KR20070108525A - 통신 링크를 통해서 전력을 공급하는 시스템에서의 고전력폴드백 메커니즘 - Google Patents

통신 링크를 통해서 전력을 공급하는 시스템에서의 고전력폴드백 메커니즘 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이더넷(Ethernet)을 통해서 전력을 공급하는 신규한 시스템을 제공한다. 이 시스템은 출력 전류가 선정된(prescribed) 레벨에서 설정된 전류 스레시홀드(threshold)를 초과하는 것을 방지하는 전류 제한 회로; 및 출력 전압이 선정된 전압 값 보다 작을 경우, 상기 전류 스레시홀드를 감소시키는 폴드백(foldback) 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 폴드백 회로는 고전력 모드에서 작동되도록 제어되어, 상기 선정된 레벨보다 크게 상기 전류 스레시홀드를 증가시킨다.
PoE, 폴드백(foldback) 회로, 전력 기기(PD), 스레시홀드(threshold)

Description

통신 링크를 통해서 전력을 공급하는 시스템에서의 고전력 폴드백 메커니즘{High-power foldback mechanism in system for providing power over communication link}
본 발명은 전력 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 진보된 이더넷을 통한 전력(이하, PoE: Power over Ethernet) 시스템과 같은 통신 링크를 통해서 전력을 공급하는 시스템에서 폴드백(foldback) 절차(procedure)를 수행하는 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 UTP(Unshielded Twisted-Pair) 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 모니터링 하는 기능, 및 더 이상 전력이 요청되거나 필요로 하지 않는 경우 전력을 차단하는 기능을 포함한다. PD는 IEEE 802.3af 표준에 의해서 정의된 PoE 검출 시그니쳐(signature)를 제시함으로써 상기 PD 검출 과정(PD detection procedure)에 참여한다.
상기 검출 시그니쳐가 유효한 경우, 상기 PD는 전원이 켜졌을 때 필요한 전력의 양을 나타내기 위해 상기 PSE에 분류 시그니쳐(signature)를 제시하는 옵션을 구비한다. 예를 들어, PD는 등급(class) 0 내지 4로 분류될 수 있다. 등급 1의 PD는 PSE가 적어도 4.0W를 공급할 것을 요구하고, 등급 2의 PD는 PSE가 적어도 7.0W를 공급할 것을 요구하고, 그리고 등급 0, 3, 또는 4의 PD는 적어도 15.4W를 공급할 것을 요구한다. PD의 결정된 등급에 기초하여, PSE는 PD로 요구되는 전력을 인가한다.
MOSFET와 같은 반도체 장치는 상기 PSE로부터의 전력을 제어하는데 사용될 수 있다. 전원이 켜졌을 때 및 단락 회로 조건 동안, MOSFET에서의 전력 소비는 노미널(norminal) 전력이 제공될 때의 전력 소비보다 더 많을 수 있다. 전력 소비를 제한하기 위하여, 폴드백(foldback) 메커니즘은 상기 IEEE 802.3af 표준에 의해서 정의되어 있다. 특히, 상기 표준에는 10V와 30V 사이의 포트(port) 전압 개시(startup) 동안, 개시 모드(IInrush)에서의 출력 전류에 대한 상기 최소 요건(requirement)은 60mA임을 정의하고 있다. 30V를 넘는 포트 전압에서는, 상기 전류(IInrush)는 400mA에서 450mA 사이의 범위에 속할 것이 요구된다. 이러한 400mA 에서 450mA까지의 전류(IInrush) 요건(requirement)은 50ms 에서 75ms TLIM timer의 지속기간(duration) 동안 적용된다.
도 1은 상기 IEEE 802.3af 폴드백 요건들을 그래프로 도시한 블록도이다. 특히, 도1의 점들(dots)로 표시된 영역들은 상기 IEEE 802.3af 표준이 허용(allowed)하지 않는 출력 전류와 PSE 출력 전압들의 조합을 나타낸다. 도1의 실선들은 30V 이상 및 30V 이하로 점차 감소하는 출력 전압에 대해 400mA 및 450mA 사이의 레벨에서의 상기 PSE의 상기 출력 전류를 나타내는, 가능한 폴드백 커브(curve)들을 보여준다.
그러나, 고전력 PSE은 상기 IEEE 802.3af에서 정의하는 상기 400mA 및 450mA 사이 전류보다 더 큰 전력(더 높은 전압에 반대되는)을 제공할 수 있다. 왜냐하면 높은 전류는 높은 MOSFET 전력 소비를 유발하기 때문에, 상기 정규 IEEE 802.3af 폴드백 메커니즘에 의해 제공되는 것보다 더 많은 전력 감소를 제공하는 폴드백을 갖도록 하는 것이 바람직할 것이다.
