially to the embodiment of Figure 3a previously described.

Dans la variante de réalisation précitée correspondant à la figure 6 précédemment mentionnée, on notera que la tension de commande Uc peut en fait correspondre à l'une des deux valeurs Uc1 ou Uc2, voisines de la tension de commande Uc. On comprendra dans ce cas que les deux valeurs Uc1 et Uc2 peuvent alors correspondre au choix du fonctionnement en zone de tension respectivement zone de courant du générateur 1 en fonction des caractéristiques du générateur et de celles du convertisseur de découpage 2. Dans ce cas, et de façon non limitative, un commutateur 4000 permet à un utilisateur de commuter pour assurer le choix entre les tensions de commande Uc1 ou Uc2 correspondantes, la tension Uc1 ayant pour valeur la valeur de tension lors du fonctionnement en mode d'extraction de la puissance maximale pour l'amplificateur 402 représenté en figure 6, analogue à l'amplificateur 401 mais de polarité opposée, la tension Uc2 ayant réciproquement pour valeur la tension correspondante pour l'amplificateur 401, celui-ci étant supprimé et remplacé par l'amplificateur 402 précité. En fait, le commutateur 4000 peut comporter deux parties 4000 A, 4000 B formant commutateur double, la deuxième partie 4000 B comprenant une première et une deuxième borne d'entrée, lesquelles sont respectivement reliées à la sortie de l'amplificateur 401, 402. La borne de sortie de la deuxième partie 4000 B est connectée à la première borne d'entrée de l'inverseur 042. La commutation simultanée des deux parties 4000 A, 4000 B du commutateur 4000 permet la substitution à l'amplificateur 401 ou 402 de la tension de commande Uc2 ou Uc1.In the aforementioned variant embodiment corresponding to FIG. 6 previously mentioned, it will be noted that the control voltage Uc may in fact correspond to one of the two values Uc1 or Uc2, which are close to the control voltage Uc. It will be understood in this case that the two values Uc1 and Uc2 can then correspond to the choice of operation in the voltage zone respectively of the current zone of the generator 1 as a function of the characteristics of the generator and of those of the chopping converter 2. In this case, and in a nonlimiting manner, a switch 4000 allows a user to switch to ensure the choice between the corresponding control voltages Uc1 or Uc2, the voltage Uc1 having for value the voltage value during the operation in maximum power extraction mode for the amplifier 402 represented in FIG. 6, analogous to the amplifier 401 but of opposite polarity, the voltage Uc2 having reciprocally for value the corresponding voltage for the amplifier 401, the latter being deleted and replaced by the aforementioned amplifier 402 . In fact, the switch 4000 can comprise two parts 4000 A, 4000 B forming a double switch, the second part 4000 B comprising a first and a second input terminal, which are respectively connected to the output of the amplifier 401, 402. The output terminal of the second part 4000 B is connected to the first input terminal of the inverter 042. The simultaneous switching of the two parts 4000 A, 4000 B of the switch 4000 allows the substitution of the amplifier 401 or 402 of the control voltage Uc2 or Uc1.

On notera cependant qu'en pratique, ces deux tensions sont très voisines et le mode de réalisation présenté en figure 6 apparaît alors comme un exemple non limitatif. Bien entendu, dans la figure 6, l'ensemble des éléments portant les références des éléments des autres modes de réalisation précédemment décrits, et en particulier de la figure 3a, assure les mêmes fonctions.Note however that in practice, these two voltages are very similar and the embodiment presented in Figure 6 then appears as a non-limiting example. Of course, in FIG. 6, all of the elements bearing the references of the elements of the other embodiments previously described, and in particular of FIG. 3a, perform the same functions.

Un mode de réalisation simplifié d'un système de régulation conforme à l'objet de la présente invention sera maintenant décrit en liaison avec la figure 7.A simplified embodiment of a regulation system in accordance with the object of the present invention will now be described in conjunction with FIG. 7.

