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저궤도 인공위성에 사용되는 태양전력 조절기는 태양전지의 영향으로 일반적인 DC-DC 컨버터와는 다른 소신호 특성을 갖는다. 이로 인하여 벅-부스트 형 태양전력 조절기는 태양전지의 전류원 영역에서 평균전류모드제어가 불가능하다. 이 논문에서는 벅-부스 트 형 태양전력 조절기를 의사-연속전류모드로 동작시켜 태양전지의 전 영역에서 태양전력조절기를 평균전류모드 단일 제어한다. 우선 의사-연속전류모드 벅-부스트 형 태양전력 조절기의 회로 동작을 설명하고, 소신호 전달함수를 구하고 이를 바탕으로 평균전 류모드제어기를 구성한다. 최종적으로 모의실험을 통하여 의사-연속전류모드 벅-부스트 형 태양전력 조절기의 평균모드제어를 검증한다.

A solar array makes a Solar Array Regulator (SAR) for Low-Earth-Orbit satellite have different small signal characteristic. Therefore, an Average-Current-Mode (ACM) controller cannot control the BUCK-BOOST type SAR which operates in a current region of the solar array. In this paper, we present the Pseudo-Continuous Current Mode (PCCM) BUCK-BOOST Type SAR which can be controller by the ACM Controller. We explain the circuit operation of the PCCM BUCK-BOOST Type SAR, derive its small signal transfer function and design ACM Controller. Finally, we verify the ACM control of the PCCM BUCK-BOOST Type SAR by using a simulation.

저궤도 인공위성은 전기 에너지 원으로 주로 태양전지 배열기를 사용한다. 태양전지 배열기는 인공위성이 식구간에 들어가면 전기에너지를 발생시키지 못하므로, 식구간에서는 배터리가 인공위성에 전기 에너지를 공급한다. 또한 태양전지 배열기는 동작 전압에따라 출력하는 전력이 변하며, 최대 전력을 출력하는 최대전력점이 존재한다. 일광구간에서 태양전지 배열기가 최대전력을 출력하여위성에 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 Redundant로동작한다. 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.

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 the solar array has the maximum power point. The solar array regulator makes the solar array supply electrical energy to the satellite and charge the battery. The solar array is connected to the solar array regulator input and the battery is connected to the solar array regulator output. The solar array regulator consists 2 of 3 hot redundant. One solar array regulator contains 3 DC-DC converters, and the solar array regulator operates stably even if the failure occur in one DC-DC converter. In this paper, the solar array regulator, the battery and the solar array operation is analyzed when the failure occur in one DC-DC converter.

DC-DC 컨버터는 인덕터 전류의 동작에 따라 연속전류모드와 불연속전류모드, 임계모드로 나눌 수 있다. 임계모드는 연속전류모드와 불연속전류모드의 경계에서 동작한다. DC-DC 컨버터를 임계모드에서 동작하도록 설계하면 인덕터 크기를 줄일 수 있으며ZCS(Zero Current Switching) 동작을 하여 스위치와 다이오드의 전력 손실을 줄일 수 있다. 본 논문에서는 임계모드로 동작하는부스트형 컨버터를 인공위성 용 태양전력 조절기에 적용한다. 임계모드 동작 시 DC-DC 컨버터의 입출력 조건에 따라 DC-DC 컨버터의 스위칭 주파수가 변한다. 최대 스위칭 주파수 제한을 위해 스위칭 주파수 제한 로직을 적용하였다. 한편, 임계모드 부스트형태양전력 조절기는 소신호 전달함수가 간단하여 제어기 설계가 용이하다. 임계모드 부스트형 태양전력 조절기의 소신호 전달함수를유도하고 이를 바탕으로 전압제어기를 설계하였다. 최종적으로 모의실험을 통해 임계모드로 동작하는 태양전력 조절기를 검증하였다.

A DC-DC Converter operates in CCM(Continuous Coundcution Mode), DCM(Discontinuous Conduction Mode),CRM(Critical Conduction Mode). The CRM is boundary between CCM and DCM. If a DC-DC converter is designed tooperate in CRM, its inductor volume can decrease and power loss which caused by switch and diode can decrease. In thispaper, the DC-DC converter which operates in CRM is applied to a solar array regulator(SAR) for the satellite. The switchingfrequency of the CRM boost SAR changes according to input and output condition. The switching frequency limit logic isapplied to limit the maximum switching frequency. Meanwhile, the small signal transfer function of the CRM boost SARis simple, so the controller design is also simple. In this paper, the small signal transfer function from control reference tosolar array voltage is induced. And the voltage controller is designed based on the small signal transfer function. Finally,the CRM boost SAR is verified by simulation.

