(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イーサネット（登録商標）・エネルギー供給を有する端末のための電源組立体であって：
・エネルギーを供給するようセットアップされたイーサネット（登録商標）・ケーブルへの接続のためのイーサネット（登録商標）・エネルギー供給接続をもち、第一のDC電圧を提供するための出力をもつ分離装置と、
・前記分離装置に結合された論理ユニットと、
・前記論理ユニットに結合され、切り換え可能な仕方で前記分離装置の出力に接続されたDC/DC変換器とを有しており、
前記端末に給電するための電圧（U）は、前記論理ユニットの制御のもとで前記DC/DC変換器の出力において提供され、
当該電源組立体は、前記論理ユニットに結合され、第二のDC電圧を提供するための出力を有する電源ユニットをさらに有しており、前記出力は切り換え可能な仕方で前記DC/DC変換器に接続される、
電源組立体。
【請求項２】
当該電源組立体は、前記第一および第二のDC電圧のそれぞれの値の関数として、前記論理ユニットの制御のもとで第一の動作モードおよび第二の動作モードにおいて動作するよう設計される、請求項１記載の電源組立体。
【請求項３】
前記第一のDC電圧は前記第一の動作モードにおいて前記DC/DC変換器に供給され、前記提供される電圧（U）は前記第一のDC電圧に依存し、
前記第二のDC電圧は前記第二の動作モードにおいて前記DC/DC変換器に供給され、前記提供される電圧（U）は前記第二のDC電圧に依存する、
請求項２記載の電源組立体。
【請求項４】
DC絶縁が前記分離装置と前記DC/DC変換器の間および前記電源ユニットと前記DC/DC変換器の間にそれぞれ設けられる、請求項１ないし３のうちいずれか一項記載の電源組立体。
【請求項５】
前記論理ユニットは電圧比較器を有する、請求項１ないし４のうちいずれか一項記載の電源組立体。
【請求項６】
前記分離装置と前記DC/DC変換器の間に切り換え可能な仕方で結合されたエネルギー貯蔵部をさらに有する、請求項１ないし５のうちいずれか一項記載の電源組立体。
【請求項７】
当該電源組立体が前記論理ユニットの制御のもとでの第三の動作モードおよび第四の動作モードで動作するよう設計される、請求項６記載の電源組立体。
【請求項８】
前記エネルギー貯蔵部は、前記第一のDC電圧で充電されるために、前記第三の動作モードにおいて、前記分離装置の出力に接続され、
前記エネルギー貯蔵部は、追加的な電圧を提供するため、前記第四の動作モードにおいて、前記DC/DC変換器の入力に接続される、
請求項７記載の電源組立体。
【請求項９】
前記電圧（U）に依存して前記論理ユニットの出力において状態信号が与えられる、請求項１ないし８のうちいずれか一項記載の電源組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イーサネット（登録商標）・エネルギー供給を有する端末のための電源組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
データ・ネットワークに接続された装置に該データ・ネットワークを介してエネルギーをも供給しようとする試みが現在行われている。この目的のための従来の規格はたとえばいわゆる「イーサネット（登録商標）を通じた電力」（Power  over  Ethernet［パワー・オーバー・イーサネット（登録商標）］）のためのIEEE802.3afである。「イーサネット（登録商標）を通じた電力」の場合、ネットワーク対応装置は８線のイーサネット（登録商標）ケーブルを介してエネルギーを供給される。「イーサネット（登録商標）を通じた電力」の一つの利点は、装置において電源ケーブルをなくすことができるということである。
【０００３】
端末を「イーサネット（登録商標）を通じた電力」機能で拡張するためには、通例、従来型のイーサネット（登録商標）互換端末にいわゆるスプリッターが組み込まれる。このスプリッターがイーサネット（登録商標）・ケーブルを介して与えられるエネルギーを、データから分離する。このように、スプリッターはDC電圧を生成し、イーサネット（登録商標）信号を与える。この場合、DC電圧は前記規格によれば50V近辺にある。結果として、このDC電圧は次いで、端末について従来典型的であるたとえば3ないし12Vの電源電圧に変換される必要がある。これは、端末における電源の複雑さ、コスト、故障しやすさ、重量ならびに面積およびスペース要件を増すことになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、達成すべき課題は、イーサネット（登録商標）エネルギー源を有する端末のための電源をさらに改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１の主題によって達成される。従属請求項はそれぞれ発展および洗練に関する。
