JP5725895B2 - 給電システム - Google Patents

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Description

本発明は電力を供給するための伝送線路におけるインピーダンスの不平衡を補正する給電システムに関する。
従来、イーサネット(登録商標)ケーブル等の通信線路を通じて電力を供給するためのシステムとして、IEEE802.3af規格にて定められているPoE(Power over Ethernet(登録商標))がある。
PoEでは、給電装置PSE(Power Sourcing Equipment)から受電装置PD(Powered Device)への給電が行われる。給電のシーケンスはIEEE802.3af規格において規格化されており、PoEでは、検出、分類、給電という3つのフェーズによってPSEからPDへの給電が行われる。PDは25KΩ(代表値)の認証用抵抗を内蔵しており、検出フェーズにおいて、PSEが低電圧を出力することにより線路にPDが接続されたことを検出する。検出に用いられる低電圧は2.8〜10Vであり、電流は最大5mAが供給される。PD内の認証用抵抗にPSEから出力された電圧がかかると、線路に25KΩに対応する電流が流れる。25KΩに対応する電流値をPSEが検知するとPSEは分類フェーズに移行する。分類フェーズでも同様にPDが内蔵する抵抗値により生じる所定の電流をPSEが検知することで、PDの消費電力の分類がなされる。その後に給電フェーズに移行して、一般には48Vの電圧が給電され、PDは12.95Wまでの電力消費が許可される(例えば、特許文献1、非特許文献1〜2参照)。
また従来、データ転送に使用されるUTPケーブルの2ペア線を用いて遠隔給電を実現する給電システムにおいて、極性の反転など伝送線路の異常状態を検知して報知する給電システムが知られている(例えば、特許文献2)。
特開2008−154069号公報 特開2000−134228号公報
IEEE Standards Association Standards Board発行、「IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications Amendment: Data Terminal Equipment (DTE) Power via Media Dependent Interface (MDI)」、Approved 12 June 2003、33C.1.10 Test Procedure PSE−10 (turn on, detection and classification time) http://telec.org/feature/feature13.html
従来の給電装置と従来の受電装置は例えばそれぞれツイストペアケーブルによって構成される第1と第2の伝送線路により接続される。この場合、第1の浮遊容量C1が第1の伝送線路と給電装置の筐体FG(Frame Ground)と間に存在する。また、第2の浮遊容量C2が第2の伝送線路と給電装置の筐体FGに存在する。一般には浮遊容量C1≠浮遊容量C2である。浮遊容量C1≠浮遊容量C2であると、伝送線路の平衡状態が乱れ、耐ノイズ性が低下して、給電装置内にあるAC(交流)電源からの50/60HzのACノイズ(HUMノイズ)が混入することとなる。また、HUMノイズ混入のノイズ源としては、受電装置(例えば、ネットワークカメラ)に接続された外部機器(例えば、映像モニタ)に内蔵のAC電源もあり得る。
こうして伝送線路にHUMノイズが混入すると、給電装置が受電装置の検出を行う給電システムにおいては、検出のために用いられる低電圧(以下、検出用電圧)に例えば振幅xxVppの50/60HzACノイズが重畳される。
重畳されたACノイズの振幅が大きくなると、受電装置が検出用電圧を受けることによって生じる電流の値が、給電装置の検出器が受電装置を検出する電流値の範囲を超える値となり、検出NGとなる。このようにして給電装置は検出を繰り返して、次フェーズに進めず、給電が開始されないために受電装置が起動しないという課題がある。
そこで、特許文献2に記載のような伝送線路の異常状態を検出する検出装置を給電装置側に設けて、検出装置が異常を検知した場合に伝送線路のインピーダンスを調整することで給電装置が受電装置を検出できるようにすることができる。しかし、インピーダンス調整装置を電力供給側に設けるには既設の給電装置やその設置状態など、ネットワーク設備を交換する必要がある。一方で、受電装置側に伝送線路のインピーダンス調整装置を設ければ、上述のようなネットワーク設備の大規模な交換は必要ない。しかし、受電装置側に伝送線路のインピーダンス調整装置を設けて、給電が開始される前に伝送線路のインピーダンス不平衡を補正して給電装置が受電装置を検出できるようにするには、インピーダンス調整装置を稼動させるための電力を給電開始前に確保しなくてはならないという課題がある。
上記課題を鑑みて本発明は、既存の電力供給装置等の設備を交換することなく、給電が開始される前に伝送線路のインピーダンス不平衡を補正する給電システム及び受電装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、給電装置と、前記給電装置から一対の線路を介して電力を受電する受電装置とを有し、前記給電装置は前記一対の線路を介して前記受電装置に検出用信号を出力して前記受電装置から所定の応答がなされたことを前記給電装置が検出した後に前記給電装置から前記受電装置へ給電を開始する給電システムであって、前記受電装置は、前記検出用信号に対して前記所定の応答をするための所定の抵抗値を有する認証抵抗と、前記給電装置から出力された検出用信号による電力を蓄積する蓄積手段と、前記一対の線路におけるインピーダンスの不平衡を補正する補正手段とを有し、前記蓄積手段は、前記蓄積した電力を前記補正手段に供給し、前記補正手段は、前記蓄積手段に蓄積された電力が前記補正手段に供給された後であって前記給電装置が前記所定の応答を検出する前に前記一対の線路のインピーダンスの不平衡を補正し、前記インピーダンスの不平衡の補正後に前記認証抵抗に通電が行われる
