JP2024507031A - Ｄｃ電源アタッチメント装置 - Google Patents

Abstract

ＤＣ電源アタッチメント装置は、既存の配電回路に接続されたＡＣソケットからＤＣ電源を適合させる際に便利な解決策を提供する。これにより、ＤＣ電源、既存のソケット、またはＤＣ配電回路に直接接続され得る同じ電源アタッチメント装置上で、複数のＤＣ機器が、同じ電圧または異なる電圧で複数のＤＣ電源に同時にアクセス可能である。また、ＤＣ電源アタッチメント装置の組み立てに関する方法についても言及する。

Description

本発明は、ＡＣおよびＤＣ電圧供給に関する。より詳細には、本発明は、ＤＣ配電回路からのＤＣ電源の調整による適合に関する。

ＡＣ電源は、家庭やオフィス、商業施設や公共施設などで広く使用されている。しかしながら、ほとんどの電子機器には集積回路（ＩＣ）が搭載されており、その動作にはＤＣ電源が必要である。電力をＤＣ電圧に変換して電子機器の電源にしたり、バッテリーを充電したりするためには、電源アダプターを使用する。

しかしながら、電源アダプターは、面倒で持ち運びに不便なうえ、製品によって、また会社によって互換性がないことが多い。そのため、ユーザーが有する電子機器ごとに１つずつ、複数のアダプターを持ち歩くこともある。加えて、電子製品の多くは、専用の電源アダプターが付属していることが多い。新しい電子製品が製品化されると、旧世代のアダプターが廃棄されることが多く、その結果、過剰な電器廃棄物（ｅ－ｗａｓｔｅ）が発生し、環境に悪影響を与えている。ＡＣ電源をＤＣ電源に変換する電源アダプターも、変換効率の関係でエネルギーロスが相当なものとなる。

多くの場所でＤＣ電源を供給することができ、これにより、人々が電源アダプターを持ち歩くことなく、電子機器のＤＣ電源を容易に利用できる技術が望まれている。以下、ＤＣ電源を環境にユビキタス化するとともに日常生活に利便性をもたらす装置および方法について開示する。

家庭やビルの配電回路の多くには、多くの電子機器や家電製品に使用されるＡＣ電力が供給されている。周知のように、電子機器や家電製品は、配電回路に接続されたＡＣソケットに差し込まれ、ＡＣ電源を得ることができる。仮に既存のＡＣ配電回路上でＤＣ電源をＡＣソケットに供給し、機器が直接使用できるようになれば、多大なエネルギーの無駄を省くことができる。一方法として、電力盤に設置された回路遮断器の電源接続をＡＣからＤＣに変更する方法が挙げられる。また、ソーラーパネルなど再生したＤＣエネルギー源から直接ＤＣ電源を供給する方法もある。このようなＤＣ電源供給により、電子機器のためにＡＣ電源をＤＣに変換するＡＣ電源アダプターは不要なものとなる。

本発明の一態様によれば、ＤＣ電源アタッチメント装置は、ＡＣソケットでＤＣ電源を使用する際のギャップを埋めるための解決策を提供する。ＤＣ電源アタッチメント装置は、ＡＣソケットに供給されるＤＣ電源を再構成し、ＤＣコネクター上に存在するＤＣ電源を様々なＤＣ機器に容易に利用できるようにするものである。

ＤＣ電源アタッチメントは、パッシブ型ＡＣアダプターとは異なる。レガシーＡＣアダプターの内部構造体は、ＡＣソケットに接続された入力ピンから、外部機器が電源にアクセスするための対応する出力スロットまで、１対１の接続で直接配線された単純なものである。ＡＣアダプターの２つまたは３つの出力スロットにＡＣ機器を接続し、ＡＣ電源を得る必要がある。しかしながら、ＤＣ電源アタッチメント装置は、アタッチメント装置のインターフェイス・ピンからＤＣ電源および接地入力を取り出し、これらを、ＤＣ機器が接続できるように出力コネクター上に再構成するものである。

電力盤に設置された回路遮断器への入力電力の、ＡＣ電源への接続またはＤＣ電源への接続により、配電回路の電気的配線の組がＡＣ配電回路とＤＣ配電回路のいずれかに決定されるため、ＡＣからＤＣへの電力供給の移行が可能である。ＡＣ配電用の回路遮断器およびＤＣ配電用の回路遮断器は、安全上の要求が異なる場合がある。

本発明の一実施形態に係るＤＣ電源アタッチメント装置は、ＤＣ電源を適合させるための装置である。これにより、ＤＣ電源の供給に便利な解決策が得られる。ＤＣ電源アタッチメント装置は、ＡＣソケットに差し込むか、壁などの支持構造体に取り付けることができる。ＤＣ電源アタッチメント装置は、配電回路の導線に直接配線することで、ＤＣ配電回路に接続された固定式ＤＣソケットとすることもできる。

米国では、建物内でＡＣ電源を供給するための配電回路は、１２０ＶのＡＣ配電のための相線、中性線、接地線という少なくとも３本の電線を含む。配電回路に３本以上の電線が含まれる場合もある。例えば、米国のＡＣ２４０Ｖの配電回路は、４本の電線を有する。

ＡＣ配電では、接地線は衝撃保護、すなわち安全性のためのものであり、通常は電流を流さない。これはＡＣ配電回路によっては除外される場合がある。しかしながら、ＤＣ配電回路の接地線は、ＤＣ電源の電流還流路であり、必要不可欠な線である。接地線以外にも、ＡＣ配電回路のすべての熱線は、ＡＣソケットに１つ以上のＤＣ電力を供給するために活用することができる。すなわち、１つ以上のＤＣ電源を、既存のＡＣ配電回路の電源相互接続部で、分配回路に接続されたソケットに供給することができる。１つ以上のＤＣ電源は、共通の電流還流路として同じ接地線を共有するので、ＤＣ配電回路の接地導体をより大きくすることは、ＤＣ電源供給にとって有用である。

ＤＣ電源アタッチメント装置には、独自の機能や利点が相当ある。ＡＣソケットに接続された１つの電源アタッチメント装置で、複数のＤＣ機器が同一または異なるＤＣ電圧の複数のＤＣ電源に同時にアクセスすることが可能である。１台の電源アタッチメント装置でさまざまなＤＣコネクターをサポートし、安全機能も備えている。また、直流電源アタッチメント装置は、ＤＣ配電回路に直接接続することも可能である。

