(57)【要約】  本発明は、ソーラーパワー、通常電力、または電池と共に稼働して、デスクトップPC、および最終的電源がDCである任意の他の機器に電力供給することができ、停電および電圧低下に確実に耐え、ソーラーパネルに接続されるときに58〜65%以上の電力を節約する3重入力スマート電源モジュールを開示する。PC用途では、3重入力スマート電源モジュールは、10〜16V DC-DC ATX PC電源と、PFC技法を使用する、230V ACからの15V DC電源と、スイッチング整流器回路と、50〜80Wpの範囲内のソーラーパネルと、12V SMF電池と、電流制限充電器回路と、12V DCで作動するモニタとを備える。本発明は、「グリーンPC」の生産および使用において革新的で先進的な企てとなる。TRISPの範囲はPCに制限されず、最終的入力電源がDCである、バックアップ設備を用いて、安定したクリーンな入力電力を必要とする任意の機器に拡張することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
SPV(太陽光起電)電力設備と、ソーラー、通常電力、および電池を好ましい順序に優先順位付けするための自動ロジックと共に、所定の電圧範囲入力から機能する、DCを最終的電源として使用する1つまたは複数の電子的負荷のための3重入力スマート電源であって、
前記所定の電圧範囲を供給するためのDC-DC ATX電源と、
PFC技法を使用して230V ACから15V DC電源を生成するためのAC-DC変換器と、
ソーラー、通常電力、および電池を好ましい順序に自動的に優先順位付けするためのスイッチング論理回路と、
前記1つまたは複数の電子的負荷に電力を供給するための十分な容量のソーラーパネルと、
前記1つまたは複数の電子的負荷に電力バックアップを供給するための電池と、
前記電池に充電電流を供給するための電圧調整器および電流制限充電器回路と、
前記所定の電圧範囲で作動することができるディスプレイユニットと
を備え、
前記スイッチング論理回路が、ソーラー、通常電力、および前記電池をインテリジェントに優先順位付けし、前記1つまたは複数の電子的負荷への中断されない電源を提供するための3重入力電源間のシームレスな切換えを保証する、3重入力スマート電源。
【請求項２】
DC-DC ATX電源が、90%より大きい効率を提供するための半導体スイッチング技術を備える、請求項1に記載の3重入力スマート電源。
【請求項３】
前記ソーラーパネルが、前記1つまたは複数の電子的負荷に直接的に電力供給することができる、請求項1に記載の3重入力スマート電源。
【請求項４】
前記電池が、可用性に基づいて、ソーラーパワーまたは通常電力あるいはその両方から充電される、請求項1に記載の3重入力スマート電源。
【請求項５】
負荷電力を監視し、使用される選択された電源および残りのバックアップ時間のステータス表示を提供するためのマイクロコントローラ回路を備える、請求項1に記載の3重入力スマート電源。
【請求項６】
前記マイクロコントローラ回路が、前記残りのバックアップ時間に関する情報を提供し、前記電池が枯渇に近づいているときに前記1つまたは複数の電子的負荷を強制的にシャットダウンさせる、請求項5に記載の3重入力スマート電源。
【請求項７】
前記ソーラーパネルなしに58から65%の電力を節約する、請求項1に記載の3重入力スマート電源。
【請求項８】
デスクトップPCが、ソーラーパワーに対して直接的に作動し、午前10時から午後4時の間に動作するとき(十分な太陽光が利用可能であるとき)前記電池を充電し続け、適度に晴れた日に、通常の労働時間中の通常電力を節約する、請求項1に記載の3重入力スマート電源。
【請求項９】
インテリジェントスイッチング機構が、ソーラーパネル内で発生する少量の電力でさえも利用することを可能にする一方で、平衡電力要件が通常電源から満たされる、請求項1に記載の3重入力スマート電源。
【請求項１０】
電流制限回路が、前記電池のAH定格に基づいて決定される、請求項1に記載の3重入力スマート電源。
【請求項１１】
前記1つまたは複数の電子的負荷がデスクトップパーソナルコンピュータ(PC)を含み、前記所定の電圧範囲が10Vから16V DCを含み、前記DC-DC ATX電源が10から16V DC-DC ATX PC電源を含み、前記ソーラーパネルが標準デスクトップPCのための範囲50から80Wpを含み、前記電池が12V 7AH SMF電池を含み、前記ディスプレイユニットがLED/LCD PCモニタを含む、請求項1に記載の3重入力スマート電源。
