JP4598084B2 - パワーオーバーイーサネット（登録商標）システムにおける受電側機器のデュアルモード検出 - Google Patents

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、パワーオーバーイーサネット（登録商標）（ＰｏＥ）システムにおける受電側機器（Powered Device）（ＰＤ）の検出のための回路および方法論に関する。

ここ数年にわたり、イーサネット（登録商標）は、最も一般的に用いられるローカルエリアネットワーキングのための方法となってきている。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）ケーブリングを通し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してリンクの両端に位置する給電側機器（Power Sourcing Equipment）（ＰＳＥ）から受電側機器へ電力を送出することを伴う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への、もう１つは電源システムへの接続である。ＰｏＥシステムは、ネットワーク装置に電力を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。代わりに電力は、データ伝送に用いられるイーサネット（登録商標）ケーブリングを通して供給される。

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リング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、ケーブリングへの物理的接続ポイントにおいて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、電力を要求しているＰＤのために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、または必要とされなくなると、電力を切断することである。ＰＤは、電力を要求するために検出シグネチャを提示することにより、ＰＤ検出手順に加わる。ＰＤ検出シグネチャは、ＰＳＥによって測定される電気的特性を有する。

特に、ＰＳＥは、ＰＤのシグネチャ抵抗を求めるために、２．８Ｖ〜１０Ｖの範囲にあ
り、少なくとも１Ｖの電圧差を有する２つの電圧を用いて、そのポートを探査してもよい。１９Ｋオーム〜２６．５Ｋオームの範囲にあるシグネチャ抵抗は、有効な検出シグネチャであると考えられる。

しかしながら、測定中にシグネチャ抵抗またはラインが変化する場合、または検出中の装置が２．８Ｖ〜１５Ｖの範囲にある非線形抵抗を有する場合、ＰＳＥは、非ＰｏＥ装置がＰＤであると間違って判断するかもしれない。ＰＳＥはその場合、この装置に電力を供給しようとするかもしれず、加えられた電力にその装置が耐えられない場合には損傷を引起す。

したがって、ＰＤ誤検出の可能性を低下させるＰＤ検出方式に対する要望が存在する。

開示の概要
この開示は、受電側機器（ＰＤ）を探査するために検出電流を提供することにより第１のモードでＰＤを検出し、ＰＤを探査するために検出電圧を提供することにより第２のモードでＰＤを検出するためのＰＤ検出回路を含む、ＰＤに電力を提供するためのシステムにおいて、ＰＤを検出するための新規な回路および方法論を提供する。第１のモードおよび第２のモードの双方においてＰＤが検出された場合、制御回路は、ＰＤが有効な装置であると判断する。

この開示の一局面によれば、ＰＤ検出回路は、第１のモードでは検出電流に応答して生成された電圧を求め、第２のモードでは検出電圧に応答して生成された電流を求めることにより、ＰＤにおける所定の抵抗を求めてもよい。

この開示の一実施例によれば、ＰＤ検出回路は、第１のモードで動作するための強制電流検出回路と、第２のモードで動作するための強制電圧検出回路とを備えていてもよい。

ＰＤは、第１のモードおよび第２のモードにおいて順次検出される場合、有効な装置であるとみなされてもよい。検出の第１のモードは第２のモードの前に実行されてもよい。制御回路は、ＰＤ検出回路を、第１のモードと第２のモードとの間で切り換えるように制御してもよい。

この開示の別の局面によれば、パワーオーバーイーサネット（登録商標）（ＰｏＥ）システムにおける給電側機器（ＰＳＥ）は、強制電流モードおよび強制電圧モードでＰＤを検出するためのＰＤ検出源と、強制電流モードおよび強制電圧モードの双方においてＰＤが検出された場合、ＰＤの妥当性を確認するための制御回路とを備えていてもよい。

ＰＤ検出源は、強制電流モードでＰＤを探査するために検出電流を生成するための強制電流検出回路と、強制電圧モードでＰＤを探査するために検出電圧を生成するための強制電圧検出回路とを備えていてもよい。

ＰＤのシグネチャ抵抗は、強制電流検出回路によって、検出電流に応答して生成された電圧を測定することにより求められ、強制電圧検出回路によって、検出電圧に応答して生成された電流を測定することにより求められてもよい。

