KR20170131263A

KR20170131263A - PoE 또는 PoDL 시스템의 전원 인터페이스의 유지 전력 특성 컨트롤러

Info

Publication number: KR20170131263A
Application number: KR1020170061663A
Authority: KR
Inventors: 마이클 폴; 데이비드 엠 스토버; 히스 디 스튜어트; 제프리 엘 히스
Original assignee: 리니어 테크놀러지 엘엘씨
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2017-11-29
Also published as: US10263794B2; KR101960163B1; EP3247071B1; EP3247071A1; CN107404384A; JP2017208819A; CN107404384B; US20170338969A1; JP6425768B2

Abstract

본 발명은 DC 전력이 PSE에 의해 예를 들어 차동 데이터 와이어 쌍을 통해 PD에 공급되는 시스템에 관한 것이다. IEEE 표준에 의하면, PSE가 DC 전압을 계속 공급하도록 하기 위해 PD로부터 최소 전류를 인출하도록 요구한다. PD가 저전력 모드에 있으면, PSE는 보통 DC 전압을 공급하기를 중단할 것인데, 이것은 전원을 다시 켜기 위한 새로운 검출 및 분류 루틴이 필요하다. 이를 방지하기 위해, "유지 전력 특성" 컨트롤러는 PD 입력과 PD의 풀 브리지 정류기 사이에 접속된 전류원에 의해 주기적인 전류 펄스를 제공한다. PD가 저전력 모드에 있는 동안 풀 브리지 정류기를 역 바이어스시키는 DC 전압의 하강이 있더라도 전류 펄스에 영향을 주지 않으며, 따라서 PSE는 계속해서 DC 전압을 공급할 것이다.

Description

PoE 또는 PoDL 시스템의 전원 인터페이스의 유지 전력 특성 컨트롤러{MAINTAIN POWER SIGNATURE CONTROLLER AT POWER INTERFACE OF PoE OR PoDL SYSTEM}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 마이클 폴(Michael Paul) 등이 2016년 5월 19일 출원한 미국 가출원 제 62/338,963 호의 우선권을 주장한다.

발명의 분야

본 발명은 DC 전압 및 차동 데이터가 동일한 케이블을 통해 예를 들어 이더넷 전원장치(Power over Ethernet, PoE) 또는 데이터 라인 전원장치(Power over Data Line, PoDL) 시스템 내의 전력 디바이스(Powered Device, PD) 부하에 전송되는 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 특히 전원 설비(Power Sourcing Equipment, PSE)가 케이블을 통해 PD 부하에 DC 전압을 계속해서 공급하도록 하기 위해 PSE에 의해 최소 PD 부하 전류가 검출되는 시스템에서 IEEE 요건을 충족시키는 것에 관한 것이다.

PoE 시스템에서, DC 전압은 PSE에 의해 차동 이더넷 데이터를 전달하는 것과 동일한 와이어 쌍을 통해 공급된다. 대안으로, DC 전압은 CAT-5 이더넷 케이블의 예비 와이어 쌍을 통해 전달될 수 있고, 반면에 차동 데이터는 동일한 CAT-5 케이블의 데이터 와이어 쌍을 통해 전달된다. 유사하게, PoDL 시스템에서는 단 하나의 와이어 쌍이 사용되며, DC 전압 및 차동 데이터는 동일한 와이어 쌍을 통해 전달된다. PSE 및 PD는 모두 와이어를 통해 전송된 AC(데이터) 및 DC 전압 신호를 분리하는 회로(예를 들어, 변압기, 인덕터, 캐패시터)를 가지고 있다. DC 전압은 모든 PD 구성요소에 전력을 공급하며, 데이터는 PHY(physical layer component, 물리 계층 구성요소)에 의해 처리된다. 다양한 표준이 IEEE 802.3에 설명되어 있고 잘 알려져 있다.

IEEE 표준은 전체(full) DC 전압이 PSE에 의해 와이어 쌍에 연결되기 전에 저전력 핸드셰이킹 루틴(handshaking routine)을 요구한다. 이러한 핸드셰이킹 루틴은 PD가 그의 입력에서 PoE와 호환 가능하다는 것을 의미하는 대략 25kOhms를 제공하는지를 결정하는 특성 저항 시험(signature resistance test)을 포함할 수 있다. 그러하다면, 이후 PD의 전력 요건을 식별하는 저전력 분류 시험(low power classification test)이 수행될 수 있다. 만일 핸드셰이킹 루틴으로부터 PD가 DC 전압을 수신하는 것과 호환되고 PSE가 필요한 전력을 공급할 수 있다고 전해지면, PSE는 와이어에 DC 전압을 공급하여 PD에 충분한 전력을 공급한다. DC 전압은 예를 들어, 약 44 볼트일 수 있지만, 시스템에 따라 다른 전압이 적절할 수 있다.

시스템이 켜질 때마다, PD가 비 PoE 또는 비 PoDL 시스템으로 교체된 상황에서는 핸드셰이킹 루틴이 수행되어야 한다.

IEEE는 또한 PSE가 PD에 전체 DC 전압을 계속 공급하도록 하기 위해 PSE가 검출해야 하는 최소 부하 전류(a minimum load current)(“유지 전력 특성(a maintain power signature”)를 명시하고 있다. PD 부하 전류가 최소 임계 전류 아래로 내려가면, PSE는 PD가 접속 해제되었다고 가정하고 DC 전압을 종단한다. PD는 또한 PSE가 DC 전압을 계속 공급하도록 하기 위해 정상 작동 중에 PSE에 의해 주기적으로 감지되는 와이어를 통해 특정의 최소 캐패시턴스를 제공하는 것이 필요할 수도 있다.

