(57)【要約】  １以上の変動負荷（１３２，１３４）への電力を効率よく変換する電力変換ユニット（１００）と変換方法がここに開示されている。第１の形態を有する電力が１以上の変動負荷に接続された１以上の電力変換ユニット（ＰＣＵｓ）（１２２，１２４，１２６）に供給される。ＰＣＵｓは、電力を第１の形態から、供給先のシステム（１２０）で用いるのに適切な他の形態に変換する。前記変動負荷の負荷要求予測の少なくとも一部に基づき、電力消費が減少している間不要なＰＣＵｓを停止し、又は、電力消費が増加している間必要なＰＣＵｓを作動させて、損失となる電力を最小限にしながら、適切な時間に１以上の負荷に十分な電力を供給するようＰＣＵｓの動作を制御する。加えて、負荷要求の一次的な変動予測の少なくとも一部に基づき、電力消費の一時的な増加期間、１以上の変動負荷にエネルギーを追加するために出力電圧を増加し、又は電力消費の一時的な減少期間、出力電圧を減少したりして、負荷要求の一時的な変化に先立ってＰＣＵはその出力電圧を変化させることができる。本発明は、レーダーシステム内で電力を配分するために用いたときに特に有益である。
2007529187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変動負荷で使用するために電力を変換する電力変換ユニットであって、
入力と出力を有しＡＣ電圧を中間的なＤＣ電圧に変換するようになっているＡＤ−ＤＣ変換器と、
該ＡＤ−ＤＣ変換器の出力に電気的に接続された入力と前記変動負荷に電気的に接続された出力とを有するＤＣ−ＤＣ変換器であって、前記中間的なＤＣ電圧を出力ＤＣ電圧に変換するようになっているＤＣ−ＤＣ変換器と、
を有する電力変換回路と、
電力変換回路と電気的に通信を行う制御装置であって、前記変動負荷に関する情報の少なくとも一部に基づき前記出力ＤＣ電圧を第１の電圧から第２の電圧に変換するようになっている、制御装置と、
を具備する電力変換ユニット。
【請求項２】
前記変動負荷に関する前記情報は前記変動負荷の負荷要求の変動予測を表す請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項３】
前記変動予測は、前記変動負荷の前記負荷要求の実績分析と、前記変動負荷に関して検出された状態と、前記変動負荷の作動に関する一連の指令のうちの１つ以上の少なくとも一部に基づくものである、請求項２に記載の電力変換ユニット。
【請求項４】
前記負荷要求の前記変動予測が前記負荷要求の増加予測を含むとき、前記第２の電圧は前記第１の電圧より大きく、
前記負荷要求の前記変動予測が前記負荷要求の減少予測を含むとき、前記第２の電圧は前記第１の電圧よりさい、
請求項２に記載の電力変換ユニット。
【請求項５】
前記電力変換回路は、前記制御装置が受信した動作信号の少なくとも一部に基づいて前記電力変換回路を作動と停止の内の１つ又は両方を行うようになっている、請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項６】
前記電力変換回路はさらに、ＤＣ−ＤＣ変換器の出力に電気的に接続された入力を持つ出力フィルターと、前記変動負荷に電気的に接続された出力とを具備し、前記出力フィルターは、前記変動負荷に出力する前に出力ＤＣ電圧を整えるようになっている、請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項７】
前記ＤＣ−ＤＣ変換器はさらに、入力ＤＣ電圧を有する電力を受け取る入力を具備し、前記ＤＣ−ＤＣ変換器はさらに、前記入力ＤＣ電圧を前記出力ＤＣ電圧に変換するようになっている、請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項８】
前記入力ＤＣ電圧の大きさは約０ボルトから約１０００ボルトの間である、請求項７に記載の電力変換ユニット。
【請求項９】
前記入力ＤＣ電圧の大きさは約０ボルトから約５００ボルトの間である、請求項７に記載の電力変換ユニット。
【請求項１０】
前記入力ＤＣ電圧の大きさは約２２０ボルトから約４５０ボルトの間である、請求項７に記載の電力変換ユニット。
【請求項１１】
前記電圧制御装置はさらに、前記電力変換回路の運転から得られたテストデータを保存するようになっている記憶装置を具備する、請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項１２】
前記ＡＣ電圧には三相ＡＣ電圧が含まれ、前記制御装置は、前記ＡＤ−ＤＣ変換器の前記入力に電気的に接続された複数の三相電圧入力と、複数の三相電流入力とを具備し、前記制御装置はさらに、前記複数の入力電圧の入力を用いて前記入力三相ＡＤ電圧を監視し、前記複数の入力電流の入力を用いて前記入力三相ＡＤ電電流を監視するようになっている、請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項１３】
前記制御装置はさらに、ＡＣ電圧とＡＣ電流の少なくとも一部に基づき力率調整を行うために前記ＡＤ−ＤＣ変換器を制御するようになっている、請求項１２に記載の電力変換ユニット。
【請求項１４】
前記制御装置は、出力ＤＣ電圧に対する要求電圧を表す電圧番地情報を受け取るようになっている、請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項１５】
前記要求電圧は、電力管理システム中の前記電力変換ユニットの位置に少なくとも一部は基づいている、請求項１４に記載の電力変換ユニット。
【請求項１６】
前記制御装置はさらに、前記変動負荷への要求電圧を有する前記出力ＤＣ電圧を提供するようになっている、請求項１４に記載の電力変換ユニット。
【請求項１７】
前記制御装置はさらに、前記要求電圧を表す一連の電圧を複数のピンから受け取るようになっているインターフェースを具備する、請求項１４に記載の電力変換ユニット。
【請求項１８】
前記制御装置はさらに、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレー、プログラマブルロジック装置、特定用途向け集積回路、又は個別ロジックを具備する、請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項１９】
前記ＡＤ−ＤＣ変換器は整流器を具備する、請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項２０】
前記整流器には、三相全波整流器が含まれる、請求項１９に記載の電力変換ユニット。
【請求項２１】
前記ＤＣ−ＤＣ変換器は、Ｈブリッジトポロジーを具備する、請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項２２】
前記出力ＤＣ電圧の大きさは約０ボルトから約１０００ボルトの間である、請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項２３】
前記出力ＤＣ電圧の大きさは約０ボルトから約１００ボルトの間である、請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項２４】
前記出力ＤＣ電圧の大きさは約０ボルトから約５０ボルトの間である、請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項２５】
前記電力変換ユニットは、レーダーシステムに用いるようになっている、請求項１に記載の電力変換ユニット。
【請求項２６】
電力管理システムにおける、第１の形態を有する電力を第２の形態を有する電力に変換し、前記第２の形態を有する電力を少なくとも１つの変動負荷に供給する装置であって、
第１の形態を有する電力を第２の形態を有する電力に変換するようになっている電力変換回路と、
前記少なくとも１つの変動負荷の負荷要求の変動予測の少なくとも一部に基づいて前記電力変換回路の出力電圧を制御する手段と、
を具備する、装置。
【請求項２７】
前記出力電圧を制御する手段は、
前記負荷要求の前記変動予測が前記負荷要求の増加予測を含むとき、出力電圧の大きさを増加する手段と、
前記負荷要求の前記変動予測が前記負荷要求の減少予測を含むとき、出力電圧の大きさを減少させる手段と、
を具備する、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記負荷要求の変動予測を予測する手段をさらに含む、請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記予測手段は、前記変動負荷の前記負荷要求の実績分析と、前記変動負荷に関して検出された状態と、前記変動負荷の作動に関する一連の指令のうちの１つ以上の少なくとも一部に基づき前記変動予測を予測するようになっている、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記負荷要求が第１のレベル以上に増加したとき、前記電力変換回路を作動させる手段と、
前記負荷要求が第１のレベルより小さい第２のレベル以下に減少したとき、前記電力変換回路を停止させる手段と、
をさらに具備する、請求項２６に記載の装置。
【請求項３１】
前記電力変換回路はさらに、前記第２の形態と第１の電圧を有する電力を、前記第２の形態で、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を有する電力に変換するようになっている、請求項２６に記載の装置。
【請求項３２】
前記電力変換回路の過電圧保護を行う手段をさらに含む、請求項２６に記載の装置。
【請求項３３】
前記電力変換回路の加熱防止を行う手段をさらに含む、請求項２６に記載の装置。
【請求項３４】
前記変換回路の運転に関する情報を発生する手段と、
以降のアクセスのためのテスト情報を少なくとも１つ保存する手段と、
をさらに具備する、請求項２６に記載の装置。
【請求項３５】
前記第１の形態を有する電力には三相ＡＣ電力が含まれ、前記第２の形態を有する電力には出力ＤＣ電圧を有するＤＣ電力が含まれる、請求項２６に記載の装置。
【請求項３６】
前記電力変換回路は、
前記三相ＡＣ電力を中間的なＤＣ電圧を有する電力に変換するようになっているＡＤ−ＤＣ変換器と、
前記ＡＤ−ＤＣ変換器と電気的に接続され、前記中間的なＤＣ電圧を有する電力を出力ＤＣ電圧を有する電力に変換するようになっている、ＤＣ−ＤＣ変換器と、
を具備する、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記電力変換回路はさらに、ＤＣ−ＤＣ変換器に電気的に接続され、前記出力ＤＣ電圧を整えるようになっている出力フィルターを具備する、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記第１の形態を有する電力には、入力ＤＣ電圧を有するＤＣ電力が含まれ、前記第２の形態を有する電力には、前記入力ＤＣ電圧とは異なる出力ＤＣ電圧を有するＤＣ電力が含まれる、請求項２６に記載の装置。
【請求項３９】
前記電力変換回路は、前記入力ＤＣ電圧を有する電力を前記出力ＤＣ電圧有する電力に変換するようになっているＤＣ−ＤＣ変換器を具備する、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
力率調整を実行するための手段をさらに具備する、請求項２６に記載の装置。
【請求項４１】
少なくとも１つの電力変換ユニットを用いて、変動負荷に電力を供給する方法であって、
第１の期間に、前記変動負荷の負荷要求に基づく第１の電圧を有する電力を、前記少なくとも１つの電力変換ユニットから前記変動負荷に供給するステップと、
前記第１の期間に続く第２の期間に起こる変動負荷の要求負荷の変動予測の少なくとも一部に基づき第２の電圧を決定するステップと、
少なくとも前記第２の期間より前で前記第１の期間より後の第３の期間に、前記第２の電圧を持つ電力を一時的に前記変動負荷に供給するステップと、
を具備する、方法。
【請求項４２】
前記負荷要求において、変動予測を予測するステップをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記変動予測は、前記変動負荷の前記負荷要求の実績分析と、前記変動負荷に関して検出された状態と、前記変動負荷の作動に関する一連の指令のうちの１つ以上の少なくとも一部に基づき予測される、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記負荷要求の前記変動予測が前記負荷要求の増加予測を含むとき、前記第２の電圧は前記第１の電圧より大きく、
前記負荷要求の前記変動予測が前記負荷要求の減少予測を含むとき、前記第２の電圧は前記第１の電圧よりさい、
請求項４１に記載の方法。
【請求項４５】
前記少なくとも１つの電力変換ユニットにおいて、第１の形態を有する電力を第２の形態を有する電力に変換するステップと、
前記第２の形態を有する電力を前記少なくとも１つの電力変換ユニットから前記変動負荷に提供するステップとをさらに具備する請求項４１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換システムに関し、具体的にはレーダーアンテナシステム用電力変換に関する。
【背景技術】
【０００２】
システムに供給する電力を適切に管理、すなわち調整し配電することは、しばしばその電力供給先のシステムの運転にとって重要なこととなる。しかしながら、このようなシステムにおける電力を管理することには非常に多くの困難があり問題を複雑にしている。一例として、このような電力供給先のシステムの多くは、供給される電力に対して異なった形態を要求する構成要素を有することである。ある構成要素は交流（ＡＣ）電力を必要とする一方、他は直流（ＤＣ）電力を必要とすることがあり、電圧、電流、及び／又は、周波数に対する要求も電力供給先における構成要素が違えば異なることがある。もうひとつの厄介な問題は、このような電力供給先ではしばしば要求電力が変動することであり、そのため、従来の電源管理及び配電システムでは適切な量の電力を供給することが難しくなっている。
