(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-26
(45)【発行日】2023-10-04
(54)【発明の名称】ネットワークシステムにおけるパルス電力の初期化および同期
(51)【国際特許分類】
H02J 13/00 20060101AFI20230927BHJP
【ＦＩ】
H02J13/00 C
【請求項の数】
32
(21)【出願番号】P 2022507587
(86)(22)【出願日】2020-10-14
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-01-04
(86)【国際出願番号】 US2020055532
(87)【国際公開番号】W WO2021086609
(87)【国際公開日】2021-05-06
【審査請求日】2022-05-06
(31)【優先権主張番号】16/671,508
(32)【優先日】2019-11-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】508041127
【氏名又は名称】シスコ テクノロジー，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100140431
【弁理士】
【氏名又は名称】大石 幸雄
(72)【発明者】
【氏名】アルドゥイーニ，ダグラス ポール
(72)【発明者】
【氏名】ペク，ソン キー
(72)【発明者】
【氏名】オブライエン，リチャード アンソニー
(72)【発明者】
【氏名】ゲルゲン，ジョエル リチャード
(72)【発明者】
【氏名】ジョーンズ，チャド エム．
(72)【発明者】
【氏名】ポッターフ，ジェイソン デウェイン
(72)【発明者】
【氏名】リー，ルキ
【審査官】鴨川 学
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１１７８０８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－１９５７６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－００３５２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５２５３３１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ １３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
方法であって、給電機器と通信する第１の受電デバイスで、前記第１の受電デバイスと通信する第２の受電デバイスを識別することであって、前記第１の受電デバイスは、前記給電機器から高電圧パルス電力を受信していることと、
前記第１の受電デバイスで、前記給電機器に前記第２の受電デバイスを通知することと、
前記高電圧パルス電力を前記第２の受電デバイスに渡す前に、前記第１の受電デバイスで、前記第２の受電デバイスとともに、低電圧電力初期化を実施することと、を含む、方法。
【請求項2】
前記第１の受電デバイスは、前記第１の受電デバイスの起動時に前記給電機器とともに第１の低電圧パルス電力初期化を行うための、および前記給電機器から前記高電圧パルス電力を受信するための、ローカル絶縁スイッチと、
前記第２の受電デバイスとともに前記低電圧電力初期化を行うための、および前記第２の受電デバイスに前記高電圧パルス電力を渡すための、出力絶縁スイッチと、を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記高電圧パルス電力は、６０ボルト以上で伝送される電力のパルスを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項4】
前記給電機器は、前記第２の受電デバイスの安全性確認を実施する、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
前記給電機器に前記第２の受電デバイスを通知することは、前記第２の受電デバイスに起因するライン静電容量の変化に基づいて、タイミング調整を通信することを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記低電圧電力初期化は、パルスが相間で互いにオフセットされる多相パルス電力システムにおいて、相ごとに繰り返される、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記第１の受電デバイスおよび前記第２の受電デバイスのうちの１つは、少なくとも１つの下流デバイスのための別の給電機器ノードとして動作するように構成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
方法であって、給電機器から、低電圧パルス電力を受電デバイスに伝送することと、
前記給電機器で、前記受電デバイスでの高電圧パルス電力動作に関する安全性試験を実施することと、
前記安全性試験に合格すると、前記給電機器で高電圧パルス電力動作を有効化することと、
高電圧パルス電力を、前記給電機器から前記受電デバイスに伝送することと、を含み、
前記受電デバイスが前記低電圧パルス電力の波形と同期する、方法。
【請求項9】
前記受電デバイスの変調器スイッチは、前記給電機器の変調器スイッチと同期している、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記受電デバイスの変調器スイッチがオンにされた後に前記受電デバイスと通信することをさらに含む、請求項８または９に記載の方法。
【請求項11】
前記低電圧パルス電力は、６０ボルト以下で伝送される電力のパルスを含む、請求項８～１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
前記低電圧パルス電力と前記高電圧パルス電力との間の差が少なくとも１７０ボルトである、請求項８～１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項13】
前記受電デバイスで送受信機との通信リンクを確立することと、前記受電デバイスと電力レベルをネゴシエーションすることと、をさらに含む、請求項８～１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項14】
前記低電圧パルス電力を伝送することと、パルスが相間で互いにオフセットされる多相パルス電力システムの相ごとに前記安全性試験を前記実施することと、を繰り返すこと、をさらに含む、請求項８～１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項15】
前記安全性試験は、ケーブル静電容量および衝撃障害試験を含む、請求項８～１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項16】
前記安全性試験は、静電容量試験を含み、かつ前記静電容量試験に基づいて、前記高電圧パルス電力の高電圧パルス間の最小オフ時間を特定することをさらに含む、請求項８～１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項17】
前記受電デバイスと通信する第２の受電デバイスに、前記高電圧パルス電力を伝送することをさらに含む、請求項８～１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項18】
前記安全性試験を実施することは、ケーブル静電容量電圧を変調し、放電時間を測定することと、
計算されたケーブル静電容量に基づいて、負荷電圧閾値を設定することと、
高電圧パルス電力のデューティサイクルを決定することと、を含む、請求項８～１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項19】
前記給電機器は、保守中の前記高電圧パルス電力の伝送を防止するために、手動操作式の短絡スイッチを備える、請求項８～１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項20】
方法であって、受電デバイスで、給電機器から低電圧パルス電力を受信することと、
前記受電デバイスを、前記給電機器から受信した前記低電圧パルス電力の波形と同期させることと、
前記受電デバイスを、前記給電機器から受信した高電圧パルス電力で動作させることと、を含む、方法。
【請求項21】
前記高電圧パルス電力を受信する前に、前記給電機器と通信するために前記受電デバイスで送受信機を起動することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項22】
前記受電デバイスを同期させることは、前記受電デバイスの変調器スイッチがオンになる前に前記給電機器の変調器スイッチがオンになり、かつ前記給電機器の前記変調器スイッチがオフになる前に前記受電デバイスの前記変調器スイッチがオフになるように、前記受電デバイスを同期させることを含む、請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項23】
前記低電圧パルス電力を受信する前に、一定期間にわたって前記給電機器から低電圧電力を受信すると、ハウスキーピング回路を起動することをさらに含む、請求項２０～２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項24】
前記高電圧パルス電力を受信したときに低電圧ハウスキーピング回路を無効化することと、高電圧ハウスキーピング電力のために高電圧ハウスキーピング回路を動作させることと、をさらに含む、請求項２０～２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項25】
前記低電圧パルス電力を前記受信することと、パルスが相間で互いにオフセットされる多相パルス電力システムの相ごとに前記同期させることと、を繰り返すこと、をさらに含む、請求項２０～２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項26】
方法であって、変調器スイッチが開いている状態で、受電デバイスで、給電機器から高電圧パルス電力を受信することと、
前記高電圧パルス電力のパルスがオンのときに、前記受電デバイスで絶縁電圧を結合することと、
前記受電デバイスのハウスキーピング回路に通電することと、
特定の数の高電圧パルスが受信された後、前記受電デバイスの前記変調器スイッチをオンにして、前記高電圧パルス電力で前記受電デバイスに電力を供給することと、を含む、方法。
【請求項27】
前記給電機器は、前記受電デバイスの前記変調器スイッチの通常の動作を確認し、通常の動作が確認されない場合は前記高電圧パルス電力をオフにする、請求項２６に記載の方法。
【請求項28】
前記受電デバイスは、前記高電圧パルス電力を受信する前に前記給電機器を含むネットワークにホットスワップされる、請求項２６または２７に記載の方法。
【請求項29】
前記変調器スイッチが開いた状態で受信される前記高電圧パルス電力は短いパルスオン時間を含み、前記変調器スイッチがオンになった後に受信される前記高電圧パルス電力は通常動作パルスオン時間を含む、請求項２６～２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項30】
前記変調器スイッチのタイミングを給電機器変調器スイッチと同期させることをさらに含む、請求項２６～２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項31】
請求項１～３０のいずれか一項に記載の方法のステップを実装するための手段を含む、装置。
【請求項32】
コンピュータによって実行されたときに、前記コンピュータに、請求項１～３０のいずれか一項に記載の方法のステップを実行させる命令を含む、コンピュータプログラム、コンピュータプログラム製品、またはコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、概して、ネットワークにおける電力伝送に関し、より詳細には、ネットワークシステムにおけるパルス電力の初期化および同期に関する。
【背景技術】
【0002】
パワーオーバーイーサネット（ＰｏＥ）は、有線通信ネットワーク上で、給電機器（ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ、ＰＳＥ）からリンクセクションを介して受電デバイス（ｐｏｗｅｒｅｄ ｄｅｖｉｃｅ、ＰＤ）に電力を供給するための技術である。従来のＰｏＥシステムでは、データが使用するケーブルを介して、数メートル～約１００メートルの範囲で電力が供給される。より長い距離が必要な場合、またはファイバ光ケーブルが使用される場合、従来のＰｏＥの制限により、電力は壁のコンセントなどのローカル電源から供給する必要がある。さらに、今日のＰｏＥシステムの電力容量は限られているため、多くのクラスのデバイスにとって不十分な場合がある。
【図面の簡単な説明】
【0003】
【図1】本明細書に記載の実施形態が実装され得る通信ネットワークの例を示す。
【図2】本明細書に記載の実施形態を実装するのに有用なネットワークデバイスの例を示す。
【図3】一実施形態による、パルス電力システムの構成要素を示すブロック図である。
【図4】一実施形態による、パルス電力システムの低電圧初期化を示すフローチャートである。
