KR20070108524A - 출력 전류를 결정하고 제어하는 오토 제로 회로를 구비하는파워 소싱 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전류 제한 스레시홀드(threshold)에 기초하여 이더넷을 통한 전력(Power over Ethernet) 장치에서 파워 소싱 장치(Power Sourcing Equipment)의 출력을 제어하는 신규한 시스템 및 방법을 제공한다. 상기 PSE는 상기 PSE의 상기 출력을 제어하기 위하여 상기 전류 제한 스레시홀드와 상기 PSE의 모니터된 출력 전류를 비교하는 오토 제로(auto-zero) 회로를 구비한다.
PoE, 파워 소싱 장치(Power Sourcing Equipment), 스레시홀드(threshold), 오토 제로(auto-zero) 회로.

Description

출력 전류를 결정하고 제어하는 오토 제로 회로를 구비하는 파워 소싱 장치{POWER SOURCING EQUIPMENT HAVING AUTO-ZERO CIRCUIT FOR DETERMINING AND CONTROLLING OUTPUT CURRENT}
본 발명은 전력 공급 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이더넷을 통한 전력(이하, PoE: Power over Ethernet) 시스템에서 파워 소싱 장치(이하, PSE: Power Sourcing Equipment)의 출력 전류를 결정하고 제어하는 회로 및 방법에 관한 것이다.
지난 몇 년간, 이더넷(Ethernet)은 로컬 영역 네트워크(이하, LAN: local area network)에서 가장 보편적으로 사용되는 방법이 되었다. 이더넷 표준의 시조인 IEEE 802.3 그룹은 이더넷 케이블링(Ethernet cabling)을 통해서 전력을 공급하는 것으로 정의되는, IEEE 802.3af로 알려진, 표준으로까지 확대 발전하였다. 상기 IEEE 802.3af 표준에서는 PoE(Power over Ethernet) 시스템을 정의하는데, 상기 PoE 시스템은 서로 링크의 반대쪽에 위치한 전력 소싱 장치(이하, PSE: Power Sourcing Equipment)로부터 전력 기기(이하, PD: Powered Device)까지 비차폐 꼬임 쌍(Unshielded Twisted-Pair; UPT) 와이어링(wiring)을 통해서 전력을 전달하는 것과 관련이 있다. 전통적으로, IP 폰들, 무선 LAN AP(access point)들, 개인 컴퓨 터(PC), 및 웹 카메라들과 같은 네트워크 장치들은 두 개의 접속, 즉, LAN으로의 접속 및 전력 공급 장치로의 접속을 필요로 했다. 상기 PoE 시스템은 전력을 네트워크 장치들에 공급하는데 있어서 추가적인 아웃릿(outlet)들 및 와이어를 필요로 하지 않는다. 대신에, 데이터 전송에 사용되는 이더넷 케이블을 통해서 전력이 공급된다.
상기 IEEE 802.3af 표준에서 정의된 바와 같이, PSE 및 PD는 네트워크 장치들이 데이터 전송에 사용되는 같은 일반 케이블링(same generic cabling)을 이용하여 전력을 공급하고 끌어오게 하는 비데이타 주체들(non-data entities)이다. 이때, PSE는 전력을 링크로 제공하는, 상기 케이블링과의 물리적 연결 지점에서 전기적으로 규정되는 장치이다. 또한, PSE는 전형적으로 이더넷 스위치, 라우터(router), 허브, 또는 다른 네트워크 스위치 장치, 또는 미드스팬 기기(midspan device)와 관련이 있다. PD는 전력을 끌어오거나 전력을 요청하는 기기이다. PD들은 디지털 IP 전화들, 무선 네트워크 AP들, PDA 또는 노트북 컴퓨터 도킹 스테이션들, 셀 폰 충전기들 및 HVAC(heating, ventilating, and air conditioning) 자동온도 조절장치(thermostat)들과 같은 장치들과 연관이 있을 수 있다.
상기 PSE의 주요한 기능들은 링크를 검색하여 PD 요청 전력을 찾는 기능, 선택적으로(optionally) PD를 분류하는 기능, PD가 검출되는 경우 링크에 전력을 공급하는 기능, 링크 상에서 전력을 모니터 하는 기능, 및 더 이상 전력이 요청되거나 필요로 하지 않는 경우 전력을 차단하는 기능을 포함한다. PD는 IEEE 802.3af 표준에 의해서 정의된 PoE 검출 시그너쳐(signature)를 제시함으로써 상기 PD 검출 과정(PD detection procedure)에 참여한다.
전력이 상기 PD로 공급될 경우, 단락 회로 조건(ILIM)에서의 상기 PSE의 상기 최대 출력 전류와 같은 소정의(certain) 전류 제한 스레시홀드 및 상기 과부하 전류 검출 범위(ICUT)와 관련한 상기 PSE의 출력 전류를 모니터링 함으로써, 상기 IEEE 802.3af 표준에 따라서 상기 PSE가 과전류(overcurrent) 조건을 체크하게 된다. 특히, 상기 PSE는, 상기 단락 회로를 통한 전류의 크기(magnitude)가 ILIM을 초과하지 않을 경우, 전력 공급 케이블 내의 어느 한 와이어(wire)에서 다른 와이어까지의 단락 회로의 응용(application)에 손상을 주는 일 없이 견딜 수(withstand) 있어야만 한다. 또한, 50ms 및 75ms 사이의 범위에서 설정된 과부하 시간 제한(Tovld)을 초과하는 동안 상기 PSE의 출력 전류가 ICUT 을 초과할 경우, 과부하 조건(overload condition)은 검출될 수 있다. 상기 IEEE 802.3af표준에 따라서, ILIM 의 값은 400mA 및450mA 사이 범위에서 유지되어야 하고, 반면, ICUT 의 값은 15.4W/VPort이상이면서 400mA보다 적은, 즉 VPort 가 상기 PSE의 출력 전압이 되는, 레벨에서 유지되어야 한다.
