JP2006187199A

JP2006187199A - 負荷分配および管理システム

Info

Publication number: JP2006187199A
Application number: JP2006059700A
Authority: JP
Inventors: Jeffrey Jouper; ジャウパー，ジェフリー; Susan Nellis; ネリス，スーザン; Darrell T Hambley; ハムブリー，ダーレル，ティ．; Mark A Peabody; ピーボディ，マーク，エイ．
Original assignee: Astronics Advanced Electronic Systems Corp
Current assignee: Astronics Advanced Electronic Systems Corp
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2016-12-12
Also published as: WO1997023026A1; DE69620792D1; US6046513A; US5754445A; EP0870354B1; EP1143593B1; CA2231618A1; DE69620792T2; DE69634705D1; EP0870354A1; DE69634705T2; JP2000502556A; EP0870354A4; AU1461897A; EP1143593A1; JP4148970B2; CA2231618C; JP3810801B2

Abstract

【課題】電力が供給されている電源からの電力を管理し分配する装置および方法を提供することである。
【解決手段】複数の取出し口（６８、７０）は、複数の電源装置（１１４）に接続されている。追加の取出し口が使われる時、本発明は、取出し口によって取り出されている電力の量を測定する。測定された電力の量が利用できる電力の最大量より小さかった場合、取出し口（６８、７０）は、可能化される。測定された電力の量が利用できる電力の最大量より大きかった場合、現在使われていない追加の取出し口は、非可能化される。
【選択図】図１

Description

本発明は、１つまたはそれ以上の電気負荷に電力を供給することに関する。さらに詳細には、本発明は、制限された電力環境において１つまたはそれ以上の負荷に電力の供給を管理することに関する。

交通システム、たとえば、航空機または船舶または列車などは、限られた電力だけしか供給しないのが普通である。この電源は、必要不可欠なシステムだけでなく、重要でない機器にも同様に電力を供給する。たとえば、航空機では、推進システムは、ライフ・サポート、通信およびフライト・コントロールなどの必要不可欠な機器およびコーヒー・メーカ、フライトの商用の電話および座席における娯楽センターなどの必要不可欠ではない機器の両方を動作させるために有限の量の電力を提供する。

電力が限られているので、必要不可欠ではない機器は、他の必要不可欠でない機器と電力を求めて競合する。必要不可欠でない機器からの負荷が許容できる負荷を超えた場合、必要不可欠な機器から電力が奪われる可能性がある。さらに、電源自身が追加の負荷からダメージを受ける可能性がある。

従来の電力監視システムは、電源から取り出される電力量を測定する。電源から取り出される電力量がリミット値を超えた時、これらの電力監視システムは、どの機器の電源をオフにするか、あるいはどの機器を電力節約モードにするかを決定する。負荷の電力要求を監視して調整する技法は、「電力平均分配法」と通常、呼ばれている。

電力平均分配システムは、負荷に電力が供給されるべきか、あるいは負荷が再構成されるべきかを個別に通信するコントローラを必要とするのが普通である。そのようなシステムにおいては、各負荷には、専用の通信制御信号線が提供されるか、あるいは負荷のすべてを連鎖状に接続することができる。

いくつかの負荷監視システムによって、複数の負荷制御装置が制御監視プロセッサからの消費レートのブロードキャストに基づいて、どの負荷に電力を供給するか、あるいは再構成するかを決定することができる。

従来の電力監視および制御システムは、複雑であり、普通は負荷の重要性に基づいた優先度の方式を含む。

したがって、同時負荷に対する電力の利用可能度を最大にしながら、過剰電力消費を防ぐ負荷の分配および管理システムが必要である。

さらに、追加の電力が利用できるようになるまで、また現在の負荷に電力を供給する必要がなくなるまで、負荷がオンラインで入るのを防止する負荷の分配および管理のシステムが必要である。

したがって、本発明は、関連技術の制限および欠点のために生じる１つまたはそれ以上の問題を実質的に緩和する電源に向けられている。

具体化され、広く記述される本発明の目的に従って、負荷分配および監視システムは、電力を分配し追加の電力が利用できるかどうかを示し、追加の電力が利用できる時に少なくとも１つの電力装置は、少なくとも１つの電力の取出し口に対して電力を供給するために電力分配回路に接続され電力を受け取る電力分配回路を含む。

本発明の他の態様においては、電力分配回路は、電力を受け取る電力入力と、電力入力と少なくとも１つの各電力装置との間に接続され、少なくとも１つの各電力装置によって取り出される電力の量を検出する電力検出回路と、少なくとも１つの電力装置のそれぞれによって取り出される合計の量を求めるために各電力検出回路に対して接続されている合計電力検出回路と、利用できる最大の量の電力を供給する最大電力利用回路と、合計電力検出回路と最大電力利用回路とに接続されていて電力の合計量と利用可能電力の最大量とを比較し、追加の電力が利用できるかどうかを示すコンパレータとを含む。

他の態様においては、本発明は、取出し口に電力の供給が開始される時に一時的な追加の電力を提供する電流ブースト回路を含む。

本発明のさらに他の態様においては、制限された電力の電源からの電力を管理して分配する方法が提供され、その方法は、複数の取出し口を提供するステップと、複数の取出し口から取り出される電力の量を測定するステップと、測定された電力が利用できる最大電力量より少ない場合に複数の取出し口をイネーブルするステップと、測定された電力の量が利用できる最大の電力量よりも大きい場合に複数の取出し口を可能化するのを防止するステップとを含む。

前記の一般的な説明および次の詳細説明は、例を示すものであり、また、説明的であって、特許請求されている本発明についてのさらに詳しい説明を提供することを意図している。

