(57)【要約】【課題】【解決手段】信頼性の高い電源は、それぞれが共通のトランスの別々の一次巻線に接続された２つの独立な入力パワー・トレイン・ユニットと、そのトランスの二次巻線に接続された出力パワー・トレイン・ユニットとを備える。制御装置は、各入力パワー・トレイン・ユニットがどれだけ多くのエネルギーを供給するかを制御する。各入力パワー・トレイン・ユニットは、異なる電池電源または異なる配電バスに接続される。入力パワー・トレイン・ユニットだけを二重化しながら、電源の完全な二重化の利点が得られるので有利である。入力パワー・トレイン・ユニットは、トランスの別々の巻線に接続することにより、それぞれ他から有効に分離される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の一次巻線と１つの二次巻線を有するトランスと、
第１の電源に接続され、出力が前記トランスの前記第１の一次巻線に接続された第１のパワー・トレイン・ユニットと、
第２の電源に接続され、出力が前記トランスの前記第２の一次巻線に接続された第２のパワー・トレイン・ユニットと、
前記トランスの二次巻線に接続され、前記二次巻線から入力を受け取り、前記入力を信頼性のある出力電源に変換する出力パワー・トレイン・ユニットと
を備える信頼性の高い電源装置。
【請求項２】
前記第１および前記第２の一次巻線にエネルギーを供給するために前記第１および前記第２のパワー・トレイン・ユニットを制御する制御装置をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記制御装置が、プログラムの制御下で動作し、前記第１および前記第２のパワー・トレイン・ユニットに別々の信号を供給するように構成され、前記第１および第２のパワー・トレイン・ユニットによって供給されるエネルギー量を変化させるように構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記制御装置に電力を供給する重複電源をさらに備える、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記制御装置用の前記重複電源が、前記信頼性のある電源がオンにされたとき、初期ブートストラップ動作のための電力を供給する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１および前記第２のパワー・トレイン・ユニットを制御する制御リード線が、前記制御信号を供給する前記制御装置から分離される、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記制御装置に接続され、他の信頼性のある電源装置の制御装置と情報をやりとりするデータ・バスをさらに備える、請求項２に記載の装置。
【請求項８】
前記制御装置に接続され、信頼性のある電源の複数の制御装置を制御するマスタ制御装置と情報をやりとりするデータ・バスをさらに備える、請求項２に記載の装置。
【請求項９】
複数のマスタ制御装置と情報をやりとりし、複数のマスタ制御装置を制御するオフィスのエネルギー管理制御装置をさらに備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記制御装置を使用して警報状態を検出する、請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信頼性の高い電源に関し、より詳細には、信頼性の高いボードに取り付けられる電源モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
過去数十年の間に集積規模が増大してきた結果、非常に大量の回路を１枚の回路ボード上に取り付けることができる。この回路の規模は、非常に大きいので、回路ボードの故障を避けるためにあらゆる努力を払う必要がある。大規模な必須の回路を含む回路ボードの例としては、ディジタル（パルス・コード変調）信号を使用する、遠隔通信ネットワーク中のＤＳ３信号のインターフェースとして使用される回路ボードのケースがある。この単一のボードは、６７２本の音声チャネルにインターフェースする。これらのすべてのチャネル損失は、もちろんのことであるが、極めて望ましくない。
かかる回路ボード中の主な弱いリンクは、電源である。一般に、かかる各ボードは、単一の電池電源から駆動されるそれ自体の電源を有する。
【０００３】
従来技術において、この非常に信頼性の高い電力を供給する最も一般的な構成は、２つの別々の電源を有し、その出力を単に並列化するものである。一方の電源が故障した場合も、依然として他方の電源から電力が供給される。この方法では、材料コストが高くつき、ボード面積も大きくなる。この構成は、たとえば、Ｌｕｃｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．が以前に製造していたＮｏ．４ＥＳＳ（登録商標）中でＤＳ３信号とインターフェースするために前述のボード中で使用されてきている。
