CN106664210A

CN106664210A - 受电设备和包含该受电设备的配电系统

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Publication number: CN106664210A
Application number: CN201580037282.5A
Authority: CN
Inventors: L.伊塞博德特; M.温特
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2035-07-02
Also published as: RU2709188C2; CN106664210B; EP3167690A1; RU2017103724A; EP3167690B1; RU2017103724A3; JP2017520230A; US20170208658A1; US10412799B2; WO2016005256A1; JP7044548B2

Abstract

此公开描述一种以太网供电PD（受电设备）发现PSE（供电装置）正在使用的端口注入电压的技术。这被要求确定PD将能够汲取而不被PSE切断的最大电流。这进而用于从PSE提取最大可能功率。

Description

受电设备和包含该受电设备的配电系统

技术领域

本发明涉及一种在配电系统中使用的受电设备，该系统包含用于向受电设备供电的供电设备，以及连接到该供电设备和该受电设备用于在该供电设备和该受电设备之间传输功率的电气导体。本发明还涉及一种包含该受电设备的配电系统，并且涉及一种用于向该受电设备的电气负载提供电气负载功率的方法和计算机程序。

背景技术

在根据以太网供电（PoE）标准IEEE 802.3af或IEEE 802.3at和/或相关标准的PoE系统中，供电设备（供电装置；PSE）经由一个或若干个电气导体（以太网缆线）向一个或若干个受电设备（PD）供电。供电设备例如为交换器，并且受电设备例如为安全摄像机、无线接入点、VoIP电话等等。根据该标准，受电设备的功率消耗受限于一功率水平，该功率水平小于供电设备可以提供的功率水平。受电设备消耗的最大功率和供电设备提供的最大功率之间的这个差异补偿了以太网缆线中可能的损失。因此，各种质量和长度的缆线可以在标准许可的范围内使用，并且兼容的PD可以与任何兼容的缆线一起使用以连接到任何兼容的PSE。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种在诸如PoE系统的配电系统中使用的受电设备，该受电设备可以具有增加的功率消耗。本发明另外的目的是提供一种包含该受电设备的配电系统，以及一种用于向该受电设备的电气负载提供电气负载功率的方法和计算机程序。

在本发明的第一方面中，提出了一种在配电系统中使用的受电设备。该配电系统包含：供电设备，其用于以通过功率输出接口向受电设备在一输出电压提供功率；以及电气导体，其用于在该供电设备和该受电设备之间传输功率。供电设备提供该功率的电压对于受电设备是未知的。作为示例，PoE标准规定了在一电压范围（对于PSE 2型而言50伏特到57伏特）内的电压。PoE标准还指定需要提供的最小功率。由于电气导体（例如以太网缆线）的电阻未知，受电设备侧的缆线端部处的电压将不同于在供电设备侧的缆线端部处提供的电压。缆线的电阻由例如缆线的长度（例如对于基于数据通道规范的以太网缆线，长达100米）、缆线的质量（例如美国线规（AWG）22对AWG 26缆线）、以及使用的连接器的电阻确定。

受电设备包含用于接收功率的功率输入接口、电气负载以及电气负载供电单元。电气负载供电单元将通过功率输入接口接收的功率转换为电气负载功率，并且向该电气负载提供该电气负载功率。电气负载供电单元布置成，基于配电系统的供电设备通过功率输出接口提供的功率的特性，确定功率控制值。电气负载供电单元另外布置成，基于该功率控制值，控制电气负载功率的功率水平。功率控制值可以是供电设备通过功率输出接口提供的功率的电压。受电设备于是可以控制电气负载功率的功率水平，以便例如使供电设备在高效的范围内工作，避免从供电设备汲取过多的功率，避免供电设备处的过载机制被触发，汲取由供电设备可以提供的最大功率量等等。

在受电设备的实施例中，受电设备布置成避免供电设备处的过载情况的出现。配电系统的供电设备布置成，针对过载情况的出现，监控通过功率输出接口提供的功率。当高于阈值的电流被汲取时，这样的过载情况会出现。该阈值可以是固定的（例如，无论何时汲取超过600 mA，都出现过载情况），或者可以取决于供电设备注入的电压（即，定义功率限制；例如当该功率限制是30瓦特并且注入的电压是56V时，那么在超过535mA被汲取时过载情况会出现，而如果注入的电压是50V，那么当超过600mA被汲取时过载情况将出现）。受电设备将通过基于该功率控制值控制电气负载功率的功率水平来避免过载情况的出现。

