JP7374154B2

JP7374154B2 - 電圧分離回路

Info

Publication number: JP7374154B2
Application number: JP2021152648A
Authority: JP
Inventors: 泳麟陳; 嗣傑蘇; 連勝洪; 竣泰鄭; ▲しい▼萍蔡; 思辛葉
Original assignee: Chroma ATE Inc
Current assignee: Chroma ATE Inc
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2021-09-17
Publication date: 2023-11-06
Anticipated expiration: 2041-09-17
Also published as: JP2022051714A; TW202213028A; TWI749776B; US20220094354A1; US11695410B2

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年９月２１日に出願された台湾特許出願公開第１０９１３２４９３号明細書に対する優先権を主張するものであり、その全内容が参照により本出願に組み込まれる。

本発明は、電圧分離回路に関し、より具体的には、電源と負荷デバイスとの間に電気的に接続された電圧分離回路に関する。

従来、製造された負荷デバイス（バッテリなど）を試験するために、電源を使用して電圧及び電流を提供して、充電時の負荷デバイスの電気的パラメータを測定する場合が多い。多機能性を有する電源は、負荷デバイスに電圧及び電流を提供することができるだけでなく、負荷デバイスから伝送された電圧及び電流を受け取って、放電時の負荷デバイスの電気的パラメータを測定することもできる。しかしながら、電力蓄積技術の急速な発展により、負荷デバイスの定格電力は、一層高くなっている。単一の電源では、負荷デバイスに十分な充電電圧及び電流を提供できない可能性があり、負荷デバイスによる電圧及び電流出力が単一の電源で測定できない可能性もある。

上述の問題に対処するために、負荷デバイスを測定する間、複数の電源を直列に接続する場合が多い。図１を参照されたい。図１は、従来の電源及び従来の負荷デバイスの概略図である。図１に示されているように、例えば、電源９１、電源９２及び電源９３は、同一のモデルである。より大きい電圧を負荷デバイスＤＵＴに提供するために、電源９１、電源９２及び電源９３は、電気的に直列に接続されている。加えて、負荷デバイスＤＵＴ及び電源９１～９３を分離するために、通常、スイッチユニット９４が負荷デバイスＤＵＴと電源９３との間に設けられる。実際には、直列に接続された電源９１～９３によって十分に大きい電圧を提供することができるが、電源９１、電源９２及び電源９３を使用して負荷デバイスＤＵＴの電圧を測定するとき、電圧値を読み取る際にそれでは不便になるか又は不具合が生じる。例えば、負荷デバイスＤＵＴの両端の電圧が１０００ボルトであると仮定する。図１を例にとると、スイッチユニット９４の両端部でのインピーダンスは、電源９１、電源９２及び電源９３の内部インピーダンスよりもはるかに大きいため、１０００ボルトのほとんどすべてがスイッチユニット９４の両端部に印加されることになる。明らかに、電源９１、電源９２及び電源９３で示された電圧が極端に小さいとき、電源９１、電源９２及び電源９３は、正しい電圧値を読み取ることができない。

加えて、電源９１、電源９２及び電源９３がすべて直列に接続されている場合、当業者であれば、図１に示されている回路が負荷デバイスＤＵＴに高電圧のみを提供できることがわかるはずである。負荷デバイスＤＵＴを高電流で試験する必要がある場合、図１に示されている回路は、使用することができなくなり、これにより試験効率が低下し得る。それに応じて、高電圧及び高電流を選択的に提供することができるだけでなく、負荷デバイスＤＵＴのクロス電圧を正しく読み取ることもできる新たな電圧分離回路が必要とされる。

本発明は、電源と負荷デバイスとの間に配置された電圧分離回路を提供する。電源が負荷デバイスに電力を供給する場合、本発明の電圧分離回路は、高電圧及び高電流を提供するように切り替わることができ、電源が負荷デバイスを測定する場合、本発明の電圧分離回路は、電源が負荷デバイスのクロス電圧を正しく読み取ることも可能にする。

本発明は、第１の電源と第２の電源との間に電気的に接続された電圧分離回路を開示する。電圧分離回路は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第１の高インピーダンス素子とを含む。第１のトランジスタは、第１の電源の負端子及び第２の電源の正端子に電気的に接続される。第２のトランジスタは、第１の電源の正端子及び第２の電源の正端子に電気的に接続される。第３のトランジスタは、第１の電源の負端子及び第２の電源の負端子に電気的に接続される。第１のトランジスタに並列に電気的に接続された第１の高インピーダンス素子は、測定端子を有する。第１の電源の負端子から測定端子まで測定されたインピーダンス値と、測定端子から第２の電源の正端子まで測定されたインピーダンス値とは、同じである。第１のトランジスタは、第１の制御信号によって制御され、第１のトランジスタが導通されると、第１の電源及び第２の電源は、第１の電流ループで直列に電気的に接続される。第２のトランジスタ及び第３のトランジスタは、第２の制御信号及び第３の制御信号によってそれぞれ制御され、第２のトランジスタ及び第３のトランジスタが導通されると、第１の電源及び第２の電源は、第２の電流ループで並列に電気的に接続される。

