(57)【要約】      （修正有）【課題】より小さいコンデンサで安全動作が可能な電源を提供する。【解決手段】コンデンサ・バンクが、高電位導電層１８と低電位導電層２０とそれらが極めて接近して対向面に配置された介在絶縁層３２とを有する積層バス・バー２２を備える。またバンクは、積層バス・バー２２に電気接続された複数のバス・コンデンサ２４を備える。積層バス・バー２２とバス・コンデンサ２４との合成インダクタンスは、バス・コンデンサ２４が積層バス・バー２２と効果的に並列に電気接続されるように十分に低い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電位導電層と低電位導電層とそれらが対向面に配置された介在絶縁層とを有する積層バス・バーと、
前記積層バス・バーに電気接続された複数のバス・コンデンサと、を備え、
前記積層バス・バーと前記バス・コンデンサとの合成インダクタンスは、前記バス・コンデンサが前記積層バス・バーと効果的に並列に電気接続されるように十分に低いコンデンサ・バンク。
【請求項２】
前記高電位導電層は高電位ビアの配列を備え、
前記低電位導電層は低電位ビアの配列を備え、
前記複数のバス・コンデンサはそれぞれ、前記積層バス・バーの前記高電位導電層に接続された対応する高電位端子と、前記積層バス・バーの前記低電位導電層に接続された対応する低電位端子と、を有し、
前記バス・コンデンサは、前記積層バス・バーの前記高電位ビアおよび前記低電位ビアと効果的に並列に電気接続される請求項１に記載のコンデンサ・バンク。
【請求項３】
請求項２に記載のコンデンサ・バンクを備える電源装置であって、
前記バス・バーの前記高電位ビアのうちの少なくとも１つと前記低電位ビアのうちの少なくとも１つとの間に電気接続され、前記バス・コンデンサと効果的に並列状態にある少なくとも１つの電力コンバータであって、整流コンデンサを収容していない電力コンバータをさらに備える電源装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの電力コンバータは、複数の電力コンバータのうちの第１の電力コンバータであって、電力コンバータはすべて、前記バス・コンデンサと効果的に並列に電気接続され、内部の整流コンデンサを有さない請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
前記電力コンバータと効果的に並列状態にある前記積層バス・バーに電気接続された少なくとも１つのＤＣ電流源をさらに備える請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つのＤＣ電流源には、電池、ウルトラ・コンデンサ、光起電力セル、またはＤＣ発電機のうちの少なくとも１つが含まれる請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
前記第１の電力コンバータはマスタ電力コンバータとして構成され、前記複数の電力コンバータの他の電力コンバータは、前記マスタ電力コンバータにデータ並列で接続される請求項４に記載の電源装置。
【請求項８】
前記第１の電力コンバータはマスタ電力コンバータとして構成され、前記複数の電力コンバータの他の電力コンバータは、前記マスタ電力コンバータにデータ直列で接続される請求項４に記載の電源装置。
【請求項９】
前記バス・コンデンサは前記積層バス・バーの第１のウィングに接続され、一方で、前記高電位ビアおよび前記低電位ビアは、前記積層バス・バーの第２のウィングであって前記第１のウィングに略直交して延びる第２のウィングに形成される請求項２に記載の電源装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のコンデンサ・バンクを備える電源装置であって、
前記バス・コンデンサと効果的に並列状態となるように前記積層バス・バーに電気接続された少なくとも１つの電力コンバータであって、任意の整流コンデンサを何ら備えていない少なくとも１つの電力コンバータをさらに備える電源装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの電力コンバータと効果的に並列状態にある前記積層バス・バーに電気接続された少なくとも１つのＤＣ電流源をさらに備える請求項１０に記載の電源装置。
【請求項１２】
高電位導電層と低電位導電層とそれらが極めて接近して対向面に配置された介在絶縁層とを有する積層バス・バーであって、前記高電位導電層は高電位ビアの配列を備え、前記低電位導電層は低電位ビアの配列を備える、積層バス・バーと、
