受電機器のＰｏＥ電源回路
【課題】 ＰＯＥの受電機器は、受電機器の最大消費電力に制限があるため、機能が豊富な受電機器を接続する場合は、マージンが少なくなり、搭載する機能と消費電力をトレードオフしなければならないという問題点があった。
【解決手段】 入力電圧の極性を検出する極性検出回路１５と、ブリッジ整流ダイオードＤｉ１、Ｄｉ２、Ｄｉ３、Ｄｉ４の各素子に並列に接続したスイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４と、前記極性検出回路の検出結果に基づき、ブリッジ整流ダイオードＤｉ１、Ｄｉ２、Ｄｉ３、Ｄｉ４の各素子に並列に接続したスイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４の開閉を行うことにより、整流ダイオードに流れている順方向電流をスイッチ回路へバイパスする手段とを具備することを特徴とする。
【解決手段】 入力電圧の極性を検出する極性検出回路１５と、ブリッジ整流ダイオードＤｉ１、Ｄｉ２、Ｄｉ３、Ｄｉ４の各素子に並列に接続したスイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４と、前記極性検出回路の検出結果に基づき、ブリッジ整流ダイオードＤｉ１、Ｄｉ２、Ｄｉ３、Ｄｉ４の各素子に並列に接続したスイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４の開閉を行うことにより、整流ダイオードに流れている順方向電流をスイッチ回路へバイパスする手段とを具備することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネットワーク側から電力供給を受けて動作を行う受電機器の電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネットワーク側から電力供給を受けて動作を行うシステムとして、2003年6月にＩＥＥＥ８０２．３ａｆにて規格化されたカテゴリ５のＬＡＮケーブルを用いて電力を供給するＰｏｗｅｒ ｏｖｅｒ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）（以下、ＰｏＥ）がある。
【０００３】
このＰｏＥでは、入力されるDC電圧は48Vとなっているが、その極性は、クロスオーバーケーブルの使用を可能にするため固定されていない。このため、ＰｏＥでは、対応したスイッチングＨＵＢなどから電力の供給を受ける受電機器（Ｐｏｗｅｒｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）は、その電源回路（以下ＰＯＥ電源回路と記す）において、ＰＯＥ電源回路の入力段にブリッジ整流ダイオードを備えている。
【０００４】
従来、電源回路に用いられるブリッジ整流ダイオードとしては、交流電源から供給される交流電力の整流を行うための、ブリッジ整流回路がある。交流電源に接続されるブリッジ整流回路で、損失を低減するために、ダイオードと並列に、スイッチ素子を接続し、ゼロクロスを検出することで、スイッチ回路のＯＮ／ＯＦＦを制御する技術が知られている。(例えば、特許文献1)
【特許文献１】特開２００２−３４５２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の構成では、スイッチ回路によりバイパスされるダイオードで生ずる損失を防ぐことはできたが、交流電源に接続された整流回路であることから、極性が時間的に変化するため、電流経路上のダイオードを全てバイパスすることはできないため、ダイオードによる損失が発生するという問題があった。特にＰＯＥで用いられる受電機器においては、受電機器の最大消費電力に制限があるため、機能が豊富な受電機器を接続する場合は、最大消費電力のマージンが少なくなり、搭載する機能と消費電力をトレードオフしなければならないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記事情によりなされたもので、その目的は、ＰＯＥの受電機器の電力回路の損失をより低減する電源回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、入力電圧の極性を検出する極性検出回路と、ブリッジ整流ダイオードの各素子に並列に接続したスイッチ回路と、前記極性検出回路の検出結果に基づき、ブリッジ整流ダイオードの各素子に並列に接続したスイッチ回路の開閉を行うことにより、整流ダイオードに流れている順方向電流をスイッチ回路へバイパスする手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
