JP2017537601A - パケットエネルギー転送電力制御要素 - Google Patents

Abstract

デジタル電力システムは、少なくとも１つの電源と、少なくとも１つの電力制御要素と、電力制御要素から電流を受けるために電力制御要素と電気的に結合されたデジタル電力レシーバとを含む。電力制御要素は、（ｉ）電源と電気的に結合された電力調整回路と、（ｉｉ）電力調整回路と電気的に結合された要素制御部回路構成とを含む。要素制御部回路構成は、同様に、電力調整回路を制御して電力調整回路からのフィードバックを受け、通信／同期信号を受け、パケットエネルギー転送プロトコルの下でデジタル電力を出力するように構成される。

Description

デジタル電力は、電力が離散的な制御可能なエネルギーのユニットで分配される、任意の電力形式と位置づけられる。パケットエネルギー転送（ＰＥＴ）は、米国特許第８，０６８，９３７号明細書、“Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｆａｕｌｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ｐａｃｋｅｔ Ｃｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎ”で発明者Ｓｔｅｐｈｅｎ Ｓ．Ｅａｖｅｓによって開示された新しいデジタル電力プロトコルである。ＰＥＴプロトコルを使用する代表的なデジタル電力分配システムは、Ｅａｖｅｓの米国特許第８，７８１，６３７ Ｂ２号明細書（Ｅａｖｅｓ２０１２）で説明される。

従来のアナログ電力システムと比較した、デジタル電力伝送システムにおける主要な識別要因は、電気エネルギーが離散的なユニットに分けられ、エネルギーの個々のユニットは、安全性、効率性、回復力、制御または経路指定を最適化する目的で使用され得るアナログおよび／またはデジタル情報と関連付けることができるということである。

Ｅａｖｅｓ２０１２によって説明されるように、ソース制御部および負荷制御部は、送電線によって接続される。Ｅａｖｅｓ２０１２のソース制御部は、電源から送電線を周期的に絶縁し（接続を切り）、線路が絶縁される直前および直後にソース制御部端子に存在する電圧特性を、少なくとも、分析する。電力線が絶縁される期間は、Ｅａｖｅｓ２０１２によって「サンプル期間」と呼ばれており、ソースが接続される期間は、「転送期間」と呼ばれる。サンプル期間の前、間および後の線路上の電圧の上昇および減衰の速度は、送電線上に故障状態が存在しているかどうか明らかにする。測定可能な故障は、短絡、高い線路抵抗または線路に不適切に接触した個人の存在を含むが、これらに限定されない。ＰＥＴシステムの中のエネルギーは、離散的な数量、または量子として転送されるので、それは「デジタル電力」と呼ぶことができる。

Ｅａｖｅｓ２０１２で当初説明された、代表的なデジタル電力システムが図１に示される。システムは、ソース１および少なくとも１つの負荷２からなる。ＰＥＴプロトコルは、送電線からソースを周期的に切断するためにスイッチ手段３を操作することによって始められる。スイッチが開（非導電）状態であるとき、線路は同様に、分離ダイオード（Ｄ１）４によって、負荷に存在し得る任意の蓄積エネルギーから絶縁される。コンデンサ（Ｃ_３）５は、回路の負荷側のエネルギー貯蔵素子を代表する。

伝送線路は、固有の線間抵抗（Ｒ_４）、６および静電容量（Ｃ_１）７を有する。ＰＥＴシステムアーキテクチャは、Ｅａｖｅｓ２０１２によって説明されるように、さらなる線間抵抗（Ｒ_３）８および静電容量（Ｃ_２）９を加える。スイッチ３が開かれる瞬間に、Ｃ_１およびＣ_２は、Ｒ_４およびＲ_３の相加値に反比例する速度で減衰する蓄積電荷を有する。コンデンサ（Ｃ_３）５は、分離ダイオード（Ｄ１）４の逆阻止作用のために、Ｒ_３およびＲ_４を通じて放電しない。Ｃ_１およびＣ_２に含まれる電荷の量は、それらの両端の電圧に比例し、ソース制御部１１によって、点１０において測定され得る。

