JP2017513441A - 電気多モード電力変換器モジュールおよび電力システム - Google Patents

Abstract

電気多モード電力変換器モジュールは、第１のＡＣポートを含むＡＤ／ＤＣ変換器と、第２のＡＣポートを含むＤＣ／ＡＣ変換器と、ＤＣポートを含むＤＣ／ＤＣ変換器と、コントローラと、ＡＣ／ＤＣ変換器、ＤＣ／ＡＣ変換器、およびＤＣ／ＤＣ変換器を相互に接続する通信バスとを備える。コントローラは、ハードウェア構成ポートを更に含み、ハードウェア構成ポートから読み取られた値に依存して選択された、次に述べる状態に電力変換器モジュールを設定するように構成されている。第１の状態では、電力変換器モジュールは、第１のＡＣポートとＤＣポートとの間で電力を転送するが、第２のＡＣポートは使用不可となっている。第２の状態では、電力変換器モジュールは、ＤＣポートと第２のＡＣポートとの間で電力を転送するが、第１のＡＣポートは使用不可となっている。第３の状態では、電力変換器モジュールは、第１のＡＣポート、第２のＡＣポート、およびＤＣポートとの間で電力を転送する。電力供給システムは、少なくとも１つのコンパートメントを含む棚装置（２０）を備え、上記の電気多モード電力変換器モジュールは、その少なくとも１つのコンパートメント内に挿入されている。

Description

本発明は、一般に、電力供給技術に関し、特に、電気多モード電力変換器モジュール、およびそのような電気多モード電力変換器モジュールを含む電力供給システムに関する。

電力供給システムは、制御されかつ信頼性の高い電力を負荷へ供給するために、いくつかの応用において使用されている。

バッテリを動力とするＤＣ−無停電電源装置（ＵＰＳ）が、信頼性が高く、連続した電力をテレコム及びサーバ装置へ供給するために広く使用されている。ＡＣ−無停電電源装置（ＵＰＳ）もまた、連続した電力を、データセンタ、医療装置や多種の工業の重要なサービス装置へ供給するために広く使用されている。ＡＣ−ＵＰＳとＤＣ−ＵＰＳとは、全く異なる種類の装置であって、通常、異なる構成要素を持ち、異なるフィットする要因と費用構造とを持つ、異なる製造によって提供される。

先行技術の電力供給システムは、ラックやキャビネット内の幾つかの電力変換器モジュールを備え、その電力変換器モジュールは、入力ＡＣ電力を、制御されたＡＣ出力電力か、制御されたＤＣ出力電力に変換する。いくつかの変換器モジュールは、ＤＣ入力電力（例えば、バッテリからの）を、制御されたＡＣ出力電力か、制御されたＤＣ出力電力に変換する。

１つの先行技術の変換器モジュールは、Eltek ASAによって販売され、市場に出されている、Flatpack2変換器モジュールである。この変換器モジュールは、入力ＡＣ電力（典型的には、幹線）を、制御されたＤＣ出力電力（典型的には、遠距離通信装置、データセンタ装置、バッテリ電力蓄電器や他のＤＣ負荷へのＤＣ電力）へ変換する。

他の先行技術の変換器モジュールは、Eltek ASAによってまた販売され、市場に出されている、Theia変換器モジュールである。この変換器モジュールは、入力ＤＣ電力（典型的には、太陽電力）を、制御されたＡＣ電力（典型的には、ＡＣ装置、幹線など）に変換する。そのような変換器モジュールは、たびたび、変換器と呼ばれる。

更に他の先行技術の変換器モジュールは、Eltek ASAによってまた販売され、市場に出されている、Flatpack2 ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールである。この変換器モジュールは、入力ＤＣ電力（典型的には、太陽電力、バッテリ電力）を、制御されたＤＣ電力（典型的には、遠距離通信装置、データセンタ装置や他のＤＣ負荷へのＤＣ電力）へ変換する。

この変換器モジュールは、制御モジュールによって制御される。１つの先行技術の制御モジュールは、Eltek ASAによって販売され、市場に出されている、SmartPack2制御モジュールである。

そのような先行技術の変換器モジュールは、先行技術の電力供給システムにおいて棚装置に備えられる。そのようなシステムにおいて、正しいタイプの変換器モジュールが、その電力システムにおける正しい棚においてその正しい位置に置かれていることが重要である。

そのような先行技術の電力供給システムには、ある欠点がある。棚にフィットする、分離整流器モジュールと変換器モジュールとが、それらの特殊なモジュール用のスロットとコネクタとを持つように設計されなければならない。ユーザは、最後には、異なる目的を持つモジュールの異なる棚を持って終わり、従って、在庫品として異なるモジュールと棚とを持つ。

特許文献１は、ＡＣ電力源に結合されるように構成されたＡＣ入力と、負荷に結合されるように構成されたＡＣ出力と、種々の利用可能な電力源からの電力を受けるように構成された第１の変換器回路と、前記ＡＣ出力に結合された第２の変換器回路と、前記第１の変換器回路と前記第２の変換器回路とを結合するＤＣリンクと、前記ＡＣ入力と前記ＡＣ出力とを選択的に結合し切り離すように構成された、例えば、バイパス回路のようなスイッチング回路とを有する電力変換回路とを含む無停電電源装置（ＵＰＳ）システムを記載している。

このＵＰＳシステムは、ＤＣバスによって連結された第１及び第２の変換器ユニットを含む、共通のアーキテクチャを持つ第１及び第２の電力変換モジュールと、バッテリを前記ＤＣバスに結合するためのバッテリインタフェースユニットと、モジュール制御ユニットとを含む。モジュール制御ユニットは、例えば、後述するような種々の動作モードに前記電力変換モジュールの相互運用を規定する、システム制御回路と作用的に関連付けられてよい。このモジュールは、同じ又は異なる形式の要因および／または容量を持ってよい。例えば、このモジュールは、共通形式の要因および／または外部接続構成を持ってよく、システムシャーシ内に交換可能なようにして取り付けられるように設計されてよい。

第１の変換器回路は、ＡＣ−ＤＣ変換器として又はＤＣ−ＤＣ変換器モジュールとして動作することができる。これは、前記モジュール制御ユニットによって制御される。

この文献において記述されたこのモジュールは、非常に柔軟でないが、たいていＡＣ負荷を供給するために用いることができる。

特許文献２は、並列に動作され得、かつ共通のラックに挿入され又は挿入され得る、複数の電力供給モジュールを含む電力供給アセンブリを記載している。各電力供給モジュールは、負荷ブランチ内の出力で負荷へ電力を連続的に供給するためのインバータブランチを持つ。電力供給アセンブリは、また、インバータブランチを通しての電力供給が切れたり又は不十分なときに、電力供給を保証するバイパスアセンブリを持つ。電力供給の信頼性は、もし電力供給モジュールの各々が、前記インバータブランチと並列に、前記負荷ブランチに接続されたバイパスを持つなら、向上する。このバイパスは、前記インバータの経路が適切に働いているとき、前記負荷ブランチから分離され、インバータブランチの失敗の場合には、電力供給を維持するために、自動的に制御回路によって負荷ブランチへ接続され得る。

これらモジュールは、好ましくは、それらのハウジングの内部に設置された制御回路によって制御される。この制御回路は、他のモジュールの制御回路と通信してもよい。また、ここで、負荷は、ＡＣ負荷であり、バイパスは、電力供給アセンブリの機能である。

またここで、この文献に記載されたモジュールは、非常に柔軟ではないが、たいていＡＣ負荷を供給するために使用できる。

特許文献３は、ＡＣ入力と、ＡＣ出力と、双方向ＤＣポートとを持つ、双方向ＡＣ／ＤＣ／ＡＣ変換器を開示している。

米国特許出願公開第２０１１／０２７８９３３号明細書 米国特許出願公開第２０１０／００２６０９８号明細書 米国特許出願公開第２０１０／００２６０９３号明細書

本発明の目的は、容易に構成又は再構成する電力変換器モジュール及び電力供給システムを提供することにあり、特に、電力変換器モジュール又は電力供給システムの動作の要求されるモードを変更するのが望まれる、電力変換器モジュール及び電力供給システムを提供することにある。

