JP6408723B2 - 受電デバイスにおけるバルクコンデンサの強制放電 - Google Patents

受電デバイスにおけるバルクコンデンサの強制放電 Download PDF

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Description

本発明は、配電システムにおいて電源に着脱可能に結合されるよう構成されるデバイス、並びにこのようなデバイスにおいて実施されるための方法及びコンピュータプログラム製品に関する。
パワー・オーバー・イーサネット、PoEは、典型的には、データ接続性を供給するのと同じイーサネットケーブルを通じてデバイスに電力を供給するために用いられる技術である。最近の開発において、PoEは、各照明デバイスがPoE規格（例えば、IEEE 802.3af/at規格）に従う受電デバイス、PDである照明デバイスに給電するために用いられる。このようなPDは、給電機器、PSEによって給電され、照明システムの容易な設置を可能にする。電力損失が小さくなるように配電システムを効率的にすることは望ましい。新しいPoE規格（即ち、IEEE 802.3bt規格）が開発中であり、電力効率の向上は、この新しい規格が取り組むだろう側面の１つである。
特許公報US 2013/154603 A1は、受電デバイス（PD）が給電機器（PSE）にPDへの電力供給を継続させることができるような電力維持シグネチャ(Maintain Power Signature)（MPS）に基づく電流検出の使用を開示している。
本発明者は、配電システムにおいて、エネルギの非効率性をもたらす重要な側面は、スタンバイモードにおいてキープアライブ信号を供給するための要件などの最小エネルギ消費要件であることに気付いた。例えば、PoEにおいては、PDが接続されているポートが給電され続けなければならないことをPSEが認識するようなMPSが前記PDによって作成される。例えば、照明デバイスが、光出力は供給されないが、前記照明デバイスは制御可能なままでなければならない（例えば、オンにするという作用に対するコマンドが受信されるときには、オンにしなければならない）スタンバイモードに移行する場合には、キープアライブ信号（例えば、MPS）の生成が電力損失を発生させる。単一の照明デバイスの場合は、これらは小さいように思われるかもしれないが、数千の照明デバイスを備えるビルにおいては、これらの損失はすぐにつじつまが合う。
電源が受電デバイスに電力を供給し続けるためにデバイスが電源から引き出す必要がある電流の最小量が非常に低い値に設定される場合には、これは、電力損失が減少するので、有利である。しかしながら、同時に、引き出されるこの非常に少量の電流は、配電システムにおける電源の端部においては、検出可能ではないかもしれない。例として、PDが接続されているポートをPSEが遮断するのを防止するために、前記PDは、毎300msのうちの7msの期間の間、10mAを引き出す必要があると仮定する。前記PDは、300ms毎に、10mAの7msパルスが生成されるように構成され得る。この電流が電源としての前記PSEからフルに引き出されるときには、前記PSEは、この電力消費を検出することができ、300ms毎にこの10mAの7msパルスが繰り返される限り、電力を供給し続けるだろう。典型的には、PDは、電力を蓄えるコンデンサを有し、或る特定の条件下で、MPS信号が生成されるとき、電流は、前記PSEからではなく、前記PDのコンデンサから引き出される。ここで、２つの非限定例が供給される。誤解を避けるために言及すると、ここで示されている最小電流引き出し要件は、このような要件の例でしかない。
第１の例として、前記PDにおけるMPS生成回路に対するコンデンサのインピーダンスが前記PSEの供給源抵抗より低い場合には、最初は、前記PSEから直にではなく、前記コンデンサから、前記パルスが引き出され得る。第２の例として、前記PSEによって供給される電力において（例えば、54Vから52Vへの）（例えば、急激な）電圧降下がある場合には、前記PDにおける前記コンデンサにわたる電圧は、前記PSEによって供給されるような電圧より高くなるだろう。その場合、前記パルスは、前記コンデンサから引き出され、前記コンデンサにわたる電圧が前記PSEによって供給されるようなより低い電圧（この例においては、52V）に到達するまで、前記PSEからは電流が引き出されない。結果として、これらの例の両方において、前記配電システムのデバイス（例えば、PD）サイドにおいて引き出される電力は、前記電源（例えば、PSE）が電力を供給し続けるために必要とされる最小電力消費量に準拠しているにもかかわらず、前記デバイスによって消費される電力が少なくとも部分的には前記デバイスにおける（例えば、前記負荷における、前記イーサネットインターフェースなどの物理インターフェースにおける）少なくとも１つのコンデンサから供給されているので、前記配電システムの電源サイドにおいて測定されるような電力消費量は、場合によっては、最小電流消費要件に準拠していないだろう。
第１の態様においては、特許請求の範囲は、配電システムにおけるデバイスにおいて電力信号を生成する方法であって、前記デバイスが、前記デバイスの負荷に並列に少なくとも１つのコンデンサを有し、前記配電システムが、電源であって、前記デバイスによって前記電源から少なくとも最小電流が引き出されるとき、前記デバイスに給電するよう構成される電源を有し、前記方法が、前記デバイスが電流を引き出している間、前記少なくとも１つのコンデンサにわたる電圧を測定するステップと、測定された前記電圧に基づいて電流を引き出すよう前記デバイスを制御するステップとを有し、前記デバイスが、前記測定された電圧が時間とともに減少している限り、第１電流を引き出し、その後、前記最小電流以上の第２電流を引き出すよう制御される方法である。実際上は、電圧が時間とともに減少していることは、しきい値に基づいて測定されることができ、この経時減少がしきい値未満に低下するとき、前記電圧はもはや時間とともに減少してはいないとみなされる。
