DE112021006011T5

DE112021006011T5 - Gleichstromanschlussvorrichtung

Info

Publication number: DE112021006011T5
Application number: DE112021006011.2T
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Chen Kong Chen
Current assignee: Chen Kong Chen
Priority date: 2020-07-09
Filing date: 2021-11-17
Publication date: 2024-03-28
Also published as: JP2024507031A; CN117318206A; WO2022109072A1; WO2022109072A4; CN117318207A; US11476657B2; CN113922351A; US20220014014A1

Abstract

Eine Gleichstromanschlussvorrichtung bietet eine bequeme Lösung für die Anpassung von Gleichstrom aus Wechselstromsteckdosen, die an einen bestehenden Stromverteilerkreis angeschlossen sind. Sie ermöglicht einer Vielzahl von Gleichstromgeräten den gleichzeitigen Zugriff auf mehrere Gleichstromquellen mit gleicher oder unterschiedlicher Spannung an ein und derselben Anschlussvorrichtung, die an eine Gleichstromquelle, eine vorhandene Steckdose oder direkt an einen Gleichstromverteilerkreis angeschlossen werden kann. Das Verfahren für den Zusammenbau einer Gleichstromanschlussvorrichtung wird ebenfalls beschrieben.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Nutzen und die Priorität der US-Anmeldung Nr. 16/950,882 , die am 17. November 2020 eingereicht wurde und durch Bezugnahme in vollem Umfang in dieses Dokument aufgenommen wird.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wechsel- und Gleichspannungsversorgungen, insbesondere auf die Anpassung von Gleichstrom aus einem Gleichstromverteilerkreis.
HINTERGRUND
Wechselstrom ist in Privathaushalten, Büros, kommerziellen und öffentlichen Bereichen und dergleichen weit verbreitet. Die meisten elektronischen Geräte enthalten jedoch integrierte Schaltungen (IC), die zum Betrieb Gleichstrom benötigen. Um Strom in Gleichspannung umzuwandeln, um elektronische Geräte zu betreiben oder eine Batterie zu laden, wird ein Netzadapter verwendet.
Stromadapter sind jedoch unhandlich, unbequem zu transportieren und oft nicht kompatibel von Produkt zu Produkt und von Unternehmen zu Unternehmen. Daher kann es vorkommen, dass ein Benutzer mehrere Adapter mit sich führt, einen für jedes elektronische Gerät, das er besitzt. Außerdem werden die meisten elektronischen Produkte oft mit eigenen Netzteilen geliefert. Wenn ein neues elektronisches Produkt auf den Markt kommt, wird die ältere Generation des Adapters oft entsorgt, was zu übermäßigem Elektroschrott und negativen Auswirkungen auf die Umwelt führt. Bei Netzteilen, die Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln, kommt es aufgrund des Umwandlungswirkungsgrads zudem zu erheblichen Energieverlusten.
Eine Technologie, die Gleichstrom an den meisten Orten zur Verfügung stellen kann, so dass die Menschen einfachen Zugang zu Gleichstrom für ihre elektronischen Geräte haben, ohne ein Netzteil mit sich führen zu müssen, ist wünschenswert. Die Vorrichtung und das Verfahren, um Gleichstrom in unserer Umgebung allgegenwärtig zu machen und unser tägliches Leben bequemer zu gestalten, werden im Folgenden dargelegt.
ZUSAMMENFASSUNG
Die meisten Stromverteilerschaltungen in Wohnungen oder Gebäuden werden mit Wechselstrom für die meisten elektronischen Geräte oder Apparate versorgt. Bekanntlich wird ein elektronisches Gerät in eine Wechselstromsteckdose eingesteckt, die mit einem Stromverteilerkreis verbunden ist, um Wechselstrom zu erhalten. Wenn Gleichstrom über einen bestehenden Wechselstrom-Verteilerkreis an die WechselstromSteckdosen geliefert werden kann, um direkt von den Geräten genutzt zu werden, könnte eine enorme Energieverschwendung vermieden werden. Eine Maßnahme besteht darin, den Stromanschluss am Leistungsschalter in der Schalttafel von Wechselstrom auf Gleichstrom umzustellen. Eine andere Methode ist die Bereitstellung von Gleichstrom direkt aus regenerativen Gleichstromquellen, wie z. B. Solarzellen. Eine solche Gleichstromversorgung würde die Notwendigkeit eines Wechselstromadapters zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom für elektronische Geräte überflüssig machen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bietet eine Gleichstromanschlussvorrichtung eine Lösung zur Überbrückung der Lücke bei der Verwendung von Gleichstrom an einer Wechselstromsteckdose. Eine Gleichstromanschlussvorrichtung rekonfiguriert die an eine Wechselstromsteckdose gelieferte Gleichstromleistung und macht die an den Gleichstromanschlüssen vorhandene Gleichstromleistung für eine Vielzahl von Gleichstromgeräten leicht verfügbar.
Der Gleichstromanschluss unterscheidet sich von einem passiven Wechselstrom-Netzadapter. Die interne Struktur eines herkömmlichen Wechselstromadapters ist eine einfache, direkte Verdrahtung von einem Eingangsanschluss, der mit einer Wechselstromsteckdose verbunden ist, zu einem entsprechenden Ausgangssteckplatz, über den ein externes Gerät in einer Eins-zu-eins-Verbindung Strom erhält. Ein Wechselstromgerät muss an zwei oder drei Ausgangssteckplätze eines Wechselstromadapters angeschlossen werden, um Wechselstrom zu erhalten. Ein Gleichstromanschlussgerät hingegen nimmt die Gleichstrom- und Erdungseingänge von den Schnittstellenpolen des Anschlussgeräts und konfiguriert sie an einem Ausgangsverbinder neu, damit ein Gleichstromgerät angeschlossen werden kann.
Da der Anschluss des Stromeingangs an den in der Schalttafel installierten Leistungsschalter an Wechselstrom oder Gleichstrom den Satz elektrischer Leitungen in einem Stromverteilungskreis bestimmt, der entweder zu einem Wechselstrom- oder einem Gleichstromverteilungskreis wird, ist die Umstellung der Stromversorgung von Wechselstrom auf Gleichstrom machbar. Der Leistungsschalter für die AC-Stromverteilung und für die DC-Stromverteilung kann unterschiedliche Sicherheitsanforderungen haben.
Eine Gleichstromanschlussvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Anpassung von Gleichstromleistungen. Sie bietet eine bequeme Lösung für die Versorgung mit Gleichstrom. Eine Gleichstromanschlussvorrichtung kann in eine Wechselstromsteckdose eingesteckt oder an einer tragenden Struktur, z. B. einer Wand, befestigt werden. Eine Gleichstromanschlussvorrichtung kann direkt mit den Leitungsdrähten eines Stromverteilungskreises verdrahtet werden, so dass sie zu einer festen Gleichstromsteckdose wird, die ebenfalls mit einem Gleichstromverteilungskreis verbunden ist.
In den USA umfasst ein Stromverteilungskreis für die Wechselstromversorgung in einem Gebäude mindestens drei Drähte, d. h. einen Phasendraht, einen Nullleiter und einen Erdleiter für die 120-V-Wechselstromverteilung. Manchmal sind mehr als 3 Drähte in einem Stromverteilerkreis enthalten. Ein 240-V-Wechselstrom-Verteilerkreis in den USA hat zum Beispiel 4 Drähte.