他の目的は、本発明が、制御ソフトウェアを変更することなく、および電気技師の必要なしに、容易に構成及び再構成することである。

他の目的は、ガルバニー電気絶縁が、費用効果がある方法で、第１のＡＣ端子と第２のＡＣ端子との間にある、電力供給システムを提供することにある。

他の目的は、本発明が、再生可能なエネルギーが周期的に生成される応用を含む、種々のタイプの応用に使用できることである。

本発明は、特許請求の範囲で明らかにされている。

キャビネット内に備えられた電力供給システムを図示する斜視概略図である。 電気多モード電力変換器モジュールを図示する概略ブロック図である。 電気多モード電力変換器モジュールの後側とそのモジュールコネクタとを図示する概略図である。 ２つの電気多モード電力変換器モジュールと第１及び第２のプリント配線基板とを図示する概略図である。 異なる状態における異なる状況下でのモジュールを通過する電力流れを示す図である。 異なる状態における異なる状況下でのモジュールを通過する電力流を示す図である。 異なる状態における異なる状況下でのモジュールを通過する電力流れを示す図である。 異なる状態における異なる状況下でのモジュールを通過する電力流れを示す図である。 異なる状態における異なる状況下でのモジュールを通過する電力流れを示す図である。

図１は、キャビネット２内に備えられた電力供給システム１を図示する。キャビネット２の上部において、棚２０が備えられている。この例において、交互に上に６つの棚がある。例えば、各棚は、１９インチの標準幅と１Ｕ（ラックユニット）の高さとを持ってよい。

電力供給システム１は、多数の変換器モジュール１０を含む。図示の例において、各棚２０は、４つのコンパートメントを有し、各コンパートメントは各変換器モジュール１０用である。また、制御モジュール５が、キャビネット２の上部に備えられている。

ここで、「モジュール」は、上記コンパートメントに挿入され、又は、取り出される、装置の１部品又はユニットである。モジュールは、シャーシにフィットされるプリント回路基板に接続される電気及び電子構成要素から成り、典型的には、その後側で利用可能な全ての接続インタフェースを持つ。加えて、モジュールは、しばしば、その構成要素によって関係される熱を取り除くために、シャーシを通して空気を吹き付けるためのファンを備える。

キャビネット２の下部６において、複数のバッテリが備えられている。

変換器モジュールの全ての接続インタフェースは、変換器モジュール１０の後側に置かれており、変換器モジュール１０と、入力ＡＣ電力、出力ＤＣ電力、制御モジュール５等との接続用のコネクタは、棚の後側に置かれている。ここで、変換器モジュールを棚の正しい位置に押すことによって、変換器モジュール１０を棚に接続することができる。

関連する先行技術の電力供給システムにおいて、キャビネット２が正しく構成されていることが必要であった。ある先行技術の電力供給システムは、２つ以上の異なるタイプの変換器モジュールを持っていた。そのうえ、正しいタイプの変換器モジュールが、正しい棚内のその正しい位置に置かれたことが重要であった。

本発明のある態様において、電力供給システム１は、ここで開示されるタイプの多数の電気多モード電力変換器モジュール１０を含む。

図２は、本発明の電気多モード電力変換器モジュール１０を図示する概略ブロック図である。

電気多モード電力変換器モジュール１０は、第１のＡＣポート３２を含むＡＣ／ＤＣ変換器３０を備える。電気多モード電力変換器モジュール１０は、第２のＡＣポート４２を含むＤＣ／ＡＣ変換器４０を更に備える。また、電気多モード電力変換器モジュール１０は、ＤＣポート５２を含むＤＣ／ＤＣ変換器５０を備える。

ＡＣ／ＤＣ変換器３０、ＤＣ／ＡＣ変換器４０、およびＤＣ／ＤＣ変換器５０の各々は、任意の適当なタイプのものでよく、当業者によって選択されてよい。各変換器は、通信バス７０のような、外部制御通信手段によって制御可能である。

電気多モード電力変換器モジュール１０は、コントローラ１６と、ＡＣ／ＤＣ変換器３０、ＤＣ／ＡＣ変換器４０、ＤＣ／ＤＣ変換器５０、およびコントローラ６０を相互接続する通信バス７０と、を更に備える。ここで、通信バス７０の目的は、コントローラと各コントローラ３０、４０、５０との間の通信を提供することである。

電気多モード電力変換器モジュール１０は、ＡＣ／ＤＣ変換器３０、ＤＣ／ＡＣ変換器４０、およびＤＣ／ＤＣ変換器５０の間で電力を転送するための内部ＤＣバス７２を更に備える。この内部ＤＣバス７２は、図２において双方向の矢印によって表示されている。

ＡＣ／ＤＣ変換器３０、ＤＣ／ＡＣ変換器４０、およびＤＣ／ＤＣ変換器５０の電気及び電子構成要素や、これら回路の制御は、国際公開第２０１４／１１４４８１号、国際公開第２０１２／０５５８６９号、および国際公開第２０１２／０５５８６２号において詳細に記述されている。また、他の技術やそれらを制御するための方法が、ここで述べられているモジュール及び電力供給システムにおいて使用され得ることに注意されたい。

コントローラは、マイクロコントローラやマイクロプロセッサと、処理命令を保持するメモリとを含んでよく、それらの処理命令は、コントローラに、更に以下において説明するだろう、予め定められた動作状態に依存してある制御／構成タスクを実行させる。その代わりに、コントローラは、たとえば、プログラマブル論理回路等の他のタイプの論理回路を含んでもよく、それはここで開示されるようなその機能を可能にする。

また、コントローラ６０は、ハードウェア構成ポート６２を含む。コントローラ６０は、ハードウェア構成ポート６２から値を読み取るように構成されている。

コントローラ６０は、電力変換器モジュール１０を、予め定められたひと組の状態の中から選択された、１つの動作状態に設定するように構成される。予め定められたひと組の状態の選択は、ハードウェア構成ポート６２から読み取られた値に依存してコントローラ６０によってなされる。予め定められたひと組の状態は、下記のものを含む。

−電力変換器モジュール１０は第１のＡＣポート３２とＤＣポート５２との間で電力を転送するが、第２のＡＣポート４２は使用不可にされている、第１の状態、
−電力変換器モジュール１０はＤＣポート５２と第２のＡＣポート４２どの間で電力を転送するが、第１のＡＣポート３２は使用不可にされている、第２の状態、および
−電力変換器モジュール１０は第１のＡＣポート３２、第２のＡＣポート４２、およびＤＣポート５２の間で電力を転送する、第３の状態。

第１の状態において、電力変換器モジュール１０は、第１のＡＣポート３２とＤＣポート５との間で双方向に電力を転送できる。第２の状態において、電力変換器モジュール１０は、ＤＣポート５２と第２のＡＣポート４２との間で双方向に電力を転送できる。第３の状態において、電力変換器モジュール１０は、第１のＡＣポート３２、第２のＡＣポート４２、およびＤＣポート５２の任意の間で双方向に電力を転送できる。

変換器の電力ポートの使用不可は、コントローラ６０を使用して、変換器の電力回路内のスイッチを高オーム状態にとどまらせるように命令し、それによって負荷又はエネルギー源を切断して、電力がどちらの方向にも流れるのを防止することであると理解されたい。

電力変換器モジュールによる双方向の転送する電力は、電力変換器モジュールの変換器の電力ステージが、電流をどちらの方向へも伝える能力に造られたことを含むことができる。双方向ＤＣ電力ポートの一例は、バッテリを充電又は放電するのを許容するように設計されたＤＣポートである。バッテリは、充電されているとき、エネルギー源からエネルギーを受けている。バッテリは、放電されているとき、エネルギー源である。双方向電力ポートの他の例は、エネルギーが、ＡＣ幹線から消費され得るが、又は公共ＡＣ幹線へ供給され得る、公共ＡＣ幹線に接続されたＡＣポートである。

例えば、ハードウェア構成ポートから読み取られた値は、２ビットの値であってよく、結果として４つの可能な組み合わせを生じる。この場合において、その組み合わせの３つが使用され得、上述した第１、第２、および第３の状態に対応する。

電気多モード電力変換器モジュール１０の実施形態において、ハードウェア構成ポート６２はモジュールコネクタＳＳＭを含む。

より具体的な実施形態において、モジュールコネクタＳＳＭは、スイッチコネクタＳＳＣに接続可能であってよい。

さらにより具体的には、スイッチコネクタＳＳＣは、一実施形態において、状態スイッチＳＳに接続されてよい。

電気多モード電力変換器モジュール１０の上記実施形態のいずれにおいて、電気多モード電力変換器モジュール１０は、通信バス７０に通信可能に接続された、通信コネクタ６４を更に備えてよい。通信コネクタ６４は、コントローラ６０の部分であるか又はコントローラ６０と通信可能に接続されてよい。