또한, 상기 IEEE 802.3af 표준에 따라서, 상기 PD가 필요로 하는 상기 최소 특정(specified) 전류를 확인하기 위하여 상기 PSE가 저전류(undercurrent) 조건을 체크한다. 특히, 유지 전력 시그니쳐(이하, MPS: Maintain Power Signature) 요건(requirement)에 따라서, 상기 PSE의 출력 전류가 MPS 드롭아웃(dropout) 시간 제한(TMPDO)보다 더 많은 시간 동안 유휴 상태(IDLE state) 전류(IMin) 보다 낮을 때, 상기 PSE는 상기 포트로부터 전력을 제거하기 위하여 상기 출력 전류를 모니터 할 수 있다. 상기 IEEE 802.3af 표준에 따라서, IMin 의 값은 5mA 및 10mA 사이의 범위에 있어야 한다. 따라서, 상기PSE의 출력 전류가 상기 전류 제한 스레시홀드를 초과할 경우 과전류(overcurrent) 조건(condition)에 응답하기 위하여 및 상기 출력 전류가 소정의(certain) 최소 값보다 작을 경우 저전류(undercurrent) 조건(condition)에 응답하기 위하여, 상기 PSE는 상기 출력 전류를 측정해야 한다. 일반적으로, 상기 PSE는 센스 저항(sense resistor)에 대한 센스 전압을 결정함으로써 상기 출력 전류를 측정한다.
열(thermal) 또는 전압 헤드룸(headroom)의 이유들로 인하여, 특히 상기 전류가 넓은 다이내믹 레인지(dynamic range)를 갖는다면, 상기 센스 저항은 가능한 작게 만드는 것이 바람직하다. 예를 들어, 0.5Ω 저항은 상기 IEEE 802.3af 표준에 따라서 사용될 수 있다. 상기 센스 저항의 낮은 값 때문에, 상기 센스 전압을 측정하고 상기 해당 전류와 요구되는 스레시홀드 레벨을 비교하는데 사용되는 일반 차동 증폭기(differential amplifier)는 증폭기 회로와 관련된 오프셋(offset) 전압에 기인하여 중대한 에러를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 상기 오프셋 전압은 열, 빛 및 방사(radiation) 조건들과 같은 다이내믹 조건들, 상기 출력 스테이지(stage) 트랜지스터(transistor)들의 크기에 있어서의 차이, 이러한 트렌지스터의 베이스 확산(base diffusion)과 도핑(doping)에 있어서의 차이, 또는 다른 회로 결점(imperfection) 등에 의해서 야기될 수 있다. 상기 오프셋 전압으로 인해, 상기 차동 증폭기는 자신의 입력에 인가되는 전압이 같은 경우에도 출력 측에서 어떤 신호(signal)를 생성할 수 있다.
그러므로, 상기 증폭기의 상기 출력에서의 정확한(correct) 값을 생성하기 위하여, 상기 증폭기 회로의 상기 오프셋 전압을 보상할 수 있는 전류 측정(measuring) 회로를 구비한 PSE를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 전류 제한 스레시홀드(threshold)에 기초한 파워 소싱 장치(이하, PSE: Power Sourcing Equipment)의 출력을 제어하는 신규한 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명의 일측에 따르면, PSE는 상기 PSE의 모니터된 출력 전류와 상기 전류 제한 스레시홀드를 비교함으로써 상기 PSE의 출력을 제어하는 오토 제로(auto-zero) 회로를 포함한다. 상기 오토 제로 회로는 오토 제로 비교기 또는 오토 제로 증폭기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 오토 제로 증폭기가 단락 회로 조건에서의 상기 PSE의 최대 출력 전류를 초과하는 것을 방지하기 위하여, 상기 오토 제로 증폭기는 상기 모니터된 출력 전류와 단락 회로 조건에서의 상기 PSE의 상기 최대 출력 전류를 비교하여 상기 출력 전류를 제어할 수 있다.
또한, 상기 오토 제로 비교기는 상기 모니터된 출력 전류와 과부하 전류 검출 범위를 비교함으로써, 상기 출력 전류가 제1 선정된(predetermined) 시간 간격(interval)을 초과하는 시간 동안 상기 과부하 전류 검출 범위를 초과할 경우, 상기 PSE의 상기 출력으로부터 전력을 제거할 수 있다.
