Питаемое устройство и система распределения мощности, содержащая питаемое устройство
Изобретение относится к системам распределения мощности. Технический результат заключается в улучшении передачи мощности электрической нагрузки. Питаемое устройство содержит: электрическую нагрузку, блок измерения напряжения для измерения напряжения, принимаемого питаемым устройством, и блок передачи мощности электрической нагрузки для преобразования подаваемой мощности в мощность электрической нагрузки и для передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке, причем блок передачи мощности электрической нагрузки конфигурирован таким образом, чтобы уровень мощности электрической нагрузки зависел от измеренного напряжения, причем блок передачи мощности электрической нагрузки конфигурирован таким образом, чтобы уровень мощности электрической нагрузки линейно зависел от измеренного напряжения. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системе распределения мощности, содержащей питающее устройство для подачи мощности к питаемому устройству для приема подаваемой мощности, и к электрическому проводнику, соединенному с питающим устройством и питаемым устройством для передачи мощности и данных между питающим устройством и питаемым устройством. Изобретение также относится к питаемому устройству, которое используется в системе распределения мощности и содержит электрическую нагрузку и блок передачи мощности электрической нагрузки для передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке, и к способу и компьютерной программе для передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке питаемого устройства.
Уровень техники
В системах передачи мощности по кабелю Ethernet (PoE), в соответствии со стандартом PoE IEEE 802.3at, питающее оборудование (PSE) снабжает мощностью одно или более питаемых устройств через один или более кабелей Ethernet. Устройство PSE является, например, переключателем, а питаемые устройства являются, например, камерами, работающими на основе межсетевого протокола (IP), IP-телефонами, беспроводными точками доступа, осветительными устройствами, датчиками, вентиляторами и т.д. В соответствии со стандартом, энергопотребление устройств-потребителей мощности ограничено только относительно малым уровнем мощности, который меньше уровня мощности, подаваемой посредством каждого порта устройства PSE, для компенсации возможных потерь в кабелях Ethernet.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в создании питаемого устройства для использования в системе распределения мощности, такой как система PoE, которая может иметь большее энергопотребление. Дополнительная задача настоящего изобретения заключается в создании системы распределения мощности с питаемым устройством и способа и компьютерной программы для передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке питаемого устройства.
В первом аспекте настоящего изобретения представлено питаемое устройство для использования в системе распределения мощности, причем система содержит питающее устройство для подачи мощности на питаемое устройство, и электрический проводник, соединенный с питающим устройством и питаемым устройством для передачи мощности и данных между питающим устройством и питаемым устройством, причем питаемое устройство содержит:
- электрическую нагрузку,
- блок измерения напряжения для измерения напряжения, принимаемого питаемым устройством, и
- блок передачи мощности электрической нагрузки для преобразования подаваемой мощности в мощность электрической нагрузки и для подачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке, причем блок подачи мощности электрической нагрузки конфигурирован таким образом, чтобы уровень мощности электрической нагрузки зависел от измеренного напряжения.
Поскольку питаемое устройство содержит блок измерения напряжения для измерения напряжения, принимаемого питаемым устройством, причем уровень мощности электрической нагрузки, передаваемой посредством блока передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке питаемого устройства, зависит от измеренного напряжения, мощность электрической нагрузки и, соответственно, энергопотребление питаемого устройства могут быть адаптированы к напряжению, которое в действительности было принято питаемым устройством, и которое может быть понижено вследствие потерь, таких как потери в кабелях. Это позволяет увеличить потребляемую мощность питаемого устройства в случае, когда напряжение, принимаемое питаемым устройством, является достаточно высоким.
Предпочтительно, чтобы система распределения мощности являлась системой PoE, в которой питающее устройство и питаемое устройство являются устройствами PoE, а электрический проводник является кабелем Ethernet. Питающее устройство, которое также может быть рассмотрено в качестве устройства PSE, может являться оконечным устройством, таким как переключатель, или срединным устройством, таким как инжектор PoE. Электрическая нагрузка может являться источником света, таким как светоизлучающий диод (LED), датчик, вентилятор и т.д.
Блок передачи мощности электрической нагрузки конфигурирован таким образом, чтобы уровень мощности электрической нагрузки линейно зависел от измеренного напряжения. В частности, блок передачи мощности электрической нагрузки может быть конфигурирован таким образом, чтобы уровень мощности электрической нагрузки линейно зависел от измеренного напряжения, если измеренное напряжение меньше первой пороговой величины и больше второй пороговой величины. Блок передачи мощности электрической нагрузки может быть конфигурирован таким образом, чтобы в случае, когда измеренное напряжение больше первой пороговой величины, уровень мощности имел первое постоянное значение. Кроме того, блок передачи мощности электрической нагрузки также может быть конфигурирован таким образом, чтобы в случае, когда измеренное напряжение меньше второй пороговой величины, уровень мощности имел второе постоянное значение. Вторая пороговая величина может быть меньше пороговой величины, приблизительно равной 40 В, в частности, 42,5 В, при этом первая пороговая величина может быть больше пороговой величины, приблизительно равной 57 В, в частности, 57,0 В. Второе постоянное значение уровня мощности может быть приблизительно равным 25 Вт, в частности, 25,5 Вт, при этом первое постоянное значение уровня мощности может быть приблизительно равным 34 Вт, в частности, 34,2 Вт. Линейная зависимость предусматривает линейную адаптацию потребляемой мощности питаемого устройства к текущему измеренному напряжению, то есть к соответствующим потерям. Кроме того, первое постоянное значение гарантирует, что максимальное энергопотребление питаемого устройства не будет превышать заданную максимальную мощность, вследствие чего снижается вероятность возникновения условий перегрузки.