そのような実施形態において、コントローラ６０は、通信コネクタ６４で、電力変換器モジュール１０の現在選択された状態を示すデータを提供するように構成されてよい。

本発明の一態様において、電気多モード電力変換器モジュール１０は、上記開示された電気多モード電力変換器モジュール１０が含まれる、図１に図示された電力システム１のような、電力供給システムの部分を形成してよい。

そのような電力供給システムは、少なくも１つのコンパートメントを含む棚装置２０を備える。上述した実施形態のいずれか１つに開示された電気多モード電力変換器モジュール１０は、その少なくとも１つのコンパートメント内に挿入される。

そのような電力供給システム１の実施形態において、ハードウェア構成ポートは、コンパートメント内に挿入された各電気多モード電力変換器モジュール用に、モジュールコネクタＳＳＭを含む。そのようなモジュールコネクタＳＳＭは、スイッチコネクタＳＳＣに接続可能であり、スイッチコネクタＳＳＣは、状態スイッチＳＳに更に接続されている。

詳述すると、電力供給システム１のそのような実施形態において、スイッチコネクタＳＳＣとモジュールコネクタＳＳＭとは相互に接続可能であってよい。

さらに詳述すると、スイッチコネクタＳＳＣは、棚装置２０の少なくとも１つのコンパートメントの後部に配置されてよい。さらに、モジュールコネクタＳＳＭは、そのコンパートメントに挿入された電気多モード電力変換器モジュール１０の後部に配置されてよい。

上述した電力供給システム１の実施形態のいずれか１つにおいて、状態スイッチＳＳは、棚装置２０の後部に配置されたＤＩＰスイッチを含んでよい。その代わりに、電力供給システム１の任意のそのような実施形態において、状態スイッチＳＳは、棚装置２０の後部に配置されたジャンパーコネクタから成ってよい。

図３は、電気多モード電力変換器モジュール１の後側とそのモジュールコネクタとを図示する概略図である。

電気多モード電力変換器モジュール１０は、それが棚装置２０の少なくとも１つのコンパートメントに挿入され得るように、適合されている。詳述すると、電力変換器モジュールのモジュールコネクタは、電力変換器モジュールがそのコンパートメントに挿入されたとき、棚装置２０内のそのコンパートメントに備えられた対応するコネクタと相互に接続される。

電力変換器モジュールの後側に備えられた、電気多モード電力変換器モジュールのハードウェア構成ポート６２は、モジュールコネクタＳＳＭを含む。モジュールコネクタＳＳＭは、図２を参照して上述したハードウェア構成ポート６２の実現であってよい。

さらに図３において、コネクタＡＣＭｏｕｔは、電力変換器モジュール１０に備えられたＡＣ／ＤＣ変換器３０の第１のＡＣポート３２に対応してよい。

同様に、コネクタＡＣＭｉｎは、電力変換器モジュール１０に備えられたＤＣ／ＡＣコンバータ４０の第２のＡＣポート４２に対応してよい。

コネクタＤＣＭは、電力変換器モジュール１０に備えられたＡＣ／ＤＣ変換器５０のＤＣポート５２に対応してよい。

コネクタＤＯＭＭは、通信バス７０に通信可能に接続された通信コネクタ６４に対応してよい。

図４は、２つの電気多モード電力変換器モジュールと第１および第２のプリント回路基板へのそれらの接続とを図示する概略図である。

各電気多モード電力変換器モジュール１０ａ、１０ｂは、それが棚装置２０のそれぞれのコンパートメントに挿入され得るように、適合される。図３を参照して既に説明したとの同じように、各電力変換器モジュール１０ａ、１０ｂのモジュールコネクタは、それぞれの電力変換器モジュールがコンパートメントに挿入されたとき、棚装置２０内のコンパートメントに備えられた対応するコネクトと相互に接続される。

コネクタＳＳＭ、ＡＣＭｏｕｔ、ＡＣＭｉｎ、およびＣＯＭＭは、図３を参照して上述したそれらの均等に表示された相対物に対応する。コネクタＤＣＰＭ ＤＣＮＭは、図３を参照して上述したようなコネクタＤＣＭ（ＤＣポート５２）に対応する。

ＰＣＢ１およびＰＣＢ２は、棚装置２０内に備えられたそれぞれの第１および第２のプリント回路基板を表示している。使用の間中、電気多モード電力変換器モジュール１０は、少なくとも１つのコンパートメント内に挿入される。

この挿入の間中、電力変換器モジュール１０ａのモジュールコネクタＳＳＭは、第１のプリント回路基板ＰＣＢ１のスイッチコネクタＳＳＣに接続される。スイッチコネクタＳＳＣは、更に、第１のプリント回路基板に備えられた状態スイッチＳＳに接続される。状態スイッチＳＳは、有利には、棚装置２０の後部に配置された、ＤＩＰスイッチを含んでよい。

スイッチコネクタＳＳＣは、棚装置２０内の少なくとも１つのコンパートメントの後部に配置されている。モジュールコネクタＳＳＭは、そのコンパートメントに挿入された、電気多モード電力変換器モジュール１０ａの後部に配置されている。

対応するように、電力変換器モジュール１０ａがそのコンパートメントに挿入されたとき、コネクタＡＳＭｏｕｔは、第１のプリント回路基板ＰＣＢ１に備えられたコネクタＡＣＳｉｎに接続される。

また、電力変換器モジュール１０ａがそのコンパートメントに挿入されたとき、コネクタＡＣＭｉｎは、第２のプリント回路基板ＰＣＢ２に備えられたコネクタＡＣＳｉｎに接続される。更に、コネクタＤＣＰＭ ＤＣＮＮは、第２のプリント回路基板ＰＣＢ２に備えられたコネクタＤＣＳに接続され、コネクタＣＯＭＳは、第２のプリント回路基板ＰＣＢ２に備えられたコネクタＣＯＭＭに接続される。

対応する接続は、図４の非ラベル付き矢印によって概略的に示されるように、第２の電力変換器モジュール１０ｂが棚装置２０の第２のコンパートメント内に挿入されたとき、第２の電力変換器モジュール１０ｂの後側のコネクタとの間でなされる。

多モード電力変換器モジュール１０を含む、結果として得られる電力システム１は、ＡＣ−ＵＰＳ、又はＤＣ−ＵＰＳ、又は同時に両方として使用され得る。このシステムは、変換器モジュール１０を、各々がＤＣ−ＵＰＳにおける整流器としてふるまうように又はＡＣ−ＵＰＳにおけるインバータとしてふるまうように、構成され得るように、造られる。各変換器モジュール１０は、２つの機能のいずれか、または同時に両方を提供するために、外部ＨＷスイッチ（ハードウェア構成ポート６２）によってプログラムされる。

ここに開示した電力変換器モジュールおよび電力供給システムのある態様において、電力変換器モジュールの構成は、モジュールそれ自身と独立である。むしろ、構成は、電力棚に組み入れられるスロットに備えられたハードウェアスイッチの状態に依存する。モジュールは、それが電力棚のその位置に挿入されたとき、ＨＷスイッチに接続される。それから、モジュールの後ろの１つのコネクタは、電力棚のはめ合うコネクタに接続する。このように、電力変換器モジュールが整流器、インバータ、または両方にプログラムされるなら、それは決定される。

本発明は、もし要求される動作モードが変更されるなら、容易な方法で再構成され得る、電力変換器モジュールおよび電力供給システムを提供する。要求される動作モードを変更するそのような必要な一例は、データセンタサービスのプロバイダが、サーバ装置を、４８Ｖ給電サーバから２３０ＶＡＣ給電サーバに変更することを望むときである。

柔軟性を必要とする他の例は、データセンタホストが、前もって、潜在的な消費者がどんな装置を好んでいるかを知らないことである。従って、サービスプロバイダは、電力供給の選択の両方のタイプ、ＤＣ又はＡＣを準備することが必要である。本発明の利点は、ＡＣ電力かＤＣ電力が実際に使用されるかを決定する前に、電力変換器モジュールおよび電力供給システムが購入されてインストールされ、後の時点で作られ得ることである。

第１の実施例において、いくつかのモジュール１０を備える電力供給システム１は、ＡＣ幹線から、ＤＣ負荷とＡＣ負荷の両方へ電力を供給するために使用される。第１のＡＣポート３２はＡＣ幹線に接続され、第２のＡＣポート４２はＡＣ負荷に接続され、ＤＣポート５２は、バッテリと、モジュール１０の外部のＤＣ負荷（すなわち、そのバッテリはそのバッテリと並列に接続されている）とに接続される。ここで、それぞれのモジュール１０は、それらのそれぞれのハードウェア構成ポートによってそれらの第３の状態に設定される。