添付図面は、本発明さらに進んだ理解を提供するために含められ、この明細書と共に本発明のいくつかの実施形態を説明し、本発明の原理を説明するのに役立つ。

以下、添付図面の中で示されている本発明の現在の好適な実施形態に対する詳細説明の中で参照が行なわれる。

本発明の負荷分配および管理システムの例示としての実施形態が図１に示されている。全体的に１０によって示され、電力分配回路および少なくとも１つの電力装置を含む。

ここで具体化されている図１から分かるように、負荷分配および管理システム（ＬＤＭＳ）１０は、電力分配回路１２、電力装置１４および電子装置３２を含む。

電力分配回路１０は、２つの線、すなわち、電力線１８および電力の帰路の線２０を経由して電源１６に接続される。電力の帰路の線２０は、システム全体を通じて回路を完了する接地として働く。また、電力分配回路１０は、一組の線２２を経由して電力装置１４にも接続されている。電力装置１４は、少なくとも１つの電力装置１４ａを含む。任意の数の電力装置１４を接続することができ、１４ｂ〜１４ｎによって示される。ここでｎは、電力装置１４の合計数を表す。線２２の集合は、電力装置１４ａに接続されている一組の線２２ａ、電力装置１４ｂに接続されている一組の線２２ｂ、電力装置１４ｎに接続されている一組の線２２ｎの線を含む。電力装置の実際の数は、特定の応用によって変わる。

線２２の集合は、１４ａ、．．．１４ｎの各電力装置ごとに４本の線を含む。線２２の集合は、電力線２４ａ、．．．２４ｎ、電力の帰路の線２６ａ、．．．２６ｎ、電力利用信号線２８ａ、．．．２８ｎおよび故障信号線３０ａ、．．．３０ｎを含む。この分野の技術に熟達した人であれば、線の他の組合せでも同じ結果が得られることが分かる。たとえば、電力利用信号線および故障信号線は、その設計に対する小さな、明白な変更の範囲内で各電力装置に対して単独の線で実装することができる。電力線２４ａ、．．．２４ｎおよび電力利用可能信号線２８ａ、．．．２８ｎは、電力分配回路１２の出力であり、電力の帰路の線２６ａ、．．．２６ｎおよび故障信号線３０ａ、．．．３０ｎは、それぞれ電力装置１４ａ、．．．１４ｎの出力である。
各電力装置１４ａ、．．．１４ｎは、それぞれ電子装置３２ａ、．．．３２ｎおよび３３ａ、．．．３３ｎに電力を提供する。追加の各電力装置は、電子装置の接続に対する別の場所を提供する。さらに、本発明の１つの好適な実施形態は、各電力装置に付加される２つ以上の電子装置を含む。各電力装置１４に付加される電子装置の数は、単純に設計選択の問題である。

電力分配回路１２は、電源１６から電力を受け取り、その電力を電力装置１４に分配する。簡単のために、負荷分配および管理システム１０は、３つの電力装置で説明されるが、任意の数の装置が想像される。電力分配回路１２には４つの主要な機能がある。（１）電力装置１４によって取り出される電力の量を監視する機能（２）追加の電力が利用できるかどうかを判定する機能およびそれを指示する機能（３）システムの状態を求めて指示する機能および（４）追加の電力が利用できるようになるまで電力装置が追加の電力を取り出すのを防止する機能である。

電源１６は、交流（ＡＣ）および直流（ＤＣ）の電源を含む、よく知られた任意の適切な電源であってよい。たとえば、電源１６は、航空機のタービン・エンジン、１つまたはそれ以上バッテリまたは機関車のエンジンから取り出される電力であってよい。他の好ましい電源としては、携帯型または静止型の電力発生源がある。電源１６として、どれを選ぶかは設計の選択の問題である。測定できる電力を供給できる任意の電源が本発明の範囲内にある。通常、航空機の場合、合計の電力は、一般に約１００Ｗから約１００，０００Ｗまでの範囲内にある。

電力装置１４は、電力分配回路１２から受け取った電力を下記の規準に基づいて電子装置３２、３３に提供する。

電力分配回路１２は、電力検出回路、電力利用回路、電力コンパレータ、最大負荷回路、マスター・テスト回路およびディスプレイを含む。ここで具体化されていて図２に示されているように、電力分配回路１２は、電力検出回路３４、電力利用回路３６、電力コンバータ３８、最大負荷回路４０、マスター・テスト回路４２およびディスプレイ４４を含む。各電力検出回路３４ａ、．．．３４ｎは、電力線１８および電力の帰路の線２０に接続される。電力検出回路３４ａ、．．．３４ｎは、電力線１８をそれぞれ、電源線２４ａ、．．．２４ｎに接続し、電力の帰路の線２０を電源の帰路の線２６ａ、．．．２６ｎに接続している。また、電力検出回路３４は、それぞれ信号線４８ａ、．．．４８ｎを経由して電力利用回路３６に出力を提供し、検出信号線４６ａ、．．．４６ｎを経由して電力コンパレータ３８にも出力を提供する。

電力コンパレータ３８は、最大負荷回路４０から入力を受け取り、電力検出信号線４６ａ、．．．４６ｎを経由して電力検出回路３４から入力を受け取る。電力コンパレータは、電力利用回路３６ａ、．．．３６ｎの各々に共通の信号線５０に信号を出力する。

マスター・テスト回路４２は、故障信号線３０ａ、．．．３０ｎを経由して電力装置１４ａ、．．．１４ｎからそれぞれの入力を受け取る。ディスプレイ４４は、マスター・テスト回路４２の出力５２ａ、．．．５２ｎに接続される。

