用于AC和DC共同配电的设备和方法与流程

用于ac和dc共同配电的设备和方法
相关申请的交叉引用
1.本技术根据35 usc 119(e)要求于2020年7月9日提交的序列号为63/050,098的申请的权益，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
2.本发明涉及ac和dc配电。


背景技术：

3.ac电广泛用于住宅、办公室、商业建筑、公共场所等。几乎所有建筑都已连接120v或230v ac电力。但是，大多数电子装置都包含集成电路(ic)，其需要dc电力来工作。为了将ac电力转换为dc以为电子装置供电或为电池充电，使用电力适配器。
4.然而，电力适配器笨重，携带不便，并且在产品与产品之间，公司与公司之间以及国家与国家之间经常不兼容。因此，用户通常可能需要携带多个适配器，为每个电子器件携带一个适配器以获取电力。此外，大多数电子产品通常带有自己的电力适配器。当新的电子产品被商业化时，通常会丢弃老一代的现有适配器，从而导致电子垃圾过多且对环境造成不利影响。由于子转换效率的原因，将ac电力转换为dc电力的电力适配器还可能会有大量的能量损失。
5.非常需要一种可以能够在大多数地方提供dc电力的技术，从而使人们能够方便地获取dc电力以供电子装置使用而无需携带任何电力适配器的技术。下文公开了使dc电力在我们的生活空间中普遍存在并为我们的日常生活带来便利的设备和方法。


技术实现要素：

6.根据本发明的一个实施例的方法和系统适于在现有的ac配电基础设施上实现dc电力输送以创建ac和dc共存的环境，从而在建筑中，原始的ac装置可以继续使用ac电力，同时电子装置可以直接从现有的电源插座接收dc电力，而无需任何电力适配器来将ac电力转换为dc。直接使用dc电力可以从现有的ac配电基础设施中受益。ac和dc电力的并存具有许多优点，并且可以更方便和更有效地使用ac和dc电力。
7.在一个实施例中，电源板接收ac电力和dc电力，其中布置在电源板中的断路器控制ac电力和dc电力向多个配电互连电路和ac插座的输送。适于与现有ac插座联接的连接装置，即dc电力附接装置，为装置提供dc电力以供使用。在用于各种电子装置(例如包括低压手持装置和高压计算产品)的电源附接装置上装有大量的dc电压和dc连接器，以获取dc电力。
附图说明
8.图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的复合电源板和与多个配电电路连接的断路器，其中ac和dc电力都输入到电源板中，以使断路器将ac或dc电力分配至相应的配
电电路。
9.图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的复合电源板，其示出了dc断路器的更多变型以及在电源板中的电力选择器的使用。
10.图3a示出了根据本发明的一个示例性实施例的2：1配置的dc电力选择器。
11.图3b示出了根据本发明的一个示例性实施例的3：1配置的dc电力选择器。
12.图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于双dc电力输送的dc电力附接件的内部连接。
13.图5示出了根据本发明的一个示例性实施例的dc电力附接件中的电力指示器。
具体实施方式
电源
14.在美国，由公用事业公司提供的ac电力包括两根180
°
反相的火线和一根零线，其中一根火线和零线提供120v ac，而两根火线提供240v ac。两个电压均为60hz。欧洲使用的常见ac电力为50hz的230v，其包括火线和零线。所有这些ac电源均为单相。
15.可以从安装在屋顶或露天场所的太阳能电池板，或从其他可再生能源，例如风力涡轮机获得dc电力。dc电力也可以由ac到dc电力转换器生成，在该转换器中，来自公用事业公司的ac电力被转换为dc电压。根据可用空间和散热能力，可以将电力转换器安装在电源板的内部或外部。dc电力可以直接从公用事业公司获得。也可以从由可再生能源充电的电池获得。复合电源板