電流が引き出される間、前記少なくとも１つのコンデンサ（例えば、バルクコンデンサ）にわたる電圧が減少しているとき、このことは、前記電流が少なくとも部分的には前記コンデンサから引き出されていることを示すものである。結果として、前記電流は、前記電源から（直には）引き出されていない。それ故、前記配電システムにおける電源サイドにおいては、前記電源が（例えば、前記電気接続を開いたままにするために、電気的な若しくは他の切断を防止するために、又は前記電源の、前記デバイスへの電力割り当てを保つために）前記デバイスに給電し続けるために必要とされる前記最小電流が引き出されないおそれがある。前記デバイスにおける前記コンデンサのインピーダンスが前記電源の抵抗より低い状況、及び／又は前記デバイスにおける前記コンデンサにわたる電圧が前記電源によって供給されるような電圧より高いだろう状況は、第１電流を引き出すよう前記デバイスを制御することによって解消され得る。前記コンデンサのインピーダンスが前記電源の抵抗より低い場合、電流が引き出されるので、前記コンデンサにわたる電圧は、平衡に到達するまで低下するだろう。その時点において、第２電流を引き出すよう前記デバイスを制御することによって、電流は、前記電源から引き出されるだろう。前記コンデンサにわたる電圧が前記電源にわたる電圧より大きい場合、電流が引き出されるので、前記コンデンサにわたる電圧は、平衡に到達するまで低下するだろう。その時点において、第２電流を引き出すよう前記デバイスを制御することによって、電流は、前記電源から引き出されるだろう。前記電源から引き出される、引き出される前記第２電流は、少なくとも引き出される前記第１電流と一緒には、前記電源が前記デバイスに給電し続けるための最小電流要件を満たすべきである。このような最小電流要件を満たす電流を前記第２電流として引き出すことは、このような最小電流引き出し要件を満たす。実際的な実施例においては、同じ電流が、前記第１電流として引き出され、次いで、前記第２電流として続けられる。例えば、MPSパルスが生成され、7msパルスの代わりに、37msのパルスが生成される。この例においては、最初の30ms（前記第１電流）の後に、前記平衡に到達し、最後の7ms（前記第２電流）が、前記PSEから十分な最小電流が引きだれることを確実にする。この例においては、前記第１電流及び前記第２電流は、単一のパルスのような単一の電流引き出しである。引き出される前記第２電流は、前記PoE規格においてMPSために規定されている要件を満たすことができる（例えば、前記MPSは、前記規格においてT_mps_pdと呼ばれる継続時間を持つ）。引き出される前記第１電流の一部は、前記PSEから引き出され、それ故、実施例においては、引き出される前記第２電流は、前記PSEが前記PDに給電し続けるために必要とされる前記最小電流未満であるという仮定がなされ得る。
電流が引き出される間の前記少なくとも１つのコンデンサにわたる電圧の測定は、いつ前記平衡に到達するのか（即ち、いつ、測定される電圧がもはや時間とともに減少しなくなるのか、又はいつ、少なくとも、所定の割合より低い割合で減少するようになるのか）を決定するために、少なくとも前記第１電流が引き出される間、行われる。
前記方法の実施例においては、前記第１電流は前記第２電流より大きい。これは、前記平衡に到達する速度を向上させるので、有利である。前記第１電流の引き出しは、例えば、前記平衡到達を達成することができ、前記第２電流の引き出しは、前記配電システムの電源サイドにおいて最小電流の引き出しが検出可能であるような要件を満たす。別の実施例においては、前記第２電流は前記第１電流より大きい。前記第１電流は、通常の動作電流（例えば、マイクロコントローラにより又は損失により引き出される2mA）であり、これは、コンデンサ電圧のゆっくりとした減少をもたらすだろう。この電圧降下が測定される（即ち、この例においては、MPSパルスの間ではなく、通常の動作電流が引き出されている間に、前記電圧測定が行われる）とき、前記PDは、余分なコンデンサ電圧を取り除くために、後にMPSパルス（例えば、10mA）が続くより高い電流（例えば、50mA）を用いて自己放電することができる。前記より高い電流（50mA）は省かれてもよく、単により長いMPSパルスが用いられてもよい。
前記方法の他の実施例においては、前記電源は、毎第２期間内の少なくとも第１期間の継続時間の間前記少なくとも最小電流が引き出されるとき、前記デバイスに給電するよう構成され、前記第２電流は前記少なくとも最小電流以上であり、少なくとも前記第１期間の間、前記第２電流が引き出される。例えば、前記第１電流は、パルス電流であり、前記第１電流の少なくとも１つのパルスの継続時間は、前記第１期間より大きい。別の例として、前記第１電流は、パルス電流であり、前記第１電流の少なくとも１つのパルスの間に引き出される電流は、前記少なくとも最小電流より大きい。
例として、引き出される前記電流がパルス電流である場合には、それは、前記電流がもはや前記コンデンサから引き出されなくなる前に幾つかのパルスを取得することができる。前記配電システムの電源サイドにおいて1つ以上のパルスが検出されない場合には、前記電源は、例えば前記デバイスを切断することを決定することができる。第１電流として１つ以上のより大きいパルスを引き出し、第２電流として通常のパルスを引き出すことによって、より大きいパルスは、向上した速度での平衡到達を達成し、通常のパルスは、前記配電システムの電源サイドにおいて最小電流引き出しが検出可能であるような要件を満たす。このような大きいパルスは、例えば、延長された継続時間のパルス又はより大きい振幅のパルスを含み得る。前記方法がパルス生成器に適用される場合、前記パルス生成器の構成に依存して、これらのうちの１つがより実施し易くなり得る。
