KR20220093153A - 네트워크 시스템에서의 펄스 전력을 위한 초기화 및 동기화 - Google Patents

Abstract

일 실시예에서, 방법은, 통신 네트워크에서 전력 소싱 장비로부터 급전되는 디바이스로 저전압 펄스 전력을 전송하는 단계, 안전 테스트를 수행하는 단계, 안전 테스트를 통과할 시에 전력 소싱 장비에서 고전압 펄스 전력 동작을 인에이블하는 단계, 및 전력 소싱 장비로부터 급전되는 디바이스로 고전압 펄스 전력을 전송하는 단계를 포함한다. 급전되는 디바이스는 저전압 펄스 전력의 파형과 동기화한다.

Description

네트워크 시스템에서의 펄스 전력을 위한 초기화 및 동기화

본 개시내용은 일반적으로 네트워크에서의 전력 전송에 관한 것으로, 더 구체적으로, 네트워크 시스템에서의 펄스 전력을 위한 초기화 및 동기화에 관한 것이다.

PoE(Power over Ethernet)는 링크 섹션을 통해 전력 소싱 장비(power sourcing equipment)(PSE)로부터 급전되는 디바이스(powered device)(PD)로 유선 전기통신 네트워크를 통해 전력을 제공하기 위한 기술이다. 종래의 PoE 시스템들에서, 전력은 수 미터 내지 약 100 미터의 범위에 걸쳐 데이터에 의해 사용되는 케이블들을 통해 전달된다. 더 먼 거리가 요구되거나 또는 광 섬유 케이블들이 사용될 때, 전력은 종래의 PoE에 대한 제한들로 인해 벽 콘센트와 같은 로컬 전력 소스를 통해 공급되어야 한다. 게다가, 오늘날의 PoE 시스템들은 제한된 전력 용량을 갖고, 이는 다수의 부류의 디바이스들에 대해 부적절할 수 있다.

도 1은 본원에서 설명되는 실시예들이 구현될 수 있는 통신 네트워크의 예를 예시한다.
도 2는 본원에서 설명되는 실시예들을 구현하는 데 유용한 네트워크 디바이스의 예를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 펄스 전력 시스템의 구성요소들을 예시하는 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른, 펄스 전력 시스템에 대한 저전압 초기화를 예시하는 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른, 펄스 전력 시스템에 대한 고전압 초기화를 예시하는 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른, 안전 영역 내의 고전압 초기화 펄스 제한들을 예시하는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른, 케이블 커패시턴스 및 안전 테스트를 예시하는 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른, 펄스 전력을 전달하기 위한 확장 안전 전력 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 9a는 일 실시예에 따른, 도 7의 케이블 커패시턴스 및 안전 테스트에 사용하기 위한 회로의 예이다.
도 9b는 도 9a의 회로 내의 스위치들의 상태의 변화들에 대응하는 케이블에서의 전류 및 전압을 예시한다.
도 9c는 일 실시예에 따른, 다른 케이블 커패시턴스 및 안전 테스트에 사용하기 위한 회로의 예이다.
도 9d는 도 9c의 회로 내의 스위치들의 상태의 변화들에 대응하는 케이블에서의 전류 및 전압을 예시한다.
도 10a는 일 실시예에 따른, 동기화에 사용하기 위한 회로를 예시하는 블록도이다.
도 10b는 도 10a의 회로 내의 스위치들의 상태의 변화들에 대응하는 케이블에서의 전압을 예시한다.
도 11a는 일 실시예에 따른, 도 4의 저전압 초기화에 사용하기 위한 회로를 예시하는 블록도이다.
도 11b는 도 11a의 회로 내의 전력 소싱 장비 스위치의 상태의 변화들에 대응하는 케이블 전압 및 하우스키핑 전력을 예시한다.
도 11c는 일 실시예에 따른 저전압 시동 회로의 예이다.
도 12a는 도 11a의 하우스키핑 전력 회로의 세부사항들을 예시하는 블록도이다.
도 12b는 도 11c의 하우스키핑 전력 회로의 세부사항들을 예시한다.
도 12c는 도 12b의 하우스키핑 전력 회로의 블록도이다.
도 13a는 일 실시예에 따른, 도 5의 고전압 초기화에 사용하기 위한 회로를 예시하는 블록도이다.
도 13b는 도 13a의 회로 내의 전력 소싱 장비 스위치의 상태의 변화들에 대응하는 케이블 전압 및 하우스키핑 전력을 예시한다.
도 14는 도 8의 회로 내의 고전압 소스에 추가된 안전 크로우바(crowbar)/단락 릴레이를 예시하는 회로의 블록도이다.
도 15는 일 실시예에 따른, 확장 안전 전력의 전달을 위해 급전되는 디바이스에 전력 소싱 장비를 연결하는 2개의 꼬인 쌍 및 광 섬유들을 갖는 케이블을 도시한다.
도 16은 일 실시예에 따른, 도 15에 도시된 꼬인 쌍들 중 하나의 세부사항들을 예시한다.
도 17은 일 실시예에 따른, 복수의 급전되는 디바이스에 대한 전력 및 데이터 분배의 예를 예시한다.
도 18은 일 실시예에 따른, 확장 안전 전력 시스템에서의 전력 소싱 장비와 급전되는 디바이스 사이의 전압 및 전력 레벨들의 예를 예시하는 단순화된 블록도이다.
도 19는 일 실시예에 따른, 확장 안전 전력 시스템에서의 전력 소싱 장비와 급전되는 디바이스 사이의 전압 및 전력 레벨들의 예를 예시하는 다른 단순화된 블록도이다.
도 20은 일 실시예에 따른, 다중 노드 3상 펄스 전력 시스템의 예를 예시하는 블록도이다.
도 21은 엔드포인트 노드들로부터의 일정한 전력 부하를 갖는 도 20에 도시된 시스템에 대한 3상 펄스 전력 전압 및 전류의 예를 예시한다.
도 22는 일 실시예에 따른, 4쌍 와이어를 갖는 케이블 상의 2상 펄스 전력 시스템의 단순화된 회로를 예시한다.
도 23은 4상 펄스 전력 시스템에서의 전력 소싱 장비 및 급전되는 디바이스 변조기 스위치들의 동기화를 예시한다.
도 24는 하나의 위상이 드롭된 상태의 도 23의 4상 펄스 전력 시스템을 도시한다.
도 25는 일 실시예에 따른 포인트 대 포인트 토폴로지를 예시하는 블록도이다.
도 26은 일 실시예에 따른 데이지 체인 토폴로지를 예시하는 블록도이다.
도 27은 일 실시예에 따른 다중 드롭 토폴로지를 예시하는 블록도이다.
도 28은 일 실시예에 따른 하이브리드 다중 드롭/데이지 체인 토폴로지를 예시하는 블록도이다.
도 29는 일 실시예에 따른, 파워 오프 상태에서의 하이브리드 다중 드롭/데이지 체인 토폴로지에서의 전력 소싱 장비 및 2개의 급전되는 디바이스를 예시하는 블록도이다.
도 30은 제1 급전되는 디바이스의 전력 소싱 장비 검출 동안의 도 29의 전력 소싱 장비 및 급전되는 디바이스들을 도시한다.
도 31은 제1 급전되는 디바이스의 파워 업 동안의 도 29의 전력 소싱 장비 및 급전되는 디바이스들을 도시한다.
도 32는 제1 급전되는 디바이스에 대한 트레이닝 페이즈를 도시한다.
도 33은 제1 급전되는 디바이스에 대한 식별 페이즈를 도시한다.
도 34는 전력 소싱 장비에서 고전압 펄스 전력을 인에이블하기 전의 최종 안전 체크를 도시한다.
도 35는 제1 급전되는 디바이스에 고전압 펄스 전력을 전송하는 전력 소싱 장비를 도시한다.
도 36은 제1 급전되는 디바이스와의 통신들을 확립하는 전력 소싱 장비를 도시한다.
도 37은 제1 급전되는 디바이스에서의 제2 급전되는 디바이스의 검출 및 제2 급전되는 디바이스의 초기화를 도시한다.
도 38은 제2 급전되는 디바이스 및 전송 라인에 대한 전력 소싱 장비에 의한 안전 체크를 도시한다.
도 39는 급전되는 디바이스들 둘 모두로 고전압 펄스 전력을 전송하는 전력 소싱 장비를 도시한다.
도 40은 고전압 펄스 전력을 전달하고 급전되는 디바이스들 둘 모두와 통신하는 전력 소싱 장비를 도시한다.
대응하는 참조 문자들은 도면들 중 몇몇 도면들 전체에 걸쳐 대응하는 부분들을 표시한다.

개요

본 발명의 양태들은 독립 청구항들에 기재되고, 바람직한 피처들은 종속 청구항들에 기재된다. 일 양태의 피처들은 임의의 양태에 단독으로 또는 다른 양태들과 조합하여 적용될 수 있다.

일 실시예에서, 방법은 일반적으로, 전력 소싱 장비로부터 급전되는 디바이스로 저전압 펄스 전력을 전송하는 단계, 안전 테스트를 수행하는 단계, 안전 테스트를 통과할 시에 전력 소싱 장비에서 고전압 펄스 전력 동작을 인에이블하는 단계, 및 전력 소싱 장비로부터 급전되는 디바이스로 고전압 펄스 전력을 전송하는 단계를 포함한다. 급전되는 디바이스는 저전압 펄스 전력의 파형과 동기화한다.

다른 실시예에서, 방법은 일반적으로, 급전되는 디바이스에서 전력 소싱 장비로부터 저전압 펄스 전력을 수신하는 단계, 전력 소싱 장비로부터 수신된 저전압 펄스 전력의 파형과 급전되는 디바이스에서의 변조기의 타이밍을 동기화시키는 단계, 및 전력 소싱 장비로부터 수신되는 고전압 펄스 전력으로 동작하는 단계를 포함한다.

다른 실시예에서, 방법은 일반적으로, 변조기 스위치가 개방된 상태로 급전되는 디바이스에서 전력 소싱 장비로부터 고전압 펄스 전력을 수신하는 단계, 고전압 펄스 전력의 펄스가 온 상태일 때, 급전되는 디바이스에서 격리된 전압을 커플링하는 단계, 급전되는 디바이스에서 하우스키핑 회로를 통전시키는 단계, 및 지정된 수의 고전압 펄스가 수신된 후에, 급전되는 디바이스에서 변조기 스위치를 턴 온시키는 단계를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 방법은 일반적으로, 전력 소싱 장비와 통신하는 제1 급전되는 디바이스에서, 제1 급전되는 디바이스와 통신하는 제2 급전되는 디바이스를 식별하는 단계 ― 제1 급전되는 디바이스는 전력 소싱 장비로부터 고전압 펄스 전력을 수신하고 있음 ―, 전력 소싱 장비에게 제2 급전되는 디바이스를 통지하는 단계, 및 제2 급전되는 디바이스에 고전압 펄스 전력을 전달하기 전에, 제1 급전되는 디바이스에서 제2 급전되는 디바이스와 저전압 전력 초기화를 수행하는 단계를 포함한다.

본원에서 설명되는 실시예들의 피처들 및 이점들의 추가 이해는 본 명세서 및 첨부 도면들의 나머지 부분들을 참조하여 실현될 수 있다.

예시적인 실시예들

이하의 설명은 관련 기술분야의 통상의 기술자가 실시예들을 제조 및 사용할 수 있게 하기 위해 제시된다. 특정 실시예들 및 애플리케이션들의 설명들은 단지 예들로서 제공되고, 다양한 수정들이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 쉽게 명백하게 될 것이다. 본원에서 설명되는 일반적인 원리들은 실시예들의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 애플리케이션들에 적용될 수 있다. 따라서, 실시예들은 도시된 것들로 제한되는 것이 아니라, 본원에서 설명되는 원리들 및 피처들과 일치하는 가장 넓은 범위를 부여받아야 한다. 명확성의 목적을 위해, 실시예들과 관련된 기술 분야들에 알려져 있는 기술 자료에 관한 세부사항들은 상세히 설명되지 않았다.

전력 및 데이터 통신들을 동시에 전송하는 데 사용되는 종래의 PoE(Power over Ethernet) 시스템들에서, 전력은 데이터를 위해 사용되는 동일한 꼬인 쌍 케이블을 통해 전달된다. 이러한 시스템들은 범위가 수 미터 내지 약 100 m(미터)로 제한된다. 통신 케이블링을 통한 종래의 PoE는 일반적으로 IEEE 802.3bt에 기초하여 약 90 W(와트)로 제한되지만, 다수의 부류의 급전되는 디바이스들은 100 W 초과 및 일부 경우들에서는 1000 W 초과의 전력 전달로부터 이익을 얻을 것이다. 예컨대, 종래의 PoE는 전형적으로는 동작하기 위해 300 W 내지 1000 W를 필요로 하는 셀룰러 네트워크들에서 보이는 바와 같은 원격 라디오 헤드들 또는 프론트 홀 라우터들과 같은 더 높은 전력 통신 시스템들에 충분한 전력을 제공하지 않는다. 또한, 액세스 포인트들 및 IP(Internet Protocol) 전화 시스템들에 대한 스위칭, 라우팅, 및 전력을 제공하는 엔터프라이즈 제품들은 대개 약 1000 W 내지 150 GW의 전력을 필요로 한다. 종래의 시스템들에서, 더 큰 전력 전달 정격들이 요구될 때, 전력은 로컬 전력 소스를 통해 원격 디바이스에 공급된다. 그러나, 네트워크 통신 시스템들, 이를테면, 5G 셀룰러 증축들 또는 다른 통신 시스템들 및 각각의 플로어 상의 다수의 비중앙집중형 라우터들을 갖는 연결된 빌딩들에서, AC(Alternating Current) 그리드 전력이 항상 이용가능한 것이 아니고, 애초에 증축하는 데 비용 효과적이지 않거나 또는 일부 위치들(예컨대, 무선 기지국들)에서 실용적이지 않을 수 있고, 다수의 경우에 엄청난 비용이 들 수 있다. 예컨대, "동일 위치(co-location)"로서 열거되는 위치들에서, 전형적으로, 전력은 소비되는 전력이 아니라 연결별로 청구되고, 이는 각각의 추가적인 AC 연결의 비용이 많이 들게 만든다. DC(Direct Current) 전력 시스템들이 긴 거리들에 대해 양호한 솔루션이 아니기 때문에 AC 그리드 전력 시스템들이 흔히 사용된다. 따라서, AC 콘센트 또는 다른 타입의 이차 전력 피드를 추가할 필요 없이 이들 및 다른 디바이스들에 전력을 전달하기 위한 수단이 필요하다.

수백 와트 및 심지어 수천 와트로의 다기능 케이블을 통해 이용가능한 전력의 증가는 워크그룹 라우터들, 다중 소켓 서버들, 큰 디스플레이들, 무선 액세스 포인트들, 포그 노드들, 또는 다른 디바이스들과 같은 주요 디바이스들이 동작되는 네트워크 배치들에서 다수의 새로운 선택을 가능하게 할 수 있다. 이 능력은 설치 복잡성을 크게 감소시키고, 중앙 허브로부터 만족되는 전력 및 데이터 연결성 요구들을 갖는 훨씬 더 넓은 세트의 디바이스들의 총 소유 비용을 개선할 것이다.

위의 문제들을 극복하기 위해, 2018년 3월 2일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/910,203호("Combined Power, Data, and Cooling Delivery in a Communications Network")(이는 그 전체가 참조로 본원에 포함됨)에서 설명되는 바와 같이, 전력 및 데이터 전달 시스템들은 단일 케이블로 조합된 더 높은 데이터 레이트들 및 더 높은 전력 전달을 운반하도록 설계될 수 있다(그리고 또한, 통합된 열 관리 냉각을 운반할 수 있음). 이러한 연결들은, 이를테면, 중앙 허브로부터 하나 이상의 원격 디바이스(예컨대, 풀 허브 및 스포크 레이아웃)로의 포인트 대 포인트일 수 있다. 다른 예에서, 2018년 3월 12일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/918,972호("Splitting of Combined Delivery Power, Data, and Cooling in a Communications Network")(이는 그 전체가 참조로 본원에 포함됨)에서 설명되는 바와 같이, 단일 조합 기능 케이블은 급전되는 디바이스들의 클러스터로의 경로 대부분에 걸쳐 이어진 후에 분할될 수 있다. 고전력 애플리케이션들에 의해, 추가적인 안전 우려들이 발생하고, 이는 시동 시 및 전력 전송 동안 추가적인 테스트 또는 안전 체크들이 필요하게 할 수 있다.

본원에서 설명되는 실시예들은 결함 검출 및 안전 보호로 펄스 전력의 사용을 통해 네트워크 시스템 내의 데이터 시스템(본원에서 고급 데이터를 통한 전력(power over data) 또는 확장 안전 전력(ESP)으로 또한 지칭됨)을 통한 고전력의 안전한 전달을 제공한다. 전력은 통신들을 이용하거나 또는 이용하지 않으면서 네트워크 시스템(예컨대, 네트워크 통신 시스템)에서 전송될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "펄스 전력"이라는 용어는 펄스 오프 간격 동안의 매우 작은 전압(예컨대, 대략 0 V(볼트), 3 V)과 펄스 온 간격 동안의 더 큰 전압(예컨대, ≥ 12 V) 사이에서 변화되는 펄스들로 전달되는 전력을 지칭한다. 고전압 펄스 전력(예컨대, > 56 V, ≥ 60 V, ≥ 300 V)은 급전되는 디바이스에 급전하는 데 사용하기 위해 전력 소싱 장비(PSE)로부터 급전되는 디바이스(PD)로 전송될 수 있는 반면, 저전압 펄스 전력(저전압 펄스들)(예컨대, ~12 V, ≤ 30 V, ≤ 56 V)은 시동(예컨대, 초기화, 동기화, 로컬 에너지 저장소의 충전, 제어기의 파워 업, 테스트, 또는 이들의 임의의 조합)을 위해 짧은 간격에 걸쳐 사용될 수 있다. 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 초기화 프로세스(저전압 또는 고전압 초기화 프로세스)는 PSE와 PD를 동기화시키고 안전한 시동을 제공하기 위해, 고전압 펄스 전력을 전송하기 전에 수행될 수 있다. 초기화 프로세스는, 예컨대, 케이블 커패시턴스 테스트를 포함하는 안전 테스트 및 전력 소싱 장비와 급전되는 디바이스 사이의 변조기 스위치(펄스) 타이밍의 동기화를 포함할 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 초기화는 다상 펄스 전력 시스템에서 다수의 위상을 위해 그리고 다양한 네트워크 토폴로지들에서 수행될 수 있다.

예컨대, 2019년 4월 10일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/380,954호("Multiple Phase Pulse Power in a Network Communications System")(이는 그 전체가 참조로 본원에 포함됨)에서 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 실시예는 급전되는 디바이스에 대한 더 적은 손실, 효과적으로는 100% 듀티 사이클 전력 전달(예컨대, 중첩 위상 펄스들에 의한 출력으로의 연속적인 중단되지 않는 전력)을 달성하는 한편, 전력 연결당 신뢰성을 향상시키고, 고전력을 전달하기 위한 케이블의 연장 길이에 걸쳐 안전한 동작을 제공하기 위해, 다중 위상(다상) 펄스 전력을 사용할 수 있다. 예컨대, 급전되는 디바이스(또는 부하)에 100% 순 듀티 사이클 연속 전력을 제공하기 위한 방식으로 타이밍되는 각각의 쌍의 DC 펄스를 갖는 다중 쌍 케이블링이 사용될 수 있다. 펄스 전력 전송들은, 예컨대, 케이블들, 전송 라인들, 버스바들, 백플레인들, PCB(Printed Circuit Board)들, 및 전력 분배 시스템들을 통해 이루어질 수 있다.

ESP 시스템은 결함들 또는 안전 문제들을 식별하기 위해 네트워크 디바이스들 또는 케이블들을 테스트할 수 있다. 시스템은, 예컨대, 전송 에러들, (다상 시스템들에서의) 위상 결함들, 과전류, 아크 이벤트들, 시간 기반 제어 동기화 결함들, MAC 드롭들, 또는 임의의 다른 통신 또는 전력 결함들 또는 에러들을 식별하도록 구성될 수 있다. 이러한 결함들은 다상 시스템에서 위상별로 식별될 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 저전압 초기화는 (도 4의 흐름도와 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같이) 네트워크 및 구성요소들을 테스트하기 위한 시동(또는 재시작)을 위해 사용될 수 있다. (도 5의 흐름도와 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같은) 고전압 초기화는 또한, 저전압 초기화 프로세스를 요구하지 않으면서 새로운 PD의 추가 또는 PD의 핫 스왑 교체를 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다.

시동 및 초기화 동안 테스트를 수행하는 것에 추가하여, 테스트는 ESP 시스템에서 전력을 안전하게 전달하기 위해 고전압 동작 동안 계속 수행될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 2018년 5월 4일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/971,729호("High Power and Data Delivery in a Communications Network with Safety and Fault Protection")(이는 그 전체가 참조로 본원에 포함됨)에서 설명되는 바와 같이, 전력 시스템 상태에 대한 피드백을 제공하고 전력 동작 모드를 설정하기 위해 데이터 시스템을 사용하는 디지털 인터로크와 조합된 저전압 안전 체크를 통해 결함 감지가 수행될 수 있다. 결함 감지는 저전압 시동 동안 또는 펄스 전력 시스템에서의 고전력 펄스들 사이에 수행될 수 있다. 펄스 전력은 고전압 전력 펄스들 사이의 저전압 결함 검출을 갖는 부하 전류 펄스 전력 또는 소스 전압 펄스 전력(단극성 또는 양극성)을 포함할 수 있다. 결함 감지는, 예컨대, 케이블 또는 급전되는 디바이스의 저전압 감지에 의한 라인 대 라인 결함 검출 및 중간 포인트 접지에 의한 라인 대 접지 결함 검출을 포함할 수 있다. 고전압이 인가되더라도 접촉 안전이 있는 케이블 및 커넥터 설계들을 통해 접촉 안전 결함 보호가 또한 제공될 수 있다. 전력 안전 피처들은, 일부 경우들에서, 시스템의 정상 동작을 방해하지 않는 구성요소들의 교체(즉, 핫 스왑가능함)를 포함하는, 안전한 시스템 동작 및 구성요소들의 설치 및 제거(연결해제)를 제공한다.