いくつかの実施形態では、電圧分離回路は、第１の端部と、第２の端部と、スイッチユニットとを有し得る。第１の電源の正端子は、第１の端部に接続され得る。第２の電源の負端子は、第２の端部に接続され得る。第１の端部及び第２の端部は、負荷デバイスに電気的に接続され得る。スイッチユニットは、第１の端部及び第２の端部を第１の電源及び第２の電源に選択的に導通させ得る。加えて、電圧分離回路は、逆接続検出ループを有し得る。第１の電源及び第２の電源が測定モードで動作されるとき、逆接続検出ループは、負荷デバイスが逆接続されているかどうかを判断し得る。負荷デバイスが逆接続されているとき、スイッチユニットは、第１の端部及び第２の端部を第１の電源及び第２の電源に導通させなくてもよい。加えて、電圧分離回路は、短絡検出ループを有し得る。第１の電源及び第２の電源が電力供給モードで動作されるとき、短絡検出ループは、第１の端部及び第２の端部が短絡されているかどうかを判断し得る。第１の端部及び第２の端部が短絡されているとき、スイッチユニットは、第１の端部及び第２の端部を第１の電源及び第２の電源に導通させなくてもよい。

いくつかの実施形態では、第１の電源及び第２の電源は、スイッチユニットが第１の端部及び第２の端部を第１の電源及び第２の電源に導通させなかった後、電力を供給することを停止する。第１の電源及び第２の電源は、第１の電源及び第２の電源の出力電圧がそれぞれゼロになった後、定電流モードで電力を提供し得る。

本発明は、複数の電源に電気的に接続された電圧分離回路も開示する。電圧分離回路は、直列のスイッチ群と、並列のスイッチ群と、第１の高インピーダンス素子とを含む。直列のスイッチ群は、第１の制御信号によって制御され、且つ第１の電流ループに配置されたトランジスタであって、複数の電源の１つにそれぞれ接続された２つのチャネルを有するトランジスタを含む。並列のスイッチ群は、第２の制御信号によって制御される。トランジスタと並列に電気的に接続された第１の高インピーダンス素子は、測定端子と、複数の電源の１つにそれぞれ接続された２つの端部とを有する。直列のスイッチ群が導通されると、複数の電源は、第１の電流ループで直列に電気的に接続される。並列のスイッチ群が導通されると、複数の電源は、第２の電流ループで並列に電気的に接続される。測定端子から第１の高インピーダンス素子の各端部まで測定されたインピーダンス値は、同じである。

いくつかの実施形態では、電圧分離回路は、第１の端部及び第２の端部を含み得る。第１の端部は、複数の電源の１つに接続され、第２の端部は、複数の電源の他の電源に接続され、且つ第１の端部及び第２の端部は、負荷デバイスに、負荷デバイスの外部電圧値を得るために電気的に接続される。複数の電源によって提供された合計電圧値が外部電圧値と同じであるとき、処理ユニットは、第１の制御信号を提供し得、それにより、複数の電源は、第１の電流ループで直列に電気的に接続される。複数の電源のそれぞれによって提供された特定の電圧値が外部電圧値と同じであるとき、処理ユニットは、第２の制御信号を提供し得、それにより、複数の電源は、第２の電流ループで並列に電気的に接続される。

上記に基づき、本発明によって提供される電圧分離回路は、負荷デバイスに電力を提供しながら、高電圧及び高電流を選択的に提供することができる。また、負荷デバイスを測定するとき、負荷デバイスのクロス電圧を電源によって正しく読み取ることができる。加えて、本発明によって提供される電圧分離回路は、電源と負荷デバイスとの間の電圧差を検出して、電圧差が大きすぎる場合に電源及び負荷デバイスが導通されることを防ぎ、且つ危険の可能性を低減することもできる。

従来の電源及び従来の負荷デバイスの概略図である。本発明の一実施形態による電圧分離回路の概略図である。本発明の別の実施形態による電圧分離回路の概略図である。本発明の別の実施形態による電圧分離回路の概略図である。

以下では、本発明の特徴、目的及び機能についてさらに開示する。しかしながら、それは、本発明の実現可能な実施形態のいくつかにすぎず、本発明の範囲は、これらに限定されない。すなわち、本発明の特許請求に範囲に従ってなされる均等な変更形態及び修正形態は、依然として本発明の主題となる。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、それは、本発明のさらなる実施可能形態として見なされるものとする。

