JP6556801B2 - フォールトトレラント電力ネットワーク - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、Ｈｅａｔｈ Ｓｔｅｗａｒｔらによって２０１６年１０月２１日に出願された米国仮出願シリアル番号第６２／４１１，４３１号に対する優先権を主張するものであり、該米国仮出願は、参照により本明細書中に援用される。

（発明の分野）
本発明は、給電側機器（ＰＳＥ）が電力をノード位置における１つ以上の負荷に供給する電力ネットワークに関しており、特に、電力がノード間の任意の故障の周囲に自動的にルーティングされる電力ネットワークに関している。

（背景）
自動車および産業用途において用いられる従来の電力システムでは、ＤＣ電力は、典型的には、ポイント・ツー・ポイント配線を介してまたは電力バスを介して異なる負荷に供給され、種々の負荷が、同一の電力バスをタップオフする。そのようなシステムでは、電力供給部と負荷のうちの任意のものとの間の故障は、その故障の下流での電力の損失の存在を引き起こす。さらに、故障が短絡回路である場合、電力供給部は、過電流に起因してシャットダウンされ、全ての負荷に対する電力が不通にされ得る。

電力が故障の周囲でルーティングされ、故障が隔離され、その結果、負荷のうちの任意のものに対する電力の不通が存在しない「スマート」電力ネットワークが必要とされる。

（概要）
開示される電力ネットワークは、ＤＣ電圧を負荷に送達する同一の２つのワイヤを経由して差動データを伝送するシステム（例えば、パワー・オーバー・イーサネット（登録商標）システム）と、ＤＣ電圧のみを負荷に供給するシステムとに適用される。

一実施形態では、ノードの１つ以上のリングが、互いに接続されて、ノードのネットワークを形成する。各ノードは、負荷、スイッチ、シグネチャコンポーネント、（隣接するノードのシグネチャコンポーネントを検出するための）検出回路、およびコントローラを含む。各ノードは、２つのポートを有し、隣接するノードの相対するノードは、ワイヤのペアによって互いに接続される。１つの終端点において、第１のＰＳＥは、隣接するノードのポートに接続される。反対の終端点において、第２のＰＳＥは、その隣接するノードのポートに接続される。各ＰＳＥに隣接する２つ以上のノードが存在し得る。

仮に故障がノード間で検出されない場合、ノードの１つのポートに印加される電力は、ノードのその他のポートに選択的に供給されて、隣接するノードに電力供給し得る。任意のポートは、電力のための入力ポートまたは電力のための出力ポートとして機能して、隣接するノードに電力を供給し得る。ノードは、それらの隣接するノードに対する適切な接続を連続的に検出し、それらの隣接するノードに電力を印加し、その結果、電力は、全てのノードに連続的に供給される。ノードは、それらの隣接するノードに電力を印加するように独立して動作する。

別の実施形態では、ノードは、中央コントローラを介してそれらの隣接するノードに電力を印加する。

ノードの各ポートは、ノードがそのポートにおいて電力受信器として機能しているか、そのポートにおいて電力送信器として機能しているか、またはいずれでもないかに依存して、選択的に、そのポートに接続されたワイヤ上に検出シグネチャを提示するか、または、そのポートに接続されたワイヤからのシグネチャを検出する。種々のノードが隣接するノードからシグネチャを検出し、隣接するノードにシグネチャを提示することにより、隣接するノード間の故障の位置は、その隣接するノードから適切なシグネチャを受信することに失敗するノードによって識別され得る。シグネチャは、特定の抵抗値またはワイヤを横断して切り換えられるその他のコンポーネント値であり得、各ノード内の検出器は、適切なコンポーネント値がワイヤを横断して存在しているどうかを検出する。

電力供給された第１のノードの１つのポートにおいて故障が検出された（すなわち、隣接する電力供給されていない第２のノードからの適切なシグネチャが検出されない、または、電流の流れが故障を示している）場合、第１のノード内のスイッチの動作は、ＤＣ電力がそのポートに結合されることを防止し、そして、第２のノードは、第２のノードの反対のポートに接続された該ノードのその他の隣接するノードから自動的に電力供給される。したがって、全てのノードは、それらの隣接するノードのうちのいずれかから電力を受信し、電力が故障の周囲でルーティングされ、故障が隔離されることを可能にする。

その隣接するノードによっていずれかのポートに印加される電圧によって電力供給される、各ノード内の「スマート」回路は、内部スイッチを制御して、ワイヤ上にシグネチャを提示するか、または、ワイヤ上の隣接するノードのシグネチャを検出するかのいずれかを行う。故障が検出されなかった場合、接続スイッチは、隣接するノードに電力供給するために、電力供給されたノードの１つのポートにおけるワイヤをノードのその他のポートにおけるワイヤに接続する。したがって、ノードは、２つのポートのうちのいずれかに印加されるＤＣ電圧によって順に電源投入される。