따라서, PoE 시스템이 고전력(high-power) 모드 및 IEEE 802.3af 컴플라이언트(compliant) 모드에서 동작하도록 전류 제한을 조절할 수 있는 프로그램 가능한(programmable) 폴드백 메커니즘이 요구된다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 진보된 이더넷을 통한 전력(이하, PoE: Power over Ethernet) 시스템에서 전력 기기(이하, PD: Powered Device)에 전력을 제공하는 신규한 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명의 일측에 따르면, 파워 소싱 장치(이하, PSE: Power Sourcing Equipment) 와 같은 전력 공급 장치는 상기 PSE의 출력 전류가 선정된(prescribed) 레벨에서 설정된 전류 스레시홀드(threshold)를 초과하는 것을 방지하는 전류 제한 회로; 및 상기 PSE의 출력 전압이 선정된 출력 전압 값 이하일 경우 상기 전류 스레시홀드를 감소시키는 폴드백(foldback) 회로를 포함한다. 상기 폴드백 회로는 상기 선정된 레벨보다 크게 상기 전류 스레시홀드를 증가시키도록 고전력 모드에서 작동되도록 제어될 수 있다.
특히, 상기 폴드백 회로는 상기 PSE의 상기 출력 전압이 상기 선정된 전압 값 이상일 경우, 상기 전류 스레시홀드를 상기 선정된 레벨보다 크게 증가시키도록 제1 고전력 모드에서 작동할 수 있다.
또한, 상기 폴드백 회로는 상기 PSE로부터 상기 PD로 전력을 공급하는데 사용되는 MOSFET 또는 바이폴라(bipolar) 트랜지스터와 같은 반도체 장치에 대한 전압에 따라서 상기 전류 스레시홀드를 상기 선정된 레벨보다 크게 증가시키도록 제2 고전력 모드에서 작동할 수 있다.
더 구체적으로, 상기 제2 고전력 모드에서, 상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 선정된(predetermined) 값보다 작을 경우, 상기 전류 스레시홀드는 상기 선정된 레벨보다 크게 증가될 수 있다. 상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 상기 선정된(predetermined) 값 이상이고, 상기 PSE의 상기 출력 전압이 상기 선정된 전압 값 이상일 경우, 상기 폴드백 회로는 상기 선정된 레벨로 상기 전류 스레시홀드를 유지할 수 있다. 또한, 상기 PSE의 상기 출력 전압이 상기 선정된 전압 값보다 작을 경우, 상기 폴드백 회로는 상기 전류 스레시홀드를 감소시킬 수 있다.
상기 폴드백의 작동은 온도에 따라서 조절될 수 있다. 특히, 제1 온도에서, 상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 제1 선정된(predetermined) 값보다 작을 경우, 상기 폴드백 회로는 상기 전류 스레시홀드를 상기 선정된 레벨보다 크게 증가시킬 수 있으며, 상기 제1온도보다 높은 제2 온도에서, 상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 상기 제1 선정된(predetermined) 값보다 작은 제2 선정된 값 미만일 경우, 상기 폴드백 회로는 상기 전류 스레시홀드를 상기 선정된 레벨보다 크게 증가시킬 수 있다. 상기 폴드백 회로는 상기 온도에 기초하여 상기 제1 및 제2 고전력 모드 사이에서 제어될 수 있다.
상기 폴드백 회로는 고전력 PD가 상기 PSE의 출력에서 검출될 경우, 상기 고전력 모드로 스위치될 수 있다. 특히, 제1 제어 신호에 응답하여, 상기 폴드백 회로는 상기 제1 고전력 모드로 스위치 할 수 있으며, 제2 제어 신호에 응답하여, 상기 폴드백 회로는 제2 고전력 모드로 스위치 할 수 있다. 즉, 상기 반도체 장치가 고전력 소비능력을 가질 때 상기 제1 고전력 모드로 선택될 수 있으며, 상기 반도체 장치가 저전력 소비가 가능할 때, 상기 제2 고전력 모드로 선택될 수 있다.
본 발명의 방법에 따라서, 반도체 장치를 통해 부하에 전력을 제공하기 위하여 아래의 단계들이 수행된다. 상기 단계들은 선정된 레벨에서 전류 스레시홀드를 설정하여 전력 공급 장치의 출력 전류가 상기 전류 스레시홀드를 초과하는 것을 방지하는 단계; 상기 전력 공급 장치의 출력 전압이 선정된(prescribed) 전압 값 이하일 경우, 상기 전류 스레시홀드를 감소시키는 단계; 및 고 전력 모드로 스위칭 함으로써 상기 전류 스레시 홀드를 상기 선정된 레벨보다 크게 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제1 고전력 모드에서의 작동은 상기 전력 공급 장치의 상기 출력 전압이 상기 선정된 전압 값 이상일 경우, 상기 전류 스레시홀드를 상기 선정된 레벨보다 크게 증가시키도록 수행될 수 있다.
