JP2012016082A

JP2012016082A - 受電装置

Info

Publication number: JP2012016082A
Application number: JP2010147716A
Authority: JP
Inventors: Toshinobu Suzuki; 俊信鈴木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2012-01-19

Abstract

【課題】自装置の負荷の使用電力が規定値を超える場合においても動作可能にする。
【解決手段】通信ケーブル１ａを介して給電装置１から通信データと電力供給を受ける受電装置２において、給電装置１から入力する電力を予め設定された電力値以下に制限する使用電力制限回路７と、自装置に電力供給可能な補助電源回路１０と、自装置における使用電力が使用電力制限回路７を介して与えられる電力値の範囲内であるか否かを判定し、使用電力が前記範囲を超えると判定した場合に、補助電源回路１０から自装置に対して電力供給を行うよう制御する制御回路５とを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば通信ケーブルを介して電力が供給される受電装置に関するものである。

通信ケーブルを介して受電装置に電力を供給する電力供給システムには、例えばＰｏＥ（ＰｏｗｅｒｏｖｅｒＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標。以下省略する。））給電システムがある。ＰｏＥ給電システムは、例えばＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）電話、無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）機器や監視用カメラなど、データ伝送路に通信ケーブルを用いた通信装置に広く採用されており、ケーブル１本でデータ通信と電力供給をできるようにして、電源を確保しにくい場所にも通信装置を設置することを可能にしている。ＰｏＥ給電システムは、通信ケーブルとしてイーサネットケーブルを利用して給電装置（ＰＳＥ：ＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔ）から受電装置（ＰＤ：ＰｏｗｅｒｄＤｅｖｉｃｅ）へ電力を供給するシステムであり、ＩＥＥＥ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．３ａｆやＩＥＥＥ８０２．３ａｔといった規格で規定され標準化されている。ＩＥＥＥ８０２．３ａｆでは、４８Ｖの直流電圧で最大給電電力が１５．４Ｗ、受電装置側での最大使用電力が１２．９５Ｗと規定されており、ＩＥＥＥ８０２．３ａｔでは、最大給電電力が３０．０Ｗ、受電装置側での最大使用電力が２５．５Ｗと規定されている。ＰｏＥ給電システムにおいては、例えば、受電装置側での使用電力がＩＥＥＥ８０２．３ａｆの規定値１２．９５Ｗを超えた場合（規格に準拠していない場合）給電装置から受電装置へ必要な電力量の電力供給が行われず動作しないため、給電装置と受電装置がそれぞれＩＥＥＥ８０２．３ａｆの規格に準拠した構成を採用する必要がある。

このようなＰｏＥ給電システムとしては、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３の構成が開示されている。特許文献１によれば、受電装置は、二重化した回線（ケーブル）のいずれか一方の回線に異常が発生した場合に使用する回線を切り替えて給電装置から給電瞬断しないよう構成されている。特許文献２によれば、受電装置は、異常が発生するとケーブルを介して給電装置へ所定値を超える電流を出力して電力の給電を停止させるよう構成されている。特許文献３によれば、汎用電源から周辺装置への電力給電が優先されており、受電装置は、汎用電源から周辺装置への電力供給が遮断されている場合に、周辺装置への電力供給を行うよう構成されている。

特開２００９−２５３３０７号公報特開２００８−２９４９５１号公報特開２００９−２５３３０７号公報

しかしながら、特許文献１，２，３の受電装置においても、受電装置側での使用電力が規定値を超えた場合、必要な電力が供給されずに動作不可能になるという課題があった。

この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、使用電力が規定値を超える場合においても動作可能な受電装置を提供することを目的とする。

この発明に係る受電装置は、通信ケーブルを介して給電装置から通信データと電力供給を受ける受電装置において、給電装置から入力する電力を予め設定された電力値以下に制限する使用電力制限回路と、自装置に電力供給可能な補助電源回路と、自装置における使用電力が前記使用電力制限回路を介して与えられる電力値の範囲内であるか否かを判定し、使用電力が前記範囲を超えると判定した場合に、補助電源回路から自装置に対して電力供給を行うよう制御する制御回路とを備えたものである。