図２を参照されたい。図２は、本発明の一実施形態による電圧分離回路の概略的な回路図である。図２に示されているように、電圧分離回路１は、電源９１（第１の電源）、電源９２（第２の電源）及び負荷デバイスＤＵＴ間に設けられている。電圧分離回路１は、直列のスイッチ群１０と、並列のスイッチ群１２と、スイッチユニット１４とを含む。第１の端部１６ａは、負荷デバイスＤＵＴの正端子に接続され、第２の端部１６ｂは、負荷デバイスＤＵＴの負端子に接続されている。実際には、負荷デバイスＤＵＴは、大型キャパシタ又は大容量バッテリであり得、キャパシタ又はバッテリのタイプは、本実施形態では限定されないものとする。加えて、電源９１及び電源９２は、電力供給モード及び測定モードを有し得る。電力供給モードとは、電源９１及び電源９２が負荷デバイスＤＵＴに電圧及び電流を提供できることを意味し、測定モードとは、電源９１及び電源９２が負荷デバイスＤＵＴから電圧及び電流を受け取り、それらを測定できることを意味する。図２は、一例として２つの電源を使用しているが、本実施形態は、電源の数を限定しない。電圧分離回路１の構成要素について以下で説明する。

直列のスイッチ群１０は、トランジスタＱ１（第１のトランジスタ）を有し得、並列のスイッチ群１２は、トランジスタＱ３（第２のトランジスタ）及びトランジスタＱ５（第３のトランジスタ）を有し得る。トランジスタＱ１、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ５は、スイッチとして使用されているため、図２に示されているトランジスタＱ１、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ５は、それぞれ２つの端部の素子と見なすことができる。しかしながら、当業者であれば、２つの端部がチャネルであり得、トランジスタＱ１、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ５が、それぞれ対応する制御信号を受信するための制御端子（図示されていない）をさらに有し得ることがわかるはずである。一例では、トランジスタＱ１がＭＯＳＦＥＴである場合、トランジスタＱ１の２つのチャネルは、ソース及びドレインである。トランジスタＱ１の制御端子は、第１の制御信号を受信するゲートであり得、トランジスタＱ１は、第１の制御信号に従って導通されるか又はオフにされる。当業者であれば、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ５の特性がトランジスタＱ１の特性と同じであり得、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ５の制御端子が第２の制御信号及び第３の制御信号によってそれぞれ制御され得ることがわかるはずである。したがって、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ５は、第２の制御信号及び第３の制御信号に従って導通されるか又はオフにされ得る。

スイッチユニット１４は、電源９１、電源９２及び負荷デバイスＤＵＴ間に設けられ得る。例えば、スイッチユニット１４は、１つ又は複数の継電器であり得る。本実施形態は、スイッチユニット１４のレイアウトを限定しない。電源９１及び電源９２がスイッチユニット１４を通して負荷デバイスＤＵＴに選択的に電気的に接続され得るである限り、それは、本実施形態のスイッチユニット１４の定義を満たすはずである。一例では、スイッチユニット１４は、電源９１の正端子及び電源９２の負端子に接続され得る。スイッチユニット１４は、選択的に電源９１の正端子を第１の端部１６ａに導通させ、且つ／又は電源９２の負端子を第２の端部１６ｂに導通させることができる。なお、スイッチユニット１４は、電圧分離回路１の必須の構成要素ではなく、すなわち、本実施形態の電圧分離回路１は、スイッチユニット１４を必ずしも必要とするものではないが、複数の電源を直列又は並列に導通させる基本的な機能を実現することも可能でなければならない。

図２の回路を例にとると、トランジスタＱ１の２つのチャネルは、電源９１の負端子及び電源９２の正端子にそれぞれ接続され得る。直列のスイッチ群１０が導通される（すなわちトランジスタＱ１が導通される）と、電源９１は、電源９２と直列に接続され得る。加えて、トランジスタＱ３の２つのチャネルは、それぞれ電源９１の正端子及び電源９２の正端子に接続され得、トランジスタＱ５の２つのチャネルは、それぞれ電源９１の負端子及び電源９２の負端子に接続され得る。並列のスイッチ群１２が導通される（すなわちトランジスタＱ３及びトランジスタＱ５が同時に導通される）と、電源９１は、電源９２を並列に接続することができる。

実際には、ユーザは、試験対象の負荷デバイスＤＵＴの項目に従って電源９１及び電源９２の動作モードを選択し、電源９１及び電源９２を直列に接続するか又は並列に接続するかを選択することができる。一例では、ユーザが大きい電圧で負荷デバイスＤＵＴを試験する必要があると仮定すると、ユーザは、電源９１及び電源９２を電力供給モードで動作するように設定することができる。次に、ユーザは、（コンピュータなどの）処理ユニットによって電圧分離回路１を制御し得、それにより、直列のスイッチ群１０は、導通され、並列のスイッチ群１２は、導通されない。詳細に言えば、処理ユニットは、第１の制御信号を送信して、トランジスタＱ１をオンにすることができ（このとき、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ５は、導通されない）、それにより、電源９１及び電源９２は、直列の電流ループ（第１の電流ループ）を形成する。当業者であれば、電源９１及び電源９２が電力供給モードで動作するため、電源９１が電源９２と直列に接続されている場合、電源９１の正端子及び電源９２の負端子の両端の電圧が大きいことがわかるはずである。説明の便宜上、スイッチユニット１４は、オン状態に設定することで、第１の端部１６ａと第２の端部１６ｂとの間のクロス電圧が電源９１の出力電圧及び電源９２の出力電圧の和であるようにすることができ、したがって負荷デバイスＤＵＴを試験するためにより大きい電圧を使用することができる。