【０００４】
故障を分離するために、２つの電源と負荷の間にダイオードを挿入することができる。この構成の問題は、ダイオードの故障を検出するのが非常に難しく、したがって、他の故障が起こる場合に問題を引き起こす原因となる可能性があることである。この特定の問題については、制御可能な加熱源のすぐ近傍に分離ダイオードを配置し、ダイオードが加熱されるときにダイオード両端間の電圧を観察するという米国特許第６，１５７，３０８号の教示に従って解決されてきた。
【０００５】
ダイオードに関連するもう１つの問題は、２つの電源システムの戻り電流が混ざる可能性があり、分離の問題が引き起こされ、これによってシステムの信頼性が低下し得ることである。
以上の構成は両方ともに高くつき、二重化した電源の一方の問題を他方の電源から完全に分離できず、ボードを故障させる可能性があるという欠点を依然として有している。
【特許文献１】米国特許第６，１５７，３０８号
【非特許文献１】Ｃ．  Ｙ．  Ｚｈａｏ  ｅｔ  ａｌ．、「Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｓｉｄｅ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｐｏｓｔ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ  Ｐｒｏｖｉｄｅｓ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｉｓｏｌａｔｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｉｅｓ」、ｌｉｎｅａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１２巻、ｎｏ．４、２８〜３２頁、２００２年１２月
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、前述の問題が本質的に解決され、従来技術の教示に対する進展が遂げられた。本発明では、１つの電源の入力パワー・トレインを二重化し、二重化されたパワー・トレインの各々を、３巻線トランスの２つの別個の一次巻線に供給することによって、単一電源中に冗長性を導入している。次いでトランスの二次巻線（または第３の巻線）をその出力パワー・トレインに接続する。
【０００７】
この構成では、電源の２つの入力パワー・トレインを（これらが電源トランスの別個の巻線に接続されているので）完全に互いに分離し、単一の出力パワー・トレインしか必要としないので有利である。
【０００８】
この構成では、単一電源に比べて約３０％しかコストが多くかからず、したがって、二重化と分離の目的で１対の電源を設けるよりずっとコストが安くなるので有利である。
冗長性がダイオードを使用せずに実現されるのと同時に、この構成では素晴らしい故障分離が提供されるので有利である。
【０００９】
本出願人の好ましい実施形態によれば、電源はプログラム制御された制御装置によって制御される。この制御装置では、各入力パワー・トレインごとに１つずつ、すなわち１対の信号を供給して、各入力パワー・トレインがトランスの１次側に供給するエネルギー量を制御する。制御装置は、この電源が電池配電システムの一方に接続された入力パワー・トレインの一方だけからすべての入力電流を引き出せるように構成することができる。入力電源の一方が故障し、または保守のために使用されていない場合には、これが望ましい。装置が保守モードに置かれ、その装置を現在駆動している電源システムに故障がある場合には、制御装置が、故障していない配電システムを使用する状態に自動的に戻ることができる。
【００１０】
各入力パワー・トレインから等しいエネルギーを引き出すように制御装置を構成することもできる。この動作モードでは、電源の寿命が延びるが、これは、この場合に標準状態の下で各単一電源が５０％の負荷容量で動作するからである。等エネルギー・モードでは、各電源から引き出される電流はその電圧に逆比例する。第２のモード、等電流モードでは、２つの入力パワー・トレインは、電圧に無関係に、両電源から同じ電流を引き出す。このモードの利点は、電流が、ＤＣ配電システム中で平等に分配される点にある。負荷電流が２電源から１電源に変化するとき、電圧の過渡状態も最少になる。
制御装置を使用して、過電圧または過小電圧、あるいは過電流または過小電流を検出することにより、警報信号を検出することもできる。
【００１１】
好ましい一実施形態によれば、（たとえば１枚の回路ボードを制御するために）１群の制御装置をデータ・リンクによって相互接続し、そのデータ・リンクを介してマスタ制御装置に接続する。かかるマスタ制御装置を、システム全体を制御するために、別のデータ・リンクによって相互接続し、オフィスのエネルギー管理制御装置に接続することができる。