ＡＣ幹線が電力を供給している限り、ＡＣ／ＤＣ変換器は、ＤＣ／ＤＣ変換とＤＣ／ＡＣ変換器との両方へ電力を供給するだろう。ＤＣ／ＤＣ変換器は、バッテリとＤＣ負荷とに電力を供給するだろうし、ＤＣ／ＡＣ変換器は、ＡＣ負荷へ電力を供給するだろう。そのような状況における電力の流れは、図５に示されている。

ＡＣ幹線が電力を供給しない場合（ＡＣ幹線故障）、ＤＣ／ＤＣ変換器は、バッテリからＤＣ／ＡＣ変換器へ電力を供給するだろうし、さらに、ＡＣ負荷へ供給するだろう。バッテリはＤＣ負荷へ、直接、電力を供給するだろう。この状況における電力の流れは、図６に示されている。

実施例１は、標準ＡＣ−ＵＰＳ機能である。

第２の実施例において、いくつかのモジュール１０を含む電力供給システム１は、電力を、非常に脆弱か又は不完全なＡＣ幹線から、ＤＣ負荷とＡＣ負荷との両方へ供給するために使用される。そのようなＡＣ幹線では、電圧および／または電流のスパイクが、変換器又は負荷でさえ（特に、ＡＣ負荷、何故なら、ガルバニー電気絶縁がＤＣ／ＤＣ変換器のみにあるので）も害する、増加したリスクがある。

ここで、モジュール１０の半分は、それらのそれぞれのハードウェア構成ポートによって第１の状態に設定され、残りのモジュール１０は、それらのそれぞれのハードウェア構成ポートによってそれらの第２の状態に設定される。その結果として、ＡＣ網が電力を供給しているとき、ＡＣ／ＤＣ変換器は、モジュールの第１の半分によって、電力をバッテリとＤＣ負荷とに供給する。第１の状態における電力の流れが図７に示されている。

モジュールの第２の半分は、ＤＣ／ＤＣ変換器を、電力をバッテリからＤＣ／ＡＣ変換器とへ供給し、更にＡＣ負荷へ供給するように使用するだろう。第２の状態における電力の流れが図８に示されている。ここで、ＡＣ幹線とＡＣ負荷との間のガルバニー電気絶縁が成し遂げられる。

ＡＣ幹線が電力を供給しない場合（ＡＣ幹線故障）、モジュールの第１の半分はなにもしないが、モジュールの第２の半分は、バッテリ電力を使用することによって前のように継続するだろう。バッテリは、電力を、直接、ＤＣ負荷へ供給するだろう。

第３の実施例において、いくつかのモジュール１０を備える電力供給システム１は、ビルディングにおいて使用され、ビルディングはＡＣ幹線に接続されているが、ビルディングにはまた、太陽電池システム（図示せず）が装備されている。太陽電池システムは、太陽電池で生成されたＤＣ電圧を、ビルディングにおいて使用されるＡＣ電圧に変換するためのインバータ（図示せず）を含む。

ビルディングにおける負荷は、主にＡＣ負荷であるが、ＤＣ負荷もまた存在してもよい。

ここで、第１のＡＣポート３２は、ビルディングの外部のＡＣ幹線に接続されている。第２のＡＣポート４２は、ビルディングの内部のＡＣ網（すなわち、ＡＣ負荷とまた太陽電池供給源との両方に接続されている。ＤＣポート５２は、バッテリとＤＣ負荷（すなわち、そのバッテリは、そのバッテリと並列に接続されている）とに接続されている。ここで、それぞれのモジュール１０は、それらのそれぞれのハードウェア構成ポートによって、それらの第３の状態に設定されている。

夜間の間、太陽電池システムからのＡＣ電力の供給はない。ここで、電力供給システム１は、上記実施例１に従って、すなわち、図５及び図６において示されるように、ＡＣ幹線の存在に依存する機能を持つ。

多くの太陽光のある日中の間、太陽電池システムは、ビルディングの内部のＡＣ網におけるＡＣ負荷によって消費されるよりも多くのＡＣ電力を生成するだろう。ここで、電力供給システムは、その双方向機能によって、電力をＤＣ／ＡＣ変換器４０からＡＣ／ＤＣ変換器３０へ、さらに、ＡＣ幹線へ供給し、バッテリに充電するためにＤＣ／ＤＣ変換器４０へも供給する。この状況における電力の流れが、図９に示されている。

上記図５、図７および図９において、もしバッテリが十分に充電されており、ＤＣ負荷がないなら、電力はＤＣ／ＤＣ変換器５０を通って流れない、ことに注意されたい。

本発明は、ここで説明した実施例に限定されない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定される。

本発明は、一般に、電力供給技術に関し、特に、電気多モード電力変換器モジュール、およびそのような電気多モード電力変換器モジュールを含む電力供給システムに関する。

電力供給システムは、制御されかつ信頼性の高い電力を負荷へ供給するために、いくつかの応用において使用されている。

バッテリを動力とするＤＣ−無停電電源装置（ＵＰＳ）が、信頼性が高く、連続した電力をテレコム及びサーバ装置へ供給するために広く使用されている。ＡＣ−無停電電源装置（ＵＰＳ）もまた、連続した電力を、データセンタ、医療装置や多種の工業の重要なサービス装置へ供給するために広く使用されている。ＡＣ−ＵＰＳとＤＣ−ＵＰＳとは、全く異なる種類の装置であって、通常、異なる構成要素を持ち、異なるフィットする要因と費用構造とを持つ、異なる製造によって提供される。

先行技術の電力供給システムは、ラックやキャビネット内の幾つかの電力変換器モジュールを備え、その電力変換器モジュールは、入力ＡＣ電力を、制御されたＡＣ出力電力か、制御されたＤＣ出力電力に変換する。いくつかの変換器モジュールは、ＤＣ入力電力（例えば、バッテリからの）を、制御されたＡＣ出力電力か、制御されたＤＣ出力電力に変換する。

１つの先行技術の変換器モジュールは、Eltek ASAによって販売され、市場に出されている、Flatpack2変換器モジュールである。この変換器モジュールは、入力ＡＣ電力（典型的には、幹線）を、制御されたＤＣ出力電力（典型的には、遠距離通信装置、データセンタ装置、バッテリ電力蓄電器や他のＤＣ負荷へのＤＣ電力）へ変換する。

他の先行技術の変換器モジュールは、Eltek ASAによってまた販売され、市場に出されている、Theia変換器モジュールである。この変換器モジュールは、入力ＤＣ電力（典型的には、太陽電力）を、制御されたＡＣ電力（典型的には、ＡＣ装置、幹線など）に変換する。そのような変換器モジュールは、たびたび、変換器と呼ばれる。

更に他の先行技術の変換器モジュールは、Eltek ASAによってまた販売され、市場に出されている、Flatpack2 ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールである。この変換器モジュールは、入力ＤＣ電力（典型的には、太陽電力、バッテリ電力）を、制御されたＤＣ電力（典型的には、遠距離通信装置、データセンタ装置や他のＤＣ負荷へのＤＣ電力）へ変換する。

この変換器モジュールは、制御モジュールによって制御される。１つの先行技術の制御モジュールは、Eltek ASAによって販売され、市場に出されている、SmartPack2制御モジュールである。

そのような先行技術の変換器モジュールは、先行技術の電力供給システムにおいて棚装置に備えられる。そのようなシステムにおいて、正しいタイプの変換器モジュールが、その電力システムにおける正しい棚においてその正しい位置に置かれていることが重要である。

そのような先行技術の電力供給システムには、ある欠点がある。棚にフィットする、分離整流器モジュールと変換器モジュールとが、それらの特殊なモジュール用のスロットとコネクタとを持つように設計されなければならない。ユーザは、最後には、異なる目的を持つモジュールの異なる棚を持って終わり、従って、在庫品として異なるモジュールと棚とを持つ。

特許文献１は、ＡＣ電力源に結合されるように構成されたＡＣ入力と、負荷に結合されるように構成されたＡＣ出力と、種々の利用可能な電力源からの電力を受けるように構成された第１の変換器回路と、前記ＡＣ出力に結合された第２の変換器回路と、前記第１の変換器回路と前記第２の変換器回路とを結合するＤＣリンクと、前記ＡＣ入力と前記ＡＣ出力とを選択的に結合し切り離すように構成された、例えば、バイパス回路のようなスイッチング回路とを有する電力変換回路とを含む無停電電源装置（ＵＰＳ）システムを記載している。