Ｅａｖｅｓ２０１２で説明されるように、Ｃ_１およびＣ_２に蓄積されたエネルギーの減衰速度の変化は、伝送線路上に横断線路故障があることを示す。正常動作と故障との間の相違は、Ｅａｖｅｓ２０１２によって提示されたように、図２に例示される。

以下で「Ｌｏｗｅ２０１４」と呼ばれる、米国特許出願公開第２０１５／０２０７３１８ Ａ１号明細書、“Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”は、パケットエネルギー転送を使用してデジタル電力網で安全に互いに接続される電力の多数のソースおよび多数の負荷の概念を提起した。電力制御要素（ＰＣＥ）の概念は、デジタル電力網における主要な構成要素としてＬｏｗｅ２０１４で提起された。電力制御要素１２の説明図が図３に描写される。

電力制御要素は、次の機能の１つまたは複数を行う。
・ パケットエネルギー転送（ＰＥＴ）プロトコルの下でエネルギーの安全な転送を行い、
・ ＰＥＴプロトコルの下でアナログ電力からデジタル電力に変換し、またはその逆を行い、
・ 電圧および／または電流を変換および／または制御し、かつ／または
・ 網内の１つのＰＥＴチャネルから別のＰＥＴチャネルへ電力を切り替える。

ＰＣＥは、バッテリなどの、エネルギー貯蔵デバイスの充電および放電を管理するために使うことができる。ＰＣＥは、太陽電池パネルなどの電源からのエネルギーの抽出を管理することができ、あるいは、ＰＣＥは、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源などの負荷に電力を提供する。

デジタル電力ネットワークにおける電力制御要素を構成するためのデジタル電力システムおよび方法について本明細書で説明され、そこでシステムおよび方法のさまざまな実施形態は、以下に説明される要素、機構およびステップの一部またはすべてを含み得る。

本発明は、デジタル電力ネットワークにおける電力制御要素を構成するための方法および装置に関する。より具体的には、本発明は、望ましい電圧および電流能力を達成するために、直並列構成で、個々の電源を管理するデジタル電力制御要素を構成するための方法および装置に関する。電力品質を改善するために、エネルギーパケットの位相シフトまたはインタリーブが使われる。

Ｅａｖｅｓ２０１２が単独のソースおよび単独の負荷デバイスを備えて構成されるデジタル電力システムを説明したのに対して、そしてＬｏｗｅ２０１４がデジタル電力網に統合された多数のソースおよび負荷を含むように技術を拡張したのに対して、より高い分配電圧および／または電流を作り出す直並列配置でのＰＣＥへのおよびＰＣＥからの電力の管理が本明細書で説明される。加えて、本開示は、より高い電力品質を達成するためにエネルギーパケットの並列ストリームを位相シフトする（しばしばインタリーブと呼ばれる）概念を提起する。本発明の文脈で、インタリーブは、複数のＰＥＴチャネルが時間とともにエネルギーパケットの伝送をずらすことである。ＰＥＴプロトコル下のチャネルが電流のフローを中断することは正常であるから、インタリーブは、チャネルのすべてが同時に線路電流を中断するのを防ぐ。このずらしは、電力分配システム上のピーク需要を減らし、電磁干渉を減らし、コンデンサおよびインダクタなどのフィルタ構成要素の大きさおよびコストを減らす。

デジタル電力システムの実施形態は、以下のもの、すなわち、少なくとも１つの電源と、少なくとも１つの電力制御要素と、電力制御要素からの電流を受けるために電力制御要素と電気的に結合されたデジタル電力レシーバとを含む。電力制御要素は、（ｉ）電源と電気的に結合された電力調整回路と、（ｉｉ）電力調整回路と電気的に結合され、電力調整回路を制御して電力調整回路からのフィードバックを受け、通信／同期信号を受け、パケットエネルギー転送プロトコルの下でデジタル電力を出力するように構成された、要素制御部回路構成とを含む。