複数のバス・コンデンサであって、それぞれ、前記バス・バーの前記高電位導電層に電気接続された対応する高電位端子と、前記バス・バーの前記低電位導電層に電気接続された対応する低電位端子とを有する、複数のバス・コンデンサと、
前記高電位ビアと前記低電位ビアとの間に接続された複数の電力コンバータであって、整流コンデンサを有さない電力コンバータと、を備える電源装置。
【請求項１３】
各電力コンバータには、対応する補助容量のみが収容されている請求項１２に記載の電源装置。
【請求項１４】
前記電力コンバータは、整流コンデンサを有する電源装置の電力コンバータ間の間隔よりも互いに接近して離間配置される請求項１２に記載の電源装置。
【請求項１５】
各電力コンバータは、正味の電力密度が少なくとも約２．６Ｗ／ｃｍ３であり、前記電力コンバータは、前記バス・バーに沿って心々約１５ｃｍを超えない間隔で配列される請求項１４に記載の電源装置。
【請求項１６】
前記電力コンバータは、電流を前記積層バスに供給するように構成された少なくとも１つの第１の電力コンバータ・バーと、電流を前記積層バス・バーから受け取るように構成された少なくとも１つの第２の電力コンバータとを備える請求項１２に記載の電源装置。
【請求項１７】
軸に沿って延び、前記軸に直交する断面を定める絶縁層であって、前記断面は、第１のウィングと、前記第１のウィングの長手方向縁部からある角度で突き出ている第２のウィングとを備える、絶縁層と、
前記絶縁層の第１の表面に配置された第１の導電層と、
前記第１の導電層と反対側の前記絶縁層の第２の表面に配置された第２の導電層と、
第１および第２の複数のビアであって、前記第１の導電層と電気的に接触した状態で、前記第１のウィングおよび前記第２のウィングをそれぞれ通して形成された第１および第２の複数のビアと、
第３および第４の複数のビアであって、前記第２の導電層と電気的に接触した状態で、前記第１のウィングおよび前記第２のウィングをそれぞれ通して形成された第３および第４の複数のビアと、を備える積層バス・バー。
【請求項１８】
前記第１および第２の導電層は、前記積層バス・バーが示す前記複数のビア間の寄生インダクタンスが最小となるように極めて接近している請求項１７に記載の積層バス・バー。
【請求項１９】
前記第１および第２の複数のビアは前記積層バス・バーの前記軸に沿って配列される請求項１７に記載の積層バス・バー。
【請求項２０】
前記第３および第４の複数のビアは、前記軸に沿って、前記第１および第２の複数のビアにそれぞれ対応する箇所に配列される請求項１９に記載の積層バス・バー。
【請求項２１】
前記断面は実質的に均一である請求項１７に記載の積層バス・バー。
【請求項２２】
請求項１７に記載の積層バス・バーと、
前記第１のウィングに取り付けられた複数のバス・コンデンサであって、前記第１の導電層と前記第２の導体層との間に前記第１および第３の複数のビアを経由して電気接続された複数のバス・コンデンサと、
前記第２のウィングに取り付けられた複数の電力コンバータであって、前記第１の導電層と前記第２の導体層との間に前記第２および第４の複数のビアを経由して電気接続された複数の電力コンバータと、を備える電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は一般的に電源に関する。特定の実施形態は、固体スイッチング電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源は、電力を１または複数の電気負荷に供給する電子／電気回路である。用語「電源」は通常、電気装置の収集物またはアセンブリであって、電気エネルギーのある形態を別の形態に変換し、一般的に「電力コンバータ」と言われる電気装置の収集物またはアセンブリに適用される。多くの電源は、互いに接続された２つ以上の電力コンバータを備えている。通常、電力コンバータは、「スイッチング」電力コンバータであり、複数の固体素子を用いて、入力電流を断続的に遮断し、入力電流を振幅、電圧、および／または周波数が異なる出力電流に変換することを起こす。たとえば、「ＡＣ電力コンバータ」は、直流または交流の入力電流を受け取って、交流の出力電力の発生を、電圧、電流、および／または周波数の設計値において行なう。対照的に、「ＤＣ電力コンバータ」は、出力電力を、実質的に一定の出力電圧および／または電流で発生させる。
【０００３】