前記方法の更に別の実施例においては、前記方法は、前記負荷によって引き出される電流を測定するステップを更に有し、電流を引き出すよう前記デバイスを制御するステップは、測定された前記電流が所定のしきい値未満である場合にしか実施されない。これは、前記デバイスが動作中であり、前記負荷が十分な電流を引き出しているときに最小電力要件が満たされるので、有利である。このような場合には、例えば、電流パルスは生成される必要がなく、前記コンデンサにわたる電圧の測定は実施される必要がない。別のオプションとして、電流を引き出すよう前記デバイスを制御するステップは、前記負荷がスタンバイモードにある場合にしか実施されない。動作モードにおいては、前記電源が前記デバイスに給電し続けるのに十分な電流が引き出されるという仮定の下では、付加的な電流が引き出される必要はない。
様々な実施例において、前記第１電流及び／又は前記第２電流は、電力を消費するよう前記負荷を制御すること、電力を消費するよう抵抗成分を制御すること、又は電力を蓄えるよう電力貯蔵部を制御することのうちのいずれか１つによって、引き出される。例として、前記負荷の一部である発光ダイオード、LEDは、所望の電流引き出しをもたらし、前記デバイスが依然として給電されている指標を供給するようオンに切り替えられることができる。前記デバイスには、例えば、PDの物理インターフェースには、電流を引き出すよう（例えば、スイッチを通して）制御される抵抗器が含まれ得る。前記デバイスにおける前記負荷又は前記PDの物理インターフェースは、電力が蓄えられることができる他のコンデンサを含み得る。このコンデンサを制御することによって、前記第１電流及び前記第２電流が引き出され得る。前記デバイスにおいて前記電力信号を生成するために前記第１電流及び前記第２電流が引き出され得る様々な他の方法がある。
特に有利な実施例においては、前記方法はPoEに適用される。前記デバイスは、パワー・オーバー・イーサネット、PoE規格に従う受電デバイス、PDであり、前記電源は、パワー・オーバー・イーサネット、PoE規格に従う給電機器、PSEであり、前記PSEは、電力維持シグネチャ、MPSが検出されるとき、前記PDに給電するよう構成される。他の実施例においては、前記PDにおける前記少なくとも１つのコンデンサは、バルクコンデンサであり、前記コントローラは、MPSを生成するよう構成され、前記第１電流及び前記第２電流はともに単一のパルスを有し、前記第２電流はMPSを有する。これは、PDにおけるパルス生成器が、MPSパルス（例えば、300ms毎に7msの間の10mA）を生成すると共に、（前記バルクコンデンサから電流が引き出されていることを示す）前記バルクコンデンサにわたる電圧が低下するとき、MPSパルスの継続時間を延長することを可能にする。例えば、7msのパルスは、37msまで延長されることができ、ここでは、最初の30msにおいては、前記バルクコンデンサにわたる電圧は低下し、次いで、平衡に到達するとき、最後の7msが、前記PSEがMPSを検出することができるtことを確実にする。従って、前記電流が前記MPSから引き出されているだろうことが知られると、少なくとも、前記MPE規格においてT_mps_pdと呼ばれているものの継続時間の間、前記バルクコンデンサからではない電流が引き出される。
PoEのやがて公開される802.3bt規格においては、PSEの更なる「タイプ」が識別される。前記PSEが前記PDに対する接続をオープンに保つために前記PDによって前記PSEから引き出される必要がある最小電流は、PSEの幾つかのタイプの間で異なる。前記方法の実施例においては、前記方法は、前記PDが電力を受け取っているPSEのタイプを決定するステップを更に有し、前記デバイスは、決定された前記PSEのタイプに基づいて電流を引き出すよう制御される。例えば、タイプ１又はタイプ２のPSEの場合は、前記PDによって引き出されるパルスは、10mAであり得るのに対して、タイプ３又はタイプ４のPSEの場合は、引き出されるパルスは、クラス５乃至８のPDの場合は16mAであり、クラス１乃至４のPDの場合は10mAである。
第２の態様においては、特許請求の範囲は、配電システムにおけるデバイスにおいて電力信号を生成するためのコンピュータプログラム製品であって、前記デバイスが、前記デバイスの負荷に並列に少なくとも１つのコンデンサを有し、前記配電システムが、電源であって、前記デバイスによって前記電源から少なくとも最小電流が引き出されるとき、前記デバイスに給電するよう構成される電源を有し、前記コンピュータプログラム製品が、コンピュータプログラムコードであって、前記コンピュータプログラムコードがコンピュータ装置において走らされるときに前記方法を実行するためのコンピュータプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品である。このようなコンピュータプログラム製品は、例えば、チップ（セット）における組み込みソフトウェアとして、走らされることができる。第３の態様においては、特許請求の範囲は、パワー・オーバー・イーサネット、PoE規格に従う受電デバイス、PDに組み込まれるよう構成されるデジタル又はアナログ電子回路であって、前記方法を実行するよう構成されるデジタル又はアナログ電子回路である。
