JP6703546B2 - 受電装置、給電装置、PoEシステム、及びこれらのための方法 - Google Patents

受電装置、給電装置、PoEシステム、及びこれらのための方法 Download PDF

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Description

本発明は、通信リンクを介して電力を受け取る受電装置(PD:powered device)、通信リンクを介して電力を供給する給電装置(PSE:power sourcing equipment device)、PoE(Power−over−Ethernet(登録商標) network)システム、通信リンクを介して電力を受け取るPDの動作方法、通信リンクを介して電力を供給するPSEの動作方法、PoEシステムの動作方法、及び通信リンクを介して電力を受け取るPDを作動させるためのコンピュータプログラムに関する。
Power−over−Ethernet(登録商標)(PoE)については、IEEE Standard 802.3af-2003, 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); IEEE Computer Societyにおいて説明されている。PoEにより、分離されたデータ機器及び周辺機器(ルータ、スイッチ、プリンタスプーラ等)に対して、これらをイーサネット(登録商標)に接続するのにすでに使用されているものと同じワイヤ又はネットワーク接続を介して電力が供給される。例えば照明器具(センサ、スイッチ、光源など)、又はアクティブスピーカー、インターネットラジオ、DVDプレーヤー、セットトップボックス、さらにはテレビなどのエンターテインメント機器など、あらゆる種類の低電力負荷について同じ規格を使用する計画がある。例えば、Cat5/6接続当たり最大100Wの電力レベルをサポートするよう、IEEE規格802.3の規格化は進行中である。
ビル内での配電用のPoE給電システムが業界の注目を集める中で、これらの直流受電ネットワーク(いわゆるDCグリッド)が広く利用されるためには、これらのネットワークのいくつかの固有の使用側面を解決する必要がある。かつて、ルータ、スイッチ、プリンタスプーラなどの分離されたネットワークデバイスに電力を供給するためにPoE規格が導入されたときは、元々意図されていた負荷のほとんどが既に通信及び処理手段を備えていたため、小さなプラグ型電源を代替するものであった。
上記したように、PDの例は光源であってもよいが、センサ又はアクチュエータであってもよい。典型的には、給電機器(PSE)と受電装置(PD)との間の2つのリンクが予見される。給電リンクは、検出及び分類後に確立される。その後、従来のイーサネット(登録商標)データ用のデータリンクが確立される。両リンクはいくつかのコンポーネント(トランス等)を共有するが、各コンポーネントは相当数の余分なコンポーネントも有する。モニタリング機能を備え、完全に制御される高出力光源の場合、この努力は許容され得る。また、IP電話やIPカメラなどのPoEの当初のターゲット機器の場合も、これは必要かつ合理的である。
しかし、ローカルな計算及び通信要件が低い小さい負荷を有することが多い照明システム又は同様な負荷システムという新たな適用分野では、負荷の複雑さに対して、通信及び処理のオーバーヘッドが不適切な場合がある。したがって、データリンクの実際の用途を考慮すると、通信リンクのための努力は、単純な検出器(周囲光センサ等)又はランプにとっては高すぎる可能性がある。ごく僅かなステータスビットがしか必要とされないにもかかわらず、10MB/sから1000MB/sのデータ転送速度を有するコンポーネントが設置されている場合、特に顕著である。
したがって、安価なデータ通信能力を有するPDが必要とされている。
米国特許出願公開第2006/0168459号は、通信リンクを介して電力を供給するためのシステムにおいて、給電装置と受電装置との間にデータ通信を提供するための回路及び方法を開示する。イーサネット(登録商標)を介して電力を供給する装置等の給電装置は、受電装置から、受電装置を検出するための検出情報及び受電装置の電力レベルを決定するための分類情報を受信する。検出及び分類情報に加えて受電装置によって提示される情報を取り扱うために、情報回路が設けられ得る。
米国特許出願公開第2007/110360号は、イーサネット(登録商標)リンク等の通信リンクを介して受電装置(PD)に電力を供給するシステム及び方法を開示する。システムは、PDに電力を供給する電源装置と、PDのタスクに応じてPDに割り当てられる電力を動的に変更するダイナミック電力割り当て機構とを有する。
米国特許第7,587,289号は、壁に取り付け可能な、データ信号が送信されるケーブルを使用して給電されるセンサ器具を開示する。器具にはデータケーブルが取り付けられており、センサ用の電力はデータ信号から分離される。モーションセンサ、光センサ、及びオーディオセンサなどの環境入力を提供するために、センサはビルオートメーションシステムと組み合わせて使用され得る。また、センサをLED照明と組み合わせて、動き又は他の環境変化が検知されたときに点灯する複合器具が構成されてもよい。
本発明の課題は、通信リンクを介して電力を受け取る改良されたPD、通信リンクを介して電力を供給する改良されたPSE、改良されたPoEシステム、通信リンクを介して電力を受け取るPDの改良された動作方法、通信リンクを介して電力を供給するPSEの改良された動作方法、PoEシステムの改良された動作方法、及び通信リンクを介して電力を受け取るPDを作動させるための改良されたコンピュータプログラムを提供することである。
本発明の一側面では、通信リンクを介して電力を受け取る受電装置が提供され、前記受電装置は、前記受電装置の分類フェーズ中に分類情報を前記通信リンクに提供するよう構成された分類情報提供ユニットと、前記分類情報提供ユニットにセンサ情報を提供するよう構成されたセンサ情報提供ユニットとを備え、前記分類情報提供ユニットは、前記センサ情報に基づき前記分類情報を提供するよう構成される。
ここで、「給電機器」(PSE)という用語は、例えば、単一のリンクセクション(すなわち、リンクのうちのPSEからPDへの部分)に電力を供給するDTE又はミッドスパン機器を指し得る。「受電装置」(PD)という用語は、一般的に、PSEから電力を引き出す又はPSEに対して電力を要求する装置を指す。単純な例では、本明細書で使用される通信リンクは、PSE及びPDを互いに結合するイーサネット(登録商標)ケーブルであってもよい。