従来の電力コンバータは一般的に、高電位ＤＣレールまたはより低電位のＤＣレールからＡＣ出力端子に接続された複数の固体スイッチのまとまりである。２つのＤＣレールは通常、一緒にして「ＤＣリンク」として知られており、一方で、用語「ＤＣリンク電圧」は、多くの場合、このＤＣリンク間の電位差を指すために用いられる。通常、固体スイッチは、ＤＣ源レールから交流を発生させるためにスイッチングされるトランジスタである。トランジスタのスイッチングが起こると、ＤＣレールとＡＣ出力端子との間に電圧サージが誘起される。そのため、各トランジスタは、サージ緩和用の逆並列ダイオードと一緒にパッケージされている。加えて、コンデンサを単一のスイッチの電力端子間に接続して、スイッチング過渡現象の間の急速な電圧および電流勾配を緩和することもある。詳細には、「スナバ」コンデンサにこの目的がある。また、各電圧源電力コンバータは、１または複数のコンデンサをその電力コンバータのＤＣリンク端子間に直接または非常に近接して接続して、コンバータ・スイッチ間の誘導電圧サージをさらに緩和する必要がある。「整流作用」コンデンサにこの目的がある。
【０００４】
コンデンサは、電圧過渡現象の間に漏れ電流が流れ、測定可能な抵抗があり、したがって、電圧サージを吸収する度に熱を放散する。各コンデンサは、安全マージンによって慎重に仕様が決められていて、通常動作の間に電気設計パラメータ（たとえば、誘電体の絶縁破壊）に接近するようなことがないようになっている。また、各コンデンサは、設計温度過渡現象に耐えるように仕様が決められている。理解されるように、これらの特徴によって、設計、製造、および動作のコストが増す。たとえば、コンデンサにはさらなる設計作業が必要となる。またコンデンサには、さらなる部品購入、追跡、および組み立てが必要となる。
【０００５】
動作時は、コンデンサがあるために、従来の各電力コンバータが占める体積は大きくなり、放散する熱は、本来必要となるものよりも多くなる。そのため、達成できる総電力密度は小さくなる。またコンデンサからの熱放散があると、電力コンバータを冷却するために必要な寄生負荷が増え、そのため、設置時に達成できる正味の電力密度が減る。また、各コンデンサが対応するのは、電力コンバータの通常動作の間の部分的な負荷サイクルのみである。したがって、コンデンサを備える従来の電力コンバータは、コストが著しく過剰であり、冷却の必要性がより高く、重量および容積あたりの正味の電力密度が、望ましいであろう値よりも小さい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，８２２，８５０明細書
【発明の概要】
【０００７】
以上のことを考慮すると、電源のコストおよび冷却の必要性を減らすと同時に、その電力密度を高めることが望ましい。したがって、より小さいコンデンサで安全動作が可能な電源を提供することが望ましい。
【０００８】
実施形態では、コンデンサ・バンクが、高電位導電層と低電位導電層とそれらが対向面に配置された介在絶縁層とを有する積層バス・バーを備えている。またバンクは、積層バス・バーに電気接続された複数のバス・コンデンサを備えている。積層バス・バーとバス・コンデンサとの合成インダクタンスは、バス・コンデンサが層バス・バーと効果的に並列に電気接続されるように十分に低い。
【０００９】
他の実施形態においては、電源装置が、高電位導電層と低電位導電層とそれらが極めて接近して対向面に配置された介在絶縁層とを有する積層バス・バーを備えている。高電位導電層は高電位ビアの配列を備え、低電位導電層は低電位ビアの配列を備えている。装置はさらに、複数のバス・コンデンサであって、それぞれ、バス・バーの高電位導電層に電気接続された高電位端子と、バス・バーの低電位導電層に電気接続された低電位端子とを有する複数のバス・コンデンサと、複数の電力コンバータであって、それぞれ高電位ビアの１つと低電位ビアの１つとの間に接続された複数の電力コンバータとを備える。電力コンバータは整流コンデンサを有していない。
【００１０】
他の実施形態においては、積層バス・バーが、軸に沿って延びる絶縁層であって、軸に直交する実質的に均一な断面を定める絶縁層を有している。断面は、第１のウィングと、第１のウィングの長手方向縁部からある角度で突き出ている第２のウィングとを備えている。またバス・バーは、絶縁層の第１の表面に配置された第１の導電層と、第１の導電層と反対側の絶縁層の第２の表面に配置された第２の導電層と、を備えている。第１および第２の複数のビアが、第１の導電層と電気的に接触した状態で、第１のウィングおよび第２のウィングをそれぞれ通して形成されている。第３および第４の複数のビアが、第２の導電層と電気的に接触した状態で、第１のウィングおよび第２のウィングをそれぞれ通して形成されている。