В варианте осуществления блок передачи мощности электрической нагрузки конфигурирован таким образом, чтобы уровень мощности электрической нагрузки линейно зависел от измеренного напряжения с первым спадом в пределах первого диапазона измеренных напряжений, и чтобы уровень мощности электрической нагрузки линейно зависел от измеренного напряжения со вторым спадом в пределах второго диапазона измеренных напряжений. Например, первый спад может быть использован в момент включения питания до тех пор, пока не будет достигнут минимальный уровень мощности, в частности, вышеупомянутое второе постоянное значение уровня мощности, а второй спад может быть использован между, например, вышеупомянутой первой пороговой величиной измеренного напряжения и вышеупомянутой второй пороговой величиной измеренного напряжения для линейной адаптации потребляемой мощности питаемого устройства к фактическому измеренному напряжению. Соответственно, первый диапазон измеренных напряжений может включать в себя напряжения, которые меньше второй пороговой величины, а второй диапазон измеренных напряжений может включать в себя напряжения, которые находятся между первой и второй пороговыми величинами.
Блок измерения напряжения может быть выполнен с возможностью обеспечения сигнала измерения, указывающего измеренное напряжение, причем блок передачи мощности электрической нагрузки может быть выполнен с возможностью выполнения низкочастотной фильтрации сигнала измерения. Сигнал измерения может быть подвергнут низкочастотной фильтрации непосредственно, или же сигнал измерения может быть подвергнут низкочастотной фильтрации опосредованно при помощи низкочастотной фильтрации сигнала, такого как сигнал управления, который может быть получен из сигнала измерения и/или зависеть от него. Посредством низкочастотной фильтрации могут быть уменьшены возможные реакции на шум и интерференции, вследствие чего улучшается управление формированием и передачей мощности электрической нагрузки.
Питаемое устройство может содержать разделитель мощности и данных для отделения данных от мощности, передаваемой посредством электрического проводника, причем блок измерения напряжения может быть выполнен с возможностью измерения напряжения за разделителем мощности и данных. Предпочтительно, чтобы разделитель мощности и данных содержал магнитную цепь, отделяющую мощность от сигналов данных, которые также могут быть расценены в качестве связных сигналов. Разделитель мощности и данных может быть интегрирован в гнездо питаемого устройства, к которому может быть присоединен электрический проводник. Кроме того, питаемое устройство может содержать выпрямитель для выпрямления отделенной мощности, причем блок измерения напряжения может быть выполнен с возможностью измерения напряжения за выпрямителем. Предпочтительно, чтобы питаемое устройство дополнительно содержало контроллер питаемого устройства для идентификации питаемого устройства в системе, а также для согласования класса мощности с питающим устройством.
В другом предпочтительном варианте осуществления блок передачи мощности электрической нагрузки содержит схему возбуждения электрической нагрузки для преобразования подаваемой мощности в мощность электрической нагрузки, а также для передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке, и контроллер мощности электрической нагрузки для определения уровня мощности электрической нагрузки, зависящего от измеренного напряжения, а также для отправки сигнала управления мощностью, указывающего определенный уровень мощности, на схему возбуждения электрической нагрузки, причем схема возбуждения электрической нагрузки выполнена с возможностью преобразования подаваемой мощности в мощность электрической нагрузки, в соответствии с сигналом управления мощностью. Предпочтительно, чтобы схема возбуждения электрической нагрузки была выполнена с возможностью формирования мощности электрической нагрузки посредством формирования соответствующего тока возбуждения электрической нагрузки для возбуждения электрической нагрузки. Блок передачи мощности электрической нагрузки может быть выполнен с возможностью выполнения низкочастотной фильтрации сигнала управления.
В другом аспекте настоящего изобретения представлена система распределения мощности, причем система содержит:
- питающее устройство для подачи мощности,
- питаемое устройство для приема подаваемой мощности по пункту 1 формулы, и
- электрический проводник, соединенный с питающим устройством и питаемым устройством для передачи мощности и данных между питающим устройством и питаемым устройством.
В другом аспекте настоящего изобретения представлен способ передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке питаемого устройства по пункту 1 формулы в системе по пункту 12 формулы, причем способ содержит этапы:
- измерения напряжения, принимаемого питаемым устройством, посредством блока измерения напряжения питаемого устройства, и
- преобразования подаваемой мощности в мощность электрической нагрузки и передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке посредством блока передачи мощности электрической нагрузки, причем уровень мощности электрической нагрузки зависит от измеренного напряжения.