他方では、ユーザが大きい電流で負荷デバイスＤＵＴを試験する必要があると仮定すると、ユーザは、電源９１及び電源９２を電力供給モードで動作するように設定することもできる。加えて、ユーザは、（コンピュータなどの）処理ユニットによって電圧分離回路１を制御し得、それにより、並列のスイッチ群１２は、導通され、直列のスイッチ群１０は、導通されない。換言すれば、処理ユニットは、第２の制御信号及び第３の制御信号を送信することができ、それにより、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ５は、同時に導通される（このとき、トランジスタＱ１は、導通されない）。したがって、電源９１及び電源９２は、並列の電流ループ（第２の電流ループ）で接続され得る。当業者であれば、電源９１及び電源９２が電力供給モードで動作するため、電源９１が電源９２と並列に接続されている場合、電源９１及び電源９２が累積電流を提供し得ることがわかるはずである。同様に、スイッチユニット１４が導通されていると仮定すると、電源９１及び電源９２の累積出力電流は、第１の端部１６ａから負荷デバイスＤＵＴに送給することができる。

上記から、本実施形態の電圧分離回路１により、電源９１及び電源９２が直列接続と並列接続との間で自由に切り替え可能になることがわかる。図１に示されている従来の例と異なり、本実施形態で提供される電圧分離回路１は、電源９１及び電源９２を接続する電線を再度配線することを必要とせず、大きい電圧又は大きい電流を出力して負荷デバイスＤＵＴを試験する機能を有する。当然ながら、上記の例では、電源９１及び電源９２を電力供給モードで動作させているが、電源９１及び電源９２を測定モードで動作させて、負荷デバイスＤＵＴの両端の電圧（外部電圧値）を測定することもできる。図２から、電圧分離回路１は、高インピーダンス素子Ｚ（第１の高インピーダンス素子）をさらに含み、この高インピーダンス素子Ｚは、トランジスタＱ１に並列に電気的に接続されることがわかる。実際には、高インピーダンス素子Ｚは、非常に高いインピーダンスを有するため、高インピーダンス素子Ｚを通して流れる電流は、ほぼ無視することができる。加えて、高インピーダンス素子Ｚは、測定端子（図示せず）を有し、この測定端子から高インピーダンス素子Ｚの各端部までのインピーダンス値は、同じである。一例では、電源９１は、高インピーダンス素子Ｚの測定端子に電気的に接続されたプローブを有し得、且つそれ自体（電源９１）の正端子に電気的に接続された別のプローブを有し得る。同様に、電源９２は、高インピーダンス素子Ｚの測定端子に電気的に接続されたプローブを有し得、且つそれ自体（電源９２）の負端子に電気的に接続された別のプローブを有し得る。

図２を例にとると、ユーザが負荷デバイスＤＵＴのクロス電圧を測定する必要があると仮定すると、ユーザは、電源９１及び電源９２を測定モードで動作するように設定し、直列のスイッチ群１０及び並列のスイッチ群１２をオフ状態に設定することができる。上記の説明によれば、スイッチユニット１４がオン状態に設定されていると仮定すると、当業者は、負荷デバイスＤＵＴの両端の電圧のほとんどすべてが高インピーダンス素子Ｚに印加されることを理解することができる。このとき、電源９１は、その正端子から高インピーダンス素子Ｚの測定端子までの電圧を測定することができ、電源９２は、高インピーダンス素子Ｚの測定端子からその負端子までの電圧を測定することができる。続いて、電源９１及び電源９２によって測定された電圧値を一緒に加算して、負荷デバイスＤＵＴのクロス電圧を得ることができる。

実際には、電源９１及び電源９２によって測定可能な電圧の上限は、いずれも６００Ｖであると仮定する。負荷デバイスＤＵＴが大容量バッテリである（例えば、クロス電圧が１０００Ｖである）場合、理論上、いずれの電源も単独では負荷デバイスＤＵＴのクロス電圧を測定することができない。しかしながら、本発明の電圧分離回路１は、高インピーダンス素子Ｚを有するため、電源９１及び電源９２は、それぞれ負荷デバイスＤＵＴの両端の電圧の半分、すなわち（上限６００Ｖ未満である）５００Ｖを測定することができる。最後に、電源９１及び電源９２のそれぞれによって測定された電圧値（５００Ｖ）を一緒に加算して、負荷デバイスＤＵＴのクロス電圧を得る。本実施形態の電圧分離回路１は、高インピーダンス素子Ｚを有するため、負荷デバイスＤＵＴの測定限度を高くし得ることがわかる。

