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JP2009011093A - PoE power supply circuit for power receiving equipment - Google Patents

PoE power supply circuit for power receiving equipment Download PDF

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JP2009011093A
JP2009011093A JP2007170763A JP2007170763A JP2009011093A JP 2009011093 A JP2009011093 A JP 2009011093A JP 2007170763 A JP2007170763 A JP 2007170763A JP 2007170763 A JP2007170763 A JP 2007170763A JP 2009011093 A JP2009011093 A JP 2009011093A
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Japan
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poe
circuit
power supply
polarity
power receiving
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JP2007170763A
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Japanese (ja)
Inventor
Junichi Suzuki
順一 鈴木
Tetsuo Sakurai
哲夫 桜井
Koichi Mio
浩一 三尾
Jun Shindo
順 新藤
Yasuhito Abiru
康仁 安蒜
Hiroshi Shinozaki
宏 篠崎
Masaaki Kyo
正明 競
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

【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。
【選択図】 図3
PROBLEM TO BE SOLVED: To connect a power receiving device with many functions because a POE power receiving device has a limit on the maximum power consumption of the power receiving device. There was a problem of not becoming.
A polarity detection circuit 15 for detecting the polarity of an input voltage, switch circuits SW1, SW2, SW3, SW4 connected in parallel to each element of a bridge rectifier diode Di1, Di2, Di3, Di4, and the polarity detection circuit Based on the detection result, the switching circuits SW1, SW2, SW3, SW4 connected in parallel to the elements of the bridge rectifier diodes Di1, Di2, Di3, Di4 are opened and closed, so that the forward current flowing in the rectifier diodes is reduced. And means for bypassing to the switch circuit.
[Selection] Figure 3

Description

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。   The present invention relates to a power supply circuit of a power receiving apparatus that operates by receiving power supply from a network side.

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。   As a system that operates by receiving power supply from the network side, a Power over Ethernet (registered trademark) (hereinafter, referred to as a power system) that supplies power using a category 5 LAN cable standardized by IEEE 802.3af in June 2003. PoE).

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。   In this PoE, the input DC voltage is 48V, but its polarity is not fixed to allow the use of a crossover cable. For this reason, in PoE, a power receiving device (Powered Device) that receives power supply from a corresponding switching HUB or the like includes a bridge rectifier diode in the input stage of the POE power circuit in its power circuit (hereinafter referred to as POE power circuit). ing.

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)
特開2002−345250号公報
Conventionally, as a bridge rectifier diode used in a power supply circuit, there is a bridge rectifier circuit for rectifying AC power supplied from an AC power supply. In order to reduce loss in a bridge rectifier circuit connected to an AC power supply, a technology for controlling ON / OFF of a switch circuit by connecting a switch element in parallel with a diode and detecting a zero cross is known. Yes. (For example, Patent Document 1)
JP 2002-345250 A

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。   However, in the conventional configuration, loss caused by the diode bypassed by the switch circuit could be prevented. However, since the polarity is changed with time because it is a rectifier circuit connected to the AC power supply, Since all of the diodes cannot be bypassed, there is a problem in that losses due to the diodes occur. Especially in the power receiving equipment used in POE, there is a limit on the maximum power consumption of the power receiving equipment, so when connecting power receiving equipment with abundant functions, the margin of maximum power consumption is reduced, and the functions and power consumption to be installed are reduced. There was a problem of having to trade off.

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。   The present invention has been made under the circumstances described above, and an object of the present invention is to provide a power supply circuit that further reduces the loss of the power circuit of the POE power receiving device.

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。   In order to achieve the above object, the present invention provides a polarity detection circuit for detecting the polarity of an input voltage, a switch circuit connected in parallel to each element of a bridge rectifier diode, and a bridge rectification based on the detection result of the polarity detection circuit. And a means for bypassing forward current flowing in the rectifier diode to the switch circuit by opening and closing a switch circuit connected in parallel to each element of the diode.

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。   By having such a configuration, the loss in the rectifier diode can be made almost zero.

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。   As described above, according to the present invention, the loss in the rectifier diode can be reduced to almost zero, so that the margin is increased or the functions to be mounted are increased with respect to the maximum power consumption of the power receiving device limited to 12.95 W. Is possible.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

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。   As an example of a system configuration to which the present invention is applied, PoE will be described with reference to FIG. PoE is a standard that supplies power using a category 5 LAN cable standardized by IEEE 802.3af in June 2003.

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。   FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of the system. In PoE, a PoE switching HUB2 corresponding to PoE having power supply capability is provided in a system to which a normal switching HUB1 is connected. Since the power supplied from the PoE switching HUB 2 has a power supply capability of 15.4 W at a DC voltage of 48 V, power receiving devices (such as IP telephones 3, LAN switch routers 4, network cameras 5, etc.) having higher functionality than conventional systems. Powered Device) can be connected.