デジタル電力ネットワークにおける電力制御要素を構成するための方法は、電力調整回路と、電力制御要素内のパケットエネルギー転送伝送線路対を通る電流のフローを制御する複数のパケットエネルギー転送スイッチを含む要素制御部回路構成とを備えた、少なくとも１つの電力制御要素に、電流のフローを送配するステップと、電力調整回路を使用して電力制御要素内の電流フローの入力電圧を安定化、調節または変換するステップと、要素制御部回路構成を使用して、電力調整回路からの電流フローを受け、電力調整回路を制御し電力調整回路からのフィードバックを受け、電力制御要素からパケットエネルギー転送プロトコルの下でデジタル電力を出力するステップと、要素制御部回路構成に通信／同期信号を通信して、順番に異なるパケットエネルギー転送スイッチを選択的に開閉するステップと、パケットエネルギー転送プロトコルの下で出力デジタル電力をデジタル電力レシーバに送配するステップであって、出力デジタル電力は電力制御要素内の少なくとも１つの閉じられたパケットエネルギー転送スイッチによって制御される少なくとも１つのパケットエネルギー転送伝送線路対から送配される、ステップとを含む。

ソース１、少なくとも１つの負荷２、およびソース制御部１１を備えた、代表的なデジタル電力システムを概略的に示す。 図１のシステムの動作における正常動作と故障との間の電圧変化の相違を例示する。 電源１３と結合された電力制御要素１２の概略説明図である。 ＰＣＥ１２とデジタル電力のレシーバとの間で制御および監視日付を交換するのと同様、多数のＰＣＥ１２の間でおよび各々のＰＣＥ１２の中の多数のＰＥＴスイッチの間でインタリーブを連携させることを可能にするために通信／同期信号２８が使用される、デジタル電力システムの実施形態を示す。 通信／同期信号２８の発信源であるデジタル電力レシーバ３３に供給するＰＣＥ１２の直列配置の実施形態を概略的に示す。 通信／同期信号２８の発信源である単独のデジタルレシーバ３３に供給する、個々の電源１３によって給電され並列に配置される電力制御要素（ＰＣＥ）１２を示す。 ＰＣＥ１２が並列に配置され、通信／同期信号２８の発信源である単独のデジタルレシーバ３３に供給する、単独の電源１３によって給電されるＰＣＥ１２を示す。 単独の電源１３によって給電される複数のＰＣＥ１２を備え、通信／同期信号２８の発信源であるトランスミッタ制御部４１を含む、デジタル電力トランスミッタ４０を描写する。

添付の図面で、異なる図を通じて、同じ種類の参照符号は同じまたは類似の部品を意味し、同じ参照数字を共有する同じまたは類似の項目の多数の実例を区別するためにアポストロフィが使用される。図面は必ずしも原寸に比例せず、代わりに、以下に論じる具体例で具体的な原理を例示することに重点が置かれる。

本発明のさまざまな実施態様の前述および他の特徴および利点は、以下の、本発明のより広い範囲内にある様々な概念および特定の実施形態のより具体的な説明から明らかになる。本発明の主題は、いずれの具体的な実装方式にも限定されないので、上で提起され以下でより詳細に論じられる、主題のさまざまな実施態様は、多数の方法のいずれで実施してもよい。特定の実装および応用の実施例は、主として例示的な目的で提供される。

別途本明細書で定義され、使用され、または位置づけられない限り、（技術的および科学的用語を含む）本明細書で使用される用語は、関連技術の文脈における通義と矛盾しない意味を有すると解釈するべきであり、本明細書で明確にそのように定義されない限り、理想化された、または過度に形式的な語義で解釈するべきではない。

「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後ろ」などの、空間的に相対的な用語は、図で例示されるように、１つの要素の別の要素に対する関係を説明する記述を容易にするために本明細書で使用する場合がある。空間的に相対的な用語が、例示された構成と同様に、本明細書で説明され図で描写された方向に加えて使用中または動作中の装置の異なった方向を含むように意図されることは、理解されよう。例えば、図中の装置が反転された場合、他の要素または機構の「下」（“ｂｅｌｏｗ”）または「下」（“ｂｅｎｅａｔｈ”）と説明された要素は、他の要素または機構の「上」に方向づけられることになる。したがって、例示的な用語「上」は、上および下の両方の方向を含み得る。装置は、（例えば、９０度または他の方向に回転して）別の状態に方向付けることができ、本明細書で使用される空間的に相対的な記述語は、それに応じて解釈することができる。