【請求項１２】
前記デスクトップPCのバックアップ時間が、標準デスクトップPCおよび12V 7AH SMF電池の場合は80から110分に増加する、請求項11に記載の3重入力スマート電源。
【請求項１３】
1747200単位の省電力を生み出し、それによって、太陽エネルギーの使用からの利益を除外して、312日間で1日当たり8時間作動する10000台のデスクトップPCについて1420万ルピーのコスト節約、およびソーラーパネルに接続される場合、1年当たり2496000単位のエネルギーおよび2047万ルピーの節約を生み出す、請求項11に記載の3重入力スマート電源。
【請求項１４】
オンラインUPSシステムと共に使用するとき、効率がわずか35%である通常のSMPSの効率とは比べ物にならない90%の効率を提供する、請求項11に記載の3重入力スマート電源。
【請求項１５】
UPSから電力線に注入される高調波を著しく削減する、請求項11に記載の3重入力スマート電源。
【請求項１６】
力率の改善を提供する、請求項11に記載の3重入力スマート電源。
【請求項１７】
異なるバックアップ時間が得られることになる、異なる容量および/または技術を有する電池を使用することができる、請求項1に記載の3重入力スマート電源。
【請求項１８】
多数のデスクトップPCおよび電子的負荷が、1つの屋根の下で、共通低電圧DC(<21V)電力バスから作動する必要があるとき、前記ソーラーパネルが高電力ソーラーパネルアレイを備える、請求項11に記載の3重入力スマート電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単純なバックアップ設備と一体化された電源の分野におけるものであり、より高い信頼性と、より低い電力線汚染特性とを有する省電力デバイスに関する。本発明は、ソーラーパワー、通常電力、または充電式電池と共に稼働して、デスクトップPC、またはDCを最終入力電源として使用する任意の他のシステムに電力供給することができ、停電および電圧低下に確実に耐える。本発明は、家庭用途または産業用途のPCと共に使用するとき58〜65%の省電力を実施するのに非常に有用であり、ソーラーパネルと接続されると、省電力はさらに高くなる。これは、「グリーンパワー」デバイスの生産および効果的な使用における革新的で先進的な企てとなる。TRISPは、バックアップ設備を用いて、安定したクリーンな入力電力を必要とするデスクトップPCおよび任意の他の機器に電力供給するように設計される。
【背景技術】
【０００２】
停電、頻繁な電圧低下、電力の損失、および電力線品質の低下は、発展途上国の配電システムにおける大きな問題である。PCの使用は、家庭セクタ、商業セクタ、および産業セクタにおいて都市および郊外地域で指数関数的に増加しており、それに比例した、信頼性の低い通常電力条件に対処するためのUPSシステムの使用の増加が必要とされている。UPSシステムの調達および保守には膨大な金額が費やされなければならない。オンラインUPSシステムの無制御の増加は結果として、電力線への高レベルの高調波誘導をもたらす。UPSによって消費される電力は、無駄な電力を直接的に増大させる設計の質および使用される構成要素の品質に依存する。ブランド製品を含む、市場で人気のある製品の多くは、電流および電圧のサージ、ひずんだ波形、および他の電力線品質低下を生み出す。UPSおよび電池を配置するためのコストのかかる据付け面積の無駄は、別の重要な懸念である。コンデンサバンク、UPS内部の高電力スイッチング、および電池からの放電による火災の可能性は、直面する別の問題点である。低い総合効率、不十分な力率、および比較的低い信頼性は、別の制約事項である。別の懸念は、PCおよび他の装置に電力供給するために内部で使用される従来型SMPSの効率に関するものである。市場のデスクトップPCの中の市販の人気ブランドについて、その総合効率がテストされ、結果は、オンラインUPSシステムと共に使用されるときには、わずか35%であった。
【０００３】