게다가, 상기 오토 제로 비교기는 상기 모니터된 출력 전류와 선정된(predetermined) 최소 전류를 비교함으로써, 상기 출력 전류가 제2 선정된(predetermined) 시간 간격을 초과하는 시간 동안 상기 선정된 최소 전류보다 낮을 경우, 상기 PSE의 상기 출력으로부터 전력을 제거하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 오토 제로 회로는 상기 PSE의 센스 저항(sense resistor)에 대한 센스 전압을 모니터링 함으로써, 상기 PSE의 상기 출력 전류를 모니터하도록 구성될 수 있다. 상기 오토 제로 회로는 상기 센스 전압과 상기 전류 제한 스레시홀드를 나타내는 기준(reference) 전압을 비교할 수 있다.
제어 회로는, 과부하 전류 검출 범위를 나타내는 제1 기준 신호 또는 선정된(predetermined) 최소 전류를 나타내는 제2 기준 신호를 상기 오토 제로 비교기에 선택적으로 공급할 수 있도록 제공될 수 있다.
상기 제어 회로는 상기 센스 전압이 언제 상기 제1 기준 신호를 초과할지 및 상기 센스 전압이 언제 상기 제2 기준 신호보다 작아질지를 결정하는(determining) 상기 오토 제로 비교기의 출력을 모니터 할 수 있다.
상기 제어 회로는 상기 센스 전압이 상기 제1 기준 신호를 초과할 경우, 제1 타이밍 장치를 활성화 할 수 있다. 그 결과, 상기 제1 타이밍 장치에 의해 결정되는 제1 선정된(predetermined) 시간 간격 후에 상기 센스 전압이 상기 제1 기준 신호를 넘을 때, 상기 PSE의 상기 출력으로부터 전력을 제거하게 된다.
또한, 상기 제어 회로는 상기 센스 전압이 상기 제2 기준 신호보다 작을 경우, 제2 타이밍 장치를 활성화 할 수 있다. 그 결과, 상기 제2 타이밍 장치에 의해 결정되는 제2 선정된(predetermined) 시간 간격 후에 상기 센스 전압이 상기 제2 기준 신호보다 작을 때, 상기 PSE의 상기 출력으로부터 전력을 제거하게 된다.
본 발명의 방법에 따라서, PSE의 출력을 제어하기 위하여 아래의 단계들이 수행된다. 상기 단계들은 상기 PSE의 출력 전류를 모니터링하는 단계; 및 상기 출력 전류를 나타내는 출력 값을 오토 제로(auto-zero) 회로의 하나의 입력에 공급하여 상기 오토 제로 회로의 다른 입력에 공급되는 전류 제한 스레시홀드(threshold)와 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 이더넷을 통한 전력(이하, PoE: Power over Ethernet) 시스템은 전력 기기(이하, PD: Powered Device)에 전력을 제공하는 PSE, 및 선정된(predetermined) 전류 스레시홀드 레벨에 기초하여 상기 PSE의 출력을 제어하는 제어 회로를 포함한다. 상기 제어 회로는 상기 PSE의 출력 전류와 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨과 비교하는 오토 제로 회로를 포함한다.
본 발명의 추가적인 장점들 및 측면들은 아래의 상세한 기재를 통해서 당업자라면 쉽게 분명히 알 수 있을 것이다. 상기 상세한 기재에는 본 발명의 실시예들이 본 발명을 실시하기 위한 바람직한 실시예를 통해서 보여지고 설명되어 있다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다른 실시예들을 실시할 수 있으며, 이에 대한 몇 가지 상세한 사항들이 다양한 분명한 측면들에서 변형이 가능하다. 따라서 도면 및 기재는 한정적인 것이 아닌 사실상 예시적인 것으로 간주되어야 할 것이다.
본 발명의 실시예들에 대한 아래의 상세한 설명은 첨부된 도면들과 연관하여 독해되었을 때 가장 잘 이해될 수 있으며, 상기 첨부된 도면들에서 특징들은 관련된 특징들을 비교하기 위해서라기 보다는 가장 잘 설명하기 위해서 도시되었다.
도1은 본 발명에 따른 파워 소싱 장치(PSE: Power Sourcing Equipment)를 도시한 블록도이다.
도2는 비교 결과에 기초한 상기 PSE의 출력으로부터 전력을 제거하기 위하여 출력 전류와 전류 제한 스레시홀드(threshold)를 비교하는 오토 제로(auto-zero) 비교기를 도시한 도면이다.
도3은 PSE의 출력전류가 전류 제한 스레시홀드를 초과하는 것을 방지하기 위하여 상기 PSE의 출력 전류를 제어하는 오토 제로 증폭기를 도시한 도면이다.
본 발명은, 이더넷을 통한 전력(이하, PoE: Power over Ethernet) 시스템에서 단락 회로 조건(ILIM)에서의 파워 소싱 장치(이하, PSE: Power Sourcing Equipment)의 최대 출력 전류, 과부하 전류 검출 범위(ICUT), 및 유휴 상태(IDLE state) 조건(IMin) 등에 관한 PSE의 출력 전류를 모니터링하는 오토 제로(auto-zero) 회로를 활용하는 예를 이용하여 설명될 것이다. 그러나, 본 명세서에서 설명되는 개념들은 어떠한 값에 대한 상기 PSE의 어떠한 출력 신호를 모니터링하는 데라도 적용 가능함은 명백할 것이다.