在受电设备的另外的实施例中，受电设备被分配一功率级别，并且另外布置成向配电系统的供电设备指示所分配的功率级别。作为示例，设备可以是PoE 3级设备（中等功率，设备于是使用6.49到12.95瓦特的范围内的功率）。所分配的功率级别对应于预确定的第一功率限制和预确定的第二功率限制，该预确定的第一功率限制与受电设备可消耗的最大功率有关，并且该预确定的第二功率限制与配电系统的供电设备可提供的最大功率有关。继续该示例，PoE标准的3级要求供电设备提供15.4瓦特的最小功率。该标准还定义，3级受电设备的平均功率输入是13.0瓦特，峰值功率是14.4瓦特。当通过供电设备的功率输出接口提供的功率对应于预确定的第二功率限制时，供电设备处的过载情况出现。电气负载供电单元布置成控制电气负载功率的功率水平，使得受电设备消耗的功率高于该预确定的第一功率限制，并且供电设备提供的功率等于或低于该预确定的第二功率限制。这是有利的，因为它允许受电设备消耗比考虑了（缆线）损失的标准（诸如PoE标准）的限制所提供的功率多的功率，但是仍然低于供电设备可以提供的限制。受电设备的电气负载供电单元布置成，通过基于功率控制值而控制电气负载功率的功率水平，避免在供电设备处出现过载情况。再次继续该示例，当电气负载供电设备已经估计了供电设备注入的电压，并且基于受电设备被分配的级别知道了可用的最大功率是什么时，那么最大电流可以被确定。功率控制值于是可以设置为此最大电流，并且该电气负载供电单元可以以受电设备不汲取比所确定的最大电流大的电流的方式控制电气负载功率的功率水平。

在受电设备的又一实施例中，电气负载供电单元布置成，基于配电系统的供电设备通过功率输出接口提供的功率的输出电压，确定功率控制值。

在受电设备的特别有利的实施例中，受电设备另外布置成在第一或第二模式中工作。在该第一模式中，电气负载供电单元布置成，基于配电系统的供电设备通过功率输出接口提供的功率的输出电压，确定功率控制值。在该第二模式中，电气负载供电单元布置成，基于预确定的电流限制，确定功率控制值。这允许受电设备与遵循下界模板的供电设备和遵循上界模板的供电设备一起工作。遵循下界模板的供电设备注入不超过最大功率量，并且因此受电设备可以汲取的最大电流取决于供电设备注入的功率的电压。遵循上界模板的供电设备支持预确定的电流，无论供电设备（在由诸如PoE标准之类的标准提供的电压范围内）注入什么电压。

在受电设备的实施例中，功率控制值由受电设备的电气供电单元，在受电设备消耗的功率随时间减少时和/或在受电设备消耗的功率基本为零时，测量功率输入接口上的电压而确定。供电设备注入的电压和受电设备接收的电压之间的差异由电气导体（以及可能地诸如二极管电桥的任何部件，如果其存在于从供电设备到受电设备的传输通道中）引起。通过电气导体汲取的电流直接影响电阻性电压降。随着受电设备汲取的电流下降，在受电设备处接收的电压增大，并且在电流（基本）达到零时接近供电设备注入的电压。这允许容易确定供电设备通过功率输出接口提供功率的电压。

在受电设备的另外的实施例中，电气负载供电单元另外布置成控制电气负载的功率水平，以便减少受电设备消耗的功率，和/或基本停止受电设备的功率消耗。这允许电气负载供电单元创建一种情况，其中在电气导体的受电设备侧接收的电压接近供电设备注入的电压。

在受电设备的另一实施例中，电气负载供电单元另外布置成将电气负载从功率输入接口断开连接，以便基本停止受电设备的功率消耗。这允许电阻性电压降接近零，并且待在受电设备侧测量的电压接近供电设备注入的电压。在受电设备的又一实施例中，电气负载提供单元或负载包含电容器，其布置成储存电能以及当电气负载供电单元将电气负载从功率输入接口断开连接时提供电能。电气负载供电单元于是可以将负载从供电设备断开连接，使得所接收的电压可被测量，而负载仍然被提供以（完整的或部分的）功率，其允许例如在负载断开连接的时间期间持续工作

在受电设备的实施例中，功率控制值通过测量至少电气导体的电阻和测量受电设备消耗的电流而确定。通过利用供电设备提供的功率确定通道电阻，供电设备注入的电压可被确定。在受电设备的另一实施例中，至少电气导体的电阻通过下述确定：当受电设备消耗第一电流时，进行功率输入接口上的电压和电流的第一测量，和当受电设备消耗不同于第一电流的第二电流时，进行功率输入接口上的电压和电流的第二测量。至少电气导体的电阻之后通过所测量的电压之间的差异除以所测量的电流之间的差异而确定。如果存在需要考虑的其它电阻性元件，诸如受电设备中的二极管电桥，那么那些电阻是已知的并且可以从所确定的电阻中减去。供电设备注入的电压是受电设备侧测量的电压与电气导体上的电压降的组合，后者现在可以通过将所确定的电阻乘以受电设备汲取的电流来计算。