電力検出回路３４は、電力線２４および電力の帰路の線２６から各電力装置１４によって取り出される電力の量を測定する。電力検出回路３４は、取り出される電力を測定するために有効な任意のタイプの回路であり、そのタイプは、電源１６が発生する電力のタイプによって変わる。たとえば、電源１６が交流を発生する場合、電力検出回路３４は、電流を測定する。代わりに、電源１６が直流を発生する場合、電力検出回路３４は、電圧を測定する。

電力検出回路３４ａは、電力装置１４ａによって取り出される電力の量を測定し、信号線４６ａを経由して、この量を電力コンパレータ３８に通信する。同様に、電力検出回路３４ｂは、電力装置１４ｂによって取り出される電力量を測定し、信号線４６ｂを経由して、この量を電力コンパレータ３８に通信する。電力検出回路３４ｎも同様に動作する。電力を検出する実際の実装は、設計の選択の問題であり、任意のよく知られた方法および回路によって実現することができる。

また、電力検出回路３４は、それぞれの電力装置１４がそれぞれの各電力装置１４に対する最大電力のリミットを超えたかどうかを判定する。たとえば、電力装置１４によって取り出されている電力量が電力装置３４ａの最大電力のリミット値を超えていると測定した場合、電力検出回路１４ａは、信号線４８ａに信号を発生する。各電力装置１４に対する最大電力のリミット値は、その電力装置の特性に依存して決定される。１つの好ましい範囲は、約２．５Ｖ〜約４．５Ｖである。電力を測定し、その電力がリミット値を超えたかどうかを判定する技法は、この分野の技術においてよく知られている。電力検出回路３４ａは、電力装置１４ａによって取り出されている電力量が電力装置１４ａの最大電力のリミット値以下のあるヒステリシス値以下に落ちた後、信号線４８ａからその信号を取り除く。ヒステリシス値は、電子装置３２ａによって取り出される電力量を期待し、したがって、装置３２ａは、電力装置１４ａがその最大電力のリミット値を超える電力を取り出さないようにする。電力検出３４ｂ、．．．３４ｎも同様に動作する。各電力装置１４に対する最大電力のリミット値は、ユーザが入力するか、あるいは回路中であらかじめ設定しておくことができる。

他の好適な実施形態においては、２以上の電力装置が連鎖状方式で各電力検出回路に接続されている。たとえば、追加の電力装置は、その追加の電力装置を線２４ａ、２６ａ、２８ａに接続することによって電力検出装置３４ａに接続される。各電力検出回路に対して接続される電力装置の特定の数は、設計の選択の問題である。

電力コンパレータ３８は、各電源１４によって取り出されている電力量を受信し、その入力４６ａ、．．．４６ｎの各々を合計することによって取り出されている電力の合計量を求める。たとえば、電力コンパレータ３８は、信号線４６ａを経由して電力装置１４ａによって取り出されている電力の量を受け取り、同様に、信号線４６ｎを経由して電力装置１４ｎによって取り出されている電力の量を受け取る。電力コンパレータ３８は、信号線４６ａ、．．．４６ｎの値を集計し、ＬＤＭＳ１０によって電源１６から取り出されている電力の合計量を求める。電力コンパレータ３８は、ＬＤＭＳ１０によって取り出されている電力の合計量を信号線５４上で最大負荷回路４０から入力される値に対して比較する。電力の合計量が線５４の値より大きくなった場合、電力コンパレータ３８は、信号線５０のシステム利用信号を取り除くことによって、電力が利用できなくなっていることを示す。電力コンパレータが信号線５０にシステム利用信号を出力して、電力がふたたび利用可能であることを示すためには、電力の合計量がヒステリシス値以下に落ちなければならない。そのヒステリシス値は、最大負荷回路４０によって線５４に出力された値以下の量であるとして選択される。そのヒステリシス値は、予想されている追加の電力取出しによって合計の電力が線５４に提示されている最大負荷の値を超えないように、電子装置３２によって取り出されるべき電力の期待される追加の量を予期する。たとえば、その電子装置がコンピュータであって、そのコンピュータがハード・ドライブの操作を実行していた場合、追加の電力が取り出されることになる。

最大負荷回路４０は、ＬＤＭＳ１０に対して利用できる最大負荷に等しい信号を発生する。オペレータがその最大利用負荷を入力する。最大負荷回路４０を実装するために、多くのよく知られた技法および回路を採用することができる。１つの好適な実施形態は、並列に接続される各種の抵抗に接続されているＤＩＰスイッチを含む。

電力利用回路３６は、信号線２８に電力利用信号を出力する。たとえば、電力利用回路３６ａは、信号線２８ａ上に電力利用信号を発生し、それが電力装置１４ａに伝送される。電力利用回路３６ｂ、．．．３６ｎも同様な方法で動作する。

電力利用回路３６は、電力検出回路３４およびコンパレータ３８から信号を受け取る。電力利用回路３６は、追加の電力が利用可能であることを電力コンパレータ３８が信号線５０で示し、その電力装置１４に対する最大電力のリミット値が超過していないことを示している時のみ、それぞれの電力装置１４に対して電力利用可能信号を発生する。たとえば、電力利用回路３６ａは、電力検出回路３４ａからの信号線４８ａおよびコンパレータ３８からの信号線５０を調べることによって、信号線２８ａに電力利用信号を発生するかどうかを決定する。最大の電力を装置が超過していないことを電力検出回路３４ａが示し、追加の電力が利用できることを電力コンパレータ３８が示していた場合、電力利用回路３６ａは、信号線２８ａに電力利用信号を発生する。電力装置１４ａに対する最大電力リミット値が超過していることを電力検出回路が示すか、あるいは電力コンパレータ３８が信号線５０から追加の電力利用信号を取り除いた場合、電力利用回路３６ａは、信号線２８ａから電力利用信号を取り除く。他の電力利用回路３６ｂ、．．．３６ｎも、それぞれ同様に動作する。

