JP2008529462A - 通信ケーブルにおける多数のワイヤ間の配電制御 - Google Patents

Abstract

イーサネット（登録商標）ケーブル等の通信ケーブルを通じて電力を供給するための新規のシステムおよび方法論であって、当該通信ケーブル内のワイヤ間またはワイヤの対間における配電を制御するための配電回路を用いる。この配電回路は、通信ケーブル内のワイヤ間またはワイヤの対間の電流の分配を制御することができる。特に、ワイヤ間またはワイヤの対間の電流を平衡化することができる。

Description

本願は、２００５年１月２５日に出願され、「進んだパワーオーバーイーサネット（登録商標）システムをサポートするためのシステムおよび方法（SYSTEM AND METHOD FOR SUPPORTING ADVANCED POWER OVER ETHERNET （登録商標）SYSTEM)」と題された米国仮特許出願第６０／６４６，５０９号の優先権を主張する。

技術分野
この開示は電源システムに関し、より特定的には、通信ケーブルを介して電力を供給するためのシステムにおいて、通信ケーブルにおける多数のワイヤ間の配電を制御するための回路および方法論に関する。

この数年にわたって、イーサネット（登録商標）はローカルエリアネットワーキングの最も一般的に用いられる方法となった。イーサネット（登録商標）規格の創始者であるＩＥＥＥ８０２．３グループは、イーサネット（登録商標）ケーブル布線を通じた電力供給を規定する、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆとして公知である拡張された規格を開発した。ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格は、アンシールドツイストペア線を通じてリンクの両端に位置する給電側機器（Power Sourcing Equipment）（ＰＳＥ）から受電側機器（Powered Device）（ＰＤ）へ電力を送ることを含む、パワーオーバーイーサネット（登録商標）（ＰｏＥ）システムを規定する。伝統的に、ＩＰ電話、無線ＬＡＮアクセスポイント、パーソナルコンピュータおよびウェブカメラなどのネットワーク装置は、２つの接続を必要としてきた。１つはＬＡＮへ、もう１つは電源装置への接続である。ＰｏＥシステムは、ネットワーク装置に電力供給するための付加的なコンセントおよび配線の必要性をなくす。その代わり、データ伝送に用いられるイーサネット（登録商標）ケーブル布線を通じて電力が供給される。

ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格に規定されるように、ＰＳＥおよびＰＤは、ネットワーク装置が、データ伝送に用いられるのと同じ汎用ケーブル布線を用いて電力を供給し、引き込むことを可能にする、非データエンティティである。ＰＳＥは、ケーブル布線への物理的接続ポイントで電気的に特定される、リンクに電力を与える機器である。ＰＳＥは典型的にはイーサネット（登録商標）スイッチ、ルータ、ハブ、または他のネットワークスイッチング機器もしくはミッドスパン装置に関連付けられる。ＰＤは、電力を引き込むかまたは電力を要求する装置である。ＰＤは、デジタルＩＰ電話、無線ネットワークアクセスポイント、ＰＤＡ、またはノート型コンピュータドッキングステーション、携帯電話チャージャ、およびＨＶＡＣサーモスタットなどの装置に関連付けられ得る。

ＰＳＥの主な機能は、電力を要求するＰＤを求めてリンクを探索すること、任意でＰＤを分類すること、ＰＤが検出されるとリンクに電力を供給すること、リンク上の電力をモニタすること、および、電力がもはや要求されず、必要とされなくなると、電力を切断することである。ＰＤは、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格によって規定されるＰｏＥ検出シグネチャを提示することにより、ＰＤ検出手順に参加する。

検出シグネチャが有効な場合、ＰＤは、電源が入った時にどれだけの電力を引き込むかを示すために、分類シグネチャをＰＳＥに提示するオプションを有する。決定したＰＤのクラスに基づいて、ＰＳＥは必要な電力をＰＤに加える。

ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格は、ＣＡＴ−５ケーブル内の４本のツイストペアのうちの
２本間でコモンモード電圧を使用することによる、イーサネット（登録商標）を通じた電力供給について記載している。現在、この仕様は、アンシールドツイストペア（ＵＴＰ）ＣＡＴ−５ケーブルに通常含まれる８本のワイヤのうちの４本を通じた電力の供給を要求している。より多くの電力を供給するためのさらなる努力により、ケーブル内の４本のツイストペアのすべてが使用されることが考えられる。第２の組のペアを使用することにより、ケーブルを経由して送られかつ戻される電流に対し、第２の経路が作成される。