PD가 접속을 유지하고 있지만 저전력 슬립 모드로 진행하여 최소 전류 레벨을 충족시키지 못하는 경우에도, PSE는 DC 전압을 중단하고 DC 전압이 다시 인가되기 전에는 새로운 핸드셰이킹 루틴을 수행해야 한다. 일부 애플리케이션에서, 특히 PD가 작동하기 전에 PD 내 대형 캐패시터가 충전되어야 한다면, 전력 공급 시간이 중요시될 수 있다.

올바른 극성의 DC 전압이 PD 부하에 확실하게 공급되도록 하기 위해, IEEE 표준은 PD 입력과 PD 부하 사이에서 풀 브리지 정류기(full bridge rectifier)를 요구한다. 통상적으로 평활 캐패시터는 정류기의 출력 양단에 연결되어 DC 전압을 평활한다. PD가 소요 기간 내에 "유지 전력 특성"(maintain power signature, MPS) 레벨 이상으로 전류 펄스를 생성하더라도, 전류는 여전히 풀 브리지 정류기를 통과해야 한다. PD 부하가 저전력 모드로 들어가고 평활 캐패시터가 완전히 충전되는 상황(이 상황은 일반적으로 발생함)에서, 입력 DC 전압이 캐패시터 전압 아래로 하강(droop)하기라도 하면 풀 브리지 정류기가 역 바이어스된다. 따라서, 정류기는 모든 PD 전류 펄스를 차단한다. 이로 인해 PSE는 전류 펄스를 파악하지 못하고 DC 전압을 차단하게 된다.

그러므로 PD가 저전력 모드로 들어가고(풀 브리지 정류기를 역 바이어스시키는) 입력 DC 전압 하강(voltage droop)이 있을 때, 그럼에도 불구하고 PD가 MPS 임계 전류 이상의 전류 펄스를 공급하여 PSE가 DC 전압을 종단하지 않도록 할 수 있는 PoE 또는 PoDL 타입 시스템이 필요한 것이다. 이것은 PD가 완전히 작동 모드로 진행할 때 PD의 더 신속한 시작을 가능하게 해줄 것이다.

PSE가 와이어 쌍(들)에 DC 전압을 계속 공급하도록 하기 위해 PD 부하 자체에 의존하여 (IEEE 802.3 표준에 의해 명시된) PSE에 필요한 최소 전류 부하를 제공하는 대신, 본 발명의 "유지 전력 특성(MPS)" 컨트롤러는 최소 전류를 제공하기 위해 DC 디커플링 컴포넌트(변압기 또는 인덕터)의 바로 다운스트림의 PD의 입력 포트에 접속된다. MPS 컨트롤러는 풀 브리지 정류기의 업스트림으로 연결되며, 그래서 정류기의 (이를테면, DC 전압 하강으로 인한) 임의의 역 바이어스는 MPS 컨트롤러의 성능에 영향을 미치지 않는다. 이러한 방식으로, 정류기를 역 바이어스시키는 DC 전압 하강이 있더라도, PSE가 DC 전압을 중단하지 않고도 PD 부하는 저 전류 모드로 들어갈 수 있다. 그러므로 PD가 저전력 모드로부터 완전 동작 모드로 들어갈 때까지는 어떠한 지연도 없다.

저전력 모드는 PSE 전압에 의해 PD의 PHY 만이 전력을 공급받는 (그래서 데이터가 통신될 수 있는) 모드일 수 있다. 이러한 전류 인출은 대략 100 마이크로 암페어 정도일 수 있으며, 이것은 DC 전압을 계속 공급하기 위해 PSE에 의해 감지되는데 필요한 MPS 전류 미만이다.

진화하는 시스템에 적응하기 위해 시간이 지남에 따라 MPS에 대한 IEEE 표준이 변경되겠지만, 현재 하나의 MPS 표준은 PSE가 PD에 의해 인출된 전류를 지속적으로 모니터링하는 317ms의 각 기간에 걸쳐 적어도 7ms 동안 최소 10mA의 PD 최소 전류가 존재한다는 것이다. 일 실시예에서, 본 발명의 MPS 컨트롤러는 적어도 최소 전류를 생성하는 전류원을 포함하며, 이와 같은 저 전류는 와이어 쌍을 통해 간헐적으로 인가되어 IEEE MPS 표준을 충족시킨다. 그러므로 PSE는 PD 부하 자체가 최소 전력 상태에서 전혀 전류를 인출하지 않고 DC 전압이 풀 브리지 정류기의 다운스트림의 캐패시터 전압 아래로 하강하더라도 DC 전압을 계속 공급한다.

일 실시예에서, MPS 컨트롤러는 PD 부하 자체가 MPS 최소 전류 표준보다 높은 전류를 인출하는 중일지라도 항상 활성 상태에 있다. 다른 실시예에서, 효율을 향상하기 위해, PD 부하가 MPS 최소 전류 표준보다 큰 전류를 인출한다면, MPS 컨트롤러는 활성화되지 않는다.