【０００３】
電源管理はレーダーアンテナシステムにおいて特に重要であり、さらなる困難さと制約が出てくる。例えば、異なった電力の形態を必要とするのに加えて、アクティブアパチャーアレーレーダーシステム（Active Aperture Array radar system）のような多くのレーダーアンテナシステムでは、長いパルスの期間中に、一時的な、又は、急激に増加する、又は、「パルス」のハイデューティスキャンモード（high duty scan mode）が存在する。その結果、レーダーアンテナの要求負荷量が実質的にかつしばしば変動する。同様に、レーダーアンテナシステムが一般に使われる環境上の理由で、電源の変動に整合させるために、電力供給システムの性能と可搬性についてさらなる配慮がなされる。同様に、赤外線サイン（infrared signature）を最小限とする必要性のような防衛上の観点から、レーダーアンテナシステムはしばしばこれらの電力供給システムに対して一定の要求を課す。
【０００４】
従って、様々な電源管理システムがこれらの一部又は全ての困難を克服するために開発されてきた。しかしながら、これらの既知のシステムには様々な制約がある。一例として、これらの既知のシステムは、供給先のシステムで使われる全ての電力を供給する単一の電源を有する。このような構成は、単一の電源が喪失したときに対応できるものではなく、従って冗長性がない。これに対して、いくつかの既知の電源管理／配電システムには第１の電源に並列につないだ第２の電源が含まれている。この構成には冗長性があるものの、制限も有している。両方の電源を同時に運転する場合は電力／燃料コスト、及び／又は、運転コストの増大につながり、あるいは、同時に１つの電源だけを運転する場合は、浪費が最小限となるが、故障や修理／保守の必要性から一方の電源から他の電源に切り替えるときに何がしかの中断期間を必要とする。結局、電力供給システムの電力供給能力の低下により、一般に、レーダーアンテナシステムの性能が低下することになる。
【０００５】
既知の電源管理システムにおける他の制限は、負荷変動により引き起こされる。従来の電源管理システムは一般に全負荷で電力を供給する、それゆえ、供給先のシステムにおいて負荷が低いとき無駄な電力を使うこととなる。例えば、多くのレーダーアンテナシステムは大部分の時間は軽負荷状態で運転し、未確認物体を検知したときなど、非常時にのみ全負荷で運転する。従って、このような短い高負荷期間に電源を供給するために、レーダーアンテナ電力供給システムは、レーダーアンテナシステムに全負荷を供給するのに適した電力を連続的に供給しているので、軽負荷時はかなりの量の電力を無駄に使っている。
【０００６】
さらに、多くの既知の電源管理システムでは、交流（ＡＣ）電力から直流（ＤＣ）電力への変換のような、第１の形態の電力から第２の形態の電力へ変換する電力変換器を採用している。これらの電力変換器は一般に１以上の電源から第１の形態の電力を受け取り、電力を変換し、変換した電力をシステムの構成要素に供給する。例えば、多くのＡＣ−ＤＣ変換器は一般的なフロントエンドを有し、ＡＣ主電源は一般に５０ヘルツ（Ｈｚ）と６０ヘルツの間の８５ボルトＡＣ（ＶＡＣ）から２６５ＶＡＣの間である。これらの型式のＡＣ−ＤＣ変換器は低リップルのＤＣ電源をＤＣ−ＤＣ変換器に供給するために、一般にＡＣ入力を整流し、静電容量のフィルター通す。
【０００７】
しかしながら、これらの既知の変換器には数々の制限事項がある。一例として、これらの既知の変換器は一般的に深刻な高調波電流を有しているのでミリタリー標準（ＭＩＬ−ＳＴＤ）１３９９に適合しない。さらに、ＤＣ−ＤＣ変換器に供給される高電圧ＤＣ母線は普通調整されていないので線電圧と共に変動し、従って、ＤＣ−ＤＣ変換器に２：１の範囲で動作するための負荷が加えられる。さらに、これらの既知のＡＣ−ＤＣ変換器はしばしばライン制御され（line regulated）、変圧器の巻き数比により整流器の出力において比較的高い電圧を必要とする。このライン制御の必要性から、ショットキーダイオードの電圧ドロップを最低限に抑える出力状態の最適化が妨げられ、その結果、最適効率より低くなり他に比べて高い電力の損失を招く。
【０００８】
多くの比較的低電圧の既知の電力変換器における他の制限事項としては、力率制御（ＰＦＣ）がないことである。ＰＦＣが欠如しているため、電力回路が最適な性能を達成することが妨げられ、電力変換器と共に接続されている負荷の決定的な仕様を満足することが妨げられる。昇圧型又は反転型のフロントエンドは比較的高い中間電圧を生成するために用いることができるので、高電圧（普通３００ＶＡＣ以上）のＡＣ−ＤＣ変換器にはＰＦＣを比較的容易に導入することができる。しかし、この高いレベルの中間電圧を低ＤＣ出力電圧に変換するために最も普通に用いられる方法には、ＡＣ−ＤＣ変換器に直列にＤＣ−ＤＣ変換器を接続することが含まれるので、それにより、複雑さ、コスト、及び電力変換器における電力の損失が増加する。
【０００９】
加えて、既知の電力変換器は、負荷からの要求負荷量の変化のような負荷の影響に関連して出力電圧を変化させることに対応していない。同様に、既知の電力変換器は、一般に大きな負荷要求が来る前にそれに対する準備を行うことができない。その結果、単一の電力変換器を最大要求負荷量に見合った量の電力を連続的に供給するようにしたり、複数の電力変換器を最大要求負荷量に見合ったトータル量の電力を連続的に供給するようにしたりするが、どちらの場合も電力損失がある。あるいは、既知の電力変換器を平均的な電力要求量にのみ対応させることもできる。その結果、平均要求負荷量を超えた大きな付加がかかったとき負荷に関する予期せぬ運転状態が起こるかもしれない。既知の電力変換器のさらなる制限事項としては、ＤＣ入力から必要とするＤＣ出力を発生させることができないこと、及び、変換器の状態として組み込み型テスト（ＢＩＴ）又は組み込み型テスト機器（ＢＩＴＥ）情報ではなく、故障信号のみ組み込むことができるという点である。
【００１０】
さらに、多くの電源管理システム、特にレーダーシステムにおいて、１以上の負荷に対して１つの制御された電圧を供給する電圧制御装置を用いている。しかしながら、負荷電力消費量の一時的な増大、又は「パルス」を補償するために、これらの電圧制御装置はしばしば電圧制御装置の入力と出力の両方に大きな静電容量（例えばキャパシター）を設け、このように一時的に電力消費量が増大したときに、蓄えたエネルギーを供給する。負荷の電力消費が増大に対する補償として役に立ち、電圧制御装置の「脱落（dropping out）」を防止するのに役立つのではあるが、これらの比較低容量の大きなキャパシターはこれらを導入したときに場所をとること及びコストがかかることからしばしば邪魔な存在となる。
【００１１】
これらのキャパシターの大きさと価格については、入力と出力の両方にキャパシターを持つ数千もの電圧制御装置をしばしば用いるレーダーシステムにおいて特に著しい。結果として、キャパシターの大きさがレーダーアンテナアセンブリーの大きさに大きく関係し、先に説明したように、大きなレーダーシステムに比べて小さなレーダーシステムのほうがしばしば顕著な優位性を持つ。同様に、レーダーシステムの注文者／運転者は一般に製造コストを最小にし、レーダーシステムの赤外線サインを最小にすることを追求するのにかかわらず、大きなキャパシターはしばしばより高価であり、しばしばより熱を発生する
従って、変化する負荷への電力管理を改善するシステム及び／又は方法は有益である。
【発明の開示】
【００１２】
添付図面は本発明をより理解するためにあり、本明細書の一部として組み込まれる。この図面は本発明のいくつかの実施例を図示するものであり、本文と共に本発明の本質の説明に供される。本図面及び詳細な説明から、本発明には他の実施形態、目的、長所、及び利点も存在することが明らかである。
【００１３】
変動負荷に用いる電力変換ユニットにおいて、本発明の一実施の形態に従って電力変換ユニットが提供される。電力変換ユニットは、入力と出力を有しＡＣ電圧を中間的なＤＣ電圧に変換するようになっているＡＤ−ＤＣ変換器と、該ＡＤ−ＤＣ変換器の出力に電気的に接続された入力と前記変動負荷に電気的に接続された出力とを有するＤＣ−ＤＣ変換器を具備し、該ＤＣ−ＤＣ変換器は前記中間的なＤＣ電圧を出力ＤＣ電圧に変換するようになっている。電力変換ユニットはさらに、電力変換回路と電気的に通信を行う制御装置を具備し、該制御装置は、前記変動負荷に関する情報の少なくとも一部に基づき出力ＤＣ電圧を第１の電圧から第２の電圧に変換するようになっている。
【００１４】
電力管理システムにおいて、本発明のもう１つの実施の形態に従って、第１の形態の電力から第２の形態の電力に変換し、該第２の形態の電力を少なくとも１つの変動負荷に供給するための装置が提供される。該装置は、第１の形態の電力から第２の形態の電力に変換するようになっている電力変換回路と、少なくとも１つの変動負荷の要求負荷における予測される変動の少なくとも一部に基づき前記少なくとも１つの電力変換回路の出力電圧を制御する手段とを具備する。
【００１５】
本発明のさらにもう１つの実施の形態において、少なくとも１つの電力変換ユニットを用いて変動負荷に電力を供給する方法が提供される。該方法は、第１の期間に、前記変動負荷の負荷要求に基づく第１の電圧を有する電力を、少なくとも１つの電力変換ユニットから前記変動負荷に供給するステップと、前記第１の期間に続く第２の期間に起こる変動負荷の要求負荷の変動予測の少なくとも一部に基づき第２の電圧を決定するステップとを具備する。本方法はさらに、少なくとも前記第２の期間より前で前記第１の期間より後の第３の期間に、前記第２の電圧を持つ電力を一時的に前記変動負荷に供給するステップを具備する。
【００１６】
本発明の少なくとも１つの実施の形態における１つの利点には、予測負荷要求を見越しておき、それに応じて適切な量の電力を供給することが含まれる。本発明の他の利点には、負荷の要求電力に応じて電力変換器を作動させ停止させることで電力の損失を最小にすることが含まれる。さらに他の利点として、電力変換ユニットの寿命が改善される点が含まれる。
【００１７】
本発明のさらなる特徴と利点は、以下の説明で述べられ、本説明から明らかにされ、あるいは、本発明の実施により理解されるであろう。本発明の目的と他の利点は、記載の説明及び特許請求の範囲並びに添付図に特に指摘したシステム及び方法により実現及び達成されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１〜図８は、１以上の変動負荷への電力の効率的な管理のシステム及び方法を示している。少なくとも１つの実施形態において、１以上の変動負荷に接続された１以上の電力変換ユニット（ＰＣＵｓ）に第１の形態を持つ電力が供給される。このＰＣＵｓは、第１の形態の電力から、供給先のシステムの構成要素により用いられるのに適した他の形態の電力に変換するのに適合している。この変換動作には、単相または三相のＡＣ電力からＤＣ電力への変換、ＤＣ電力からＡＣ電力への変換、振幅の大きな電圧から振幅の小さな電圧への変換、高電圧ＤＣ（ＨＶＤＣ）電力から低電圧ＤＣ（ＬＶＤＣ）への変換等を含めることができる。少なくとも１つの実施の形態において、電力制御モジュールは、１以上の変動負荷における現在と将来の負荷要求の監視に適合している。この負荷要求に基づき、電力制御モジュールは１以上のＰＣＵｓの動作を制御する。供給先のシステムの負荷要求が減少した場合、電力制御モジュールは１以上のＰＣＵｓを停止又はラインから切り離すことができる。あるいは、負荷要求が増大した場合、電力制御モジュールは１以上のＰＣＵｓを作動又はラインに組み込むことができる。「停止」の用語は、ここで用いられている通り、ＰＣＵが１以上の変動負荷にそれ以降実質的に電力を供給しないようにＰＣＵを動作させることを言う。この動作には、ＰＣＵが停止し、ＰＣＵ自身からの電力の引き出しを最小限にしたり、あるいは、ＰＣＵをスタンバイモードに切り替え、「ターンオフ」している間ＰＣＵの動作を最小限にしたりするような、ＰＣＵの完全な動作停止が含まれる。一方、「作動」の用語は、ここで用いられている通り、接続された１以上の変動負荷に出力電力を、ＰＣＵから提供させることを言う。これには、スタンバイモードから完全運転モードにＰＣＵを切り替える信号を送ること、ＰＣＵをラインに復帰させるために電力をＰＣＵに供給すること、その他が含まれる。
【００１９】
さらに、少なくとも１つの実施の形態において、電力制御モジュールは、変動負荷における電力消費の一時的な変動予測に基づき、さらなる電力を供給するために又は利用可能な電力量を減少させるために１以上のＰＣＵｓにその出力を変化させるよう指令する。例えば、予測負荷要求の増加に先行して１以上のＰＣＵｓは、１以上の変動負荷又はＰＣＵと１以上の変動負荷との間の中間媒体に電力を追加するために、出力電圧を「急増」させることができる。さらに、一実施の形態において、制御された電圧をＰＣＵから１以上の変動負荷に供給するために１以上の電圧制御装置が用いられる。この場合、この電圧制御装置には、ＰＣＵの出力に接続された入力キャパシターが含まれる。出力電圧の急増によりＰＣＵから電力が追加される結果、電力消費が一時的に増大したときの電力を供給するために以前のシステムに比べて小さな入力静電容量素子を電圧制御装置に組み込むことができる。同様に、少なくとも１つの実施の形態において、引き出す電力の増加又は増加が予想される期間電圧ドロップを最小限にするために、同じように電圧制御装置の出力電圧が急増するので、１以上の電圧制御装置に比較的小さな静電容量素子を組み込むことができる。
【００２０】