本発明によれば、伝送線線路のインピーダンスの不平衡を受電装置側で補正しつつ、接続性の向上したシステムを構築可能である。また、給電装置と受電装置との接続性向上が可能である。
本発明の一実施形態の給電システムを示すブロック図 本発明の一実施形態の受電装置を示すブロック図 本発明の一実施形態の電力蓄積部を示す図 本発明の一実施形態の不平衡検出部、及び、不平衡補正部を示す図 本発明の一実施形態の説明のためのシーケンス図 実施例2における補正部の一実施形態を示す図 実施例2における補正部の一実施形態を示す図 実施例2における補正部の一実施形態を示す図 本発明の一実施形態の受電装置検出、分類と給電の説明のためのシーケンス図
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の給電システムの構成図である。
<実施例1>
まず、図1(a)を用いて、本発明の一実施例による給電システムの構成について説明する。給電装置12と受電装置11は線路17及び線路18の一対の線路からなる伝送線路10を介して接続されている。
本実施例において線路17と線路18のそれぞれの線路はツイストペアケーブルからなり、平衡伝送を行う。本実施例では線路17及び線路18としてツイストペアケーブルを用いる場合について説明するが、必ずしもツイストペアケーブルである必要はなく、線路17及び線路18はそれぞれ1本の線路で構成されるものであっても良い。伝送線路10には給電回路13によって給電装置12からの直流電圧が印加され、その上に給電側通信回路14によって平衡線路の差動信号が重畳される。あるいは、図1(b)に示したように、給電システムは2対の伝送線路を有し、1対(以下、17a、18aという)の伝送線路(以下、10aという)は給電のため、他の1対(以下、17b、18bという)の伝送線路(以下、10bという)は通信信号送受信のために用いられる構成であってもよい。
給電装置12は受電装置11に給電を行う。給電装置12は給電を実行する給電回路13と、給電装置12と受電装置11との間の通信を実現する給電側通信回路14と給電回路13及び給電側通信回路14を制御するCPU21とメモリ23とを有する。さらに、給電回路13は、検出器20及び給電器22を有する。検出器20は線路17及び線路18(又は図1(b)の場合17aと18a)に流れる電流の値を測定し、CPU21へ出力する。また、給電器22はCPU21の命令を受け、線路17と線路18(又は17aと18a)を介して、受電装置11へ電力を出力する。メモリ23はCPU21が処理を実行するために必要な後述の動作に対応するプログラム、データを蓄積し、また、作業領域をCPU21に提供する。
受電装置11は給電装置12から電力を受電する。受電装置11は給電装置12から受電した電力を、後述の受電装置回路9と、電力蓄積部1及び補正部19に供給する受電回路15と、給電装置12からの通信信号を受電装置回路9とに送る受電側通信回路16とを有する。受電装置としてはネットワークカメラやラップトップコンピューター、プリンタ、プリンターサーバー等が想定されるが、特に限定しない。
図2を用いて受電装置11の構成について詳細に説明する。伝送線路10は、LAN用モジュラーコネクタであるRJ45コネクタ6を介して伝送トランス7に接続される。伝送トランス7の1次側では、図示しない終端素子で終端がなされ、また、印加されている給電電圧を出力する。2次側では、直流成分の無い差動信号がトランシーバ8に接続される。トランシーバ8は通信信号の物理層をサポートするデバイスであり、図1に示した受電側通信回路16を構成する。トランシーバ8はデータ送信時は受電装置回路9より受信した差動信号に基づき、伝送トランス7を介して伝送線路10を駆動する。データ受信時は伝送線路10から伝送トランス7を介して受信した差動信号を受電装置回路9へ送信する。
i/f(インターフェース)回路4は受電装置検出用の抵抗及び分類用の認証抵抗を有し、PES12と共同して受電装置の検出、分類、及び給電という一連のシーケンスを実現し、後述の給電電源回路5と共に図1に示した受電回路15を構成する。以下、検出、分類、及び給電の一連のシーケンスにおけるCPU21、給電器22及びi/f回路4の動作を、図9を用いて説明する。
1.検出 受電装置11が伝送線路10に接続されると、i/f回路4内にある検出用抵抗は、CPU21の命令を受けて給電器22から周期的に出力される受電装置検出用の電圧を受けて通電し、所定の電流を応答として給電装置12に出力する。そして、所定の値の電流を受けた給電装置12の検出器20は検出した電流値をCPU21へ出力する。CPU21は所定の電流値を検知すると受電装置11が接続されたことを検出する。具体的には、例えば、i/f回路4は25KΩの検出用抵抗を有する。給電装置12内の給電器22はCPU21の命令を受け(S901)、周期的に線路17に2.8V〜10Vの検出用電圧を検出用信号として出力する(S902)。そして、線路17及び線路18に接続された受電装置11内のi/f回路4内にある検出用抵抗が検出用電圧を受けて通電されると、25KΩに対応する値の電流が線路17及び線路18に流れる(S903)。検出器20は線路17及び線路18に流れる電流を測定し、CPU21に測定値を出力する。CPU20は線路17及び線路18に流れる電流値が、i/f回路4内の25KΩの抵抗値を有する検出用抵抗に対応する値となっている場合に(S904でYesの場合)、受電装置11が伝送線路10に接続されたと判断する(S905)。
