JP2019047717A - 一体化されたユニバーサルシリアルバス（ｕｓｂ）付きのスマート且つ堅牢な壁ソケット - Google Patents

Abstract

【課題】スマート電気プラグを過熱保護回路により保護する。【解決手段】スマート電気プラグ１００ａは、電気装置を充電するための１つ以上の電気コンセント及び１つ以上のユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コンセントをサポートする。１つ以上の電気コンセントを通じて消費された電力は、個々に又は組み合わせて測定し、無線通信チャネルを介して報告される。スマート電気プラグは、複数のプリント回路板アセンブリにより実装され、熱散逸の影響を低減するべくハウジング内で分散される。スマート電気プラグは、１つ以上の電気回路手法の使用により熱散逸をさらに低減する。【選択図】図１Ａ

Description

この特許出願は、２０１７年８月２９日に出願された「Ｓｍａｒｔ ａｎｄ Ｒｏｂｕｓｔ Ｗａｌｌ Ｓｏｃｋｅｔ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ（ＵＳＢ）」という名称の米国特許仮出願第６２／５５１，３３４号の非仮出願であるとともにそれに基づく優先権を主張する、２０１８年５月２１日に出願された米国特許出願第１５／９８５，１８７号の恩典およびそれに基づく優先権を主張し、これらは両方とも、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本開示の態様は、電化製品などの取り付けられる電気装置に電力を提供するスマート電気プラグに関する。

スマートプラグは、一般的には、普通のコンセントに直に差し込むデバイスであり、それ自体にコンセントを有する。電化製品が、普通の電気コンセントに対する拡張を得るべくスマートプラグのコンセントに差し込まれる場合がある。例えば、スマートプラグは、アプリを介して、ユーザがスマートプラグを能動的に制御する、タイムスケジュールに従って自動化する、又は別の電子システムからトリガすることを可能にする場合がある。

スマートプラグは、セキュリティ、便利さ、及び省エネルギーのための多くの用途をもつ、スマートホームの多用途の構成要素であり得る。しかしながら、これらの能力は、高い変化する電流負荷の下で相当な電力を取り付けられる電化製品に供給する一方で、対応する回路の複雑さを一般的に必要とする。その結果、スマートホームにおける普通のソケットコンセント／スマートプラグを所望のレベルの堅牢性に置き換えるべくスマートソケットコンセントを提供することへの現実の市場でのニーズがある。本開示では、スマートソケットコンセント、スマートコンセント、又はスマートソケットは、上記の用語がスマートソケットコンセントを指すように交換可能に用いられる。

本発明の上記の要約並びに本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、単なる例として含まれる、特許請求される発明に関して限定するためではない添付図と併せて読むときに、よりよく理解される。