Selon le mode de réalisation représenté en figure 7, celui-ci représente une simplification du mode de réalisation représenté en figure 6. Dans ce cas, le signal d'erreur amplifié ε est délivré par un amplificateur 401 jouant le rôle de comparateur par rapport à une tension de référence notée Ur. Le comparateur 401 est suivi de l'étage de commutation noté 42 et jouant bien entendu le rôle des moyens inverseurs 42 précédemment décrits. L'étage de commutation 42 est connecté en parallèle sur la sortie de l'amplificateur 401 et est constitué par un transistor T1 monté en émetteur commun et dont la base est reliée directement à la sortie Q de la bascule 33 des moyens 3 détecteurs à seuil de décrochage du convertisseur 2.According to the embodiment represented in FIG. 7, this represents a simplification of the embodiment represented in FIG. 6. In this case, the amplified error signal ε is delivered by an amplifier 401 playing the role of comparator with respect to a reference voltage denoted Ur. The comparator 401 is followed by the switching stage denoted 42 and of course playing the role of the reversing means 42 previously described. The switching stage 42 is connected in parallel to the output of the amplifier 401 and is constituted by a transistor T1 mounted as a common emitter and the base of which is connected directly to the output Q of the flip-flop 33 of the means 3 threshold detectors converter stall 2.

Conformément au mode de réalisation représenté en figure 7, la tension de référence Uc est engendrée sur commutation à son niveau haut de la sortie Q de la bascule 33 par saturation du transistor T1 précité. Cette commutation permet alors d'appliquer à l'entrée des moyens intégrateurs 43 une tension Uc de référence sensiblement nulle, à la tension de saturation notée VCEsat près du transistor T1, semblable à la tension d'erreur de l'amplificateur remplacé lors du mode d'extraction de la puissance maximale.According to the embodiment shown in FIG. 7, the reference voltage Uc is generated on switching at its high level from the output Q of the flip-flop 33 by saturation of the above-mentioned transistor T1. This switching then makes it possible to apply a substantially zero reference voltage Uc to the input of the integrating means 43, at the saturation voltage denoted VCEsat near the transistor T1, similar to the error voltage of the amplifier replaced during the mode maximum power extraction.

On a ainsi décrit un système de régulation du point de fonctionnement d'une alimentation à courant continu comprenant un système générateur de courant couplé à un convertisseur à modulation de largeur d'impulsions particulièrement performant.We have thus described a system for regulating the operating point of a DC power supply comprising a current generator system coupled to a particularly efficient pulse width modulation converter.

Le système de régulation objet de l'invention apparaît particuliè­rement bien adapté à une utilisation spatiale pour l'alimentation en énergie électrique de circuits électroniques de satellites artificiels ou d'aéronefs et plus particulièrement de sondes d'exploration spatiale. Dans ce cas, en raison de la quasi-impossibilité d'intervention en cas de défaillance et de la méconnaissance de l'évolution du comportement générateur solaire, le générateur d'intensité 1, cette électronique de régulation permet de se prémunir des défauts de fonctionnement dus à des conditions de fonctionnement particulièrement défavorables, conditions défavorables consistant par exemple en des dégradations diverses, état de pénombre, dépointage du soleil, éloignement du soleil, variation de température, ou analogue. Bien entendu, la configuration de l'alimentation proprement dite n'est pas limitative, un ensemble de stockage tampon constitué par une batterie éventuellement en série avec un régulateur de décharge pouvant être connecté en parallèle sur la charge utile CU, en sortie du convertisseur. Le fonctionnement de l'ensemble du système de régulation objet de l'invention n'est bien entendu pas modifié par la présence d'un tel ensemble de stockage tampon.The regulation system which is the subject of the invention appears to be particularly well suited to space use for supplying electrical energy to electronic circuits of artificial satellites or aircraft and more particularly to space exploration probes. In this case, due to the near impossibility of intervention in the event of failure and the ignorance of the evolution of the behavior of the solar generator, the intensity generator 1, this regulation electronics makes it possible to guard against operating faults. due to particularly unfavorable operating conditions, unfavorable conditions consisting for example of various degradations, state of penumbra, deflection of the sun, distance from the sun, variation in temperature, or the like. Of course, the configuration of the power supply itself is not limiting, a buffer storage assembly constituted by a battery possibly in series with a discharge regulator which can be connected in parallel on the payload CU, at the output of the converter. The operation of the entire regulation system which is the subject of the invention is of course not modified by the presence of such a buffer storage assembly.