16.当今使用的电源板是ac电源板或dc电源板。在ac电源板中，选择ac断路器将ac电力分配给配电互连线。在dc电源板中，dc断路器分配dc电力。ac电通常安装在供住宅使用的建筑物或房屋中。dc电源板主要用于工业应用，例如用于控制太阳能配电或输送dc电力以供通信装置或服务器机架使用。
17.ac断路器和dc断路器具有相似的开关功能，用于接通/断开与其相连的电力控制。两个断路器都可以具有类似的保护功能，例如保护电路免受电流过载或短路的影响。但是ac电力要危险得多。意外接触ac电力线可能会遭受电击并可能致命。因此，ac断路器可以包括额外的安全特征，例如电击保护，它可以监视ac断路器中火线和零线之间的电流不平衡。dc电力使用更安全。人体与地面之间的电容联接不会导致在低dc电压下触发电击的电流路径。因此，dc断路器通常不包括电击保护装置。另外，可以在ac零交点时接通或断开ac断路器，但dc断路器始终以恒定的dc电压断开，这在开/关切换过程中会产生更严重的电弧放电。
18.复合电源板是这样的电源板：ac和dc电力共存以通过利用建筑物内的现有ac配电基础设施促进ac电力和dc电力的分配，因此用户可以灵活选择住宅或办公室使用的ac电力或dc电力。根据本发明的一个实施例，复合电源板以输入到板的电力连接到ac电力和dc电力这两者，并且包括ac断路器和dc断路器，其中在到现有的ac电力插座的相应的配电互连线上，ac断路器输送ac电力，dc断路器输送dc电力。将dc电力附接件插入或联接到ac插座以提供dc电力以供使用，而无需包括将ac电力转换为dc电力的转换器。配电互连线是电力配电电路，在本文中可替代地称为配电电路。
19.图1示出了示例性复合电源板100，其包括ac断路器110、120、160，dc断路器140、150，和ac/dc复合断路器130以及它们的用于ac和dc共同配电的布线连接件。配电电路中有一些变化。例如，在美国，诸如配电电路111之类的120v ac配电电路通常包括三根电线，即一根火线112、一根零线113和一根安全接地线114，其中火线112是选自于来自ac市电101的两相线103、104中的一个，并且零线113是ac电力输入106的一部分中的零线105。两相线103、104可以通过主开关102与ac市电101断开连接。对于240v(60hz)ac配电的情况，配电电路161通常包括4根线，即2根火线162、163、1根零线和1根安全接地线。在欧洲，常见的230v(50hz)ac配电由3根电线组成，类似于美国的120v ac配电，即1根火线，1根零线和1根安全接地线。通常，ac配电在美国是指120v ac和240v ac，在欧洲是指230v ac。在一个实施例中，根据配电电路的布线配置，待在ac配电电路上分配的dc电力可以包括单个dc电压、两个dc电压或者甚至三个dc电压。
20.在美国，用于120v ac配电的断路器通常是单极单掷(spst)开关，其中仅火线被切换。在确认遵循iec布线和接地公约的国家中，它使用双极单掷(dpst)开关进行230v ac配电，该开关可切换断路器中的火线和零线。dpst开关断路器，即双极微型断路器(dp mcb)，也可以在电源板中用于120v ac配电。它通常用于提供防电击保护，并安装在电源板中挨着ac电力输入，其ac输出成为电源板中挨着其的所有其他连续的ac断路器的ac电力输入。在美国，用于240v ac配电的断路器也是双极单掷(dpst)开关，该开关可切换两根火线。在较新的安装中，三极断路器可用于240v ac，以切换零线，或者也保护零线。
21.在图1中，断路器110是在美国用于120v ac配电的spst ac断路器，其中两相线103、104中的一个连接到断路器110中的开关。零线105也连接到断路器110，但不被切换。从断路器110输出的切换的火线112和从复合电源板100输出的不切换的零线113，加上安全接地线114，连接到ac配电电路111，总共三根电线，其中插座116连接到配电电路111以获取120v ac电力。