一実施形態に係るライブ（Ｌ）線上に電流センサとリレーとの両方を有するスマートコンセントの機能ブロックを示す図である。 一実施形態に係るライブ（Ｌ）線上に電流センサと２つのリレーを有するスマートコンセントの代替的な機能ブロックを示す図である。 一実施形態に係るニュートラル（Ｎ）線上に２つの電流センサ及びライブ（Ｌ）線上に２つのリレーを有するスマートソケットの機能ブロックを示す図である。 一実施形態に係るニュートラル（Ｎ）線上に電流センサ及びライブ（Ｌ）線上に２つのリレーを有するスマートソケットの代替的な機能ブロックを示す図である。 一実施形態に係るスマートソケットに組み込まれ得るＵＳＢ充電回路を示す図である。 一実施形態に係るスマートソケットのための三次元プリント回路板アセンブリ（ＰＣＢＡ）を示す図である。 一実施形態に係るスマートソケットのための三次元プリント回路板アセンブリ（ＰＣＢＡ）を示す図である。 一実施形態に係るスマートソケットのための三次元プリント回路板アセンブリ（ＰＣＢＡ）を示す図である。 一実施形態に係るスマートソケットのための三次元プリント回路板アセンブリ（ＰＣＢＡ）を示す図である。 現在の実施形態に係る、その高電流搬送領域上の抵抗を最小にするべくはんだ付けされた銅箔を有する、銅合金（例えば、真鍮）「ニュートラル」（Ｎ）金属バー及び「ライブ」（Ｌ）金属バーを示す図である。 現在の実施形態に係る、その高電流搬送領域上の抵抗を最小にするべくはんだ付けされた銅箔を有する、銅合金（例えば、真鍮）「ニュートラル」（Ｎ）金属バー及び「ライブ」（Ｌ）金属バーを示す図である。 現在の実施形態に係る、その高電流搬送領域上の抵抗を最小にするべくはんだ付けされた銅箔を有する、銅合金（例えば、真鍮）「ニュートラル」（Ｎ）金属バー及び「ライブ」（Ｌ）金属バーを示す図である。 一実施形態に係るスマートソケットのためのメインＰＣＢＡの上面図である。 一実施形態に係るスマートソケットのためのメインＰＣＢＡの背面図である。 一実施形態に係る第１のＵＳＢ ＰＣＢＡの上面図である。 一実施形態に係る第１のＵＳＢ ＰＣＢＡの背面図である。 一実施形態に係るＤＣ／ＤＣ変換器を有する第２のＵＳＢ ＰＣＢＡの上面図である。 一実施形態に係るＤＣ／ＤＣ変換器を有する第２のＵＳＢ ＰＣＢＡの背面図である。 一実施形態に係るＵＳＢコンセントを有するスマートソケットの組立及び複合図である。 一実施形態に係るＵＳＢコンセントを有するスマートソケットの組立及び複合図である。 一実施形態に係るＵＳＢコンセントを有するスマートソケットの組立及び複合図である。 一実施形態に係るＵＳＢコンセントを有するスマートソケットの組立及び複合図である。 一実施形態に係るＵＳＢコンセントを有するスマートソケットの組立及び複合図である。 一実施形態に係るスマートソケットの上面図である。 一実施形態に係るスマートソケットの背面図である。 前面金属プレートの代替的な実施形態に係るスマートソケットの前側ＰＣＢＡ図である。 前面金属プレートの代替的な実施形態に係るスマートソケットの前側ＰＣＢＡ図である。 前面金属プレートの代替的な実施形態に係るスマートソケットの前側ＰＣＢＡ図である。

図１Ａ〜図１Ｂは、それぞれ、いくつかの実施形態に係るスマートソケット（スマート電気プラグ）の機能ブロック図１００ａ及び１００ｂである。省エネルギー及び接続性を達成するばかりでなく、電気プラグ及びソケットは、エネルギー使用量（或る時間にわたる電力）を測定する能力、無線レポートを生成する能力、及びエネルギー使用量を制御する能力を組み込んでよい。これは、スマートプラグ、スマートソケット、又はスマートコンセントと呼ばれる場合がある。将来的にスマートデバイスがより広く受け入れられれば、移動電話及びＩＰＡＤ類などのポータブル電子製品を直接充電するためにＵＳＢコンセントと共にＡＣ−ＤＣ変換などのさらなる機能がプラグ及びソケットに一体化されるかもしれない。１つの主要な関心事は、安全要件及び規定を満たすべくスマート電気プラグ内の温度上昇を低減することである。実施形態の一態様は、少なくとも２つの電源ソケットと共に２つ以上のＵＳＢ充電ソケットを有するスマート壁設置デバイスの開発を可能にしている。いくつかの実施形態に係るスマートソケットの機能ブロック図が図１Ａ〜図１Ｂに示される。

図１Ａ〜図１Ｂでは、電流センサとリレーとの両方が、小型のＰＣＢアセンブリを有するライブ（Ｌ）線１５１上に配置される。

図１Ａを参照すると、電力が、ＡＣ電源入力１０１で与えられ、ライブ（Ｌ）線１５１、グランド（Ｇ）線１５２、及びニュートラル（Ｎ）線１５３を通る。いくつかの実施形態によれば、ＡＣ電源入力１０１は、既存の壁電気レセプタクルに差し込む３極構成を有する。

スマートソケット１００ａは、電流センサ１０２及びリレー１０４を通じて及び電流センサ１０３及びリレー１０５を通じてそれぞれＬ線１５１に電気的に結合される、２つの電気出力ソケット１０６及び１０７をサポートする。電流センサ１０２及び１０３により過電流（例えば、所定のレベルを上回る）が検出されるとき、リレー１０４及び１０５は、スマートソケット１００ａのための電気的保護を提供するべく開くように命令されてよい。