マスター・テスト回路４２は、故障信号線３０を経由して電力装置３４のそれぞれの故障・状態の指示を受信する。たとえば、マスター・テスト回路４２は、信号線３０ａ、．．．３０ｎを経由して電力装置１４ａ、．．．１４ｎの故障・状態を受信する。マスター・テスト回路４２は、出力５２ａ、．．．５２ｎを使ってディスプレイ４４を動作させ、電力装置１４ａ、．．．１４ｎのそれぞれの状態を表示する。追加の電力装置１４を含む場合、追加の信号線５２が各追加の関連付けられた電力検出回路３６に対して必要となる。マスター・テスト回路４２は、各種の方法で実装することができる。１つの好ましい実装は、その故障信号線３０の値をラッチするラッチ回路およびディスプレイ４４を動作させるドライバ回路を含む。

ディスプレイ４４は、特定の電力装置１４が故障状態にあるかどうかを表示するのに有効な任意のタイプのディスプレイであってよい。たとえば、１つの好適な実施形態は、発行ダイオード（ＬＥＤＳ）のバンクを含む。各電力装置１４ａ、．．．１４ｎには一対のＬＥＤが対応しており、そのペアのそれぞれの色が異なっている。たとえば、各ペアの１つは、緑であって故障のない状態を示し、他は赤であって故障状態を示すことができる。

各電力装置１４ａ、．．．１４ｎの動作および機能は、実質的に類似している。簡単のため、次の説明は、電力装置１４ａの構造および機能に関連する。次の説明は、電力装置１４ａ、．．．１４ｎのいずれにも等しく適用される。

電力装置１４ａは、一対のコンバータ、一対の制御回路、一対の取出し口およびテスト回路を含む。ここで具体化されている図２を参照すると、電力装置１４ａは、コンバータ６０、コンバータ６２、制御回路６４、制御回路６６、取出し口６８、取出し口７０およびテスト回路７２を含む。似た部分または同様な部分は、図面全体を通じて同じ参照文字によって識別される。図２は、２つの電子装置３２ａ、３３ａを受け持っている電力装置１４ａを示しているが、任意の数の装置に電力装置１４ａなどの電力装置から電力を供給することができる。３つ以上の電子装置を含めるためには、追加の各電子装置に対して必要とされる数だけのコンバータ、取出し口および各追加の取出し口に対する制御回路の要素を単純に追加するだけでよい。

コンバータ６０は、電力線２４ａおよび電力の帰路の線２６ａに接続されている。また、コンバータ６０は、電力線７４および電力の帰路の線７６を経由して取出し口６８にも接続され、可能化信号線７８を経由して制御回路６４にも接続されている。コンバータ６２は、電力線２４ａおよび電力の帰路の線２６ａに接続されている。また、コンバータ６２は、電力線８０および電力の帰路の線８２を経由して取出し口７０にも接続され、可能化信号線８４を経由して制御回路６６にも接続されている。

制御回路６４は、電力利用信号線２８ａ、コンバータ６０に接続され、テスト信号線８６を経由して制御回路７２に接続され、電力要求信号線８８および電力可能信号線９０を経由して取出し口６８に接続されている。制御回路６６は、電力利用信号線２８ａ、コンバータ６２に接続され、テスト信号線９２を経由してテスト回路７２に接続され、電力要求信号線９４および電力利用信号線９６を経由して取出し口７０に接続されている。

コンバータ６０は、電力線２６ａおよび電力の帰路の線２８ａで提供される電力を電子装置３２ａが使える形式に変換する。たとえば、電力は、電力線２６ａおよび電力の帰路の線２８ａでＡＣで供給される場合があるが、電子装置３２ａは、ＤＣで動作する。この場合、コンバータ６０は、ＡＣの電力をＤＣの電力に変換する。１つの好適な実施形態においては、コンバータ６０は、１１５Ｖの交流を１２Ｖの直流に変換する。変換のタイプは、応用によって異なり、選定された任意の電圧または電流の動作範囲に対して、ＤＣからＤＣへ、ＤＣからＡＣへの変換を含むすべてのタイプの変換が等しく使える。そのような変更は、この分野の技術に熟達している人にとっては明らかである。コンバータ６０は、一のタイプの電力を別のタイプの電力に変換するために、任意のよく知られている技法または方法によって実装することができる。電力線７４および電力の帰路の線７６での変換の好ましい範囲としては、ＡＣまたはＤＣのいずれかにおいて約３Ｖから約１１５Ｖまでの範囲が含まれる。

代わりに、コンバータ６０は、複数の選択可能なサブ・コンバータを含んでいて、各コンバータが入力電力をそれぞれの異なる出力電力に変換し、その選択がシステムによって決定されるようになっていてもよい。たとえば、コンバータ６０は、１２Ｖ‐ＤＣへのコンバータおよび２１２Ｖ‐ＡＣへのコンバータを含むことができる。所望のコンバータを選択するためにスイッチを取出し口６８に設けることができる。

図３は、電力装置１４ａの一部分をさらに詳細に示している。図３を参照すると、制御回路６４は、外部可能化回路、電力可能化回路およびテスト回路を含む。ここで具体化されている図３を参照すると、制御回路６４は、外部可能化回路９８、電力可能化回路１００を含む。

外部可能化回路９８は、可能化信号線１０４を経由して電力可能化回路１００に接続されている。電力可能化回路は、可能化回路９８、電力利用信号線２８ａに接続され、可能化信号線７８を経由してコンバータ６０に接続され、電力要求信号線８８を経由して取出し口６８に接続されている。