このＵＰＳシステムは、ＤＣバスによって連結された第１及び第２の変換器ユニットを含む、共通のアーキテクチャを持つ第１及び第２の電力変換モジュールと、バッテリを前記ＤＣバスに結合するためのバッテリインタフェースユニットと、モジュール制御ユニットとを含む。モジュール制御ユニットは、例えば、後述するような種々の動作モードに前記電力変換モジュールの相互運用を規定する、システム制御回路と作用的に関連付けられてよい。このモジュールは、同じ又は異なる形式の要因および／または容量を持ってよい。例えば、このモジュールは、共通形式の要因および／または外部接続構成を持ってよく、システムシャーシ内に交換可能なようにして取り付けられるように設計されてよい。

第１の変換器回路は、ＡＣ−ＤＣ変換器として又はＤＣ−ＤＣ変換器モジュールとして動作してよい。これは、前記モジュール制御ユニットによって制御される。

この文献において記述されたこのモジュールは、非常に柔軟でないが、たいていＡＣ負荷を供給するために用いることができる。

特許文献２は、並列に動作され得、かつ共通のラックに挿入され又は挿入され得る、複数の電力供給モジュールを含む電力供給アセンブリを記載している。各電力供給モジュールは、負荷ブランチ内の出力で負荷へ電力を連続的に供給するためのインバータブランチを持つ。電力供給アセンブリは、また、インバータブランチを通しての電力供給が切れたり又は不十分なときに、電力供給を保証するバイパスアセンブリを持つ。電力供給の信頼性は、もし電力供給モジュールの各々が、前記インバータブランチと並列に、前記負荷ブランチに接続されたバイパスを持つなら、向上する。このバイパスは、前記インバータの経路が適切に働いているとき、前記負荷ブランチから分離され、インバータブランチの失敗の場合には、電力供給を維持するために、自動的に制御回路によって負荷ブランチへ接続され得る。

これらモジュールは、好ましくは、それらのハウジングの内部に設置された制御回路によって制御される。この制御回路は、他のモジュールの制御回路と通信してもよい。また、ここで、負荷は、ＡＣ負荷であり、バイパスは、電力供給アセンブリの機能である。

またここで、この文献に記載されたモジュールは、非常に柔軟ではないが、たいていＡＣ負荷を供給するために使用できる。

欧州特許出願公開第１８０６８１９号明細書に対応する特許文献３は、ＡＣ入力と、ＡＣ出力と、双方向ＤＣポートとを持つ、双方向ＡＣ／ＤＣ／ＡＣ変換器を開示している。

特許文献４は、複数の双方向電力変換器が種々のエネルギー構成要素間の互換性を可能にするための共通ＤＣバスと共に使用される、分散生成電力ネットワーキングシステムを提供する電力コントローラを記載している。各電力変換器は、電力コントローラの制御下で、ＤＣバスへ特殊なエネルギー構成要素用のインタフェースを提供するように構成された、カスタマイズされた双方向スイッチング変換器として本質的に動作する。電力コントローラは、各エネルギー構成要素が、任意の瞬間で、シンク又は電力源となるように、かつ、ＤＣバスが調節されるように、制御する。このように、種々のエネルギー構成要素は、効率的に、電力を、供給、蓄積および／または使用するために使用され得る。種々のエネルギー構成要素は、エネルギー源、負荷、蓄積装置およびその組み合わせを含む。

特許文献５は、ＡＣ電力源に結合されるように構成されたＡＣ入力と、負荷に結合されるように構成されたＡＣ出力と、種々の利用可能な電力源からの電力を受けるように構成された第１の変換器回路と、前記ＡＣ出力に結合された第２の変換器回路と、前記第１の変換器回路と前記第２の変換器回路とを結合するＤＣリンクと、前記ＡＣ入力と前記ＡＣ出力とを選択的に結合し切り離すように構成された、例えば、バイパス回路のようなスイッチング回路とを有する電力変換回路とを含む無停電電源装置（ＵＰＳ）システムを記載している。このＵＰＳシステムは、電力変換回路およびスイッチング回路と作用的に関連付けられ、それぞれ、スイッチング回路および電力変換回路を介して、ＡＣ電力源および可変的に利用可能な電力源からＡＣ出力で負荷へ電力の同時転送をさせるように構成された、制御回路を更に含む。

特許文献６は、電子回路に直接インタフェースするための内蔵電子システムを含むＤＩＰまたは表面実装スイッチを記載している。ＤＩＰスイッチと、バイアス抵抗、アクティブバッファ、およびデコーディング回路から成る内蔵電子システムとは、単一のパッケージとして組み合わされている。

特許文献７は、回路経路が、それぞれのスイッチ極と接触する独立カンチレバー梁を持つコンタクトによってスイッチの極間に完成される、小型サイズの手動で作動されるスイッチを記載している。このコンタクトは、キャリッジの形をとって、手動で移動可能な滑り要素によって運ばれる。キャリッジの移動は、スイッチ極の実質的な長さ超えて、カンチレバー梁の摺動を引き起こす。

米国特許出願公開第２０１１／０２７８９３３号明細書 米国特許出願公開第２０１０／００２６０９８号明細書 米国特許出願公開第２０１０／００２６０９３号明細書 米国特許第６４８７０９６号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０２７８９３３号明細書 米国特許第５０１０４４５号明細書 米国特許第４０１２６０８号明細書

本発明の目的は、容易に構成又は再構成する電力変換器モジュール及び電力供給システムを提供することにあり、特に、電力変換器モジュール又は電力供給システムの動作の要求されるモードを変更するのが望まれる、電力変換器モジュール及び電力供給システムを提供することにある。

他の目的は、本発明が、制御ソフトウェアを変更することなく、および電気技師の必要なしに、容易に構成及び再構成することである。

他の目的は、ガルバニー電気絶縁が、費用効果がある方法で、第１のＡＣ端子と第２のＡＣ端子との間にある、電力供給システムを提供することにある。

他の目的は、本発明が、再生可能なエネルギーが周期的に生成される応用を含む、種々のタイプの応用に使用できることである。

本発明は、特許請求の範囲で明らかにされている。

キャビネット内に提供された電力供給システムを図示する斜視概略図である。 電気多モード電力変換器モジュールを図示する概略ブロック図である。 電気多モード電力変換器モジュールの後側とそのモジュールコネクタとを図示する概略図である。 ２つの電気多モード電力変換器モジュールと第１及び第２のプリント配線基板とを図示する概略図である。 異なる状態における異なる状況下でのモジュールを通過する電力流れを示す図である。 異なる状態における異なる状況下でのモジュールを通過する電力流れを示す図である。 異なる状態における異なる状況下でのモジュールを通過する電力流れを示す図である。 異なる状態における異なる状況下でのモジュールを通過する電力流れを示す図である。 異なる状態における異なる状況下でのモジュールを通過する電力流れを示す図である。

図１は、キャビネット２内に備えられた電力供給システム１を図示する。キャビネット２の上部において、棚２０が備えられている。この例において、交互に上に６つの棚がある。例えば、各棚は、１９インチの標準幅と１Ｕ（ラックユニット）の高さとを持ってよい。

電力供給システム１は、多数の変換器モジュール１０を含む。図示の例において、各棚２０は、４つのコンパートメントを有し、各コンパートメントは各変換器モジュール１０用である。また、制御モジュール５が、キャビネット２の上部に備えられている。

ここで、「モジュール」は、上記コンパートメントに挿入され、又は、取り出される、装置の１部品又はユニットである。モジュールは、シャーシにフィットされるプリント回路基板に接続される電気及び電子構成要素から成り、典型的には、その後側で利用可能な全ての接続インタフェースを持つ。加えて、モジュールは、しばしば、その構成要素によって関係される熱を取り除くために、シャーシを通して空気を吹き付けるためのファンを備える。

キャビネット２の下部６において、複数のバッテリが備えられている。

変換器モジュールの全ての接続インタフェースは、変換器モジュール１０の後側に置かれており、変換器モジュール１０と、入力ＡＣ電力、出力ＤＣ電力、制御モジュール５等との接続用のコネクタは、棚の後側に置かれている。ここで、変換器モジュールを棚の正しい位置に押すことによって、変換器モジュール１０を棚に接続することができる。

関連する先行技術の電力供給システムにおいて、キャビネット２が正しく構成されていることが必要であった。ある先行技術の電力供給システムは、２つ以上の異なるタイプの変換器モジュールを持っていた。そのうえ、正しいタイプの変換器モジュールが、正しい棚内のその正しい位置に置かれたことが重要であった。