In der Wechselstromverteilung dient die Erdungsleitung dem Berührungsschutz, d. h. einer Sicherheitsfunktion, und führt normalerweise keinen Strom. In einigen AC-Stromverteilungsschaltungen kann er ausgelassen sein. In Gleichstromverteilungsschaltungen ist die Erdungsleitung jedoch eine wichtige Leitung und dient als Stromrückleitung für den Gleichstrom. Neben dem Erdungsleiter können alle heißen Drähte in einem Wechselstromverteilerkreis genutzt werden, um eine oder mehrere Gleichstromleistungen an eine Wechselstromsteckdose zu liefern. Das heißt, eine oder mehrere Gleichstromversorgungen können über die Stromverbindungen eines bestehenden Wechselstromverteilerkreises an Steckdosen geliefert werden, die an den Verteilerkreis angeschlossen sind. Da die eine oder mehreren Gleichstromversorgungen denselben Erdungsleiter als gemeinsamen Stromrückführungspfad nutzen, wäre ein größerer Erdungsleiter in einem Gleichstromverteilerkreis für die Gleichstromversorgung hilfreich.
Das Gleichstromanschlussgerät hat viele einzigartige Eigenschaften und Vorteile. Es ermöglicht einer Vielzahl von Gleichstromgeräten den gleichzeitigen Zugriff auf mehrere Gleichstromversorgungen mit gleicher oder unterschiedlicher Gleichspannung an einem einzigen Stromanschlussgerät, das an eine Wechselstromsteckdose angeschlossen ist. Es unterstützt eine Vielzahl von Gleichstromanschlüssen an einem einzigen Stromversorgungsgerät und verfügt über Sicherheitsfunktionen. Das DC-Stromanschlussgerät kann auch direkt an einen DC-Stromverteilerkreis angeschlossen werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt eine Gleichstromanschlussvorrichtung mit einem 3-poligen Eingangsanschluss zur Kopplung an eine Wechselstromsteckdose für eine einzelne Gleichstromanpassung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Gleichstromanschlussvorrichtung mit einem 3-poligen Eingangsanschluss zur Kopplung an eine Wechselstromsteckdose für eine doppelte Gleichstromanpassung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Gleichstromanschlussvorrichtung mit einem 2-poligen Eingangsanschluss zur Kopplung an eine 2-polige Wechselstromsteckdose für eine einzelne Gleichstromanpassung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Gleichstromanschlussvorrichtung mit 3-poligem Eingangsanschluss zur Kopplung an eine Wechselstromsteckdose für doppelte Gleichstromanpassung mit MOSFET-Schalter gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Gleichstromanschlussvorrichtung, die für eine einfache oder doppelte Gleichstromanpassung mit MOSFET-Schalter und direkter Verdrahtung zu einem Stromverteilerkreis geeignet ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Gleichstromanschlussvorrichtung für eine einzelne Gleichstromanpassung mit MOSFET-Schalter und direkter Verdrahtung an eine Stromverteilungsschaltung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Gleichstromanschlussvorrichtung mit einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler für Mehrfach-Gleichstromversorgungsanpassung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8A zeigt eine Gleichstromanschlussbaugruppe mit einem 3-poligen Eingangsanschluss und vertikal montierten Ausgangsanschlüssen auf einem Leiterplattensubstrat gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8B zeigt eine Gleichstromanschlussbaugruppe mit einem 3-poligen Eingangsanschluss und horizontal montierten Ausgangsanschlüssen auf einem Leiterplattensubstrat gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine Gleichstromanschlussbaugruppe, die eine Leiterplatte als Substrat mit Eingangsanschlüssen und horizontal montierten Ausgangsanschlüssen für eine doppelte Gleichstromanpassung verwendet, in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILIERTE BESCHREIBUNG
Die Verteilung von Gleichstrom (im Folgenden auch als DC bezeichnet) hat viele Vorteile. Sie ist sicherer als Wechselstrom (im Folgenden auch als AC bezeichnet). Dieselben elektrischen Kabel/Drähte können mehr Gleichstrom als Wechselstrom transportieren. Bei Gleichstrom ist kein Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Adapter für tragbare Geräte oder Laptops erforderlich, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Bei der Gleichstromübertragung wird weniger Energie verbraucht, da der Gleichstrom keinen Impedanzverlust aufweist. In einer Umgebung, in der Wechselstrom dominiert, wird grüner Gleichstrom, z. B. von Sonnenkollektoren erzeugt, oft in Wechselstrom umgewandelt, um ihn in das Wechselstromnetz zu integrieren, und dann für den Gebrauch zu Hause oder im Büro wieder in Gleichstrom umgewandelt, was in Bezug auf die Energienutzung unzureichend ist, da bei der Umwandlung viel Energie verschwendet wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Gleichstromanschlussvorrichtung dazu eingerichtet, eine DC-Leistung von einem Stromverteilerkreis bereitzustellen. 1 zeigt eine Gleichstromanschlussvorrichtung (hier alternativ als Gleichstromanschluss oder DC-Anschluss bezeichnet) 100 für eine einzelne Gleichstromanpassung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die gezeigte Gleichstromanschlussvorrichtung 100 umfasst zwei Stromeingangsstifte 111, 113 und einen Erdungsstift 112. Die drei Pole 111, 112, 113 bilden einen dreipoligen Eingangsstecker 114, der in eine Wechselstromsteckdose 105 eingesteckt werden kann. Die Wechselstromsteckdose 105 ist an einen Stromverteilerkreis 102 angeschlossen, der für die Wechselstromverteilung verwendet wird. Die beiden heißen Drähte des AC-Stromverteilungsschaltkreises 102 sind mit dem Ausgang eines einpoligen, einseitigen Schutzschalters (SPST) verbunden, um Gleichstrom an den Verteilungsschaltkreis 102 zu liefern. An die Schalttafel können auch andere Arten von Leistungsschaltern oder Leistungswählern angeschlossen werden, die nicht dargestellt sind. An der Anschlussvorrichtung 100 können ein oder mehrere Sätze von Gleichstromausgangsanschlüssen 120 vorhanden sein. Jeder Ausgangsanschluss 120 nimmt einen Gleichstromeingang von einem der Stromanschlüsse 111, 113 und den Erdungseingang vom Erdungsanschluss 112 auf, um einen Ausgangsanschluss zur Versorgung eines Gleichstromgeräts zu bilden.
Die beiden Eingänge der Strompole 111, 113 können in der Gleichstromanschlussvorrichtung 100 miteinander verbunden sein, z. B. mit dem gezeigten Draht 115, so dass jeder Ausgangsanschluss 120 eine Eingangsverbindung zu beiden Strompolen 111, 113 hat. Alternativ können die beiden Strompole 111, 113 intern in der Anschlussvorrichtung 100 nicht miteinander verbunden sein, d. h. kein interner Verbindungsdraht 115, so dass jeder Stromstift 111, 113 eine Untergruppe von Ausgangsanschlüssen mit Gleichstrom versorgt, wodurch zwei Untergruppen von Gleichstromanschlüssen gebildet werden.
Ein Gleichstromanschluss 100 kann eine Vielzahl von Ausgangsanschlüssen für mehrere Gleichstromgeräte bereitstellen, die über eine einzige Wechselstromsteckdose mit Gleichstrom versorgt werden. Ein Gleichstromanschluss ist normalerweise kompakter als ein Wechselstromanschluss. Außerdem gibt es im Gleichstromanschluss keinen Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Wandler und eine geringere Wärmeentwicklung, als sie bei einem Wechselstromadapter üblich ist. Es handelt sich also um ein kühles Gerät, und es können mehr Gleichstromverbinder an der Außenfläche eines Gleichstromanschlusses angebracht werden.
Darüber hinaus könnte die Konfiguration der Eingangsstifte eines Gleichstromanschlusses 100 so angepasst werden, dass sie der Geometrie und Konfiguration verschiedener Wechselstromsteckdosen entspricht, die in verschiedenen Regionen oder Ländern verwendet werden, um das lästige Mitführen eines oder mehrerer sperriger Wechselstromanschlussadapter zu vermeiden. Reisende bräuchten dann nur noch ein oder mehrere Gleichstromkabel mit sich zu führen, eines für jede Art von elektronischen Geräten, die mit Gleichstrom versorgt werden sollen.