Le système de régulation du point de fonctionnement d'une alimentation à courant continu objet de l'invention permet d'assurer un fonctionnement satisfaisant même en dépit de la modification des caractéristiques courant-tension du générateur solaire, modification due au vieillissement et/ou aux conditions d'environnement des composants électroniques le constituant.The system for regulating the operating point of a DC power supply object of the invention makes it possible to ensure satisfactory operation even in spite of the modification of the current-voltage characteristics of the solar generator, modification due to aging and / or environmental conditions of the electronic components constituting it.

Claims (12)

1. Système de régulation du point de fonctionnement d'une alimentation à courant continu comprenant un système (1) générateur de courant couplé à un convertisseur (2) à modulation de largeur d'impulsions, caractérisé en ce que ledit système de régulation comprend :
. des moyens (12,11) de prélèvement et de mesure de la tension (V) et du courant (I) délivrés par ledit générateur de courant (1) audit convertisseur (2), lesdits moyens (11, 12) délivrant un signal représentatif de ladite intensité (I) et de ladite tension (V),
. des moyens (3) détecteurs à seuil du décrochage dudit convertisseur (2) lesdits moyens (3) recevant lesdits signaux représentatifs de l'intensité (I) et de la tension (V) délivrés par ledit générateur d'intensité (1) et délivrant un signal logique (C) représentatif de l'état de décrochage ou de non décrochage dudit convertisseur (2) par rapport auxdites valeurs de seuil,
. une boucle de régulation (4) de la largeur d'impulsions délivrée par le convertisseur, ladite boucle comportant :
- des moyens (20) de prélèvement et de mesure de la tension (VC) délivrée par ledit convertisseur (2) à la charge (CU),
- des moyens amplificateurs différentiels (40) recevant sur une première entrée le signal délivré par lesdits moyens (20) de mesure de la tension délivrée par le convertisseur et sur une deuxième entrée une tension de référence (Ur) et délivrant un signal d'erreur (ε) amplifié,
-des moyens inverseurs (42) comportant une borne d'entrée (420) recevant ledit signal d'erreur amplifié et une borne de commande d'inversion (421) recevant ledit signal logique (C) délivré par lesdits moyens détecteurs à seuils et délivrant le signal d'erreur inversé ou non inversé ( ±ε),
- des moyens intégrateurs (43) recevant le signal d'erreur inversé ou non inversé (±ε) et délivrant un signal d'erreur intégré (S),
- des moyens (44) de modulation de largeur d'impulsions comportant un comparateur (440) et un générateur de dent de scie (441), ledit comparateur comprenant une première borne d'entrée recevant dudit intégrateur (43) ledit signal d'erreur intégré (S) et une deuxième borne d'entrée recevant le signal délivré par le générateur de dent de scie (441), ledit comparateur (44) comprenant une borne de sortie délivrant un signal de commande (SCL) de largeur d'impulsions du convertisseur à modulation de largeur d'impulsions.1. A system for regulating the operating point of a DC power supply comprising a current generator system (1) coupled to a pulse width modulation converter (2), characterized in that said regulation system comprises:
. means (12,11) for sampling and measuring the voltage (V) and the current (I) delivered by said current generator (1) to said converter (2), said means (11, 12) delivering a representative signal said intensity (I) and said voltage (V),
. means (3) threshold detectors detachment of said converter (2) said means (3) receiving said signals representative of the intensity (I) and the voltage (V) delivered by said intensity generator (1) and delivering a logic signal (C) representative of the off-hook or non-off-hook state of said converter (2) with respect to said threshold values,
. a loop for regulating the pulse width delivered by the converter, said loop comprising:
- means (20) for sampling and measuring the voltage (VC) delivered by said converter (2) to the load (CU),
- differential amplifier means (40) receiving on a first input the signal delivered by said means (20) for measuring the voltage delivered by the converter and on a second input a reference voltage (Ur) and delivering an error signal (ε) amplified,
reversing means (42) comprising an input terminal (420) receiving said amplified error signal and an inversion control terminal (421) receiving said logic signal (C) delivered by said threshold detector means and delivering the inverted or non-inverted error signal (± ε),
- integrating means (43) receiving the inverted or non-inverted error signal (± ε) and delivering an integrated error signal (S),