制御回路は、強制電流モードでシグネチャ抵抗を求めるよう強制電流検出回路を制御してもよく、強制電圧モードでシグネチャ抵抗を求めるよう強制電圧検出回路を制御してもよい。

この開示の一方法によれば、ＰＤを検出するために、
強制電流モードにおいて、ＰＤの所定のパラメータを求めるステップと、
強制電圧モードにおいて、ＰＤの所定のパラメータを求めるステップと、
強制電流モードおよび強制電圧モードの双方において、ＰＤの所定のパラメータが有効であるとわかった場合に、ＰＤの妥当性を確認するステップとが実行される。

ＰＤの所定のパラメータは、ＰＤにおける所定の抵抗を含んでいてもよい。
強制電圧モードは、所定の値のテスト電圧を用いてＰＤを探査することにより実行されてもよい。強制電流モードは、所定の値のテスト電圧に対応するテスト電流を用いてＰＤを探査することにより実行されてもよい。

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。詳細な説明では、この開示の実践のために考察された最良の形態の単なる例示として、この開示の実施例が示され、説明される。説明されるように、この開示は他のおよび異なる実施例が可能であり、そのいくつかの詳細は、開示の精神から逸脱することなく、さまざまな明白な点において修正される余地がある。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、例示的なものであるとみなされるべきである。

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良に理解され得る。図中、形状構成は必ずしも縮尺通りに描かれてはいないが、関連する形状構成を最良に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システムにおいてＰＤを検出する例を用いて行なわれる。しかしながら、ここに説明される概念が、電源システムにおいて電力を提供される接続可能な任意の装置を認識することに適用できることは、明らかになるであろう。

図１は、ＰＳＥ１２と、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格で規定された２線リンクなどのリンク１６を介してＰＳＥ１２に接続可能なＰＤ１４とを含む、ＰｏＥシステムにおけるこの開示のＰＤ検出システム１０の簡略ブロック図である。ＰＤ検出システム１０は、ＰＳＥ１２内に配置され得る強制電圧検出源１８、強制電流検出源２０、スイッチング回路２２、およびコントローラ２４を含む。

強制電圧検出源１８は、強制電圧モードでのＰＤ１４の検出を提供する。図２は、電圧源３２と、電圧源３２に直列接続されたソース抵抗Ｒｓｖと、ソース抵抗Ｒｓｖに並列接続された電流モニタ３４とを含む強制電圧検出源１８のテブナン（Thevenin）の等価回路を示す。

強制電圧検出源１８は、ＰＤを検出するための検出電圧Ｖｄｅｔを生成する。たとえば、検出電圧Ｖｄｅｔは、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格で特定されているように、２．８Ｖ〜１０Ｖの範囲で生成されてもよい。ソース抵抗Ｒｓｖは最大１００Ｋオームであってもよい。

強制電圧モードで、強制電圧検出源１８は、ＰＤ１４のシグネチャ抵抗を検出するために２つ以上のテストを実行してもよい。各テストにつき、強制電圧検出源１８は、その出力端子Ｖｄｅｔ＋およびＶｄｅｔ−において検出電圧Ｖｄｅｔを生成する。異なる検出テスト用に生成された検出電圧Ｖｄｅｔ同士の間の最小電圧差は、１Ｖである。

スイッチング回路２２を介し、検出電圧Ｖｄｅｔは、ＰＤシグネチャ抵抗Ｒｓｉｇを含
むＰＤ１４の検出回路に印加される。電流モニタ３４は、印加された検出電圧Ｖｄｅｔに応答して生成された電流Ｉｒｅｓを求める。ＰＤ検出の強制電圧モードにおけるＰＤ１４のシグネチャ抵抗Ｒｓｉｇは、Ｒｓｉｇ＝ΔＶｄｅｔ／ΔＩｒｅｓとして求められ、式中、ΔＶｄｅｔは異なるテストでの検出電圧間の差であり、ΔＩｒｅｓはそれぞれの検出電圧に応答して生成された電流間の差である。