本発明のある態様において、電力供給システム１は、ここで開示されるタイプの多数の電気多モード電力変換器モジュール１０を含む。

図２は、本発明の電気多モード電力変換器モジュール１０を図示する概略ブロック図である。

電気多モード電力変換器モジュール１０は、第１のＡＣポート３２を含むＡＣ／ＤＣ変換器３０を備える。電気多モード電力変換器モジュール１０は、第２のＡＣポート４２を含むＤＣ／ＡＣ変換器４０を更に備える。また、電気多モード電力変換器モジュール１０は、ＤＣポート５２を含むＤＣ／ＤＣ変換器５０を備える。

ＡＣ／ＤＣ変換器３０、ＤＣ／ＡＣ変換器４０、およびＤＣ／ＤＣ変換器５０の各々は、任意の適当なタイプのものでよく、当業者によって選択されてよい。各変換器は、通信バス７０のような、外部制御通信手段によって制御可能である。

電気多モード電力変換器モジュール１０は、コントローラ１６と、ＡＣ／ＤＣ変換器３０、ＤＣ／ＡＣ変換器４０、ＤＣ／ＤＣ変換器５０、およびコントローラ６０を相互接続する通信バス７０と、を更に備える。ここで、通信バス７０の目的は、コントローラと各コントローラ３０、４０、５０との間の通信を提供することである。

電気多モード電力変換器モジュール１０は、ＡＣ／ＤＣ変換器３０、ＤＣ／ＡＣ変換器４０、およびＤＣ／ＤＣ変換器５０の間で電力を転送するための内部ＤＣバス７２を更に備える。この内部ＤＣバス７２は、図２において双方向の矢印によって表示されている。

ＡＣ／ＤＣ変換器３０、ＤＣ／ＡＣ変換器４０、およびＤＣ／ＤＣ変換器５０の電気及び電子構成要素や、これら回路の制御は、国際公開第２０１４／１１４４８１号、国際公開第２０１２／０５５８６９号、および国際公開第２０１２／０５５８６２号において詳細に記述されている。また、他の技術やそれらを制御するための方法が、ここで述べられているモジュール及び電力供給システムにおいて使用され得ることに注意されたい。

コントローラは、マイクロコントローラやマイクロプロセッサと、処理命令を保持するメモリとを含んでよく、それらの処理命令は、コントローラに、更に以下において説明するだろう、予め定められた動作状態に依存してある制御／構成タスクを実行させる。その代わりに、コントローラは、たとえば、プログラマブル論理回路等の他のタイプの論理回路を含んでもよく、それはここで開示されるようなその機能を可能にする。

また、コントローラ６０は、ハードウェア構成ポート６２を含む。コントローラ６０は、ハードウェア構成ポート６２から値を読み取るように構成されている。

コントローラ６０は、電力変換器モジュール１０を、予め定められたひと組の状態の中から選択された、１つの動作状態に設定するように構成される。予め定められたひと組の状態の選択は、ハードウェア構成ポート６２から読み取られた値に依存してコントローラ６０によってなされる。予め定められたひと組の状態は、下記のものを含む。

−電力変換器モジュール１０は第１のＡＣポート３２とＤＣポート５２との間で電力を転送するが、第２のＡＣポート４２は使用不可にされている、第１の状態、
−電力変換器モジュール１０はＤＣポート５２と第２のＡＣポート４２どの間で電力を転送するが、第１のＡＣポート３２は使用不可にされている、第２の状態、および
−電力変換器モジュール１０は第１のＡＣポート３２、第２のＡＣポート４２、およびＤＣポート５２の間で電力を転送する、第３の状態。

第１の状態において、電力変換器モジュール１０は、第１のＡＣポート３２とＤＣポート５との間で双方向に電力を転送できる。第２の状態において、電力変換器モジュール１０は、ＤＣポート５２と第２のＡＣポート４２との間で双方向に電力を転送できる。第３の状態において、電力変換器モジュール１０は、第１のＡＣポート３２、第２のＡＣポート４２、およびＤＣポート５２の任意の間で双方向に電力を転送できる。

変換器の電力ポートの使用不可は、コントローラ６０を使用して、変換器の電力回路内のスイッチを高オーム状態にとどまらせるように命令し、それによって負荷又はエネルギー源を切断して、電力がどちらの方向にも流れるのを防止することであると理解されたい。

電力変換器モジュールによる双方向の転送する電力は、電力変換器モジュールの変換器の電力ステージが、電流をどちらの方向へも伝える能力に造られたことを含むことができる。双方向ＤＣ電力ポートの一例は、バッテリを充電又は放電するのを許容するように設計されたＤＣポートである。バッテリは、充電されているとき、エネルギー源からエネルギーを受けている。バッテリは、放電されているとき、エネルギー源である。双方向電力ポートの他の例は、エネルギーが、ＡＣ幹線から消費され得るが、又は公共ＡＣ幹線へ供給され得る、公共ＡＣ幹線に接続されたＡＣポートである。

例えば、ハードウェア構成ポートから読み取られた値は、２ビットの値であってよく、結果として４つの可能な組み合わせを生じる。この場合において、その組み合わせの３つが使用され得、上述した第１、第２、および第３の状態に対応する。

電気多モード電力変換器モジュール１０の実施形態において、ハードウェア構成ポート６２はモジュールコネクタＳＳＭを含む。

より具体的な実施形態において、モジュールコネクタＳＳＭは、スイッチコネクタＳＳＣに接続可能であってよい。

さらにより具体的には、スイッチコネクタＳＳＣは、一実施形態において、状態スイッチＳＳに接続されてよい。

電気多モード電力変換器モジュール１０の上記実施形態のいずれにもおいて、電気多モード電力変換器モジュール１０は、通信バス７０に通信可能に接続された、通信コネクタ６４を更に備える。通信コネクタ６４は、コントローラ６０の部分であるか又はコントローラ６０と通信可能に接続されてよい。

そのような実施形態において、コントローラ６０は、通信コネクタ６４で、電力変換器モジュール１０の現在選択された状態を示すデータを提供するように構成されてよい。

本発明の一態様において、電気多モード電力変換器モジュール１０は、上記開示された電気多モード電力変換器モジュール１０が含まれる、図１に図示された電力システム１のような、電力供給システムの部分を形成してよい。

そのような電力供給システムは、少なくも１つのコンパートメントを含む棚装置２０を備える。上述した実施形態のいずれか１つに開示された電気多モード電力変換器モジュール１０は、その少なくとも１つのコンパートメント内に挿入される。

そのような電力供給システム１の実施形態において、ハードウェア構成ポートは、コンパートメント内に挿入された各電気多モード電力変換器モジュール用に、モジュールコネクタＳＳＭを含む。そのようなモジュールコネクタＳＳＭは、スイッチコネクタＳＳＣに接続可能であり、スイッチコネクタＳＳＣは、状態スイッチＳＳに更に接続されている。

詳述すると、電力供給システム１のそのような実施形態において、スイッチコネクタＳＳＣとモジュールコネクタＳＳＭとは相互に接続可能であってよい。

さらに詳述すると、スイッチコネクタＳＳＣは、棚装置２０の少なくとも１つのコンパートメントの後部に配置されてよい。さらに、モジュールコネクタＳＳＭは、そのコンパートメントに挿入された電気多モード電力変換器モジュール１０の後部に配置されてよい。

上述した電力供給システム１の実施形態のいずれか１つにおいて、状態スイッチＳＳは、棚装置２０の後部に配置されたＤＩＰスイッチを含んでよい。その代わりに、電力供給システム１の任意のそのような実施形態において、状態スイッチＳＳは、棚装置２０の後部に配置されたジャンパーコネクタから成ってよい。

図３は、電気多モード電力変換器モジュール１の後側とそのモジュールコネクタとを図示する概略図である。

電気多モード電力変換器モジュール１０は、それが棚装置２０の少なくとも１つのコンパートメントに挿入され得るように、適合されている。詳述すると、電力変換器モジュールのモジュールコネクタは、電力変換器モジュールがそのコンパートメントに挿入されたとき、棚装置２０内のそのコンパートメントに備えられた対応するコネクタと相互に接続される。

電力変換器モジュールの後側に備えられる、電気多モード電力変換器モジュールのハードウェア構成ポート６２は、モジュールコネクタＳＳＭを含む。モジュールコネクタＳＳＭは、図２を参照して上述したハードウェア構成ポート６２の実現であってよい。