일 실시예에서, MPS 컨트롤러 전류원은 풀 브리지 정류기의 입력 양단에 전류원을 연결함으로써 풀 브리지 정류기를 완전히 바이패스한다. 다른 실시예에서, MPS 컨트롤러 전류원은 풀 브리지 정류기의 입력에 직접 접속된 하나의 단자를 가지며, 능동형 브리지 내의 다이오드 또는 MOSFET과 같은 하나 이상의 정류 요소를 통해 전류를 인출하거나 되돌린다. 전류원은 요건이 다른 여러 시스템에서 사용하기 위해 조정 가능할 수도 있다.

일 실시예에서, 감지 요소는 PD 부하에 의해 인출되는 전류를 검출하며, MPS 컨트롤러가 최소 전류를 공급할 필요가 있는지에 따라 MPS 컨트롤러를 인에이블 또는 디스에이블한다. 감지 요소는 풀 브리지 정류기 내의 MOSFET 또는 직렬 감지 저항일 수 있으며, MOSFET 또는 감지 저항 양단의 전압 강하는 PD 부하 전류에 비례한다.

MPS 컨트롤러 전류원은 풀 브리지 정류기 앞에 삽입되기 때문에, MPS 컨트롤러에서 추가 정류기는 전류원에 의한 적절한 전류 흐름 방향을 보장하는데 사용될 수 있다.

MPS 컨트롤러 회로는 PD 입력에서 입력 DC 전압의 극성을 이미 검출하고 있으므로 능동형 풀 브리지 정류기 용 컨트롤러를 또한 포함할 수 있다.

MPS 컨트롤러는 중복을 피하기 위해 능동형 정류기 컨트롤러와 정보를 공유할 수 있다. 예를 들어, 능동형 정류기 컨트롤러는 입력 DC 전압의 극성을 검출하여 MPS 컨트롤러에게 어떤 와이어 쌍이 전류를 인출하고 어떤 와이어 쌍이 전류를 되돌리는지를 알릴 수 있다. MPS 컨트롤러는 PD가 저전력 모드에 있다고 결정될 때 능동형 정류기 컨트롤러에게 능동형 기능을 중단(즉, 정류하는 MOSFET를 제어하는 것을 중단)하고 MOSFET 내부 다이오드를 사용하여 전력 소비를 줄이라고 알릴 수 있다. 그런 다음 MPS 컨트롤러는 와이어 쌍에 저 전류 펄스를 공급하여 PSE가 계속하여 전력을 공급하도록 한다.

PD 컨트롤러는 핸드셰이킹 루틴을 수행하고 스위치를 닫아서 DC 전압을 PD 부하(또는 DC/DC 컨버터)에 연결하는 것과 같은 다양한 다른 기능을 수행한다. 풀 브리지 정류기, MPS 컨트롤러 및 PD 컨트롤러는 단일 칩으로 형성될 수 있으며, 그래서 MPS 컨트롤러를 시스템에 추가함으로써 추가 비용이나 복잡성이 없다.

MPS 컨트롤러의 개념은 PoE(두 개 이상의 와이어 쌍) 또는 PoDL(단일 와이어 쌍)에 적응될 수 있다.

다른 실시예가 개시된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라서, DC 전압이 PSE에 의해 두 세트의 와이어 쌍을 통해 PD에 공급되고, 그리고 MPS 컨트롤러가 DC 디커플링 변압기와 풀 브리지 정류기 사이에서 PD에 연결되는 PoE 시스템을 예시한다.
도 2는 도 1의 MPS 컨트롤러의 더 세부사항을 예시한다.
도 3은 도 2의 MPS 컨트롤러에서 사용되는 전류원일 수 있는 통상의 전압 제어 전류원(voltage controlled current source)을 예시한다.
도 4는 PSE로부터의 DC 전압의 극성과 관계없이 전류원이 와이어 쌍에 확실히 적절하게 접속되도록 하기 위해, 풀 브리지 정류기를 갖고, 도 1의 풀 브리지 정류기와 분리된 MPS 컨트롤러의 일 실시예를 예시한다.
도 5는 도 4와 유사하지만, 데이터 쌍 및 예비 쌍을 통해 최소 전류를 인출하기 위해 단일의 전류원이 어떻게 사용될 수 있는지를 예시한다.
도 6은 MPS 컨트롤러는 입력 DC 전압에 연결되어 있으며 와이어 쌍을 통해 전류원에 적절히 공급하기 위해 먼저 극성을 결정해야 하기 때문에, MPS 컨트롤러가 능동형 풀 브리지 정류기의 MOSFET를 어떻게 제어할 수 있는지를 예시한다.
도 7은 MPS 컨트롤러 전류원이 도 1의 풀 브리지 정류기를 어떻게 완전히 바이패스하는지를 예시한다.
도 8은 MPS 컨트롤러 전류원이 그의 모든 이점을 여전히 성취하면서 풀 브리지 정류기 내의 순방향 바이어스된 정류기 중 하나를 통해 어떻게 전류를 인출하는지를 예시한다.
도 9는 MPS 컨트롤러 전류원이 그의 모든 이점을 여전히 성취하면서 풀 브리지 정류기 내의 순방향 바이어스된 정류기 중 하나를 통해 어떻게 전류를 반환하는지를 예시한다.
도 10은 PD 부하에 적절한 극성의 DC 전압을 제공하기 위한 능동형 풀 브리지 정류기를 예시하며, 이 능동형 풀 브리지 정류기에서 PD 부하 전류가 감지되며, 만일 부하 전류가 임계치 아래로 떨어지면, MPS 컨트롤러 전류원이 인에이블된다.
도 11은 MPS 컨트롤러가 능동형 풀 브리지 정류기 컨트롤러를 포함하는 실시예를 도시하며, 이 실시예에서 정류기 컨트롤러는 입력 DC 전압의 극성 및 PD 부하 전류의 크기를 검출하여, 1) MPS 컨트롤러 전류원이 적절히 와이어 쌍에 접속되게 하고, 2) 절전을 위해 저전력 모드에서 능동형 정류기를 턴 오프하며, 3) 절전을 위해 PD의 저전력 모드에서만 MPS 컨트롤러 전류원을 인에이블할 수 있다.
다양한 도면에서 동일하거나 동등한 요소는 동일한 번호로 표시된다.

