JP7223789B2 - 配電システムにおける受電装置のための低電力スタンバイ - Google Patents

Description

本発明は、電力を供給するための給電装置と、給電装置によって電力を供給されることになる照明器具などの受電装置とを備えた配電システムに関する。本発明は更に、給電装置、受電装置、並びに配電システム内に電力を分配するための配電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（登録商標）（ＰｏＥ：Power over Ethernet）に関する米国電気電子学会（ＩＥＥＥ：Institute of Electrical and Electronics Engineers）規格８０２．３ａｆ／ａｔによると、受電装置（ＰＤ：powered device）はイーサネット（登録商標）ケーブルを介して給電機器（ＰＳＥ：power sourcing equipment）によって給電される。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：internet protocol）カメラ、ＩＰ電話、無線アクセスポイント、照明器具、センサ、送風機等である。規格に従って、ＰＳＥは、ケーブルが切断されたか、非ＰｏＥ装置に接続されたか、又はＰｏＥ準拠のＰＤに接続されたかどうかを判断することができる。これは、３つの段階（それらはアイドル状態の後に続く）：検出段階、分類段階、及び２イベント分類で達成され、その後、（動作状態で）ＰＤが給電される。

検出段階において、ＰＳＥは、ＰＤが接続されているかどうかを検出する。検出段階の間、ＰｏＥ準拠のＰＤは、コンデンサ（５０ｎＦ～１２０ｎＦ）及び抵抗（２５ｋΩ、検出段階の間のみに存在する）を使用して、有効な検出シグネチャを提供するであろう。例として、ＰＳＥは２．８Ｖ～１０Ｖの範囲内の２つの電圧を印加し、対応する電流を測定して、シグネチャ抵抗の存在を判断することができる。電流供給など、他の方法も可能となっている。分類段階では、ＰＳＥ及びＰＤは、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ電力レベル（１２．９５Ｗ）に準拠したタイプ１、又はＩＥＥＥ８０２．３ａｔ電力レベル（２５．５Ｗ）に準拠したタイプ２として識別される。加えて、８０２．３ａｔ規格は、電力分類を決定する別の方法を提供する。タイプ２のＰＳＥは、２イベント分類を実施することにより（レイヤ１）、又はＰＤと通信することにより（レイヤ２）、ＰＤ電力分類を取得するオプションを有している。同時に、タイプ２のＰＤは、タイプ２のＰＳＥを識別し、レイヤ１及びレイヤ２を介して通信できなければならない。２イベント分類の一環として、ＰＳＥは１５．５Ｖ～２０．５Ｖ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（及び任意選択の電力分類の）後、ＰＳＥは、ＰＤがもはや電力を使用しなくなるまで、ＰＤに電力を供給する。規格では、スタンバイモード時など、ＰＤが殆ど又は全く電力を必要としない場合、ＰＤは電力維持シグネチャ（ＭＰＳ：Maintain Power Signature）を生成しなければならないと指定している。ＩＥＥＥ８０２．３ａｔによると、ＭＰＳは、ＡＣ ＭＰＳ成分及びＤＣ ＭＰＳ成分の２つの成分から構成される。ＰＳＥは、ＤＣ ＭＰＳ成分、ＡＣ ＭＰＳ成分、又はその両方を監視することになっている。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。ＤＣ ＭＰＳは、ＰＤが６０ｍｓの最小期間にわたり少なくとも１０ｍＡを引き出すことを必要とする。最小のドロップアウト期間は３００ｍｓであり（ドロップアウトしてはならない）、最大のドロップアウト期間は４００ｍｓである（ドロップアウトしなければはならない）。

ＰＳＥによってＭＰＳが検出されない場合、ＰＳＥはＰＤへの電力を切断してもよい。このことは、ＰＳＥが切断されたポートへ電力を供給することを防ぎ、次いでこれにより、そのようなポート（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ぎ得る。別の例として、これにより、電力が印加されるＰＳＥのポートに接続されている非ＰｏＥ装置への損傷を防ぐことができる。

現在、照明器具（センサー、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、及び更にはＴＶセットなどの娯楽機器など、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。そこで、Ｃａｔ５／６接続毎に最大６０Ｗ以上のレベルなどの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ている。そのような議論は、ＰｏＥに関連して進行しているだけでなく、EMerge Alliance Occupied Space Standard、又はUSB Power Delivery規格などの他の（類似の）規格に関連しても進行している。そのような配電システムを通じて給電される高電力の装置のこのような発展と共に、これらのシステムを通じて給電される装置の数が増加しているという発展も存在する。従って、向上された電気効率を有する配電システムを開発する必要性がある。