図１は、本発明の例示的な一実施形態による、１つのＤＣ電源適合のためのＡＣソケットに結合するための３ピン入力コネクターを備えるＤＣ電源アタッチメント装置を示す図である。 図２は、本発明の例示的な一実施形態による、２つののＤＣ電源適合のためのＡＣソケットに結合するための３ピン入力コネクターを備えるＤＣ電源アタッチメント装置を示す図である。 図３は、本発明の例示的な一実施形態による、１つのＤＣ電源適合のための２スロットＡＣソケットに結合するための２ピン入力コネクターを備えるＤＣ電源アタッチメント装置を示す図である。 図４は、本発明の例示的な一実施形態による、ＭＯＳＦＥＴスイッチによる２つのＤＣ電源適合のためのＡＣソケットに結合するための３ピン入力コネクターを備えるＤＣ電源アタッチメント装置を示す図である。 図５は、本発明の例示的な一実施形態による、ＭＯＳＦＥＴスイッチと配電回路への直接配線とを備えた、１つまたは２つのＤＣ電源適合に好適なＤＣ電源アタッチメント装置を示す図である。 図６は、本発明の例示的な一実施形態による、ＭＯＳＦＥＴスイッチと配電回路への直接配線とを備えた、１つのＤＣ電源適合のためのＤＣ電源アタッチメント装置を示す図である。 図７は、本発明の例示的な一実施形態による、複数のＤＣ電源適合のためのＤＣ－ＤＣコンバーターを含むＤＣ電源アタッチメント装置を示す図である。 図８Ａは、本発明の例示的な一実施形態による、ＰＣＢ基板上に３ピン入力コネクターと縦に取り付けられた出力コネクターとを有するＤＣ電源アタッチメントアセンブリーを示す図である。 図８Ｂは、本発明の例示的な一実施形態による、ＰＣＢ基板上に３ピン入力コネクターと、横に取り付けられた出力コネクターとを有するＤＣ電源アタッチメントアセンブリーを示す図である。 図９は、本発明の例示的な一実施形態による、２つのＤＣ電源適合のための、入力エッジコネクターと、水平に取り付けられた出力コネクターとを備える基板としてＰＣＢを使用するＤＣ電源アタッチメントアセンブリーを示す図である。

ＤＣ電源（本明細書では、これに代えてＤＣと呼ぶ）の配電には多くの利点がある。ＤＣ電源は、ＡＣ電源（本明細書では、これに代えてＡＣと呼ぶ）よりも安全である。同じ電気ケーブル／電線でも、ＡＣよりもＤＣ電流をより多く流すことができる。ＤＣ電源は、ＡＣをＤＣに変換するためのハンドヘルドデバイスやノートパソコン用のＡＣ－ＤＣアダプターを必要としない。ＤＣ電流はインピーダンス損失がないため、ＤＣ電力伝送ではエネルギーの消費がより少ない。ＡＣが優勢な環境では、例えばソーラーパネルで発電されたグリーンなＤＣ電源は、ＡＣ電源網に統合するためにＡＣに反転されてから、家庭やオフィスで使用するためにＤＣに戻されることが多く、変換プロセスで多くのエネルギーが無駄になり、エネルギー使用量が不十分となる。

本発明の一実施形態によれば、ＤＣ電源アタッチメント装置は、配電回路からＤＣ電源を供給するように構成される。図１は、本発明の一実施形態による、１つのＤＣ電源適合のためのＤＣ電源アタッチメント装置（これに代えて、本明細書では、ＤＣ電源アタッチメント、またはＤＣアタッチメントとも呼ぶ）１００を例示する。図示のようなＤＣ電源アタッチメント１００は、２つの電源入力ピン１１１、１１３と、接地ピン１１２とを含む。３つのピン１１１、１１２、１１３は、ＡＣソケット１０５に差し込まれるように構成された３ピン入力コネクター１１４を形成する。ＡＣソケット１０５は、ＡＣ配電に使用される配電回路１０２に接続されるものとして示されている。ＡＣ配電回路１０２の２本の熱線は、配電回路１０２にＤＣ電源を供給するために、単極単ストロボ（ＳＰＳＴ）回路遮断器１０１の出力に接続されているものとして示されている。電力盤には、図示しない他のタイプの回路遮断機や電源セレクターが接続されてもよい。アタッチメント装置１００には、１つ以上の組のＤＣ出力コネクター１２０が設けられてもよい。各出力コネクター１２０は、電源ピン１１１、１１３のうちのいずれかからのＤＣ電源入力と、接地ピン１１２からの接地入力を受けて、ＤＣ機器に電源を供給するための出力コネクターを形成する。

電源ピン１１１、１１３からの２つの入力は、各出力コネクター１２０が電源ピン１１１、１１３の両者への入力接続を有するように、図示の配線１１５など、ＤＣ電源アタッチメント１００において一体的に接続され得る。これに代えて、２つの電源ピン１１１、１１３は、アタッチメント装置１００の内部で一体的に接続されない、すなわち内部接続配線１１５が設けられない場合もあり、それによって各電源ピン１１１、１１３が出力コネクターのサブセットにＤＣ電源を供給し、ＤＣコネクターの２つのサブセットを形成するようにしてもよい。

ＤＣ電源アタッチメント１００は、より多くのＤＣ機器が１つのＡＣソケットでＤＣ電源にアクセスできるように、複数の出力接続を提供することができる。ＤＣ電源コネクターは、通常、ＡＣ電源コネクターよりも物理的なサイズが小型である。また、ＤＣ電源アタッチメントにはＡＣ－ＤＣコンバーターがなく、ＡＣ電源アダプターに通常見られる放熱が少ないのも特徴である。したがって、それは低温な装置であり、より多くのＤＣコネクターを、ＤＣ電源アタッチメント装置の外面に沿って配置することができる。

さらに、ＤＣ電源アタッチメント装置１００の入力ピンの構成は、異なる地域または国で使用される様々なＡＣソケットの形状および構成に合わせて再配置され、１つ以上のかさばるＡＣ接続アダプターを携帯する不便さを解消することができる。そのため、電子機器の種類に応じて１本または数本のＤＣ電源ケーブルを持ち歩くことのみにより、ＤＣ電源にアクセスできるようになる。