第４の態様においては、特許請求の範囲は、配電システムにおける電源から電力を受け取るためのデバイスであって、前記電源が、前記デバイスによって前記電源から少なくとも最小電流が引き出されるとき、前記デバイスに給電するよう構成され、前記デバイスが、少なくとも１つの負荷と、前記少なくとも１つの負荷に並列の少なくとも１つのコンデンサと、電流の引き出しを引き起こすよう構成されるコントローラと、前記デバイスが電流を引き出している間、前記少なくとも１つのコンデンサにわたる電圧を測定するよう構成される電圧測定ユニットとを有し、前記コントローラが、更に、測定された前記電圧が時間とともに減少している限り、第１電流を引き出し、その後、前記最小電流以上の第２電流を引き出すよう前記デバイスを制御するよう構成されるデバイスである。
実施例においては、前記デバイスは、パワー・オーバー・イーサネット、PoE規格に従う受電デバイス、PDであり、前記電源は、パワー・オーバー・イーサネット、PoE規格に従う給電機器、PSEであり、前記PSEは、電力維持シグネチャ、MPSが検出されるとき、前記PDに給電するよう構成され、前記少なくとも１つのコンデンサはバルクコンデンサであり、前記コントローラは、MPSを生成するよう構成され、引き出される前記第２電流は関連するPoE規格のMPS要件（例えば、7msの間引き出される10mA）を満たす。PDを有するこのようなこのようなデバイスの隣に、前記デバイスはPDにおいて用いられるべきチップ（セット）も含み得る。
前記（コンピュータ実施）方法、前記コンピュータプログラム製品及び前記デバイスは、とりわけ、従属請求項において規定されているような、同様の及び／又は同一の好ましい実施例を有することは理解されるだろう。
本発明の好ましい実施例は、前記従属請求項と、関連する独立請求項の如何なる組み合わせであってもよいことは理解されるだろう。
下記の実施例を参照して、本発明のこれら及び他の態様を説明し、明らかにする。
本開示の理解を助けるために、及び実施例がどのようにして実施され得るかを示すために、一例として、添付図面への参照がなされる。
配電システムの実施例を概略的且つ例示的に示す。 照明アプリケーションのための配電システムの実施例を概略的且つ例示的に示す。 照明アプリケーションのための受電デバイスの実施例を概略的且つ例示的に示す。 PSE及びPDの簡易図を概略的且つ例示的に示す。 PSE及びPDの簡易図を概略的且つ例示的に示す。 PDのインターフェースの後の電流の流れのSpiceシミュレーションを概略的且つ例示的に示す。 PDにおいて引き出される第１MPS電流及びPSEにおいて観察可能な電流のSpiceシミュレーションを概略的且つ例示的に示す。 PDにおいて引き出される第２MPS電流及びPSEにおいて観察可能な電流のSpiceシミュレーションを概略的且つ例示的に示す。 PSE電圧降下の作用を示すSpiceシミュレーションを概略的且つ例示的に示す。 本願の教示を適用する簡易図を概略的且つ例示的に示す。
パワー・オーバー・イーサネット（PoE）の電気電子技術者協会（IEEE）規格802.3af/atによれば、受電デバイス（PD）は、給電機器（PSE）によってイーサネットケーブルを介して給電される。PSEは、例えば、スイッチであり、PDは、例えば、インターネット・プロトコル（IP）カメラ、IP電話機、ワイヤレスアクセスポイント、照明器具、センサ、ファンなどである。前記規格によれば、ケーブルが、取り外されているのか、非PoEデバイスに接続されているのか、又はPoE準拠デバイスに接続されているのかを決定することができる。これは、（アイドル状態に続く）３つのフェーズ：検出フェーズ、分類フェーズ、２イベント分類(2-event Classification)で達成され、その後、PDは（動作状態において）給電される。
検出フェーズにおいては、PDが接続されているかどうかをPSEが検出する。検出フェーズ中、PoE準拠PDは、コンデンサ（50nF乃至120nF）及び抵抗器（検出フェーズ中にしか存在しない25kΩ）有効な検出シグネチャを供給するだろう。例として、PSEは、シグネチャ抵抗器の有無を決定するために、2.8V乃至10Vの範囲内の2つの電圧を印加し、対応する電流を測定することができる。電流供給などの他の方法も可能である。分類フェーズにおいては、PSE及びPDが、IEEE 802.3afの電力レベル（12.95W）に従うタイプ１、又はIEEE 802.3atの電力レベル（25.5W）に従うタイプ２のように識別される。更に、802.3at規格は、電力分類を決定する異なる方法を供給する。タイプ２のPSEは、２イベント分類を実施することによって（レイヤ１）、又はPDと通信することによって（レイヤ２）、PDの電力分類を取得するオプションを持つ。同時に、タイプ２のPDは、タイプ２のPSEを識別し、レイヤ１及び２を通じて通信することができなければならない。２イベント分類の一部として、PSEは、15.5Vと20.5Vとの間の一定の電圧をPDに供給する。
PDが接続されていると決定した（及びオプションの電力分類の）後、PDがもはや電力を用いなくなるまで、PSEがPDに電力を供給する。前記規格は、PDが、スタンバイモードのような、ほとんど又は全く電力を必要としない場合には、PDは電力維持シグネチャ（MPS）を生成しなければならないことを規定している。IEEE802.3atによれば、MPSは、２つの成分、AC MPS成分及びDC MPS成分から成る。PSEは、DC MPS成分、AC MPS成分、又は両方をモニタするだろう。AC MPS成分は、ACインピーダンスが27kΩ以下の電力インターフェースにおいて検出される場合に存在する。PSEによってMPSが検出されない場合、PSEはPDへの電力を遮断してもよい。このことは、PSEが切断されているポートに電力を供給することを防止し、このことは、このようなポート（又はそのポートに接続されているケーブル）に触れている人が感電することを防止し得る。別の例として、このことは、電力が印加されるPSEのポートに接続されている非PoEデバイスへの損傷を防止することができる。