在另外的实施例中，第一电流和第二电流之间的电流差异可以由测试电流产生器引起。在测试电流脉冲产生之前所接收的电压被测量，以及在测试电流脉冲产生时所述接收的电压之后再次被测量的情况下，例如10mA的小测试脉冲可被应用。虽然为此目的汲取的电流可以是实际的脉冲，但是测试电流也可以采取不同的形状（例如三角形、梯形或正弦形）。这可以是有利的，因为供电设备的功率输出接口和受电设备的电气电路中所接收的电压被测量的位置之间的电流路径中电感性分量的影响被最小化。

在受电设备的另一实施例中，受电设备另外布置成与配电系统的供电设备通信。在PoE系统中，通信可以通过连接PSE和PD的以太网缆线执行。受电设备可以使用诸如用于媒体终端设备的链路层发现协议（LLDP-MED）或简单网络管理协议（SNMP）的各种协议中的任何一种。功率控制值由从供电设备接收值的受电设备确定，所述值基于供电设备通过功率输出接口提供的功率的输出电压。通信可以包含受电设备请求供电设备通信由供电设备注入的电压的值。对于遵循上界模板的供电设备，该请求可以包含受电设备请求供电设备通信供电设备将支持的最大电流（例如超过它就会检测到过载电流，并且供电设备就会将受电设备断开连接的最大电流）的值。

在本发明另外的方面中，提出一种配电系统，其中该系统包含该受电设备、用于通过功率输出接口向该受电设备在一输出电压提供功率的供电设备、以及用于在该供电设备和该受电设备之间传输功率的电气导体。在配电系统的实施例中，该配电系统是以太网供电系统。该供电设备于是可以是兼容PoE标准（例如802.3at）的PSE，并且受电设备可以是兼容PoE标准的PD。使用的电气导体可以是以太网缆线（例如5类缆线）。

在本发明另外的方面中，提出一种用于向（根据权利要求13或14所述的）配电系统中的（根据权利要求1-12中的任意一项所述的）受电设备的电气负载提供电气负载功率的方法。该方法包含：由该受电设备的电气负载供电单元，基于配电系统的供电设备通过功率输出接口提供的功率的特性确定功率控制值；以及，由受电设备的电气负载供电单元，基于该功率控制值，向电气负载提供一功率水平。

在本发明另外的方面中，提出一种计算机程序，其用于当根据权利要求1-12中的任意一项所述的受电设备在根据权利要求13或14所述的配电系统中使用时，向该受电设备的电气负载提供电气负载功率。该计算机程序包含程序代码工具，其用于当该计算机程序在控制受电设备的计算机上运行时，引起该受电设备执行权利要求15中定义的方法的步骤。

该受电设备可以是任何耗电器，但特别地，该受电设备可以是具有或不具有传感器和/或控制器的照明器。这样的照明器可以包含发光二极管（LED）光源或其它固态光源。在PoE系统中，可以通过以太网缆线为照明器供功率和连接两者（不过也可能只为了提供功率而使用以太网缆线）。

应理解，权利要求1的受电设备、权利要求12的配电系统、权利要求14的方法以及权利要求15的计算机程序具有相似的和/或相同的优选实施例，特别是在从属权利要求中定义的实施例。

应理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求与相应的独立权利要求的任何组合。

本发明的这些和其它方面将从下文描述的实施例显而易见，并且将参考下文描述的实施例予以阐释。

附图说明

在下面的附图中：

图1示意地和示例性地示出配电系统的实施例，

图2示意地和示例性地示出图1所示系统的供电设备的实施例，

图3示意地和示例性地示出图1所示系统的受电设备的实施例，

图4示意地和示例性地示出包含电流确定单元的受电设备的实施例，

图5示意地和示例性地示出包含电压确定单元的受电设备的实施例，

图6示意地和示例性地示出受电设备汲取的输入电流和受电设备处的电压之间的关系，

图7示出一流程图，其示例性地图示用于向配电系统内的受电设备的电气负载提供电气负载功率的方法的实施例，以及

图8示意地和示例性地示出兼容PoE标准的供电设备支持的最小和最大电流的线图。

具体实施方式

图1示意地和示例性地示出配电系统100的实施例，该配电系统包含用于向受电设备2、3和4供电的供电设备1。在此实施例中，配电系统100是PoE系统，并且供电设备1是交换器。供电设备1在图2中更详细地示意地和示例性地示出。