【０００６】
ある実施形態では、イーサネット（登録商標）エネルギー供給を有する端末のための電源組立体は、分離〔スプリット〕装置と、前記分離装置に結合された論理ユニットと、前記論理ユニットに結合されたDC/DC変換器とを有する。前記分離装置は、エネルギーを供給するようセットアップされたイーサネット（登録商標）・ケーブルへの接続のためのイーサネット（登録商標）・エネルギー供給接続と、第一のDC電圧を提供するための出力とを有する。前記DC/DC変換器は切り換え可能な仕方で前記分離装置の出力に接続される。前記端末に給電するための電圧は、前記論理ユニットの制御のもとで前記DC/DC変換器の出力において与えられる。
【０００７】
エネルギーは、前記イーサネット（登録商標）・ケーブルを介して前記端末に供給され、前記分離装置によって、第一のDC電圧の形で提供される。前記第一のDC電圧は、前記論理ユニットによって切り換えられる接続を介して前記DC/DC変換器に供給され、前記電圧に変換される。この場合、前記論理ユニットは前記分離装置および前記DC/DC変換器の両方を制御する。
【０００８】
前記端末のための電源は、前記分離装置および前記DC/DC変換器の共通の制御をもつ前記組立体により最適化される。前記DC/DC変換器および前記分離装置の動作方法は、互いに調整され、その結果、より低い故障率、すなわちより長い平均故障間隔（MTBF:  mean  time  between  failure）が達成される。
【０００９】
分離装置は、「イーサネット（登録商標）を通じた電力」規格の観点ではスプリッターとも称される。したがって、これは前記規格で規定される他の機能、たとえば「イーサネット（登録商標）を通じた電力」インフラストラクチャーとの電力クラス（power  class）の信号伝達およびネゴシエーションをも実行する。
【００１０】
ある発展では、電源組立体は、前記論理ユニットに結合された電源ユニットを有する。前記電源ユニットは、第二のDC電圧を提供するための出力を有する。この出力は切り換え可能な仕方で前記DC/DC変換器に接続される。
【００１１】
前記分離装置によって提供される前記第一のDC電圧または前記電源ユニットによって提供される前記第二のDC電圧が、切り換え可能な接続を介して前記論理ユニットの制御のもとで前記DC/DC変換器に供給される。それから前記DC/DC変換器が前記端末のための電圧を生成する。
【００１２】
電力供給の複雑さおよびその面積およびスペース要件は、前記端末中に並列な仕方で存在している二つのエネルギー源、すなわち前記電源ユニットおよび前記分離装置を、前記論理ユニットおよび唯一のDC/DC変換器を援用して統合することによって有利に軽減される。DC/DC変換器が一つしか使われないという事実の結果として、この一つのDC/DC変換器に安定化ならびに温度およびエージング補償を提供するだけでよい。
【００１３】
前記電源ユニットは、たとえば、100Vまたは200V近辺のAC電圧を供給されるモニタの――端末内にすでに存在している――電源ユニットを含む。前記分離装置によって通例提供される前記第一のDC電圧は、たとえば50Vのオーダーである。典型的には前記電源ユニットによって提供される前記第二のDC電圧はたとえば100ないし200Vの範囲にある。結果として、前記DC/DC変換器は、たとえば50ないし200Vの入力電圧範囲をカバーするよう構成される。
【００１４】
もう一つの実施形態では、電源組立体は、前記第一および第二のDC電圧のそれぞれの値の関数として、前記論理ユニットの制御のもとで第一の動作モードおよび第二の動作モードにおいて動作するよう設計される。
【００１５】
前記第一および第二のDC電圧は前記論理ユニットに供給される。提供される前記第一および第二のDC電圧のそれぞれの値に依存して、前記論理ユニットは前記電源組立体を制御して第一の動作モードまたは第二の動作モードにする。
【００１６】
ある発展では、前記第一のDC電圧は前記第一の動作モードにおいて前記DC/DC変換器に供給され、前記電圧は前記第一のDC電圧に基づいて提供される。前記第二のDC電圧は前記第二の動作モードにおいて前記DC/DC変換器に供給され、前記電圧は前記第二のDC電圧に基づいて提供される。
【００１７】