ＰＤのシグネチャ抵抗Ｒｓｉｇは、予め規定された範囲内になければならない。たとえば、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格に準拠したＰＤについては、シグネチャ抵抗は１９Ｋオーム〜２６．５Ｋオームの範囲内になければならない。

強制電流検出源２０は、強制電流検出モードでのＰＤ１４の検出を提供する。図３は、電流源４２と、電流源４２に並列接続されたソース抵抗Ｒｓｃと、ソース抵抗Ｒｓｃに並列接続された電圧モニタ４４とを含む強制電流検出源２０のノートンの等価回路を示す。

ＰＤ１４を検出するための各テストにおいて、強制電流検出源２０は、予め規定された有効電圧範囲にある検出電圧Ｖｄｅｔに対応する検出電流Ｉｄｅｔを生成する。たとえば、有効なＶｄｅｔの電圧範囲は、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格で特定されているように、２．８Ｖ〜１０Ｖであってもよい。ソース抵抗Ｒｓｃは１００Ｋオーム〜１００Ｍオームの範囲にあってもよい。異なる検出テスト用に生成された検出電流Ｉｄｅｔの値間の最小電流差は、Ｖｄｅｔの電圧差である１Ｖに対応している。

スイッチング回路２２を介し、検出電流Ｉｄｅｔは、ＰＤシグネチャ抵抗Ｒｓｉｇを含むＰＤ１４の検出回路に供給される。電圧モニタ４４は、供給された検出電流Ｉｄｅｔに応答して生成された電圧Ｖｒｅｓを求める。ＰＤ検出の強制電流モードにおけるＰＤ１４のシグネチャ抵抗Ｒｓｉｇは、Ｒｓｉｇ＝ΔＶｒｅｓ／ΔＩｄｅｔとして求められ、式中、ΔＩｄｅｔは異なるテストでの検出電流間の差であり、ΔＶｒｅｓはそれぞれの検出電流に応答して生成された電圧間の差である。

ＰｏＥリンク１６と検出源１８および２０の出力端子との間に結合されたスイッチング回路２２は、動作の強制電圧モードでは強制電圧検出源１８からＰｏＥリンク１６に検出電圧Ｖｄｅｔを供給し、強制電流モードでは強制電流検出源２０からＰｏＥリンク１６に検出電流Ｉｄｅｔを供給するよう、コントローラ２４によって制御される。また、スイッチング回路２２は、強制電圧源１８または強制電流検出源２０に、強制電圧モードまたは強制電流モードにおけるそれぞれの検出電圧または電流に応答して生成された電流または電圧をそれぞれ転送する。

図４は、ＰＤ検出システム１０を制御するためにコントローラ２４によって実行される制御アルゴリズムを示すフローチャートである。コントローラ２４は、ＰＳＥ１２に配置される状態機械またはマイクロコントローラであってもよい。ＰＤ検出手順が開始された（ステップ１０２）後で、コントローラ２４はＰＤ検出システム１０を強制電流モードに切換えてもよい。このモードで、コントローラ２４は、検出電流Ｉ₁をＰＤ１４に印加し、検出電流Ｉ₁に応答して生成された電圧Ｖ₁を測定するよう、強制電流検出源２０を制御する（ステップ１０４）。その後、コントローラ２４は、検出電流Ｉ₂をＰＤ１４に印加し、検出電流Ｉ₂に応答して生成された電圧Ｖ₂を測定するよう、強制電流検出源２０に指令する（ステップ１０６）。

印加された検出電流の値と求められた応答電圧の値とに基づき、コントローラ２４は、ＰＤ１４のシグネチャ抵抗Ｒｓｉｇを、Ｒｓｉｇ＝（Ｖ₂−Ｖ₁）／（Ｉ₂−１₁）により計算する（ステップ１０８）。次に、コントローラ２４は、このシグネチャ抵抗が有効値かどうか、すなわち、このシグネチャ抵抗が予め規定された範囲内にあるかどうかを判断す
る（ステップ１１０）。たとえば、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格に準拠したＰＤの妥当性を確認するために、コントローラ２４は、シグネチャ抵抗が１９Ｋオーム〜２６．５Ｋオームの範囲内にあるかどうかを判断する。

計算されたシグネチャ抵抗Ｒｓｉｇが有効値ではない場合、コントローラ２４は、ＰＤ１４がＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格に準拠した装置ではないと結論付け、検出手順を終了する（ステップ１１２）。

