JP6116443B2 - 受電装置 - Google Patents

Description

本発明は受電装置に関し、特に多入力に対応し、低温度で動作可能な受電装置に関するものである。

従来、イーサネット（登録商標）・ケーブルを使用して電力を伝送する技術としてＰｏＥ（Ｐｏｗｅｒ ｏｖｅｒ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））がある。これはＩＥＥＥ８０２．３ａｆで規格化されている。このＰｏＥでの供給電力はクラス分けがなされているが、受電機器側で１２．９５Ｗが規格の最大値となる。

一方、監視用途などに使用されるネットワークカメラは、入力電源としてＡＣ２４Ｖ、ＤＣ１２Ｖ、ＰｏＥなどの多入力に対応することが一般的である。多くの場合、ＡＣ２４ＶとＤＣ１２Ｖは択一で、ＰｏＥとの２入力が可能である。この場合、ＰｏＥ入力を優先して使用する例が多かった。

また、寒冷地仕様のネットワークカメラも市販されるようになっている。使用部品の最低保証温度以下でネットワークカメラを動作させるためにヒータを内蔵し、システムの温度を上昇させようというものである。

例えば、特許文献１には通信線から分離した電源（すなわちＰｏＥ）と、ＡＣ入力をＤＣに変換するＡＣ／ＤＣ変換部の出力とを、２つのダイオードで選択してＤＣ／ＤＣコンバータに供給する構成が開示されている。ＡＣ／ＤＣ変換部の出力よりもＰｏＥの方が供給電圧が高い場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータにはＰｏＥから電力が供給される。

特開２００９−０９４６２３号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、ＰｏＥ負荷の上限値に関しては考慮されていない。電力の制限されたＰｏＥでヒータを駆動し、低温から起動する手段に関しては何ら考慮されていない。

また、ネットワークカメラで低温からの起動を行う機種では、ＰｏＥではヒータの駆動が不能で、ＡＣ２４Ｖ入力時のみ動作することが多い。

そこで、本発明の目的は、電力の制限されたＰｏＥ等の通信線で供給される電源とその他の電源から給電される受電装置を、低温度環境からスムーズに起動可能にすることである。

上記目的を達成するために、本発明の様態では、外部機器からシリアルデータとともに同一通信線で供給される第一の電源入力手段と、第二の電源入力手段と、温度検出手段と、第一の発熱手段と、第二の発熱手段と、前記第一の電源入力手段と前記第二の電源入力手段とが接続されて所定の電圧を出力する電圧変換手段と、前記電圧変換手段から前記第一の発熱手段への電力供給をスイッチする第一のスイッチ手段と、前記第二の電源入力手段から前記第二の発熱手段への電力供給をスイッチする第二のスイッチ手段とを有し、前記温度検出手段の出力が所定温度よりも低いことを示す場合には前記第一のスイッチ手段および第二のスイッチ手段を閉じ、前記温度検出手段の出力が所定温度よりも高いことを示す場合には前記第一のスイッチ手段および第二のスイッチ手段を開くことを特徴とする。

本発明によれば、通信線で供給される電源とその他の電源から給電される受電装置を、低温度環境からスムーズに起動可能にすることが出来る。

本発明実施例の構成を示す図 本発明実施例の詳細回路例を示す図 本発明実施例の動作を説明する図 本発明実施例の構成を示す図 本発明実施例の詳細回路例を示す図 本発明実施例の動作を説明する図 本発明実施例の構成を示す図 本発明実施例の詳細回路例を示す図 本発明実施例の動作を説明する図 本発明実施例の詳細構成を示す図 本発明実施例の動作を説明する図 本発明実施例の他の詳細構成を示す図 本発明実施例の他の詳細構成を示す図

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は本発明を適用した実施形態におけるネットワークカメラの電源部、及びヒータの構成を示す図である。本発明は、ネットワークカメラに限定されるものではなく、電力の制限されたＰｏＥ等の通信線で供給される電源から給電される受電装置に適用可能である。

１６、１７は外部接続端子であり、ＡＣ２４Ｖ、あるいはＤＣ１２Ｖが外部から供給される。

８はＲＪ４５コネクタであり、イーサネット（登録商標）・ケーブルに接続される。外部機器からシリアルデータとともに同一通信線で電源が供給される。ＲＪ４５コネクタ８から、ＰｏＥ電力は、不図示のＨＵＢ等の外部機器から７のトランスを経由して供給される。図１では重畳型というシリアル差動信号であるイーサネット（登録商標）の信号線に電源を重畳する場合を例に記載している。この他に空線型というＲＪ４５のイーサネット（登録商標）信号の空端子を使用する場合もあるが、ここでの説明は省略する。本実施例の受電装置であるネットワークカメラは、外部機器からシリアルデータとともに同一通信線で供給される電源入力のためのＲＪコネクタ８を有する。本発明は、電力の制限されたＰｏＥ等の通信線で供給される電源から給電される受電装置に適用可能である。このＡＣ、ＤＣ、及びＰｏＥの３電源入力は、ネットワークカメラで一般的である。

図中１０はダイオードブリッジであり、外部接続端子１６，１７に入力されたＡＣ２４Ｖ、あるいはＤＣ１２Ｖが交流端子に入力されている。ダイオードブリッジ１０のプラス端子は図１でＶａと記した電源出力であり、コンデンサ１３、スイッチ１２、及びダイオード１４のアノードへ接続されている。電源Ｖａはスイッチ１２を介してヒータ２へ接続され、ダイオード１４を介してＤＣ／ＤＣコンバータ５へと入力されている。ダイオードブリッジ１０のマイナス端子は図１でＧＮＤ１と記したＧＮＤ（グランド）であり、コンデンサ１３のもう一端、ヒータ２、ＤＣ／ＤＣコンバータ５へと接続されている。

８はＲＪ４５コネクタであり、シリアル差動入力データ、シリアル差動出力データの２組が接続され、トランス７の入力側にそれぞれ接続されている。トランス７の入力側中点の２点は、ダイオードブリッジ９の交流入力に接続されている。このトランスの中点間をＰｏＥ電圧として取り出すことが出来る。ＰｏＥ電圧は直流なのでダイオードブリッジ９は本来必要ないが、中点間電圧の極性が反転する場合を考慮している。トランス７の出力側はイーサネット（登録商標）コントローラ６へと接続され、シリアルデータ通信が行われるがここでの説明は省略する。外部機器からシリアルデータとともに同一通信線で電源が供給される。