디지털 제어기를 사용하면 태양전력 조절기의 전력변환 시 아날로그 회로로 구현이 불가능한 전력변환 제어 기법을 적용할 수 있으 며 태양전력 조절기의 복잡한 운용 알고리즘을 구현할 수 있다. 디지털 제어기를 사용하여 태양전력 조절기의 입력 등가 임피던스를 저항 특성을 가지도록 정저항 제어하면 단일 정저항 제어기만으로 태양전력 조절기의 전류를 제어를 할 수 있다. 한편, 태양전지는 전압원 영역에서 저항이 큰 폭으로 변하며, 전류원 영역에서 작은 폭으로 변한다. 따라서 태양전력 조절기를 정저항 제어기로 제어하 는 경우, 이러한 태양전지의 특성에 적합한 가변 진폭 최대 전력점 추적 기법을 적용하는 것이 유리하다. 그러나 가변 진폭 최대 전력점 추적은 태양전지의 대신호 저항과 소신호 저항을 이용하므로 태양전지가 출력하는 전력량을 계산하여 제한할 수 없다. 본 논문에서는 디지털 제어기를 사용하여 태양전지가 생성하는 최대 전력을 제한하는 운용 알고리즘을 제안하고 모의실험을 통해 디지 털 제어기로 제어되는 태양전력 조절기를 검증한다.

A digital controller can simply realize a complex operation algorithm and power control process which can not be applied by an analog circuit for a solar array regulator(SAR). The digital resistive control(DRC) makes an equivalent input impedance of the SAR be resistive characteristic. The resistance of the solar array varies largely in a voltage source region and slightly in a current source region. Therefore when the solar array regulator is controlled by the DRC, the Advanced Incremental Conductance MPPT Algorithm with a Variable Step Size(AIC-MPPT-VSS) is suitable. The AIC-MPPT-VSS, however, using small signal resistance and large signal resistance of the solar array can not limit the absolute value of the solar array power. In this paper, the solar array power limiter is suggested and the BUCK-BOOST type SAR which is fully controlled by the digital controller is verified by simulation.

버스전압이 배터리 전압과 동일하며, 전력조절기(power regulator)의 스위칭 듀티 값(duty-ratio)이 위성탑재 소프트웨어에 의해서 제어되는 소프트웨어 제어방식의 비 조절형 버스 시스템(unregulated bus system)은 저궤도 위성에 흔히 사용된다. 본 논문에서는 이와 같은 소프트웨어 제어방식의 비 조절형 버스 시스템의 전력조절기 모듈화에 적용 가능한 새로운 전원단 회로를 제안하며, 제안된 전원단의 모드별 동작 특성을 해석한다. 다음으로 컨버터 병렬동작에서 발생할 수 있는 모듈간 전류 불균형(current unbalance)에 대한 제안된 전원단의 타당성을 검증하기 위해 제안된 전원단을 적용한 병렬모듈 컨버터의 prototype을 제작하여 모듈별 전류 분배(current sharing) 특성을 시뮬레이션 결과와 비교 검토한다.

A software-controlled unregulated bus system in which the main bus is directly connected to a battery and the duty-ratio for PWM switch is controlled by the on-board satellite software, is usually used for LEO satellites. This paper proposes a new power-stage circuit that can be available for modularization of a power regulator which is used at the software-controlled unregulated bus system satellite. And we analyze the proposed power-stage operation according to its operating modes and verify it by performing software simulation and hardware experiment using prototype. We construct a parallel-module converter which is composed of the proposed power-stage and perform experiment to verify modular characteristics of the proposed power-stage. Finally, we verify the usefulness of the proposed power-stage by comparing above results with those of a parallel-module converter made of conventional power-stage.

