KR102070713B1 - 액티브/IEEE 표준 기반의 PoE(Power over Ethernet) 낮은 대기 전력 회로 아키텍처 - Google Patents

액티브/IEEE 표준 기반의 PoE(Power over Ethernet) 낮은 대기 전력 회로 아키텍처 Download PDF

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Abstract

PoE(Power over Ethernet)에 대해 낮은 대기 레벨을 나타내는 PSE(power source equipment) 컨트롤러는, 마이크로컨트롤러; 마이크로컨트롤러에 연결되고, PD(powered device)가 연결되어 있는지의 여부를 검출하고 연결된 PD를 동작시키는데 필요한 전력을 판정하는 검출 및 분류 회로; 및 마이크로컨트롤러에 연결되고, 연결된 PD에 전력을 공급하고 PD의 전력 소비를 감시하는 전력 제어 및 감시 회로를 포함한다. 검출 및 분류 회로와 전력 제어 및 감시 회로는 대기 전력을 최소화하도록 마이크로컨트롤러에 의해 개별적으로 턴오프될 수 있고, 마이크로컨트롤러는, PD가 검출되지 않으면 딥슬립(deep sleep) 상태로 놓이고 PD가 검출되면 딥슬립 상태에서 나올 수 있다.

Description

액티브/IEEE 표준 기반의 PoE(Power over Ethernet) 낮은 대기 전력 회로 아키텍처{Active/IEEE Standards Based Power Over Ethernet Low Standby Power Circuit Architecture}
본 발명은 일반적으로 PoE(Power over Ethernet) 디바이스에 관한 것이고, 보다 상세하게는 PSE(power source equipment) 컨트롤러 IC 또는 이산 컴포넌트 유도 컨트롤러에 관한 것이다.
PoE(Power over Ethernet)는 트위스트 페어 이더넷 케이블을 통해 데이터와 병행해서 전력을 전달하는 표준 시스템을 말한다. 이를 통해 단일 케이블로, 무선 액세스 포인트, 보안 네트워크 카메라, IP(인터넷 프로토콜) 전화 및 기타 IP 기반의 단말기 등의 디바이스들에 데이터 연결 및 전력 모두를 제공할 수 있다.
이더넷 통신은, IEEE(The Institute of Electrical and Electronic Engineers, Inc.) 802.3 이더넷 표준에 따라 동작하는 2개의 통신 노드 사이의 통신 링크를 통해 고속 데이터 통신을 제공한다. 2개의 노드 사이의 통신 매체는 이더넷용 트위스트 페어 와이어, 또는 적절한 다른 타입의 통신 매체일 수 있다. PoE(Power over Ethernet) 통신 시스템은 공통의 통신 링크를 통해 전력 및 데이터 통신을 제공한다. 보다 구체적으로, 통신 링크의 제1 노드의 물리 계층에 연결된 PSE(power　source device)는 통신 링크의 제2 노드에서의 PD(powered device)에 DC 전력(예를 들면, 56볼트 DC)을 제공한다. DC 전력은 하나의 노드에서 다른 노드로 고속 데이터와 함께 동일한 통신 매체를 통해 동시에 전송된다.
PoE 시스템에서, 그 전력은 이더넷 케이블에서 발견되는 2개 이상의 차동 와이어 페어를 통해 공통 모드로 공급되며 이더넷 스위치 등의 PoE 가능한 네트워킹 디바이스 내의 파워 서플라이로부터 오거나, 미드스팬(midspan) 파워 서플라이를 통해 연장되는 케이블에 주입될 수 있다. 미드스팬 파워 서플라이(또는 PoE 전력 인젝터라고 함)는 비PoE 스위치와 조합하여 사용될 수 있는 추가적인 PoE 전원이다. 일반적으로, 엔드포인트 PSE는 그 전력을 케이블의 데이터 와이어 페어에 공급하지만, 미드스팬 PSE는 여분의 와이어 페어를 사용하는 것으로 제한된다. 여기서, IEEE 802.3af 표준에 의해 고려되는 PoE의 3가지 변형은 도 1a, 도 1b 및 도 1c에서 나타내는 바와 같고, 이들은 다만 가능한 PoE 구성을 보여주기 위한 예로 사용된다. 