MPS 컨트롤러는 CAT-5 케이블의 데이터 와이어 쌍과 예비 와이어 쌍을 모두 사용하여 DC 전압을 전도하는 PoE 시스템 내에 있는 것으로 설명되지만, MPS 컨트롤러는 DC 전압을 (차동 이더넷 데이터와 함께) 오직 데이터 와이어 쌍을 통해서만 또는 오직 예비 와이어 쌍(일반적으로 차동 데이터를 전송하지 않음)을 통해서만 전도하는 PoE 시스템에서 사용할 수 있다. 또한 MPS 컨트롤러는 단일 와이어 쌍을 사용하여 DC 전압 및 차동 데이터 모두 다를 전도하는 PoDL 시스템에 사용될 수 있다.

도 1에서, 통상의 PSE(12)는 두 세트의 트위스트형 데이터 와이어 쌍(14 및 16)을 통해 44볼트와 같은 DC 전압을 공통 모드 전압으로서 공급한다. 음의 전압 및 0볼트를 사용하는 레거시 전화 장비를 수용하기 위해, PSE(12)는 하나의 데이터 와이어 쌍을 통해 0볼트를 공급하고 다른 데이터 쌍을 통해 -44볼트를 공급할 수 있다. DC 전압은 전형적으로 최대 57볼트일 수 있다. 다른 시스템에서, 전압은 8 볼트와 같이 훨씬 낮을 수 있다. 데이터 와이어 쌍(14)은 또한 차동 송신 데이터를 전달할 수 있으며, 데이터 와이어 쌍(16)은 또한 충돌을 줄이기 위해 차동 수신 데이터를 전달할 수 있다.

PD(18)에 더 많은 전력을 공급하고 와이어를 따라서 생기는 전압 강하를 최소화하기 위해, 동일한 DC 전압이 두 세트의 트위스트형 예비 와이어 쌍(20, 22) 양단에 인가될 수 있다. 예비 와이어 쌍(20, 22)은 차동 데이터를 전달할 수도 또는 전달하지 않을 수도 있다.

4 개의 와이어 쌍은 일반적으로 CAT-5 케이블 끝에 있는 RJ-45 플러그 용 소켓인 PD 커넥터(24)에서 종단된다.

중앙 탭 변압기(center-tapped transformer)(26)는 차동 데이터로부터 공통 모드 DC 전압을 디커플링한다. 차동 데이터는 차동 데이터의 처리를 위한 PD(18) 내의 통상적인 PHY(도시되지 않음)에 제공된다. PHY는 애플리케이션에 따라 예비 와이어 쌍(20 및 22)에 연결되거나 연결되지 않을 수 있다. 시스템의 데이터 처리 양상은 본 발명과 관련이 없으며 관례적인 것일 수 있다.

와이어 쌍 상의 DC 전압은 어느 하나의 극성일 수 있지만, 도 1에서는 전압을 0볼트 또는 -44볼트로 식별함으로써 극성의 예를 식별한다. 전압 크기는 임의적이다.

MPS 컨트롤러(32)는 PD 부하(38)에 들어오는 입력 DC 전압을 정류하는 풀 브리지 정류기(34 및 36)를 바이패스하기 위해 4개의 변압기(26)의 중앙 탭에 접속된 것으로 도시된다. MPS 컨트롤러(32)는 PSE(12)가 DC 전압을 계속 공급하도록 하기 위해 PSE(12)에 의해 요구되는 최소 전류를 초과하는 와이어 쌍을 통한 전류를 인출하고 되돌리는 타이머 및 전류원(나중에 설명됨)을 포함한다. 이러한 최소 전류에 대한 IEEE 표준은 진화하고 있지만, 본 발명에서는 PSE(12)가 PD(18)에 의해 인출되는 전류를 지속적으로 모니터링하는 317ms의 각 기간에 걸쳐 최소 7ms 동안 최소 전류가 10mA라고 가정할 것이다. 타이머는 PD(18)가 저전력 모드로 들어가더라도 PSE(12)가 계속해서 DC 전압을 공급할 수 있도록, 최소 필요 전류(minimum required current) 및 "온(on)" 시간을 초과하는 필요 펄스를 전류원에 공급한다.

PD(18)는 적어도 최소 캐패시턴스 및/또는 특성 저항(signature resistance)을 PSE(12)에 제공할 수 있으며, 그래서 PD 부하(38)가 실질적으로 아무 전력도 소모하지 않더라도 PSE(12)는 PD(18)가 여전히 물리적으로 접속되어 있는 것을 보장할 수 있다.