펄스들 사이의 오프 시간은, 예컨대, 결함들에 대한 라인 대 라인 저항 테스트를 위해 사용될 수 있고, 펄스 폭은 접촉 안전 결함 보호를 제공하기 위해 DC 라인 대 라인 전압에 비례할 수 있다(예컨대, 약 1000 V에서 약 1 ms). 테스트(결함 검출, 결함 보호, 결함 감지, 접촉 안전 보호)는 PSE와 PD들 사이의 자동 협상을 포함할 수 있다. 저전압(예컨대, 24 VDC(volts direct current) 이하, 5 내지 12 VDC, 56 VDC, 또는 임의의 다른 적합한 저전압(예컨대, < 60 VDC)) 저항 분석이 자동 협상을 위해 사용될 수 있다. 펄스 전력 고전압 DC는 개인 안전을 위해 펄스들 사이의 접촉 안전 라인 대 라인 결함 질의를 위한 펄스별 결정과 함께 사용될 수 있다. 라인 대 라인 접촉 쇼크 보호는 펄스들 사이의 라인 검출에 걸친 저항에 대해 펄스들 사이의 소스 펄스 오프 시간에 제공될 수 있다.

접지 결함 검출(GFD) 및 접지 결함 격리(GFI) 라인 대 접지 결함 검출은 고저항 중간 포인트 접지 회로를 사용하는 것의 일부로서 고전압 동작 동안 접지 결함 보호(쇼크 보호)와 함께 빠른 고전압 중단을 제공하기 위해 수행될 수 있다. 고전압 DC 공급 라인 대 접지 결함 보호 회로는 접촉 안전 쇼크 보호를 제공하기 위해 전력을 신속하게 턴 오프시키기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, GFD 및 GFI는 대략 10 μs(마이크로초) 내에 셧 오프를 제공할 수 있다. 전력 소스에 의한 중간 포인트 접지 방법은 또한, 라인-접지 보호를 위한 와이어/전도체 절연 및 격리 정격들 내에서 더 높은 피크 펄스 라인-라인 전압을 가능하게 하고, 또한, 개인 안전을 위한 접촉 안전 라인 대 접지 결함을 제공하고, 안전 표준들을 만족시키기 위해 사용될 수 있다. 시스템은 또한, 개인 쇼크 보호를 위한 조정가능한 시간 및 전류 대 전압을 위해 설계될 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, 2017년 5월 24일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Thermal Modeling for Cables Transmitting Data and Power"인 미국 특허 출원 제15/604,344호(이는 그 전체가 참조로 본원에 포함됨)에서 설명되는 바와 같이, 시스템은 또한, 케이블의 열 모델링을 사용하여 열 축적에 대해 테스트할 수 있다. 예컨대, 케이블 전류 변화를 추적하고 케이블 전류 온도를 계산함으로써 열 축적이 검출될 수 있다. 케이블 온도는 암페어수, 케이블 게이지, 및 케이블의 길이의 함수이다. 알려져 있는 파라미터들을 사용하고 와이어 크기(예컨대, 22 AWG)를 가정함으로써, 번들 환경 내의 케이블의 온도 제한이 계산될 수 있다. 온도 범위들은, 예컨대, 정상, 경미, 중대, 및 임계로서 정의될 수 있다(예컨대, 경미는 케이블 온도 제한의 20 ℃ 내로 정의되고, 중대는 케이블 온도 제한의 10 ℃ 내로 정의되고, 임계는 케이블 온도 제한으로 정의됨). 온도 범위가 경미 범위에 있는 경우, 시스템은 라인 상의 전류를 감소시키기 위해 전력의 재협상을 강제할 수 있다. 온도가 임계 범위에 있는 경우, 포트는 비통전될 수 있다. 온도는 각각의 와이어, 각각의 와이어 쌍, 4쌍 케이블, 또는 이들의 임의의 조합에서 계산될 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, 2018년 6월 27일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Wire Fault and Electrical Imbalance Detection for Power over Communications Cabling"인 미국 특허 출원 제16/020,881호(이는 그 전체가 참조로 포함됨)에서 설명되는 바와 같이, 시스템은 또한 와이어 결함 및 전기 불균형 검출을 수행할 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, PSE는 PSE가 제공할 수 있는 전력 레벨을 PD에게 통지할 수 있고, 이어서, PD는 사용할 적절한 전력 레벨을 선택할 수 있다. PSE 및 PD는, 예컨대, 15 W, 30 W, 60 W, 90 W, 150 W, 200 W, 250 W, 300 W, 또는 임의의 다른 적합한 전력 레벨의 전력 레벨들을 협상할 수 있다. 결함들이 검출되지 않는 경우, 시스템은 최대 이용가능 전력으로 자동 협상할 수 있다. 전력이 증가되면, 이전에 설명된 바와 같이, 결함 검출이 계속 수행될 수 있다. 결함 검출은, 예컨대, 열 축적에 대한 체크, 전기 불균형 체크(와이어 대 와이어 불균형 체크, 쌍 대 쌍 불균형 체크), 또는 단락 회로/결함 보호 체크를 포함할 수 있다. 시스템은 임의의 순서로 이러한 체크들 중 하나 이상을 수행하도록 구성될 수 있거나, 또는 일부 단계들은 동시에 수행될 수 있다. 안전 체크들 중 하나 이상은 연속적으로 또는 지정된 간격들로 수행될 수 있다. 예컨대, 와이어들은 10 ms 윈도우 내에서 연속적인 루프로 하나씩 모니터링될 수 있다. 결함이 검출되거나 또는 지정된 PSE 전압이 초과되는 경우, 전력 출력이 셧다운된다. 결함이 경미한 경우(예컨대, 제한에 근접해 있지만 제한을 초과하지 않은 하나 이상의 파라미터), 전력 레벨의 재협상을 통해 전력이 감소될 수 있다. 결함이 계속되는 경우, 포트는 셧다운될 수 있다. 경보가 또한 생성될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 전력을 셧다운하기 위해 패킷 및 유휴(링크) 모니터링이 사용될 수 있다. 와이어가 손실되는 경우, 링크가 손실되고, 와이어별 결함들이 커버된다.

모니터링된(또는 계산된) 전류에 기초하여 액션이 또한 취해질 수 있다. 예컨대, 케이블 내의 전류가 케이블 전류 최대 제한을 초과하는 경우, 포트는 셧다운될 수 있다. 케이블 전류가 지정된 범위에 도달하는 경우, 라인 카드(PD)는 라인 상의 전류를 감소시키기 위해 PSE와의 전력 협상을 수행하도록 강제될 수 있다. 전류는 와이어별로, 와이어들의 쌍별로, 케이블별로, 또는 임의의 조합으로 모니터링될 수 있다. 전류 범위들은 정상, 경미, 중대, 및 임계로서 정의될 수 있다(예컨대, 경미는 20% 최대 전류 내로 정의되고, 중대는 10% 최대 전류 내로 정의되고, 임계는 최대 전류로 정의됨). 범위가 경미인 경우, 케이블 상의 전류를 감소시키기 위해 재협상이 수행될 수 있다. 임계 전류가 도달되는 경우, 포트는 비통전될 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 파라미터가 사용자 정의될 수 있다. 예컨대, 케이블 임피던스, 케이블 길이, 케이블 게이지, 및 케이블 전압 정격이 ESP 시스템 또는 링크에 대해 설정될 수 있다. ESP 시스템은 이러한 파라미터들에 기초하여 최대 전압, 전류, 또는 전력을 설정할 수 있다. 본원에서 설명되는 바와 같이, 시스템은 케이블 커패시턴스에 기초하여 케이블 안전 테스트들을 수행할 수 있다. 시스템은 또한, 저전압 및 고전압에 대해 위에서 설명된 바와 같이, GFI 결함 테스트들 및 라인 대 라인 결함 테스트들을 수행할 수 있다. 결함이 식별되는 경우, 시스템은 결함 래치를 설정하고, 자동 재시작을 하나 이상의 횟수로 시도할 수 있다. 예컨대, ESP 시스템 내의 하나 이상의 구성요소는 저전압 동작, 고전압 동작, 또는 시스템/구성요소/케이블 결함을 식별하기 위해 하나 이상의 시각적 표시자(예컨대, LED(Light Emitting Diode))를 포함할 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, 허용가능 제한들을 추가로 정의하고, 시간 경과에 따른 케이블, 환경, 또는 구성요소들의 변화들에 기초하여 전기적 성능의 변화를 고려하기 위해, 데이터(예컨대, 전류, 전압, 케이블 커패시턴스, 결함들, 온도 등)를 주기적으로 모니터링 및 수집함으로써 머신 학습이 수행될 수 있다. 예컨대, 전기적 파라미터들의 변화들을 고려하고, 잘못된 시스템 결함들을 방지하기 위해, 전압 및 부하 전류 및 동작 제한들을 업데이트하는 데 사용하기 위해, 분석 모델이 데이터 경향들에 기초하여 정의되고 업데이트될 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, 아래에서 설명되는 바와 같이, PSE는 전력과 데이터 조합 케이블을 통해(예컨대, 구리 와이어들 또는 광 섬유들을 통해) 데이터와 함께 > 100 W를 복수의 PD에 전달할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 시스템은 1500 미터를 초과하는 케이블 길이들에서 2000 W 이상의 전력을 안전하게 전달할 수 있다. 시스템은 또한, 25 미터 미만의 케이블 길이들을 통해 더 높은 전력(예컨대, 6000 W)을 안전하게 전달할 수 있고, 이는 백플레인/큰 섀시 시스템 설계를 제거하기 위해 큰 섀시 시스템들을 탈중앙화하는 것에서 매우 가치 있게 만들 수 있다. 본원에서 설명되는 전력 레벨 및 케이블 거리들은 예들로서 제공되고, 실시예들의 범위로부터 벗어나지 않으면서 상이한 케이블 길이들을 통해 전달되는 다른 전력 레벨들이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

시스템은, 예컨대, IEC(International Electrotechnical Commission) 표준 번호 62368-3:2017("Audio/video information and communication technology equipment - Part 3: Safety aspects for DC power transfer through communication cables and ports"), IEC 60950-1:2005("Information technology equipment - Safety - Part 1: General requirements"), IEC 60947("Low-voltage switchgear and control gear"), 또는 확장 안전 전력 시스템에서 고전압(더 높은 전력) 애플리케이션들에 대한 직원을 위한 접촉 안전 쇼크 보호를 제공하기 위한 임의의 다른 적용가능 표준을 포함하는 안전 표준들을 만족시키도록 구성될 수 있다. 시스템은, 예컨대, (예컨대, 단거리 케이블링 또는 스마트 디지털 감지 기법들을 위해) HVDC 전력(예컨대, 1100 V, 550 V, 380 V)에 걸쳐 약 2.5 kohm을 사용하여 1 ms 동안 약 0.5 A의 라인 대 라인 결함 제한 및 약 5 mA(예컨대, 10 mA 미만)의 라인 대 접지 결함 제한으로 쇼크 전류를 제한하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 최악의 경우의 쇼크 노출 시간은 12 ms일 수 있다. 적절한 기법들(예컨대, 페일 세이프(fail-safe) 안전 기관 승인 리스트 구성요소들, 리던던트 회로들, 또는 구성요소들)이 안전 표준들을 만족시키기 위해 이용될 수 있다.

펄스들의 오프 시간은 케이블 쌍 커패시턴스에 기초하여 구성될 수 있고, 최대 펄스 전력 온 시간은 (예컨대, UL(Underwriters Laboratories) 표준들 62368 및 60950 또는 NFPA(National Fire Protection Association) NEC(National Electrical Code) 70 챕터 7, 챕터 8, 및 챕터 9의 테이블 11A 및 11B, IEC/TR 60479-5, 60479-1, IEC-60947-1, IEC-60947-2, IEC-60947-3, IEC-60335-1, IEC-60990, IEC-60065, IEC-61000-4, 또는 임의의 다른 적절한 표준 또는 요건에서 참조되는 바와 같은) 표준들 및 바디 쇼크 전류에 의해 설정된 제한들 미만이도록 설계될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 온 시간 및 오프 시간 펄스 폭들은 케이블 특성들의 변화에 응답하여 동적으로 설정될 수 있다. PD로의 연속적인 순 전류 공급에 대한 필요성은 다수의 전송 쌍 시스템 상의 펄스들의 위상 관계를 결정할 수 있다. 본원에서 설명되는 실시예들은 단일 결함 보호 또는 다른 안전 요건들을 만족시키도록 구성될 수 있다. 본원에서 논의되는 표준들 및 제한들은 예들로서 제공되는 것일 뿐이고, 실시예들의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 안전 제한들 또는 표준들이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

이제 도면들을 참조하고, 먼저 도 1을 참조하면, 본원에서 설명되는 실시예들이 구현될 수 있는 통신 네트워크의 예가 도시된다. 단순화를 위해, 소수의 노드만이 도시된다. 실시예들은 다수의 네트워크 디바이스를 포함하는 데이터 통신 네트워크의 맥락에서 동작한다. 네트워크는 네트워크 내에서 데이터의 전달을 용이하게 하는 임의의 수의 노드(예컨대, 라우터, 스위치, 게이트웨이, 제어기, 액세스 포인트, 또는 다른 네트워크 디바이스)를 통해 통신하는 임의의 수의 네트워크 디바이스를 포함할 수 있다. 네트워크 디바이스들은 하나 이상의 네트워크(예컨대, 로컬 영역 네트워크(LAN), 도시권 네트워크(MAN), 광역 네트워크(WAN), 가상 사설 네트워크(VPN)(예컨대, 이더넷 가상 사설 네트워크(EVPN), 계층 2 가상 사설 네트워크(L2VPN)), 가상 로컬 영역 네트워크(VLAN), 무선 네트워크, 기업 네트워크, 회사 네트워크, 데이터 센터, IoT(Internet of Things) 네트워크, 인터넷, 인트라넷, 또는 임의의 다른 네트워크)를 통해 통신하거나 또는 이들과 통신할 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, 네트워크는 스위치들(14), 라우터들, 액세스 포인트들(15), 또는 다른 전자 구성요소들 및 디바이스들과 같은 네트워크 디바이스들에 데이터 연결성과 전력 둘 모두를 제공하기 위해 데이터와 함께 전력을 전달하도록 구성된다. 신호들은 통신 장비 사이에서 교환될 수 있고, 전력은 전력 소싱 장비(PSE)(10)로부터 급전되는 디바이스(PD)들(14, 15, 17, 19)로 전송될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 시스템은 데이터(섬유 전달 데이터)와 전력(고전력 에너지) 둘 모두를 수신 및 전송하도록 구성된 인터페이스 모듈(16)(예컨대, 광학 트랜시버 모듈)을 사용하여, 네트워크(예컨대, 스위치/라우터 시스템)로 그리고 그로부터 전력을 전달한다. 하나 이상의 실시예에서, 2017년 9월 18일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/707,976호("Power Delivery Through an Optical System")(이는 그 전체가 참조로 본원에 포함됨)에서 설명되는 바와 같이, 전력 및 데이터는 광 섬유들과 전기 와이어들(예컨대, 구리 와이어들) 둘 모두를 포함하는 케이블을 통해 전달될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 예컨대, 위에서 참조된 미국 특허 출원 제15/910,203호 및 제15/918,972호에서 설명되는 바와 같이, 시스템은 냉각을 추가로 제공하고, 단일 하이브리드 케이블 시스템 내에서 전력과 데이터와 냉각 조합을 전달할 수 있다.

도 1의 예에 도시된 바와 같이, 시스템은, 예컨대, 구내/진입실에 위치될 수 있는 중앙 네트워크 디바이스(허브)(PSE)(10)에 공급되는 빌딩 전력을 사용할 수 있다. 전력은 빌딩 진입 포인트로부터 100 미터 초과의 거리들(예컨대, 1 km(킬로미터), 10 km, 또는 임의의 다른 거리)에 위치될 수 있는 엔드포인트들(스위치들(14), 액세스 포인트들(15))로 그리고/또는 100 W(와트) 초과의 전력 레벨들(예컨대, 250 W, 500 W, 1000 W, 2000 W, 또는 임의의 다른 전력 레벨)로 전송될 수 있다. 중앙 네트워크 디바이스(10)는 전력(예컨대, 전력 그리드, 재생 에너지 소스, 발전기, 또는 배터리로부터의 빌딩 전력)을 수신 및 분배하기 위한 하나 이상의 전력 공급 유닛(PSU)(11) 및 네트워크 인터페이스(예컨대, 패브릭(12), 라인 카드들(13))를 포함한다. 도 1에 도시된 예에서, 라인 카드(A)는 빌딩 외부로부터(예컨대, 거리 또는 다른 위치로부터) 데이터를 수신하고, 라인 카드들(B, C, 및 D)은 전력 및 데이터를 분배한다.

중앙 허브(전력과 데이터 조합 소스)(10)는 내부 전력 시스템(예컨대, 5 kW, 100 kW 등을 포함하고 이들을 초과하는 전력을 전달하고, 각각 100 W 내지 3000 W 범위(예컨대, 100 W 이상, 900 W 이상, 1000 W 이상) 또는 임의의 다른 적합한 전력 범위에 있는 복수의 디바이스(14, 15)를 구동할 수 있는 PSU(11))으로부터 고용량 전력을 제공하도록 동작가능하다. PSU(11)는, 예컨대, PoE(Power over Ethernet), PoF(Power over Fiber), HVDC(high voltage direct current), 펄스 전력 HVDC, 또는 AC(alternating current)를 제공할 수 있다. 중앙 네트워크 디바이스(10)는 통신 네트워크(예컨대, 중앙 허브(10)(PSE) 및 복수의 네트워크 디바이스(14, 15, 17, 19)(PD)를 포함하는 네트워크)에서 전력과 데이터 조합 전달 케이블들(18)을 통해 외부 전력을 수신하고 전력을 전송하도록 동작가능하다. 중앙 네트워크 디바이스(10)는, 예컨대, 라우터, 컨버전스 시스템, 또는 임의의 다른 적합한 라인 카드 시스템을 포함할 수 있다. 이는 단지 예일 뿐이고, 전력 및 광학 데이터를 전송하도록 동작가능한 임의의 다른 네트워크 디바이스가 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 라인 카드들(13) 중 하나 이상은 또한, 케이블들(18)을 통해 전력 및 데이터를 전송하도록 동작가능한 인터페이스 모듈(16)(원격 네트워크 디바이스들(14, 15)에 도시됨)을 포함할 수 있다.

네트워크는 임의의 수 또는 배열의 네트워크 통신 디바이스(예컨대, 스위치(14), 액세스 포인트(15), 라우터, 또는 데이터 통신들을 라우팅(스위칭, 포워딩)하도록 동작가능한 다른 디바이스)를 포함할 수 있다. 일 예에서, 네트워크는 액세스 포인트들(15)의 복수의 그룹을 포함하고, 각각의 그룹은 상이한 플로어 또는 구역 상에 위치된다. 네트워크 디바이스들(14, 15) 중 하나 이상은 또한, PoE를 사용하여 하류 노드(예컨대, PoE 디바이스(19))에 전력을 전달할 수 있다. 예컨대, 네트워크 디바이스들(14, 15) 중 하나 이상은 PoE를 사용하여 IP(Internet Protocol) 카메라들, VoIP(Voice over IP) 전화들, 비디오 카메라들, 판매 시점(point-of-sale) 디바이스들, 보안 액세스 제어 디바이스들, 주거용 디바이스들, 빌딩 자동화 디바이스들, 산업 자동화 디바이스들, 공장 장비, 전등들(빌딩 전등들, 가로등들), 교통 신호들, 포그 노드들, IoT 디바이스들, 센서들, 및 다수의 다른 전기 구성요소 및 디바이스와 같은 전자 구성요소들에 전력을 전달할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 리던던트 중앙 허브(도시되지 않음)는 네트워크에서 필요에 따라 백업 또는 추가적인 전력 또는 대역폭을 제공할 수 있다. 이러한 경우, 원격 네트워크 디바이스(14, 15)는 리던던트 중앙 허브로부터 전력 및 데이터를 전달하는 다른 케이블(18)과의 연결을 위한 다른 인터페이스 모듈(16)을 포함할 것이다. 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 네트워크는, 예컨대, 하류 디바이스(예컨대, 스위치(14)와 통신하는 PD(17))에 고전압 펄스 전력을 전달하기 위한 포인트 대 포인트, 데이지 체인, 다중 드롭, 또는 하이브리드 다중 드롭/데이지 체인을 포함하는 다양한 토폴로지들로 배열될 수 있다.

이전에 언급된 바와 같이, 중앙 허브(10)가 전력 및 데이터를 각각의 네트워크 디바이스(14)에 직접적으로 전달할 수 있거나(도 1에서 라인 카드들(B 및 D)에 연결된 스위치들(14)에 대해 도시된 바와 같은 포인트 대 포인트 연결), 또는 하나 이상의 분할 디바이스(도시되지 않음)가 복수의 네트워크 디바이스를 연결하고 네트워크가 포인트 대 포인트 토폴로지들을 넘어서 수동 스타(passive star)들, 버스들, 테이퍼들, 다층 트리들 등을 구축할 수 있게 하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 단일 긴 케이블(18)은 물리적으로 근접한 엔드포인트 디바이스들의 클러스터를 서비스하는 편리하게 위치된 중간 분할기 디바이스(예컨대, 수동 분할기)로 이어질 수 있다. 위에서 참조된 미국 특허 출원 제15/918,972호에서 설명되는 바와 같이, 전력 및 데이터에 대한 하나 이상의 제어 시스템은 중앙 허브(10)와 원격 디바이스들(15)(및 그들의 인터페이스 모듈들(16)) 사이에서 상호작용하여, 각각의 디바이스가 분할 디바이스로부터 각각의 리소스의 그의 공정한 할당분을 수신하는 것을 보장할 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, 네트워크 디바이스(10)로부터 스위치들(14) 및 액세스 포인트들(15)로 연장되는 케이블들(조합 케이블, 다기능 케이블, 다용도 케이블, 하이브리드 케이블)(18)은 전력 및 데이터를 전송하도록 구성되고, 광 섬유들과 전기 와이어들 둘 모두를 포함한다. 케이블(18)은, 예컨대, 2개의 전력 라인(전도체) 및 2개의 데이터 라인(광 섬유)을 포함할 수 있다. 이는 단지 예일 뿐이고, 케이블(18)은 임의의 수의 전력 또는 데이터 라인을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예컨대, 중앙 허브(10)로부터 원격 디바이스(14, 15)로 그리고 원격 디바이스로부터 중앙 허브로 데이터를 전송하기 위해 2개의 광 섬유 경로를 사용하는 대신에, 양방향 광학 시스템이 활용될 수 있는데, 광의 하나의 파장은 (중앙 허브(10)로부터 원격 디바이스(14, 15)로) 하류로 이동하고, 광의 상이한 파장은 (원격 디바이스(14, 15)로부터 중앙 허브(10)로) 상류로 이동하여, 케이블 내의 섬유 카운트를 2개에서 1개로 감소시킬 수 있다. 케이블(18)은 또한, 추가적인 광 섬유들 또는 전력 라인들을 포함할 수 있다. 케이블들(18)은 전력과 광학 데이터 둘 모두를 운반하는 데 적합한 임의의 재료(예컨대, 구리, 섬유)로 형성될 수 있고, 임의의 배열로 임의의 수의 전기 와이어 및 광 섬유를 운반할 수 있다. 케이블(18)은 전력, 데이터(전기), 데이터(광학), 및 냉각 중 하나 이상을 전송할 수 있다.