2.分類 次に、給電装置12におけるCPU21は受電装置11の接続を検出すると、続いて、検出された受電装置の消費電力の分類を行うため、給電器22が線路17に分類用電圧を出力するように命令する。i/f回路4内の分類用の抵抗は受電装置分類用の電圧を受けて通電し、所定の電流を給電装置12に応答として出力する。給電装置12の検出器20は入力された電流を測定して、CPU21に測定値を出力する。CPU21は測定値に基づき、受電装置11の消費電力の分類を行う。具体的には、CPU21は受電装置の接続を検出すると分類用電圧を出力するように給電器22に命令する(S906)。そして、給電装置12の検出器20は線路17に、例えば、15.5V〜20.5Vの範囲の電圧を出力する(S907)。すると、線路17に接続された受電装置11内のi/f回路4内にある分類用抵抗が分類用電圧を受けて通電されることにより、所定の電流が線路17及び線路18に流れる(S908)。検出器20は線路17及び線路18に流れる電流を測定する。そして、検出器20は測定された電流の値をCPU21に出力する。CPU21は検出器20から出力された電流値によって受電装置の消費電力を識別する(S909)。
3.給電 受電装置の消費電力の分類が行われると、給電装置12におけるCPU21は受電装置11へ給電を開始するよう給電器22に命令する(S910)。i/f回路4は給電器22から線路17を介して給電を受けると(S911)、給電電源回路5へ給電電圧を出力する(S912)。給電電源回路5はi/f回路4より給電電圧を受け、給電電源回路5内にあるDC/DCコンバータ等で電圧を変換し安定化させる。
このようなシーケンスは上述のものに限られず、給電装置12のCPU21が検出用電圧を用いて受電装置11の接続を検出した後に給電装置12から受電装置11へ給電が開始されれば良い。また、給電器22が出力する検出用電圧や受電装置の消費電力を分類するための分類用電圧の値は上述の値に限定されるものではない。
受電装置回路9は受電装置本体の回路であり、給電電源回路5から電源供給を受け、送受信データをトランシーバ8経由でハンドリングし、所定の用途に使用する。
電力蓄積部1は給電装置12から送信された検出用電圧の電力を蓄積し、後述の不平衡検出部2、及び不平衡補正部3へ電力を供給する。図3に電力蓄積部1の詳細な構成を示す。ダイオードブリッジ101は線路の極性を一致させ整流し、キャパシタ102は電荷を蓄積する。ここでは機能を実現するためのデバイスとして電気二重層キャパシタを用いる。ダイオードブリッジ101の入力は、伝送トランス7の中間タップTapP、TapNに接続されている。ここで、給電のシーケンスにおける検出フェーズにおいては、2.8〜10Vの電圧、最大5mAの電流が周期的に供給される。この電圧及び電流を整流して、電気二重層キャパシタ102を充電する。充電電圧が所定電圧Vddに達すると、当該電圧が不平衡検出部2及び不平衡補正部3へ電源電圧として供給される。
不平衡検出部2は図2に示す様に伝送線路10(又は10a)のインピーダンスの不平衡状態を検出し、TapP−FG間電圧と他方のTapN−FG間電圧との電圧差分に応じた電圧を出力する。不平衡補正部3は可変インピーダンス31、可変インピーダンス32、制御回路33、制御回路34を有し、制御回路33、制御回路34はそれぞれ不平衡検出部2から電圧の出力を受け伝送回路10(又は10a)のインピーダンスが平衡状態となるように補正する。すなわち、補正後に、線路17(又は17a)のインピーダンスは線路18(または18a)と実質的に等しくなるようになる。このようにして、例えば、線路17(または17a)とFGとの間の浮遊容量と線路18(又は18a)とFGとの間の浮遊容量の不一致に起因するインピーダンスの不平衡状態を補正することができる。不平衡検出部2及び不平衡補正部3は図1(a)、(b)の補正部19を構成する。
不平衡検出部2の詳細な構成を図4を参照して説明する。抵抗器204、抵抗器205はTapNとFG間の電圧を分圧し、抵抗器208、抵抗器209はTapPとFG間の電圧を分圧する。抵抗器206、抵抗器207はオペアンプ201により反転増幅器を構成し、当該反転増幅器の反転入力端子には分圧されたTapNとFG間の電圧が入力される。抵抗器210、抵抗器211はオペアンプ201により非反転増幅器を構成し、当該非反転増幅器の非反転入力端子には分圧されたTapPとFG間の電圧が入力される。当該反転増幅器と当該非反転増幅器とにより、オペアンプ201は差動増幅器として動作し、TapP−FG間電圧とTapN−FG間電圧との電圧差分に応じた電圧を出力する。
不平衡補正部3の構成をさらに図4を用いて説明する。抵抗器307、抵抗器308はオペアンプ305とともに反転増幅器を構成し、当該反転増幅器の反転入力端子には前述の差動増幅器の出力電圧Wが抵抗器307を介して入力される。当該反転増幅器の非反転入力端子には、FGを基準電位とした基準電圧源311が接続される。抵抗器309、310はオペアンプ306により非反転増幅器を構成し、当該非反転増幅器の非反転入力端子には、前述の差動増幅器の出力電圧が入力される。当該反転増幅器の非反転入力端子には、FGを基準電位とした基準電圧源312が接続される。基準電圧源311、基準電圧源312は、閾値に対応する。不平衡検出部2が検出した不平衡の量が所定の値の範囲を超えると、不平衡補正部3が補正動作を開始するように閾値が設定されている。なお、図示した基準電圧源311、312の極性はいずれであっても良い。