現在、照明器具（センサ、スイッチ、光源など）、又はアクティブスピーカ、インターネットラジオ、DVDプレーヤ、セットトップボックス、及び更にはTVセットのような娯楽機器のような、全ての種類の負荷に対してPoE規格を使用するための議論が進められている。その場合、Cat5/6接続毎に60W以上までのレベルのようなより高い電力レベルをサポートする将来の規格が必要とされる。このような議論は、PoEに関連して進行中なだけでなく、EMerge Alliance Occupied Space規格、又はUSB Power Delivery規格などの他の（同様の）規格に関連しても進行中である。より高い電力のデバイスがこのような配電システムを通して給電されるというこの発展と共に、これらのシステムを通して給電されるデバイスの数が増加するという発展もある。それ故、向上された電気効率を持つ配電システムを開発する必要性がある。
IEEE 802.3af/at規格は、ツイストペアイーサネットケーブルを介して電力及びデータを分配することを可能にする電力及びデータ分配システムを規定している。この規格によれば、電気消費機器は、スイッチから電力を受け取るために、及びデータを交換するために、スイッチに接続されることができ、スイッチは、幾つかのポートを有し、各ポートに電気消費機器が接続されることができる。イーサネットは、ローカルエリアネットワーク（LAN）のためのコンピュータネットワーク技術のファミリである。イーサネットは、1980年に商業的に導入され、IEEEによってIEEE 802.3として1985年に標準化された。イーサネットは、競合する有線のLAN技術に大規模に取って代わった。イーサネット規格は、イーサネットで使用中の開放型システム間相互接続（OSI）物理層の幾つかの配線及び信号方式の変形を有する。最初の10BASE5イーサネットは共用媒体として同軸ケーブルを用いた。後に、同軸ケーブルは、ハブ又はスイッチと共にツイストペア及び光ファイバーリンクに置き換えられた。10BASE-Tイーサネット規格は、２地点間リンクのためにしか設計されておらず、全ての終端は、イーサネットデバイスに組み込まれた。より高速の接続は、速度、半二重及び全二重、並びにマスタ／スレーブについてネゴシエートするために最初のオートネゴシエーションを用いる。このオートネゴシエーションは、別のデバイスへの接続の存在を検出するために10BASE-Tデバイスによって用いられるパルスと同様のパルスに基づいている。オートネゴシエーションが完了したとき、デバイスは、送信されるデータがない場合には、リンクを保つためのアイドルバイトしか送信しない。
PoEは、PSEが、ルータ、スイッチ、プリンタ、スプーラなどのような、分離され、ネットワーク接続された電気消費機器に、それらの標準規格のイーサネットケーブル接続を通じて電気エネルギを供給することを可能にする、アクティブな規格である。図１は、複数のPoE対応出力ポート１２を持つ中央電源デバイス（例えば、PSE）１を備えるPoEをベースにした照明システムの従来のアーキテクチャを示している。各負荷デバイス２に対して、出力ポート１２のうちの１つが、コネクタを備えるCat5/6ケーブル３によって配線される。図１の例においては、負荷デバイス２は、光源２６及びPDコントローラ／ドライバ２０を内蔵するPoEランプである。他の負荷デバイスは、ファン、センサ、又はディスプレイ若しくはスイッチパネルのようなユーザインターフェースデバイスも含み得る。電源デバイス１は、各個別の出力ポート１２のために印加電圧を制御すると共に、各負荷デバイス内のPDコントローラ２０によって信号で伝えられる電力要求に関する過電流についてモニタするPSUコントローラ１０を有する。
図２は、受電デバイス２、３及び４に電力を供給するための給電デバイス１を有する、照明アプリケーションのための配電システム１００の実施例を概略的且つ例示的に示している。給電デバイス１は、受電デバイス２、３及び４がイーサネットケーブル１３を介して接続される幾つかのポート１２を有し、前記イーサネットケーブル１３は、データと一緒に供給電力を運ぶよう適応されている。給電デバイス１は、（図には示されていない）主電源コンセントに直に接続され得る電気接続部１５を介して入力電力を受け取り、データは、別のイーサネットケーブル１４を介して（図には示されていない）別のデバイス、例えば、スイッチから受信され得る。電源ユニット１１は、受け取った電力から、パワーデバイスマネージャ１８介して受電デバイス２、３及び５に供給されるべき電力を生成する。データは、パワーデバイスマネージャ１８を介して各々の受電デバイス２、３、又は４に送信される前に、ネットワークデータプロセッサ１９によって処理されてもよい。
ここでは、受電デバイス２、３及び４は、照明器具２、スイッチング素子３、及び存在センサ４を含む。これらは、人によってスイッチング素子３が作動された後に、及び／又は存在センサ４によって人の存在が検出された後に、スイッチング素子３及び／又は存在センサ４が、スイッチ１を介して照明器具２に調光コマンドを送信するように適応され得る。
照明器具２は、図３においてより詳細に概略的且つ例示的に示されている。照明器具２は、電気負荷２６、この実施例においては、発光ダイオード（LED）を有する。照明器具２は、給電ユニット１によって供給された電力から電気負荷電力を生成すると共に、電気負荷電力を電気負荷８に供給するために、電気負荷電力供給ユニット１０２を有する。イーサネットケーブル１３は、照明器具２のプラグ差込み口２０に接続される。データと一緒に運ばれた電力は、電力・データ経路２５０を介して電力・データスプリッタ２１０に供給される。電力・データスプリッタ２１０は、イーサネットケーブル１３によって運ばれた電力とデータとを分離させる。次いで、分離されたデータは、データ経路２５５を介して更に運ばれ、分離された電力は、電力経路２５１を介して更に運ばれる。電力・データスプリッタ２１０は、例えば、電力信号とデータ信号とを分離させるための磁気回路を有する。