【００１２】
制御回路間の情報のやりとりを使用して、複数のボード、棚、またはフレームにまたがって、また保守要求に応えるために、２つの配電システムの間で警報信号をやり取りし、また負荷をバランスさせることができるので有利である。
【００１３】
この好ましい一実施形態で示されるタイプの電源の問題点は、システムまたはボードを起動するときに、ボード制御装置に電力を供給して、ボード上の主要な電源システムの制御装置およびその他の小さな負荷をブートストラップすることが必要なことである。本出願人の好ましい実施形態によれば、この電源は、二重化され、各装置は２本の配電フィーダのうちの１本に接続される。これらの電源装置は、一般には約１０Ｗの電力しか供給しないが、二重化され、分離された入力と、並列化された出力を有し、これを使用して、その制御装置に電力を供給する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、従来技術による単式電源システムの簡略化された図である。電力は、第１の電源６、７および第２の電源８、９から供給される。二重化された電力供給により、電源供給システムの一方の故障から保護され、分離ダイオード２、３、４、５により、電力供給システムの一方の故障が他方に影響を与えないようになる。図４に電源モジュール１をより詳細に示す。
【００１５】
図２は、図１と同じ電源モジュール１を使用する従来技術の複式電源の簡略化された図である。この構成では、電源モジュールの一方の故障から保護するとともに、電力供給システムの一方の故障からも保護する。この構成では、ダイオードに関連する問題は招かないが、完全な電源モジュール２個分のコストを支払う必要がある。
【００１６】
図３は、本出願人の発明による、新しい電源モジュール１０を使用する電源システムの簡略化された図である。この新しい電源モジュール１０は、両方の電源供給システムから供給され、トランスを使用して他方の故障から各電源供給システムを保護する。
【００１７】
図４は、従来技術のよく知られているタイプの単式電源のブロック図である。このタイプの装置については、たとえば、Ｃ．  Ｙ．  Ｚｈａｏ  ｅｔ  ａｌ．、「Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｓｉｄｅ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｐｏｓｔ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ  Ｐｒｏｖｉｄｅｓ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｉｓｏｌａｔｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｉｅｓ」、ｌｉｎｅａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１２巻、ｎｏ．４、２８〜３２頁、２００２年１２月に広範に論じられている。本出願人の発明のアーキテクチャを理解するために必要な電源の要素だけを示している。その入力が電源に接続され、その出力がトランスの巻線に接続された入力パワー・トレイン１０１が、制御装置１３０からリード線１３１を用いて制御される。この入力パワー・トレインは、トランス・システム１０６の一次巻線１２１にエネルギーを供給する。入力パワー・トレイン１０１から出力パワー・トレイン１０２へと伝達されるエネルギー量は、制御部１３０内の装置１１８からのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号によって制御される。信号は、リード線１３１を介して発光ダイオード、トランス、キャパシタなどの分離デバイス１１６を駆動し、この分離デバイスが制御部１３０からのＰＷＭ制御信号に応答して、フィルタ１１１から一次巻線１２１への接続を開閉する電源スイッチ要素１１５を制御する。分離デバイス１１６を使用する理由は、制御部１３０と、一次巻線１２１へのエネルギーの挿入を制御する電源スイッチ要素１１５との間の分離を実現するためである。
【００１８】
トランス装置１０６の出力は、出力パワー・トレイン１０２に接続され、出力パワー・トレインの出力は、この電源装置が電力を供給する負荷１０９に接続される。このトランスの出力巻線１２２は、１対の整流ダイオード１０４および１０５に接続され、この整流ダイオードの出力はフィルタ１０３へ、それから負荷１０９へと接続される。制御装置１１９によって制御される制御部１３０は、出力パワー・トレインの出力からのフィードバックを提供し、この出力から受信した信号を使用してＰＷＭ回路１１８を変調しており、このＰＷＭ回路は、先に説明したように入力ドライバから一次巻線１２１に供給されるエネルギー量を制御し、所望の出力電圧を負荷１０９の所で発生させる。