「急増」させる、「急増」させられる、及びこれと同様の用語は、ここで用いられている通り、ＰＣＵ又は電圧制御装置の出力電圧の大きさを必要に応じて増加させることを言う。例えば、ある場合は、ＰＣＵ又は電圧制御装置は負の電圧レベルを持つ出力電圧を１以上の変動負荷に供給することもある。従って、変動する負荷又は中間媒体に直接電力を追加するために、出力電圧の大きさが急増し、このため、出力電圧をよりマイナスにする。急増させるときに出力電圧の大きさを増加するには様々な方法で行われる。例えば、１つの実施の形態において、電圧は最初の電圧から要求される電圧へとほぼ瞬時に増加する。しかしながら、変動負荷を有する多くのシステムにおいて、このような電圧の急激な増加はシステムの動作に思わぬ影響を与えることがしばしばある。従って、当業者によく知られている通り、特定の用途に応じて比較的ゆっくりと出力電圧の大きさを増加することができる。変動負荷の負荷要求の一時的な減少予測に先行してＰＣＵの出力電圧の大きさを減少させることができるのは評価すべきことである。従って、本発明の思想又は技術的範囲を逸脱することなくここに記載された指針を用いて、ＰＣＵの出力電圧の大きさを増加することにより電力消費の一時的な増大を補償する機能を組み込むことができる。
【００２１】
本発明は、レーダーシステムのレーダーアンテナアセンブリーは可能な限り占有面積を小さくし、及び／又は、可能な限り赤外線サインを小さくすべきであるという一般的な要求事項のみならず、相当量の電力消費の変動がそのようなシステムに表れるという理由で、レーダーアンテナシステムに導入されるときに特に有効である。図５〜図８は、レーダーアンテナシステムにおける本発明の実施例を示す。
【００２２】
レーダーアンテナシステムにおける本発明の典型的な実施例をここに詳細に述べるが、本発明はこのようなシステムに限定されるものではなく、変動負荷要求を持つ様々なシステムや装置に導入することができる。例えば、マイクロプロセッサとバンクの負荷要求が全体として計算処理過程でしばしば変動する、マルチタスクのマイクロプロセッサの大きなバンクへの電力を管理するために導入してもよい。マイクロプロセッサのバンクへの電力管理システムは、１以上のマイクロプロセッサの動作が一時的に活発化することに先行して個々のＰＣＵに出力電圧を急増させるか、あるいは、マイクロプロセッサのバンクの公称要求電力が変化したとき、ＰＣＵの一部を作動／停止させるよう指令を出すようにする。同様に、本発明は、ディジタル通信装置、温度制御回路、及び負荷が変動する及び／又は負荷が急速に変化する多くの他のシステムに用いることができる。
【００２３】
ここで図１を参照すると、本発明の少なくとも１つの実施の形態による効率的な電力の管理システムが示されている。図示の通り、システム１００は、電力ゲートウェイ１１０、供給先のシステム１２０、及び演算処理アセンブリー１３０を有する。電力ゲートウェイ１１０は、電源１１２，１１４のような少なくとも１つの電源と電力制御モジュール（ＰＣＭ）１１６とを有する。供給先のシステム１２０は１つ以上の電力制御ユニット（ＰＣＵｓ）１２２〜１２６と１つ以上の変動負荷１３２，１３４とを有する。ＰＣＵｓ１２２〜１２６と負荷１３２，１３４の数量及び配置は説明の目的のために示されたものである。本発明に従い、どんな数量のＰＣＵｓあらゆる数量の変動負荷に電力を供給するために用いることができる。
【００２４】
システム１００は、少なくとも１つの実施の形態にいて、電力ゲートウェイ１１０から供給先のシステム１２０の負荷１３２，１３４へ電力を整えて供給するために用いられる。電力ゲートウェイ１１０で電力が作られ、電力伝達媒体１２６を介して供給先のシステム１２０に供給され、そして供給先のシステム１２０で消費される。電力伝達媒体１２６として、銅やアルミニウムのような導体からなるケーブルや電線のような電気エネルギーを伝達するのに適したあらゆる媒体が含まれる。電気エネルギーを伝達する仕組みは多数あり本技術分野の通常の知識を有する者にはよく知られている。
【００２５】
電力ゲートウェイ１１０は、１以上の電源１１２，１１４を用いて供給先のシステム１２０で消費する電力を発生させることができる。電源１１２，１１４には、ディーゼル発電機、水力発電機、風力タービン、ガスタービン、ソーラーパネル、原子炉、燃料電池、その他のような様々な電力発生装置が含まれる。電源１１２，１１４から生じた電力を用いる代わりに、又は、それに加えて、電力ゲートウェイ１１０は供給先のシステム１２０に電力を供給するために外部供給電源１１８を用いることができる。例えば、電力ゲートウェイ１１０は、従来の商用又は産業用配電システム又は配電網のような地上の電力源（外部供給電源１１８の一実施の形態）に接続し、この地上からの電力源から供給された電力を用いて通常運転時に供給先のシステム１２０に電力を供給することができる。しかしながら、外部供給電源１１８が喪失又は異常となったとき、電力ゲートウェイ１１０は、ディーゼル発電機のような２つの交流電源１１２，１１４から供給される電力に切り替えるようにすることができる。
【００２６】
供給先のシステム１２０が受け取った電力は、一実施の形態において、電力変換ユニット（ＰＣＵｓ）１２２〜１２６に入る。各ＰＣＵは、電力ゲートウェイ１１０からの電力を変換し、変換された電力を負荷１３２，１３４の１つ又は両方に供給するようになっている。負荷１３２，１３４は、供給先のシステム１２０の１以上の電気機械要素に対応する変動負荷を意味する。例えば、負荷１３２，１３４は、モータ、サーボ、電気回路その他からの要求電力を意味する。少なくとも１つの実施の形態において、１以上のＰＣＵｓ１２２〜１２６は、供給された電力を第１の形態から第２の形態に変換する。例えば、供給先のシステム１２０に供給する電力には三相交流（ＡＣ）電力が含まれるが負荷１３２，１３４は直流（ＤＣ）電力を消費するようになっている。この場合、ＰＣＵｓ１２２〜１２６には、元の形態（三相ＡＣ電力）から負荷１３２，１３４で使うのに役に立つ形態（ＤＣ電力）に変換するＡＣ−ＤＣ変換器が含まれる。ＰＣＵｓ１２２〜１２６には、付加的に供給された電力の電圧を降下又は上昇させるためにＤＣ−ＤＣ変換器を含ませることができる。様々なＰＣＵの実施の形態について図８を参照して以下に詳細を説明する。
【００２７】
図１に示すように、ＰＣＵｓ１２２，１２４は負荷１３２に電力を供給しＰＣＵ１２６は負荷１３４に電力を供給する。複数のＰＣＵｓを単一の負荷に電力を供給するのに適合させることができる。負荷１３２が２キロワット（ｋＷ）の最大電力消費量をもち、各ＰＣＵは例えば最大１ｋＷの電力を供給するようになっているとする、そうすると、合わせて２ｋＷの電力を負荷１３２に供給するためにＰＣＵ１２２とＰＣＵ１２４とは並列に接続される。同様に、複数のＰＣＵは冗長性を持たせるために用いることができる。例えば、もし負荷１３２が１ｋＷの電力を消費し、ＰＣＵｓ１２２，１２４の各々が１ｋＷの電力を供給する能力があるとすると、ＰＣＵｓ１２２，１２４の内の１つが故障しても負荷１３２に供給する電力が不足することはない。
【００２８】
図１では、ＰＣＵｓ１２２〜１２６から供給される電力が異なる負荷に供給されるような１つの実施の形態が示されているが、他の実施の形態においては、ＰＣＵｓ１２２〜１２６から供給される電力は統合され必要に応じて負荷１３２，１３４に供給される。例えば、１ｋＷを供給することが可能なＰＣＵｓ１２２〜１２６を、全部で３ｋＷを供給する母線に並列に接続することができる。必要に応じてこの母線から全電力の一部が負荷１３２，１３４の各々に供給される。
【００２９】
供給先のシステムの運転状態が変化するとき、供給先のシステムの負荷要求も変化することは正しく認識しなければならない。例えば、サーボや環境調整ユニットの起動、無線信号の送信、その他により、供給先のシステムの電源消費は、一定の形であるいは外見上はランダムな形で増減する。その結果、多くの既知の電源管理システムでは一般に、供給先のシステムの全運転期間における供給先のシステムで消費する全電力容量に等しい量の電力を供給する。電力供給と電力回路の効率が悪いので、供給先のシステムが全容量で運転していない期間電力が無駄に使われる。さらに、常に全容量の電力を供給することは、おそらくシステム１００の全て又は一部の部品の寿命（平均故障間隔又はＭＴＢＦ）を縮めるであろう。
【００３０】
電力の損失を防止するために、少なくとも１つの実施の形態において、電力ゲートウェイ１１０には、供給先のシステム１２０への電力供給を管理するようにした電力制御モジュール（ＰＣＭ）１１６が含まれる。ＰＣＭ１１６には、マイクロコントローラー、プログラマブルロジック装置、プログラマブルロジックコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、個別ロジック、マイクロプロセッサにより実行されるソフトウエア又はファームウエア等のような様々な制御機構又はこれらの組み合わせが含まれる。
【００３１】
供給先のシステム１２０への電力供給を管理するために、ＰＣＭ１１６は、供給先のシステム１２０の電力消費を監視し、電力ゲートウェイ１１０の動作のみならず、ＰＣＵｓ１２２〜１２６の変換動作も制御することにより供給先のシステム１２０へ電力消費に比例した量の電力を供給するようにすることができる。図２及び図３を参照して続いて説明するように、ＰＣＭ１１６は、ＰＣＵｓ１２２〜１２６に１以上の電圧レベルで電力を供給するよう指令することで、ＰＣＵｓ１２２〜１２６の変換動作を制御することができる。あるいは、変換動作の制御には、供給先のシステム１２０での消費電力の増加／減少に応じて、１以上のＰＣＵｓ１２２〜１２６を作動／停止させることが含まれる。電力消費が少ない期間ＰＣＵを停止することで、ＰＣＵの部品における漏れ電流のようなＰＣＵのアイドル運転の結果発生する間接的な電力消費が削除又は最小限に抑えられるので、電力供給システムの効率が向上する。
【００３２】
加えて、ＰＣＭ１１６は、１つ又は両方の負荷１３２，１３４による電力消費の一時的な増加が発生する前にＰＣＵｓ１２２〜１２６により供給される電圧を急増させることによりＰＣＵｓ１２２〜１２６の変換動作を制御することができる。この電圧の急増分は、負荷の入力における静電容量素子にさらなるエネルギーを蓄えるために用いられる。静電容量素子に追加されたエネルギーは負荷での電力消費の差し迫った又は予測される一時的増加を補うために用いられる。例えば、（サーボが作動した時のような）ある時限の１ミリセカンド（ｍｓ）後、供給先のシステム１２０の電力消費が顕著に増加する場合、１ミリセカンド後、負荷１３２，１３４の電力消費が増加するとき、入力キャパシターに蓄えられた付加的なエネルギーと連動してＰＣＵｓ１２２〜１２６の出力電力が増加した電力消費を十分まかなえるように、負荷１３２，１３４の入力キャパシターに蓄えられた電荷を増やすためにある時限に先立って一定量出力電圧を増加させるようＰＣＭ１１６はＰＣＵｓ１２２〜１２６に指令することができる。
【００３３】
一実施の形態において、供給先のシステム１２０における負荷要求の表示は演算処理アセンブリー１３０によりＰＣＭ１１６に提供される。図示の実施の形態において、演算処理アセンブリー１３０には供給先のシステム１２０の中央制御要素が含まれる。従って、少なくとも１つの実施の形態において、演算処理アセンブリー１３０は供給先のシステム１２０の将来の動作に関する情報を提供する。例えば、演算処理アセンブリー１３０は、サーボモータが１ミリセカンド後に動作することを判断することができる。この認識に基づき、演算処理アセンブリー１３０は差し迫ったあるいは予測されるサーボモータの動作を示す情報をＰＣＭ１１６に送ることができる。次いで、この情報を用いてＰＣＭ１１６は、電圧を増加したりＰＣＵを追加起動させたりすることで、サーボモータの起動に起因する供給先のシステム１２０の負荷要求の増加に備えて供給先のシステム１２０への電力供給を増加させるようＰＣＵｓ１２２〜１２６に指令する。
【００３４】
同様に、供給先のシステム１２０の予測負荷要求は、供給先のシステム１２０の計画的な運転から判断することができる。例えば、演算処理アセンブリー１３０に供給先のシステム１２０の運転の制御に用いられる１以上のソフトウエア／ハードウエアプログラムを実行するようにさせることもできる。この場合、演算処理アセンブリー１３０はプログラムを分析して、負荷要求の変化及び／又は変化の大きさのタイミングを判断するようにすることもできる。この情報を用いて、演算処理アセンブリー１３０は供給先のシステム１２０の将来的な負荷要求を表すデータをＰＣＭ１１６に送ることができ、そして、ＰＣＭ１１６はこの将来の運転に基づき供給先のシステム１２０の将来的な負荷要求を予測することができる。あるいは、演算処理アセンブリー１３０は供給先のシステム１２０の将来的な負荷要求を表すデータをＰＣＭ１１６に送ることができ、そして、ＰＣＭ１１６はＰＣＵｓ１２２〜１２６に予測どおりに電力を供給するようにさせることができる。
【００３５】
供給先のシステム１２０の将来的な負荷要求を判断するために演算処理アセンブリー１３０から供給される情報よりむしろ、ある実施の形態においては、実績データ又は傾向などを分析することで得た型にはまったパターンや順序に基づき、ＰＣＭ１１６は供給先のシステム１２０の将来的な負荷要求を予測する。例えば、供給先のシステム１２０における負荷要求が本質的に周期的又は順序的である場合、ＰＣＭ１１６は、周期／順序中のどの位置に供給先のシステム１２０があるのかを判断することができ、周期／順序中の次の位置から予測される負荷要求を判断することができる。あるいは、負荷１３２，１３４における電力消費の変化が比較的遅い実施の形態において、ＰＣＭ１１６は負荷１３２，１３４における電力消費を監視してそれに従いＰＣＵｓ１２２〜１２６の変換動作を調整することができる。例えば、負荷要求が第１の閾値を超えて増加したとＰＣＭ１１６が判断したとき、ＰＣＭ１１６は、供給先のシステム１２０へ供給する電力量を増加させるためにそれまで停止していたＰＣＵを作動させることができる。負荷要求が第２の閾値以下に下がったとき、ＰＣＭ１１６は、電力消費の減少に応答して供給先のシステム１２０に供給する電力を減少させるためにそれまで作動していたＰＣＵを停止することができ、これにより、必要ではないＰＣＵの作動により間接的なエネルギーコストとして浪費されるエネルギーが減少する。
【００３６】