電力測定ＩＣ１０９は、分圧器１０８を通る信号（Ｌ線の電圧レベルを示す）と併せて電流センサ１０２及び１０３により生成された信号（電流を示す）から、出力ソケット１０６及び１０７に接続されたデバイスの消費電力を判定する。

電力測定ＩＣ１０９は、この情報を運ぶ無線チャネル上で信号を送信するＲＦモジュール１１０を通じて電力測定情報を提供する。いくつかの実施形態によれば、電力測定値は、これに適切な持続時間を掛けることによりエネルギー測定値に変換されてよい。

スマート電気プラグ１００ａは、整流器／フィルタ１１１及び変圧器１１２を通じてその回路のための電力を得る。スマート電気プラグ１００ａは、同期整流器１１３及びＵＳＢポートコントローラ１１５を通じて１つ以上のＵＳＢ出力１１６をサポートする。ＲＦモジュール１１０及びリレー１０４及び１０５のための電力は、ダイオード整流器１１４及びＤＣ変換器１１７及び１１８を通じて得られる。

いくつかの実施形態は、調節可能であり得る温度スイッチ１１９をサポートしてよい。スマート電気プラグ１００ａの内部温度が第１の所定の温度（例えば７０℃）を超えるとき、温度スイッチ１１９は、ＵＳＢ出力を遮断するべくＵＳＢポートコントローラ１１５への信号を生成する。内部温度が第２の所定の温度（例えば６０℃）よりも低く下がるとき、温度スイッチ１１９は、ＵＳＢ出力を再開するべく信号を生成する。

それぞれ図１Ｃ及び図１Ｄに示される機能ブロック図１００ｃ及び１００ｄによれば、電流センサをＬ線１５１からＮ線１５３に移動させることによってライブ（Ｌ）線１５１上の電力散逸を低減するべく、電流センサ１４１、１４２、及び１４３がニュートラル（Ｎ）線１５３上に配置され、リレーがライブ（Ｌ）線１５１上に配置される。

図１Ａ及び図１Ｂに示された実施形態によれば、スマートソケットは、電力散逸を低減する、したがって、スマート電気プラグ内の温度上昇を低減するべく、２つのチャネルを有する単一の電力測定集積回路（ＩＣ）１０９と、ＵＳＢ区域における同期整流器１１３とを有する各ソケット１０６、１０７（電気コンセント）からの電力／エネルギーを測定することができる。図１Ｂに示された実施形態を参照すると、スマートソケットは、ソケットからの総エネルギー使用量を報告するべく単一の電流センサ１３１と共に１つの単一チャネル電力測定ＩＣ１３２を有する。

従来の手法に係るＵＳＢ充電回路によれば、組み込まれるショットキーダイオードが、主な熱散逸源である。実施形態の一態様によれば、ショットキーダイオードは、図２に示すように同期整流器回路２００に置き換えられる。ＭＯＳＦＥＴの電力散逸は、一般的には、ショットキーダイオードの電力散逸よりもはるかに低い。

スマートソケットの実施形態の別の態様によれば、ＰＣＢでの可能な最大幅の高電流トレースに加えて、電力散逸を低減し、結果的に発熱をより少なくするべくトレース抵抗を低減するために銅シートが付加されてよい。

スマートソケットの実施形態の別の態様によれば、高電流トレースは、図３Ａ〜図３Ｄに示すように三次元ＰＣＢＡ構成に従ってできる限り短くされる。

スマートソケットの実施形態の別の態様によれば、電流感知レジスタ（電流センサとして作用する）は、従来の手法（一般的には１ｍＯｈｍの範囲内）に対してより低い値（例えば０．２５ｍＯｈｍ）を有する。