【００１９】
図５は、本出願人の発明を示すブロック図である。入力パワー・トレイン１０１および出力パワー・トレイン１０２に加えて、入力パワー・トレイン１０１に類似の第２の入力パワー・トレイン２１０が追加されている。入力パワー・トレイン２１０は、トランス２２５の第２の一次巻線に接続される。トランス２２５は、今や、２つの一次巻線２２１および２１１と、１つの出力巻線２２２とを有している。制御部２２０は、ここでは、２つの別々の入力パワー・トレイン、すなわちユニット１０１および２１０を制御する必要がある。したがって、制御部２２０は、これら２つの入力パワー・トレインを駆動するための２つのＰＷＭ装置２３１および２３２を有する。この全体構成により、２つの入力パワー・トレインが互いに分離され、また出力パワー・トレインから分離されており、両方の入力パワー・トレインが、負荷を共有してまたは個別に、出力パワー・トレイン１０２を駆動できるようになっていることが有利である。
【００２０】
制御部２２０は、プログラム式制御装置によって制御される。電源装置を最初にオンにするとき、制御部２２０をブートストラップする必要がある。これを、特殊な電源の助けで実現する必要がある。この電源はまた、二重化された低電力電源装置２６０および２６２が供給する非常に信頼性の高いものであり、これらの低電力電源装置の出力が、ブートストラップ電源出力２６４上を制御部２２０へと供給される。ブートストラップ電源出力２６４により、主要な出力パワー・トレイン１０２がたとえ絶たれたとしても動作する必要があるボード上の一部の追加負荷に、少量の電力を送ることができるようになる。この電力は、小さな連続的な負荷２６５、たとえば実時間のクロックを稼動（ｒｕｎ）させるのに役に立つ。２つの低電力電源装置は、２系統の配電バス２０１、２０２および２０３、２０４から電力を受ける。このブートストラップ構成により、プログラム式制御装置が電力制御データ・リンクにアクセスして、マスタ制御装置２４０（以下で論じる）から命令を受け取ることができるようになる。２つのブートストラップ電源装置２６０、２６２はそれぞれ、制御回路２２０を駆動するのに十分な電力を供給することができる。
【００２１】
図６に、プログラム式制御装置が、この電源制御データ・リンクにやはり接続された同様な装置と情報をやりとりすることができるようにする電力制御データ・リンク２４４に接続されていることを示す。プログラム式制御装置間で交換される情報を用いて、たとえば、入力パワー・トレイン１０１に供給する配電源からより多くの電力を取るのが望ましいことを示すことができる。電力制御データ・リンクはまた、マスタ制御装置２４０と情報をやりとりして、警報の指示、一方または両方の配電源の電圧、温度、出力電流が高すぎるかまたは低すぎる、電力異常があるという指示などの情報を伝えることができる。さらに、ワイヤセンタ（ｗｉｒｅｃｅｎｔｅｒ）全体の電源システムを全体的に制御するために、複数のマスタ制御装置２４０、．．．、２４２が、もう１つのデータ・リンク２５２を介して、オフィスのエネルギー管理制御装置２５０に接続されている。
【００２２】
好ましい実施形態では、２入力のパワー・トレインと２つの一次巻線を示しているが、代替実施形態では、特に３つ以上の主要配電システムが存在する場合に、さらに信頼性を高めるために、３（以上の）入力のパワー・トレインと３つ（以上）の一次巻線を使用することができる。
【００２３】
出願人の好ましい実施形態では、電源制御データ・リンクは、業界標準のＩＩＣバスである。出力電圧は１２ボルトであり、許容可能入力電圧は、３６から７２ボルトの範囲である。
【００２４】
以上の説明は、出願人の発明の好ましい一実施形態に関するものである。本発明の範囲を逸脱しないその他の実施形態についても、当業者には明らかであろう。本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来技術で知られているタイプの単式装置の簡略化されたブロック図である。
【図２】従来技術の複式装置の簡略化されたブロック図である。
【図３】出願人の発明による装置の簡略化されたブロック図である。
【図４】従来技術の単式装置のより詳細なブロック図である。
【図５】本出願人の発明による装置のより詳細なブロック図である。
【図６】電源装置間の相互接続を示すブロック図である。
【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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【図６】
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