【図5】一実施形態による、パルス電力システムの高電圧初期化を示すフローチャートである。
【図6】一実施形態による、安全領域内の高電圧初期化パルス限界を示す図である。
【図7】一実施形態による、ケーブル静電容量および安全性試験を示すフローチャートである。
【図8】一実施形態による、パルス電力を供給するための拡張安全電力システムを示すブロック図である。
【図9C】一実施形態による、別のケーブル静電容量および安全性試験で使用するための回路の例である。
【図10A】一実施形態による、同期で使用するための回路を示すブロック図である。
【図11C】一実施形態による、低電圧起動回路の例である。
【図15】一実施形態による、拡張された安全な電力を供給するために給電機器を受電デバイスに接続する、光ファイバおよび２本のツイストペアを備えたケーブルを示す。
【図17】一実施形態による、複数の受電デバイスへの電力およびデータ分配の例を示す。
【図18】一実施形態による、拡張安全電力システムにおける給電機器と受電デバイスとの間の電圧レベルおよび電力レベルの例を示す、簡略化されたブロック図である。
【図19】一実施形態による、拡張安全電力システムにおける給電機器と受電デバイスとの間の電圧レベルおよび電力レベルの例を示す、別の簡略化されたブロック図である。
【図20】一実施形態による、マルチノード３相パルス電力システムの例を示すブロック図である。
【図22】一実施形態による、４つの電線ペアを備えたケーブル上の２相パルス電力システムの簡略化された回路を示す。
【図23】４相パルス電力システムにおける給電機器変調器スイッチと受電デバイスの変調器スイッチの同期を示す。
【図25】一実施形態による、ポイントツーポイントトポロジを示すブロック図である。
【図26】一実施形態による、デイジーチェーントポロジを示すブロック図である。
【図27】一実施形態による、マルチドロップトポロジを示すブロック図である。
【図28】一実施形態による、マルチドロップ／デイジーチェーンのハイブリッド型トポロジを示すブロック図である。
【図29】一実施形態による、電源オフ状態のマルチドロップ／デイジーチェーンのハイブリッド型トポロジにおける給電機器および２つの受電デバイスを示すブロック図である。
【図32】第１の受電デバイスの訓練フェーズを示す。
【図33】第１の受電デバイスの識別フェーズを示す。
【図34】給電機器で高電圧パルス電力を有効化する前の最終的な安全性確認を示す。
【図35】高電圧パルス電力を第１の受電デバイスに伝送する給電機器を示す。
【図36】第１の受電デバイスとの通信を確立する給電機器を示す。
【図37】第１の受電デバイスでの第２の受電デバイスの検出および第２の受電デバイスの初期化を示す。
【図38】給電機器による、第２の受電デバイスおよび伝送ラインの安全性確認を示す。
【図39】両方の受電デバイスに高電圧パルス電力を伝送する給電機器を示す。
【図40】高電圧パルス電力を供給し、両方の受電デバイスと通信する給電機器を示す。
【0004】
対応する参照文字は、図面のいくつかの図にわたって対応する部分を示す。
【0005】
例示的な実施形態の説明
概要
本発明の態様は、独立請求項で述べられ、好ましい特徴は、従属請求項で述べられる。一態様の特徴は、単独で、または他の態様と組み合わせて、任意の態様に適用され得る。
概要
本発明の態様は、独立請求項で述べられ、好ましい特徴は、従属請求項で述べられる。一態様の特徴は、単独で、または他の態様と組み合わせて、任意の態様に適用され得る。
【0006】
一実施形態では、方法は、概して、給電機器から低電圧パルス電力を受電デバイスに伝送することと、安全性試験を実施することと、安全性試験に合格したときに給電機器で高電圧パルス電力動作を有効化することと、高電圧パルス電力を給電機器から受電デバイスに伝送することと、を含む。受電デバイスは、低電圧パルス電力の波形と同期する。
【0007】
別の実施形態では、方法は、概して、受電デバイスで、給電機器から低電圧パルス電力を受信することと、受電デバイスの変調器のタイミングを、給電機器から受信した低電圧パルス電力の波形と同期させることと、給電機器から受信した高電圧パルス電力で動作することと、を含む。
【0008】
別の実施形態では、方法は、概して、変調器スイッチが開いている状態で、受電デバイスで、給電機器から高電圧パルス電力を受信することと、高電圧パルス電力のパルスがオンのときに、受電デバイスで絶縁電圧を結合することと、受電デバイスのハウスキーピング回路に通電することと、特定の数の高電圧パルスが受信された後、受電デバイスの変調器スイッチをオンにすることと、を含む。
【0009】
さらに別の実施形態では、方法は、概して、給電機器と通信する第１の受電デバイスで、第１の受電デバイスと通信する第２の受電デバイスを識別することであって、第１の受電デバイスは、給電機器から高電圧パルス電力を受信している、識別することと、給電機器に第２の受電デバイスを通知することと、高電圧パルス電力を第２の受電デバイスに渡す前に、第１の受電デバイスで、第２の受電デバイスとともに低電圧電力初期化を実施することと、を含む。
【0010】
本明細書に記載の実施形態の特徴および利点のさらなる理解は、本明細書の残りの部分および添付の図面を参照することによって実現することができる。
【0011】
例示的な実施形態
以下の説明は、当業者が実施形態を作成および使用することを可能にするために提示される。特定の実施形態および用途の説明は、例としてのみ提供されており、様々な変更形態が当業者には容易に明らかになるであろう。本明細書に記載の一般原理は、実施形態の範囲から逸脱することなく、他の用途に適用することができる。したがって、実施形態は、示されているものに限定されるべきではなく、本明細書に記載されている原理および特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。明確にするために、実施形態に関連する技術分野で知られている技術資料に関連する詳細は、詳細には説明されていない。
以下の説明は、当業者が実施形態を作成および使用することを可能にするために提示される。特定の実施形態および用途の説明は、例としてのみ提供されており、様々な変更形態が当業者には容易に明らかになるであろう。本明細書に記載の一般原理は、実施形態の範囲から逸脱することなく、他の用途に適用することができる。したがって、実施形態は、示されているものに限定されるべきではなく、本明細書に記載されている原理および特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。明確にするために、実施形態に関連する技術分野で知られている技術資料に関連する詳細は、詳細には説明されていない。
【0012】
電力およびデータ通信を同時に送信するために使用される従来のパワーオーバーイーサネット（ＰｏＥ）システムでは、電力は、データに使用されるのと同じツイストペアケーブルを介して供給される。これらのシステムの範囲は、数メートル～約１００ｍ（メートル）に制限されている。通信ケーブルを介した従来のＰｏＥは、ＩＥＥＥ ８０２．３ｂｔに基づいて一般に約９０Ｗ（ワット）に制限されているが、多くのクラスの受電デバイスは、１００Ｗを超える、場合によっては１０００Ｗを超える電力供給の恩恵を受ける。例えば、従来のＰｏＥは、動作するのに、通常３００Ｗ～１０００Ｗ必要なセルラネットワークで見られるように、リモート無線ヘッドまたはフロントホールルータなどの高電力通信システムに十分な電力を供給しない。また、アクセスポイントおよびＩＰ（インターネットプロトコル）電話システムに、スイッチング、ルーティング、および電力を提供するエンタープライズ製品は、多くの場合、約１０００Ｗ～１５００Ｗの電力を必要とする。従来のシステムでは、より大きな電力供給定格が必要な場合、電力はローカル電源を介してリモートデバイスに供給される。しかしながら、５Ｇセルラビルドアウトまたは他の通信システムなどのネットワーク通信システム、および各フロアに複数の非集中型ルータが接続された建物では、ＡＣ（交流）グリッド電力を常に利用できるとは限らず、最初に構築するのに費用対効果が高くないか、または一部の場所（例えば、無線基地局）では実用的でない場合があり、多くの場合、法外な費用がかかる。例えば、「コロケーション」として列挙されている場所では、電力は通常、消費電力ではなく接続ごとに課金されるため、追加のＡＣ接続ごとに非常に高価になる。ＤＣ（直流）電力システムは長距離では適切なソリューションではないため、ＡＣグリッド電力システムが使用されることが多い。したがって、ＡＣコンセントまたは他のタイプの二次給電を追加する必要なしに、これらのおよび他のデバイスに電力を供給する手段が必要である。
【0013】
多機能ケーブルで利用できる電力が、数百ワット、さらには数千ワットに増加すると、ワークグループルータ、マルチソケットサーバ、大型ディスプレイ、ワイヤレスアクセスポイント、フォグノード、もしくは他のデバイスなどの主要なデバイスが動作するネットワーク展開で、多くの新たな選択肢が可能となり得る。この機能により、設置の複雑さが大幅に軽減され、中央ハブからの電力およびデータ接続性のニーズが満たされた、はるかに幅広いデバイスのセットの総所有コストが改善される。
【0014】
上記の問題を克服するために、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる２０１８年３月２日に出願された米国特許出願第１５／９１０，２０３号（「Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｐｏｗｅｒ，Ｄａｔａ，ａｎｄ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｉｎ ａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ」）に記載されているように、電力およびデータ配信システムは、単一のケーブルに組み合わされた、より高いデータレートおよびより高い電力供給を搬送する（かつまた統合された熱管理冷却も搬送し得る）ように設計され得る。これらの接続は、中央ハブから１つ以上のリモートデバイス（例えば、フルハブアンドスポークレイアウト）などの、ポイントツーポイントとすることができる。別の例では、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる２０１８年３月１２日に出願された米国特許出願第１５／９１８，９７２号（「Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ ｏｆ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｐｏｗｅｒ，Ｄａｔａ，ａｎｄ Ｃｏｏｌｉｎｇ ｉｎ ａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ」）に記載されているように、単一の複合機能ケーブルが、ほとんど受電デバイスのクラスタまで配線され、その後分割され得る。高電力用途では、さらに安全上の懸念が生じるため、起動時および電力伝送中に追加の試験または安全性確認が必要となり得る。
【0015】
本明細書に記載の実施形態は、障害検出および安全性保護を備えたパルス電力の使用を通じて、ネットワークシステムにおけるデータ、システムを介した高電力の安全な供給（本明細書では、高度なパワーオーバーデータまたは拡張安全電力（ＥＳＰ）とも呼ばれる）を提供する。電力は、通信の有無にかかわらず、ネットワークシステム（例えば、ネットワーク通信システム）で伝送され得る。本明細書で使用する場合、「パルス電力」という用語は、パルスオフ間隔中の非常に小さい電圧（例えば、０Ｖ（ボルト）に近い、３Ｖ）と、パルスオン間隔中のより大きな電圧（例えば、１２Ｖ以上）との間で変化する、パルスで供給される電力を指す。高電圧パルス電力（例えば、５６Ｖ超、６０Ｖ以上、３００Ｖ以上）は、給電機器（ＰＳＥ）から受電デバイス（ＰＤ）に伝送され、受電デバイスに電力を供給するために使用され得るが、一方、低電圧パルス電力（低電圧パルス）（例えば、約１２Ｖ、３０Ｖ以下、５６Ｖ以下）は、起動（例えば、初期化、同期、ローカルエネルギー貯蔵の充電、コントローラの電源投入、試験、またはそれらの任意の組み合わせ）のために短い間隔で使用され得る。以下で詳細に説明するように、初期化プロセス（低電圧または高電圧初期化プロセス）を実施してから、高電圧パルス電力を伝送して、ＰＳＥとＰＤを同期させ、安全な起動を提供することができる。初期化プロセスは、例えば、ケーブル静電容量試験を含む安全性試験、および給電機器と受電デバイスとの間の変調器スイッチ（パルス）タイミングの同期を含み得る。以下で説明するように、初期化は、多相パルス電力システムおよび様々なネットワークトポロジにおける複数の相に対して実施され得る。
【0016】
例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる２０１９年４月１０日に出願された米国特許出願第１６／３８０，９５４号（「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｐｈａｓｅ Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｗｅｒ ｉｎ ａ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ」）に記載されているように、１つ以上の実施形態は、高電力を供給するために電力接続ごとの信頼性を高めて、ケーブルの延長された長さにわたって安全な動作を提供しながら、複数の相（多相）パルス電力を使用して、より少ない損失、受電デバイスへの実質的に１００％のデューティサイクル電力供給（例えば、相パルスのオーバーラップを伴う出力への連続的な途切れない電力）を達成し得る。複数のペアケーブルを使用して、例えば、各ペアにＤＣパルスを用いて、受電デバイス（または負荷）で１００％の正味デューティサイクルの連続電力を提供するようにタイミング調整できる。パルス送電は、例えば、ケーブル、伝送ライン、バスバー、バックプレーン、ＰＣＢ（プリント回路基板）、および配電システムを介して行うことができる。