向上された電気効率を有する配電システムを提供することが、本発明の目的である。特にスタンバイモードにおいて、多くの配電システムでは、キープアライブ型の信号を生成するためにエネルギーが「浪費」されている。ＰｏＥについて、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ／ａｔ規格は、例えば、ＭＰＳの生成以外では（殆ど）電気エネルギーが消費されないモード（例えば、スタンバイモード）でＰＤが動作している場合、ＭＰＳを生成するために、ＰＤによる電気エネルギーの消費を必要とする。ＭＰＳは、周期的に生成されることのみを必要とするが、およそ最低１００ｍＷの電力消費につながる。本発明の第１の態様では配電システムが提供され、この配電システムは、給電装置、受電装置、及び導電体を含む。給電装置は、電力を供給するように構成される。受電装置は、給電装置と着脱可能に電気的に結合されるように構成される。受電装置は照明装置などの負荷を含み、給電装置によって給電されるように更に構成される。導電体は、給電装置を受電装置に着脱可能に電気的に結合するように構成される。導電体は、給電装置から受電装置へ電力を伝達するように更に構成される。

配電システムにおいて、給電装置は、給電装置から受電装置への電流の流れを感知し、且つ、最小電流以上の電流が少なくとも周期的に感知される場合に電力を供給するように更に構成される。給電装置から受電装置へのこの電流の流れは、例えば、ＭＰＳ又は別の種類のパルス若しくはキープアライブ信号であり得る。

配電システムにおいて、受電装置は、少なくとも一部の時間において負荷が最小電流よりも小さい電流を引き出すスタンバイモードで、及び少なくとも一部の時間において負荷が最小電流以上の電流を引き出す動作モードで動作するように更に構成される。スタンバイモード中である場合、受電装置は、給電装置が受電装置に給電したままになるような十分な電力を引き出さない。

配電システムにおいて、受電装置は、制御可能スイッチ及びパルス生成回路を更に含む。制御可能スイッチは、給電装置から受電装置の少なくとも一部を電気的に切り離すように構成される。パルス生成回路は、少なくとも制御可能スイッチを制御することを通じて、受電装置がスタンバイモードで動作しているときに、給電装置から最小電流以上のパルス電流を、所定の期間にわたり且つ所定の周波数で引き出すように構成される。パルス生成回路を介して受電装置が周期的に最小電流以上の電流を引き出すとき、給電装置は給電したままになるであろう。しかしながら、少量の電力が引き出されるとき、受電装置の一部である電気部品がパルスを除去する、パルスの形状を変更するなどを行うことができ、これによって給電装置が電流を感知するのを防ぎ、これによって給電装置が受電装置に電力を供給したままになることを防ぐ。制御可能スイッチを制御することにより、受電装置がよりエネルギー効率的に動作することを可能にするような方法で、パルスが生成され得る。第１の例として、ＰｏＥ準拠のＰＤにおいて、パルスが生成されるとき、制御可能スイッチはバルクコンデンサを切り離すことができ、この部品がパルスを除去することを防ぐ。これにより、例えば、パルスが短くなることが可能になる。別の例として、制御可能スイッチを介して、給電装置からの負荷の分離を通じて、パルス生成において消費されるエネルギーがより効果的に使用されるようになる（例えば、負荷中のアクティブな部品にエネルギーが貯蔵されない。スタンバイモードでは、これは「浪費」である）。

本発明に従った配電システムの一実施形態において、受電装置のパルス生成回路は、抵抗、パルス生成スイッチ、及びコントローラを含む。抵抗は、パルス電流を消費するように構成される。パルス生成スイッチは、抵抗と直列に配置される。コントローラは、パルス生成スイッチ及び制御可能スイッチを制御するように構成され、パルス電流を消費するためにパルス生成スイッチがオンにされ、且つ制御可能スイッチがオフにされるパルス生成モードと、パルス生成スイッチがオフにされ、且つ制御可能スイッチがオンにされる非パルス生成モードとの間を循環するように更に構成される。この実施形態では、ＭＰＳなどのパルス電流が抵抗によって消費され、制御可能スイッチがバルクコンデンサなどの受電装置の少なくとも一部を切り離す。

本発明に従った配電システムの別の実施形態において、受電装置のパルス生成回路は、バッファコンデンサ及びコントローラを含む。バッファコンデンサは、制御可能スイッチがオフにされると、給電装置から受け取られた電気エネルギーを貯蔵するように構成される。コントローラは、制御可能スイッチを制御するように構成され、制御可能スイッチがオフにされ、且つバッファコンデンサが充電されるパルス生成モードと、制御可能スイッチがオンにされ、且つバッファコンデンサに貯蔵された電気エネルギーが消費される非パルス生成モードとの間を循環するように更に構成される。

本発明に従った配電システムの更に別の実施形態において、受電装置は電力変換装置を含み、受電装置のパルス生成回路はコントローラを含む。コントローラは、電力変換装置及び制御可能スイッチを制御するように構成され、及びコントローラは、制御可能スイッチがオンにされ、且つ電力変換装置の貯蔵部品が充電される非パルス生成モードと、制御可能スイッチがオフにされ、且つ電力変換装置の貯蔵部品に貯蔵された電気エネルギーが消費されるパルス生成モードとの間を循環するように更に構成される。任意選択的に、電力変換装置は、入力電流制御モードで制御され得る。