도 1a에서, 데이터 통신 네트워크(10)는 일체형 PSE(5)를 갖는 스위치 또는 허브(3)를 포함한다. PSE(5)로부터의 전력은, 센터 탭형 변압기(7a 및 7b)를 통해 2개의 데이터 반송 이더넷 트위스트 페어(9a 및 9b)에 주입된다. 비데이터 반송 이더넷 트위스트 페어(9c 및 9d)는 이 변형에서 사용되지 않는다. 데이터 반송 이더넷 트위스트 페어(9a, 9b)로부터의 전력은 센터 탭형 변압기(7c, 7d)로부터 사용을 위한 PD(13)로 전해진다. 도 1b에서, 데이터 통신 네트워크(20)는 일체형 PSE(15)를 갖는 스위치 또는 허브(3a)를 포함한다. PSE(15)로부터의 전력은 2개의 비데이터 반송 이더넷 트위스트 페어(19c 및 19d)에 주입된다. 데이터 반송 이더넷 트위스트 페어(19a, 19b)는 이 변형에서 전력 전달에 사용되지 않는다. 비데이터 반송 이더넷 트위스트 페어(19c 및 19d)로부터의 전력은 도시된 바와 같이 사용을 위한 PD(23)에 전해진다. 도 1c에서, 데이터 통신 네트워크(30)는 일체형 PSE가 없는 스위치 또는 허브(3b)를 포함한다. 미드스팬 전력 삽입 장비(31)는 단순히 2개의 데이터 반송 이더넷 트위스트 페어(29a-1 및 29b-1)에서의 데이터 신호를 대응하는 데이터 반송 이더넷 트위스트 페어(29a-2 및 29b-2)에 전달한다. 미드스팬 전력 삽입 장비(31)에 위치된 PSE(25)로부터의 전력은 도시된 바와 같이 2개의 비데이터 반송 이더넷 트위스트 페어(29c-2 및 29d-2)에 주입된다. 비데이터 반송 이더넷 트위스트 페어(29c-2 및 29d-2)로부터의 전력은 도시된 바와 같이 사용을 위한 PD(33)에 전해진다. 전력을 공급받는 엔드 스테이션(11, 11a, 11b)은 모두 동일하므로 앞서 설명한 변형의 각각과의 호환을 달성할 수 있다.
PoE 시스템에서, PSE는, 다양한 레벨 또는 클래스의 전력을 전달하기 위해 다양한 표준 및 비표준 모드로 구성될 수 있다. IEEE 802.3af 및 802.3at 표준 각각은 사양 및 구성 세부 사항을 각각 포함한다. 각 표준의 일부는, 각 PSE에, PD의 저항을 감지하는 등 네트워크 포트에서의 PD의 존재를 검출하는 메커니즘을 제공한다. 예를 들면, PSE는 전력을 인가하기 전에 시동 절차의 일부로서 PD가 부착되어 있는지의 여부를 검출할 수 있다. 도 2a 및 도 2b는 IC 기반의 PoE 시스템의 PSE 섹션으로부터의 종래 제어의 블록도의 예를 나타낸다.
도 2a는 IC 기반의 PoE 시스템을 나타내며, 이더넷 연결을 통해 전기적으로 연결된 PSE 디바이스(201) 및 PD(203)를 포함한다. 도 2a의 예에서, 이더넷 연결은 2개의 통신 포트를 포함하는 4개의 트위스트 페어 도체를 구현하는 RJ-45 커넥터 및 카테고리 5e(CAT5E) 케이블로서 나타난다. PSE 디바이스(201)는 전압 신호를 생성하도록 구성된 전압원(205)을 포함한다. PSE 디바이스(201)는, PD(203)의 동적 요구에 의거하여 전력 관리 기능을 행하는 PSE 컨트롤러(207)를 더 포함한다. 또한, PSE 컨트롤러(207)는 호환 가능한 PD(203)를 검출 및 인증하고, 인증된 PD(203)에 대한 전력 분류 시그너처를 판정하고, 전력을 PD(203)에 공급하고, 전력을 감시하고, 전력이 더 이상 요구되지 않거나 필요하지 않을 경우 PD(203)로부터 전력을 감소 또는 제거한다. PD(203)는 각각의 포트에서 이더넷 연결에 각각 연결된 한 쌍의 정류기(209)를 포함한다. 정류기(209)는 전압 신호를 PD(203)에 제공하도록 구성된다. PD는, PoE 구성의 PD(203) 측에서의 전압 및 전류를 감시하는 PD 컨트롤러(211)를 더 포함한다. PD 컨트롤러(211)는 또한, 초기화 동안 복귀 경로 상에 필요한 임피던스 시그너처를 제공한다. DC-DC 컨버터(213)는 선택적으로, PD(203)의 전압 요건을 만족시키기 위해 필요에 따라 전압을 강압시키도록, 부하 부착에 앞서 삽입될 수 있다.