シグネチャ抵抗Ｒｓｉｇが有効であるとコントローラ２４が判断した場合、ＰＤ１４がＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格に準拠した装置かどうかについて結論を下すことはまだできない。たとえば、応答電圧の測定中にＰＤ１４のシグネチャ抵抗またはＰｏＥラインが変化する場合、またはＰＤ１４が検出値の範囲にある非線形抵抗を有する場合、ＰＳＥは、ＰＤ１４がＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格に準拠した装置であると間違って判断するかもしれない。ＰＳＥ１２はその場合、この装置に電力を供給しようとするかもしれず、加えられた電力にその装置が耐えられない場合には損傷を引起す。

したがって、コントローラ２４は、検出されたＰＤの妥当性をさらに確認するために、ＰＤ検出システム１０を動作の強制電圧モードに切換える。この開示のＰＤ検出手順は強制電流検出モードから始まる。なぜなら、このモードは、シグネチャ抵抗をより正確に求めるために、ＰｏＥラインに関連するノイズをＰＤ検出システム１０がより良好に拒否できるようにするからである。このため、最初の検出モードでの検出を実行した後で、非準拠ＰＤは拒否され得る。しかしながら、強制電流検出モードの前に強制電圧検出モードを実行してもよい。

強制電圧検出モードで、コントローラ２４は、検出電圧Ｖ₃をＰＤ１４に印加し、検出電圧Ｖ₃に応答して生成された電流Ｉ₃を測定するよう、強制電圧検出源１８を制御する（ステップ１１４）。その後、コントローラ２４は、検出電圧Ｖ₄をＰＤ１４に印加し、検出電圧Ｖ₄に応答して生成された電流Ｉ₄を測定するよう、強制電圧検出源１８を制御する（ステップ１１６）。

次に、コントローラ２４は、ＰＤ１４のシグネチャ抵抗Ｒｓｉｇを、Ｒｓｉｇ＝（Ｖ₄−Ｖ₃）／（Ｉ₄−Ｉ₃）により計算し、計算されたシグネチャ抵抗が予め規定された範囲内にあるかどうか、すなわち有効値かどうかを判断する（ステップ１１８）。強制電圧モードでのシグネチャ抵抗についての予め規定された範囲は、強制電流モードでのこの範囲と一致していてもよい。

計算されたシグネチャ抵抗Ｒｓｉｇが有効値ではない場合、コントローラ２４は、ＰＤ１４がＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格に準拠したＰＤではないと結論付け、検出手順を終了する（ステップ１１２）。しかしながら、シグネチャ抵抗Ｒｓｉｇが予め規定された範囲内にある場合、ＰＤ１４の妥当性が確認される（ステップ１２０）。

誤検出の可能性をさらに低下させるために、ＰＤ１４を有効な装置であるとみなす前に、さらなるＰＤ検出手順を強制電流検出モードおよび／または強制電圧検出モードで実行してもよい。

ＰＤ１４の妥当性を確認後、ＰＳＥ１２は、ＰＤ１４のクラスを判断するために分類手順を実行し、要求された量の電力をＰＤ１４に提供してもよい。

前述の説明は、本発明の局面を例示し、説明する。加えて、この開示は単なる好ましい実施例を示し、説明しているが、前述のように、本発明は、さまざまな他の組合わせ、修
正および環境において使用可能であること、ならびに、ここに表現されるような発明の概念の範囲内における、上述の教示、および／または関連技術の技能もしくは知識に対応した変更または修正が可能であることが理解されるべきである。

上述の実施例はさらに、本発明の実践について知られる最良の形態を説明するよう意図されており、また、他の当業者が本発明をこのようなまたは他の実施例において、本発明の特定の用途または使用によって必要とされるさまざまな修正を伴って利用できるようにするよう意図されている。

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意図されてはいない。また、添付された請求項は、代替的な実施例を含むよう解釈されることが意図される。

この開示に従った、ＰＤを検出するための例示的なシステムを示すブロック図である。 強制電圧検出源のテブナンの等価回路を示す図である。 強制電流検出源のノートンの等価回路を示す図である。 強制電流検出モードおよび強制電圧検出モードにおいてＰＤを検出するためのシステムの動作を制御するための制御アルゴリズムを示すフローチャートである。