図２を参照すると、本発明の少なくとも１つの実施の形態による、変動負荷への効率的な電力供給の典型的な仕組みが示されている。先に説明したように、図１のＰＣＭ１１６のような電力制御モジュール（ＰＣＭ）は、負荷の電力消費の変化に比例して変動負荷に電力を供給するように１以上の電力変換ユニット（ＰＣＵｓ）の変換動作を制御するために用いられる。グラフ２１０は、図１の供給先のシステム１２０のような、変動する負荷要求を持つ供給先のシステムによる典型的な消費電力を時間経過と共に表示したものである。この典型的な表示によれば、供給先のシステムはフェーズ１及びフェーズ４で３ｋＷの電力を消費し、フェーズ２で２ｋＷの電力を消費し、フェーズ３で１ｋＷの電力を消費する。
【００３７】
既知の配電システムは全体として少なくとも３ｋＷの電力をこの４つのフェーズにおいて出力でき、その結果、フェーズ２とフェーズ３で電力の無駄が発生する。しかし、本発明の少なくとも１つの実施の形態によれば、フェーズ１〜４の期間、各フェーズでの電力消費に対応して供給先のシステムに電力を供給するように、ＰＣＭは、供給先のシステムに接続されたＰＣＵｓ１２２〜１２８を制御する。図示したとおり、１つの実施の形態において、ＰＣＭは、電力供給を受ける装置の対応するフェーズでの負荷要求をあらかじめ判断する。この負荷要求に基づいて、ＰＣＭは、そのフェーズにおける負荷要求に適する電力出力を持つようにＰＣＵｓ１２２〜１２８のいくつかをフェーズ毎に選定することができる。各フェーズの開始時、ＰＣＭは選択されなかったＰＣＵｓを停止することができ、これにより電力の無駄を最小限にすることができる。逆に言えば、ＰＣＭは、いくつかのＰＣＵｓから選択されたＰＣＵｓに供給先のシステムへ電源供給を行うために作動し続けるよう指令する。作動し続けるよう選択されたＰＣＵｓの数には、負荷要求に必要なＰＣＵｓの数を超える付加的なＰＣＵｓを含めてもよく、これにより、１以上のＰＣＵｓが故障した場合の冗長性が保たれる。あるいは、少なくとも１つの実施の形態において、ＰＣＵｓは比較的急速にライン上から外れるようになされる。従って、それまで停止していたＰＣＵを、故障したＰＣＵを補うため又は電力消費の予測される増加を補うために起動させる。
【００３８】
以下の説明において、各ＰＣＵｓ１２２〜１２８は１ｋＷの電力を発生することができ、ＰＣＵｓ１２２〜１２８は供給先のシステムト並列に接続されていると仮定する。フェーズ１の期間、ＰＣＭはＰＣＵｓ１２２〜１２８に作動し続けるよう指令し、その結果、供給先のシステムに最大４ｋＷの電力供給が可能となる。フェーズ１では供給先のシステムにおける（線２１０で示される）負荷要求は３ｋＷに過ぎず、供給可能な電力は４ｋＷなので、ＰＣＵｓ１２２〜１２８の内の１つが故障しても供給可能な全電力が３ｋＷ以下に下がることがない。フェーズ２では、供給先のシステムにおける負荷要求が２ｋＷに下がる。従って、ＰＣＭはフェーズ２の期間ＰＣＵ１２８に停止するよう指令する。その結果、フェーズ２の期間、供給可能な全電力は３ｋＷに低下するが、ＰＣＵｓ１２２〜１２６の内の１つの故障に対応できる冗長性は維持している。フェーズ３の期間、電力消費はさらに１ｋＷに低下する。このフェーズでは、ＰＣＭはフェーズ３の期間ＰＣＵ１２６に停止するように指令し、ＰＣＵ１２８にフェーズ３の期間も停止続けるよう指令する。その結果、フェーズ３の期間、１ｋＷの電力消費に対して供給可能な全電力は２ｋＷとなり、ＰＣＵｓ１２２〜１２４の内の１つが故障しても必要な１ｋＷの電力を供給できる。フェーズ４の期間、供給先のシステムの負荷要求は再び３ｋＷに増加するので、ＰＣＭはＰＣＵｓを再び作動させ供給可能な全電力を再び４ｋＷにし、ＰＣＵｓ１２２〜１２８の内の１つが故障しても供給先のシステムの運転に影響がないようにする。冗長性が必要ないのなら、電力の無駄をさらに減少させるために付加的なＰＣＵｓのいくつかを停止させることもできる。
【００３９】
供給先のシステムにおける電力消費の変動に応じて１以上のＰＣＵｓ１２２〜１２８を作動／停止させることにより、ＰＣＭ１１６は、不必要なＰＣＵｓの作動の結果発生する間接的な電力消費を減らすことができる。加えて、供給先のシステムの通常運転中は停止しているＰＣＵを１以上のＰＣＵが故障のとき起動させることができる。例えば、もしフェーズ３の期間に、ＰＣＵｓ１２２が故障したとすると、それまで停止していたＰＣＵｓ１２６を故障したＰＣＵｓ１２２に代わって起動させることができ、これにより、供給先のシステムの要求電力を超えて追加のＰＣＵが作動するので冗長性が維持される。さらに、ＰＣＭ１１６は、電力供給のためにＰＣＵを追加する必要があるときに全てのＰＣＵｓが運転可能なようにするためのみならず、ＰＣＵｓの運転寿命を長くするために、作動するＰＣＵと停止するＰＣＵとを交互に入れ替えるようにさせることもできる。
【００４０】
ここで図３〜４Ｂを参照すると、本発明の少なくとも１つの実施の形態による、消費電力の予測される一時的な変化に先立ってＰＣＵの変換動作を制御する典型的な仕組みが示されている。先に説明したように、電力制御モジュール（ＰＣＭ）１１６は、一実施の形態において、特定の時点又は特定の期間での供給先のシステムにおける将来の負荷要求をあらかじめ判断し、そして適切な電力を供給するために１以上のＰＣＵの出力をあらかじめ調整する。
【００４１】
以下に詳述するように、少なくとも１つの実施の形態において、ＰＣＵの出力は電圧制御装置４１０（図４）に供給され、そして、電圧制御装置４１０からの制御された電圧出力は負荷に供給される。負荷において一時的に電力消費が増加する期間中、既知のシステム中の電圧制御装置の出力は相当な電圧低下を露呈する。この電圧低下を最小限に抑えるために、これらの既知のシステムは一般に電圧制御装置の入力と出力とに大きな静電容量素子又は静電容量回路網を装備し、蓄えられたエネルギーを供給することで電力消費の一時的な増加時の電圧低下を最小限にしている。しかしながら、これらの静電容量素子／回路網は通常比較的大きく、その結果、そのような電圧制御装置を組み込んだ既知のシステムの寸法及びコストを増大させてしまう。しかし、電力消費の一時的な増加に先立って電圧制御装置４１０の入力キャパシター４１２に供給する電圧を増加させることで、電圧を一定に維持した場合に貯蔵されるエネルギーよりも大きな付加的なエネルギーを入力キャパシター４１２に貯蔵することができる。入力キャパシター４１２のような静電容量素子に貯蔵されるエネルギーは、一般に静電容量素子両端の電圧の２乗に比例するので、ＰＣＵの出力電圧の比較的軽微な増加で必要な負荷エネルギーの貯蔵が達成できることは評価すべきことである。
【００４２】
同様に、電圧制御装置４１０の出力に接続された出力キャパシター４１４に蓄えることのできる電荷を増加させるために、電圧制御装置４１０の出力電圧を増加することができる。ＰＣＭは、負荷における一時的な電力の増加に先立って、電圧制御装置４１０にその出力電圧を急増させるよう指令することができる。その結果、より小さな出力キャパシター４１４を用いることができ、それにより、電圧制御装置４１０の寸法及び／又はコストを低減することができる。ＰＣＵの電圧の急増と同様に、電圧制御装置４１０は、予測される電力消費の増加を予見又は算定し、それに応じて出力電圧を急増させるために、実績データ、あらかじめ定めたパターン、又は（ＰＣＵ、ＰＣＭ、又は演算処理アセンブリー１３０のような）他の構成要素からの入力を用いることができる。
【００４３】
電力消費の予測される一時的な変化に先んじてＰＣＵ１２２の出力電圧を変化させる典型例を説明するために、図３のグラフ３１０に、電圧制御装置４１０に接続された負荷１３２の電力消費の典型的なプロット（電力プロット３０２）に重ね合わせたＰＣＵ１２２の典型的な電圧出力のプロット（電圧プロット３０４）が示されている。グラフ３１０の縦座標は時間を表し横座標は電圧プロット３０４の電圧の大きさと電力プロット３０２の消費電力を表す。この例において、３つの期間での一時的な「パルス」である負荷１３２の消費電力はここでは電力パルス３３２〜３３６と称する。この電力パルス３３２〜３３６を補償するために、ＰＣＭ１１６は、本実施の形態において、ＰＣＵ１２２に電力パルス３３２〜３３６に応じた多数の電圧パルス３２２〜３２６を発生させるよう指令する。説明を容易にするために電力パルス３３２〜３３６と電圧パルス３２２〜３２６とは実質的に方形波として図３に描かれているが、電力パルス３３２〜３３６と電圧パルス３２２〜３２６とは、正弦波、ノコギリ波、及び不規則な形態を含むどんな形のものでもよいことに注意すべきである。同様に、電圧パルス３２２〜３２６は電力パルス３３２〜３３６の形と比べて同様の形でも異なった形でもよい。
【００４４】
時刻３１２ａにおいて、時刻３１２ｂから始まる変動負荷１３２（例えば電力パルス３３２）での電力消費の一時的な増加（増加強度３０６）に先立って差電圧３０８（電圧パルス３２２で示される）だけ増加させるようＰＣＭ１１６はＰＣＵ１２２に指令する。先に説明したとおり、一実施の形態において、ＰＣＭ１１６は演算処理アセンブリー１３０からの入力に基づき変動する負荷の将来の要求負荷を予測する。例えば、演算処理アセンブリー１３０は時刻３１２ｂに先立ってＰＣＭ１１６に信号を送ることができ、この信号には差し迫った又は予測されるパルス３２２の発生が示されている。この信号に基づき、ＰＣＵ１２２の変換動作が時刻３１２ａにおいて差電圧３０８だけ増加するようＰＣＭ１１６は指令をだす。同様に、他の実施の形態において、ＰＣＭ１１６が分かっている順序又は周期に基づきＰＣＭ１１６はパルス３２２の発生を予測することができる。例えば、パルス３３２〜３３６は周期的な形態で起こることがあり、どこで供給先のシステムの運転がこの周期のどこなのかを判断することで、ＰＣＭ１１６は次のパルスがいつ発生するかを予測することができ、先行する電圧パルス３２２〜３２６でそれに応じることができる。
【００４５】
電圧パルス３２２の急増の始まり（時刻３１２ａ）と電力パルス３３２（時刻３１２ｂ）の始まりとの差は、ＰＣＭ１１６からの指令に対するＰＣＵ１２２の応答時間、入力キャパシター４１２の充電速度、電力消費の上昇速度、ＰＣＵ１２２における出力電圧の上昇速度、その他のような多くの要素に基づくことができる。例えば、入力キャパシター４１２は、比較的長く続く電力パルス３３２に先立ち貯蔵されているエネルギーをかなり増やす必要があるかもしれない。従って、入力キャパシター４１２に最大電荷を貯蔵させるためには、出力電圧を急増させる時（時刻３１２ａ）は電力消費の増大が始まる時（時刻３１２ｂ）よりかなり早くなるかもしれない。あるいは、もし電圧パルス３２２の急増が比較的速くおこり、電圧の差３０８が比較的小さければ、時刻３１２ａと時刻３１２ｂとの差は小さくても又は無くてもよい。
【００４６】
図示された実施の形態において、少なくとも電力消費（例えば電力パルス３３２）の一時的な増加が続いている期間、ＰＣＵ１２２の出力電圧（例えば電圧パルス３２２）の増加が継続する。電力消費の一時的な増加は電力パルス３３２について時刻３１４ａで終わるときに、ＰＣＭ１１６は時刻３１４ｂまでに出力電圧が元の電圧レベルに戻るようＰＣＵ１２２に指令することができる。電圧パルス３２２の開始時と同様に、電圧パルス３２２の終了のタイミングも多くの要素に基づくことができる。例えば、従来のアプローチにおいて、電力パルス３３２の終了（時刻３１４ａ）に続いて電圧パルス３２２が終了するように、少なくとも電力パルス３３２の継続中は、電圧パルス３２２は継続する。しかし、損失エネルギーを最小限にするために、電力パルス３３２が消える前又は消えると同時に電圧パルス３２２を通常のレベルに急減させることができる。
【００４７】
電力パルス３３２に比べて相当長い継続時間を電圧パルス３２２が保持することは有効である一方、他の実施の形態において、（時刻３１２ａにおける）出力電圧の急増とその後出力電圧を通常レベルへ戻す時（時刻３１４ａ）との時間差は、電力パルス３３２の継続時間（時刻３１２ｂから３１４ａまで）と比べて比較的小さい。例えば、ＰＣＵ１２２の出力電圧は時刻３１２ａで急増し、そして直ちに急減する。多くの理由でこのような継続時間の短いパルス３２２が用いられる。例えば、強度３０６の増加と比べて電圧の差３０８は比較的大きくなるかも知れず、それにより比較的短い時間に入力キャパシター４１２へ比較的大きな電荷のチャージを行う。
【００４８】
変動負荷の電力消費の一時的な変動は正方向であるだけでなく負方向である場合もあり、正方向又は負方向の一時的な変動はしばしば相対的であることはありがたいことである。説明のために、５０％の負荷サイクルを持つ方形波で表現される電力消費のプロットを考える。この場合、電力消費は最低電力消費レベルと比較して一時的に上昇することが繰り返されること、又は、最高電力消費レベルと比較して一時的に減少することが繰り返されることを考慮するべきである。正方向であろうと負方向であろうと、本発明の実施形態は電力消費における一時的な変化を補償するために用いることができる。例えば、ＰＣＵ１２２は、負荷１３２の予測された負荷要求の減少に先立って出力電圧を下げるようにすることができる。この場合、出力電圧を下げることで入力キャパシター４１０に貯蔵された電荷を減らすことができ、多くの型式のキャパシターは貯蔵した電荷量に比例した寄生的な電力損失を持つので、電力消費の一時的な減少の期間、入力キャパシター４１０に貯蔵された電荷を減らすことで入力キャパシター４１０の寄生的な損失を最小限にすることができる。同様に電圧制御装置４１０の制御された出力電圧４１０は、負荷１３２の予測された電力消費の減少に先立って下げることができる。説明を簡単にするために、電力消費の一時的な変化が電力消費の一時的な増加である実施形態を図示する。しかしながら、本発明の実施形態は、電力の一時的な変化には、ここに提供された指針を用いることで、電力消費の一時的な減少も含めることができる。
【００４９】
図４Ａと図４Ｂとは制御された電力を変動負荷に供給する典型例を示す。図示の通り、ＰＣＵ１２２からの電力は、電圧制御装置４１０を経由して負荷１３２（この例ではＲＦ送受信モジュール）に供給される。少なくとも１つの実施例において、入力キャパシター４１２と出力キャパシター４１４とはそれぞれ電圧制御装置４１０の入力と出力に置かれる。キャパシター４１２，４１４は、単一のキャパシター、キャパシターの回路網、その他のような本技術分野における通常の知識を有するものに知られたあらゆる静電容量素子又はエネルギー貯蔵装置を表す。