一実施形態では、ＤＣ電源アタッチメント装置の出力コネクターは、ＵＳＢ ２．１、マイクロＵＳＢまたはＵＳＢタイプＣ（登録商標）コネクターなどの標準ＤＣコネクターであり得る。別の実施形態では、ＤＣ電源にアクセスする際の利便性を提供するため、またはアプリケーションの要件を満たすために、１つ以上の標準ＤＣコネクターおよび／またはカスタマイズされたＤＣコネクターをＤＣ電源アタッチメント装置の表面上に配置することができる。図１の３ピン入力コネクター１１４は、ＤＣ電源アタッチメント装置１００における入力インターフェースの一例に過ぎない。２線式ＤＣ配電回路の場合、または４線式配電回路の場合は、入力コネクターの構成を適宜変更することができる。また、ＤＣ電源アタッチメント装置の入力は、配電回路の電源および接地に直接接続し、電源アタッチメント装置を壁に直接取り付けて固定式ＤＣ電源ソケットとすることもできる。

図２は、２つのＤＣ電源適応のためにＡＣソケット２０５に結合するために、その電源インターフェースに３ピン入力コネクター２１５を有する例示的なＤＣ電源アタッチメント装置２００を示す図である。米国の１２０ＶのＡＣ配電回路は、相線、中性線、接地線の３本の線を含む。一実施形態では、２つの異なるＤＣ電力（本明細書ではこれに代えて電圧とも呼ぶ）が、そのような既存のＡＣ配電回路上の位相線および中性線上に供給される場合がある。２つのＤＣ電圧は、同じ値である場合と異なる値である場合がある。ＤＣ電源アタッチメント装置２００に２組の出力コネクター２２０、２２５を含めることにより、２種類のＤＣ機器、または異なる電源コネクターを備える装置は、既存のＡＣソケットに差し込まれる１つのアタッチメント装置２００から必要なＤＣ電圧にアクセスすることができるであろう。ＤＣ電源アタッチメント装置に供給される２つのＤＣ電力は、米国の既存の１２０ＶのＡＣ配電回路の２本の電線の利点を生かしたものである。

図２のＤＣ電源アタッチメント装置２００は、２つのＤＣ電源保護装置２３０，２３５を含むものとして示され、３ピン入力コネクター２１５の電源入力ピン２１１，２１３に接続されているものとして示される。入力コネクター２１５には、別体の接地ピンが設けられ、この接地ピンは、装置２３０、２３５に接続されてもされなくてもよいが、出力コネクター２２０、２２５の組に接続されて、コネクターに接続されたＤＣ機器の電流還流路として機能する。図２において、電源ピン２１１が低ＤＣ電圧を、電源ピン２１３が高ＤＣ電圧を伝達すると仮定した場合に、保護装置２３０は低電圧電源ピン２１１に結合され、保護装置２３５は高電圧電源ピン２１３に結合される。出力コネクター２２０、２２５に接続される電子機器の電圧および電流定格に応じて、保護装置２３０、２３５は異なる電気的特性を有することができる。

保護装置は、適応の要件に基づき、機械式保護装置またはソリッドステート集積回路装置、あるいは両者の組み合わせとすることができる。機械式保護装置は、ソリッドステートの保護装置と比較して、電源アタッチメント装置においてより多くのスペースを占有する場合がある。しかしながら、機械式保護装置の電圧降下は、ソリッドステート装置の電圧降下よりも小さいことが多いため、ＤＣ電源アタッチメント装置に接続されたＤＣ機器の電源異常を検知する際の消費電力が少なくて済む場合がある。

一例として、機械式保護装置は、過負荷保護のための熱バイメタルストリップ、短絡保護のための電磁コイル、およびアーク保護のためのアークシュートを含むことができる。このような機械的保護装置には、接地接続は必要無い。ＤＣ電圧は一定で変化しないため、ＤＣ電源アタッチメントの出力コネクターから機器を抜き差しすると、特にＤＣ電圧の高いコネクターでアークが発生することがある。このように、配電回路に複数のＤＣ機器が接続されている場合に、配電回路の電気的障害を最小限に抑えるために、アーク保護装置が有用な場合がある。

ソリッドステート保護装置は、（ｉ）出力コネクターに接続されたＤＣ機器の短絡保護、（ｉｉ）ＤＣ電源アタッチメント装置上のＤＣ機器が引き出す総電流が所定の限界を確実に超えないようにする過負荷保護、（ｉｉｉ）出力コネクターへの高容量ＤＣ機器挿入時の突入電流緩和、などといったいくつかの安全要素を一部に含むことができる。ＤＣ電流が人体に流れないようにするには、肉薄な絶縁層で十分であるので、ＤＣ電源アタッチメント装置では衝撃保護は必要無い場合がある。機械式保護装置は、手動によるリセットやスイッチオフ後の電源オンが必要な場合があるが、ソリッドステート保護装置は、電源異常から自動的に回復することができる。

図２の例では、２種類の出力コネクター２２０，２２５が例示されており、一方の種類のＤＣコネクターは、保護装置２３０からの低ＤＣ電圧出力と、３ピン入力コネクター２１５からの接地入力とを取り込んで、ハンドヘルド機器やモバイル機器などの低電圧ＤＣ機器が接続するための複数の低ＤＣ電圧コネクター２２０を形成している。他方の種類の出力コネクターは、保護装置２３５からの高ＤＣ電圧出力と、３ピン入力コネクター２１５からの接地入力とを取り込んで、より高いＤＣ電圧を提供するように構成された複数の高電圧出力コネクター２２５を形成する。図２の例では、ＡＣソケット２０５の位相スロットは、より高いＤＣ電圧を伝達すると仮定する。

ＤＣ電源アタッチメントは、ＡＣ接続アダプターとは異なる。ＡＣ接続アダプターでは、内部で入力ピンから出力スロットまで１対１で直接配線している。ＡＣ機器は、ＡＣソケット上の接続と同様に、アダプター上の同じ２つまたは３つのコネクタースロットに接続して、ＡＣ電源を得る必要がある。ＡＣ接続アダプターの２つのホットスロットは、ＡＣ機器を差し込むとＡＣ電源ループを形成する。いずれかの熱線が切断された場合は、ＡＣ電源は供給されない。