【００１１】
本発明は、非限定の実施形態の以下の説明を、添付図面を参照して読むことによって、より良好に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態によるモジュラー・スナバレス電源を例示する電子回路概略図である。
【図２】図１に示すモジュラー・スナバレス電源を例示する概略的な断面図である。
【図３】図１に示すモジュラー・スナバレス電源を例示する斜視図である。
【図４】本発明の一態様によるマスター・スレーブ電力コンバータ間のデータ・パラレル信号フローを例示する概略図である。
【図５】本発明の別の態様によるマスター・スレーブ電力コンバータ間のデータ・シリアル信号フローを例示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の典型的な実施形態について詳細に参照する。その実施例が添付図面に例示されている。可能な限り、図面の全体に渡って用いられる同じ参照文字は、同じかまたは同様の部分を指して、説明が重複しないようにしている。本発明の典型的な実施形態は、ＡＣ電源に関して説明しているが、本発明の実施形態は、一般的に、電源と使用する場合にも適用される。
【００１４】
本発明の態様は、コンデンサなしで構築されるモジュラー電力コンバータに関する。本発明のさらなる態様は、積層バス・バー上に構築された電源であって、バス・バーの比較的低いインダクタンスによって、電圧サージを吸収するためのバンク内の多数のバス・コンデンサの効果的な並列接続が可能になるようにした電源に関する。本発明のさらなる態様は、電源であって、バス・バーとバス・コンデンサとの合成インダクタンスが、コンデンサを備えていない「スナバレス」電力コンバータのモジュラー接続が可能となるように十分に小さい電源に関する。本発明のさらなる態様は、従来の電源と比べて質量および体積が小さく構築された電源であって、スナバレス電力コンバータが、従来の電源において実現可能なものよりも接近して離間に配置され、その結果、製造時の総電力密度を大きくすることができる電源に関する。本発明のさらなる態様は、従来の電源と比べて冷却の必要性が小さく構築された電源であって、スナバレス電力コンバータから放散される熱が従来の電源の場合よりも少なく、そのため、冷却の必要性が小さいことからより少定格または低定格の冷却コンポーネントを伴う電源を構築することができ、設置時の正味の電力密度を大きくすることができる電源に関する。本発明のさらなる態様は、モジュラー・バス・バー・アーキテクチャ上に構築される電源であって、モジュラー・バス・バー・アーキテクチャ上では、バス・コンデンサとスナバレス電力コンバータとをモジュラー（「プラグ・アンド・プレイ」）方式で追加または削除することができる電源に関する。
【００１５】
また、本明細書で用いる場合、用語「実質的に」「略」および「約」は、部品またはアセンブリの機能的な目的を実現するのに適した理想的な所望の状態に対して、合理的に達成可能な製造および組立許容誤差内の状態を示すことが意図されている。
【００１６】
典型的な実施形態においては、図１に示すように、モジュラー電源１０は、複数のスナバレス電力コンバータ１２であって、積層ＤＣバス・バー２２の高および低電位層１８、２０にビア１４、１６において接続されて、バス・コンデンサ２４と並列状態にあるスナバレス電力コンバータ１２を備えている。たとえば、ビア１４、１６は、ネジ部品を受け取るためのブッシングとして構成されている。ネジ部品は、たとえば電力コンバータ１２の端子をバス・バー層１８、２０と電気的に接続するための押さえネジ（図示せず）である。各電力コンバータ１２は、複数のパワー・トランジスタ２６（たとえば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＢＪＴ、または他の固体スイッチャブル・デバイス）であって、それぞれ層１８または２０の一方と複数のＡＣ出力端子３０のうちの１つとの間で逆並列ダイオード２８と接続されたパワー・トランジスタ２６を備えている。（「逆並列」によって意味するのは、ダイオードのカソードはトランジスタのコレクタに接続され、一方で、ダイオードのアノードはトランジスタのエミッタに接続されているということである）。パワー・トランジスタ２６と逆並列ダイオード２８とは、電力コンバータ・ハウジング２９内にパッケージされている。またＤＣバス・バー２２の層１８、２０は、ＤＣ電流源３１の正および負極と接続されていても良い。ＤＣ電流源３１には、発電機、光起電力セル、熱起電力パイル、エネルギー貯蔵装置（たとえば、電池またはフライホイール）、および／または他の直流源が含まれていても良い。