도1은 PSE(12)를 포함하는 PoE시스템(10)을 도시한 단순화된(simplified) 블록도이다. 이때, PSE(12)는 복수 개의 전력 기기(이하, PD: Powered Device)(14)(PD1~PD4)에 각각의 링크를 통해서 접속 가능한 복수 개의 포트들(PORT1~PORT4)을 구비하고 있으며, 각각의 링크는 이더넷(Ethernet) 케이블 내의 2 또는 4 세트의 꼬임 쌍(twisted pairs)들을 이용하여 제공될 수 있다. 비록 도 1에서는 PSE(12)가 네 개의 포트들을 구비하고 있지만, 당업자라면 어떠한 개수의 포트들도 제공 가능하다는 점을 알 수 있을 것이다.
PSE(12)는 IEEE 802.3af 표준에 따라서 각각의 PD와 상호작용할 수 있다. 특히, PSE(12)가 상기 PD를 검출하기 위하여 링크를 프로브하는(probe) PD 프로브 과정에 PSE(12) 및 상기 PD가 참여할 수 있다. 이때, 상기 PD가 검출되는 경우, PSE(12)는 이것이 유효인지 무효인지를 결정하기 위하여 PD 검출 시그니쳐(signature)를 체크한다. 상기 유효 및 무효 검출 시그니쳐들은 상기 IEEE 802.3af 표준에 정의되어 있다. 상기 유효 PD검출 시그니쳐가 상기 PD가 전력을 받아들이는 상태에 있다는 것을 나타내는 반면, 상기 무효 PD 검출 시그니쳐는 상기 PD가 전력을 받아들이지 못하는 상태에 있다는 것을 나타낸다.
상기 검출 시그니쳐가 유효한 경우, 상기 PD는 전원이 켜졌을 때 얼마나 많은 전력이 필요한지를 나타내기 위해 상기 PSE에게 분류(classification) 시그니쳐를 제시하는 옵션을 구비한다. 예를 들어, PD는 등급(class) 0 내지 4로 분류될 수 있다. 등급1의 PD는 PSE가 적어도 4.0W를 공급할 것을 요구하고, 등급2의 PD는 PSE가 적어도 7.0W를 공급할 것을 요구하고, 그리고 등급 0, 3, 또는 4의 PD는 적 어도 15.4W를 공급할 것을 요구한다. 상기 PD의 상기 결정된 등급에 기초하여, 상기 PSE는 요구되는 전력을 PD에 인가한다.
전원이 상기 PD로 공급될 경우, 단락 회로 조건에서의 상기 PSE의 최대 출력 전류(ILIM), 과부하 전류 검출 범위(ICUT), 및 유휴 상태(IDLE state) 전류(IMin)와 같은 소정의(certain) 전류 제한 스레시홀드(threshold)에 관한 PS의 출력 전류를 모니터링 함으로써, 상기 PSE는 과전류(overcurrent) 및 저전류(undercurrent) 조건들을 체크한다. 특히, PSE(12)는 상기 단락 회로를 통한 전류의 크기(magnitude)가 ILIM을 초과하지 않을 경우, 전력 공급 케이블 내의 어느 한 와이어(wire)에서 다른 와이어까지의 단락 회로의 응용(application)에 손상을 주는 일 없이 견딜 수(withstand) 있어야만 한다. 그러므로, PSE(12)는 자신의 출력 전류가 상기 ILIM 레벨을 초과하지 않도록 모니터할 수 있다. ILIM 의 값은 400mA 및 450mA 사이에서 유지된다.
또한, 상기 PSE(12)의 출력 전류가 50ms 및 75ms 사이에서 설정된 과부하 시간 제한(Tovld)을 넘는 시간 동안 ICUT 을 초과할 때, 과부하 조건은 검출될 수 있다. ICUT의 값은 VPort 가 상기 PSE의 출력 전압이 되는 레벨, 즉 15.4W/VPort 보다는 크고 400mA는 안 되는 레벨에서 유지된다.
또한, 상기 PD가 적어도 최소 특정(specified) 전류를 필요로 하는 것을 확인 하기 위하여, 상기 PSE(12)의 출력 전류가 유지 전력 시그니쳐(이하, MPS: Maintain Power Signature) 드롭아웃(dropout) 시간 제한(TMPDO) 보다도 더 많은 시간 동안 상기 유휴 상태(IDLE state) 전류(IMin) 미만일 때, 저전류 조건은 검출될 수 있다. 이때, IMin의 값은 5mA 및 10mA 사이에 속한다.
따라서, PSE 출력 전류가 상기 ILIM 레벨에 이르거나 ICUT 레벨을 초과할 경우, 과전류 조건에 응답하기 위하여 및 상기 출력 전류가 IMin 레벨 미만일 경우, 저전류 조건에 응답하기 위하여, PSE(12)는 상기 출력 전류를 측정할 수 있다. 하기에 좀 더 자세히 설명되는 바와 같이, 상기 PSE는 센스 저항(sense resistor)에 대한 센스 전압을 결정함으로써, 자신의 출력 전류를 측정한다.