照明器具２は、PoEシステムにおいて照明器具２を識別するために（及びオプションとして、スイッチ１と電力クラスをネゴシエートするために）、受電デバイスコントローラ２１１を更に有する。電気負荷電力供給ユニット１０２は、給電デバイス１によって供給され、受電デバイスコントローラ２１１を介して電気負荷ドライバ２１２によって受け取られた電力から電気負荷電力を生成すると共に、電気負荷電力をLED２６に供給するために、電気負荷ドライバ２１２を有する（と共にオプションとして、受電デバイス２によって給電デバイス１から引き出される入力電流が、所定の入力電流上方しきい値、例えば、PoE規格802.3atによって電力クラス４に対して規定されている0.6A未満で最大化されるように電気負荷電力の電力レベルを決定すると共に、決定された電力レベルを示す電力制御信号を制御信号経路２５４を介して電気負荷ドライバ２１２に送信するために、電気負荷電力コントローラ２１３を有する）。電気負荷ドライバ２１２は、電気負荷電力コントローラ２１３から受信された電力制御信号に従って、供給された電力から電気負荷電力を生成するように適応される。電気負荷電力は、電気負荷電力経路２５３を介して、電気負荷ドライバ２１２からLED２６へ供給される。電気負荷ドライバ２１２は、LED２６を駆動するために対応する電気負荷駆動電流を生成することによって電気負荷電力を生成するように適応される。電気負荷電力供給ユニット１０２、とりわけ、電気負荷電力コントローラ２１３、又は電気負荷ドライバ２１２は、制御信号にローパスフィルタをかけるよう適応され得る。
図４Ａ及び４Ｂには、フィルタ素子CBULK及びケーブルインピーダンス（抵抗値＋誘導性の値）強調するよう簡略化されたPSE/PDの図が示されている。図４Ａにおいては、MPS信号生成器４３が、（ホットスワップFET４１を有する）PDインターフェースとPSEとの間に配置されており、図４Ｂにおいては、MPS信号生成器４６が、（ホットスワップFET４４を有する）PDインターフェースと負荷との間に配置されている。これらの図は、根本的な問題、バルクコンデンサによってMPSが供給される不所望な電流経路４１１、４１３の存在を図示している。しかるに、不所望な電流経路４１０、４１２においては、PSEからMPSが引き出される。MPS、又は最小電流要件に基づく別の電流が少なくとも部分的に電源（例えば、PSE）から引き出されない場合には、配電システムの電源サイドにおいて測定されるときに、最小電流要件が満たされていないかもしれない。このような要件は、PDデバイスがケーブルからプラグが抜かれた状態になっているかどうかを例えばPSEが検出することを可能にするよう設定される。このような場合には、PSEは、開いているコネクタ(open connector)上にPoE電圧が存在することを防止するために、すぐに電圧を取り除かなければならない。換言すれば、MPSは、PDが給電され続けることを確実にするためにPDが引き出さなければならない最小電力シグネチャである。
タイプ１又はタイプ２のPSEに接続される場合、このMPSは、10mAであるよう規定されている。この電流はIHoldと呼ばれる。この図は、下限電力消費量を少なくとも50V×10mA = 500mWにするだろう。この下限は高すぎて低いスタンバイを達成することはできず、従って、前記規格には、この電流のデューティサイクルに対する規定もない。規則は、毎325ms周期のうちの75msの間、IHold電流だけが存在しなければならないというものである。これは、下限電力消費量を115mWまで減らす。802.3btの修正条項は、２つの新しいタイプ、即ち、タイプ３及びタイプ４を導入すると見られている。これらは、タイプ１及びタイプ２とは異なるMPS挙動を得るだろう。タイプ３及び４のPDは、毎300msのうちの7msの間、MPSを示すことを要求される。電流量は、PDの最大電力に依存する。前記電力が30W（クラス４の電力）以下である場合には、IHoldのレベルは、タイプ１及び２の仕様と同一の10mAである。前記電力が30Wより大きい（クラス５以上である）場合には、必要とされる電流は16mAである。
PoE照明アプリケーションがうまくいくためには、スタンバイ電力が可能な限り低く抑えられることが望ましい。それ故、これらの最新の最小電力使用量要件は好ましいが、このような低電力消費パルスは、意図せず、例えばPDサイドのバルクコンデンサCBULKから引き出されるおそれがあり、その場合、PSEサイドの電流検出機構には見えない。これは、PSEがPDから電力を遮断することをもたらすだろう。これは、非常に望ましくない。
デバイス（例えば、PD）によって引き出されるパルスが電源（例えば、PSE）から引き出されないという結果は、様々な理由でもたらされ得る。第１の例として、この結果は、MPS生成回路の電気的観点からのPSE電圧源とバルクコンデンサとの間のインピーダンスの差によりもたらされる。バルクコンデンサのインピーダンスがPSEの供給源抵抗よりずっと低い場合には、最初は、PSE供給源とバルクコンデンサとの間の新しい直流平衡に到達するまで、バルクコンデンサが、MPS電流を全て供給するだろう。これらの短いパルスの場合は、パルスのほとんどが前記コンデンサによって供給され得る。これは、PSEがMPSパルスを観察しないことをもたらし、PDを切断することがあり得る。LTspiceシミュレーション（図５参照）は、220μFの典型的なPDバルクコンデンサでは、PSE検出抵抗器においてMPSパルスがほとんど見えない（即ち、電流引き出し５１がごくわずかである）ことを示している。第２の例として、この結果は、PSE電圧の急落（電圧降下）によりもたらされる。PSEは、電力インターフェースにおいて57V乃至50Vの許容電圧範囲を持つ。（他のポートの）負荷の増加によりPSE電圧が低下することはよくある。PSE電圧が低下し、PSEが最小電力消費を伴うPDに接続されている場合には、これは、入力整流器に逆バイアスをかける作用があり得る。その時点において、PDは、バルクコンデンサがPSE電圧未満に放電され、入力整流器が再び導通し始めるまで、バルクコンデンサに貯蔵された電力から動作している。この場合には、PSEは、MPSを観察せず、PDを切断するだろう。