【００１７】
図２を参照して、積層ＤＣバス・バー２２は、高電位層１８と低電位層２０とを備えている。これらは、絶縁層３２の周りで挟まれて（絶縁層３２によって分離されて）いる。（「高電位」および「低電位」は、互いに相対的であり、その意味は、動作時にＤＣ源３１が層１８、２０に接続されているときに、高電位要素（たとえば、層１８）は、低電位要素（たとえば、層２０）よりも高電位にあり、低電位要素は高電位要素よりも低電位にあるということである）。高電位および低電位層１８、２０は、比較的薄い層で、比較的高い伝導性を有する（たとえば、３ｍｍ厚未満で、２Ｅ−８ｏｈｍ−ｍ未満である）。これらの層は、絶縁層３２の対向面において極めて接近して配置されている。絶縁層３２は、比較的薄い層で、比較的高い絶縁耐力を有する（たとえば、２ｍｍ厚未満で、３０ｋＶ／ｍ超である）。たとえば、絶縁層３２は、ＰＥＴ、テフロン、メラミン樹脂、または同様の高抵抗性のポリマーからなることができる。高電位および低電位層は、銅、アルミニウム、または同様の高導電性の金属からなることができる。導電層は薄く、互いに比較的近く、バス・バー２２間の任意の点で略反対方向に電流を流すため、積層バス・バー２２に貯蔵される磁気エネルギーは、直流応用例では、たとえ電流の切り替え中であっても、ほぼゼロに等しい。そのため、積層ＤＣバス・バー２２は電力コンバータ１２に対して低いインダクタンスを示す。さらなる薄い絶縁層３３（絶縁層３２と同様である）が、導電層１８、２０の外面に設けられている。個々の各電力コンバータ１２は、同様に積層された電源バー３５を備えている。電源バー３５は、電力コンバータ・ハウジング２９から突き出ていて、積層バス・バー２２にビア１４、１６において取り付けられるようになっている。
【００１８】
図１を再び参照して、本発明の一態様は、積層バス・バー２２のインダクタンスが比較的低いことによって、多数のバス・コンデンサ２４の取り付けが、複数のスナバレス電力コンバータ１２の何れからも離した状態で、バス・コンデンサ２４と複数の電力コンバータ１２との間の電流過渡現象の間にバス・バー２２の著しい自己誘導が生じることなく、可能となることである。対照的に、従来の「レール」型バス・バーのインダクタンスの場合は、各バス・コンデンサを、その隣接物から、およびそのバス・コンデンサが直接機械的に接続されていない電力コンバータから、効果的に隔離する働きをする。そのため、本発明の実施形態においては、バス・コンデンサ２４を、効果的に並列に接続することができるとともに、電力コンバータ１２間で負荷分散させて、望ましい高い作用静電容量を、正味のインダクタンスが比較的低い状態で実現することができる。一態様においては、「効果的に並列に接続される」または「接続が効果的に並列に行なわれる」の意味は、バス・バー２２とバス・コンデンサ２４との合成インダクタンスが、すべてのバス・コンデンサ２４が高および低ビア１４、１６の任意のペア間の誘導性サージを実質的に等しく吸収できるように、十分に小さいということである。たとえば：
【００１９】
【数１】
2014060914.tif 000003
である。ここで、Ｌｓ＝バス・バー２２とバス・コンデンサ２４との合成インダクタンスであり、Ｕｄｃ＝ＤＣリンク動作電圧であり、ｋ＝（トランジスタ２６阻止電圧−Ｕｄｃ）／Ｕｄｃであり、ｔｓｗ＝各スイッチ２６が電流の切り替えにかかる時間であり、Ｉｐｈ＝切り替えるべき相電流である。たとえば、Ｕｄｃ＝８００Ｖで、トランジスタ阻止電圧＝１２００Ｖで、ｔｓｗ＝０．１μｓで、Ｉｐｈ＝１２００Ａの場合、コンデンサ２４を複数の電力コンバータ１２と効果的に並列して接続すべきときには、Ｌｓは約３３ｎＨを超えてはならない。
【００２０】
本発明の優位点として、より少ないバス・コンデンサを用いて、個々の電力コンバータ内の多数のコンデンサによってこれまでに得られている同じ整流を実現することができる。
【００２１】