オペアンプ305、オペアンプ306の出力は、それぞれバリキャップダイオード301、バリキャップダイオード302、及び抵抗器303、抵抗器304に接続されている。抵抗器303はTapPに、抵抗器304はTapNにそれぞれ接続されている。これらの素子により、順にTapP、TapNの不平衡が補正されるようなフィードバックループが形成される。ここでは機能を実現するためのデバイスとしてバリキャップダイオード(容量可変ダイオード)を用いたがこれに限定せず、電圧により容量を可変な素子であれば良い。
次に、上述の構成からなる本実施例における給電システムの動作の流れを、図5のシーケンス図に基づき説明する。伝送線路10のインピーダンスは不平衡であると仮定する。図1において、受電装置11が伝送線路10に接続前の状態では、給電装置12は受電装置検出を行い、前述したように給電装置12からは受電装置検出用電圧が周期的に送出されている(S501)。
受電装置11が伝送線路10に接続されると(S502)、電力蓄積部1はダイオードブリッジ101が検出用電圧による電圧及び電流を整流して、電気二重層キャパシタ102に充電する。充電電圧が所定電圧Vddに達すると、当該電圧が不平衡検出部2、不平衡補正部3の各部へ供給される(S503)。
電源電圧が供給されると不平衡検出部2では、前述したオペアンプ201を差動増幅器として動作させ、TapP−FG間電圧、及びTapN−FG間電圧の電圧差分に応じた電圧Wを出力する(S504)。続いて、受電装置11は以下のようにして伝送線路10のインピーダンスが平衡状態となるように補正する(S505)。反転増幅器としてのオペアンプ305の出力電圧はY+R308/R307(Y−W)を出力する。ただし、R308は抵抗器308の抵抗値であり、R307は抵抗器307の抵抗値である。非反転増幅器としてのオペアンプ306は−(R310/R309)X+(1+R310/R309)Wを出力する。ここで、R310は抵抗器310の抵抗値であり、R309は抵抗器309の抵抗値である。出力電圧XとYは、それぞれTapP−FG間電圧とTapN−FG間電圧の間の電圧差の最大閾値と最小閾値に対応する。例えば、最小閾値は‐1V、最大閾値は1Vとすることができる。出力値Xは最小閾値と抵抗値R309とR308に応じて設定される。例えば、抵抗器308が抵抗器307の抵抗値の9倍の抵抗値を有する場合であって、Y=+1.1Vの場合、オペアンプの出力電圧はW=+1Vのとき+20Vとなり、W=−1Vのとき+2Vとなる。
ここで、一般にインピーダンスは直流抵抗+交流抵抗で示され、下記式で表される。
R+1/2πfC+2πfL・・・式(1)
R:直流抵抗[Ω] f:周波数[Hz] C:静電容量[F] L:インダクタンス[H]
混入するACノイズは主にコモンモードであり、ノイズ源から伝送線路10を通りFGへ流れるノイズ電流は等しい。従って、ノイズを含んだ場合であっても線路17及び線路18を流れる電流は等しい。また、TapP−TapN間が平衡状態のときには、TapP−FG間インピーダンスとTapN−FG間インピーダンスとが等しくなる。従って、TapP−TapN間が平衡状態のときには、ノイズ電流とインピーダンスの積が電圧として検出され、|TapP−FG間電圧|=|TapN−FG間電圧|と成る。しかし、TapP−TapN間が不平衡状態のときには、|TapP−FG間電圧|≠|TapN−FG間電圧|となる。TapP−FG間電圧及びTapN−FG間電圧の値を絶対値で表した理由は、給電の極性を考慮したためである。TapPとTapNは給電装置12から受電装置11へ出力される電流の往路と復路なので、TapP−FG間電圧とTapN−FG間電圧との極性は逆になっている。
TapPとTapNとの間が平衡状態である場合、|TapP−FG間電圧|=|TapN−FG間電圧|であり、作動増幅器としてのオペアンプ201の出力Wはおよそ0となる。ここで、浮遊容量などの差異により、|TapP−FG間電圧|<|TapN−FG間電圧|となったとすると、前述の差動増幅器としてのオペアンプ201の出力電圧WはTapP−TapN間が平衡状態である場合と比べて小さくなり、0以下の値となる。
この場合、オペアンプ306の出力電圧は高い正の値から低い正の値に減少する。すると、オペアンプ306の出力電圧に応じて、バリキャップダイオード302の印加電圧が減少する。一般にバリキャップダイオードの静電容量は印加電圧の平方根に反比例するため、入力される電圧が増大し、バリキャップダイオード302の静電容量は増加する。その結果、式(1)の交流抵抗分が減少し、TapNのインピーダンスが減少する。その結果、電圧差分である|TapN−FG間電圧|が減少する。バリキャップダイオードには常に逆バイアスがかけられていなくてはならない。従って、オペアンプ306によってバリキャップダイオード302のカソードに入力される値は常にアノードに入力される値よりも大きい正の値でなくてはならない。なお、差動増幅器としてのオペアンプ201の出力電圧Wはオペアンプ305にも入力されるが、W<<最大閾値(例えば+1V)なので、オペアンプ305の出力電圧は最大の正の値となる。そしてバリキャップダイオード301に入力される電圧はオペアンプ305からの出力電圧に応じて増大する。従って、バリキャップダイオード301の静電容量は減少する。従って、TapPには実質的にほぼ負荷がない状態となる。以上のようにして、前述の差動増幅器としてのオペアンプ201の出力電圧Wが閾値X以上となるようなフィードバックが行われる。このような制御が働き、不平衡が補正される。