本来、ケーブル内のワイヤは、データ伝送のみを意図したものであったため、通電容量が限られている。電力を送信するために多数のワイヤまたはワイヤのグループが使用され得るため、ワイヤ間の電力を平衡化して、最も効率のよい送電動作を提供することが望ましい。

開示の概要
この開示は、イーサネット（登録商標）ケーブル等の通信ケーブル内のワイヤ間またはワイヤの対間における配電を制御するための配電回路を用いる、当該通信ケーブルを通じて電力を供給するための新規のシステムおよび方法論を提供する。

この開示の１つの局面に従えば、配電回路は、通信ケーブル内のワイヤ間またはワイヤの対間の電流の分配を制御することができる。たとえば、ワイヤ間またはワイヤの対間の電流を平衡化することができる。

ケーブル内の１対のワイヤ内の第１のワイヤと第２のワイヤとの間の電流の分配を制御するために、通信ケーブルに電源装置を結合するための変圧器の巻線を、第１のワイヤに対応する第１の巻線と、第２のワイヤに対応する第２の巻線とに分割することができる。第１および第２の巻線間に容量性素子を挿入して、第１および第２のワイヤ間のＤＣ接続を防ぐことができる。

この開示の例示的な一実施例に従えば、配電回路は、基準電圧を提供するための基準回路と、第１および第２のワイヤまたはワイヤの対に対応する第１および第２のセンス抵抗器と、第１および第２のセンス抵抗器の両端の第１および第２のセンス電圧を基準電圧とそれぞれ比較するための第１および第２の演算増幅器とを含み得る。

この配電回路はさらに、第１および第２の演算増幅器の出力にそれぞれ結合されて、第１および第２のワイヤまたはワイヤの対における電流値を制御するための第１および第２の駆動素子を含み得る。第１および第２の駆動素子の各々は、ＭＯＳＦＥＴトランジスタを含み得る。

この開示の別の例示的な実施例に従えば、配電回路は、基準電圧を提供するための基準回路と、第１のワイヤまたはワイヤの対に対応する第１のセンス抵抗器と、第１のセンス抵抗器の両端の第１のセンス電圧を基準電圧と比較して、その基準電圧に従って第１のワイヤまたはワイヤの対における電流値を制限するための電流制限増幅器とを含み得る。

この配電回路はさらに、第２のワイヤまたはワイヤの対に対応する第２のセンス抵抗器と、第１のセンス電圧を第２のセンス抵抗器の両端の第２のセンス電圧と比較して、第１および第２のワイヤまたはワイヤの対における電流値間の平衡を取るための平衡増幅器とを含み得る。第１および第２の駆動素子はそれぞれ、電流制限増幅器および平衡増幅器の出力にそれぞれ結合されて、第１および第２のワイヤまたはワイヤの対における電流値を
制御することができる。第１および第２の駆動素子の各々は、１つ以上のＭＯＳＦＥＴトランジスタを含み得る。

この開示のさらに別の例示的な一実施例に従えば、配電回路は、１対の電流センス素子と、当該電流センス素子により生じた信号間の差を表わす信号を生じるための第１の差動増幅器とを含み得る。一対の第２の差動増幅器および第３の差動増幅器は、第１の差動増幅器の出力を受けるための第１の入力と、それぞれの基準値を受けるための第２の入力とを有し得る。第２の差動増幅器に供給される基準値は、第３の差動増幅器に供給される基準値と異なり得る。第１および第２の駆動素子はそれぞれ、第２および第３の差動増幅器の出力に結合されて、それぞれのワイヤにおける電流値を制御することができる。

この開示の別の局面に従えば、ローカルエリアネットワークは、１対のネットワークノードと、ネットワークハブと、ネットワークノードをネットワークハブに接続してデータ通信を提供するための、少なくとも１対のワイヤを有する通信ケーブル布線とを少なくとも備え得る。ネットワークハブは、通信ケーブル布線を通じて負荷に電力を提供するための電源装置を有し得る。ネットワークは、ワイヤ間またはワイヤの対間の配電を制御するための配電回路を含み得る。

この開示の付加的な利点および局面は以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかになるであろう。そこではこの開示の実施のために考察された最良の形態の単に例示として、この開示の実施例が示され、記述される。記述されるように、この開示は他の、および異なる実施例が可能であり、いくつかの詳細はさまざまな明白な観点から、開示の精神から逸脱することなく変更される余地がある。したがって、図面および説明はその性質上限定的なものではなく、例示的であるとみなされる。