たとえば、図２および３に示すように、複数のバス・コンデンサ２４が、積層バス・バー２２の第１のウィング３４において並列に接続され、一方で、複数の電力コンバータ１２が第２のウィング３６において、それらの電源バー３５によって並列に接続されている。バス・コンデンサ２４とバス・バー２２とは全体として、各電力コンバータ１２に対してビア１４、１６で見たすべての電源のすべての脚に対して効果的な低い整流インダクタンスを実現する。バス・コンデンサ２４は、積層バス・バー２２とともに、各電力コンバータ１２の安定動作を可能にするのに十分な静電容量を実現する。一例として、それぞれ定格が６０ｋＷの５つの電源装置の場合には、比較的低い値のバス・インダクタンス（たとえば、約５０ｎＨ未満）となり、比較的高いバス静電容量が電力コンバータ１２によって共有されているとすると（たとえば、約１０ｍＦ）、パワー・トランジスタ２６を、最大で約数ｋＨｚで、個々のスイッチ阻止能力を超える電圧サージを被ることなく繰り返すことができる。こうして、電源内部にコンデンサを有さない電力コンバータ１２を備える電源アセンブリ１０を提供することができる。また、本発明の実施形態により設置される静電容量は、各電力コンバータ・ハウジングから空間的に離れている。従来の設計では、各電力コンバータ・ハウジング２９内に、以下のオーダの静電容量を設置する必要がある。
【００２２】
【数２】
2014060914.tif 000004
［ここで、Ｐはコンバータ定格電力（ｋＶＡ）であり、ＵｄｃはＤＣリンク電圧（Ｖ）であり、計算結果の単位はＦである］。しかし本発明の厳選した実施形態において必要となるのは、各コンバータ・ハウジング２９内部の全補助容量として、その値の１／１００を超えない値である場合がある。
【００２３】
コンデンサがなければ、各モジュラー電力コンバータ１２に対して必要となる全体積が小さくなるとともに、各モジュラー電力コンバータ１２が必要とする冷却空気流が小さくなる。この意味するところは、各電力コンバータ１２を、次の電力コンバータ１２に隣接する近接位置に取り付けることができるということである。たとえば、一実施形態においては、各電力コンバータは、電力密度が約２．７Ｗ／ｃｍ３の場合に、電力定格は少なくとも約５５ｋＷであり、占有体積は約５００ｍｍ×２９０ｍｍ×１４０ｍｍである。電力コンバータ１２は、積層バス・バー２２に沿って心々約４５ｍｍの間隔で配列されている。
【００２４】
実際には、冷却空気がバス・コンデンサ２４の周りを流れる。積層バス・バー２２のインダクタンスが低いことによって、各バス・コンデンサ２４を、電力コンバータ１２の任意の特定の１つに直接機械的に接続することなく取り付けられるため、バス・コンデンサを、最大の熱伝達が得られるように配設することができる。たとえば、バス・コンデンサ２４は、図示では、バス・バー２２の第１のウィング３４から突き出ていて、冷却用空気がバス・コンデンサの周りおよびバス・コンデンサ間を垂直方向に流れて、優位な対流熱伝達が得られるようになっている。
【００２５】
図４を参照して、本発明の別の態様を、典型的な本発明の電源１０内の複数の電力コンバータ１２間の信号フロー５０を参照して示す。ここで、第１の電力コンバータ１２ａが「マスタ」コンバータとして示されている。本明細書で用いる場合、「マスタ」の意味は、積層ＤＣバス・バー２２に接続された付加的な「スレーブ」電力コンバータのタイミングおよびそうでなければ直接操作を設定するように構成された単一の電力コンバータである。たとえば、マスタ電力コンバータ１２ａは、少なくともタイミング信号５２とともに周波数選択信号５４を、複数の電力コンバータ１２ｂ、１２ｃなどに送る。電力コンバータ１２ｂ、１２ｃは、「スレーブ」電力コンバータとして示されている。各スレーブ電力コンバータ自体は、ステータス・アンド・エラー信号５６をマスタ電力コンバータ１２ａに送る。
【００２６】
図４において、スレーブ電力コンバータは、データ並列で接続されていると示されており、言い換えれば、それぞれマスタ電力コンバータと直接通信している。他方で、図５に示すのは、データ直列で接続されたスレーブ電力コンバータであり、言い換えれば、それぞれ、マスタ電力コンバータに向かって次と接続している。
【００２７】
このように、実施形態においては、コンデンサ・バンク（電源装置用）は、積層バス・バーと複数のバス・コンデンサとを備えている。バス・バーは、高電位導電層と低電位導電層とを有し、それらは、介在する絶縁層の対向面に配置されている。コンデンサ・バンクはさらに、積層バス・バーに電気接続された複数のバス・コンデンサを備えている。積層バス・バーとバス・コンデンサとの合成インダクタンスは、バス・コンデンサが積層バス・バーと効果的に並列に電気接続されるように十分に低い。
【００２８】