- Pulse width modulation means (44) comprising a comparator (440) and a sawtooth generator (441), said comparator comprising a first input terminal receiving from said integrator (43) said error signal integrated (S) and a second input terminal receiving the signal delivered by the sawtooth generator (441), said comparator (44) comprising an output terminal delivering a control signal (SCL) of pulse width of the pulse width modulation converter. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (3) détecteurs à seuil de décrochement dudit convertisseur (2) sont des moyens détecteurs de décrochement à seuil variable.2. System according to claim 1, characterized in that said means (3) detectors with a drop threshold of said converter (2) are detectors with a variable threshold release. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens (3) détecteurs à seuil de décrochement dudit convertisseur (2) à seuil variable comportent directement connectés respectivement aux moyens de prélèvement et de mesure de la tension (V) et du courant (I) délivrés par le générateur de courant audit convertisseur, et recevant respectivement ledit signal représentatif de la tension (V) et de l'intensité (I) délivrés par le générateur de courant audit convertisseur :
- un premier circuit comparateur (31), constitué par un amplicateur différentiel, dont la borne négative est directement connectée en sortie desdits moyens de prélèvement et de mesure de la tension (V) et dont la borne positive est connectée en sortie desdits moyens (12) de prélèvement et de mesure de la tension (V) par l'intermédiaire d'un premier circuit atténuateur (310) de coefficient d'atténuation (KV) connecté en cascade avec un premier circuit échantillonneur-bloqueur (311),
- un deuxième circuit comparateur (32) constitué par un amplificateur différentiel, dont la borne négative est directement connectée en sortie desdits moyens (11) de prélèvement et de mesure de l'intensité (I) et dont la borne positive est connectée en sortie desdits moyens de prélèvement et de mesure de l'intensité (1) par l'intermédiaire d'un deuxième circuit atténuateur (320) de coefficient d'atténuation (KI) connecté en cascade avec un deuxième circuit (321) échantillonneur-bloqueur,
- une bascule (33) de type RS dont l'entrée R est directement connectée à la sortie dudit deuxième comparateur (32) et dont l'entrée S est directement connectée à la sortie dudit premier comparateur (31), la sortie Q ou Q de ladite bascule (33) de type RS étant représentative de l'état de décrochage ou de non décrochage dudit convertisseur par rapport auxdites valeurs de seuil, ladite sortie Q ou Q de la bascule de type RS étant reliée directement à l'entrée de commande d'échantillonnage bloquage du premier échantillonneur-bloqueur (311) et à l'entrée de commande d'échantillon­nage bloquage du deuxième échantillonneur-bloqueur (321) respectivement.3. System according to claim 2, characterized in that said means (3) detectors with drop-out threshold of said converter (2) with variable threshold comprise directly connected respectively to the means for sampling and measuring voltage (V) and current (I) delivered by the current generator to said converter, and receiving respectively said signal representative of the voltage (V) and of the intensity (I) delivered by the current generator to said converter:
- A first comparator circuit (31), constituted by a differential amplifier, the negative terminal of which is directly connected at the output of said voltage sampling and measurement means (V) and the positive terminal of which is connected at the output of said means (12 ) sampling and measuring the voltage (V) by means of a first attenuator circuit (310) of attenuation coefficient (KV) connected in cascade with a first sampler-blocker circuit (311),
- a second comparator circuit (32) consisting of a differential amplifier, the negative terminal of which is directly connected to the output of said means (11) for sampling and measuring the intensity (I) and the positive terminal of which is connected to the output of said means of collection and for measuring the intensity (1) via a second attenuator circuit (320) of attenuation coefficient (KI) connected in cascade with a second circuit (321) sampler-blocker,