In einer Ausführungsform können die Ausgangsanschlüsse eines Gleichstromanschlussgeräts Standard-Gleichstromanschlüsse sein, wie USB 2.1-, Micro-USB- oder USB-Typ-C-Anschlüsse. In einer anderen Ausführungsform können ein oder mehrere Standard-Gleichstromanschlüsse und/oder speziell angepasste Gleichstromanschlüsse auf der Oberfläche einer Gleichstromanschlussvorrichtung platziert werden, um den Zugriff auf Gleichstrom zu erleichtern oder die Anforderungen der Anwendung zu erfüllen. Der dreipolige Eingangsanschluss 114 in 1 ist nur ein Beispiel für eine Eingangsschnittstelle in einem Gleichstromanschlussgerät 100. Für einen Zweileiter-Gleichstromverteilerkreis oder einen Vierleiter-Gleichstromverteilerkreis kann die Konfiguration des Eingangssteckers entsprechend geändert werden. Darüber hinaus können die Eingänge einer Gleichstromanschlussvorrichtung direkt mit den Strom- und Erdungsverbindungen in einem Stromverteilerkreis verbunden werden, so dass die Stromanschlussvorrichtung direkt an der Wand montiert wird, um eine feste Gleichstromsteckdose zu bilden.
2 zeigt eine beispielhafte DC-Anschlussvorrichtung 200 mit einem 3-poligen Eingangsstecker 215 an der Stromversorgungsschnittstelle zur Verbindung mit einer AC-Steckdose 205 für eine doppelte DC-Stromanpassung. Ein 120-V-Wechselstrom-Verteilerkreis in den USA umfasst drei Drähte, d. h. einen Phasendraht, einen Nullleiter und einen Erdungsleiter. In einer Ausführungsform können über den Phasendraht und den Nullleiter eines solchen Wechselstromverteilerkreises zwei verschiedene Gleichströme (hier alternativ als Spannungen bezeichnet) geliefert werden. Die beiden Gleichspannungen können gleich sein oder unterschiedliche Werte haben. Durch die Aufnahme von zwei Sätzen von Ausgangsanschlüssen 220, 225 in die Gleichstromanschlussvorrichtung 200 können zwei Arten von Gleichstromgeräten oder Geräte mit unterschiedlichen Stromanschlüssen auf die erforderlichen Gleichspannungen von einer einzigen Anschlussvorrichtung 200 zugreifen, die an eine vorhandene Wechselstromsteckdose angeschlossen ist. Die doppelte Gleichspannung, die an ein Gleichstromanschlussgerät geliefert wird, nutzt die Vorteile von zwei Stromleitungen in einem bestehenden 120-V-Wechselstrom-Verteilerkreis in den USA.
Die Gleichstromanschlussvorrichtung 200 in 2 ist mit zwei Gleichstromschutzvorrichtungen 230, 235 dargestellt, die mit den Stromeingangsstiften 211, 213 eines 3-poligen Eingangssteckers 215 verbunden sind. Am Eingangsstecker 215 befindet sich ein separater Erdungsstift, der mit den Schutzvorrichtungen 230, 235 verbunden sein kann oder auch nicht, jedoch mit den Ausgangssteckersätzen 220, 225 verbunden ist, um als Stromrückleitung für die an die Stecker angeschlossenen Gleichstromgeräte zu dienen. Wenn in 2 davon ausgegangen wird, dass der Netzanschluss 211 eine niedrige Gleichspannung führt und der Netzanschluss 213 eine hohe Gleichspannung führt, dann ist die Schutzvorrichtung 230 mit dem Niederspannungsnetzanschluss 211 und die Schutzvorrichtung 235 mit dem Hochspannungsnetzanschluss 213 verbunden. Je nach den Spannungs- und Stromwerten der elektronischen Geräte, die an die Ausgangsanschlüsse 220, 225 angeschlossen sind, können die Schutzvorrichtungen 230, 235 unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufweisen.
Bei der Schutzvorrichtung kann es sich je nach den Anforderungen der Anwendung um mechanische Schutzvorrichtungen oder um integrierte Halbleiterschaltungen oder um eine Kombination aus beidem handeln. Die mechanische Schutzvorrichtung kann in einem Stromversorgungsgerät mehr Platz beanspruchen als das Halbleiterschutz-Pendant. Der Spannungsabfall an einer mechanischen Schutzvorrichtung ist allerdings oft geringer als der einer Halbleiter-Vorrichtung und kann daher bei der Erkennung von Leistungsanomalien für die an eine Gleichstromanschlussvorrichtung angeschlossenen Gleichstromgeräte weniger Strom verbrauchen.
Die mechanische Schutzvorrichtung kann beispielsweise einen thermischen Bimetallstreifen für den Überlastschutz, eine elektromagnetische Spule für den Kurzschlussschutz und eine Lichtbogenrutsche für den Lichtbogenschutz umfassen. Für eine solche mechanische Schutzvorrichtung ist kein Erdungsanschluss erforderlich. Da die Gleichspannung konstant ist und sich nicht ändert, kann beim Einstecken und Herausziehen von Geräten aus den Ausgangsanschlüssen eines Gleichstromanschlusses ein Lichtbogen entstehen, insbesondere an den Hochspannungsanschlüssen. Daher kann eine Lichtbogenschutzvorrichtung zuweilen nützlich sein, um elektrische Störungen in einem Stromverteilungskreis zu minimieren, wenn mehrere Gleichstromgeräte an den Verteilungskreis angeschlossen sind.
Die Halbleiter-Schutzvorrichtung kann teilweise mehrere Sicherheitsfunktionen umfassen, wie z. B. (i) Kurzschlussschutz für Gleichstromgeräte, die an die Ausgangsanschlüsse angeschlossen sind, (ii) Überlastschutz, um sicherzustellen, dass der Gesamtstrom, der von Gleichstromgeräten an einem Gleichstromanschlussgerät gezogen wird, einen bestimmten Grenzwert nicht überschreitet, (iii) Abschwächung des Einschaltstroms beim Einstecken eines hochkapazitiven Gleichstromgeräts in einen Ausgangsanschluss und dergleichen. Ein Stromschlagschutz ist bei einem Gleichstromanschlussgerät möglicherweise nicht erforderlich, da eine dünne Isolierschicht ausreicht, um zu verhindern, dass Gleichstrom durch den menschlichen Körper fließt. Eine mechanische Schutzvorrichtung erfordert möglicherweise ein manuelles Zurücksetzen oder Einschalten nach dem Ausschalten, während eine Halbleiterschutzvorrichtung sich automatisch von einer Stromabnormalität erholen kann.
Zwei Arten von Ausgangsverbindern 220, 225 sind im Beispiel von 2 dargestellt, wobei eine Art von Gleichstromstecker gebildet wird, indem der niedrige Gleichspannungsausgang von der Schutzvorrichtung 230 und der Erdungseingang vom 3-poligen Eingangsstecker 215 genommen wird, um eine Vielzahl von Niederspannungs-Gleichstromsteckern 220 für Niederspannungs-Gleichstromgeräte, wie z. B. tragbare oder mobile Geräte, zu bilden. Der andere Typ von Ausgangsverbindern wird gebildet, indem der Hochspannungsausgang der Schutzvorrichtung 235 und der Masseeingang des 3-poligen Eingangssteckers 215 genommen werden, um eine Vielzahl von Hochspannungsausgangsverbindern 225 zu bilden, die für die Bereitstellung einer höheren Gleichspannung geeignet sind. Im Beispiel von 2 wird angenommen, dass der Phasenschlitz in der AC-Buchse 205 eine höhere Gleichspannung führt.