열(thermal) 또는 전압 헤드룸(headroom)의 이유들로 인하여, 특히 상기 전류가 넓은 다이내믹 레인지(dynamic range)를 갖는다면, 상기 센스 저항은 가능한 작게 만드는 것이 바람직하다. 예를 들어, 0.5Ω 저항은 상기 IEEE 802.3af 표준에 따라서 사용될 수 있다. 상기 센스 저항의 낮은 값 때문에, 상기 센스 전압을 측정하고 상기 해당 전류와 요구되는 스레시홀드 레벨을 비교하는데 사용되는 일반 차동 증폭기(differential amplifier)는 증폭기 회로와 관련된 오프셋(offset) 전압에 기인하여 중대한 에러를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 상기 오프셋 전압은 열, 빛 및 방사(radiation) 조건들과 같은 다이내믹 조건들, 상기 출력 스테이지(stage) 트랜지스터(transistor)들의 크기에 있어서의 차이, 이러한 트렌지스터의 베이스 확산(base diffusion)과 도핑(doping)에 있어서의 차이, 또는 다른 회로 결점(imperfection) 등에 의해서 야기될 수 있다. 상기 오프셋 전압으로 인해, 상기 차동 증폭기는 자신의 입력에 인가되는 전압이 같은 경우에도 출력 측에서 어떤 신호(signal)를 생성할 수 있다.
작은 값을 가지는 상기 센스 저항에 관한 상기 센스 전압의 정확한 측정을 제공하기 위하여, 본 발명의 PSE(12)는 상기 센스 전압을 모니터링하고 상기 센스 전압과 선정된(predetermined) 스레시홀드 레벨과 비교하는 오토 제로(auto-zero) 회로를 포함한다. 오토 제로 회로는 전형적으로 클럭 사이클(clock cycle)당 두 개의 위상(phases)으로 동작한다. 제1 위상에서, 오토 제로 회로는 자신의 입력들을 함께 쇼트시키고(short) 그 결과 오프셋(offset)을 내부에 저장한다. 제2 위상에서, 오토 제로 회로는 자신의 차이(difference) 입력 신호를 출력하고, 그 동안 상기 입력 오프셋 에러는 상기 저장된 오프셋에 의해 보상된다. 하기에 설명되는 바와 같이, 상기 오토 제로 회로는 오토 제로 비교기 또는 오토 제로 증폭기일 수 있다.
도2는 과부하 조건 및/또는 저전류 조건에 응답하여 상기 PSE(12)의 출력 포트로부터 전력을 제거하는 예시적인(exemplary) 회로(20)를 도시한 도면이다. 상기PSE(12)에서 PD로의 전력 전달(delivery)은 터미널 게이트(terminal Gate)를 통해 파워 MOSFET(22)의 게이트 구동 전압을 제어함으로써 이루어진다. 예를 들어, 상기 MOSFET(22)은 상기 PD의 전력 요건을 만족하도록 제어되는 방식으로 -48V 입력 공급(input supply)과 상기 PSE 출력 포트를 결합시킬 수 있다. 상기 PSE(12)의 상기 출력 전류는 상기 MOSFET(22)에 결합된 센스 저항(Rsense)에 대한 전 압(Vsense)을 모니터링 함으로써, 터미널 센스(terminal sense)를 통하여 측정된다. 상기한 바와 같이, 상기 센스 저항(Rsense)은 가능한 작게 만드는 것이 바람직하다. 예를 들어, 0.5Ω 저항(resistor)은 상기 IEEE 802.3af 표준에 따라서 사용될 수 있다. 상기 MOSFET(22), 센스 저항(Rsense), 및 터미널 게이트와 터미널 센스는 상기 PSE(12)의 복수 개의 포트들(PORT1~PORT4) 각각에 제공될 수 있다.
상기 센스 터미널은 오토 제로 비교기(24)의 제1 입력에 접속되어 상기 오토 제로 비교기(24)에 상기 센스 전압(Vsense)의 검출된 값을 제공한다. 상기 오토 제로 비교기(24)의 제2입력에는 선택된 전류 제한 스레시홀드에 해당하는 기준 전압이 제공된다. 예를 들어, 상기 오토 제로 비교기(24)는 상기 센스 전압(Vsense)과 전압(VCUT = ICUT x Rsense) 또는 전압(VMin = I Min x Rsense)를 비교할 수 있는데, 여기서 Rsense는 상기 센스 저항(Rsense)의 저항치를 말한다. 스위치(26)는 제1 기준 전압 소스(source)(Vref1)로부터의 상기 VCUT 전압 또는 제2기준 전압 소스(Vref2)로부터의 상기 VMin전압을 선택적으로 상기 오토 제로 비교기(24)의 상기 제2 입력에 공급하도록 제공될 수 있다.
상기 오토 제로 비교기(24)는 상기 센스 전압(Vsense)과 선택된 기준 전압을 비교하여, 상기 센스 전압이 상기 선택된 기준 전압을 초과할 경우 제1 값인 출력 디지털(digital) 신호를 생성하고, 상기 센스 전압이 상기 선택된 기준 전압 레벨보다 작을 경우, 제2 값인 상기 출력 디지털 신호를 생성한다. 예를 들어, 상기 센스 전압(Vsense)이 상기 과부하 전류 검출 범위(ICUT)에 해당하는 상기 VCUT 전압을 초과할 경우, 상기 오토 제로 비교기(24)는 그 출력으로서 논리(logic) 1을 생성하고, 상기 센스 전압(Vsense)이 상기 유휴 상태(IDLE state) 전류(IMin)에 해당하는 상기 VMin 전압보다 적을 경우, 상기 오토 제로 비교기(24)는 그 출력으로서 논리 0을 생성할 수 있다. 상기 비교기 회로(circuitry)에 의해서 발생된 오프셋을 줄이기 위한 오토 제로 절차(procedure)를 수행하는 어떠한 비교기 배열(arrangement)이 상기 오토 제로 비교기(24)로서 사용되더라도 당업자라면 알 수 있을 것이다.