도 2b는 하나의 PSE 채널에 대한 출력 제어 회로의 블록도를 나타낸다. PSE 마이크로컨트롤러(207)는, 각각의 출력 채널에서 회로 브레이커 MOSFET(도시 생략)의 임피던스를 조정하도록 게이트 신호(통과 제어)를 제공한다. MOSFET 임피던스를 제어함으로써, 각 채널의 출력 전압은, PSE 감지 및 제어 회로(215)를 통해 검출, 분류, 최대 전력 인가 및 전력 제거를 행하도록, 맞춰질 수 있다. 전류 및 전압 센서는 연속적인 피드백 신호, 즉 각각 Isense 및 Vsense를 제공하여, PSE 마이크로컨트롤러(207)가 IEEE 802.3af 사양에 따라 전력 관리를 감독 및 실시한다.
PoE 기술은 계속 발전하고 있다. 13W의 IEEE 802.3af에서 기술된 PD 전력 제약은 일부 새로운 적용에 부적합해지고 있다. 차세대 PoE 적용은 까다로운 기능들을 지원하기 위해 보다 많은 전력을 요구하면서 동시에 보다 "친환경적"이며 비용을 절감하고자 하는 노력의 일환으로 전력 효율의 향상을 요구할 것이다. 2016년 초에, 미국의 DOE(Department of Energy) 및 EU(Europe Union) COC(code of conduct)는, EPS(external power sources)의 평균 효율을 향상시키고 대기 레벨을 낮추도록, 규제, 즉 DOE level VI 및 COC tier II를 각각 공식적으로 제정했다. DOE level VI 및 COC tier II에 대한 낮은 대기 레벨은 액티브/IEEE802.3 기반의 POE에 있어서는 만족시키기가 매우 어렵다. 요구 사항을 만족시키기 위해서는, PoE 관련 회로는 셧다운 또는 제거되어야 하며 소프트웨어는 딥슬립(deep sleep) 상태로 들어갈 필요가 있다. 따라서, DOE level VI 및 COC tier II의 대기 요구 사항을 만족시키기 위해서는, PoE 동작의 낮은 대기 전력 회로 아키텍처에 대한 설계 변경이 이루어질 필요가 있다.
본 발명에서는, PoE 동작의 대기 전력을 제어하기 위한 새로운 회로 아키텍처 및 방법을 제안한다.
PoE(Power over Ethernet)에 대해 낮은 대기 레벨을 나타내는 PSE(power source equipment) 컨트롤러로서, 마이크로컨트롤러; 상기 마이크로컨트롤러에 연결되고, PD(powered device)가 연결되어 있는지의 여부를 검출하고 상기 연결된 PD를 동작시키는데 필요한 전력을 판정하는 검출 및 분류 회로; 및 상기 마이크로컨트롤러에 연결되고, 상기 연결된 PD에 전력을 공급하고 상기 PD의 전력 손비를 감시하는 전력 제어 및 감시 회로를 포함한다. 검출 및 분류 회로와 전력 제어 및 감시 회로는 대기 전력을 최소화하도록 상기 마이크로컨트롤러에 의해 개별적으로 턴오프되고, 상기 마이크로컨트롤러는, 상기 PD가 검출되지 않으면 딥슬립(deep sleep) 상태로 놓이고 상기 PD가 검출되면 딥슬립 상태에서 나올 수 있다.
본 개시의 일 양태에 따르면, 마이크로컨트롤러는 집적 회로, 마이크로프로세서, 또는 임의의 타입의 디지털 프로그래머블 디바이스이다.
본 개시의 일 양태에 따르면, 상기 전력 및 제어 회로는 전자 제어식 스위치에 연결되고, 상기 마이크로컨트롤러로부터 제어 신호의 송신을 통해 상기 전자 제어식 스위치의 온/오프 상태를 제어함으로써, 상기 PD에 전력을 인가하거나, 상기 PD로부터 전력을 제거한다.
본 개시의 일 양태에 따르면, 마이크로컨트롤러는 PD가 부착되어 있는지의 여부를 판정하도록, 전압 또는 전류를 이용하여 PSE의 출력을 핑(ping)한다.
본 개시의 일 양태에 따르면, 전자 제어식 스위치는 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)이다.
PSE에 대해 대기 전력의 제어를 제공하는 방법은, 마이크로컨트롤러를 제공하는 단계; 검출 및 분류 회로를 제공하는 단계; 전력 제어 및 감시 회로를 제공하는 단계; 상기 PSE에 연결된 전력을 턴온하는 단계; 상기 전력 제어 및 감시 회로를 턴오프하는 단계; 상기 검출 및 분류 회로를 제1 기간 동안 턴온하는 단계를 포함한다. 상기 검출 및 분류 회로가 PD를 검출할 경우, 상기 PD가 연결되어 있는지의 여부를 검사하고, 상기 PD가 연결되어 있을 경우 상기 검출 및 분류 회로를 비활성화하고, 상기 전력 제어 및 감시 회로를 활성화시킴으로써 상기 PD에 전력을 공급한다. 상기 검출 및 분류 회로가 PD를 검출하지 못할 경우, 상기 검출 및 분류 회로를 비활성화하고, 상기 마이크로컨트롤러를 슬립 상태로 놓고, 상기 마이크로컨트롤러를 제2 기간 후에 웨이크업(wake-up)한다.