スマートソケットの実施形態の別の態様によれば、電源回路は、従来の手法で用いられる低損失（ＬＤＯ）レギュレータではなくＤＣ／ＤＣ変換器を備える。

スマートソケットの実施形態の別の態様によれば、スマートソケットは、可能な最低のコンタクト抵抗を有するリレーを備える。

図３Ａ〜図３Ｄ（それぞれアセンブリ３００ａ〜３００ｄに対応する）を参照すると、ＵＳＢ回路を有するスマートソケットは、３つのプリント回路板アセンブリ（ＰＣＢＡ）と共に組み立てられる。いくつかの実施形態によれば、スマートソケットは、従来の手法に対して改善された熱散逸を得るべく別個の変圧器及びスイッチ−モード電源（ＳＭＰＳ）チップセットを備える。いくつかの実施形態によれば、リレー及び変圧器は、ヒートシンクがスマートソケットの裏側から組み込まれ得るように編成される。いくつかの実施形態によれば、金属ヒートシンクは、図３Ｃ及び図３Ｄの背面図に示すように、電気短絡を回避するべく断熱材（ＴＩＭ）でリレー、変圧器、コンデンサ、及び他の構成要素から電気的に絶縁される。

いくつかの実施形態によれば、スマート電気プラグは、比較できる電気的特徴に関して従来の手法よりも小さい寸法を有する。例えば、一実施形態によれば、第１及び第２の電気出力ソケットの合計最大定格電流は、およそ２０アンペアであり、この場合、スマート電気プラグは、およそ１４８．３ｍｍ（長さ）×８７．８ｍｍ（幅）×２９．３ｍｍ（高さ）の外寸を有する。例示的な実施形態によれば、スマート電気プラグは、単一の出力ソケットにのみ電気負荷が存在するときにおよそ１３アンペアの定格電流を有する。

図３Ｅ〜図３Ｆは、一実施形態に係る、その高電流搬送領域上の抵抗を最小にするべくはんだ付けされた銅シート又は銅箔を有する銅合金（例えば、真鍮）「ニュートラル」（Ｎ）金属バー３１０及び「ライブ」（Ｌ）金属バー３２０を示す。別の実施形態では、銅シート（箔）領域を有する領域は、銅バーで作製し、真鍮ソケット挿入領域に溶接することができる。

図３Ｅは、Ｎ線１５３に関連する金属バー３１０を示す。バー３１０は、真鍮金属ストリップ３１１及び銅箔３１２を備える。

図３Ｆは、Ｌ線１５１に関連する金属バー３２０を示す。バー３２０は、真鍮ストリップ３２１及び銅箔３２２を備える。

前述の３つのプリント回路板４００ａ〜４００ｂ（メインＰＣＢＡ）、５００ａ〜５００ｂ（ＵＳＢ ＰＣＢＡ−１）、及び６００ａ〜６００ｂ（ＵＳＢ ＰＣＢＡ−２）の詳細が図４〜図６に示される。

図７Ａ〜図７Ｅは、一実施形態に係るＵＳＢコンセントを有するスマートソケットの組立及び複合図である。図７Ａは、ＵＳＢプラスチック筐体（ハウジング）と共に３つのＰＣＢアセンブリを示す。図４〜図６に示されるＰＣＢＡ４００、ＰＣＢＡ５００、及びＰＣＢＡ６００は、それぞれ、メインＰＣＢＡ、ＵＳＢ ＰＣＢＡ−１、及びＵＳＢ ＰＣＢＡ−２に対応する。図７Ｂは、プラスチックソケットセパレータ及びプラスチック裏側ハウジングと共に３つのＰＣＢアセンブリを示す。図７Ｃは、前側ハウジング、前側カバー、及び他のハウジングアセンブリ構成要素を示す。図７Ｄは、前側ハウジング、前側カバー、及び３つのＰＣＢアセンブリを有する裏側ハウジングを示す。図７Ｅは、ＵＳＢコンセントを有するスマートソケットの構成要素の複合図である。

図８Ａ及び図８Ｂは、スマートソケットのそれぞれ上面図８００ａ及び背面図８００ｂである。

図９Ａは、誘電体層を適用する前のスマートソケットのＰＣＢＡの上面図／正面図９００ａである。

図９Ｂは、ヒートシンクとして金属プレートを適用する前のＰＣＢＡ表面を覆う誘電体層を有するスマートソケットのＰＣＢＡの上面図／正面図９００ｂである。

図９Ｃは、前面ヒートシンクとして機能する表面金属プレート（例えば、銅）を有するスマートソケットのＰＣＢＡの上面図／正面図９００ｃである。これらの金属プレートは、リレー出力のライブ（Ｌ）接続領域に電気的に結合される。代替的な実施形態によれば、金属プレートは、出力接続領域に電気的に結合され、プラスチックハウジングの前側と物理的に接触している。