한 개의 오토 제로 비교기(24)는 상기 PSE(12)의 복수 개의 포트들(PORT1~PORT4)에 의해 공유되어서 각각의 포트들로부터 공급된 출력 전류를 모니터하고 제어할 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 개별의 오토 제로 비교기가 각각의 포트들에 제공될 수 있다.
상기 오토 제로 비교기(24)의 작동은 선정된(prescribed) 방법에 의해 상기 스위치(26)를 제어하는 제어기(controller)(28)에 의해 제어되는데, 이는 제1 기준 전압 소스(Vref1)로부터의 상기 VCUT 전압 및 제2 기준 전압 소스(Vref2)로부터의 상기 VMin전압을 상기 오토 제로 비교기(24)의 상기 제2 입력에 공급하기 위함이다. 예를 들어, 각각의 포트들(PORT1~PORT4)로부터의 상기 출력 전류와 상기 과부하 전력 검출 범위(ICUT)를 순차적으로(sequentially) 비교하기 위하여, 상기 제어기(28)는 상기 스위치(26)를 제어하여 상기 오토 제로 비교기(24)의 상기 출력을 상기 제 1 기준 전압 소스(Vref1)에 접속시킬 수 있다. 그 후, 상기 제어기(28)는 상기 오토 제로 비교기(24)의 상기 출력을 상기 제2 기준 전압 소스(Vref2)로 스위치 함으로써, 상기 각각의 포트들(PORT1~PORT4)로부터의 상기 출력 전류와 상기 유휴 상태(IDLE state) 전류(IMin)를 순차적으로 비교하게 된다. 또 다른 실시예에서는, 제1 포트로부터의 상기 출력 전류는 상기 과부하 전류 검출 범위(ICUT) 및 유휴 상태(IDLE state) 전류(IMin)와 비교되고, 그 후 그 다음 포트로부터의 상기 출력 전류도 상기 과부하 전류 검출 범위(ICUT) 및 유휴 상태(IDLE state) 전류(IMin)와 비교될 수 있다.
동시에, 상기 제어기(28)는 상기 오토 제로 비교기(24)의 상기 출력을 분석하여 상기 각각의 포트들로부터의 상기 출력 전류가 상기 과부하 전류 검출 범위(ICUT)를 초과하는지 또는 유휴 상태(IDLE state) 전류(IMin) 미만인지를 결정한다. 특히, 상기 제어기(28)가 상기 오토 제로 비교기(24)의 상기 제2 입력을 상기 제1 기준 전압 소스(Vref1)로 스위치 할 경우, 상기 오토 제로 비교기(24)의 상기 출력에서 논리 1이 검출될 수 있다. 이때, 상기 오토 제로 비교기(24)의 상기 출력은 상기 오토 제로 비교기(24)의 상기 제1 입력에서의 상기 센스 전압(Vsense) 값이 상기 제2 입력에서의 상기 전압 VCUT 값보다 큰 것을 나타낸다. 이 경우, 상기 제어기(28)는 과부하 시간 제한(Tovld)에 해당하는 값을 카운트(count)하기 위해 프로그램된 타이머(30)를 시동(start) 시킨다. 상기 타이머(30)에 의해 카운트된 상기 시간 간격(interval)이 만료되었을 때의 상기 센스 전압(Vsense)이 여전히 상기 전압 VCUT 보다 클 경우, 상기 제어기(28)는 상기 각각의 게이트 터미널을 풀다운(pull down)하고, 이 게이트 터미널에 연결된 MOSFET(22)을 오프(off)한다.
또한, 상기 제어기(28)이 상기 오토 제로 비교기(24)의 상기 제2 입력을 상기 제2 기준 전압 소스(Vref2)로 스위치 할 경우, 상기 오토 제로 비교기(24)의 상기 출력에서 논리 0이 검출될 수 있다. 이때, 상기 오토 제로 비교기(24)의 상기 출력은 상기 오토 제로 비교기(24)의 상기 제1 입력에서의 상기 센스 전압(Vsense) 값이 상기 제2 입력에서의 상기 전압 VMin 값보다 작은 것을 나타낸다. 이 경우, 상기 제어기(28)는 MPS 드롭아웃 시간 제한(TMPDO)에 해당하는 값을 카운트(count)하기 위해 프로그램된 타이머(32)를 시동(start) 시킨다. 상기 타이머(32)에 의해 카운트된 상기 시간 간격(interval)이 만료되었을 때의 상기 센스 전압(Vsense)이 여전히 상기 전압 VMin 보다 작을 경우, 상기 제어기(28)는 상기 각각의 게이트 터미널을 풀다운(pull down)하고, 이 게이트 터미널에 연결된 MOSFET(22)을 오프(off)한다.