【0017】
ＥＳＰシステムは、ネットワークデバイスまたはケーブルを試験して、障害または安全上の問題を特定することができる。システムは、例えば、伝送エラー、相障害（多相システムの場合）、過電流、アークイベント、時間ベースの制御同期障害、ＭＡＣドロップ、または他の通信もしくは電力の障害もしくはエラーを識別するように構成できる。これらの障害は、多相システムでは相ごとに特定できる。以下で説明するように、低電圧初期化を起動（または再起動）に使用して、ネットワークおよび構成要素を試験することができる（図４のフローチャートに関して後述する）。また、（図５のフローチャートに関して後述する）高電圧初期化を使用して、低電圧初期化プロセスを必要とせずに、新たなＰＤの追加またはＰＤのホットスワップ交換を可能にすることもできる。
【0018】
起動時および初期化時に試験を実施することに加えて、ＥＳＰシステムに安全に電力を供給するために、高電圧動作中に試験を継続して実施することができる。１つ以上の実施形態では、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる２０１８年５月４日に出願された米国特許出願第１５／９７１，７２９号（「Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｄａｔａ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｉｎ ａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｗｉｔｈ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｆａｕｌｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ」）に記載されているように、障害感知は、データシステムを使用して電力システムの状態に関するフィードバックを提供し、電力動作モードを設定する、デジタルインターロックと組み合わせた低電圧安全性確認を通じて実施することができる。障害感知は、低電圧起動中、またはパルス電力システムの高電力パルス間で実施され得る。パルス電力は、電源電圧パルス電力（ユニポーラもしくはバイポーラ）、または高電圧電力パルス間の低電圧障害検出を伴う負荷電流パルス電力を含み得る。障害感知には、例えば、ケーブルまたは受電デバイスの低電圧感知によるライン間障害検出、および中点接地によるライン－接地間障害検出が含まれ得る。タッチセーフ障害保護もまた、高電圧が印加された場合でもタッチセーフなケーブルおよびコネクタ設計によって提供され得る。電力安全機能は、安全なシステム動作、ならびに場合より、システムの通常動作を妨げることなく構成要素を交換することを含む（すなわち、ホットスワップ可能な）構成要素の取り付けおよび取り外し（切断）を提供する。
【0019】
パルス間のオフ時間は、例えば、障害のライン間抵抗試験のために使用され得、パルス幅は、タッチセーフ障害保護を提供するためにＤＣライン間電圧に比例し得る（例えば、約１０００Ｖで約１ミリ秒）。試験（障害検出、障害保護、障害感知、タッチセーフ保護）には、ＰＳＥとＰＤとの間のオートネゴシエーションが含まれ得る。オートネゴシエーションには、低電圧（例えば、２４ＶＤＣ（ボルト直流）以下、５～１２ＶＤＣ、５６ＶＤＣ、または他の適切な低電圧（例えば、６０ＶＤＣ未満））の抵抗分析が使用され得る。パルス電力高電圧ＤＣは、個人の安全のために、パルス間のタッチセーフなライン間障害調査のためのパルス間決定とともに使用され得る。ライン間接触衝撃保護には、パルス間のライン検出全体の抵抗のために、パルス間のソースパルスオフ時間が提供され得る。
【0020】
高抵抗中点接地回路の使用の一部としての高電圧動作中に、地絡保護（衝撃保護）を備えた高速高電圧遮断を提供するために、地絡検出（ｇｒｏｕｎｄ－ｆａｕｌｔ－ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ、ＧＦＤ）および地絡絶縁（ｇｒｏｕｎｄ－ｆａｕｌｔ－ｉｓｏｌａｔｉｏｎ、ＧＦＩ）のライン－接地間障害検出が実施され得る。電源をすばやくオフにしてタッチセーフな衝撃保護を提供するために、高電圧ＤＣ供給ライン－接地間障害保護回路を使用することができる。ＧＦＤおよびＧＦＩは、例えば、約１０μｓ（マイクロ秒）での遮断を提供することができる。電源による中点接地方法はまた、ライン－接地間保護のために電線／導体絶縁および絶縁定格内でのより高いピークパルスライン間電圧を可能にし、また個人の安全のためにタッチセーフなライン－接地間障害を提供するため、かつ安全基準を満たすために使用され得る。システムはまた、個人の衝撃保護のために、時間および電流対電圧を調整可能に設計することもできる。
【0021】
１つ以上の実施形態では、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる２０１７年５月２４日に出願された「Ｔｈｅｒｍａｌ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｏｒ Ｃａｂｌｅｓ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ Ｄａｔａ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ」と題された米国特許出願第１５／６０４，３４４号に記載されているように、システムはまた、ケーブルの熱モデリングを使用して熱蓄積を試験することもできる。例えば、ケーブル電流の変化を追跡し、ケーブル電流温度を計算することによって、熱の蓄積を検出することができる。ケーブル温度は、アンペア数、ケーブルゲージ、およびケーブル長さの関数である。既知のパラメータを使用し、電線サイズ（例えば、２２ＡＷＧ）を想定することにより、バンドル環境でのケーブルの温度制限を計算できる。温度範囲は、例えば、通常、マイナー、メジャー、およびクリティカルとして定義され得る（例えば、マイナーはケーブル温度制限の２０℃以内で定義され、メジャーはケーブル温度制限の１０℃以内で定義され、クリティカルはケーブル温度制限で定義される）。温度範囲がマイナー範囲内にある場合、システムは電力の再ネゴシエーションを強制してラインの電流を低減し得る。温度がクリティカル範囲内にある場合、ポートへの通電が断たれ得る。温度は、各電線、各電線ペア、４ペアケーブル、またはそれらの任意の組み合わせで計算できる。
【0022】
１つ以上の実施形態では、参照によりその全体が組み込まれる２０１８年６月２７日に出願された「Ｗｉｒｅ Ｆａｕｌｔ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｍｂａｌａｎｃｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒ ｏｖｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃａｂｌｉｎｇ」と題された米国特許出願第１６／０２０，８８１号に記載されているように、システムはまた、電線障害および電気的不均衡の検出を実施することができる。
【0023】
１つ以上の実施形態では、ＰＳＥは、ＰＳＥが提供することができる電力レベルをＰＤに通知することができ、次いで、ＰＤは、使用する適切な電力レベルを選択することができる。ＰＳＥおよびＰＤは、例えば、１５Ｗ、３０Ｗ、６０Ｗ、９０Ｗ、１５０Ｗ、２００Ｗ、２５０Ｗ、３００Ｗ、または他の任意の適切な電力レベルの電力レベルをネゴシエーションすることができる。障害が検出されない場合、システムは使用できる最大電力までオートネゴシエーションすることができる。電力が増加すると、前述のように、継続して障害検出が実施される場合がある。障害検出には、例えば、熱蓄積の確認、電気的不均衡確認（電線間の不均衡確認、ペアツーペア不均衡確認）、または短絡／障害保護確認が含まれ得る。システムは、これらの確認のうちの１つ以上を任意の順序で実施するように、またはいくつかのステップを同時に実施するように構成され得る。安全確認のうちの１つ以上は、継続的にまたは特定の間隔で実施することができる。例えば、電線を１０ミリ秒のウィンドウ内の連続ループで１本ずつ監視してもよい。障害が検出された場合、または特定のＰＳＥ電圧を超えた場合、電力出力はシャットダウンされる。障害が軽微な場合（例えば、１つ以上のパラメータが制限に近いが制限を超えていない）、電力レベルの再ネゴシエーションによって電力が低減され得る。障害が続く場合は、ポートがシャットダウンされることがある。アラームも発生され得る。１つ以上の実施形態では、パケットおよびアイドル（リンク）監視を使用して、電力をシャットダウンすることができる。電線が損失されると、リンクが損失され、電線ごとの障害が保護される。
【0024】
監視された（または計算された）電流に基づく措置を講じることもできる。例えば、ケーブルの電流がケーブル電流の最大限度を超える場合、ポートがシャットダウンし得る。ケーブル電流が特定の範囲に達すると、ラインカード（ＰＤ）は、ライン上の電流を減らすためにＰＳＥとの電力ネゴシエーションを強制的に実施し得る。電流は、電線ごと、電線ペアごと、ケーブルごと、または任意の組み合わせで監視され得る。電流範囲は、通常、マイナー、メジャー、およびクリティカルとして定義され得る（例えば、マイナーは最大電流の２０％以内で定義され、メジャーは最大電流の１０％以内で定義され、クリティカルは最大電流で定義される）。範囲がマイナーの場合、ケーブルの電流を低減するために再ネゴシエーションが実施され得る。クリティカル電流に達した場合、ポートへの通電が断たれ得る。
【0025】
１つ以上の実施形態では、１つ以上のパラメータが、ユーザ定義であってもよい。例えば、ケーブルインピーダンス、ケーブル長、ケーブルゲージ、およびケーブル電圧定格を、ＥＳＰシステムまたはリンク用に設定できる。ＥＳＰシステムは、これらのパラメータに基づいて最大電圧、最大電流、または最大電力を設定できる。本明細書に記載するように、システムは、ケーブル静電容量に基づいてケーブル安全性試験を実施することができる。システムはまた、低電圧および高電圧について上述したように、ＧＦＩ障害試験およびライン間障害試験を実施することもできる。障害が特定された場合、システムは障害ラッチを設定し、自動再起動を１回以上試行してもよい。ＥＳＰシステム内の１つ以上の構成要素は、例えば、低電圧動作、高電圧動作、またはシステム障害／構成要素障害／ケーブル障害を特定するための１つ以上の視覚的インジケータ（例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード））を含み得る。
【0026】
１つ以上の実施形態では、データ（例えば、電流、電圧、ケーブル静電容量、障害、温度など）を定期的に監視および収集することによって機械学習を実施して、許容限度をさらに定義し、ケーブル、環境、または構成要素の経時変化に基づく電気的性能の変動を考慮することができる。例えば、分析モデルは、電圧、負荷電流および動作制限の更新に使用するデータ傾向に基づいて定義および更新され、電気的パラメータの変動を考慮して、誤ったシステム障害を回避できる。
【0027】
１つ以上の実施形態では、後述するように、ＰＳＥは、電力およびデータ用の複合ケーブル上で（例えば、銅線または光ファイバを介して）、１００Ｗ超をデータとともに複数のＰＤに供給することができる。１つ以上の実施形態では、システムは、１５００メートルを超えるケーブル長で２０００Ｗ以上の電力を安全に供給することができる。このシステムはまた、２５メートル未満のケーブル長でより高い電力（例えば、６０００Ｗ）を安全に供給できるため、大型筐体システムを分散化して、バックプレーン／大型筐体システムの設計を排除するのに非常に有益である。本明細書に記載の電力レベルおよびケーブル距離は、例として提供されており、実施形態の範囲から逸脱することなく、異なるケーブル長で供給される他の電力レベルが使用され得ることが理解されるべきである。
【0028】
本システムは、例えば、ＩＥＣ（国際電気標準会議）規格番号６２３６８－３：２０１７（「Ａｕｄｉｏ／ｖｉｄｅｏ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ－Ｐａｒｔ ３：Ｓａｆｅｔｙ－ ａｓｐｅｃｔｓ ｆｏｒ ＤＣ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｃａｂｌｅｓ ａｎｄ ｐｏｒｔｓ」）、ＩＥＣ６０９５０－１：２００５（「Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ－Ｓａｆｅｔｙ－Ｐａｒｔ １：Ｇｅｎｅｒａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ」）、ＩＥＣ６０９４７（「Ｌｏｗ－ｖｏｌｔａｇｅ ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｇｅａｒ」）、または、拡張安全電力システムの高電圧（より高い電力）用途の担当者にタッチセーフ衝撃保護を提供する他の任意の適切な規格を含む、安全基準を満たすように構成され得る。システムは、例えば、ＨＶＤＣ電力（例えば、１１００Ｖ、５５０Ｖ、３８０Ｖ）全体で、約２．５ｋｏｈｍを使用して、１ミリ秒間でライン－接地間障害限度約５ｍＡ（例えば、１０ｍＡ未満）およびライン間障害限度約０．５Ａに衝撃電流を制限するように構成され得る（例えば、短距離ケーブルまたはスマートデジタルセンシング技術の場合）。別の例では、最悪の場合の衝撃暴露時間は１２ミリ秒であり得る。安全基準を満たすために、適切な技術（例えば、フェイルセーフ安全機関に承認済みとして列挙されている構成要素、冗長回路または冗長構成要素）が採用され得る。