Der Gleichstromanschluss unterscheidet sich von einem Wechselstromanschlussadapter. Bei einem AC-Anschlussadapter gibt es intern eine Eins-zu-eins-Direktverdrahtung von einem Eingangspol zu einem Ausgangssteckplatz. Ein Wechselstromgerät muss an dieselben zwei oder drei Steckplätze des Adapters angeschlossen werden, ähnlich wie bei einer Steckdose, um Wechselstrom zu erhalten. Die beiden heißen Steckplätze eines AC-Anschlussadapters bilden eine AC-Stromschleife, wenn ein AC-Gerät daran angeschlossen ist. Wird einer der heißen Drähte abgetrennt, wird kein Wechselstrom geliefert.
In einem Gleichstromanschlussgerät wird Gleichstrom von einem Stromeingangsanschluss mit einem Stromkontakt des Ausgangsverbinders und ein Masseeingang von einem Massepol mit einem Massekontakt desselben Steckers verbunden. Die beiden Eingänge, die vom 3-poligen Eingangsanschluss 215 abgenommen werden, bilden einen einzigen Ausgangsanschluss. An jedem Ausgangsanschluss wird eine Stromschleife gebildet, wenn ein Gleichstromgerät eingesteckt wird. Wird einer der Eingänge zu einem Gleichstromgerät getrennt, kann der andere Eingang je nach Konfiguration des Leistungsschalters 201 und des Ausgangsanschlusses an den Stromverteilungskreis weiterhin für die Stromversorgung von Gleichstromgeräten zur Verfügung stehen. Wenn zum Beispiel ein zweipoliger Leistungsschalter 201 in einer Schalttafel mit individueller Steuerung für jeden Pol installiert ist, können die Eingänge, die mit dem hohen Gleichspannungsausgangsanschluss und den niedrigen Gleichspannungsanschlüssen verbunden sind, unabhängig voneinander gesteuert werden. Wird einer der beiden ausgeschaltet, kann der andere das Gleichstromanschlussgerät 200 weiterhin mit Strom versorgen.
Optional können LEDs in das Gleichstromanschlussgerät integriert werden, um die Verfügbarkeit der Stromversorgung anzuzeigen. Zum Beispiel kann eine LED 240, die „Strom an“ anzeigt, parallel zu den Niederspannungsausgangsanschlüssen 220 angeschlossen werden, um die Verfügbarkeit der niedrigen Gleichspannung anzuzeigen. Ein Widerstand kann verwendet werden, um den Strom durch die LED zur Helligkeitssteuerung zu begrenzen. In ähnlicher Weise kann eine „Strom OK“-LED 245 verwendet werden, um die Stromverfügbarkeit an den Anschlüssen für hohe Gleichspannung 225 anzuzeigen.
Eine optionale Wechselstrom-Warn-LED 250 kann in die Gleichstromanschlussvorrichtung 220 eingebaut werden, um vor dem versehentlichen Einstecken eines Gleichstromanschlussvorrichtung in eine WechselstromSteckdose zu warnen, die mit Wechselstrom versorgt wird. Ein Widerstand 251, der größer als z. B. 10 KΩ ist und in Reihe mit der Wechselstrom-Warn-LED 250 geschaltet ist, kann einen versehentlich fließenden Wechselstrom erheblich begrenzen. In der gleichen Richtung wie die Warn-LED 250 kann auch eine Sperrdiode 253 mit Sperrvorspannung eingebaut werden, deren Kathode mit der höheren Gleichspannungsseite verbunden ist. Im normalen Gleichstromzustand fließt außer einem geringfügigen Leckstrom kein Strom durch die Wechselstrom-Warn-LED 250, was keine Auswirkungen auf die Funktionen des Gleichstromanschlussgeräts 200 hat.
Die Gleichstromanschlussvorrichtung 200 kann so angepasst sein, dass sie einen einzigen Gleichstrom liefert, wenn der zweipolige Leistungsschalter 201 durch einen einpoligen Leistungsschalter 101 ersetzt wird (wie in 1 gezeigt) und der Ausgang des einpoligen Leistungsschalters 101 mit den beiden heißen Drähten eines Stromverteilerkreises verbunden wird, um die gleiche Gleichspannung an beide Sätze von Ausgangsanschlüssen zu liefern.
3 zeigt ein Beispiel für ein Gleichstromanschlussgerät 300, das eine einzelne Gleichspannung liefern kann. Ein SPST-Schutzschalter 301 an einer Schalttafel steuert die VD1-Stromzufuhr zu einem Gleichstromverteilerkreis 302, der einen Gleichstrom-Hochstromdraht 303 und einen Erdungsdraht 304 umfasst. In einigen Ländern ist ein Zweileiter-Wechselstromverteilerkreis noch üblich. In diesem Beispiel ist eine Steckdose mit zwei Steckplätzen mit dem Stromverteilerkreis 302 verbunden. Die Gleichstromanschlussvorrichtung 300 umfasst an ihrer Eingangsschnittstelle einen zweipoligen Steckverbinder (d. h. einen Strompol 313 und einen Erdungspol 312), wobei der Strompol 313 mit einer Schutzvorrichtung 330 verbunden ist. Der Ausgang der Schutzvorrichtung 330 ist wie gezeigt mit den Stromkontakten der Ausgangsverbinder 320 verbunden. Der Erdungseingang des Erdungspols 312 ist mit den Erdungskontakten der Ausgangsanschlüsse 320 verbunden. Die Gleichstromanschlussvorrichtung 300 in 3, die als eine Untergruppe der Gleichstromanschlussvorrichtung 200 von 2 angesehen werden kann, liefert eine einzelne Gleichstromleistung mit einem 2-poligen Eingangsanschluss 315.
Das DC-Stromversorgungsgerät 300 unterscheidet sich von einer AC-Steckdosenleiste, bei der ein AC-Gerät in zwei oder mehr Steckplätze einer AC-Steckdose an der AC-Steckdosenleiste eingesteckt werden muss, um AC-Strom zu erhalten. Sie unterscheidet sich auch von einer Steckdosenleiste mit Gleichstrom-USB-Anschlüssen, bei der die Steckdosenleiste an den Wechselstromeingang angeschlossen ist und einen internen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler verwendet, um die USB-Anschlüsse mit Gleichstrom zu versorgen.
4 zeigt ein Beispiel für die interne Konfiguration eines Gleichstromanschlussgeräts 400, das mit der Wechselstrombuchse 405 verbunden ist, um zwei Gleichspannungen zu liefern, eine niedrige Gleichspannung zur Versorgung von Minigeräten wie tragbaren Geräten oder Mobiltelefonen und eine höhere Gleichspannung zur Stromversorgung von Geräten wie Laptops. Zwei MOSFET-Bauelemente 430, 435 steuern die Stromausgabe an die jeweiligen Ausgangsanschlüsse 420, 425. Es versteht sich, dass die Begriffe MOSFET-Bauteil, MOSFET-Schalter und MOSFET-Transfer-Gate in der vorliegenden Anwendung austauschbar verwendet werden. Die beiden Gleichspannungen VD1 und VD2, die vom Stromverteilerkreis 402 an eine Wechselstromsteckdose 405 geliefert werden, unterliegen wie dargestellt der Kontrolle eines DPST-Gleichstromunterbrechers 401. Zwei SPST-Schutzschalter oder ein DPST-Schutzschalter mit Zweischaltersteuerung können anstelle des DPST-Schutzschalters 401 mit Einzelschaltersteuerung verwendet werden, um die jeweilige Gleichspannung an den Stromverteilerkreis 402 abzugeben.