통상의 저전력 검출 및 분류 루틴(classification routine)(핸드셰이킹 루틴)에 의해 결정되는 것으로서, PD가 PoE 호환 가능한 경우에만 PSE(12)는 초기에 와이어 쌍에 DC 전압을 공급한다. MPS 컨트롤러(32)는 핸드셰이킹 루틴에 영향을 미치지 않는다. 검출되는 특성은 PD 컨트롤러(40)에 의해 풀 브리지 정류기(34, 36)의 출력을 통해 제공되는 25kΩ 저항일 수 있다. PD 컨트롤러(40)는 또한 분류 루틴을 수행하여 적어도 PD(18)의 전력 요건을 확인한다. 일단 PSE(12)가 전체 DC 전압을 공급하면, PD 컨트롤러(40)는 전압이 임계치보다 높은지를 검출한 다음 스위치(S1)를 폐쇄하여 PD 부하(38)에 전체 전압을 연결시킨다. PD 부하(38)는 입력 DC 전압을 그의 각종 구성요소의 작동 전압으로 변환하기 위한 DC/DC 변환기를 구비할 수 있다. 평활 캐패시터(C1)는 정류된 전압을 평활하며, 전체 DC 전압으로 충전될 것이다.

PD 부하(38)가 저전력 모드에 있다면, PD 부하(38)는 캐패시터(C1)로부터 상당한 전류를 인출하지 않을 것이며, 그래서 캐패시터(C1) 양단의 전압은 한동안 하이(high)로 유지된다. 만일 입력 DC 전압이 조금이라도 하강하면, 정류기(34 및 36)는 역 바이어스될 것이다. MPS 컨트롤러(32)가 정류기(34/36)와 PD 부하(38) 사이에 연결되어 있다면, 단지 MPS 컨트롤러 전류원은 PSE(12)가 아닌 캐패시터(C1)로부터 전류를 인출하였을 것이다. 결과적으로, PSE(12)는 인출되는 어떠한 전류도 검출하지 못하며, IEEE 표준에 따라 DC 전압을 종단할 것이다. 그러므로 PD부하(38)가 정상 동작을 다시 시작하기 전에 새로운 핸드셰이킹 루틴 및 캐패시터 충전이 수행되어야 했을 것이다. 이것은 상당한 지연을 추가시킬 수 있다.

본 발명에서, MPS 컨트롤러(32) 내의 전류원은 풀 브리지 정류기(34, 36)로부터 업스트림에 위치하기 때문에, DC 전압 하강으로 인한 정류기의 임의의 역전도(reverse conductance)는 PSD(12)가 MPS 컨트롤러(32) 내의 전류원에 의해 인출된 전류를 검출하는 것에 영향을 미치지 않을 것이다.

MPS 컨트롤러(32) 내의 전류원은 PSE(12)가 DC 전압을 계속 공급하는데 필요한 최소 전류 이상으로 임의의 양을 인출할 수 있지만, 전류를 펄스 형태로 공급하는 것이 더 에너지 효율적이다. 도 2는 타이머(44)가 PSE(12)에 의해 검출되어야 하는 적어도 최소 전류를 제공하기 위해 한 쌍의 전압 제어 전류원(46 및 48)에 주기적인 펄스를 공급하는 MPS 컨트롤러(32)의 예를 예시한다. 일 실시예에서, 타이머 펄스는 IEEE 최소 전류 요건을 충족시키기 위해 7ms보다 큰 폭과 250ms를 초과하지 않는 주기를 갖는다. 펄스의 크기는 전압 제어 전류원(46 및 48)이 각각 IEEE 최소 전류 요건을 충족시키기 위해 적어도 10mA를 인출하는 그런 정도이다. 전압 제어 전류원이 도시되지만, 전류원은 그 대신 고정된 전류를 인출할 수 있으며, 타이머 펄스는 필요한 시간 동안 와이어 쌍을 통해 전류원을 연결시키는 스위치를 제어한다.

도 3은 사용될 수 있는 통상의 전압 제어 전류원(46)을 예시한다. 전압 제어 전류원(46)의 동작은 잘 알려져 있다. 연산 증폭기(50)는 MOSFET(Q1)의 게이트에 충분한 전압을 공급하여, 전류에 비례하는, 연산 증폭기(50)의 입력에서의 제어 전압과 같은, 저항기(R1) 양단의 전압 강하를 일으키도록 한다.

PSE(12)는 와이어 쌍에 두 개의 극성 중 어느 한 극성으로 DC 전압을 인가할 수 있다. 따라서, MPS 컨트롤러 전류원은 어느 한 극성으로 PSE(12)로부터 전류를 인출할 수 있어야 한다. 도 4는 MPS 컨트롤러(32) 내의 데이터 와이어 쌍 및 예비 와이어 쌍에 대한 풀 브리지 정류기(52 및 54)를 예시한다. 정류기 내의 다이오드는 전류원(46 및 48)이 적절한 방향으로 전류를 인출하고 되돌릴 수 있도록 PSE(12)로부터의 입력 DC 전압이 적절히 정류되게 한다. 정류기(54) 내에는 순방향 바이어스된 다이오드를 통한 전류의 방향을 예시하는 화살표가 도시된다. 정류기(52 및 54)는 도 1의 정류기(34 및 36)와 별개이다.

도 5는 도시된 구성에서 단지 하나의 전류원(48)이 필요한 방법을 예시한다. 도 5에서, 전류는 (0VDC에서) 데이터 와이어 쌍을 통해 인출되고 (-44VDC에서) 예비 와이어 쌍을 통해 되돌려진다.