なお、負荷デバイスＤＵＴは、試験中に特定の電圧を既に有し得る。電源９１、電源９２及び負荷デバイスＤＵＴが直接導通される場合、電源９１及び電源９２が負荷デバイスＤＵＴに直列に接続されているか又は並列に接続されているかにかかわらず、スパーク及びサージ電流が発生し得る。上記の問題に対処するために、本実施形態は、電圧分離回路１を事前充電し、その後、負荷デバイスＤＵＴを接続するための仕組みを提案する。一例では、前述の方法を使用することにより、電圧分離回路１は、負荷デバイスＤＵＴのクロス電圧（外部電圧値）を最初に測定することができる。次に、電源９１及び電源９２が直列に接続される場合、電源９１及び電源９２は、直列に接続された電源９１及び電源９２の合計電圧値が外部電圧値と同じであるように事前充電することができる。負荷デバイスＤＵＴと、電源９１～電源９２との間に電圧差がない場合、直列のスイッチ群１０又はスイッチユニット１４は、導通させることができ、スパーク及びサージ電流を効果的に低減することができる。同様に、電源９１及び電源９２が並列に接続される場合、電源９１及び電源９２は、電源９１及び電源９２の個々の電圧値（特定の電圧値）が外部電圧値と同じであるように事前充電することができる。負荷デバイスＤＵＴと電源９１との間に電圧差がなく、且つ負荷デバイスＤＵＴと電源９２との間に電圧差がない場合、並列のスイッチ群１２又はスイッチユニット１４を導通させることができる。また、スパーク及びサージ電流を効果的に低減することもできる。

実際には、本発明の電圧分離回路１は、２つの電源を接続することに限定されない。例えば、以下の実施形態は、電圧分離回路が複数の電源に接続される一例を示すものとなる。図２及び図３を一緒に参照されたい。図３は、本発明の別の実施形態による電圧分離回路の概略図である。図に示されているように、電圧分離回路２は、電源９１、電源９２、電源９３及び負荷デバイスＤＵＴ間に接続することができる。図２の実施形態と同様に、電圧分離回路２も、直列のスイッチ群２０と、並列のスイッチ群２２と、スイッチユニット２４とを含むことができる。加えて、第１の端部２６ａは、負荷デバイスＤＵＴの正端子に接続され、第２の端部２６ｂは、負荷デバイスＤＵＴの負端子に接続されている。しかしながら、図２の実施形態と図３の実施形態との違いは、直列のスイッチ群２０及び並列のスイッチ群２２のトランジスタの数が電源の数とともに変動する点である。一例では、直列のスイッチ群２０は、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ２を有し得、並列のスイッチ群２２は、トランジスタＱ３、トランジスタＱ４、トランジスタＱ５及びトランジスタＱ６を有し得る。加えて、高インピーダンス素子Ｚの数も異なり、本実施形態のトランジスタＱ１及びトランジスタＱ２は、それぞれ１つの高インピーダンス素子Ｚを並列に接続することができる。

実際には、ユーザが大きい電圧で負荷デバイスＤＵＴを試験する必要があると仮定すると、ユーザは、電源９１、電源９２及び電源９３を電力供給モードで動作するように設定することができる。先の実施形態におけるように、直列のスイッチ群２０は、導通され、並列のスイッチ群２２は、導通されない。このとき、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ２は、導通され、それにより、電源９１、電源９２及び電源９３は、直列の電流ループを形成し得る。他方では、ユーザが大きい電流で負荷デバイスＤＵＴを試験する必要がある場合、ユーザは、電源９１、電源９２及び電源９３を電力供給モードで動作するように設定することもできる。詳細に言えば、並列のスイッチ群２２は、導通され、直列のスイッチ群２０は、導通されない。このとき、トランジスタＱ３～Ｑ６は、導通され、それにより、電源９１、電源９２及び電源９３は、並列の電流ループを形成し得る。同様に、本実施形態の電圧分離回路２は、複数の電源が直列接続と並列接続との間で自由に切り替え可能であることを示す。電圧分離回路２は、複数の電源を接続する電線を再度配線することを必要とせず、大きい出力電圧又は大きい電流を伝送して、負荷デバイスＤＵＴを試験することもできる。

加えて、ユーザが負荷デバイスＤＵＴのクロス電圧を測定する必要があると仮定すると、ユーザは、電源９１、電源９２及び電源９３を測定モードで動作するように設定し、直列のスイッチ群２０及び並列のスイッチ群２２の両方をオフ状態に設定することができる。先の実施形態と同様に、電源９１は、その正端子と、第１の高インピーダンス素子Ｚの測定端子との間の電圧を測定することができ、電源９２は、第１の高インピーダンス素子Ｚの測定端子と、第２の高インピーダンス素子Ｚの測定端子との間の電圧を測定することができ、電源９３は、第２の高インピーダンス素子Ｚの測定端子と、電源９３自体の負端子との間の電圧を測定することができる。本実施形態は、負荷デバイスＤＵＴのクロス電圧を測定するための上限を高くする能力も示し得る。図１と比較すると、図１の負荷デバイスＤＵＴのクロス電圧（例えば、１０００Ｖ）は、主としてスイッチユニット９４によって伝えられるため、スイッチユニット９４は、１０００Ｖまでの電圧に耐えられる必要がある。逆に、トランジスタＱ１が電源９１と電源９２との間に設けられ、トランジスタＱ２が電源９２と電源９３との間に設けられているため、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ２は、負荷デバイスＤＵＴのクロス電圧の半分のみを伝える必要があり、それは、例えば、５００Ｖであり得る。当業者は、スイッチユニット９４によって必要とされる耐電圧が、本実施形態のトランジスタＱ１又はトランジスタＱ２によって必要とされる耐電圧よりもはるかに高いことを理解することができる。本実施形態で示されている電圧分離回路２のコストを低減し得ることは、明らかである。