このような構成を有することにより、整流ダイオードでの損失をほとんど０にできるようになる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明では、整流ダイオードでの損失をほとんど０にできるため、１２．９５Ｗに制限されている受電機器の最大消費電力に対して、マージン拡大または、搭載する機能を増やすことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
本発明の適用されるシステム構成例として、ＰｏＥについて、図1を用いて説明する。ＰｏＥは、２００３年６月にＩＥＥＥ８０２．３ａｆにて規格化されたカテゴリ５のLANケーブルを用いて電力を供給する標準規格である。
【００１２】
図1はシステムの全体構成を示す図である。ＰｏＥでは、通常のスイッチングＨＵＢ１が接続されたシステムにおいて、給電能力があるＰｏＥに対応したＰｏＥスイッチングＨＵＢ２が設けられる。このＰｏＥスイッチングＨＵＢ２から供給される電力は、ＤＣ電圧４８Ｖで１５．４Ｗという給電能力があるため、ＩＰ電話機3やLANスイッチルータ４、ネットワークカメラ５等の、従来のシステムより高機能な受電機器（Powered Device）の接続が可能となっている。
【００１３】
図２は、ＰＯＥシステムに接続されるネットワークカメラ5の概略構成図を示す図である。ネットワークカメラ５は、レンズ等を含むＣＣＤ部６、信号処理部７、電源部８から構成される。
【００１４】
図3は、ネットワークと受電機器との接続部となる電源部の構成を示す図である。
ＰＯＥでは、供給されるＤＣ電圧（４８Ｖ）の極性は、クロスオーバーケーブルの使用を可能にするため固定されていないため、受電機器のＰＯＥ電源回路の入力段にはブリッジ整流ダイオード10が備けられている。
【００１５】
各ブリッジ整流ダイオード10は、第1の入力端１１から第1の出力端１３の向きに設けられたダイオードDi１、第２の出力端１４から第２の入力端１２の向きに設けられたダイオードＤｉ２、に第２の入力端１２から第１の出力端１３の向きに設けられたダイオードＤｉ３、第２の出力端１４から第1の出力端１１の向きに設けられたダイオードＤｉ４が設けられている。そして、それぞれの、整流ダイオードＤｉ１、Ｄｉ２、Ｄｉ３、Ｄｉ４には並列にスイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４が接続されている。これらのスイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４は、一般にＦＥＴやトランジスタ等の半導体素子で構成されるが、メカニカルなスイッチ回路を用いてもよい。
【００１６】
更に、第1の入力端１１と第２の入力端１３の間には、ＰＯＥスイッチングＨＵＢ2から供給される給電電力の極性を判定する、極性検出回路15が設けられている。
【００１７】
図４は、極性検出回路１５の構成例の一例を示す図である。極性検出回路15は、コンパレーター１６で、第1の入力端１１側のａ点の電圧とｂ点の電圧を比較し、入力端１１側のａ点の電圧が高いとき出力信号１７を出力する。そして、この出力信号は、ＳＷ１とＳＷ２に出力されるとともに、論理を反転してＳＷ３とＳＷ４に出力される。このため、第1の入力端１１側のａ点の電圧が高い場合は、SW1とＳＷ２をON（短絡）し、ダイオードがバイパスされる。一方、ＳＷ３とＳＷ４は反転信号となるため、ＳＷ３とＳＷ４は開放にするよう制御される。
【００１８】
逆に、第２の入力端１３側の電圧（ｂ点）が高い場合は、ＳＷ３とＳＷ４をＯＮ（短絡）となり、かつＳＷ１とＳＷ２を開放にするよう制御する。
ここで、重要となる点は、経路となる２つの整流ダイオードの両方をスイッチ回路によりバイパスさせる点にある。つまり、従来技術のような、交流回路に接続された整流回路では、極性が時間的に変化するため、極性が変化するゼロクロス時の動作が不安定になる恐れがあるため、電流経路上の全ての整流ダイオードをバイパスすることは、難しかった。
【００１９】