図６においては、PDにおける引き出されたMPS電流６１と、PSEにおいて観察可能な電流６２と、バルクコンデンサにわたる電圧６３とを示す他のSpiceシミュレーションが示されている。このシミュレーションは、7msのオン時間を持つ短いMPSタイミングを用いており、これは、PSE波形を振幅において歪ませ、減らす。
図７においては、PDにおける引き出されたMPS電流７１と、PSEにおいて観察可能な電流７２と、バルクコンデンサにわたる電圧７３とを示す更に他のSpiceシミュレーションが示されている。このシミュレーションは、75msのオン時間を持つ長いMPSタイミングを用いている。ここでは、PSE波形は、歪んだエッジを持つが、直流平衡に到達することを見ることできる。バルクコンデンサ電圧は、PSE電流の逆さにされたミラーコピーである。
図８においては、PSE電圧降下の影響を示すSpiceシミュレーションが示されている。PSE電圧８１が示されており、PSE電圧８１は、57Vから50Vに変化し、57Vに戻る。バルクコンデンサにわたる電圧８２も示されている。MPSが引き出される間、この電圧降下はMPS電流と同等である。PDサイドにおけるMPS電流８３、及びPSEによって観察されるような電流８４が示されている。高いPSE電圧の期間の間、パルスは、振幅において、フィルタをかけられ、減らされるが、これらのパルスは、電圧が50Vに低下した後には、完全に見えなくなり、後で、バルクコンデンサが十分に放電した後にのみ、再び現れる。
図９においては、電源（例えば、PSE）から電力を受け取るためのデバイス（例えば、PD）が示されている。前記デバイスは、（整流器の後ろの）正のレール９１、負の切り替えられるレール９２、バルクコンデンサ９３、バルクコンデンサにわたる電圧の測定部９４、キープアライブ信号（例えば、MPS）生成デバイス９５、ホットスワップスイッチ９６（例えば、MOSFET）、入力整流器９７（単に分かり易くするために導通ダイオードしか描かれていないことに注意されたい）、PoEイーサネット変圧器９８、及び負の切り替えられないレール９９を有する。この例においては、MPS生成インピーダンス９５が、９９の前に、又は９２の後ろに、配置されることができ、MPSを引き出している間、ホットスワップをオフにすることは必要とされない。
PDは、PSEサイドにおいてMPS要件を満たすことを担う。PD電圧の測定値は、配電システムのバルクコンデンサ（即ち、デバイスサイド、PDサイド）ではなく、ケーブルサイド（即ち、電源サイド、PSEサイド）からMPS電流が引き出されているかどうかを決定するために用いられ得る。MPSパルスの間、PDは、バルクコンデンサの電圧を測定するだろう。この電圧が、低下しており、安定した値に到達していない限り、PDは、MPS電流を引き出し続けなければならない。前記電圧が安定した値に到達し次第、PDは、少なくとも所要の最小時間（タイプ３又は４のPSEに接続される場合には7ms、タイプ１又はタイプ２のPSEに接続される場合には75ms）の間、前記電流を引き出し続けなければならない。
この機能を組み込ませ、タイミングが適切なMPSパルスを自動的に生成するPDインターフェースチップを構築することは可能である。他の例においては、これは、PDアプリケーション（例えば、MPSを取り扱うマイクロコントローラ）に組み込まれることができ、PDバルクコンデンサ電圧を読み取るA/Dコンバータを有する。バルクコンデンサ電圧を入力として取得する微分器(differentiator)を用いることも可能である。定常状態の状況が探されることから、微分器におけるゼロ電圧は、直流平衡に到達しており、引き出される電流がPSEによって供給されていることを示す。
この文献においては、電力消費デバイス（例えば、PD）が、電流を、前記電力消費デバイス自身の（バルク）コンデンサから引き出しているのか、又は電源（例えば、PSE）から引き出しているのかを、前記電力消費デバイスが検出することを可能にする方法、コンピュータプログラム製品及びデバイスが呈示されている。これは、配電システムの電源サイドにおいて最小電力消費が検出可能であるような適切な量の電力をデバイスが引き出すことを可能にする。これは、例えば、PDがPSEによって切断されることを防止するような適切なMPSの生成を可能にする。
請求項に記載の発明を実施する当業者は、図面、明細及び添付の請求項の研究から、開示されている実施例に対する他の変形を、理解し、達成し得る。
請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形表記は、複数の存在を除外しない。
単一のユニット又は装置が、請求項に列挙されている幾つかの要素の機能を実現してもよい。単に、特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように用いられることができないことを示すものではない。
請求項におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されてはならない。

Claims (15)

  1. 配電システムにおけるデバイスにおいて電力信号を生成する方法であって、前記デバイスが、前記デバイスの負荷に並列に少なくとも１つのコンデンサを有し、前記配電システムが、電源であって、前記デバイスによって前記電源から少なくとも最小電流が引き出されるとき、前記デバイスに給電するよう構成される電源を有し、前記方法が、