ユーザが負荷デバイスＤＵＴを電圧分離回路に接続するとき、誤動作が偶然あった可能性があり、それが電源に損傷を与え得る。上記の問題を回避するために、本発明の電圧分離回路は、逆接続検出手段及び短絡検出手段も有し得る。図３及び図４を一緒に参照されたい。図４は、本発明の別の実施形態による電圧分離回路の概略図である。図３の電圧分離回路２と同様に、図４の電圧分離回路３も、直列のスイッチ群３０と、並列のスイッチ群３２と、スイッチユニット３４とを含む。第１の端部３６ａは、負荷デバイスＤＵＴの正端子に接続され、第２の端部３６ｂは、負荷デバイスＤＵＴの負端子に接続されている。加えて、直列のスイッチ群３０は、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ２も有し得、並列のスイッチ群３２は、トランジスタＱ３、トランジスタＱ４、トランジスタＱ５及びトランジスタＱ６も有し得る。本実施形態のトランジスタＱ１及びトランジスタＱ２は、それぞれ１つの高インピーダンス素子Ｚを並列に接続することができる。

図３の電圧分離回路２と異なり、電圧分離回路３は、ダイオード３８ａと、保護素子３８ｂとをさらに含む。一例では、ユーザが負荷デバイスＤＵＴのクロス電圧を測定する必要があり、電源９１、電源９２及び電源９３を測定モードで動作するように設定する必要があると仮定する。ユーザが誤って負荷デバイスＤＵＴの正端子を第２の端部３６ｂに接続し、負荷デバイスＤＵＴの負端子を第１の端部３６ａに接続している場合、それは、いわゆる負荷デバイスＤＵＴの逆接続であり得る。負荷デバイスＤＵＴのクロス電圧は、非常に大きいため、間違った端部（第２の端部３６ｂなど）から大きい電流が電源及び電圧分離回路に押し寄せ、深刻な損傷を引き起こす可能性が非常に高い。上記の誤動作を回避するために、本実施形態のダイオード３８ａは、下から上に（第２の端部３６ｂから第１の端部３６ａに）電流路（逆接続検出ループ）を提供する。負荷デバイスＤＵＴが逆接続されると、第２の端部３６ｂから入来する大きい電流は、ダイオード３８ａを通して第１の端部３６ａに流れ、次に負荷デバイスＤＵＴに帰還して、大きい電流が電圧分離回路３の他の回路素子又は電源に損傷を与えることを防ぎ得る。

本実施形態で提供される保護素子３８ｂは、ヒューズであり得る。第２の端部３６ｂから入来する電流が大きすぎると、保護素子３８ｂが自動的に燃え尽きて開回路を形成し、これにより電圧分離回路３の他の回路素子又は電源を保護することができる。一例では、電圧分離回路３は、複数の回路基板を有し得る。例えば、１つのマザーボードに２つ以上のサブ基板が接続され得る。実際には、保護素子３８ｂをサブ基板上に配置することができ、電圧分離回路３の他の回路素子をマザーボード上に配置することができる。保護素子３８ｂが燃え尽きたとき、マザー回路基板の他の回路素子は、正常に作用し続けることができるため、本実施形態の電圧分離回路３をメンテナンス又は交換のために取り外す必要はないが、新たなサブ基板（すなわち保護素子３８ｂを交換すること）のみが必要である。

なお、保護素子３８ｂは、必須の素子ではない。本実施形態では、スイッチユニット３４を、同様の機能を実現するように制御することもできる。例えば、電圧分離回路３には、ホールセンサ（図示せず）などの電流検出素子が逆接続検出ループにも設けられ得る。ホールセンサによって検出された電流値が閾値を超える場合、負荷デバイスＤＵＴが逆接続されていると判断することができる。このとき、スイッチユニット３４が開回路を形成するように制御されている限り、すなわち第１の端部３６ａ及び第２の端部３６ｂが複数の電源に接続されない限り、電圧分離回路３の他の回路素子を保護することもできる。このようにして、スイッチユニット３４が保護素子３８ｂの機能を代わりに果たし得る。加えて、ホールセンサによって検出された電流値が閾値を超える場合、電圧分離回路３は、負荷デバイスＤＵＴが逆接続されていることをユーザに認識させるように警告も発出し得る。