이전에 언급된 바와 같이, 케이블들(18)은 또한, 원격 네트워크 통신 디바이스들(14, 15)의 열 관리를 위한 냉각을 운반할 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 실시예에서, 중앙 허브(10)로부터 원격 네트워크 디바이스들(14, 15)로 연장되는 케이블들(18)은 단일 케이블에서 전력과 데이터와 냉각 조합 전달을 전송하도록 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 케이블들(18)은 전력, 데이터(예컨대, 구리, 섬유), 및 냉각제(액체, 기체, 또는 다상)를 운반하는 데 적합한 임의의 재료로 형성될 수 있고, 임의의 수의 전기 와이어, 광 섬유, 및 냉각 튜브를 임의의 배열로 운반할 수 있다.

케이블들(18)은 네트워크 디바이스들(10, 14, 15)에서의 인터페이스 모듈(16)과 커플링하도록 구성된 각각의 단부에서의 커넥터를 포함한다. 위에서 참조된 미국 특허 출원 제15/707,976호에서 설명되는 바와 같이, 커넥터는, 예컨대, 광학 트랜시버에 연결하도록 구성된 전력과 데이터 조합 커넥터(하이브리드 구리 및 섬유)를 포함할 수 있다. 커넥터는, 예컨대, 수정된 RJ-45 타입 커넥터를 포함할 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, 커넥터들 및 케이블(18)은 클리어런스 및 연면 거리들 및 접촉 안전 기법들을 포함하는 수단에 의해, 관련 고전압에서 라인 대 접지 보호 및 라인 대 라인 보호를 위한 표준 안전 요건들을 만족시키도록 구성된다. 커넥터는, 예컨대, 커넥터 아킹 보호를 위한 중단 또는 전류 서지를 갖지 않는 핫 플러그 및 핫 언플러그를 위한 단락 핀을 포함하는 안전 피처들을 포함할 수 있다. 커넥터는 아킹에 대한 신뢰성 수명 및 아크 플래시 보호에 대한 중단 또는 전류 서지를 갖는 핫 플러그 및 핫 언플러그를 위한 추가적인 절연 재료를 더 포함할 수 있다. 절연된 케이블 전력 커넥터 단자들은 바람직하게는 접촉 전압 또는 전류 접근성 요건들을 만족시키도록 구성된다.

이전에 언급된 바와 같이, 네트워크 디바이스들(10, 14, 15) 중 하나 이상은 PSE(10)로부터 전력과 데이터 조합을 전달하거나 또는 PD(14, 15)에서 전력과 데이터 조합을 수신하도록 동작가능한 인터페이스 모듈(16)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 인터페이스 모듈(16)은 광학 데이터와 함께 전력을 전달(또는 수신)하도록 구성된 광학 트랜시버 모듈을 포함할 수 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 위에서 참조된 미국 특허 출원 제15/707,976호 또는 2018년 3월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/942,015호("Interface Module for Combined Delivery Power, Data, and Cooling at a Network Device")(이는 그 전체가 참조로 본원에 포함됨)에서 설명되는 바와 같이, 인터페이스 모듈(16)은 네트워크 통신 디바이스들에 의한 사용을 위해 광학 트랜시버를 통해 급전되는 디바이스(14, 15)에 전력을 전달하기 위해 구리 와이어들을 포함시키도록 섬유 커넥터 시스템과 함께 수정된 트랜시버 모듈을 포함한다. 이들은 고전력 및 광학 데이터를 전달 또는 수신하는 데 사용될 수 있는 인터페이스 모듈들의 예들일 뿐이라는 것을 이해해야 한다.

인터페이스 모듈(16)(광학 모듈, 광학 트랜시버, 광학 트랜시버 모듈, 광학 디바이스, 광학기 모듈, 실리콘 포토닉스 모듈)은 전력을 소싱 또는 수신하도록 구성된다. 인터페이스 모듈(16)은 광학 신호들을 전기 신호들로 양방향으로 변환하는 엔진으로서 동작하거나, 또는 일반적으로는 네트워크 요소 구리 와이어 또는 광 섬유에 대한 인터페이스로서 동작한다. 하나 이상의 실시예에서, 인터페이스 모듈(16)은 임의의 폼 팩터의 플러그형 트랜시버 모듈(예컨대, SFP(Small Form-Factor Pluggable), QSFP(Quad Small Form-Factor Pluggable), CFP(C Form-Factor Pluggable) 등)을 포함할 수 있고, 예컨대, 최대 400 Gbps의 데이터 레이트들을 지원할 수 있다. 이러한 플러그형 광학 모듈들을 위한 호스트들은 중앙 네트워크 디바이스(10), 스위치들(14), 액세스 포인트들(15), 또는 다른 네트워크 디바이스들 상의 라인 카드들(13)을 포함한다. 호스트는 인쇄 회로 보드(PCB), 및 전기통신 네트워크에서 전기통신 라인들을 인터페이스하도록 동작가능한 전자 구성요소들 및 회로들을 포함할 수 있다. 호스트는 하나 이상의 동작을 수행하고, 신호들을 전송 및 수신하도록 구성된 임의의 수 또는 타입의 플러그형 트랜시버 모듈을 수용하도록 구성될 수 있다.

또한, 인터페이스 모듈(16)은 포인트 대 다중 포인트 또는 다중 포인트 대 포인트 토폴로지에서의 동작을 위해 구성될 수 있다는 것에 유의해야 할 수 있다. 예컨대, QFSP는 SFP+로 분해될 수 있다. 하나 이상의 실시예는 부하 시프팅을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 인터페이스 모듈(16)은 또한, 예컨대, 울트라 HDMI(High-Definition Multimedia Interface), 직렬 고 대역폭 케이블들(예컨대, 선더볼트), 및 다른 폼 팩터들을 포함하는 UWB(Ultra-Wideband) 애플리케이션들에서 사용되는 폼 팩터들 및 AOC(Active Optical Cable)와의 동작을 위해 구성될 수 있다.

인터페이스 모듈(16)은 표준 전력이 이용가능하지 않은 위치들에 있는 스위치들(14) 및 액세스 포인트들(15)에 전달될 전력을 제공한다. 인터페이스 모듈(16)은 에너지의 일부를 탭핑(tap)하고 지능적인 결정들을 행하도록 구성될 수 있고, 그에 따라, 전력 소스(10)는 아래에서 설명되는 바와 같이 시스템을 손상시키거나 또는 오퍼레이터를 위험하게 하지 않으면서 와이어들 상의 전력을 증가시키는 것이 안전한 때를 알게 된다. 도 3과 관련하여 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 인터페이스 모듈(16)은 전력 및 데이터를 모니터링 및 제어하는 데 사용하기 위한 하나 이상의 센서, 모니터, 또는 제어기를 포함할 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, 통신 네트워크에 대한 추가적인 전기 와이어링이 필요하지 않고, 모든 네트워크 통신 디바이스들은 확장 안전 전력 시스템에 의해 제공되는 전력을 사용하여 동작한다. 전기 와이어들을 통해 전력을 그리고 섬유들을 통해 광학 데이터를 수신 및 전송하도록 동작가능한 인터페이스 모듈들(16)을 포함하는 네트워크 디바이스들(10, 14, 15)에 추가하여, 네트워크는 또한, 광학 데이터만을 프로세싱 및 전송하는 종래의 광학 모듈들을 포함하는 하나 이상의 네트워크 디바이스를 포함할 수 있다. 이러한 네트워크 디바이스는 벽 콘센트와 같은 로컬 전력 소스로부터 전력을 수신할 것이다. 유사하게, 트랜스시버들(16)의 특수화된 변형들은 광학 데이터 인터페이스들을 제거할 수 있고, 전력만을 상호연결할 수 있다(예컨대, 데이터 상호연결을 무선 네트워크들로 이동시킴). 이전에 언급된 바와 같이, 네트워크 디바이스들 중 하나 이상은 또한, 전력, 데이터, 또는 전력과 데이터에 추가하여 케이블(18)을 통해 냉각을 수신할 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, 중앙 허브의 제어기 및 원격 디바이스의 프로세서 상에 위치된 구성요소들을 포함하는 분산 제어 시스템은 조합 케이블(18) 내의 섬유 링크들을 통해 통신할 수 있다. 전력 센서들로부터의 모니터링 정보(예컨대, 전류, 전압) 또는 데이터 사용(예컨대, 대역폭, 버퍼/큐 크기)은 전력 또는 데이터를 관리 또는 할당할 시에 제어 시스템에 의해 사용될 수 있다.

시스템은 PoE, PoF, 고전압 DC(HVDC), AC 전력, 펄스 전력, 다상 펄스 전력, 또는 이들의 임의의 조합을 전달하도록 구성될 수 있다. HVDC 전력은 정상 상태 HVDC 또는 펄스 전력 HVDC를 포함할 수 있다. 정상 상태 및 펄스 전력 HVDC는 위에서 참조된 미국 특허 출원 제15/971,729호에서 설명되는 바와 같이 단극성 또는 양극성(스위칭 DC)일 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 시스템은 전력 소스(10)와 급전되는 디바이스(14, 15) 사이에서 검출 및 협상하는 이중 전력 모드를 이용할 수 있다. 이러한 협상은 표준 PoE 또는 PoF, 고전력, 펄스 전력, 또는 인터페이스 모듈(16)을 통한 전력 전달이 가능한 다른 전력 모드들과 같은 상이한 전력 전달 방식들을 구별하고 수용한다. 예컨대, 표준 PoE 분배는 약 100 W 미만으로 정격화된 원격 네트워크 디바이스들에 대해 사용될 수 있다. 더 높은 전력 원격 급전되는 디바이스들의 경우, 펄스 전력 또는 다른 더 높은 전압 기법들이 효율적인 에너지 분배 네트워크를 생성하기 위해 사용될 수 있다.

아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 원격 네트워크 디바이스(14, 15, 17)는 그의 전력 및 데이터 요건들을 중앙 네트워크 디바이스(10)로 통신하기 위해 시동 시에 적은 양의 전력을 사용할 수 있다. 이어서, 급전되는 디바이스(14, 15, 17)는 그에 따라 최대 전력 동작을 위해 그 자신을 구성할 수 있다. 일 예에서, 광 섬유 상의 데이터 통신 신호들을 통해 중앙 허브(PSE)(10)와 네트워크 디바이스(14, 15, 17) 사이에서 전력 타입, 안전, 모듈의 동작, 및 데이터 레이트들이 협상된다. 인터페이스 모듈(16)은 데이터의 손실을 포함하는 임의의 동작 결함을 통신한다. 그러한 결함은 전력이 즉시 턴 오프되는 것 또는 저전력(저전압) 모드로의 스위칭을 초래할 수 있다. 급전되는 디바이스가 저전력 모드에서 더 높은 전력이 안전하게 인가될 수 있다는 것을 회신할 수 있을 때까지, 최대 전력 공급이 재확립되지 않을 수 있다.

도 1에 도시되고 위에서 설명된 네트워크 디바이스들 및 토폴로지는 단지 예일 뿐이고, 본원에서 설명되는 실시예들은, 실시예들의 범위로부터 벗어나지 않으면서, 상이한 네트워크 토폴로지들 또는 네트워크 디바이스들을 포함하는 네트워크들에서 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 네트워크(또는 네트워크의 하나 이상의 부분)는 전력 전달만을 위해 구성될 수 있거나 또는 전력 및 통신들을 위해 구성될 수 있다. 네트워크는 네트워크를 통한 데이터의 전달을 용이하게 하는 임의의 수 또는 타입의 네트워크 통신 디바이스(예컨대, 라우터, 스위치, 게이트웨이, 제어기), 엔드포인트들 또는 호스트들(예컨대, 서버들, 가상 머신들, 클라이언트들)로서 동작하는 네트워크 요소들, 및 임의의 수의 네트워크와 통신하는 임의의 수의 네트워크 사이트 또는 도메인을 포함할 수 있다. 따라서, 네트워크 노드들은 클라우드 또는 포그 컴퓨팅을 포함할 수 있는 크고 복잡한 네트워크를 형성하기 위해 상호연결된 임의의 수의 서버, 가상 머신, 스위치, 라우터, 또는 다른 노드를 포함할 수 있는 임의의 적합한 네트워크 토폴로지에서 사용될 수 있다. 노드들은 전력을 비롯하여 전자 통신들을 위한 실행가능 경로를 제공하는 임의의 적합한 연결을 이용하는 하나 이상의 인터페이스를 통해 다른 노드들 또는 네트워크들에 커플링될 수 있다.

도 2는 본원에서 설명되는 실시예들을 구현하기 위해 사용될 수 있는 네트워크 디바이스(20)(예컨대, 도 1의 중앙 허브(PSE)(10), 스위치(PD)(14), 액세스 포인트(PD)(15))의 예를 예시한다. 일 실시예에서, 네트워크 디바이스(20)는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있는 프로그램가능 머신이다. 네트워크 디바이스(20)는 하나 이상의 프로세서(22), 센서(23)(예컨대, 전력 센서(예컨대, 전압, 전류 센서), 통신 센서, 열 센서), 메모리(24), 인터페이스(26), 광학 모듈(28)(예컨대, 도 1의 전력 + 광학기 인터페이스 모듈(16)), 및 전력 모듈/제어기(29)를 포함한다. 시스템이 전력과 데이터와 냉각 조합 전달을 위해 구성되는 경우, 네트워크 디바이스는 또한 하나 이상의 냉각 구성요소(21)(센서, 제어 밸브, 펌프 등)를 포함할 수 있다.

메모리(24)는 프로세서(22)에 의한 실행 및 사용을 위한 다양한 애플리케이션들, 운영 체제들, 모듈들, 및 데이터를 저장하는 휘발성 메모리 또는 비휘발성 저장소일 수 있다. 예컨대, 광학 모듈(28) 또는 제어기(29)의 구성요소들(예컨대, 코드, 로직, 또는 펌웨어 등)은 메모리(24)에 저장될 수 있다. 네트워크 디바이스(20)는 임의의 수의 메모리 구성요소를 포함할 수 있다.

네트워크 디바이스(20)는 패킷 또는 패킷 헤더를 프로세싱하도록 동작가능한 포워딩 엔진 또는 패킷 포워더와 통신할 수 있는 임의의 수의 프로세서(22)(예컨대, 단일 또는 다중 프로세서 컴퓨팅 디바이스 또는 시스템)를 포함할 수 있다. 프로세서(22)는 소프트웨어 애플리케이션 또는 모듈로부터 명령어들을 수신할 수 있고, 그 명령어들은 프로세서로 하여금 본원에서 설명되는 하나 이상의 실시예의 기능들을 수행하게 한다. 프로세서(22)는 또한, 결함 검출, 자동 협상, 디지털 인터로크, 동기화, 다상 제어, 펄스 전력 제어, 저전압, 고전압 제어, 변조기 스위치 제어 등을 위해 전력 제어 모듈(29)의 하나 이상의 구성요소를 동작시킬 수 있다.

제어기(전력 모듈/제어기)(29)는 자동 협상, 결함 검출, 초기화, 디지털 인터로크, 동기화, 다상 제어, 펄스 전력 제어, 또는 다른 제어 또는 관리 기능들을 위해 구성될 수 있다. 제어 시스템(29)은 중앙 허브(10) 및 원격 디바이스(14, 15)에 위치되고 전력과 데이터 조합 케이블(18)을 통해 상호연결된 구성요소들(모듈들, 코드, 소프트웨어, 로직)을 포함할 수 있다(도 1 및 도 2). 제어 시스템(29)은 또한, 도 3과 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같이, 전력 센서들 또는 데이터 모니터링 디바이스들로부터 입력을 수신할 수 있다. PD에서의 전력 모듈/제어기(29)는 동작을 초기화하는 것, 동작(예컨대, 펄스 파형들, 전류, 전압)을 동기화시키는 것, 전력 시스템의 상태를 자동 협상하는 것, 전력 시스템(예컨대, 케이블들 또는 급전되는 디바이스) 내의 임의의 결함들을 식별하는 것, 전력 동작 모드를 선택하는 것, 또는 이들의 임의의 조합을 행하기 위해 PSE(10)에서의 제어 시스템과 통신할 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 자동 협상은 펄스 전력 시스템에서 펄스들 사이에 수행될 수 있거나 또는 저전압 시동 동안 수행될 수 있다. 하나 이상의 제어 시스템 또는 전력 모듈 구성요소는 광학 모듈(28)에 위치될 수 있다.

로직은 프로세서(22)에 의한 실행을 위해 하나 이상의 유형의 매체에 인코딩될 수 있다. 예컨대, 프로세서(22)는 메모리(24)와 같은 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 코드들을 실행할 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는, 예컨대, 전자적일 수 있거나(예컨대, RAM(random access memory), ROM(read-only memory), EPROM(erasable programmable read-only memory)), 자기적일 수 있거나, 광학적일 수 있거나(예컨대, CD, DVD), 전자기적일 수 있거나, 반도체 기술일 수 있거나, 또는 임의의 다른 적절한 매체일 수 있다. 일 예에서, 컴퓨터 판독가능 매체는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 로직은 도 4, 도 5, 및 도 7의 흐름도들과 관련하여 아래에서 설명되는 하나 이상의 기능을 수행하기 위해 사용될 수 있다.

인터페이스(26)는 데이터 또는 전력을 수신하거나 또는 다른 디바이스들로 데이터 또는 전력을 전송하기 위해 임의의 수의 네트워크 인터페이스(라인 카드, 포트, 커넥터)를 포함할 수 있다. 네트워크 인터페이스는 다양한 상이한 통신 프로토콜들을 사용하여 데이터를 전송 또는 수신하도록 구성될 수 있고, 네트워크 인터페이스들에 커플링된 물리적 링크들을 통해 데이터를 통신하기 위한 기계, 전기, 및 시그널링 회로부를 포함할 수 있다. 예컨대, 라인 카드들은 포트 프로세서들 및 포트 프로세서 제어기들을 포함할 수 있다. 인터페이스(26)는 하나 이상의 광학 및 전기 인터페이스를 포함할 수 있다. 시스템이 냉각을 위해 구성되는 경우, 인터페이스(26)는 또한 유체 포트들을 포함할 수 있다. 인터페이스들(26) 중 하나 이상은 PoE + F + C(이더넷을 통한 전력 + 섬유 + 냉각), PoE + F, PoE, PoF, 고전압 펄스 전력, 다상 펄스 전력, 또는 유사한 동작을 위해 구성될 수 있다.

광학 모듈(28)은 확장 안전 전력 시스템을 모니터링 또는 제어하는 데 사용하기 위한 로직, 펌웨어, 소프트웨어 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 광학 모듈(28)은 전력 검출, 시스템 시동, 동기화, 전력 모니터 및 제어, 또는 전력 인에이블/디스에이블에 사용하기 위한 하드웨어 또는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 광학 모듈(28)은 전력 및 데이터를 수신 또는 전달하기 위한 인터페이스(26), 또는 프로세서 또는 메모리 구성요소들 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, 하나 이상의 실시예에서, 전력은 전력 공급부(27)에 의해 광학 모듈에 공급되고, 광학 모듈(28)은 네트워크 디바이스(20)에서의 나머지 구성요소들에 전력을 제공한다.

도 2에 도시되고 위에서 설명된 네트워크 디바이스(20)는 단지 예일 뿐이고, 네트워크 디바이스들의 상이한 구성들이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예컨대, 네트워크 디바이스(20)는 본원에서 설명되는 능력들을 용이하게 하도록 동작가능한 하드웨어, 소프트웨어, 알고리즘들, 프로세서들, 디바이스들, 구성요소들, 또는 요소들의 임의의 적합한 조합을 더 포함할 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른, 네트워크 디바이스(30)에서의 전력 모니터 및 제어, 시동, 동기화, 자동 협상, 및 결함 보호에 사용하기 위한 구성요소들을 예시하는 블록도이다. 도 3에 도시된 구성요소들 중 하나 이상은 인터페이스 모듈(16)에 위치될 수 있거나 또는 인터페이스 모듈의 하나 이상의 구성요소와 통신할 수 있다(도 1 및 도 3). 도 3에서, 고전력과 데이터 둘 모두를 운반하는 케이블(18)은 인터페이스 모듈에 커플링된 케이블 커넥터(36)와 함께 도시된다. 전력은 전기 인터페이스(37a)에서 수신되고, 데이터는 광학 인터페이스(37b)에서 수신 및 전송되고, 이들 둘 모두는 광학 모듈(16)에 위치될 수 있다. 커넥터(36)는, 예컨대, 각각의 기능에 대한 모듈 부분들을 갖는 단일 구성요소 또는 단일 물리적 구성요소를 포함할 수 있다.

네트워크 디바이스(30)는 광학 데이터를 수신하고 이를 전기 신호들로 변환하기 위한(또는 전기 신호들을 광학 데이터로 변환하기 위한) 광학/전기 구성요소들(31), 및 전력 검출 모듈들(32a, 32b), 전력 모니터 및 제어 모듈들(33) 및 전력 인에이블/디스에이블 모듈들(34)을 포함하는 전력 구성요소들을 포함한다. PoE 및 펄스 전력이 검출 요소들(32a, 32b)과 관련하여 설명되지만, AC, DC, 및 USB를 포함하는 다른 전력 전달 방식들이 유사한 요소들로 지원될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 전력의 타입은 고전압 전력과 저전압 전력으로 분할될 수 있다. 전력 구성요소들은, 광학기의 동작에 의한 간섭을 방지하기 위해 전력 회로를 광학 구성요소들로부터 전자기적으로 격리하는 격리 구성요소(예컨대, 격리 재료 또는 요소)를 통해, 광학 구성요소들(31)로부터 격리될 수 있다. 네트워크 디바이스(30)는 펄스 전력 검출 모듈(32a) 및 PoE 검출 모듈(32b)과 함께 동작하는 자동 검출 모듈(35)을 포함할 수 있다. 모듈(35)은 또한, 네트워크 디바이스 동작들에 기초하여 어느 전달 모드가 더 효율적인지에 기초하여 전력 전달 모드(예컨대, PoE 또는 펄스 전력)를 선택하도록 동작할 수 있다. 검출 요소들(32a, 32b), 자동 검출 모듈(35), 전력 모니터 및 제어 모듈들(33), 또는 자동 협상 모듈(39)의 하나 이상의 기능은 전력 모듈로 조합되고 인터페이스 모듈 내에서 동작할 수 있다.