本発明に従った配電システムの更なる実施形態において、受電装置はパルストランスを含み、受電装置のパルス生成回路はコントローラを含む。コントローラはパルストランス及び制御可能スイッチを制御するように構成され、コントローラは、一次電流がパルストランスの一次巻線で生成されるパルス生成モードと非パルス生成モードとの間を循環するように更に構成される。この実施形態において、パルス生成モードにおいてパルストランスの一次巻線で生成された一次電流は、パルストランスの二次巻線で二次電流に変換され、この二次電流は最小電流以上であり、パルストランスの二次巻線は給電装置を伴う閉電流ループに電気的に結合されており、制御可能スイッチは、非パルス生成モードにおいてパルストランスの一次巻線を短絡するように構成される。任意選択的に、受電装置は、給電装置から受電装置への電流の流れを感知するように構成された電流センサを更に含み、コントローラは、感知された電流の流れに基づいてパルストランスによる注入電流の振幅を調節するように更に構成される。

本発明に従った配電システムの特に有利な実施形態では、所定の期間は５ｍｓ以下であり、所定の周波数は少なくとも４００ｍｓ毎に１パルスであり、最小電流は２０ｍＡ以下であり、好ましくは１０ｍＡである。ＰｏＥ配電システムに適用されるこの実施形態は、低減されることになるＭＰＳの一部として電気エネルギーが消費されることを可能にする。

本発明に従った配電システムの様々な実施形態において、給電装置はパワーオーバーイーサネット（登録商標）規格において指定される給電機器であり、導電体はイーサネット（登録商標）ケーブルであり、及び／又は受電装置はパワーオーバーイーサネット（登録商標）規格において指定される受電装置であり、任意選択的に、パルス生成回路は受電装置に含まれる物理インターフェースチップ又はチップセットの一部である。

本発明に従った配電システムの一実施形態では、パワーオーバーイーサネット（登録商標）規格において指定される受電装置は分離スイッチを含み、制御可能スイッチがこの分離スイッチである。ＰｏＥ規格に従ったＰＤは分離スイッチが存在することを要求するため、このスイッチは制御可能スイッチとして使用されることができ、それによって追加部品を追加する必要性を省いている。

本発明の第２の態様において、給電装置が提供され、この給電装置は本発明に従ったシステムにおいて使用されるように構成される。

本発明の第３の態様において、受電装置が提供され、この受電装置は本発明に従ったシステムにおいて使用されるように構成される。

本発明の第４の態様において、給電装置に電気的に結合された受電装置において電流パルスを生成するための方法が提供される。本発明に従った第１の方法において、方法は以下のステップ：給電装置から受電装置の少なくとも一部を電気的に切り離すステップと、給電装置から受け取られた電気エネルギーを消費するステップとを含む。本発明に従った第２の方法において、方法は以下のステップ：給電装置から受け取られた電気エネルギーを貯蔵部品に貯蔵するステップと、給電装置から受電装置の少なくとも一部を電気的に切り離すステップと、貯蔵部品に貯蔵された電気エネルギーを消費するステップとを含む。

本発明の第５の態様において、コンピュータプログラム製品が提供され、このコンピュータプログラム製品は本発明に従った任意の方法のステップを実行するように構成される。

請求項１に記載の配電システム、請求項１１に記載の給電装置、請求項１２に記載の受電装置、並びに請求項１３及び１４に記載の方法は、特に従属請求項で定義されるように、類似の及び／又は同一の好ましい実施形態を有することが、理解されるべきである。

本発明の好ましい実施形態はまた、従属請求項とそれぞれの独立請求項との任意の組み合わせであり得ることが理解されるべきである。

本発明のこれらの及び他の態様は、以降に記載される実施形態から明らかになり、以降に記載される実施形態を参照して説明される。

配電システムの実施形態を概略的且つ例示的に示す。 照明用途のための配電システムの実施形態を概略的且つ例示的に示す。 照明用途のための受電装置の実施形態を概略的且つ例示的に示す。 フィルタ素子（Ｃ_ＢＵＬＫ、Ｃ_ＰＤ、Ｃ_ＰＳＥ）及びケーブルインピーダンス（抵抗及び誘導性の値）を有する簡略化されたＰＳＥ／ＰＤ概略図を概略的且つ例示的に示す。 ＰＤインターフェース後に生成された１０ｍＡの７５ｍｓパルス及び２ｍｓパルスを伴ってＲ_{ＳＥＮＳＥ}を流れた電流の流れを示している、ＬＴ－ｓｐｉｃｅシミュレーションを概略的且つ例示的に示す。 抵抗及びスイッチを含む本発明に従った受電装置の実施形態を概略的且つ例示的に示す。 磁界貯蔵部品を含む本発明に従った受電装置の実施形態を概略的且つ例示的に示す。 抵抗／コンデンサの一続きを含む本発明に従った受電装置の実施形態を概略的且つ例示的に示す。 本発明に従った方法の実施形態を概略的且つ例示的に示す。 本発明に従った方法の実施形態を概略的且つ例示的に示す。 ＰＳＥ側からのＩＥＥＥ８０２．３ａｆ／ａｔに従ったＭＰＳタイミングの概要を概略的且つ例示的に示す。 ＰＤ側からのＩＥＥＥ８０２．３ａｆ／ａｔに従ったＭＰＳタイミングの概要を概略的且つ例示的に示す。 ＰＳＥ側からの本発明の実施形態に従ったＭＰＳタイミングの概要を概略的且つ例示的に示す。 ＰＤ側からの本発明の実施形態に従ったＭＰＳタイミングの概要を概略的且つ例示的に示す。

ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ／ａｔ規格は電力及びデータの分配システムを定義しており、このシステムは、ツイストペアイーサネット（登録商標）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。この規格に従うと、電気消費機器はスイッチから電力を受け取るために且つデータを交換するためにスイッチに接続され得、スイッチは複数のポートを含み、各ポートには単一の電気消費機器が接続され得る。イーサネット（登録商標）は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：local area network）のためのコンピュータネットワーク技術のファミリーである。イーサネット（登録商標）は、１９８０年に商業的に導入され、ＩＥＥＥによってＩＥＥＥ８０２．３として１９８５年に標準化された。イーサネット（登録商標）は、競合する有線のＬＡＮ技術を大規模に置き換えた。イーサネット（登録商標）規格は、イーサネット（登録商標）で使用中の開放型システム間相互接続（ＯＳＩ：Open Systems Interconnection）物理層の複数の配線及び信号通信の変形を含む。オリジナルの１０ＢＡＳＥ５イーサネット（登録商標）は共有媒体として同軸ケーブルを使用した。その後、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よって置き換えられた。

１０ＢＡＳＥ－Ｔイーサネット（登録商標）規格は２地点間リンクのみに対して設計され、全ての終端はイーサネット（登録商標）装置の内部に組み込まれた。より高速の接続は、速度、半二重及び全二重、並びにマスター／スレーブについて交渉するために最初のオートネゴシエーションを使用する。このオートネゴシエーションは、別の装置への接続の存在を検出するために１０ＢＡＳＥ－Ｔ装置によって使用さ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すると、送信されるデータが無い場合、リンクアップを維持するために、装置はアイドルバイトのみを送信する。

ＰｏＥは、ＰｏＥ電源がルーター、スイッチ、プリンタスプーラ等のような分離したネットワーク上の電気消費機器に、それらの標準イーサネット（登録商標）ケーブル接続を介して電気エネルギーを供給することを可能にする、アクティブな規格（ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ及びＩＥＥＥ８０２．３ａｔ）である。ここで、実際の標準化は、１つのＣａｔ５接続あたり５０Ｗ超もの電力レベルをサポートする予定である。現在、照明器具（センサー、スイッチ、光源）、又はアクティブスピーカー、インターネットラジオ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ：Digital Versatile Disk）プレーヤー、セットトップボックス、及び更にはテレビジョン（ＴＶ：television）セットなどの娯楽機器など、全ての種類の低電力消費機器について同規格を使用するための議論が進められている。ＰｏＥ電話及びＰｏＥ受電制御装置は、既にオフィスで一般的なものになりつつある。

図１は、複数のＰｏＥ対応出力ポート１２を備えた中央電源装置（例えば、給電機器（ＰＳＥ））１を有するＰｏＥベースの照明システムの従来のアーキテクチャを示す。各負荷装置２に対して、出力ポート１２のうちの１つがコネクタ付きのＣａｔ５／６ケーブル３によって配線される。図１の例において、負荷装置２は、光源２６及びＰＤコントローラ／ドライバ２０を組み込んだＰｏＥランプである。他の負荷装置も、送風機、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装置を含むことができる。電源装置１は、個々の出力ポート１２の各々について印加される電圧を制御し、且つ、各負荷装置内のＰＤコントローラ２０によって伝達された電力要求に対する過電流を監視する、ＰＳＵコントローラ１０を含む。

図２は、受電装置２、３、及び４に電力を供給するための電力供給装置１を含む、照明用途のための配電システム１００の実施形態を概略的且つ例示的に示す。電力供給装置１は、受電装置２、３、及び４がイーサネット（登録商標）ケーブル１３を介して接続される複数のポート１２を含み、このイーサネット（登録商標）ケーブル１３はデータと共に供給電力を伝達するように適合されている。電力供給装置１は、電源コンセント（図示せず）に直接接続され得る電気接続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（登録商標）ケーブル１４を介して、例えばスイッチなどの別の装置（図示せず）から受信され得る。受け取られた電力から、電源部１１は、パワーデバイスマネージャ１８を介して、受電装置２、３、及び５に供給されることになる電力を生成する。データは、パワーデバイスマネージャ１８を介してそれぞれの受電装置２、３、又は４に送信される前に、ネットワークデータ処理装置１９によって処理されてもよい。

ここで、受電装置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、スイッチング素子３が人によって作動された後で、及び／又は存在センサ４によって人の存在が検知された後で、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合され得る。

照明器具２は、概略的且つ例示的に図３により詳細に示される。照明器具２は、この実施形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ：light-emitting diode）である、電気負荷２６を含む。照明器具２は、電力供給部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ために、且つ、この電気負荷電力を電気負荷２６に提供するために、電気負荷電力提供部１０２を含む。イーサネット（登録商標）ケーブル１３は、照明器具２のジャック２０に接続されている。データと共に搬送された電力は、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（登録商標）ケーブル１３によって搬送された電力とデータとを分割する。次いで、分割されたデータはデータ経路２５５を介して更に搬送され、分割された電力は電力経路２５１を介して更に搬送される。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割するための磁気回路を含む。