22.图1中的断路器120是双极单掷(dpst)断路器，用于需要在断路器中切换火线和零线以进行ac配电的国家。其通常用于230v ac，并且也用于120v ac配电。由于在断路器120中输入并切换了相线和零线中的一种，所以断路器120能够监视这两种电线之间的任何电流不平衡，以在其中包括电击保护功能。然后将输入到断路器120的选定的相线和零线连接到ac配电电路121中的火线122和零线123。ac配电电路121中的安全接地线124中没有电流流动。
23.spst断路器140适用于单个dc配电。在一个实施例中，到复合电源板100的一个dc电力输入107连接到断路器140的开关，其中切换的输出可以连接到现有的配电电路141中的火线142或零线143，或者连接到火线142和零线143这两者。单个dc电力进一步被输送到连接至配电电路141的插座146。
24.在一个实施例中，dpst断路器150适用于分配来自dc电源102的双dc电力输入107，其中每个dc电力输入连接到双极断路器150的一个输入极，并且其中两个掷输出分别连接到现有的ac配电电路151中的火线152和零线153。与ac配电中使用的dpst断路器不同，它在美国通常包括电击保护，即接地故障电路中断(gfci)保护，或在欧洲通常包括剩余电流装置(rcd)保护，当在dc配电中使用dpst断路器时，在dc断路器150的每个极上流动的电流大部分时间是不相等的。因此，用于dc应用的双极断路器中没有gfci或rcd功能。可以在用于
dc应用的dpst断路器150中使用两个单独的开关，以单独地控制每个极的切换。或者，它可以在复合电源板100中组合两个spst断路器以设计dpst功能。
25.在切换功能上的相似性，如果将电击保护特征从开关中排除，则dpst开关可用作ac断路器或dc断路器。如果在挨着ac电力的前端处安装电击保护断路器或rcd断路器以保护所有其他连续的ac断路器免受电击异常的影响，那么所有连续的无电击保护特征的dpst开关都可以用作ac断路器或dc断路器以连接到ac电力或dc电力。在这种情况下，只有与ac电力或dc电力的连接才能将断路器区分为ac断路器或dc断路器。由于断路器不经常在电源板内接通/断开，因此dc配电电路遇到的切换电弧不太重要。类似地，在美国，spst开关也可用作ac断路器或dc断路器。在这些情况下，没有内置的电击保护装置。
26.由于ac配电电路包括两根配电线，即火线和零线，外加安全接地线，所以可以将两个不同的dc电压分别连接到dpst断路器的两个输入极，并且然后断路器的两个输出掷可以将两个dc电压连接到现有配电电路的两根线。在一个实施例中，包括高dc电压和低dc电压的两个dc电力可以通过现有的ac配电电路被分配到连接在该配电电路上的ac插座，从而需要较高dc电压的装置将能够使用插座处的高压线，并且使用较低dc电压的装置也可以使用低压线。两种电压可同时在同一插座上使用。
27.可插入到ac插座或可安装在支撑结构上以替换ac插座的dc电力附接装置可包括多个dc电力输出连接器，在其输出连接器处具有多个dc电压。这与ac适配器不同，在ac适配器中，ac插座仅支持一次将一个ac适配器插入到单个ac电源以供ac装置使用。如果使用拖线板使更多的ac装置能够使用来自插座的ac电力，则由于同一拖线板上的ac装置的更高电力需求而更有可能导致其ac断路器跳闸。在一个实施例中，dc电力附接在其中不包括像ac电力适配器一样包括的ac-dc转换器以获取供使用的dc电力。对于dc配电，配电电路中的接地线用作两个dc电力的电流返回路径，而不是像ac配电一样用作安全接地。
28.断路器130是断路器的另一示例，该断路器选择ac电力或两个dc电力作为输入，类似于双极双掷(dpdt)开关，但是颠倒了输入和输出的顺序。ac输入138可以是120v或230v ac电力。可以用作ac断路器或dc断路器的断路器130是复合断路器。在一个实施例中，对于复合断路器130，作为ac电力输入138的ac火线和零线连接到断路器130中的一组输入，并且包括高dc电压和低dc电压的两个dc输入137连接到另一组输入，其中手动开关选择ac电力输入或两个dc电力输入以输出到ac配电电路131，以将ac电力或dc电力输送到与其连接的ac插座136。复合断路器130可包括用于ac和dc电力的公共安全特征件，例如短路保护和过载保护，以及分别对于ac和dc来说是独特的安全特征，例如用于ac电力的电击保护。复合断路器130适用于为ac断路器、dc断路器或可选择的断路器，这取决于其输入连接仅到ac电力，还是仅连接到一组dc电力，或者在这两者之间是可选择的。