본 개시의 일 양태에 따르면, 상기 검출 및 분류 회로가 PD를 검출할 경우, 상기 검출 및 분류 회로에 의해 상기 연결된 PD의 시그너처 저항값이 미리 결정된 범위 내에 있는지의 여부를 검사하고, 상기 시그너처 저항값이 미리 결정된 범위 내에 있을 경우, 상기 검출 및 분류 회로에 의해 상기 연결된 PD의 클래스 검출을 진행하는 단계를 더 포함한다.
도 1a는 종래 기술에 따른 엔드포인트 PSE로부터의 원격 전력 공급을 위한 제1 택일 구성의 종래의 PoE(Power over Ethernet) 시스템의 블록도.
도 1b는 종래 기술에 따른 엔드포인트 PSE로부터의 원격 전력 공급을 위한 제2 택일 구성의 종래의 PoE(Power over Ethernet) 시스템의 블록도.
도 1c는 종래 기술에 따른 미드스팬 PSE로부터의 원격 전력 공급을 위한 제1 택일 구성의 종래의 PoE(Power over Ethernet) 시스템의 블록도.
도 2a는 종래 기술에 따른 PSE로부터의 전력 제어를 위한 IC 기반의 구성을 나타내는 도면.
도 2b는 종래 기술에 따른 PoE 시스템의 PSE 섹션의 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 PSE로부터의 전력의 제어를 위한 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 PoE 동작에 대한 대기 전력의 제어를 나타내는 상태도.
본 발명의 컴포넌트, 특징 및 이점은 명세서에 기술된 바람직한 실시예의 상세한 설명 및 첨부된 도면에 의해 이해될 수 있다.
본 발명의 일부 바람직한 실시예가 이하 더 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 제한하기보다는 예시를 위해 제공된 것임을 인식해야 한다. 또한, 본 발명은 명시적으로 기술된 것들 이외에 광범위한 다른 실시예로 실시될 수 있으며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에서 특정되는 것을 제외하고 명백하게 제한되지 않는다.
배경기술에서 언급한 바와 같이, 도 1a-도 1c는 PoE 시스템의 종래 구성의 예를 나타낸다. 그러나, 차세대 PoE 적용의 경우, 예를 들면 듀얼-라디오 무선 액세스 포인트, 보안 카메라 및 RFID(radio frequency identification) 리더와 같이 전력이 필요한 까다로운 기능을 갖는 PD들을 지원하기 위해서는 보다 높은 전력 PSE 솔루션이 필요할 것이다.
일반적으로, PSE 디바이스는 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor) 등의 전자적 제어식 스위치를 통해 외부 파워 서플라이로부터 이더넷 케이블에 전력을 인가한다. PSE의 주요 기능은 전력을 요청하는 PD에 대한 링크를 탐색하고, 선택적으로 PD를 분류하고, PD가 검출되면 링크에 전력을 공급하고, 링크에서의 전력을 감시하고, 더 이상 요청이 없거나 필요하지 않을 경우 파워를 연결 해제하는 것이다. PD는 IEEE 802.3af 표준에 의해 정의된 PoE 검출 시그너처를 제공함으로써 PD 검출 절차에 참여한다. 검출 시그너처가 유효할 경우, PD는 전력 인가 시에 얼마나 많은 전력을 끌어와야 하는지를 지시(indication)하기 위해 PSE에 분류 시그너처를 제공하는 옵션을 가진다.
PoE 시스템에서, PSE는, 유효한 시그너처 저항을 확인함으로써 PD를 검출하고, 2개 이상의 트위스트 와이어 페어를 통해 전력을 공급하도록 구성된다. PSE를 구현하는 핵심 기술은 전력 관리 및 PoE 제공 프로세스이다. PSE는 PoE 프로세스의 관리자로서 이후에 설명하는 PoE 프로세스를 제어한다. 따라서, PoE "인텔리전스"를 보유하고, 이에 따라 CPU는 다른 아날로그 컴포넌트가 스위칭, 감지 및 전력 필터링 활동을 행하는 동안 PoE 프로세스를 제어해야 한다.