外部可能化回路９８は、所定の規準に基づいて追加の可能化信号を可能化信号線１０４に提供する。外部可能化回路９８は、有効なクレジット・カードが外部回路９８によって受け付けられた時に、可能化信号線１０４に可能化信号を提供するクレジット・カードの入力装置であることが好ましい。代わりに、外部可能化回路９８は、ユーザの可能化情報を提供する任意のタイプのシステムであってもよい。たとえば、あらかじめ選択されたコードまたは音声識別システム付きのキーパッド入力装置であってもよい。さらに、外部可能化回路９８は、どの取出し口を外部的に可能化するかをオペレータが決定するように、中央の場所において各取出し口に対して働き掛けるようになっていてもよい。また、外部可能化回路９８は、オペレータが外部可能化装置を非可能化したいか、あるいは使わないようにしたい時に信号線１０４に連続の可能化信号を提供することもできる。

電力可能化回路１００は、可能化信号線７８に可能化信号を提供してコンバータ６０を動作させる。電力可能化回路１００は、電力要求信号線８８での取出し口６８からの電力要求に応答して、電力が利用可能であることを電力利用信号線２８ａが示していた場合、可能化信号線７８上に可能化信号を提供する。電力可能化回路１００は、コンバータ６０を非可能化するために電力利用信号線２８ａ上の電力利用信号の除去には応答しない。したがって、電力可能化回路１００は、追加の電力が利用可能である時にコンバータ６０を単にオンにすることができるだけであり、追加の電力が利用できなくなった時にコンバータ６０をオフにする必要はない。

また、図３は、取出し口６８をさらに詳細に示している。取出し口６８は、スイッチ１０６およびプラグ１０８を含む。スイッチ１０６は、信号線１１０を経由して、電子装置３２ａのプラグ１０８に接続に応答して、電力要求信号線８８上に電力要求を発生する。

スイッチ１０６は、電子装置がプラグ１０８に接続された時に電気信号を発生することができる、任意のよく知られたタイプのスイッチであってよい。スイッチ１０６の１つの好ましい実装は、コネクタがプラグ１０８に装着された時に１つの回路を完成する機械的接点である。

プラグ１０８は、電力線７４および電力の帰路の線７６で電子装置３２ａに対する電気接続を提供し、よく知られた方法で実装することができる。１つの好ましい実装は、自動車の電力の取出し口に似ているが、電子装置をその取出し口に対して接続するために任意の接続デバイスが等しく使える。１つの例は、家庭の代表的な壁のソケットまたは電気接触のための一般的な任意のタイプのコネクタなどがある。

テスト回路７２は、ＬＤＭＳ１０の初期化時に取出し口６８および７０のそれぞれのチェックを実行する。補助電源（図示せず）によってＬＤＭＳ１０に対して最初に電力が供給されると、テスト回路７２は、電力可能化回路１００に所定の時間だけ電力コンバータ６０を可能化させる。この好ましい時間は、７秒であるが、信号線７４および７６でコンバータ６０の出力を測定することができる任意の時間であって十分である。その時間の後、線７および７６において電力出力が測定される。その電力の量が過小電圧または過大電圧などの受け入れ可能な範囲外にあった場合、テスト回路７２の故障タイマが計時を開始する。そのような受け入れ可能な好ましい動作範囲は、約１０Ｖから約１６Ｖまでである。その好ましい受け入れ可能な動作範囲は、その取出し口に付加されている電子コンポーネントの選択および電子装置のタイプによって変わる。規定の時間より長い間、その電力が受け入れ可能な範囲外に止まっていた場合、故障が発生している。そのような時間の好ましい範囲は、約４００ｍ秒から約６００ｍ秒の範囲である。もちろん、その範囲は、電子コンポーネントおよび電子装置の特性によって変わる。故障が発生した場合、テスト回路７２は、その故障が訂正されるまで電力可能化回路１００を非可能化状態にさせる。故障は、すべて電力分配回路１２に対して逆方向に通信される。

制御回路６６、コンバータ６２および取出し口７０も同様に動作する。
１つの好適な実施形態においては、取出し口６８および７０は、電力が利用できるかどうかを示すディスプレイ１１２を含む。ディスプレイ１１２は、信号線１１４を経由して電力利用可能信号線２８ａに接続されている。ディスプレイ１１２は、たとえば、ＬＥＤなどのよく知られた任意のディスプレイ・デバイスによって実装することができる。

コンバータ６０の好適な実施形態が図４に示されている。コンバータ６２は、動作においてコンバータ６０に類似している。図４に示されているように、コンバータ６０は、力率回路１１６、ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１８および電流ブースト回路１２０を含む。

力率回路１１６は、電力線２４ａおよび電力の帰路の線２６ａおよびＤＣ‐ＤＣコンバータ１１８に接続されている。１つの好適な実施形態においては、力率回路１１６は、ＡＣ信号をＤＣ信号に変換して、その電流波形を電圧波形にマッチさせ、電子装置からの電流スパイクから電源を隔離する。力率回路は、１１５Ｖ‐ＡＣ信号を２００Ｖ‐ＤＣ回路に変換することが好ましい。他の変換も同等に好ましい。

ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１８は、力率回路１１６からの高電圧信号を電子装置３２ａが使える電圧に変換する。たとえば、好ましい変換は、２００Ｖ‐ＤＣから約１０Ｖ‐ＤＣ〜約１６Ｖ‐ＤＣの範囲への変換である。最も好ましいのは１２Ｖ‐ＤＣに対する変換である。