これに対し、本実施例のＰＯＥでは、極性は不明なものの直流電源であるため、極性は時間的に変化しないため、電流系路上の全ての整流ダイオードをバイパスしても、問題が生じない。
【００２０】
以下、ダイオードの電圧降下の状況について、説明する。
一般的な整流ダイオードでは、電圧降下はほぼ１Vある。このため、電流の流れが往復で２つのダイオードを経由するため、往復で２Vの電圧降下が生ずる。このため、第１出力端１３と第２出力端１４との電位差は４６Ｖとなる。
【００２１】
ここで、受電機器の最大消費電力は、１２．９５Ｗと決められているため、流れる電流は、
１２．９５Ｗ／４６Ｖ＝０．２８Ａ
よって、２つの整流ダイオードでの電力損失は、
２Ｖ×０．２８Ａ＝０．５６Ｗ
となる。
本実施例では、極性判定回路１５により、検出した整流ダイオードをバイパスさせる。例えば、ａ点の電圧が高い場合は、ＳＷ１とＳＷ２の両方をＯＮとなるため、第１の入力端１１→ＳＷ１→第１出力端→負荷回路→第２出力端→ＳＷ２→第２入力端という経路で電流が流れるため、電流回路で電圧降下を生じない。
【００２２】
以上の構成をとることにより、本発明は、整流ダイオードでの損失をほとんど０にできるため、１２．９５Ｗに制限されている受電機器の最大消費電力に対して、マージン拡大または、搭載する機能を増やすことが可能となる。このため、機能が豊富なＰＡＮ・ＴＩＬＴ・ＺＯＯＭ機能付きの監視カメラなどを、消費電力をトレードオフすることなく、ＰｏＥ対応にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に関わるシステムの全体構成を示す図。
【図２】本発明の実施の形態に関わるネットワークカメラ5の概略構成図の動作を示すフローチャート。
【図３】本発明の実施の形態に関わる電源部の構成を示す図。
【図４】本発明の実施の形態に関わる極性検出回路の構成例を示す図
【符号の説明】
【００２４】
１・・・スイッチングＨＵＢ
２・・・ＰｏＥスイッチングＨＵＢ
５・・・ネットワークカメラ
６・・・ＣＣＤ部
７・・・信号処理部
８・・・電源部
１０・・・ダイオードブリッジ回路
１５・・・極性判定回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネットワーク側から電力供給を受けて動作を行う受電機器の電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネットワーク側から電力供給を受けて動作を行うシステムとして、2003年6月にＩＥＥＥ８０２．３ａｆにて規格化されたカテゴリ５のＬＡＮケーブルを用いて電力を供給するＰｏｗｅｒ ｏｖｅｒ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）（以下、ＰｏＥ）がある。
【０００３】
このＰｏＥでは、入力されるDC電圧は48Vとなっているが、その極性は、クロスオーバーケーブルの使用を可能にするため固定されていない。このため、ＰｏＥでは、対応したスイッチングＨＵＢなどから電力の供給を受ける受電機器（Ｐｏｗｅｒｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）は、その電源回路（以下ＰＯＥ電源回路と記す）において、ＰＯＥ電源回路の入力段にブリッジ整流ダイオードを備えている。
【０００４】
従来、電源回路に用いられるブリッジ整流ダイオードとしては、交流電源から供給される交流電力の整流を行うための、ブリッジ整流回路がある。交流電源に接続されるブリッジ整流回路で、損失を低減するために、ダイオードと並列に、スイッチ素子を接続し、ゼロクロスを検出することで、スイッチ回路のＯＮ／ＯＦＦを制御する技術が知られている。(例えば、特許文献1)
【特許文献１】特開２００２−３４５２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の構成では、スイッチ回路によりバイパスされるダイオードで生ずる損失を防ぐことはできたが、交流電源に接続された整流回路であることから、極性が時間的に変化するため、電流経路上のダイオードを全てバイパスすることはできないため、ダイオードによる損失が発生するという問題があった。