A satellite power system should generate and supply sufficient electric power to perform the satellite mission successfully during the satellite mission period, and it should be developed to be strong to the failure caused by the severe space environment. A satellite power system must have a high reliability with respect to failure. Since it cannot be repaired after launching, different from a ground system, the failures that may happen in space as well as the effect of the failures on the system should be considered in advance. However, it is difficult to use all the hardware to test the performance of the satellite power system to be developed in order to consider the failure mechanism of the electrical power system. Therefore, it is necessary to develop an accurate model for the main components of a power system and, based on that, to develop an accurate model for the entire power system. Through the power system modeling, the overall effect of failure on the main components of the power system can be considered and the protective design can be devised against the failure. In this study, to analyze the failure mode of the power system and the effects of the failure on the power system, we carried out modeling of the main power system components including the solar array regulator, and constituted the entire power system based on the modeling. Additionally, we investigated the effects of representative failures in the solar array regulator on the power system using the power system model.

The peak-power-tracking solar array regulator sensing the inductor current is proposed. Since it uses the inductor current as the solar array output power information, the PPT control scheme can be greatly simplified. The charge controlled two-loop scheme is presented to improve the dynamics due to the inductor current sensing. The comparison between the single-voltage loop controlled system and the two-loop controlled system employing the charge control is presented. This paper also contains the simulation results of that comparison.

The solar array regulator for low earth orbit satellites controls a operating point of solar array for suppling electric power to the battery and the other units. Because the control object is reversed, the new approach for large and small signal analysis is needed despite using buck-converter for power stage. In this paper, the steady state analysis of solar array regulator is performed in continuous conduction mode and discontinuous conduction mode, and the border condition for each mode is established. Also, the small signal model of solar array regulator is established in discontinuous conduction mode. Experiments are carried on in worst condition which the solar array regulator can face with discontinuous conduction mode. The results show that the solar array regulator is in stable.

The solar array regulator supplies the electric power to the battery and the other units of a satellite by controlling the operating point of a solar array. In this paper, the solar array regulator composed with analog circuits is proposed. The solar array regulator has three modes. The first is a maximum power point tracking mode for harvesting the maximum photovoltaic power generation. The second is a power limitation mode which is designed for optimizing the volume and weight of the solar array regulator by preventing the excessive power conversion. The last constant voltage mode is proposed to keep the Li-Ion battery is not over-charge. The small signal model of the solar array regulator which has the reversed input and output variables in comparison with conventional converter is established and the stability is analysed. Finally, the proposed design of the solar array regulator is verified by experiments.

저궤도 인공위성 전력계 시스템의 설계 및 해석을 위한 태양 전지 전력조절기의 대신호 안정도해석을 수행한다. 태양전지 전력조절기에서 제어가능한 모든 방법에 따른 태양전지에서 바라본 태양전지 전력조절기의 부하특성을 분류하고, 상태공간해석을 이용하여 태양전지 시스템의 대신호적 안정도를 해석한다. 또한, 본 논문에서는 태양전지 전력조절기의 부하특성을 정전력부하에서 정저항부하로 변환하여 대신호적인 안정도를 확보하는 비선형변환을 제안한다. 제안된 변환기법을 통해 최대전력점 추적제어나 배터리 충전제어 및 전류분배제어가 가능한 병렬 모듈 태양전지 레귤레이터에 적합한 단일 전류 제어기를 구성한다. 제안된 대신호 해석과 저항제어를 검증하기위해, 200W급 태양전지와 100W급 태양전지 전력조절기 두 모듈을 병렬로 구성하여 실험하였다.

Recently, as the power capability of satellites increase, we need to develop a new SAR(Solar Array Regulator) with much higher power capacity whenever we design a power system of a new satelite. In this case, modular design method could be a good solution for this kind of problem. But when we use a modular method in the design of the parallelled converter, it is very important to share current equally between each module connected in paralled. In this paper, we study how to design the optimum current control-loop and voltage control-loop when we apply average current-mode control method to the parallel SAR. With the design results, we make a protype of the 3-module paralleling SAR and verify its performances.

KOMPSAT series use software-controlled unregulated bus system in which the main bus is directly connected to a battery and the duty-ratio for PWM switch is controlled by the on-board satellite software. This paper proposes a new power-stage circuit that can be available for modularization of the power regulator which is used at the software-controlled unregulated bus system satellite. And we analyze the proposed power-stage operation according to its operating modes and verify it by performing software simulation and hardware experiment using prototype. We constructs a parallel-module converter which is composed of proposed power-stages and perform experiment to verify modular characteristics of the proposed power-stage. Finally, we verify the usefulness of the proposed power-stage by comparing above results with those of a parallel-module converter made of conventional power-stages.