一方、|TapP−FG間電圧|>|TapN−FG間電圧|のときは、前述の差動増幅器としてのオペアンプ201の出力WがTapP−TapN間が平衡状態である場合と比べて大きくなり、正の値をとる。この場合、オペアンプ306の出力電圧は高い正の値から低い正の値に減少する。すると、オペアンプ305の出力に応じてバリキャップダイオード301の印加電圧が減少する。前述のようにバリキャップダイオードの静電容量は印加電圧の平方根に反比例するため、バリキャップダイオード301の静電容量が増加する。その結果、交流抵抗分が減少し、TapPのインピーダンスが減少する。以上のようにして、前述の差動増幅器としてのオペアンプ201の出力電圧Wが閾値Y以下となるようなフィードバックが行われる。このような制御が働き、不平衡が補正される。このとき、差動増幅器としてのオペアンプ201の出力電圧Wはオペアンプ306にも入力されるが、W>>最小閾値(例えば−1V)であるので、オペアンプ306の出力は正の最大値となる。従って、オペアンプ306の出力電圧に応じてバリキャップダイオード302に入力される電圧は増大する。従って、バリキャップダイオード302の静電容量は減少する。こうして、実質上、TapNには負荷がない状態となる。
補正部19が起動した後にi/f回路4の認証抵抗に通電されると(S506)、検出用電圧と認証抵抗とに応じた電流が、不平衡が補正された状態で線路17及び線路18に流れる。給電装置12の検出器20は線路17及び線路18に流れる電流値を測定し、CPU21に出力する。CPU21は検出器20からの出力を受け、検出用電圧と認証抵抗とに応じた所定の電流が線路17及び線路18に流れたことを検出すると、分類フェーズに移行する(S507)。分類フェーズでは給電装置12の検出器20が分類用電圧を出力し(S508)、受電装置側ではi/f回路4に内蔵の分類抵抗に前記分類用電圧が通電されて所定の電流を発生する(S509)。当該電圧を給電装置12の検出器20が測定し、検出器20から出力された電流値によりCPU21が受電装置種別の分類を行う(S510)。そして、CPU21は給電器22に給電開始命令を出し、給電器22から伝送線路10に約48Vの電圧が出力され、給電装置12から受電装置11へ給電が開始される(S511)。受電装置11は給電を受けてi/f回路4に内蔵の給電スイッチがONとなり、給電電源回路5に給電されて、電圧変換及び安定化がなされ、受電装置回路9に電源供給がなされて受電装置11が起動する(S512)。その後、通信が開始される。
以上のようにして、検出フェーズにおける受電装置接続検出用の電力を用いて、給電装置も含めた伝送線路10のインピーダンスの不平衡を検出し、補正が行われる。従って、受電装置検出前に伝送線路10のインピーダンスの不平衡を受電装置側で補正し、給電装置と受電装置との接続性を向上させることができる。
また、既設の給電装置やその設置状態など、ネットワーク設備を交換することなく、受電装置を交換するだけで接続性の向上したシステムを構築することが可能である。
以上では、電力蓄積部1が検出用電圧を蓄積する場合について説明したが、上述の構成によれば、電力蓄積部1は検出用電圧の電力に加えて、受電装置の種類を特定するために給電装置から出力される分類用電圧の電力を蓄積し、補正部19に供給することが出来る。さらに、電力蓄積部1は、給電開始以降は給電装置12から給電された電力を蓄積し補正部19に供給することができる。
図5に示したS508において給電装置から分類用電圧が出力されると、電力蓄積部1は検出用電圧の場合と同様にして分類用電圧を蓄積し、蓄積した電力を補正部19に供給することができる。このようにすれば、上述の実施例で述べた本発明の効果に加えて、給電装置12が分類用電圧を用いて受電装置の分類を行う際に補正部19が伝送線路10のインピーダンスの不平衡を補正し、給電装置12が正確かつスムーズに受電装置の分類を行うことができる。
さらに、図4に示したS512において、給電開始以降には電力蓄積部1は給電装置12から給電された電力を蓄積して、蓄積した電力を補正部19に出力することができる。このようにすれば、上述の実施例で述べた本発明の効果に加えて、給電開始後も伝送線路10のインピーダンスの不平衡を補正し、安定的に給電を行うことが出来るという効果がある。こうして、特段の切替え作業を必要とせずに、接続性を向上し、加えて、安定的な給電を行うという効果を両立することができる。あるいは給電開始後は給電電源回路5から補正部19に給電を行う構成としてもよい。この場合にも検出性の向上、及び安定的な給電という効果を両立することができる。
<実施例2>
実施例1では伝送線路10のインピーダンスの不平衡を検出するために不平衡検出部2を用いたが、実施例2では不平衡の検出と不平衡の補正を同時に行う構成を説明する。
実施例2における給電システムの構成について説明する。給電装置12及び受電装置11の全体構成については実施例1において図1及び図2を用いて説明した構成と同一であるため、説明を省略する。また、実施例2における電力蓄積部1、i/f回路4、給電電源回路5、RJ45コネクタ6、伝送トランス7、トランシーバ8、受電装置回路9についても実施例1において説明した構成と同一であるため、説明を省略する。