ダイオードブリッジ９のプラス端子とマイナス端子はＰｏＥコントローラ４へ入力されている。ＰｏＥコントローラ４には、不図示のＨＵＢ等の外部機器である給電機器側にネットワークカメラを認識させたり、電力クラス分け用に使われたりする抵抗が内蔵されている。ここでの供給電力は、規格の最大値である１２．９５Ｗに設定を行う。

ＰｏＥコントローラ４の出力は、図１で前述のＧＮＤ１と電源Ｖｐとである。ＧＮＤ１は前述のＤＣ／ＤＣコンバータ５の一端に接続され、電源Ｖｐはダイオード１５を介して、やはりＤＣ／ＤＣコンバータ５の一端に入力される。電圧変換手段であるＤＣ／ＤＣコンバータ５は、ＰｏＥ電源と外部電源（ＡＣ２４ＶあるいはＤＣ１２Ｖ）とが接続されて所定の電圧を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、ＰｏＥ電源と外部電源の電源入力を有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５にはＧＮＤ１に対して、電源Ｖｐと電源Ｖａとがダイオードオアの形で入力され動作する。すなわち、電源Ｖｐと電源Ｖａの高い方の電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ５に入力されて動作する。電源Ｖｐは通常４８Ｖ、電源ＶａはＡＣ２４Ｖ入力時には３３ＶＤＣ程度、ＤＣ１２Ｖ入力時には１１Ｖ程度になるので、ここでは電源ＶｐがＤＣ／ＤＣコンバータ５に供給される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力は図１でＧＮＤ２と記したＧＮＤに対する電源Ｖｃであり、スイッチ２０を経由してコネクタ１８、１９より負荷２１に電力供給される。本実施例ではこの負荷２１の部分が、画像センサーや画像処理ＬＳＩ（回路）等のネットワークカメラのシステム部分となる。このスイッチ２０によって、負荷２１への電力供給を制御可能である。

また、電源Ｖｃはスイッチ１１を経由してヒータ１に接続され、ＧＮＤ２もヒータ１に接続されている。３は温度検出部であり、その出力はスイッチ１２の制御端子、スイッチ１１の制御端子、及びスイッチ２０の制御端子に接続され、各スイッチがＯＮ／ＯＦＦ制御される。発熱手段であるヒータ１、２は、負荷２１、ＰｏＥコントローラ４、イーサネット（登録商標）コントローラ６などを温める。温度検出部３は、負荷２１などの近傍の温度を検出する。イーサネット（登録商標）コントローラ６は、ＲＪ４５コネクタ８、イーサネット（登録商標）を介して外部機器からシリアルデータを通信する。外部機器からシリアルデータとともに同一通信線で電源が供給される。

図２（Ａ）は温度検出部３の詳細回路例である。３０１はサーミスタであり、温度が低下すると抵抗値が上昇する特性を持っている。サーミスタ３０１と抵抗３０２とでＶｃ、ＧＮＤ２間の電圧を分圧し、電圧Ｖ１を生成する。温度が下がってサーミスタ３０１の抵抗値が上昇すると、電圧Ｖ１は低下する。同様に抵抗３０３と３０４とで分圧した電圧がＶ２である。３０５はコンパレータであり、反転入力に電圧Ｖ１が、非反転入力に電圧Ｖ２が入力され両者を比較して電圧Ｖ２が高いときにＨＩＧＨレベルを出力する。この出力が−１０℃検出出力であり、−１０℃以下では電圧Ｖ１よりも電圧Ｖ２が大きくなるように各抵抗の値を設定することで、−１０℃以下ではＨＩＧＨレベルを出力する。

３０８はトランジスタであり、コンパレータ３０５の出力が抵抗３０６を介してベースに、エミッタはＧＮＤ２へ、コレクタは抵抗３０７でＶｃへ接続されている。トランジスタ３０８のコレクタが出力であり、コンパレータ３０５の出力が反転されて出力される。すなわち、−１０℃以下で、ＬＯＷレベルを出力する。

ここで、抵抗３０２、３０３、及び３０４の抵抗値設定例を示す。抵抗３０２、及び抵抗３０４は同一の抵抗値とし、サーミスタ３０１の−１０℃での抵抗値を抵抗３０３の値とする。結果、−１０℃で電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とが等しくなり、この温度を境に出力が反転する。すなわち、−１０℃以下でコンパレータ３０５の出力がＨＩＧＨレベルとなり、−１０℃以上でＬＯＷレベルとなる。また、−１０℃以下でトランジスタ３０のコレクタはＬＯＷレベルとなり、−１０℃以上でＨＩＧＨレベルとなる。

図２（Ｂ）はヒータ１への電力供給をオンオフするスイッチ１１の詳細回路例である。１１１はリレーであり、リレーコイルの一端がＧＮＤ２に接続され、もう一端はスイッチの制御端子として出力される。またリレースイッチの両端はスイッチ端子として出力されている。リレーコイルにＨＩＧＨレベルを印加することで、リレースイッチがＯＮに、ＬＯＷレベルでリレースイッチがＯＦＦになる。

図２（Ｃ）はヒータ２への電力供給をオンオフするスイッチ１２、図２（Ｄ）は負荷２１への電力供給をオンオフするスイッチ２０の詳細回路例であり、スイッチ１１と同様に、リレー１２１、２０１で構成されている。

以下、ここまでの構成をもとに本実施例の基本的動作を述べる。以下の説明では、ＰｏＥによる電源供給と、外部電源としてＡＣ２４Ｖの両方が電力供給されている場合を例に取る。