도 6은 어떻게 풀 브리지 정류기(34 및 36)가 (정류 소자로서 MOSFET을 사용하는) 통상의 능동형 정류기일 수 있으며, MOSFET의 제어가 MPS 컨트롤러(58)에 의해 제어되는지를 예시한다. MPS 컨트롤러(58)는 원래의 극성의 DC 전압을 받을 수 있기 때문에, 극성을 결정할 수 있으며 정류기(34 및 36) 내 MOSFET를 제어하여 PD 부하(38)에서 적절한 극성을 생성할 수 있다. 능동형 정류기는 잘 알려져 있으며 입력 전압 전위를 비교하여 극성을 결정하는 비교기를 사용한다. 그런 다음 비교기의 출력은 원하는 극성을 출력하기 위해 하이 측 MOSFET 중 하나 및 로우 측 MOSFET 중 하나를 턴 온하는데 사용된다. 이러한 비교기 및 게이트 드라이버는 MPS 컨트롤러(58) 내에 존재한다.

도 7은 데이터 와이어 쌍(14 및 16)에 연결되는 PSE 전압원(60)을 도시하며 또한 MPS 컨트롤러 내의 전류원(62)이 도 1의 정류기(34)와 같은 풀 브리지 정류기의 입력에만 어떻게 접속되는지를 보여주는 간략화된 도면으로, 여기서 다이오드(D1, D2)는 정류기(34) 내의 순방향 바이어스된 다이오드를 나타낸다.

도 8은 도 7의 변형 예를 예시하는 것으로, 이 변형 예에서 전류원(62)의 하이 측 단자는 정류기(34)의 순방향 바이어스된 다이오드의 한 출력에 접속되며, 전류원(62)의 로우 측 단자는 정류기(34)의 순방향 바이어스된 다이오드의 한 입력에 접속된다. 평활 캐패시터(C1)가 완전히 충전되고 PD가 저전력 모드에 있음에도 불구하며, 전류원(62)을 통과하는 흐르는 전류는 임의의 전압 하강에 관계없이 다이오드(D1)를 통해 흐르는 것이 보장된다. 이것은 전류원(62)이 다이오드(D2)에 의해 캐패시터(C1)로부터 전류를 인출하지 못하게 되기 때문이다. 다이오드(D1)는 전류원(62)에 의해 순방향 바이어스될 것이다.

도 9는 도 8과 유사하며, 다만 전류원(62)의 로우 측 단자는 정류기(34)의 순방향 바이어스된 다이오드의 한 출력에 접속되고 전류원(62)의 하이 측 단자는 정류기(34)의 순방향 바이어스된 다이오드의 한 입력에 접속된다. 평활 캐패시터(C1)가 완전히 충전되고 PD가 저전력 모드에 있음에도 불구하며, 전류원(62)을 통과하는 전류는 임의의 전압 하강에 관계없이 다이오드(D2)를 통해 흐르는 것이 보장된다. 이것은 전류원(62)이 다이오드(D1)에 의해 캐패시터(C1)로부터 전류를 인출하지 못하게 되기 때문이다. 다이오드(D2)는 전류원(62)에 의해 순방향 바이어스될 것이다.

도 10은 도 6의 정류기(34 또는 36)로서 사용될 수 있는 능동형 풀 브리지 정류기(63)를 예시한다. MOSFET(64)는 입력 전압의 극성에 기초하여 스위칭된다. 능동형 정류기 스위치 제어 회로(66)는 입력 전압 전위의 크기를 비교하여 극성을 검출하고 이에 따라 MOSFET(64)가 정확한 극성 전압을 출력하도록 제어하는 비교기를 포함한다. 이러한 제어 회로는 잘 알려져 있으며 관례적이다. 능동형 정류기는 다이오드의 전압 강하를 피함으로써 효율을 향상시킬 수 있다.

능동형 풀 브리지 정류기가 도 1의 정류기(34)로서 사용되면, 전력은 MOSFET 게이트를 온 및 오프로 스위칭함으로써 게이트의 캐패시턴스로 인해 소진된다. PD가 저전력 모드에 있다면, 가능한 한 전력을 보전하는 것이 바람직하다. 그러한 경우에, 모든 MOSFET(64)를 오프로 유지하고 이들 본체의 다이오드를 DC 전압의 올바른 극성을 출력하는 데만 사용하는 것이 바람직하다. PD 부하 전류 센서(68)는 이를테면 PD 부하와 직렬로 연결된 낮은 값의 감지 저항을 사용함으로써 PD 부하 전류를 검출하거나 또는 "온" MOSFET(64) 중 하나의 양단에서 전압 강하를 검출한다. 비교기에 의해 측정된 것과 같이, 부하 전류가 임계치 이상이면, MPS 컨트롤러는 최소 전류를 공급할 필요가 없다. 그러므로 전류 센서(68)는 PD 부하 전류가 PSE(12)가 DC 전압을 계속 공급하는 임계 전압보다 높을 때 타이머(44)(도 2)를 디스에이블시킨다. PD 부하 전류가 임계치 아래로 떨어지면, 센서(68)는 타이머(44)를 인에이블시켜서 PSE(12)가 DC 전압을 공급하는 것을 유지하는데 필요한 전류 펄스를 제공하도록 한다.