제2 고전력 모드에서의 작동은 상기 반도체 장치에 대한 전압이 선정된(predetermined) 값 미만일 경우, 상기 전류 스레시홀드를 상기 선정된 레벨보다 크게 증가시키도록 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 반도체 장치를 통해서 부하에 전력을 공급하는 시스템은 전류가 선정된(prescribed) 레벨에서 설정된 전류 스레시홀드를 초과하는 것을 방지하는 전류 제한 회로; 및 상기 반도체 장치에 대한 전압이 제1값보다 클 경우, 상기 전류 스레시홀드를 감소시키는 폴드백(foldback) 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 폴드백 회로는 상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 제2 값 미만일 경우, 상기 전류 스레시홀드를 상기 선정된 레벨보다 크게 증가시키기 위해 고전력 모드에서 작동되도록 구성될 수 있다. .
상기 고전력 모드에서, 상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 상기 제2 값 이상이면서 상기 제1값을 넘지 않을 때, 상기 선정된 레벨에서 상기 전류 스레시홀드를 유지할 수 있다. 또한, 상기 폴드백 회로는 상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 상기 제1값보다 클 경우, 상기 전류 스레시홀드를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라서, 로컬 영역 네트워크(LAN: Local Area Network)는 적어도 한 쌍의 네트워크 노드; 네트워크 허브; 및 상기 네트워크 노드가 상기 네트워크 허브에 접속되어 데이터 통신을 제공하는 통신 케이블링(communication cabling)을 포함한다. 상기 네트워크 허브는 상기 통신 케이블링을 통해 부하에 전력을 공급하는 전력 공급 장치를 구비한다. 상기 전력 공급 장치는 상기 전력 공급 장치의 출력 전류가 선정된(prescribed) 레벨에서 설정된 전류 스레시홀드(threshold)를 초과하는 것을 방지하는 전류 제한 회로; 및 상기 전력 공급 장치의 출력 전압이 선정된 출력 전압 값 이상일 경우, 상기 전류 스레시홀드를 감소시키는 폴드백(foldback) 회로를 포함한다. 상기 폴드백 회로는 상기 전류 스레시홀드를 상기 선정된 레벨보다 크게 증가시키기 위해 고전력 모드에서 작동되도록 구성될 수 있다.
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 IEEE 802.3af 폴드백(foldback) 요건들을 도시한 도면이다.
도2는 파워 소싱 장치(이하, PSE: Power Sourcing Equipment)와 전력 기기 (이하, PD: Powered Device) 사이에서 본 발명에 따른 이더넷을 통한 전력 (이하, PoE: Power over Ethernet) 시스템에 적용되는 전압들을 도시한 도면이다.
도3은 본 발명에 따른 폴드백 메커니즘을 도시한 블록도이다.
도4는 제1 및 제2 고전력 폴드백 모드에서 폴드백 커브(curve)들을 도시한 도면이다.
본 발명은, 이더넷을 통한 전력(이하, PoE: Power over Ethernet) 시스템의 고전력 모드에서 작동하도록 프로그램 가능한 파워 소싱 장치(이하, PSE: Power Sourcing Equipment)의 폴드백(foldback) 설계(scheme)에 대한 예를 이용하여 설명될 것이다. 그러나, 본 명세서에서 설명되는 개념들은 어떠한 네트워크의 제어 가능한 어떠한 폴드백 메커니즘에라도 적용 가능함은 명백할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 시스템은 복수 개의 노드들, 네트워크 허브, 및 상기 네트워크 노드가 상기 네트워크 허브에 접속되어 데이터 통신을 제공하는 통신 케이블링(communication cabling)을 구비하는 로컬 영역 네트워크(LAN: Local Area Network)에서 제공된다. 이때, 상기 네트워크 허브는 전력 공급 장치를 포함할 수 있으며, 상기 통신 케이블링은 상기 전력 공급 장치로부터 부하로 전력을 공급하는데 사용될 수 있다.
일반적으로, 폴드백 메커니즘은 전력 공급 장치 및 다른 전압 출력 회로 등에 제공됨으로써, 큰 전류가 출력 장치를 통과할 경우, 상기 출력 장치의 전력 소비를 줄이기 위해서 전류를 감소시킨다. 전력은 전압 및 전류의 생성물이므로, 전류 감소는 전력 소비가 비례하여 감소되도록 한다.