PSEは、負荷管理などの機能を実装することを可能にするためにPDを分類するように構成され得る。PDの分類が成功するには、a)PD検出に成功し、次いで、b)PD分類に成功することが必要である。従来のPDは、PSEがPDの電力要件を分類することを可能にする情報を提供する。分類サイクル中にPDによって送信される情報は、本明細書では「分類情報」と呼ばれる。分類情報を提供するPDの要素は、分類情報提供ユニットと呼ばれる。
「分類フェーズ」は、PDの検出後、PDが自身のクラス情報をPSEに伝達し得る期間を指す。本発明によれば、PDは、PDの電力要件について言及せず、他の情報に関連するクラス情報を通信し得る。具体的には、情報は、本明細書では「センサ情報」と示されるセンサからの情報に関連し得る。当該情報は、センサ情報提供ユニットから提供される。簡単な例では、センサ情報提供ユニットはセンサそのものであってもよい。
完全なPoE互換挙動を有する実施形態は、最も低いクラスに対応するクラス情報を提供することによって動きが検出されなかったと分類し、また、より高いクラスに対応するクラス情報を提供することによって動きが検出されたと分類するセンサ(例えば、動き検出器(例えば、PIRベース))を備えるPDを含む。PIRを駆動し、移動/存在情報を取得するための電力は、センサ内のバッテリ又は充電式エネルギー貯蔵装置に収容されてもよい。センサを備えるPDは、短時間だけPSEから電力を取り込んでこのバッテリ又は充電式エネルギー貯蔵装置を充電し、その後、最小電力シグネチャ値(MPS)電流を下回るようにして実行され得る。結果として、PDはPSEによってスイッチオフされ、次の交渉サイクルが始まる。これはまた、PSEが動き又は動きなしに関する情報を含むクラスを定期的に要求することを保証する。対応して変更されたPSE内のファームウェア又は制御上位システム内のソフトウェアを使用して、この情報を利用して、例えば、動きが検出されるたびにセンサ近傍の照明が作動され得る。
一実施形態では、前記受電装置は、前記分類フェーズ中に前記受電装置によって引き出される電流を制御するように構成された電流制御ユニットをさらに備える。一例では、前記電流制御ユニットは電流制御経路であってもよいが、他の実現例も考えられる(例えば、調整可能な抵抗など)。分類フェーズ中にPDによって引き出される電流を制御することによって、分類情報(「分類シグネチャ」とも呼ばれる)を分類サイクルごとに変えることが可能である。
さらなる実施形態では、前記分類情報提供ユニットは、さらに、前記受電装置の電力レベルに基づき、前記分類フェーズ中に前記分類情報を提供するように構成され、第1のモードでは、前記分類情報提供ユニットは、前記受電装置の電力レベルに基づき、前記分類フェーズ中に前記分類情報を提供し、第2のモードでは、前記分類情報提供ユニットは、前記センサ情報に基づき、前記分類フェーズ中に前記分類情報を提供する。一例では、前記第1のモードはデフォルトモードに対応し、PDは静的(すなわち、可変ではない)クラス情報を提供することによって動作する。通常、静的クラス情報は、PDの電力要件に対応する。第1のモードは、静的クラスモードとも呼ばれる。第2のモードは、PDがセンサ情報をPSEに通信する実際の通信モードに対応し得る。第2のモードでは、PDは動的(すなわち、分類サイクルごとに変化し得る)クラス情報を提供することによって動作する。具体的には、センサ情報は動的クラス情報と読み替えられ得る。第2のモードは、動的クラスモードとも呼ばれる。
さらなる実施形態では、前記第1のモードにおいて、前記分類情報提供ユニットは、前記受電装置の所定の電力レベルに基づき前記分類情報を提供する。所定の電力レベルは、「公称」(ミディアム)電力レベル、すなわち、センサが測定を行うために経時的に消費する電力レベルであってもよい。検出イベントを示すために、クラス情報をそのレベルからいずれかの方向(より高く又は低く)に変化させることができる。
さらなる実施形態では、前記第1のモードにおいて、前記分類情報提供ユニットは、前記受電装置の最大電力レベルに基づき前記分類情報を提供する。
さらなる実施形態では、前記受電装置は、前記受電装置の第1のスタートアップに対応する第1の分類フェーズ中に前記第1のモードで動作するように構成される。具体的には、(例えば、コミッショニングフェーズの間に)学習フェーズセットアップモードが存在し、その間に、例えば、PDの識別子及びタイプがPSEによって読み出され得る。学習フェーズの間、例えばソフトウェアによって制御されるパワーダウンによって、分類サイクルシーケンスが実行されてもよい。これに関して、分類情報がセンサ情報に基づく「第2のスタートアップ」のフェーズに入る前に、複数の「第1のスタートアップ」が存在してもよい。別の言い方をすれば、本実施形態は、多くのセンサがさほどの電力を必要としないことを利用して、センサが単純にクラスをステップアップしてPSEに追加情報を提供することを提案する。例えば、PDは5Wを必要とし、したがって通常はクラス2に分類することになる。より高いクラスを示すことによって、PDはPSEに追加の情報を示すことができる。
さらなる実施形態では、前記受電装置は、前記第1のスタートアップの後の前記受電装置の第2のスタートアップに対応する第2の分類フェーズ中に前記第2のモードで動作するように構成される。PDは、1回目の起動と2回目の起動との間に差し込まれたままである(すなわち、PSEに結合されたままである)と仮定する。
さらなる実施形態では、前記通信リンクはイーサネット(登録商標)接続に対応する。
さらなる実施形態では、前記センサ情報は、前記受電装置の構成要素の寿命、存在検出器出力、周囲光センサ出力、温度センサ出力、及び/又は受電装置識別情報のうちの少なくとも1つに基づく。
さらなる実施形態では、前記受電装置は、前記センサ情報及びビット位置情報を格納するように構成されたメモリユニットをさらに備え、前記ビット位置情報は、データフレーム内のビット位置に関する情報を含む。さらなる実施形態では、前記メモリユニットは、不揮発性メモリを備える。さらなる実施形態では、前記メモリユニットは、バッファされた揮発性メモリを備える。
本発明の他の側面では、通信リンクを介して電力を供給するための給電装置が提供され、前記給電装置は、分類フェーズ中に前記通信リンクを介して分類情報を受信する分類情報受信ユニットと、前記分類情報からセンサ情報を取り出すよう構成されたセンサ情報取り出しユニットとを備える。簡単な例では、前記分類情報受信ユニットは、前記PSEの入力ポートであってもよい。センサ情報取り出しユニットにより、PSEは、検出後にPDによって提供されるクラス情報を介してPDからセンサ情報を受信することが可能になる。本明細書で説明されるように、PD側(及び/又はPSE側)の複雑なデータインターフェイスが回避され得る。
