AC和持久DC共分配的制作方法

本发明涉及用于ac(alternating current)和持久(persistent)dc(directcurrent)共分配的装置和方法，以及更特别地，涉及持久dc电力模块的配置和控制。

背景技术：

1、在大多数物理基础设施中(例如办公室、住宅或公共设施)ac电力占主导地位。使用ac存在很多缺点。它比dc更危险。如今，几乎所有的电子设备包含以dc电力运行的集成电路，并且通常需要用户携带电源适配器将ac电力转换成dc。

2、转换过程浪费电力。电源适配器也不方便携带。旧的电源适配器通常变成电子垃圾，并且破坏宝贵的绿色环境。如果dc电力可直接使用，则便携式电源适配器是多余的。在物理基础设施中方便地获得dc电力的技术是极其有用的。

3、使用dc电力具有附加优势。可以选择较薄的绝缘用于dc配电。dc不会遭受通过电容耦合进行的杂散的能量损失。由于不存在涡流效应，在相同的铜线上以dc可以传送更高的电流密度。由于ac电流中的电抗，ac在电力递送中有更多的能量损失。因此，使得在物理基础设施中直接使用dc电力比其ac对应物更有优势。

4、电池通常用于获得dc电力。然而，电池是昂贵的。电池具有有限的寿命、太重难以搬运、需要花时间进行充电。电池的制造或处理会污染环境。电池是辅助储能设备，而不是作为关键dc电源的主要解决方案。在保留使用ac传统设备的物理基础设施中持久地且经济高效地实现dc电力的广泛可用性的技术在必要的情况下是极其有用的。

技术实现思路

1、根据一个实施方式，一种装置和方法将持久dc电力模块并入到电力板中，以向安装在电力板中的断路器提供ac电力或持久dc电力，从而利用ac电力或dc电力在整个建筑物中为多个配电电路供电。本文中，术语“持久dc电力”被理解为指持久可用的dc电力，而不管外部dc电力(例如再生太阳能或风力涡轮机电能)的可用性如何。太阳能电池板晚上不发电。当风力涡轮机处的风叶停止旋转时，就没有风能。作为持久dc电力，电池具有有限的储能容量和有限的寿命。一旦dc电力被选择在物理基础设施中使用，就必须具有以成本效益好的方式持久可用的dc电力。

2、在一个实施方式中，持久dc电力模块部分地包括到ac电力和一个或多个外部dc电力源的输入连接。ac-dc转换设备(adc)设置在持久dc电力模块中，但不能连续地将ac电力转换为dc。仅当不能获得外部dc电力时，adc才被激活。持久dc电力模块监控外部电力的强度，以确定何时激活其adc而输出dc电力。

3、持久dc电力模块中存在自动控件。持久dc电力模块默认选择外部dc电力用于输出。持久dc电力模块包括电压检测设备(例如ac切换控制比较器)，该电压检测设备适于相对于基准电压(例如作为ac开关基准电压vrefa供应的基准电压)监控来自外部dc电力的衰减的电压输入。当衰减的电压降至vrefa以下时，ac切换控制比较器的输出将关闭嵌入持久dc电力模块的常开ac电力开关，以使ac电力能够为嵌入式adc上电。

4、持久dc电力模块还包括第二电压检测设备(例如输出切换控制比较器(outputswitching control comparator))，该第二电压检测设备适于相对于基准电压(例如作为输出切换控制基准电压vrefo供应的基准电压)监控从外部dc电力输入的衰减的电压，以控制嵌入持久dc电力模块中的一对dc开关的打开或闭合状态方面的变化。ac开关基准电压高于输出切换控制基准电压。

5、在外部dc电压变小并降至输出切换控制基准电压(其作为输入公用到输出切换控制比较器)以下时，输出切换控制比较器的输出开关一对dc开关的状态，以断开经调节的外部dc电力，并将经调节的输出从嵌入式adc连接到持久dc电力模块的输出端口。

6、第三基准电压(例如作为调节器基准电压vrefr供应的电压)控制嵌入式外部dc电压调节器和嵌入式adc的输出电压电平。向两个嵌入式器件施加相同的基准电压vrefr，以确保两者具有相同的dc电压输出。调节器基准电压vrefr低于输出切换控制基准电压vrefo。

7、由于在美国典型的配电互连中有三根线，连接到ac和dc共存电力板中的dc断路器的经转换的dc配电电路能够携带多达两个持久dc电力。

8、本公开的实施方式利用再生的能量和从ac公用电力接收电力作为补充备份的现有的ac电力基础设施(例如现有的ac电力板、ac配电电路和ac插座)，以使得电力使用能够平稳且经济地从ac电力过渡到dc电力。