【００５０】
この場合、負荷１３２は図４ＢのＲＦ出力波形４２０で示したようなＲＦエネルギーをパルスで伝送するようにされている。変動負荷を有する既知の電力管理システムは一般に、電圧ドロップの可能性を最小限にするためのみならず、負荷での電力消費の一時的な、及び／又は、急激な増加に先立ち適切な量のエネルギーを貯蔵するために、電圧制御装置の入力と出力に比較的大容量のキャパシターを用いる。しかしながら、比較的大容量のキャパシターを用いることにはいくつかの欠点がある。一例として、大容量のキャパシターは相当な空間を必要とする。空間が貴重な供給先のシステムにおいて、大容量のキャパシターを用いることは忌避される。同様に、大容量のキャパシターは、寄生抵抗に起因する電力損失のような好ましくない回路のアーティファクトが小容量のキャパシターの場合より大きな強度で生じる。加えて、大容量のキャパシターは一般に、同じ型式ならば小容量のキャパシターより値段が高い。
【００５１】
しかしながら、ＰＣＵ１２２の出力電圧の急増、及び／又は、電圧制御装置４１０の出力電圧の急増の結果キャパシター４１２，４１４に貯蔵された付加的なエネルギーがあるので、容量の小さい、及び／又は、低価格のキャパシター４１２，４１４を、既知のシステムに用いられる大容量の静電容量素子と等価な量のエネルギーを貯蔵するために用いることができる。従って、一般に、入力キャパシター４１２と出力キャパシター４１４とを収容するためにより少ない空間しか必要とせず、小容量のキャパシター４１２，４１４を組み込むために少ないコストしか必要とせず、キャパシター４１２，４１４として小容量のキャパシターを用いることで損失が少なくなる。
【００５２】
負荷１３２で消費される電力が一時的に増加するのに先立ちＰＣＵ１２２の出力電圧を急増させることにより生じた、静電容量の削減、及び／又は、キャパシター４１２の物理的大きさの削減を説明するために、図４Ｂは、レーダーアセンブリーにおけるＰＣＵ１２２の典型的な実施を示すものである。この例では、負荷１３２は、ラジオ周波数（ＲＦ）エネルギーを出力するようにした送信／受信モジュールを示し、ＲＦ出力波形４２０として図示した通り、ＲＦ出力はパルスとして一時的に急激に変化する。電圧出力波形２２２Ａは、負荷１３２のＲＦ出力（波形４２０）から得られる、既知の電力変換ユニットの一般的な出力電圧を表し、電圧出力２２２Ｂは、負荷１３２のＲＦ出力から得られる電圧急増能力を有するＰＣＵ１２２の出力電圧の典型例を表す。
【００５３】
この例では、負荷１３２の入力インピーダンスは２０オーム、ＰＣＵ１２２の公称出力電圧は４２ボルト、そして電圧制御装置４１０の作動可能な最低入力電圧は４１．５ボルトであると仮定している。また、ＲＦ出力（波形４２０）のパルス幅は６００ミリセカンド（ｕｓ）であるとし、これはＲＦ出力パルスが出力している間、キャパシター４１２の最低限必要な放電時間（ｔ）であることしていることも仮定している。キャパシター４１２が時間ｔにわたって放電したときのキャパシター４１２の最初の電圧（Ｖｃ＝４２）に対する最終電圧（Ｖｏ＝４１．５）の関係を示す式ＥＱ．１に基づき、キャパシター４１２のキャパシタンスと最初の電圧と最終電圧との関係を示す式ＥＱ．２が得られる。
【数１】
2007529187.tif 000003
【数２】
2007529187.tif 000004
【００５４】
先に仮定した値（Ｖｏ＝４１．５Ｖ、Ｖｃ＝４２Ｖ、Ｒ＝２０Ω、ｔ＝６０ｕｓ）を用い、ＥＱ．２を使って計算した入力キャパシター４１２の必要なキャパシタンスは、ＲＦ出力パルスに先立つ電圧急増がないとき２５０５マイクロファラッド（ｕＦ）である。しかし、本例において、ＰＣＵ１２２がＲＦ出力パルスに先立って出力電圧を４６ボルト（すなわちＶｃ＝４６）に急増させていると仮定すると、入力キャパシターの必要なキャパシタンスの計算値は、ＥＱ．２を用いて３３０ｕＦ、すなわち、電圧急増が無かったときに必要なキャパシタンスのほんの約１３パーセントである。キャパシターの物理的な大きさは一般にそのキャパシタンスにおおむね比例するから、電圧急増を用いるとして組み込まれた入力キャパシター４１２は、本例では、既知のシステムにおいて必要とする入力キャパシターの約８分の１の大きさとなる。同様に、同じ形式のキャパシターの価格もそのキャパシタンスに関係するから、入力キャパシター４１２を組み込むときの価格も同様に減少する。特に、数千のＴＲ（負荷１３２）と入力キャパシター及び出力キャパシターをもつ電圧制御装置４１０とが組み込まれているレーダーシステムのような、多数の電圧制御装置が組み込まれているときに、このような大きさと価格の節約は顕著なものとなる。負荷１３２の電力消費の一時的な増加に先立って電圧制御装置４１０の出力電圧を急増させることにより、同様にして、出力キャパシター４１４の必要なキャパシタンスも削減することができる。
【００５５】
本発明は、変動負荷を持つ多くのタイプのシステムにおける電力を管理するのに用いられるが、本発明はレーダーにおける電力の管理に適用するときに特に有利であり、さらにアクティブアパチャーアレー（ＡＡＡ）レーダーシステムに用いたとき特に有利となる。レーダーアセンブリーは一般に、これらの多くの典型的な変動負荷を持つシステムに加えられる制限のみならず、さらに厳しい制限がある。例えば、スペースは多くの電力管理システムにおいて考慮しなければならないが、多くのレーダーシステムの環境と運転条件とにより、レーダーアセンブリーの大きさを最小限にすることは、レーダーアセンブリーをまともに運転する上での決定的な要因となっている。同様に、レーダーシステムはしばしば、赤外線エネルギーの放出を最小限にするというような特別な要求を持ち、これは電力供給システムの設計時に特別な考慮をさらに要求するものである。レーダーシステムに用いられたときに本発明の少なくとも１つの実施の形態により提供される利点は図５〜８に関連して示されている。
【００５６】
図５を参照すると、本発明の少なくとも１つの実施の形態によるアクティブアパチャーアレー（ＡＡＡ）レーダーシステムにおける電力供給のためのシステムが示されている。レーダーシステム５００には、電力ゲートウェイ５１０（図１の電力ゲートウェイ１１０に類似）、レーダーアセンブリー５２０（図１のレーダーアセンブリー５２０に類似）、及び演算処理アセンブリー５３０（図１の演算処理アセンブリー１３０に類似）が含まれる。レーダーシステム５００にさらに、例えば、１以上のデコイ５４０を含む他の構成要素を含めることができる。
【００５７】
図６を参照して以下に詳細を説明する電力ゲートウェイ５１０は、外部電源（外部電源１１８）から電力を受け取り、電力の発生、及び／又は、電力の処理を行うことでレーダーシステム５００全体にわたって電力を供給する。図示の実施の形態において、電力ゲートウェイ５１０は、電力伝達媒体５０２，５０４を用いてそれぞれレーダーアセンブリー５２０とデコイ５４０に、例えば、３キロボルト（ｋＶ）３相５０ヘルツ（Ｈｚ）の形で電力を供給するようになっている。電力ゲートウェイ５１０はさらに、電力伝達媒体５０６，５０８を介してそれぞれレーダーアセンブリー５２０と演算処理アセンブリー５３０に、例えば、２３０／４００Ｖ３相５０Ｈｚの形で電力を供給するようになっている。あるいは、電力ゲートウェイ５１０は、例えば、ＡＣの形態からＨＶＤＣの形態に変換し、電力伝達媒体５１２を介してＨＶＤＣ電力をレーダーアセンブリーに供給するようにさせることもできる。電力伝達媒体５０２〜５０８，５１２には、当業者によく知られた導電ケーブルのような電気エネルギーを伝達するあらゆる媒体が含まれる。
【００５８】
レーダーアセンブリー５２０には、アンテナペデスタル５２２、スリップリングアセンブリー５２４、及びアンテナアレーアセンブリー５２６が含まれる。アンテナアレーアセンブリー５２６には、レーダーに使用するためにＲＦエネルギーを送信及び受信する複数の送信／受信モジュールと、電磁波伝送の結果を処理するレーダー信号処理装置、及びその他の装置が含まれる。一実施の形態において、アンテナペデスタル５２２には、電力伝達媒体５０４，５０６を介して入力電力を分配する機能のみならず、アンテナアレーアセンブリー５２６を回転させる機能も含まれる。スリップリングアセンブリー５２４には、アンテナアレーアセンブリー５２６と、アンテナアレーアセンブリー５２６が回転するときにアンテナペデスタル５２２及びアンテナアレーアセンブリー５２６の間で１以上の接続を可能とするアンテナペデスタル５２２とを仲立ちするスリップリングが含まれる。演算処理アセンブリー５３０は、レーダーアセンブリー５２０の動作を制御するようになっている。演算処理アセンブリー５３０は、一実施の形態において、さらに通信インターフェースとして用いられ、レーダーシステム５００に遠隔からアクセス、及び／又は制御することができる。例えば、一実施の形態において、演算処理アセンブリー５３０は、レーダーアセンブリー５２０の構成部品から組み込みテスト（ＢＩＴ）データを受け取るようになっている。同様に、演算処理アセンブリー５３０はＰＣＭによる分析のために電力ゲートウェイ５１０にＢＩＴデータを提供する。デコイ５４０には、本技術分野の当業者に知られた様々なレーダーデコイが含まれる。
【００５９】
本技術分野の当業者は、レーダーシステム特にアクティブアパチャーアレー（ＡＡＡ）レーダーシステムが一般的に変動電力要求を持つことを知るだろう。例えば、スキャニングの受動的又は非活動的期間において、レーダーシステムは一般に、長い高負荷パルスモード（「フェンスモード」として知られている）期間よりはるかに少ない電力しか消費しない。負荷要求が変動するのに加えて、多くのレーダーシステムは可動式となっているため、可搬式の電源又は異なった電力特性を持つ様々な電源に切り替わる能力を要求する。従って、可搬式電源の寸法／重量を最小限にするために、及び／又は、商用電源からのレーダーシステムを運転するコストを最小限にするためにレーダーシステムの電源消費を最小限にすることがしばしば要求される。そこで、図１のシステム１０に関して説明したように、電力ゲートウェイ５１０は、レーダーシステム５００の変動負荷要求に基づいて、電力を発生し、電力の状態を整え、そして／又は、レーダーアセンブリー５２０及び演算処理アセンブリー５３０に電力を供給し、余剰電力の発生を最小限にする。発生／供給された電力と消費された電力との差は、ある期間ある負荷要求を満足するために必要ではないと判断されるレーダーシステム中の１以上の電力変換ユニット（ＰＣＵｓ）を停止することで、最小限にすることができる。同様に、図３，４を参照して説明したように、アンテナアレーアセンブリー５２６の送信／受信モジュールに接続された電圧制御装置に使われる全ての静電容量素子への付加的なエネルギーを供給するためにレーダーシステム５００の電力消費の一時的な増加に先立って、１以上のＰＣｓの出力電圧を急増させることができる。
【００６０】
説明すると、レーダーシステム５００は隣接する国と自国の国境又は国境への通路を細かく調べるために用いることができる。この場合、自国の領空を細かく調べる必要は無く、隣国の領空又は国境への通路だけを細かく調べればよい。従って、レーダーシステム５００の電力要求は、アンテナアレーアセンブリー５２６が回転するときどこを向いているかにより、変化する。その結果、回転に基づきレーダーシステム５００により消費される電力に周期的な増加と減少が現れる。レーダーシステム５００により消費される電力を最小限にするために、レーダーシステム５００の電力要素に用いられる１以上のＰＣＵｓを低電力消費期間に停止しておき、高電力消費期間に作動させておくことができる。
【００６１】
同様に、隣国の領空を細かく調べている間は、アンテナアレーアセンブリー５２６がＲＦエネルギーの形でエネルギーを伝送し、その結果を処理するので、アンテナアレーアセンブリー５２６の電力消費は繰り返し変動する。従って、図３と４を参照して先に説明したように、電力消費の増加を補うためにレーダーシステム５００のＰＣＵｓは、電力消費の増加に先立ち出力電圧を急増させる。
【００６２】
図６を参照すると、電力ゲートウェイ５１０が本発明の少なくとも１つの実施の形態に従って詳細に描かれている。電力ゲートウェイ５１０は、少なくとも１つの環境調整ユニット（ＥＣＵ）６０２、１以上のディーゼル発電機６０４、入力電力盤６１０、一次電力切換器／接触器６１２、サージプロテクター６１４、電磁妨害（ＥＭＩ）フィルター６１６、昇圧変圧器６１８、出力電力盤６２０、入力／出力（Ｉ／Ｏ）６２４、及び電力制御モジュール（ＰＣＭ）６２６（図１のＰＣＭに類似）を具備する。電力ゲートウェイ５１０も、ＡＣ電力をＨＶＤＣ電力又はＬＶＤＣ電力に変換するためのＡＤ−ＤＣ変換器６１９を具備する。
【００６３】
一実施の形態において、外部電源１１８は入力電力盤６１０を経由して電力ゲートウェイ５１０に電力を供給する。他の実施の形態において、電力は並列に接続されたディーゼル発電機の１つ又は両方で発生する。あるいは、電力ゲートウェイ５１０は、外部電源１１８から供給された電力と内部で発生した電力とを組み合わせて用いることもできる。一次電力切換器／接触器６１２は、外部電源１１８とディーゼル発電機６０４から供給された電力とを切換えるために用いることができる。例えば、一次電力切換器／接触器６１２には、電源のオンとオフの切換、及び／又は、外部電源１１８とディーゼル発電機との間での切換のためのヒューズ付きナイフスイッチが含まれる。切換時損傷をさけるためディーゼル発電機６０４の適切な相回転、周波数、及び電圧を確保するための手段を執ることが好ましい。一実施の形態においては、一次電力切換器／接触器６１２は有線又は無線により制御される。
【００６４】