さらにまた、本開示で、要素が別の要素「の上にある」、別の要素「に接続している」、別の要素「に結合している」、別の要素「と接触している」などと呼ばれるとき、別途指定されない限り、要素は直接、他の要素の上にあるか、他の要素に接続しているか、他の要素に結合しているか、もしくは他の要素と接触していてもよく、または介在する要素が存在してもよい。

本明細書で使用される専門用語は、具体的な実施形態を説明することを目的としており、例示的な実施形態を限定するものであるように意図されない。本明細書で使用される、「１つの」（“ａ”）および「１つの」（“ａｎ”）などの、単数形は、文脈がそうでないことを示さない限り、同様に複数形を含むように意図される。加えて、用語、「含む」、「含んでいる」、「備える」および「備えている」は、述べられた要素またはステップの存在を指定するが、１つまたは複数の他の要素またはステップの存在または追加を妨げない。

加えて、本明細書で識別されるさまざまな構成要素は、組み立てられ完成された形で提供されてもよく、または、構成要素の一部またはすべては、最終製品を生産する顧客による組み立ておよび／または修正のために（例えば、書面、ビデオまたはオーディオ形式の）使用説明書とともにキットとして一緒に包装され売られてもよい。

電力制御要素（ＰＣＥ）１２の内部図が図４に提供される。ＰＣＥ１２は、電源１３の端子に接続している。注目すべきは、電源１３はエネルギーを提供するかまたは受けるエネルギー貯蔵デバイスとすることができるということである。電源１３は、ＰＣＥ１２の中の電力調整回路１４に接続している。ＰＣＥ１２の出力は、パケットエネルギー転送プロトコルの下でのデジタル電力である。

電力調整回路１４は入力電圧をとって、安定化、調節、または別の電圧レベルへの変換を提供する。電力調整回路１４は、出力端子から入力端子を電気的に絶縁する分離を同様に提供することができる。電力調整回路１４は、同様に、ＤＣ入力をＡＣ出力に変換することができる。ＰＣＥ１２で使われる、電力調整回路１４は双方向性とすることができ、電力が電源１３から、または電源１３に流れることを可能にする。この双方向性は、電源１３が同様にバッテリなどのエネルギー貯蔵デバイスである場合、必要なことがある。その最も基本的な形で、電力調整器は単純なフィルタコンデンサ、または電流フローを許可または禁止する（ソリッドステートまたは機械的な）電気スイッチとすることができる。最も電力密度の高い調整回路１４の一部は、スイッチモード電力変換器として業界で知られている。業界で周知の最も一般的な非絶縁接続形態は、ブースト、バック、バック―ブースト、チュック（Ｃｕｋ）、ＳＥＰＩＣおよびチャージポンプ／スイッチキャパシタを含むがこれに限定されない。絶縁された接続形態は、フライバック、フォワード、プッシュプルおよび共振コンバータを含む。

電力調整回路１４は、要素制御部回路構成１５から監視制御を受け要素制御部回路構成１５にフィードバックを提供する。要素制御部回路構成１５は、電力変換で使用される個々の電力半導体スイッチの制御などの、電力調整回路１４への非常に低レベルの制御を提供することができ、さらなる実施形態で、要素制御部回路構成１５は、電力調整回路１４の一部として存在する埋め込み制御部によって行われる低レベル制御を補う非常に高レベルの機能を提供することができる。要素制御部回路構成１５は、ＰＥＴプロトコルを実行するために必要とされる、一連のＰＥＴスイッチ、または断路デバイス（Ｓ１、Ｓ２、．．．ＳＮ）１６、１７、１８を管理する。Ｅａｖｅｓ２０１２で詳細に説明されるように、ＰＥＴスイッチＳ１、Ｓ２、．．．ＳＮは、電力半導体デバイスとすることができるが、同様に、電気機械式継電器などの他の形をとってもよい。電圧感知点１９、２０、および２１は、Ｅａｖｅｓ２０１２で説明されたように、パケットエネルギー転送プロトコルを実行するために使用される。