供电设备1包含若干端口12，受电设备2、3和4经由以太网缆线13连接到该端口，该以太网缆线布置成随同数据输送所提供的功率。供电设备1经由可以直接连接到电源插座（未在图中示出）的电气连接15接收输入功率，并且数据可以经由另一以太网缆线14，从例如另一交换器的另一设备（未在图中示出）被接收。电源单元11从所接收的功率产生经由功率设备管理器18待提供到受电设备2、3和5的功率。数据在经由功率设备管理器18发送到相应的受电设备2、3或4之前，可以由网络数据处理器19处理。

本文中，受电设备2、3和4包括照明器2、开关元件3和存在传感器4。这些可以布置成使得，在开关元件3由人致动和/或存在传感器4检测到人的存在之后，开关元件3和/或存在传感器4经由交换器1向照明器2发送调光指令。照明器2在图3中更详细地示意地和示例性地示出。

照明器2包含电气负载26，在此实施例中是发光二极管（LED）。照明器2包含电气负载供电单元102，其用于从由供电单元1提供的功率产生电气负载功率，并且用于向电气负载8提供该电气负载功率。根据本发明，电气负载供电单元102布置成基于供电设备通过功率输入接口提供的功率的特性确定功率控制值，并且基于该功率控制值控制电气负载功率的功率水平。

这将参考PoE标准IEEE 802.3at在下面更详细地解释。

PoE标准IEEE 802.3at是具有大量安全规定的非常保守的标准。它设计成以CAT3（3类）、CAT5（5类）和CAT6（6类）缆线和以太网被全局地使用的几乎每一种可想到方式工作。这把大量历史和反向兼容带入该标准，并且还允许支持相当“秘密的”使用情境。这些包括例如与CAT3缆线（其实际上不被使用已至少10年）兼容，与老式的基于AC的断开连接检测方案反向兼容，以及与交叉缆线（其实际上在端节点连接中落后潮流已至少5年）兼容。

本发明提出了功率消耗在PoE标准中被调节的方式。简言之，受电设备一般要求某功率水平。受电设备从供电设备汲取并且经由以太网缆线向受电设备输送的输入电流将引起电压降，并且由此引起缆线中的功率损失。受电设备要求的功率和以太网缆线中损失的功率的总和是供电设备需要向受电设备供给的功率。

由于以太网和因此PoE支持例如长达100m的非常长缆线，并且由于这样的缆线在质量和铜直径存在巨大差异，PoE标准支持大量功率在以太网缆线中损失的情况。这些损失一定不能使受电设备不能接收所要求的功率，或者甚至更糟地，引起不安全的工作情况。

PoE标准允许供电设备使用一定范围的电压作为端口电压。这些与关于PoE标准IEEE 802.3at定义的功率水平的其它重要参数一起在列于下面的表1。从该表可以看到，供电设备必须使用的端口电压U_PSD在50V和57V之间，并且受电设备必须能够利用42.5V和57V之间的任何输入电压U_PD正确地工作。下限的差别（U_PSD=50V对U_PD=42.5V）将允许以太网缆线中的电压降。

表1：PoE标准IEEE 802.3at – 关于功率水平的最重要参数。

由于供电设备根本不知晓以太网缆线损失将是多大，该供电设备必须保留对应于协商功率级别的最大电流。例如，对于PoE标准IEEE 802.3at定义的最高功率级别-功率级别4而言，这是0.6A。对应的功率保留P_reserve于是可以根据下述等式计算：

P_reserve= U_PSD·I_PSD- P_PD，

其中I_PSD是对应于协商功率级别的最大保留电流，并且P_PD=25.5W是PoE标准允许的（功率级别4的）受电设备要求的最大功率水平。必要功率保留P_reserve于是达到每端口4.5W（在U_PSD=50V处）或8.7W（在U_PSD=57V处）。这实际上意味着，为了能够保证向受电设备提供P_PD=25.5W的最大允许功率水平，供电设备必须能够提供P_PSE=34.2W的端口功率（假设选择57V作为端口电压U_PSD）。

本发明人已经认识到，实践中，即使在长缆线的情况下，以太网缆线中出现的功率损失是相当有限的。另外，非常不可能的是，每一个受电设备与最差的可能的缆线配置连接。另外现在发现，大多数供电设备利用最高端口电压U_PSD=57V（或例如U_PSD=56V的稍微更低的端口电压）。因此，在许多情况中，受电设备将实际可能消耗比PoE标准（对于功率级别4）所允许的25.5W高相当多的功率。允许受电设备的功率消耗的这样的增加在许多不同应用中可以是有利的。例如，现代基于PoE的照明应用处于利用今天的LED和25.5W的功率限制而具有足够功率的初期。利用稍高的功率水平，可以使更多的照明应用成为可能，或者可以实现LED成本显著减少。