一実施形態では、差動イーサネット（登録商標）データはまた、ＤＣ電圧と共にワイヤペアを経由して伝送され、ノードおよびＰＳＥは、データを処理して、ノードとＰＳＥとの間に任意の情報を通信する。データは、技術者に対し、故障の位置を識別するために用いられ得る。ＤＣ電圧は、例えば変圧器またはキャパシタによってＡＣデータパスから容易にフィルタアウトされ、差動データに影響しない。さらに、データ信号は、インダクタを用いて電力パスからフィルタアウトされ得、インダクタは、ＤＣ電圧および低周波数信号のみをパスする。

本発明は、配線の低減および高い信頼性が顕著な懸案事項である自動車および産業用途に対して特に有用である。
本明細書は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
電力供給されるネットワークであって、
ＤＣ電力を複数の相互接続されたノードに供給するように構成された少なくとも１つの給電側機器（ＰＳＥ）であって、上記相互接続されたノードは、第１のノードを含み、上記第１のノードの各々は、第１の隣接するノードおよび第２の隣接するノードに接続されている、少なくとも１つの給電側機器（ＰＳＥ）
を含み、
上記第１のノードは、
上記第１の隣接するノードに接続された第１の端子および第２の端子を有する第１のポートと、
上記第２の隣接するノードに接続された第３の端子および第４の端子を有する第２のポートと、
上記第１のポートに選択的に結合される第１のシグネチャ回路であって、上記第１のポートに結合された上記第１の隣接するノードから上記第１のポートに印加された検出信号に応答して、特定の電気的シグネチャを提示するように構成されている第１のシグネチャ回路と、
上記第２のポートに選択的に結合される第２のシグネチャ回路であって、上記第２のポートに結合された上記第２の隣接するノードから上記第２のポートに印加された上記検出信号に応答して、上記特定の電気的シグネチャを提示するように構成されている第２のシグネチャ回路と、
上記第１のポートに選択的に結合される第１の検出回路であって、上記第１の隣接するノードの上記第２のポートに上記検出信号を提示し、かつ、上記第１の隣接するノードの上記特定の電気的シグネチャを検出するように構成されている第１の検出回路と、
上記第２のポートに選択的に結合される第２の検出回路であって、上記第２の隣接するノードの上記第１のポートに上記検出信号を提示し、かつ、上記第２の隣接するノードの上記特定の電気的シグネチャを検出するように構成されている第２の検出回路と、
上記第１の検出回路または上記第２の検出回路が上記第１の隣接するノードまたは上記第２の隣接するノードの上記特定の電気的シグネチャを検出した場合、上記第１のポートを上記第２のポートに接続するように結合されている１つ以上の接続スイッチと
を含み、
上記第１のノードは、ＤＣ電圧が上記第１のノードの上記第１のポートにおいて受信されるか上記第１のノードの上記第２のポートにおいて受信されるかに依存して、上記第１の隣接するノードまたは上記第２の隣接するノードからの上記特定の電気的シグネチャを検出した後、上記ＰＳＥから上記第１の隣接するノードまたは上記第２の隣接するノードに上記ＤＣ電圧を選択的にパスする、ネットワーク。
（項目２）
上記ＰＳＥは、
ＤＣ電圧源と、
上記ＰＳＥに直接的に結合された上記ノードのうちの１つの上記第１のポートに上記ＤＣ電圧源を選択的に結合する第１の電力スイッチと、
上記ＰＳＥに直接的に結合された上記ノードのうちの上記１つの上記第１のポートに選択的に結合される第３の検出回路であって、上記第３の検出回路は、上記ＰＳＥに直接的に結合された上記ノードのうちの上記１つの上記第１のポートに上記検出信号を提示し、かつ、上記ＰＳＥに直接的に結合された上記ノードのうちの上記１つの上記特定の電気的シグネチャを検出するように構成されている、第３の検出回路と
を含み、
上記ＰＳＥは、上記特定の電気的シグネチャが検出された場合、上記第１の電力スイッチを閉鎖して、上記ＰＳＥに直接的に結合された上記ノードのうちの上記１つの上記第１のポートに上記ＤＣ電圧源を結合するように構成されている、上記項目に記載のネットワーク。
（項目３）
上記第１のノードは、上記ＰＳＥによって供給された上記ＤＣ電力によって電力供給されるコントローラを含み、上記コントローラは、上記ＤＣ電力が上記第１のポートにおいて受信されるか上記第２のポートにおいて受信されるかに依存して、上記第１のシグネチャ回路、上記第２のシグネチャ回路、上記第１の検出回路、および上記第２の検出回路をそれらの関連付けられた第１のポートまたは第２のポートに選択的に結合するために結合スイッチを制御する、上記項目のいずれかに記載のネットワーク。
（項目４）
上記第１のノードは、
負荷と、
上記第１のポートまたは上記第２のポートのいずれかに印加された上記ＰＳＥからの上記ＤＣ電圧に上記負荷を結合するように接続されている電力スイッチと
をさらに含む、上記項目のいずれかに記載のネットワーク。