도2는 PSE(12) 와 PD(14) 사이에서 PoE시스템(10)에 적용되는 전압들을 개략적으로 도시한 도면이다. 특히, PSE 전력 공급 장치는 플러스 단자(Vsupply+)와 마이너스 단자(Vsupply-)를 포함할 수 있다. 상기 PSE(12)에서 상기 PD(14)로의 전력 전달은 상기 PD로 전력을 공급하도록 제어되는 게이트 전압을 구비하는 파워(power) MOSFET(16)과 같은 PSE의 출력 장치를 이용하여 제공될 수 있다. 상기 PSE(12)의 출력 포트는 플러스 단자 (Vsupply+)와 마이너스 단자(Vsupply-)를 포함할 수 있다. 상기 PSE(12)의 상기 출력에서 제공되는 상기 포트 전압(Vport = Vport+ - Vport-)이 상기PD(14)에 적용되어 전력(PPD = (Vport+ - Vport-) x Iport)을 전달한다. 여기서 Iport는 포트 전류를 의미한다. 상기 PSE의 출력 장치에 의해 소비되는 전력 PPSE은 VPSE x Iport 와 같다. 여기서 VPSE = Vsupply- - Vport- 는 상기 PSE의 출력 장치에 적용되는 전압을 의미한다.
전원이 켜졌을 때 및 단락 회로 조건 동안, MOSFET에서의 전력 소비는 노미널(norminal) 전력이 제공될 때의 전력 소비보다 더 많을 수 있다. 전력 소비를 제한하기 위하여, 폴드백(foldback) 메커니즘은 상기 IEEE 802.3af 표준에 의해서 정의되어 있다. 특히, 상기 표준에는 10V와 30V 사이의 포트(port) 전압 개시(startup) 동안, 개시 모드(IInrush)에서의 출력 전류에 대한 상기 최소 요건(requirement)은60mA임을 정의하고 있다. 30V를 넘는 포트 전압에서는, 상기 전류(IInrush)는 400mA에서 450mA 사이의 범위에 속할 것이 요구된다. 이러한 400mA 에 서 450mA까지의 전류(IInrush) 요건(requirement)은 50ms 에서 75ms TLIM timer의 지속기간(duration) 동안 적용된다.
도3은 본 발명에 따른 폴드백 메커니즘(100)을 도시한 블록도이다. 이하, 좀 더 상세하게 설명하자면, 상기 폴드백 메커니즘(100)은, 상기 IEEE 802.3af 폴드백 요건들을 만족시킬 뿐만 아니라, 상기 PoE 시스템(10)이 고전력 모드에서 작동하도록 함으로써, 상기 IEEE 802.3af 표준이 요구하는 것보다 더 높은 전력을 제공할 수 있는 고전력 PSE를 지원(support)할 수 있다.
상기 폴드백 메커니즘(100)은 전류 제한 회로(104)에 공급되는 폴드백 신호(FB)를 생성하는 폴드백 회로(102)를 포함하는데, 이때, 전류 제한 회로(104)는 폴드백 요건들에 따라서 상기 PSE(12)의 상기 포트 전류(Iport)를 제어한다. 폴드백 제어 회로(106)는 폴드백 제어 신호(FBCNTL)를 상기 폴드백 회로(104)에 공급하여 원하는 폴드백 모드로 설정한다. 온도 센싱(sensing) 회로(108)는 온도 신호를 상기 폴드백 회로(102)에 제공하여 MOSFET(16)에서의 온도 또는 MOSFET(16)과 관련된 온도에 따라서 폴드백 절차(procedure)를 제어한다.
특히, 상기 전류 제한 회로(104)는 상기 포트 전류(Iport)를 모니터링하고, 이것을 전류 제한 스레시홀드와 비교하여 상기 전류 제한 스레시홀드와 같거나 또는 낮은 포트 전류를 유지한다. 상기 포트 전류(Iport)는 상기 MOSFET(16)에 접속된 센스 레지스터(Rsense)에 대한 센스 전압(Vsense)을 결정함으로써(determining) 모니터링된다. 상기 결정된 센스 전압은 상기 전류 제한 스레시홀드를 나타내는 기준 전압(Vref)과 비교되어 상기 기준 전압(Vref)과 같거나 아래의 센스 전압을 유지한다. 더 구체적으로는, 상기 포트 전류가 증가함에 따라 증가하는 상기 센스 전압(Vsense)이 상기 기준 전압(Vref)에 접근할수록, 상기 전류 제한 회로(104)는 상기 MOSFET(16)의 게이트(gate)에서 게이트 구동 전압(VG)을 감소시키게 된다. 그 결과, 상기 MOSFET(16)의 저항(resistance)은 상기 포트 전류(Iport)를 감소시키면서 증가한다.