図３は本実施例の受電装置であるネットワークカメラの動作を説明するためのフロー図である。

ステップＳ１１でシステムの電源が投入されると、温度検出部３が動作し温度の検出を行う。−１０℃以上であれば（ステップＳ１２でＹＥＳ）、コンパレータ３０５の出力がＬＯＷとなってスイッチ１１がＯＦＦ、ヒータ１はＯＦＦとなる（ステップＳ１３）。同時にトランジスタ３０８はＯＦＦして、そのコレクタは抵抗３０７によりＨＩＧＨレベルとなる。よって、スイッチ２０はＯＮして、負荷２１、すなわちネットワークカメラのシステムに電力が供給される（ステップＳ１４）。続いてステップＳ１５で、コンパレータ３０５の出力が制御端子に接続されたスイッチ１２がＯＦＦ、ヒータ２はＯＦＦとなる。ステップＳ１５の後はステップＳ１２に戻る。

ステップＳ１２で温度が−１０℃以下であれば（ステップＳ１２でＮＯ）、コンパレータ３０５の出力がＨＩＧＨとなってスイッチ１１がＯＮ、ヒータ１はＯＮとなる（ステップＳ１６）。同時にトランジスタ３０８はＯＮして、その出力はＬＯＷレベルとなる。よって、スイッチ２０はＯＦＦとなり、負荷２１に電力は供給されない（ステップＳ１７）。次にステップＳ１８でスイッチ１２がＯＮ、ヒータ２はＯＮとなる。その後はステップＳ１２に戻る。この状況は、システムが起動せず、ヒータ１、ヒータ２でシステムの温度上昇を行っている状態である。ネットワークカメラに使用されている部品で、低温度化で動作保証のされていない部品、例えば各種ＬＳＩ、画像センサーなどが温度定格内になるように、発熱手段であるヒータを使用してシステムの温度を上昇させる。

次にこのフロー図を用いて、実際の各温度での動作を述べる。

まず−１５℃の場合を考える。ステップＳ１２でＮＯと判定されるので、ステップＳ１６でヒータ１がＯＮ、ステップＳ１７でシステムはＯＦＦ、ステップＳ１８でヒータ２がＯＮとなる。すなわち、システムＯＦＦ状態で、ヒータ１と２が駆動された状態である。この状態でステップＳ１２、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８のループを繰り返し、ヒータ１、２でシステムが暖められると、ステップＳ１２で−１０℃以上と判定され、ステップＳ１３以降の動作に移行する。これは以下で説明する−５℃の動作と同じになる。

次に−５℃の場合である。ステップＳ１２でＹＥＳと判定されるので、ステップＳ１３でヒータ１がＯＦＦ、ステップＳ１４でシステムはＯＮとなる。次のステップＳ１５でヒータ２をＯＦＦした後、ステップＳ１２に戻る。これはシステムＯＮ状態で、ヒータ１、２とも駆動されていない状態である。この状態はステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５でループを繰り返す。

このように、温度検出部３の出力が所定温度よりも低いことを示す場合にはスイッチ１１および１２を閉じ、温度検出部３の出力が所定温度よりも高いことを示す場合にはスイッチ１１および１２を開く。また、温度検出部３の出力が所定温度よりも低いことを示す場合にはスイッチ１１および１２を閉じるとともにスイッチ２０を開き、温度検出部３の出力が所定温度よりも高いことを示す場合にはスイッチ１１および１２を開くとともにスイッチ２０を閉じる。

次に、発熱手段であるヒータの電力に関する説明を行う。

ＰｏＥ電源が供給されている状態では、電源ＶｐはＧＮＤ１に対して４８Ｖ程度となる。一方、外部電源としてＡＣ２４Ｖが供給されていると、電源ＶａはＧＮＤ１に対して３３ＶＤＣ程度になる。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ５にはダイオード１５を介してＰｏＥからの電源Ｖｐが供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ５の効率を７０％とすると、ＰｏＥで供給可能な最大値１２．９５Ｗは出力側で９Ｗ程度となる。よってシステムＯＦＦ状態でヒータ１の最大電力は９Ｗ程度ということになる。

電源Ｖｃを５Ｖとすると、ヒータ１の抵抗値ＲＨ１は９Ｗの場合には以下の式１で計算出来て２．８Ωとなる。

また、ＡＣ２４Ｖ入力時には電源Ｖａは３３Ｖ程度になるので、ヒータ２を６Ｗとすると、ヒータ２の抵抗値ＲＨ２は以下の式２で計算出来て１８０Ωとなる。

この１８０ΩでＤＣ１２Ｖ入力時を考える。ダイオードブリッジ１０での低下を考えて、Ｖａを１１Ｖとすると、その時の電力Ｗｄは以下の式３で計算出来て０．６７Ｗとなる。すなわち、ＤＣ１２Ｖ入力時はほとんどヒータとして機能しない。また、外部入力がない場合にはヒータ２は駆動されない。

ここまで述べたように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５にはＰｏＥからの電源Ｖｐが供給され、その出力でヒータ１の９Ｗが駆動される。ヒータ２はＡＣ２４Ｖ入力で６Ｗとなるので、合計１５Ｗのヒータが動作する。

温度が所定値以上になると、ヒータ１、２がＯＦＦし、外部入力からの電力は使用されなくなる。すなわち、ＰｏＥのみで動作するようになる。

外部入力がＤＣ１２Ｖの場合には、９Ｗ＋０．６７Ｗで９．６７Ｗとなる。

ＰｏＥ電源入力がない場合には電源Ｖｐが出力されないので、外部入力からの電源ＶａがＤＣ／ＤＣコンバータ５に供給される。ＡＣ２４Ｖ入力時にはヒータ１の９Ｗとヒータ２の６Ｗで１５Ｗ、ＤＣ１２Ｖ入力時にはヒータ１の９Ｗとヒータ２の０．６７Ｗで９．６７Ｗとなる。

また、ＰｏＥ電源のみで、外部電源がない場合にはヒータ２は動作せず、ヒータ１のみでの９Ｗでシステムを暖める。

ここで、ＡＣ２４ＶとＤＣ１２Ｖの供給電力の能力であるが、ＰｏＥと異なり規格上の制限はない。また、上述したように、ヒータ１が９Ｗ、ヒータ２が６Ｗ、システムがヒータ１と背反で６Ｗであることから、１５Ｗあれば電力は不足しない。よって、２０Ｗ以上の供給電力を確保しておけば、充分である。