【0029】
パルスのオフ時間は、ケーブルペアの静電容量に基づいて構成され得、最大パルス電力オン時間は、ボディ衝撃電流および規格（例えば、ＵＬ（Ｕｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）規格６２３６８および６０９５０、またはＮＦＰＡ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｆｉｒｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）ＮＥＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｄｅ）７０の第７章、第８章、ならびに第９章の表１１Ａおよび１１Ｂ、ＩＥＣ／ＴＲ６０４７９－５、６０４７９－１、ＩＥＣ－６０９４７－１、ＩＥＣ－６０９４７－２、ＩＥＣ－６０９４７－３、ＩＥＣ－６０３３５－１、ＩＥＣ－６０９９０、ＩＥＣ－６００６５、ＩＥＣ－６１０００－４、または他の任意の適切な規格または要件）によって設定された制限を下回るように設計され得る。１つ以上の実施形態では、オン時間およびオフ時間のパルス幅は、ケーブル特性の変化に応じて動的に設定することができる。ＰＤに連続的に正味電流を供給することは、複数の伝送ペアシステムでのパルスの位相関係を決定するために必要であり得る。本明細書に記載の実施形態は、単一の障害保護または他の安全性要件を満たすように構成され得る。本明細書で論じられる規格および制限は、例としてのみ提供され、実施形態の範囲から逸脱することなく、他の安全制限または規格が使用され得ることが理解されるべきである。
【0030】
ここで図面、まず図１を参照すると、本明細書に記載の実施形態が実装され得る通信ネットワークの例が示されている。簡単にするために、少数のノードのみが示されている。実施形態は、複数のネットワークデバイスを含むデータ通信ネットワークの文脈で動作する。ネットワークは、ネットワーク内のデータの通過を容易にする、任意の数のノード（例えば、ルータ、スイッチ、ゲートウェイ、コントローラ、アクセスポイント、または他のネットワークデバイス）を介して通信する、任意の数のネットワークデバイスを含み得る。ネットワークデバイスは、１つ以上のネットワーク（例えば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）（例えば、イーサネット仮想プライベートネットワーク（ＥＶＰＮ）、レイヤ２仮想プライベートネットワーク（Ｌ２ＶＰＮ））、仮想ローカルエリアネットワーク（ＶＬＡＮ）、ワイヤレスネットワーク、エンタープライズネットワーク、企業ネットワーク、データセンター、モノのインターネット（ＩｏＴ）ネットワーク、インターネット、イントラネット、または他の任意のネットワーク）を介して通信し得るか、またはそれらと通信し得る。
【0031】
１つ以上の実施形態では、ネットワークは、データとともに電力を渡し、スイッチ１４、ルータ、アクセスポイント１５、または他の電子部品および電子デバイスなどのネットワークデバイスにデータ接続性および電力の両方を提供するように構成されている。信号は、通信機器と、給電機器（ＰＳＥ）１０から受電デバイス（ＰＤ）１４、１５、１７、１９に伝送される電力との間で、交換され得る。１つ以上の実施形態では、システムは、データ（ファイバ配信データ）および電力（高電力エネルギー）の両方を送受信するように構成されたインターフェースモジュール１６（例えば、光送受信機モジュール）を使用して、ネットワーク（例えば、スイッチ／ルータシステム）との間で、電力を供給する。１つ以上の実施形態では、電力およびデータは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１７年９月１８日に出願された米国特許出願第１５／７０７，９７６号（「Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ」）に記載されているように、光ファイバおよび電線（例えば、銅線）の両方を含むケーブルを介して供給され得る。１つ以上の実施形態では、例えば、上記で参照した米国特許出願第１５／９１０，２０３号および同第１５／９１８，９７２号に記載されるように、システムは冷却をさらに提供し、単一のハイブリッドケーブルシステム内で、電力とデータと冷却とを組み合せて供給することができる。
【0032】
図１の例に示すように、システムは、例えば、構内／エントリールームに配置され得る、中央ネットワークデバイス（ハブ）（ＰＳＥ）１０に供給される建物電力を使用することができる。電力は、建物のエントリポイントからエンドポイント（スイッチ１４、アクセスポイント１５）まで、および／または１００Ｗ（ワット）を超える電力レベル（例えば、２５０Ｗ、５００Ｗ、１０００Ｗ、２０００Ｗ、または他の任意の電力レベル）で伝送され得、ここでエンドポイントは、１００メートルを超える距離（例えば、１ｋｍ（キロメートル）、１０ｋｍ、または他の任意の距離）に配置され得る。中央ネットワークデバイス１０は、電力（例えば、電力網、再生可能エネルギー源、発電機、または電池からの建物電力）を受信し、分配するための、電源ユニット（ＰＳＵ）１１およびネットワークインターフェース（例えば、ファブリック１２、ラインカード１３）を備える。図１に示す例では、ラインカードＡは、建物の外部（例えば、街路または他の場所）からデータを受信し、ラインカードＢ、Ｃ、およびＤは、電力およびデータを分配する。
【0033】
中央ハブ（電力とデータソースの組み合わせ）１０は、内部電力システム（例えば、５ｋＷ、１００ｋＷなど以上の電力を供給することができ、かつ各々１００Ｗ～３０００Ｗの範囲（例えば、１００Ｗ以上、９００Ｗ以上、１０００Ｗ以上）または他の任意の適切な電力範囲である複数のデバイス１４、１５を駆動することができるＰＳＵ１１から大容量電力を提供するように動作可能である。ＰＳＵ１１は、例えば、ＰｏＥ（パワーオーバーイーサネット）、ＰｏＦ（パワーオーバーファイバ）、ＨＶＤＣ（高圧直流）、パルス電力ＨＶＤＣ、またはＡＣ（交流）を提供し得る。中央ネットワークデバイス１０は、外部電力を受信し、通信ネットワーク（例えば、中央ハブ１０（ＰＳＥ）および複数のネットワークデバイス１４、１５、１７、１９（ＰＤ）を含むネットワーク）内で、電力およびデータ供給用の複合ケーブル１８を介して電力を伝送するように、動作可能である。中央ネットワークデバイス１０は、例えば、ルータ、コンバージェンスシステム、または他の任意の適切なラインカードシステムを含み得る。これは単なる一例であり、電力および光データを伝送するように動作可能な他の任意のネットワークデバイスが使用され得ることが理解されるべきである。また、ラインカード１３のうちの１つ以上は、ケーブル１８上で電力とデータとを伝送するように動作可能な、インターフェースモジュール１６（リモートネットワークデバイス１４、１５に示されている）も含み得る。
【0034】
ネットワークは、任意の数または配置のネットワーク通信デバイス（例えば、スイッチ１４、アクセスポイント１５、ルータ、またはデータ通信をルーティングする（スイッチングする、転送する）ように動作可能な他のデバイス）を含み得る。一例では、ネットワークは、アクセスポイント１５の複数のグループを含み、各グループは、異なるフロアまたはゾーンに配置されている。ネットワークデバイス１４、１５のうちの１つ以上はまた、ＰｏＥを使用して、下流のノード（例えば、ＰｏＥデバイス１９）に電力を供給し得る。例えば、ネットワークデバイス１４、１５のうちの１つ以上は、ＰｏＥを使用して、ＩＰ（インターネットプロトコル）カメラ、ＶｏＩＰ（ボイスオーバーＩＰ）電話、ビデオカメラ、販売時点情報管理デバイス、セキュリティアクセス制御デバイス、住宅用デバイス、建物用自動化デバイス、産業用自動化デバイス、工場設備、照明（建物用照明、街灯）、交通信号、フォグノード、ＩｏＴデバイス、センサ、および他の多くの電気部品および電気デバイスなどの電子部品に電力を供給することができる。１つ以上の実施形態では、冗長中央ハブ（図示せず）が、ネットワークで必要に応じて、バックアップまたは追加の電力または帯域幅を提供することができる。この場合、リモートネットワークデバイス１４、１５は、冗長中央ハブから電力とデータとを供給する別のケーブル１８と接続するための、別のインターフェースモジュール１６を含むことになる。以下で詳細に説明するように、ネットワークは、例えば、高電圧パルス電力を下流のデバイス（例えば、スイッチ１４と通信しているＰＤ１７）に供給するための、ポイントツーポイント、デイジーチェーン、マルチドロップ、またはマルチドロップ／デイジーチェーンのハイブリッド型を含む、様々なトポロジに配置することができる。
【0035】
前述のように、中央ハブ１０は、電力およびデータを各ネットワークデバイス１４に直接供給することができ（図１のラインカードＢおよびＤに接続されたスイッチ１４に示されるようなポイントツーポイント接続）、または１つ以上のスプリッタデバイス（図示せず）を使用して複数のネットワークデバイスを接続し、ネットワークがポイントツーポイントトポロジを超えて、パッシブスター、バス、テーパー、マルチレイヤツリーなどを構築できるようにする。例えば、単一の長いケーブル１８は、物理的に近いエンドポイントデバイスのクラスタにサービスを提供する、便利に配置された中間スプリッタデバイス（例えば、パッシブスプリッタ）に配線されてもよい。電力およびデータ用の１つ以上の制御システムは、中央ハブ１０とリモートデバイス１５（およびそれらのインターフェースモジュール１６）との間で相互作用して、上記で参照した米国特許出願第１５／９１８，９７２号に記載されるように、各デバイスがスプリッタデバイスから各リソースの公平な共有を確実に受け取るようにすることができる。
【0036】
１つ以上の実施形態では、ネットワークデバイス１０からスイッチ１４およびアクセスポイント１５まで延在するケーブル（複合ケーブル、多機能ケーブル、多目的ケーブル、ハイブリッドケーブル）１８は、電力およびデータを伝送するように構成され、光ファイバおよび電線の両方を含む。ケーブル１８は、例えば、２本の電力線（導体）および２本のデータ線（光ファイバ）を含み得る。これは単なる一例であり、ケーブル１８が任意の数の電力線またはデータ線を含み得ることが理解されるべきである。例えば、中央ハブ１０からリモートデバイス１４、１５へ、およびリモートデバイスから中央ハブへデータを伝送するために２つの光ファイバ経路を使用する代わりに、一方の光の波長は下流に（中央ハブ１０からリモートデバイス１４、１５に）向かい、異なる光の波長は上流に（リモートデバイス１４、１５から中央ハブ１０に）向かう、双方向光システムを利用し、これによりケーブルのファイバ数を２から１に減少させることができる。ケーブル１８はまた、追加の光ファイバまたは電力線を含み得る。ケーブル１８は、電力および光データの両方を搬送するのに適した任意の材料（例えば、銅、ファイバ）から形成することができ、任意の数の電線および光ファイバを任意の配置で搬送することができる。ケーブル１８は、電力、データ（電気）、データ（光）、および冷却のうちの１つ以上を伝送することができる。
【0037】
前述のように、ケーブル１８はまた、リモートネットワーク通信デバイス１４、１５の熱管理のために冷却を搬送することもできる。例えば、１つ以上の実施形態では、中央ハブ１０からリモートネットワークデバイス１４、１５まで延在するケーブル１８は、電力とデータと冷却とを組み合わせて単一のケーブルで伝送するように構成され得る。この実施形態では、ケーブル１８は、電力、データ（例えば、銅、ファイバ）、および冷却剤（液体、気体、または多相）を搬送するのに適した任意の材料から形成され得、任意の数の電線、光ファイバおよび冷却管を、任意の配置で搬送することができる。
【0038】
ケーブル１８は、ネットワークデバイス１０、１４、１５でインターフェースモジュール１６と結合するように構成された各端部にコネクタを備える。コネクタは、例えば、上記で参照した米国特許出願第１５／７０７，９７６号に記載されているように、光送受信機に接続するように構成された、電力およびデータ用の複合コネクタ（銅およびファイバのハイブリッド）を含むことができる。コネクタは、例えば、変更されたＲＪ－４５型コネクタを含み得る。
【0039】
１つ以上の実施形態では、コネクタおよびケーブル１８は、クリアランス距離および沿面距離、ならびにタッチセーフ技術を含む手段によって、関連する高電圧でのライン－接地間保護およびライン間保護の標準的な安全性要件を満たすように構成されている。コネクタは、例えば、コネクタのアーク保護のための電流サージまたは遮断なしのホットプラグおよびホットアンプラグ用のショートピンを含む安全機能を備え得る。コネクタには、アークフラッシュ保護による電流サージまたは遮断によるホットプラグおよびホットアンプラグ、ならびにアーク放電による信頼性寿命のための追加の絶縁材料がさらに含まれ得る。絶縁ケーブルの電力コネクタ端子は、接触電圧または電流アクセス性の要件を満たすように構成することが好ましい。