この発明による受電装置は、上記のように構成したので、使用電力制限回路により給電装置から供給される電力値を規定値以下に制限することができ、また、自装置の使用電力が規定値を超えた場合に補助電源回路から電力を供給することができる。その結果、受電装置は、使用電力が規定値を超える場合においても給電装置からの電力と補助電源回路からの電力を用いて動作することができる。

この発明の実施の形態１に係る受電装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態２に係る受電装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態３に係る受電装置の構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の受電装置２の構成を示す図である。図１において、受電装置２は、通信ケーブル１ａを介して給電装置１に接続されており、１つの通信ケーブル１ａで給電装置１とのデータ通信を行うとともに給電装置１からの電力供給を受ける電力供給システムを構成している。受電装置２が構成する電力供給システムは、例えばＰｏＥであり、通信ケーブル１ａとしてイーサネットケーブルを用いている。給電装置１は、電源を有する外部の装置に設けられており、受電装置２と通信ケーブル１ａを介して接続されると、例えばＩＥＥＥ８０２．３ａｆの規定に基づき、直流電圧４８Ｖ、最大給電電力１５．４Ｗ以下で電力を供給する。

受電装置２は、給電装置１から通信ケーブル１ａを介して通信データと電力供給を受ける装置であり、例えばＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）電話機、無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）機器、光回線終端装置、監視目的としたＷＥＢカメラやネットワークカメラなどに適用されている。

受電装置２は、図１に示すように、通信コネクタ３、通信回路４、制御回路５、受電回路６、使用電力制限回路７、第１電源回路８、第２電源回路９、補助電源回路１０、第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、第１ダイオード１３、第２ダイオード１４で構成されている。

通信コネクタ３は、通信ケーブル１ａを接続するためのコネクタであり、給電装置１側から通信ケーブル１ａを介して通信データと電力を受電装置２内に入力するよう機能する。通信コネクタ３は、通信データを通信回路４へ出力するとともに、電力を受電回路６へ出力する。通信回路４は、通信ケーブル１ａと通信コネクタ３を介して、給電装置１との間で通信データを送受信するよう機能する。

制御回路５は、受電装置２の起動や制御を行うためのＣＰＵ等で構成されており、受電装置２の使用電力が使用電力制限回路７を介して与えられる電力値の範囲内であるか否かを判定し、受電装置２の使用電力が使用電力制限回路７を介して与えられる電力値の範囲を超えると判定した場合、予め設けた補助電源回路１０に対して電力供給を行うよう制御する。一方、制御回路５は、受電装置２の使用電力が使用電力制限回路７を介して与えられる電力値の範囲内、かつ所定の電力値以下の場合、予め設けた補助電源回路１０に対して電力入力を行うよう制御する。

受電回路６は、給電装置１から通信ケーブル１ａと通信コネクタ３を介して供給された電力を、使用電力制限回路７を経由させて、第１電源回路８に出力する。

使用電力制限回路７は、予め設定された電力値以下に制限して電力を入力するよう設計された回路で構成されており、給電装置１から供給される電力を設定値以下に制限するよう機能する。

第１電源回路８と第２電源回路９は、入力した電力の電圧を変換して、受電装置２内の各構成を動作させるための直流電圧を得るよう機能し、一般的にはＤＣ／ＤＣコンバータで構成されている。第１電源回路８は、例えば使用電力制限回路７から入力した電力の電圧を変換して第２電源回路９へ出力する。また、第１電源回路８は、第２スイッチ１２がオンの場合、電圧変換後の電力を補助電源回路１０へ出力する。第２電源回路９は、例えば第１電源回路８から入力した電力の電圧を変換して通信回路４と制御回路５に出力する。