实践中，存在由PoE标准IEEE 802.3at规定的若干基本原则：

1.供电设备使用的端口电压U_PSD必须在50V和57V之间。

2.供电设备必须保留对应于协商功率级别的最大电流I_PSD（例如对于功率级别4的0.6A）。

3.受电设备必须实施对应于（或低于）例如（对于功率级别4的）P_PD=25.5W的最大允许功率水平的功率消耗。

符合第一原则是由供电设备的设计者保证，该设计者将选择合适的电源单元，并且该设计者将在不同使用情境中测试供电设备，以确保任何情况下都不提供不允许的端口电压U_PSD。

另外，遵守第二原则是由供电设备的端口控制器保证，该端口控制器连续测量由受电设备汲取的输入电流，并且当连接到端口的受电设备汲取的输入电流超过对应于协商功率级别的最大电流时，该端口控制器将切断该端口（过电流保护）。例如，如上面描述的，对于功率级别4，最大电流是0.6A，PoE标准允许的受电设备要求的最大功率水平P_PD是25.5W。

本发明基于发明人的下述认识：供电设备不能控制供电设备遵守第三原则，并且倘若受电设备保持对应于协商功率级别的最大电流，如果受电设备违反第三原则，那么其将消耗更多功率。例如，假设供电设备使用端口电压U_PSD=57V，并且在以太网缆线中出现的电压降或多或少可忽略（一般长度的现代缆线的情况的确大体如此），那么受电设备可以消耗的最大功率水平高达34.2W（再次见表1）。

现在，本发明人已经另外认识到，如果受电设备将仅仅消耗更多功率，那么与现代PoE装置相关联的轻松安装将丧失，因为将需要定义哪些供电设备被该受电设备支持（这将取决于供电设备使用的端口电压U_PSD）以及哪些以太网缆线类型和长度可被使用（这将取决于缆线中出现的电压降）。相反，本发明基于下述想法：将有利的是，受电设备将能够自动消耗可以被消耗的最大功率水平，而不引起供电设备的过电流保护机制跳闸。这应该优先地自动工作，并且绝不在兼容PoE标准IEEE 802.3at的另一设备会工作的地方引起受电设备不工作。如此，受电设备可以以与PoE标准IEEE 802.3at兼容的方式优化它的功率消耗。

现在回到图3，以太网缆线13连接到照明器2的插座20。所输送的功率与数据一起经由功率-数据路径250提供到功率-数据分离器210。功率-数据分离器210分离由以太网缆线13输送的功率和数据。经分离的数据之后经由数据路径255被进一步输送，并且经分离的功率经由功率路径251被进一步输送。功率-数据分离器210包含例如用于分离功率和数据信号的磁路。

照明器2还包含受电设备控制器211，其用于识别PoE系统中的照明器2，并且用于与交换器1协商功率级别。电气负载供电单元102包含：电气负载驱动器212，其用于从由供电设备1提供的功率（该功率由电气负载驱动器212经由受电设备控制器211接收）产生电气负载功率，并且用于向LED 26提供该电气负载功率；以及电气负载功率控制器213，其用于确定该电气负载功率的功率水平。

电气负载供电单元布置成，基于通过供电设备1的功率输出接口（例如端口12之一）提供的功率的特性，确定功率控制值。电气负载供电单元于是将基于功率控制值控制电气负载功率的功率水平。此功率控制值可以是电流限制，其中此电流限制通过估计供电设备注入的电压确定。例如给定供电设备需要提供的最小功率，在给定注入的估计电压的情况下，可以确定可以汲取的最大电流。这现在将在给定确定方法的一些示例的情况下更详细解释，不过也可以应用其它方法。

电气负载供电单元可以例如调制负载以及因此受电设备的功率消耗以测量所接收的电压。供电设备注入的电压和受电设备接收的电压之间的差异由至少电气导体之上的电压降引起。另外，受电设备桥式整流器中的脉冲变压器电阻和输入二极管可以产生影响。电阻性电压降由在缆线上汲取的电流直接影响。因为由于在缆线上传输的电流非常小，缆线的电阻性电压变得非常小，所以受电设备可以在短时间段内最小化它的电流消耗，这引起在受电设备处接收的电压增加，接近供电设备注入的电压的值。

尽管负载在某些时间点可能汲取很小的电流或不汲取电流，还可以在电流流动被有目的地降低后进行测量。这可以通过短暂地停用隔离开关而容易地完成，所述隔离开关典型地可以在受电设备控制器中找到。可选地，负载将在此短时间段内从缓冲电容器中的负载供电。当在整流器后观察到电压升高时，允许确定（基本）零电流处的电压何时稳定。电压之后可以被测量并且这是对供电设备注入的电压的非常好的估计。隔离开关之后可以再次激活。另一个选择是切断受电设备的负载（例如，通过禁用电压转换器，或者借助单独的停用开关）。