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（及び任意選択的にスイッチ１と電力クラスを交渉するために）、受電装置コントローラ２１１を更に含む。電気負荷電力提供部１０２は、電力供給装置１によって供給され、受電装置コントローラ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ために、且つ、ＬＥＤ２６にこの電気負荷電力を供給するために、電気負荷ドライバ２１２（及び電力供給装置１から受電装置２によって引き出される入力電流が、例えば、電力クラス４に対してＰｏＥ規格８０２．３ａｔによって規定される０．６Ａなどの所定の高い方の入力電流の閾値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ために、且つ、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へ送信するために、任意選択的に電気負荷電力コントローラ２１３）を含む。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合される。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へ提供される。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り、電気負荷電力を生成するように適合される。電気負荷電力提供部１０２、特に、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、制御信号を低域通過フィルタするように適合されてもよい。

ＰｏＥ規格ＩＥＥＥ８０２．３ａｔは、多数の安全規定を有する非常に保守的な規格である。ＰｏＥ規格ＩＥＥＥ８０２．３ａｔは、ＣＡＴ３（カテゴリ３）、ＣＡＴ５（カテゴリ５）、及びＣＡＴ６（カテゴリ６）ケーブル並びにイーサネット（登録商標）がグローバルに使用されているほぼ全ての考えられる方法で動作するように設計されている。このことは、この規格に多くの歴史及び後方互換性を持ち込み、且つ、極めて「少数向けの」使用シナリオのサポートも可能にする。これらは、例えば、ＣＡＴ３ケーブル（実用的には、少なくとも１０年間はもはや使用されていない）との互換性、旧ＡＣベースの切断検出方式との後方互換性、及びクロスオーバーケーブル（実用的には、少なくとも５年間はエンドノード接続において無関係である）との互換性を含む。

ＰｏＥを照明に使用すると、他の殆どのＰＤ（アクセスポイント及びポイントチルトズームカメラなど）よりもはるかに計算上単純な装置が導入される。照明装置は、要求される電力が非常に低い「オフ」時間の長い期間も有する。装置は、イーサネット（登録商標）リンクを維持し、場合により低電力センサに給電することのみが可能でなければならない。ＩＥＥＥ８０２．３ａｚ及び最新の物理インターフェース（例えば、単一のマイクロコントローラに統合された）の最近の導入により、１００ｍＷ未満のイーサネット（登録商標）リンクを維持することが可能になる。例えば、３５５ｍｓ毎に５ｍｓにＭＰＳパルスの幅を低減することにより、エネルギー効率が向上され得る。しかしながら、そのような短いパルスがＰＤ側におけるコンデンサから引き出されるとき、それらはＰＳＥ側における電流感知機構には見えない。問題は、ケーブル（及び他の部品の幾つか）のインピーダンスとＰＤインターフェース（図１を参照）とが結合された後で配置されるより大きいＣ_ＢＵＬＫコンデンサにある。

図４では、フィルタ素子（Ｃ_ＢＵＬＫ、Ｃ_ＰＤ、Ｃ_ＰＳＥ）及びケーブルインピーダンス（抵抗及び誘導性の値）を有する簡略化されたＰＳＥ／ＰＤ概略図が示されている。ＰＳＥは、ＰＳＥからＰＤへの（ＰＳＥのポートのうちの１つを介した）電流の流れをセンス抵抗（Ｒ_{ＳＥＮＳＥ}）上で感知する。ＰＳＥは、コンデンサ（Ｃ_ＰＳＥ）を有する。ＰＳＥは、ＰＤが接続されているポートを制御するスイッチ（Ｑ_ＰＳＥ）を有する。ＰＤは２つのワイヤ対を含むイーサネット（登録商標）ケーブルを介してＰＳＥに接続される。ＰＤの側では、負荷（例えば、照明器具）に正しい極性が提供されることを確実にするために、２つのダイオードブリッジが存在する。ＰＤは、コンデンサ（Ｃ_ＰＤ）及びバルクコンデンサ（Ｃ_ＢＵＬＫ）を含む。分離スイッチなどの制御可能スイッチ（Ｑ_ＰＤ）は、ＰＳＥから負荷（及びＣ_ＢＵＬＫ）を切り離すことができる。

２２０μＦのコンデンサなどの典型的なＰＤバルクコンデンサを使用すると、ＭＰＳパルスはＰＳＥセンス抵抗において殆ど見えないことが、シミュレーションで確認される（図５を参照）。本発明の１つの実施形態では、これは、パルス化されたＭＰＳ動作の間、バルクコンデンサの効果を無効にすることを通じて克服される。それは、ＰＤインターフェースの前にＭＰＳパルス電流を引き出すことによって、且つ、ＭＰＳ電流が引き出される短い間隔の間にＰＤ内部スイッチＱ_ＰＤをオフにすることによって達成され得る。これは、ＰＤ装置に対する影響を最小限に抑えながら、Ｒ_{ＳＥＮＳＥ}を流れる正しい電流波形に帰着するであろう。ＰＤスイッチ及びＭＰＳ電流抵抗の共同管理を有するコントローラは、この解決策の第１の実施形態の一部である。例として、機能はＰＤインターフェースチップに統合され得るが、機能はチップの外部で実装されることもできる。