以上述べたように、電圧変換手段であるＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力側にヒータ１を、外部電源の入力部にヒータ２を配置し、温度検出を行って、温度検出値でヒータ１、２の駆動、停止を行う構成を取った。また、ヒータ１の駆動時にはシステムを起動せず、ヒータ１の駆動停止時にシステムを起動する構成を取った。さらに、システムの温度が所定値を超えるとヒータ２がＯＦＦする構成を取ったので、ＰｏＥの電力制限下で低温起動が可能で且つ起動してしまうと、従来と同様にＰｏＥ電源のみで動作可能な低温起動回路を実現できる。

実施例１では温度検出部３は一つのコンパレータで−１０℃を検出し、発熱手段であるヒータのＯＮ／ＯＦＦ、システムのＯＮを行う構成で説明した。実施例２は温度検出部に二つの温度検知手段、すなわちコンパレータを２種備え、その２つの出力でヒータ１、２を制御する場合の実施形態である。本実施例では実施例１との差異を中心に説明する。

図４は実施例２を適用した実施形態におけるネットワークカメラの電源部、及びヒータの構成を示す図である。３１は温度検出部であり、この部分が実施例１と異なっている。温度検出部３１の出力はスイッチ１２の制御端子、スイッチ１１の制御端子、及びスイッチ２０の制御端子に接続され、各スイッチがＯＮ／ＯＦＦ制御される。温度検出部３１も負荷２１などの近傍の温度を検出する。

図５は温度検出部３１の詳細回路例である。これも実施例１の温度検出部３と異なる部分を説明する。

抵抗３０９と３１０で分圧した電圧がＶ３であり、コンパレータ３１１の非反転入力に接続されている。コンパレータ３１１の反転入力にはコンパレータ３０５と同様、サーミスタ３０１と抵抗３０２で分圧された電圧Ｖ１接続されている。コンパレータ３１１は電圧Ｖ１と電圧Ｖ３を比較して電圧Ｖ３が高いときにＨＩＧＨレベルを出力する。この出力が０℃検出出力であり、０℃以下では電圧Ｖ１よりも電圧Ｖ３が大きくなるように各抵抗の値を設定することで、０℃以下ではＨＩＧＨレベルを出力する。

コンパレータ３０５に関しては実施例１と同じであり、その出力は−１０℃以下でＨＩＧＨレベルとなる。トランジスタ３０８のコレクタはその反転出力であり、−１０℃以下でＬＯＷレベルとなる。

ここで、抵抗３０２、３０３、３０４、３０９、及び３１０の抵抗値設定例を示す。まず、抵抗３０２、３０４、及び３１０は同一の抵抗値とする。サーミスタ３０１の−１０℃での抵抗値を抵抗３０３の値とし、０℃での抵抗値を抵抗３０９の値とする。結果、−１０℃で電圧Ｖ１と電圧Ｖ２が、０℃で電圧Ｖ１と電圧Ｖ３が等しくなり、この温度を境にコンパレータの出力が反転する。すなわち、−１０℃以下でコンパレータ３０５の出力がＨＩＧＨレベルとなり、−１０℃以上で、ＬＯＷレベルとなる。また、０℃以下でコンパレータ３１１の出力がＨＩＧＨレベルとなり、０℃以上で、コンパレータ３１１の出力はＬＯＷレベルとなる。

以下、ここまでの構成をもとに本実施例の基本的動作を述べる。以下の説明では、ＰｏＥによる電源供給と、外部電源としてＡＣ２４Ｖの両方が供給されている場合を例に取る。

図６は本実施例の動作を説明するためのフロー図である。

ステップＳ２１でシステムの電源が投入されると、温度検出部３１が動作し温度の検出を行う。−１０℃以上であれば（ステップＳ２２でＹＥＳ）、コンパレータ３０５の出力がＬＯＷとなってスイッチ１１がＯＦＦ、ヒータ１はＯＦＦとなる（ステップＳ２３）。同時にトランジスタ３０８はＯＦＦして、そのコレクタは抵抗３０７によりＨＩＧＨレベルとなる。よって、スイッチ２０はＯＮして、負荷２１に電力が供給される（ステップＳ２４）。

続いてステップＳ２５で、温度が０℃以上になっていれば（ステップＳ２５でＹＥＳ）コンパレータ３１１の出力がＬＯＷとなってスイッチ１２がＯＦＦ、ヒータ２はＯＦＦとなる（ステップＳ２６）。ステップＳ２６の後はステップＳ２２に戻る。ステップＳ２５で温度が０℃以下の場合（ステップＳ２５でＮＯ）、コンパレータ３１１の出力がＨＩＧＨとなってスイッチ１２がＯＮ、ヒータ２はＯＮとなる（ステップＳ３０）。その後はステップＳ２２に戻る。

ステップＳ２２で温度が−１０℃以下であれば（ステップＳ２２でＮＯ）、コンパレータ３０５の出力がＨＩＧＨとなってスイッチ１１がＯＮ、ヒータ１はＯＮとなる（ステップＳ２７）。同時にトランジスタ３０８はＯＮして、その出力はＬＯＷレベルとなる。よって、スイッチ２０はＯＦＦとなり、負荷２１に電力は供給されない（ステップＳ２８）。次にステップＳ２９でコンパレータ３０５の出力がＨＩＧＨとなってスイッチ１２がＯＮ、ヒータ２はＯＮとなる。その後はステップＳ２２に戻る。

このように、温度検出部３１の出力が第一の所定温度（−１０℃）よりも低いことを示す場合にはスイッチ１１を閉じ、温度検出部３１の出力が第一の所定温度よりも高いことを示す場合にはスイッチ１１を開く。また、温度検出部３１の出力が第二の所定温度（０℃）よりも低いことを示す場合にはスイッチ１２を閉じ、温度検出部３１の出力が第二の所定温度よりも高いことを示す場合にはスイッチ１２を開く。