ＤＣ電源アタッチメント装置では，電源入力ピンからのＤＣ電源が出力コネクターの電源接点に結合され，接地ピンからの接地入力が同じコネクターの接地接点に結合される。３ピン入力コネクター２１５から取り出された２つの入力は、１つの出力コネクターを形成する。ＤＣ機器を差し込むと、各出力コネクターで電流ループが形成される。ＤＣ電源アタッチメント装置のいずれかの入力が切断された場合でも、回路遮断器２０１の構成および配電回路への出力接続によっては、他の入力がＤＣ機器の電源としてなお利用可能な場合がある。例えば、電力盤に２極の回路遮断器２０１を設置し、各極を個別に制御する場合に、ＤＣ高電圧出力コネクターおよびＤＣ低電圧コネクターに接続された入力を独立して制御することができる。なお、いずれか一方が切断された場合でも、他方はＤＣ電源アタッチメント装置２００に電力を供給することができる。

任意のＬＥＤが、電源の有無を示すために、ＤＣ電源アタッチメント装置に含まれ得る。例えば、「電源良好」ＬＥＤ２４０を低電圧出力コネクター２２０と並列に接続し、低ＤＣ電圧の電源利用可能性を示すことができる。ＬＥＤに流れる電流を制限し、輝度を制御するために抵抗器を使用してもよい。同様に、「電源良好」ＬＥＤ２４５を、高ＤＣ電圧コネクター２２５における電源利用可能性を示すために使用することができる。

任意のＡＣ警告ＬＥＤ２５０が、ＤＣ電源アタッチメント装置をＡＣ電源のあるＡＣソケットに誤って差し込むことを警告するために、ＤＣ電源アタッチメント装置２２０に含まれ得る。ＡＣ警告ＬＥＤ２５０と直列に、例えば１０ＫΩよりも大きい抵抗器２５１を設けることにより、それを通る偶発的なＡＣ電流を実質的に制限できる。また、警告ＬＥＤ２５０と同じ方向に、そのカソードがＤＣ電圧の高い側に接続された逆バイアス遮断ダイオード２５３を含めることもできる。通常のＤＣ状態では、ＡＣ警告ＬＥＤ２５０には些細な漏れ電流を除いて電流が流れないため、ＤＣ電源アタッチメント装置２００の機能性には影響がない。

ＤＣ電源アタッチメント装置２００は、複極回路遮断器２０１を単極回路遮断器１０１に置き換え（図１に示したように）、単極回路遮断器１０１の出力を配電回路の２本の熱線に接続して、２組の出力コネクターの両者に同じＤＣ電圧を供給すれば、１つのＤＣ電源を供給するように構成することができる。

図３は、１つのＤＣ電圧を供給するように構成されたＤＣ電源アタッチメント装置３００の一例を示す図である。電力盤のＳＰＳＴ回路遮断器３０１は、ＤＣ熱線３０３および接地線３０４を含むＤＣ配電回路３０２へのＶＤ１電源供給を制御する。国によっては、まだ２線式のＡＣ配電回路がなお一般的なところもある。実施例では、２つのスロットからなる電源ソケットが配電回路３０２に結合される。ＤＣ電源アタッチメント装置３００は、その入力インターフェースに２ピンコネクター（すなわち、電源ピン３１３および接地ピン３１２）を含み、電源ピン３１３は保護装置３３０に結合される。保護装置３３０からの出力は、出力コネクター３２０の電源接点に接続されているように示されている。接地ピン３１２から入力される接地は、出力コネクター３２０の接地接点に接続される。図２のＤＣアタッチメント装置２００のサブセットとして認識され得る図３のＤＣ電源アタッチメント装置３００は、２ピン入力コネクター３１５で１つのＤＣ電源を供給する。

ＤＣ電源アタッチメント装置３００は、ＡＣ電源タップとは異なり、ＡＣ機器がＡＣ電源を得るためには、ＡＣ電源タップに設けられたＡＣソケットの２つ以上のスロットに差し込むことが必要である。また、ＤＣのＵＳＢコネクターを含む電源タップとも異なり、電源タップはＡＣ電源入力に接続され、ＵＳＢコネクターにＤＣ電源を供給するために内部のＡＣ－ＤＣコンバーターを採用する。

図４は、２つのＤＣ電圧を供給するために、ＡＣソケット４０５に接続されたＤＣ電源アタッチメント装置４００の内部構成の一例を示す図であり、ＤＣ電圧のうちの一方はハンドヘルドガジェットや携帯電話などの小型機器に電源を供給するためのより低いＤＣ電圧であり、他方はノートＰＣなどの装置に電源を供給するためのより高いＤＣ電圧である。２つのＭＯＳＦＥＴ素子４３０、４３５は、対応する出力コネクター４２０、４２５への電源出力を制御する。本願では、ＭＯＳＦＥＴ素子、ＭＯＳＦＥＴスイッチ、およびＭＯＳＦＥＴ伝達ゲートが互換的に使用されることが理解される。配電回路４０２からＡＣソケット４０５に供給される２つのＤＣ電圧ＶＤ１、ＶＤ２は、ＤＰＳＴ ＤＣ回路遮断器４０１の制御下にあるものとして示されている。シングルスイッチ制御のＤＰＳＴ回路遮断器４０１に代えて、２つのＳＰＳＴ回路遮断器またはデュアルスイッチ制御のＤＰＳＴ回路遮断器を使用して、配電回路４０２に対応するＤＣ電力を出力してもよい。

ＭＯＳＦＥＴ素子は、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴトランジスターまたはＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴトランジスターを使用することができる。本実施例では、Ｐチャンネル、エンハンスメントモードＭＯＳＦＥＴトランジスターを使用している。ＭＯＳＦＥＴ素子４３０は、電源入力ピン４１１からのＤＣ電力を検知し、出力コネクター４２０の使用異常を監視する保護ゲート制御論理４３１によって制御される。同様に、ＭＯＳＦＥＴ素子４３５は、電源入力ピン４１３からのＤＣ電源を検知するとともに出力コネクター４２５の使用異常を監視するゲート制御論理４３６により制御される。電源入力ピン４１１、４１３からの電圧が異なる場合があるため、出力コネクター４２０、４２５の電圧または定格電力、ＭＯＳＦＥＴ素子４３０およびＭＯＳＦＥＴ素子４３５の電気的特性、ならびにゲート制御論理４３１、４３６の実装は異なる場合がある。電子保護装置およびゲート制御論理４３１、４３６は、適切に機能するために接地接続を必要とする場合がある。