초기에는, 검출 기간 동안 유효한 PD가 검출될 때까지(즉, 단계(1)), 포트의 출력에 작은 전압 레벨만이 유도된다. PSE는 이 PD에 의해 소비될 전력량을 추정하도록, 분류를 행하게 선택될 수 있다(단계(2)). 시간 제어식 시동(단계(3)) 후에, PSE는, 물리적 또는 전기적으로 연결 해제(단계(5))될 때까지, 48Vdc 레벨을 PD에 공급하기 시작한다(단계(4)). 연결이 해제되면, 전압 및 전력이 셧다운된다. 소비 과부하, 단락, 전력 예산 초과 및 기타 시나리오 등의 복수의 사건들은 도중에 프로세스를 종료할 수 있으며, 단지 단계(1)에서 다시 재개될 수 있다.
PSE는 PoE 프로세스 타이밍을 담당하기 때문에, PD를 동작시키기에 앞서 프로빙 신호를 생성하고, 동작 중에 발생할 수 있는 다양한 시나리오를 감시하는 것이다. 모든 프로빙은 반환으로 전압 유도 및 전류 측정을 이용하여 행해질 수 있다. 전력 인가 전에, 안전은, 유효한 PD가 PSE의 출력에 연결됨에 좌우된다. 이 프로세스를 "라인 검출"이라 하며, PSE가 특정의 25킬로옴(KΩ) 시그니처 저항을 찾는 것을 수반한다. 실제 동작에서, 측정된 저항은 임계값들 사이(예를 들면, 17KΩ과 29KΩ 사이 또는 19KΩ과 26.5KΩ 사이)에 들어간다. 이 시그너처의 검출은, 유효한 PD가 연결되어 있고 디바이스에 대한 전력의 공급이 개시될 수 있음을 지시한다.
도 3은, 마이크로컨트롤러(301), 검출/분류 회로(303), 전력 제어 및 감시 회로(305), 전자 제어식 스위치(307), 감지 저항(309), 5V 전압 조정기(311) 및 LED G/R 회로(313)를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 PSE(300)으로부터의 전력의 제어에 대한 블록도를 나타낸다. 전원 입력의 음의 리드(-)는 마이크로컨트롤러, 5V 전압 조정기(311) 및 감지 저항(309)의 제1 단부에 연결되고, 노드 Ref. GND(-)를 정의한다. 감지 저항(309)의 타 단부는 전자 제어식 스위치(307)에 연결된다. 전원의 양의 리드(+)는 5V 전압 조정기(311), 검출/분류 회로(303) 및 전력 제어 및 감시 회로(305)에 연결되고, 노드 PGND(+)/출력(+)를 정의한다. 출력(-) 노드는 검출/분류 회로(303), 전력 제어 및 감시 회로(305) 및 전자 제어식 스위치(307)에 연결된다. 유효한 PD는 노드들 출력(+) 및 출력(-)에 연결될 수 있다.
PSE(300)는 입력(+) 및 입력(-) 노드를 통해 PSE에 연결된 외부 파워 서플라이로부터 전력을 수취하여, 출력(+) 및 출력(-) 노드를 통해 부착된 PD에 전달할 수 있다.
마이크로컨트롤러(301)는 파워 서플라이, 5V 전압 조정기(311), LED G/R 회로(313), 검출/분류 회로(303) 및 전력 제어 및 감시 회로(305)에 연결되도록 구성된다.
바람직한 실시예들 중 하나에서, 마이크로컨트롤러(301)는, 검출/분류를 위한 제어 로직, 전자 제어식 스위치, 즉 MOSFET에 대한 게이트 드라이버, 모드 제어 및 파워 양호 로직 등의 PoE 상태 머신을 포함할 수 있으며, 이것은 전술한 절차를 행하기 위해 복수의 비교기, 아날로그-디지털 컨버터 및 멀티플렉서를 포함한다.
파워 서플라이는, 전력 소비를 최소화하도록 검출/분류 회로(303) 및 전력 제어 및 감시 회로(305)로부터 DC 전압을 제거하는 능력을 가진 마이크로컨트롤러(301)의 내부 회로에 대해 DC 전압을 제공하도록 PSE 회로에 연결된 SMPS(switched mode power supply)일 수 있다. SMPS는, 아날로그-디지털 컨버터, 분류 모듈, 멀티플렉서 및 마이크로컨트롤러 코어 중 적어도 하나에 전력을 제공하도록 외부 공급 전압을 조정할 수 있다.
검출/분류 회로(303)는 마이크로컨트롤러(301), 입력(+) 노드, 출력(+) 및 출력(-) 노드에 연결된다. 마이크로컨트롤러(301)는, PD가 출력, 즉 PoE 표준에 의해 특정되는 바와 같이 출력(+) 및 출력(-) 노드에 연결될 경우, 검출/분류 회로(303)를 통해 PD 검출 및 분류 동작을 행할 수 있다.