この開示の実施例の以下の詳細な説明は、以下の図面に関連して読むと最も良く理解される。ここで特徴は必ずしも縮尺通りには描かれないが、関連する特徴を最も良く図示するよう描かれる。

実施例の詳細な開示
この開示は、ＰｏＥシステムにおける配電回路の例を用いて行われる。しかしながら、ここに記述された概念が、ケーブルを通じて電力を提供するためのいかなるシステムにも適用可能であることが明らかになる。たとえば、この開示のシステムは、複数のノード、ネットワークハブ、およびノードをネットワークハブに接続してデータ通信を提供するための通信ケーブル布線を有するローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）に提供されてもよい。ネットワークハブは、通信ケーブル布線を通じて負荷に電力を供給するための電源装置を含んでもよい。この開示の配電システムは、通信ケーブル布線内のワイヤ間またはワイヤの対間の配電を制御するために使用され得る。

図１はパワーオーバーイーサネット（登録商標）（ＰｏＥ）システム１０を示す簡略化されたブロック図であり、パワーオーバーイーサネット（登録商標）（ＰｏＥ）システム１０は、それぞれのリンクを介して受電側機器（ＰＤ）１４（ＰＤ１からＰＤ４）に接続可能な多数のポート１から４を有する給電側機器（ＰＳＥ）１２を含み、その各々はイーサネット（登録商標）ケーブル１６内の２組または４組のツイストペアを用いて提供され得る。図１はＰＳＥ１２の４つのポートを示すが、いかなる数のポートを設けてもよいことを当業者は認識するであろう。

ＰＳＥ１２は、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格に従って各ＰＤと相互作用することができる。特に、ＰＳＥ１２およびＰＤはＰＤ検出手順に参加し、その間ＰＳＥ１２はＰＤを検
出するためにリンクを調査する。ＰＤが検出されると、ＰＳＥ１２は、それが有効か非有効かを決定するためにＰＤ検出シグネチャをチェックする。有効な検出シグネチャおよび非有効な検出シグネチャはＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格で規定されている。有効なＰＤ検出シグネチャはＰＤが電力を受取る状態であることを示す一方、非有効なＰＤ検出シグネチャはＰＤが電力を受取らない状態であることを示す。

シグネチャが有効な場合、ＰＤは、電力が供給された時にどれだけの電力を引き込むかを示すために、分類シグネチャをＰＳＥに提示するオプションを有する。たとえば、ＰＤはクラス０からクラス４までに分類され得る。決定したＰＤのクラスに基づいて、ＰＳＥは必要な電力をＰＤに加える。

より多くの電力をＰＤに提供するために、イーサネット（登録商標）ケーブル１６内でより多くのワイヤを使用する必要があり得る。多数のワイヤまたはワイヤのグループが使用される場合、それらの間の配電が極めて重要となる。

特に、配電により、イーサネット（登録商標）ケーブルをより効率よく使用することが可能になる。ケーブルがｎ本のワイヤからなり、その各々が最大容量ζを有し、それらのワイヤのうちの半分がＰＤへの電流の供給に使用され、残りの半分がＰＳＥに電流を戻すために使用されるとき、そのケーブルにより送出可能な最大電力Ｚは、Ｚ＝ｎζ／２である。したがって、ケーブルをより効率よく使用するために、電力は、１本のワイヤのいずれもがζを上回る電力を運ぶことのないようにワイヤ間で分配されなければならない。

ケーブルがその最大容量Ｚで送信を行なっていない場合でも、各ワイヤを通じて送信される電力が等しい（各ワイヤが等しい容量ζを有するものと仮定されたい）とき、そのケーブルを通じた電力損失が減じられる。したがって、ケーブル内のワイヤ間の電力を平衡化することが有利である。したがって、ｎ本の同一のワイヤが電力Ｐを送出する場合、その電力を送信するのに最も効率のよい方法は、各ワイヤが電力ｐを送信するように電力を平衡化することであり、ここでｐ＝Ｐ／ｎである。電力を送るためにワイヤの半分を使用して、電力を戻すために残りの半分を使用する場合、この等式は、ｐ＝Ｐ／２ｎとなる。