（項目５）
上記第１のノードと上記第１の隣接するノードとの間の配線における故障は、上記第１の隣接するノードが、上記第１の隣接するノードの上記特定の電気的シグネチャを上記第１の検出回路に提示することを防止し、これにより、上記第１のノードが上記第１の隣接するノードに上記ＤＣ電力を供給することを防止し、
上記第１のノードと上記第２の隣接するノードとの間の配線における故障は、上記第２の隣接するノードが、上記第２の隣接するノードの上記特定の電気的シグネチャを上記第２の検出回路に提示することを防止し、これにより、上記第１のノードが上記第２の隣接するノードに上記ＤＣ電力を供給することを防止する、上記項目のいずれかに記載のネットワーク。
（項目６）
上記第１のノード、上記第１の隣接するノード、および上記第２の隣接するノードは、上記第１のノード、上記第１の隣接するノード、および上記第２の隣接するノードの上記第１のポートおよび上記第２のポートの相対するものの間に接続されたワイヤペアを介して相互接続されている、上記項目のいずれかに記載のネットワーク。
（項目７）
上記１つ以上の接続スイッチは、上記第１のポートと上記第２のポートとの間の単一の接続スイッチである、上記項目のいずれかに記載のネットワーク。
（項目８）
上記１つ以上の接続スイッチは、上記第１のポートと上記第２のポートとの間の直列の２つの接続スイッチを含む、上記項目のいずれかに記載のネットワーク。
（項目９）
上記第１のノードのうちの少なくともいくつかは、リング状に接続されている、上記項目のいずれかに記載のネットワーク。
（項目１０）
上記少なくとも１つのＰＳＥは、上記複数の相互接続されたノードに対して異なるポイントにおいて結合された複数のＰＳＥを含む、上記項目のいずれかに記載のネットワーク。
（項目１１）
上記第１のノードは、上記１つ以上の接続スイッチの閉鎖により、順に電源投入される、上記項目のいずれかに記載のネットワーク。
（項目１２）
上記複数の相互接続されたノードは、上記ＤＣ電力を伝導するために、ワイヤペアによって相互接続されている、上記項目のいずれかに記載のネットワーク。
（項目１３）
上記ワイヤペアはまた、上記ＰＳＥと上記複数の相互接続されたノードとの間で差動データを搬送する、上記項目のいずれかに記載のネットワーク。
（項目１４）
複数の相互接続されたノードに電力供給する方法であって、
ａ．給電側機器（ＰＳＥ）に直接的に結合された第１のノードの第１のポートにＤＣ電力を供給するステップと、
ｂ．上記第１のノードの第２のポートから第２のノードの第１のポートに検出信号を提供するステップと、
ｃ．上記第２のノードが、上記第１のノードからの上記検出信号に応答して、特定の電気的シグネチャを提供するステップと、
ｄ．上記第１のノードにより上記特定の電気的シグネチャを検出し、上記第１のノードの上記第１のポートを上記第１のノードの上記第２のポートに結合して、上記ＤＣ電力を上記第２のノードの上記第１のポートに供給するステップと、
ｅ．上記複数の相互接続されたノードにおける追加のノードに対してステップｂ〜ｄを繰り返して、上記複数の相互接続されたノードにおける全てのノードを順に電源投入するステップと
を含む、方法。
（項目１５）
上記ノードのうちの少なくともいくつかは、リング状に接続されている、上記項目に記載の方法。
（項目１６）
上記複数の相互接続されたノードに対して異なるポイントにおいて結合された複数のＰＳＥが存在する、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１７）
上記ノードは、ワイヤペアによって相互接続されており、差動データもまた、上記ＤＣ電力と共に上記ワイヤペアを経由して伝送される、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１８）
上記特定の電気的シグネチャは、上記第１のノードと上記第２のノードとの間で配線における故障が存在する場合、上記第１のノードによって検出されない、上記項目のいずれかに記載の方法。
（摘要）
１つ以上の給電側機器（ＰＳＥ）は、相互接続されたノードのネットワーク内のポイントに結合される。各ノードは、第１のポートおよび第２のポートを有する。第１のノードの第１のポートがＰＳＥからＤＣ電力を受信していると仮定する。そのとき、第１のノードは、その第２のポートにおいて、隣接する第２のノードの第１のポートから電気的シグネチャを検出する。適切な電気的シグネチャが隣接する第２のノードによって提示される場合、電力供給された第１のノードは、スイッチを閉鎖して、その第１のポートと第２のポートとの間に電力をパスし、第２のノードの第１のポートを介して、第２のノードを電力供給する。そして、ネットワーク内の全てのノードが、この方法で順に電源投入される。第１のノードと第２のノードとの間に故障が存在する場合、第２のノードは、第２のノードの第２のポートに接続された別のノードによって電力供給され得る。