特にＰＯＥで用いられる受電機器においては、受電機器の最大消費電力に制限があるため、機能が豊富な受電機器を接続する場合は、最大消費電力のマージンが少なくなり、搭載する機能と消費電力をトレードオフしなければならないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記事情によりなされたもので、その目的は、ＰＯＥの受電機器の電力回路の損失をより低減する電源回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、入力電圧の極性を検出する極性検出回路と、ブリッジ整流ダイオードの各素子に並列に接続したスイッチ回路と、前記極性検出回路の検出結果に基づき、ブリッジ整流ダイオードの各素子に並列に接続したスイッチ回路の開閉を行うことにより、整流ダイオードに流れている順方向電流をスイッチ回路へバイパスする手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
このような構成を有することにより、整流ダイオードでの損失をほとんど０にできるようになる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明では、整流ダイオードでの損失をほとんど０にできるため、１２．９５Ｗに制限されている受電機器の最大消費電力に対して、マージン拡大または、搭載する機能を増やすことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
本発明の適用されるシステム構成例として、ＰｏＥについて、図1を用いて説明する。ＰｏＥは、２００３年６月にＩＥＥＥ８０２．３ａｆにて規格化されたカテゴリ５のLANケーブルを用いて電力を供給する標準規格である。
【００１２】
図1はシステムの全体構成を示す図である。ＰｏＥでは、通常のスイッチングＨＵＢ１が接続されたシステムにおいて、給電能力があるＰｏＥに対応したＰｏＥスイッチングＨＵＢ２が設けられる。このＰｏＥスイッチングＨＵＢ２から供給される電力は、ＤＣ電圧４８Ｖで１５．４Ｗという給電能力があるため、ＩＰ電話機3やLANスイッチルータ４、ネットワークカメラ５等の、従来のシステムより高機能な受電機器（Powered Device）の接続が可能となっている。
【００１３】
図２は、ＰＯＥシステムに接続されるネットワークカメラ5の概略構成図を示す図である。ネットワークカメラ５は、レンズ等を含むＣＣＤ部６、信号処理部７、電源部８から構成される。
【００１４】
図3は、ネットワークと受電機器との接続部となる電源部の構成を示す図である。
ＰＯＥでは、供給されるＤＣ電圧（４８Ｖ）の極性は、クロスオーバーケーブルの使用を可能にするため固定されていないため、受電機器のＰＯＥ電源回路の入力段にはブリッジ整流ダイオード10が備けられている。
【００１５】
各ブリッジ整流ダイオード10は、第1の入力端１１から第1の出力端１３の向きに設けられたダイオードDi１、第２の出力端１４から第２の入力端１２の向きに設けられたダイオードＤｉ２、に第２の入力端１２から第１の出力端１３の向きに設けられたダイオードＤｉ３、第２の出力端１４から第1の出力端１１の向きに設けられたダイオードＤｉ４が設けられている。そして、それぞれの、整流ダイオードＤｉ１、Ｄｉ２、Ｄｉ３、Ｄｉ４には並列にスイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４が接続されている。これらのスイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４は、一般にＦＥＴやトランジスタ等の半導体素子で構成されるが、メカニカルなスイッチ回路を用いてもよい。
【００１６】
更に、第1の入力端１１と第２の入力端１３の間には、ＰＯＥスイッチングＨＵＢ2から供給される給電電力の極性を判定する、極性検出回路15が設けられている。
【００１７】
図４は、極性検出回路１５の構成例の一例を示す図である。極性検出回路15は、コンパレーター１６で、第1の入力端１１側のａ点の電圧とｂ点の電圧を比較し、入力端１１側のａ点の電圧が高いとき出力信号１７を出力する。そして、この出力信号は、ＳＷ１とＳＷ２に出力されるとともに、論理を反転してＳＷ３とＳＷ４に出力される。このため、第1の入力端１１側のａ点の電圧が高い場合は、SW1とＳＷ２をON（短絡）し、ダイオードがバイパスされる。一方、ＳＷ３とＳＷ４は反転信号となるため、ＳＷ３とＳＷ４は開放にするよう制御される。
【００１８】