また、温度検出部３１の出力が第一の所定温度よりも低いことを示す場合にはスイッチ１１を閉じるとともにスイッチ２０を開き、温度検出部３１の出力が第一の所定温度よりも高いことを示す場合にはスイッチ１１を開くとともにスイッチ２０を閉じる。また、温度検出部３１の出力が第二の所定温度よりも低いことを示す場合にはスイッチ１２を閉じ、温度検出部３１の出力が第二の所定温度よりも高いことを示す場合にはスイッチ１２を開く。

次にこのフロー図を用いて、実際の各温度での動作を述べる。

まず−１５℃の場合を考える。ステップＳ２２でＮＯと判定されるので、ステップＳ２７でヒータ１がＯＮ、ステップＳ２８でシステムはＯＦＦ、ステップＳ２９でヒータ２がＯＮとなる。すなわち、システムＯＦＦ状態で、ヒータ１と２が駆動された状態である。この状態でステップＳ２２、Ｓ２７、Ｓ２８、Ｓ２９のループを繰り返し、ヒータ１、２でシステムが暖められると、ステップＳ２２で−１０℃以上と判定され、ステップＳ２３以降の動作に移行する。これは以下で説明する−５℃の動作と同じになる。

次に−５℃の場合である。ステップＳ２２でＹＥＳと判定されるので、ステップＳ２３でヒータ１がＯＦＦ、ステップＳ１４でシステムはＯＮとなる。次のステップＳ２５ではＮＯと判定されるので、ステップＳ３０でヒータ２をＯＮした後、ステップＳ２２に戻る。これはシステムＯＮ状態で、ヒータ２が駆動された状態である。この状態でステップＳ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５のループを繰り返し、ヒータ２でシステムが暖められると、ステップＳ２５で０℃以上と判定され、ステップＳ２６以降の動作に移行する。これは以下で説明する＋５℃の動作と同じになる。

次に＋５℃の場合である。ステップＳ２２でＹＥＳと判定されるので、ステップＳ２３でヒータ１がＯＦＦ、ステップＳ２４でシステムはＯＮとなる。次のステップＳ２５でもＹＥＳと判定されるので、ステップＳ２６でヒータ２をＯＦＦした後、ステップＳ２２に戻る。これはシステムＯＮ状態で、ヒータ１、２とも駆動されていない状態である。この状態はステップＳ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６でのループを繰り返す。

ヒータの電力に関しては実施例１と何ら違いがないのでここでの説明は省略する。

以上述べたように、電圧変換手段であるＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力側にヒータ１を、外部電源の入力部にヒータ２を配置し、温度検出を行って、温度検出値１でヒータ１の駆動、停止を行い、温度検出値２でヒータ２の駆動、停止行う構成を取った。また、ヒータ１の駆動時にはシステムを起動せず、ヒータ１の駆動停止時にシステムを起動する構成をとった。さらに、システムの温度が所定値を超えるとヒータ２がＯＦＦする構成を取ったので、ＰｏＥの電力制限下で低温起動が可能な低温起動回路を実現できる。

実施例１、２では２つのヒータの駆動を行う構成で説明した。実施例３は３つのヒータを使用する場合の実施形態である。本実施例では実施例１との差異を中心に説明する。

図７は実施例３を適用した実施形態におけるネットワークカメラの電源部、及びヒータの構成を示す図である。２２はヒータであり、電源Ｖｃがスイッチ２０を経由後の電源にスイッチ２３を経由して接続されている。ヒータ２２のもう一端はＧＮＤ２へと接続されている。スイッチ２３の制御端子は３２の温度検出部に接続されている。以上が実施例１と異なる部分である。

図８（Ａ）は温度検出部３２の詳細回路例である。この温度検出部３２は実施例２の温度検出部３１と構成の違いがないので、ここでの説明は省略する。

図８（Ｂ）はスイッチ２３の詳細回路例である。２３１はリレーであり、リレーコイルの一端がＧＮＤ２に接続され、もう一端はスイッチの制御端子として出力される。またリレースイッチの両端はスイッチ端子として出力されている。リレーコイルにＨＩＧＨレベルを印加することで、リレースイッチがＯＮに、ＬＯＷレベルでリレースイッチがＯＦＦになる。

以下、ここまでの構成をもとに本実施例の基本的動作を述べる。以下の説明では、ＰｏＥによる電源供給と、外部電源としてＡＣ２４Ｖの両方が供給されている場合を例に取る。

図９は本実施例の動作を説明するためのフロー図である。

ステップＳ４１でシステムの電源が投入されると、温度検出部３２が動作し温度の検出を行う（ステップＳ４２）。−１０℃以上であれば（ステップＳ４２でＹＥＳ）、コンパレータ３０５の出力がＬＯＷとなってスイッチ１１がＯＦＦ、ヒータ１はＯＦＦとなる（ステップＳ４３）。同時にトランジスタ３０８はＯＦＦして、そのコレクタは抵抗３０７によりＨＩＧＨレベルとなる。よって、スイッチ２０はＯＮして、負荷２１に電力が供給される（ステップＳ４４）。続いてステップＳ４５では、コンパレータ３０５の出力がＬＯＷになっているので、スイッチ１２がＯＦＦ、ヒータ２はＯＦＦとなる。

温度が０℃以上になっていれば（ステップＳ４６でＹＥＳ）コンパレータ３１１の出力がＬＯＷとなってスイッチ２３がＯＦＦ、ヒータ２２はＯＦＦとなる（ステップＳ４７）。ステップＳ４７の後はステップＳ４２に戻る。ステップＳ４６で温度が０℃以下の場合（ステップＳ４６でＮＯ）、コンパレータ３１１の出力がＨＩＧＨとなってスイッチ２３がＯＮ、ヒータ２２はＯＮとなる（ステップＳ５１）。その後はステップＳ４２に戻る。

ステップＳ４２で温度が−１０℃以下であれば（ステップＳ４２でＮＯ）、コンパレータ３０５の出力がＨＩＧＨとなってスイッチ１１がＯＮ、ヒータ１はＯＮとなる（ステップＳ４８）。同時にトランジスタ３０８はＯＮして、その出力はＬＯＷレベルとなる。よって、スイッチ２０はＯＦＦとなり、負荷２１に電力は供給されない（ステップＳ４９）。コンパレータ３０５の出力がＨＩＧＨとなっているので、次のステップＳ５０でスイッチ１２がＯＮ、ヒータ２はＯＮとなる。その後はステップＳ４２に戻る。