도3은 단락 회로 조건을 방지하기 위하여 상기 PSE의 상기 출력 전류를 조절하는(regulating) 예시적인(exemplary) 회로(40)를 도시한 도면이다. 특히, 상기 회로(40)는 상기 출력 전류가 단락 회로 조건(ILIM)에서의 상기 PSE의 상기 최대 출력 전류를 초과하는 것을 방지하기 위하여 상기 출력 전류를 조절한다.
상기한 바와 같이, 상기 PSE의 상기 출력 전류는 상기 MOSFET(22)에 결합된 센스 저항(Rsense)에 대한 전압(Vsense)을 모니터링 함으로써 터미널 센스를 통하여 측정된다. 오토 제로 증폭기(42)는 상기 전압(Vsense)과 기준 전압 소스(Vref)로부터 공급되는 기준 전압을 비교하여 상기 MOSFET(22)의 상기 게이트 전압을 제어하도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 기준 전압은 전압(VLIM = ILIM x Rsense)에 해당될 수 있다.
상기 전압(Vsense)은 상기 오토 제로 증폭기(42)의 제1 입력에 공급될 수 있으며, 반면에 상기 전압(VLIM)은 상기 오토 제로 증폭기(42)의 제2 입력에 공급될 수 있다. 상기 오토 제로 증폭기(42)의 상기 출력은 VLIM 및 Vsence 간의 차이에 해당하는 전압을 생성할 수 있다. 상기 출력 전류의 증가와 함께 증가하는 상기 전압(Vsense)이 VLIM에 근접할수록, 상기 오토 제로 증폭기(42)의 상기 출력은 상기 MOSFET(22)의 상기 게이트에서의 전압을 감소시킴으로써 응답한다. 상기 MOSFET(22)의 상기 게이트에서의 전압 감소는 상기 MOSFET 저항치(resistance)의 증가를 야기시키며, 이는 또한 상기 PSE(12)의 각각의 포트에서의 상기 출력 전류를 감소시킨다. 각각의 값을 가지는 출력 신호를 생성함으로써 그의 입력에 있어서의 차이(difference) 신호에 응답하는 어떠한 오토 제로 증폭기라도 상기 오토 제로 증폭기(42)로서 사용될 수 있음을 당업자라면 이해 할 수 있을 것이다.
신호 오토 제로 증폭기(42)는 상기 PSE(12)의 복수 개의 포트들(PORT1~PORT4)에 의해 공유되어서 각각의 포트들로부터 공급된 출력 전류를 모니 터하고 제어할 수 있다. 다른 실시예에서는, 개별의 오토 제로 증폭기가 각각의 포트에 제공될 수 있다.
상술한 기재에서 본 발명의 측면들을 도시하고 설명하였다. 부가적으로 본 발명은 바람직한 실시예들만을 도시하고 설명하고 있지만, 상술한 바와 같이, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
예를 들어, 상기 센스 전압과 ICUT, IMin 및/또는ILIM 스레시홀드 값들을 비교하는 대신에, 본 발명의 상기 오토 제로 증폭기는 상기 PSE의 어떠한 출력 신호라도 상기 PSE 또는 PD의 어떠한 매개변수와 비교할 수 있다.
상술한 실시예들은 본 발명을 실행하는데 있어서 알려진 바람직한 실시예들을 설명하고, 당업자라면 본 발명의 특정한 적용 또는 사용들에 의해서 요구되는 그러한 또는 다른 실시예들을 포함하며 다양한 변형이 가능한 발명을 이용하도록 의도된다.
따라서, 상기 기재는 본 발명을 본 명세서에서 설명되어 있는 형태에 한정하려고 의도되지 않는다. 또한, 후술되는 청구범위는 대안적 실시예들을 포함하도록 해석될 수 있다.

Claims (20)

  1. 이더넷을 통한 전력(PoE: Power over Ethernet) 시스템에서의 파워 소싱 장치(PSE: Power Sourcing Equipment) 에 있어서,
    전류 제한(limit) 스레시홀드(threshold)를 설정하는 스레시홀드 설정 회로; 및
    상기 PSE의 출력을 제어하기 위해 상기 전류 제한 스레시홀드와 상기 PSE의 모니터된 출력 전류를 비교하는 오토 제로(auto-zero) 회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 소싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오토 제로 회로는 상기 출력 전류와 상기 PSE의 최대 출력 전류를 비교하여 상기 출력 전류가 단락 회로 조건에서의 상기 PSE의 상기 최대 출력 전류를 초과하는 것을 방지하는 오토 제로 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 소싱 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 오토 제로 회로는 상기 출력 전류와 과부하(overload) 전류 검출 범위를 비교하여 상기 출력 전류가 제1 선정된(predetermined) 시간 간격(interval)을 초과하는 시간 동안 상기 과부하 전류 검출 범위를 초과할 경우, 상기 PSE의 상기 출력으로부터 전력을 제거하는 오토 제로 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 소싱 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오토 제로 회로는 상기 출력 전류와 선정된(predetermined) 최소 전류를 비교하여 상기 출력 전류가 제2 선정된(predetermined) 시간 간격을 초과하는 시간 동안 상기 선정된(predetermined) 최소 전류보다 미만일 경우, 상기 PSE의 상기 출력으로부터 전력을 제거하는 오토 제로 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 소싱 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오토 제로 회로는 상기 PSE의 센스(sense) 저항에 대한 센스 전압을 모니터링 함으로써 상기 PSE의 상기 출력 전류를 모니터 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파워 소싱 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 오토 제로 회로는 상기 센스 전압과 상기 전류 제한 스레시홀드를 나타내는 기준 전압을 비교하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파워 소싱 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 스레시홀드 설정 회로는, 과부하 전류 검출 범위를 나타내는 제1 기준 신호, 혹은 선정된(predetermined) 최소 전류를 나타내는 