В дополнительном аспекте настоящего изобретения представлена компьютерная программа для передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке питаемого устройства по пункту 1 формулы в системе по пункту 12 формулы, где компьютерная программа содержит программное кодовое средство для предписания питаемому устройству осуществлять этапы способа по пункту 14 формулы, когда компьютерная программа выполняется на компьютере, управляющем питаемым устройством.
Следует понимать, что питаемое устройство по п. 1, система распределения мощности по п. 12, способ по п. 14, и компьютерная программа по п. 15 имеют аналогичные и/или одинаковые предпочтительные варианты осуществления, в частности, как сформулировано в зависимых пунктах формулы изобретения.
Следует понимать, что предпочтительный вариант осуществления изобретения также может являться любой комбинацией зависимых пунктов формулы изобретения с соответствующим независимым пунктом формулы изобретения.
Эти и другие аспекты изобретения явствуют и поясняются со ссылкой на нижеописанные варианты осуществления.
Краткое описание чертежей
На чертежах изображено следующее:
Фиг. 1 схематически и иллюстративно изображает вариант осуществления системы распределения мощности,
Фиг. 2 схематически и иллюстративно изображает вариант осуществления питающего устройства системы, изображенной на Фиг. 1,
Фиг. 3 схематически и иллюстративно изображает вариант осуществления питаемого устройства системы, изображенной на Фиг. 1,
Фиг. 4 изображает зависимость уровня мощности электрической нагрузки питаемого устройства от напряжения на питаемом устройстве, и
Фиг. 5 изображает блок-схему, иллюстративно демонстрирующую вариант осуществления способа передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке питаемого устройства в системе распределения мощности.
Осуществление изобретения
Фиг. 1 схематически и иллюстративно изображает систему 100 распределения мощности, содержащую питающее устройство 1 для подачи мощности на питаемые устройства 2, 3 и 4. В данном варианте осуществления система 100 распределения мощности является системой PoE, а питающее устройство 1 является переключателем. Питающее устройство 1 схематически и иллюстративно изображено более подробно на Фиг. 2.
Питающее устройство 1 содержит несколько портов 12, с которыми питаемые устройства 2, 3 и 4 соединены через кабели 13 Ethernet, которые выполнены с возможностью передачи мощности и данных. Питающее устройство 1 принимает мощность через электрическое соединение 15, такое как силовой кабель, например, от магистрального питающего устройства или другого устройства. Мощность преобразуется в мощность, используемую питаемыми устройствами 2, 3, 4, с помощью блока 11 питания до передачи преобразованной мощности питаемым устройствам 2, 3, 4 через диспетчер 18 питаемых устройств. Питающее устройство 1 также принимает данные от другого устройства, такого как другой переключатель, через кабель 14 Ethernet, причем данные могут быть обработаны посредством сетевого процессора 19 данных до их отправки на соответствующее питаемое устройство через диспетчер 18 питаемых устройств.
Питаемые устройства включают в себя осветительные устройства 2, переключающий элемент 3 и датчик 4 присутствия, причем осветительные устройства 2, переключающий элемент 3 и датчик 4 присутствия могут быть конфигурированы таким образом, чтобы переключающий элемент 3 и/или датчик 4 отправлял команды на переключение и/или уменьшение яркости свечения на осветительные устройства 2 через переключатель 1 после активации переключающего элемента 3 человеком и/или после обнаружения присутствия человека посредством датчика 4. Осветительное устройство 2 схематически и иллюстративно изображено более подробно на Фиг. 3.
Осветительное устройство 2 содержит электрическую нагрузку, которая в данном варианте осуществления является источником 26 света. Осветительное устройство 2 дополнительно содержит блок 101 измерения напряжения для измерения напряжения, принимаемого осветительным устройством 2 от питающего устройства 1 через соответствующий кабель 13 Ethernet, и блок 102 передачи мощности электрической нагрузки для преобразования мощности, подаваемой питающим устройством 1, в мощность электрической нагрузки, а также для передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке 26, причем блок 102 передачи мощности электрической нагрузки конфигурирован таким образом, чтобы уровень мощности электрической нагрузки зависел от измеренного напряжения. В данном варианте осуществления блок 102 передачи мощности электрической нагрузки конфигурирован таким образом, чтобы уровень Р электрической мощности линейно зависел от измеренного напряжения U в случае, когда измеренное напряжение меньше первой пороговой величины UUT и больше второй пороговой величины ULT. Кроме того, блок 102 передачи мощности электрической нагрузки может быть конфигурирован таким образом, чтобы в случае, когда измеренное напряжение больше первой пороговой величины, уровень мощности имел первое постоянное значение PUT, а в случае, когда измеренное напряжение меньше второй пороговой величины, уровень мощности имел второе постоянное значение PLT. Линейная зависимость между первой и второй пороговыми величинами может быть задана посредством приведенного уравнения:
| P=PLT+((PUT-PLT)(U-ULT)/(UUT-ULT)) | (1) |
В данном варианте осуществления первая пороговая величина UUT может быть приблизительно равной 57 В, вторая пороговая величина ULT может быть приблизительно равной 40 В, первое постоянное значение PLT может быть приблизительно равным 34 Вт а второе постоянное значение PUT может быть приблизительно равным 25 Вт, чтобы зависимость мощности электрической нагрузки от измеренного напряжения могла быть подобной зависимости, которая схематически и иллюстративно изображена на Фиг. 4. В других вариантах осуществления первая пороговая величина UUT и/или вторая пороговая величина ULT и/или первое постоянное значение PLT и/или второе постоянное значение PUT могут иметь другое значение.