さらに、電流がワイヤを通って流れるとき、一部の電流は、ワイヤの抵抗Ｒにより失われる。電圧Ｖ_iがワイヤの入力に印加され、電流Ｉがワイヤを通って流れる場合、ワイヤの出力における電圧Ｖ_oは、Ｖ_o＝Ｖ_i−ＩＲである。したがって、ワイヤを通じた送信により失われる電力は、Ｐ_lost＝Ｉ（Ｖ_i−Ｖ_o）＝Ｉ²Ｒである。したがって、同じ抵抗Ｒを有する同一のワイヤからなるケーブルを通じて電流が流れ、各ワイヤに印加される電圧が同じであるとき、電力の送信により失われる電力は、各ワイヤを通って流れる電流が最小になったときに最小となる。各ワイヤの電流は、ｎ本のワイヤのすべてが同じ電流Ｉ／ｎを運ぶときに最小となる。

ケーブルを構成するワイヤが同一であるとき、節電を行なうために、電流を平衡化して各ワイヤに同じ電流を提供すべきである。ケーブル内のワイヤが同一ではない場合、各ワイヤにおける電流レベルを制御して最大限の効率を得ることが有利であると考えられる。

この開示は、ワイヤ間の電流を平衡化して所望の配電を行う電流平衡回路の例を用いて行なわれているが、ワイヤ間の電力を分配するために、電源システムの他のパラメータが制御されてもよいことを当業者は認識するであろう。たとえば、各ワイヤに印加される電圧を制御することにより、または、それを通って電流が各ワイヤに印加される抵抗を制御することにより、配電を行なうことができる。

さらに、この開示の例示的な一実施例に従えば、配電制御は、電力が加えられるケーブ
ルの端部において行なわれる。しかしながら、電力が消費されるケーブルの端部でこの開示の配電制御が実現され得ることを当業者は認識するであろう。

また、各ワイヤの電流を制御または等化する代わりに、各ワイヤの出力電圧、各ワイヤを通じて失われる電力、各ワイヤおよび電源の抵抗、各ワイヤの温度等を制御または等化することによってこの開示の配電制御が達成され得ることを、当業者は認識するであろう。

さらに、この開示の配電制御方法が、ワイヤの抵抗または出力電圧等のパラメータの絶え間ない測定を必要としないことを当業者は認識するであろう。たとえば、電力を加える前に求めたワイヤの抵抗を用いて、電力を加えた後の電力の送信を制御することができる。ワイヤの抵抗は、たとえば、ワイヤに高周波パルスを印加して、ワイヤのインピーダンスの変化を示す帰還信号を測定することにより、時間領域反射率測定法（ＴＤＲ）を用いて測定することができる。

図２に示すように、この開示の例示的な配電システムは、イーサネット（登録商標）ケーブル１６内のワイヤの４つのツイストペア間において、ＰＳＥ電源１０６により供給される電力を平衡化するための電流平衡回路１０２および１０４を含む。特に、イーサネット（登録商標）ケーブル１６のＰＳＥ側では、変圧器１０８および１１０が、図２に示すワイヤのうち上方の２つのツイストペアに電流平衡回路１０２を結合する一方で、変圧器１１２および１１４が、図２に示すワイヤのうち下方の２つのツイストペアに電流平衡回路１０４を結合する。たとえば、上方の２つのツイストペアを用いてＰＳＥ１２からＰＤ１４に電流を送ることができ、下方の２つのツイストペアは、ＰＤ１４からＰＳＥ１２への電流の戻り経路を提供することができる。

ケーブル１６のＰＤ側において、変圧器１１６および１１８は、ワイヤのうちの上方の２つのツイストペアを、それぞれダイオード１２４、１２６、１２８、および１３０からなるダイオードブリッジを介してＰＤ回路に結合する。変圧器１２０および１２２は、ワイヤのうちの下方の２つのツイストペアを、それぞれダイオード１３２、１３４、１３６、および１３８からなるダイオードブリッジを介してＰＤ回路に結合する。これらのダイオードブリッジは、電流を送るためまたは戻すためにどのツイストペアが利用されるかに関係なくＰＤ回路が電力を受けることができるように配置される。変圧器１０８−１２２は、イーサネット（登録商標）データ伝送システムのデータ変換器であり得る。図面の明瞭性を失わないために、図２は、これらの変圧器の各々の一方の巻線のみを示している。ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格に記載されるように、変圧器の他方の巻線は、イーサネット（登録商標）物理層（ＰＨＹ）装置をケーブル１６に結合するために使用される。

電流平衡回路１０２は、ＰＳＥ電源１０６により供給された電力を制御して、ＰＳＥ１２からＰＤ１４に電流を送るために使用される上方の２つのツイストペアの各々に同じ電流を提供する。電流平衡回路１０４は、ＰＤ１４からＰＳＥ１２に電流を戻すために使用される下方の２つのツイストペアの各々が同じ電流を運ぶようにする。図２に示す構成はＰＳＥ側の電流平衡化を扱っているが、この電流平衡化がＰＤ側でも実現され得ることを当業者は認識するであろう。