いくつかの実施形態によれば、図１Ａ〜図１Ｂを参照すると、スマートソケット１００ａ、１００ｂは、プロセスが実行され得るコンピューティングデバイス（明示的に図示されない）を含んでよい。いくつかの実施形態によれば、コンピューティングデバイスは、図４Ａに示されるＲＦモジュールに含まれてよい。ＲＦモジュールは、ソケットをオン又はオフにする命令を受信するため、及び各ソケットからゲートウェイを介して電話機、スマートフォン、又はコンピュータなどの外部電子デバイスに電力読取値を伝送するために用いられてよい。

コンピューティングデバイスは、コンピューティングデバイスと、ＲＡＭ、ＲＯＭ、通信モジュール、及びメモリデバイスを含むその関連した構成要素の全体の動作を制御するためのプロセッサを有してよい。例えば、コンピューティングデバイスは、モジュールに存在してよく、フラッシュメモリからアクセスされるコンピュータで実行可能な命令を実行してよい。

コンピューティングデバイスは、一般的には、種々のコンピュータ可読媒体を含む。コンピュータ可読媒体は、コンピューティングデバイスによりアクセスされ得る任意の入手可能な、揮発性及び不揮発性メディア、リムーバブル及び非リムーバブルメディアの両方を含む媒体であってよい。単なる例として、限定ではなく、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と通信媒体との組合せを含んでよい。

コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のデータなどの情報を記憶するための任意の方法又は技術で実装される揮発性及び不揮発性、リムーバブル及び非リムーバブルメディアを含んでよい。コンピュータ記憶媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的に消去可能でプログラム可能な読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ又は他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、又は他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ、又は他の磁気記憶装置、又は所望の情報を記憶するのに用いることができ、且つコンピューティングデバイスによりアクセスすることができる任意の他の媒体を含むがこれらに限定されない。

通信媒体は、一般的には、搬送波又は他の輸送機構などの変調されたデータ信号においてコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のデータを具体化し、任意の情報送達媒体を含む。変調されたデータ信号は、その特徴の組のうちの１つ以上を有する、又は信号の情報をエンコードする様態に変化した信号である。単なる例として、限定ではなく、通信媒体は、有線ネットワーク又は直接有線接続などの有線媒体、及び、音声、ＲＦ、赤外線、及び他の無線媒体などの無線媒体を含む。

以下の実施形態は、スマートソケットに向けられる革新的な態様を説明する。例えば、一態様は、内部電力散逸を低減し、その結果、従来の手法に対して内部温度上昇を回避する。別の態様は、取り付けられる電気装置（例えば、電化製品）のプラグを差し込む又は抜くときの安全性を高める。

第１の実施形態によれば、スマートソケット構造体は、リレー、電力測定ＩＣ、電流センサ、ＲＦモジュール、ＡＣ／ＤＣ変換器、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）、少なくとも１つのソケット、接地金属ブラケット、及びプラスチックハウジングを備える。

第２の実施形態によれば、スマートソケットは、２つのソケットと共に２つの一体化されたＵＳＢコンセントを備える。

第３の実施形態によれば、スマートソケットは、図１Ａに示すように各ソケットがエネルギーの測定及び報告のためのそれ自身の電流センサを有し、ライブ（Ｌ）線上に電流センサとリレーとの両方を有する、２つのスマートソケットを備える。

第４の実施形態によれば、スマートソケットは、図１Ｂに示すようにエネルギーの測定及び報告のための共通の電流センサを有し、ライブ（Ｌ）線上に共通の電流センサ及びリレーを有する、ソケットを備える。

第５の実施形態によれば、スマートソケットは、図１Ｃに示すように各ソケットがエネルギーの測定及び報告のためのそれ自身の電流センサを有し、ニュートラル（Ｎ）線上に電流センサ及びライブ（Ｌ）線上にリレーを有する、２つのスマートソケットを備える。