一般には、UPSは、オンラインカテゴリとオフラインカテゴリとに分類される。オフラインカテゴリは非常に低いKVA定格を有する。オンラインUPSは高価であり、頻繁な保守を必要とする。オンラインUPSはまた、より多くの高調波を発生し、関連する接地問題を引き起こす。オンラインおよびオフラインに加えて、一般にはPC用途には推奨されない、ラインインタラクティブ(主電源およびインバータ電源同期型)モデルも利用可能である。主電源はDCに変換され、次いでUPS内部でACに変換される。UPSからのこのACが、PC内で、必要とされるDC電圧に再び変換される。UPSおよびSMPS内のこの多段AC/DCおよびDC/AC変換は、システムを低効率にし、故障の可能性を増加させる。PC SMPSとUPSの組合せの低い総合効率のために、実際のマザーボード電力要件を考慮すると、バックアップ時間は非常に低い。
【０００４】
大規模な従来技術探索が実施され、前述の用途のために現在使用されている以下のデバイスの存在が明らかとなった。
【０００５】
PC用途のUPSの3つの主要ブランドについて、ワット(W)、ボルトアンペア(VA)単位の電力、無効電力(VAR)、力率(PF)、および入力電流(I)により、その性能を比較した。
【０００６】
【表１】
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【０００７】
PC内で電源として使用される従来型SMPSは、電力バックアップ機能を有さず、ソーラーパネル出力を直接受け入れることができず、より多くの電力損失を引き起こし、その結果、効率がより不十分となる。
【０００８】
要約すると、既存のデバイスは、低い効率、経済性、および信頼性しか提供しない。従来技術の上記の欠点は、拡張されたバックアップ設備を用いて、安定したクリーンな入力DC電力を必要とする任意の機器をサポートする新しいデバイスの開発の必要を導き出した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術の欠点に対処するために、本発明は、デスクトップPCなどの、DCをその最終入力電源として使用する任意のシステム上で使用するための、TRISPと呼ばれる新型電源を開示する。デスクトップPCの場合、TRISPは、太陽光起電(SPV)電力準備と、ソーラー、通常電力、および電池を好ましい順序に優先順位付けする自動ロジックと共に、10.0V〜16VのDC入力で機能する。本発明は、負荷がDCによって最終的に電力供給される任意の用途、またはPCの電源に類似の任意の用途に使用され得る。
【００１０】
本発明は、DCをその最終入力電源として使用する任意のシステムに適用可能であるが、例示のために、デスクトップPCが取り上げられる。これは、全世界的に膨大な数のPCが使用されており、その総数が日ごとに増加しているからである。
【００１１】
本発明の主な目的は、ソーラーパネルに接続されたときに電力の58〜65%以上を節約することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、UPSを省略し、バックアップ時間を数倍(デスクトップPCのケースでは4〜5倍)に延長することである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、ソーラーパネルの追加コストだけで、デスクトップPC、およびDCをその最終入力電源として使用する任意の他のシステムのためのソーラーパワーの使用を可能にすることである。
【００１４】
本発明のさらに別の目的は、必要とする保守が最小限である、信頼性が改善されたバックアップ設備を提供することである。
【００１５】
TRISPベースの電源は、必要とする電池数が少なく、AH定格が低く、したがってこれらのシステム内で使用される鉛を削減し、より環境にやさしいものにする。
【００１６】
本発明の別の目的は、UPSから電力線に注入される高調波を著しく削減することである。
【００１７】
本発明のさらに別の目的は、力率の改善を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
SPV電力準備と共に10V〜16VまでのDC入力で機能する、デスクトップPC、およびDCを最終的電源として使用する他のシステムのためのTRISPが本明細書で開示される。本発明は汎用的な性質のものであり、バックアップの要件を伴って、デスクトップPC、およびDC電力で最終的に作動する他のシステムに用いられる。
【００１９】