Кабель 13 Ethernet соединяется с гнездом 20 осветительного устройства 2, причем передаваемая мощность и данные обеспечиваются на разделитель 210 мощности и данных через канал 250 передачи мощности и данных. Разделитель 210 мощности и данных разделяет данные и мощность, передаваемые посредством кабеля 13 Ethernet, причем блок 101 измерения напряжения выполнен с возможностью измерения напряжения за разделителем 210 мощности и данных. Отделенные данные затем передаются через канал 255 передачи данных, а отделенная мощность затем передается через канал 251 передачи мощности. Разделитель 210 мощности и данных содержит магнитную цепь для отделения мощности от сигналов данных. Кроме того, разделитель 210 мощности и данных содержит выпрямитель 3 для выпрямления отделенной мощности, причем блок 101 измерения напряжения выполнен с возможностью измерения выпрямленного напряжения. В частности, блок 101 измерения напряжения выполнен с возможностью измерения только положительных уровней за выпрямителем. Поскольку напряжение измеряется за разделителем 210 мощности и данных, содержащим выпрямитель 3, потери в разделителе 210 мощности и данных, в частности в схеме разделения и выпрямителе разделителя 210 мощности и данных, уже учитываются при измерении напряжения.
Осветительное устройство 2 дополнительно содержит контроллер 211 питаемого устройства для идентификации осветительного устройства 2 в системе 100 PoE, а также для согласования класса мощности с переключателем 1. Блок 102 передачи мощности электрической нагрузки содержит схему 212 возбуждения электрической нагрузки для преобразования подаваемой мощности, которая принимается посредством схемы 212 возбуждения электрической нагрузки через контроллер 211 питаемого устройства, в мощность электрической нагрузки, а также для передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке 26, и контроллер 213 мощности электрической нагрузки для определения уровня мощности электрической нагрузки, зависящего от измеренного напряжения, и для отправки сигнала управления мощностью, указывающего определенный уровень мощности, через канал 254 передачи сигнала управления на схему 212 возбуждения электрической нагрузки. Схема 212 возбуждения электрической нагрузки выполнена с возможностью преобразования подаваемой мощности в мощность электрической нагрузки в соответствии с сигналом управления мощностью, принятым от контроллера 213 мощности электрической нагрузки. Мощность электрической нагрузки передается со схемы 212 возбуждения электрической нагрузки к электрической нагрузке 26 через канал 253 передачи мощности электрической нагрузки. В данном варианте осуществления блок 101 измерения напряжения интегрируется в контроллер 213 мощности электрической нагрузки. Однако в другом варианте осуществления блок измерения напряжения также может являться отдельным блоком для измерения напряжения, а также для передачи измеренного напряжения контроллеру 213 мощности электрической нагрузки. Схема 212 возбуждения электрической нагрузки выполнена с возможностью формирования мощности электрической нагрузки посредством формирования соответствующего тока возбуждения электрической нагрузки для возбуждения электрической нагрузки 26. Блок 102 передачи мощности электрической нагрузки, в частности, контроллер 213 мощности электрической нагрузки или схема 212 возбуждения электрической нагрузки, может быть выполнен с возможностью выполнения низкочастотной фильтрации сигнала управления.
В данном варианте осуществления контроллер 213 мощности электрической нагрузки также принимает команды управления через канал 255 передачи данных, причем контроллер 213 мощности электрической нагрузки выполнен с возможностью передачи уровня мощности электрической нагрузки, также зависящего принятых команд управления. Например, принятые команды управления могут указывать на то, что осветительное устройство 2 должно быть выключено или включено, или что должен быть задан конкретный уровень яркости свечения. В другом варианте осуществления, альтернативно или в дополнение, данные, в частности, команды управления, передаваемые через канал 255 передачи данных, могут быть использованы посредством другого блока управления осветительного устройства 2. Кроме того, в дополнительном варианте осуществления уровень яркости свечения осветительного устройства может не определяться с помощью команд управления, то есть с помощью команд управления Ethernet, однако уровень яркости свечения может быть отрегулирован аналоговым способом посредством использования управления уровнем мощности электрической нагрузки, зависящим от измеренного напряжения. В этом случае отношение первого постоянного значения PLT мощности ко второму постоянному значению PUT может быть намного меньше описанного в вышеупомянутых вариантах осуществления. Например, первое постоянное значение PLT может составлять приблизительно 5 процентов от второго постоянного значения PUT.