図１は、複数のリング内の相互接続されたノードがそれらの２つの隣接するノードのうちの１つを介してＰＳＥから電力を受信する１つのタイプの電力ネットワーク構成を図示している。 図２は、各ＰＳＥ内の関連する回路を図示している。 図３は、各ノード内の関連する回路を図示しており、隣接するノードが、ポート・ツー・ポートで互いに接続されている。 図４は、別の実施形態における各ノード内の関連する回路を図示しており、隣接するノードが、ポイント・ツー・ポイントで互いに接続されている。 図５は、ＤＣ電圧を搬送するワイヤペアがネットワーク内の種々のコンポーネント間の通信のための差動データをも搬送する実施形態のためのＡＣカップリング／デカップリング回路を図示している。

同一または同等な要素は、同一の数字でラベル付けされている。

図１は、電力ネットワークの多くの可能な実施形態のうちの１つを図示しており、１つ以上のＰＳＥが、相互接続されたノードのネットワークの終端点に接続されており、各ノードは、２つのポートと負荷とを含んでいる。ネットワークは、ネットワーク内のどこかに故障が存在する場合に、その故障がノード内のスイッチによって自動的に隔離され、全てのノードに対する電力が、故障の周囲に自動的にルーティングされるように構成されている。そして、故障の位置は、ＤＣ電力ワイヤ上の差動データ信号によって識別され得、技術者によって修復され得る。

ノードは、任意のパターンで、例えば１つ以上のリングで、直列に、メッシュで、直列に接続されたリングの組み合わせで、または電力が各ノードへとその２つのポートのうちの１つを介して入力されることができるその他の適切な組み合わせで等で接続され得る。

第１のＰＳＥ１２は、ノード１４のネットワークの一方の終端点に接続されており、第２のＰＳＥ１６は、反対の終端点に接続されている。各ノード（例えば、ノードＡ）は、第１のポート１８、第２のポート２０、および電力供給されるべき負荷２２を含んでいる。負荷２２は、任意のタイプのデバイスであり得、ノードをＰＳＥ１２および１６に接続しておりそれらのノードを相互接続しているツイストワイヤペア２４を経由して差動データを伝送するためのデジタル通信回路を含み得る。その他のタイプの配線（例えば、シールドされたケーブル）が用いられ得る。ＤＣ電圧およびＡＣデータは、ＤＣカップリングインダクタおよびＡＣカップリングキャパシタを用いてワイヤペア２４にカップリングされ得る／ワイヤペア２４からデカップリングされ得る。このことは、図５において示されており、以下に記載される。

図１の例では、任意の数のノードが、ノードの第１のリング２６において接続されており、任意の数のノードが、ノードの第２のリング２８において接続されている。２つのリング２６および２８は、１つ以上のノード（ノードＣ）によって直列に接続されている。より多くのノードのリングおよびより多くの直列のノードが存在し得る。任意のノードがノードのうちの任意のものの間の単一の故障の場合にいずれかのポートから電力を受信することができる任意のその他の適切な構成が可能である。

図２は、ＰＳＥ１２における関連する機能ユニットを図示している。ＰＳＥ１６は、同一であり得る。コントローラ３０は、検出スイッチ３２および電力スイッチ３４の動作を制御する。コントローラ３０は、状態機械、プロセッサ、ファームウェア、またはその他の論理回路であり得る。

システム電源投入に応じて、コントローラ３０は、ＤＥＴ＿ＥＮ信号を介して検出スイッチ３２を閉鎖し、検出回路３６が低電力低周波数検出ルーチンを開始することを引き起こす。１つの出力端子３８は、ワイヤペア２４（図１）における正の電圧ワイヤに接続されており、ワイヤペア２４における他方のワイヤは接地され得る。代替的に、図５を参照して記載されるように、いずれのワイヤも接地されず、ＤＣ電圧源４０は、その端子をＤＣカップリングインダクタを介してワイヤペア２４に接続させる。

ワイヤペア２４は、差動データをも搬送する平衡されたツイストペアであり得る。別の実施形態では、ワイヤは、コアおよび外側のシールドを有するシールドされたケーブルであり得る。シールドは、接地に接続され得、その一方で、コアは、ＤＣ電圧は勿論のことデータも搬送する。