前記第一の動作モードでは、前記分離装置と前記DC/DC変換器の間の前記切り替え可能な接続が前記論理ユニットの制御のもとで閉じられ、その結果、前記端末は、前記分離装置を介して、すなわち「イーサネット（登録商標）を通じた電力」により、エネルギーを供給される。前記DC/DC変換器は前記第一のDC電圧を前記端末のための電圧に変換する。前記第二の動作モードでは、前記電源ユニットと前記DC/DC変換器の間の前記切り替え可能な接続が前記論理ユニットの制御のもとで閉じられる。その結果、前記端末は、前記電源ユニットを介してエネルギーを供給される。前記DC/DC変換器は前記第二のDC電圧から前記端末のための電圧を生成する。
【００１８】
動作モードの選択により、有利にも、端末が電源ユニットを介して給電されるか分離装置を介して給電されるかを設定することができるようになる。論理ユニットを介した電源ユニットおよび分離装置の組み合わされた制御は、いわゆる電力管理の最適化を可能にする。論理ユニットにおいて実行されるべき制御機能は、一つのDC/DC変換器を制御するだけでよいので、著しく簡略化される。さらに、第二の動作モードでは、すなわち、端末が電源ユニットを介して給電されるときは、分離装置を介したエネルギー源を切断し、それによりインフラストラクチャー、たとえば「イーサネット（登録商標）を通じた電力」インジェクターに対する負荷を軽減することが可能である。
【００１９】
もう一つの実施形態では、DC絶縁が分離装置とDC/DC変換器の間に設けられ、さらにDC絶縁が電源ユニットとDC/DC変換器の間に設けられる。
【００２０】
ある発展では、論理ユニットは電圧比較器を有する。
【００２１】
電圧比較器は第一または第二の供給されるDC電圧を最小電圧と比較する。比較結果は、動作モードを選択するために使われる。
【００２２】
もう一つの実施形態では、電源組立体はエネルギー貯蔵部を有する。該エネルギー貯蔵部は分離装置とDC/DC変換器の間に切り換え可能な仕方で結合される。
【００２３】
エネルギー貯蔵部は、端末がイーサネット（登録商標）・ケーブルを介して供給されるより少ないエネルギーを必要とする時期に充電される。端末がイーサネット（登録商標）・ケーブルを介して供給されるより多くのエネルギーを必要とする時期には、エネルギー貯蔵部は追加的なエネルギーを提供する。
【００２４】
このように、エネルギー貯蔵部は有利なことに、バッファとして作用し、IEEE規格802.3afで定義されている諸消費クラスのより効率的な使用を可能にする。
【００２５】
ある発展では、電源組立体は、論理ユニットの制御のもとでの第三の動作モードおよび第四の動作モードでの動作のために設計される。
【００２６】
もう一つの実施形態では、エネルギー貯蔵部は、前記第一のDC電圧で充電されるために、第三の動作モードにおいて、分離装置の出力に接続される。エネルギー貯蔵部は、追加的な電圧を提供するため、第四の動作モードにおいて、DC/DC変換器の入力に接続される。
【００２７】
論理ユニットは、端末がイーサネット（登録商標）・ケーブルを介して提供されるより少ないエネルギーを必要としていることを認識するとすぐに、電源組立体を制御して第三の動作モードにする。エネルギー貯蔵部が充電される。他方、論理ユニットは、端末がイーサネット（登録商標）・ケーブルを介して供給できるより多くのエネルギーを必要としていることを認識する場合には、電源組立体を制御して第四の動作モードにする。結果として、エネルギー貯蔵部は、前記第一のDC電圧に加えてDC/DC変換器に供給される前記追加的な電圧を提供する。
【００２８】
このように、動作時間にわたって変化する端末のエネルギー要求に柔軟に反応することができる。
【００２９】
この場合、エネルギー貯蔵部はたとえば、再充電可能なバッテリー、特にリチウム・ポリマー再充電可能型バッテリーの形で実現される。
【００３０】
ある発展では、前記電圧に基づいて、論理ユニットの出力において状態信号が与えられる。
【００３１】
状態信号はたとえば、電源組立体が動作中であることを述べる情報、あるいは現在アクティブな動作モードの指標を含む。
【００３２】
本発明について、以下で、図面を参照しつつ、例示的な実施形態を使ってより詳細に説明する。同じ機能または効果をもつ機能要素は同じ参照符号をもつ。複数の要素がその機能において対応する限りにおいて、それらの要素の記述は後続の図においては繰り返さない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】提案される原理に基づくイーサネット（登録商標）エネルギー供給をもつ端末のための電源組立体の例示的な実施形態を示す図である。