【0040】
前述のように、ネットワークデバイス１０、１４、１５のうちの１つ以上は、ＰＳＥ１０から電力とデータの組み合わせを供給するか、またはＰＤ１４、１５で電力とデータの組み合わせを受信するように動作可能なインターフェースモジュール１６を含み得る。１つ以上の実施形態では、インターフェースモジュール１６は、光データとともに電力を供給（または受信）するように構成された光送受信機モジュールを備え得る。例えば、一実施形態では、インターフェースモジュール１６は、ファイバコネクタシステムとともに修正された送受信機モジュールを含んで銅線を組み込み、上記で参照した米国特許出願第１５／７０７，９７６号、または参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１８年３月３０日に出願された米国特許出願第１５／９４２，０１５号（「Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍｏｄｕｌｅ ｆｏｒ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｐｏｗｅｒ，Ｄａｔａ，ａｎｄ Ｃｏｏｌｉｎｇ ａｔ ａ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｄｅｖｉｃｅ」）に記載されているように、ネットワーク通信デバイスによって使用するために、光送受信機を介して受電デバイス１４、１５に電力を供給する。これらは、高電力および光データを供給する、または受信するために使用され得るインターフェースモジュールの単なる例であることが理解されるべきである。
【0041】
インターフェースモジュール１６（光モジュール、光送受信機、光送受信機モジュール、光デバイス、光学モジュール、シリコンフォトニクスモジュール）は、電力を供給する、または受信するように構成されている。インターフェースモジュール１６は、光信号を電気信号に双方向に変換するエンジンとして、または概して、ネットワーク要素の銅線もしくは光ファイバへのインターフェースとして動作する。１つ以上の実施形態では、インターフェースモジュール１６は、任意のフォームファクタ（例えば、ＳＦＰ（スモールフォームファクタプラガブル）、ＱＳＦＰ（クアッドスモールフォームファクタプラガブル）、ＣＦＰ（Ｃフォームファクタプラガブル）など）のプラガブル送受信機モジュールを含み得、例えば、最大４００Ｇｂｐｓのデータレートをサポートすることができる。これらのプラガブル光モジュールのホストには、中央ネットワークデバイス１０のラインカード１３、スイッチ１４、アクセスポイント１５、または他のネットワークデバイスが含まれる。ホストは、プリント回路基板（ＰＣＢ）と、電気通信ネットワーク内の電気通信回線をインターフェースするように動作可能な電子部品および回路を含み得る。ホストは、１つ以上の動作を実施し、信号を送受信するように構成された任意の数または任意のタイプのプラガブル送受信機モジュールを受容するように構成され得る。
【0042】
また、インターフェースモジュール１６は、ポイントツーマルチポイントまたはマルチポイントツーポイントトポロジで動作するように構成され得ることが分かり得る。例えば、ＱＦＳＰがＳＦＰ＋にブレークアウトする場合がある。１つ以上の実施形態は、負荷シフトを可能にするように構成され得る。また、インターフェースモジュール１６はまた、ＡＯＣ（アクティブ光ケーブル）で動作するように、かつ例えば、Ｕｌｔｒａ ＨＤＭＩ（高精細マルチメディアインターフェース）、シリアル高帯域幅ケーブル（例えば、サンダーボルト）、および他のフォームファクタを含むＵＷＢ（ウルトラワイドバンド）アプリケーションで使用されるフォームファクタで動作するように構成されてもよい。
【0043】
インターフェースモジュール１６は、標準電力が利用できない場所にあるスイッチ１４およびアクセスポイント１５に供給される電力を提供する。インターフェースモジュール１６は、以下に説明するように、エネルギーの一部を活用してインテリジェントな決定を行うように構成され得るため、電源１０は、システムに損傷を与えるかまたはオペレータを危険にさらすことなく、いつ電線上の電力を増大するのが安全かが分かる。インターフェースモジュール１６は、図３に関して以下で詳細に説明するように、電力およびデータを監視および制御する際に使用するための、１つ以上のセンサ、モニタ、またはコントローラを含み得る。
【0044】
１つ以上の実施形態では、通信ネットワークのための追加の電気配線の必要はなく、すべてのネットワーク通信デバイスは、拡張安全電力システムによって提供される電力を使用して動作する。電線を介して電力を送受信し、ファイバを介して光データを送受信するように動作可能なインターフェースモジュール１６を含むネットワークデバイス１０、１４、１５に加えて、ネットワークはまた、光データのみを処理および送信する従来の光モジュールを含む１つ以上のネットワークデバイスも含み得る。これらのネットワークデバイスは、壁のコンセントなどのローカル電源から電力を受信する。同様に、送受信機１６の特殊な変形は、光データインターフェースを排除し、電力のみを相互接続する（例えば、データ相互接続を無線ネットワークに移動させる）ことができる。前述のように、１つ以上のネットワークデバイスは、電力、データ、または電力およびデータ、に加えて、ケーブル１８を介して冷却を受け取ることもできる。
【0045】
１つ以上の実施形態では、中央ハブのコントローラおよびリモートデバイスのプロセッサ上に配置されたコンポーネントを含む分散制御システムは、複合ケーブル１８内のファイバリンクを介して通信することができる。電力センサからの監視情報（例えば、電流、電圧）またはデータ使用量（例えば、帯域幅、バッファ／キューサイズ）は、電力またはデータを管理または割り当てる際に、制御システムによって使用され得る。
【0046】
システムは、ＰｏＥ、ＰｏＦ、高電圧ＤＣ（ＨＶＤＣ）、ＡＣ電力、パルス電力、多相パルス電力、またはそれらの任意の組み合わせを供給するように構成され得る。ＨＶＤＣ電力は、定常状態ＨＶＤＣまたはパルス電力ＨＶＤＣを含み得る。定常状態ＨＶＤＣおよびパルス電力ＨＶＤＣは、上記で参照した米国特許出願第１５／９７１，７２９号に記載されているように、単極または双極（スイッチングＤＣ）であり得る。１つ以上の実施形態では、システムは、電源１０と受電デバイス１４、１５との間の検出およびネゴシエーションを行うデュアル電力モードを採用し得る。このネゴシエーションは、標準のＰｏＥもしくはＰｏＦ、高電力、パルス電力、またはインターフェースモジュール１６を介した電力供給が可能な他の電力モードなどの、異なる電力供給方式を区別し、それに対応する。例えば、標準のＰｏＥ分配を、定格が約１００Ｗ未満のリモートネットワークデバイスに使用できる。高電力のリモート受電デバイスの場合、パルス電力または他の高電圧技術を使用して、効率的なエネルギー分配ネットワークを作成することができる。
【0047】
以下で詳細に説明するように、リモートネットワークデバイス１４、１５、１７は、起動時に少量の電力を使用して、その電力要件およびデータ要件を中央ネットワークデバイス１０に通信することができる。次に、受電デバイス１４、１５、１７は、それに応じて全電力動作のために受電デバイス自体を構成することができる。一例では、電力タイプ、モジュールの安全動作、およびデータレートは、光ファイバ上のデータ通信信号を介して、中央ハブ（ＰＳＥ）１０とネットワークデバイス１４、１５、１７との間でネゴシエーションされる。インターフェースモジュール１６は、データの損失を含むあらゆる動作障害を通信する。このような障害の結果として、電力が直ちにオフになるか、または低電力（低電圧）モードに切り替わることがある。受電デバイスが、より高い電力が安全に適用され得る低電力モードで再び通信できるようになるまで、全電力供給が再確立されない場合がある。
【0048】
図１に示す上述のネットワークデバイスおよびトポロジは、単なる一例であり、本明細書に記載の実施形態は、実施形態の範囲から逸脱することなく、異なるネットワークトポロジまたはネットワークデバイスを含むネットワークに実装され得ることが理解されるべきである。ネットワーク（またはネットワークの１つ以上の部分）は、電力供給のみ、または電力および通信用に構成され得る。ネットワークは、ネットワークを介したデータの通過を容易にする任意の数またはタイプのネットワーク通信デバイス（例えば、ルータ、スイッチ、ゲートウェイ、コントローラ）、エンドポイントまたはホストとして動作するネットワーク要素（例えば、サーバ、仮想マシン、クライアント）、および任意の数のネットワークと通信している任意の数のネットワークサイトまたはドメインを含み得る。したがって、ネットワークノードは、クラウドコンピューティングまたはフォグコンピューティングを含み得る、大規模で複雑なネットワークを形成するために相互接続された任意の数のサーバ、仮想マシン、スイッチ、ルータ、または他のノードを含み得る、任意の適切なネットワークトポロジで使用され得る。ノードは、任意の適切な接続を採用する１つ以上のインターフェースを介して他のノードまたは他のネットワークに結合することができ、これは、電力とともに電子通信のための実行可能な経路を提供する。
【0049】
図２は、本明細書に記載する実施形態を実装するために使用され得る、ネットワークデバイス２０（例えば、図１の中央ハブ（ＰＳＥ）１０、スイッチ（ＰＤ）１４、アクセスポイント（ＰＤ）１５）の例を示す。一実施形態では、ネットワークデバイス２０は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの任意の組み合わせで実装され得るプログラム可能なマシンである。ネットワークデバイス２０は、１つ以上のプロセッサ２２、センサ２３（例えば、電力センサ（例えば、電圧、電流センサ）、通信センサ、熱センサ）、メモリ２４、インターフェース２６、光モジュール２８（例えば、図１の電力＋光学インターフェースモジュール１６）、および電力モジュール／コントローラ２９を含む。ネットワークデバイスはまた、システムが電力、データ、および冷却供給の組み合わせ用に構成されている場合、１つ以上の冷却構成要素２１（センサ、制御弁、ポンプなど）も含み得る。
【0050】
メモリ２４は、プロセッサ２２によって実行および使用されるための様々なアプリケーション、オペレーティングシステム、モジュール、およびデータを格納する、揮発性メモリまたは不揮発性記憶装置であり得る。例えば、光モジュール２８またはコントローラ２９の構成要素（例えば、コード、ロジック、またはファームウェアなど）がメモリ２４に格納され得る。ネットワークデバイス２０は、任意の数のメモリ構成要素を含み得る。
【0051】
ネットワークデバイス２０は、任意の数のプロセッサ２２（例えば、シングルプロセッサまたはマルチプロセッサのコンピューティングデバイスまたはシステム）を含み得、プロセッサ２２は、パケットまたはパケットヘッダを処理するように動作可能な転送エンジンまたはパケットフォワーダと通信することができる。プロセッサ２２は、ソフトウェアアプリケーションまたはモジュールから命令を受信し得、命令は、プロセッサに本明細書に記載の１つ以上の実施形態の機能を実行させる。プロセッサ２２はまた、障害検出、オートネゴシエーション、デジタルインターロック、同期、多相制御、パルス電力制御、低電圧、高電圧制御、変調器スイッチ制御などのために、電力制御モジュール２９の１つ以上の構成要素を動作させることができる。
【0052】
コントローラ（電力モジュール／コントローラ）２９は、オートネゴシエーション、障害検出、初期化、デジタルインターロック、同期、多相制御、パルス電力制御、または他の制御もしくは管理機能のために構成され得る。制御システム２９は、中央ハブ１０およびリモートデバイス１４、１５に配置され、かつ電力とデータ用の複合ケーブル１８を介して相互接続された（図１および図２）、構成要素（モジュール、コード、ソフトウェア、ロジック）を含み得る。制御システム２９はまた、図３に関して以下で説明するように、電力センサまたはデータ監視デバイスから入力を受信することもできる。ＰＤの電力モジュール／コントローラ２９は、ＰＳＥ１０の制御システムと通信して、動作を初期化すること、動作を同期させること（例えば、パルス波形、電流、電圧）、電力システムの状態をオートネゴシエーションすること、電源システム（例えば、ケーブルまたは受電デバイス）内のあらゆる障害を特定すること、電力動作モードを選択すること、またはそれらの任意の組み合わせを行い得る。前述のように、オートネゴシエーションは、低電圧起動中、またはパルス電力システムでのパルス間で実施され得る。１つ以上の制御システムまたは電力モジュール構成要素は、光モジュール２８に配置され得る。
【0053】
ロジックは、プロセッサ２２によって実行されるために、１つ以上の有形媒体にコード化され得る。例えば、プロセッサ２２は、メモリ２４などのコンピュータ可読媒体に格納されたコードを実行することができる。コンピュータ可読媒体は、例えば、電子媒体（例えば、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）、ＥＰＲＯＭ（消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ））、磁気媒体、光媒体（例えば、ＣＤ、ＤＶＤ）、電磁媒体、半導体技術の媒体、または他の任意の適切な媒体であってよい。一例では、コンピュータ可読媒体は、非一時的コンピュータ可読媒体を含む。ロジックを使用して、図４、図５、および図７のフローチャートに関して以下に説明する１つ以上の機能を実施できる。
