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위성 배터리 충전을 위한 태양전력조절기의 제어기 고장 분석
Failure Analysis of Solar Array Regulator Controller for Charging Satellite Battery 원문보기

한국위성정보통신학회논문지 = Journal of satellite, information and communications, v.12 no.4, 2017년, pp.67 - 71  

양정환 (한국항공우주연구원) ,  박정언 (한국항공우주연구원) ,  윤석택 (한국항공우주연구원)

초록
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저궤도 인공위성은 전기 에너지 원으로 주로 태양전지 배열기를 사용한다. 태양전지 배열기는 인공위성이 식구간에 들어가면 전기 에너지를 발생시키지 못하므로, 식구간에서는 배터리가 인공위성에 전기 에너지를 공급한다. 또한 태양전지 배열기는 동작 전압에 따라 출력하는 전력이 변하며, 최대 전력을 출력하는 최대전력점이 존재한다. 일광구간에서 태양전지 배열기가 최대전력을 출력하여 위성에 전기 에너지를 공급하고 남은 에너지로 배터리를 충전할 수 있도록 태양전력 조절기기가 필요하다. 태양전력 조절기의 입력에는 태양전지 배열기가 연결되고, 출력에는 배터리가 연결된다. 태양전력 조절기는 안정적인 동작을 위해 2 of 3 Hot Redundant로 동작한다. 즉, 3개의 DC-DC 컨버터가 하나의 태양전력 조절기를 구성하며, 이 DC-DC 컨버터 하나가 고장이 발생하더라도 태양전력 조절기는 안정적으로 동작한다. 본 논문에서는 태양전력 조절기 동작 중 DC-DC 컨버터의 제어기에 고장이 발생한 순간 태양전력 조절기가 어떻게 동작하는지 분석하고, 배터리와 태양전지 배열기에 어떠한 영향을 미치는가에 대하 분석한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A solar array is main electrical energy source for Low-Earth-Orbit(LEO) satellite. The solar array cannot generate electrical energy during eclipse period, a battery supply electrical energy to the satellite. The electrical power of the solar array is changed in accordance with operating voltage and...

주제어

#DC-DC power converters   #solar array regulator   #EPS   #Satellite Power   #Controller   #Failure  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 벅-부스트 형 DC-DC 컨버터는 강한 비선형성을 가지므로 최대전력점 추적기 제어기 고장 상황에 대해 수학적으로 분석하려면 매우 복잡하다. 따라서 본 논문에서는 시뮬레이션을 통해 최대전력점 추적기 제어기 고장 상황에 대해 분석한다. 최대전력점 추적기 제어기 고장 상황은 최대전력점 추적기 제어기를 구성하는 Op-Amp에 고장이 발생한 경우로 가정한다.
  • 그러나 최대전력점 추적기 제어기의 출력이 12V로 고정되는 고장이 발생하는 경우, 태양전지 배열기가 단락되어 위성에 전기 에너지를 공급하지 못하여 위성의 동작이 불가능해진다. 따라서 본 논문에서는 이에 대한 대책을 제시하였다.
  • 이 제어기에 고장이 발생한 경우 Op-Amp의 출력이 0V가 되거나, Op-Amp의 입력전원이 되는 경우가 있다. 본 논문에서는 이 두 가지 경우에 대해 태양전력 조절기의 거동을 분석한다. 본 논문에서는 태양전력 조절기로 벅-부스트 형 DC-DC Converter를 사용하는 경우에 대해서 분석한다.
  • 본 논문에서는 이 두 가지 경우에 대해 태양전력 조절기의 거동을 분석한다. 본 논문에서는 태양전력 조절기로 벅-부스트 형 DC-DC Converter를 사용하는 경우에 대해서 분석한다. 벅-부스트 형 DC-DC Converter는 승압과 강압이 모두 가능하여 넓은 범위를 가지는 태양전지 배열기에 적용하기 적절하다[1].
  • 이 논문에서는 벅-부스트 형 DC-DC 컨버터로 이루어진 태양전력 조절기의 동작에 대해 설명하고, 태양전력 조절기의 입력 단 전압을 제어하는 최대전력점 추적기 제어기에 고장이 발생한 경우에 대해 분석하였다. 최대전력점 추적기 제어기는 Op-Amp로 구성되므로, Op-Amp에 고장이 발생하여 출력이 0V, 또는 Op-Amp의 전원인 12V로 고정되는 경우를 가정하여 분석하였다.

가설 설정

  • 따라서 본 논문에서는 시뮬레이션을 통해 최대전력점 추적기 제어기 고장 상황에 대해 분석한다. 최대전력점 추적기 제어기 고장 상황은 최대전력점 추적기 제어기를 구성하는 Op-Amp에 고장이 발생한 경우로 가정한다. Op-Amp에 고장이 발생하면 Op-Amp의 출력이 0V가 되거나 Op-Amp의 공급 전원인 12V로 고정된다.
  • 이 논문에서는 벅-부스트 형 DC-DC 컨버터로 이루어진 태양전력 조절기의 동작에 대해 설명하고, 태양전력 조절기의 입력 단 전압을 제어하는 최대전력점 추적기 제어기에 고장이 발생한 경우에 대해 분석하였다. 최대전력점 추적기 제어기는 Op-Amp로 구성되므로, Op-Amp에 고장이 발생하여 출력이 0V, 또는 Op-Amp의 전원인 12V로 고정되는 경우를 가정하여 분석하였다. 최대전력점 추적기 제어기의 출력이 0V로 고정되는 고장이 발생하는 경우, DC-DC 컨버터는 태양전지 배열기와 배터리로부터 분리된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
태양전지 배열기가 단락되면 위성은 어떻게 되는가? 태양전지 배열기가 단락되면 태양전지 배열기는 더 이상 전기 에너지를 배터리와 부하로 전달하지 못한다. 따라서 위성 전체의 동작이 불가능하게 된다. 따라서 최대전력점 추적기 제어기의 출력이 최대전력점 추적기 제어기의 Op-Amp 공급 전원인 12V로 고정되는 고장이 발생할 경우 대책이 필요하다.
태양전력 조절기는 어떻게 구성되는가? 태양전력 조절기는 3개의 DC-DC 컨버터로 구성된다. 이 DC-DC 컨버터 중 하나에 고장이 발생하면 고장이 발생한 DC-DC 컨버터의 입력단과 출력 단에 연결된 보호 스위치가 개방되어 고장이 발생한 DC-DC 컨버터는 태양전력 조절기로부터 분리되고 2개의 DC-DC 컨버터가 태양전력 조절기로서 동작을 수행한다.
DC-DC 컨버터의 제어기에 고장이 발생하면 OP-Amp의 출력은 어떻게 되는가? 이 제어기는 Op-Amp로 구성된다. 이 제어기에 고장이 발생한 경우 Op-Amp의 출력이 0V가 되거나, Op-Amp의 입력전원이 되는 경우가 있다. 본 논문에서는 이 두 가지 경우에 대해 태양전력 조절기의 거동을 분석한다.
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참고문헌 (2)

  1. Mourra, O., Fernandez, A., Tonicello, F., "Buck Boost Regulator (BR) forspacecraft Solar Array Powerconversion", Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), pp. 1313-1319, 2010 

  2. Haibo Qiao, Yicheng Zhang, Yongtao Yao, Li Wei "Analysis of Buck-Boost Converters forFuel Cell Electric Vehicles", Vehicular Electronics and Safety, 2006. ICVES 2006. IEEE International Conference on, pp. 109-113, 2006 

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