さらに図３において、コネクタＡＣＭｏｕｔは、電力変換器モジュール１０に備えられるＡＣ／ＤＣ変換器３０の第１のＡＣポート３２に対応してよい。

同様に、コネクタＡＣＭｉｎは、電力変換器モジュール１０に備えられるＤＣ／ＡＣコンバータ４０の第２のＡＣポート４２に対応してよい。

コネクタＤＣＭは、電力変換器モジュール１０に備えられるＡＣ／ＤＣ変換器５０のＤＣポート５２に対応してよい。

コネクタＤＯＭＭは、通信バス７０に通信可能に接続された通信コネクタ６４に対応してよい。

図４は、２つの電気多モード電力変換器モジュールと第１および第２のプリント回路基板へのそれらの接続とを図示する概略図である。

各電気多モード電力変換器モジュール１０ａ、１０ｂは、それが棚装置２０のそれぞれのコンパートメントに挿入され得るように、適合される。図３を参照して既に説明したとの同じように、各電力変換器モジュール１０ａ、１０ｂのモジュールコネクタは、それぞれの電力変換器モジュールがコンパートメントに挿入されたとき、棚装置２０内のコンパートメントに備えられた対応するコネクトと相互に接続される。

コネクタＳＳＭ、ＡＣＭｏｕｔ、ＡＣＭｉｎ、およびＣＯＭＭは、図３を参照して上述したそれらの均等に表示された相対物に対応する。コネクタＤＣＰＭ ＤＣＮＭは、図３を参照して上述したようなコネクタＤＣＭ（ＤＣポート５２）に対応する。

ＰＣＢ１およびＰＣＢ２は、棚装置２０内に備えられたそれぞれの第１および第２のプリント回路基板を表示している。使用の間中、電気多モード電力変換器モジュール１０は、少なくとも１つのコンパートメント内に挿入される。

この挿入の間中、電力変換器モジュール１０ａのモジュールコネクタＳＳＭは、第１のプリント回路基板ＰＣＢ１のスイッチコネクタＳＳＣに接続される。スイッチコネクタＳＳＣは、更に、第１のプリント回路基板に備えられた状態スイッチＳＳに接続される。状態スイッチＳＳは、有利には、棚装置２０の後部に配置された、ＤＩＰスイッチを含んでよい。

スイッチコネクタＳＳＣは、棚装置２０内の少なくとも１つのコンパートメントの後部に配置されている。モジュールコネクタＳＳＭは、そのコンパートメントに挿入された、電気多モード電力変換器モジュール１０ａの後部に配置されている。

対応するように、電力変換器モジュール１０ａがそのコンパートメントに挿入されたとき、コネクタＡＳＭｏｕｔは、第１のプリント回路基板ＰＣＢ１に備えられるコネクタＡＣＳｉｎに接続される。

また、電力変換器モジュール１０ａがそのコンパートメントに挿入されたとき、コネクタＡＣＭｉｎは、第２のプリント回路基板ＰＣＢ２に備えられたコネクタＡＣＳｉｎに接続される。更に、コネクタＤＣＰＭ ＤＣＮＮは、第２のプリント回路基板ＰＣＢ２に備えられたコネクタＤＣＳに接続され、コネクタＣＯＭＳは、第２のプリント回路基板ＰＣＢ２に備えられたコネクタＣＯＭＭに接続される。

対応する接続は、図４の非ラベル付き矢印によって概略的に示されるように、第２の電力変換器モジュール１０ｂが棚装置２０の第２のコンパートメント内に挿入されたとき、第２の電力変換器モジュール１０ｂの後側のコネクタとの間でなされる。

多モード電力変換器モジュール１０を含む、結果として得られる電力供給システム１は、ＡＣ−ＵＰＳ、又はＤＣ−ＵＰＳ、又は同時に両方として使用され得る。このシステムは、変換器モジュール１０を、各々がＤＣ−ＵＰＳにおける整流器としてふるまうように又はＡＣ−ＵＰＳにおけるインバータとしてふるまうように、構成され得るように、造られる。各変換器モジュール１０は、２つの機能のいずれか、または同時に両方を提供するために、外部ＨＷスイッチ（ハードウェア構成ポート６２）によってプログラムされる。

ここに開示した電力変換器モジュールおよび電力供給システムのある態様において、電力変換器モジュールの構成は、モジュールそれ自身と独立である。むしろ、構成は、電力棚に組み入れられるスロットに備えらえたハードウェアスイッチの状態に依存する。モジュールは、それが電力棚のその位置に挿入されたとき、ＨＷスイッチに接続される。それから、モジュールの後ろの１つのコネクタは、電力棚のはめ合うコネクタに接続する。このように、電力変換器モジュールが整流器、インバータ、または両方にプログラムされるなら、それは決定される。

本発明は、もし要求される動作モードが変更されるなら、容易な方法で再構成され得る、電力変換器モジュールおよび電力供給システムを提供する。要求される動作モードを変更するそのような必要な一例は、データセンタサービスのプロバイダが、サーバ装置を、４８Ｖ給電サーバから２３０ＶＡＣ給電サーバに変更することを望むときである。

柔軟性を必要とする他の例は、データセンタホストが、前もって、潜在的な消費者がどんな装置を好んでいるかを知らないことである。従って、サービスプロバイダは、電力供給の選択の両方のタイプ、ＤＣ又はＡＣを準備することが必要である。本発明の利点は、ＡＣ電力かＤＣ電力が実際に使用されるかを決定する前に、電力変換器モジュールおよび電力供給システムが購入されてインストールされ、後の時点で作られ得ることである。

第１の実施例において、いくつかのモジュール１０を備える電力供給システム１は、ＡＣ幹線から、ＤＣ負荷とＡＣ負荷の両方へ電力を供給するために使用される。第１のＡＣポート３２はＡＣ幹線に接続され、第２のＡＣポート４２はＡＣ負荷に接続され、ＤＣポート５２は、バッテリと、モジュール１０の外部のＤＣ負荷（すなわち、そのバッテリがそのバッテリと並列に接続されている）とに接続される。ここで、それぞれのモジュール１０は、それらのそれぞれのハードウェア構成ポートによってそれらの第３の状態に設定される。

ＡＣ幹線が電力を供給している限り、ＡＣ／ＤＣ変換器は、ＤＣ／ＤＣ変換とＤＣ／ＡＣ変換器との両方へ電力を供給するだろう。ＤＣ／ＤＣ変換器は、バッテリとＤＣ負荷とに電力を供給するだろうし、ＤＣ／ＡＣ変換器は、ＡＣ負荷へ電力を供給するだろう。そのような状況における電力の流れは、図５に示されている。

ＡＣ幹線が電力を供給しない場合（ＡＣ幹線故障）、ＤＣ／ＤＣ変換器は、バッテリからＤＣ／ＡＣ変換器へ電力を供給するだろうし、さらに、ＡＣ負荷へ供給するだろう。バッテリはＤＣ負荷へ、直接、電力を供給するだろう。この状況における電力の流れは、図６に示されている。

実施例１は、標準ＡＣ−ＵＰＳ機能である。

第２の実施例において、いくつかのモジュール１０を含む電力供給システム１は、電力を、非常に脆弱か又は不完全なＡＣ幹線から、ＤＣ負荷とＡＣ負荷との両方へ供給するために使用される。そのようなＡＣ幹線では、電圧および／または電流のスパイクが、変換器又は負荷でさえ（特に、ＡＣ負荷、何故なら、ガルバニー電気絶縁がＤＣ／ＤＣ変換器のみにあるので）も害する、増加したリスクがある。

ここで、モジュール１０の半分は、それらのそれぞれのハードウェア構成ポートによって第１の状態に設定され、残りのモジュール１０は、それらのそれぞれのハードウェア構成ポートによってそれらの第２の状態に設定される。その結果として、ＡＣ網が電力を供給しているとき、ＡＣ／ＤＣ変換器は、モジュールの第１の半分によって、電力をバッテリとＤＣ負荷とに供給する。第１の状態における電力の流れが図７に示されている。

モジュールの第２の半分は、ＤＣ／ＤＣ変換器を、電力をバッテリとＤＣ／ＡＣ変換器とへ供給し、更にＡＣ負荷へ供給するように使用するだろう。第２の状態における電力の流れが図８に示されている。ここで、ＡＣ幹線とＡＣ負荷との間のガルバニー電気絶縁が成し遂げられる。

ＡＣ幹線が電力を供給しない場合（ＡＣ幹線故障）、モジュールの第１の半分はなにもしないが、モジュールの第２の半分は、バッテリ電力を使用することによって前のように継続するだろう。バッテリは、電力を、直接、ＤＣ負荷へ供給するだろう。