바람직한 실시예들 중 하나에서, 검출/분류 회로는 PD 검출 모듈, 분류 모듈 및 검출/분류 모드 선택 디바이스를 포함한다. PD 검출 모듈은 부하 검출기일 수 있고, 분류 모듈은 폴드-백(fold-back) 전류 제한 회로 등의 전류 제한 회로를 포함할 수 있다.
초기에, 검출/분류 회로(303)는 마이크로컨트롤러(301)에 의해 활성화(인에이블)되어, 모드 선택 제어(Det./Class Sel.)에 의해 검출과 분류 기능(Det./Class) 사이에서 검출 모드를 선택함으로써 PD 검출을 개시할 수 있다. 특정의 전류 레벨을 인가한 후 결과 전압을 측정하거나 그 역으로 하여, 유효한 PD 시그너처, 유효하지 않은 디바이스, 개방 부하 및 단락 회로 사이를 구별함으로써 PD 검출을 인증할 수 있다.
서브시퀀스에서, 마이크로컨트롤러(301)는, 모드 선택 제어(Det./Class Sel.)에 의해 검출과 분류 기능(Det./Class) 사이에서 분류 모드를 선택할 수 있다. PSE(300)는 주어진 분류 레퍼런스 전압에 대한 분류 전류를 측정함으로써 연결된 PD의 전력 분류 시그너처를 판정한다.
연결된 PD의 검출/분류를 달성한 후에, 전력 제어 및 감시 회로(305)가 마이크로컨트롤러(301)에 의해 활성화(인에이블)되어, 분류 결과에 대응하는 전류 제한을 갖는 전자 제어식 스위치(307)를 턴온(Port ON)함으로써 PD에 전력 공급한다. 출력 전류 제한이 일정 기간 이상 임계값을 초과하면, 전자 제어식 스위치(307)를 턴오프(Port OFF)함으로써 출력이 셧다운된다. 바람직한 실시예 중 하나에서, 전력 제어 및 감시 회로(305)는 전자 제어식 스위치(307)의 온/오프 상태를 제어하는 드라이버, 전자 제어식 스위치(307)에 연결된 감지 저항(309)을 통과하는 부하 전류 감지(Load 전류 감지)함으로써 전류를 측정하는 전류 감지 회로를 포함할 수 있다. 전력의 PD에 인가 후에, 부하는 마이크로컨트롤러(301)에 의해 지속적으로 감시되어, 특정의 범위의 전류, 전압 및 시간 내에 머무르게 한다. 범위를 벗어난 레벨이 검출되면 전력은 연결 해제된다. PD에 대한 전력이 연결 해제되면, PSE가 검출 프로세스를 거쳐 호환 가능한 PD가 연결되어 있음을 확인할 때까지 오프로 된다. 마이크로컨트롤러(301)는, 전자 제어식 스위치(307)에 연결된 저항(309)을 통과하는 부하 전류 감지(Load 전류 감지)에 의해 PD의 전력 감시를 행하고, 전력 제어 및 감시 회로(305)를 통해 출력 전압(output voltage)을 연속적으로 감시함으로써 포트 과부하, 포트 돌입(inrush) 및 단락 보호를 행할 수 있다.
LED G/R 회로(313)는, 5V 조정 회로(311)에 의해 전력이 공급되는 포트 연결의 서로 다른 조건의 상태를 지시할 수 있는 포트 상태 LED 드라이버이다. 바람직한 실시예들 중 하나에서, 5V 조정 회로는 5볼트 dc를 제공하는 제너(Zener) 제어식 트랜지스터 시리즈 전압 레귤레이터일 수 있다. 마이크로컨트롤러(301)는 내부의 포트 상태 LED 드라이버를 제어해서, 포트가 PD에 연결되어 전력이 인가되거나, 또는 포트가 연결되어 있지 않거나, 또는 포트가 비PD에 연결되어 있거나, 포트에 전력을 공급하지 않을 것임 등, 포트의 상태를 개별 LED(녹색 또는 적색 LED)의 온/오프를 활성화하거나 LED 조명 패턴을 활성화함으로써 사용자에게 알려줄 수 있다. 마이크로컨트롤러(301)는 또한, 내부 사각파 PWM(pulse width modulation) 신호 발생기를 포함한다. 하나의 바람직한 실시예에서, 마이크로컨트롤러(301)는 (LED G/R 회로(313), 즉 LED 지시기를 통해) 전력 제어 동안 LED 지시기 밝기에 대해 PWM 방법을 사용한다. (i) PSE의 출력 전력(또는 전류)이 낮으면 LED는 희미해지고, PWM의 듀티 사이클은 전력을 절약하고 낮은 PSE 출력 전력에서 효율을 높이기 위해 낮게 설정된다. (ii) PSE의 출력 전력(또는 전류)이 높으면 LED는 밝고, PWM의 듀티 사이클은 높게 설정된다. (iii) LED 광 강도는 PSE의 출력 전력(또는 전류)를 감시함으로써 마이크로컨트롤러(301)에 의해 제어된다.