TRISP設計は、システムが最終的にDCで動作する任意の用途に適用および適合され得る。例示的デバイスは、10〜16Vで作動するATX電源、90%より大きい効率を有する15V DC5A AC-DC力率制御電源、バックアップ電源用のCPUキャビネット内部の12V SMF電池、ソーラーパワーまたは15V DC電源アダプタのどちらかから電池を充電するための充電器(Vmax 13.8および電流Imax 0.7A)、およびSPVパネル(50Wp〜80Wp)からなる。TRISPはまた、PCモニタ上に表示される、電源、電圧、およびバックアップ時間表示をも含む。
【００２０】
本発明は、以下を含む多くの特有の特徴を有する。
1.  本発明は、12V 7AH SMF電池を使用するTRISPと共に設置された標準デスクトップPCの場合、80〜110分の範囲のバックアップ時間の向上を提供する。
2.  本発明は、デスクトップPCがソーラーパワーで直接的に動作することを保証し、午前9時から午後4時の間に動作するとき、電池を充電し続け、適度に晴れた日に、通常の労働時間中の通常電力を節約する。ソーラーパワー使用のタイムスパンは、ソーラーパネルの電力定格を適切に選択することによって改善される。
3.  インテリジェントスイッチング機構は、TRISPがソーラーパネル内で発生する少量の電力でさえも活用することを可能にする。そのようなケースでは、平衡電力要件が通常電源から満たされる。
4.  本発明は、1747200単位の省電力を生み出すことができ、それによって、インド、ケララ州での現行レートにおいて、太陽エネルギーを使用せずに312日間で1日当たり8時間作動する10000台のデスクトップPCの場合、1420万ルピーのコスト節約を生み出すことができる。これらのシステムがソーラーパネルに接続される場合、節約は2496000単位のエネルギーおよび2047万ルピーとなる。
5.  オンラインUPSと共に使用するとき、通常のSMPSについて35%であるのに対して、本発明は、TRISPに90%の効率を提供する。
【００２１】
本発明のこの実施形態の上記の一般的な説明および以下の詳細な説明は、特許請求されるように本発明の性質および特性を理解するための概要またはフレームワークを提供することが意図されることを理解されたい。添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含められ、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本発明の様々な実施形態を示し、説明と共に、本発明の原理および動作を説明する役割を果たす。
【００２２】
本発明の前述の特徴および他の特徴ならびに他の利点は、添付の図面に示される本発明の例示的実施形態を参照することによってより良く理解され、より明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態によるTRISPシステムの概略表現を示す図である。
【図２】起動時、起動後、およびCPU負荷条件でのCPUによるワット単位のDC電力消費を示す図である。
【図３】SPVパネルが接続された状態での、通常電力から利用されるVA単位の電力、およびCPUによって消費されるワット単位の電力と、時間との間の関係を示す図である。
【図４】PCに接続されたとき、「Microsen」が50Wpソーラーパネル性能となることを示す図である。
【図５】実施されるトライアル1およびトライアル2について、電圧と時間との間の電池放電特性を示す図である。
【図６】TRISPで電力供給を受けるPCと従来型PCとの間の電力消費の比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、添付の図面に示される本発明の例示的実施形態を参照する。可能な場合はいつでも、同一または同様の部分を参照するために同一の数字が使用される。
【００２５】
本発明は、デスクトップPC、およびDCを最終的電源として使用する他のシステムのための3重入力スマート電源(TRISP)を説明する。TRISPは、利用可能な好ましい電源をインテリジェントに優先順位付けすることによって、ソーラーパワー、通常電力、および電池電源などの3つの入力のうちの1つと共に稼働することができる固有のモジュールである。本発明は汎用的な性質のものであり、バックアップの要件を伴って、デスクトップPC、および電力DC電力で最終的に作動する他のシステムに用いられる。
【００２６】