【0054】
インターフェース２６は、データもしくは電力を受信するため、またはデータもしくは電力を他のデバイスに送信するための、任意の数のネットワークインターフェース（ラインカード、ポート、コネクタ）を含み得る。ネットワークインターフェースは、様々な異なる通信プロトコルを使用してデータを送信または受信するように構成され得、ネットワークインターフェースに結合された物理リンクを介してデータを通信するための、機械回路、電気回路、および信号回路を含み得る。例えば、ラインカードは、ポートプロセッサおよびポートプロセッサコントローラを含み得る。インターフェース２６は、１つ以上の光インターフェースおよび電気インターフェースを含み得る。システムが冷却用に構成されている場合、インターフェース２６はまた、流体ポートも含み得る。インターフェース２６のうちの１つ以上は、ＰｏＥ＋Ｆ＋Ｃ（パワーオーバーイーサネット＋ファイバ＋冷却）、ＰｏＥ＋Ｆ、ＰｏＥ、ＰｏＦ、高電圧パルス電力、多相パルス電力、または同様の動作のために構成され得る。
【0055】
光モジュール２８は、拡張安全電力システムの監視または制御に使用するための、ロジック、ファームウェア、ソフトウェアなどを含み得る。例えば、光モジュール２８は、電力検出、システム起動、同期、電力監視および制御、または電力の有効化／無効化に使用するための、ハードウェアまたはソフトウェアを備え得る。光モジュール２８は、プロセッサもしくはメモリ構成要素のうちの１つ以上、または電力およびデータを受信または供給するためのインターフェース２６をさらに備え得る。前述のように、１つ以上の実施形態では、電力は、電源２７によって光モジュールに供給され、光モジュール２８は、ネットワークデバイス２０の残りの構成要素に電力を提供する。
【0056】
図２に示す上述のネットワークデバイス２０は、単なる一例であり、ネットワークデバイスの異なる構成が使用されてもよいことが理解されるべきである。例えば、ネットワークデバイス２０は、本明細書に記載の機能を容易にするように動作可能なハードウェア、ソフトウェア、アルゴリズム、プロセッサ、デバイス、構成要素、または要素の任意の適切な組み合わせをさらに含んでもよい。
【0057】
図３は、一実施形態による、ネットワークデバイス３０での電力監視および電力制御、起動、同期、オートネゴシエーション、ならびに障害保護で使用するための構成要素を示すブロック図である。図３に示す構成要素のうちの１つ以上は、インターフェースモジュール１６に配置されるか、またはインターフェースモジュールの１つ以上の構成要素と通信することができる（図１および図３）。高電力およびデータの両方を搬送するケーブル１８が、図３のインターフェースモジュールに結合されたケーブルコネクタ３６とともに示されている。電力は電気インターフェース３７ａで受信され、データは光インターフェース３７ｂで送受信され、これらのインターフェースは両方とも光モジュール１６に配置され得る。コネクタ３６は、例えば、単一の物理的構成要素、または各機能のためのモジュール部品を備えた単一の構成要素を含み得る。
【0058】
ネットワークデバイス３０は、光データを受信し、それを電気信号に変換する（または電気信号を光データに変換する）ための光／電気構成要素３１と、電力検出モジュール３２ａ、３２ｂ、電力監視および制御モジュール３３、ならびに電力有効化／無効化モジュール３４を含む電力構成要素とを含む。ＰｏＥおよびパルス電力は、検出要素３２ａ、３２ｂと併せて説明されているが、ＡＣ、ＤＣ、およびＵＳＢを含む他の電力供給方式が同様の要素でサポートされ得ることが理解されるべきである。また、電力のタイプは、高電圧電力と低電圧電力に分けられ得る。電力構成要素は、光構成要素の動作への干渉を防ぐために、電源回路を光構成要素から電磁的に絶縁する絶縁構成要素（例えば、絶縁材料または要素）を介して、光構成要素３１から絶縁され得る。ネットワークデバイス３０は、パルス電力検出モジュール３２ａおよびＰｏＥ検出モジュール３２ｂとともに動作する、自動検出モジュール３５を含み得る。モジュール３５はまた、ネットワークデバイスの動作に基づきどの供給モードがより効率的であるかに基づいて、電力供給モード（例えば、ＰｏＥまたはパルス電力）を選択するように動作することができる。検出要素３２ａ、３２ｂ、自動検出モジュール３５、電力監視および制御モジュール３３、またはオートネゴシエーションモジュール３９のうちの１つ以上の機能は、電力モジュールに組み合わされ、インターフェースモジュール内で動作することができる。
【0059】
オートネゴシエーション／デジタルインターロックモジュール３９は、１つ以上の障害検出プロセス、オートネゴシエーションプロセス、またはデジタルインターロックプロセスを実施する際に使用され得る。以下で詳細に説明するように、オートネゴシエーションは、ＰＳＥとＰＤとの間の通信、および中央ネットワークデバイスのコントローラとリモートネットワークデバイスのコントローラとの間の相互作用を含むことができる。図１０Ａ～図１３Ｂに関して以下で説明するように、システムの初期化または試験中に１つ以上の回路を絶縁し、かつパルス電力を変調するために、ゲート制御／変調器４０が提供され得る。ネットワークデバイス３０は、以下で説明するように、デバイスの起動および試験中に使用されるブートストラップ／ハウスキーピング回路３８をさらに含んでもよい。ネットワークデバイス、ケーブル、または電源回路の動作状態（例えば、障害／障害なし）を提供するために、１つ以上の制御信号または監視情報が、データライン（例えば、光ファイバ）、または電力とデータ用ハイブリッドケーブル１８の電力ラインを介して送信され得る。
【0060】
図３に示す例では、各モジュール３２ａ、３２ｂは、それ自体の電力監視および制御モジュール３３、ならびに電力有効化／無効化モジュール３４と通信している。回路は、ネットワークデバイス３０に適用される電力のタイプを検出し、ＰｏＥまたはパルス電力がより効率的な電力供給方法であるかどうかを判断し、次いで、選択された電力供給モードを使用する。１つ以上の実施形態では、ＰｏＥまたは高電圧パルス電力は、同じケーブル１８を介して伝送することができる。
【0061】
ネットワークデバイス３０は、利用可能な電力を計算し、電力が供給されるべきでないときにケーブルシステムが通電されるのを防ぐように構成されている。電力監視および制御モジュール３３は、電力供給を継続的に監視して、システムが必要な電力供給をサポートでき、安全制限（例えば、電圧、電流）を超えないことを確実にする。電力監視および制御モジュール３３はまた、光信号を監視し、光遷移または電源との通信がない場合に、電力を無効化することもできる。電力監視および制御機能は、電圧および電流の流れを感知し、これらの読み取り値を中央制御機能に報告することができる。一実施形態では、ネットワークデバイス３０は、起動時または再起動時に少量の低電圧電力（例えば、１２Ｖ以下、２４Ｖ以下、６０Ｖ以下）を使用して、その電力およびデータ要件および状態を通信する。次いで、ネットワークデバイス３０は、障害が検出されないか、または安全状態が検出される場合、全電力動作（例えば、６０Ｖ超、３００Ｖ以上、５００Ｖ以上、１０００Ｖ以上）（例えば、高電力有効化／無効化モジュール３４）用に構成され得る。障害が検出された場合、ネットワークデバイスが、高電力を安全に適用できる低電力モードで通信するようになるまで、全電力動作は確立されない場合がある。オートネゴシエーションモジュール３９は、中央ネットワークデバイスの制御システムと通信して、安全な動作モードを選択し（例えば、高電圧電力を印加することが安全であると判断し）、回路の障害を特定し（例えば、ライン間またはライン－接地間の障害検出）、かつ起動時または通常の動作中の高電圧パルス電力間の試験中に障害が特定された場合は電力をシャットダウンする。以下で説明するように、電力は通信の有無にかかわらず供給され得る。
【0062】
図３に示すシステムは単なる一例であり、実施形態の範囲から逸脱することなく、構成要素が追加、削除、結合、または再配置され得ることが理解されるべきである。例えば、前述のように、ネットワークデバイスはまた、光インターフェース３７ｂおよび光構成要素３１なしで構成されてもよい。
【0063】
以下で説明するように、初期化プロセスは、低電圧（図４）または高電圧（図５）で実施され得る。高電圧初期化プロセスは、例えば、新しいＰＤの追加もしくはホットスワップＰＤの交換または電力初期化プロセスの簡素化のために使用され得るが、低電圧安全性初期化の代わりに高電圧安全性の別の層を提供する。図７は、起動時または他の任意の時点で、追加のケーブル長が追加されたかどうかを確認するために実施され得る、ケーブル静電容量と衝撃障害試験を示す。１つ以上の実施形態による、ケーブル静電容量および衝撃障害試験（図９Ａおよび図９Ｃ）、初期電源投入後の同期（図１０Ａ）、初期低電圧起動（図１１Ａ、図１１Ｃ、図１２Ａ、図１２Ｂ、および図１２Ｃ）、および初期の高電圧起動（図１３Ａ）の簡略化されたブロック図および回路が示されている。図４～図１４に示す本明細書に記載のプロセスおよび回路は、簡略化のために１つの相について示されており、これらのプロセスおよび回路は、図２０～図２２関して以下で説明するように、多相システムの相ごとに複製され得ることが理解されるべきである。
【0064】
以下で詳細に説明するように、ＰＤの初期化には、送受信機、ＰＤ変調器ゲート、およびマイクロコントローラ／ＤＳＰへの電力供給のためにＰＤ変調器スイッチをオフにした、初期ＰＤハウスキーピング電圧の電源投入が含まれ得る。ＰＤハウスキーピング電圧は、電力変換器の負荷動作をケーブル電圧波形と同期させることにより、ＰＳＥ変調器のオンタイム中に発生することがある。前述のように、初期化は、低電圧初期化または高電圧初期化を含み得る。１つの低電圧初期化の例では、高電圧（例えば、３８０ＶＤＣ）に切り替える前に、低電圧（例えば、２４ＶＤＣ）が印加され得る。これは、ＤＣハウスキーピングコンデンサに完全に電源投入して起動時間を短縮してから、高電圧パルス中にのみ電力を引き出すための長い初期オン時間期間を含み得る。高電圧初期化では、短時間の高電圧パルスを使用して、初期化中に高電圧保護を追加することができる。別の高電圧初期化の例では、ケーブル静電容量試験を含む安全性試験の必要に応じて、公称時間（通常の動作パルス幅）動作の高電圧パルスおよびデューティ／周波数が使用され得る。この高電圧初期化プロセスは、例えば、ＰＤホットスワップの交換、または高電圧パルス（ケーブルの高電圧パルス電力）を備えたケーブルへの新しいＰＤの追加のために使用することができる。
【0065】
１つ以上の実施形態では、ＰＳＥでの低電圧初期化は、低電圧パルス電力をＰＳＥからＰＤに伝送することと、安全性試験（例えば、安全ボディ衝撃保護試験、ケーブル静電容量試験）を実施することと、安全試験に合格すると、電源機器での高電圧パルス電力動作を有効化することと、を含む。低電圧初期化中、ＰＤは低電圧パルス電力の波形と同期する。例えば、ＰＤの変調器スイッチは、ＰＳＥの変調器スイッチと同期し得る。本明細書で使用する場合、「変調器スイッチ」という用語は、１つ以上の変調器スイッチ（例えば、共通制御を備えた１つ以上のスイッチ）、電力変調器、パルス変調器、パルス電力変調器、制御スイッチ、ゲート制御、絶縁スイッチ、または本明細書に記載の機能を実施するように動作可能な、同様の構成要素もしくは構成要素のグループを指し得る。同期は、高電圧パルス電力の動作中に継続し得る。
【0066】
１つ以上の実施形態では、ＰＤでの低電圧初期化は、ＰＤでＰＳＥから低電圧パルス電力を受信することと、受電デバイスを、電源機器から受信した低電圧パルス電力の波形と同期させることと、ＰＤを電源機器から受信した高電圧パルス電力で動作させることと、を含む。ＰＤでの初期化中、ＰＤでハウスキーピング回路に通電しているときに変調器スイッチは開いていることがある。次いで、ＰＳＥによって静電容量と安全性試験が実施されている間、変調器スイッチをオンにすることができる。
【0067】
本明細書で使用する場合、「同期する」という用語は、例えば、電圧波形を用いたＰＳＥおよびＰＤ変調器スイッチドライブまたは変調器スイッチのうちの１つの調整を介した、ＰＳＥおよびＰＤでのパルスの調整を指すことが理解されるべきである。同期は、ＰＳＥおよびＰＤでパルス（変調器スイッチ）を整列させるために使用され、これによりＰＳＥとＰＤとの間のパルス幅（変調器スイッチング）に差が生じることがある。例えば、図２３および図２４に関して以下で説明するように、同期により、ＰＳＥでのパルス幅よりもＰＤでのパルス幅が小さくなる場合がある。以下に説明するように、ＰＳＥとＰＤとの間のオフ／オン同期は、初期化中に実施され、例えば、ＰＳＥ安全性試験またはネットワーク内の変更（例えば、ケーブルの変更、新しいネットワークデバイスの追加）に基づいて更新され得る。
【0068】