29.图1中的断路器160是用于240v ac电力分配的示例。1996年，国家电气标准(nec)开始要求具有与零线分开的接地线的4-导体插座，以防止零线和接地线共用，如用于240v ac的三插脚插座的情况一样，共用零线和接地线可能会引起电击或起火。因此，用于240v ac的配电电路161通常具有4根线，即两根火线162、163，一根零线和一根安全接地线。可以使用双极断路器来切换两根火线，但是对于240v ac可以选择三极断路器，以进一步保护零线。在一个实施例中，高dc电压和低dc电压连接到断路器160，用于在具有用作dc电力电流返回路径的接地线的原始240v ac电力配电电路161上的dc配电。如果将三极断路器用于4
线制配电电路上的dc配电，则可以将配电电路连接到例如分别为48v、24v和12v dc的很高的dc电压、高dc电压和低dc电压源，其接地线用作dc电流返回路径。
30.与双极ac断路器(其中连接到ac电源的相线和零线形成单个ac电流回路，其中零线用作ac电流返回路径)不同，在dc应用中，双极断路器的两个输入触点可连接到两个不同的dc电压，以形成两个dc电流回路，其中接地线作为电流返回路径。配电电路中的两根火线可具有相同的dc电压，或可处于不同的dc电压下，这取决于断路器上的输入和输出连接设置。如果选择三极dc断路器，则可形成三个dc电流回路。如果配电电路中包含更多的电线，则可以进行更多的dc配电。
31.图2示出了具有用于ac和dc配电的复合电源板200中的选择器240、250、260、270的dc配电的更多示例，其中，将各种电压下的多个dc电力207输入到复合电源板200。spst断路器210通常用于us 120v ac配电。spst断路器220具有与断路器210相同的开关配置，其中切换后的输入连接到dc电源，且输出连接到现有的ac配电电路221的两根火线222、223，即最初连接到相线和零线，以在两根火线上提供相同的dc电压。
32.具有dc安全特征的dpst断路器230用于在现有的ac配电电路231上进行双dc配电。由于输入触点仅连接到断路器230中的输出触点，因此两个单独的spst断路器可以在电源板中成组以用作双极断路器，以控制向配电电路231输送两个dc电力。单开关或双开关均可用于控制dpst dc断路器230的接通和断开切换。因此，相同电压或不同电压的dc电力可以从dpst断路器的两个输出触头同时被供应至配电电路中的两根火线，以用于dc断路器230中的单开关配置。可替代地，相同或两个不同的dc电压可以分别并选择性地输出到配电电路的两根火线，以用于双开关配置。在双开关配置中不需要dc电压时，用户可以简单地关闭相应的开关以断开至相关火线的电力，而另一个开关仍可以“接通”以供应其dc电力。
33.图2中的电力选择器240是2：1选择器，该选择器从诸如12v或6v之类的dc电源中选择两个dc输入中的一个到ac配电电路241。来自选择器的单个dc输出可以与配电电路241中的两根火线242、243连接，以将相同的dc电压输送到两根火线242、243和ac插座246中的两个火线插槽。2：1电力选择器不同于dpst断路器，因为dpst断路器在被接通时将两个输入连接到其两个输出。dc电力选择器250是3：1选择器，其选择连接到其选择器输入的三个dc电力输入中的一个，以将dc电力分配到配电电路251中的两根火线。
34.断路器260是复杂的dc断路器，其使2：1选择器和断路器中的电路开关结合以增加其在dc电力选择中的灵活性。双2：1电力选择器270使得能够在两对dc电压之间选择两个dc电压以输出到ac配电电路271。其功能类似于电源板中使用的dpdt断路器，除了其输入端口和输出端口被颠倒。根据连接方法，如果其四个选择器输入中的两个未连接到任何电源，则双2：1选择器可被切换到断电状态。