a flip-flop (33) of RS type whose input R is directly connected to the output of said second comparator (32) and whose input S is directly connected to the output of said first comparator (31), the output Q or Q of said RS type flip-flop (33) being representative of the off-hook or non-off-hook state of said converter with respect to said threshold values, said output Q or Q of the RS type flip-flop being connected directly to the blocking sampling control input of the first blocker sampler (311) and to the blocking sampling control input of the second blocker sampler (321) respectively. 4. Système selon la revendîcation 3, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième échantillonneurs-bloqueurs sont connectés à l'entrée du comparateur (31), respectivement 32, par l'intermédiaire d'un circuit d'aiguillage conditionnel (312, 322) de valeur de tension respectivement d'intensité de référence représentative de valeurs de seuil (Vmin) ou (Imin).4. System according to claim 3, characterized in that said first and second sampler-blockers are connected to the input of the comparator (31), respectively 32, by means of a conditional switching circuit (312, 322 ) of voltage value respectively of reference current representative of threshold values (Vmin) or (Imin). 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque circuit d'aiguillage conditionnel (312,322) d'une valeur de tension respectivement d'intensité de référence (Vmin, Imin) comporte :
- une diode Zener (3120) délivrant une tension de référence (Vr1) représentative de la valeur de tension (Vmin) ou (Imin), ladite diode Zener (3120) étant reliée d'une part à une résistance (3121) alimentée par une soruce de tension d'alimentation +E et d'autre part à une première diode (3122) polarisée dans le sens passant par rapport à la source d'alimentation +E, ladite diode (3122) étant connectée à la borne d'entrée positive du comparateur (31),
- une deuxième diode (3124) assurant la liaison entre la sortie de l'échantillonneur-bloqueur (311) et la borne d'entrée positive du compara­teur (31), les deux diodes (3122, 3124) et la résistance (3123) jouant le rôle d'une porte OU analogique permettant la transmission du signal dont la valeur d'amplitude est la plus élevée.5. System according to claim 4, characterized in that each conditional switching circuit (312,322) of a voltage value of reference current respectively (Vmin, Imin) comprises:
- a Zener diode (3120) delivering a reference voltage (V r1 ) representative of the voltage value (Vmin) or (Imin), said Zener diode (3120) being connected on the one hand to a resistor (3121) supplied by a supply voltage soruce + E and on the other hand to a first diode (3122) polarized in the passing direction relative to the power source + E, said diode (3122) being connected to the input terminal positive of the comparator (31),
- a second diode (3124) ensuring the connection between the output of the sampler-blocker (311) and the positive input terminal of the comparator (31), the two diodes (3122, 3124) and the resistor (3123) playing the role of an analog OR gate allowing the transmission of the signal with the highest amplitude value. 6. Système selon la revendicatîon 6, caractérisée en ce que en vue d'imposer le point de fonctionnement (I,V) du convertisseur à l'un des points Ai, Bi, intersection de la caractéristique (I,V) du générateur et de la courbe de puissance de consommation P = cste, inférieure à Pmax, celui-ci comporte, afin d'imposer au point de fonctionnement situé sur la zone "source de courant" le passage sur la zone "source de tension" et afin de limiter l'intensité d'entrée du convertisseur à une valeur inférieure à une valeur limite Ilim,
- un compateur (323) dont la borne positive est reliée aux moyens de prélèvement et de mesure d'intensité (11) et dont la borne négative est reliée à une tension de référence Vr3 représentative de l'intensité limite Ilim,
- une porte OU (314) recevant sur une première entrée le signal délivré par le comparateur (31) et sur une deuxième entrée le signal délivré par le com parateur (323), ce qui permet d'introduire une inversion correspondante dans la boucle de régulation (4), rendant le point de fonctionnement initial instable.6. System according to claim 6, characterized in that in order to impose the operating point (I, V) of the converter at one of the points Ai, Bi, intersection of the characteristic (I, V) of the generator and of the consumption power curve P = cste, less than Pmax, this comprises, in order to impose on the operating point situated on the "current source" zone the passage over the "voltage source" zone and in order to limit the input intensity of the converter to a value lower than a limit value Ilim,
a computer (323) whose positive terminal is connected to the sampling and intensity measurement means (11) and whose negative terminal is connected to a reference voltage V r3 representative of the limit current Ilim,
- an OR gate (314) receiving on a first input the signal delivered by the comparator (31) and on a second input the signal delivered by the comparator (323), which makes it possible to introduce a corresponding inversion in the loop of regulation (4), making the initial operating point unstable. 7. Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que, en vue d'imposer au point de fonctionnement situé sur la zone "source de tension" le passage sur la zone "source de courant" et afin de limiter la tension d'entrée du convertisseur à une tension inférieure à une valeur limite Vlim, celui-ci comporte :