자동 협상/디지털 인터로크 모듈(39)은 하나 이상의 결함 검출, 자동 협상, 또는 디지털 인터로크 프로세스를 수행하는 데 사용될 수 있다. 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 자동 협상은 PSE와 PD 사이의 통신 및 중앙 네트워크 디바이스 및 원격 네트워크 디바이스에서의 제어기들 사이의 상호작용을 포함할 수 있다. 게이트 제어/변조기(40)는, 도 10a 내지 도 13b와 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같이, 시스템 초기화 또는 테스트 동안 하나 이상의 회로를 격리하고 펄스 전력을 변조하기 위해 제공될 수 있다. 네트워크 디바이스(30)는, 아래에서 설명되는 바와 같이, 디바이스의 시동 및 테스트 동안 사용되는 부트스트랩/하우스키핑 회로(38)를 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 제어 신호 또는 모니터링 정보는 네트워크 디바이스, 케이블, 또는 전력 회로의 동작 상태(예컨대, 결함/결함 없음)를 제공하기 위해 하이브리드 전력 및 데이터 케이블(18)에서 전력 라인을 통해 전송될 수 있거나 또는 데이터 라인(예컨대, 광 섬유들)을 통해 전송될 수 있다.

도 3에 도시된 예에서, 각각의 모듈(32a, 32b)은 자신 고유의 전력 모니터 및 제어 모듈(33) 및 전력 인에이블/디스에이블 모듈(34)과 통신한다. 회로는 네트워크 디바이스(30)에 인가되는 전력의 타입을 검출하고, PoE 또는 펄스 전력이 더 효율적인 전력 전달 방법인지를 결정하고, 그 후, 선택된 전력 전달 모드를 사용한다. 하나 이상의 실시예에서, PoE 또는 고전압 펄스 전력은 동일한 케이블(18)을 통해 전송될 수 있다.

네트워크 디바이스(30)는 이용가능 전력을 계산하고, 그것이 급전되지 않아야 할 때, 케이블링 시스템이 통전되는 것을 방지하도록 구성된다. 전력 모니터 및 제어 모듈들(33)은, 시스템이 요구 전력 전달을 지원할 수 있는 것 및 안전 제한들(예컨대, 전압, 전류)이 초과되지 않는 것을 보장하기 위해, 전력 전달을 지속적으로 모니터링한다. 전력 모니터 및 제어 모듈들(33)은 또한, 광학 시그널링을 모니터링하고, 전력 소스와의 통신 또는 광학 천이들이 없는 경우, 전력을 디스에이블할 수 있다. 전력 모니터 및 제어 기능들은 전압 및 전류 흐름을 감지하고, 이러한 판독들을 중앙 제어 기능에 보고할 수 있다. 일 실시예에서, 네트워크 디바이스(30)는 그의 전력 및 데이터 요건들 및 상태를 통신하기 위해 시동 또는 재시작 시에 적은 양의 저전압 전력(예컨대, ≤ 12V, ≤ 24V, ≤ 60V)을 사용한다. 이어서, 네트워크 디바이스(30)는 결함들 또는 안전 조건들이 검출되지 않는 경우, (예컨대, 고전력 인에이블/디스에이블 모듈(34)에서) 최대 전력 동작(예컨대, > 60V, ≥ 300V, ≥ 500V, ≥ 1000V)을 위해 구성될 수 있다. 결함이 검출되는 경우, 네트워크 디바이스가 저전력 모드에서 고전력이 안전하게 인가될 수 있다는 것을 통신할 때까지 최대 전력 동작이 확립되지 않을 수 있다. 자동 협상 모듈(39)은 안전 동작 모드를 선택하고(예컨대, 고전압 전력을 인가하는 것이 안전하다고 결정하고), 회로 내의 결함을 식별하고(예컨대, 라인 대 라인 또는 라인 대 접지 결함 검출), 정상 동작 동안의 고전압 펄스 전력 사이의 테스트 동안 또는 시동 시에 결함이 식별되는 경우 전력을 셧다운하기 위해, 중앙 네트워크 디바이스에서의 제어 시스템과 통신한다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 전력은 통신들을 이용하거나 또는 이용하지 않고 전달될 수 있다.

도 3에 도시된 시스템은 단지 예일 뿐이고, 실시예들의 범위로부터 벗어나지 않으면서 구성요소들이 추가, 제거, 조합, 또는 재배열될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예컨대, 이전에 언급된 바와 같이, 네트워크 디바이스들은 또한 광학 인터페이스(37b) 및 광학 구성요소들(31) 없이 구성될 수 있다.

아래에서 설명되는 바와 같이, 초기화 프로세스는 저전압(도 4) 또는 고전압(도 5)으로 수행될 수 있다. 고전압 초기화 프로세스는, 예컨대, 저전압 안전 초기화 대신에 다른 고전압 안전 계층을 제공하면서, 전력 초기화 프로세스를 단순화하기 위해 또는 새로운 PD의 추가 또는 핫 스왑 PD 교체를 위해 사용될 수 있다. 도 7은 추가적인 케이블 길이들이 추가되었는지를 체크하기 위해 시동 시 또는 임의의 다른 시간에 수행될 수 있는 케이블 커패시턴스 및 쇼크 결함 테스트를 예시한다. 하나 이상의 실시예에 따라, 단순화된 블록도들 및 회로들이 케이블 커패시턴스 및 쇼크 결함 테스트(도 9a 및 도 9c), 초기 파워 업 후의 동기화(도 10a), 초기 저전압 시동(도 11a, 도 11c, 도 12a, 도 12b, 및 도 12c), 및 초기 고전압 시동(도 13a)에 대해 도시된다. 도 4 내지 도 14에 도시되고 본원에서 설명되는 프로세스들 및 회로들은 단순화를 위해 하나의 위상에 대해 예시되고, 이러한 프로세스들 및 회로들이 도 20 내지 도 22와 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같은 다상 시스템의 각각의 위상에 대해 중복될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, PD 초기화는 트랜시버, PD 변조기 게이트, 및 마이크로제어기/DSP로의 전력을 위해 PD 변조기 스위치가 오프된 상태에서 초기 PD 하우스키핑 전압을 위한 파워 업을 포함할 수 있다. PD 하우스키핑 전압은 전력 변환기 부하 동작을 케이블 전압 파형과 동기화시킴으로써 PSE 변조기 온 시간 동안 발생될 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 초기화는 저전압 또는 고전압 초기화를 포함할 수 있고, 하나의 저전압 초기화 예에서, 저전압(예컨대, 24 VDC)은 고전압(예컨대, 380 VDC)으로 스위칭하기 전에 인가될 수 있다. 이는 고전압 펄싱 동안에만 전력을 인출하기 전에, 더 빠른 시동 시간을 위해 DC 하우스키핑 커패시터를 완전히 파워 업하기 위한 긴 초기 온 시간 기간을 포함할 수 있다. 고전압 초기화의 경우, 단시간 고전압 펄스가 초기화 동안 추가적인 고전압 보호를 위해 사용될 수 있다. 다른 고전압 초기화 예에서, 공칭 시간(정상 동작 펄스 폭) 동작 고전압 펄스 및 듀티/주파수가 케이블 커패시턴스 테스트를 포함하는 안전 테스트를 위해 필요에 따라 사용될 수 있다. 이러한 고전압 초기화 프로세스는, 예컨대, 고전압 펄싱(케이블 상의 고전압 펄스 전력)을 갖는 케이블에 대한 새로운 PD의 추가 또는 PD 핫 스왑 교체를 위해 사용될 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, PSE에서의 저전압 초기화는 PSE로부터 PD로 저전압 펄스 전력을 전송하는 것, 안전 테스트(예컨대, 안전 바디 쇼크 보호 테스트, 케이블 커패시턴스 테스트)를 수행하는 것, 및 안전 테스트를 통과할 시에 전력 소싱 장비에서 고전압 펄스 전력 동작을 인에이블하는 것을 포함한다. 저전압 초기화 동안, PD는 저전압 펄스 전력의 파형과 동기화한다. 예컨대, PD에서의 변조기 스위치는 PSE에서의 변조기 스위치와 동기화될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "변조기 스위치"라는 용어는 하나 이상의 변조기 스위치(예컨대, 공통 제어를 갖는 하나 이상의 스위치), 전력 변조기, 펄스 변조기, 펄스 전력 변조기, 제어 스위치, 게이트 제어, 격리 스위치, 또는 본원에서 설명되는 기능들을 수행하도록 동작가능한 유사한 구성요소 또는 구성요소들의 그룹을 지칭할 수 있다. 동기화는 고전압 펄스 전력 동작 동안 계속될 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, PD에서의 저전압 초기화는 PSE로부터 PD에서 저전압 펄스 전력을 수신하는 것, 전력 소싱 장비로부터 수신된 저전압 펄스 전력의 파형과 급전되는 디바이스를 동기화시키는 것, 및 전력 소싱 장비로부터 수신된 고전압 펄스 전력으로 PD를 동작시키는 것을 포함한다. PD에서의 초기화 동안, PD에서의 하우스키핑 회로를 통전시키면서 변조기 스위치가 개방될 수 있다. 이어서, PSE에 의해 커패시턴스 및 안전 테스트가 수행되면서 변조기 스위치가 턴 온될 수 있다.

본원에서 사용되는 바와 같은 "동기화"라는 용어는, 예컨대, 전압 파형과 변조기 스위치들 중 하나 또는 PSE 및 PD 변조기 스위치 구동부들의 조정을 통한 PSE 및 PD에서의 펄스들의 조정을 지칭한다는 것을 이해해야 한다. 동기화는 PSE 및 PD에서의 펄스들(변조기 스위치들)을 정렬하는 데 사용되고, PSE 및 PD에서의 펄스 폭(변조기 스위칭) 사이의 차이들을 발생시킬 수 있다. 예컨대, 도 23 및 도 24와 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같이, 동기화는 PSE에서의 펄스 폭보다 PD에서 더 작은 펄스 폭을 제공할 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 예컨대, PSE와 PD 사이의 오프/온 동기화는 초기화 동안 수행되고, PSE 안전 테스트 또는 네트워크의 변화들(예컨대, 케이블의 변화들, 새로운 네트워크 디바이스의 추가)에 기초하여 업데이트될 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 저전압 초기화 프로세스의 개요를 예시한다. 단계(41)에서, PSE(예컨대, 도 1의 PSE(10))가 턴 온된다. 일 예에서, (도 11a에 도시된 바와 같이) PSU(11)는 다이오드를 통해 PSE 변조기 스위치 입력에 24 VDC를 제공한다. 저전압이 PSE 변조기 스위치 입력에 제공되고, 변조기 스위치는 시동 듀티 사이클로 스위칭을 시작하여, 저전압 펄스 전력(저전압 펄스들)을 PD로 전송한다(단계(42)). 일 예에서, 듀티 사이클은 12 ms 기간에 걸쳐 8 ms(밀리초) 온, 4 ms 오프를 포함한다(66.7% 듀티 사이클). 단계(43)에서, PD가 시동된다. 도 11a와 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같이, PD는 12/3.3 V 하우스키핑 및 플로팅 게이트 전압을 사용할 수 있다. PD 변조기 스위치는 PD에서 수신되는 PSE 전압 파형에 기초하여 PSE 변조기 스위치와 동기화한다(단계(45)). 이는 고전압 펄스 전력이 인에이블되기 전에, PD 및 PSE가 변조기 스위치 타이밍에 동의할 수 있게 한다. PD 트랜시버 및 DSP(Digital Signal Processor)(도 8에 도시됨(85b, 86b))(또는 MCU(microcontroller))는 동작을 시작하고, PD는 PLL(Phase Lock Loop) 또는 DLL(Digital Locked Loop, Delay Locked Loop)을 시작하고, PD 변조기 스위치 온/오프를 PSE 전압 파형과 동기화시킨다. 동기화 세부사항들은 도 10a 및 도 10b와 관련하여 아래에서 설명된다. 일 예에서, PD 및 PSE는 PD 변조기 스위치가 턴 온될 때 변조에 의한 턴 오프/온까지(단계(43) 후 및 단계(45)에서 PD가 PLL을 시작하고 변조기를 동기화시키기 전) 통신을 시작한다(단계(44)). 다른 예에서, PD 및 PSE 트랜시버들은 PD/PSE 변조기들의 온 시간 동안(단계(45)에서 PD가 PLL을 시작하고 변조기를 동기화시킨 후) 통신을 시작한다(단계(44)). 변조기 스위치가 온 상태인 것에 대한 언급은 폐쇄된 스위치(전류가 스위치를 통해 전송됨)를 나타내고, 변조기 스위치가 오프 상태인 것에 대한 언급은 개방된 스위치(전류가 스위치를 통해 전송되지 않음)를 나타낸다는 것을 이해해야 한다.

PD 및 PSE는 통신들이 이용가능한 경우, 변조기 스위치 타이밍을 임의로 자동 협상할 수 있다(변조기 스위치들을 동기화시킬 수 있음)(단계(46)). PSE는 커패시턴스 테스트(단계(47a)) 및 안전 테스트(단계(47b))를 수행한다. 커패시턴스 테스트(단계(47a)) 및 안전 테스트(단계(47b))는 "안전 테스트"로 일괄적으로 지칭될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 커패시턴스 테스트의 결과들은 안전 테스트 교정 및 타이밍을 위해 PSE 및 PD의 변조기 펄스 타이밍을 조정하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 커패시턴스 테스트의 결과들은, 도 7과 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같이, 최소 오프 시간 및 고전압 노출 시간을 식별하고, 고전압 노출 시간을 조정하고, 안전 결함 감지 레벨을 설정하기 위해 사용될 수 있다. PSE는 또한, 이러한 테스트 동안 전송 라인 파라미터들(예컨대, 커패시턴스)을 수집할 수 있다. 일 예에서, PSE는 케이블 누설이 지정된 저항 값(예컨대, 100 kohm)보다 더 큰지 확인하기 위해 케이블 누설 테스트를 수행한다. 통신들이 이용가능하지 않은 경우, 정적 타이밍 파라미터들이 사용될 수 있다. 케이블 커패시턴스 및 쇼크 결함 테스트의 추가적인 세부사항들이 도 7의 흐름도 및 도 9a 및 도 9c의 회로들과 관련하여 아래에서 설명된다. PSE 안전 테스트가 통과되지 않은 경우, 자동 재시작이 설정된 횟수(예컨대, 2회)로 시도될 수 있다(단계들(42 내지 47b)). 안전 테스트가 통과된 경우, PSE는 고전압 동작을 인에이블한다(단계(48))(예컨대, ≥ 300 VDC). 저전압 시동 무부하 레벨을 초과하는 PD 입력 전압(예컨대, ~360 VDC)이 DC/DC 부하를 턴 온시킨다. 이어서, PSE 및 PD는 전압 및 부하 전류 동기화에 동의할 수 있고, 고전압 펄스 전력 동작은 PSE가 PD로 고전압 펄스 전력을 전송하는 것을 계속한다(단계(49)). 추가적인 동기화 세부사항들은 도 10a에 도시된 회로들과 관련하여 아래에서 설명된다.

도 5는 일 실시예에 따른 고전압 초기화 프로세스의 개요이다. 이전에 언급된 바와 같이, 예컨대, 위에서 설명된 저전압 초기화 절차를 사용하지 않으면서 새로운 PD의 추가 또는 핫 스왑(핫 플러그 인) PD 교체를 하는 동안 고전압 초기화가 사용될 수 있다. 고전압 초기화는 또한, 저전압 초기화 대신에 다른 고전압 안전 계층을 제공하면서, 전력 초기화 시동 프로세스를 단순화하고 비용 및 복잡성을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, PSE 변조기 스위치 제어 및 동기화, 및 스위치가 온 상태인 것을 필요로 하는 통신을 확립하기 위해, 초기화 페이즈(LV 또는 HV) 동안 PSE에 보조 전력이 제공될 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 케이블 커패시턴스 및 쇼크 결함 테스트에 이어서, 변조기 스위치 동작 및 통신(사용되는 경우)을 확립한 후에 고전력 고전압 펄스 폭들에 대해 변조기 스위치들을 동기화시키기 위한 시퀀스가 후속될 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, 급전되는 디바이스는 급전되는 디바이스에서의 변조기 스위치가 개방된 상태에서 전력 소싱 장비로부터 고전압 펄스 전력을 수신하고, 고전압 펄스 전력의 펄스가 온 상태일 때, 급전되는 디바이스에서의 격리된 하우스키핑 전압을 커플링하고, 급전되는 디바이스에서의 하우스키핑 회로를 통전시키고, 고전압 펄스 전력으로 급전되는 디바이스에 급전하기 위해, 지정된 수의 고전압 펄스가 수신된 후에, 급전되는 디바이스에서의 변조기 스위치를 턴 온시킨다.

이제 도 5를 참조하면, PD 부하에 대한 고전압 온 펄스 동안 통신 링크를 확립하기 위한 초기 PD 하우스키핑 전압 및 제1 PD 변조기 스위치 동작이 설명된다. 단계(50)에서, PSE는 PD 변조기 스위치가 개방된 상태에서 PD로 고전압 펄스 전력을 전송한다. 하나 이상의 실시예에서, 초기 PSE 고전압 변조기는 PD 하우스키핑 전압이 없고 PD 변조기 스위치가 개방된 상태에서 추가적인 안전 레벨을 위해 (도 6과 관련하여 아래에서 설명되는) 안전 영역의 더 안전한 부분 내에서 짧은 온 펄스(즉, 정상 동작 동안 사용되는 것보다 더 짧은 펄스)를 제공할 수 있다. 예컨대, 변조기 스위치가 개방된 상태로 PD에서 수신되는 고전압 전력은 짧은 펄스 온 시간(펄스 폭)을 포함할 수 있고, 변조기 스위치가 턴 온되면, 수신되는 고전압 펄스 전력은 정상 동작 펄스 온 시간(공칭 폭 펄스)을 포함한다. 격리된 하우스키핑 전압은 자동 협상 동안 고전압 펄스가 온 상태일 때 케이블 전압 전하에 영향을 미치지 않으면서 PD 측에 커플링된다(단계(51)). PSE는 PD 변조기 스위치를 자동 턴 온시키기 위해 다수의 고전압 펄스를 기다릴 수 있다(단계(52)). PSE는 PD 변조기 스위치가 턴 온되었는지를 확인하기 위해 체크한다(단계(53)). 일 예에서, PSE는 통신 링크를 통해 고전압 온 펄스 부하 기간의 끝에서 턴 오프시키도록 지시될 때까지 PD 변조기 스위치를 자동 턴 온시키기 위해 대략 40 ms에 걸쳐 3개의 고전압 펄스를 기다린다. PD 변조기 스위치가 턴 온되는 경우, 정상 동작이 계속된다(단계(54)). 그렇지 않으면, 재시작이 시도될 때까지 전력이 셧다운된다(단계(55)).

도 6은 전류 흐름의 지속기간(ms) 대 바디 전류(mA)를 예시하는 그래프(60)이다. 그래프는 안전 영역을 도시하고, 그 안전 영역에서, 일반적으로, 인간들에 의한 인식이 없거나 또는 거의 통증이 없고 위험한 영향이 없다. 위험 영역에서, 인간들에 대한 근육 수축 및 호흡 손상 또는 치명적 영향들과 같은 가역적 영향들이 있을 수 있다. 그래프(60)에 도시된 바와 같이, 고전압 초기화에 대한 펄싱 제한들 및 최대 노출 시간은 안전 영역 내에서 유지된다. 하나 이상의 실시예에서, 임의의 PD 부하 요건들을 요구하지 않는 고전압 초기화 시동 기간 동안, 부하 전력 요건에 영향을 미치지 않으면서 더 짧은 고전압 펄스가 가능하다. 예들에 도시된 더 적은 쇼크 에너지, 및 고전압 노출 기간의 더 짧은 고전압 온 시간 및 더 짧은 오프 시간 검출 시간으로 인해, 추가적인 더 높은 쇼크 보호 레벨이 가능하다.

도 4와 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, PSE에서 고전압 펄스 전력 동작을 인에이블하기 전에 하나 이상의 안전 테스트가 수행될 수 있다. 테스트는 케이블 커패시턴스 테스트와 함께 안전 바디 쇼크 보호 테스트, 및 테스트에 기초한 교정 조정을 포함할 수 있다. 일 예에서, 아래에서 설명되는 바와 같이, PSE 안전/커패시턴스 테스트 및 분석은, 거의 선형인 dv/dt 영역에서의 RC 시간의 처음 10%(또는 다른 적합한 퍼센티지)에 대한 지정된 시간 동안의 알려져 있는 방전 저항기에서의 스위칭에 의한 케이블 전압 드룹의 교정 분석으로부터의 안전 바디 전류에 대한 정확한 케이블 전압 드룹 임계치 및 정확한 커패시턴스 테스트로, 다음 고전압 펄스의 자동 협상을 위한 펄스들 사이의 듀티/기간 내의 가장 짧은 고전압 노출을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 하나 또는 2개의 알려져 있는 저항기는 케이블 커패시턴스의 더 빠르고 정확한 계산을 위해 알려져 있는 시간 동안 스위칭 인될 수 있다. 아래에서 설명되는 커패시턴스 테스트는 펄스별로 또는 초기화 시의 시간에만 그리고 안전 테스트 레벨에 대해 수행될 수 있고, 이는 즉각적으로 케이블 커패시턴스 변화들을 식별하는 능력을 추가하고, 더 용이한 동기화 및 타이밍 분석을 위해 큰 케이블 전압 dv/dt 드룹 레벨들을 제공한다.