При изменении уровня мощности электрической нагрузки, в зависимости от измеренного напряжения, также будет изменяться ток нагрузки. Это приведет к изменению падения напряжения, например, по сопротивлению кабеля в соответствии с законом Ома, что в свою очередь изменит измерение напряжения, и вследствие этого снова окажет воздействие на уровень мощности электрической нагрузки. Если изменения уровня мощности электрической нагрузки не возникают с медленной скоростью, то могут возникнуть колебания. Поэтому предпочтительно, чтобы осветительное устройство 2 было конфигурировано таким образом, чтобы пусковой скачок мощности осветительного устройства был относительно плавным. Например, в варианте осуществления предпочтительно увеличивать мощность от 0 процентов до 100 процентов за 0,1 с или за более длительное время, также предпочтительно за 0,5 с или за более длительное время, а также предпочтительно за 5 с или за более длительное время.
Далее, со ссылкой на блок-схему, изображенную на Фиг. 5, будет иллюстративно описан вариант осуществления способа передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке питаемого устройства в системе распределения мощности.
В процессе подачи мощности на питаемое устройство 2 посредством питающего устройства 1, на этапе 201 напряжение, принимаемое питаемым устройством 2, измеряется посредством блока 101 измерения напряжения питаемого устройства 2, причем на этапе 202 подаваемая мощность преобразуется в мощность электрической нагрузки посредством блока 102 предоставления мощности электрической нагрузки, причем уровень мощности электрической нагрузки зависит от измеренного напряжения. На этапе 203 блок 102 передачи мощности электрической нагрузки передает формируемую мощность электрической нагрузки к электрической нагрузке 26. Этапы 201-203 могут быть выполнены циклически для обеспечения питаемому устройству 2 возможности реагировать на фактически доступную мощность.
PoE является стандартом для снабжения отдельных питаемых устройств мощностью и данными по одному проводу. Питаемые устройства могут являться IP-камерами, IP-телефонами, беспроводными точками доступа, осветительным оборудованием, таким как датчики, переключающие элементы, осветительные устройства и т.д., или другими электрическими устройствами, такими как развлекательное оборудование, такое как, например, активные громкоговорители, Интернет-радио, DVD-плееры, телевизионные приставки, телевизоры и т.д. Вышеописанная система PoE может являться системой PoE, соответствующей стандарту IEEE 802.3af, то есть 802.3at тип 1, и/или соответствующей стандарту IEEE 802.3at тип 2. Кабели 13, 14 Ethernet могут являться кабелями Cat5, Cat6 или Cat7, которые могут иметь предварительно установленный концевой разъем RJ 45.
Предпочтительно, чтобы питающее устройство 1 управляло приложенным напряжением каждого отдельного выходного порта 12 и постоянно отслеживало перегрузку по току. Это может быть основано на запросах мощности, передаваемых посредством контроллера 211 питаемого устройства в процессе согласования PoE. Поскольку управление выходным напряжением может выполняться на расстоянии от питаемых устройств, текущие стандарты PoE описывают диапазон напряжения на питаемых устройствах с учетом падения напряжения в кабелях и межкомпонентных соединениях. В известных питаемых устройствах относительно большой диапазон напряжения PoE на соответствующих питаемых устройствах накладывает ограничения на конструкцию схемы возбуждения соответствующего питаемого устройства, и ограничивает пиковую мощность каждого источника света, если питаемое устройство является осветительным устройством. Например, стандарт IEEE 802.3af описывает диапазон напряжения от 37,0 до 57,0 В на соответствующем питаемом устройстве, а стандарт IEEE 802.3at тип 2 описывает диапазон напряжения от 42,5 до 57,0 В на соответствующем питаемом устройстве. Питающее устройство 1 способно формировать мощность для питаемых устройств с учетом потерь в кабелях, причем питаемое устройство располагается близко к питающему устройству с относительно малой длиной кабеля и низкими потерями в кабелях может получить больше мощности от питающего устройства, чем питаемое устройство, находящееся на расстоянии, например, 100 м.
Осветительное устройство 2, которое было описано выше со ссылкой на Фиг. 3, конфигурировано таким образом, чтобы доступная мощность могла быть полностью использована в зависимости от реальных потерь в кабелях. Поэтому осветительное устройство 2 эффективно противодействует ограничению диапазона напряжения. Это может дополнительно сократить проблемы частичного нарушения питания для схемы возбуждения электрической нагрузки, поскольку максимальные токи находятся под управлением. В ситуации частичного нарушения питания, то есть, например, в момент включения питания, или при восстановлении после возникновения ситуаций перегрузки, или при возникновении ситуации перегрузки, когда подаваемое напряжение падает ниже заданного напряжения, известные постоянные нагрузки мощности, то есть без вышеописанной адаптации мощности электрической нагрузки к измеренному напряжению, будет потреблять больший ток. Это может привести к возникновению ситуации критической нагрузки в системе распределения мощности, а если ситуация критической нагрузки уже возникла, то к ситуации еще большей критической нагрузки. В случае возникновения ситуации частичного нарушения питания в момент включения питания, увеличенное потребление тока замедляет процесс включения питания. Предпочтительно, чтобы осветительное устройство, которое было описано выше со ссылкой на Фиг. 3, гарантировало отсутствие роста потребляемого тока при более низком входном напряжении, и таким образом оказывало содействие в таких ситуациях частичного нарушения питания.