- un comparateur (313) dont la borne positive est reliée aux moyens de prélèvement et de mesure de tension (20) et dont la borne négative est reliée à une tension de référence Vr4 représentative de la tension limite Vlim,
- une porte OU (324) recevant sur une première entrée le signal délivré par le comparateur (32) et sur une deuxième entrée le signal délivré par le comparateur (313), ce qui permet d'introduire une inversion correspondante dans la boucle de régulation (4), rendant le point de fonctionnement initial instable.7. System according to claim 5 or 6, characterized in that, in order to impose at the operating point located on the "voltage source" area the passage over the "current source" area and in order to limit the voltage d input of the converter at a voltage lower than a limit value Vlim, this comprises:
- a comparator (313) whose positive terminal is connected to the voltage sampling and measurement means (20) and whose negative terminal is connected to a reference voltage V r4 representative of the limit voltage Vlim,
- an OR gate (324) receiving on a first input the signal delivered by the comparator (32) and on a second input the signal delivered by the comparator (313), which makes it possible to introduce a corresponding inversion in the regulation loop (4), making the initial operating point unstable. 8. Système selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérise en ce qu'il comporte en outre un interrupteur (325), (326) connecté en parallèle sur l'entrée de l'échantillonneur-bloqueur (321) respectivement (311), chaque interrupteur (325, 326) étant commandé par la sortie du comparateur (323) respectivement (313) ce qui permet d'entrer une valeur nulle sur l'échantillonneur-bloqueur, le seuil d'intensité ou de tension ne pouvant alors être réinitialisé qu'à la valeur Imin ou respectivement Vmin.8. System according to one of claims 6 or 7, characterized in that it further comprises a switch (325), (326) connected in parallel to the input of the sampler-blocker (321) respectively (311 ), each switch (325, 326) being controlled by the output of the comparator (323) respectively (313) which makes it possible to enter a zero value on the sampler-blocker, the intensity or voltage threshold then being unable be reset only to the value Imin or respectively Vmin. 9. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens amplificateurs différentiels (40) et lesdits moyens inverseurs (42) sont constitués par :
- un premier amplificateur d'erreur (401) dont l'entrée positive est connectée à ladite tension de référence (Ur) et dont l'entrée négative est connectée auxdits moyens (20) de prélèvement et de mesure de la tension (Vc) délivrée par le convertisseur (2), la sortie dudit premier amplificateur d'erreur (40) délivrant un premier signal d'erreur ( ε 1),
- un deuxième amplificateur d'erreur (402) dont l'entrée négative est connectée à ladite tension de référence (Ur) et dont l'entrée positive est connectée auxdits moyens (20) de prélèvement et de mesure de la tension (Vc) délivrée par le convertisseur (2), la sortie du deuxième amplificateur d'erreur délivrant un deuxième signal d'erreur ( ε 2) avec (ε 2 = - ε1), la borne de sortie dudit premier amplificateur d'erreur (401) et la borne de sortie dudit deuxième amplificateur d'erreur (402) étant reliées directement à un point commun, lequel est relié à la borne d'entrée de l'intégrateur 43, la liaison au point commun étant effectuée par l'intermédiaire de résistance R et de transistors de commutation T1, T2, montés en émetteur commun et dont la base est reliée respectivement à la sortie Q, Q de la bascule RS 33, la commutation à l'ouverture réciproque­ment à la fermeture des transistors T1, respectivement T2, permettant de délivrer un signal d'erreur amplifié ε = ε1 ou ε = - ε 1.9. System according to one of the preceding claims, characterized in that said differential amplifier means (40) and said reversing means (42) consist of:
- A first error amplifier (401) whose positive input is connected to said reference voltage (Ur) and whose negative input is connected to said means (20) for sampling and measuring the voltage (Vc) delivered by the converter (2), the output of said first error amplifier (40) delivering a first error signal (ε 1),