図３に示すように、この開示の電流平衡回路は、ワイヤのツイストペア内の各ワイヤに同じ電流を提供するために使用され得る。ケーブル１６内のツイストペアに結合されたイーサネット（登録商標）データ変換器の各巻線は、２本の巻線に分割され得る。図面の明瞭性を失わないために、図３は、１つのツイストペアに結合された１つのイーサネット（登録商標）データ変換器２０２のみを示す。しかしながら、図２に示すすべてのイーサネット（登録商標）データ変換器が同様に配置され得ることを当業者は認識するであろう。
データ変換器２０２では、それぞれのツイストペアのワイヤＡおよびＢに接続された、分割された巻線間に、コンデンサＣが設けられて、イーサネット（登録商標）データに対するＡＣ経路が設けられ、ＤＣ電流が巻線を通って流れることを防止することができる。したがって、各ツイストペア内のワイヤＡおよびＢは、互いにＤＣ接続されていない。

変圧器２０４のそれぞれの巻線を介して、ツイストペア内のワイヤＡおよびＢは、ＰＳＥ電源２０８からの電力を制御する電流平衡回路２０６に結合されて、各ツイストペア内のワイヤＡおよびＢの各々に同じＤＣ電流が提供され得る。データ変換器２０２の巻線を通って過度に高いＤＣ電流が流れた場合、そのコアが飽和する。その結果、データ変換器２０２は正しく機能せず、イーサネット（登録商標）のデータ伝送を遮断し得る。電流平衡回路２０６は、ツイストペアのワイヤ間の電流を平衡化して、コネクタのコンタクト、巻線設備のケーブルまたは他の素子における抵抗が、一方または他方のワイヤにおいて過度に高いＤＣ電流を生じてデータ変換器２０２を飽和させることを防止することができる。

図４は、この開示の例示的な一実施例を示す。ここで、電流平衡回路は、それぞれＭＯＳＦＥＴ３０６および３０８のゲートを駆動する演算増幅器３０２および３０４を含む。センス抵抗器Ｒ_sense1およびＲ_sense2は、それぞれＭＯＳＦＥＴ３０６および３０８に結合される。基準電圧源３１０は、増幅器３０２および３０４の非反転入力に基準電圧Ｖ_refを印加することができる。増幅器３０２の反転入力には、センス抵抗器Ｒ_sense1の両端に生じる電圧Ｖ_sense1が供給され得、一方で増幅器３０４の反転入力には、センス抵抗器Ｒ_sense2の両端に生じる電圧Ｖ_sense2が提供され得る。センス抵抗器Ｒ_sense1およびＲ_sense2は同じ値を有し、電流平衡回路が基準電圧レベルに対応する同一レベルにセンス電圧Ｖ_sense1およびＶ_sense2を維持することを可能にし得る。

特に、増幅器３０２の出力は、基準Ｖ_refとセンス電圧Ｖ_sense1との差に対応する電圧を生じ、一方で増幅器３０４の出力は、Ｖ_refおよびＶ_sense2との差に対応する電圧を生じる。たとえば、対応するＭＯＳＦＥＴの出力電流の増大に伴って上昇するそれぞれのセンス電圧Ｖ_senseがＶ_refに近づくと、それぞれの増幅器３０２または３０４の出力は、それぞれのＭＯＳＦＥＴ３０６または３０８のゲートの電圧を下げることにより応答する。ＭＯＳＦＥＴのゲートの電圧が下がるとＭＯＳＦＥＴの抵抗が増大し、このことは次いで、ＭＯＳＦＥＴの出力電流を下げる。

したがって、図４の電流平衡回路は、ＭＯＳＦＥＴ３０６および３０８の出力に同じ電流を提供することができる。図２に示すように、電流平衡回路の出力電流は、イーサネット（登録商標）のデータ変換器の巻線を介してイーサネット（登録商標）ケーブル１６のそれぞれのツイストペアに供給されて、ツイストペアの各々で同じ電流を維持することができる。代替的に、図３に示すように、電流平衡回路の出力電流は、ツイストペア内のそれぞれのワイヤに提供されて、各ワイヤ内の電流を同一レベルに保つことができる。