PSE 동작 동안, 마이크로컨트롤러(301)의 코어는 슬립 상태에 놓일 수 있고, 연결된 검출/분류 회로(303) 및 전력 제어 및 감시 회로(305)는 전력 소비를 낮추기 위해 마이크로컨트롤러(301)에 의해 개별적으로 디스에이블될 수 있다. 예를 들면 이산 솔루션은 전체 전력 소비를 줄이기 위해 회로를 개방하며, 병행해서 펌웨어(FW)는 딥슬립 상태로 들어가고 부하(PD)가 연결되었는지의 여부를 확인하기 위해 저전압 또는 저전류 신호로 출력을 핑(ping)할 뿐이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PoE 동작에 대해 하드웨어를 통한 대기 전력의 제어 상태도를 나타낸다. 무부하/대기 로딩 중에, PSE IC 또는 이산 솔루션, 즉 도 3에 나타난 회로는 전력 소비를 줄이도록 회로의 일부를 턴오프한다. 이산 솔루션은 전체 전력 소비를 줄이도록 회로를 개방하며, 병행해서 FW는 딥슬립 상태로 들어가고 FW는 부하가 연결되었는지의 여부를 확인하기 위해 저전압 또는 저전류 시그너처로 출력을 핑할 뿐이다.
PSE에 대한 대기 전력의 제어를 제공하는 방법은 다음과 같이, 단계 401에서 PoE의 전력을 턴온하고, 단계 403에서 출력 전력 제어 및 감시 회로(도 3의 305로 지시됨)를 턴오프하고, 단계 405에서 PoE 시그너처 저항 및 클래스 검출 회로(도 3에서 303으로 지시됨)를 10ms 동안 턴온시킨다. 단계 407에서, 연결된 PD의 시그니처 저항(Rsig)이 프로빙되지 않으면, 단계 409로 진행하고, 단계 409에서 PoE 시그니처 저항 및 클래스 검출 회로(도 3에서 303으로 지시됨)를 턴오프하고, 마이크로컨트롤러(도 3에서 301로 지시됨)를 슬립 상태로 놓고, 단계 411로 진행한다. 단계 411에서, 4s의 슬립 시간이 지난 후에, 마이크로컨트롤러(도 3에서 301로 지시됨)를 웨이크업하고, 단계 405로 복귀한다. 연결된 PD의 Rsig가 프로빙되면 단계 413으로 진행하고, 단계 413에서 연결된 PD의 Rsig 값을 약 400ms 동안 검사한다. 단계 415에서, 연결된 PD의 Rsig 값이 25kΩ이 아니고, 실제 상황에서, 측정된 저항은 값 17KΩ과 29KΩ 사이 또는 19KΩ과 26.5KΩ 사이 등의 임계값들에서 벗어나면, PD가 연결되어 있지 않다고 간주되고, 단계 409로 되돌아간다. 연결된 PD의 시그너처 저항이 25㏀일(예를 들면 실제 상황에서 17KΩ과 29KΩ 사이 또는 19KΩ과 26.5KΩ 사이)일 경우, PD는 연결되어 있다고 간주되고, 단계 417로 진행한다. 단계 417에서, 연결된 PD의 클래스 검출을 약 100-200ms 동안 개시해서 연결된 PD의 클래스를 판정한 후, 단계 419로 진행한다. 단계 419에서, 연결된 PD의 클래스를 검사한다. 연결된 PD의 클래스가 양호하지 않으면 단계 409로 되돌아간다. 연결된 PD의 클래스가 양호하면 단계 421로 진행하고, 단계 421에서 PoE 시그너처 저항 및 클래스 검출 회로(도 3에서 303으로 지시됨)를 턴오프하고, PoE 출력 전력 제어 및 감시 회로(도 3에서 305로 지시됨)를 턴온하고, 전력을 턴온하고, 단계 423으로 진행한다. 단계 423에서, PoE 전력을 검사한다. PoE 전력이 양호하면 단계 421로 되돌아간다. PoE 전력이 양호하지 않으면 단계 425로 진행한다. 단계 425에서 전력을 턴오프하고, PoE 출력 전력 제어 및 감시 회로(도 3에서 305로 지시됨)를 턴오프하고, 단계 405로 되돌아간다.