図６は、抵抗及びスイッチを含む本発明に従ったＰＤの実施形態を示す。Ｖ＋／Ｖ－は入力であり、イーサネット（登録商標）ケーブルインターフェースに（例えば、正しい極性を提供するフルダイオードブリッジを介して、）電気的に結合されている。パルス生成回路は、制御ブロック（ＣＯＮＴＲＯＬ）、スイッチ、及び抵抗（Ｒ_ＭＰＳ）を含む。制御ブロックは、Ｖ＋／Ｖ－入力にわたる抵抗と直列に配置されたスイッチを制御するように構成される。スイッチを開くことにより、電流がＲ_ＭＰＳを通して流れてＭＰＳを生成する。制御ブロックは、更にＱ_ＰＤを制御するように構成される。ＭＰＳ電流が引き出されている間に同時にＱ_ＰＤをオフにすることにより、Ｃ_ＢＵＬＫはパルス生成回路及びＰＳＥから電気的に切り離される。

ＰＤインターフェースの前にＭＰＳパルス電流を引き出すことにより、典型的にＰＤインターフェースの後に配置されるバルクコンデンサのフィルタリング効果を無効にするために同時にＰＤスイッチをオフにする一方で、これは、Ｃ_ＢＵＬＫによってＭＰＳが取り除かれて、ＭＰＳがＰＳＥによって検出されなくなること、及びＰＤが接続されているポートへの電力をＰＳＥがオフにすることを防ぐ。

制御可能スイッチ（Ｑ_ＰＤ）は、ＰｏＥ準拠のＰＤにおける分離スイッチ、又は例えばバルクコンデンサなどの１つ若しくは複数のコンデンサのみを切断するスイッチである個別スイッチであり得る。分離スイッチは、全てのＰｏＥ準拠のＰＤの一部であり、検出フェーズ及び分類フェーズの間、又は電力損失の間、物理インターフェースからＰＤの戻り側を切断する。規格によると、ＰＤは、４２Ｖ以上のＰＩ電圧レベルにおいて分離スイッチをオンにし、３０Ｖ以下の物理インターフェース電圧レベルにおいて分離スイッチをオフにすることを更に要求される。ＰＤ回路の出力が１８０μＦ以上のバルクコンデンサに接続されている場合、ＰＤは自発的に始動時の電流を３５０ｍＡ以下に制限しなければならない。

図７では、本発明の実施形態に従って、磁界貯蔵部品を含むＰＤが示されている。この例では、主電流ループと直列のパルストランスが使用されて、所望のＭＰＳパルス波形を有する余分な電流を注入する。ここで、ＭＰＳが生成されているとき、分離スイッチは導通している。パルス生成器が、パルストランスの一次巻線において一次電流を生成する。これは、（少なくとも）最小電流である二次電流に変換されて、ＰＳＥからＰＤへの電流の流れがＰＳＥの側において見られることを可能にする。電流パルスをＰＳＥに伝導させるために、パルストランスは二次巻線上でＰＳＥへの閉電流ループに接続される。Ｖ－からの電流は、分離スイッチを通り、Ｃ_ＢＵＬＫ（Ｑ_ＰＤが開いているため）を通ってＶ＋に向けて流れ、二次巻線はこのループ内の何れかの箇所に直列に配置される。

パルストランスがＭＰＳ電流ループからパルス生成器を分離するため、それは様々な異なる回路で実装され得る。例として、トランスの一次巻線に放電するコンデンサが使用され得る。この実施形態では、制御ブロックは制御可能スイッチを制御することができ、この制御可能スイッチは、トランスの一次巻線においてＭＰＳが生成されていないとき、トランスの二次巻線上の電圧降下を低く維持するために一次巻線を短絡させる。なぜなら、これによりＰＤにおける電圧が低減されるからである。

図８は、抵抗／コンデンサ直列が使用されているＰＤの実施形態を示す。パルスを生成するために、単純に抵抗が使用されて所望の電流を引き出すことができるが、Ｖ＋とＶ－との間の抵抗／コンデンサの直列接続も使用され得る。

本発明の任意の実施形態において、ＭＰＳの特性に加えられる変更は、ＭＰＳの持続期間（及び任意選択的にサイクル）に限定され得る。例として、例えばＰＳＥなどの給電装置が、給電装置から受電装置への電流の流れ（例えば、ＭＰＳ）を感知することなく電力を供給したままである最大時間は、現行のＩＥＥＥ８０２．３規格と同じである（表１を参照）。これは、安全性の観点から有益であり得る。