このように、温度検出部３２の出力が第二の所定温度（０℃）よりも低いことを示す場合にはスイッチ２３を閉じ、温度検出部３２の出力が第二の所定温度よりも高いことを示す場合にはスイッチ２３を開く。

次にこのフロー図を用いて、実際の各温度での動作を述べる。

まず−１５℃の場合を考える。ステップＳ４２でＮＯと判定されるので、ステップＳ４８でヒータ１がＯＮ、ステップＳ４９でシステムはＯＦＦ、ステップＳ５０でヒータ２がＯＮとなる。すなわち、システムＯＦＦ状態で、ヒータ１と２が駆動された状態である。この状態でステップＳ４２、Ｓ４８、Ｓ４９、Ｓ５０のループを繰り返し、ヒータ１、２でシステムが暖められると、ステップＳ４２で−１０℃以上と判定され、ステップＳ４３以降の動作に移行する。これは以下で説明する−５℃の動作と同じになる。

次に−５℃の場合である。ステップＳ４２でＹＥＳと判定されるので、ステップＳ４３でヒータ１がＯＦＦ、ステップＳ４４でシステムはＯＮ、ステップＳ４５でヒータ２がＯＦＦとなる。次のステップＳ４６ではＮＯと判定されるので、ステップＳ５１でヒータ２２をＯＮした後、ステップＳ４２に戻る。これはシステムＯＮ状態で、ヒータ２２が駆動された状態である。この状態でステップＳ４２、Ｓ４３、Ｓ４４、Ｓ４５、Ｓ４６、Ｓ５１のループを繰り返し、ヒータ２２でシステムが暖められると、ステップＳ４６で０℃以上と判定され、ステップＳ４７以降の動作に移行する。これは以下で説明する５℃の動作と同じになる。

次に＋５℃の場合である。ステップＳ４２でＹＥＳと判定されるので、ステップＳ４３でヒータ１がＯＦＦ、ステップＳ４４でシステムはＯＮ、ステップＳ４５でヒータ２がＯＦＦとなる。次のステップＳ４６でもＹＥＳと判定されるので、ステップＳ４７でヒータ２２をＯＦＦした後、ステップＳ４２に戻る。これはシステムＯＮ状態で、ヒータ１、２、３とも駆動されていない状態である。この状態はステップＳ４２、Ｓ４３、Ｓ４４、Ｓ４５、Ｓ４６、Ｓ４７でループを繰り返す。

次に、ヒータ２２の電力に関する説明を行う。

実施例１でＰｏＥの電力制限から、ヒータ１の電力は９Ｗと説明した。ヒータ１と負荷２１（システム負荷）は背反で動作するので、システムの消費電力が６Ｗとすると、電力的には３Ｗの余裕がある。この分をヒータ２２の電力として使用する。実施例１で述べたように、Ｖｃを５Ｖとすると、ヒータ２２の抵抗値ＲＨ２３は以下の式４のように計算出来て８．３Ωとなる。

以上述べたように、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側にヒータ１を、外部電源の入力部にヒータ２を、電源Ｖｃのスイッチ後にヒータ２２を配置した。そして、温度検出を行って、温度検出値１でヒータ１、２の駆動、停止を行い、温度検出値２でヒータ２２の駆動、停止行う構成を取った。また、ヒータ１の駆動時にはシステムを起動せず、ヒータ１の駆動停止時にシステムを起動する構成をとった。ヒータ２２の電力はシステム負荷と合わせて、ＰｏＥで供給できる電力に設定した。さらに、システムの温度が所定値を超えるとヒータ２がＯＦＦする構成を取ったので、ＰｏＥの電力制限下で低温起動が可能な低温起動回路を実現できる。

実施例１で説明したが、ヒータ２を１８０ΩとするとＡＣ２４Ｖ入力時には６Ｗとなるが、ＤＣ１２Ｖ入力時には０．６７Ｗとなってしまい、ヒータとして機能しない。実施例４はＡＣ２４Ｖ、ＤＣ１２Ｖの両入力時に６Ｗのヒータを実現する実施形態である。本実施例は実施例１、２、３の全てに適用できるが、ここでは実施例１との差異を中心に説明する。

図１０（Ａ）はヒータ２の詳細構成を示す図である。２０１は外部入力の種別を判別する電圧判別手段である電圧検出部であり、電圧Ｖａの値を検出して、外部入力の種別がＡＣ２４Ｖ入力か、ＤＣ１２Ｖ入力かを判別する。ＡＣ２４Ｖ検出出力は２０２のＰＷＭ（パルス幅変調）制御部に入力されている。パルス出力手段であるＰＷＭ制御部２０２の出力はスイッチ２０５の制御端子に接続され、スイッチ２０５は電源Ｖａと２０３のヒータ間に挿入されている。ＰＷＭ制御部２０２のもう１つの出力はＤＣ１２Ｖ検出出力であり、スイッチ２０４の制御端子に接続され、スイッチ２０４は電源Ｖａとヒータ２０３間に挿入されている。ヒータ２０３は一端が前述のスイッチ２０４、２０５へ、もう一端はＧＮＤ１へ接続されている。

図１０（Ｂ）は外部入力の種別を判別する電圧判別手段である電圧検出部２０１の詳細回路例である。２１０は基準電圧素子であり、ＧＮＤ１を基準に、入力Ｖａより出力電圧Ｖ５を生成し、コンパレータ２１３の反転入力に出力する。コンパレータ２１３の非反転入力には電源Ｖａを抵抗２１１、２１２で分圧した電圧が入力され、電圧Ｖ５と比較される。このコンパレータ２１３の出力がＡＣ２４Ｖ検出出力となる。コンパレータ２１３の出力は抵抗２１４を介してトランジスタ２１５のベースに接続されている。トランジスタ２１５のエミッタはＧＮＤ１へ接続され、コレクタはＤＣ１２Ｖ検出出力となる。また、トランジスタ２１５のコレクタは抵抗２１６で電源Ｖａに接続されている。トランジスタ２１５のコレクタは、コンパレータ２１３の反転出力であり、ＤＣ１２Ｖ検出出力となる。