以下により詳細に記載されるように、ノードの各ポートは、ワイヤペア２４におけるワイヤを横断して検出シグネチャを提示するように制御可能である。そのような検出シグネチャは、特定の値の抵抗器（例えば、２５ｋｏｈｍ）または既知の特性を有するその他のコンポーネントまたは回路であり得る。そのようなその他のコンポーネントは、キャパシタ、ツェナーダイオード等であり得る。検出回路３６は、ワイヤを横断して低電流／低電圧信号を提示し、隣接するノードにおける検出シグネチャの存在を検出し得る。シグネチャ抵抗が用いられる場合、検出回路３６は、ワイヤを通る低電流を提供し得、結果として生じる電圧を検出し得る。典型的に、故障は、開回路または短絡のいずれかであり得るので、ワイヤペア２４が短絡または開回路を提示するかどうかを決定することは非常に容易である。検出シグネチャが期待される検出シグネチャの適切な範囲内にある場合、コントローラ３０は、スイッチ３２を開放し、電力スイッチ３４を閉鎖して、ワイヤペア２４におけるワイヤを横断してフルＤＣ電圧を接続する。

ＰＳＥ１２はまた、ノードによる電流の過負荷が存在するかどうかを検出し、そして、電力スイッチ３４を開放する、電流検出回路を含み得る。そのような電流過負荷は、ノードのうちの任意のものにおける故障性の負荷に起因し得る。

ＰＳＥ１２に隣接するノード（例えば、図１におけるノードＡおよびＢ）がＰＳＥ１２によって電源投入されると、それらは、ここで、図３を参照して記載されるように、ＤＣ電圧をそれらの下流の隣接するノードにパスするように独立して動作し得る。

図３は、各ノード内の関連する機能ユニットを図示している。例えば、ＰＳＥ１２が検出回路３６によってノードＡに低電流を供給しているとき、これは、ノードＡ内のコントローラ４２に電力供給する。そして、コントローラ４２は、スイッチ４４を一時的に閉鎖し、検出電流を受信するポート１８のワイヤを横断してシグネチャコンポーネント４６を接続する。正常な検出に応じて、上述のように、ＰＳＥ１２は、ＤＣ電圧源４０（図２）をワイヤを横断して結合し、ノード内のコントローラ４２は、スイッチ４４を開放する。このフル電圧は、ノード負荷の一部として電圧コンバータによってノード内の任意のその他の動作電圧に変換され得る。ノードが、例えばコンパレータを用いること等により、電圧が最小閾値よりも上であることを決定すると、コントローラ４２は、電力スイッチ４８を閉鎖し、電圧をノードの負荷５０を横断して接続する。

負荷の電力端子を横断するキャパシタ５２は、例えば故障再ルーティングルーチンの間等、ＰＳＥ１２からの電力の短い中断が存在する場合、負荷５０が電力供給され続けることを確実にする。また、ネットワークは、フルに電力供給された後、短い検出ルーチンを断続的に実行して、ネットワークの健全性を決定し得、キャパシタ５２は、これらの短いインターバルの間に、負荷５０に電力供給し得る。

コントローラ４２は、状態機械、プロセッサ、ファームウェア、または任意のその他のロジック回路であり得る。

ＰＳＥ１２に隣接するノードＡがフルに電力供給されると、該ノードは、入来ＤＣ電圧を反対のポート２０を介してその隣接する（下流の）ノードに接続するのに先立ち、ルーチンを実行する。コントローラ４２は、ＰＳＥ１２によって行われたのと全く同様に、ポート２０に接続されたワイヤに低電流／電圧を供給する検出回路５４スイッチ５６を閉鎖する。検出回路５４は、電流源と、ワイヤを横断する電圧を測定するために電圧検出器とを含み得る。そして、ポート２０に接続された隣接するノードは、その「シグネチャコンポーネント」スイッチ４４を閉鎖して、そのシグネチャコンポーネントをワイヤを横断して配置する。そして、ノードＡは、ポート２０に結合された隣接するノード内の適切なシグネチャコンポーネントを検出し、ひいては、ポート２０に結合された故障が存在しないことを把握する。そして、ノードＡは、検出回路スイッチ５６を開放し、接続スイッチ５８を閉鎖し、これにより、フルＤＣ電圧を下流の隣接するノードに転送する。

この動作は、全てのノードが電力供給されるまで、ノードの全てに対して順に続く。シーケンスは、ＰＳＥ１２から左から右へと進行し、ＰＳＥ１６から右から左へと進行する。ノードが該ノードのポートのうちの１つから電力供給されると、該ノードは、該ノードのその他のポートからの電力をも受信することはできない。したがって、仮に故障が存在しない場合、検出スイッチ５８が１つ以上のノードに対して開放され得、各ノードは、ＰＳＥ１２または１６のいずれかによって電力供給され得る。より具体的には、ノードが（ＰＳＥのうちの１つまたは隣接するノードのいずれかから）ＤＣ電力を１つのポートから受信すると、ノード内のコントローラ４２は、反対のポートもまた電力を受信することを防止する。このようにして、１つのＰＳＥは、その他のＰＳＥに対する負荷とはなり得ない。