尽管在受电设备中该电压可以在受电设备的物理接口测量，在受电设备热插拔后还可能并且更容易测量该电压。受电设备可以校正热插拔FET和整流器（例如，二极管或有源整流器）之上的任何已知电压降。

受电设备可以在低功率消耗期间内测量所接收的电压，以估计供电设备注入的功率的值。之后它可以计算供电设备支持的最大电流，并且可以增加功率消耗。

在不同的实施例中，不是直接地测量PSE侧的电压。对于此实施例，供电设备的功率输出和受电设备的功率输入之间的电阻的总和被确定。这借助测量受电设备处的电压以及同步地测量电流完成。由于线性相关电压降，电流中每一个小的改变将引起电压也有（小的）改变。对于两个差异，电阻可以被估计。在示例中，假设V1在电流I1处测量，并且V2在I2处测量，那么电阻按照下述计算：(V1-V2)/(I1-I2)。已知电压降的源（例如，所确定各电阻的总和以及受电设备中的任何已知电阻或二极管电桥正向电压）和受电设备消耗的总电流，供电设备注入的电压可以按照下述计算：供电设备处接收的电压+（确定的电阻*受电设备汲取的电流）。

在另一实施例中，如上面使用的电流改变被专用测试电流注入器插入。这可以是例如10mA的短电流脉冲，其增加了从供电设备汲取的功率。在上面解释的电阻的计算中，I1和I2之间的差异于是固定在10mA。在受电设备处接收的电压在测试脉冲开始之前被测量为V1，并且在应用测试电流时被再次测量以确定V2。由于绝大部分电压降是电阻性的，电压将直接（或以可忽略的延迟）跟随电流，并且可以在大约10ms的短暂延迟之后被测量。在此之后，测试电流可以再次移除。此实施例是有利的，因为不需要在PD中执行精确的电流测量。在其它实施例中，测试电流可以不是真脉冲，但可以是三角形、梯形或正弦形状。这可以减少电感性分量对测量的影响。

电气负载供电设备可以经由控制信号路径254，向电气负载驱动器212发送指示所确定的功率水平的功率控制信号。电气负载驱动器212布置成，根据从电气负载功率控制器213接收的功率控制信号，从所提供的功率产生电气负载功率。电气负载功率经由电气负载功率路径253从电气负载驱动器212提供到LED 26。电气负载驱动器212布置成，通过产生用于驱动LED 26的对应电气负载驱动电流，产生该电气负载功率。电气负载供电单元102，特别是电气负载功率控制器213或电气负载驱动器212可以布置成低通滤波控制信号。

诸如照明器2的受电设备可以包含电流确定单元101（未在图3中示出），其用于确定在照明器2中流动的电流。根据图4，电流确定单元101布置成使用低端电流检测确定电流，该低端电流检测测量来自电气负载驱动器212的回流。由于电气负载功率控制器213自身的功率消耗一般已知，受电设备2从供电设备1汲取的输入电流的总量可以被计算，并且电气负载供电单元102因此可以产生具有一功率水平的电气负载功率，使得所汲取的输入电流根据功率控制值（例如，可以被汲取的最大电流）而最大化。受电设备还可以包含如图5所示（未在图3中示出）的电压确定单元，其用于确定存在于照明器2中的电压。

在另一实施例中，当存在于电气负载供电单元102的电压已知时，例如当其如上所述被确定时，也会可能直接测量在电气负载26中流动的电流，这进而允许计算电气负载功率的功率水平，进而允许估计从供电设备1汲取的功率，进而允许确定从供电设备1汲取的输入电流。

图6图示，随着受电设备汲取的电流增加，在受电设备处接收的电压下降。这由电源阻抗R_S确定，该电源阻抗例如与使用的电气导体，诸如以太网缆线有关。另外示出，当输入电流I_PD接近过电流情况时，供电设备会减少注入的电压以保护免受过电流。

回到图3，在另一实施例中，照明器2包含通信单元230（在图3中示例性地示为电气负载功率控制器213的元件），该通信单元用于经由电气导体13与供电设备1通信，其中通信单元230布置成从供电设备1请求关于注入的电压或可以汲取的最大电流的信息。此通信可以使用诸如CDP（思科发现协议）、LLDP-MED（用于媒体终端设备的逻辑链路设备协议）或SNMP（简单网络管理协议）之类的协议执行。