実施例2における補正部の構成について、図6を用いて説明する。図6に示した回路は、実施例1において説明した不平衡検出部2及び不平衡補正部3としての役割を兼ねるものである。図6においてTapNとFG間電圧を分圧するための抵抗器204、抵抗器205、TapPとFG間電圧を分圧するための抵抗器208、抵抗器209は図4に示したものと同一なので、同一の番号を付している。また、図6においてバリキャップダイオード301、バリキャップダイオード302、抵抗器303、抵抗器304、オペアンプ305、オペアンプ306はそれぞれ実施例1で説明したものと同一の構成要素なので説明を省略する。基準電圧源313はオペアンプ305及び306の非反転入力端子に接続される。オペアンプ305及びオペアンプ306の反転入力端子には、順にTapP、TapNの電圧が入力される。
以上の構成からなる、受電装置11の動作の流れは実施例1において図5のシーケンス図に示した流れに従う。ただし、実施例2における給電システムは補正部19においてオペアンプ201はなく、TapNがオペアンプ306の反転入力端子につながれ、TapPがオペアンプ305の反転入力端子につながれていることを特徴とする。
続いて、実施例2における補正部の動作について図6を用いて説明する。図6において、|TapN−FG間電圧|が増大すると、オペアンプ306の反転入力端子電圧がそれに伴い増大する。基準電圧源313はオペアンプ306の非反転端子に所定の出力電圧Vrerを入力する。本実施例においては、|TapN−FG間電圧|と|TapP−FG間電圧|の両方に最大閾値が適用され、Verfはこの共通の最大閾値に応じて設定される。したがって、|TapN−FG間電圧|が増大すると、オペアンプ306の出力電圧が減少し、それに伴いバリキャップダイオード302の印加電圧が減少する。従って、実施例1で述べたように静電容量が増加、交流抵抗分が減少し、TapNのインピーダンスが減少する。その結果、|TapN−FG間電圧|が減少する。以上のようにして、|TapN−FG間電圧|が最大閾値に近づくようにオペアンプ306の出力電圧が減少するフィードバックが働き、不平衡が補正される。
また、|TapP−FG間電圧|が増大すると、オペアンプ305の反転入力端子電圧がそれに伴い増大する。基準電圧313は同じ所定の出力電圧Verfをオペアンプ305の非反転入力端子に入力する。従って、|TapN−FG間電圧|が増大するにつれて、オペアンプ305の出力電圧が減少し、それに伴いバリキャップダイオード301の印加電圧が減少する。しかるに前述の性質により静電容量が増加、交流抵抗分が減少し、TapPのインピーダンスが減少する。その結果、|TapP−FG間電圧|が減少する。以上のようにして、|TapP−FG間電圧|が最大閾値Verfに近づくようにしてオペアンプ305の出力電圧が減少するフィードバックが働き、不平衡が補正される。
本構成によれば、補正部19を簡素にできる。また、本実施例では、補正部19の機能実現デバイスとして、抵抗器、オペアンプ、基準電圧源、バリキャップダイオードを用いたが、その他のデバイスで機能を実現しても本発明の本質は変わらず同様の効果を有する。
また、本実施例では、可変インピーダンス素子として、容量を変化するデバイスを用いたが、抵抗値を変化させる手段を用いても本発明の本質は変わらず、同様の効果を有する。これについて、図7を用いて説明する。図7において抵抗器204、抵抗器205、抵抗器208、抵抗器209は図4に示したものと同一なので、同一の番号を付している。また、図7において、FET601とキャパシタ605は、図2における可変インピーダンス31を構成する。同様にFET602とキャパシタ606は、図2における可変インピーダンス32を構成する。オペアンプ603及び604の出力は、順にFET601、FET602のゲート入力に接続される。基準電圧源607はオペアンプ603及び604の非反転入力端子に接続される。オペアンプ603及び604の反転入力端子には、順にTapP、TapNの電圧が入力される。
FET601、602はゲート電圧の増大に応じてドレイン−ソース間抵抗が増大(ドレイン−ソース間電流が減少)する、すなわち、ゲート電圧とドレイン−ソース間抵抗が比例関係にある素子である。例えば、PチャネルMOSFETなどの素子がある。
ここで、|TapN−FG間電圧|が増大すると、オペアンプ604の反転入力端子電圧がそれに伴い増大する。当該電圧が基準電圧源607の閾値Vrefを上回ると、オペアンプ604の出力電圧が減少し、それに伴いFET602のゲート電圧が減少する。従って、前述の性質によりFET602のドレイン−ソース間抵抗が減少、直流抵抗分が減少し、TapNのインピーダンスが減少する。その結果、|TapN−FG間電圧|が減少する。以上のようにして、オペアンプ604の出力電圧が閾値Vref以下となるようなフィードバックが働き、不平衡が補正される。
また、|TapP−FG間電圧|が増大すると、オペアンプ603の反転入力端子電圧がそれに伴い増大する。当該電圧が基準電圧源607の閾値Vrefを上回ると、オペアンプ603の出力電圧が減少し、それに伴いFET601のゲート電圧が減少する。従って前述の性質によりFET601のドレイン−ソース間抵抗が減少、直流抵抗分が減少し、TapPのインピーダンスが減少する。その結果、|TapP−FG間電圧|が減少する。以上のようにして、オペアンプ603の出力電圧が閾値Vref以下となるようなフィードバックが働き、不平衡が補正される。本構成においても、補正部を簡素にできる特有の効果がある。