実施形態においては、高電位導電層は高電位ビアの配列を備え、電位導電層は低電位ビアの配列を備えている。各コンデンサは、積層バス・バーの高電位導電層に接続された高電位端子と、積層バス・バーの低電位導電層に接続された低電位端子と、を有している。積層バス・バーとバス・コンデンサとは、最小の合成または寄生インダクタンスを示す。このインダクタンスは、バス・コンデンサが高電位ビアおよび低電位ビアと効果的に並列に電気接続されるように十分に低い。たとえば、合成の寄生インダクタンスは、すべてのバス・コンデンサが高および低電位ビアの任意のペア間に生じる誘導性サージを実質的に等しく吸収できるように、最小限に小さい。ある実施形態においては、少なくとも１つの電力コンバータが、バス・バーに少なくとも１つの高電位ビアと少なくとも１つの低電位ビアとを渡って電気接続されてバス・コンデンサと効果的に並列状態にあり、電力コンバータが整流コンデンサの収容を必要とせずに動作できるようになっている。このような実施形態においては、少なくとも１つの電力コンバータは、複数の電力コンバータのうちの第１の電力コンバータであっても良い。すべての電力コンバータは、バス・コンデンサと効果的に並列に電気接続され、内部整流コンデンサを有していない。実施形態にはさらに、電力コンバータと効果的に並列状態にあるバス・バーに電気接続された少なくとも１つのＤＣ電流源が含まれていても良い。ＤＣ電流源には、電池、ウルトラ・コンデンサ、光起電力セルもしくはアレイ、またはＤＣ発電機のうちの任意の１または複数が含まれていても良い。実施形態では、第１の電力コンバータをマスタ電力コンバータとして構成して、付加的な電力コンバータをマスタ電力コンバータにデータ並列で接続しても良い。または、第１の電力コンバータをマスタ電力コンバータとして構成して、付加的な電力コンバータをマスタ電力コンバータにデータ直列で接続しても良い。実施形態においては、バス・コンデンサは、積層バス・バーの第１のウィングに接続され、一方で、高電位ビアと低電位ビアとは、第１のウィングに略直交して延びる積層バス・バーの第２のウィングに形成されている。こうして、複数の電力コンバータを共に、整流コンデンサを有する電力コンバータの場合に可能なものよりも接近して離間配置することができる。
【００２９】
実施形態では、電源装置は、積層バス・バー、バス・コンデンサ、および電力コンバータを備えている。積層バス・バーは、高電位導電層と低電位導電層とを有し、それらは、介在する絶縁層の対向面に極めて接近して配置されている。高電位導電層は高電位ビアの配列を備えている。低電位導電層は低電位ビアの配列を備えている。各バス・コンデンサは、バス・バーの高電位導電層に電気接続された高電位端子と、バス・バーの低電位導電層に電気接続された低電位端子と、を有している。各電力コンバータは、高電位ビアのうちの１つと低電位ビアのうちの１つとの間に接続されている。従来技術と異なって、電力コンバータ・ハウジングには、整流コンデンサは封入されていないが、補助容量のみが収容されていて、接地ループなどを緩和するようになっている。それに応じて、いくつかの実施形態においては、電力コンバータは、整流コンデンサを有する電力コンバータの場合に実現できるものよりも互いに接近して離間配置される。たとえば、電力コンバータを、正味の電力密度が少なくとも約２．６Ｗ／ｃｍ３で、心々約１５ｃｍを超えない間隔で設けても良い。実施形態では、電力コンバータは、電流を積層バス・バーに供給するように構成された少なくとも１つの電力コンバータと、電流を積層バス・バーから受け取るように構成された少なくとも１つの他の電力コンバータと、を備えていても良い。
【００３０】
実施形態では、積層バス・バーは、軸に沿って延びる絶縁層であって、軸に直交する断面を定める絶縁層を備えている。断面は、第１のウィングと、第１のウィングの長手方向縁部からある角度で突き出ている第２のウィングとを備えている。また積層バス・バーは、絶縁層の第１の表面に配置された第１の導電層と、第１の導電層と反対側の絶縁層の表面に配置された第２の導電層と、を備えている。第１および第２の複数のビアが、第１の導電層と電気的に接触した状態で、第１のウィングおよび第２のウィングをそれぞれ通して形成されている。第３および第４の複数のビアが、第２の導電層と電気的に接触した状態で、第１のウィングおよび第２のウィングをそれぞれ通して形成されている。ある実施形態においては、第１および第２の導電層は、物品が示す複数のビア間の寄生インダクタンスが最小となるように極めて接近している。