供給された／発電された電力はサージプロテクター６１４を経由してＥＭＩフィルター６１６に提供される。サージプロテクター６１４は、一実施の形態において、ディーゼル発電機６０４で発電された又は外部電源１１８の過渡電圧からレーダーシステム５００を保護するように作られている。同様にサージプロテクター６１４はかなりの過渡電圧を誘導する落雷から守るように作られている。ＥＭＩフィルター６１６は、あらゆる形式の電磁妨害により誘導されるノイズを減少又は削除する用に作られている。ＥＭＩフィルター６１６は、世界的な商用企画又はミリタリー企画（ｍｉｌ−ｓｐｅｃ）に適合することが好ましい。
【００６５】
ＥＭＩフィルター６１６の出力は、昇圧変圧器のような変圧器618に供給することができ、出力するために電圧が上昇する。図示の実施の形態に関して、外部電源１１８が２３０／４００ボルト３相５０ＨｚＡＣ電源として入力され、ディーゼル発電機６０４は、例えば、１２０／２０８ボルト３相５０ＨｚＡＣ電力を発電する。どちらの場合も、昇圧変圧器６１８は３ｋＶ３相信号を５０Ｈｚ又は６０Ｈｚで作るために電圧を昇圧する。一実施の形態において、昇圧変圧器６１８は一時側に複数のタップを持つＹ−Δ変圧器を含むことが好ましい。二次側にΔを用いることにより、レーダーシステムの人員を保護するとともに、レーダーシステム５００を負荷（すなわちレーダーアセンブリー５２０）における偶発的な接地から保護することができる。
【００６６】
他のレーダーシステム５００に供給するべき電圧を変圧器６１８により昇圧する目的は、スリップリングアセンブリー５２４に流れる電流を減少させるためであり、このことにより、スリップリングアセンブリー５２４が必要とする寸法／重量／価格を低減することができる。同様に、電力ゲートウェイ５１０とレーダーアセンブリー５２０との間の電流を減少させることができ、これにより、電力ケーブルの重量と価格を低減することができる。
【００６７】
電圧を上げることは防御上の利点もある。電圧を上昇することにより電力ケーブルを通る電流が減少するので、電力ケーブルの赤外線（ＩＲ）サインを減少させることができ、レーダーシステム５００と同様に電力ケーブルも、ミサイルや誘導爆弾のような赤外線攻撃兵器に検知される可能性も小さくなる。あるいは、ＡＣ−ＤＣ変換器６１９をレーダーアセンブリー５２０に供給された電力をＡＣ形態からＤＣ形態に変換するために用いられる。従って、力率制御（ＰＦＣ）を行う構成要素やＡＣ／ＤＣ変換を行う構成要素がレーダーアセンブリー５２０から省略することができ、レーダーアセンブリー５２０の重量を削減することができる。
【００６８】
昇圧変圧器６１８の出力、及び／又は、ＡＣ−ＤＣ変換器６１９の出力はレーダーシステム５００の残りの部分に電力を供給するための出力電力盤６２０に供給される。出力電力盤６２０は、レーダーシステム５００の残りの部分に電力を供給するための仲立ちとしての役割を果たす。少なくとも１つの実施の形態において、ディーゼル発電機６０４及び／又は外部電源１１８から供給される電力の一部は昇圧変圧器６１８及び／又はＡＣ−ＤＣ変換器６１９をバイパスして、配電のために元々の形態で（フィルターを通した後）直接出力電力盤６２０に提供される。
【００６９】
少なくとも一実施の形態において、電力制御モジュール（ＰＣＭ）６２６（図１のＰＣＭ１１６に類似）は、レーダーシステム５００全体に電力を供給するだけでなく、電力ゲートウェイ５１０の動作の知的制御を行うようになっている。ＰＣＭ６２６には、プロセッサーにより実行されるソフトウエア又はファームウエア、マイクロコントローラー、個別ロジック回路、フィールドプログラマブルゲートアレー、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又はこれらの組み合わせのような、さまざまなプロセッサー／制御素子又は装置が含まれる。ここに記載された指針を用いて、この技術分野で通常の知識を有するものは適切なＰＣＭを開発することができる。レーダーシステム５００の残りの部分からＰＣＭ６２６への入力及びＰＣＭ６２６からレーダーシステム５００の残りの部分への出力は、例えば、すべての入力信号及び出力データ信号への接続ポイントとして使われるＩ／Ｏ信号盤６２４を経由して、伝送される。
【００７０】
電力ゲートウェイ５１０の構成要素及びレーダーアセンブリー５２０の他の構成要素からのさまざまな入力に基づき、ＰＣＭ６２６は、外部電源１１８の監視（電圧、周波数、及び／又は、位相）、外部電源１１８の状態の判断、発電機６０４の状態の判断、ＥＣＵ６０２の状態の判断、その他を含む多くの監視機能を行う。１つの実施の形態において、この情報は、組み込み型テスト（ＢＩＴ）又は組み込み型テスト機器（ＢＩＴＥ）データとしてＰＣＭに供給される。監視入力を用いて、ＰＣＭ６２６は、故障が発生したときの一次電力切換器／接触器６１２の解放、外部電源１１８とディーゼル発電機６０４からの電力との切換、レーダーシステム５００の負荷要求に基づく１以上のディーゼル発電機６０４の運転／停止、及びＢＩＴデータ又はＢＩＴＥデータのプロセッサアセンブリー５３０への提供のような電力ゲートウェイ５１０の構成要素の様々な運転を制御することができる。電力ゲートウェイ５１０の動作の制御に加えて、少なくとも１つの実施の形態において、ＰＣＭ６２６は、先に詳細を説明したとおり、レーダーアセンブリー５２０に電力を提供するために用いられる１以上のＰＣＵｓの変換動作を制御する。
【００７１】
図７を参照すると、本発明の少なくとも１つの実施の形態によるレーダーアセンブリー５２０が示されている。レーダーアセンブリー５２０は、スリップリングアセンブリー５２４を介してアンテナアレーアセンブリー５２６と接続されているアンテナペデスタル５２２を具備する。アンテナペデスタル５２２は、入力電力盤７１０（図６の入力電力盤６１０に類似）、電力配電盤（ＰＤＰ）７１２、Ｉ／Ｏ信号盤７０２（図６のＩ／Ｏ信号盤６２４に類似）、サーボモータ制御装置７１６、サーボモータ７２０、及びロータリーカップラー７２２とを具備する。アンテナアレーアセンブリー５２６は、アレーインターフェース７２４、（降圧変圧器のような）変圧器７２６、レーダー信号処理装置７２８、受信器／エキサイター７３０、アンテナアレー冷却モジュール７３２、データ取り出し７３４、二次監視レーダー（ＳＳＲ）トランシーバー７３６、ＳＳＲアンテナ７３８、及びアンテナアレー７７６を具備する。アンテナアレー７７６は、電力供給アセンブリー７７８、制御アセンブリー７９０、及び１以上の送信／受信モジュールからなる送信／受信（ＴＲ）モジュールアセンブリー７９２を具備する。
【００７２】
レーダーアセンブリー５２０は、レーダーアセンブリー５２０の１以上の構成部品に電力を供給するためにさらに複数の電力変換ユニット（ＰＣＵｓ）７４２〜７４８，７５０〜７７０を具備する。図示の実施の形態を参照して、アンテナアレーアセンブリー５２６は、アレーインターフェース７２４に接続されたＰＣＵ７４２と、レーダー信号処理装置７２８に接続されたＰＣＵ７４４と、受信器／エキサイター７３０に接続されたＰＣＵ７４６と、アンテナアレー冷却モジュール７３２に接続されたＰＣＵ７４８とを具備する。同様にアンテナアレー７７６の電力供給アセンブリー７７８は複数のＰＣＵｓ７５０〜７７０を具備する。
【００７３】
電力ゲートウェイ５１０からの電力は、図５と図６を参照して先に説明したとおり、出力電力盤６２０から、フィーダー５０４，５０６及び／または５１２を経由して送り出され、入力電力盤７１０を経由してレーダーアセンブリー５２０に入る。１つの実施の形態において、３ｋＶ３相５０ＨｚＡＣ信号（フィーダー５０４）の形態の電力と２３０／４００ボルト３相５０ＨｚＡＣ信号（フィーダー５０６）の形態の電力とがレーダーアセンブリー５２０に供給されることを思い出してもらいたい。入力電力信号は、次に、ＰＤＰ７１２に供給され、そこで選択された形態の電力がレーダーアセンブリー５２０の対応する構成部品に供給される。ＰＤＰ７１２には、本技術分野の通常の知識を有するものに知られた一般的なＰＤＰが含まれ、ＰＣＰは、接触器、非常停止スイッチ、及びサーボモータ制御装置７１６への電流遮断器を具備することが好ましい。
【００７４】
ＰＤＰ７１２を経由して電力ゲートウェイ５１０から供給される２３０／４００ＶＡＣは、サーボモータ制御装置７１６に供給され、演算処理アセンブリー５３０（Ｉ／Ｏ信号盤６２４を経由して供給される）からの入力として用いられ、サーボモータ７２０を用いてアンテナアレーアセンブリー５２６のアジマスの位置決めを行う。電力ゲートウェイ５１０からの３ＫＶ電力信号は、例えば、スリップリングアセンブリー５２４を経由して、アンテナアレーアセンブリー５２６の降圧変圧器７２６に供給される。１つの実施の形態において、電力ゲートウェイ５１０とレーダーアセンブリー５２０との間の電流及び／又はＩＲサインを最小限にするために供給電圧を上昇させる目的で昇圧変圧器６１８を使ったことを思い出してもらいたい。従って、１つの実施の形態において、ＰＣＵｓ７４２〜７４８及び７５０〜７７０への入力として電圧を降圧するために降圧変圧器７２６が用いられる。降圧変圧器７２６は、２次側に複数のタップを持つΔ−Ｙ結線の変圧器を含むことが好ましい。好ましい実施の形態において、降圧変圧器７２６入力電圧を約５０Ｈｚの３ｋＶＡＣ信号から約５０又は６０Ｈｚの２３０／４００ＶＡＣ信号に降圧する。降圧変圧器７２６の出力は、対応する構成部品に電力を供給するためにＰＣＵｓ７４２〜７４８，７５０〜７７０に供給される。あるいは、レーダーアセンブリー５２０が伝達媒体５１２を経由してＨＶＤＣを受け取るようにしてもよい。従って、変圧器７２６を省略することができ、ＨＶＤＣが直接ＰＣＵｓ７４２〜７４８，７５０〜７７０に供給されるので、レーダーアセンブリー５２０の重量が変圧器７２６の分だけ減少する。
【００７５】
ＰＣＵｓ７４２〜７４８，７５０〜７７０は、少なくとも１つの実施の形態において、降圧変圧器の出力電力をＡＣ形態からＤＣ形態に変換するために用いられる。この変換については、図８を参照して詳細に説明する。あるいは、ＨＶＤＣ又はＬＶＤＣ電力が供給される場合は、ＰＣＵｓは高電圧ＤＣ形態から低電圧ＤＣ形態の電力に変換するために用いることができる。
【００７６】
少なくとも１つの実施の形態において、電力供給アセンブリー７７８は制御アセンブリー７９０を経由してＴＲモジュールアセンブリー７９２に電力を供給する。ＴＲモジュールアセンブリー７９２は、受信器／エキサイターモジュール７３０からの命令によりレーダーとしての目的のために高周波信号を送信及び受信するために、複数の送信／受信モジュールを具備する。先に説明したとおり、レーダーシステム５００の電力要求はレーダーシステム５００のスキャンモードにより変化する。一般に、レーダーシステム５００のようなレーダーシステムにより消費される電力の多くは、高周波信号の伝送によるものである。これらの高周波信号が変化するタイミング、期間、及びそのレベルがしばしば変動するので、ＴＲモジュールアセンブリー７９２の電力要求も又変化する。その結果、ＴＲモジュールアセンブリー７９２は、図１の負荷１３２，１３４に類似する変動負荷とみなすことができる。
【００７７】
レーダーシステム５００による無駄な電力消費を最小限にするために、少なくとも１つの実施の形態において、その要求電力に釣り合った電力をＴＲモジュールアセンブリー７９２に供給するために複数のＰＣＵｓ７５０〜７７０を用いる。例示した実施の形態において、ＴＲモジュールアセンブリー７９２のＴＲモジュールは、＋４３ＶＤＣ，＋１２ＶＤＣ，−１２ＶＤＣ，＋６ＶＤＣ，及び−６ＶＤＣの５個の別個の電圧を必要とする。ＰＣＵｓ７５０〜７７０の出力電力は、バス毎に異なった電圧レベルの１つの電力を運ぶバス７８０〜７８８を介して、制御アセンブリー７９０に供給される。図示した実施の形態において、バス７８０は４３ＶＤＣで電力を供給し、バス７８２は１２ＶＤＣで電力を供給し、バス７８４は６ＶＤＣで電力を供給し、バス７８６は−１２ＶＤＣで電力を供給し、そしてバス７８８は−６ＶＤＣで電力を供給する。少なくとも１つの実施の形態において、バス７８０〜７８８は、バス自身で消費される熱と電力を最小限にするために低インピーダンスバスを具備する。ＰＣＭ６２６、演算処理アセンブリー５３０、及び／又は、レーダーアセンブリー５２０の他の構成部品から、制御アセンブリー７９０及び／又はＴＲモジュールアセンブリー７９２に制御信号を送るためにデータバス７９４を用いることもできる。同様にデータバス７９４は、ＴＲモジュールアセンブリー７９２と制御アセンブリー７９０とからのＢＩＴ／ＢＩＴＥデータを演算処理アセンブリー５３０及び／又はＰＣＭ６２６に送るために用いることもできる。
【００７８】
要求される電圧でＰＣＵｓ７５０〜７７０からバス７８０〜７８８に電力を供給するために、電力供給アセンブリー７７８は様々な方法を用いることができる。１以上のＰＣＵｓ７５０〜７７０を特定のバスに割り当て、それに合わせてＰＣＵの電圧を設定することもできる。例えば、ＰＣＵｓ７５０〜７５４は、バス７８０に並列に接続し公称出力電圧を４３Ｖに設定し、ＰＣＵｓ７５０，７５８はバス７８２に並列に接続し公称電圧を１２Ｖに設定する等のことができる。複数のＰＣＵを並列にすることは、ＰＣＵｓの内の１つが故障したときの冗長性を提供する。あるいは、各ＰＣＵがある電圧を持ち、対応するバスに要求される電圧を供給するために直列に接続することもできる。しかしながら、これは、直列接続されたＰＣＵが故障したとき冗長性を制限してしまう。本技術分野の通常の知識を有するものは、ＰＣＵｓ７５０〜７７０から制御アセンブリー７９０へバス７８０〜７８８を経由して電力を供給する他の方法を構築することができるであろう。
【００７９】
一実施の形態において、制御アセンブリー７９０は、ＴＲモジュールアセンブリー７９２の１以上のＴＲモジュールに制御された電圧で電力を供給するための複数の電圧制御装置４１０（図４）を具備する。電圧制御装置４１０は、冗長性を実現するために電力供給アセンブリー７７８内で並列に接続することができ、１以上の電圧制御装置が故障したときに短絡が発生するのを防ぐために各電圧制御装置４１０の出力にダイオードを置くことができる。電圧制御装置４１０は低ドロップアウト（ＬＤＯ）電圧レギュレータを有することが好ましい。ＬＤＯ電圧レギュレータは、電力供給アセンブリー７７８内で使用したとき、低ドロップアウト電圧、広い帯域幅、速い過渡応答、比較的低い出力リップル、のような利点があり、ＬＤＯ電圧レギュレータは、小さな足跡（すなわち、寸法が小さい）でしばしば比較的重量も軽い。