図４は、一実施形態による、低電圧初期化プロセスの概要を示す。ステップ４１で、ＰＳＥ（例えば、図１のＰＳＥ１０）がオンになる。一例では、ＰＳＵ１１は、ダイオードを介してＰＳＥ変調器スイッチ入力に２４ＶＤＣを提供する（図１１Ａに示す）。低電圧がＰＳＥ変調器スイッチ入力に提供され、変調器スイッチは、起動デューティサイクルでスイッチングを開始し、それにより低電圧パルス電力（低電圧パルス）をＰＤに送信する（ステップ４２）。一例では、デューティサイクルは、１２ｍｓの周期（６６．７％のデューティサイクル）にわたり、８ｍｓ（ミリ秒）オン、４ｍｓオフで構成される。ステップ４３でＰＤが起動する。図１１Ａに関して以下で説明するように、ＰＤは１２／３．３Ｖのハウスキーピングおよびフローティングゲート電圧を使用できる。ＰＤ変調器スイッチは、ＰＤで受信したＰＳＥ電圧波形に基づいてＰＳＥ変調器スイッチと同期する（ステップ４５）。これにより、ＰＤとＰＳＥは、高電圧パルス電力が有効になる前に、変調器スイッチのタイミングについて合意することができる。ＰＤ送受信機およびＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）（図８（８５ｂ、８６ｂ）に示す）（またはＭＣＵ（マイクロコントローラ））が動作を開始し、ＰＤがＰＬＬ（フェーズロックループ）またはＤＬＬ（デジタルロックループ、遅延ロックループ）を開始して、ＰＤ変調器スイッチのオン／オフをＰＳＥ電圧波形と同期させる。同期の詳細は、図１０Ａおよび図１０Ｂに関して以下で説明する。一例では、ＰＤおよびＰＳＥは、ＰＤ変調器スイッチがオンになると通信を開始し（ステップ４４）、（ステップ４３の後、ＰＤがＰＬＬを開始し、ステップ４５で変調器を同期させる前に）変調を伴うオフ／オンになるまで通信する。別の例では、ＰＤおよびＰＳＥ送受信機は、ＰＤ／ＰＳＥ変調器のオン時間中（ＰＤがＰＬＬを開始し、ステップ４５で変調器を同期した後）に通信を開始する（ステップ４４）。変調器スイッチがオンであるということは、スイッチが閉じている（スイッチを介して電流が伝送される）ことを指し、変調器スイッチがオフであるということは、スイッチが開いている（スイッチを介して電流が伝送されない）ことを指すことが理解されるべきである。
【0069】
通信が利用可能な場合、ＰＤおよびＰＳＥは、任意選択で変調器スイッチのタイミングをオートネゴシエーション（変調器スイッチを同期）することができる（ステップ４６）。ＰＳＥは、静電容量試験（ステップ４７ａ）および安全性試験（ステップ４７ｂ）を実施する。静電容量試験（ステップ４７ａ）および安全性試験（ステップ４７ｂ）は、総称して「安全性試験」と呼ばれ得ることが理解されるべきである。静電容量試験の結果は、安全性試験の校正およびタイミングのために、ＰＳＥおよびＰＤの変調器パルスタイミングを調整するために使用され得る。例えば、静電容量試験の結果を使用して、最小オフ時間と高電圧暴露時間とを特定し、高電圧暴露時間を調整し、図７に関して以下で説明するように、安全性障害感知レベルを設定することができる。ＰＳＥは、この試験中に伝送ラインパラメータ（例えば、静電容量）も収集し得る。一例では、ＰＳＥは、ケーブル漏れ試験を実行して、ケーブル漏れが特定の抵抗値（例えば、１００ｋｏｈｍ）よりも大きいかどうかを確認する。通信が利用不可能な場合、静的タイミングパラメータが使用され得る。ケーブル静電容量および衝撃障害試験の追加の詳細は、図７のフローチャートならびに図９Ａおよび図９Ｃの回路に関して、以下で説明する。ＰＳＥ安全性試験に不合格の場合、自動再起動を、設定された回数（例えば、２回）試行することができる（ステップ４２～４７ｂ）。安全性試験に合格の場合、ＰＳＥは、高電圧動作を有効化する（ステップ４８）（例えば、３００ＶＤＣ以上）。低電圧起動無負荷レベル（例えば、約３６０ＶＤＣ）を超えるＰＤ入力電圧により、ＤＣ／ＤＣ負荷がオンになる。次いで、ＰＳＥおよびＰＤは、電圧および負荷電流の同期について合意し得、高電圧パルス電力動作は、ＰＳＥが高電圧パルス電力をＰＤに伝送することを継続する（ステップ４９）。追加の同期の詳細については、図１０Ａに示す回路に関して以下で説明する。
【0070】
図５は、一実施形態による、高電圧初期化プロセスの概要である。前述のように、高電圧初期化を使用して、例えば、上述の低電圧初期化手順を使用することなく、新たなＰＤの追加またはホットスワップ（ホットプラグイン）ＰＤ交換が行われ得る。また、高電圧初期化を使用して、低電圧初期化の代わりに高電圧安全性の別の層を提供しながら、電力初期化起動プロセスを簡素化し、コストおよび複雑さを軽減することもできる。１つ以上の実施形態では、初期化フェーズ（ＬＶまたはＨＶ）中に補助電力をＰＳＥに提供して、ＰＳＥ変調器スイッチの制御および同期、ならびにスイッチをオンにする必要がある通信を確立することができる。以下で説明するように、ケーブル静電容量および衝撃障害試験の後に、変調器スイッチの動作および通信（使用される場合）を確立するシーケンスが続き、次いで、高電力高電圧パルス幅の変調器スイッチが同期され得る。
【0071】
１つ以上の実施形態では、受電デバイスは、受電デバイスの変調器スイッチが開いた状態で電源機器から高電圧パルス電力を受信し、高電圧パルス電力のパルスがオンのときに受電デバイスで絶縁されたハウスキーピング電圧を結合し、受電デバイスでハウスキーピング回路を通電し、特定の数の高電圧パルスが受信された後、受電デバイスの変調器スイッチをオンにして、高電圧パルス電力を受電デバイスに供給する。
【0072】
ここで図５を参照して、ＰＤ負荷への高電圧オンパルス中に通信リンクを確立するための、初期ＰＤハウスキーピング電圧および第１のＰＤ変調器スイッチ操作について説明する。ステップ５０で、ＰＳＥは、ＰＤ変調器スイッチが開いた状態で、高電圧パルス電力をＰＤに伝送する。１つ以上の実施形態では、初期ＰＳＥ高電圧変調器は、ＰＤハウスキーピング電圧がなく、かつＰＤ変調器スイッチが開いている状態の安全性レベルを向上させるために、安全領域のより安全な部分（図６に関して以下に説明する）内に短いオンパルス（すなわち、通常の動作中に使用されるよりも短いパルス）を提供することができる。例えば、変調器スイッチが開いた状態でＰＤで受信される高電圧電力は、短いパルスオン時間（パルス幅）を含み得、変調器スイッチがオンになると、受信される高電圧パルス電力は、通常動作パルスオン時間（公称幅パルス）を含む。オートネゴシエーション中に高電圧パルスがオンになると、ケーブル電圧の充電に影響を与えることなく、絶縁されたハウスキーピング電圧がＰＤ側に結合される（ステップ５１）。ＰＳＥは、いくつかの高電圧パルスがＰＤ変調器スイッチを自動的にオンにするのを待つことができる（ステップ５２）。ＰＳＥは、ＰＤ変調器スイッチがオンになっているかどうかを確認する（ステップ５３）。一例では、ＰＳＥは、通信リンクを介した高電圧オンパルス負荷期間の終了時にオフになるように指示されるまで、約４０ミリ秒にわたって３つの高電圧パルスがＰＤ変調器スイッチを自動的にオンにするのを待つ。ＰＤ変調器スイッチがオンになると、通常の動作を続行する（ステップ５４）。オンでない場合、再起動が試行されるまで電力はシャットダウンする（ステップ５５）。
【0073】
図６は、電流の持続時間（ミリ秒）対ボディ電流（ｍＡ）を示すグラフ６０である。グラフは安全領域を示しており、安全領域では通常、人間による知覚や痛みはほとんどなく危険な影響はない。危険領域では、筋肉収縮や呼吸障害などの可逆的な影響、または人間への重大な影響があり得る。グラフ６０に示すように、高電圧初期化のパルス制限および最大暴露時間は、安全領域内で維持される。１つ以上の実施形態では、ＰＤ負荷要件を必要としない高電圧初期化起動期間中、負荷電力要件に影響を与えることなく、より短い高電圧パルスが可能である。例に示されているように、高電圧暴露期間の高電圧オン時間がより短くかつオフ時間検出時間がより短く、かつ衝撃エネルギーが少ないため、より高いレベルの衝撃保護の追加が可能である。
【0074】
図４に関して前述したように、ＰＳＥで高電圧パルス電力動作を有効にする前に、１つ以上の安全性試験が実施され得る。試験には、ケーブル静電容量試験を伴う安全ボディ衝撃保護試験、および試験に基づく校正調整が含まれ得る。一例では、後述のように、ＰＳＥの安全性試験／静電容量試験および分析を使用して、次の高電圧パルスのオートネゴシエーションのためのパルス間のデューティ／周期内の最短の高電圧暴露を、ほぼ線形のｄｖ／ｄｔ領域でＲＣ時間の最初の１０％（または他の適切なパーセンテージ）における特定の時間での既知の放電抵抗器のスイッチングによるケーブル電圧垂下の校正分析から得られた、安全ボディ電流の正確な静電容量試験および正確なケーブル電圧垂下閾値を用いて決定することができる。ケーブル静電容量をより速く正確に計算するために、１つもしくは２つの既知の抵抗を既知の時間、切り替えることができる。以下で説明する静電容量試験は、安全性試験レベルおよび時間について、初期化時またはパルスごとにのみ実施され得、これは、ケーブル静電容量の変化を実行中に識別する能力を追加し、かつより容易な同期およびタイミング分析のための大きなケーブル電圧ｄｖ／ｄｔ垂下レベルを提供する。
【0075】
図７は、ＰＳＥとＰＤとの間に介在するケーブルの静電容量試験のプロセスの概要である。ステップ７０で、既知の高電圧パルスが、オープンかつ無負荷のケーブル上でＰＳＥ変調器スイッチから伝送される。１つ以上の実施形態では、ケーブル静電容量電圧は、既知の放電抵抗負荷（例えば、１００ｋｏｈｍまたは他の適切な抵抗値）および放電のためのＲＣ時間（抵抗／静電容量回路の時定数）で変調されて、垂下の最初の１０％での電圧放電の時間を測定する（ステップ７１）。これは、図９Ｂに関して以下で説明するように、最初の０．１ＲＣ時間間隔でのＡｔ＝ＲＣのほぼ線形の関係である。この例では、３８０ＶＤＣの高電圧レベルで３．８ｍＡの最大ボディ電流保護のボディ衝撃保護の障害として使用される最大ボディ抵抗として、最大抵抗値１００Ｋｏｈｍが選択されている。この例ではまた、高電圧パルスおよび負荷電流がオフになった後のノイズのないクリーンな感知レベルのために、１０％の垂下電圧レベルも選択されている。高静電容量の長いケーブルを用いると、感知時間が最も長くなって、感知のオフ時間はより長く、かつ所定のデューティサイクル内の電力の高電圧のオン時間はより長くなる。この例では、最大ケーブル長は３００ｎＦの静電容量を有することができ、したがって、１００Ｋｏｈｍの試験抵抗を使用するとＲＣ時間の１０％までの時間はＳミリ秒になるため、最大オフ時間として、および６７％のデューティサイクルのＳミリ秒の高電圧オン時間での感知マージンとして、４ミリ秒を使用することができる。次いで、この例では、最悪の場合、高電圧電力または別の高電圧パルスをラッチオフするためのボディ障害を検出するための高電圧暴露時間は、１１～１２ミリ秒である。より低いボディ抵抗条件では、電流はより高くなることがあり、最大暴露時間は同じであることがある。この理由により、１０％の垂下に対してより短いオフ時間が選択され、より小さい静電容量およびより短いケーブル長により、より短いオフ時間と総暴露期間が得られる。他の方法を使用して、１０％よりも緩やかな垂下電圧（例えば、１～２％）を正確かつ確実に測定し、オフ時間および総暴露期間を大幅に短縮することができる。この値が、１００ｋｏｈｍの負荷がない場合のｄｖ／ｄｔと比較され、ケーブル全体にわたる追加の抵抗が決定され、障害があるかどうかが識別される（ステップ７２）。一例では、１００ｋｏｈｍ超は試験に合格であり、１００ｋｏｈｍ未満は障害があることを意味する。
【0076】
障害が識別されると、リセットされるまで障害モードに入る（ステップ７４）。試験に合格すると、ケーブル静電容量が計算され、１００ｋｏｈｍの負荷電圧閾値が、障害ｄｖ／ｄｔに設定されて、オートネゴシエーション高電圧パルスオフ時間中の追加の障害が抑制される（ステップ７５）。最大高電圧パルスオフ時間が、１００ｋｏｈｍ障害ｄｖ／ｄｔ電圧閾値に対して決定される（ステップ７６）。この値は、好ましくはマージン（例えば、ｄｖ／ｄｔ＝１０％の障害閾値に加えてさらに５％のマージン）を含む。望ましい電力、ケーブル損失、およびＲＭＳ（二乗平均平方根）電流のオン時間に対する望ましいデューティサイクルが決定される（ステップ７７）。
【0077】
上述のプロセスは、初期化（低電圧または高電圧の起動）でのみ実施することもでき、一定の間隔またはパルスごとに繰り返して、追加のケーブル長が追加されているかどうかを識別することもできる。ケーブル静電容量および衝撃障害試験は、以下で説明する多相システムの各相に対して実施され得る。上述の抵抗値、マージン、および放電時間は単なる例であり、実施形態の範囲から逸脱することなく他の値を使用できることが理解されるべきである。静電容量試験の追加の詳細は、図９Ａ～図９Ｄに関して以下で説明する。
【0078】
【0079】
ここで図８を参照すると、拡張安全電力システムの簡略化されたブロック図が示されている。ブロック図には、電源およびスマート制御を提供する電源機器８１用の回路と、ＰＯＮ（受動光ネットワーク）エンドポイントを含む受電デバイス８２用の回路が含まれる。ブロック８３内に示される構成要素は、単相を表し、以下で説明するように、多相システムの相ごとに複製され得る。変調器スイッチ８４ｂ、８４ｃ、８４ｄ、感知構成要素８９ａ、８９ｂ、および起動電源回路８７ｂは、ケーブルペア／相ごとに複製することができる。
【0080】