また、図7の変形として、図8に示した構成とすることもできる。図8において抵抗器204、抵抗器205、抵抗器208、抵抗器209は図4に示したものと同一なので、同一の番号を付している。また、図8においてFET701、FET702、オペアンプ703、オペアンプ704、キャパシタ705、キャパシタ706は図7と同一の構成要素なので説明を省略する。基準電圧源707はオペアンプ704の非反転入力端子に接続される。
ここで、|TapN−FG間電圧|が増大すると、オペアンプ704の反転入力端子電圧がそれに伴い増大する。当該電圧が基準電圧源707の閾値Vrefを上回ると、オペアンプ704の出力電圧が減少し、それに伴いFET702のゲート電圧が減少する。従って前述の性質によりFET702のドレイン−ソース間抵抗が減少、直流抵抗分が減少し、TapNのインピーダンスが減少する。その結果、|TapN−FG間電圧|が減少する。
また、オペアンプ703は|TapP−FG間電圧|と|TapN−FG間電圧|とを比較して、|TapP−FG間電圧|が|TapN−FG間電圧|に等しくなるようにFET701のゲート電圧を制御する。詳細には、|TapP−FG間電圧|が増大すると、オペアンプ703の反転入力端子電圧がそれに伴い増大する。当該電圧が|TapN−FG間電圧|を上回ると、オペアンプ703の出力電圧が減少し、それに伴いFET701のゲート電圧が減少する。従って、前述の性質によりFET701のドレイン−ソース間抵抗が減少、直流抵抗分が減少し、TapPのインピーダンスが減少する。その結果、|TapP−FG間電圧|が減少する。
以上のようにして、オペアンプ704の出力電圧が閾値Vref以下となるようなフィードバック、及び、オペアンプ703の出力電圧により|TapP−FG間電圧|=|TapN−FG間電圧|となるようなフィードバックが働き、不平衡が補正される。本構成においても、補正部を簡素にすることができる。
なお、図6乃至図8に示したオペアンプ305、オペアンプ306、オペアンプ603、オペアンプ604、オペアンプ703、オペアンプ704には、図4に示したオペアンプ305及びオペアンプ306と同様に帰還回路としての抵抗器を設けても良い。帰還回路を設けることでオペアンプをより安定的に動作させることができる。
本実施例においても実施例1と同様に、電力蓄積部1は検出用電圧の電力に加え、分類用電圧の電力、及び給電装置12から給電された電力を蓄積し、補正部に供給することができる。または、給電開始後は給電電源回路5から補正部19へ電力を供給する構成としてもよい。
<他の実施例>
また、本発明は不平衡検出部の機能実現デバイスとして、抵抗器とオペアンプの替わりにその他のデバイスで機能を実現しても本発明の本質は変わらず、同様の効果を有する。
また、本発明は、不平衡補正部の機能実現デバイスとして、抵抗器、オペアンプ、基準電圧源、バリキャップダイオードの替わりに、その他のデバイスで機能を実現しても本発明の本質は変わらず、同様の効果を有する。
また、本発明では、可変インピーダンス素子として、容量を変化するデバイスの替わりに、抵抗値を変化させる手段を用いても本発明の本質は変わらず、同様の効果を有する。
また、電力蓄積部1、不平衡検出部2、不平衡補正部3の機能実現デバイスの全てあるいは一部を同一の半導体基板上に実現することもできる。この場合は、上述の実施例の効果に加え、消費電力をより少なくできる。また、電力蓄積部1、不平衡検出部2、不平衡補正部3を小型化することができる。
また、本発明における不平衡検出部及び不平衡補正部は実施例1または実施例2において示した構成に限られず伝送回路インピーダンスの不平衡を補正する手段であればよい。
また、図5のシーケンス図では、認証抵抗への通電(S506)は不平衡補正(S505)後となっているが、不平衡補正前に行っても本発明の本質は変わらず、同様の効果を有する。
また、本発明は電力供給システムとしてIEEE802.3af規格にて規定されているPoEや、当該規格の上位規格であるIEEE802.3at規格に準拠したPoE Plusを用いることができる。この場合、伝送線路10として、POE対応、或いは、POE Plus対応のイーサネット(登録商標)ケーブルが用いられる。PoE Plusにおいても受電装置検出フェーズのアルゴリズムは同じであるため、PoEと同様の効果を有する。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
1 電力蓄積部
2 不平衡検出部
3 不平衡補正部
5 給電電源回路
11 受電装置

Claims (13)

  1. 給電装置と、
    前記給電装置から一対の線路を介して電力を受電する受電装置とを有し、
    前記給電装置は前記一対の線路を介して前記受電装置に検出用信号を出力して前記受電装置から所定の応答がなされたことを前記給電装置が検出した後に前記給電装置から前記受電装置へ給電を開始する給電システムであって、
    前記受電装置は、
    前記検出用信号に対して前記所定の応答をするための所定の抵抗値を有する認証抵抗と、
    前記給電装置から出力された検出用信号による電力を蓄積する蓄積手段と、
    前記一対の線路におけるインピーダンスの不平衡を補正する補正手段とを有し、
    前記蓄積手段は、前記蓄積した電力を前記補正手段に供給し、
    前記補正手段は、前記蓄積手段に蓄積された電力が前記補正手段に供給された後であって前記給電装置が前記所定の応答を検出する前に前記一対の線路のインピーダンスの不平衡を補正し、前記インピーダンスの不平衡の補正後に前記認証抵抗に通電が行われることを特徴とする給電システム。