図４の例における２つのＭＯＳＦＥＴ素子の構成と、ＤＣアタッチメント装置の図２における２つの保護装置の構成は、いずれも１つのＤＣ電源の実施形態に応用可能である。１つのＤＣ電源の実施形態では、ＤＣ電源アタッチメント装置の出力コネクターは、同じＤＣ電圧を供給するが、異なるコネクタータイプであってもよい。１つのＤＣ電源の実施形態では、３スロットのＡＣソケットに接続された２つの電源ピン４１１、４１３からのＤＣ電源入力は、内部で一体的に接続されてもよく、アタッチメント装置内で個別に接続されてもよい。前者は１組の出力コネクターを形成し、後者は２組の出力コネクターを形成するもので、利点がある。例えば、図４のＭＯＳＦＥＴ素子４３０およびそのゲート制御論理４３１、または図２の保護装置２３０が、その出力コネクターで何らかの電源異常を検知した場合に、ＭＯＳＦＥＴ素子４３０または保護装置２３０は、他の組の出力コネクターに接続されている機器を妨害することなく、その対応する組のコネクターへの電源を切り離すために自動的にスイッチオフできる。

図５は、本発明の他の実施形態に係るＤＣ電源アタッチメント装置５００の一例を示す図である。ＤＣ電源アタッチメント装置５００は、ＤＣ電源アタッチメント装置５００が配電回路５０２に結合するためにその電源入力インターフェースに一組の直接配線接続部５０５を含むことを除いて、図４に示すＤＣ電源アタッチメント装置４００と同様である。配電回路５０２は、新設の回路であってもよいし、既存のＡＣ配電回路であって、直接配線を使用してＤＣ電源アタッチメント装置５００にＤＣ電源を供給しながら接続フレームにＡＣソケットを設けないものであってもよい。ＤＣ配電回路５０２または電源入力インターフェース５０５における配線の数、およびＭＯＳＦＥＴ素子の数、および関連付けられる保護およびゲート制御は、応用の要件によって決定され得る。直接配線インターフェースを使用したＤＣ電源アタッチメント装置５００は、壁や筐体などの支持構造体に直接取り付けることができる。任意のＡＣ警告ＬＥＤ５５０および電源良好のＬＥＤ５４０、５４５が、実施例において例示したように、不適切な挿入と対応する出力コネクターでのＤＣ電源の利用可能性とを示すために含まれてもよい。

図６は、本発明の他の実施形態に係るＤＣ電源アタッチメント装置６００である。ＤＣアタッチメント６００は、保護およびゲート制御論理６３１によって制御される、ＭＯＳＦＥＴトランジスター６３０を含む。その入力は、ＤＣ電源線６１１および接地線６１２を含む２線式インターフェース６０５を含む。接地線６１２は接地接続部６０４に直接接続され、ＤＣ電源線６１１は電力盤に配置された回路遮断器６０１によって制御される電源相互接続部６０３（配電回路６０２には１組の電源相互接続部が設けられてもよいと理解される）に接続される。

図６に示す例では、ＭＯＳＦＥＴトランジスター６３０にＰチャネル、エンハンスメントモード・デバイスが選択される。ＭＯＳＦＥＴトランジスター６３０のソースと保護およびゲート制御論理６３１とは、電源入力線６１１に接続されており、ゲート制御論理６３１は、ＤＣ電源入力の電圧レベルを監視して、ＤＣ電圧入力が設定値に達したときにＭＯＳＦＥＴトランジスター６３０のターンオンを制御する電圧検知器を含み得る。ＤＣアタッチメント装置６００の出力は、２種類の出力コネクター６２０、６２５を含むものとして示されている。例えば、一方をＵＳＢ２．１コネクターとし、他方をマイクロＵＳＢコネクターとすることができる。また、保護およびゲート制御論理６３１は、出力コネクター６２０、６２５に差し込まれたＤＣ機器の状態を、電源過負荷、短絡などの異常について監視することができる。電源良好を示すＬＥＤは、すなわちＤＣ電源が使用可能であることを示す。保護およびゲート制御論理６３１は、入力電源線６１１からその電力を得て、ＭＯＳＦＥＴトランジスター６３０の切り換えを制御する。

図７は、出力コネクターで入力電圧を調整するためのＤＣ－ＤＣコンバーターを含む、別の例示的な実施形態に係るＤＣ電源アタッチメント装置を示す図である。図７の実施例では、ＤＣアタッチメント装置７００は、ＡＣソケット７０５に結合された３ピン入力インターフェース７１５を含むものとして示されており、このインターフェースは、続いて、ＳＰＳＴ ＤＣ回路遮断器７０１によって制御されるものとして示されている３線式配電回路７０２に接続されている。

ＤＣ－ＤＣ電源コンバーター７３４は、電源接続部７１２に接続され、ＤＣ入力ＶＤ１を、出力コネクター７２５における電圧要件を満たす１つ以上のＤＣ電圧に変換する。変換された出力電圧は、ＤＣ入力よりも高くても低くてもよい。本実施例では、１つのＤＣ出力電圧のみが示されているが、ＤＣ－ＤＣコンバーター７３４からのより多くのＤＣ出力が生成され得ることが理解される。このような各出力は、さらに多くの保護装置に接続することができる。また、接地接続も必要であり、基準電圧としてＤＣ－ＤＣコンバーター７３４に接続される。

より多くの電子機器が動作するためには、３．３Ｖ、１．５Ｖ、１．１Ｖまたはそれ以下のより低いＤＣ電圧を必要とする場合がある。各種ＤＣ電圧は、電源パネルで電源供給されるＤＣ電源から直接供給することができる。低電圧の場合は、アタッチメント装置７００に配置されたＤＣ－ＤＣコンバーターを使用する方がより信頼性が高い場合がある。保護装置７３５は、ＤＣ－ＤＣコンバーター４３４の出力に接続され、出力コネクター７２５に接続された機器の電源異常を監視する。一方、保護装置７３０は、他の電源入力接続部７１１からＤＣ電源を供給して出力に渡し、出力コネクター７２０に接続された機器を監視する。保護装置７３０、７３５は、出力コネクターに接続された機器を保護するためのＭＯＳＦＥＴスイッチおよび関連付けられるゲート制御論理と交換可能である。保護装置の種類に応じて、接地接続部は保護装置に接続される場合とされない場合がある。