【００８０】
設計によっては、ハイスキャンモードにおいて電磁波信号を伝送するときにＴＲモジュールにより必要とされるような高電力出力の期間に電圧の減少を最小限にするために、ＬＤＯ電圧レギュレータは入力と出力に大容量のキャパシターを用いる。しかしながら、少なくとも１つの実施の形態において小容量の入力キャパシター４１２と出力キャパシター４１４を電圧制御装置４１０に使用し、一時的に電力の消費が増加する前及びこの増加している期間、ＰＣＵから入力キャパシター４１２に供給する出力電圧の強さを増加することにより、及び／又は、電圧制御装置４１０からキャパシター４１４への出力電圧を増加することにより、電圧の減少を最小限にする。制御アセンブリー７９０の電圧制御装置４１０に増加した入力を供給するために、電力消費の増加に先立って１以上のＰＣＵｓ７５０〜７７０はその出力電圧を増加させ、これにより電圧制御装置４１０に接続された１以上のバス７８０〜７８８の電圧レベルを増加させる。例えば、ＰＣＵｓ７５８，７６０をバス７８４に並列に接続することができる。バス７８４は、この場合、通常負荷モードの期間は６ＶＤＣを供給する。しかし、高負荷スキャンサイクルに先立ち、電力消費の増加に対する準備のためＰＣＵｓ７５８，７６０の出力電圧は９ＶＤＣに増加する。その結果、バス７８４の電圧レベルは６Ｖから９Ｖに増加する。バスにおいて電圧が増加することにより、バス７８４に接続された電圧制御装置４１０の入力キャパシター４１２に電荷が追加的に蓄えられ、それによって、ＴＲモジュールの電力消費が増加している期間それに対応する追加的なエネルギーが供給される。同様に、電圧の増加とそれによりもたらされる電圧制御装置４１０の入力キャパシター４１２に蓄えられた追加的な電荷とにより、電力消費の増加期間における電圧の減少を最小限にし又は防止することができる。
【００８１】
同様に、ＴＲモジュールでの一時的な電力消費の増加に先立ち、出力キャパシター４１４の追加的な電荷を供給するために、同じ様に電圧制御装置４１０の制御出力電圧を急増させることができる。かくして、電圧制御装置４１０への入力電圧と電圧制御装置４１０からの出力電圧の両方を急増させることにより、電圧制御装置４１０のキャパシター４１２，４１４に追加的な電圧を蓄える結果となり、予測される電力消費の増加に先立って蓄えられる電荷を積み増すためのこの電位により、一般的な配電システムと比較して小容量のキャパシターを用いることができるようになる。
【００８２】
先に説明したように、ＴＲモジュールアセンブリー７９２のＴＲモジュールは、一般に変動する負荷要求を持つ。動作が活発でないときＴＲモジュールアセンブリー７９２の電力消費を最小限にするために、１以上のＰＣＵｓ７５０〜７７０を電力消費が増加するまで停止させることができる。例えば、３個のＰＣＵｓ７５０〜７５４がバス７８０に並列に接続され、各ＰＣＵは最大１ｋＷの電力を供給するものと仮定する。ＴＲモジュールアセンブリー７９２がバス７８０を介して１ｋＷの電力しか消費しないとき、例えば、ＰＣＵ７５４を停止し、それにより、２個の残りのＰＣＵｓ７５０，７５２により１Ｘの冗長性を維持した状態で、さもなければ空運転していたＰＣＵ７５４での間接的な電力消費を減少させることができる。
【００８３】
少なくとも１つの実施例において、ＰＣＵｓ７５０〜７７０及び／またはＰＣＵｓ７４２〜７４８の動作はＰＣＭ６２６により制御される。この場合、ＰＣＭ６２６はレーダーアセンブリー５２０の状態を監視し、レーダーアセンブリー５２０の現在及び／又は将来の電力要求を判断することができる。この電力消費のデータは、レーダーアセンブリー５２０の制御に用いられる演算処理アセンブリー５３０から提供されることがある。あるいは、電力消費のデータは、レーダーアセンブリー５２０の１以上の構成要素により提供されるＢＩＴデータから得ることができる。この電力消費のデータに基づいて、ＰＣＭ６２６はＰＣＵに、動作、停止、出力電圧の急増、急減、その他をさせるよう制御する。例えば、ＰＣＭ６２６は、所定の時刻にレーダーシステム５００の電力消費を判断し、その時刻における電力消費に対応させるのに必要な最低数のＰＣＵｓを起動させる。
【００８４】
電力消費の増加が検出されたとき、ＰＣＭ６２６は、ＰＣＵｓを起動させ、あるいは、その後電力消費が減少した場合は、ＰＣＭ６２６は、必要に応じてそれまで動作中であった１以上のＰＣＵｓを停止させることができる。同様に、一時的な電力消費の増加が迫ってきたことを知ると、ＰＣＭ６２６は、１以上のＰＣＵｓ７５０〜７７０に出力電圧を急増させるよう指令することができ、これにより、１以上のバス７８０〜７８８の電圧の大きさを増加することができる。さらに、あるＰＣＵは特定のバス専用にしてもよい、一方、専用／非専用ＰＣＵｓにより分けられた複数のグループに接続して１以上の他のＰＣＵｓは複数のバスに接続できるようにしてもよい。
【００８５】
レーダーシステム５００のＰＣＭとＰＣＵｓとの間でデータ又は信号を伝達するために、様々な機構のうちのどんなものを用いてもよい。例えば、デジタルデータをＰＣＭ６２６からアンテナペデスタル５２２へ、Ｉ／Ｏ信号盤６２４，７０２を経由して送り、次いで、スリップリング５２４を経由して電力供給アセンブリー７７８に送ることができる。あるいは、制御データを、無線トランシーバーを介してＰＣＭ６２６と電力供給アセンブリー７７８との間で伝送することができる。本発明の思想と技術的範囲を逸脱することなく、制御データとＢＩＴデータとをＰＣＵｓ７５０〜７７０とＰＣＭ６２６との間で伝送する他の方法を用いてもよい。
【００８６】
レーダーアセンブリー５２０のＰＣＵｓは、少なくとも１つの実施の形態において、同じ製造元で作られ、これにより標準化と互換性を得ることが可能となる。例えば、ＰＣＵ７４２が故障したとすると、最低限の改造で他のＰＣＵに置き換えることができる。同様に、冗長性を備えさせるために、複数のＰＣＵｓを構成部品に接続することができる。ＰＣＵから電源供給されていたレーダーアセンブリー５２０の種々の構成部品が異なった要求入力電圧を持つことができる点は理解すべきである。例えば、受信器／エキサイター７３０は２４Ｖの入力電圧を必要とするのに対して、レーダー信号処理装置７２８は６Ｖの入力電圧のみを必要とするかもしれない。同様に、ＰＣＵ７５０は４３ボルトバス（バス７８０）に接続されるのに対して、ＰＣＵ７６０は６ボルトバス（バス７８４）に接続されるかもしれない。
【００８７】
従って、少なくとも１つの実施の形態において、システム５００内のＰＣＵの配置又は用途によりＰＣＵの出力電圧が設定される。レーダーシステム５００内の配置に基づいてＰＣＵの出力電圧を設定するために、種々の機構のうちのどんなものを用いてもよい。この機構には、具体的な位置でＰＣＵを接続する前に手動で電圧を設定することが含まれる。もう１つの機構には、レーダーシステム５００の特定の位置でＰＣＵと接続する標準的なインターフェースを用いることが含まれる。この場合、標準的なインターフェースは、ＰＣＵ上のインターフェースのアドレスピンに対応して接続するための複数のアドレスピンを具備することができる。ＰＣＵの出力電圧は、複数のアドレスピン上に表示された値に基づくことができる。例えば、標準的なインターフェースに電圧アドレスピンが含まれ、その各々が「高」電圧出力又は「低」電圧出力を持つとすると、このアドレスピンは合わせて、８（２３）の異なった値を持つことができる。そして、ＰＣＵは、アドレスピン上の電圧により表示される値に応じた出力電圧を決定するためにメモリ位置に蓄えられたターブルを参照することができる。
【００８８】
例えば、１つの実施の形態において、ＰＣＵは標準的な構成とすることができる。この場合、電力を供給するために用いるＰＣＵを用いるレーダーシステム５００の位置には、ＰＣＵと接続する標準的なインターフェースを具備することができる。このインターフェースは、このインターフェースに接続されたＰＣＵへの要求される出力電圧を表示する機構を具備してもよい。これらの機構は、システム内のインターフェースの位置に基づき様々な電圧を持つインターフェースのピンの組を含むことができる。ＰＣＵがインターフェースに接続されたとき、このＰＣＵはピンの電圧レベルを検出し、ピンの電圧から値を決定し、テーブル内の対応する出力電圧を検索する。テーブルから出力電圧を決定した後、ＰＣＵは、この決定した値に出力電圧を設定する。例えば、互換性のあるＣＰＵが受信器／エキサイター７３０に接続されているとき、受信器／エキサイター７３０とのインターフェースは、＋６ＶＤＣの要求される出力電圧に対応して、電圧順序が低、高、低（又は１０１）の３本のピンを持つことができる。従って、ＰＣＵは値１０１に対応する出力電圧をテーブルから探し出すことができる。
【００８９】
テーブルから対応する出力電圧（＋６ＶＤＣ）を見つけた後、ＰＣＵはその出力を＋６ＶＤＣに設定する。逆に、ＰＣＵがバス７８０に対応するインターフェースを介してバス７８０に接続されている場合、要求される出力電圧＋４３ＶＤＣに対応して、３本のピンのインターフェースは高、高、低（又は１１０）の電圧順序を持つことができる。このピン電圧順序を用いて、ＰＣＵはテーブルから要求される出力電圧を決定し、それに従って＋４３ＶＤＣの出力電圧に設定する。ＰＣＵが最初に設置されたときデータバスを介してＰＣＭ６２６に信号を送るＰＣＵを、他の機構では具備することになる。ＰＣＵが接続されているインターフェースに関連するソースアドレスのような、ＰＣＵにより送られた信号の特性に基づき、ＰＣＭ６２６はＰＣＵに要求される出力電圧を決定し、データバスを介してＰＣＵに電圧を表示する信号を送る。ＰＣＵの位置に基づくＰＣＵの出力電圧を設定するどんな機構も、本発明に基づき導入することができる。
【００９０】
ここで図８を参照すると、本発明の少なくとも１つの実施の形態による電力変換ユニット（ＰＣＵ）８００の模範的な実施の形態の詳細が示されている。先に説明したとおり、少なくとも１つの実施の形態において、ＰＣＵ８００は、高圧ＡＣ電力又はＤＣ電力のような最初の形態を持つ電力を受け取り、その電力を低圧ＤＣ電力のような第２の形態を持つ電力に変換し、この第２の形態を持つ電力を、直接又は電圧制御装置４１０のような媒体を介して、負荷に供給するようになっている。付加的に、少なくとも１つの実施の形態では、ＰＣＵ８００は、ＰＣＵ８００に接続された負荷により消費される電力が一時的に増加するのに先行して出力電圧を急増させるようになっている。ＰＣＵ８００はまた、負荷に電力を供給する必要がなくなったとき停止し、負荷要求が増加に応答して停止状態から動作状態にすることもできる。
【００９１】
１つの実施例では、ＰＣＵ８００は、ＰＣＵを標準化するために、６ＵＶＭＥカードのような標準のバーサモジュールヨーロッパ（ＶＭＥ）に適するようになっている。ＰＣＵ８００を標準化することで、１つのＣＰＵは、配電システム内の複数のＰＣＵ位置のどこにでも、及び、多くの異なったシステムのどれにでも用いることができる。加えて、予備のＰＣＵｓとして必要とされる最小限の（ＬＲＵ）型式の数を減らすことができる。同様に、標準化により一般にＰＣＵのライフサイクルコストを減らし、一般にシステムの効率と信頼性を大きく向上させ、保守を容易にする。
【００９２】
ＰＣＵ８００は、１つの実施の形態において、電力変換回路８７２と電力変換回路８７２の動作を監視し制御するようになっているＰＣＵ制御装置８７０を具備する。電力変換回路８７２は、１つの実施の形態において、ＡＣ−ＤＣ変換器８５４、ＤＣ−ＤＣ変換器８５６、及び出力フィルター８５８を具備する。図８に示した実施の形態において、ＡＣ−ＤＣ変換器８５４は、三相ＡＣ電圧を受け取りこの三相電圧をＤＣ電圧に変換する全波整流器を具備する。ＤＣ−ＤＣ変換器８５６は、１つの実施の形態において、ＤＣ電圧を降圧するために「Ｈ」ブリッジトポロジーを具備する。次に、変換されたＤＣ電力は出力フィルター８５８でフィルターされて電圧制御装置４１０のような負荷への仲介装置又は負荷に出力電圧として入力される。
【００９３】
ＡＣ電圧の形態で電力を受け取りこの信号をＤＣ電圧に変換するようになっているのに加えて、電力変換回路８７２は、１つの実施の形態において、ＤＣ入力８５０，８５２を経由して高レベルのＤＣ電圧を受信するようにもなっている。そして電力変換回路８７２は、ＤＣ−ＤＣ変換器８５６にてＤＣ電圧をより低いＤＣ電圧レベルに降圧し、出力フィルター８５８を用いてＤＣ電圧信号をフィルターし、電力変換回路８７２の出力においてより低いＤＣ電圧を供給する。この場合、ＰＣＵ８００は、ＡＣ形態又はＤＣ形態のような様々な形態の電力に変換でき、それにより、様々な電源からの電力の形態を受け入れることが可能となるようにする一般的なフロントエンドを提供する。ＰＣＵ８００は特定のＡＣ電圧範囲に制限されないが、１つの実施の形態において、ＰＣＵ８００は、０−１０００ＶＡＣの範囲のＡＣ電圧を持つ電力を受け取り変換することが好ましく、２００−５００ＶＡＣの範囲がより好ましく、２２０−４４０ＶＡＣの範囲が最も好ましい。同様に、ＰＣＵ８００はどんな周波数の電力も受け取るようにすることができるが、少なくとも１つの実施の形態において、ＰＣＵ８００は、５０Ｈｚから６０Ｈｚの周波数範囲の入力電力を持つＡＣ電力入力を処理するようになっている。同様に、ＰＣＵ８００は第１の形態のＤＣ電圧を持つ電力を受け取り、第２の形態のＤＣ電圧を持つ電力に変換するようにできる。例えば、１つの実施の形態において、ＰＣＵは、好ましくは０から１０００ＶＤＣの範囲、より好ましくは約２００から約５００ＶＤＣの範囲、最も好ましくは約２２０−４４０ＶＤＣの範囲のＤＣ電圧を有する電力を、好ましくは０から１０００ＶＤＣの範囲、より好ましくは約０から１００ＶＤＣの範囲、最も好ましくは約０から５０ＶＤＣの範囲のＤＣ電圧を有する電力に変換することができる。１つの実施の形態において、２００４の米海軍ＤＣ地区電力分配（ＺＷＤ）予測に対応するようになっている。