電流ブースト回路１２０は、線１２１を経由してＤＣ‐ＤＣコンバータに付加されている。通常、新しい電子装置がＬＤＭＳ１０から電力を取出しはじめる時、ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１８の定格の動作範囲を超える初期電流サージが発生する可能性がある。ＤＣ‐ＤＣの好ましい定格動作電流は、約５Ａから約７Ａの範囲である。電流サージは、定格の動作電流範囲の数倍にまで高くなる可能性がある。したがって、ＤＣ‐ＤＣコンバータは、付加されている電子装置３２ａが必要とする電流を供給することができない可能性がある。電流ブースト回路１２０は、初期電流サージを検出し、一般に、その初期電流サージを賄うための時間の期間の間だけ電力線７４および７６上で利用できる電流の量を増加する。好ましい増加は、ＤＣ‐ＤＣコンバータ１１８の定格動作電流の約１．５〜２倍である。初期電流サージを賄うための好ましい時間の長さは、約４０ｍ秒から５０ｍ秒の範囲である。その時間の長さは、その取出し口に付加されている電子装置のタイプによって変わる。

１つの好適な実施形態においては、コンバータ６０は、線２４ａおよび２６ａ上の１１５Ｖ‐ＡＣ信号を線７４および７６上の１２ＶのＤＣ信号に変換する。この実施形態においては、コンバータ６０は、次のものを含む。

動作において、ＬＤＭＳ１０は、航空機、ボートあるいは鉄道において見られるような制限された電源から各種の電子装置３２に電力を供給している。

各種の電源に対して適用できるが、ＬＤＭＳ１０の動作は、航空機に対して適用されている好適な実施形態に従って以下に記述される。

ＬＤＭＳ１０は、電源１６として働く航空機のタービン・エンジンからの補助電源に対して接続されている。

航空機の乗客コンパートメントのビジネス・クラスまたはコーチ・クラスには座席の並びがある。各並びの中の座席の数は、航空機のタイプによって異なっている。この好適な実施形態は、特定のタイプの航空機には限定されない。２つの座席ごとに、１つの電力装置１４が提供され、それは２つの取出し口をサポートする。異なるタイプの構成も可能であり、同等に好ましい。

電源の初期投入時に、組込みのテスト信号が信号線１２２で可能化され、マスター・テスト回路４２は、各電力装置１４ａ、．．．１４ｎの状態の信号線３０ａ、．．．３０ｎを経由してレポートを受け取る。各電力装置１４ａ、．．．１４ｎの状態は、過小電圧、過大電圧が検出されたかどうかを含む。そのような状態は、任意のよく知られた手段によってディスプレイ４０で表示されるか、あるいはマスター・テスト回路４２によってログされる。

他の実施形態においては、電力装置１４ａは、電源１６に直接接続することができる。この実施形態においては、電力装置１４ａは、電力分配回路１２には接続されていない。この構成においては、電源利用信号線２８ａは、追加の利用できる電力を示すためにジャンパ線などによって連続的に設定されるので、テスト回路７２は、分配回路１２に対して故障状態をレポートしない。テスト回路７２は、別のディスプレイ（図示せず）に対して直接に故障をレポートすることができる。

１つの好適な実施形態が図１〜３および電力装置１４ａを使って以下に説明される。前記のように、電力装置１４ａは、例として示されており、他の電力装置１４ｂ、．．．１４ｎも同様に動作する。
ラップトップ・コンピュータ、ゲーム・システムなどの電子装置に電力を供給して欲しいユーザは、プラグ・コネクタをプラグ１０８に挿入し、信号線１１０を経由してスイッチ１０６を動作させる。スイッチ１０６は、電力要求信号線８８上で電力可能化回路１００に対して電力要求を送信する。電力可能化回路１００は、信号線１０４を経由して外部回路が接続を可能化されたかどうかを判定する。ユーザは、有効なクレジット・カードをクレジット・カード・リーダに挿入するが、有効なクレジット・カード番号を入力するよう要求される可能性がある。それによって外部可能化回路がトランザクションを有効化し、信号線１０４で可能化信号を電力可能化回路１００に対して送る。

ディスプレイ１１２は、ユーザが電力を取り出そうとする前に、電力が利用可能であるかどうかをユーザに対して表示することができる。

また、電力可能化回路１００は、電力利用信号線２８ａも調べる。電力可能化回路は、次の３つの条件がすべて満足されない限り、コンバータ６０に対して可能化信号を信号線７８上に発生しない。（１）信号線２８ａを調べることによって電力が利用可能であることが知られている。（２）外部可能化回路が信号線１０４上に可能化信号を出力している。（３）電力要求が取出し口６８から受信されている。

これらの３つの条件がすべて満足されている時、電力可能化回路１００は、可能化信号を信号線７８に出力してコンバータ６０を動作させる。また、内部の時間が活性化される。コンバータ６０の出力が所定の時間内に定格の動作範囲内になかった場合、故障信号が電力分配回路１２に送られる。

故障の発生時に、電力分配回路は、その故障をログし、電力装置１４ａの電力利用信号を信号線２８ａから取り除き、電力可能化回路１００は、コンバータ６０の動作を停止させる。ユーザがプラグ１０８から切り離すことによって信号線８８の電力要求を取り除くと、可能化されている電力装置１４ａに関連付けられた回路がリセットされる。