도 11은 풀 브리지 정류기(63 및 70)가 MOSFET를 사용하는 능동형 정류기이고, MPS 컨트롤러(72)가 능동형 풀 브리지 정류기 컨트롤러(74), 타이머(75), 스위치(76-79) 및 전류원(84)을 포함하는 실시예를 예시한다. 정류기(63 및 70)의 출력(OUTP 및 OUTN)은 PD 부하에 인가된다. 와이어 쌍(14/16) 및 (20/22) 상의 입력 DC 전압은 어느 하나의 극성일 수 있다. 정류기 컨트롤러(74)는 (통상의 비교기를 사용하여) 입력 극성을 검출하고 정류기(63 및 70)로부터 올바른 극성을 출력하도록 정류기 MOSFET를 제어할 뿐만 아니라, 타이머(75)에 의해 스위칭되어 전류를 인출하는데 적절한 스위치(76 내지 79)를 식별한다. 도시된 구성에서, 전류원(84)은 그의 하이 측 단자가 와이어 쌍(14/16 및 20/22) 상의 양의 전압에 접속되어야 한다. 정류기 컨트롤러(74)는 어느 와이어 쌍이 양의 DC 전압을 전달하는지를 식별한다. 전류원(84)의 로우 측 단자는 도 9에 도시된 접속과 유사하게 PSE로의 복귀 경로가 되는 정류기(63/70)의 로우 측 출력에 접속된다. 도 10과 관련하여 기술된 바와 같이, PD 부하 전류가 임계 전류보다 낮아지면, 타이머(75)는 인에이블되며 양의 전압 와이어 쌍에 접속된 스위치(76-79)만을 간헐적으로 스위치 온한다. 동시에, 정류기 컨트롤러(74)는 절전을 위해 정류기(63 및 70) 내의 MOSFET를 디스에이블할 수 있다. 따라서, 도 4 및 도 5에 도시된 MPS 컨트롤러 내 별도의 풀 브리지 정류기는 필요하지 않는다. 이것은 효율을 향상시키고 회로의 크기를 줄인다.

본 발명의 특정 실시예가 도시되고 기술되었지만, 본 기술에서 통상의 지식을 가진 자에게는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 더 넓은 양태에서 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것이 자명해질 것이며, 따라서 첨부된 청구범위는 그 범위 내에 드는 그러한 모든 변경과 수정을 망라하고자 한다.