各々のＰＥＴスイッチは、ケーブル束２９としてＰＣＥ１２を出る個々のＰＥＴ導体２２／２３／２４を制御する。対応する負側導体２５、２６、および２７は、伝送線路電流のためのリターンパスを提供し、各々はケーブル束３０としてＰＣＥ１２を出る。

Ｅａｖｅｓ２０１２が単独のＰＥＴスイッチに対して責任を負う制御部を説明したのに対し、本方法は、制御部が個々のＰＥＴ伝送線路対に対する複数のＰＥＴスイッチＳ１、Ｓ２、．．．ＳＮを管理することを可能にする。そのうえ、本明細書で説明される電力制御要素（ＰＣＥ）１２は、電力システムに対する影響を最小化するようにエネルギーパケットの転送をずらす（またはインタリーブする）能力を有する。電源１３から個々のＰＥＴ導体２２〜２４への電流は各々のパケット期間で中断されるので、チャネルのすべてで同時に中断が起こるようにするのを避けることは有利である。例えば、各々のＰＥＴ伝送線路対が１アンペアの電流で動作している場合、インタリーブせずに伝送している３対は、各々のパケット期間に０から３アンペアまでの遷移を見る電源１３をもたらすことになる。１．５ｍｓのパケット期間に関して、遷移は１．５ｍｓ毎に０から３アンペアまでとなる。インタリーブを使用すると、３つのＰＥＴ伝送線路対からのＰＥＴパケットは、１．５ｍｓにわたってずらすことができ、あらゆる場合に、第３の対が非導電性である間に２つの対が導電性である状況をもたらすことができる。これは、電源１３から引き出される電流が１．５ｍｓ毎に３回２アンペアから３アンペアまで遷移する状況をもたらす。構成は合計３つのＰＥＴスイッチに限定される必要がなく、わずか１つのＰＥＴスイッチから応用のために実用的な数のＰＥＴスイッチまでを実施することができる。コンデンサなどの、電気フィルタリング構成要素は、電源１３によって直接見られる電流遷移を制限するために使用することができるが、いずれにしても、インタリーブは、構成要素の大きさ、重量およびコストを劇的に減らすことができる。

本明細書で後に説明するように、より高レベルの電圧および／または電流を達成するために、多数のＰＣＥ１２を直列におよび／または並列に組み合わせることができる。デジタル電力レシーバ３３に供給するＰＣＥ１２の直列配置の１つの実施形態が図５に描写される。図４を参照すると、ＰＣＥ１２とデジタル電力のレシーバ３３との間で制御および監視データを交換するのと同様、多数のＰＣＥ１２の間でおよび各々のＰＣＥ１２の中の多数のＰＥＴスイッチＳ１、Ｓ２、．．．ＳＮの間でインタリーブを連携させることを可能にするために通信／同期信号２８が使用される。同期信号２８は、離散的信号として提供することができ、または直列データストリームに埋め込むことができる。ＰＥＴシステムにおける通信のための多数の任意選択機能は、ＲＳ−２３２、ＲＳ−４８５、ＣＡＮバス、ファイヤワイヤなどを含む通信ハードウェアおよびプロトコルを詳述したＥａｖｅｓ２０１２で説明された。通信は、銅導体、光ファイバを使用して、またはワイヤレスで確立することができる。ワイヤレス通信は、Ｗｉ−Ｆｉ、ＩＲＤａ、Ｗｉ−Ｍａｘなどを含む、当業者に周知の多くのプロトコルのいずれかを使用して確立することができる。