상기 전류 제한 회로(104)는 Iport의 요구되는(required) 값을 얻기 위하여 상기 전류 레벨 스레시홀드를 변화시키는 상기 폴드백 회로(102)에 의해서 제어된다. 상기 폴드백 회로(102)는 상기 PD(14)에 적용되는 상기 전압(Vport = Vport+ - Vport-) 및 상기 MOSFET(16)에 적용되는 상기 전압(VPSE = Vport- - Vsupply-)을 모니터링한다. 상기 폴드백 회로(102)는, 상기 폴드백 제어 회로(106)에 의해서 생성되는 상기 폴드백 제어 신호(FBCNTL)에 의해 설정되는 두 개의 고전력 모드와 일반 모드에서 작동할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴드백 제어 신호(FBCNTL)는 두개의 비트(bits)를 구비할 수 있는데, 그 중 하나의 비트는 제1 레벨에서 세트(set)되어 상기 일반 폴드백 모드를 설정하고(establish), 제2 레벨에서 세트되어 상기 고전력 폴드백 모드를 설정한다. 다른 하나의 비트는 제1레벨에서 세트되어 제1고전력 폴드백 모드를 설정하고, 제2 레벨에서 세트되어 제2 고전력 폴드백 모드를 설정한다.
상기 일반 폴드백 모드는 상기 IEEE 802.3af전력 요건들에 따르는 PD로 전력 전달을 지원(support)할 수 있다. 상기 고전력 폴드백 모드들은 상기 IEEE 802.3af 표준이 상기 PSE로 하여금 전달하도록 요구하는 것보다 더 높은 전력을 필요로 하는 고전력 PD로 전력을 공급하도록 지원할 수 있다.
상기 일반 폴드백 모드에서, 상기 폴드백 회로(102)는 도1에 도시된 상기 IEEE 802.3af 폴드백 요건들에 따라서 작동할 수 있다. 특히, 상기 포트 전류(Iport)를 감소시키기 위하여 상기 포트 전압(Vport)이 30V보다 아래일 경우, 상기 폴드백 회로(102)는 상기 포트 전압(Vport)을 모니터링하여 상기 전류 제한 스레시홀드를 감소시킨다. 따라서, 상기 일반 폴드백 모드에서, 상기 폴드백 회로(102)는 상기 전류 제한 회로(104)가 30V를 넘는 포트 전압(Vport)에 대한 400mA 및 450mA 사이의 레벨에서 상기 포트 전류(Iport)를 유지할 수 있도록 한다. 0V 및 30V사이의 상기 포트 전압들에 있어서, 상기 전류 제한 스레시홀드는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 포트 전류를 서서히 증가시키기 위하여 제어된다.
도4는 제1 및 제2 고전력 폴드백 모드에서의 상기 폴드백 회로(102)에 의해 제공되는 폴드백 커브(curve)를 도시한 도면이다. 상기 폴드백 커브는 다양한 Vport 값들에서의 상기 Iport 레벨을 나타낸다. 제1 고전력 폴드백 모드에서, 상기 폴드백 회로(102)는 상기 포트 전압(Vport)을 모니터링한다. 상기 Vport가 30V를 초과할 경우, 상기 폴드백 회로(102)는 상기 일반 모드에서 유지되는 각각의 레벨보다 실질적으로 더 높은 레벨에서의 상기 포트 전류(Iport)를 유지하기 위하여 상기 전류 제한 스레시홀드를 제어한다. 예를 들어, 도4에서 점(dots)으로 표시된 바와 같이, 상기 제1 고전력 폴드백 모드에서 상기 Vport가 30V를 초과할 경우, 상기 포트 전류(Iport)는 750mA레벨에서 유지된다. 0V 및 30V사이의 상기 포트 전압(Vport)에 있어서, 상기 포트 전류(Iport)는 상기 일반 폴드백 모드에서의 동작과 비슷한 방법으로 서서히 증가하게 된다.
따라서, 상기 제1 고전력 폴드백 모드는 상기 PSE(12)가 상기 일반 모드에서 보다 더 많은 포트 전류를 생성하도록 한다. 그 결과, 더 높은 전력이 상기 PD(14)로 전달될 수 있다. 그러나, 상기 Vport가 상기 제1 고전력 폴드백 모드에서 30V를 초과할 경우, 상기 PSE는 상기 일반 폴드백 모드에서 보다 더 많은 전력을 소비해야 한다. 따라서, 상기 MOSFET(16)과 같은 PSE의 출력 장치가 고전력을 소비할 수 있을 때, 상기 제1 고전력 폴드백 모드가 설정될 수 있다.
상기 제2 고전력 폴드백 모드는, 상기 제1 고전력 폴드백 모드에서 사용되는 장치보다 낮은 전력을 소비할 수 있는 PSE의 출력 장치를 사용하여 고전력 PD로의 전력전달을 지원할 수 있다. 게다가, 상기 제2 고전력 폴드백 모드는, 상기 IEEE 802.3af 요건들에 따르는 PSE 출력 장치의 전력 소비와 비슷한 전력 소비를 가지는 출력 장치를 사용함으로써, 상기 PSE(12)가 상기 IEEE 802.3af가 요구하는 것보다 더 많은 전력을 전달할 수 있도록 한다.