ＰｏＥシステムでは、イーサネット（登録商標）ケーブル内の全電流が事前に認識されておらず、基準電圧Ｖ_refを連続的に調節して、ＰＤが必要とする電流を提供することができる。このような調節がなければ、基準電圧Ｖ_refが過度に高いレベルに設定され得、ＭＯＳＦＥＴ３０６および３０８の出力信号を過度に高い値まで上昇させてしまう。その結果、電流の平衡化を生じるそれぞれのフィードバックループが破損する恐れがある。たとえば、基準電圧Ｖ_refは、両方の平衡センス抵抗器からの電流が供給される第３のセンス抵抗器を用いて調節され得る。３つのセンス抵抗器はすべて同じ値を有し、第３のセンス抵抗器の両端の電圧レベルの半分に相当するレベルの基準電圧Ｖ_refを提供することができる。

図５は、この開示の別の例示的な実施例を示し、ここでは、電流平衡回路が一定の基準電圧または調節可能な基準電圧を使用する。特に、図５に示す電流平衡回路は、ＭＯＳＦＥＴ４０６および４０８のゲートをそれぞれ駆動する電流制限増幅器４０２および平衡増幅器４０４を含む。第１および第２のセンス抵抗器Ｒ_sense1およびＲ_sense2はそれぞれ、ＭＯＳＦＥＴ４０６および４０８に接続される。センス抵抗器Ｒ_sense1およびＲ_sense2は同じ値を有し、これらの抵抗器を通って流れる電流を同一レベルに維持することができる。

基準電圧源４１０は、電流制限増幅器４０２の非反転入力に基準電圧Ｖ_refを印加する。たとえば、基準電圧はＶ_ref＝Ｉ_LIM×Ｒ_sense1に設定され得、ここでＩ_LIMは、予め定められた電流制限値である。電流制限増幅器４０２の反転入力には、第１のセンス抵抗器Ｒ_sense1の両端に生じた電圧Ｖ_sense1が供給される。

したがって、電流制限増幅器４０２の出力は、基準Ｖ_refとセンス電圧Ｖ_sense1との差に相当する電圧を生じる。ＭＯＳＦＥＴ４０６の出力電流の増大に伴って上昇するセンス電圧Ｖ_sense1がＶ_refに近づくと、増幅器４０２の出力は、ＭＯＳＦＥＴ４０６のゲートの電圧を下げることにより応答する。ＭＯＳＦＥＴ４０６のゲートの電圧が下がるとＭＯＳＦＥＴの抵抗が増大し、このことは次いで、ＭＯＳＦＥＴ４０６の出力電流を下げ、この電流をＩ_LIMレベルに維持する。

平衡増幅器４０４は、センス電圧Ｖ_sense1とセンス抵抗器Ｒ_sense2の両端に生じたセンス電圧Ｖ_sense2とを比較して、センス電圧Ｖ_sense1のレベルにセンス電圧Ｖ_sense2を維持する。その結果、ＭＯＳＦＥＴ４０８の出力電流は、ＭＯＳＦＥＴ４０６の出力電流のレベルに維持される。

したがって、図５の電流平衡回路は、その出力の各々に同じ電流を提供することができる。図２に示すように、電流平衡回路の出力電流は、イーサネット（登録商標）データ変換器の巻線を介してイーサネット（登録商標）ケーブル１６のそれぞれのツイストペアに供給され、ツイストペアの各々において同じ電流を維持することができる。

代替的に、図３に示すように、電流平衡回路の出力電流は、ツイストペア内のそれぞれのワイヤに提供されて、各ワイヤの電流を同一レベルに保つことができる。

図６は、この開示のさらに別の例示的な実施例を示し、この実施例は、図４に示す電流平衡回路の改良例である。図６の回路では、スイッチング素子５０１および５０２が、磁性体およびＰｏＥポートへの電流の流れを制御する。電流センス素子５０３および５０４は、それらを通って流れる電流に比例した出力を提供する。差動増幅器５１０は、素子５０３および５０４の出力を増幅し、それぞれの電流センス素子を通って流れる電流間の差に比例した信号を生じる。したがって、この信号は、素子５０１および５０２を通って流れる電流間の不平衡を表わす。差動増幅器５０５および５０６は、増幅器５１０が生成する不平衡信号と、基準電圧源５０７および５０８が生じる基準電圧とを比較する。増幅器５０５および５０６の出力は、スイッチ素子５０１および５０２をそれぞれ制御し、したがってそれらを通って流れる電流を制御する。