    前記デバイスが電流を引き出している間、前記少なくとも１つのコンデンサにわたる電圧を測定するステップと、
    測定された前記電圧に基づいて電流を引き出すよう前記デバイスを制御するステップとを有し、前記デバイスが、前記測定された電圧が時間とともに減少している限り、第１電流を引き出し、その後、前記最小電流以上の第２電流を引き出すよう制御される方法。
  2. 前記第１電流が前記第２電流より大きい請求項１に記載の方法。
  3. 前記電源が、毎第２期間内の少なくとも第１期間の継続時間の間少なくとも最小電流が引き出されるとき、前記デバイスに給電するよう構成され、前記第２電流が前記少なくとも最小電流以上であり、少なくとも前記第１期間の間、前記第２電流が引き出される請求項１乃至２のいずれか一項に記載の方法。
  4. 前記第１電流がパルス電流であり、前記第１電流の少なくとも１つのパルスの継続時間が前記第１期間より大きい請求項３に記載の方法。
  5. 前記第１電流がパルス電流であり、前記第１電流の少なくとも１つのパルスの間に引き出される電流が少なくとも最小電流より大きい請求項３に記載の方法。
  6. 前記方法が、前記負荷によって引き出される電流を測定するステップを更に有し、電流を引き出すよう前記デバイスを制御するステップが、測定された前記電流が所定のしきい値未満である場合にしか実施されない請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 電流を引き出すよう前記デバイスを制御するステップが、前記負荷がスタンバイモードにある場合にしか実施されない請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記第１電流及び／又は前記第２電流が、電力を消費するよう前記負荷を制御すること、電力を消費するよう抵抗成分を制御すること、又は電力を蓄えるよう電力貯蔵部を制御することのうちのいずれか１つによって、引き出される請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記デバイスが、パワー・オーバー・イーサネット、PoE規格に従う受電デバイス、PDであり、前記電源が、パワー・オーバー・イーサネット、PoE規格に従う給電機器、PSEであり、前記PSEが、電力維持シグネチャ、MPSが検出されるとき、前記PDに給電するよう構成される請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記少なくとも１つのコンデンサが前記PDのバルクコンデンサであり、コントローラが、MPSを生成するよう構成され、前記第１電流及び前記第２電流がともに単一のパルスを有し、前記第２電流がMPSを有する請求項９に記載の方法。
  11. 前記方法が、前記PDが電力を受け取っているPSEのタイプを決定するステップを更に有し、電流を引き出すよう前記デバイスを制御するステップが、更に、決定された前記PSEのタイプに基づく請求項９乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
  12. 配電システムにおけるデバイスにおいて電力信号を生成するよう構成されるコンピュータプログラムであって、前記デバイスが、前記デバイスの負荷に並列に少なくとも１つのコンデンサを有し、前記配電システムが、電源であって、前記デバイスによって前記電源から少なくとも最小電流が引き出されるとき、前記デバイスに給電するよう構成される電源を有し、前記コンピュータプログラムが、コンピュータプログラムコードであって、前記コンピュータプログラムコードがコンピュータ装置において走らされるときに請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法を実行するためのコンピュータプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
  13. パワー・オーバー・イーサネット、PoE規格に従う受電デバイス、PDに組み込まれるアナログ又はデジタル電子回路であって、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法を実行するよう構成される電子回路。
  14. 配電システムにおける電源から電力を受け取るよう構成されるデバイスであって、前記電源が、前記デバイスによって前記電源から少なくとも最小電流が引き出されるとき、前記デバイスに給電するよう構成され、前記デバイスが、
    少なくとも１つの負荷と、
    前記少なくとも１つの負荷に並列の少なくとも１つのコンデンサと、
    電流の引き出しを引き起こすよう構成されるコントローラと、
    前記デバイスが電流を引き出している間、前記少なくとも１つのコンデンサにわたる電圧を測定するよう構成される電圧測定ユニットとを有し、前記コントローラが、更に、測定された前記電圧が時間とともに減少している限り、第１電流を引き出し、その後、前記最小電流以上の第２電流を引き出すよう前記デバイスを制御するよう構成されるデバイス。
  15. 前記デバイスが、パワー・オーバー・イーサネット、PoE規格に従う受電デバイス、PDであり、前記電源が、パワー・オーバー・イーサネット、PoE規格に従う給電機器、PSEであり、前記PSEが、電力維持シグネチャ、MPSが検出されるとき、前記PDに給電するよう構成され、前記少なくとも１つのコンデンサがバルクコンデンサであり、前記コントローラが、MPSを生成するよう構成され、前記第１電流及び前記第２電流がともに単一のパルスを有し、前記第２電流がMPSを有する請求項１４に記載のデバイス。
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