도4에 도시된 바와 같이, 상기 제2 고전력 폴드백 모드에서, 상기 포트 전압(Vport)이 0V 및 30V사이에 있을 경우, 상기 폴드백 회로(102)는 IEEE 802.3 컴플라이언트(compliant) 특성을 제한하도록 상기 전류 제한 스레시홀드를 제어한다. 30V가 넘는 상기 포트 전압(Vport)에서, 상기 폴드백 회로(102)는 상기 MOSFET(16)에 적용된 상기 전압(VPSE = Vport- - Vsupply-)을 모니터링하고, 이 전압에 따라서 상기 포트 전류(Iport)를 스위치하기 위하여 상기 전류 제한 스레시홀드를 제어한다.
예를 들어, 도4에서 실선(solid line)에 의해 나타난 바와 같이, 30V Vport 레벨을 넘는 폴드백 커브(curve)의 제1 영역은 도1에 나타난 상기 IEEE 802.3 컴플라이언트(compliant) 폴드백 커브와 유사하다. 그러나, 상기 전압 (VPSE )이 선정된(predetermined) 값보다 작을 경우, 상기 폴드백 회로(102)는 상기 전류 제한 회로(104)를 제어하여 상기 각각의 IEEE 802.3 컴플라이언트 레벨보다 실질적으로(substantially) 더 높은 레벨에서 상기 포트 전류(Iport)를 유지한다.
상기 MOSFET(16)에 대한 상기 전압에 따라서 Iport의 상기 값을 제어함으로써, 상기 MOSFET(16)의 전력소비는 상기 IEEE 802.3af 표준에서 정의된 상기 최대 MOSFET 전력 소비를 초과하지 않는 값으로 제한될 수 있다. 예를 들어, 상기 음(negative)인 포트 전위(potential)(Vport-)가 상기 PSE의 음(negative)인 전력 공급 전위(Vsupply-) 이상인 10V보다 작을 경우, 상기 PSE(12)가 Iport를 1A에 이르도록 스위칭한다면, 상기 MOSFET(16)의 상기 전력 소비는 10V x 1A = 10W로 제한될 수 있다. 이것은 상기 IEEE 802.3af 표준에 따르는 PSE에서의 상기 최대 MOSFET전력 소비보다 적다. 따라서, 제2 고전력 폴드백 모드는, IEEE 802.3af 컴플라이언트(compliant) PSE와 똑같은 MOSFET을 사용하면서, 상기 PSE(12)로 하여금 상기 PD(14)로 상기 전류의 두 배(twice)와 상기 전력의 두 배(twice)를 공급하도록 할 수 있다.
상기 폴드백 회로(102)는 상기 온도에 따라서 폴드백 절차를 제어하도록 온도 신호를 제공하는 상기 온도 센싱(sensing) 회로(108)에 의해 제어 될 수 있다. 상기 MOSFET(16)과 같은 반도체 장치는 장치의 성능이 저하되거나(degrade) 장치가 손상(fail) 되는 일정한(fixed) 최대 온도를 가진다. 그러므로, 손상 없이 전력을 소비하는 상기 반도체 장치의 특성은 상기 온도에 달려있다. 특히, 반도체 장치의 상기 전력 소비는 상기 온도가 증가할 수록 감소하게 된다. 반도체 장치의 전력 소비는 반도체 장치의 초기(initial) 온도뿐만 아니라, 반도체 장치의 주위(ambient) 온도에도 의존한다. 이때, 상기 주위온도는 공기중의 온도 및, 회로 기판 또는 상기 반도체 장치가 전력을 소비할 때 열을 수취하는 히트 싱크(heat sink)와 같은 요소들에 의해서 정해질 수 있다.
PSE에서, 콘트롤 로직(control logic)과 같은 회로들은 실질적으로(substantially) 많은 양의 전력을 소비하기 전에 구동된다(run). 그러므로, 상기 PSE로부터 전력을 공급하는데 사용되는 상기 반도체 장치의 상기 온도는 상기 반도체 장치의 초기온도 및 그 주위 온도에 대한 표시를 줄 수 있다. 따라서, 상기 온도 센싱 회로(108)는 상기 MOSFET(16)의 상기 온도를 결정하여 이 온도에 따라서 상기 폴드백 회로(102)를 제어할 수 있다.
상기 온도 센싱 회로(108)로부터의 상기 온도 신호에 기초하여, 상기 폴드백 회로(102)는 상기 포트 전류(Iport)가 더 높은 레벨로 스위치 되는 상기 포트 전압(Vport)의 상기 값을 바꿀 수 있다. 특히, 이 전압 값은 더 높은 온도에서 증 가될 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 상기 폴드백 회로(102)는 상기 MOSFET(16)의 상기 전력 소비를 줄이면서 상기 온도 상승의 경우에도 상기 IEEE 802.3af 표준에 따를 수 있도록 하기 위하여, 낮은 Iport 에서 높은 Iport레벨로의 온도에 따른 단계적 천이(transition)를 수행할 수 있다.