補助電源回路１０は、充電機能を有する回路で構成されており、第１電源回路８から入力した電力を充電し、充電した電力を通信回路４と制御回路５に出力するよう機能する。補助電源回路１０は、例えばニッケル・カドミウム電池などの二次電池（電源）を用いており、第１電源回路８から第２スイッチ１２を介して入力した電力を二次電池に充電する。補助電源回路１０は、第１スイッチ１１がオンになると、二次電池に充電された電力を第２電源回路９と同じ電圧に変換して、第１スイッチ１１を介して通信回路４と制御回路５に出力する。

第１スイッチ１１は、制御回路５からの制御信号に基づき、補助電源回路１０と通信回路４および制御回路５との間を電気的にオン（接続）またはオフ（切断）することで、補助電源回路１０からの電力出力をオン／オフするよう機能する。

第２スイッチ１２は、制御回路５からの制御信号に基づき、第１電源回路８と補助電源回路１０との間を電気的にオン（接続）またはオフ（切断）することで、補助電源回路１０が有する二次電池への充電をオン／オフするよう機能する。

ダイオード１３，１４は電力の逆流を防止するよう機能する。ダイオード１３は、補助電源回路１０と、通信回路４および制御回路５との間に配置されており、補助電源回路１０への電力の逆流を防止する。ダイオード１４は、第２電源回路９と、通信回路４および制御回路５との間に配置されており、第２電源回路９への電流の逆流を防止する。

次に、実施の形態１における受電装置２の動作について説明する。
ここでは、受電装置２がＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格に基づく構成であり、使用電力制限回路７に予め設定された電力値および制御回路５に予め設定された電力値が１２Ｗであるものとして説明する。なお、受電装置２は、ＩＥＥＥ８０２．３ａｔ規格や他の規格に基づく構成であってもよく、その場合、各規格に沿って電力値が予め設定され使用電力制限回路７と制御回路５に記憶される。

受電装置２は、通信ケーブル１ａを介して給電装置１と電気的に接続されると、既知の技術によりＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格に準拠した構成であることが給電装置１に認識され、給電装置１から電力が供給される。このとき、受電装置２の使用電力制限回路７は、給電装置から供給される電力が予め設定された電力値１２Ｗ以下になるよう制限している。

受電回路６は、通信コネクタ３を介して給電装置１からの電力を受けると、使用電力制限回路７を経由させて第１電源回路８へ出力する。第１電源回路８は、使用電力制限回路７を介して受電回路６からの電力を入力すると、例えば電力の電圧４８Ｖを１２Ｖに変換して第２電源回路９へ出力する。第２電源回路９は、第１電源回路８から電力を入力すると、例えば電力の電圧１２Ｖを１．２Ｖに変換して通信回路４と制御回路５へ出力する。

通信回路４は、第２電源回路９から電力を入力すると、通信コネクタ３を介して給電装置１側と通信データを送受信し、データ通信を開始する。
制御回路５は、使用電力制限回路７を介して与えられる電力の最大電力値を超える負荷条件の判断基準（閾値）として、規程のフレーム長、または規定の伝送速度を予め記憶し、この閾値（第１の閾値）を超えるフレーム長（状態値）、または伝送速度（状態値）の通信状態となる場合に最大電力値を超えると判断して第１スイッチをオン、第２スイッチをオフと制御し、この閾値以下のフレーム長、または伝送速度の通信状態の場合は最大電力値以内と判断して第１スイッチをオフ、第２スイッチをオフと制御する。また、制御回路５は、第１の閾値より使用電力が低いフレーム長、または伝送速度を予め記憶し、この閾値（第２の閾値）以下のフレーム長、または伝送速度の通信状態となる場合に第２スイッチをオンと制御する。

制御回路５において最大電力値を超えると判断された場合、第１スイッチ１１は、制御回路５によりスイッチオンと制御され、補助電源回路１０と、通信回路４および制御回路５との間を電気的に接続状態にする。第２スイッチ１２は、制御回路５によりスイッチオフと制御され、第１電源回路８と補助電源回路１０との間を電気的に切断状態にする。補助電源回路１０は、通信回路４および制御回路５と電気的に接続されると、電圧を１．２Ｖに変換して、第１スイッチ１１を介して通信回路４と制御回路５へ電力を出力する。