35.图3a是2：1电力选择器的示例，该电力选择器用在电源板中以使用选择控件305在来自dc电力输入和非连接301之间进行选择，用于将vd1输送到配电电路305，该配电电路305部分地包括：火线306和接地线309。通过将2：1选择器300的输入切换到“非连接301”位置，它会断开到选择器的dc电力，并且在这种情况中，2：1选择器300的功能与spst断路器相同。2：1选择器300的输入处的非连接301可以被连接到来自dc电力输入的dc电压vd2，以选择在vd1和vd2之间的dc电压中的一个。选择控件可以由控制器自动完成，或者可以手动完成。
36.图3b是3：1选择器350的示例，其在dc输入电压vd1、vd2和非连接/vd3之间选择dc电压以进行输出。仅出于说明目的，选择器输出连接到分别与三个dc配电电路366、367和368关联的三根火线356、357和358。每个配电电路还包括连接到较粗的主接地线359的接地线。三个dc配电电路可以是三个不同的配电电路，或者它们可以被捆绑在一起成为单个叠加的配电电路，其中所有的三根火线356、357、358承载相同的dc电压。选择器输出不同于可承载不同的dc电压的双极断路器输出。图3a和图3b中的示例主要用于示例dc配电电路中的变型，其可以像两根线一样简单，或者可以是多根火线和接地线的组合。
37.机械保护装置或固态保护装置可以被选择用于断路器或电力选择器。如果选择机械安全装置包括在断路器或选择器中，则与固态装置对应情况相比，它可能会占用更多空间并且对电力异常的响应会更慢。但是，机械安全装置上的电压降通常小于固态装置，并且在监视配电电路中的电力异常时消耗的电力更少。因此，机械安全装置是对于安装在主电源板中的断路器或选择器的优选方案，而固态安全装置对于保护插入在其上的电子装置的本地适配器而言可以是更好的选择。
38.图3a中的2：1选择器300中所示的保护装置可包括用于dc电力保护的机械过载保护(例如使用热双金属条)、短路保护(例如使用电磁线圈)以及电弧保护(例如使用灭弧室)。由于dc是恒压电力，因此关闭或更改dc电力输入的选择通常会产生电弧，因此，用于熄灭切换电弧的灭弧室将最小化对选择器或断路器的电弧损坏。
39.接地线是ac配电中的安全特征件，但是在dc配电中，接地线为使用dc电力的装置提供电流返回路径。接地线还为装置提供参考电位。尽管插座位置处的本地接地连接可以用作接地电压参考，但是由于接地的高电阻率，本地接地连接不能用作dc电流返回路径。
40.虽然在ac配电中接地线不承载电流，但是接地线承载用于dc配电的dc返回电流。配电电路中接地线的尺寸可以确定能够传递到配电电路的最大dc电流。较大尺寸的接地线会有所帮助。
41.由于ac配电电路可以将两个dc电压输送到ac插座或插口，因此，如果将插口上可用的电压之一设置为连接到较高的dc电压(例如19.5v)，而将另一电压设置为连接到较低的dc电压(例如5v)，则可以使用同一配电电路将高和低dc电压同时输送到现有的ac插座，其中例如19.5v dc的高压可来自于例如两个串联连接的12v太阳能电池板。通过并联连接多个太阳能电池板，可以控制来自太阳能电池板的更高的dc电流。由于存在电力互连电线中的电阻和dc配电电路的每个连接点处的压降，因此从两个串联连接的12v太阳能电池板输出的24v dc电压可足以将19.5v或者具有20％压降的dc电力提供到远离dc电源一定距离的目的地以供装置使用。19.5v是hp笔记本电脑使用的电力适配器的常见输出电压。
42.注意，如果将相对较高的dc电压连接到相线，并且将相对较低的dc电压连接到dc配电电路中的零线，则对于连接到dc配电电路的3插脚插座或插孔，相对较高的dc电压将出现在短插槽中，而相对较低的dc电压将出现在长插槽中。如果将dc装置连接到插槽，则接地电压将出现在第三接地插槽中，该第三接地插槽将形成从插座返回到电源板的连续路径。dc电力附接件、dc电力和连接