상기 제1 고전력 폴드백 모드에서, 높은 온도에 응답하여, 상기 폴드백 회로(102)는 상기 포트 전류(Iport)가 더 높은 레벨로 변화되는 상기 포트 전압(Vport)을 증가시킬 수 있다.
상기 제2 고전력 폴드백 모드에서, 상기 폴드백 회로(102)가 상기 IEEE 802.3 컴플라이언트(compliant) 레벨로부터 더 높은 포트 전류로의 변화를 초기화하는 상기 선정된 값(VPSE)은 온도에 의존한다. 온도가 올라갈수록, 상기 선정된 값(VPSE)은 감소될 수 있다. 따라서, 낮은 온도에서의 상기 선정된 값(VPSE)보다 더 작은 선정된 값보다 상기 전압(VPSE)이 작을 경우, 높은 온도에서, 상기 Iport 전류는 상기 IEEE 802.3 컴플라이언트 레벨로부터 더 높은 레벨로 스위치하게 된다.
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.
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 (21)

  1. 통신 링크를 통해서 전력을 제공하는 시스템에 있어서,
    상기 통신 링크를 통해 부하(load)로 전력을 제공하며, 반도체 장치를 통해 전력을 공급하도록 구성된 전력 공급 장치;
    상기 전력 공급 장치의 출력 전류가 선정된(prescribed) 전류 스레시홀드(threshold) 레벨에서 설정된 전류 스레시홀드를 초과하는 것을 방지하는 전류 제한(limit) 회로; 및
    상기 전력 공급 장치의 출력 전압이 선정된(prescribed) 출력 전압 값 이하일 경우 상기 전류 스레시홀드를 감소시키는 폴드백(foldback) 회로
    를 포함하고,
    상기 폴드백 회로는 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨보다 크게 상기 전류 스레시홀드를 증가시키도록 제어되는 것을 특징으로 하는 전력 제공 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 공급 장치의 상기 출력 전압이 상기 선정된 출력 전압 값 이상일 경우, 상기 폴드백 회로는 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨보다 크게 상기 전류 스레시홀드를 증가시키도록 제1 모드에서 작동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 제공 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 장치에 대한 전압이 선정된(prescribed) 반도체 전압 값 미만일 경우, 상기 폴드백 회로는 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨보다 크게 상기 전류 스레시홀드를 증가시키도록 제2 모드에서 작동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 제공 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 모드에서, 상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 상기 선정된 반도체 전압 값 이상일 경우, 및 상기 전력 공급 장치의 상기 출력 전압이 상기 선정된 출력 전압 값 이상일 경우, 상기 폴드백 회로는 상기 전류 스레시홀드를 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨로 유지하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 전력 제공 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 모드에서, 상기 전력 공급 장치의 상기 출력 전압이 상기 선정된 출력 전압 값 미만일 경우, 상기 폴드백 회로는 상기 전류 스레시홀드를 감소시키도록 작동하는 것을 특징으로 하는 전력 제공 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 반도체 장치의 제1 온도에서, 상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 선 정된(predescribed) 제1 반도체 전압 값 미만일 경우, 상기 폴드백 회로는 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨보다 크게 상기 전류 스레시홀드를 증가시키고, 상기 제1 온도보다 높은 상기 반도체 장치의 제2 온도에서, 상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 상기 선정된 제1 반도체 전압 값보다 작은 선정된(predescribed) 제2 반도체 전압 값 미만일 경우, 상기 폴드백 회로는 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨보다 크게 상기 전류 스레시홀드를 증가시키는 것을 특징으로 하는 전력 제공 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴드백 회로는 선정된(predetermined) 부하가 상기 전력 공급 장치의 출력에서 검출되는 경우, 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨보다 크게 상기 전류 스레시홀드를 증가시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 제공 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 폴드백 회로는 제1 제어 신호에 응답하여 상기 제1 모드로 스위치하고, 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제2 모드로 스위치 하는 것을 특징으로 하는 전력 제공 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 폴드백 회로는 상기 반도체 장치가 제1 타입 반도체 장치일 경우, 상기 제1 모드로 스위치하고, 상기 반도체 장치가 상기 제1 타입 반도체 장치보다 전력을 적게 소비할 수 있는 제2 타입 반도체 장치일 경우, 상기 제2 모드로 스위치 하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 전력 제공 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 장치는 MOSFET를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제공 시스템.