一方、制御回路５において最大電力値以内と判断された場合、第１スイッチ１１は、制御回路５によりスイッチオフと制御され、補助電源回路１０と、通信回路４および制御回路５との間を電気的に切断状態にする。
さらに、制御回路５において第２の閾値以下のフレーム長、または伝送速度の通信状態であると判断された場合、第２スイッチ１２は、制御回路５によりスイッチオンと制御され、第１電源回路８と補助電源回路１０との間を電気的に接続状態にする。補助電源回路１０は、第１電源回路８から第２スイッチ１２を介して電力を入力すると、二次電池に電力を充電する。この場合、第１スイッチ１１はオフのままである。

このとき、受電装置２の使用電力が１４Ｗである場合、給電装置１から供給される電力供給は使用電力制限回路７により１２Ｗに制限され、使用する電力１４Ｗに対して２Ｗ不足するが、上述した制御回路５の制御により補助電源回路１０の二次電池から２Ｗの電力が通信回路４と制御回路５へ供給されることで、合計電力が１４Ｗとなり動作可能になる。

以上のように、実施の形態１によれば、単一の通信ケーブル１ａを介してデータ通信と電力供給を行う電力供給システムを用いて、電力供給システムにおける給電装置１から通信データと電力供給を受ける受電装置２は、給電装置１から供給される電力を予め設定された電力値以下に制限する使用電力制限回路７と、使用電力制限回路７が入力した電力の電圧を、受電装置２の通信回路４と制御回路５を動作させる電圧に変換する電源回路（第１電源回路８、第２電源回路９）と、二次電池を用いて充電機能を有し、第１電源回路８から入力した電力を充電し、充電した電力を通信回路４および制御回路５へ出力する補助電源回路１０と、補助電源回路１０と通信回路４および制御回路５との間を電気的に接続または切断して、補助電源回路１０からの電力出力をオン／オフする第１スイッチ１１と、第１電源回路８と補助電源回路１０との間を電気的に接続または切断して、補助電源回路１０への電力入力をオン／オフする第２スイッチ１２と、受電装置２における使用電力が使用電力制限回路７を介して与えられる電力値と略等しくなる通信状態を示す第１の閾値を予め記憶しており、受電装置２の通信状態を監視し、受電装置２の通信状態を示す状態値が第１の閾値を超える場合に受電装置２の使用電力が使用電力制限回路７を介して与えられる電力値の範囲を超えると判定し、第１スイッチ１１をオンするとともに第２スイッチをオフして補助電源回路１０から電力供給を行うよう制御する制御回路５とを備えるよう構成したので、使用電力制限回路７により給電装置１から供給される電力値を設定値以下に制限することができ、また、補助電源回路１０により設定値を超えた分の電力を供給することができる。その結果、受電装置２は、使用電力が設定値を超える場合においても給電装置１からの電力と補助電源回路１０からの電力を用いて電力が不足することなく動作することができる。
また、受電装置２は、二次電池を備え二次電池を充電する機能を有する補助電源回路１０と、第１の閾値より低い第２の閾値を予め記憶し、自装置の通信状態を示す状態値が第２の閾値以下の場合に、補助電源回路１０が使用電力制限回路７を介して与えられる電力により二次電池の充電を行うよう制御する制御回路５とを備えるよう構成したので、受電装置２は給電装置１との通信を行いながら充電を行うことができる。

実施の形態２．
実施の形態１においては、補助電源回路１０の二次電池に、充電する構成について説明した。実施の形態２は、二次電池の電圧が低下したことを報知する構成について説明する。

図２は、実施の形態２における受電装置２の構成を示す図である。実施の形態２の受電装置２は、実施の形態１の受電装置２の構成に報知手段としてのＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）１５を加えた構成であり、実施の形態２において、実施の形態１の構成と同様の機能を有する構成については詳細な説明を省略する。