さらなる実施形態では、前記給電装置は、前記センサ情報に基づき、前記通信リンクを介して供給される電力量を調整するように構成される。一例では、PDの電力ニーズがその寿命の終わりに向かって変化する場合、PDはその寿命をPSEに伝えることができる。所定値以上の寿命を検出すると、PSEはPDに供給される電力を増加させることができる。例えば、PDが照明である場合、本発明は、それにより、照明の明るさが照明の寿命の終わりまで一定であることを保証する。
さらなる実施形態では、前記給電装置は、前記給電装置が経時的に変化する分類情報を検出した場合に、前記センサ情報取り出しユニットを選択的にイネーブルするように構成される。具体的には、本実施形態では、分類情報は分類イベントごとに異なる。時系列順に起こる複数のイベント中に変化があった場合、経時的な変化も存在する。第1の分類イベントと第2の分類イベントとの間の期間は、第3の分類イベントと第4の分類イベントとの間の期間と異なってもよいことに留意されたい。さらに、PSEは、例えば分類情報の変化率を考慮することによって、時間を追加基準として使用し得ることに留意されたい。すなわち、分類情報の急速な変化は、より頻繁に測定する必要性を示す可能性がある。同様の方法で、変化率は、PSEへの緊急性を示し得る。クラスシグネチャに包含されたセンサ情報を通信することができることにより、PDはクラス情報を分類サイクルごとに変更するように構成される。一方、PSEは、PDが通信リンクに結合されたままであっても、クラス情報が変更されたことを検出するように構成され得る。このようにすることで、PSEは、クラス情報に埋め込まれたセンサ情報を通信するように構成された通信可能なPDを識別することができる。その結果、PSEは、通信可能なPDが存在する場合のみ、センサ情報取り出しユニットをイネーブルすることができる。
本発明のさらなる態様では、本発明に係る給電装置と、本発明に係る受電装置と、前記給電装置と前記受電装置とを接続する通信リンクとを備えるPoE(Power−over−Ethernet(登録商標))システムが提供される。
本発明のさらなる態様では、通信リンクを介して電力を受け取る受電装置の動作方法であって、前記受電装置の分類フェーズ中に分類情報を前記通信リンクに提供するステップと、前記分類情報提供ユニットにセンサ情報を提供するステップとを含み、センサモードでは、前記分類情報は前記センサ情報に基づく方法が提供される。
本発明のさらなる側面では、通信リンクを介して電力を供給するための給電装置の動作方法であって、分類フェーズ中に前記通信リンクを介して分類情報を受信するステップと、前記分類情報からセンサ情報を取り出すステップとを含む方法が提供される。
本発明のさらなる態様では、本発明に係るPoEシステムの動作方法が提供され、前記方法は、前記受電装置にセンサ情報を提供するステップと、前記受電装置の分類フェーズ中に前記通信リンクを介して前記受電装置から前記給電装置に分類情報を送信するステップとを含み、センサモードでは、前記分類情報は前記センサ情報に基づき、前記方法はさらに、前記給電装置において前記分類情報から前記センサ情報を取り出すステップを含む。
本発明のさらなる態様では、通信リンクを介して電力を受け取る受電装置を動作させるためのコンピュータプログラムが提供され、前記コンピュータプログラムは、本発明に係る受電装置を制御するコンピュータ上で前記コンピュータプログラムが実行されたとき、前記受電装置に、本発明に係る受電装置の動作方法のステップを実行させるプログラムコード手段を含む。
請求項1に記載の受電装置、請求項8に記載の給電装置、請求項11に記載のPoEシステム、請求項12に記載の受電装置の動作方法、請求項13に記載の給電装置の動作方法、請求項14に記載のPoEシステムの動作方法、及び請求項15に記載の受電装置を動作させるためのコンピュータプログラムは、従属請求項に記載されるものと同様の及び/又は同一の好適な実施形態を有することを理解されたい。
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項又は上記実施形態と独立請求項との任意の組み合わせとすることもできることを理解されたい。
本発明の上記及び他の側面は、以下に記載される実施形態を参照しながら説明され、明らかになるであろう。
図1Aは、PoEシステムの典型的なレイアウトを示す。 図1Bは、PDの原理的な電流波形及び電圧波形を示す。 図1Cは、PDの原理的な電流波形及び電圧波形を示す。 図2は、PSEとPDとのインタラクションを表すフローチャートを示す。 図3は、PDの実施形態を概略的かつ例示的に示す。 図4は、分類通信を有するパッシブ赤外線センサを含むPDの実施形態を概略的かつ例示的に示す。 図5は、温度センサを含むPDの実施形態を概略的かつ例示的に示す。 図6は、図4のPDの原理的な波形を示す。 図7は、図4のPDの原理的な波形を示す。 図8は、データフレーム、並びに識別及びセンサデータ伝送の一実施形態を概略的かつ例示的に示す。 図9は、PSEを含むPDの実施形態を概略的かつ例示的に示す。 図10は、PDの動作方法の実施形態を概略的かつ例示的に示す。 図11は、PSEの動作方法の実施形態を概略的かつ例示的に示す。 図12は、PoEシステムの動作方法1200の一実施形態を概略的かつ例示的に示す。
図1Aは、給電機器(PSE)110と、受電機器(PD)121を含むPoE負荷120とを備えるPoEシステム100の典型的なレイアウトを示す。PoE接続は、PSE110の複数の出力ジャック又はポート112、・・・、112のうちの1つと、PD121の入力ジャック又はポート122、・・・、122との間のいわゆるパッチケーブル150、・・・、150によって実装され得る。PoEシステムでは、典型的には、PSE電源ユニット113及びPD電源ユニット123、並びにPSEデータ処理ユニット114及びPDデータ処理ユニット124は、同じPoE接続150、・・・、150nを共有する。マルチ負荷システムでは、各負荷は、PSE110の第1のポート112〜第nのポート112を含む複数の出力ポートのうちの別の1つに接続され、PSE制御ユニット115は正しい給電を制御するよう構成される。したがって、PD121等の各負荷は、イーサネット(登録商標)接続を介して電力を受け取るための適合性を別々に示し、必要電力の利用可能性をPSE110と別々に交渉する。これは、各PD121がPD制御ユニット125を有することを要求する。PSE110の側では、PSE制御ユニット115が全てのポート上の交渉を監督する。