より多くの電流が素子５０４よりも素子５０３を通って流れる場合、素子５０３は、より大きな信号を生成する。これにより、増幅器５１０の出力電圧が上昇する。増幅器５１０の出力電圧が、基準電圧源５０７により生成される基準電圧を上回る場合、増幅器５０５はその出力電圧を下げ、制御信号をスイッチング素子５０１に送り、したがって素子５０１および５０３を通って流れる電流を下げる。これにより、電流センス素子５０３および５０４を通って流れる電流が再び平衡化されるという所望の効果が得られる。

反対の状況において、より多くの電流が素子５０３よりも素子５０４を通って流れると、増幅器５１０の出力が下がる。この出力が、基準電圧源５０８により生成された基準電圧を下回ると、増幅器５０６はその出力を下げ、制御信号をスイッチ５０２に送り、したがって素子５０２および５０４を通って流れる電流を下げ、これにより、電流センス素子５０３および５０４の電流が再び平衡化される。

図６の回路が電流を供給するＰＤは、未知の負荷を表わす。ＰＤの電流の引込みが急激に変化することが考えられ、ＰＤは、図６の回路を容易に発振させ得るインダクタンスおよび負性抵抗等のインピーダンス特性を提示し得る。源５０７および５０８により生成される基準電圧を慎重に選択することにより、発振を防止することができる。増幅器５０５および５０６の一方のみが閉フィードバック内で一度に作動するように、源５０７および５０８により生成される基準電圧が選択される場合、増幅器５０５および５０６の両方が小さな信号発振に関与することはあり得ない。このことが一旦達成されると、回路は従来の手段により補償され得る。

増幅器５０５が閉フィードバックループ内に入るために、増幅器５１０の出力は、基準電圧源５０７の出力を上回っていなければならない。その一方で、増幅器５１０の出力が基準電圧源５０８の出力を下回っているとき、増幅器５０６のみが閉フィードバックループ内に入る。したがって、基準電圧源５０７の出力が、基準電圧源５０８の出力を上回るように選択された場合、増幅器５０５および５０６の一方のみが一度に閉フィードバックループ内に入り得る。

増幅器５０５および５０６等の１対の比較器に対して異なる基準を用いる方法は、本願の譲受人であるリニアー テクノロジー コーポレイション（Linear Technology Corporation）に譲渡され、本明細書で引用により援用される米国特許６，１６６，５２７に記載されている。米国特許６，１６６，５２７の図７および図８Ａに示されるように、本願の図６に示すように別個の２つの基準信号を用いて増幅器５０５および５０６を駆動するか、または、同一基準を用い、かつ、これらの増幅器の両方に与えられる信号にオフセットを導入することにより、同じ効果を得ることができる。

先の説明は、本発明の局面を例示し、記述する。さらに、この開示は単に好ましい実施例を示し、記述するが、前述のように、本発明は、さまざまな他の組合わせ、変更、および環境において用いることができ、上記の前述の教示、および／または関連する技術のスキルまたは知識と対応して、ここに表現されるような発明概念の範囲内で変更または変形が可能であることが理解される。

上述された実施例は、本発明の実施について知られる最良の形態について説明することをさらに意図し、他の当業者がこのような、または他の実施例において、特定の適用例が必要とするさまざまな変更または発明の使用を伴って本発明を利用することを可能にする。

したがって、この説明は、本発明をここに開示された形式に限定するようには意図されない。また、前掲の請求項は代替的実施例を含めるよう解釈されることが意図される。

この開示のＰｏＥシステムを示す図である。 電力がワイヤのツイストペア間で分配される、この開示の配電システムを示す図である。 電力がツイストペア内のワイヤ間で分配される、この開示の配電システムを示す図である。 この開示の第１の例示的な実施例に従った電流平衡回路を示す図である。 この開示の第２の例示的な実施例に従った電流平衡回路を示す図である。 この開示の第３の例示的な実施例に従った電流平衡回路を示す図である。

Claims (28)