Bei den MOSFETs kann es sich um N-Kanal- oder P-Kanal-MOSFET-Transistoren handeln. In diesem Beispiel wird ein P-Kanal-MOSFET-Transistor im Anreicherungsmodus verwendet. Der MOSFET-Baustein 430 wird von einer Gateschutz-Steuerlogik 431 gesteuert, die Gleichstrom am Stromeingangsanschluss 411 erfasst und Nutzungsanomalien an den Ausgangsanschlüssen 420 überwacht. In ähnlicher Weise wird der MOSFET-Baustein 435 von einer Gate-Steuerlogik 436 gesteuert, die Gleichstrom vom Stromeingangsanschluss 413 erfasst und Nutzungsanomalien an den Ausgangsanschlüssen 425 überwacht. Da die Spannungen an den Stromeingangsanschlüssen 411, 413 unterschiedlich sein können, können die Spannungen oder die Nennleistung der Ausgangsanschlüsse 420, 425, die elektrische Charakteristik der MOSFET-Vorrichtung 430 und der MOSFE-Vorrichtung 435 sowie die Implementierung der Gate-Steuerlogik 431, 436 unterschiedlich sein. Die elektronische Schutzvorrichtung und die Gate-Steuerlogik 431, 436 müssen möglicherweise geerdet werden, um ordnungsgemäß zu funktionieren.
Die Konfiguration der doppelten MOSFET-Bauelemente im Beispiel von 4 und die Konfiguration der doppelten Schutzvorrichtungen in 2 eines Gleichstromanschlussgeräts sind beide für die Ausführungen mit einfacher Gleichstromleistung geeignet. Bei Ausführungen mit einfacher Gleichstromversorgung können die Ausgangsanschlüsse in einer Gleichstromanschlussvorrichtung dieselbe Gleichspannung liefern, jedoch mit unterschiedlichen Anschlusstypen. Bei Ausführungen mit einfacher Gleichstromversorgung kann der Gleichstromeingang von zwei an eine 3-Buchsen-Wechselstromsteckdose angeschlossenen Stromanschlüssen 411, 413 intern zusammengeschaltet oder in der Anschlussvorrichtung getrennt angeschlossen werden. Die erste Variante bildet einen einzigen Satz von Ausgangsanschlüssen, die zweite Variante bildet zwei Sätze von Ausgangsanschlüssen aus und hat einen Vorteil. Wenn beispielsweise die MOSFET-Vorrichtung 430 und ihre Gate-Steuerlogik 431 in 4 oder die Schutzvorrichtung 230 in 2 eine Stromabnormalität an ihren Ausgangsanschlüssen feststellt, könnte die MOSFET-Vorrichtung 430 oder die Schutzvorrichtung 230 automatisch abschalten, um die Stromzufuhr zu ihrem jeweiligen Satz von Anschlüssen zu unterbrechen, ohne die an den anderen Satz von Ausgangsanschlüssen angeschlossenen Geräte zu stören.
5 ist ein Beispiel für eine Gleichstromanschlussvorrichtung 500 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Gleichstromanschlussvorrichtung 500 ähnelt der in 4 gezeigten Gleichstromanschlussvorrichtung 400, mit der Ausnahme, dass die Gleichstromanschlussvorrichtung 500 einen Satz direkter Drahtverbindungen 505 an ihrer Stromeingangsschnittstelle zur Kopplung mit dem Stromverteilerkreis 502 umfasst. Der Stromverteilerkreis 502 kann ein neu konstruierter Stromkreis sein, oder er kann ein bestehender Wechselstromverteilerkreis sein, jedoch ohne Wechselstromsteckdosen am Anschlussrahmen, wobei eine direkte Verdrahtung verwendet wird, um die Gleichstromanschlussvorrichtung 500 mit Gleichstrom zu versorgen. Die Anzahl der Drähte in einem Gleichstromverteilerkreis 502 oder an der Stromeingangsschnittstelle 505 sowie die Anzahl der MOSFET-Bauelemente und die zugehörigen Schutz- und Gate-Steuerungen können je nach den Anforderungen der Anwendungen bestimmt werden. Die Gleichstromanschlussvorrichtung 500, die eine direkte Verdrahtungsschnittstelle verwendet, kann direkt an einer tragenden Struktur, z. B. einer Wand oder einem Gehäuse, montiert werden. Optional können die AC-Warn-LED 550 und die Strom OK-LEDs 540, 545 eingebaut werden, um ein unsachgemäßes Einstecken und die Verfügbarkeit von Gleichstrom an den jeweiligen Ausgangsanschlüssen anzuzeigen, wie im Beispiel dargestellt.
6 zeigt eine Gleichstromanschlussvorrichtung 600 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Gleichstromanschluss 600 umfasst einen MOSFET-Transistor 630, der von einer Schutz- und Gate-Steuerlogik 631 gesteuert wird. Sein Eingang umfasst eine Zweidrahtschnittstelle 605, die wiederum eine Gleichstromleitung 611 und eine Erdungsleitung 612 umfasst. Die Erdungsleitung 612 ist direkt mit dem Erdungsanschluss 604 verbunden und die Gleichstromleitung 611 ist mit einer Stromverbindung 603 verbunden (es versteht sich, dass es eine Reihe von Stromverbindungen in der Stromverteilungsschaltung 602 geben kann), die durch den Leistungsschalter 601 in der Schalttafel gesteuert wird.
In dem in 6 gezeigten Beispiel wird für den MOSFET-Transistor 630 ein P-Kanal-Bauelement im Anreicherungsmodus gewählt. Die Source des MOSFET-Transistors 630 und die Schutz- und Gate-Steuerlogik 631 sind mit der Stromeingangsleitung 611 verbunden, wobei die Gate-Steuerlogik 631 einen Spannungsdetektor zur Überwachung des Spannungspegels am Gleichstromeingang enthalten kann, um das Einschalten des MOSFET-Transistors 630 zu steuern, wenn der Gleichstromeingang einen bestimmten Wert erreicht. Der Ausgang der Gleichstromanschlussvorrichtung 600 ist so dargestellt, dass er zwei Arten von Ausgangsanschlüssen 620, 625 umfasst. Ein Typ kann z. B. ein USB 2.1-Anschluss und der andere ein Micro-USB-Anschluss sein. Die Schutz- und Gate-Steuerlogik 631 kann auch den Status der an die Ausgangsanschlüsse 620, 625 angeschlossenen Gleichstromgeräte auf Überlastung, Kurzschluss oder andere Anomalien überwachen. Eine Strom OK-LED zeigt die Verfügbarkeit der Gleichstromversorgung an. Die Schutz- und Gate-Steuerlogik 631 bezieht ihren Strom von der Eingangsstromleitung 611, um das Schalten des MOSFET-Transistors 630 zu steuern.
7 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Gleichstromanschlussgeräts mit einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler zur Anpassung der Eingangsspannung an Ausgangsanschlüssen. Im Beispiel von 7 ist die Gleichstromanschlussvorrichtung 700 mit einer dreipoligen Eingangsschnittstelle 715 dargestellt, die mit einer Wechselstromsteckdose 705 verbunden ist, die wiederum mit einem dreiadrigen Stromverteilerkreis 702 verbunden ist, der durch einen SPST-Gleichstromunterbrecher 701 gesteuert wird.
Ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 734 ist mit einem Stromeingangsanschluss 712 verbunden, um den Gleichstromeingang VD1 in eine oder mehrere Gleichspannungen umzuwandeln, die den Spannungsanforderungen an den Ausgangsanschlüssen 725 entsprechen. Die umgewandelte Ausgangsspannung kann höher oder niedriger als der Gleichstromeingang sein. Im Beispiel ist nur eine Ausgangsgleichspannung dargestellt, aber es versteht sich von selbst, dass mehrere Gleichstromausgänge aus dem DC-DC-Wandler 734 erzeugt werden können. Jeder dieser Ausgänge kann an weitere Schutzeinrichtungen angeschlossen werden. Eine Masseverbindung ist ebenfalls erforderlich und wird als Referenzspannung an den DC-DC-Wandler 734 angeschlossen.