IEEE規格802.3afに従い、PDは、PDによって提供される分類情報に基づいてPSEによって分類されてもよい。PDを分類することにより、動作中にPDが要求する最大電力についてPSEに通知することが意図されている。クラス0はPDのデフォルトである。クラス1〜3は、PSEにおける他の電力管理シナリオのために使用され得る。PDの分類は電力に基づく。PDの分類は、全ての入力電圧及び動作モードにわたってPDが引き出す最大電力である。PDは、最大電力消費量に応じてクラス0からクラス3を返す。具体的には、規格では、分類の間、PDが単一の分類シグネチャを提示することを要求する。したがって、PoEの元々のアイデアでは、この分類データはPSEの電力予算提案のために使用される。
下表は、PD電力分類、及びPD入力コネクタで測定される分類シグネチャ(すなわち、分類電流)を示す。
Figure 0006703546
給電フェーズの後、新たな検出及び分類イベントが開始される。こうすることの理由の1つは、PoE接続(例えば、パッチケーブル)がPDから切断され、PoE非対応デバイスのイーサネット(登録商標)ポートに接続される可能性があるからである。新たな検出及び分類イベントを開始することにより、最小電流の測定によって、非PoEデバイスへの高電圧の印加が回避される。
ここで、PoEが分類、及び接続の終了/再開の間にデータを提供することの可能性が、低データレート通信の構成のために使用される。PoEリンクを介する低データレート通信のための分類に含まれる情報が使用される。したがって、追加のデータリンク又は代替的な電力線通信回路を回避することができる。
図1B及び図1Cは、PDの主な電流波形及び電圧波形IPD、UPDを示す。パッチケーブル内の電圧降下が無視できる場合、これらの波形はPDエンドとPSEエンドで同じになるはずである。PSEが検出及び分類を開始しているとすると、通常、PSE側で観測される波形が考えられる。
図1B及び図1Cにおける分類フェーズΔtの間、PD121は、PSE110にクラスを提示する。本発明の一実施形態によれば、クラスの選択は、PD121の電力定格によって支配的に決定されるのではなく、PD121は所定の情報を(センサ、メモリなどを介して)を取り込み、情報にしたがってクラスを選択する。クラスの設定は、分類フェーズΔtの間にPD121によって引き出される電流I、・・・、Iを制御する電流制御ユニットによって実現される。IEEE規格802.3afは、4つのクラスレベルしか想定していないため、電流波形Iは、30mAの最大値を超える規格外電流を表す。原則的に、PSEに情報を伝えるためにも、非適合クラス電流が使用され得る。さらに、当然ながら規格は進化しており、将来、さらなるクラスを示すために新しいレベル、ステップ、タイミング、シーケンスなどを使用することができる。
図2は、PSE110とPD121とのインタラクションを表すフローチャートを示す。より具体的には、第1のアプリケーションにおける動作のフローチャートが示されている。ここで、各分類サイクルΔt中、一つだけの測定結果がPSE110に伝送される。
任意の時点で、PSE110は特定のポート上で検出を開始する(ステップ220)。当該ポートに接続されたPD(例えば、PD121)は、指定された検出抵抗の提示によって承認する(ステップ230)。次に、PSE110は分類を開始する(ステップ221)。PD121は、分類信号I、・・・、Iから入手可能なエネルギーを使用して、自身の内部回路及びセンサを起動し、情報(温度、周囲光レベル、存在、照明状態、スイッチ位置など)を取り込み(ステップ231)、これを対応する分類情報に変換することができる(ステップ233)。PSE121は、この分類電流、よってクラス、よって(少数のクラスの荒い分解能の範囲内で)センシング結果を認識するよう構成され得る(ステップ222)。この情報は、その後、PSE110及び他の装置又はシステムによって使用され得る。例えば、結果に基づいて、PSE110は、次の読み出しサイクルを、より早い又は遅い時点tにスケジューリングすることができる(ステップ224)。また、PSE110は、この情報を照明制御システム又はビルオートメーションシステムが利用できるようにし、当該システムから情報を受け取ることもできる。PSE内で制御動作が実現されてもよく、例えば、センサポートからの分類結果に基づいて、別のポートを有効又は無効にすることができる。
本明細書で説明されるように、本発明の一態様は、安価な通信方式を提供するために、PDからPSEへの「変更された」分類シグネチャの送信に関する。システム全体のセットアップは、次の順序で行われ得る。まず、PDがPSEに接続される。次に、PDのスタートアップが開始される。次に、PDは、PDの公称電力レベルに基づく分類シグネチャを提示する。次に、PDはリスタートされる。最後に、PDは、PDのセンサ情報に基づく分類シグネチャを提示する。このようにして、PSEは、最初の分類シグネチャを従来の方法で解釈する一方、後続の分類シグネチャはPDからのセンサ情報を含むと解釈することができる。言い換えれば、上記実施形態では、PSEは積極的に最初のクラスコードを求め、その後直ちにステータス情報を得るための交渉を再開する。
特に、検出情報(例えば、人が存在する又はしない)がランダムな時間に変化する可能性があるセンサに関して、異なる機構が考えられる。この実施形態では、センサは、最初の接続時に検出及び分類されるか、又は従来装置のようにPSEの起動時に検出及び分類される。クラス情報は、センサが動作するために必要とする電力に対応する。しかし、センサがステータスを送信することを決定する場合、センサは、例えば、最小電力シグネチャ値(MPS)を直ぐに中断し、それにより、新たな交渉サイクルをリクエストして、ステータス関連クラスを提示し得る(すなわち、PDの電力要件ではなくセンサ情報に対応するクラス情報)。PSEは、MPSの短いアンダーカットのみでクラスが時間の経過とともに変化していることを検出するためにブックキーピングを行い得る(これは、同様に異なるクラスを与え得るPDの手動変更がないことを示す)。追加で及び/又は代替的に、PDは、意図的に過電流保護に入り、PDがPSEによってスイッチオフされ、再交渉がされるよう構成され得る。