電力分配回路１２は、電力装置１４ａ、．．．１４ｎによって取り出されている電力の合計量を監視する。電力検出回路３４ａ、．．．３４ｎのそれぞれがそれぞれの電力装置１４ａ、．．．１４ｎによって取り出されている電力量を検出する。入力４６ａ、．．．４６ｎの合計によって与えられる電力の合計量が最大の負荷リミット値を超えていることを電力コンパレータ３８が判定すると、電力コンパレータは、電力利用信号を信号線５０から取り除き、追加の電力が利用できないことを示す。最大負荷リミット値は、電源１６およびＬＤＭＳ１０の各種の電気コンポーネントが破損され始める値か、あるいは、そのデバイスの許容レベル以下の何らかの安全レベルなどのコンポーネントの許容レベルに設定することができる。

電力コンパレータは、電力装置１４ａ、．．．１４ｎによって取り出されている電力の合計量を監視し続ける。この電力の合計量が或るヒステリシス・レベル以下に落ちた時、電力コンパレータ３８は、電力利用信号をふたたび信号線５０に出力する。そのヒステリシス・レベルは、依然として接続されている電子装置の中の予期されている電流の変動を考慮するための最大負荷リミット値以下である。

電力コンパレータ３８は、ＬＤＭＳ１０によって取り出されている電力の合計量を監視している間、電力検出回路３４ａ、．．．３４ｎは、そのそれぞれの電力装置１４ａ、．．．１４ｎによって取り出されている電力の量を監視する。電力検出回路１４ａ、．．．１４ｎは、電力装置１４ａ、．．．１４ｎによって取り出されている電力量を連続的に測定し、その結果を信号線４６ａ、．．．４６ｎ上に出力することによって動作する。ほぼ同時に、電力検出回路３４ａ、．．．３４ｎも、電力装置１４ａ、．．．１４ｎによって取り出されている電力量をそのそれぞれの電力装置の最大値と比較する。電力装置３４ａ、．．．３４ｎによって取り出されている電力量がそのそれぞれの電力装置の最大値を超えていた場合、電力検出回路３４ａ、．．．３４ｎは、そのそれぞれの回路３６ａ、．．．３８ｎに対してそのリミット値が超過していることを示す。そのそれぞれの信号線４８ａ、．．．４８ｎ上の信号に応答して、回路３６ａ、．．．３６ｎは、そのそれぞれの出力信号線２８ａ、．．．２８ｎから電力利用信号を取り除く。

電力検出回路３４ａ、．．．３４ｎは、そのそれぞれの電力装置１４ａ、．．．１４ｎによって取り出されている電力の量が電力コンパレータ３８の中で見られるのと同様に動作するヒステリシス値以下に落ちた時、そのリミット値超過信号を取り除く。

信号線５０によって示されているように、電力が利用可能となっていて、そして電力検出回路がそれぞれの入力信号線４６ａ、．．．４６ｎの回路３６ａ、．．．３６ｎ上にリミット値超過信号がない時、回路３６ａ、．．．３６ｎは、そのそれぞれの出力信号線２８ａ、．．．２８ｎ上に電力利用信号を出力する。

したがって、ＬＤＭＳ１０は、限られた電力資源に対して競合している優先度の等しい複数の電子装置に対して、限られた電源が電力を供給できるようにするためのシステムおよび技法を提供する。実際に、システムの最大値を超過するまでは追加の装置を付加することができる。追加の装置は、電力の合計量が規定されたレベルに落ちるまで電力を取り出すことが許されない。指定されたレベルに落ちた時、追加の装置を付加することができる。代わりに、本発明は、電源から取り出されている電力に妨害を与えずに、新しい装置が追加される時に余分の電流を供給するための電流ブースト・システムを提供する。

この分野の技術に熟達した人にとっては、本発明の精神または適用範囲から離れることなしに本発明の中で各種の変更または変形が可能であることは明らかである。したがって、本発明は、本発明の変更および変形が付加されている請求項およびそれぞれと等価な範囲内にある場合には、本発明の変更および変形をカバーすることが意図されている。

本発明の現在の好適な実施形態に従って負荷分配および管理システム（ＬＤＭＳ）を示す。本発明による図１の１つの電力装置の例を示す。図２の電力装置のいくつかのコンポーネントをさらに詳細に示す。本発明の好適な実施形態による図２のコンバータのさらに詳細の説明図である。図１のＬＤＭＳの回路図である。図１のＬＤＭＳの回路図である。図１のＬＤＭＳの回路図である。本発明による電力装置の回路図である。本発明による電力装置の回路図である。本発明による電力装置の回路図である。本発明による電力装置の回路図である。本発明による電力装置の回路図である。本発明による電力装置の回路図である。本発明による電力装置の回路図である。本発明による電力装置の回路図である。本発明による電力装置の回路図である。本発明による補助電源の回路図である。本発明による補助電源の回路図である。本発明による補助電源の回路図である。図２の制御回路の回路図である。図２の制御回路の回路図である。図２の制御回路の回路図である。図４によるＤＣ‐ＤＣコンバータの回路図である。図４によるＤＣ‐ＤＣコンバータの回路図である。図４によるＤＣ‐ＤＣコンバータの回路図である。図４によるＤＣ‐ＤＣコンバータの回路図である。図４によるＤＣ‐ＤＣコンバータの回路図である。本発明によるフィードバック制御装置の回路図である。本発明によるフィードバック制御装置の回路図である。本発明によるフィードバック制御装置の回路図である。図４の力率補償回路の回路図である。図４の力率補償回路の回路図である。図４の力率補償回路の回路図である。図４の力率補償回路の回路図である。図４の力率補償回路の回路図である。図１の電力利用回路の回路図である。図１の電力コンパレータの回路図である。本発明によるＬＤＭＳの電力回路の回路図である。図１の分配電源の追加の回路図である。図１の分配電源の追加の回路図である。図１の分配電源の追加の回路図である。図１の分配電源の追加の回路図である。図１の分配電源の追加の回路図である。図１の分配電源の追加の回路図である。図１の分配電源の追加の回路図である。図１のマスター・テスト回路の回路図である。図１のマスター・テスト回路の回路図である。図１のマスター・テスト回路の回路図である。