以下に各定数の設定例をあげる。基準電圧素子２１０は５Ｖ出力品を使用する。よってコンパレータ２１３の反転入力端子へ入力される電圧Ｖ５は５Ｖとなる。抵抗２１１は抵抗２１１の３倍に設定する。例えば、抵抗２１１を１５ｋΩ、抵抗２１２を５ｋΩとする。抵抗２１１と抵抗２１２とで分圧され、コンパレータ２１３の非反転入力に入力される電圧は以下の式５より計算できＶａ／４となる。

一方、コンパレータ２１３の反転入力には、基準電圧素子２１０の５Ｖ出力が入力されているので、Ｖａ／４＝５Ｖを境にその出力が反転する。すなわち、Ｖａ＝２０Ｖが境となる。ＡＣ２４Ｖ入力の時にはＶａ＝３３Ｖ程度となるので、２０Ｖ以上の時にはコンパレータ２１３の出力はＨＩＧＨレベルとなってＡＣ２４Ｖ検出出力を示す。Ｖａが２０Ｖ以下の場合には、コンパレータ２１３の出力はＬＯＷレベル、トランジスタ２１５の出力がＨＩＧＨレベルとなって、ＤＣ１２Ｖ検出出力を示す。

図１０（Ｃ）はパルス出力手段であるＰＷＭ制御部２０２の構成例である。２２０は発振器であり、所定の周波数で発振する。その出力は２２１のパルス発生器の入力に接続されている。発振器２２０の出力に同期して所定のパルス幅を出力する。２２２はＡＮＤゲートであり、パルス発生器２２１の出力と、電圧検出部２０１のＡＣ２４Ｖ検出出力とのＡＮＤをとり、パルス発生器２２１の出力がＡＣ２４Ｖ入力時のみされるようにゲートしている。

図１１はパルス出力手段であるＰＷＭ制御部２０２の動作を説明するための図である。図１１（Ａ）は発振器２２０の出力であり、所定周波数で発振している。図１１（Ｂ）はパルス発生器２２１の出力であり、入力された図１１（Ａ）の立ち上がりに同期して所定パルスを出力する。このパルス幅を０から図１１（Ａ）の周期（周波数の逆数）まで可変することで、ＰＷＭ制御が行える。

以上のように、パルス出力手段であるＰＷＭ制御部２０２は、外部入力の種別を判別する電圧検出部２０１の出力が接続され、所定のパルスを出力する。そして、スイッチ２０４は電圧検出部２０１の出力でスイッチ行い、スイッチ２０５はＰＷＭ制御部２０２の出力でスイッチを行う。

以下に実施例４の動作を説明する。

まず、ヒータ２０３の抵抗値ＲＨ２０３を算出する。ＤＣ１２Ｖ入力の時にはダイオードブリッジ１０での電圧降下があるので、電源Ｖａは１１Ｖ程度となる。このときヒータ２０３で６Ｗ消費するためには、以下の計算式６より抵抗値は２０Ωとなる。

ヒータ２０３が２０ΩのときにＡＣ２４Ｖが入力されると、その消費電力Ｗ２０３は以下の式７で計算され、５４Ｗとなってしまう。

これを６Ｗにするためには、以下の計算式８よりデューティー１１％のＰＷＭで駆動すればよい。これを実現するのがＰＷＭ制御部２０２である。

ＰＷＭ制御部の周波数は人間の可聴域より高くする必要があるので、５０ｋＨｚを使用する。すなわち、発振器２２０の周波数を５０ｋＨｚで周期は２０μｓとする。ここで、パルス発生器２２１の出力パルス幅を２．２μｓとすると、デューティー１１％のＰＷＭ波形が生成できる。このＰＷＭ波形でスイッチ２０５をＯＮ、ＯＦＦすることで、ＡＣ２４Ｖ入力時にも６Ｗのヒータが実現できる。

以上述べたように、外部電源の入力部にあるヒータを、ＤＣ１２Ｖ入力時にはそのまま駆動し、ＡＣ２４Ｖ入力時にはＰＷＭ駆動する構成をとった。よって、ＤＣ１２Ｖ入力でも、ＡＣ２４Ｖ入力でも同様な電力でヒータを駆動し、低温起動が可能な低温起動回路を実現できる。

以上の実施例では、スイッチ手段の一例としてリレーを使用した場合で説明した。しかし、光ＭＯＳ ＦＥＴなどその他のスイッチ手段が使えるのはもちろんである。図１２は第４の実施例で説明した、スイッチ２０５を光ＭＯＳ ＦＥＴ２５０で構成した場合の回路例である。光ＭＯＳ ＦＥＴ２５０の光ダイオードのカノードはＧＮＤ２に接続されている。アノードは電流制限抵抗２５１を介して、制御端子として出力される。

第３の実施例では、ＰＷＭ制御部２０２のアンドゲート２２２の出力に接続される。光ＭＯＳ ＦＥＴ２５０のＦＥＴの両端はスイッチ端子として使用される。スイッチ２０５を例に説明したが、他のスイッチすべてに適用できる。また、ＦＥＴ、トランジスタ等もスイッチ手段として使用可能である。

第４の実施例ではＤＣ１２Ｖの時にはヒータ２を直接起動し、ＡＣ２４Ｖ入力の時にはＰＷＭ手段を用いて１１デューティーでヒータ２を駆動した。これは、ＡＣ／ＤＣの電圧値が異なる場合には、異なるデューティーで駆動することが可能であるし、ＡＣ、ＤＣともにデューティーの異なるＰＷＭで駆動することも可能である。

第１の実施例ではコンパレータ３０５の出力から、抵抗３０６のみでトランジスタ３０８を駆動していたため、温度が上昇してスイッチ１１がＯＮからＯＦＦに切り替わるタイミングと、スイッチ２０がＯＦＦからＯＮに切り替わるタイミングはほぼ同時であった。前述したように、ＰｏＥ電源入力でのＤＣ／ＤＣコンバータ５の負荷は９Ｗ以内にする必要がある。ところが、スイッチ１１と２０の動作が同時であると、過渡的に両者に電流が流れ、過電流となる可能性がある。図１３はこの対策のため、温度検出部３にディレイを持たせた実施例である。