【図２】提案される原理に基づく電源組立体のもう一つの例示的な実施形態を示す図である。
【図３】第一および第二のDC電圧を提供する例示的な実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、提案される原理に基づく電源組立体の例示的な実施形態を示している。本組立体は、分離装置１、論理ユニット２、DC/DC変換器３および電源ユニット４を有する。分離装置１は、イーサネット（登録商標）・ケーブルへの接続のためのエネルギー供給接続A1を有する。イーサネット（登録商標）・ケーブルは「イーサネット（登録商標）を通じた電力」インフラストラクチャーを介してエネルギーを供給するようセットアップされる。第一のDC電圧U1が分離装置１の出力において与えられる。論理ユニット２は分離装置１、DC/DC変換器３および電源ユニット４に結合される。電源ユニット４は、110Vまたは220VのAC幹線電源への接続のための接続A2を有する。第二のDC電圧U2が電源ユニット４の出力において与えられる。第一のDC電圧U1および第二のDC電圧U2はそれぞれ、切り換え可能な接続を介してDC/DC変換器３の入力に供給される。切り換え可能な接続はそれぞれ論理ユニット２によって制御される。端末のための電圧Uは、DC/DC変換器３の出力において与えられる。
【００３５】
論理ユニット２は、第一の動作モードまたは第二の動作モードにおける電源組立体の動作を制御する。第一の動作モードでは、分離装置１とDC/DC変換器３の間の切り換え可能な接続が閉じられ、その結果、第一のDC電圧U1がDC/DC変換器の入力に供給される。DC/DC変換器３は、第一のDC電圧U1から端末のための電圧Uを生成する。第二の動作モードでは、論理ユニット２の制御のもとで、電源ユニット４とDC/DC変換器３の間の切り換え可能な接続が閉じられる。こうして、第二のDC電圧U2がDC/DC変換器３に供給され、そのDC電圧からDC/DC変換器は電圧Uを生成する。
【００３６】
第一のDC電圧U1は、たとえば50Vの近辺にある。第二のDC電圧U2は、たとえば100ないし200Vの範囲にある。電圧Uはたとえば3ないし12Vの範囲内で与えられる。
【００３７】
論理ユニット２のもとでの分離装置１と電源ユニット４の統合は有利なことに、ちょうど一つのDC/DC変換器３を用いた実装を可能にする。第一または第二の動作モードを選択することは、電力供給に、より大きな度合いの柔軟性を提供する。加えて、前記インフラストラクチャーが、論理ユニット２によって与えられる状態信号S1および分離装置１による対応する信号電圧の評価に基づいて「イーサネット（登録商標）を通じた電力」電力供給を最適化することも可能である。
【００３８】
ある発展では、エネルギー貯蔵部５がさらに設けられる。エネルギー貯蔵部は、論理ユニット２の制御のもとで切り換え可能な仕方で、一方では分離装置１の出力に結合され、他方ではDC/DC変換器３の入力に結合される。エネルギー貯蔵部５は、追加的な電圧U′を提供するようセットアップされる。電源組立体のこの実施形態は、電源ユニット４なしで実装される。
【００３９】
エネルギー貯蔵部５を使うとき、電源組立体は、論理ユニット２の制御のもとに、第三の動作モードおよび第四の動作モードで動作させることができる。第三の動作モードでは、エネルギー貯蔵部５と分離装置１の間の切り換え可能な接続が閉じられる。こうして、エネルギー貯蔵部５は第一のDC電圧U1で充電される。第四の動作モードでは、エネルギー貯蔵部５とDC/DC変換器３の間の切り換え可能な接続が閉じられる。追加的な電圧U′が追加的にDC/DC変換器３の入力に供給される。
【００４０】
現行の「イーサネット（登録商標）を通じた電力」規格は、端末の全電力消費の上限を規定している。規格に依存して、端末のエネルギー消費に向けられる消費クラスは、「イーサネット（登録商標）を通じた電力」端末を初期化するときにインフラストラクチャーと一致させられる。しかしながら、端末のエネルギー要求は、特にさらなる周辺機器の使用の結果として、変動することがあり、結果として著しく増大することがある。
【００４１】
たとえば、「イーサネット（登録商標）を通じた電力」インフラストラクチャーを介して15Wが典型的に提供される。端末の要求がたとえば該15Wより少ない場合、論理ユニット２は端末を制御して、端末によって必要とされないエネルギーを用いてエネルギー貯蔵部５が充電される第三の動作モードにする。
【００４２】