下面，用于向配电系统100内的受电设备2的电气负载26提供电气负载功率的方法的实施例将参考图7所示的流程图示例性地描述。

在系统100的供电设备1向受电设备2供电期间，在步骤201中，电气负载供电单元基于通过供电设备的功率输出接口提供的功率的特性，确定功率控制值；并且在步骤202中，电气负载供电单元基于该功率控制值提供该电气负载功率的功率水平。

在图8中，图示了供电设备（在此情况中是兼容PoE的PSE）可以遵循的下界模板和上界模板。纵轴800是从PSE汲取的电流。横轴900是时间标尺。三个灰色阴影指出短路范围1000、过载范围1100和正常工作范围1200。该图图示，PSE应该供应最大电流1300和最小电流1400之间的电流，最大电流和最小电流两者至少与正常工作范围一样高（达预确定期间）以便遵守该标准。在预确定期间1500之后，PSE将支持最大量的被汲取的功率。如果PSE遵循下界模板，那么提供的最大功率是标准要求的最小功率，并且PSE支持的最大电流将取决于PSE注入的电压。如果PSE遵循上界模板，那么提供的最大功率是基于预确定的最大电流，并且提供的最大功率依赖于PSE注入的电压。

虽然在上面参考图3描述的实施例中，电气负载功率控制器213确定电气负载功率的功率水平，不过在其它实施例中，受电设备的其它部件也可以提供此功能。例如，此功率水平控制可以在受电设备控制器211中实施，该受电设备控制器可能已经包含合适的模拟电路系统。为了提供功率水平设置功能，受电设备的相应部件可以使用微控制器或另一种类控制器。

受电设备的电气负载供电单元可以用于无缝地扩展PoE标准IEEE 802.3at和/或PoE标准IEEE 802.3af，以便提高受电设备的最大功率水平。例如，如上面描述的，假设供电设备使用端口电压U_PSD=57V，并且在以太网缆线中出现的电压降或多或少可忽略，那么当所汲取的输入电流被最大化时，通过扩展PoE标准IEEE 802.3at受电设备可以消耗的最大功率水平高达34.2W（再次见表1）。然而要注意，本发明不限制于上面的PoE标准中的一个或多个，而是也可以在具有相似特性的其它配电系统中有利地使用。

尽管在上面描述的实施例中，已经描述了比如照明器、存在传感器、开关元件等等的某些受电设备，在其它实施例中受电设备还可以包括其它电气设备，比如电扇、诸如显示器或交换器面板之类的用户接口等等。

尽管在上面参考图3描述的实施例中，插座20和功率-数据分离器210是分开的部件，在另一实施例中功率-数据分离器210可以集成到插座20中。

尽管在上面参考图3描述的实施例中，照明器2包含的电气负载26是发光二极管（LED），在另一实施例中电气负载26可以是有机发光二极管（OLED）、激光器、卤素灯或其类似物。

在实施所要求保护的发明时，本领域技术人员通过研究附图、公开内容和所附权利要求，可以理解和达成所公开实施例的其它变形。

在权利要求中，词语“包含”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一（a）”或“一（an）”不排除复数。

单个单元或设备可以完成权利要求中列举的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

一个或若干个单元或设备执行的比如确定电气负载功率的功率水平之类的确定、协商过程等等可以由任何其它数量的单元或设备执行。根据向配电系统内的受电设备的电气负载提供电气负载功率的方法的过程和/或受电设备的控制可以作为计算机程序的程序代码工具和/或作为专用硬件实施。

计算机程序可以在诸如光学储存介质或固态介质的合适介质上储存/分布，该介质与其它硬件一起或作为其它硬件的部分提供，但是也可以以其它形式分布，诸如经由互联网或者其它有线或无线的远程通信系统。

权利要求中的任何参考符号不应该被解释为限制范围。

本发明涉及一种在配电系统中使用的受电设备，比如照明器，该配电系统优先地是PoE系统并且包含向受电设备供电的供电设备。受电设备包含比如LED的电气负载，以及电气负载供电单元，其用于从所提供的功率产生电气负载功率并且用于向电气负载提供该电气负载功率，其中电气负载供电单元布置成产生具有一功率水平的电气负载功率，使得受电设备从供电设备汲取的输入电流低于预定义输入电流上阈值被最大化。相比于根据PoE标准IEEE 802.3at的受电设备的功率消耗，这允许增加受电设备的功率消耗。