逆に、第２の入力端１３側の電圧（ｂ点）が高い場合は、ＳＷ３とＳＷ４をＯＮ（短絡）となり、かつＳＷ１とＳＷ２を開放にするよう制御する。
ここで、重要となる点は、経路となる２つの整流ダイオードの両方をスイッチ回路によりバイパスさせる点にある。つまり、従来技術のような、交流回路に接続された整流回路では、極性が時間的に変化するため、極性が変化するゼロクロス時の動作が不安定になる恐れがあるため、電流経路上の全ての整流ダイオードをバイパスすることは、難しかった。
【００１９】
これに対し、本実施例のＰＯＥでは、極性は不明なものの直流電源であるため、極性は時間的に変化しないため、電流系路上の全ての整流ダイオードをバイパスしても、問題が生じない。
【００２０】
以下、ダイオードの電圧降下の状況について、説明する。
一般的な整流ダイオードでは、電圧降下はほぼ１Vある。このため、電流の流れが往復で２つのダイオードを経由するため、往復で２Vの電圧降下が生ずる。このため、第１出力端１３と第２出力端１４との電位差は４６Ｖとなる。
【００２１】
ここで、受電機器の最大消費電力は、１２．９５Ｗと決められているため、流れる電流は、
１２．９５Ｗ／４６Ｖ＝０．２８Ａ
よって、２つの整流ダイオードでの電力損失は、
２Ｖ×０．２８Ａ＝０．５６Ｗ
となる。
本実施例では、極性判定回路１５により、検出した整流ダイオードをバイパスさせる。例えば、ａ点の電圧が高い場合は、ＳＷ１とＳＷ２の両方をＯＮとなるため、第１の入力端１１→ＳＷ１→第１出力端→負荷回路→第２出力端→ＳＷ２→第２入力端という経路で電流が流れるため、電流回路で電圧降下を生じない。
【００２２】
以上の構成をとることにより、本発明は、整流ダイオードでの損失をほとんど０にできるため、１２．９５Ｗに制限されている受電機器の最大消費電力に対して、マージン拡大または、搭載する機能を増やすことが可能となる。このため、機能が豊富なＰＡＮ・ＴＩＬＴ・ＺＯＯＭ機能付きの監視カメラなどを、消費電力をトレードオフすることなく、ＰｏＥ対応にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に関わるシステムの全体構成を示す図。
【図２】本発明の実施の形態に関わるネットワークカメラ5の概略構成図の動作を示すフローチャート。
【図３】本発明の実施の形態に関わる電源部の構成を示す図。
【図４】本発明の実施の形態に関わる極性検出回路の構成例を示す図
【符号の説明】
【００２４】
１・・・スイッチングＨＵＢ
２・・・ＰｏＥスイッチングＨＵＢ
５・・・ネットワークカメラ
６・・・ＣＣＤ部
７・・・信号処理部
８・・・電源部
１０・・・ダイオードブリッジ回路
１５・・・極性判定回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワークから給電を受けて動作する受電機器のＰＯＥ電源回路において、
入力電圧の極性を検出する極性検出回路と、
ブリッジ整流ダイオードの各素子に並列に接続したスイッチ回路と、
前記極性検出回路の検出結果に基づき、ブリッジ整流ダイオードの各素子に並列に接続したスイッチ回路の開閉を行うことにより、整流ダイオードに流れている順方向電流をスイッチ回路へバイパスする手段と
を具備することを特徴とするＰＯＥ電源回路。
【請求項２】
前記スイッチ回路は、半導体素子で構成されることを特徴とする請求項１に記載の受電機器のＰＯＥ電源回路。
【請求項１】
ネットワークから給電を受けて動作する受電機器のＰＯＥ電源回路において、
入力電圧の極性を検出する極性検出回路と、
ブリッジ整流ダイオードの各素子に並列に接続したスイッチ回路と、
前記極性検出回路の検出結果に基づき、ブリッジ整流ダイオードの各素子に並列に接続したスイッチ回路の開閉を行うことにより、整流ダイオードに流れている順方向電流をスイッチ回路へバイパスする手段と
を具備することを特徴とするＰＯＥ電源回路。
【請求項２】
前記スイッチ回路は、半導体素子で構成されることを特徴とする請求項１に記載の受電機器のＰＯＥ電源回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１１０９３（Ｐ２００９−１１０９３Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７０７６３（Ｐ２００７−１７０７６３）
【出願日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]