도 7은 PSE와 PD 사이에 개재된 케이블의 커패시턴스 테스트를 위한 프로세스의 개요이다. 단계(70)에서, 알려져 있는 고전압 펄스가 PSE 변조기 스위치로부터 개방 및 무부하 케이블을 통해 전송된다. 하나 이상의 실시예에서, 케이블 커패시턴스 전압은 처음 10%의 드룹으로 전압 방전의 시간을 측정하기 위해, 알려져 있는 방전 저항기 부하(예컨대, 100 kohm 또는 다른 적합한 저항) 및 방전하기 위한 RC 시간(저항기/커패시턴스 회로의 시상수)으로 변조된다(단계(71)). 이는, 도 9b와 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같이, 처음 0.1 RC 시간 간격 동안 대략 Δt = RC의 선형 관계이다. 이 예에서, 380 VDC 고전압 레벨에서의 3.8 mA 최대 바디 전류 보호의 바디 쇼크 보호에 대한 결함으로서 사용될 최대 바디 저항으로서 100 Kohm의 최대 저항 값이 선택된다. 이 예에서, 고전압 펄스 및 부하 전류가 턴 오프된 후의 잡음 없는 깨끗한 감지 레벨에 대해 10% 드룹 전압 레벨이 또한 선택된다. 높은 커패시턴스의 긴 케이블의 경우, 주어진 듀티 사이클 내에서 감지를 위한 더 긴 오프 시간 및 전력을 위한 더 긴 고전압 온 시간을 제공하기 위해 감지 시간이 가장 길다. 이 예에서, 최대 케이블 길이는 300 nF의 커패시턴스를 가질 수 있고, 그에 따라, 100 Kohm 테스트 저항기의 경우, 10% RC 시간까지의 시간은 3 ms이고, 67% 듀티 사이클에 대해 4 ms가 최대 오프 시간으로서 그리고 감지 마진에 대해 사용될 수 있고, 8 ms가 고전압 온 시간으로서 사용될 수 있다. 이어서, 최악의 경우, 이 예에서, 고전압 노출 시간은 고전압 전력 또는 다른 고전압 펄스를 래치 오프(latch-Off)하기 위한 바디 결함을 검출하기 위해 11 내지 12 ms이다. 더 낮은 바디 저항 조건들의 경우, 전류는 더 높을 수 있고, 최대 노출 시간은 동일할 수 있다. 이러한 이유로, 더 짧은 오프 시간 및 총 노출 기간을 위해 더 작은 커패시턴스 및 케이블 길이로 10% 드룹에 대해 더 짧은 오프 시간이 선택된다. 훨씬 더 짧은 오프 시간 및 총 노출 기간을 위해 10%보다 더 얕은 드룹 전압(예컨대, 1 내지 2%)을 정확하고 신뢰성 있게 측정하기 위해 다른 방법들이 사용될 수 있다. 케이블에 걸쳐 추가적인 저항을 결정하고 결함이 있는지를 식별하기 위해, 이러한 값은 100 kohm 부하를 갖지 않는 dv/dt와 비교된다(단계(72)). 일 예에서, 100 kohm 초과는 테스트를 통과하고, 100 kohm 미만은 결함을 나타낸다.

결함이 식별되는 경우, 리셋까지 결함 모드가 진입된다(단계(74)). 테스트가 통과되는 경우, 케이블 커패시턴스가 계산되고, 100 kohm 부하 전압 임계치는 자동 협상 고전압 펄스 오프 시간 동안 추가적인 결함을 억제하기 위해 결함 dv/dt로 설정된다(단계(75)). 100 kohm 결함 dv/dt 전압 임계치에 대해 최대 고전압 펄스 오프 시간이 결정된다(단계(76)). 이 값은 바람직하게는 마진(예컨대, dv/dt의 결함 임계치 = 10% 플러스 다른 5% 마진)을 포함한다. 원하는 전력, 케이블 손실, 및 RMS(Root Mean Square) 전류에 대한 온 시간에 대해 원하는 듀티 사이클이 결정된다(단계(77)).

위에서 설명된 프로세스는 초기화(저전압 또는 고전압 시동) 시에만 수행될 수 있거나, 또는 추가적인 케이블 길이들이 추가되었는지를 식별하기 위해 고정 간격들 또는 펄스별로 반복될 수 있다. 케이블 커패시턴스 및 쇼크 결함 테스트는 아래에서 설명되는 다상 시스템에서 각각의 위상에 대해 수행될 수 있다. 위에서 설명된 저항 값들, 마진들, 및 방전 시간들은 단지 예들일 뿐이고, 실시예들의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 값들이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 커패시턴스 테스트의 추가적인 세부사항들은 도 9a 내지 도 9d와 관련하여 아래에서 설명된다.

도 4, 도 5, 및 도 7에 도시된 프로세스들은 단지 예들일 뿐이고, 실시예들의 범위로부터 벗어나지 않으면서 하나 이상의 단계가 추가, 제거, 조합, 또는 재순서화될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

이제 도 8을 참조하면, 확장 안전 전력 시스템의 단순화된 블록도가 도시된다. 블록도는 전력 소스 및 스마트 제어를 제공하는 전력 소싱 장비(81), 및 PON(Passive Optical Network) 엔드포인트를 포함하는 급전되는 디바이스(82)를 위한 회로들을 포함한다. 블록(83) 내에 도시된 구성요소들은 단일 위상을 표현하고, 아래에서 설명되는 바와 같은 다상 시스템의 각각의 위상에 대해 중복될 수 있다. 변조기 스위치들(84b, 84c, 84d), 감지 구성요소들(89a, 89b), 및 시동 전력 회로(87h)는 각각의 케이블 쌍/위상에 대해 중복될 수 있다.

PSE(81)는 게이트를 갖는 변조기 스위치(84a) 및 격리된 고전압 소스(예컨대, 380 VDC)를 포함한다. DSP(Digital Signal Processor)(85a, 85b)는 마이크로제어기 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 디지털 제어 및 소프트웨어/펌웨어를 포함할 수 있다. PSE 및 PD에서의 Tx/Rx(86a, 86b)는 커플링 네트워크를 갖는 트랜시버들을 표현한다. 격리된 전력 공급부(87a)는 PSE 하우스키핑을 위해 제공된다. 격리된 전력 공급부(87b)는 저전압 초기화 및 테스트를 위해 24 VDC 입력 예를 갖는 PD 하우스키핑을 위해 제공된다. PD(82)는 또한, PD의 출력(고전압 펄스 전력 동작) 예로부터의 60 내지 380 VDC 입력으로 12 V/3.3 V 하우스키핑 전압을 생성하기 위한 DC/DC 격리된 변환기(87c)를 포함한다. 이 예에서, 전류 감지 변압기/홀 효과 센서(CS/CT)들(88a, 88b)이 PSE 및 PD에 포함된다. 안전 감지 회로(Vsense 안전)(89a) 및 PD 동기화 전압 센서(Vsense 동기화)(89b)가 각각 PSE 및 PD에 위치된다. 도 8에 도시된 바와 같이, PSE는 2개의 PSE 변조기 스위치(84b, 84c)를 포함하고, PD는 고전압 펄스들 사이의 자동 협상 안전 테스트 동안 케이블에 걸친 바디 저항의 RC 시간에 비례하는 정확한 전압 드룹 감지를 위해 고전압 펄스 오프 시간 동안 케이블 쌍을 완전히 격리하기 위한 양방향 스위치들로서 도시된 하나의 PD 변조기 스위치(84d)를 포함한다. 스위치들은, 예컨대, 이전에 설명된 바와 같이, PSE와 PD 사이에서 동기화되는 펄스 전력 변조를 제공하기 위해 고체 상태 스위치 또는 임의의 다른 적합한 디바이스를 포함할 수 있다.

도 8에 도시된 회로의 부분들의 동작의 추가적인 세부사항들은 케이블 커패시턴스 테스트(도 9a 및 도 9c), 동기화(도 10a), 저전압 초기화(도 11a 및 도 11c), 저전압 하우스키핑(도 12a, 도 12b, 및 도 12c), 및 고전압 초기화(도 13a)에 대해 아래에서 설명된다.

도 9a는 (도 7의 흐름도와 관련하여 위에서 설명된) 케이블 커패시턴스 및 쇼크 결함 테스트에 사용하기 위한 회로(90)의 단순화된 표현이다. 이 예에서, PSE는 저항기들(R1a, R1b, R2a, R2b, 및 R3)을 포함한다. R3은 dv/dt 전압 드룹으로부터의 케이블 저항 및 커패시턴스의 정확한 계산을 위해, 알려져 있는 시간 동안, 케이블에 걸쳐 스위칭되는 알려져 있는 교정 저항기이다. PD는 커패시터(Cf), 인덕터들(LF1 및 LF2), 및 다이오드(D)를 포함한다. 스위치들(S1a, S1b)(PSE 변조기 스위치) 및 스위치(S2)(테스트 스위치)는 PSE에 위치된다. PD는 스위치(S3)(PD 변조기 스위치)를 포함한다. 커패시턴스(C_cable)는 케이블 커패시턴스를 표현하고, 인덕턴스(L_cable)는 케이블 인덕턴스를 표현하고, 저항(R_cable)은 케이블 저항을 표현한다. 도 9a에 도시된 단순화된 회로는 단지 예일 뿐이고, 실시예들의 범위로부터 벗어나지 않으면서 구성요소들이 추가, 제거, 또는 재배열될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예컨대, 저항기들(R1a 및 R1b)은 스위치들(S1a 및 S1b)의 (도 9a에서 볼 때) 우측에 위치될 수 있다.

도 9b는 제1 실시예에 따른, 도 9a에 도시된 회로 내의 PSE 스위치(S1)(도 9a의 S1a 및 S1b, 도 9b에서 S₁로서 도시됨), 테스트 스위치(S2)(도 9b의 S₂), 및 PD 스위치(S3)(도 9b의 S₃)의 상태의 변화들에 따라 시간 경과에 따른 케이블 전류(i_c(t)) 및 전압(v_c(t)), 및 PSE 테스트 스위치(S2)에서의 전류(i_s2(t)), 및 PD 스위치(S3)에서의 전류(i_s3(t))에 대한 PSE 테스트 스위치(S2)에서의 하나의 펄스에 대한 타이밍 파형들을 예시한다. 파형도는 또한 V_in 및 I_{c_peak}를 도시한다. 이전에 설명된 바와 같이, 알려져 있는 저항기(R3)가 케이블 커패시턴스를 결정하기 위해 스위칭 인된다. PSE 변조기 스위치(S1)가 개방된 후에, 케이블에서의 전압은 dv_c/dt_(a-b)로 표현된 바와 같이 강하되기 시작하고, 이는 결함 바디 저항(R_unknown)에 대한 누설로부터의 케이블 드룹을 표현한다. 전압은 스위치(S₂)가 폐쇄됨에 따라 dv_c/dt_(b-c)로 도시된 바와 같이 계속 강하되고, 이는 R3 플러스 케이블 누설 또는 바디 저항(R_unknown)으로부터의 케이블 드룹을 표현한다. 이어서, 스위치(S2)가 개방되고, 케이블 전압의 변화는 누설 또는 결함 바디 저항(R_unknown)으로부터의 케이블 드룹을 표현한다.

정확성 및 신뢰성을 증가시키고 오프 시간을 최소화하기 위해 스마트 디지털 시스템이 사용될 수 있다. 도 7과 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, PSE 변조기는 개방/무부하 케이블을 통해 펄스를 전송하기 위해 스위칭 온될 수 있고, 케이블 커패시턴스 전압은 안전 쇼크 보호를 위해 최대 바디 저항의 알려져 있는 테스트 저항기로 변조될 수 있다. 이어서, 케이블 저항 및 커패시턴스는 처음 0.1 RC 시간 동안 대략

의 선형 관계인 10% RC 시상수 내에서 테스트될 수 있고, 여기서, 초기 전압(V₀)으로부터의 방전 전압(dv_c) 및 실제 시상수(T)는

로부터 얻는다. 이어서, 알려져 있지 않은 누설 저항을 갖는 dv/dt는 알려져 있는 테스트 저항이 추가된 dv/dt와 비교될 수 있다.

도 9c 및 도 9d는 초기 케이블 안전 및 커패시턴스 테스트를 수행하는 데 사용하기 위한 다른 예를 예시한다. 도 9c는 일반적으로 91로 표시되는 회로의 블록도이다. PSE는 변조기 스위치들(S1a, S1b)(도 9d에서 S₁로 일괄적으로 지칭됨) 및 테스트 스위치들(S2(도 9d의 S₂) 및 S4(도 9d의 S₄))을 병렬로 포함한다. PD는 스위치(S3(도 9d의 S₃))를 포함한다. 도 9c와 관련하여 위에서 설명된 것과 유사하게, 도 9d는 도 9b에 도시된 회로에서의 PSE 스위치(S1), 테스트 스위치들(S2 및 S4), 및 PD 스위치(S3)의 상태의 변화들에 따라 시간 경과에 따른 케이블 전류(i_c(t)) 및 전압(v_c(t)), 및 PD 스위치(S3)에서의 전류(i_s3(t))에 대한 타이밍 파형도들을 도시한다. 또한, 테스트 스위치들에서의 전류(i_s2(t) 및 i_s2(t) + i_s4(t))가 도시된다. 이 예에서, 2개의 알려져 있는 스위치 저항(R2, R4)은 더 빠르고 더 정확한 측정들을 위해 신호 대 잡음 측정을 위한 더 큰 dv/dt 전압 단계들을 갖는 다른 교정된 방법을 제공하여, 더 높은 안전 레벨을 위한 쇼크 노출의 고전압 기간 및 더 낮은 오프 시간 듀티 사이클을 가능하게 한다. 2개의 알려져 있는 저항 단계들에서, dv/dt 차이들은 펄스별로 케이블 커패시턴스 및 알려져 있지 않은 저항을 계산하는 데 사용될 수 있다. S2 및 S4 게이트는 고전압 오프 시간 이벤트의 더 빠른 검출을 위한 더 빠른 초기 dv/dt 기울기를 위해 나중보다 초기에 함께 동작할 수 있다.

도 9a 및 도 9c에 도시된 회로들, 도 9b 및 도 9d에 도시된 파형도들, 및 위에서 설명된 테스트 계산들은 단지 예들일 뿐이고, 다른 회로들(예컨대, 스위치들, 저항기들 등의 조합)이 케이블의 안전 및 커패시턴스를 테스트하는 데 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

도 4의 단계들(45 및 46)과 관련하여 이전에 논의된 바와 같이, PD는 케이블 전압 파형 초기화를 사용하여 PSE와 동기화를 수행한다. 이 프로세스는 오프/온 동기화를 제어하기 위한 통신들을 위해 PD 변조기 스위치가 턴 온되는 것으로 시작할 수 있다. 이어서, PD는 오프/온 동기화를 제어하기 위해 PD 변조기 스위치의 PLL(또는 DLL) 제어를 발생시킬 수 있다. 초기에, PD는 PSE 변조기 디폴트 온 시간 내의 디폴트 기간 동안 PD 변조기 스위치를 턴 온시킬 수 있다. 변조기 스위치 타이밍은 PSE 안전/커패시턴스 테스트 및 분석에 기초하여 이루어진 변화들에 따라 수정될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 고전압 오프 기간 동안의 케이블 전압 드룹 안전 테스트에 대한 케이블 전압 링잉(ringing)을 최소화하기 위해, 도 23 및 도 24와 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같이, 동기화는 PSE 변조기 고전압 스위치 온 후의 시간 지연 PD 변조기 스위치 온 로딩, 및 PSE 변조기 고전압 스위치 오프 전의 PD 변조기 스위치 오프 언로딩을 포함할 수 있다.

도 10a는 초기 파워 업 후에 사용하기 위한 단순화된 동기화 제어 회로(100)를 예시한다. 고전압 제어가 게이트 제어부(101) 및 고전압 스위치(102)에 제공된다. PSE 변조기 스위치들(스위치 1 및 스위치 2)(103)은 PSE 게이트 제어부(104)에 커플링된다. 도 8과 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, PD는 Vsense 동기화(106) 및 PD 게이트 제어부(107)에 커플링된 PD 변조기 스위치(109)를 포함한다. PD 엔드포인트 부하는 108로 도시된다. 도 4의 흐름도와 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, PD 변조기의 제어는 초기 파워 업 후에 펄스별 오프/온 커맨드 통신들로 수행될 수 있거나(단계(44) -> 단계(45)), 또는 PD 변조기 제어는 통신 없이 PLL 동기화로 수행될 수 있거나(단계(45) -> 단계(44)), 또는 PD 변조기 제어는 통신 없이 PDE와 PD 사이에 알려져 있는 디폴트 타이밍으로 수행될 수 있다(단계(45) -> 단계(44)). 동기화 방법들의 3개의 상이한 예가 도 10a에 도시된 회로에 대해 아래에서 설명된다.

도 10b는 (Vsensne 동기화(106)에서의) PLL 동기화 및 스위치 천이들(PSE 게이트(스위치(103)), PD 게이트(스위치(109)))과 함께 Vccable을 도시한다. 전압(VCcable)은 도 10a에 도시된 바와 같이 케이블에서 측정된다. PLL(또는 DLL) 동기화는 Vsense 동기화 회로(106)에서의 전류를 나타낸다.

제1 예에서, PD 변조기 제어부는 초기 파워 업 후에 펄스별 오프/온 커맨드 통신들을 제공받는다. PSE 변조기 제어부(104)는 펄싱 없이 저전압(예컨대, 24 V)으로 턴 온된다. PD 변조기 제어부(107)는 하우스키핑 전력 이외의 부하 없이 턴 오프되도록 지시될 때까지 턴 온된다. 이어서, PSE와 PD 사이에 통신 링크가 확립된다. PSE 변조기(103)는 확립된 온 시간 및 오프 시간 듀티 사이클 및 주파수로 펄싱을 시작한다. PSE는 변조기 온 시간의 데이터 스트림 기간의 끝에서 X ms 동안 PD 변조기를 턴 오프시킨 후에 다시 턴 온시키라는 커맨드를 전송한다. 오프 시간 커맨드는 데이터 스트림에서 조기에 전송되고 펄스별로 변화될 수 있고, 그 후, 전송되는 마지막 워드는 지정된 시간에서의 지금-턴-오프(turn-off-now) 커맨드일 수 있다(약간의 턴 오프 지연이 있을 것임을 알고 있음).

제2 동기화 방법은 통신 없이 PD 변조기 제어 및 PLL 동기화를 제공한다. Vsense 동기화 회로(106)는 케이블 저항(즉, 중간 포인트 접지 저항 및 감지 회로들)으로 인해 PSE 게이트 스위치(102)가 오프 상태일 때 케이블 커패시턴스(Ccable) 전압 파형 드룹(VCcable)을 감지한다. Vsense 회로(106)는 PSE 게이트 스위치들이 온된 상태에서 드룹 후의 VCcable 양의 천이로부터 펄스들을 발생시킨다(도 10b). Vsense 펄스들은 전압 제어 발진기(VCO) 동기화 펄스들을 발생시키기 위해 PLL에 입력된다. PLL VCO 펄스들은 PSE 게이트 스위치 제어부(104)와 원하는 대로 동기화되는 PD 게이트 변조기 제어부를 위한 펄스 성형을 발생시킨다. PSE 게이트 스위치가 오프된 상태에서의 전압 파형 드룹(VCcable)은 도 10b에 도시된다. 이전에 설명된 바와 같이, VCcable은 PSE 게이트(104)가 스위칭 온될 때 드룹 후에 양의 천이를 갖는다.

제3 동기화 방법은 PSE 변조기와 PD 변조기 사이의 미리 확립된 디폴트 온 시간을 제공한다. 하나 이상의 실시예는 원샷 단안정 다중 진동기(MV) 디폴트 펄스 폭 및 디폴트 지연 시간을 활용하여, PSE 변조기 펄스 온 시간의 시작에서 케이블 커패시터 전압 파형 고속 상승 dv/dt로부터 트리거되는 PSE 디폴트 변조기 온 시간과 동기화시킨다. 회로는, 예컨대, 미분기 회로, 바이어스 평균 트리거 임계 회로, 및 연산 증폭기(op-amp)를 포함할 수 있다. 회로는 조정가능 지연 온(105a)(예컨대, 100 μs 디폴트) 및 조정가능 원샷 다중 진동기(105b)(예컨대, 7.8 ns 디폴트)를 더 포함할 수 있다. 이 예에서, PD 변조기 제어부는 통신 동안 다음 펄스에 대한 업데이트된 온 시간 커맨드까지 펄스별 디폴트 온 시간을 제공받는다. PSE 변조기는 먼저, PD Vsense 동기화 회로(106)에 대한 전압 파형 드룹(Vccable)을 갖는 케이블 위상/쌍에 대해 디폴트 온 시간 듀티 사이클(예컨대, 8 ms) 및 기간(예컨대, 12 ms)을 펄싱한다. Vsense 동기화 회로(106)는 디폴트 온 시간 듀티 사이클로 PD 변조기 스위치 제어에 대해 요구되는 지연된 펄스 폭으로 Vccable 양의 천이를 트리거한다. 온 시간 듀티 사이클 동안, 데이터 통신들은 각각의 다음 펄스 기간 동안 PD 변조기 온 시간 듀티 사이클과 동기화시키기 위해, 필요에 따라, 동기화 지연 시간, 펄스 폭, 및 기간을 업데이트 또는 수정할 수 있다. 이어서, 위의 단계들은 반복될 수 있다. 이는 PSE로부터의 온/오프 시간, 듀티 사이클, 및 주파수에서의 즉각적인 동기화 변화들에 대해 펄스별 변화를 제공하고, 각각의 위상/쌍에 대해 PD를 동기화 상태로 유지한다. 이러한 시퀀스는 또한, 잡음 과도현상 완화를 위해, PD 변조기가 스위칭 온되기 전에 PSE 변조기 전압이 먼저 온 상태가 된 후에, PSE 변조기 전압이 스위칭 오프되기 전에 PD 변조기가 먼저 오프 상태가 되는 것을 보장한다.

도 11a는 단순화된 PD 초기 저전압 시동 회로(110)를 예시하는 블록도이다. 도 4의 흐름도와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, PD 하우스키핑 전력을 위한 저전압(예컨대, 24 V) 시동 시퀀스가 PD 변조기 제어 또는 통신들 전에 수행될 수 있다. 도 10a와 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 고전압 제어가 게이트 제어부(111) 및 고전압 스위치(112)에 제공된다. PSE 변조기 스위치들(스위치 1 및 스위치 2)(113)은 PSE 게이트 제어부(114)에 커플링된다. PD는 Vsense 동기화(116) 및 PD 게이트 제어부(117)에 커플링된 PD 변조기 스위치들(113)을 포함한다. PD 엔드포인트 부하는 118로 도시된다. 도 11a에 도시된 회로는 DC/DC 하우스키핑 회로(120)(예컨대, 24 V 대 12/3.3 V 변압기)(로컬 에너지 저장소로 또한 지칭됨)를 포함한다. PSE 변조기 스위치(119)는 초기 시동 전력을 위해 고정 시간(예컨대, 100 ms) 동안 저전압(예컨대, 24 V) 온 시간을 케이블 및 PD DC/DC 하우스키핑 회로(120)에 제공할 수 있다. PD DC/DC 하우스키핑 회로(120)는 시동되고, PSE 변조기 스위치(113)의 고정 시간 동안 동작한다. 이어서, PSE 변조기(113)는 (도 11b의 PSE 게이트 전류에 도시된 바와 같이) 확립된 온 시간 및 오프 시간 듀티 사이클 및 주파수로 저전압을 펄싱하기 시작한다.