Claims

1.一种在配电系统中使用的受电设备，所述配电系统包含：

供电设备，其用于通过功率输出接口向所述受电设备在一输出电压提供功率，以及

电气导体，其用于在所述供电设备和所述受电设备之间传输功率；

所述受电设备包含：

用于接收所述功率的功率输入接口，

电气负载，以及

电气负载供电单元，其用于将通过所述功率输入接口接收的功率转换为电气负载功率，并且用于向所述电气负载提供所述电气负载功率，

其中所述电气负载供电单元布置成，基于由所述配电系统的所述供电设备通过所述功率输出接口提供的功率的特性，确定功率控制值，并且

其中所述电气负载供电单元另外布置成，基于所述功率控制值，控制所述电气负载功率的功率水平。

2.根据权利要求1所述的受电设备，其中所述配电系统的所述供电设备另外布置成，针对过载情况的出现而监控通过所述功率输出接口提供的功率，并且

其中所述受电设备的所述电气负载供电单元另外布置成，通过基于所述功率控制值控制所述电气负载功率的所述功率水平，避免在所述供电设备处出现所述过载情况。

3.根据权利要求2所述的受电设备，其中所述受电设备被分配一功率级别，并且另外布置成向所述配电系统的所述供电设备指示所分配的功率级别，

其中所分配的功率级别对应于预确定的第一功率限制和预确定的第二功率限制，所述预确定的第一功率限制与所述受电设备可消耗的最大功率有关，并且所述预确定的第二功率限制与所述配电系统的供电设备可提供的最大功率有关，

其中当通过所述供电设备的所述功率输出接口提供的功率对应于所述预确定的第二功率限制时，所述过载情况出现，以及

其中所述电气负载供电单元布置成控制所述电气负载功率的所述功率水平，使得所述受电设备消耗的功率高于所述预确定的第一功率限制，并且所述供电设备提供的功率等于或低于所述预确定的第二功率限制。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的受电设备，其中所述电气负载供电单元布置成，基于所述配电系统的所述供电设备通过所述功率输出接口提供的功率的所述输出电压，确定所述功率控制值。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的受电设备，其中所述受电设备另外布置成在第一模式或第二模式中工作，

其中在所述第一模式中，所述电气负载供电单元布置成，基于所述配电系统的所述供电设备通过所述功率输出接口提供的功率的所述输出电压，确定所述功率控制值，并且

其中在所述第二模式中，所述电气负载供电单元布置成，基于预确定的电流限制，确定所述功率控制值。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的受电设备，其中通过在所述受电设备消耗的功率随时间减少时和/或在所述受电设备消耗的功率基本为零时，测量所述功率输入接口上的电压而确定所述功率控制值。

7.根据权利要求6所述的受电设备，其中所述电气负载供电单元另外布置成控制所述电气负载的所述功率水平，以便减少所述受电设备消耗的功率，和/或基本停止所述受电设备的功率消耗。

8.根据权利要求7所述的受电设备，其中所述电气负载供电单元另外布置成将所述电气负载从所述功率输入接口断开连接，以便基本停止所述受电设备的功率消耗。

9.根据权利要求1-5中任意一项所述的受电设备，其中所述功率控制值通过测量至少所述电气导体的电阻和测量所述受电设备消耗的电流而确定。

10.根据权利要求9所述的受电设备，其中至少所述电气导体的电阻通过下述确定：当所述受电设备消耗第一电流时，进行所述功率输入接口上的电压和电流的第一测量，以及当所述受电设备消耗不同于所述第一电流的第二电流时，进行所述功率输入接口上的电压和电流的第二测量。

11.根据权利要求1-5中任意一项所述的受电设备，其中所述受电设备另外布置成与所述配电系统的所述供电设备通信，并且

其中所述功率控制值由所述受电设备确定，所述受电设备从所述供电设备接收值，所述值基于所述供电设备通过所述功率输出接口提供的功率的所述输出电压。

12.一种配电系统，包含根据权利要求1-11中任意一项所述的受电设备，并且另外包含：

用于通过功率输出接口向所述受电设备在一输出电压提供功率的供电设备，以及

用于在所述供电设备和所述受电设备之间传输功率的电气导体。

13.根据权利要求11所述的配电系统，其中所述配电系统是以太网供电系统。

14.一种用于向根据权利要求12或13所述的配电系统中的根据权利要求1-11中任意一项所述的受电设备的电气负载提供电气负载功率的方法，其中所述方法包含：

由所述受电设备的电气负载供电单元，基于所述配电系统的供电设备通过功率输出接口提供的功率的特性，确定功率控制值；以及

由所述受电设备的所述电气负载供电单元，基于所述功率控制值，向所述电气负载提供一功率水平。

15.一种计算机程序，其用于当根据权利要求1-11中的任意一项所述的受电设备在根据权利要求12或13所述的配电系统中使用时，向所述受电设备的电气负载提供电气负载功率，所述计算机程序包含程序代码工具，其用于当所述计算机程序在控制所述受电设备的计算机上运行时，引起所述受电设备执行权利要求14所定义的方法的步骤。