43.在ac和dc共存的环境中，ac供电的装置使用ac连接器以插入ac插座以接收ac电力。然而，为了接收dc电力，本发明的一个实施例使用dc适配器，在本文中也称为dc电力附接件，也用于插入ac插座。dc电力附接件通过ac插座联接到配电电路以及电源板上的dc电
力输入。该附接件可以适合于插入3-插脚ac插座，或者其可以代替ac插座，并安装在支撑结构上以直接连接到配电电路。在电力附接件上可有许多不同类型的dc电力连接器，用于使各种dc供电装置连接到用于dc电力的连接器上。
44.图4示出了根据本发明的实施例的dc电力附接件400的配置不同于当今广泛使用的常用电力适配器。dc电力附接件既不包括ac-dc电力转换器，其配置也不是仅用于匹配各种3-插脚ac插座的插槽变型、从一个3-插脚ac插座连接器到另一个3-插脚ac插座连接器的、直接一对一的重新布线。它也不同于2-插脚ac插座适配器(即，用于在其输入侧插入2-插脚ac插座中)，以在其输出侧重新连接到3-插脚电力连接器中，反之亦然，在一对一连接中，接地连接断开。
45.在dc电力附接件400中，将来自3-插脚ac插座410的火线输入与来自3-插脚ac插座410的接地输入组合，以形成第一dc电力连接器420。因此，能够以这种方式形成第一组dc电力连接器。来自3-插脚ac插座410的第二火线输入也与接地输入组合，以形成第二dc电力连接器430。第二组dc电力连接器也能够以这种方式形成。两组dc电力连接器可以具有相同的dc电压和相同的类型，以供类似的dc装置使用。
46.替代地，分别包括连接器420、430的两组dc电力连接器可以具有不同的类型，不同的几何形状/配置以及相同的电压或不同的电压。例如，一组连接器可以配置为供诸如笔记本电脑之类的高压dc装置使用，而另一组配置为由诸如蜂窝电话之类的低压dc装置使用。无论几何形状和配置如何，每个电力连接器都具有dc电压和接地线，以为每个dc装置提供所需的dc电力和接地导体。
47.由于在dc电力附接件400中没有ac-dc转换单元，并且由于在dc附接件中不产生热量，所以dc电力附接件具有更多的空间可用于待放置在其上的相对较大数量的dc电力连接器，从而可以将更多的dc装置连接到电力附接单元400。换句话说，根据本发明的实施例，单个ac插座将提供更多的dc连接和更多的dc电压。
48.dc电力附接件在应用中提供了灵活性并且是用户友好的。例如，如果usb c型连接器或另一种新型连接器成为主流电力连接器，以取代老的微型-usb连接器或传统usb连接器，则只需简单地包含或修改dc电力附接件即可提供与多个连接器的匹配连接，以支持大多数用户的整个适配器系列。
49.awg 12号线规通常用于建筑物中以进行ac配电。在标称温度下，它通常承载高达20a的ac电流。由于dc电流可以均匀地分布在导体的整个横截面上而没有集肤效应，并且由于dc电流不会遇到阻抗，因此，与承载ac电流相比，awg 12号线可以承载更大的dc电流以在dc电源和用户之间的更长的距离下输送。可以选择较薄的绝缘层作为dc电缆，从而由于dc电力更安全而节省成本。此外，没有电容联接到周围环境以进行dc电力传输，也不像ac电流那样有任何ac电磁波(em)噪声。dc配电比ac配电有更多优势。如果配电电路上的dc电流减小，则由于较小的ir压降，dc电力可以传输得更远。或者，如果选择较粗的较低电阻率的电线进行dc传输，则可以进一步延长dc电力传输距离。
50.当今大多数笔记本电脑使用接近20v的dc电压。该dc电压可以被选择为高dc电压，并输送到连接至dc电配电路的dc电力附接件，以供笔记本电脑或类似装置使用。例如，用于hp笔记本电脑的电力适配器输出3.5a、18.5v的dc，或65瓦dc电力以供i7笔记本电脑使用，而用于hp i5笔记本电脑的电力适配器输出2.31a、19.5v的dc，或45w dc电力以供i5笔