通信／同期信号２８の機能を実施するための別の任意選択機能は、「電力線デジタル加入者線」（ＰＤＳＬ）、「幹線通信」、または「電力線ブロードバンド」（ＢＰＬ）としても知られている、「電力線上の通信」または「通信または電力線搬送」（ＰＬＣ）として当技術分野で知られている方法を参照して、Ｅａｖｅｓ２０１２で説明された。通信／同期信号２８を確立するためのさらに別の方法は、米国特許出願公開第２０１５／０２１５００１ Ａ１号明細書、“Ｐａｃｋｅｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｉｎ−ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”で説明された。インライン通信方法は、電圧振幅変調されたデータストリームを転送する「静穏」期間として伝送対がソース（トランスミッタ）および負荷（レシーバ）から絶縁されるとき、ＰＥＴプロトコルの下で期間を利用する。

直列データストリームに同期信号を埋め込むことに加えて、多数のＰＣＥ１２および各々のＰＣＥ１２の中の多数のＰＥＴスイッチＳ１、Ｓ２、．．．ＳＮに個々の位相シフト制御を提供することを可能にするように、中央制御装置からインタリーブ位相シフト値またはオフセットを提供することができる。ＰＣＥ１２の直列配置の１つの実施形態で、同期信号２８を使用して、同じＰＥＴ伝送対に付けられた直列ストリング内のＰＣＥ１２のすべてに同一の位相シフト値を適用することができる。

通信／同期信号２８は、図５に示されるように、デジタル電力レシーバ３３から発することができる。適当なインタフェースを持つデジタル電力レシーバは、本明細書で提起されたインタリーブの新しい概念なしでではあるが、米国特許出願第１４／８８６，４５５号明細書、“Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ”で説明された。別の実施形態で、インタリーブについての位相シフトは、ＰＣＥ要素制御部回路構成１５によってランダム化されて、同期インタリーブで達成される恩恵の多くを達成することができる。さらなる実施形態で、同期およびランダム化インタリーブの組合せをシステムで実施することができる。

図４を再び参照すると、バイパスダイオード（ＤＢ）３１およびバイパススイッチ（ＳＢ）３２は、ＰＥＴスイッチＳ１、Ｓ２、およびＳＮが非導電状態であるとき他のＰＣＥ１２からの電流が流れ続けることを可能にするために、図５のように、電力制御要素（ＰＣＥ）１２が直列に接続しているいくつかの実施形態で有用である。バイパス機能はダイオードＤＢのみで実施することができるが、バイパススイッチＳＢの追加は、ダイオードで見いだされる導電損失に対してＳＢを具現化し得る多くの電力半導体−例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で見いだされる、より低い導電損失に起因して電力損失を減らす。あるいは、ＤＢは、ＳＢまたはＰＥＴスイッチＳ１、Ｓ２、もしくはＳＮが故障した場合に全体的なストリングが動作することを可能にするための比較的フェイルセーフの方法という利点を提示するけれども、ダイオードＤＢは、ＳＢが実施される場合完全に削除してもよい。

２つ以上のＰＥＴ伝送線路対があることを意味している、２つ以上のＰＥＴスイッチがある場合に、専用のバイパスダイオード（ＤＢ）および／またはバイパススイッチ（ＳＢ）が各々の対に対して実装されることに留意すべきである。簡潔にするために、図４はただ１つのバイパスダイオード（ＤＢ）および１つのバイパススイッチ（ＳＢ）だけを示す。実際は、３つのバイパスダイオードおよび３つのバイパススイッチが３つの対応するＰＥＴスイッチＳ１、Ｓ２、およびＳＮに対して使用される。各々の場合に、スイッチＳＢは、その対応するＰＥＴスイッチＳ１、Ｓ２、またはＳＮが導電状態であるときはいつでも非導電状態であるように要素制御部回路構成１５によって操作され、そうでなければ、ＳＢは電気的短絡として現れる。

図６は、単独のデジタルレシーバ３３に供給する、個々の電源１３によって給電され並列に配置されるＰＣＥ１２の１つの実施形態を描写する。この場合、デジタルレシーバ３３は、通信／同期信号２８の発信源であり、インタリーブ位相シフト値の最適化を通じて、ＰＣＥ１２によってレシーバ３３に提供される電力品質を最大化する。

図７は、ＰＣＥ１２が並列に配置され、単独のデジタルレシーバ３３に供給する、単独の電源１３によって給電されるＰＣＥ１２の１つの実施形態を描写する。この場合、デジタルレシーバ３３は、通信／同期信号２８の発信源であり、インタリーブ位相シフト値のＰＣＥ１２最適化によって単独のソース１３から引き出される電力品質を最大化する。