誤動作は、負荷デバイスＤＵＴのクロス電圧を測定する際にのみ生じるのではなく、例えば大きい電流が負荷デバイスＤＵＴに送給されるときにも生じ得る。一例では、電源９１、電源９２及び電源９３が電力供給モードで動作するように設定されているとき、第１の端部３６ａ及び第２の端部３６ｂが偶発的にともに短絡するか、又は負荷デバイスＤＵＴが内部的に短絡した場合、スパーク又はサージ電流が発生することもあり得る。上記の負荷デバイスＤＵＴの短絡状況に対して、本実施形態は、対応する制御戦略も有する。一例では、前述のホールセンサ（図示せず）など、電流検出素子を第１の端部３６ａ又は第２の端部３６ｂに設け得る。このとき、第１の端部３６ａと第２の端部３６ｂとの間で負荷デバイスＤＵＴが短絡していれば、ホールセンサによって測定される電流値が閾値を超えることを意味し、負荷デバイスＤＵＴが短絡していることを迅速に判断することができる。上述の逆接続された負荷デバイスＤＵＴの例と同様に、スイッチユニット３４が開回路を形成するように制御されている限り、すなわち第１の端部３６ａ及び第２の端部３６ｂが複数の電源に接続されない限り、電圧分離回路３の他の回路素子を保護することもできる。

上記の例に続いて、本実施形態は、特に、電圧分離回路３が、短絡を有する負荷デバイスＤＵＴに再接続する必要がある場合、電圧分離回路３を負荷デバイスＤＵＴに再接続するための手段も提供する。まず、スイッチユニット３４が導通されていない状態（オフ）になった後、（コンピュータなどの）処理ユニットは、電源９１、電源９２及び電源９３を自動的にオフにするか、又は電源９１の出力電圧、電源９２の出力電圧及び電源の出力電圧を自動的にゼロに設定する。次に、電源９１の出力電圧、電源９２の出力電圧及び電源９３の出力電圧がゼロになった後、処理ユニットは、制御信号を出して、スイッチユニット３４を再び導通させる。このときの電源９１の出力電圧、電源９２の出力電圧及び電源９３の出力電圧は、ゼロであり、短絡された負荷デバイスＤＵＴとの電圧差は、ほとんどないため、スイッチユニット３４が再び導通されたとき、スパークを回避することができる。加えて、負荷デバイスＤＵＴがもはや短絡されなくなると、電源９１、電源９２及び電源９３は、負荷デバイスＤＵＴを定電流モードで充電して、通常の動作を回復することができる。なお、本実施形態のスイッチユニット３４も必須ではない素子である。直列のスイッチ群３０及び並列のスイッチ群３２が制御されている限り、同じ効果が実現されるはずである。

例えば、スイッチユニット３４がない状態で、第１の端部３６ａと第２の端部３６ｂとの間で負荷デバイスＤＵＴが短絡した場合、直列のスイッチ群３０及び並列のスイッチ群３２を直ちにオフにして、複数の電源を保護することができる。複数の電源が負荷デバイスＤＵＴを遮断した後、（コンピュータなどの）処理ユニットは、複数の電源を自動的にオフにするか、又は自動的に複数の電源の出力電圧をゼロに設定する。次に、処理ユニットは、制御信号を出して、直列のスイッチ群３０又は並列のスイッチ群３２を再びオンにする。同様に、複数の電源と、短絡された負荷デバイスＤＵＴとの間に電圧差は、ほとんどないため、直列のスイッチ群３０又は並列のスイッチ群３２が再び導通されたとき、スパークを回避することが可能である。最後に、負荷デバイスＤＵＴがもはや短絡されなくなると、電源９１、電源９２及び電源９３は、負荷デバイスＤＵＴを定電流モードで充電して、通常の動作を回復することができる。

要約すると、本発明によって提供される電圧分離回路は、負荷デバイスに電力を提供しながら、高電圧及び高電流を選択的に提供することができる。また、負荷デバイスが測定されるとき、負荷デバイスのクロス電圧を電源によって正しく読み取ることができる。加えて、本発明によって提供される電圧分離回路は、電源と負荷デバイスとの間の電圧差を検出することで、電圧差が大きすぎる場合に電源及び負荷デバイスが導通されないようにし、危険の可能性を低減することもできる。

１電圧分離回路
２電圧分離回路
３電圧分離回路
１０直列のスイッチ群
１２並列のスイッチ群
１４スイッチユニット
１６ａ第１の端部
１６ｂ第２の端部
２０直列のスイッチ群
２２並列のスイッチ群
２４スイッチユニット
２６ａ第１の端部
２６ｂ第２の端部
３０直列のスイッチ群
３２並列のスイッチ群
３４スイッチユニット
３６ａ第１の端部
３６ｂ第２の端部
３８ａダイオード
３８ｂ保護素子
９１電源
９２電源
９３電源
９４スイッチユニット
ＤＵＴ負荷デバイス
Ｑ１トランジスタ
Ｑ２トランジスタ
Ｑ３トランジスタ
Ｑ４トランジスタ
Ｑ５トランジスタ
Ｑ６トランジスタ
Ｚ高インピーダンス素子