前述のように、TRISPは、例示のために標準デスクトップPCにおいて実装された。標準デスクトップPCは、実際には、通常の動作条件下で消費するDC電力は40ワット未満である。SPVパネルから電力供給を受けるDC/DC ATX PC電源は、PCをパワーアップするために最もエネルギー効率が高く、経済的な方法である。SPVパネルに加えて、好ましい電源をシームレスにインテリジェントにスイッチングすることによってPCを常時動作させるために、高効率AC/DC15V電源およびSMF電池が使用される。SMF電池は、ソーラーパワーならびに通常電力から充電される。電池充電と、CPUおよびモニタへの電力供給のために、SPV電源に第1の優先順位が与えられる。ソーラーパワーが十分ではない、または欠けている場合、通常電源から電力が自動的に引き出される。通常電力も不足するときには、電池から電力が引き出される。実施されるテストおよびトライアルから、標準デスクトップPCは、完全に充電された12V/7AH電池から80〜110分間バックアップすることができる。50Wpソーラーパネルは、すべての晴れた日の午前10時から午後4時まで、PCに完全に電力供給することができる。
【００２７】
例示される用途では、デスクトップPCの従来型SMPSが、内蔵SMF電池によってバックアップされるDC-DC ATX、ソーラーパワーフレンドリ電源で置き換えられる。このPC電源は、供給のどんな中断も伴うことなく、ソーラーパネル、通常電力、または電池からの電力を、優先順位のそれぞれの順序で消費する。12V DCで動作するLCD/LEDモニタを使用することが提案される。12V DC内部バスを有する既存の230V動作モデルは、TRISPからタップされる12V DC電圧で動作するように容易に変換され得る。
【００２８】
デスクトップPC用途のために使用されるTRISPシステムは、以下の構成要素を備える[図1参照]。
1.  90%より大きい効率を有する10-16V DC-DC ATX(102)PC電源が、半導体スイッチング技術を使用して設計され得る。3.3V、5V、12V、-12V、5V SB、およびPOWER GOODは、マザーボードおよび関連するサブシステムによって必要とされる電圧レベルである。これらの電圧は、適切なDC-DC変換技法によって、非常に低い熱損失で導出され得る。電力がDCからのものであるとき、力率は影響を受けない。
2.  PFC技法を使用し、ダイオード整流器をスイッチング整流器回路で置き換える230V ACからの15V DC電源(104)は、効率を90%より大きく増加させる。
3.  適切な定格のソーラーパネル(106)が、PCまたは任意のTRISPフレンドリな負荷のタイプに応じて、システムに直接的に電力供給する。実験室テストは、PCに電力供給するために50Wpソーラーパネルを使用した。
4.  12V SMF電池(108)(例えば12V/7AH)、および電流制限充電器回路。
5.  12V DCで作動するLCD/LEDモニタ(110)(230Vで動作するモニタでは、内部回路が12V DCまたは12Vおよび5V DCで作動している。モニタを12V DC入力で作動するように変換することは容易である)。
6.  TRISP PC電力を監視し、使用される電源のステータス表示を与えるためのマイクロコントローラ回路(112)。マイクロコントローラ回路は、ソーラーパワーが使用中であるか、通常電力が使用中であるか、それともバックアップ電池が使用中であるかを示す。回路はまた、残りのバックアップ時間に関する情報も提供し、電池が枯渇に近づいているときにPCを強制的にシャットダウンさせる。
【００２９】
本発明の範囲および思想から逸脱することなく、様々な修正および変形が行われ得ることを当業者は理解されたい。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内にあることを条件として、そのような修正および変形を包含するものである。
【００３０】
【表２】
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【符号の説明】
【００３１】
204  ノード
102  10-16V DC-DC ATX
104  15V DC電源
106  ソーラーパネル
108  12V SMF電池
110  LCD/LEDモニタ
112  マイクロコントローラ回路
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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