図８は、単独の電源１３によって給電される複数のＰＣＥ１２を備え、通信／同期信号２８の発信源でありインタリーブ位相シフト値の最適化を通じてＰＣＥ１２によって単独のソース１３から引き出される電力品質を最大化するトランスミッタ制御部４１を含む、デジタル電力トランスミッタ４０を描写する。

本発明の実施形態を説明する際には、明確化のために特定の専門用語が使用される。説明の目的で、特定の用語は、類似の結果を成し遂げるために類似のやり方で動作する技術的および機能的等価物を少なくとも含むように意図される。加えて、本発明の具体的な実施形態が複数のシステム要素または方法ステップを含むいくつかの場合に、それらの要素またはステップは単独の要素またはステップで置き換えてもよく、同様に、単独の要素またはステップは同じ目的を果たす複数の要素またはステップで置き換えてもよい。さらに、さまざまな特性に対するパラメータまたは他の値が発明の実施形態に対して本明細書で指定される場合、それらのパラメータまたは値は、別途指定されない限り、１／１００、１／５０、１／２０、１／１０、１／５、１／３、１／２、２／３、３／４、４／５、９／１０、１９／２０、４９／５０、９９／１００などで、またはそれらの四捨五入された近似で上下に（または１、２、３、４、５、６、８、１０、２０、５０、１００などの係数で上に）調節することができる。そのうえ、本発明はその具体的な実施形態を参照して示され説明されたが、当業者は、形および細部におけるさまざまな代替および変更が本発明の範囲を逸脱することなくそれらの実施形態になされ得ることを理解するであろう。さらにまた、他の実施態様、機能および利点は、同様に本発明の範囲内にあり、本発明のすべての実施形態は必ずしも利点のすべてを達成する必要はなく、上述した特性のすべてを持つ必要はない。加えて、１つの実施形態に関連して本明細書で論じたステップ、要素および機構は、同様に他の実施形態と併せて使用することができる。本テキスト全体を通じて引用された、参照テキスト、雑誌記事、特許、特許出願書などを含む、参考文献の内容は、全体として参照により本明細書に援用され、これらの参考文献からの適切な構成要素、ステップ、および特徴づけは、本発明の実施形態に含まれていても含まれていなくてもよい。さらにまた、背景技術の節で識別された構成要素およびステップは、本開示に不可欠であり、本発明の範囲内で本開示の他の場所で説明された構成要素およびステップと併せて使用することができ、またはこれらの代わりに用いることができる。方法クレームで、−順序付けられた先行文字が参照を容易にするために付加されるかどうかにかかわらず−段階が具体的な順序で列挙される場合、別途指定されるかまたは用語および言葉遣いによって暗示されない限り、段階は、それらが列挙される順序に時間的に限定されると解釈されるべきではない。

Claims (19)