図７の実施例では、３ピン入力インターフェースを３本の個別配線に変更してもよいし、配電回路７０２の２本の熱線に接続された２スロー出力（ｔｗｏ－ｔｈｒｏｗ ｏｕｔｐｕｔ）のＤＰＳＴ回路遮断器に接続してもよい。アタッチメント装置の内部構成、配電回路、電源入力インターフェース接続部、およびＤＣ電源アタッチメント装置の出力コネクターには、他の多くの変形例が考えられ得るが、これらはすべて本発明の様々な実施形態に該当することが理解される。

例えば、ＤＣ電源アタッチメントは、外部ＤＣ機器に１つ以上のＤＣ電源を供給するために、ソーラーパネルの出力や１組のバッテリーバンクなど、ＤＣ電源に直接結合するためのスタンドアロン・デバイスとすることができる。また、本明細書で説明し示した例示的な実施形態は、変形例の一部を例示したに過ぎないことを理解されたい。

図８Ａは、一実施形態によるＤＣ電源アタッチメント装置８００およびそのアセンブリーを示す斜視図である。アセンブリーにはプリント回路基板（ＰＣＢ）が選択され、ＬＥＤや抵抗器８６１，８６２、コンデンサー、保護装置８６０、各種ＤＣコネクター８５０，８５５などの構成要素がＰＣＢの頂面および底面上にはんだ付けまたは表面実装される。通常、ＤＣ電源アタッチメント装置８００のアセンブリーには、２層のＰＣＢ８０１で十分であるが、必要に応じて、より多くの層を使用することができる。図８Ａでは、ＤＣアタッチメントアセンブリーに２層ＰＣＢ８０１が選択され、ＰＣＢ８０１の底層８２０は、接地ピン８１２に接続された接地プレーンとして選択され、ＰＣＢ８０１の頂層８２５は、ＤＣ電源アタッチメント装置８００への電源入力数に応じて１つ以上の電源パーティションに分割できる電源プレーンとして選択される。電源プレーンおよび接地プレーンのいずれを選択するかは、設計上の判断による。電源および接地の各パーティションの上に銅を流し込むと、電源と接地との接続が良好なものとなり、ＥＭＩの遮蔽が良好なものとなる。

実施例では、ＤＣ電源アタッチメント装置８００のアセンブリーを例示するために、３ピンインターフェース８１０が選択されている。３つのインターフェースピン、すなわちＤＣ－Ａ電源ピン８１１、接地ピン８１２、およびＤＣ－Ｂ電源ピン８１３は、ソケットでのアタッチメント装置のプラグの抜き差し時の機械的剛性を高めるために、ＰＣＢ８０１の３つの貫通孔に挿入およびはんだ付けされる。

ＰＣＢ８０１の頂層８２５には、２つの電源パーティション８４０、８４５が設けられている。２つの電源ピン、すなわちＤＣ電源ピン－Ａ ８１１およびＤＣ電源ピン－Ｂ ８１３は、配電回路からＤＣ－ＡおよびＤＣ－Ｂ電源入力を受けるために、それぞれ対応する電源パーティション８４０、８４５にはんだ付けされて接続されている。コア層８３０が、ＰＣＢ８０１の頂層８２５と底層８２０との間に押圧されて挟持されることにより、頂層と底層との間に絶縁性が得られ、２層ＰＣＢを一体的に保持する強固な支持体となる。複数の接地ビア８２１は、受動部品、保護装置、および出力コネクターなどが接続するために、底層８２０から頂層８２５に形成された接地パッドに接地接続をもたらす。

図８Ａでは、ＤＣ－Ａ電源コネクター８５０およびＤＣ－Ｂ電源コネクター８５５が縦方向に取り付けられており、図８Ｂでは、ＤＣ－Ａ電源コネクター８７０およびＤＣ－Ｂ電源コネクター８７５が横方向に取り付けられている。縦方向に取り付けられたコネクターを使用すると、縦方向に取り付けられたＤＣコネクターが通常ＰＣＢ表面でより小さなフットプリントを占有するため、ＤＣアタッチメント装置８００のアセンブリ上のコネクターの数を増やすことができる。コネクターを水平に配置することで、電源アタッチメント装置の薄型化を実現し、スペースに制約のある場所でも使用できるようにされる。

ＤＣ－Ａコネクター８５０およびＤＣ－Ｂコネクター８５５は、異なるＤＣ機器に対応するために、異なるタイプであってもよい。コネクターの高さが異なる場合に、アセンブリーのハウジング設計に応じて、一方のタイプのコネクターは横方向に、他方のタイプのコネクターは縦方向にはんだ付けされてもよい。コネクターが縦方向に設置される場合に、コネクターは、ほとんどの場合、対応する電源および接地接触パッド８７０がＰＣＢ８０１の頂面に配置され、はんだ付けされる。電源アタッチメント装置の組み立ての際に出力コネクターとして、表面実装コネクター、貫通孔コネクターのいずれかを使用することができる。コネクターが横方向に設置される場合に、コネクターはＰＣＢ８０１の頂面および底面の両者上にはんだ付けされてもよいが、すべての出力コネクターを同じ頂面上にはんだ付けすることにより、製造プロセスを単純化することができる。保護装置８６０のようないくつかの支持装置は、接地プレーン上の領域を共有するためにＰＣＢ８０１の底面に配置することができるが、ＬＥＤは、外部から容易に視認可能な箇所に頂面上に配置される必要がある。

図８Ａおよび図８Ｂは単に例示のためのものであり、ＤＣ電源アタッチメントアセンブリーには変形例があり得ることが理解される。例えば、３ピンインターフェース８１０におけるＤＣ－Ａピン８１１およびＤＣ－Ｂ電源ピン８１３、並びに接地ピン８１２は、丸ピンであってもよいし、角ピンであってもよい。ＤＣ電源アタッチメントが１つのＤＣ電源を提供する場合に、ＤＣアタッチメントアセンブリー上の３ピンインターフェース８１０のピンの数は、頂部の金属パーティション８４０、８４５を、同じＤＣ電圧を担持する１つのパーティションに一体化して、２ピンインターフェースに一致するように変更することができる。