PSE110の側では、検出された分類情報を上位管理システムに転送するために、又はデータを前処理するために、調整可能なレートで分類サイクルを開始が開始できるよう、適合ファームウェアが使用され得る。
データ及び/又はセンシングタスクの複雑さに依存して、PD121内の単純なアナログ回路が、情報を、例えばPDコントローラチップ等のPD制御ユニットへの分類信号に変換するのに十分であり得る。より複雑なタスク又はデータは、情報又はデータストリームを生成するためのマイクロコントローラを必要とし得る。それでも、データインターフェイスのコスト、物理的サイズ(PCBフットプリント)、及び電力消費が削減され、単純、効率的、かつ低コストなソリューションがもたらされる。
ノード制御ユニット315内に存在する情報は、PD制御ユニットによって伝達される分類を操作するよう、及び/又はPDの電力消費を終了させるよう準備される。ノードコントローラは、センサ情報を受信し、PDコントローラチップ330のRclass及びVinピンに提示されるクラスシグネチャがそれぞれ変更されるよう、センサ情報を変換するよう構成される。さらに、ノードコントローラはPDの再起動時にも決定する。したがって、一実施形態では、ノードコントローラは、PDコントローラチップのシャットダウンピンにも結合される。別の言い方をすれば、再起動機能は、PD側でこの機構について知っているエンティティであるノードコントローラによってトリガされる必要がある。同じ機構を使用するが、PSEによってトリガされる周期的交渉を再開することによるシステムでは、そのような接続を省略することができ、ノードコントローラは、新たな交渉サイクルが開始されたことを知るためにPD電圧を監視するだけである。
1つの例示的なPD制御ユニットについて、これが図3に示されている。図3は、センサ信号311がセンサ310からノード制御ユニット315に供給され、ノード制御ユニット315によってセンサ信号が、調整可能Rクラスユニット320のためのコマンド316に変換される、PD300の実施形態を概略的かつ例示的に示す。この実施形態では、調整可能Rクラスユニット320は、PD制御ユニット330のRclassピンとVinピンとの間に結合されてもよい。その後、分類の間、PD制御ユニット330によってピンRclass及びVinの負荷が使用され得る。ノード制御ユニット315はまた、入力電圧を監視するよう構成されてもよい。さらに、さらなるセンサ及び制御信号が存在してもよい。PD300は、ライン整流器301,302をさらに備える。PD300は、補助電源及びオプションの負荷を含むユニット340をさらに備える。
PSE110は、分類情報を取得するように構成される。どのような場合でも、PSE110は、内部電力予算管理のためにその情報を読み取ることができる。したがって、PSE側には追加のハードウェアやソフトウェアの労力は必要とされない。一実施形態では、変更された分類信号を正しく解釈するために、PSE上にさらなるロジックが存在してもよい。したがって、典型的な実施形態では、PSEは、単なる電力予算管理指標ではなく、追加情報に対応するものとしてクラスコードを理解する必要がある。しかし、依然として、従来のPSEは、要求されるクラス電力がPSE予算において入手可能であり、PDが関連する電力値を受電し得る限り、何らのエラーもなく、本発明に係るPDと動作し得る。一実施形態では、クラス情報が正しく解釈されるよう、PSEの外部から交渉を監視することが可能であり得る。例えば、コンピュータは、PSEの管理ポートを使用して、異なるポートで現在交渉されているクラスを読み取ることができる。この実施形態では、変更されたクラス情報を送信するためにPDが積極的に再交渉を要求する従来のPSEが使用され得る。
4つのクラスのみを想定するPoEシステム100の場合、分類サイクル内(数ミリ秒以内)には、限られた量のデータ(すなわち、2ビット)しか組み込むことができない。
PSE110は、分類が通信に使用されていることを「認識」していてもよいが、上位制御システムが分類情報を利用することを可能する任意の通常の管理スイッチと共に使用されてもよい。その場合、PoEシステム100は、ある符号化方式を有するあるタイプのセンサがPSE110のポート112、・・・、112に接続されていることを何らかの形で「知る」必要がある。代替的に及び/又は追加で、システムがある種のセンサの存在について自動的に知ることができるよう、変化する電力クラス情報が所与の時間にわたって評価されてもよい。すなわち、従来のPDは経時的に一定のクラスシグネチャを提示するが、本発明に係るPDは、センサ出力に従って自身のクラスシグネチャを変化させ得る。この変化は、自身のクラスシグネチャと通信可能なPDの存在を示す。
図4は、分類通信を有するパッシブ赤外線センサ(PIR)410を含む受電装置(PD)400の実施形態を概略的かつ例示的に示している。「存在しない」と「存在する」とを区別する場合、消費電力が非常に低いという利点を有するパッシブ赤外線センサ(PIR)検出器が頻繁に選択される。PD400は、検出/分類/動作電圧から充電される(例えば、コンデンサなどの)エネルギー貯蔵装置440を備え得る。分類中にPD400によって引き出される実際の電流を制御するために、制御された電流経路が存在する。図4に示される例では、これは、市販のPD制御ユニット、例えば、ピンRClassの負荷を介してクラスに関する情報を受け取るように構成されたPDコントローラチップ等で実現されてもよい。本実施形態では、このクラス情報は、PIR410が出力する存在情報411に依存する。存在検出回路410によって、RClassピンへの第1の負荷420aが起動される。オプションの第2の負荷420bが、分類電流(よってクラス)をデフォルト状態に設定してもよい。他のチップコントローラは、RClassピンを用いる方法とは異なる方法で分類シグネチャを提供してもよい。一部の実施形態では、クラス設定のために外部抵抗器を使用することができる。他の実施形態では、プログラマブルインターフェースを使用することができる。他の実施形態では、クラス設定のためにピンを使用することができる。
図6及び図7は、PD400の原理的な波形を示す。簡略化のために、PIR410の瞬間的な始動が仮定されている。実際には、サイクル間の休止時間が長すぎない限り、PIR410がアクティブであるように、先の給電サイクルによってエネルギー貯蓄装置440が充電されている。
存在が検出されない場合、図6に示すように、第1の分類電流Iが消費される(この例では、Iはクラス1を示し得る)。存在が検出される場合、図7に示すように、第2の分類電流Iが消費される(この例では、Iはクラス3を示し得る)。PSE110は、第1又は第2の分類電流レベルI、Iを特定し、もって、検出器410によって検出された存在状態を知る。