第６の実施形態によれば、スマートソケットは、図１Ｄに示すようにエネルギーの測定及び報告のための共通の電流センサを有し、ニュートラル（Ｎ）線上に共通の電流センサ及びライブ（Ｌ）線上にリレーを有する、ソケットを備える。

第７の実施形態によれば、スマートソケットは、短く広いＰＣＢトレースと共にＵＳＢ回路内に同期整流器（能動整流器と呼んでもよい）を備え、この場合、銅箔（シート）がトレース抵抗をさらに低減する。

第８の実施形態によれば、スマートソケットは、メインＰＣＢアセンブリと、第１のＵＳＢ ＰＣＢアセンブリと、ＤＣ／ＤＣ変換器を有する第２のＵＳＢ ＰＣＢアセンブリとを含む、複数の（例えば、図示された実施形態では３つの）プリント回路板アセンブリ（ＰＣＢＡ）を備える。メインＰＣＢは、リレー、電力測定ＩＣ、電流センサ、ＡＣ／ＤＣ変換のための変圧器、及びＵＳＢソケットを配置するための穴を有する。第１のＵＳＢ ＰＣＢＡは、ＵＳＢソケットを有し、裏側からスペース内に配置され（壁の中に入るソケットの部分）、この場合、ＵＳＢソケットはメインＰＣＢの穴の中に嵌る。

第２のＵＳＢ ＰＣＢアセンブリは、図３Ｃに示すように、一方の縁で、メインＰＣＢアセンブリと第１のＵＳＢ ＰＣＢＡとの間隙内に配置される。

第９の実施形態によれば、スマートソケットは、第１のＵＳＢ ＰＣＢＡ、リレー、及びコンデンサの上に配置された断熱材（ＴＩＭ）を備える。上部にあるＴＩＭ層は、ＰＣＢＡとヒートシンキングのためのその金属プレートを電気的に絶縁する。

第１０の実施形態によれば、スマートソケットは、ヒートシンキングを提供するためにライブ（Ｌ）線及びリレー出力コンタクトに電気的に結合される金属プレートを備える。金属プレートは、ＰＣＢＡ上に設置され、ＰＣＢＡから電気的に分離される。

第１１の実施形態によれば、スマートソケットは、高温表面接触領域に電気的に結合されることを除いてはＰＣＢＡ表面から分離された表面ヒートシンクとして機能する金属プレートを備える。金属プレートは、プラスチックハウジングの前面と物理的に接触している。

第１２の実施形態によれば、スマートソケットは、ソケットと共に、一体化されたＵＳＢコンセントを備える。

第１３の実施形態によれば、機械的硬度のための真鍮製のソケットインサートは、抵抗をさらに低減するべく純銅接続バー（例えば０．２５ｍｍ〜５ｍｍの範囲の厚さを有する）が溶接されてよい。

第１４の実施形態によれば、１つ以上の電流センサが、ＰＣＢトレースの上の銅バー／銅箔で入来ＡＣ線から電流センサ及び電流センサ・リレー入力へのコンタクト抵抗及びトレース抵抗を低減するべくリレーの反対側に配置されてよい。

いくつかの実施形態によれば、スマートソケットでの無線通信は、例えばＷｉＦｉ、ＢＬＥ、及びＬｏＲＡを介して、エネルギーの散逸が測定及び報告されることを可能にする。代替的に、Ｇ．Ｈｎ、ＢＡＣＮＥＴ、ＭＯＤＢＵＳなどを含む有線通信が用いられてもよい。

異なる電流センサ構成は、システム全体のエネルギーの散逸、並びに、個々のコンセント（出力ソケット）におけるエネルギーの散逸の測定を可能にする。

いくつかの実施形態によれば、熱散逸は、最大の熱源をスマートソケットハウジングの異なるコーナーに分離するべく三次元のコンポーネント配置の概念を使用することにより増強され得る。例えば、図３Ｃに示すように、第１のＰＣＢＡ（メインＰＣＢＡ）３０１（変圧器回路、ＡＣリレー、及び電力測定回路を含む）、第２のＰＣＢＡ（ＵＳＢ ＰＣＢＡ１）３０２（ＵＳＢ充電回路を含む）、及び第３のＰＣＢＡ（ＵＳＢ ＰＣＢＡ２）３０３（電力供給ＩＣ及びＭＯＳＦＥＴを含む）は、ハウジングの異なる場所に配置されてよい。ＰＣＢＡの配置は、スマート電気プラグにより発生する熱の伝達及び分散を改善する。