1. 少なくとも１つの電源と、
   ｉ） 前記電源と電気的に結合された電力調整回路と、
   ｉｉ） 前記電力調整回路と電気的に結合され、かつ、前記電力調整回路を制御して前記電力調整回路からのフィードバックを受け、通信／同期信号を受け、パケットエネルギー転送プロトコルの下でデジタル電力を出力するように構成された、要素制御部回路構成と、
   を含む、少なくとも１つの電力制御要素と、
   前記電力制御要素から電流を受けるために前記電力制御要素と電気的に結合されたデジタル電力レシーバと、
   を備えた、デジタル電力システム。
2. 前記要素制御回路構成は、複数のパケットエネルギー転送伝送線路対と、前記パケットエネルギー転送伝送線路対を通る電流フローをそれぞれ個別的に制御するように構成された複数のパケットエネルギー転送スイッチとを含む、請求項１に記載のデジタル電力システム。
3. 前記要素制御回路構成は、前記通信／同期信号に応じて特定のパケットエネルギー転送スイッチまたはパケットエネルギー転送スイッチの組合せを個別的にかつ順次に開閉するように構成される、請求項２に記載のデジタル電力システム。
4. それぞれのパケットエネルギー転送伝送線路対の部材間で、電気的に接続し、電流フローを制御するように構成された、バイパスダイオードおよびバイパススイッチをさらに備え、前記バイパススイッチは、前記バイパススイッチの対応するパケットエネルギー転送スイッチが導電状態であるときはいつでも非導電状態であり、他のときは電気的短絡として現れるように、前記要素制御部回路構成から命令を受けるように構成される、請求項２に記載のデジタル電力システム。
5. 前記システムは、複数の電力制御要素を含む、請求項１に記載のデジタル電力システム。
6. 前記電力制御要素は、直列に電気的に接続している、請求項５に記載のデジタル電力システム。
7. 前記電力制御要素は、並列に電気的に接続している、請求項６に記載のデジタル電力システム。
8. 前記デジタル電力レシーバは、前記通信／同期信号を生成および送信するように構成される、請求項１に記載のデジタル電力システム。
9. 前記要素制御部回路構成は、前記通信／同期信号を生成および送信するように構成される、請求項１に記載のデジタル電力システム。
10. 前記通信／同期信号を生成および送信するように構成されたトランスミッタ制御部をさらに備える、請求項１に記載のデジタル電力システム。
11. デジタル電力ネットワークにおける電力制御要素を構成するための方法であって、
    電力調整回路と、前記電力制御要素内のパケットエネルギー転送伝送線路対を通る電流のフローを制御する複数のパケットエネルギー転送スイッチを含む要素制御部回路構成とを備えた、少なくとも１つの電力制御要素に、前記電流の前記フローを送配するステップと、
    前記電力調整回路を使用して前記電力制御要素内の前記電流フローの入力電圧を安定化、調節または変換するステップと、
    前記要素制御部回路構成を使用して、前記電力調整回路からの前記電流フローを受け、前記電力調整回路を制御し前記電力調整回路からのフィードバックを受け、前記電力制御要素からパケットエネルギー転送プロトコルの下でデジタル電力を出力するステップと、
    前記要素制御部回路構成に通信／同期信号を通信して、順番に異なるパケットエネルギー転送スイッチを選択的に開閉するステップと、
    パケットエネルギー転送プロトコルの下で前記出力デジタル電力をデジタル電力レシーバに送配するステップであって、前記出力デジタル電力は、前記電力制御要素内の少なくとも１つの閉じられたパケットエネルギー転送スイッチによって制御される少なくとも１つのパケットエネルギー転送伝送線路対から送配される、ステップと、
    を含む、デジタル電力ネットワークにおける電力制御要素を構成するための方法。
12. 前記複数のパケットエネルギー転送スイッチの前記開閉は、少なくとも前記パケットエネルギー転送スイッチの第２が閉じている間に少なくとも前記パケットエネルギー転送スイッチの第１が開いているようにずらされる、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１のパケット転送スイッチを閉じるステップと、前記第１のパケットエネルギー転送スイッチが閉じられるとき前記第２のパケットエネルギー転送スイッチを開くステップとをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 電流の前記フローは、順番に複数の前記電力制御要素を通って送配される、請求項１１に記載の方法。
15. 電流の前記フローは、並列に複数の前記電力制御要素を通って送配される、請求項１１に記載の方法。
16. 前記要素制御部回路構成からの命令に応じて、パケットエネルギー転送伝送線路対の部材間の導電経路内のバイパススイッチを前記パケット線路対におけるパケットエネルギー転送スイッチが導電状態であるとき開くステップと、前記バイパススイッチを前記パケットエネルギー転送スイッチが非導電状態であるとき閉じるステップとをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
17. 前記デジタル電力レシーバは、前記要素制御部回路構成への前記通信／同期信号を生成および送信する、請求項１１に記載の方法。
18. 前記要素制御部回路構成は、前記要素制御部回路構成への前記通信／同期信号を生成および送信する、請求項１１に記載の方法。
19. トランスミッタ制御部を使用して、前記要素制御部回路構成への前記通信／同期信号を生成および送信するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。

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