记本电脑使用。因此，如果dc电力附接件以20a和19.5v dc或390瓦的电力供电，则总共可以将至少六台笔记本电脑连接到dc电力附接件。六台笔记本电脑可以全部连接到相同的dc电力附接件，或者可以分布在连接在dc配电电路上的不同插座处的多个dc电力附接件之间。高dc电压输送的一个缺点是，有时可能需要将高dc电压降压为较低的电压(例如5v或3.3v，甚至更低)，以供低压dc电子装置使用。
51.在另一个示例中，连接到120v ac电力插座的典型ac电力适配器可以具有usb端口，以1a的电流输出5v，以供消费者装置使用。因此，如果假设一根火线在配电电路上承载5v和20a dc电流，则它将能够为总共约20个插入同一20adc配电电路上的dc电力附接件中的手持装置供电。
52.对于包括与两根火线具有相同横截面的接地线的每根awg 12号标准线来说，20a的电流承载能力是好的，即，接地线电流也限制为20a。因此，可以将可同时连接到电力附接件的笔记本电脑的总数和手持式移动装置的总数分别减半为3单元和10单元，除非配电电路中包括两根接地线而变成4线电缆，或者接地线的横截面加倍，以将接地返回电流加倍支持高达40a。较粗的接地线有助于dc配电。
53.台式计算机、服务器或工作站需要更多的电力(例如大约200w的电力)来运行。为了满足如此高的电力要求，更好的解决方案是增加dc电力输送电压。
54.在一个实施例中，将配电电路上的dc电压供应增加到例如40v dc，该电力来自具有8v压降容限的48v dc太阳能电池板。在相同的20a电流密度下的较高的dc电压下，可以输送更多的dc电力以供使用。例如，在20a电路上的40v dc的情况下，如果假设48v dc电源的损耗为8v，则总共可以将大约四台200w台式计算机或服务器连接到dc电力附接件。只要dc电力连接器可以承受如此高的电流/电力而不超过其额定功率，这就是在可以通过dc电力附接件连接到ac插座位置的dc装置的数量上的显著提高。电源板的变型
55.可通过使用复用器在ac电力和一组dc电力之间选择电源，在将选择的电力作为输入提供给电源板中的所有断路器之前，实现不同类型的电源板。这种类型的电源板需要在ac电力输入的前端包括gfci或rcd断路器，以便从gfci或rc断路器的输出中获取其ac电力的所有连续的断路器那时都可以用作作为电源板中的ac断路器或dc断路器。可以互换用于ac电力切换或dc切换的断路器应为双极单掷配置。根据应用情况，断路器输出将分别连接到相线和零线或两根火线。这与复合电源板的配置不同，其中，安装在电源板中的每个断路器或选择器都可以灵活地连接或选择ac电力或dc电力输入。dc电力附接件的变型
56.本发明的一些实施例在dc电力附接件中包括dc-dc电力转换器，以向上或向下调节dc电压电平来满足所需的dc电压。随着时间的流逝，越来越多的电子装置可需要越来越低的dc电压(例如3.3v、1.5v或甚至仅1.1v)来工作。例如，如果需要相对较低的dc电压为装置供电，则可以由来自电源板的dc电源直接提供电压，或者使用设置在dc电力附接件中的dc-dc转换器提供电压，以将dc电压改变至所需电平。图5示出了一些实施例，其包括在dc电力附接件500中的安全特征件，例如电源良好的led灯521、522，用于指示每根火线上的dc电力(即零线插脚511和相插脚522上的电力)的可用性，以及ac警告led 523，用于指示在ac插座510上存在ac电力，其中dc电力附接件错误地插入在ac插座510上。电阻与每个led灯串联
连接，以限制其电流。dc电力可能已输送到ac电力插座，但插座上未安装dc电力附接件，或者用户可能意外地将ac电力适配器插入到提供dc电力的ac电力插座中。如果变压器位于ac电力适配器中，则可能导致电力短路。为避免短路或其他异常，连接到ac插座的相应dc断路器必须跳闸，以将dc电力与配电电路断开连接。具有led指示灯分别指示ac电力或dc电力的存在以防止用户不正确的连接，这对ac插座是有帮助的。尽管图5中的ac警告led可以用作二极管，但是增加了与ac警告led 523串联的额外的保护二极管524以阻止dc电压从高dc输入插脚到较低电压输入插脚。在这里，隐含地假设相插脚512的dc电压高于零线插脚511的dc电压。此外，在电力附接件500的输出连接器处插入和拔出dc装置期间，dc电压会有变化。沿着ac警告led 523路径的附加二极管524有助于缓解和阻止在dc装置插入/拔出期间输入到电力附接件500的两个dc电压之间的潜在dc噪声。从ac世界转变成dc—更有效地利用dc能量