  2. 前記蓄積手段は、
    前記給電装置が前記所定の応答を検出するまでの間に前記検出用信号による電力を蓄積して前記補正手段に供給し、
    前記給電装置から前記受電装置への給電の開始以降に前記給電装置から給電された電力を蓄積して前記補正手段に供給することを特徴とする請求項1に記載の給電システム。
  3. 前記補正手段は、前記一対の線路における一方の線路の電圧と他方の線路の電圧との電圧差分に応じた電圧を出力する不平衡検出手段と、
    前記不平衡検出手段から出力された前記電圧の値が所定の値の範囲内になるように補正する不平衡補正手段と、
    を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の給電システム。
  4. 前記給電システムは、IEEE802.3af規格において規定のPOEに準拠したシステムであり、前記一対の線路は、POE対応のイーサネット(登録商標)ケーブルであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の給電システム。
  5. 前記給電システムは、IEEE802.3at規格において規定のPOEに準拠したシステムであり、前記一対の線路は、POE Plusに対応したイーサネット(登録商標)ケーブルであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の給電システム。
  6. 前記蓄積手段と、前記不平衡検出手段と、前記不平衡補正手段とが同一の半導体基板上に形成されていることを特徴とする請求項3に記載の給電システム。
  7. 前記補正手段は、前記蓄積手段に蓄積された電力を用いて、前記一対の線路における一方の線路の電圧と他方の線路の電圧との電圧とに基づいて、前記一対の線路のインピーダンスの不平衡の補正を行うことを特徴とする請求項1に記載の給電システム。
  8. 前記給電装置は、前記検出用信号に対する前記所定の応答がなされたことを検出した後に前記受電装置に対して前記一対の線路を介して分類用信号を出力し、前記受電装置から前記分類信号に対する応答であって前記受電装置の消費電力を示す応答がなされた後に前記受電装置へ給電を開始し、
    前記蓄積手段は、前記給電装置から出力された前記検出用信号及び前記分類用信号による電力を蓄積し、前記蓄積した電力を前記補正手段に供給することを特徴とする請求項1に記載の給電システム。
  9. 給電装置から出力された検出用信号に対して一対の線路を介して所定の応答を行った後に前記給電装置から前記一対の線路を介して電力を受電する受電装置であって、
    前記検出用信号に対して前記所定の応答をするための所定の抵抗値を有する認証抵抗と、
    前記給電装置から出力された検出用信号による電力を蓄積する蓄積手段と、
    前記一対の線路におけるインピーダンスの不平衡を補正する補正手段とを有し、
    前記蓄積手段は、前記蓄積した電力を前記補正手段に供給し、
    前記補正手段は、前記蓄積手段に蓄積された電力が前記補正手段に供給された後であって前記給電装置が前記所定の応答を検出する前に前記一対の線路のインピーダンスの不平衡を補正し、前記インピーダンスの不平衡の補正後に前記認証抵抗に通電が行われることを特徴とする受電装置。
  10. 前記蓄積手段は、
    前記給電装置が前記所定の応答を検出するまでの間に前記検出用信号による電力を蓄積して前記補正手段に供給し、
    前記給電装置から前記受電装置への給電の開始以降に前記給電装置から給電された電力を蓄積して前記補正手段に供給することを特徴とする請求項に記載の受電装置。
  11. 前記補正手段は、前記蓄積手段に蓄積された電力を用いて、前記一対の線路における一方の線路の電圧と他方の線路の電圧との電圧とに基づいて、前記一対の線路のインピーダンスの不平衡の補正を行うことを特徴とする請求項に記載の受電装置。
  12. 給電装置から一対の線路を介して出力される検出用信号に対して所定の応答を行う応答手段と、
    前記検出用信号に対して前記所定の応答をするための所定の抵抗値を有する認証抵抗と、
    前記給電装置から出力された検出用信号による電力を蓄積する蓄積手段と、
    前記一対の線路におけるインピーダンスの不平衡を補正する補正手段と、
    前記給電装置から前記一対の線路を介して電力を受電する受電手段とを有する受電装置における受電方法であって、
    前記蓄積手段が、前記蓄積した電力を前記補正手段に供給する供給ステップと、
    前記補正手段が、前記蓄積手段に蓄積された電力が前記補正手段に供給された後であって前記給電装置が前記所定の応答を検出する前に前記一対の線路のインピーダンスの不平衡を補正し、前記インピーダンスの不平衡の補正後に前記認証抵抗に通電を行う補正ステップと、
    前記受電手段が、前記所定の応答を検出した前記給電装置から前記一対の線路を介して電力を受電する受電ステップと、を有することを特徴とする受電方法。
  13. 前記供給ステップは、
    前記蓄積手段が、
    記給電装置が前記所定の応答を検出するまでの間に前記検出用信号による電力を蓄積して前記補正手段に供給し、
    さらに、前記蓄積手段が、前記受電装置が前記給電装置からの受電の開始以降に前記給電装置が給電した電力を蓄積して前記補正手段に供給する第2の供給ステップを有することを特徴とする請求項12に記載の受電方法。
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