Vsense 회로(116)는 계속되는 하우스키핑 전력을 위해 DC/DC 하우스키핑 변환기(120)를 동작시키도록, PSE 게이트 스위치 온으로부터의 전압 드룹 후의 VCcable 양의 천이로부터 인에이블 펄스 폭을 발생시킨다(도 11a 및 도 11b). 24 V DC/DC 변환기는 PD 회로들에 하우스키핑 전력을 제공하고, PD 변조기 스위치(119) 및 통신을 시작하고, 그 후, 케이블로의 380 VDC 고전압 변조기 스위칭을 인에이블한다. OVP(Over Voltage Protection) 회로는 고전압이 턴 온될 때 ~27 VDC 초과에서 DC/DC 변환기를 디스에이블한다. PD는 24 V DC/DC 변환기(120)로부터 하우스키핑 전력을 인계받는 하우스키핑을 위한 380 V 고전압 DC/DC 변환기(도 8의 87c)를 포함할 수 있다.

도 11b는 PSE 게이트 제어부(114)가 오프된 상태의(변조기 스위치들(113)이 개방된 상태의) 전압 파형 드룹(VCcable)(PSE에서의 케이블 시작에서 측정됨)을 도시한다. PSE 게이트 트레이스는 PSE 스위치(113)의 변조를 나타낸다. DC/DC 전력은 DC/DC 하우스키핑 회로(120)에서 측정된다. 이전에 설명된 바와 같이, VCcable은 PSE 게이트(114)가 스위칭 온될 때 드룹 후에 양의 천이를 갖는다. Vsense 회로(116)는 계속되는 하우스키핑 전력을 위해 DC/DC 하우스키핑 변환기(120)를 동작시키도록, PSE 게이트가 스위칭 온될 때의 전압 드룹 후의 VCcable 양의 천이로부터 인에이블 펄스 폭을 발생시킨다.

도 11c는 저전압 시동에 사용하기 위한 단순화된 회로 설계이다. 2개의 꼬인 쌍이 도시되고, 각각의 쌍에 대해 PSE 변조기 스위치들(113) 및 PD 변조기 스위치(119)가 도시된다. 인에이블 스위치(112)는 고전압 동작(예컨대, 380 VDC, > 300 V, > 200 VDC)을 위해 폐쇄된다. 일 예에서, 저전압 동작은 56 V(예컨대, 24 V) 이하일 수 있다. PSE는 저전압 케이블 커패시턴스 및 결함 테스트 회로(115)를 포함한다. 하나 이상의 실시예에서, PD에서의 저전압 파워 업 회로는 격리 회로 없이 핫 스왑을 가능하게 하기 위해 대략 27 V 초과에서 0 V 셧 오프(24 V의 저전압 동작의 경우)로 구성된다. 대안적인 시동 전력은 초기 파워 업에 대해 PD에서의 배터리에 의해 제공될 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, PD는 각각의 와이어 쌍에 대해 저전압 DC/DC 변환기(120)를 포함한다. 저전압 하우스키핑 회로의 세부사항들은 도 12a 및 도 12b와 관련하여 아래에서 설명된다.

도 12a는 저전압 하우스키핑 전력 회로(121)의 예를 예시하는 블록도이다. 회로(121)는 입력 (125로부터의) 인에이블 1, (126으로부터의) 인에이블 2 및 PD 하우스키핑(24/12 V DC/DC 변환기(123))으로부터의 디스에이블을 갖는 게이트 바이어스 및 제어 회로(122), 및 스위치(124)(도 11a 및 도 11c와 관련하여 위에서 설명됨)를 포함한다. 도 11a 및 도 11c에 도시된 바와 같이, 하우스키핑 회로는 케이블 쌍으로부터 전력을 수신하고, 전력을 PD 변조기 스위치(119)에 제공한다. 변환기(123)는 하우스키핑 전력을 PD 회로들에 제공하고, PD 변조기 스위치 및 통신을 시작하고, 그 후, 고전압 변조기 스위칭을 인에이블한다.

도 12b는 단순화된 저전압 시동 하우스키핑 전력 회로(127)를 예시한다. 회로는 고전압 MOSFET 스위치(M1)로 셧 오프하기 위한 과전압 보호와 함께 케이블 쌍의 PD 단부에 저전압 DC/DC 자체 시작 하우스키핑 전력을 제공한다. 일 예에서, 저항기들(R1, R2, R3, R4, R5, 및 R6)은 각각 1 또는 2 Mohm(메가옴) 저항기를 포함할 수 있다. 다이오드(D1) 및 스위치(Q1)는, 예컨대, 27 V 초과의 과전압 보호를 제공할 수 있다. 일 예에서, 커패시터(C1)는 100 μF으로 정격화된다.

5 W에 대한 긴 케이블 저항 전압 강하의 경우, 시동 저전압은 24 V로부터 56 VDC로 증가될 수 있다는 것에 유의할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 저전압은 56 V 이하일 수 있고, (PSE에서의 펄스 상의 전력에서의) 고전압 전력과 저전압 전력 사이의 차이는 200 V 초과(예컨대, ~324 V, ~368 V)일 수 있다. 이러한 전압 레벨들은 단지 예들일 뿐이고, 다른 레벨들이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 저전압은 바람직하게는 저전압 시동(예컨대, 초기화 및 동기화) 동안 임의의 안전 문제들을 방지하도록 정격화되고, 고전압은 바람직하게는 급전되는 디바이스에 급전하기 위해 충분한 전력을 제공하면서, 오프 펄스 간격들 동안 안전 체크들을 제공하도록 정격화된다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 고전압 전력 레벨은 펄스들이 위상들 사이에서 서로 오프셋되는 다상 전력 시스템에서의 위상의 수에 기초할 수 있다.

도 12c는 도 12b에 도시된 회로(127)에 대응하는 회로(128)의 블록도를 예시한다. 이 예에서, 회로는 28 V 게이트 인에이블, 게이트 바이어스, 및 하우스키핑 전력을 위한 DC/DC 변환기(예컨대, 16 V/5 W)를 포함한다.

도 13a 및 도 13b는 일 실시예에 따른 고전압 시동을 예시한다. 도 5와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 고전압 시동은 저전압 초기화 프로세스를 요구하지 않으면서 PD를 핫 스왑하기 위한 정상 고전압 펄싱, 또는 추가적인 안전 보호를 위한 짧은 고전압 온 펄스에 의한 고전압 초기화 시동으로서 사용될 수 있다. 고전압 초기화는 (도 6과 관련하여 위에서 설명된 바와 같은 안전 영역 내의) 짧은 온 펄스들의 사용을 통해 안전한 동작을 제공한다.

먼저 도 13a를 참조하면, 일 실시예에 따른 단순화된 초기 고전압 시동 회로(130)를 예시하는 블록도가 도시된다. 고전압 제어가 게이트 제어부(131) 및 고전압 스위치(132)에 제공된다. PSE 변조기 스위치들(스위치 1 및 스위치 2)(133)은 PSE 게이트 제어부(134)에 커플링된다. 이전에 설명된 바와 같이, PD는 Vsense 동기화 회로(136) 및 PD 게이트 제어부(137)에 커플링된 PD 변조기 스위치들(139)을 포함한다. PD 엔드포인트 부하는 138로 도시된다. 도 13a에 도시된 회로(130)는 도 11a의 저전압 하우스키핑 회로(120) 대신에 고전압 DC/DC 하우스키핑 회로(140)(예컨대, 380 V 대 12/3.3 V DC/DC 변환기)를 포함한다. 일 예에서, 아래에서 설명되는 바와 같이, 다음 고전압 페이즈까지 보류 시간에서 최소 출력 하우스키핑 전압으로 출력을 충전하기 위해 PSE 변조기 스위치 고전압 온 시간 동안 8 ms 미만 동안 고전압이 펄싱 온된다.

PSE 변조기 스위치(133)는 확립된 온 시간(예컨대, 8 ms) 및 오프 시간(예컨대, 4 ms) 듀티 사이클 및 주파수로 고전압을 펄싱하기 시작한다. PD에서의 DC/DC 초기 시동 회로(140)는 고정 동작 시간(예컨대, 6 내지 8 ms) 동안 제1 고전압 온 시간 사이클에서 통전된다. Vsense 회로(136)는 계속되는 하우스키핑 전력을 위해 DC/DC 하우스키핑 변환기(140)를 동작시키도록, PSE 게이트가 스위칭 온될 때의 전압 드룹 후의 VCcable 양의 천이로부터 인에이블 펄스 폭(예컨대, 6 ms)을 발생시킨다(도 13a 및 도 13b). 고전압 DC/DC 변환기(138)는 PD 회로들에 하우스키핑 전력을 제공하고, PD 변조기 및 통신을 시작하고, 그 후, 케이블로의 고전압 변조기 스위칭을 인에이블한다.

도 13b는 PSE 게이트 제어부(134)가 오프된 상태의(변조기 스위치들(133)이 개방된 상태의) 전압 파형 드룹(VCcable)(PSE에서의 케이블 시작에서 측정됨)을 도시한다. PSE 게이트 트레이스는 PSE 스위치(133)의 변조를 나타낸다. DC/DC 전력은 DC/DC 하우스키핑 회로(140)에서 측정된다. 이전에 설명된 바와 같이, VCcable은 PSE 게이트(134)가 스위칭 온될 때 드룹 후에 양의 천이를 갖는다. Vsense 회로(136)는 계속되는 하우스키핑 전력을 위해 DC/DC 하우스키핑 변환기(140)를 동작시키도록, PSE 게이트가 스위칭 온될 때의 전압 드룹 후의 VCcable 양의 천이로부터 인에이블 펄스 폭을 발생시킨다.

도 14는 PSE(141) 및 PD(142)에 대한 단순화된 회로들을 도시하는 시스템(140)의 블록도이고, 안전을 위해 크로우바/단락 릴레이(150)가 PSE에 포함된다. 도 8과 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 블록(143) 내에 도시된 구성요소들은 단일 위상을 표현하고, 다상 시스템의 각각의 위상에 대해 중복될 수 있다. PSE(141)는 격리된 고전압 소스(예컨대, 380 VDC) 및 스위치(144a) 및 게이트를 포함한다. PSE 및 PD에서의 Tx/Rx(146a, 146b)는 커플링 네트워크를 갖는 트랜시버들을 표현한다. DSP(Digital Signal Processor)(145a, 145b)는 마이크로제어기 또는 FPGA(Field Programmable Gate Arrays) 디지털 제어 및 소프트웨어/펌웨어일 수 있다. 격리된 전력 공급부(147a)는 PSE 하우스키핑을 위해 제공된다. 격리된 전력 공급부(147b)는 저전압 초기화 및 테스트를 위해 24 VDC 입력을 갖는 PD 하우스키핑을 위해 제공된다. PD DC/DC 격리된 변환기(147c)는 280 내지 380 VDC 입력을 갖는 12/3.3 V 하우스키핑 및 Vout을 위해 제공된다. 전류 감지 변압기/홀 효과 센서(CS/CT)들(148a, 148b)은 PSE 및 PD에 위치된다. 안전 감지 회로(Vsense 안전)(149a) 및 PD 동기화 전압 센서(Vsense 동기화)(149b)가 각각 PSE 및 PD에 위치된다. 이전에 설명된 바와 같이, PSE는 PSE 변조기 스위치들(144b, 144c)을 포함하고, PD는 PD 변조기 스위치(144d)를 포함한다.

도 14에 도시된 예에서, 단락 스와치(안전 크로우바)(150)가 추가적인 고전압 안전을 위해 PSE(141)에 설치된다. 단락 스위치(150)는, 예컨대, 케이블 전압 충전 에너지를 방전하기 위해 바디 쇼크 결함으로 통전되는 고체 상태 디바이스(예컨대, MOSFET)를 포함할 수 있다. 고전압 릴레이가 또한 사용될 수 있다. 단락 스위치(150)는 장비를 설치 또는 유지할 때 유지보수 직원에 의해 고전압 로크아웃(lockout)으로서 (예컨대, PSE 상의 버튼에서) 수동으로 통전될 수 있다. 단락 스위치는, 예컨대, 연결해제될 때 케이블 커넥터 안전 인터로크로 통전될 수 있다.

도 8, 도 9a, 도 9c, 도 10a, 도 11a, 도 11c, 도 12a, 도 12b, 도 12c, 도 13a, 및 도 14에 도시된 회로들 및 블록도들은 단지 예들일 뿐이고, 구성요소들(예컨대, 저항기들, 커패시터들, 다이오드들, 인덕터들, 스위치들, 게이트들, 격리된 전력 공급부들, 변압기들(변환기들), 또는 감지 회로들), 펄스 타이밍, 또는 전압 또는 전력 레벨들의 다른 배열들 또는 조합들이 실시예들의 범위로부터 벗어나지 않으면서 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예컨대, 저전압 펄스 전력은 24 V 이상, 56 V 이하로 전송되는 전력의 펄스들(즉, 펄스 온)을 포함할 수 있고, 고전압 펄스 전력은 200 V 이상, 380 V 이상, 또는 임의의 다른 적합한 레벨들로 전송되는 전력의 펄스들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 저전압 전력과 고전압 전력 사이의 차이는 적어도 170 V이다.

도 15 내지 도 19는 데이터 섬유 쌍을 갖는 구리 쌍을 통해 전력을 전달하기 위한 확장 안전 전력(ESP) 시스템들의 단순화된 예들을 예시한다. 이전에 언급되고 아래에서 설명되는 바와 같이, 확장 안전 전력은 데이터 전달을 위한 하나 이상의 광 섬유를 갖는 조합된 케이블을 통해 전달될 수 있다. 도 15는 PSE와 PD 사이에서 연장되고 2개의 꼬인 쌍 및 광 섬유를 운반하는 케이블을 도시하는 단순화된 블록도이다. 도 16은 단일 꼬인 쌍에 대한 PSE 및 PD에서의 추가적인 기능 구성요소들을 예시하는 블록도이다. 도 17은 다수의 저전력 PD 엔드포인트 부하에 대한 ESP의 다중 포인트 분배를 예시하는 블록도이다. 도 18 및 도 19는 PSE 및 PD의 입력 및 출력에서의 전력 및 전압 레벨들의 예들을 예시하는 단순화된 블록도들을 도시한다.

이제 도 15를 참조하면, 전력과 데이터 조합 케이블(예컨대, PoF(Power over Fiber) 케이블)(154)을 통해 부하(153)에 전력을 제공하는 PD(152)와 통신하는 PSE(150)를 포함하는 데이터 및 전력 전달 시스템의 단순화된 예가 도시된다. 이 예에서, 케이블(154)은 2개의 광 섬유(155)(예컨대, 2-섬유 단일 모드) 및 2개의 꼬인 쌍(156)(예컨대, 구리 와이어)를 포함한다. 157로 도시된 제어 데이터는 광 섬유들(155) 또는 구리 와이어들(꼬인 쌍들)(156) 또는 별개의 전송 라인을 통해 전달될 수 있다. 제어 데이터는, 예컨대, 격리 스위치 동기화 제어 데이터, 변조기 스위치 제어 데이터, 양방향 제어 데이터, 또는 다른 PSE/PD 동기화 데이터를 포함할 수 있다. 양방향 통신 데이터가 또한 광 섬유들(155) 또는 와이어들(156)을 통해 전송될 수 있다. 일 예에서, 10 MB 통신들이 (예컨대, 고전압 데이터 링크를 통해) 고전압 온 펄스 동안 구리 쌍을 통해 제공된다. 입력 전력(예컨대, AC, HVAC, HVDC, 라인 카드 48 내지 56 VDC)이 PSE(150)에 제공될 수 있다. 케이블(154)은 상이한 케이블 길이들을 통해 데이터 및 고전압 펄스 전력을 전달하기 위한 임의의 수의 광 섬유 및 와이어 또는 와이어 쌍을 포함할 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, PoE 또는 고전압 전력(예컨대, ESP, 펄스 전력, 다상 펄스 전력)은 동일한 케이블 및 커넥터들을 통해 전달될 수 있다. PSE(150) 및 PD(152)의 능력에 따라, PD는 하나 이상의 상이한 모드에서 동작할 수 있다. PSE(150) 및 PD(152)가 호환가능하지 않은 경우(즉, 하나는 PoE만을 위해 구성되고, 다른 하나는 ESP만을 위해 구성됨), 회로는 급전되지 않을 것이다. PSE(150)와 PD(152) 둘 모두가 ESP 동작이 가능한 경우, PSE는 고전압 펄스 전력을 공급할 것이고, PD는 고전압 펄스 전력을 사용하여 동작할 것이다. 다른 예에서, PSE, PD, 또는 PD와 PSE 둘 모두는 가장 효율적인 전달 모드에 기초하여(예컨대, PD와 PSE 사이의 자동 협상을 사용하여) 동작 모드를 선택할 수 있다.

도 16은 일 실시예에 따른, 도 15에 도시된 꼬인 쌍들 중 하나의 추가적인 세부사항들을 예시한다. PoF(Power over Fiber) 케이블은 PSE(160)와 PD(162) 사이에서 연장된다. 이 예에서, PD(162)는 56 VDC 부하(169)(예컨대, PoE, PON 엔드포인트, 액세스 포인트, 스위치)에 급전한다. 도 16에 도시된 단순화된 예에서, 케이블은 2개의 광 섬유 및 하나의 꼬인 쌍을 포함한다. 이전에 설명된 바와 같이, 케이블은 임의의 수의 와이어 쌍(예컨대, N개의 꼬인 쌍)을 포함할 수 있다. 이 예에서, 시스템은 쇼크 보호를 위해 고저항 중간 포인트 접지를 제공한다. 일 예에서, 중간 포인트 접지는 라인 대 접지 전압(예컨대, 275 V 라인 대 접지, 550 V 라인 대 라인, 190 V 라인 대 접지, 380 V 라인 대 라인)을 강하시킨다. 하나 이상의 실시예에서, 각각의 전송 쌍의 피드와 리턴 둘 모두는 효과적인 제어를 구현하도록 스위칭되고, 라인 대 접지 결함 검출은 10 내지 100 μs이다. 이전에 설명된 바와 같이, 케이블 감지가 PSE(160)에 제공될 수 있다. 시스템은, 위에서 설명된 바와 같이, 고전압 펄스 오프 시간에서 자동 협상 동안 임의의 케이블 결함 조건에 대해 라인 대 접지(GFI(Ground Fault Interrupters)) 쇼크 보호 및 라인 대 라인 쇼크 보호를 제공할 수 있다. 하나 이상의 실시예는 케이블에 대한 임의의 고전압 경로에 대해 단일 고장 포인트 및 리던던시를 제공한다. 하나 이상의 실시예에서, 시스템은, 이전에 설명된 바와 같이, 고전압 동작을 인에이블하기 전에 데이터 링크 및 안전 인터로크를 확립하기 위해, 초기 시동 조건들 및 디폴트 조건에 대해 12 내지 56 VDC 저전압을 사용할 수 있다. 일 예에서, 트랜시버(168)에 도시된 바와 같이, 10 MB 통신들이 고전압 온 펄스 동안 꼬인 쌍을 통해 제공된다.

도 17은 다수의 저전력 엔드포인트 부하(예컨대, 5G 라디오 세트 또는 다른 디바이스)에 대한 ESP 다중 포인트 분배의 예를 예시한다. PSE 소스(170)는 섬유들 및 와이어들을 포함하는 PoF 케이블 조립체(174)를 통해 복수의 PD(172)에 고전력 및 데이터를 전달한다. 하나 이상의 실시예에서, 다상 펄스 전력이 케이블(174)을 통해 적어도 200 V의 전압으로 전달된다. 일 예에서, 1 내지 2 kW의 전력이 550 VDC 펄스 전력으로 1 내지 10 km에 걸쳐 데이터 섬유 쌍들을 갖는 구리 쌍들을 통해 제공된다. 이전에 설명된 바와 같이, 펄스 전력은 임의의 수의 위상을 포함할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 시스템은 고전압 동작을 인에이블하기 전에 데이터 링크 및 안전 인터로크를 확립하기 위해, 초기 시동 조건들 및 디폴트 조건에 대해 24 VDC 또는 56 VDC 저전압을 사용할 수 있다. 도 17에 도시된 예에서, 예컨대, 550 VDC 펄스 전력이 5G 라디오 세트들과 같은 다수의 저전력 PD PON 엔드포인트 부하에 분배될 수 있다. 일 예에서, 시스템은 > 70% 효율로 380/550 VDC 확장 안전 전력으로 1 내지 10 km에 걸쳐 데이터 섬유 쌍을 갖는 구리 쌍을 통해 1 내지 2 kW 전력을 제공한다. 데이지 체인 토폴로지(본원에서 하이브리드 다중 드롭 데이지 체인 토폴로지로 또한 지칭됨)에서의 PSE(170)로부터 복수의 하류 PD(172)로의 전력의 전송이 도 29 내지 도 40과 관련하여 아래에서 설명된다.

도 18 및 도 19는 ESP 시스템의 상이한 섹션들에서 전력 입력 및 출력의 예들을 갖는 단순화된 시스템들을 예시하는 블록도들이다. 도 18은 플러그들(181)에서 115 VAC 전력을 수신하는 2개의 PSU(180)를 갖는 PSE를 예시한다. PSE는, 블록(182)에 도시된 바와 같이, 저전압/고전압 제어부, PSE 변조기, 디지털 제어부, 안전 감지부, 및 통신을 위한 전송기들/수신기들을 포함한다. PSE는 전력 케이블(184)(예컨대, 14AWG)로 PD에 커플링된다. 이 예에서, PSE에서의 출력은 380 VDC, 2000 W 전력을 포함한다. 이 예에서, PD는 블록(186)에서 PD 변조기, 디지털 제어부, 및 트랜시버/수신기를 포함하는 1400 W PON(Passive Optical Network) 엔드포인트이다. 이 예에서, PDU에서의 입력은 380 내지 280 VDC 및 1474 W이고, PSU(188)에서의 출력은 50 VDC, 28 A, 및 1400 W이다.

도 19는 이전에 설명된 바와 같이 저전압/고전압 제어, 변조 및 통신들을 위한 모듈(192) 및 2개의 PSU(190)를 포함하는 PSE를 예시한다. PD(196)(PD 변조기, 디지털 제어부, 트랜시버/수신기를 포함함)는 랙 구성요소(198)(예컨대, 패브릭 인터커넥트, 블레이드 서버 등)를 포함하는 엔드포인트에 커플링된다. 전력이 115 VAC 플러그(191)에서 수신된다. 이 예에서, PD(196)는 랙 구성요소(198)에 192 내지 400 VDC(1492 W) 전력을 제공한다.