제2 기준 신호를 가지는 상기 오토 제로 비교기의 입력을 선택적으로 제공하는 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 소싱 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 PSE의 상기 출력 전류를 나타내는 센스 신호가 언제 상기 제1 기준 신호를 초과하는지, 및 상기 센스 신호가 언제 상기 제2 기준 신호 미만(lower than)이 되는지를 결정하는 상기 오토 제로 비교기의 출력을 모니터링 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파워 소싱 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 센스 신호가 상기 제1 기준 신호를 초과할 경우, 제1 타이밍 장치를 활성화시켜(activate) 상기 제1 타이밍 장치에 의해 결정되는 선정된 제1 시간 간격(interval) 후, 상기 센스 신호가 상기 제1 기준 신호를 초과하면 상기 PSE의 상기 출력으로부터 전력을 제거하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파워 소싱 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 센스 신호가 상기 제2 기준 신호보다 미만일 경우, 제2 타이밍 장치를 활성화시켜 상기 제2 타이밍 장치에 의해 결정되는 선정된 제2 시간 간격 후, 상기 센스 신호가 상기 제2 기준 신호보다 미만이면 상기 PSE의 상기 출력으로부터 전력을 제거하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파워 소싱 장치.
  11. 파워 소싱 장치(PSE: Power Sourcing Equipment)의 출력을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 PSE의 출력 전류를 모니터링하는 단계; 및
    상기 출력 전류를 나타내는 출력 값을 오토 제로(auto-zero) 회로의 하나의 입력에 공급하여 상기 오토 제로 회로의 다른 입력에 공급되는 전류 제한 스레시홀드(threshold)와 비교하는 단계
    를 포함하는 특징으로 하는 PSE 출력 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 출력 값은 상기 PSE의 센스(sense) 저항에 대한 센스 전압을 나타내는 것을 특징으로 하는 PSE 출력 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 출력 전류는 단락 회로 조건에서의 상기 PSE의 최대 출력 전류와 비교되어, 상기 출력 전류가 단락 회로 조건에서의 상기 PSE의 상기 최대 출력 전류를 초과하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 PSE 출력 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 출력 전류는 과부하 전류 검출 범위와 비교되어, 상기 출력 전류가 제1 선정된(predetermined) 시간 간격을 초과하는 시간 동안 상기 과부하 전류 검출 범위를 초과할 경우, 상기 PSE의 상기 출력으로부터 전력을 제거하는 것을 특징으로 하는 PSE 출력 제어 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 출력 전류는 선정된(predetermined) 최소 전류와 비교되어, 상기 출력 전류가 제2 선정된(predetermined) 시간 간격을 초과하는 시간 동안 상기 선정된 최소 전류보다 미만일 경우, 상기 PSE의 상기 출력으로부터 전력을 제거하는 것을 특징으로 하는 PSE 출력 제어 방법.
  16. 이더넷을 통한 전력(PoE: Power over Ethernet) 시스템에 있어서,
    전력 기기(PD : Powered Device)로 전력을 제공하는 파워 소싱 장치(PSE: Power Sourcing Equipment); 및
    선정된(predetermined) 전류 스레시홀드(threshold) 레벨에 기초하여 상기 PSE의 출력을 제어하는 제어 회로를
    포함하고,
    상기 제어 회로는 상기 PSE의 출력 전류와 상기 선정된 전류 스레시홀드 레 벨을 비교하는 오토 제로(auto-zero) 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 PoE 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 오토 제로 회로는 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨을 나타내는 기준 전압과 상기 PSE의 센스 저항에 대한 전압 강하(drop)를 비교하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 PoE 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 오토 제로 회로는 상기 출력 전류와 단락 회로 조건에서의 상기 PSE의 최대 출력 전류를 비교하는 오토 제로 증폭기를 포함하여, 상기 출력 전류가 단락 회로 조건에서의 상기 PSE의 상기 최대 출력 전류를 초과하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 PoE 시스템.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 오토 제로 회로는 상기 출력 전류와 과부하 전류 검출 범위를 비교하는 오토 제로 비교기를 포함하여, 상기 출력 전류가 제1 선정된(predetermined) 시간 간격을 초과하는 시간 동안 상기 과부하 전류 검출 범위를 초과할 경우, 상기 PSE의 상기 출력으로부터 전력을 제거하는 것을 특징으로 하는 PoE 시스템.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 오토 제로 회로는 상기 출력 전류와 선정된(predetermined) 최소 전류를 비교하는 오토 제로 비교기를 포함하여, 상기 출력 전류가 제2 선정된(predetermined) 시간 간격을 초과하는 시간 동안 상기 선정된 최소 전류보다 미만일 경우, 상기 PSE의 상기 출력으로부터 전력을 제거하는 것을 특징으로 하는 PoE 시스템.
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