いくつかの場合、２つ以上のノードは、例えばノードＡおよびＢのように、ＰＳＥ１２に並列に接続され得、これらの２つのノードは、独立して動作し得、それらのシグネチャをＰＳＥ１２に同時に提示し、最終的に、ＰＳＥ１２からフルＤＣ電圧を受信する。

上述のように、特定のポートに関連付けられたスイッチ４４、５６、６０、６２を閉鎖および開放するノードの動作は、全てのノードが電力供給されるまで、種々のノードが、１つのポートから電力を受信し、反対のポートから電力を伝送することを引き起こす。したがって、図３の動作は、電力がポート１８を介してノードに入力される場合に記載されたが、電力は、ポート２０を介して入力され得る。そのような場合、コントローラ４２は、スイッチ６０を閉鎖して、右側に隣接するノードにシグネチャを提示し（そして、ポート２０を介して右側に隣接するノードから電力を受信し）、電源投入されると、ポート１８を介して左側に隣接するノードを電源投入するために、スイッチ６２を閉鎖して、左側に隣接するノードからシグネチャを検出し得る。

したがって、全てのノードは、ＰＳＥの各々から遠くへと順に電源投入される。

故障の一例では、適切なシグネチャ応答が、ノードＣのポート１８からノードＡのポート２０においてノードＡによって検出されない場合、例えば、ノードＡは、ノードＣのポート１８に電力を供給しない（すなわち、ノードＡ内の接続スイッチ５８は閉鎖されない）。したがって、配線における故障が２つのノード間で存在する可能性がある。そのような場合、ノードＣのポート２０に対する電力がノードＤまたはＥによって供給されるまで、残りのノードは、自動的に連続的に電力供給され得る。そして、ノードＣは、電力スイッチ６６を閉鎖することにより、その負荷５０にＤＣ電力を接続し得る。したがって、ノードＡとノードＣとの間の故障は、ノードＡおよびノードＣの開接続スイッチ５８によって隔離され得る。ノードＣが電源投入された後、それは、該ノードのポート１８においてシグネチャ検出を実行することを試み得る。仮にノードＡとノードＣとの間に短絡回路が存在する（シグネチャ検出が失敗する）場合、ノードＣは、その接続スイッチ５８を閉鎖せず、ＰＳＥ１２が、ノードＡおよびノードＢにのみ電力供給し、ＰＳＥ１６は、残りのノードＣ〜Ｅに電力供給するという結果をもたらす。

負荷５０がコントローラ７２によって故障性であることを見出された場合、負荷電力スイッチ４８および６６は、接続スイッチ５８が閉鎖されて、ポート１８および２０を互いに接続している間、コントローラ４２によって開放され得る。

いくつかのネットワーク構成（例えば、ノードの単一のリング）では、リング内の任意の故障は、全てのノードが電力供給されるまで、電力がリングの周囲で時計回りに、反時計まわりに、または両方に移動することを引き起こすだけなので、１つのＰＳＥのみが必要とされる。

図３では、ノード毎に単一の接続スイッチ５８が存在し、ノード毎に２つの負荷電力スイッチ４８および６６が存在する。

図４の代替的な構成では、ノード毎に２つの接続スイッチ５８Ａおよび５８Ｂが存在し、負荷毎に１つの負荷電力スイッチ７０が存在する。図４において、検出部分およびシグネチャ部分は、図３におけるものと同一であるが、コントローラ７２は、接続スイッチ５８Ａおよび５８Ｂの両方を閉鎖して、２つのポート１８および２０の間でＤＣ電力を接続する。１つの負荷電力スイッチ７０のみが存在する。したがって、負荷５０は、接続スイッチ５８Ａおよび５８Ｂの一方または両方と共に、スイッチ７０を閉鎖することにより、電力供給され得る。

図５は、実施形態のうちの任意のものにおけるＰＳＥ８０およびノード８２が、ワイヤペア２４を経由してＤＣ電圧も伝導しながら、いかにして同じツイストワイヤペア２４を経由してイーサネット（登録商標）差動データを介して通信し得るかを図示している。ＰＳＥ８０内のスイッチ８４は、検出、電力結合、シグネチャ等のために図２に示されている種々のスイッチおよび回路を含み、ノード８２内のスイッチ８６は、検出、電力結合、シグネチャ等のために図３または４に示されている種々のスイッチおよび回路を含む。ＤＣ電圧源４０は、ＤＣ結合インダクタ８８を介してワイヤに結合され、ＤＣ電圧は、インダクタ９０によってノード８２においてデカップリングされる。ＡＣデータ信号は、ＡＣカップリングキャパシタ９６〜９９を介してＰＨＹ９２とＰＨＹ９４との間に結合される。ＰＨＹ９２および９４は、デジタル通信のための種々の送受信器およびその他の回路を含む。任意のタイプのデータ処理回路が、ＰＨＹ９２および９４に結合され得る。このようにして、故障の位置は、修復のために、技術者に通信され得る。任意のその他の情報が、ワイヤペア２４に沿って伝達され得る。