  11. 반도체 장치를 통해 부하(load)에 전력을 제공하는 방법에 있어서,
    선정된(prescribed) 전류 스레시홀드(threshold) 레벨에서 전류 스레시홀드를 설정하여 전력 공급 장치의 출력 전류가 상기 전류 스레시홀드를 초과하는 것을 방지하는 단계;
    상기 전력 공급 장치의 출력 전압이 선정된(prescribed) 출력 전압 값 이하일 경우, 상기 전류 스레시홀드를 감소시키는 단계; 및
    기 설정된(preset) 모드로 스위칭 함으로써 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨보다 크게 상기 전류 스레시홀드를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제공 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전력 공급 장치의 상기 출력 전압이 상기 선정된 출력 전압 값 이상일 경우, 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨보다 크게 상기 전류 스레시홀드를 증가시키도록 제1 모드에서 작동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제공 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 반도체 장치에 대한 전압이 선정된(prescribed) 반도체 전압 값 미만일 경우, 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨보다 크게 상기 전류 스레시홀드를 증가시키도록 제2 모드에서 작동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제공 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 기설정 모드에서, 상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 상기 선정된 반도체 전압 값 이상일 경우, 및 상기 반도체 장치에 대한 상기 출력 전압이 상기 선정된 출력 전압 값 이상일 경우, 상기 전류 스레시홀드는 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨에서 유지되는 것을 특징으로 하는 전력 제공 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 모드에서, 상기 전력 공급 장치의 상기 출력 전압이 상기 선정된 출력 전압 값 미만일 경우, 상기 전류 스레시홀드는 감소되는 것을 특징으로 하는 전력 제공 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 반도체 장치의 제1 온도에서, 상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 제1 선정된(prescribed) 반도체 전압 값 미만일 경우, 상기 전류 스레시홀드는 증가하고, 상기 제1 온도보다 높은 상기 반도체 장치의 제2 온도에서, 상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 상기 제1 선정된 반도체 전압 값보다 작은 제2 선정된(prescribed) 반도체 전압 값 미만일 경우, 상기 전류 스레시홀드는 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨보다 크게 증가하는 것을 특징으로 하는 전력 제공 방법.
  17. 반도체 장치를 통해서 부하(load)에 전력을 제공하는 시스템에 있어서,
    전류가 선정된(prescribed) 전류 스레시홀드(threshold) 레벨에서 설정된 전류 스레시홀드를 초과하는 것을 방지하는 전류 제한(limit) 회로; 및
    상기 반도체 장치에 대한 전압이 제1 반도체 전압 값을 초과할 경우, 상기 전류 스레시홀드를 감소시키는 폴드백(foldback) 회로
    를 포함하고,
    상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 제2 반도체 전압 값 미만일 경우, 상기 폴드백 회로는 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨보다 크게 상기 전류 스레시홀드를 증가시키도록 선정된(prescribed) 모드에서 작동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 제공 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 선정된 모드에서, 상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 상기 제2 반도체 전압 값 이상이면서 상기 제1 반도체 전압 값을 초과하지 않을 경우, 상기 폴드백 회로는 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨에서 상기 전류 스레시홀드를 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 제공 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 선정된 모드에서, 상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 상기 제1 반도체 전압 값을 초과할 경우, 상기 폴드백 회로는 상기 전류 스레시홀드를 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 제공 시스템.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 반도체 장치의 제1 온도에서, 상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 제1 반도체 전압 레벨 미만일 경우, 상기 폴드백 회로는 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨보다 크게 상기 전류 스레시홀드를 증가시키고, 상기 제1 온도 보다 높은 상기 반도체 장치의 제2 온도에서, 상기 반도체 장치에 대한 상기 전압이 상기 제1 반도체 전압 레벨보다 작은 제2 반도체 전압 레벨 미만일 경우, 상기 폴드백 회로는 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨보다 크게 상기 전류 스레시홀드를 증가시키는 것을 특징으로 하는 전력 제공 시스템.
  21. 로컬 영역 네트워크 (LAN: Local area network) 에 있어서,
    적어도 한 쌍의 네트워크 노드(nodes);
    네트워크 허브; 및
    상기 네트워크 노드가 상기 네트워크 허브에 접속되어 데이터 통신을 제공하는 통신 케이블링(communication cabling)
    을 포함하고,
    상기 네트워크 허브는 상기 통신 케이블링을 통해 부하에 전력을 공급하는 전력 공급 장치를 구비하고, 상기 전력 공급 장치는 상기 전력 공급 장치의 출력 전류가 선정된(prescribed) 전류 스레시홀드(threshold) 레벨에서 설정된 전류 스레시홀드를 초과하는 것을 방지하는 전류 제한 회로; 및 상기 전력 공급 장치의 출력 전압이 선정된(prescribed) 출력 전압 값 이상일 경우, 상기 전류 스레시홀드를 감소시키는 폴드백(foldback) 회로를 포함하고, 상기 폴드백 회로는 상기 선정된 전류 스레시홀드 레벨보다 크게 상기 전류 스레시홀드를 증가시키도록 선정된(prescribed) 모드에서 작동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로컬 영역 네트워크.
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