ある実施形態においては、第１および第２の複数のビアは、物品の軸に沿って配列されている。このような実施形態においては、第３および第４の複数のビアは、軸に沿って、第１および第２の複数のビアにそれぞれ対応する箇所に配列されていても良い。ある実施形態においては、積層バス・バーの断面は軸に沿って実質的に均一であっても良い。いくつかの実施形態では、電源装置として、積層バス・バーを備えるとともに、第１のウィングに取り付けられた複数のバス・コンデンサであって、第１の導電層と第２の導体層との間に第１および第３の複数のビアを経由して電気接続された複数のバス・コンデンサと、ならびに、第２のウィングに取り付けられた複数の電力コンバータであって、第１の導電層と第２の導体層との間に第２および第４の複数のビアを経由して電気接続された複数の電力コンバータと、を備える電源装置に及んでも良い。
【００３１】
当然のことながら、前述の記載は、例示的であることが意図されており、限定的ではない。たとえば、前述した実施形態（および／またはそれらの態様）は、互いに組み合わせて用いても良い。加えて、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させることを、その範囲から逸脱することなく行なうために、多くの変更を施しても良い。本明細書で説明した材料の寸法およびタイプは、本発明のパラメータを規定することが意図されているが、それらは、決して限定するものではなく、典型的な実施形態である。前述の記載を再考することによって、他の多くの実施形態が当業者には明らかである。したがって、本発明の範囲は、添付の請求項とともに、このような請求項に認められている均等物の全範囲を参照することによって、決定されなければならない。添付の請求項では、用語「含む」および「ｉｎｗｈｉｃｈ」は、対応する用語「備える」および「ｗｈｅｒｅｉｎ」の平易な英語の等価物として用いている。また、以下の請求項では、用語「第１」、「第２」、「第３」、「上方」、「下方」、「最下部」、「最上部」などは、単に標示として用いており、数値的または位置的要求をそれらの目的語に課すことは意図されていない。さらに、以下の請求項の限定は、ミーンズ・プラス・ファンクションの形式では書かれておらず、米国特許法第１１２条第６段落に基づいて解釈されることは意図されていない。ただし、このような請求項の限定が、語句「ための手段」を明白に使用していて、それに続いて、付加的構造がない機能が記載されている場合は別である。
【００３２】
この書面の説明では、実施例を用いて、本発明の複数の実施形態を、ベスト・モードも含めて開示するとともに、当業者が発明の実施形態を実施できるように、たとえば任意の装置またはシステムを作りおよび用いること、ならびに取り入れた任意の方法を実施することができるようにしている。本発明の特許可能範囲は、請求項によって規定され、当業者に想起される他の実施例を含んでいても良い。このような他の実施例は、請求項の文字通りの言葉使いと違わない構造要素を有する場合、または請求項の文字通りの言葉使いとの違いが非実質的である均等な構造要素を含む場合には、請求項の範囲内であることが意図されている。
【００３３】
本明細書で用いる場合、要素またはステップを単数形で記載して、その前に用語「ａ」または「ａｎ」がある場合には、複数の要素またはステップを排除していないものと理解しなくてはならない。ただし、このような排除が明確に記載されている場合は除く。さらに、本発明の「一実施形態」に言及する場合、記載された特徴をやはり取り入れているさらなる実施形態の存在を排除するものと解釈することは意図されていない。また、反対のことが明確に述べられていない限り、特定の特性を有する要素または複数の要素を「備える」、「含む」、または「有する」実施形態には、その特性を有さないさらなる要素が含まれていても良い。
【００３４】
前述した電源装置において、本明細書に含まれる本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、ある変形を施しても良いため、前述の記載のまたは添付図面に示すすべての主題は、単に本明細書における本発明の考え方を例示する実施例として解釈されるものとし、本発明を限定するとは解釈されないものとすることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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