Claims

負荷分配および管理システムであって、
（ａ）電力を分配するために電力を受け取るようにされ、追加の電力が利用可能かどうかを示す電力分配回路（１２）と、
（ｂ）追加の電力が利用可能である時に少なくとも１つの電力の取出し口（６８）に電力を提供するために電力分配回路（１２）に接続される少なくとも１つの電力装置（１４）とを含むことを特徴とする前記システム。
請求項１記載のシステムにおいて、前記電力分配回路は、
（ａ）電力を受け取る電力入力（１８、２０）と、
（ｂ）少なくとも１つの電力装置（３４）によって取り出される電力量を検出するために電力装置（１８、２０）と少なくとも１つの電力装置（３４）との間に接続される電力検出回路（３４）と、
（ｃ）少なくとも１つの電力装置（１４）のそれぞれによって取り出される電力の合計量を求めるために、それぞれの電力検出回路（３４）に接続される合計電力検出回路（３８）と、
（ｄ）利用可能電力の最大量を提供する最大電力利用回路（４０）と、
（ｅ）電力の合計量と電力の最大量とを比較し、追加の電力が利用可能かどうかを示すために電力検出回路（３８）と最大電力利用可能回路（４０）とに接続されるコンパレータ（３８）とを含むことを特徴とする前記システム。
請求項１記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの電力装置は、
（ａ）電力分配回路（１２）に接続される少なくとも１つの電力コンパレータ（６０）と、
（ｂ）少なくとも１つの電力変換器（６０）のそれぞれに対して、各電力の取出し口（６８）および電力分配回路（１２）に接続され、追加の電力が利用可能時に電力要求信号（８８）に応答して少なくとも１つの電力変換器（６０）のそれぞれを動作させる制御回路（６４）とを特徴とし、
電力取出し口（６０）は、
（ａ）電力要求信号を発生する制御回路（６４）のそれぞれに接続される電力要求回路（１０６）と、
（ｂ）電力を電子装置（３２）に供給するために少なくとも１つの電力コンパレータ（６０）のそれぞれに接続されるコネクタ（１０８）とをさらに含むことを特徴とする前記システム。
電力の制限されている電源からの電力を管理および分配する方法であって、
複数の取出し口（６０）を提供するステップと、
複数の取出し口（６０）によって取り出される電力量を測定するステップと、
測定された電力が利用可能な電力の最大量より小さい場合に複数の取出し口を可能化するステップと、
測定された電力量が利用できる電力の最大量より大きい場合に複数の取出し口の可能化を禁止するステップとを含むことを特徴とする前記方法。
電力分配システムであって、
電源（１６）と、
電源（１６）から電力を受け取る複数の出力回路（１４）と、
電力分配回路（１２）とを含み、
電力分配回路（１２）は、
電力分配システムにおける瞬時合計負荷を連続的に監視する複数の電力検出回路（３４）であって、複数の電力検出回路（３４）の各々が電源（１６）に結合され、電力の一部分を連続的に受け取り検出する複数の電力検出回路（３４）と、
複数の電力検出回路（３４）に結合され、電源（１６）から取り出される瞬時電力の合計量を集計し合計を所定の最大電力レベルと比較する電力コンパレータ（３８）と、
複数の電力利用回路（３６）であって、それぞれが複数の電力検出回路（３４）の対応する１つおよび電力コンパレータ（３８）に結合され、複数の出力回路（１４）のうちの関連付けられた１つに供給する利用可能電力量を示す個々の出力信号（２８）を提供する電力利用回路と、
電力コンパレータ（３８）に結合され、電力コンパレータ（３８）に対する制御入力として所定の最大電力レベルを提供する最大負荷回路とを含み、
複数の出力回路（１４）は、複数の電力利用回路（３６）の対応する１つおよび複数の電力検出回路（３４）の対応する１つに個別に結合され、複数の出力回路（１４）は、所定の最大電力レベルが超過していないことを示す複数の電力利用回路（３６）のうちの対応する１つによって可能化されることを特徴とする電力分配システム。
請求項５記載の電力分配システムにおいて、前記電力分配回路（１２）は、
状態の指示情報を受け取るために複数の出力回路（１４）のそれぞれに直接かつ連続的に接続されるマスター・テスト回路（４２）をさらに含む電力分配システム。
電力分配システムであって、
電力を利用している装置（３２）の個々の装置に対して電力を供給する複数の出力回路（１４）と、
複数の出力回路（１４）の１つに電力を供給する電力手段（１６）と、
電力手段（１６）に結合され瞬時的な合計負荷を連続的に監視し、所定の最大電力レベルを超過するまで複数の出力回路（１４）の選択されているものに電力を提供する電力分配回路（１２）とを含む電力分配システム。
請求項７記載の電力分配システムにおいて、前記電力分配回路（１２）は、
所定の最大電力レベルが超過していないか電力手段（１６）が不十分であるかのいずれでもない限り、複数の出力回路（１４）の１つに電力利用信号（２８）を提供する電力利用回路（３６）をさらに含む電力分配システム。
電力分配の方法であって、
瞬時合計負荷を連続的に監視するステップと、
瞬時に取り出されている電力の合計量を集計するステップと、
取り出された瞬時電力の合計量を所定の最大電力レベルと比較するステップと、
利用可能な電力の量を示す個別の出力信号を提供するステップと、
利用可能な電力が十分にある時は常に出力回路（１４）を可能化するステップとを含む方法。