- a second error amplifier (402) whose negative input is connected to said reference voltage (Ur) and whose positive input is connected to said means (20) for sampling and measuring the voltage (Vc) delivered by the converter (2), the output of the second error amplifier delivering a second error signal (ε 2) with (ε 2 = - ε1), the output terminal of said first error amplifier (401) and the output terminal of said second error amplifier (402) being connected directly to a common point, which is connected to the input terminal of the integrator 43, the connection to the common point being effected via resistor R and switching transistors T1, T2, mounted as a common transmitter and the base of which is connected respectively to the output Q, Q of the RS 33 flip-flop, switching on opening reciprocally on closing of transistors T1, respectively T2, making it possible to deliver an amplified error signal ε = ε1 or ε = - ε 1. 10. Système de régulation du point de fonctionnement d'une alimentation à courant continu, selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens inverseurs (42) comportent :
- un inverseur (042) comportant une première borne d'entrée (420) recevant ledit signal d'erreur amplifié (ε), une deuxième borne d'entrée (422), une borne de sortie (423) et une borne de commande d'inversion (421) recevant ledit signal logique (C),
- des moyens (424) générateurs d'une tension de référence (Uc) directe­ment connectés à la deuxième borne d'entrée de l'inverseur (042), la borne de sortie (4230) de l'inverseur (042) étant directement connectée à l'entrée des moyens intégrateurs (43) pour délivrer à ces derniers, soit le signal d'erreur amplifié (ε), soit sur commutation par l'intermédiaire du signal logique (C), représentatif de l'état de décrochage du convertisseur, la tension de référence (Uc) de façon à positionner directement le point de fonctionnement sur la zone source de courant ou source de tension indépendemment de la valeur du courant d'entrée ou de la tension.10. System for regulating the operating point of a DC power supply, according to claim 1, characterized in that said reversing means (42) comprise:
- an inverter (042) comprising a first input terminal (420) receiving said amplified error signal (ε), a second input terminal (422), an output terminal (423) and a control terminal d 'inversion (421) receiving said logic signal (C),
- means (424) generating a reference voltage (Uc) directly connected to the second input terminal of the inverter (042), the output terminal (4230) of the inverter (042) being directly connected at the input of the integrating means (43) for delivering to the latter, either the amplified error signal (ε), or on switching via the logic signal (C), representative of the converter stall state , the reference voltage (Uc) so as to position the operating point directly on the current source or voltage source zone independently of the value of the input current or the voltage. 11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite tension de référence Uc a pour valeur une valeur sensiblement égale à la valeur du signal d'erreur amplifié (ε) pour le point de fonctionnement correspondant au régime d'extraction de la puissance maximale de façon à imposer, sur diminution de la puissance appelée, une position du point de fonctionne­ment, soit dans la zone de source de courant, soit dans la zone de source de tension.11. System according to claim 10, characterized in that said reference voltage Uc has a value substantially equal to the value of the amplified error signal (ε) for the operating point corresponding to the power extraction regime. maximum so as to impose, on reduction of the power demanded, a position of the operating point, either in the current source area or in the voltage source area. 12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit signal d'erreur amplifié (ε) étant délivré par un amplificateur (401) jouant le rôle de comparateur par rapport à une tension de référence (Ur) suivi d'un étage de commutation connecté en parallèle sur la sortie de l'amplificateur (401) et constitué par un transistor (T1) monté en émetteur commun dont la base est reliée directement à la sortie Q de la bascule (33), ladite tension de référence Uc est engendrée sur commutation à son niveau haut de la sortie Q de la bascule (33) par saturation dudit transistor (T1) de façon à appliquer à l'entrée des moyens intégrateurs (43) une tension Uc de référence sensiblement nulle, à la tension de saturation VCEsat près du transistor (T1).12. System according to claim 11, characterized in that said amplified error signal (ε) being delivered by an amplifier (401) playing the role of comparator with respect to a reference voltage (Ur) followed by a stage of switching connected in parallel to the output of the amplifier (401) and constituted by a transistor (T1) mounted as a common emitter, the base of which is connected directly to the output Q of the flip-flop (33), said reference voltage Uc is generated on switching at its high level of the output Q of the flip-flop (33) by saturation of said transistor (T1) so as to apply a substantially zero reference voltage Uc to the saturation voltage at the input of the integrating means (43) VCEsat near the transistor (T1).
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