本発明の特定の実施形態が示され記載されてきたが、当業者にとって、その広範な局面において本発明から逸脱することなしに、変更および改変が行われ得、したがって、添付の請求項が、それらの範囲内で、本発明の真の趣旨および範囲内にある全てのそのような変更および改変を包含し得ることは明らかである。

Claims (17)

1. 電力供給されるネットワークであって、
   ＤＣ電力を複数の相互接続されたノードに供給するように構成された少なくとも１つの給電側機器（ＰＳＥ）であって、前記相互接続されたノードは、第１のノードを含み、前記第１のノードの各々は、第１の隣接するノードおよび第２の隣接するノードに接続されている、少なくとも１つの給電側機器（ＰＳＥ）
   を含み、
   前記第１のノードは、
   前記第１の隣接するノードに接続された第１の端子および第２の端子を有する第１のポートと、
   前記第２の隣接するノードに接続された第３の端子および第４の端子を有する第２のポートと、
   前記第１のポートに選択的に結合される第１のシグネチャ回路であって、前記第１のポートに結合された前記第１の隣接するノードから前記第１のポートに印加された検出信号に応答して、特定の電気的シグネチャを提示するように構成されている第１のシグネチャ回路と、
   前記第２のポートに選択的に結合される第２のシグネチャ回路であって、前記第２のポートに結合された前記第２の隣接するノードから前記第２のポートに印加された前記検出信号に応答して、前記特定の電気的シグネチャを提示するように構成されている第２のシグネチャ回路と、
   前記第１のポートに選択的に結合される第１の検出回路であって、前記第１の隣接するノードの前記第２のポートに前記検出信号を提示し、かつ、前記第１の隣接するノードの前記特定の電気的シグネチャを検出するように構成されている第１の検出回路と、
   前記第２のポートに選択的に結合される第２の検出回路であって、前記第２の隣接するノードの前記第１のポートに前記検出信号を提示し、かつ、前記第２の隣接するノードの前記特定の電気的シグネチャを検出するように構成されている第２の検出回路と、
   前記第１の検出回路または前記第２の検出回路が前記第１の隣接するノードまたは前記第２の隣接するノードの前記特定の電気的シグネチャを検出した場合、前記第１のポートを前記第２のポートに直接的に接続するように結合されている１つ以上の接続スイッチと、
   前記第１のノード内の負荷に結合されている前記第1のノード内の１つ以上の負荷スイッチであって、前記１つ以上の負荷スイッチは、前記負荷に電力供給するように前記負荷を前記第１のポートまたは前記第２のポートに選択的に接続し、前記１つ以上の負荷スイッチは、前記負荷における故障が検出された場合に開放されるように制御され、前記負荷が前記１つ以上の負荷スイッチによって前記第１のポートおよび前記第２のポートから隔離されている間に、前記１つ以上の接続スイッチは、前記第１のポートを前記第２のポートに結合するように閉鎖され得る、１つ以上の負荷スイッチと
   を含み、
   前記第１のノードは、ＤＣ電圧が前記第１のノードの前記第１のポートにおいて受信されるか前記第１のノードの前記第２のポートにおいて受信されるかに依存して、前記第１の隣接するノードまたは前記第２の隣接するノードからの前記特定の電気的シグネチャを検出した後、前記ＰＳＥから前記第１の隣接するノードまたは前記第２の隣接するノードに前記ＤＣ電圧を選択的にパスする、ネットワーク。
2. 前記ＰＳＥは、
   ＤＣ電圧源と、
   前記ＰＳＥに直接的に結合された前記ノードのうちの１つの前記第１のポートに前記ＤＣ電圧源を選択的に結合する第１の電力スイッチと、
   前記ＰＳＥに直接的に結合された前記ノードのうちの前記１つの前記第１のポートに選択的に結合される第３の検出回路であって、前記第３の検出回路は、前記ＰＳＥに直接的に結合された前記ノードのうちの前記１つの前記第１のポートに前記検出信号を提示し、かつ、前記ＰＳＥに直接的に結合された前記ノードのうちの前記１つの前記特定の電気的シグネチャを検出するように構成されている、第３の検出回路と
   を含み、
   前記ＰＳＥは、前記特定の電気的シグネチャが検出された場合、前記第１の電力スイッチを閉鎖して、前記ＰＳＥに直接的に結合された前記ノードのうちの前記１つの前記第１のポートに前記ＤＣ電圧源を結合するように構成されている、請求項１に記載のネットワーク。
3. 前記第１のノードは、前記ＰＳＥによって供給された前記ＤＣ電力によって電力供給されるコントローラを含み、前記コントローラは、前記ＤＣ電力が前記第１のポートにおいて受信されるか前記第２のポートにおいて受信されるかに依存して、前記第１のシグネチャ回路、前記第２のシグネチャ回路、前記第１の検出回路、および前記第２の検出回路をそれらの関連付けられた第１のポートまたは第２のポートに選択的に結合するために結合スイッチを制御する、請求項１に記載のネットワーク。