PSE110からのステータスを「読んだ」後、すなわち、分類フェーズΔtの後、PSE110は、例えば、シャットダウンが開始されるまで、貯蓄素子を充電するためにいくらかの時間Δtsd、PD400に電力を供給し得る。
PSE110から電力が供給されていない期間中、PD400はエネルギー貯蔵装置440から受電し得る。あるいは、電源電圧が臨界値を下回ると、PD400がシャットダウンし、次のサイクルで起動してもよい。また、PD400は、PSE110へのPoEリンクをアクティブに保つために最小電流を消費してもよい。
他の実施形態では、4つの異なる光レベルクラス、例えば〜10ルクス、10〜500ルクス、500〜550ルクス、550ルクス〜で、周囲光センサによって4つの状態(IEEE規格802.3afの最小クラス数に対応する4つのクラスに従って)が使用され得る。終了及び新サイクルの開始のスケジュールは、上述したものと非常に似ているが、光レベルの変化がイベントを引き起こす可能性がある点で異なる。
図5は、3つの状態を有するPD500の実施形態を概略的かつ例示的に示し、PD500は温度センサを有する。3つの異なる温度クラスは、例えば、〜20℃、20〜25℃、25℃〜を指し得る。温度感知スイッチ510a(例えば、25℃のトリップ点を有する)、510b(例えば、20℃のトリップ点を有する)が使用される場合(図5参照)、図5に示すように、それらは直接、抵抗ユニット520a、520b、520cを介してPD制御ユニット330のRClass入力と結合されてもよい。最も単純なケースでは、抵抗ユニット520a、520b、520cは固定抵抗である。アクティブなスイッチに依存して、特定数の抵抗ユニット520a又は520bが効果的にRClass信号に負荷をかけ、対応して変更された分類電流を生じる。この実施形態は、瞬時のスタートアップを提供し得る。
互換性にいくつかの制限があるが、RClassとしてNTC(negative temperature coefficient)サーミスタ/PTC(positive temperature coefficient)サーミスタが直接使用されてもよい。規格は異なるクラスに指定された電流範囲を許容するので、通常の感熱抵抗も使用され得ることに留意されたい。このためにPDコントローラチップを変更する必要はない。なぜなら、全ての電流値(すなわち、クラス情報)が許容されており、電流値はある解釈を有するからである。一方では、NTC/PTCを採用すると、重複しないクラス外の分類電流値がもたらされる可能性があり、これらは、一部のPSEで受け入れられない可能性がある。他方では、(例えば、対応するファームウェアを用いて)特別に適合させられたPSEを使用することによって、本明細書で提案される通信方式は準連続的な温度測定をも許容する。
本発明は、センシング部分から切り離され、光源又は他の負荷と組み合わせて使用することも可能である。これに関して、他の実施形態では、寿命の終わりに近い照明は、一定の光出力を供給するために、入力電力を増加させる必要があり得る。したがって、照明はある時点において、より高い出力クラスを選択し得る。PSEはこれを検出し、上位管理システムは負荷の増加した電力需要を認識し、よって、負荷の保守/修理が必要であるという情報を導き出す。上位管理システムは、典型的には、例えば全ての照明、メンテナンス、ビル等を取り扱う知的制御システムに対応する。これに関して、上位管理システムは、PSE情報へのアクセスを有し、これに応じて動作するよう構成され得る監視制御システムであってもよい。
他の実施形態では、より複雑なデータをデータフレームにパックし、複数のサイクルにかけて送信することができる。
より複雑なデータの例は、例えば識別子、較正データ、ヒートシンク温度、動作時間などの照明の識別情報又は状態情報であってもよい。電源投入時ごとに、負荷は1ビット又は2ビットの情報を送信し、その後、情報はデータフレーム構造に従ってデコードされ得る。照明の用途に依存して、完全なフレームを読み取るのに数週間かかる可能性がある(例えば、1日に1回のみオンにされる照明の場合に)。老朽化情報(例えば、50000時間に向かってカウントする)の場合、この遅延は許容可能であり、特に制限は課さない。
典型的には、本発明に係るPDの一実施形態は、PSEの電力予算管理に影響を及ぼさないようにするために、実際の及びより高い電力クラスのみを使用する(より低い電力を示すクラスは使用しない)。PDが所要電力について最も高いクラスを使用している場合、PDは、通信するには下位クラス化を利用するしかない(すなわち、より低いレベルのクラスに対応するクラス情報を伝達する)。しかしながら、そのような下位クラス化は、従来のPSEに問題を生じる。なぜなら、実際の電力消費が交渉された電力を上回り、PSEがPDをスイッチオフするからである。したがって、変化するクラス情報を受け入れるように構成されていないPSEを含むシステムを運用する場合、通信には上位クラス化のみを使用することが推奨される(すなわち、より高いレベルのクラスに対応するクラス情報を伝達する)。実際には、ほとんどのセンサは動作するのに大きな電力を必要とせず、PDの電力要件に対応するクラス情報は通常、低レベルのクラスを示す。したがって、通常の状況下では、通信に使用するために十分な上位クラス化が可能である。クラス0は、任意の他の(真の)クラスと組み合わせて使用可能である。例えば、5W以下の真の電力消費を有する負荷は、自身をクラス2でだけでなく、クラス0でも示すことができる。したがって、クラス2及びクラス0は、デジタルビット0及び1の表現として使用することができる。そして、クラス0及びクラス2としての分類シーケンスは、0及び1のビットストリームをもたらす。この種の通信のためには、PDの実施形態は、典型的には、データフレーム内の情報(例えば、動作時間)及びビット位置の両方を記憶するための不揮発性メモリを備える。
より速いサイクル時間のために、複数の分類サイクルが速いシーケンスで開始されてもよい。光源と組み合わせられる場合、複数の分類イベントが目に見えるアーチファクト又は中断時間を生じないように、好ましくは、このためには余分なタイムスロット(例えば、オフィスが占有されていない夜間)が使用される。
複数の分類サイクルは、例えば、PoEシステムのコミッショニング中に使用され得る。
本明細書で提案される分類ベースの通信方式を利用可能な各センサ、照明等は、識別子(固有及び/又は一般型)及び/又は符号化テーブルを有し、また、第1の分類イベント中にこのデータを自動送信するよう構成され得る。その後、通常動作(センサ情報依存分類)が開始される。