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。   FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration diagram of the network camera 5 connected to the POE system. The network camera 5 includes a CCD unit 6 including a lens, a signal processing unit 7, and a power supply unit 8.

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。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a power supply unit serving as a connection unit between a network and a power receiving device.
In the POE, the polarity of the supplied DC voltage (48V) is not fixed in order to enable the use of a crossover cable. Therefore, the bridge rectifier diode 10 is provided at the input stage of the POE power circuit of the power receiving apparatus. ing.

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。   Each bridge rectifier diode 10 includes a diode Di1 provided in the direction from the first input end 11 to the first output end 13, and a diode Di2 provided in the direction from the second output end 14 to the second input end 12. The diode Di3 provided in the direction from the second input end 12 to the first output end 13 and the diode Di4 provided in the direction from the second output end 14 to the first output end 11 are provided. . Switch circuits SW1, SW2, SW3, and SW4 are connected in parallel to the rectifier diodes Di1, Di2, Di3, and Di4, respectively. These switch circuits SW1, SW2, SW3, and SW4 are generally composed of semiconductor elements such as FETs and transistors, but mechanical switch circuits may be used.

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。   Further, a polarity detection circuit 15 is provided between the first input terminal 11 and the second input terminal 13 to determine the polarity of the power supplied from the POE switching HUB2.

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。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a configuration example of the polarity detection circuit 15. The polarity detection circuit 15 compares the voltage at point a on the first input end 11 side with the voltage at point b at the comparator 16 and outputs an output signal 17 when the voltage at point a on the input end 11 side is high. . The output signal is output to SW1 and SW2, and the logic is inverted and output to SW3 and SW4. For this reason, when the voltage at the point a on the first input end 11 side is high, SW1 and SW2 are turned ON (short-circuited), and the diode is bypassed. On the other hand, since SW3 and SW4 are inverted signals, SW3 and SW4 are controlled to be opened.

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。
Conversely, when the voltage (point b) on the second input terminal 13 side is high, control is performed so that SW3 and SW4 are turned on (short circuit) and SW1 and SW2 are opened.
Here, the important point is that both of the two rectifier diodes serving as paths are bypassed by the switch circuit. In other words, in a rectifier circuit connected to an AC circuit as in the prior art, the polarity changes with time, so the operation at zero crossing where the polarity changes may become unstable. It was difficult to bypass the rectifier diode.

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。   On the other hand, the POE of the present embodiment is a DC power supply although the polarity is unknown, and therefore the polarity does not change with time. Therefore, even if all rectifier diodes on the current path are bypassed, no problem occurs.

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。
Hereinafter, the situation of the voltage drop of the diode will be described.
In a general rectifier diode, the voltage drop is approximately 1V. For this reason, since the current flow goes back and forth through the two diodes, a voltage drop of 2 V occurs in the round trip. For this reason, the potential difference between the first output end 13 and the second output end 14 is 46V.

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。
Here, since the maximum power consumption of the power receiving device is determined to be 12.95 W, the flowing current is
12.95W / 46V = 0.28A
Thus, the power loss in the two rectifier diodes is
2V × 0.28A = 0.56W
It becomes.
In this embodiment, the polarity determination circuit 15 bypasses the detected rectifier diode. For example, when the voltage at point a is high, both SW1 and SW2 are turned on, so the first input terminal 11 → SW1 → first output terminal → load circuit → second output terminal → SW2 → second input terminal. Since current flows through this path, no voltage drop occurs in the current circuit.

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。   By adopting the above configuration, the present invention can reduce the loss in the rectifier diode to almost zero, so that the margin can be increased or the function to be mounted can be provided for the maximum power consumption of the power receiving device limited to 12.95 W. It becomes possible to increase. For this reason, a surveillance camera with a PAN, TILT, and ZOOM function with abundant functions can be adapted to PoE without trade-off of power consumption.

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。The figure which shows the whole structure of the system in connection with embodiment of this invention. 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。6 is a flowchart showing the operation of the schematic configuration diagram of the network camera 5 according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に関わる電源部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the power supply part in connection with embodiment of this invention. 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The figure which shows the structural example of the polarity detection circuit in connection with embodiment of this invention

符号の説明Explanation of symbols

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
1 ... Switching HUB
2 ... PoE switching HUB
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Network camera 6 ... CCD part 7 ... Signal processing part 8 ... Power supply part 10 ... Diode bridge circuit 15 ... Polarity determination circuit

Claims (2)

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。
In a POE power supply circuit of a power receiving device that operates by receiving power from a network,
A polarity detection circuit that detects the polarity of the input voltage;
A switch circuit connected in parallel to each element of the bridge rectifier diode;
Means for bypassing forward current flowing in the rectifier diode to the switch circuit by opening and closing a switch circuit connected in parallel to each element of the bridge rectifier diode based on the detection result of the polarity detection circuit. A POE power supply circuit.
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。   The POE power supply circuit for a power receiving apparatus according to claim 1, wherein the switch circuit is configured by a semiconductor element.
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