逆に、端末がエネルギー供給接続A1を介して供給されるより多くのエネルギーを必要とする場合、論理ユニット２は電源組立体を制御して第四の動作モードにする。するとエネルギー貯蔵部５は追加的電圧U′を送達する。
【００４３】
こうして、端末のエネルギー要求の短時間のピークおよび周辺機器と一緒の端末の中期的な動作が、標準的な「イーサネット（登録商標）を通じた電力」インフラストラクチャー上で有利に実装されることができる。
【００４４】
論理ユニット２の制御のもとで、かつ状態信号S1の評価に基づいて、たとえばいわゆる電力インジェクターにおいて、「イーサネット（登録商標）を通じた電力」インフラストラクチャーに関する対応する信号伝達を実装することも可能である。その結果、幹線電源側でも動作が最適化できる。
【００４５】
図２は、提案される原理に基づく電源組立体のもう一つの実施形態を示している。図１の実施形態に加えて、ここに示す実施形態は、スイッチSWおよびDC絶縁ユニット６を有する。DC絶縁ユニット６は、DC/DC変換器３を、分離装置１および電源ユニット４の両方からDC絶縁する。スイッチSWは論理ユニット２によって制御され、DC/DC変換器３の入力を、第一のDC電圧U1と第二のDC電圧U2の間で切り換える。スイッチSWがAの位置にあれば、電源組立体は第一の動作モードにあり、分離装置１および第一のDC電圧U1を介して給電される。これに対し、スイッチSWがBの位置にあれば、電源組立体は第二の動作モードにあり、電源ユニット４および第二のDC電圧U2を介して給電される。
【００４６】
この場合、電源ユニット４は、AC電圧をDC電圧に変換するための少なくとも一つの整流器を有する。分離装置１は、イーサネット（登録商標）・ケーブルを介して供給される電圧の両方の極性をサポートする。スイッチSWは好ましくはリレーの形で実装される。
【００４７】
論理ユニット２はたとえば、第二のDC電圧U2が存在する場合に、第二のDC電圧U2の値が最小電圧値を超えたらすぐ、電源組立体を第二の動作モードに切り換えるような仕方で構成される。これは有利なことに、「イーサネット（登録商標）を通じた電力」インフラストラクチャーに対する負荷を軽減する。
【００４８】
第一のDC電圧U1または第二のDC電圧U2のいずれかがそのそれぞれの仕様に従って提供される場合、状態信号S1は電源組立体が動作していることを示す。
【００４９】
図３は、第一および第二のDC電圧を提供するための例示的な実施形態を示している。この場合、端末内においてエネルギー源とエネルギー提供の間のDC絶縁の異なる型が示されている。このDC絶縁は、ここでは、例として、フライバック変換器SPを援用して実装されている。ここではイーサネット（登録商標）・ケーブルのワイヤ対Rx、Txの形のエネルギー供給接続A1に供給される電圧は、分離装置１において第一の補助電圧U1′に変換される。第二の接続A2に供給されるAC電圧は、電源ユニット４において整流され、第二の補助電圧U2′として提供される。
【００５０】
論理ユニット２の電圧比較器Vは、供給された第二の補助電圧U2′を最小電圧と比較する。第二の補助電圧U2′が最小電圧より大きければ、論理ユニット２は信号SLを生成する。結果として、第二の補助電圧U2′が、トランジスタT2の制御のもとでフライバック変換器SPの一次巻線に切り換えられる。第二のDC電圧U2がフライバック変換器SPの出力において与えられる。端末は、第二の動作モードにあり、よって電源ユニット４を介して給電される。
【００５１】
第二の補助電圧U2′が最小電圧より小さい場合には、論理ユニット２は制御信号SHを生成する。結果としてトランジスタT1はオンにされ、第一の補助電圧U1′がフライバック変換器SPの一次巻線に切り換えられる。第一のDC電圧U1がフライバック変換器SPの出力において与えられる。
【００５２】
第一および第二のDC電圧U1、U2はそれぞれ、図１または図２からのDC/DC変換器３に供給される。
【符号の説明】
【００５３】
１  分離装置
２  論理ユニット
３  DC/DC変換器
４  電源ユニット
５  エネルギー貯蔵部
６  DC絶縁
A、B  スイッチ位置
A1、A2  接続
U1、U2  DC電圧
U、U′  電圧
U1′、U2′  補助電圧
Rx、Tx  ワイヤ対
S1  状態信号
SH、SL  信号
SW  スイッチ
SP  フライバック変換器
SL、SH  信号
T1、T2  トランジスタ
V  電圧比較器
【図１】
0005466305.tif 000002
【図２】
0005466305.tif 000003
【図３】
0005466305.tif 000004