図8は、データフレーム、並びに識別及びセンサデータ伝送の一実施形態を概略的かつ例示的に示す。行801は、分類イベントの番号を示す。行802は、各ビット(上記のように、クラス0、・・・、3の例では、分類イベントごとに2ビットを通信することができる)を示す。通常の負荷は、静的クラスを提示する。これは、クラス0(行803)、1(行804)、2(行805)、及び3(行806)のために通常の照明から送信される分類シグネチャが示されている行803〜806に見ることができる。(マイクロコントローラベースの)通信可能なPDは、分類サイクルごとに変化し得るクラスを提示し得る。この概念は、そのようなPDの存在を検出するために利用され得る。図8の例では、8ビット806a、807a、808aがこのために確保されている。通常の照明(ライン803〜806)については、クラス情報は、分類サイクルごとに変わらない(すなわち、同じ2ビットが何度も繰り返される)。したがって、この静的クラスは、デバイスが非通信PDであることをPSEに通知する。一方、通信可能なPD(行807及び808)では、クラスシグネチャは、ある分類サイクルごとに変化する可能性がある。したがって、この動的クラスは、デバイスが通信可能PDであることをPSEに通知する。
最初の8ビットに続いて、デバイスのタイプについての6ビット809が存在し得る(例えば、行807に示されるように、タイプ1が存在検出器であり、行808に示されるように、タイプ32が温度センサである)。次に、デバイスの(必ずしもグローバルに固有である必要はないが、好ましくは、PSE全体に固有な)識別子のための10ビット810が存在し得る(例えば、行807の567又は行808の209)。したがって、最初の24ビット(又は最初の12の分類イベント)は、識別フェーズΔtidに対応する。続いて、分類イベント#13から使用フェーズΔtが開始し、センサが、セサ値依存分類を供給する。センサ値依存分類は、例えば、PDタイプの知識に基づき、PSEによって(又は上位制御ユニットによって)センサ値に変換され得る。ここで、存在/不在センサ(行807)が、分類サイクル13〜15及び18(参照番号807b及び807d参照)の間に「不在」を報告し、分類サイクル16及び17の間に「存在」を報告する(参照符番号807c参照)。同様に、温度センサ(行808)は、「<20℃」、「20℃〜25℃」、または「>25℃」という各温度範囲を報告し得る。
図8の「x軸」は分類イベントのシーケンスに対応し、必ずしも線形時間軸に対応するものではないことに留意されたい。
PDがその寿命にかけて1つのPoEシステムで使用され、システムがすべての分類結果をログする限り、一貫した解釈が得られる。識別をやり直すためのリセット手続きが存在してもよい。
本明細書に示す通信へのアプローチには、PSE側での互換性と制御システムでのデータ処理が必要である。具体的には、本発明に係るPDは、データ通信ICなしに提供され得る。
本発明の適用例は、例えば専門的な建造物におけるPoE照明ネットワーク、HVAC(暖房、換気及びび空調)ネットワーク、及びセンサネットワークである。本発明のさらなる用途は、単純なセンサ(存在、周囲光など)に関する。本発明のさらなる用途は、低待機電力、低コストPoEセンサに関する。本発明のさらなる用途は、イーサネット(登録商標)に依存しない通信チャネルを提供する信頼できるセンサに関する。本発明のさらなる用途は、実際には絶対的には「ダム(dumb)」でない「ダム」な照明(すなわち、通信手段を備えない照明及び/又は別個の通信を有さない照明及び/又は非常に限られた内部制御回路を有する照明)を有効化することに関する。
図9は、通信リンク150、・・・、150を介して電力を供給するためのPSE装置910の実施形態を概略的かつ例示的に示す。PSE装置910は、分類フェーズ中に通信リンク150、・・・、150を介して分類情報を受信するように構成された分類情報受信ユニット915と、分類情報からセンサ情報を取り出すよう構成されたセンサ情報取り出しユニット990とを含む。
PoE接続は、PSE910の複数の出力ジャック又はポート912、・・・、912のうちの1つと、PDの入力ジャック又はポートとの間のパッチケーブル150、・・・、150によって実装され得る。図示の例では、PSE装置910は、PSE電源ユニット913及びPSEデータ処理ユニット914をさらに備える。PSE制御ユニット915は全てのポート上の交渉を監督する。
図10は、通信リンク150、・・・、150を介して電力を受け取るためのPD121の動作方法1000の実施形態を概略的かつ例示的に示す。方法1000は、PD121の分類フェーズ中に分類情報を通信リンク150、・・・、150に提供するステップ1010と、分類情報提供ユニット330にセンサ情報を提供するステップ1020とを含む。センサモードでは、分類情報はセンサ情報に基づく。
図11は、通信リンク150、・・・、150を介して電力を供給するためのPSE装置110、910の動作方法1100の実施形態を概略的かつ例示的に示す。方法1100は、分類フェーズ中に分類情報を通信リンク150、・・・、150を介して受信するステップ1110と、分類情報からセンサ情報を取り出すステップ1120とを含む。
図12は、PoEシステム100の動作方法1200の一実施形態を概略的かつ例示的に示す。方法1200は、PD121に関するセンサ情報を提供するステップ1210と、PD121の分類フェーズの間、通信リンク150、・・・、150を介してPD121からPSE装置110、910に分類情報を送信するステップ1220とを含む。センサモードでは、分類情報はセンサ情報に基づく。方法1200はさらに、PSE装置110、910において、分類情報からセンサ情報を取り出すステップ1230を含む。
開示の実施形態の他の変形例が、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲から、クレームされる発明に係る当業者によって理解及び実施され得る。
特許請求の範囲において、「含む(comprising)」という用語は他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は複数を除外しない。
単一のユニットまたはデバイスが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を果たし得る。複数の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせが好適に使用することができないとは限らない。