いくつかの実施形態によれば、過熱保護回路がサポートされてよい。回路は、スマート電気プラグの内部温度（例えば、図１Ａに示されるリレー１０４、１０５のうちの１つの近くの）を検出してよい。内部温度が第１の所定の温度（例えば７０℃）を上回るとき、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）は、リレーにＡＣ出力を遮断するように命令する信号を生成する。内部温度が第２の所定の温度（例えば６０℃）よりも低く下がると、ＭＣＵは、リレーがＡＣ出力を再開するようにリレーにオンにするように命令する別の信号を送信する。

いくつかの実施形態では、回路設計は、以下により構成要素の内部抵抗に起因する発熱を低減し得る：
・ショットキーダイオードを同期整流器（ＭＯＳＦＥＴ）に置き換える
・すべての低損失（ＬＤＯ）レギュレータをＤＣ／ＤＣ変換器に置き換える
・＜５０ｍＯｈｍ以下の抵抗を有する低コンタクト抵抗リレーを用いる
・トレース抵抗を低減するべく最大幅の銅シートで高電流ループを短くする
・熱散逸を増加させるべくソケット表面の周りの断熱領域に銅バー及びプレートを配置する

当業者には分かるように、コンピュータシステムを制御するための命令を格納する関連するコンピュータ可読媒体を有するコンピュータシステムを、本明細書で開示される例示的な実施形態を実装するのに用いることができる。コンピュータシステムは、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、及び関連する周辺電子回路などの少なくとも１つのコンピュータを含んでよい。

Claims (23)