Claims

적어도 하나의 와이어 쌍을 통해 전력 및 차동 데이터를 공급하는 시스템으로서,
DC 전력이 전원 설비(Power Sourcing Equipment, PSE)에 의해 상기 적어도 하나의 와이어 쌍을 통해 전력 디바이스(Powered Device, PD)로 공급되고,
상기 적어도 하나의 와이어 쌍에 연결되어, 상기 적어도 하나의 와이어 쌍으로부터의 DC 전압을 디커플링하는, 상기 PD 내의 제 1 DC 디커플링 회로와,
상기 제 1 DC 디커플링 회로로부터 상기 DC 전압을 수신하고 상기 DC 전압의 사전결정된 극성을 출력하도록 연결된, 상기 PD 내의 제 1 풀 브리지 정류기(full bridge rectifier)와,
상기 제 1 DC 디커플링 회로와 상기 제 1 풀 브리지 정류기 사이에서 상기 적어도 하나의 와이어 쌍에 연결된 적어도 제 1 단자를 갖는, 상기 PD 내의 제 1 전류원을 포함하되,
상기 PSE는 상기 PD에 의해 인출된(drawn) 전류가 제 1 임계 전류보다 낮으면 상기 적어도 하나의 와이어 쌍을 통해 상기 DC 전압을 제공하는 것을 중단하도록 구성되며,
상기 제 1 풀 브리지 정류기로부터 다운스트림의 PD 부하가 상기 제 1 임계 전류보다 낮은 전류를 인출하더라도, 상기 제 1 전류원은 상기 적어도 하나의 와이어 쌍으로부터 상기 제 1 임계 전류 이상의 전류를 인출하도록 구성되는
전력 및 차동 데이터를 공급하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전류원은 타이머에 연결된 전압 제어 전류원(voltage controlled current source)이며,
상기 타이머는 상기 제 1 전류원으로부터 출력된 전류 펄스의 크기를 제어하는 펄스를 생성하도록 구성되는
전력 및 차동 데이터를 공급하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전류원은 타이머에 의해 제어되는 스위치를 통해 상기 적어도 하나의 와이어 쌍에 연결되며,
상기 타이머는 상기 스위치를 제어하여 상기 제 1 전류원으로 하여금 상기 적어도 하나의 와이어 쌍으로부터 전류 펄스를 인출하게 하는 펄스를 생성하도록 구성되는
전력 및 차동 데이터를 공급하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전류원의 제 2 단자는 상기 PD 내의 상기 제 1 풀 브리지 정류기에서 전도하는 정류기를 통해 상기 적어도 하나의 와이어 쌍에 연결되는
전력 및 차동 데이터를 공급하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 PD에 의해 인출된 전류를 검출하도록 구성된 전류 센서와,
상기 제 1 전류원을 위한 컨트롤러를 더 포함하며,
상기 PD에 의해 인출된 상기 검출된 전류가 사전결정된 레벨 아래로 떨어지면, 상기 컨트롤러는 상기 제 1 전류원을 제어하여 상기 적어도 하나의 와이어 쌍으로부터 상기 제 1 임계 전류 이상으로 전류를 인출하는
전력 및 차동 데이터를 공급하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전류원을 위한 컨트롤러를 더 포함하며,
상기 컨트롤러는 상기 PD 내 상기 제 1 DC 디커플링 회로에 연결되어 상기 제 1 전류원을 정확한 극성으로 상기 적어도 하나의 와이어 쌍에 접속시키기 위한 제 2 풀 브리지 정류기를 포함하는
전력 및 차동 데이터를 공급하는 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 풀 브리지 정류기는 능동형 풀 브리지 정류기이며,
상기 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 와이어 쌍으로부터 상기 DC 전압의 극성을 검출하고 상기 능동형 풀 브리지 정류기 내의 스위치를 제어하도록 구성되는
전력 및 차동 데이터를 공급하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 와이어 쌍은 단일 와이어 쌍인
전력 및 차동 데이터를 공급하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 와이어 쌍은 2 개의 와이어 쌍을 포함하되, 제 1 와이어 쌍은 제 1 DC 전위를 전달하고 제 2 와이어 쌍은 제 2 DC 전위를 전달하며, 상기 DC 전압은 상기 제 1 DC 전위와 상기 제 2 DC 전위 간의 차인
전력 및 차동 데이터를 공급하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 와이어 쌍은 4 개의 와이어 쌍을 포함하되, 제 1 와이어 쌍은 제 1 DC 전위를 전달하고, 제 2 와이어 쌍은 제 2 DC 전위를 전달하고, 제 3 와이어 쌍은 상기 제 1 DC 전위를 전달하며, 제 4 와이어 쌍은 상기 제 2 DC 전위를 전달하며, 상기 DC 전압은 상기 제 1 DC 전위와 상기 제 2 DC 전위 간의 차이며, 상기 제 1 전류원은 상기 제 1 와이어 쌍과 상기 제 2 와이어 쌍을 통해 연결되며,
상기 시스템은,
상기 제 3 와이어 쌍 및 상기 제 4 와이어 쌍에 연결되어, 상기 DC 전압을 상기 제 3 와이어 쌍 및 상기 제 4 와이어 쌍으로부터 디커플링하는, 상기 PD 내의 제 2 DC 디커플링 회로와,
상기 제 2 DC 디커플링 회로로부터 상기 DC 전압을 수신하고 상기 DC 전압의 사전결정된 극성을 출력하도록 연결된, 상기 PD 내의 제 2 풀 브리지 정류기와,
상기 제 2 DC 디커플링 회로 및 상기 제 2 풀 브리지 정류기에 연결된 적어도 제 1 단자를 갖는, 상기 PD 내의 제 2 전류원을 더 포함하며,
상기 PSE는 상기 PD에 의해 인출된 전류가 상기 제 1 임계 전류보다 낮으면 상기 제 3 와이어 쌍과 상기 제 4 와이어 쌍을 통해 상기 DC 전압을 제공하는 것을 중단하도록 구성되며,
상기 제 2 풀 브리지 정류기로부터 다운스트림의 상기 PD 부하가 상기 제 1 임계 전류보다 낮은 전류를 인출하더라도, 상기 제 2 전류원은 상기 제 3 와이어 쌍 또는 제 4 와이어 쌍 중 하나로부터 상기 제 1 임계 전류 이상의 전류를 인출하도록 구성되는
전력 및 차동 데이터를 공급하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 와이어 쌍은 4 개의 와이어 쌍을 포함하되, 제 1 와이어 쌍은 제 1 DC 전위를 전달하고, 제 2 와이어 쌍은 제 2 DC 전위를 전달하고, 제 3 와이어 쌍은 상기 제 1 DC 전위를 전달하며, 제 4 와이어 쌍은 상기 제 2 DC 전위를 전달하며, 상기 DC 전압은 상기 제 1 DC 전위와 상기 제 2 DC 전위 간의 차이며, 상기 제 1 전류원은 상기 제 1 와이어 쌍과 상기 제 2 와이어 쌍을 통해 연결되며,
상기 시스템은,
상기 제 3 와이어 쌍 및 상기 제 4 와이어 쌍에 연결되어 상기 DC 전압을 상기 제 3 와이어 쌍 및 상기 제 4 와이어 쌍으로부터 디커플링하는, 상기 PD 내의 제 2 DC 디커플링 회로와,
상기 제 2 DC 디커플링 회로로부터 상기 DC 전압을 수신하고 상기 DC 전압의 사전결정된 극성을 출력하도록 연결된, 상기 PD 내의 제 2 풀 브리지 정류기를 더 포함하며,
상기 PD 내의 상기 제 1 전류원은 상기 제 1 DC 디커플링 회로 및 상기 제 2 DC 디커플링 회로를 통해 적절한 극성으로 연결되는
전력 및 차동 데이터를 공급하는 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 DC 디커플링 회로에 연결되어 상기 적어도 하나의 와이어 쌍에 상기 제 1 전류원을 정확한 극성으로 접속하기 위한 제 3 풀 브리지 정류기를 더 포함하는
전력 및 차동 데이터를 공급하는 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 제 3 풀 브리지 정류기는 다이오드를 포함하는
전력 및 차동 데이터를 공급하는 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 제 3 풀 브리지 정류기는 능동형 스위치를 포함하는
전력 및 차동 데이터를 공급하는 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 제 2 DC 디커플링 회로에 연결되어 상기 적어도 하나의 와이어 쌍에 상기 제 1 전류원을 정확한 극성으로 접속하기 위한 제 4 풀 브리지 정류기를 더 포함하는
전력 및 차동 데이터를 공급하는 시스템.