57.dc电力在能量输送和能量利用方面更加有效。期望具有直接从电力连接器获得得到dc电力以受益于其许多优点。将太阳能电池板产生的dc电力逆转成ac电力并输送到ac电网是巨大的能量浪费，然后电源板从电网接收ac电力并将其输送到交ac插座，在ac插座中，其转换回dc电力来为家用电器(例如电视、计算机、蜂窝电话)供电。从dc到ac然后再返回到dc的转换不是能量的有效利用。在转换过程中，大量的ac电力以热量的形式被浪费了。如果到了该行业能够生产直接使用dc电力的电器和装置的一天，则这是预期的转变。直接使用dc电力并普遍使用仅dc的装置和电器是使用和节约能源的最有效方法。复合电源板、dc电路开关或复合电路开关以及将dc电力连接到配电电路的方法为转变成以dc为中心的生活环境铺平了道路。
58.由于个人计算机和工作站使用相对较大的电源，因此它们通常很笨重。通常使用冷却风扇来冷却电源，这可能会产生噪音。如果个人计算机或工作站可以直接接收dc电力而无需内部电源将ac电力转换为dc以供使用，则个人计算机的设计可能会发生重大变化。可以大大减少计算机的尺寸、重量和成本。更轻、更安静、更紧凑、更简洁的计算机可能在市场上占据主导地位，同时又可以节省能源。
59.在某些情况下，电力公用事业公司可以直接供应dc电力。在输入到电源板之前，可以使用dc-dc电力转换器将dc电压降低到本地dc电源处的所需dc电压。dc电力附接件的连接电缆
60.dc电力比ac电力更安全。在低dc电压下，dc电击可以忽略不计。薄的绝缘层足以防止dc异常，轻的电缆(包括横截面较小的导体和薄的绝缘层)适用于dc电力连接。
61.为了使dc电力无处不在，电缆起着作用。可以为不同的dc装置选择不同的电缆以连接到不同的dc电压。例如，可以选择usb电缆将手持装置连接到dc电力附接件上的低dc电压连接器。需要更高dc电压来工作的笔记本电脑可以使用两端带有插头的电缆，例如，使用3.0mm
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1.1mm的插头连接到dc电力附接件上的dc连接器，以获取dc电力。其他电缆配置也是可行的。例如，低压dc电缆的一端可能具有旧版usb插头，另一端具有usb c型连接插头，该usb c型连接插头与dc电力附接件上的连接器和电子装置上的连接器的配置匹配。
62.当ac插座上可获得dc电力时，用于插入ac插座的dc电力附接件可配置为使不同国家的ac插座的变型与电力附接件上的大量标准dc连接器向匹配以供各种dc装置使用。这将给个人、尤其是旅行者带来极大的便利，因为他们可能在离开时只需要携带一对紧凑、简
单、轻便的电缆，一个供低电力dc装置使用(例如蜂窝电话)，而另一个供高电力dc装置使用(例如笔记本电脑)。dc电力附接件和标准电缆提供了从现有ac电力插口获取dc电力的灵活性。用于dc电力附接件插入的单个ac插座足以为多个dc电力联接供电以供不同的dc装置使用。总结与结论
63.关于该方法和设备的实施例最终可能会改变当今普遍的ac电力使用，该方法和设备通过使用安装在复合电源板中的各种ac和dc断路器同时提供ac和dc电力，并利用现有的配电基础设施将ac或dc电力输送到相应的配电电路。在ac和dc电力共存的环境中，根据断路器的类型(例如ac或dc)，或安装在电源板中的复合断路器，以及连接到配电电路的断路器输出的输出方式，配电电路及其插座可以灵活地用作ac配电电路或多dc配电电路，dc电力附接件可以插入现有的ac插座中或者直接联接到配电电路。
64.从当前的面向ac的环境转变到ac和dc可共存的环境，最后转变到以dc为中心的环境，提供了很多优势。因此，本文描述的实施例桥接了电力使用从ac到dc的转变，从而提高了能量效率，减少了浪费和污染。