통상의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 전술한 바람직한 실시예는 본 발명을 제한하기보다는 본 발명을 예시하는 것이다. 본 발명을 바람직한 실시예와 관련지어 설명했지만, 수정이 통상의 기술자에게 제안될 것이다. 따라서, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위 내에 포함되는 다양한 변형 및 유사한 배치를 포함하는 것을 의도하며, 그 범위는 가장 넓게 해석되어야 하며, 이에 따라 그러한 모든 수정 및 유사한 구조를 포함하는 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예가 예시 및 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (5)

  1. PoE(Power over Ethernet)에 대해 낮은 대기 레벨을 나타내는 PSE(power source equipment) 컨트롤러로서,
    마이크로컨트롤러;
    상기 마이크로컨트롤러에 연결되고, PD(powered device)가 제 1 기간동안 연결되어 있는지의 여부를 검출하고 상기 연결된 PD를 동작시키는데 필요한 전력을 판정하도록 구성되는 검출 및 분류 회로; 및
    상기 마이크로컨트롤러에 연결되고, 상기 연결된 PD에 전력을 공급하고 상기 PD의 전력 소비를 감시하는 전력 제어 및 감시 회로를 포함하고,
    상기 마이크로컨트롤러는, 상기 검출 및 분류 회로를 개별적으로 비활성화하고 상기 전력 제어 및 감시 회로가 대기 전력을 최소화하도록 구성되고,
    상기 마이크로컨트롤러는,
    상기 검출 및 분류 회로가 PD를 검출하지 못할 경우, 상기 검출 및 분류 회로를 비활성화시키고, 자신을 딥슬립(deep sleep) 상태로 놓고, 제 2 기간 후에 자신을 웨이크업(wake-up)하고,
    상기 검출 및 분류 회로가 PD를 검출할 경우, 상기 PD가 연결되어 있는지의 여부를 검사하고, 상기 PD가 연결되어 있으면, 상기 검출 및 분류 회로를 비활성화시키고, 또한, 상기 전력 제어 및 감시 회로를 활성화시킴으로써 상기 PD에 전력을 공급하도록 구성되는, PSE 컨트롤러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 제어 및 감시 회로는 전자 제어식 스위치에 연결되고, 상기 마이크로컨트롤러로부터의 제어 신호의 송신을 통해 상기 전자 제어식 스위치의 온/오프 상태를 제어함으로써, 상기 PD에 전력을 인가하거나, 상기 PD로부터 전력을 제거하는
    PSE 컨트롤러.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 PSE 컨트롤러에 연결되고, 전력 손실을 최소화하도록 상기 검출 및 분류 회로 및 상기 전력 제어 및 감시 회로로부터 DC 전압을 제거하는 능력을 갖는 마이크로컨트롤러의 내부 회로에 대해 DC 전압을 제공하는 SMPS(switched mode power supply)를 더 포함하는
    PSE 컨트롤러.
  4. PoE(Power over Ethernet)에서 PSE에 대한 대기 전력의 제어를 제공하는 방법으로서,
    마이크로컨트롤러를 제공하는 단계;
    검출 및 분류 회로를 제공하는 단계;
    전력 제어 및 감시 회로를 제공하는 단계;
    상기 PSE에 연결된 파워를 턴온하는 단계;
    상기 전력 제어 및 감시 회로를 턴오프하는 단계; 및
    상기 검출 및 분류 회로를 제 1 기간 동안 턴온하는 단계를 포함하고,
    상기 마이크로컨트롤러는,
    상기 검출 및 분류 회로가 PD를 검출할 경우, 상기 PD가 연결되어 있는지의 여부를 검사하고, 상기 PD가 연결되어 있을 경우 상기 검출 및 분류 회로를 비활성화시키고, 또한, 상기 전력 제어 및 감시 회로를 활성화시킴으로써 상기 PD에 전력을 공급하고,
    상기 검출 및 분류 회로가 PD를 검출하지 못할 경우, 상기 검출 및 분류 회로를 비활성화하고, 자신을 슬립 상태로 놓고, 제 2 기간 후에 자신을 웨이크업(wake-up)하도록 구성되는, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 검출 및 분류 회로가 PD를 검출할 경우,
    상기 검출 및 분류 회로에 의해 상기 연결된 PD의 시그너처 저항값이 미리 결정된 범위 내에 있는지의 여부를 검사하고, 상기 시그너처 저항값이 미리 결정된 범위 내에 있을 경우, 상기 검출 및 분류 회로에 의해 상기 연결된 PD의 클래스 검출을 진행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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