表１では、現行のＩＥＥＥ８０２．３ａｆ／ａｔ規格のＭＰＳタイミング及び電流値と、本発明に従ったシステムにおいて使用され得るＭＰＳ値との比較がなされている。Ｉ_{ＨＯＬＤ（ｍａｘ）}はＰＳＥ側におけるＭＰＳの最大電流であり、一方、Ｉ_{ＰＯＲＴ＿ＭＰＳ}はＰＤによって生成された電流の流れであり、Ｔ_ＭＰＳはＭＰＳの持続期間であり、Ｔ_{ＭＰＤＯ（ｍｉｎ）}はＭＰＳパルス間の最小時間であり、Ｔ_{ＭＰＤＯ（ｍａｘ）}はＭＰＳパルス間で許容される最大時間である。これらの値の全ては、例示目的のみのために示される。

表２に示すように、本発明を実装するＰＳＥ及びＰＤと本発明を実装しないＰＳＥ及びＰＤとの間で、後方互換性を確実にすることが可能である。

図９Ａ及び図９Ｂは、本発明に従った方法の実施形態を概略的且つ例示的に示している。図９Ａは給電装置に電気的に結合された受電装置において電流パルスを生成するための方法を示し、この方法は、給電装置から受電装置の少なくとも一部を電気的に切り離す第１のステップ（９００）と、給電装置から受け取られた電気エネルギーを消費する第２のステップ（９０２）とを含む。

図９Ｂは給電装置に電気的に結合された受電装置において電流パルスを生成するための方法を示し、この方法は、給電装置から受け取られた電気エネルギーを貯蔵部品に貯蔵する第１のステップ（９１０）と、給電装置から受電装置の少なくとも一部を電気的に切り離す第２のステップ（９１２）と、貯蔵部品に貯蔵された電気エネルギーを消費する第３のステップ（９１４）とを含む。

図１０、図１１、図１２、及び図１３の各々は、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ／ａｔ規格に従ったＰＳＥ及びＰＤの観点からと、本発明の実施形態によるシステムにおいて実装され得るようなＰＳＥ及びＰＤの観点からとの、ＭＰＳタイミングの例をそれぞれ示す。ＰＳＥ側では、ポートＩ_{ＨＯＬＤ（ｍｉｎ）}で電力を維持するために感知されなければならない最小電流は５ｍＡであり、最大Ｉ_{ＨＯＬＤ（ｍａｘ）}は１０ｍＡである。このＭＰＳは６０ｍｓにわたり感知されなければならず、各パルス間が３００ｍｓ～４００ｍｓを超えることはできない。ＰＤ側では、ＭＰＳが、例えば、７５ｍｓ持続し、その後に電流が全く使われない（又は１０ｍＡ未満が使われる）期間が２５０ｍｓ続く、１０ｍＡのパルスを通して、ＭＰＳが生成される。ＰｏＥシステムにおいて提供される典型的な電圧を用いると、このＭＰＳは１３１ｍＷの電気エネルギーを必要とし得る。

本発明がＰＳＥに適用される場合、ＰＳＥは、５ｍｓの長さであるパルスが検出されるときにポート上で電力を維持するように変更され得る。ＭＰＳの最小電流は５ｍＡ～１０ｍＡに、及び最大は１０ｍＡ～２０ｍＡに設定され得る。各ＭＰＳの後、３５５ｍｓ～４００ｍｓの間、いかなる電流の流れも存在する必要がない。ＰＤ側では、７ｍｓ以内に１０～２０ｍＡを消費することによりＭＰＳが生成され、（実質的に）エネルギーが全く消費されない３１８ｍｓの期間が後に続く。

ＭＰＳタイミング、最小及び最大電流等に関連して提供された例は、例示目的のみのために使用され、決して本発明の範囲を限定しない。

上述した実施形態においては、照明器具に含まれる電気負荷は発光ダイオード（ＬＥＤ）であるが、別の実施形態では、電気負荷は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：organic light-emitting diode）、レーザ、ハロゲンランプ等であってもよい。

特許請求される本発明を実施する際に、開示された実施形態に対する他の変形形態が、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の調査から当業者によって理解され、且つ実施され得る。

特許請求の範囲において、単語「含む（comprising）」は他の要素又はステップを排除するものではなく、また、不定冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数を排除するものではない。

単一のユニット又は装置が、特許請求の範囲に記載される複数の項目の機能を満たしてもよい。特定の措置が互いに異なる従属請求項において記載されているという単なる事実は、これらの措置の組み合わせが有利に使用され得ないことを示すものではない。

１つ若しくは複数のユニット又は装置によって実行される、電気負荷電力の電力レベルの決定などの決定、交渉手順等は、他の任意の数のユニット又は装置によって実行され得る。配電システム内部の受電装置の電気負荷に電気負荷電力を供給するための方法に従った受電装置の手順及び／又は制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として、及び／又は専用のハードウェアとして実装され得る。

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その一部として供給される、光記憶媒体又は固体媒体などの適切な媒体上に格納／配布され得るが、インターネット又は他の有線若しくは無線の通信システムを介してなど、他の形態で配布されてもよい。

特許請求の範囲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るべきではない。

Claims (12)