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又は他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体又はソリッドステート媒体等の適切な媒体上で記憶及び/又は分配されてもよいし、インターネット又は他の有線若しくは無線テレコミュニケーションシステムを介して等の他の形態で分配されてもよい。「コンピュータプログラム」という用語は、組み込みソフトウェアを指す場合もある。
特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、その範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
本発明は、PoE(Power−over−Ethernet(登録商標))システムに関する。本発明は、分類イベントを使用してPDからPSEに通信することを提案する。センサはセンサ値を決定し、PoE接続を遮断し、再接続してPSEとの電源投入サイクルを開始し得る。センサは、クラス0、・・・、3に関連するPoE抵抗を提供し、クラスはセンサ値に関連する(例えば、クラス0=存在検出、クラス1=存在未検出)。この手続きは繰り返されてもよく(例えば、連続的に、毎分、又はセンサ値が変化してPSEが通知を受ける必要があるときごとに)、必要であれば、通信されるメッセージの長さを増やすために複数のサイクルが使用されてもよい。

Claims (15)

  1. 通信リンクを介して電力を受け取る受電装置であって、前記受電装置は、
    前記受電装置の分類フェーズ中に分類情報を前記通信リンクに提供する分類情報提供ユニットと、
    環境状態を検出するためのセンサユニットと、
    前記分類情報提供ユニットに、検出される前記環境状態を示すセンサ情報を提供するセンサ情報提供ユニットと
    を備え、
    前記分類情報提供ユニットは、前記通信リンクを介して前記検出される環境状態を通信するよう前記センサ情報に基づき前記分類情報を提供する、
    受電装置。
  2. 前記受電装置は、前記分類フェーズ中に前記受電装置によって引き出される電流を制御する電流制御ユニットをさらに備える、請求項1に記載の受電装置。
  3. 前記分類情報提供ユニットは、さらに、前記受電装置の電力レベルに基づき、前記分類フェーズ中に前記分類情報を提供し、
    第1のモードでは、前記分類情報提供ユニットは、前記受電装置の電力レベルに基づき、前記分類フェーズ中に前記分類情報を提供し、
    第2のモードでは、前記分類情報提供ユニットは、前記検出される環境状態に基づき、前記分類フェーズ中に前記分類情報を提供する、
    請求項1に記載の受電装置。
  4. 前記第1のモードにおいて、前記分類情報提供ユニットは、前記受電装置の所定の電力レベルに基づき前記分類情報を提供する、請求項3に記載の受電装置。
  5. 前記受電装置は、前記受電装置の第1のスタートアップに対応する第1の分類フェーズ中に前記第1のモードで動作する、請求項3に記載の受電装置。
  6. 前記受電装置は、前記第1のスタートアップの後の前記受電装置の第2のスタートアップに対応する第2の分類フェーズ中に前記第2のモードで動作する、請求項5に記載の受電装置。
  7. 前記センサユニットは、存在検出器、周囲光センサ及び/又は温度センサのうちの少なくとも1つである、請求項1に記載の受電装置。
  8. 1つ以上の受電装置に通信リンクを介して電力を供給するための給電装置であって、前記給電装置は、
    分類フェーズ中に受電装置から前記通信リンクを介して分類情報を受信する分類情報受信ユニットと、
    前記分類情報から前記受電装置のセンサによって検出される環境状態を示すセンサ情報を取り出すセンサ情報取り出しユニットと
    を備える、給電装置。
  9. 前記給電装置は、前記センサ情報に基づき、前記通信リンクを介して供給される電力量を調整する、請求項8に記載の給電装置。
  10. 前記給電装置は、前記給電装置が経時的に変化する分類情報を検出した場合に、前記センサ情報取り出しユニットをイネーブルする、請求項8に記載の給電装置。
  11. 請求項10に記載の給電装置と、
    請求項1に記載の受電装置と、
    前記給電装置と前記受電装置とを接続する通信リンクと
    を備える、PoEシステム。
  12. 通信リンクを介して電力を受け取る受電装置であって、センサユニットを有する受電装置の動作方法であって、前記方法は、
    受電装置の分類フェーズ中に分類情報を前記通信リンクに提供するステップと、
    分類情報提供ユニットにセンサ情報を提供するステップと
    を含み、
    センサモードでは、前記分類情報は、前記通信リンクを介して前記センサ情報を通信するために用いられる、
    方法。
  13. 1つ以上の受電装置に通信リンクを介して電力を供給するための給電装置の動作方法であって、前記方法は、
    分類フェーズ中に受電装置から前記通信リンクを介して分類情報を受信するステップと、
    前記分類情報から前記受電装置のセンサによって検出される環境状態を示すセンサ情報を取り出すステップと
    を含む、方法。
  14. 請求項11に記載のPoEシステムの動作方法であって、前記方法は、
    前記受電装置において環境状態を示すセンサ情報を提供するステップと、
    前記受電装置の分類フェーズ中に前記通信リンクを介して前記受電装置から前記給電装置に分類情報を送信するステップと
    を含み、
    センサモードでは、前記分類情報は、前記センサ情報を通信するために用いられ、
    前記方法はさらに、前記給電装置において前記分類情報から前記センサ情報を取り出すステップを含む、
    方法。
  15. 通信リンクを介して電力を受け取る受電装置を動作させるためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムは、前記受電装置を制御するコンピュータ上で前記コンピュータプログラムが実行されたとき、請求項1に記載の受電装置に、請求項12に記載の受電装置の動作方法の前記ステップを実行させるプログラムコード手段を含む、コンピュータプログラム。
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