4. 前記第１のノードと前記第１の隣接するノードとの間の配線における故障は、前記第１の隣接するノードが、前記第１の隣接するノードの前記特定の電気的シグネチャを前記第１の検出回路に提示することを防止し、これにより、前記第１のノードが前記第１の隣接するノードに前記ＤＣ電力を供給することを防止し、
   前記第１のノードと前記第２の隣接するノードとの間の配線における故障は、前記第２の隣接するノードが、前記第２の隣接するノードの前記特定の電気的シグネチャを前記第２の検出回路に提示することを防止し、これにより、前記第１のノードが前記第２の隣接するノードに前記ＤＣ電力を供給することを防止する、請求項１に記載のネットワーク。
5. 前記第１のノード、前記第１の隣接するノード、および前記第２の隣接するノードは、前記第１のノード、前記第１の隣接するノード、および前記第２の隣接するノードの前記第１のポートおよび前記第２のポートの相対するものの間に接続されたワイヤペアを介して相互接続されている、請求項１に記載のネットワーク。
6. 前記１つ以上の接続スイッチは、前記第１のポートと前記第２のポートとの間の単一の接続スイッチである、請求項１に記載のネットワーク。
7. 前記１つ以上の接続スイッチは、前記第１のポートと前記第２のポートとの間の直列の２つの接続スイッチを含む、請求項１に記載のネットワーク。
8. 前記第１のノードのうちの少なくともいくつかは、リング状に接続されている、請求項１に記載のネットワーク。
9. 前記少なくとも１つのＰＳＥは、前記複数の相互接続されたノードに対して異なるポイントにおいて結合された複数のＰＳＥを含む、請求項１に記載のネットワーク。
10. 前記第１のノードは、前記１つ以上の接続スイッチの閉鎖により、順に電源投入される、請求項１に記載のネットワーク。
11. 前記複数の相互接続されたノードは、前記ＤＣ電力を伝導するために、ワイヤペアによって相互接続されている、請求項１に記載のネットワーク。
12. 前記ワイヤペアはまた、前記ＰＳＥと前記複数の相互接続されたノードとの間で差動データを搬送する、請求項１１に記載のネットワーク。
13. 複数の相互接続されたノードに電力供給する方法であって、
    ａ．給電側機器（ＰＳＥ）に直接的に結合された第１のノードの第１のポートにＤＣ電力を供給するステップと、
    ｂ．前記第１のノードの第２のポートから第２のノードの第１のポートに検出信号を提供するステップと、
    ｃ．前記第２のノードが、前記第１のノードからの前記検出信号に応答して、特定の電気的シグネチャを提供するステップと、
    ｄ．前記第１のノードにより前記特定の電気的シグネチャを検出し、１つ以上の接続スイッチにより前記第１のノードの前記第１のポートを前記第１のノードの前記第２のポートに直接的に結合して、前記ＤＣ電力を前記第２のノードの前記第１のポートに供給するステップと、
    ｅ．前記複数の相互接続されたノードにおける追加のノードに対してステップｂ〜ｄを繰り返して、前記複数の相互接続されたノードにおける全てのノードを順に電源投入するステップと、
    ｆ．前記ノードのうちのいずれかにおける負荷における故障を決定し、前記負荷における故障を検出することに応答して、前記負荷を前記第１のポートおよび前記第２のポートからデカップリングするように前記ノード内の１つ以上の負荷スイッチが開放されることを引き起こすステップであって、前記第１のポートおよび前記第２のポートは、前記負荷が前記１つ以上の負荷スイッチによって前記第１のポートおよび前記第２のポートから隔離されている間に、前記１つ以上の接続スイッチによって共に結合され得る、ステップと
    を含む、方法。
14. 前記ノードのうちの少なくともいくつかは、リング状に接続されている、請求項１３に記載の方法。
15. 前記複数の相互接続されたノードに対して異なるポイントにおいて結合された複数のＰＳＥが存在する、請求項１３に記載の方法。
16. 前記ノードは、ワイヤペアによって相互接続されており、差動データもまた、前記ＤＣ電力と共に前記ワイヤペアを経由して伝送される、請求項１３に記載の方法。
17. 前記特定の電気的シグネチャは、前記第１のノードと前記第２のノードとの間で配線における故障が存在する場合、前記第１のノードによって検出されない、請求項１３に記載の方法。

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