Für den Betrieb elektronischer Geräte können niedrigere Gleichspannungen wie 3,3 V, 1,5 V, 1,1 V oder weniger erforderlich sein. Die verschiedenen Gleichspannungen können direkt von der Gleichstromversorgung der Schalttafel geliefert werden. Für niedrigere Spannungen kann es zuverlässiger sein, einen Gleichspannungswandler zu verwenden, der in der Anschlussvorrichtung 700 angeordnet ist. Die Schutzvorrichtung 735 ist mit dem Ausgang des DC-DC-Wandlers 434 verbunden und überwacht Leistungsanomalien für Geräte, die an die Ausgangsanschlüsse 725 angeschlossen sind. Was die Schutzvorrichtung 730 betrifft, so liefert sie Gleichstrom von einem anderen Stromeingangsanschluss 711 an ihre Ausgänge und überwacht Geräte, die an die Ausgangsanschlüsse 720 angeschlossen sind. Die Schutzvorrichtungen 730, 735 können mit MOSFET-Schaltern und zugehöriger Gate-Steuerlogik zum Schutz der an die Ausgangsanschlüsse angeschlossenen Geräte austauschbar sein. Je nach Art der Schutzvorrichtungen kann die Erdungsverbindung mit den Schutzvorrichtungen verbunden sein oder nicht.
Im Beispiel von 7 kann die dreipolige Eingangsschnittstelle in drei einzelne Drähte geändert werden, oder der Stromverteilerkreis 702 kann mit einem DPST-Schutzschalter mit zweipoligem Ausgang verbunden werden, der mit zwei heißen Drähten im Stromverteilungskreis 702 verbunden ist. Es versteht sich, dass viele andere Variationen in der internen Konfiguration einer Anschlussvorrichtung, des Stromverteilerkreises, der Stromeingangsschnittstellenverbindung und der Ausgangsanschlüsse einer Gleichstromanschlussvorrichtung existieren können, die alle unter verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung fallen.
Die Gleichstromanschlussvorrichtung kann beispielsweise ein eigenständiges Gerät sein, das direkt an eine Gleichstromquelle angeschlossen werden kann, z. B. an den Ausgang eines Solarpanels oder an eine Reihe von Batteriebänken, um externe Gleichstromgeräte mit einer oder mehreren Gleichstromleistungen zu versorgen. Es versteht sich auch, dass die hier beschriebenen und gezeigten beispielhaften Ausführungsformen nur einige der Varianten veranschaulichen.
8A ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Gleichstromanschlussvorrichtung 800 und ihres Zusammenbaus. Für den Zusammenbau wird eine Leiterplatte (PCB) gewählt, auf deren Ober- und Unterseite Komponenten wie LEDs und Widerstände 861, 862, Kondensatoren, Schutzvorrichtungen 860 und verschiedene Gleichstromanschlüsse 850, 855 aufgelötet oder oberflächenmontiert sind. In der Regel ist eine zweilagige Leiterplatte 801 für die Montage einer Gleichstromanschlussvorrichtung 800 ausreichend, es können jedoch auch mehr Schichten verwendet werden, falls nötig. In 8A wird eine zweilagige Leiterplatte 801 für die Gleichstromanschlussvorrichtung gewählt, wobei die untere Lage 820 der Leiterplatte 801 als Masseebene mit Verbindung zum Massestift 812 und die obere Lage 825 der Leiterplatte 801 als Stromversorgungsebene gewählt wird, die in Abhängigkeit von der Anzahl der Stromversorgungseingänge der Gleichstromanschlussvorrichtung 800 in eine oder mehrere Stromversorgungsteilbereiche unterteilt werden kann. Es liegt im Ermessen des Konstrukteurs, welche Lage als Stromversorgungsebene oder als Masseebene gewählt wird. Für bessere Strom- und Masseverbindungen und eine bessere EMI-Abschirmung kann über jeder Strom- und Masseteilung ein Kupferguss angebracht werden.
In diesem Beispiel wird die dreipolige Schnittstelle 810 gewählt, um die Montage einer Gleichstromanschlussvorrichtung 800 zu veranschaulichen. Die drei Schnittstellenstifte, d. h. der DC-A-Stromstift 811, der Erdungsstift 812 und der DC-B-Stromstift 813, werden in drei Durchgangslöcher auf der Leiterplatte 801 eingesetzt und verlötet, um die mechanische Festigkeit beim Stecken und Ziehen der Anschlussvorrichtung an der Steckdose zu erhöhen.
Auf der obersten Schicht 825 der Leiterplatte 801 befinden sich zwei Leistungsteilbereiche 840, 845. Zwei Stromanschlüsse, d.h. DC-Stromstift-A 811 und DC-Stromstift-B 813, sind gelötet und mit den Leistungsteilbereichen 840, 845 verbunden, um DC-A- und DC-B-Stromeingänge von einem Verteilerkreis zu erhalten. Eine Kernschicht 830 wird gepresst und zwischen die oberste Schicht 825 und die untere Schicht 820 der Leiterplatte 801 gelegt, um eine Isolierung zwischen der oberen Schicht und der unteren Schicht zu schaffen und eine solide Stütze zu bieten, die die zweischichtige Leiterplatte zusammenhält. Eine Vielzahl von Massedurchführungen 821 stellt die Masseverbindung von der unteren Lage 820 zu den Massepads auf der oberen Lage 825 her, an die passive Bauteile, Schutzvorrichtungen, Ausgangsstecker usw. angeschlossen werden können.
In 8A sind die DC-A- und DC-B-Stromanschlüsse 850, 855 vertikal montiert, und in 8B sind die DC-A- und DC-B-Stromanschlüsse 870, 875 horizontal montiert. Die Verwendung von vertikal montierten Anschlüssen könnte die Anzahl der Anschlüsse auf der Baugruppe einer Gleichstromanschlussvorrichtung 800 erhöhen, da ein vertikal montierter Gleichstromsteckverbinder in der Regel eine kleinere Grundfläche auf der Leiterplattenoberfläche einnimmt. Die Verwendung von horizontal montierten Anschlüssen führt zu einer dünneren Gleichstromanschlussvorrichtung, was für Bereiche mit Platzproblemen wünschenswert ist.
Die DC-A-Steckverbinder 850 und die DC-B-Steckverbinder 855 können von unterschiedlichem Typ sein, um verschiedene Gleichstromgeräte aufzunehmen. Wenn die Höhe der Steckverbinder unterschiedlich ist, kann eine Art von Steckverbindern horizontal und die andere Art vertikal verlötet werden, je nach Gehäusedesign der Baugruppe. Wenn die Anschlüsse in vertikaler Ausrichtung installiert werden, werden sie auf die Oberseite der Leiterplatte 801 gelötet, wobei die jeweiligen Stromversorgungs- und Erdungskontakte 870 in den meisten Fällen auf der Oberseite platziert werden.
Als Ausgangsanschluss bei der Montage einer Gleichstromanschlussvorrichtung können entweder oberflächenmontierte oder durchkontaktierte Steckverbinder verwendet werden. Wenn die Steckverbinder in einer horizontalen Ausrichtung installiert werden, können die Steckverbinder sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite der Leiterplatte 801 verlötet werden, obwohl es den Herstellungsprozess vereinfachen kann, wenn alle Ausgangssteckverbinder auf derselben Oberseite verlötet werden. Einige Unterstützungsvorrichtungen, wie z. B. die Schutzvorrichtung 860, können an der Unterseite der Leiterplatte 801 angebracht werden, um die Masseebene mitbenutzen zu können, aber die LEDs müssen an der Oberseite an von außen gut sichtbaren Stellen angebracht werden.