図９は、本発明の別の例示的な実施形態による、ＤＣ電源アタッチメントアセンブリー９００を示す図である。実施形態９００では、３つのインターフェースピン、すなわちＤＣ－Ａピン９１１、接地ピン９１２、およびＤＣ－Ｂピン９１３が、ＰＣＢ９０１の一方の縁に沿ってはんだ付けされ、出力コネクター、すなわちＤＣ－Ａコネクター９５０およびＤＣ－Ｂコネクター９５５が、外部に対してアクセスできるコネクター開口部を有する他の縁にはんだ付けされて整列される。出力コネクターは、３ピンインターフェースピン９１１、９１２、９１３がＰＣＢ表面と平行に取り付けられている状態で、ＰＣＢ９０１の表面に直交して表面実装またははんだ付けされてもよい。

ＰＣＢを使用したＤＣ電源アタッチメントアセンブリーの製造は、接続配線が絡み合わないようにして、アタッチメント装置上に組み立てられたコネクターを頑丈に機械的に支持することができる。ＤＣ電源アタッチメントアセンブリーを包囲するようにハウジングを応用することができ、出力コネクターを設置するための最大５つの外面および電源ソケット接続用の底面が利用可能である。

上述したように、本発明の実施形態による、１つ以上の機器にＤＣ電圧を供給するように構成されたＤＣ電源アタッチメント装置は、柔軟で、便利で、ユーザーフレンドリーである。ＤＣ電源アタッチメント装置は、コネクター技術の移行にシームレスに対応する。例えば、ＵＳＢ ｔｙｐｅ－Ｃ（登録商標）コネクターや他の新規なコネクターが電源コネクターの主流となり、古いコネクターを駆逐した場合に、既存のコネクターとともに新規なタイプの出力コネクターを電源アタッチメント装置に搭載することで、多くのユーザーにとってコネクターファミリー全体をサポートすることができる。ＤＣ電源アタッチメント上に出力コネクターが複数設けられることにより、より多くのＤＣ機器がＤＣ電源にアクセスすることができる。高電圧の電力強度機器および低電圧のＤＣ機器の両者をＤＣ電源アタッチメント装置に差し込み、既存の電源ソケットの箇所からＤＣ電源を同時に受け取ることができる。ＤＣアタッチメント装置は、既存の確立されたＡＣ電源インフラを活用することで、家庭、オフィス、建物にＤＣを導入するためのギャップを埋めるものである。

Claims (25)