도 18 및 도 19의 단순화된 블록도들에 도시된 전력 입력들 및 출력들은 단지 예들일 뿐이고, 실시예들의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 전압 및 전력 레벨들이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 케이블은 임의의 수의 와이어 또는 광 섬유를 포함할 수 있고, 시스템은 N+N 또는 N+1 리던던시로 연속 동작에 대한 단일 고장 포인트 허용오차에 대해 구성될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 고전압으로부터 저전압으로의 페일 세이프 동작이 제공될 수 있다.

이전에 설명된 바와 같이, 펄스 전력 시스템은 다중 위상(다상) 시스템으로서 동작할 수 있다. 본원에서 설명되는 초기화, 동기화, 테스트, 및 결함 검출은 다상 시스템의 각각의 위상에 대해 수행될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 펄스 전력 시스템은 위에서 참조된 미국 특허 출원 제16/380,954호에서 설명된 바와 같은 다상 펄스 전력 시스템을 포함할 수 있다. 일 예에서, 단일 전도체 쌍 케이블은 2쌍의 전력 라인, 버스바, 전력 플레인, 또는 케이블 와이어 쌍을 갖는 2상 펄스 전력 전송 시스템 케이블로 교체된다. 예컨대, 하나 이상의 실시예는 3-와이어, 버스바, 전력 플레인, 또는 케이블 와이어 트라이오를 갖는 2상 펄스 전력 전송 시스템 케이블을 포함할 수 있다. 다상(3개 이상의 위상) 동작은 위상마다 RMS 전류를 추가로 감소시키고, 벌키 필터 구성요소들 없이 연속적인 DC 전압을 효과적으로 제공할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 출력 및 분할 접지(예컨대, 중간 포인트 고저항 접지)에 대한 높은 또는 효과적으로는 100% 듀티 사이클은 더 낮은 RMS 전류 케이블 손실들로 더 높은 효율을 제공하고, 접지 결함 검출에 대한 빠르고 효과적인 페이즈를 가능하게 하고, 제한된 케이블 전압 정격으로부터 부하에 대한 더 높은 전압 및 전력을 가능하게 하고, 더 낮은 EMI/EMC 잡음 방사 및 민감 필드들에 대해 더 낮은 피크 전류들을 갖는 공통 모드 시스템들(별개의 접지 연결)을 구현할 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, 다중 위상 접근법은, 예컨대, 단락들, 개방들, 보고되지 않은 전력 손실(예컨대, 저전류 단락), 또는 인간 또는 동물 추가 저항에 대해 케이블을 검증하기 위해, 10 ms 윈도우에서 상당한 오프 시간을 가능하게 한다. 이러한 연장된 오프 시간은 안전성의 상당한 개선을 가능하게 한다. 다상 펄스 전력은 또한, 급전되는 디바이스 요건들의 100%를 만족시키기 위해 더 낮은 소스 전압이 사용될 수 있게 한다. 이전에 언급된 바와 같이, 단상 시스템에서, 오프 시간은 벌키 필터들로 필터링될 필요가 있을 수 있고, 심지어, 전력 효율/유효성은 높은 부하들에 대해 약 80%이다. 더 높은 듀티 사이클 및 더 높은 효율에서의 다수의 위상의 사용은 상당한 구성요소 이점을 제공하고, 또한, 증가된 전력 전달 및 신뢰성을 제공할 수 있다. 예컨대, 3개 이상의 위상 시스템에서의 단일 위상의 손실은 급전되는 디바이스에서의 100% 연속적인 듀티 사이클 전력 유효성에 영향을 미치지 않는다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 소싱되는 위상 프론트 엔드 회로의 손실은 리던던트 전력 소스들에 의해 동작에 영향을 미치지 않을 수 있다.

이제 도 20을 참조하면, 일 실시예에 따른 다중 노드 다상 펄스 전력 블록도가 도시된다. 도 20에 도시된 단순화된 예는 3개 이상의 PD(예컨대, 펄스 전력 탭/수신기(212) 및 노드 엔드포인트(214))에 전력을 전달하는 PSE 노드(200)를 포함한다. 이 예에서, 펄스 전력 탭/수신기(212)는 엔드포인트 장비(214)와 별개이지만, 이러한 노드들은 조합될 수 있다. 또한, 펄스 전력 탭/수신기들(212) 중 하나 이상에 연결된 하나 초과의 노드(214)가 있을 수 있다.

PSE 네트워크 디바이스(200)는 입력 전력을 수신하기 위한 입력 전력 인터페이스(예컨대, 도 1a에 도시된 예에서 전력 코드들(209)을 수용하는 3개의 PSU(205)), 입력 전력을 수신하고, 케이블(211)을 통해 복수의 급전되는 디바이스(212, 214)에 다수의 위상으로 DC 펄스 전력을 전송하고, DC 펄스 전력에서의 펄스들의 오프 시간 내에서 케이블 동작을 검증하기 위한 전력 제어 시스템(207), 및 케이블(211)을 통해 다상 DC 펄스 전력 및 데이터(예컨대, 구리 와이어 또는 광 섬유를 통한 제어 데이터, 양방향 통신들)의 전달을 위한 케이블 인터페이스(예컨대, 전력 인터페이스(208))를 포함한다.

펄스 전력 탭/수신기(212)는 PSE(200)로부터 다중 위상 DC 펄스 전력 및 데이터를 수신하기 위한 입력 케이블 인터페이스(213a), 격리 스위치(아래에서 설명됨), 및 엔드포인트 노드(214)로 전력을 전송하기 위한 인터페이스(213b)를 포함한다. 인터페이스(213b)는, 예컨대, HVDC 케이블(222), 펄스 전력 케이블에 연결된 인터페이스일 수 있거나, 또는 엔드포인트 노드에 대한 직접적인 인터페이스일 수 있다. 탭/수신기(212)는 펄스 전력 케이블 시스템을 따라 하나 이상의 노드(214)에 전력을 공급할 수 있다. 탭/수신기들(212)은 개별 노드 전력을 지원하도록 크기가 설정될 수 있고, 데이터 링크 통신들에 기초하여 결함 격리 또는 노드 제어를 위한 연결해제를 구현할 수 있다. 다중 위상(다상) DC 펄스 전력은 엔드포인트 노드(214)에 연속적인 DC 전압을 제공하기 위해 적어도 2개의 위상을 포함한다. 하나 이상의 실시예에서, 다상 펄스 전력은 하나의 위상이 손실되는 경우, 연속적인 전력을 제공하기 위해 적어도 3개의 위상을 포함한다. 펄스 전력 탭/수신기들(212) 중 하나 이상은 또한, 테이퍼 토폴로지(탭 노드 구성)에서 케이블을 통해 하류 탭 노드(212)에 다중 위상 DC 펄스 전력 및 데이터를 전송하기 위한 출력 케이블 인터페이스(213c)를 포함한다.

도 20에 도시된 예에서, PSE(200)는 제어 시스템(207) 및 전력 인터페이스(208)를 포함하는 펄스 전력 모듈(206), 및 3개의 PSU(205)를 포함한다. 도 20에 도시된 바와 같이, 각각의 PSU(205)는 고전압 레일, PM(Power Management) 버스 라인, 56 V 라인, 또는 이들의 임의의 조합을 통해 펄스 전력 모듈(206)과 전력 통신할 수 있다. 일 예에서, 각각의 PSU(205)는 리던던시를 제공하고 표준 15 A(암페어) 전력 코드들/브랜치 회로들의 사용을 가능하게 하기 위해 1200 W 전력을 위해 구성된다. 일 예에서, PSE(200)는 > 1500 W 총 전력을 노드들(214)에 전달하도록 동작가능하다. 일 예에서, 190 V 라인 대 접지(총 380 V)는 중간 전력 변환들에 대한 필요성을 제거한다.

펄스 전력 모듈 제어 시스템(207)은, 예컨대, 타이밍 및 시퀀싱, 라인 검출 및 특성화, 전압 및 전류 감지, 중간 포인트 고저항 접지, 결함 감지, PSU들에 대한 통신들, 및 원격 노드들에 대한 데이터 링크/제어를 제공할 수 있다. 본원에서 설명되는 바와 같이, 제어 시스템(207)은 DC 펄스 전력에서의 펄스들의 오프 시간 동안 케이블 동작을 검증할 수 있다(예컨대, 케이블 동작 무결성을 검증할 수 있음). 펄스 전력 모듈(206)은 펄스 전력 변조기, 안전 회로들, 초기화 회로들, PMBus, PMBus I2C(I²C(Inter-Integrated Circuit)), 로직, FPGA(Field-Programmable Gate Array), DSP(Digital Signal Processor), 또는 본원에서 설명되는 기능들을 수행하도록 구성된 이들 또는 다른 구성요소들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

도 20의 예에 도시된 바와 같이, PSU들(205)은 케이블들(209)을 통해 AC 전력을 수신하고, 케이블(211)을 통해 펄스 전력을 전달한다. 하나 이상의 실시예에서, 펄스 전력 탭/수신기(212)는 위상들을 조합하고, 케이블(222)을 통해 노드/엔드포인트(214)에 고전압(HV) DC 전력을 전달할 수 있다. 다른 실시예에서, 펄스 전력 탭/수신기(212)는 케이블(222)을 통해 엔드포인트(214)에 펄스 전력을 전달할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 아래에서 설명되는 바와 같이, 펄스 전력 케이블(211)은 전력과 데이터 조합 케이블에서 데이터를 전달하기 위한 2개 이상의 광 섬유를 포함한다. 일 예에서, 브랜치마다 전용 섬유(또는 섬유들)가 있을 수 있다.

케이블(211) 내의 와이어들은 EMC 고려사항들에 따라, 2개의 전도체, 꼬인 쌍(차폐를 갖거나 또는 갖지 않음), 동축 또는 삼축 케이블을 포함할 수 있다. 별개의 접지 전도체가 잠재적인 공통 모드 잡음 문제들을 해결하기 위해 제공될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 와이어라는 용어는 단일 와이어 또는 한 쌍의 와이어들을 지칭할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 전력 시스템은 섬유 또는 다른 통신 전송 매체들과 번들링될 수 있는 임의의 수의 와이어를 포함할 수 있다.

전력은 펄스 전력 탭/수신기(212)(브랜치 탭, 스마트 브랜치 탭, 수신기/변환기로 또한 지칭됨)를 통해 엔드포인트(214)에 공급된다. 하나 이상의 실시예에서, 스마트 브랜치 탭들(212)은 브랜치 결함 격리를 가능하게 한다. 탭/수신기(212)는, 예컨대, 격리 스위치(연결해제 스위치), 데이터 링크, 및 로직/타이밍 제어기를 포함할 수 있다. 탭/수신기(212)는 자동 협상 프로세스, 결함 브랜치 격리 알고리즘, 전력 초기화, 및 결함 PD 교체들을 초기화하기 위해 사용될 수 있다. 펄스 전력 와이어들을 통한 데이터 링크는 각각의 노드(214)에 대한 스마트 브랜치 탭들(212)의 구현 및 결함 격리 또는 노드 관리를 위한 각각의 브랜치의 독립적인 제어(연결해제)를 가능하게 한다.

엔드포인트들(214) 각각은 엔드포인트에서의 장비에 급전하기 위한 HVDC PSU를 포함할 수 있다. 엔드포인트(214)는, 예컨대, 56 VDC 부하를 포함할 수 있고, 예컨대, PON(Passive Optical Network) 엔드포인트, 5G 노드, 액세스 포인트, 라우터, 스위치, 또는 다른 타입의 장비로서 동작할 수 있다. 엔드포인트(214)는 또한, 하나 이상의 다른 노드(예컨대, PoE 노드, IoT(Internet of Things) 디바이스)에 급전할 수 있다.

도 20에 도시된 시스템은 단지 예일 뿐이고, 시스템은 다상 펄스 전력을 제공하기 위한 임의의 수의 PSU(205)(예컨대, 2개 이상)를 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 도 20에 도시된 네트워크 토폴로지 및 노드들은 단지 예일 뿐이고, 실시예들의 범위로부터 벗어나지 않으면서 네트워크는 상이한 토폴로지들 및 네트워크 디바이스들을 포함할 수 있다.

다수의 PSU는 다상 동작을 가능하게 하고, 또한 리던던시를 제공할 수 있다. 예컨대, 3개 이상의 위상을 포함하는 시스템에서 하나의 위상이 손실되는 경우, 연속적인 전력이 PD 노드들(214)에 여전히 전달될 수 있다. 각각의 위상은 바람직하게는 PD 노드들(214)에 대한 최대 전력을 유지하기 위해 더 높은 피크 전력을 공급하도록 크기가 설정된다. N+1 FEP(Front End Power) 공급부들을 활용함으로써 추가 리던던시가 제공될 수 있다. 예컨대, 1500 W 총 PD 전력 시스템의 경우, 3개의 1200W FEP는 N+N 또는 N+1의 전체 리던던시로 시스템에 급전할 수 있고, 각각의 FEP는 공통 120 V, 15 A 피드만을 필요로 한다.

도 21에 도시되고 아래에서 설명되는 바와 같이, 다상 펄스 전력은 전압 펄스들의 복수의 시퀀스를 포함하고, 전압 펄스들의 각각의 시퀀스는 다상 펄스 전력의 위상을 형성한다. 도 21은, 예컨대, 도 20에 도시된 시스템에서 전달되는 위상 드롭을 갖는 75% 듀티 사이클을 갖는 3상 펄스 전력 전압 및 전류의 예를 예시한다. 이상적인 파형들이 도시되고, 순 PD 전압 및 라인 전류는 노드들/엔드포인트들(214)로부터의 일정한 전력 부하로 인한 라인 손실 효과를 포함한다. 도 21에 도시된 예에서, 위상(B)은 2개의 사이클 동안 드롭된다. 3개의 위상 전압(A, B, 및 C)(223a, 223b, 223c)이 자동 협상 라인 감지(224)와 함께 도시된다.

도 21에 도시된 바와 같이, 펄스 온 시간 동안, PSE로부터 PD들로 고전압 전력이 전달되고, 펄스 오프 시간 동안, 고전압 전력이 오프 상태로 되면서, 와이어 무결성을 체크하기 위해 저전압 감지(224로 표시됨)에 사용하도록 각각의 위상에 저전압이 인가될 수 있다.

순 PD 전압은 225에서 3개의 위상 전압에 대해 조합된 것으로 도시되어 있다. 대응하는 위상 전류들(A, B, C)(226a, 226b, 226c)은 전압들 아래에 도시된다. 3개의 위상 전류에 대응하는 순 라인 전류는 227로 도시된다. 도 21에 도시된 바와 같이, 하나의 위상이 손실되는 경우(위상(B) 드롭으로 도시됨), 연속적인 전력이 PD 노드들에 여전히 전달된다. 각각의 위상은 PD들에 대한 최대 전력을 유지하기 위해 더 높은 피크 전력을 공급하도록 크기가 설정된다.

도 21에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 전송 와이어(예컨대, 와이어 또는 와이어 쌍)가 각각의 와이어(예컨대, 와이어 또는 쌍) 상의 전도의 페이징을 가능하게 하고, 그에 따라, 적어도 하나의 와이어는 항상 온 상태에 있다. PD에서 OR'd일 때, 결과는 225로 도시된 바와 같이 연속적인 DC 전압이고, 이에 의해, 벌키 필터 구성요소들에 대한 필요성이 제거된다. 다상 시스템들에서의 위상 중첩 동안, 총 케이블 전류는 모든 온 와이어들에 걸쳐 공유된다. 개별 전송 와이어 전류는 비례적으로 감소되어, 총 전송 케이블 손실들을 낮춘다.

하나 이상의 실시예에서, 오프 시간은 최악의 경우의 케이블 길이 및 특성들에 기초하여 고정될 수 있거나, 또는 (더 높은 효율/더 긴 범위를 위해) 검출된 케이블 특성에 기초하여 능동적으로 제어될 수 있다. 각각의 위상에 대한 온 시간(전력 전달)은 적절한 바디 저항 데이터에 기초한 쇼크 위험 제한들 및 총 펄스 전력 전압에 기초하여 고정될 수 있다. 이러한 접근법은 최대 펄스 중첩을 달성하여, 케이블 RMS 전류를 감소시키고, 전력 전송 거리를 최대화(또는 전도체 와이어 크기를 최소화)하기 위해 사용될 수 있다.

이전에 언급된 바와 같이, 이상적인 파형들이 도 21에 도시된다. PSE(200), 케이블(211), 및 PD 수신기(212)에서의 인덕턴스는 케이블 전류들의 일부 평균을 생성하여, 중첩 전류들을 상승시키고, 펄스 오프 시간 동안 전류를 낮출 수 있다(도 20). 이러한 효과는 케이블 길이 및 타입(인덕턴스)에 따라 변화될 수 있다. 위상 전류들이 도 21에 도시된다.

도 21에 도시된 바와 같이, 위상들 각각은 서로 오프셋되고(위상 시프트된 듀티 사이클), 온 펄스들 및 오프 펄스들을 포함하는 펄스 전력을 제공한다. 오프 펄스는 작은 전압(예컨대, 대략 0 V, 3 V), 또는 온 펄스 전력보다 상당히 더 작은 임의의 값(예컨대, 온 펄스 및 오프 펄스에 대한 전력 레벨들 사이의 적어도 170 V 차이)일 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, 온 펄스 시간 및 오프 펄스 시간(펄스 폭, 펄스 듀티 사이클)은 시스템 설계(예컨대, 위상의 수, 전달되는 전력의 양) 및 안전 요건들에 기초하여 선택될 수 있다. 펄스 듀티 사이클은 또한, 초기화 페이즈, 동기화 페이즈, 테스트 페이즈, 또는 정상 동작 사이에서 변화될 수 있다. 일 예에서, 시동 듀티 사이클은 12 ms 시간 기간 동안 8 ms 온 펄스 및 4 ms 오프 펄스를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 온 펄스는 고전압 초기화 동안 단지 0.5 ms 또는 1 ms일 수 있다. 일 예에서, 오프 펄스는 1 ms일 수 있고, 이는, 위에서 참조된 미국 특허 출원 제15/971,729호에서 설명되는 바와 같이, 저항 분석 및 100 μs의 자동 협상 시간을 포함한다. 다른 예에서, 10 ms 시간 윈도우 내에서 환경 안전을 적절히 평가하기 위해 (전력 펄스들 사이의) 2 ms 내지 4 ms 오프 펄스가 요구될 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, PSE에서의 중앙 제어기는 위상들 사이의 오프셋을 조정하고, 최적화를 위해(또는 필요에 따라 위상의 손실 후에) 펄스 폭을 적응시킬 수 있다. 펄스 타이밍의 임의의 변화들은 동기화를 위해 PD로 통신된다.

도 21에 도시되고 위에서 설명된 전류들, 전압들, 펄스 폭들, 듀티 사이클들, 및 위상 중첩들은 단지 예들일 뿐이고, 본원에서 도시 또는 설명되는 것과 상이할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예컨대, 중첩 동안 더 높은 펄스 전류가 있을 수 있고, 비중첩 동안 더 낮은 전류가 있을 수 있다. 차이들은, 예컨대, 펄스 전력 전송 인덕턴스 및 커패시턴스(예컨대, 케이블의 타입 또는 연장 길이)에 따라 결정될 수 있다.

이전에 언급된 바와 같이, 다상 펄스 전력 시스템은 2개 이상의 와이어 또는 와이어 쌍을 포함할 수 있다. 본원에서 설명되는 다상 시스템은 상이한 수의 와이어 또는 와이어 쌍을 포함하는 시스템 상에서 구현될 수 있고, 도 20 및 도 21에 도시된 3상 시스템은 단지 예일 뿐이라는 것을 이해해야 한다. 펄스 전력 시스템은 실시예들의 범위로부터 벗어나지 않으면서 임의의 수의 위상(예컨대, 2개, 3개, 4개 등)으로 동작할 수 있다. 또한, 이전에 설명된 바와 같이, 케이블은 데이터 전송을 위해 임의의 수의 광 섬유 또는 추가적인 구리 와이어를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 이전에 설명된 바와 같이, 케이블은 또한 냉각을 운반할 수 있다.

도 22는 일 실시예에 따른, 종래의 PoE보다 더 높은 전력 레벨들로 안전한 전력을 전달하기 위한 다상 전력 시스템의 단순화된 회로이다. PSE는 커넥터들(232)(예컨대, RJ-45 또는 수정된 RJ-45)로 4쌍 케이블을 통해 PD에 커플링된다. 일 예에서, 종래의 PoE보다 대략 1.5배 더 많은 전류 및 전력을 제공하기 위해 56 V 2상 ESP가 사용될 수 있다. 다른 예에서, 56 VDC PoE보다 대략 3배 더 많은 전류 및 전력을 제공하기 위해 112 V 2상 ESP가 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 150 V 2상 ESP는 56 VDC PoE보다 대략 4배 더 많은 전류 및 전력을 제공한다.

이전에 설명된 바와 같이, PD 및 PSE 변조기들은 다상 시스템에서의 각각의 위상에 대해 저전압 또는 고전압 초기화 동안 또는 고전력 동작 동안 동기화될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, PSE 및 PD 변조기(제어) 스위치들(위에서 설명됨)은 타이밍 제어를 포함할 수 있고, 그에 따라, 각각의 펄스에 대해, PD 변조기 스위치가 턴 온되기 전에 PSE 펄스가 턴 온되고, PSE 변조기 스위치가 턴 오프되기 전에 PD 변조기 스위치가 턴 오프된다. 이는 분배 시스템 상의 과도현상들을 최소화하여, EMI를 감소시키고, 더 정확한 전류 검출을 위한 더 깨끗한 전류 파형들을 생성하는 데 사용될 수 있다.

도 23 및 도 24는 일 실시예에 따른 4상 시스템에서의 단순화된 전압 파형들 및 위상 전류를 예시한다. 도 23은 4상 75% 듀티 사이클 동작을 예시한다. 전압 펄스들은 위상(A)에 대해 264a로, 위상(B)에 대해 264b로, 위상(C)에 대해 264c로, 그리고 위상(D)에 대해 264d로 도시된다. 누적 위상 전류는 266으로 도시된다. 도 23에 도시된 바와 같이, 각각의 위상에 대해, 펄스의 시작에서, PSE 스위치 구동부는 PD 스위치 구동부 전에 턴 온되고, 펄스 온 간격의 끝에서, PD 스위치 구동부는 PSE 스위치 구동부 전에 턴 오프된다.