Es versteht sich, dass die lediglich der Veranschaulichung dienen und dass es Variationen in der DC-Stromanschlussbaugruppe geben kann. Beispielsweise können die DC-A-, DC-B-Stromstifte 811, 813 und der Erdungsstift 812 an der 3-poligen Schnittstelle 810 ein runder Stift oder ein quadratischer Stift sein. Wenn der Gleichstromanschluss eine einzige Gleichstromversorgung bereitstellt, kann die Anzahl der Stifte einer 3-poligen Schnittstelle 810 an einer Gleichstromanschlussbaugruppe so geändert werden, dass sie mit einer 2-poligen Schnittstelle übereinstimmt, wobei die metallischen Teilbereiche 840, 845 zu einem einzigen Bereich verschmolzen werden, der die gleiche Gleichspannung führt.
9 zeigt eine Gleichstromanschlussbaugruppe 900 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Ausführungsform 900 sind die drei Schnittstellenstifte, d.h. DC-A-Stift 911, Erdungsstift 912 und DC-B-Stift 913, entlang einer Kante der Leiterplatte 901 verlötet, und die Ausgangsverbinder, d.h. DC-A-Verbinder 950 und DC-B-Verbinder 955, sind an der anderen Kante verlötet und ausgerichtet, wobei die Verbinderöffnungen von außen zugänglich sind. Die Ausgangssteckverbinder können oberflächenmontiert oder senkrecht zur Oberfläche der Leiterplatte 901 verlötet werden, wobei die dreipoligen Schnittstellenstifte 911, 912, 913 parallel zur Leiterplattenoberfläche montiert sind.
Die Herstellung einer DC-Stromanschlussbaugruppe unter Verwendung einer Leiterplatte vermeidet verschlungene Verbindungskabel und bietet einen stabilen mechanischen Halt für die auf der Baugruppe montierten Anschlüsse. Die DC-Stromversorgungsanschlussbaugruppe kann von einem Gehäuse umschlossen werden, in dem bis zu 5 Außenflächen für die Installation von Ausgangsanschlüssen und eine Bodenfläche für den Anschluss der Steckdose zur Verfügung stehen.
Wie oben beschrieben, ist die Gleichstromanschlussvorrichtung zur Bereitstellung von Gleichspannungen für ein oder mehrere Geräte gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung flexibel, bequem und benutzerfreundlich. Die Gleichstromanschlussvorrichtung funktioniert nahtlos mit wechselnder Anschlusstechnologie. Wenn zum Beispiel ein USB-Typ-C-Stecker oder ein anderer neuer Stecker zum Mainstream-Stromstecker wird, um den älteren Stecker abzulösen, dann könnte die Aufnahme des neuen Typs von Ausgangsanschlüssen an einer Stromversorgungsanschlussvorrichtung zusammen mit den vorhandenen Anschlüssen die gesamte Anschlussfamilie für viele Benutzer unterstützen. Mehrere Ausgangsanschlüsse an einem DC-Stromversorgungsanschluss ermöglichen mehr DC-Geräten den Zugang zu DC-Strom. Sowohl Geräte mit hoher Spannungsintensität als auch Niederspannungs-Gleichstromgeräte könnten an eine Gleichstromanschlussvorrichtung angeschlossen werden, um gleichzeitig Gleichstrom von einer vorhandenen Steckdose zu erhalten. Die Gleichstromanschlussvorrichtung überbrückt die Lücke und bringt Gleichstrom in Haushalte, Büros und Gebäude, indem sie die bestehende, gut etablierte Wechselstrominfrastruktur nutzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 16/950882 [0001]

Claims

Vorrichtung zum Anpassen einer Gleichspannung, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Schnittstelle, die zur Kopplung mit einer Wechselstromsteckdose eingerichtet ist, wobei die Wechselstromsteckdose mit einem Gleichstromverteilerkreis gekoppelt ist, wobei die Schnittstelle umfasst: einen Stromeingangsverbinder, der mit einer in dem Gleichstromverteilerkreis angeordneten Leistungsverbindung verbunden ist und zum Bereitstellen der Gleichspannung eingerichtet ist, und einen Erdungsverbinder, der mit einer in dem Gleichstromverteilerkreis angeordneten Erdungsverbindung verbunden ist; eine Vielzahl von Ausgangsverbindern, wobei mindestens einer der Ausgangsverbinder einen mit dem Stromeingangsverbinder gekoppelten Stromanschluss und einen mit dem Erdungsverbinder gekoppelten Erdungsanschluss umfasst, dieser mindestens eine Ausgangsverbinder die Gleichspannung liefernd; und ein Gehäuse mit einer Vielzahl von Öffnungen, die auf seiner Außenfläche ausgebildet sind und zur Aufnahme und zum Anschluss von Geräten an die Vielzahl von Ausgangsverbindern eingerichtet sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1 ferner umfassend eine Schutzvorrichtung aufweisend einen Eingang, der mit dem Stromeingangsverbinder gekoppelt ist, und einen Ausgang, der mit der Vielzahl von Ausgangsverbindern gekoppelt ist, wobei die Schutzvorrichtung so ausgelegt ist, dass sie Stromanomalien von Geräten überwacht, die mit der Vielzahl von Ausgangsverbindern verbunden sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Schutzvorrichtung eine mechanische Schutzvorrichtung ist, die mindestens eines der folgenden Elemente umfasst: thermischer Bimetallstreifen zum Überlastschutz, elektromagnetische Spule zum Kurzschlussschutz und Lichtbogenschacht zum Lichtbogenschutz,
Die Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Schutzvorrichtung eine elektronische Schutzvorrichtung ist, die ein MOSFET-Transfergate umfasst, das von einer Gatesteuerlogik gesteuert wird, die eingerichtet ist, die Gleichstromleistung am Stromeingangsverbinder zu überwachen und ferner Geräte zu überwachen, die mit der Vielzahl von Ausgangsverbindern verbunden sind, wobei die Gatesteuerlogik so ausgelegt ist, dass sie: das MOSFET-Transfergate einschaltet, um die Gleichspannung an die Vielzahl von Ausgangsverbindern zu übertragen, wenn eine Spannung am Stromeingangsverbinder eine vordefinierte Spannung erreicht, und das MOSFET-Transfergate auszuschalten, wenn eine Stromanomalie bei Geräten festgestellt wird, die mit der Vielzahl von Ausgangsverbindern verbunden sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1 ferner umfassend einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler mit einem Eingang, der mit dem Stromeingangsverbinder gekoppelt ist, und einem Ausgang, der mit der Vielzahl von Ausgangsverbindern gekoppelt ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1 ferner umfassend einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler mit einem Eingang, der mit dem Stromeingangsverbinder gekoppelt ist, und einem Ausgang, der mit einer Schutzvorrichtung gekoppelt ist, wobei die Schutzvorrichtung so ausgelegt ist, dass sie den umgewandelten Ausgang des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers an die Vielzahl von Ausgangsverbindern liefert, und ferner so ausgelegt ist, dass sie Stromanomalien an Geräten überwacht, die mit der Vielzahl von Ausgangsverbindern verbunden sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1 ferner umfassend einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler mit einem Eingang, der mit dem Stromeingangsverbinder gekoppelt ist, und einem Ausgang, der mit einem MOSFET-Transfergate gekoppelt ist, das von einer Gatesteuerlogik gesteuert wird, um die Übertragung der umgewandelten Spannung vom Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler zu der Vielzahl von Ausgangsverbindern zu steuern, und ferner zur Überwachung von Stromanomalien an Geräten, die mit der Vielzahl von Ausgangsanschlüssen verbunden sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1a ferner umfassend eine Leuchtdiode (LED) und einen mit der LED in Reihe geschalteten Widerstand, der eingerichtet ist, die Verfügbarkeit der Gleichstromversorgung anzuzeigen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Schnittstelle eine Vielzahl von Drähten umfasst, die direkt mit dem Gleichstromverteilerkreis verbunden sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine erste Teilmenge der Vielzahl von Ausgangsverbindern durch einen ersten Verbindertyp definiert ist, der sich von einem zweiten Verbindertyp unterscheidet, der eine zweite Teilmenge der Vielzahl von Ausgangsverbindern definiert.
Eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, einen Erdungseingang zu empfangen und eine Vielzahl von Gleichspannungen von einem Gleichstromverteilerkreis anzupassen, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Schnittstelle, die zur Kopplung mit dem Gleichstromverteilerkreis eingerichtet ist, wobei die Schnittstelle Folgendes umfasst einen ersten Stromanschluss, der mit einer ersten Gleichspannung aus der Vielzahl der Gleichspannungen gekoppelt ist; einen zweiten Stromanschluss, der mit einer zweiten Gleichspannung aus der Vielzahl der Gleichspannungen gekoppelt ist; und einen Erdungsanschluss, der mit dem Erdungseingang des Gleichstromverteilerkreises gekoppelt ist; eine Vielzahl von Ausgangsanschlüssen, wobei eine erste Untergruppe der Vielzahl von Ausgangsanschlüssen Stromkontakte umfasst, die mit dem ersten Stromanschluss gekoppelt sind, und Erdungskontakte, die mit dem Erdungsanschluss gekoppelt sind, um die erste Gleichspannung zu liefern; und eine zweite Untergruppe der Vielzahl von Ausgangsanschlüssen Stromkontakte umfasst, die mit dem zweiten Stromanschluss verbunden sind, und Erdungskontakte, die mit dem Erdungsanschluss verbunden sind, um die zweite Gleichspannung zu liefern; und ein Gehäuse, das eine Vielzahl von Anschlussöffnungen umfasst, die so ausgelegt sind, dass sie die erste und zweite Gleichspannung aufnehmen und an eine Vielzahl von externen Geräten liefern.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste Stromanschluss und der zweite Stromanschluss eine gleiche Gleichspannung liefern.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste Stromanschluss und der zweite Stromanschluss unterschiedliche Gleichspannungen liefern.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11 ferner umfassend: eine erste Schutzvorrichtung aufweisend einen Eingang, der mit dem ersten Stromanschluss gekoppelt ist, und einen Ausgang, der mit der ersten Untergruppe der Vielzahl von Ausgangsanschlüssen gekoppelt ist, um Geräte, die mit der ersten Untergruppe der Vielzahl von Ausgangsanschlüssen verbunden sind, mit Strom zu versorgen und deren Stromanomalien zu überwachen; und eine zweite Schutzvorrichtung aufweisend einen Eingang, der mit dem zweiten Stromanschluss gekoppelt ist, und einen Ausgang, der mit der zweiten Untergruppe der Vielzahl von Ausgangsanschlüssen gekoppelt ist, um Geräte, die mit der zweiten Untergruppe der Vielzahl von Ausgangsanschlüssen verbunden sind, mit Strom zu versorgen und deren Stromanomalien zu überwachen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die erste und die zweite Schutzvorrichtung ähnliche Schutzeigenschaften aufweisen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die erste und die zweite Schutzvorrichtung unterschiedliche Schutzcharakteristiken aufweisen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste Stromanschluss mit einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler gekoppelt ist, der eingerichtet ist, die erste Gleichspannung in eine oder mehrere umgewandelte Spannungen umzuwandeln, wobei die eine oder die mehreren umgewandelten Spannungen ferner an eine erste Untergruppe der Vielzahl von Ausgangsanschlüssen geliefert werden können.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste Stromanschluss mit einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler gekoppelt ist, der eingerichtet ist, die erste Gleichspannung in eine umgewandelte Spannung umzuwandeln; wobei die Vorrichtung ferner Folgendes umfasst: eine Schutzvorrichtung, die so ausgelegt ist, dass sie die umgewandelte Spannung an die erste Untergruppe der mehreren Ausgangsanschlüsse liefert und die an die erste Untergruppe der mehreren Ausgangsanschlüsse angeschlossenen Geräte auf Stromanomalien überwacht.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste und der zweite Stromanschluss jeweils mit einem ersten und einem zweiten MOSFET-Transfergate verbunden ist, die durch eine erste bzw. eine zweite Gatesteuerlogik gesteuert sind, um die Übertragung der ersten und der zweiten Gleichspannung an eine erste und eine zweite Untergruppe der Vielzahl von Ausgangsanschlüssen zu steuern, wobei das erste MOSFET-Transfergate so ausgelegt ist, dass es Stromanomalien an der ersten Vielzahl von Ausgangsanschlüssen überwacht, und das zweite MOSFET-Transfergate so ausgelegt ist, dass es Stromanomalien an der zweiten Vielzahl von Ausgangsanschlüssen überwacht.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste und der zweite Stromanschluss mit einer Wechselstromsteckdose gekoppelt sind, wobei die Vorrichtung ferner eine LED umfasst, die mit einem Widerstand in Reihe geschaltet ist, wobei die LED durch den ersten und den zweiten Stromanschluss in Sperrichtung vorgespannt wird, um vor einer fehlerhaften Verbindung mit der Wechselstromsteckdose zu warnen.
Verfahren zur Herstellung einer Stromanschlussvorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellung einer Leiterplatte, wobei die Leiterplatte Folgendes umfasst: eine erste Schicht, die in einen oder mehrere Bereiche unterteilt ist, um an eine oder mehrere Gleichstromversorgungen zu koppeln, die an die Stromanschlussvorrichtung geliefert werden, eine zweite Schicht, die eine Masseebene bildet, und eine Vielzahl von Durchgangslöchern, um eine Vielzahl von Schnittstellenstiften zu halten, die dazu eingerichtet sind, mit einer Stromverteilungsschaltung gekoppelt zu werden, wobei ein Erdungsstift der Vielzahl von Schnittstellenstiften in ein erstes der Vielzahl von Durchgangslöchern gelötet ist, um mit der zweiten Schicht und mit einer Erdungsverbindung in der Stromverteilungsschaltung zu koppeln, und wobei ein erster Stromstift der Vielzahl von Schnittstellenstiften in ein zweites der Vielzahl von Durchgangslöchern gelötet ist und dazu geeignet ist, mit dem einen oder den mehreren Bereichen auf der ersten Schicht zu koppeln; Anbringen einer Vielzahl von Ausgangsanschlüssen auf der Leiterplatte zur Bereitstellung einer Vielzahl von Gleichspannungen für externe Geräte; und Bereitstellen eines Gehäuses mit Öffnungen für externe Geräte zum Einstecken.
Das Verfahren nach Anspruch 21, wobei ein zweiter Stromstift aus der Vielzahl von Schnittstellenstiften in ein drittes der Vielzahl von Durchgangslöchern gelötet wird und so beschaffen ist, dass er mit dem einen oder den mehreren Bereichen auf der ersten Schicht koppelt.
Das Verfahren nach Anspruch 21, wobei die mehreren Ausgangsanschlüsse vertikal auf einer Oberseite der Leiterplatte angebracht sind.
Das Verfahren nach Anspruch 21, wobei die mehreren Ausgangsanschlüsse horizontal auf einer Oberfläche der Leiterplatte angebracht sind.
Das Verfahren nach Anspruch 23, wobei eine erste Teilmenge der Vielzahl von Ausgangsanschlüssen horizontal auf einer Oberfläche der Leiterplatte und eine zweite Teilmenge der Vielzahl von Ausgangsanschlüssen vertikal auf der Oberfläche der Leiterplatte montiert ist.