Claims (20)

1. 受電側機器（ＰＤ）に電力を提供するためのシステムであって、
   ＰＤを探査するために検出電流を提供することにより第１のモードでＰＤを検出し、ＰＤを探査するために検出電圧を提供することにより第２のモードでＰＤを検出するためのＰＤ検出回路と、
   第１のモードおよび第２のモードの双方においてＰＤが検出された場合、ＰＤが有効な装置であると判断するための制御回路とを備える、システム。
2. ＰＤ検出回路は、第１のモードでは検出電流に応答して生成された電圧を求め、第２のモードでは検出電圧に応答して生成された電流を求めるために構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. ＰＤ検出回路は、第１のモードで動作するための強制電流検出回路と、第２のモードで動作するための強制電圧検出回路とを備える、請求項１に記載のシステム。
4. ＰＤ検出回路は、第１のモードおよび第２のモードにおいてＰＤにおける所定の抵抗を求めるよう構成されている、請求項１に記載のシステム。
5. ＰＤ検出回路は、第１のモードおよび第２のモードにおいて順次ＰＤを検出するよう構成されている、請求項１に記載のシステム。
6. ＰＤ検出回路は、第２のモードでＰＤを検出する前に、第１のモードでＰＤを検出するよう制御されている、請求項５に記載のシステム。
7. 制御回路は、第１および第２のモードで動作するようにＰＤ検出回路を制御するよう構成されている、請求項１に記載のシステム。
8. パワーオーバーイーサネット（登録商標）（ＰｏＥ）システムにおける給電側機器（ＰＳＥ）であって、
   強制電流モードおよび強制電圧モードでＰＤを検出するためのＰＤ検出源と、
   強制電流モードおよび強制電圧モードの双方においてＰＤが検出された場合、ＰＤの妥当性を確認するための制御回路とを備える、ＰＳＥ。
9. ＰＤ検出源は、強制電流モードでＰＤを探査するために検出電流を生成するための強制電流検出回路と、強制電圧モードでＰＤを探査するために検出電圧を生成するための強制電圧検出回路とを備える、請求項８に記載のＰＳＥ。
10. 強制電流検出回路は、検出電流に応答して生成された電圧を求めるために構成され、強制電圧検出回路は、検出電圧に応答して生成された電流を求めるために構成されている、請求項９に記載のＰＳＥ。
11. ＰＤ検出源は、強制電流モードおよび強制電圧モードにおいてシグネチャ抵抗を求めるよう構成されている、請求項８に記載のＰＳＥ。
12. ＰＤ検出源は、強制電流モードおよび強制電圧モードにおいて順次ＰＤを検出するよう構成されている、請求項８に記載のＰＳＥ。
13. ＰＤ検出源は、強制電圧モードでＰＤを検出する前に、強制電流モードでＰＤを検出するよう構成されている、請求項８に記載のＰＳＥ。
14. 制御回路は、強制電流モードおよび強制電圧モードで動作するようにＰＤ検出源を制御するために構成されている、請求項８に記載のＰＳＥ。
15. ＰＤを検出する方法であって、
    強制電流モードにおいて、ＰＤの所定のパラメータを求めるステップと、
    強制電圧モードにおいて、ＰＤの前記所定のパラメータを求めるステップと、
    強制電流モードおよび強制電圧モードの双方において、ＰＤの前記所定のパラメータが有効であるとわかった場合に、ＰＤの妥当性を確認するステップとを備える、方法。
16. ＰＤの前記所定のパラメータは、ＰＤにおける所定の抵抗を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 強制電流モードおよび強制電圧モードは順次実行される、請求項１５に記載の方法。
18. 強制電流モードは、強制電圧モードの前に実行される、請求項１５に記載の方法。
19. 強制電圧モードは、所定の値のテスト電圧を用いてＰＤを探査することにより実行される、請求項１５に記載の方法。
20. 強制電流モードは、前記所定の値の前記テスト電圧に対応するテスト電流を用いてＰＤを探査することにより実行される、請求項１９に記載の方法。

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