도 24는 하나의 드롭된 위상(위상(B))을 갖는 동작을 예시한다. 전압 펄스들은 위상(A)에 대해 274a로, 위상(C)에 대해 274c로, 그리고 위상(D)에 대해 274d로 도시된다. 누적 위상 전류는 276으로 도시된다. 도 24에서 볼 수 있는 바와 같이, 3개의 기능 위상의 상대 시간을 조정함으로써, 위상(B)의 손실에도, 연속적인 전력이 여전히 제공된다.

도 1, 도 17, 및 도 20과 관련하여 이전에 논의된 바와 같이, PSE 및 PD는 다양한 토폴로지들(다양한 수 및 배열의 PSE 및 PD)을 포함하는 네트워크들에서 통신할 수 있다. 본원에서 설명되는 확장 안전 전력(ESP) 시스템은, 예컨대, 포인트 대 포인트 토폴로지, 데이지 체인 토폴로지, 다중 드롭 토폴로지, 하이브리드 다중 드롭/데이지 체인 토폴로지, 또는 이들의 임의의 조합에서 하나 이상의 PSE 노드 및 하나 이상의 PD 노드를 포함할 수 있다.

도 25는 포인트 대 포인트 토폴로지에서 ESP PD 노드(282)와 통신하는 ESP PSE 노드(280)를 예시하는 단순화된 블록도이다. PSE 노드(280)는 PSE 격리 스위치(284)를 포함하고, PD 노드는 전송 라인(288)을 통해 통신하는 PD 격리 스위치(286)를 포함한다. 격리 스위치들(284, 286)은 아래에서 설명되는 바와 같이 초기화, 동기화, 및 테스트 동안 디바이스를 격리한다. 포인트 대 포인트 토폴로지는 도 8 내지 도 16 및 도 18 및 도 19와 관련하여 위에서 설명된 단순화된 회로들에 도시된다.

도 26은 제1 전송 라인(288a)을 통해 PD(282a)와 통신하는 PSE(280a)를 예시하는 단순화된 블록도이다. PD(282a)는 또한, 내부 버스(290)를 통해 하류 PSE 노드(280b)와 통신한다. PSE 노드(280b)는 제2 전송 라인(288b)을 통해 다른 PD(282b)에 전력을 전달한다. PD(282a)와 PSE(280b)는 동일한 네트워크 디바이스에 위치되고 내부 버스(290)를 통해 커플링될 수 있다. 제1 PSE(280a)는 제1 PD(282a)와 초기화, 동기화, 및 안전 테스트들을 수행한다. 제2 PSE(280b)는 제2 PD(282b)와 초기화, 동기화, 및 안전 테스트들을 수행한다.

도 27은 다중 드롭 토폴로지의 예를 예시한다. PSE(280)는 전송 라인(288)을 통해 2개의 PD(282a, 282b)와 통신한다. PSE(280)는 격리 스위치(284)를 포함하고, 각각의 PD는 자신 고유의 격리 스위치(286a, 286b)를 포함한다.

도 28은 일 실시예에 따른 하이브리드 다중 드롭/데이지 체인 토폴로지를 예시한다. PSE(280) 및 PSE 격리 스위치(284)는 전송 라인(288a)을 통해 제1 PD(282a)에 커플링된다. PD(282a)는 전송 라인(288b)을 통해 하류 PD(282b)와 통신할 수 있는 출력 격리 스위치(300a) 및 로컬 격리 스위치(286a)를 포함한다. 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, PSE(280)는 안전 체크들을 수행하고, 로컬 격리 스위치(286a)를 통해 제1 PD(282a)와 동기화한다. 제2 PD(282b)가 네트워크에 연결될 때, PD는 제1 PD(282a)와 초기화 및 동기화를 수행하고, 안전 체크들이 통과된 후에, 전송 라인(288b)을 통하여 제1 급전되는 디바이스(282a)에서의 출력 격리 스위치(300a)를 통해 고전압 펄스 전력을 수신한다. 이러한 배열은 다중 드롭 경우에서와 같이 PSE가 모니터링하기 위한 하나의 전송 라인을 제공하고, 하류 등록은 데이지 체인 경우에서와 같지만 PSE의 기능성의 서브세트를 사용하여 PD에 의해 제어된다.

하이브리드 다중 드롭/데이지 체인 토폴로지(도 28)에서의 PSE 및 PD들에 대한 초기화 프로세스의 세부사항들은 일 실시예에 따라 도 29 내지 도 40과 관련하여 아래에서 설명된다. 아래에서 설명되는 바와 같이, PSE 및 PD 노드들은 PSE에 의해 전형적으로 수행되는 기능들(예컨대, 저전압 초기화)을 PD가 내부적으로 수행할 수 있게 하는 PD 내의 기능성으로 인해 하이브리드 다중 드롭 데이지 체인 토폴로지에서 동작한다. 그러나, 네트워크 디바이스 토폴로지 관점에서(즉, 외부 네트워크 디바이스 및 링크들만을 보면), PSE 및 PD들은 데이지 체인 토폴로지를 형성한다(전송 라인은 제1 PD를 통해 곧바로 제2 PD로 통과함).

도 25 내지 도 40은 단일 위상만을 예시하고, 아래에서 설명되는 초기화 프로세스는 단순화를 위해 단일 위상에 대한 것이지만, 본원에서 설명되는 프로세스는 다상 시스템에서의 각각의 위상에 대해 반복될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예컨대, 전송 라인(288)은 다상 동작을 위한 다수의 와이어 쌍을 포함할 수 있고, 본원에서 설명되는 프로세스는 다상 시스템에서의 각각의 위상에 대해 수행될 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, 전력 소싱 장비(320)와 통신하는 제1 급전되는 디바이스(322a)는 제1 급전되는 디바이스와 통신하는 제2 급전되는 디바이스(322b)를 식별하는 한편, 제1 급전되는 디바이스는 전력 소싱 장비로부터 고전압 펄스 전력을 수신하고 있다(도 37). 제1 급전되는 디바이스(322a)는 고전압 펄스 전력을 수신하기 전에, 전력 소싱 장비와 (제1) 저전압 초기화를 이전에 수행하였다(도 30 내지 도 36). 제1 급전되는 디바이스(322a)는 전력 소싱 장비(320)에게 제2 급전되는 디바이스(322b)를 통지하고, 제2 급전되는 디바이스(322b)에 고전압 펄스 전력을 전달하기 전에, 제2 급전되는 디바이스와 저전압 전력 초기화를 수행한다(도 37 내지 도 40).

이제 도 29를 참조하면, 하이브리드 다중 드롭/데이지 체인 토폴로지의 블록도가 도시된다. 이 예에서, PSE(320)는 제1 PD(322a)에 연결되고, 제1 PD(322a)는 제2 PD(322b)에 연결된다. PSE(320)는 출력 격리 스위치(332)와 통신하는, 트랜시버(326), 고전압 소스(328), 저전압 소스(330), 및 전송 라인 모니터(334)를 포함한다. 각각의 PD(322a, 322b)는 로컬 격리 스위치(340a, 340b)와 통신하는, 상류 검출 시그널링(336a, 336b), 부트스트랩 전력 공급부(338a, 338b)(예컨대, 위에서 설명된 하우스키핑 전력 회로), 및 트랜시버(342a, 342b)를 포함한다. 각각의 PD(322a, 322b)는 장비 부하 출력(346a, 346b)과 통신하는 고전압 수신기(344a, 344b)를 더 포함한다. 제1 PD(322a)는 제2 PD(322b)와 통신하기 위한 출력 격리 스위치(348a)를 포함한다. 이 예에서, 제2 PD(322b)는 또한 (하류 디바이스 검출기(350b)를 사용하여) 전력 및 데이터를 다른 하류 PD에 제공하기 위한 출력 격리 스위치(348b)를 포함하지만, PD(322b)는 또한, 전달 능력을 갖지 않는 엔드포인트로서의 동작을 위해 출력 격리 스위치 및 하류 검출기 없이 구성될 수 있다. 도 29에 도시된 예에서, PSE(320) 및 PD 노드들(322a, 322b)은 모두 파워 오프 상태에 있고, PSE에서의 격리 스위치는 개방 포지션에 있다.

도 30은 제1 PD(322a)에 대한 PSE 검출 및 전송 라인 발견을 예시한다. 이 예에서, PSE는 파워 업되고(출력 격리 스위치(332)가 폐쇄됨), 저전압 펄스 전력(저전압 검출 펄스 트레인)을 전송하기 시작하고, 전송 라인 파라미터들(예컨대, 커패시턴스)을 수집한다. PSE(320)는 이전에 설명된 바와 같이 PSE와 PD 사이의 케이블에 대해 커패시턴스 테스트를 수행할 수 있다.

도 31은 제1 PD(322a)가 전력을 끌어올리는 것을 예시한다. PD(322a)는 로컬 에너지 저장소(부트스트랩 전력 공급부(338a)를 충전함으로써 파워 업되고, 이는 PD 제어기를 파워 업시킨다.

도 32는 PD 트레이닝 페이즈를 예시한다. PD(322a)는 PSE의 저전압 펄스 트레인(저전압 펄스 전력의 파형(333))으로부터 타이밍 파라미터들(주파수, 위상)을 복구하고, 이를 PD 격리 스위치 게이트 구동 파형에 사용하여 PSE 및 PD 변조기 스위치들을 동기화시킨다(도 4와 관련하여 위에서 설명됨).

도 33은 PD(322a)에 대한 식별 페이즈를 예시한다. 상류 검출 시그널링 모듈(336a)에 도시된 바와 같이, PD(322a)는 저전압 펄스 트레인을 수신하면서 부하 전류의 변조를 통해 식별 데이터를 전송할 수 있다. 식별 데이터는 PSE(320)에서의 전송 라인 모니터(334)에서 수신된다.

도 34는 최종 PSE 안전 체크를 예시하고, 여기서, PSE(320)는 저전압 소스(330)를 연결해제한 후에 전송 라인을 격리한다.

도 35에 도시된 바와 같이, PSE(320)에서 고전압 동작이 인에이블된다. PSE(320)는 주파수 또는 위상 시프트 없이 저전압 소스(330)에서의 PD 게이트 구동 저전압 펄스 트레인으로부터 고전압 소스(328)에서의 고전압 펄스 트레인으로 시프트한다. PSE(320)에서의 고전압 소스(328)는 이제 출력 격리 스위치(332)를 통해 전송 라인에 연결되고, 고전압 펄스 전력은 제1 PD(322a)에서의 로컬 격리 스위치(340a)를 통해 고전압 수신기(344a)로 전송된다.

도 36은 PSE-PD 통신 링크 업을 예시한다. PSE(320)에서의 트랜시버(326)는 트랜시버(342a)에서 PD(322a)와 통신들을 확립한다. PSE(320) 및 PD(322a)는 통신 링크를 사용하여, 협상을 계속하고, 전력 제한들을 설정하고, 원격측정을 전송하는 등을 한다.

도 37은 제1 PD(322a)에서의 제2 PD(322b)의 하류 검출을 예시한다. 이전에 설명된 바와 같이, 제1 PD(322a)는 그의 로컬 격리 스위치(340a)의 사용을 통해 PSE(320)와 제1 저전력 전압 초기화를 이미 수행하였고, 이제 그 로컬 격리 스위치에서 고전압 펄스 전력을 수신하고 있다. 제1 PD(322a)는 인입 PD(제2 PD)(322b)를 검출한 후에 PSE(320)에게 이를 통지한다. PD(322a)는 또한, 라인 커패시턴스 변화로 인한 임의의 필요한 타이밍 조정들을 PSE(320)에게 통지할 수 있다. 임의의 타이밍 변화들이 있는 경우, PSE(320)와 PD(322a)는 필요에 따라 재동기화될 수 있다. 이어서, 하류 디바이스 분류 및 동기화가 PD(322b)에 대해 수행된다. 제1 PD(322a)는 제1 PD 제어기 내부의 감소된 PSE 능력을 사용하여 제2 PD(322b)와 저전압 동기화 및 분류 동작을 수행한다. 제2 PD(322b)에서 수신된 저전압 전력은 부트스트랩 전력 공급부(338b)를 충전하고 PD 제어기(상류 검출 시그널링(336b))를 파워 업하는 데 사용된다.

도 38은 하류 디바이스 안전 체크를 예시한다. 제1 PD(322a)에서의 출력 격리 스위치(348)가 폐쇄되고, 제2 PD(322b)에서의 격리 스위치들(340b, 348b)까지의 전체 전송 라인에 대해 PSE(320)에서 안전 체크가 수행된다.

도 39에 도시된 바와 같이, 안전 체크가 통과되는 경우, 고전압 펄스 전력이 제1 PD(322a)를 통해 제2 PD(322b)에서의 고전압 수신기(344b)로 전송되고, 고전압 펄스 전력의 전달이 추가적인 노드에 대해 계속된다.

도 40에 도시된 바와 같이, 제2 PD(322b)에서 통신 링크가 가동된다. 트랜시버들(326, 342a, 342b)은 모든 3개의 노드(PSE(320), PD(322a), PD(322b)) 사이에서 링크 업되고, 시스템은 정상 상태에 도달한다.

이전에 언급된 바와 같이, 위에서 설명된 프로세스는 다상 펄스 전력에 대해 수행될 수 있고, 각각의 위상에 대해 동기화 및 체크들이 수행된다. 또한, 네트워크는 펄스 전력 동작을 위해 구성된 하나 이상의 엔드노드, 펄스 전력 또는 PoE를 위해 구성된 하나 이상의 노드, 및 PoE만을 위해 구성된 하나 이상의 엔드포인트를 갖는 임의의 토폴로지에서 임의의 수의 노드를 포함할 수 있다. 또한, PD들 중 하나 이상은 도 26에 도시된 바와 같이 하류 노드에 대한 PSE로서 동작하는 능력을 포함할 수 있다.

도시된 실시예들에 따라 방법 및 장치가 설명되었지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자는 실시예들의 범위로부터 벗어나지 않으면서 실시예들에 대해 변형들이 이루어질 수 있다는 것을 쉽게 인식할 것이다. 따라서, 위의 설명에 포함되고 첨부 도면들에 도시된 모든 사항은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 것으로 해석될 것으로 의도된다.

Claims (32)

1. 방법으로서,
   전력 소싱 장비와 통신하는 제1 급전되는 디바이스에서, 상기 제1 급전되는 디바이스와 통신하는 제2 급전되는 디바이스를 식별하는 단계 ― 상기 제1 급전되는 디바이스는 상기 전력 소싱 장비로부터 고전압 펄스 전력을 수신하고 있음 ―;
   상기 제1 급전되는 디바이스에서 상기 전력 소싱 장비에게 상기 제2 급전되는 디바이스를 통지하는 단계; 및
   상기 제2 급전되는 디바이스에 상기 고전압 펄스 전력을 전달하기 전에, 상기 제1 급전되는 디바이스에서 상기 제2 급전되는 디바이스와 저전압 전력 초기화를 수행하는 단계
   를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 급전되는 디바이스는,
   상기 제1 급전되는 디바이스의 시동 시의 상기 전력 소싱 장비와의 제1 저전압 펄스 전력 초기화 및 상기 전력 소싱 장비로부터의 상기 고전압 펄스 전력의 수신을 위한 로컬 격리 스위치; 및
   상기 제2 급전되는 디바이스와의 상기 저전압 전력 초기화 및 상기 제2 급전되는 디바이스로의 상기 고전압 펄스 전력의 전달을 위한 출력 격리 스위치
   를 포함하는, 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 고전압 펄스 전력은 60 볼트 이상으로 전송되는 전력의 펄스들을 포함하는, 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전력 소싱 장비는 상기 제2 급전되는 디바이스와 안전 체크를 수행하는, 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전력 소싱 장비에게 상기 제2 급전되는 디바이스를 통지하는 단계는 상기 제2 급전되는 디바이스로 인한 라인 커패시턴스의 변화들에 기초하여 타이밍 조정들을 통신하는 단계를 포함하는, 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 저전압 전력 초기화는 펄스들이 위상들 사이에서 서로 오프셋되는 다상 펄스 전력 시스템에서 각각의 위상에 대해 반복되는, 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 급전되는 디바이스와 상기 제2 급전되는 디바이스 중 하나는 적어도 하나의 하류 디바이스에 대해 다른 전력 소싱 장비 노드로서 동작하도록 구성되는, 방법.
8. 방법으로서,
   전력 소싱 장비로부터 급전되는 디바이스로 저전압 펄스 전력을 전송하는 단계;
   안전 테스트를 수행하는 단계;
   상기 안전 테스트를 통과할 시에 상기 전력 소싱 장비에서 고전압 펄스 전력 동작을 인에이블하는 단계; 및
   상기 전력 소싱 장비로부터 상기 급전되는 디바이스로 고전압 펄스 전력을 전송하는 단계
   를 포함하고,
   상기 급전되는 디바이스는 상기 저전압 펄스 전력의 파형과 동기화하는, 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 급전되는 디바이스에서의 변조기 스위치는 상기 전력 소싱 장비에서의 변조기 스위치와 동기화하는, 방법.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 급전되는 디바이스에서의 변조기 스위치가 턴 온된 후에, 상기 급전되는 디바이스와 통신하는 단계를 더 포함하는, 방법.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저전압 펄스 전력은 60 볼트 이하로 전송되는 전력의 펄스들을 포함하는, 방법.
12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저전압 펄스 전력과 상기 고전압 펄스 전력 사이의 차이는 적어도 170 볼트인, 방법.
13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 급전되는 디바이스에서의 트랜시버와 통신 링크를 확립하고, 상기 급전되는 디바이스와 전력 레벨을 협상하는 단계를 더 포함하는, 방법.
14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    펄스들이 위상들 사이에서 서로 오프셋되는 다상 펄스 전력 시스템의 각각의 위상에 대해, 상기 저전압 펄스 전력을 전송하는 단계 및 상기 안전 테스트를 수행하는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법.
15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안전 테스트는 케이블 커패시턴스 및 쇼크 결함 테스트를 포함하는, 방법.
16. 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안전 테스트는 커패시턴스 테스트를 포함하고, 상기 커패시턴스 테스트에 기초하여 상기 고전압 펄스 전력의 고전압 펄스들 사이의 최소 오프 시간을 식별하는 것을 더 포함하는, 방법.
17. 제8항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 급전되는 디바이스와 통신하는 제2 급전되는 디바이스로 상기 고전압 펄스 전력을 전송하는 단계를 더 포함하는, 방법.
18. 제8항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안전 테스트를 수행하는 단계는,
    케이블 커패시턴스 전압을 변조하고, 방전 시간을 측정하는 단계;
    계산된 케이블 커패시턴스에 기초하여 부하 전압 임계치를 설정하는 단계; 및
    고전압 펄스 전력 듀티 사이클을 결정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
19. 제8항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 소싱 장비는 유지보수 동안의 상기 고전압 펄스 전력의 전송을 방지하기 위해, 수동 동작 단락 스위치를 포함하는, 방법.
20. 방법으로서,
    급전되는 디바이스에서 전력 소싱 장비로부터 저전압 펄스 전력을 수신하는 단계;
    상기 전력 소싱 장비로부터 수신된 상기 저전압 펄스 전력의 파형과 상기 급전되는 디바이스를 동기화시키는 단계; 및
    상기 전력 소싱 장비로부터 수신되는 고전압 펄스 전력으로 상기 급전되는 디바이스를 동작시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
21. 제20항에 있어서,
    상기 고전압 펄스 전력을 수신하기 전에, 상기 전력 소싱 장비와의 통신을 위해, 상기 급전되는 디바이스에서 트랜시버를 시동하는 단계를 더 포함하는, 방법.
22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 급전되는 디바이스를 동기화시키는 단계는, 상기 급전되는 디바이스에서의 변조기 스위치가 턴 온되기 전에 상기 전력 소싱 장비에서의 변조기 스위치가 턴 온되고, 상기 전력 소싱 장비에서의 변조기 스위치가 턴 오프되기 전에 상기 급전되는 디바이스에서의 변조기 스위치가 턴 오프되도록, 상기 급전되는 디바이스를 동기화시키는 단계를 포함하는, 방법.
23. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저전압 펄스 전력을 수신하기 전에 고정 시간 기간에 걸쳐, 상기 전력 소싱 장비로부터 저전압 전력을 수신할 시에 하우스키핑 회로를 시동하는 단계를 더 포함하는, 방법.
24. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고전압 펄스 전력을 수신할 시에 저전압 하우스키핑 회로를 디스에이블하고, 고전압 하우스키핑 전력을 위한 고전압 하우스키핑 회로를 동작시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
25. 제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    펄스들이 위상들 사이에서 서로 오프셋되는 다상 펄스 전력 시스템의 각각의 위상에 대해, 상기 저전압 펄스 전력을 수신하는 단계 및 상기 동기화시키는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법.
26. 방법으로서,
    변조기 스위치가 개방된 상태로 급전되는 디바이스에서 전력 소싱 장비로부터 고전압 펄스 전력을 수신하는 단계;
    상기 고전압 펄스 전력의 펄스가 온 상태일 때, 상기 급전되는 디바이스에서 격리된 전압을 커플링하는 단계;
    상기 급전되는 디바이스에서 하우스키핑 회로를 통전시키는 단계; 및
    상기 고전압 펄스 전력으로 상기 급전되는 디바이스에 급전하기 위해, 지정된 수의 고전압 펄스가 수신된 후에, 상기 급전되는 디바이스에서 상기 변조기 스위치를 턴 온시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
27. 제26항에 있어서,
    상기 전력 소싱 장비는 상기 급전되는 디바이스에서의 상기 변조기 스위치의 정상 동작을 체크하고, 정상 동작이 확인되지 않는 경우, 상기 고전압 펄스 전력을 턴 오프시키는, 방법.
28. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 급전되는 디바이스는, 상기 고전압 펄스 전력을 수신하기 전에, 상기 전력 소싱 장비를 포함하는 네트워크로 핫 스왑되는, 방법.
29. 제26항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변조기 스위치가 개방된 상태에서 수신되는 고전압 펄스 전력은 짧은 펄스 온 시간을 포함하고, 상기 변조기 스위치가 턴 온된 후에 수신되는 고전압 펄스 전력은 정상 동작 펄스 온 시간을 포함하는, 방법.
30. 제26항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변조기 스위치의 타이밍을 전력 소싱 장비 변조기 스위치와 동기화시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
31. 장치로서,
    제1항 내지 제30항 중 어느 한 항의 방법의 단계들을 구현하기 위한 수단을 포함하는, 장치.
32. 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 프로그램 제품, 또는 컴퓨터 판독가능 매체로서,
    명령어들을 포함하고,
    상기 명령어들은, 컴퓨터에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨터로 하여금 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항의 방법의 단계들을 수행하게 하는, 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 프로그램 제품, 또는 컴퓨터 판독가능 매체.

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