Claims

第１の電源と第２の電源との間に電気的に接続された電圧分離回路であって、
前記第１の電源の負端子及び前記第２の電源の正端子に電気的に接続された第１のトランジスタと、
前記第１の電源の正端子及び前記第２の電源の正端子に電気的に接続された第２のトランジスタと、
前記第１の電源の前記負端子及び前記第２の電源の負端子に電気的に接続された第３のトランジスタと、
前記第１のトランジスタに並列に電気的に接続された第１の高インピーダンス素子であって、測定端子を有する第１の高インピーダンス素子と
を含み、
前記第１の電源の前記負端子から前記測定端子まで測定されたインピーダンス値と、前記測定端子から前記第２の電源の前記正端子まで測定されたインピーダンス値とは、同じであり、
前記第１のトランジスタは、第１の制御信号によって制御され、前記第１のトランジスタが導通されると、前記第１の電源及び前記第２の電源は、第１の電流ループで直列に電気的に接続され、
前記第２のトランジスタ及び前記第３のトランジスタは、第２の制御信号及び第３の制御信号によってそれぞれ制御され、前記第２のトランジスタ及び前記第３のトランジスタが導通されると、前記第１の電源及び前記第２の電源は、第２の電流ループで並列に電気的に接続される、電圧分離回路。
第１の端部と、第２の端部と、スイッチユニットとをさらに含み、前記第１の電源の前記正端子は、前記第１の端部に接続され、前記第２の電源の前記負端子は、前記第２の端部に接続され、前記第１の端部及び前記第２の端部は、負荷デバイスに電気的に接続され、且つ前記スイッチユニットは、前記第１の端部及び前記第２の端部を第１の電源及び前記第２の電源に選択的に導通させる、請求項１に記載の電圧分離回路。
逆接続検出ループをさらに含み、前記第１の電源及び前記第２の電源が測定モードで動作されるとき、前記逆接続検出ループは、前記負荷デバイスが逆接続されているかどうかを判断するために使用され、前記負荷デバイスが逆接続されているとき、前記スイッチユニットは、前記第１の端部及び前記第２の端部を前記第１の電源及び前記第２の電源に導通させない、請求項２に記載の電圧分離回路。
短絡検出ループをさらに含み、前記第１の電源及び前記第２の電源が電力供給モードで動作されるとき、前記短絡検出ループは、前記第１の端部及び前記第２の端部が短絡されているかどうかを判断するために使用され、前記第１の端部及び前記第２の端部が短絡されているとき、前記スイッチユニットは、前記第１の端部及び前記第２の端部を前記第１の電源及び前記第２の電源に導通させない、請求項２に記載の電圧分離回路。
前記第１の電源及び前記第２の電源は、前記スイッチユニットが前記第１の端部及び前記第２の端部を前記第１の電源及び前記第２の電源に導通させなかった後、電力を供給することを停止し、且つ前記第１の電源及び前記第２の電源は、前記第１の電源及び前記第２の電源の出力電圧がそれぞれゼロになった後、定電流モードで電力を提供する、請求項４に記載の電圧分離回路。
複数の電源に電気的に接続された電圧分離回路であって、
第１の制御信号によって制御される直列のスイッチ群であって、第１の電流ループに配置されたトランジスタであって、前記複数の電源の１つにそれぞれ接続された２つのチャネルを有するトランジスタを含む直列のスイッチ群と、
第２の制御信号によって制御される並列のスイッチ群と、
前記トランジスタと並列に電気的に接続された第１の高インピーダンス素子であって、測定端子と、前記複数の電源の１つにそれぞれ接続された２つの端部とを有する第１の高インピーダンス素子と
を含み、
前記直列のスイッチ群が導通されると、前記複数の電源は、前記第１の電流ループで直列に電気的に接続され、
前記並列のスイッチ群が導通されると、前記複数の電源は、第２の電流ループで並列に電気的に接続され、
前記測定端子から前記第１の高インピーダンス素子の各端部まで測定されたインピーダンス値は、同じである、電圧分離回路。
第１の端部及び第２の端部をさらに含み、前記第１の端部は、前記複数の電源の１つに接続され、前記第２の端部は、前記複数の電源の他の電源に接続され、且つ前記第１の端部及び前記第２の端部は、負荷デバイスに、前記負荷デバイスの外部電圧値を得るために電気的に接続される、請求項６に記載の電圧分離回路。
前記複数の電源によって提供された合計電圧値が前記外部電圧値と同じであるとき、処理ユニットは、前記第１の制御信号を提供し、それにより、前記複数の電源は、前記第１の電流ループで直列に電気的に接続される、請求項７に記載の電圧分離回路。
前記複数の電源のそれぞれによって提供された特定の電圧値が前記外部電圧値と同じであるとき、処理ユニットは、前記第２の制御信号を提供し、それにより、前記複数の電源は、前記第２の電流ループで並列に電気的に接続される、請求項７に記載の電圧分離回路。