【００９４】
ＰＣＵ制御装置８７０は、１以上のマイクロコントローラー、マイクロプロセッサ、プログラマブルロジック装置、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、個別回路部品、その他又はこれらの組み合わせのような様々な制御装置及び／又は演算処理装置を具備する。１つの実施の形態において、ＰＣＵ制御装置８７０は、ＰＣＵ８００が接続されている負荷により効率よく電力が分配されるようにＰＣＵ８００の変換動作を制御するために、電力変換回路８７２を監視及び／又は制御する。従って、ＰＣＵ制御装置８７０は、電力変換回路８７２の動作を監視するために電力変換回路８７２からの複数の入力を具備し、電力変換回路８７２の動作を制御するために電力変換回路８７２への複数の出力を具備することができる。ＰＣＵ制御装置８７０におけるこれらの入力と出力の典型的な実施例は以下の通りである。
【００９５】
ＡＣ−ＤＣ変換と力率調整：１つの実施の形態において、ＰＣＵ制御装置８７０は、入力８０２〜８０６を介して電力変換回路８７２に入力する三相ＡＣ電力入力の各ラインの入力電圧を監視するようになっている。同様に、３つの入力電流も入力８０８〜８１２を介して監視することができる。計測した電圧／電流に基づき、ＰＣＵ制御装置８７０は週出力８１４〜８２４を介して全波整流器のゲートを制御することができる。ＰＣＵ制御装置８７０は、入力電力の均等な供給を確保するようゲートを制御するようにできる。同様に、ＰＣＵ制御装置８７０は、入力電圧と入力電流との位相差が、例えば１度のような、要求される角度より小さくなるようにゲートを制御するようにできる。その結果、ＰＣＵ制御装置８７０は、例えば位相角が１度以下で力率（ＰＦ）が０．９以上となるような一定の力率（ＰＦ）を確保するようにできる。要求される機能と動作を達成させるために、物理的及び電気的に知られた観点から、ソフトウエアのコード、アルゴリズム、等を作ってもよい。
【００９６】
ＤＣ−ＤＣ変換：１つの実施の形態において、ＰＣＵ制御装置８７０は、入力８４８を介してＡＣ−ＤＣ変換器８５４の高電圧レールを監視するようになっている。この計測した電圧を用いて、ＰＣＵ制御装置８７０は、ゲートを適当にオン・オフすることでＨブリッジのゲートへの出力８２８〜８３４を介してＤＣ−ＤＣ変換器８５６のＨブリッジの動作を制御することができる。同様に、ＰＣＵ制御装置８７０は、出力８３６，８３８に接続されたゲートへ信号を供給することで同期された整流ができるようにされる。ＨブリッジトポロジーがＤＣ−ＤＣ変換器８５６として示されているが、本発明の精神と技術的範囲を逸脱することなしに他の変換トポロジーを用いてもよい。
【００９７】
出力バスへの接続と出力バスからの切り離し：１つの実施の形態において、出力８４０，８４２を介して出力ゲートを制御することで出力バスへの電力変換回路の接続と切り離しを行うようＰＣＵ制御装置８７０は制御するようになっている。ＰＣＵ８００が動作中で負荷に電力を供給しているとき、ＰＣＵ制御装置８７０は、バスと電力変換回路８７２とを接続させることで、出力８４０，８４２を介して出力フィルター８５８の出力ゲートを駆動することができる。しかし、ＰＣＵ８００が電力を供給するために用いられていないとき、ＰＣＵ制御装置８７０が出力バスから引き出す電流を削減するためにＰＣＵ制御装置８７０を切り離すことができる。
【００９８】
電圧オン／オフ：先に説明したように、ＰＣＭは、不要な又は空運転中のＰＣＵｓでの電力消費を削減するために１以上のＰＣＵｓを停止することができる。従って、１つの実施の形態において、ＰＣＭは入力８６４を介してＰＣＵ制御装置８７０に信号を送る。例えば、ＰＣＵを起動させ動作中を示す高信号を維持させていることを示すためにＰＣＵが停止するまで、ＰＣＭは動作中を示す高信号を入力８６４にもたらすことができる。あるいは、入力８６４の信号パルスにより状態をオンからオフ、及びその逆に切り換えることができる。ＰＣＵ８００がオフになると、出力バスからＰＣＵ８００を切り離すために出力８４０，８４２を介してＰＣＵ制御装置８７０は出力ゲートを閉めることができる。同様に、出力８１４〜８２４を介して、ＰＣＵ制御装置８７０は全波整流器の１以上の入力ゲートを閉めることができ、それによりＰＣＵ８００を入力電力供給から切り離す。さらに、より融通の利く出力電圧の制御を行うためにパルス幅変調の仕組みを組み込むことができる。
【００９９】
同期化：並列に接続された複数のＰＣＵｓで電流を確実に共有させるために、ＰＣＵ８００は同期入力８７６を介して共有信号を受信することができる。この共有信号を用いてＰＣＵ８００は、適切に電流出力を増加又は減少させるためにその設定値を調整することができる。
【０１００】
出力電圧の設定：先に説明した通り、電力分配システム内のＰＣＵ８００の位置又は応用例に基づき、ＰＣＵ８００の出力電圧を制御することができる。この場合、ＰＣＵ制御装置８７０は、電圧アドレス入力８６２を介して要求される出力電圧の表示を受け取ることができる。説明すると、ＰＣＵ７４４を図７のレーダー信号処理装置７２８と接続するためのインターフェースのようなＰＣＵとシステムに接続するために用いるインターフェースは、ＰＣＵ７４４と接続する３本のピンを有する。この３本のピンはおのおの高電圧レベルと低電圧レベルを持つことができ、２進数で８（２３）通りの組み合わせが可能となる。この８通りの可能性があるピン電圧組み合わせにより、３本のピンで表現される電圧レベルに対応して８個の電圧レベルが可能性となる。ＰＣＵ７４４のＰＣＵ制御装置８７０は、ＰＣＵ７４４のレーダー信号処理装置７２８に供給すべき出力電圧を決定するためにどのピンがどんな電圧を持つかを決定することができる。従って、ピンの電圧は、ランダムアクセスメモリーにおける具体的なアドレスにアクセスする方法と同様の方法を用いることができる。実際に１つの実施の形態において、ＰＣＵ８００は、電気的消去可能プログラマブルメモリ（ＥＰＲＯＭ）のようなメモリに出力電圧値のテーブルを具備する。従って、電圧アドレス入力８６２を介してＰＣＵ制御装置８７０にある値が伝送されたとき、ＰＣＵ制御装置８７０は、テーブル内で対応する出力電圧を調べ、電力変換回路８７２を制御して電力変換回路８７２の出力でその出力電圧を生成する。
【０１０１】
電圧急増：先に説明した通り、少なくとも１つの実施の形態において、ＰＣＵ８００は、電力消費の一時的な増加に先だってその出力電圧を急増させるようになっている。従って、ＰＣＭは、ＰＣＵ制御装置８７０のプレトリガー入力８６６を用いて出力電圧を急増させるようにＰＣＵ８００に信号を送ることができる。１つの実施の形態において、ＰＣＵ制御装置８７０は、プレトリガー入力８６６にて信号を受信したとき、所定の電圧まで電力変換回路８７２の出力電圧を急増させる。あるいは、ＰＣＭは、プレトリガー入力８６６を介して要求される電圧の表示を提供することで、電力変換回路８７２が要求する急増電圧を表示することができる。
【０１０２】
制御／ＢＩＴ：少なくとも１つの実施の形態において、ＰＣＵ制御装置８７０は、ＰＣＵ８００又はＰＣＵ８００に接続されたシステムに損傷を与えないように、電力変換回路８７２の１以上の電圧又は／電流を監視することができる。ＰＣＵ制御装置８７０は、入力８０２〜８０６を介して入力電圧を、及び／又は、入力８０８〜８１２を介して入力電流を監視することができる。入力電圧又は入力電流が電力変換回路８７２の動作範囲外に出た場合、ＰＣＵ制御装置８７０はＰＣＵ８００を停止させ、ＰＣＭに、故障出力８７４を介するなどして、ＰＣＭに故障の信号を送る。同様に、入力８４４を用いて出力電圧を監視し、出力電圧が要求される出力電圧又は最適な出力電圧の１２０パーセントであるというように、出力電圧が要求される電圧からある値以上外れた場合、ＰＣＵ８００を停止することで過電圧保護（ＯＶＰ）を提供することができる。次に、ＰＣＵ制御装置８７０は故障出力８７４を介して過電圧状態をＰＣＭに送る。同様に、ＰＣＵ制御装置８７０は、出力電流が、電流入力８２６を用いてＨブリッジの電流を監視するなどして、出力電流が要求される出力電流をある値だけ超えた場合に過電流保護（ＯＣＰ）を提供するために出力電流を監視することができる。
【０１０３】
ＯＶＰ及びＯＣＰに加えて、１つの実施の形態において、ＰＣＵ制御装置８７０は、ＰＣＵ８７２の温度を示す温度検出装置（図示せず）からの入力に基づいて最大動作温度を超えるＰＣＵ８００の温度をＰＣＵ制御装置８７０が検出したとき、ＰＣＵ８００を停止することで、過温度保護（ＯＴＰ）をＰＣＵ制御装置８７０は提供することができる。この故障は、故障出力８７４を介してＰＣＭに送られる。さらに、ＰＣＵ制御装置８７０は、「しゃっくり（Ｈｉｃｃｕｐ）」モードを導入することで短絡に対する保護を行うことができるようになっており、このモードにより、一定時間以上（例えば５秒以上）持続する短絡が検出されたとき、ＰＣＵ制御装置８７０は、電力変換回路８７２を停止させる。ＰＣＵ制御装置８７０は、電力変換回路８７２の停止状態を一定時間保持し、その後電力変換回路８７２へ電力を送り短絡を監視する。もし短絡がまだ存在する場合は、停止／起動サイクルを繰り返す。もし、停止／起動サイクルを一定の数繰り返しても短絡が続く場合、ＰＣＵ制御装置８７０は電力変換回路８７２を無期限に停止し、故障出力８７４を用いて停止状態をＰＣＭに通知する。
【０１０４】
ＰＣＵを行う電力分配システムに存在する故障の診断を補助するために、１つの実施の形態において、ＰＣＵ制御装置８７０は複数のＢＩＴを記入するＢＩＴレジスター（図示せず）を具備する。故障がＰＣＵ制御装置８７０により検出されるたびに、その故障はＢＩＴレジスターに保存される。従って、どんな故障が発生したのかを判断するために、技術者は、ＰＣＵ制御装置８７０のＢＩＴレジスターにアクセスすることができ、ＰＣＵに接続しているＰＣＵ及び／又はシステムの動作に関する問題の原因を判定するためにこのデータを用いることができる。ＢＩＴレジスターには、ＰＣＭ、保守用パーソナルコントローラ、その他によりアクセスすることができる。
【０１０５】
ＰＣＵ８００は、電力の分配効率を改善するのに加えて、ＰＣＵ８００自身の効率を改善し、及び／又は、電力分配システムの保護をもたらす設計的な特徴を付加することができる。例えば、１つの実施の形態においてＰＣＵ８００のプレーナー磁気は、ＤＣ−ＤＣ変換器８５６のＨブリッジと出力フィルター８５８の出力表示が同じ時期コア上になるように構成され、それにより磁気損失を減少させる。同様に、ＨブリッジとＤＣ−ＤＣ変換器８５６の出力整流器のスイッチング損失はゼロ電圧／ゼロ電流スイッチングを導入することで減少させることができる。同様に、１つの実施の形態において、ＡＣ−ＤＣ変換器８５４とＤＣ−ＤＣ変換器８５６を同じ場所に配置し、それにより、２つの反感期間における損失を減少させ、２つの変換器間の比較的大容量のキャパシターバンクの必要性を減少させる。さらに、１つの実施の形態において、ＰＣＵ８００の一部又は全部の構成部品を、一般に低い「オン」抵抗及び高い電流容量を持つシリコンカーバイド（ＳｉＣ）部品を用いて組み立てる。同様に、少なくとも１つの実施の形態において、ＰＣＵ８００は力率制御（ＰＦＣ）に使えるようになっていて、それにより、価格、寸法、及びＰＣＵ８００の１以上の構成部品の重量を削減するとともに、整流器の要求逆電圧を削減し小さなインダクターの使用を可能とする。他の改良のみならずこのような改良の結果、１つの実施の形態において、ＰＣＵ８００は、冷却空気のみを必要とし、寸法、価格、及びＰＣＵ８００の電力消費を削減する。
【０１０６】
ここに開示された発明の詳細な説明と手順とに基づき、本技術分野の通常の知識を有するものは、本発明の利点を用いた他の実施の形態を容易に想到できるであろう。図と詳細な説明は典型例として考えるべきであり、従って、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲及びその均等事項によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
本発明の目的と利点は、添付図と共に以下の詳細な説明から本技術分野の通常の技術を有する者にとって明らかであろう。添付図において同様の要素に対して同様の符号がつけられている。
【図１】本発明の少なくとも１つの実施の形態による典型的な電源管理システムを示す概略図である。
【図２】本発明の少なくとも１つの実施の形態による、供給先のシステムの変動する負荷要求に応答して供給先のシステムに供給する電力量を制御する典型的な機構を示す概略図である。
【図３】本発明の少なくとも１つの実施の形態による、変動する負荷による電力消費の増加に先行して、電力変換器から供給される出力電圧を増加させる典型的な機構を示す概略図である。
【図４Ａ】本発明の少なくとも１つの実施の形態による、変動する負荷による電力消費の増加に先行して、電力変換器から供給される出力電圧を増加させる典型的な機構を示す概略図である。
【図４Ｂ】本発明の少なくとも１つの実施の形態による、図３及び図４Ａに示した機構の典型的な動作を示す概略図である。
【図５】本発明の少なくともひとつの実施の形態による、レーダーアンテナシステムでの使用に適合させた典型的な電源管理システムを示す概略図である。
【図６】本発明の少なくともひとつの実施の形態による、図５のレーダーアンテナシステムの電力ゲートウェイを示す概略図である。
【図７】本発明の少なくともひとつの実施の形態による、図５のレーダーアンテナシステムのレーダーアンテナアセンブリーを示す概略図である。
【図８】本発明の少なくともひとつの実施の形態による電力変換ユニットの典型的な実施例を示す概略図である。
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月15日(2006.9.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３３】
前記電力変換回路の過熱防止を行う手段をさらに含む、請求項２６に記載の装置。
【国際調査報告】
2007529187.tif 000005