Для предотвращения вышеупомянутого ограничения диапазона напряжения предпочтительно, чтобы питаемое устройство имело схему управления мощностью, то есть контроллер 213 мощности электрической нагрузки, который имеет доступ к каналам передачи напряжения источника PoE, то есть к каналу 251 передачи мощности. Эти каналы являются доступными после отделения мощности от связных сигналов, которое предпочтительно выполняется посредством магнитной цепи, и после последующего выпрямителя. Напряжение измеряется, и в зависимости от измеренного уровня напряжения схема возбуждения лампы, то есть схема 212 возбуждения электрической нагрузки, получает сигнал управления мощностью через канал 254 передачи сигнала управления.
Предпочтительно, чтобы питаемое устройство было конфигурировано таким образом, чтобы всякий раз, когда входное напряжение ниже нижнего порогового напряжения, например, 40 В, уровню мощности для схемы возбуждения электрической нагрузки задавалась минимальная выходная мощность, например, 25 Вт. В диапазоне между нижним пороговым напряжением и максимальным пороговым напряжением, например, 57 В, предпочтительно, чтобы мощность линейно адаптировалась к максимальной выходной мощности, например, 34 Вт.
Нижнее и верхнее пороговые напряжения и/или минимальная и максимальная выходные мощности также могут иметь разные значения. Например, нижнее пороговое напряжение может быть равным 42.5 В, минимальная выходная мощность может быть равной 25.5 Вт, а максимальная выходная мощность может быть равной 34.2 Вт, причем в случае использования этих значений, предпочтительно, чтобы максимальное пороговое напряжение было равным 57.0 В. В варианте осуществления питаемое устройство может быть конфигурировано таким образом, чтобы в случае падения напряжения ниже нижнего порогового напряжения питаемое устройство выключалось, то есть чтобы зависимость мощности электрической нагрузки от измеренного напряжения могла начинаться с нижнего порогового напряжения и достигать максимального порогового напряжения. Также возможно, чтобы в случае падения напряжения ниже нижнего порогового напряжения уровню мощности для схемы возбуждения электрической нагрузки задавался уровень мощности, который меньше второго постоянного значения PLT. Этот пониженный уровень мощности может являться аварийным уровнем мощности, который позволяет питаемому устройству обеспечивать аварийные функции, такие как обеспечение аварийного освещения, если питаемое устройство является осветительным устройством.
Поскольку можно предположить, что падение напряжения в соответствующем кабеле Ethernet не будет значительно меняться в течение относительно короткого срока при условии постоянного уровня мощности питаемого устройства, предпочтительно, чтобы питаемое устройство было конфигурировано таким образом, чтобы был предусмотрен фильтр низких частот для управления мощностью электрической нагрузки, для снижения реакций на шум и интерференции, которые могут присутствовать в соответствующем кабеле Ethernet. Например, блок 101 измерения напряжения может быть выполнен с возможностью обеспечения сигнала измерения, указывающего измеренное напряжение, причем блок 102 передачи мощности электрической нагрузки может быть выполнен с возможностью выполнения низкочастотной фильтрации сигнала измерения. Сигнал измерения может быть подвергнут низкочастотной фильтрации непосредственно, или же сигнал измерения может быть подвергнут низкочастотной фильтрации опосредованно при помощи низкочастотной фильтрации сигнала, который может быть получен из сигнала измерения и/или который может зависеть от сигнала измерения, такого как вышеупомянутый сигнал управления мощностью.
Несмотря на то, что линейная зависимость, изображенная на Фиг. 4, имеет определенный спад, в других вариантах осуществления линейная зависимость может иметь другой спад. Предпочтительно, чтобы в случае, когда питаемое устройство является осветительным устройством, спад был равен или являлся меньше максимального спада, причем максимальный спад определяется таким образом, чтобы изменения измеренного напряжения, которые могут возникнуть в условиях штатного режима работы, не приводили к изменению интенсивности светового излучения, которое является заметным человеческому глазу. Предпочтительно, чтобы питаемое устройство было конфигурировано таким образом, чтобы уровень мощности электрической нагрузки, то есть заданное значение мощности, непрерывно регулировалось при каждом изменении измеренного напряжения.
Несмотря на то, что в вышеописанных вариантах осуществления линейная зависимость мощности электрической нагрузки от измеренного напряжения имеет только один спад, в другом варианте осуществления линейная зависимость также может иметь два или более спадов. Например, зависимость может являться билинейной зависимостью, имеющей два спада. В частности, блок передачи мощности электрической нагрузки может быть конфигурирован таким образом, чтобы уровень мощности электрической нагрузки линейно зависел от измеренного напряжения с первым спадом в пределах первого диапазона измеренных напряжений, а также чтобы уровень мощности электрической нагрузки линейно зависел от измеренного напряжения со вторым спадом в пределах второго диапазона измеренных напряжений. В варианте осуществления первый спад может быть использован в момент включения питания для минимального уровня мощности, например, 25 Вт, который может соответствовать вышеупомянутому второму постоянному значению мощности электрической нагрузки, а второй спад может быть использован для дальнейших регулировок между минимальным уровнем мощности и максимальным уровнем мощности, который может быть равным 34 Вт, и который может соответствовать вышеупомянутому первому постоянному значению мощности электрической нагрузки. Соответственно, первый диапазон измеренных напряжений может начинаться с нуля и достигать вышеупомянутой второй пороговой величины, а второй диапазон измеренных напряжений может находиться между вышеупомянутыми первой и второй пороговыми величинами.