1. 少なくとも１対のワイヤを有する通信ケーブルを通じて電力を提供するためのシステムであって、
   前記通信ケーブルを通じて受電側機器に電力を供給するための電源装置と、
   前記通信ケーブルの前記ワイヤ間の配電を制御するための配電回路とを備える、システム。
2. 前記電源装置は、イーサネット（登録商標）ケーブルを通じて電力を供給するように構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記配電回路は、前記通信ケーブルの前記ワイヤ間の電流の分配を制御するように構成される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記配電回路は、前記通信ケーブルの前記ワイヤ間の電流を平衡化するように構成される、請求項３に記載のシステム。
5. 前記通信ケーブルは少なくとも２対のワイヤを有する、請求項１に記載のシステム。
6. 前記配電回路は、ワイヤの前記対間の配電を制御するように構成される、請求項５に記載のシステム。
7. 前記配電回路は、ワイヤの前記対間の電力を平衡化するように構成される、請求項６に記載のシステム。
8. 前記配電回路は、ワイヤの前記対間の電流の分配を制御するように構成される、請求項５に記載のシステム。
9. 前記配電回路は、ワイヤの前記対間の電流を平衡化するように構成される、請求項８に記載のシステム。
10. 前記配電回路は、基準電圧を提供するための基準回路と、第１および第２のセンス抵抗器と、前記第１および第２のセンス抵抗器の両端の第１および第２のセンス電圧を前記基準電圧とそれぞれ比較するための第１および第２の演算増幅器とを含む、請求項１に記載のシステム。
11. 前記配電回路はさらに、前記第１および第２の演算増幅器の出力にそれぞれ結合されて電流値を制御するための第１および第２の駆動素子を含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記第１および第２の駆動素子の各々は、１つ以上のＭＯＳＦＥＴトランジスタを含む、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記配電回路は、基準電圧を提供するための基準回路と、第１のセンス抵抗器と、前記第１のセンス抵抗器の両端の第１のセンス電圧を前記基準電圧と比較して、前記基準電圧に従って電流値を制限するための電流制限増幅器とを含む、請求項１に記載のシステム。
14. 前記配電回路はさらに、第２のセンス抵抗器と平衡増幅器とを含み、前記平衡増幅器は、前記第１のセンス電圧を前記第２のセンス抵抗器の両端の第２のセンス電圧と比較して、前記電流制限増幅器および前記平衡増幅器の出力における電流値間の平衡を取る、請求
    項１３に記載のシステム。
15. 前記配電回路はさらに、前記電流制限増幅器および前記平衡増幅器の出力にそれぞれ結合されて前記電流値を制御するための第１および第２の駆動素子を含む、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記配電回路は、１対の電流センス素子と、前記電流センス素子により生じた信号間の差を表わす信号を生じるための第１の差動増幅器とを含む、請求項１に記載のシステム。
17. 前記配電信号はさらに、前記第１の差動増幅器の出力を受けるための第１の入力と、それぞれの基準値を受けるための第２の入力とを有する１対の第２および第３の差動増幅器を含み、前記第２の差動増幅器に供給される基準値は、前記第３の差動増幅器に供給される基準値と異なる、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記配電回路はさらに、前記第２および第３の差動増幅器の出力にそれぞれ結合されて電流値を制御するための第１および第２の駆動素子を含む、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記通信ケーブルに前記電源装置を結合するための変圧器をさらに備え、前記変圧器は、前記通信ケーブル内の第１のワイヤに対応する第１の巻線と、前記通信ケーブル内の第２のワイヤに対応する第２の巻線とを有する、請求項１に記載のシステム。
20. 前記第１の巻線と前記第２の巻線との間に設けられて、前記第１の巻線と前記第２の巻線とのＤＣ接続を防止する容量性素子をさらに備える、請求項１９に記載のシステム。
21. 少なくとも１対のワイヤを有する通信ケーブルを通じて電力を供給する方法であって、
    前記通信ケーブルを通じて電力を供給するステップと、
    前記通信ケーブルの前記ワイヤ間の配電を制御するステップとを含む、方法。
22. 前記電力は、イーサネット（登録商標）ケーブルを通じて供給される、請求項２１に記載の方法。
23. 配電を制御する前記ステップは、前記通信ケーブルの前記ワイヤ間の電流を平衡化するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
24. 配電を制御する前記ステップは、前記通信ケーブル内の少なくとも２対のワイヤ間の電力を平衡化するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
25. 配電を制御する前記ステップは、ワイヤの前記対間の電流を平衡化するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
26. ローカルエリアネットワークであって、
    少なくとも１対のネットワークノードと、
    ネットワークハブと、
    前記ネットワークノードを前記ネットワークハブに接続してデータ通信を提供するための、少なくとも１対のワイヤを有する通信ケーブル布線とを備え、
    前記ネットワークハブは、前記通信ケーブル布線を通じて負荷に電力を提供するための電源装置を有し、前記ネットワークは、前記ワイヤ間の配電を制御するための配電回路を含む、ネットワーク。
27. 前記通信ケーブル布線は、少なくとも２対のワイヤを有し、前記配電回路は、ワイヤの前記対間の配電を制御するように構成される、請求項２６に記載のネットワーク。
28. 前記配電回路は、ワイヤの前記対間の電流の分配を制御するように構成される、請求項２７に記載のネットワーク。

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