1. スマート電気プラグであって、
   ライブ（Ｌ）線、ニュートラル（Ｎ）線、及びグランド（Ｇ）線を含む電力源に電気的に接続するように構成された、電気入力カプラと、
   第１の電気出力ソケットと、
   第２の電気出力ソケットと、
   前記第１の電気出力ソケットを通る第１の電流及び前記第２の電気出力ソケットを通る第２の電流を示す少なくとも１つの信号を生成するように構成された、電流センサ構成と、
   前記電気入力カプラでの電圧を示す第３の信号を提供するように構成された、分圧器電気回路と、
   前記電圧及び前記少なくとも１つの信号に基づいて、前記第１の電気出力ソケットを通じて消費された第１の電力及び前記第２の電気出力ソケットを通じて消費された第２の電力を示す測定電力を測定するように構成された、電力測定デバイスと、
   前記電力測定デバイスに電気的に結合され、前記測定電力を示す通信信号を伝送するように構成された、通信インターフェースと、
   を備える、スマート電気プラグ。
2. 前記電流センサ構成が、
   前記第１の電流を示す第１の信号を生成するように構成された第１の電流センサと、
   前記第２の電流を示す第２の信号を生成するように構成された第２の電流センサと、
   を備える、請求項１に記載のスマート電気プラグ。
3. 前記第１及び第２の電流センサが、前記Ｌ線に結合される、請求項２に記載のスマート電気プラグ。
4. 前記第１及び第２の電流センサが、前記Ｎ線に結合される、請求項２に記載のスマート電気プラグ。
5. 前記電流センサ構成が、前記第１の電流と前記第２の電流との総和を示す第３の信号を生成するように構成された単一の電流センサを備える、請求項１に記載のスマート電気プラグ。
6. 前記単一の電流センサが、前記Ｌ線に結合される、請求項５に記載のスマート電気プラグ。
7. 前記単一の電流センサが、前記Ｎ線に結合される、請求項５に記載のスマート電気プラグ。
8. 少なくとも２つのユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）充電ソケットをさらに備える、請求項１に記載のスマート電気プラグ。
9. 前記第１及び第２の電気出力ソケットの合計最大定格電流がおよそ２０アンペアであり、
   前記スマート電気プラグが、およそ１４９ｍｍ（長さ）×８８ｍｍ（幅）×３０ｍｍ（高さ）に等しい最大外寸を有する、請求項８に記載のスマート電気プラグ。
10. 前記第１及び第２の電気出力ソケットのうちの１つの最大単一定格電流がおよそ１３アンペアである、請求項９に記載のスマート電気プラグ。
11. 前記通信インターフェースが無線インターフェースを含む、請求項１に記載のスマート電気プラグ。
12. 前記通信インターフェースが有線インターフェースを含む、請求項１に記載のスマート電気プラグ。
13. 前記通信信号が前記スマート電気プラグの状態を示す、請求項１１に記載のスマート電気プラグ。
14. 複数のプリント回路板アセンブリ（ＰＣＢＡ）を有するスマート電気プラグであって、
    ハウジングと、
    変圧器回路、交流（ＡＣ）リレー、及び電力測定回路を備える、第１のＰＣＢＡと、
    ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）充電回路及びＵＳＢソケットを備える、第２のＰＣＢＡと、
    電源回路を備える第３のＰＣＢＡと、
    を備え、
    前記第１のＰＣＢＡ、前記第２のＰＣＢＡ、及び前記第３のＰＣＢＡが、前記複数のＰＣＢＡの他のＰＣＢＡよりも多くの熱を散逸し、
    前記第１のＰＣＢＡ、前記第２のＰＣＢＡ、及び前記第３のＰＣＢＡが、前記ハウジングの異なるコーナーに設置される、
    スマート電気プラグ。
15. 過熱保護回路をさらに備える、請求項１４に記載のスマート電気プラグ。
16. 前記過熱保護回路が、
    前記スマート電気プラグの内部温度を検出し、
    前記検出された内部温度が第１の所定の温度を上回るときにＡＣ出力を遮断し、
    前記検出された内部温度が第２の所定の温度よりも低く下がるときに前記ＡＣ出力を再開する、
    ように構成される、請求項１５に記載のスマート電気プラグ。
17. 誘電体層の上に配置され、前記複数のＰＣＢＡのうちの１つに電気的に結合され、前記ハウジングと物理的に接触している、導電プレートをさらに備える、請求項１４に記載のスマート電気プラグ。
18. スマート電気プラグであって、
    ハウジングと、
    ライブ（Ｌ）線、ニュートラル（Ｎ）線、及びグランド（Ｇ）線を含む電力源に電気的に接続するように構成された、電気入力カプラと、
    少なくとも１つの電気出力ソケットと、
    少なくとも１つのプリント回路板アセンブリ（ＰＣＢＡ）であって、前記少なくとも１つのＰＣＢＡの表面を覆う誘電体層を備える少なくとも１つのＰＣＢＡと、
    前記誘電体層の上に配置され、前記少なくとも１つのＰＣＢＡの少なくとも１つのポイントに電気的に結合され、前記ハウジングと物理的に接触している、導電プレートと、
    前記Ｌ線のための電流を伝導するように構成された第１の導電バーであって、前記第１の導電バーの電気抵抗を低減するべく金属箔に電気的に結合される第１の導電バーと、
    前記Ｎ線のための電流を伝導するように構成された第２の導電バーと、
    を備え、前記少なくとも１つの電気出力ソケットが、前記第１及び第２の導電バーを通じて前記電気入力カプラと電気的に相互作用する、
    スマート電気プラグ。
19. 前記少なくともＰＣＢＡが同期整流器を備える、請求項１８に記載のスマート電気プラグ。
20. 前記少なくともＰＣＢＡが５０ｍＯｈｍ未満の内部抵抗によって特徴づけられる低コンタクト抵抗リレーを備える、請求項１８に記載のスマート電気プラグ。
21. 前記少なくともＰＣＢＡがＤＣ−ＤＣ変換器を備える、請求項１８に記載のスマート電気プラグ。
22. 前記導電プレートが、前記低コンタクト抵抗リレーの出力のライブ（Ｌ）接続領域に電気的に結合される、請求項２０に記載のスマート電気プラグ。
23. 前記ハウジングがプラスチック材料を含む、請求項１８に記載のスマート電気プラグ。

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