図１３は実施例１の図２（Ａ）に対して、コンパレータ３０５の出力と抵抗３０６の間に抵抗３１５が、抵抗３０６と抵抗３１５の接続点にコンデンサ３１６が追加されている。コンデンサ３１６のもう一端はＧＮＤ２である。この抵抗３１５とコンデンサ３１６がディレイを発生する。このようにして、スイッチ１１を開いてから、スイッチ２０を閉じるまでに所定の時間ディレイをとる。

温度が上昇して、コンパレータ３０５がＨＩＧＨからＬＯＷに移行すると、ヒータ１はＯＦＦする。そして、トランジスタ３０８の抵抗３０６で決まるベース電流は、充電されたコンデンサ３１６でしばらく流れ続け、コンパレータ３０５がＬＯＷレベルになっても、トランジスタ３０８はしばらくＯＮを維持する。この分がディレイとなり、この間ヒータ１はＯＦＦ、システムもＯＦＦとなり、過渡的に両者に電流が流れることはなくなる。また、以上の説明では、実施例１の温度検出部３に付加した説明を行ったが、実施例２の温度検出部３１、実施例３の温度検出部３２にも適用できる。

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 ヒータ
２ ヒータ
３ 温度検出部
５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１ スイッチ
１２ スイッチ
２０ スイッチ
３０１ サーミスタ
３０５ コンパレータ

Claims (7)

1. 外部機器からシリアルデータとともに同一通信線で供給される第一の電源入力手段と、
   第二の電源入力手段と、
   温度検出手段と、
   第一の発熱手段と、
   第二の発熱手段と、
   前記第一の電源入力手段と前記第二の電源入力手段とが接続されて所定の電圧を出力する電圧変換手段と、
   前記電圧変換手段から前記第一の発熱手段への電力供給をスイッチする第一のスイッチ手段と、
   前記第二の電源入力手段から前記第二の発熱手段への電力供給をスイッチする第二のスイッチ手段とを有し、
   前記温度検出手段の出力が所定温度よりも低いことを示す場合には前記第一のスイッチ手段および第二のスイッチ手段を閉じ、
   前記温度検出手段の出力が前記所定温度よりも高いことを示す場合には前記第一のスイッチ手段および第二のスイッチ手段を開くことを特徴とする受電装置。
2. 前記電圧変換手段から負荷への出力をスイッチする第三のスイッチ手段を更に有し、
   前記温度検出手段の出力が前記所定温度よりも低いことを示す場合には前記第一のスイッチ手段および第二のスイッチ手段を閉じるとともに前記第三のスイッチ手段を開き、
   前記温度検出手段の出力が前記所定温度よりも高いことを示す場合には前記第一のスイッチ手段および第二のスイッチ手段を開くとともに前記第三のスイッチ手段を閉じることを特徴とする請求項１に記載の受電装置。
3. 外部機器からシリアルデータとともに同一通信線で供給される第一の電源入力手段と、
   第二の電源入力手段と、
   温度検出手段と、
   第一の発熱手段と、
   第二の発熱手段と、
   前記第一の電源入力手段と前記第二の電源入力手段とが接続されて所定の電圧を出力する電圧変換手段と、
   前記電圧変換手段から前記第一の発熱手段への電力供給をスイッチする第一のスイッチ手段と、
   前記第二の電源入力手段から前記第二の発熱手段への電力供給をスイッチする第二のスイッチ手段とを有し、
   前記温度検出手段の出力が第一の所定温度よりも低いことを示す場合には前記第一のスイッチ手段を閉じ、
   前記温度検出手段の出力が前記第一の所定温度よりも高いことを示す場合には前記第一のスイッチ手段を開き、
   前記温度検出手段の出力が第二の所定温度よりも低いことを示す場合には前記第二のスイッチ手段を閉じ、
   前記温度検出手段の出力が前記第二の所定温度よりも高いことを示す場合には前記第二のスイッチ手段を開くことを特徴とする受電装置。
4. 前記電圧変換手段から負荷への出力をスイッチする第三のスイッチ手段を更に有し、
   前記温度検出手段の出力が前記第一の所定温度よりも低いことを示す場合には前記第一のスイッチ手段を閉じるとともに前記第三のスイッチ手段を開き、
   前記温度検出手段の出力が前記第一の所定温度よりも高いことを示す場合には前記第一のスイッチ手段を開くとともに前記第三のスイッチ手段を閉じ、
   前記温度検出手段の出力が前記第二の所定温度よりも低いことを示す場合には前記第二のスイッチ手段を閉じ、
   前記温度検出手段の出力が前記第二の所定温度よりも高いことを示す場合には前記第二のスイッチ手段を開くことを特徴とする請求項３に記載の受電装置。
5. 第三の発熱手段と、
   前記電圧変換手段の出力をスイッチする第三のスイッチ手段と、
   前記電圧変換手段の出力が前記第三のスイッチ手段でスイッチされた後から前記第三の発熱手段への接続をスイッチする第四のスイッチ手段とを更に有し、
   前記温度検出手段の出力が第二の所定温度よりも低いことを示す場合には前記第四のスイッチ手段を閉じ、
   前記温度検出手段の出力が第二の所定温度よりも高いことを示す場合には前記第四のスイッチ手段を開くことを特徴とする請求項１に記載の受電装置。
6. 前記第二の電源入力手段の種別を判別する電圧判別手段と、
   前記電圧判別手段の出力が接続され、所定のパルスを出力するパルス出力手段と、
   前記第二の電源入力手段から前記第二の発熱手段へのスイッチを行う第五および第六のスイッチ手段とで構成され、
   前記第五のスイッチ手段は前記電圧判別手段の出力でスイッチ行い、
   前記第六のスイッチ手段は前記パルス出力手段の出力でスイッチを行うことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の受電装置。
7. 前記第一のスイッチ手段を開いてから、前記第三のスイッチ手段を閉じるまでに所定の時間ディレイをとることを特徴とする請求項２又は４に記載の受電装置。

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