9、通过修改设施或房屋处的电力板，并在面板中包括持久dc电力单元，电力板可以被配置为用于用作ac电力板、持久dc电力板或并行ac和持久dc电力板。因此，它能够以方便、经济和节能的方式共同使用ac电力和dc电力。提供了各种图示来描述并发(共存)ac和dc电力板的新配置。本文还示出和描述了并入电力板中的持久dc电力模块的实施方式，以及利用现有ac配电电路进行dc配电。

10、在一个实施方式中，一对dc电力开关或电力多路复用器(power mux)促进了持久dc电力模块中的自动dc电力切换。一对dc电力开关或电力多路复用器两者实现了相同的功能。

11、当使用一对电压比较器进行自动切换控制时，用于与输入基准电压进行比较的第一比较器控制嵌入在持久dc电力模块中的ac电力开关的导通，并且用于与输出切换控制基准电压进行比较的第二比较器控制也嵌入在持久dc电力模块中的一对dc开关的切换，以选择合适的dc电力用于输出。

12、由于输入基准电压高于输出切换控制基准电压，当外部dc电力下降时，ac电力开关可以提前接通，使得嵌入式adc可以在一对dc开关的切换之前稳定其输出。比输出切换控制基准电压更高的输入基准电压也确保了当外部dc电力恢复时嵌入式ac电力开关不过早关闭。

13、电力多路复用器可以用作这一对dc开关的直接替换，因为两者实现了相同的dc电力切换功能。当输出切换控制比较器输出高电平时，电力多路复用器选择经调节dc电力用于输出，并且当输出切换控制比较器输出低电平时，电力多路复用器选择经调节的adc输出。

14、在一个实施方式中，分离的调节器基准电压被施加到外部dc电力调节器和adc两者，以调节它们的输出电压以具有相同的值。调节器基准电压低于输出切换控制电压，使得在一对dc开关切换它们的状态(该状态由输出切换控制比较器的输出所控制)之前，外部dc电力调节器通过恢复的外部dc电力提前充电。

15、尽管两个相线和零线被输入到电力板，但是在美国包括三个互连线的ac配电电路在其中通常只包括相线、零线和接地，其中零线是相线的ac电流返回路径，并且接地线是ac的安全特征，并且通常不携带电流。在一个实施方式中，用于dc配电的三条互连线可以被重新分配以将ac配电电路转换成dc配电电路。这是通过重新分配相线和零线来为互连线携带dc电力并分配接地线作为dc电力的电流返回路径而实现的。两条互连线上的dc电力可以处于相同或不同的电压。在一个实施方式中，当现有的ac配电电路被转换成dc配电电路时，可以利用现有的ac配电电路而携带多达两个不同的dc电压。

16、ac配电板通常向其ac配电电路分配固定的120v或240v ac。当一组持久dc电力模块安装在电力板中时，电力板具有向不同dc配电电路分配多个不同的dc电压用于在建筑物中使用的能力。

17、例如太阳能电池板或外部电池组的外部dc电力可以被配置成输出不同的电压，例如以串联和/或并联组合的方式而调节电压值和/或电流密度。然而，在持久dc电力模块中需要电压调节器来调整和/或调节外部dc电力以便输出到dc配电电路。

18、可以并入电力板的持久电源模块可以被实施为一个或多个集成电路，或者被实施在包括一组分立设备或部件的模块组件中。当需要一个或多个dc电力时，可以将一个或多个集成电路或一个或多个模块组件放置在电力板中，以便为dc配电电路输出一个或多个持久dc电力。持久dc电力模块在本文也可以称为“dc电力模块”或“dc模块”。

19、在一个实施方式中，随着并入持久dc电力模块，电力板可以被配置为包括共存的ac/dc电力，其中附加的dc电力布线被并入到电力板中，以将dc输出从持久dc电力模块带到dc断路器，同时电力板中的原始ac电力线仍然被保留，以将ac电力输入连接到ac断路器。与ac电力板类似，在共存的ac-dc电力板中存在耦接到所有断路器的面板接地连接到大地地面。在支持dc配电的配电板中，会期望更宽且更大的内部接地连接。

20、以下示例示出并描述了持久dc电力模块的功能和设计。尽管在该示例中仅指定了单持久dc电力，但是本文描述的实施方式同样适用于其中从单持久dc模块供应更多持久dc电力的情况。还描述了具有从共存的ac/dc共存的电力板供应的两个持久dc电力的示例(这是可能的常见配置)以强调dc配电电路能够递送多达两个不同的dc电力或电压。