1. 配電システムであって、
   － 電力を供給する給電装置と、
   － 負荷を含む受電装置であって、前記給電装置と着脱可能に電気的に結合され、且つ更に前記給電装置によって給電される、受電装置と、
   － 前記給電装置を前記受電装置に着脱可能に電気的に結合し、且つ更に前記給電装置から前記受電装置へ前記電力を伝達する導電体と
   を含み、前記給電装置が、更に、前記給電装置から前記受電装置への電流の流れを感知し、且つ、最小電流以上の電流が少なくとも周期的に感知される場合に電力を供給し、
   前記受電装置が、更に、少なくとも一部の時間において前記負荷が前記最小電流よりも小さい電流を引き出すスタンバイモードで、及び少なくとも一部の時間において前記負荷が前記最小電流以上の電流を引き出す動作モードで動作し、
   前記受電装置が、前記給電装置から、バルクコンデンサを含む前記受電装置の少なくとも一部を電気的に切り離す制御可能スイッチを更に含み、
   前記受電装置は、前記受電装置が前記スタンバイモードで動作しているときに、前記給電装置によって前記最小電流以上の電流が少なくとも周期的に感知されるように、所定の期間にわたり且つ所定の周波数でパルス電流を生成するパルス生成回路を更に含み、
   前記パルス生成回路は、更に、前記受電装置が前記スタンバイモードで動作しているときに、前記バルクコンデンサが前記パルス電流を除去することを防ぐよう構成される、配電システム。
2. 請求項１に記載の配電システムであって、前記受電装置の前記パルス生成回路が、
   － 前記パルス電流を消費する抵抗と、
   － 前記抵抗と直列に配置されるパルス生成スイッチと、
   － 前記パルス生成スイッチ及び前記制御可能スイッチを制御するコントローラと
   を含み、前記コントローラが、更に、前記パルス電流を消費するために前記パルス生成スイッチがオンにされ、且つ前記制御可能スイッチがオフにされるパルス生成モードと、前記パルス生成スイッチがオフにされ、且つ前記制御可能スイッチがオンにされる非パルス生成モードとの間を循環する、配電システム。
3. 請求項１に記載の配電システムであって、前記受電装置の前記パルス生成回路が、
   － 前記制御可能スイッチがオフにされると、前記給電装置から受け取られた電気エネルギーを貯蔵する、バッファコンデンサと、
   － 前記制御可能スイッチを制御するコントローラと
   を含み、前記コントローラが、更に、前記制御可能スイッチがオフにされ、且つ前記バッファコンデンサが充電されるパルス生成モードと、前記制御可能スイッチがオンにされ、且つ前記バッファコンデンサに貯蔵された前記電気エネルギーが消費される非パルス生成モードとの間を循環する、配電システム。
4. 請求項１に記載の配電システムであって、前記受電装置が電力変換装置を含み、前記受電装置の前記パルス生成回路が前記電力変換装置及び前記制御可能スイッチを制御するコントローラを含み、
   前記コントローラが、更に、前記制御可能スイッチがオンにされ、且つ前記電力変換装置の貯蔵部品が充電される非パルス生成モードと、前記制御可能スイッチがオフにされ、且つ前記電力変換装置の前記貯蔵部品に貯蔵された電気エネルギーが消費されるパルス生成モードとの間を循環する、配電システム。
5. 請求項４に記載の配電システムであって、前記電力変換装置が入力電流制御モードで制御される、配電システム。
6. 請求項１に記載の配電システムであって、前記受電装置がパルストランスを含み、前記受電装置の前記パルス生成回路が前記パルストランス及び前記制御可能スイッチを制御するコントローラを含み、
   前記コントローラが、更に、一次電流が前記パルストランスの一次巻線で生成されるパルス生成モードと非パルス生成モードとの間を循環し、
   前記パルス生成モードにおいて前記パルストランスの前記一次巻線で生成された前記一次電流が、前記パルストランスの二次巻線で二次電流に変換され、前記二次電流が前記最小電流以上であり、
   前記パルストランスの前記二次巻線が前記給電装置を伴う閉電流ループに電気的に結合されており、
   前記制御可能スイッチが、前記非パルス生成モードにおいて前記パルストランスの前記一次巻線を短絡する、配電システム。
7. 請求項６に記載の配電システムであって、前記受電装置が、前記給電装置から前記受電装置への電流の流れを感知する電流センサを更に含み、前記コントローラが、更に、感知された前記電流の流れに基づいて前記パルストランスによる注入電流の振幅を調節する、配電システム。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の配電システムであって、前記受電装置がパワーオーバーイーサネット（登録商標）規格において指定される受電装置であり、前記受電装置が前記導電体を介して電力を受け取るための物理インターフェースチップ又はチップセットを含み、前記パルス生成回路が前記物理インターフェースチップ又はチップセットの一部である、配電システム。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の配電システムであって、前記受電装置がパワーオーバーイーサネット（登録商標）規格において指定される受電装置であり、前記受電装置が分離スイッチを含み、前記制御可能スイッチが前記分離スイッチである、配電システム。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の配電システムであって、前記導電体がイーサネット（登録商標）ケーブルである、配電システム。
11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載のシステムにおいて使用される給電装置。
12. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載のシステムにおいて使用される受電装置。

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