1. ＤＣ電圧を適合させるための装置であって、
   ＡＣソケットに結合するように構成されたインターフェースであって、前記ＡＣソケットは、ＤＣ配電回路に結合されており、前記インターフェースは、
   前記ＤＣ配電回路に配置された電源相互接続部に結合され、ＤＣ電圧を供給するように構成された電源入力コネクターと、
   前記ＤＣ配電回路に配置された接地相互接続部に結合された接地コネクターとを含む、インターフェースと、
   複数の出力コネクターであって、同出力コネクターのうちの少なくとも１つの第１の出力コネクターは、前記電源入力コネクターに結合された電源端子と、前記接地コネクターに結合された接地端子とを含み、前記電源端子は前記ＤＣ電圧を供給し、前記接地端子は前記接地相互接続部に電流還流路を提供する、複数の出力コネクターと、
   その外面に形成された複数の開口部を有し、機器を受け取るとともに前記複数の出力コネクターに前記機器を接続するように構成された筐体と、
   を備える、装置。
2. 前記電源入力コネクターに結合された入力と、前記複数の出力コネクターに結合された出力とを有する保護装置をさらに備え、前記保護装置は、前記複数の出力コネクターに接続された機器の電源異常を監視するように構成されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記保護装置が、過負荷保護のための熱バイメタルストリップ、短絡保護のための電磁コイル、およびアーク保護のためのアークシュートのうちの少なくとも１つを含む機械的保護装置である、請求項２に記載の装置。
4. 前記保護装置は、
   電圧入力コネクターにおけるＤＣ電源を監視し、前記複数の出力コネクターに接続された機器をさらに監視するように構成されたゲート制御論理によって制御されるＭＯＳＦＥＴ転送ゲートを含む電子保護装置であり、
   前記ゲート制御論理は、
   前記電源入力コネクターの電圧が予め定められた電圧に達したときに、前記ＭＯＳＦＥＴ転送ゲートをオンに切り換えて前記複数の出力コネクターにＤＣ電圧を転送し、
   前記複数の出力コネクターに接続された機器の電源異常を検知したときに、前記ＭＯＳＦＥＴ転送ゲートをオフに切り換えるように構成される、請求項２に記載の装置。
5. 前記電源入力コネクターに結合された入力と、前記複数の出力コネクターに結合された出力とを有するＤＣ－ＤＣコンバーターをさらに備える、請求項１に記載の装置。
6. 前記電源入力コネクターに結合された入力と、保護装置に結合された出力とを有するＤＣ－ＤＣコンバーターをさらに備え、前記保護装置は、前記ＤＣ－ＤＣコンバーターから変換された前記出力を前記複数の出力コネクターに供給するように構成され、また、前記複数の出力コネクターに接続された機器における電源異常を監視するようにさらに構成される、請求項１に記載の装置。
7. 前記電源入力コネクターに結合された入力と、ゲート制御論理によって制御されるＭＯＳＦＥＴ転送ゲートに結合された出力とを有するＤＣ－ＤＣコンバーターをさらに備え、前記ＤＣ－ＤＣコンバーターから前記複数の出力コネクターへの変換された電圧の転送を制御し、また、前記複数の出力コネクターに接続された機器の電源異常をさらに監視する、請求項１に記載の装置。
8. 発光ダイオード（ＬＥＤ）と、前記ＤＣ電圧の利用可能性を示すように構成された前記ＬＥＤと直列に結合された抵抗器とをさらに備える、請求項１に記載の装置。
9. 前記インタフェースは、前記ＤＣ配電回路に直接接続された複数の配線からなる、請求項１に記載の装置。
10. 前記複数の出力コネクターのうちの第１のサブセットは、前記複数の出力コネクターのうちの第２のサブセットを形成する第２のタイプのコネクターとは異なる第１のタイプのコネクターによって形成される、請求項１に記載の装置。
11. 接地入力を受け取り、ＤＣ配電回路から複数のＤＣ電圧を適合させるように構成された装置であって、
    前記ＤＣ配電回路に結合するように構成されたインターフェースであって、前記インターフェースは、
    前記複数のＤＣ電圧のうちの第１のＤＣ電圧に結合された第１の電源接続部と、
    前記複数のＤＣ電圧のうちの第２のＤＣ電圧に結合された第２の電源接続部と、
    前記接地入力に結合された接地接続部と、
    複数の出力コネクターであって、前記複数の出力コネクターのうちの第１のサブセットは、前記第１のＤＣ電圧を供給するために前記第１の電源接続部に結合された電源接点と、前記接地入力にＤＣ電流還流路を提供するために前記接地接続部に結合された接地接点とを含み、前記複数の出力コネクターのうちの第２のサブセットは、前記第２のＤＣ電圧を供給するために前記第２の電源接続部に結合された電源接点と、前記接地入力にＤＣ電流還流路を提供するために前記接地接続部に結合された接地接点とを含む、複数の出力コネクターと、を含む、インターフェースと、
    前記第１のＤＣ電圧および前記第２のＤＣ電圧と前記ＤＣ電流還流路とを受け取り、複数の外部機器に供給するように構成された複数のコネクター開口部を含む筐体と、
    を備える、装置。
12. 前記第１の電源接続部および前記第２の電源接続部は、同じＤＣ電圧を供給する、請求項１１に記載の装置。
13. 前記第１の電源接続部および前記第２の電源接続部は、異なるＤＣ電圧を供給する、請求項１１に記載の装置。
14. 前記第１の電源接続部に結合された入力と、前記複数の出力コネクターのうちの前記第１のサブセットに結合された出力とを有し、前記複数の出力コネクターのうちの前記第１のサブセットに接続された機器の電源供給と電源異常の監視とを行う第１の保護装置と、
    前記第２の電源接続部に結合された入力と、前記複数の出力コネクターのうちの前記第２のサブセットに結合された出力とを有し、前記複数の出力コネクターのうちの前記第２のサブセットに接続された機器の電源供給と電源異常の監視とを行う第２の保護装置と、
    をさらに備える、請求項１１に記載の装置。
15. 前記第１の保護装置および前記第２の保護装置は、類似の保護特性を有する、請求項１４に記載の装置。
16. 前記第１の保護装置および前記第２の保護装置は、異なる保護特性を有する、請求項１４に記載の装置。
17. 前記第１の電源接続部は、前記第１のＤＣ電圧を１つ以上の変換された電圧に変換するように構成されたＤＣ－ＤＣコンバーターに結合され、前記１つ以上の変換された電圧は、前記複数の出力コネクターのうちの第１のサブセットに分配するようにさらに構成されている、請求項１１に記載の装置。
18. 前記第１の電源接続部は、前記第１のＤＣ電圧を変換された電圧に変換するように構成されているＤＣ－ＤＣコンバーターに結合され、前記装置は、
    前記変換された電圧を前記複数の出力コネクターのうちの前記第１のサブセットに供給し、前記複数の出力コネクターのうちの前記第１のサブセットに接続された機器の電源異常を監視するように構成された保護装置をさらに備える、請求項１１に記載の装置。
19. 前記第１の電源接続部および前記第２の電源接続部は、前記第１のＤＣ電圧および前記第２のＤＣ電圧の、前記複数の出力コネクターのうちの前記第１のサブセットおよび前記第２のサブセットへの転送を制御するために、対応する第１のゲート制御論理および第２のゲート制御論理によってそれぞれ制御される第１のＭＯＳＦＥＴ転送ゲートおよび第２のＭＯＳＦＥＴ転送ゲートにそれぞれ接続されており、前記第１のＭＯＳＦＥＴ転送ゲートは前記複数の出力コネクターのうちの前記第１のサブセット上の電源異常を監視するように構成され、前記第２のＭＯＳＦＥＴ転送ゲートは前記複数の出力コネクターのうちの前記第２のサブセット上の電源異常を監視するように構成されている、請求項１１に記載の装置。
20. 前記第１の電源接続部および前記第２の電源接続部は、ＡＣソケットに結合されている、請求項１１に記載の装置。
21. ＰＣＢを提供する工程であって、同ＰＣＢは、
    電源アタッチメント装置に供給される１つ以上のＤＣ電源に結合するための１つ以上の領域に分割される第１の層と、
    接地プレーンを形成する第２の層と、
    配電回路に結合されるように構成された複数のインターフェースピンを保持するための複数の貫通孔であって、前記複数のインターフェースピンのうちの接地ピンが、前記複数の貫通孔のうちの第１の貫通孔にはんだ付けされて、前記第２の層と前記配電回路の接地相互接続部に結合し、前記複数のインターフェースピンのうちの第１の電源ピンが、前記複数の貫通孔のうちの第２の貫通孔にはんだ付けされて、前記第１の層上の１つ以上の領域に結合するように構成される、複数の貫通孔とを含む、ＰＣＢを提供する工程と、
    外部機器に複数のＤＣ電圧を供給するための複数の出力コネクターを前記ＰＣＢ上に実装する工程と、
    外部機器を差し込むための開口部を有する筐体を提供する工程と、
    を含む方法によって形成される、請求項１１に記載の装置。
22. 前記複数のインターフェースピンのうちの第２の電源ピンが、前記複数の貫通孔のうちの第３の貫通孔にはんだ付けされ、前記第１の層上の前記１つ以上の領域に結合するように構成されている、請求項２１に記載の装置。
23. 前記複数の出力コネクターが、前記ＰＣＢ の頂面上に縦方向に取り付けられている、請求項２１に記載の装置。
24. 前記複数の出力コネクターが、前記ＰＣＢ の表面上に横方向に取り付けられている、請求項２１に記載の装置。
25. 前記複数の出力コネクターのうちの第１のサブセットは、前記ＰＣＢの表面上に横方向に取り付けられ、前記複数の出力コネクターのうちの第２のサブセットは、前記ＰＣＢの前記表面上に縦方向に取り付けられている、請求項２３に記載の装置。