第３の実施例において、いくつかのモジュール１０を備える電力供給システム１は、ビルディングにおいて使用され、ビルディングはＡＣ幹線に接続されているが、ビルディングにはまた、太陽電池システム（図示せず）が装備されている。太陽電池システムは、太陽電池で生成されたＤＣ電圧を、ビルディングにおいて使用されるＡＣ電圧に変換するためのインバータ（図示せず）を含む。

ビルディングにおける負荷は、主にＡＣ負荷であるが、ＤＣ負荷もまた存在してもよい。

ここで、第１のＡＣポート３２は、ビルディングの外部のＡＣ幹線に接続されている。第２のＡＣポート４２は、ビルディングの内部のＡＣ網（すなわち、ＡＣ負荷とまた太陽電池供給源との両方に接続されている。ＤＣポート５２は、バッテリとＤＣ負荷（すなわち、そのバッテリは、そのバッテリと並列に接続されている）とに接続されている。ここで、それぞれのモジュール１０は、それらのそれぞれのハードウェア構成ポートによって、それらの第３の状態に設定されている。

夜間の間、太陽電池システムからのＡＣ電力の供給はない。ここで、電力供給システム１は、上記実施例１に従って、すなわち、図５及び図６において示されるように、ＡＣ幹線の存在に依存する機能を持つ。

多くの太陽光のある日中の間、太陽電池システムは、ビルディングの内部のＡＣ網におけるＡＣ負荷によって消費されるよりも多くのＡＣ電力を生成するだろう。ここで、電力供給システムは、その双方向機能によって、電力をＤＣ／ＡＣ変換器４０からＡＣ／ＤＣ変換器３０へ、さらに、ＡＣ幹線へ供給し、バッテリに充電するためにＤＣ／ＤＣ変換器４０へも供給する。この状況における電力の流れが、図９に示されている。

上記図５、図７および図９において、もしバッテリが十分に充電されており、ＤＣ負荷がないなら、電力はＤＣ／ＤＣ変換器５０を通って流れない、ことに注意されたい。

本発明は、ここで説明した実施例に限定されない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (14)

1. 第１のＡＣポート（３２）を含むＡＣ／ＤＣ変換器（３０）と；
   第２のＡＣポート（４２）を含む双方向ＤＣ／ＡＣ変換器（４０）と；
   ＤＣポート（５２）を含む双方向ＤＣ／ＤＣ変換器（５０）と；
   コントローラ（６０）と；
   前記ＡＣ／ＤＣ変換器（３０）、前記ＤＣ／ＡＣ変換器（４０）、および前記ＤＣ／ＤＣ変換器（５０）を相互に接続する通信バス（７０）と；
   前記ＡＣ／ＤＣ変換器（３０）、前記ＤＣ／ＡＣ変換器（４０）、および前記ＤＣ／ＤＣ変換器（５０）との間で電力を転送するＤＣバス（７２）と；
   を備える電気多モード電力変換器モジュール（１０）において、
   前記ＡＣ／ＤＣ変換器（３０）は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器（３０）であり、
   前記コントローラ（６０）は、ハードウェア構成ポート（６２）を更に含み、前記電力変換器モジュール（１０）を、前記ハードウェア構成ポート（６２）から読み取られた値に依存して選択された、次の第１乃至第３の状態の１つに設定するように構成されており、
   前記第１の状態では、前記電力変換器モジュール（１０）は、前記第１のＡＣポート（３２）と前記ＤＣポート（５２）との間で電力を転送するが、前記第２のＡＣポート（４２）は使用不可であり、
   前記第２の状態では、前記電力変換器モジュール（１０）は、前記ＤＣポート（５２）と前記第２のＡＣポート（４２）との間で電力を転送するが、前記第１のＡＣポート（３２）は使用不可であり、
   前記第３の状態では、前記電力変換器モジュール（１０）は、前記第１のＡＣポート（３２）、前記第２のＡＣポート（４２）、および前記ＤＣポート（５２）の間で電力を転送する、
   ことを特徴とする、電気多モード電力変換器モジュール。
2. 前記ハードウェア構成ポート（６２）は、モジュールコネクタ（ＳＳＭ）を含む、請求項１に記載の電気多モード電力変換器モジュール（１０）。
3. 前記モジュールコネクタ（ＳＳＭ）は、スイッチコネクタ（ＳＳＣ）に接続可能である、請求項２に記載の電気多モード電力変換器モジュール（１０）。
4. 前記スイッチコネクタ（ＳＳＣ）は、状態スイッチ（ＳＳ）に接続されている、請求項３に記載の電気多モード電力変換器モジュール（１０）。
5. 前記通信バス（７０）と通信的に接続された、通信コネクタ（６４）を更に備える、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の電気多モード電力変換器モジュール（１０）。
6. 前記コントローラ（６０）は、前記通信コネクタ（６４）で、前記電力変換器モジュール（１０）の現在選択された状態を示すデータを提供するように構成されている、請求項５に記載の電気多モード電力変換器モジュール。
7. 少なくとも１つのコンパートメントを含む棚装置（２０）を備え、請求項１乃至６のいずれか１つに記載の電気多モード電力変換器モジュール（１０）が、前記少なくとも１つのコンパートメント内に挿入されている、電力供給システム（１）。
8. 各電気多モード電力変換器モジュール（１０）に対して、前記ハードウェア構成ポート（６２）は、スイッチコネクタ（ＳＳＣ）に接続可能なモジュールコネクタ（ＳＳＭ）を含み、前記スイッチコネクタ（ＳＳＣ）は、状態スイッチ（ＳＳ）に更に接続されている、請求項７に記載の電力供給システム。
9. 前記スイッチコネクタ（ＳＳＣ）と前記モジュールコネクタ（ＳＳＭ）とは相互に接続可能である、請求項８に記載の電力供給システム。
10. 前記スイッチコネクタ（ＳＳＣ）は、前記棚装置（２０）内の前記少なくとも１つのコンパートメントの後部に配置されており、
    前記モジュールコネクタ（ＳＳＭ）は、前記コンパートメント（２１ａ、２１ｂ）内に挿入された電気多モード電力変換器モジュール（１０）の後部に配置されている、請求項９に記載の電力供給システム。
11. 前記状態スイッチ（ＳＳ）は、前記棚装置（２０）の後部に配置されたＤＩＰスイッチを含む、請求項８乃至１０のいずれか１つに記載の電力供給システム。
12. 前記状態スイッチ（ＳＳ）は、前記棚装置（２０）の後部に配置された、ジャンパーコネクタから成る、請求項８乃至９のいずれか１つに記載の電力供給システム。
13. 少なくとも２つのコンパートメントを有する棚装置（２０）を備え、請求項１乃至６のいずれか１つに記載の第１および第２の電気多モード電力変換器モジュール（１０）が前記コンパートメントの２つに挿入された、電力供給システム（１）であって、
    前記第１のモジュール（１０）は、前記ハードウェア構成ポート（６２）によって前記第１の状態に設定されるように構成され、前記第１のモジュール（１０）の前記第１のＡＣポート（３２）はＡＣ本線に接続され、前記第１のモジュール（１０）の前記ＤＣポート（５２）は、バッテリに接続されており、
    前記第２のモジュール（１０）は、前記ハードウェア構成ポート（６２）によって前記第２の状態に設定されるように構成され、前記第２のモジュール（１０）の前記ＤＣポート（５２）は前記パッテリに接続され、前記第２のモジュール（１０）の前記第２のＡＣポート（４２）は、ＡＣ負荷に接続されている、
    電力供給システム。
14. 第１のＡＣ網と第２のＡＣ網との間の接続のための電力供給システム（１）であって、該システムは、少なくとも１つのコンパートメントを含む棚装置（２０）を備え、請求項１乃至６のいずれか１つに記載の電気多モード電力変換器モジュール（１０）が、前記少なくとも１つのコンパートメント内に挿入されており、
    前記第１のＡＣポート（３２）は、前記第１のＡＣ網に接続され、
    前記第２のＡＣポート（４２）は、前記第２のＡＣ網に接続され、
    前記モジュール（１０）は、前記ハードウェア構成ポート（６２）によって前記第３の状態に設定されるように構成されており、
    前記コントローラ（６０）は、前記第２のＡＣ網内のＡＣ電力の生成が予め設定された閾値より下回ったときに、前記第１のＡＣポート（３２）から前記第２のＡＣポート（４２）への前記電力転送を制御するように構成され、前記コントローラ（６０）は、前記第２のＡＣ網内のＡＣ電力の前記生成が前記予め設定された閾値より上回ったときに、前記第２のＡＣポート（４２）から前記第１のＡＣポート（３２）へ電力を転送するように構成されている、電力供給システム。

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