Несмотря на то, что в варианте осуществления, описанном выше со ссылкой на Фиг. 3, контроллер 213 мощности электрической нагрузки определяет уровень мощности электрической нагрузки, зависящий от измеренного напряжения, в других вариантах осуществления эту функцию также могут обеспечивать другие компоненты питаемого устройства. Например, такое управление уровнем мощности может быть реализовано в контроллере 211 питаемого устройства, который может содержать аналоговую схему, и который может использовать пороговые величины напряжения для процессов согласования и идентификации. Для обеспечения функции задания уровня мощности, соответствующий компонент питаемого устройства может использовать микроконтроллер или контроллер другого типа.
Блок передачи мощности электрической нагрузки питаемого устройства может быть использован для бесшовного расширения стандарта PoE IEEE 802.3af и/или стандарта PoE IEEE 802.3at для увеличения максимального уровня мощности питаемых устройств, а также для учета постепенного ухудшения параметров на стороне нагрузки при каждом увеличении потерь в кабелях.
Несмотря на то, что выше были описаны конкретные конфигурации питаемого устройства, в другом варианте осуществления питаемое устройство также может быть конфигурировано другим способом, чтобы уровень мощности электрической нагрузки регулировался в зависимости от напряжения каналов PoE. Предпочтительно, чтобы уровень мощности линейно снижался от максимальной до минимальной мощности в диапазоне напряжения от 57 В до 40 В. Кроме того, скоростью управления уровнем мощности можно управлять для снижения визуальных эффектов мерцания. В частности, спадом в момент включения питания можно управлять, по меньшей мере, поддерживая его выше минимальной точки мощности. В варианте осуществления спады являются различными ниже минимального уровня мощности и выше минимального уровня мощности. Функция управления мощностью может быть интегрирована в контроллер питаемого устройства.
Предпочтительно, чтобы питаемое устройство было конфигурировано с учетом метода прямой связи, учитывающего использование доступной мощности в полной мере без перегрузки устройства питания, то есть контур обратной связи не требуется в обязательном порядке, поскольку управление уровнем мощности выполняется посредством измерения напряжения на питаемом устройстве и задания уровня мощности в зависимости от измеренного напряжения.
При том, что в вышеописанных вариантах осуществления были описаны конкретные питаемые устройства, такие как осветительные устройства, датчики, переключающие элементы и т.д., в других вариантах осуществления питаемые устройства также могут включать в себя другие электрические устройства, такие как вентиляторы, пользовательские интерфейсы, такие как, например, дисплеи или панели переключения и т.д.
При том, что в варианте осуществления, который был описан выше со ссылкой на Фиг. 3, гнездо 20 и разделитель 210 мощности и данных являются отдельными компонентами, в другом варианте осуществления разделитель 210 мощности и данных может быть интегрирован в гнездо 20.
Иные модификации раскрытых вариантов осуществления могут стать понятными, а также могут быть осуществлены специалистами в соответствующей области техники в процессе реализации заявленного изобретения на практике после изучения чертежей, описания и приложенной формулы изобретения.
В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов, а использование единственного числа не исключает наличия множества.
Один блок или устройство может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Само по себе то, что конкретные средства перечислены в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на невозможность эффективного использования их сочетания.
Процедуры, такие как определение уровня мощности электрической нагрузки, процедуры согласования и т.д., выполняемые посредством одного или более блоков или устройств, могут быть выполнены посредством любого другого количества блоков или устройств. Эти процедуры и/или управление питаемым устройством, в соответствии со способом передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке питаемого устройства в системе распределения мощности, могут быть реализованы в виде программного кодового средства компьютерной программы и/или в виде специализированных аппаратных средств.
Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, таком как, например, оптический носитель или твердотельный носитель, предусмотренном совместно или в составе других аппаратных средств, однако также может распространяться в других формах, таких как, например, сеть Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.
Никакие ссылочные позиции, присутствующие в нижеследующей формуле изобретения, не следует рассматривать как ограничивающие ее объем.
Изобретение относится к питаемому устройству, такому как осветительное устройство, для использования в системе распределения мощности, которая предпочтительно должна являться системой PoE, и которая содержит питающее устройство. Питаемое устройство включает в себя электрическую нагрузку, такую как источник света, блок измерения напряжения для измерения напряжения, принимаемого питаемым устройством, и блок передачи мощности электрической нагрузки для преобразования мощности, подаваемой питающим устройством, в мощность электрической нагрузки, передаваемую электрической нагрузке, причем уровень мощности электрической нагрузки зависит от измеренного напряжения. Это позволяет адаптировать энергопотребление к фактически принимаемому напряжению, которое может понизиться вследствие потерь, таких как потери в кабелях, что в свою очередь может привести к увеличенному энергопотреблению по сравнению с энергопотреблением питаемых устройств в соответствии с актуальным стандартом PoE IEEE 802.3at.