受電装置２は、図２に示すように、通信コネクタ３、通信回路４、制御回路５、受電回路６、使用電力制限回路７、第１電源回路８、第２電源回路９、補助電源回路１０、第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、第１ダイオード１３、第２ダイオード１４、ＬＥＤ（報知手段）１５で構成されている。

ここで、ＬＥＤ１５以外の構成は実施の形態１における構成と同じであるため、ＬＥＤ１５以外の構成については詳細な説明を省略する。
ＬＥＤ１５は、二次電池の残存容量の低下を報知する報知手段として機能する。ＬＥＤ１５は、入力側のアノード１５ａが第１電源回路８の出力側と電気的に接続され、出力側のカソード１５ｂが補助電源回路１０と電気的に接続されている。

次に実施の形態２における受電装置２の動作について説明する。ここでは、ＬＥＤ１５が発光するための動作を説明し、実施の形態１における受電装置２と同じ動作についての説明は省略する。
補助電源回路１０は、二次電池の電圧を監視し、二次電池の電圧値が予め設定された電圧値以下に低下した場合、二次電池の残存容量が少なく充電が必要であると判定し、ＬＥＤ１５のカソード１５ｂ側の電圧を低下させる（ＬＯＷ電位にさせる）。
ＬＥＤ１５は、補助電源回路１０によりカソード１５ｂ側の電圧が低下すると、第１電源回路８により電圧が付加されたアノード１５ａ側との電位差により電流が流れて発光する。

以上のように、実施の形態２によれば実施の形態１の効果に加え、受電装置２は、補助電源回路１０の二次電池の電圧値に基づき、補助電源回路１０の二次電池の残存容量の低下を報知する報知手段としてのＬＥＤ１５と、二次電池の電圧を検知し、二次電池の電圧値が所定の値以下に低下した場合、ＬＥＤ１５のカソード１５ｂ側の電圧を低下させる補助電源回路１０とを備えるよう構成したので、二次電池の残存容量が少なくなった場合にＬＥＤ１５が発光するため、ユーザに二次電池の充電を促すことができる。

実施の形態３．
実施の形態１，２においては、受電装置２内で使用する電力のみを給電装置１から入力する構成について説明した。実施の形態３は、さらに受電装置２が外部機器へ電力を供給する構成について説明する。

図３は、実施の形態３における受電装置２の構成を示す図である。実施の形態３の受電装置２は、実施の形態２の受電装置２の構成に加えて、外部の付属装置１７と電気的に接続するための電源コネクタ１６を加えた構成である。実施の形態３において、実施の形態２の構成と同様の機能を有する構成については詳細な説明を省略する。

受電装置２は、図３に示すように、通信コネクタ３、通信回路４、制御回路５ａ、受電回路６、使用電力制限回路７、第１電源回路８、第２電源回路９、補助電源回路１０、第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、第１ダイオード１３、第２ダイオード１４、ＬＥＤ（報知手段）１５、電源コネクタ１６で構成されている。

ここで、電源コネクタ１６と制御回路５ａ以外は実施の形態２における構成と同じであるため、電源コネクタ１６と制御回路５ａ以外の構成については説明を省略する。
電源コネクタ１６は、外部の付属装置１７と図示しない電力供給ケーブルを介して電気的に接続するための受け口を有するコネクタである。なお、電源コネクタ１６に接続される付属装置１７は、受電装置２の設計段階で決められており、その使用電力も予め設定されている。

制御回路５ａは、実施の形態２の制御回路５の機能に加え、電源コネクタ１６に付属装置１７が接続されて電源コネクタ１６から付属装置１７へ電力供給する際、無条件に第１スイッチ１１を接続状態にして補助電源回路１０の電力出力をオン状態とするよう機能する。

次に、実施の形態３における受電装置２の動作について説明する。ここでは、受電装置２から付属装置１７へ電力を供給する際の動作を説明し、実施の形態２における受電装置２と同じ動作についての説明は省略する。なお、ここでは、例えば受電装置２の使用電力と付属装置１７の使用電力を足し合わせた使用電力が１４Ｗであるものとして説明する。

制御回路５ａは、電源コネクタ１６の状態を監視しており、電源コネクタ１６と付属装置１７が図示しないケーブルを介して電気的に接続されたことを検知すると、付属装置１７へ電力供給が開始されて受電装置２の使用電力と付属装置１７の使用電力を合わせた使用電力値１４Ｗが予め設定された電力値１２Ｗを超えたと判断する。以降の動作は、上述した実施の形態２における受電装置２の使用電力が電力値を超えた場合の動作と同様であるため説明を省略する。

なお、実施の形態３では、実施の形態２の受電装置２の構成に電源コネクタ１６を加えた構成を説明したが、実施の形態１の受電装置２の構成に電源コネクタ１６を加えた構成であってもよい。

以上のように、実施の形態３によれば、受電装置２は、外部の付属装置１７と電気的に接続するための電源コネクタ１６と、電源コネクタ１６の状態を監視しており、付属装置１７と電源コネクタ１６が電気的に接続されたことを検知した場合、電源コネクタ１６を介して付属装置１７に電力供給されると判断し、第１スイッチ１１を無条件にオン状態にして補助電源回路１０から電力供給を行うよう制御する制御回路５ａとを備えるよう構成したので、受電装置２の使用電力と付属装置１７の使用電力を合わせた使用電力が予め設定された電力値を超える場合でも、給電装置１から供給される電力と補助電源回路１０からの電力を用いることができる。その結果、給電装置１から受電装置２を介して外部機器へ電力を供給することができるという効果が得られる。

なお、実施の形態１から実施の形態３における受電装置２は、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆで規定された規格に基づく通信ケーブル１ａを介して給電装置１から給電される構成として説明したが、ＩＥＥＥ８０２．３ａｔ規格や他の規格に基づく通信ケーブル１ａを介して給電装置１から給電される構成であってもよい。

１給電装置、１ａ通信ケーブル、２受電装置、３通信コネクタ、４通信回路、５制御回路、６受電回路、７使用電力制限回路、８第１電源回路、９第２電源回路、１０補助電源回路、１１第１スイッチ、１２第２スイッチ、１３第１ダイオード、１４第２ダイオード、１５ＬＥＤ（報知手段）、１６電源コネクタ、１７付属装置。

Claims

通信ケーブルを介して給電装置から通信データと電力供給を受ける受電装置において、
前記給電装置から入力する電力を予め設定された電力値以下に制限する使用電力制限回路と、
自装置に電力供給可能な補助電源回路と、
自装置における使用電力が前記使用電力制限回路を介して与えられる電力値の範囲内であるか否かを判定し、前記使用電力が前記範囲を超えると判定した場合に、前記補助電源回路から自装置に対して電力供給を行うよう制御する制御回路と
を備えたことを特徴とする受電装置。
前記制御回路は、自装置における使用電力が前記使用電力制限回路を介して与えられる電力値と略等しくなる通信状態を示す第１の閾値を予め記憶し、自装置の通信状態を示す状態値が前記第１の閾値を超える場合に、前記使用電力が前記範囲を超えると判定することを特徴とする請求項１記載の受電装置。
前記補助電源回路は二次電池を備え、この二次電池を充電する機能を有し、
前記制御回路は、前記第１の閾値より低い第２の閾値を予め記憶し、自装置の通信状態を示す状態値が前記第２の閾値以下の場合に、前記補助電源回路が前記使用電力制限回路を介して与えられる電力により前記二次電池の充電を行うよう制御することを特徴とする請求項１または請求項２記載の受電装置。
前記二次電池の残存容量の低下を報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の受電装置。
外部装置と電気的に接続して電力供給するための電源コネクタを備え、
前記制御回路は、前記電源コネクタを介して前記外部装置に電力供給する場合に、前記補助電源回路から自装置に対して電力供給を行うよう制御することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の受電装置。