1. Питаемое устройство для использования в системе распределения мощности, причем система (100) содержит питающее устройство (1) для подачи мощности на питаемое устройство (2), и электрический проводник (13), соединенный с питающим устройством (1) и питаемым устройством (2) для передачи мощности и данных между питающим устройством (1) и питаемым устройством (2), причем питаемое устройство (2) содержит:
- электрическую нагрузку (26),
- блок (101) измерения напряжения для измерения напряжения, принимаемого питаемым устройством (2), и
- блок (102) передачи мощности электрической нагрузки для преобразования подаваемой мощности в мощность электрической нагрузки и для передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке (26), причем блок (102) передачи мощности электрической нагрузки конфигурирован таким образом, чтобы уровень мощности электрической нагрузки зависел от измеренного напряжения, причем блок (102) передачи мощности электрической нагрузки конфигурирован таким образом, чтобы уровень мощности электрической нагрузки линейно зависел от измеренного напряжения.
2. Питаемое устройство по п. 1, в котором блок (102) передачи мощности электрической нагрузки конфигурирован таким образом, чтобы уровень мощности электрической нагрузки линейно зависел от измеренного напряжения, если измеренное напряжение меньше первой пороговой величины и больше второй пороговой величины.
3. Питаемое устройство по п. 2, в котором блок (102) передачи мощности электрической нагрузки конфигурирован таким образом, чтобы в случае, если измеренное напряжение больше первой пороговой величины, уровень мощности имел первое постоянное значение.
4. Питаемое устройство по п. 1, в котором блок (102) передачи мощности электрической нагрузки конфигурирован таким образом, чтобы уровень мощности электрической нагрузки линейно зависел от измеренного напряжения с первым спадом в пределах первого диапазона измеренных напряжений и чтобы уровень мощности электрической нагрузки линейно зависел от измеренного напряжения со вторым спадом в пределах второго диапазона измеренных напряжений.
5. Питаемое устройство по п. 1, в котором блок (101) измерения напряжения выполнен с возможностью обеспечения сигнала измерения, указывающего измеренное напряжение, причем блок (102) передачи мощности электрической нагрузки выполнен с возможностью выполнения низкочастотной фильтрации сигнала измерения.
6. Питаемое устройство по п. 1, причем питаемое устройство (2) содержит разделитель 210 мощности и данных для отделения данных от мощности, передаваемой посредством электрического проводника (13), и причем блок (101) измерения напряжения выполнен с возможностью измерения напряжения за разделителем 210 мощности и данных.
7. Питаемое устройство по п. 6, причем питаемое устройство (2) дополнительно содержит выпрямитель (3) для выпрямления отделенной мощности, и причем блок (101) измерения напряжения выполнен с возможностью измерения напряжения за выпрямителем (3).
8. Питаемое устройство по п. 1, в котором блок (102) передачи мощности электрической нагрузки содержит:
- схему (212) возбуждения электрической нагрузки для преобразования подаваемой мощности в мощность электрической нагрузки и для передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке (26), и
- контроллер (213) мощности электрической нагрузки для определения уровня мощности электрической нагрузки, зависящего от измеренного напряжения, и для отправки сигнала управления мощностью, указывающего определенный уровень мощности, на схему (212) возбуждения электрической нагрузки, причем схема (212) возбуждения электрической нагрузки выполнена с возможностью преобразования подаваемой мощности в мощность электрической нагрузки в соответствии с сигналом управления мощностью.
9. Питаемое устройство по п. 1, в котором питаемое устройство (2) является устройством технологии «питание через Ethernet».
10. Питаемое устройство по п. 1, в котором электрический проводник (13) является кабелем Ethernet.
11. Система распределения мощности, содержащая:
- питающее устройство (1) для подачи мощности,
- питаемое устройство (2) для приема подаваемой мощности по п. 1, и
- электрический проводник (13), соединенный с питающим устройством (1) и питаемым устройством (2) для передачи мощности и данных между питающим устройством (1) и питаемым устройством (2).
12. Система по п. 11, в которой система (100) является системой технологии «питание через Ethernet».
13. Способ передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке питаемого устройства по п. 1 в системе по п. 11, причем способ содержит этапы, на которых:
- измеряют напряжение, принимаемое питаемым устройством (2), посредством блока (101) измерения напряжения питаемого устройства (2), и
- преобразуют подаваемую мощность в мощность электрической нагрузки и передают мощность электрической нагрузки к электрической нагрузке (26) посредством блока (102) передачи мощности электрической нагрузки, причем уровень мощности электрической нагрузки зависит от измеренного напряжения.
14. Способ по п. 13, в котором уровень мощности электрической нагрузки линейно зависит от измеренного напряжения, если измеренное напряжение меньше первой пороговой величины и больше второй пороговой величины.
15. Компьютерно-читаемый носитель, содержащий команды, которые при исполнении питаемым устройством побуждают питаемое устройство обеспечивать выполнение этапов способа передачи мощности электрической нагрузки к электрической нагрузке питаемого устройства.