ＰＳＥ８１は、絶縁された高電圧源（例えば、３８０ＶＤＣ）と、ゲートを備えた変調器スイッチ８４ａとを含む。ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）８５ａ、８５ｂは、マイクロコントローラまたはＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）デジタル制御と、ソフトウェア／ファームウェアとを含み得る。ＰＳＥおよびＰＤのＴｘ／Ｒｘ８６ａ、８６ｂは、カップリングネットワークを備えた送受信機を表す。ＰＳＥハウスキーピング用に絶縁型電源８７ａが提供されている。絶縁型電源８７ｂは、低電圧初期化および試験用の２４ＶＤＣ入力例を備えたＰＤハウスキーピング用に提供されている。ＰＤ８２はまた、ＰＤ（高電圧パルス電力動作）例の出力からの６０～３８０ＶＤＣ入力で１２Ｖ／３．３Ｖハウスキーピング電圧を生成するための、ＤＣ／ＤＣ絶縁変換器８７ｃを含む。この例では、電流感知変圧器／ホール効果センサ（ＣＳ／ＣＴ）８８ａ、８８ｂがＰＳＥおよびＰＤに含まれている。安全性感知回路（Ｖｓｅｎｓｅ安全性）８９ａおよびＰＤ同期電圧センサ（Ｖｓｅｎｓｅ同期）８９ｂは、それぞれＰＳＥおよびＰＤに配置されている。図８に示すように、ＰＳＥには２つのＰＳＥ変調器スイッチ８４ｂ、８４ｃが含まれ、ＰＤには双方向スイッチとして示されている１つのＰＤ変調器スイッチ８４ｄが含まれて、高電圧パルス間のオートネゴシエーション安全性試験中のケーブル全体にわたるボディ抵抗のＲＣ時間に比例する、正確な電圧垂下感知のための高電圧パルスオフ時間中にケーブルペアを完全に絶縁する。スイッチは、例えば、前述のように、ＰＳＥとＰＤとの間で同期されるパルス電力変調を提供するためのソリッドステートスイッチまたは他の任意の適切なデバイスを含んでよい。
【0081】
図８に示す回路の一部分の動作の追加の詳細については、ケーブル静電容量試験（図９Ａおよび図９Ｃ）、同期（図１０Ａ）、低電圧初期化（図１１Ａおよび図１１Ｃ）、低電圧ハウスキーピング（図１２Ａ、図１２Ｂ、および図１２Ｃ）、ならびに高電圧初期化（図１３Ａ）に関して以下で説明する。
【0082】
図９Ａは、（図７のフローチャートに関して上述した）ケーブル静電容量および衝撃障害試験で使用するための回路９０の簡略化された表現である。この例では、ＰＳＥには、抵抗Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ、およびＲ３が含まれている。Ｒ３は、ｄｖ／ｄｔ電圧垂下からケーブル抵抗および静電容量を正確に計算するために、既知の時間にケーブル全体にわたって切り替えられる既知の校正抵抗である。ＰＤには、コンデンサＣｆ、インダクタＬＦ１およびＬＦ２、ならびにダイオードＤが含まれる。スイッチＳ１ａ、Ｓ１ｂ（ＰＳＥ変調器スイッチ）およびスイッチＳ２（試験スイッチ）はＰＳＥに配置されている。ＰＤには、スイッチＳ３（ＰＤ変調器スイッチ）が含まれる。静電容量Ｃｃａｂｌｅはケーブル静電容量を表し、インダクタンスＬｃａｂｌｅはケーブルインダクタンスを表し、抵抗Ｒｃａｂｌｅはケーブル抵抗を表す。図９Ａに示す簡略化された回路は単なる一例であり、実施形態の範囲から逸脱することなく、構成要素が追加、削除、または再配置され得ることが理解されるべきである。例えば、抵抗Ｒ１ａおよびＲ１ｂは、（図９Ａで見られるように）スイッチＳ１ａおよびＳ１ｂの右側に配置されてもよい。
【0083】
図９Ｂは、第１の実施形態による、図９Ａに示される回路における、ケーブル電流ｉｃ（ｔ）および電圧ｖｃ（ｔ）のＰＳＥ試験スイッチＳ２での１パルス、ならびにＰＳＥ試験スイッチＳ２ ｉｓ２（ｔ）およびＰＤスイッチＳ３ ｉｓ３（ｔ）での電流の経時的なタイミング波形を示し、ＰＳＥスイッチＳ１（図９ＡのＳ１ａおよびＳ１ｂ、図９ＢのＳ１として示される）、試験スイッチＳ２（図９ＢのＳ２）およびＰＤスイッチＳ３（図９ＢのＳ３）の状態の変化を伴う。波形図には、ＶｉｎおよびＩｃ＿ｐｅａｋも示されている。前述のように、ケーブル静電容量を決定するために既知の抵抗Ｒ３が切り替えられる。ＰＳＥ変調器スイッチＳ１が開いた後、ケーブルの電圧はｄｖｃ／ｄｔ（ｂ－ｃ）で表されるように低下し始め、これは、障害ボディ抵抗（Ｒｕｎｋｎｏｗｎ）の漏れによるケーブル垂下を表す。スイッチＳ２が閉じると、ｄｖｃ／ｄｔ（ｂ－ｃ）によって示されるように電圧は低下し続け、これは、Ｒ３に加えてケーブルの漏れまたはボディ抵抗（Ｒｕｎｋｎｏｗｎ）によるケーブル垂下を表す。次にスイッチＳ２が開き、ケーブル電圧の変化は、漏れまたは障害ボディ抵抗によるケーブルの垂下を表す（Ｒｕｎｋｎｏｗｎ）。
【0084】
スマートデジタルシステムを使用して、精度と信頼性を高め、オフ時間を最小限に抑えることができる。図７に関して前述したように、ＰＳＥ変調器は、開いた／無負荷のケーブルでパルスを伝送するためにオンに切り替えることができ、ケーブル静電容量電圧は、安全性衝撃保護のために最大ボディ抵抗の既知の試験抵抗器で変調できる。次に、ケーブルの抵抗および静電容量が１０％のＲＣ時定数内で試験され得、これは、初期電圧Ｖｏからの放電電圧ｄｖｃおよび実際の時定数Ｔがｅ（－ｔ／ＲＣ）からのものである、最初の０．１ＲＣ時間にほぼ線形の関係
にある。次に、未知の漏れ抵抗を有するｄｖ／ｄｔが、既知の試験抵抗が追加されたｄｖ／ｄｔと比較され得る。
【数1】
にある。次に、未知の漏れ抵抗を有するｄｖ／ｄｔが、既知の試験抵抗が追加されたｄｖ／ｄｔと比較され得る。
【0085】
図９Ｃおよび図９Ｄは、初期のケーブル安全性および静電容量の試験を実施する際に使用する別の例を示す。図９Ｃは、概して９１で示される、回路のブロック図である。ＰＳＥには、変調器スイッチＳ１ａ、Ｓ１ｂ（図９Ｄでは総称してＳ１と呼ぶ）、ならびに試験スイッチＳ２（図９ＤのＳ２）および並列のＳ４（図９ＤのＳ４）が含まれる。ＰＤには、スイッチＳ３（図９ＤのＳ３）が含まれる。図９Ｃに関して上述したのと同様に、図９Ｄは、ケーブル電流ｉｃ（ｔ）および電圧ｖｃ（ｔ）、ならびに図９Ｂに示す回路のＰＳＥスイッチＳ１、試験スイッチＳ２およびＳ４、ならびにＰＤスイッチＳ３の状態の変化に伴う、経時的なＰＤスイッチＳ３での電流ｉｓ３（ｔ）のタイミング波形図を示す。また、試験スイッチの電流ｉＳ２（ｔ）およびｉＳ２（ｔ）＋ｉｓ４（ｔ）も示されている。この例では、２つの既知のスイッチ抵抗（Ｒ２、Ｒ４）が、より高速で、より正確な測定のために、信号対ノイズ比の測定により大きなｄｖ／ｄｔ電圧ステップを備えた別の校正済みの方法を提供し、より高いレベルの安全性のために、オフ時間のデューティサイクルおよび高電圧の衝撃暴露期間の短縮を可能にする。２つの既知の抵抗ステップを用いて、ｄｖ／ｄｔの差を使用して、未知の抵抗およびパルス間のケーブル静電容量を計算できる。Ｓ２およびＳ４ゲートは、高電圧オフ時間イベントの検出を高速化するために初期ｄｖ／ｄｔ勾配を高速化するために、後ではなく、最初に一緒に動作し得る。
【0086】
図９Ａおよび図９Ｃに示される回路、図９Ｂおよび図９Ｄに示される波形図、ならびに上述の試験計算は単なる例であり、他の回路（例えば、スイッチ、抵抗器などの組み合わせ）を使用してケーブルの安全性および静電容量が試験され得ることが理解されるべきである。
【0087】
図４のステップ４５および４６に関して前述したように、ＰＤは、ケーブル電圧波形の初期化を使用してＰＳＥとの同期を実施する。このプロセスは、オフ／オン同期を制御するための通信のためにＰＤ変調器スイッチがオンになることから開始することができる。次に、ＰＤは、オフ／オン同期を制御するために、ＰＤ変調器スイッチのＰＬＬ（またはＤＬＬ）制御を発生させることができる。ＰＤは、ＰＳＥ変調器のデフォルトのオン時間内のデフォルト期間の間、ＰＤ変調器スイッチを最初にオンにすることができる。変調器スイッチのタイミングは、ＰＳＥの安全性／静電容量試験および分析に基づいて行われた変更に従って修正することができる。１つ以上の実施形態では、同期は、図２３および図２４に関して以下で説明するように、高電圧オフ期間中のケーブル電圧垂下安全性試験でのケーブル電圧リンギングを最小限に抑えるために、ＰＳＥ変調器高電圧スイッチオン後の時間遅延ＰＤ変調器スイッチオン負荷、およびＰＳＥ変調器高電圧スイッチオフ前のＰＤ変調器スイッチオフ不負荷 を含み得る。
【0088】
図１０Ａは、最初の電源投入後に使用するための簡略化された同期制御回路１００を示す。高電圧制御が、ゲート制御１０１および高電圧スイッチ１０２で提供される。ＰＳＥ変調器スイッチ（スイッチ１およびスイッチ２）１０３は、ＰＳＥゲート制御１０４に結合されている。図８に関して前述したように、ＰＤは、ＰＤゲート制御１０７およびＶｓｅｎｓｅ同期１０６に結合されたＰＤ変調器スイッチ１０９を含む。ＰＤエンドポイントの負荷は１０８で示されている。図４のフローチャートに関して前述したように、ＰＤ変調器の制御は、最初の電源投入後のパルス－パルスオフ／オンコマンド通信で実施され得（ステップ４４→４５）、またはＰＤ変調器制御は、通信なしでＰＬＬ同期を用いて実行され得（ステップ４５→４４）、またはＰＤ変調器制御は、通信なしでＰＤＥとＰＤとの間で既知のデフォルトのタイミングで実施され得る（ステップ４５→４４）。同期方法の３つの異なる例を、図１０Ａに示す回路に関して以下で説明する。
【0089】
図１０Ｂは、Ｖｃｃａｂｌｅを、スイッチ遷移（ＰＳＥゲート（スイッチ１０３）、ＰＤゲート（スイッチ１０９））およびＰＬＬ同期（Ｖｓｅｎｓｎｅ同期１０６）とともに示している。図１０Ａに示すように、電圧ＶＣｃａｂｌｅはケーブルで測定される。ＰＬＬ（またはＤＬＬ）同期は、Ｖｓｅｎｓｅ同期回路１０６での電流を示す。
【0090】
第１の例では、ＰＤ変調器制御は、最初の電源投入後にパルス－パルスオフ／オンコマンド通信を用いて提供される。ＰＳＥ変調器制御１０４は、パルスなしで低電圧（例えば、２４Ｖ）でオンになる。ＰＤ変調器制御１０７は、ハウスキーピング電力以外の負荷なしでオフになるように指示されるまで、オンである。次いで、ＰＳＥとＰＤとの間に通信リンクが確立される。ＰＳＥ変調器１０３は、確立されたオン時間およびオフ時間のデューティサイクルおよび周波数でパルスを開始する。ＰＳＥは、変調器オン時間のデータストリーム期間の終了時にコマンドを送信して、ＰＤ変調器をＸミリ秒オフにしてから、再びオンにする。Ｏｆｆ－ｔｉｍｅコマンドが、データストリームの早い段階で送信され、パルスごとに変更され、その後、最後に送信されるワードは、特定の時間のｔｕｒｎ－ｏｆｆ－ｎｏｗコマンドであり得る（いくらかのターンオフ遅延があることを認識している）。
【0091】
第２の同期方法は、通信なしでＰＤ変調器制御およびＰＤＤ同期を提供する。Ｖｓｅｎｓｅ同期回路１０６は、ケーブル抵抗（すなわち、中間点接地抵抗および感知回路）によってＰＳＥゲートスイッチ１０２がオフのときに、ケーブル静電容量（Ｃｃａｂｌｅ）電圧波形垂下（ＶＣｃａｂｌｅ）を感知する。Ｖｓｅｎｓｅ回路１０６は、ＰＳＥゲートのスイッチがオンの状態で垂下した後、ＶＣｃａｂｌｅの正の遷移からパルスを発生させる（図１０Ｂ）。ＶｓｅｎｓｅパルスはＰＬＬに入力され、電圧制御発振器（ＶＣＯ）同期パルスを発生させる。ＰＬＬ ＶＣＯパルスは、ＰＤゲート変調器制御用のパルス整形を発生させ、これは、所望に応じてＰＳＥゲートスイッチ制御１０４と同期する。ＰＳＥゲートスイッチがオフの場合の電圧波形垂下（ＶＣｃａｂｌｅ）を図１０Ｂに示す。前述のように、ＶＣｃａｂｌｅは、垂下後にＰＳＥゲート１０４のスイッチがオンになると、正に遷移する。
【0092】
第３の同期方法は、ＰＳＥとＰＤ変調器との間に、事前に確立されたデフォルトのオン時間を提供する。１つ以上の実施形態は、ワンショット単安定マルチバイブレータ（ＭＶ）のデフォルトのパルス幅およびデフォルトの遅延時間を利用して、ＰＳＥ変調器パルスオン時間の開始時にケーブルコンデンサ電圧波形の急上昇ｄｖ／ｄｔからトリガされるＰＳＥデフォルト変調器オン時間と同期する。この回路は、例えば、微分器回路、バイアス平均トリガ閾値回路、およびオペアンプを含み得る。回路は、調整可能な遅延オン１０５ａ（例えば、デフォルトで１００μｓ）および調整可能なワンショットマルチバイブレータ１０５ｂ（例えば、デフォルトで７．８ｎｓ）をさらに含むことができる。この例では、ＰＤ変調器制御には、通信中の次のパルスのオン時間コマンドが更新されるまでパルス－パルスのデフォルトのオン時間が提供される。ＰＳＥ変調器は、最初に、デフォルトのオン時間デューティサイクル（例えば、８ミリ秒）および周期（例えば、１２ミリ秒）をパルスして、電圧波形垂下（Ｖｃｃａｂｌｅ）を伴う位相／ペアをＰＤ Ｖｓｅｎｓｅ同期回路１０６にケーブル接続する。Ｖｓｅｎｓｅ同期回路１０６は、デフォルトのオン時間デューティサイクルを備えたＰＤ変調器スイッチ制御に望ましい遅延パルス幅で、Ｖｃｃａｂｌｅの正の遷移をトリガする。オン時間デューティサイクル中、データ通信は、必要に応じて同期遅延時間、パルス幅、および周期を更新もしくは修正して、次のパルス周期ごとにＰＤ変調器のオン時間デューティサイクルと同期することができる。その後、上記のステップが繰り返され得る。これにより、オン／オフ時間、デューティサイクル、およびＰＳＥからの周波数の実行中の同期変更にパルス－パルス変更が提供され、相／ペアごとにＰＤの同期が維持される。このシーケンスはまた、ＰＤ変調器スイッチがオンになる前にＰＳＥ変調器電圧がオンファーストになり、次いでノイズ過渡軽減のためＰＳＥ変調器電圧スイッチがオフになる前にオフファーストになることを確実にする。
【0093】
図１１Ａは、簡略化されたＰＤ初期低電圧起動回路１１０を示すブロック図である。図４のフローチャートに関して上述したように、ＰＤハウスキーピング電力のための低電圧（例えば、２４Ｖ）起動シーケンスは、ＰＤ変調器制御または通信の前に実施され得る。図１０Ａに関して前述したように、高電圧制御は、ゲート制御１１１および高電圧スイッチ１１２で提供される。ＰＳＥ変調器スイッチ（スイッチ１およびスイッチ２）１１３は、ＰＳＥゲート制御１１４に結合されている。ＰＤは、ＰＤゲート制御１１７およびＶｓｅｎｓｅ同期１１６に結合されたＰＤ変調器スイッチ１１３を含む。ＰＤエンドポイント負荷は１１８で示されている。図１１Ａに示す回路には、ＤＣ／ＤＣハウスキーピング回路１２０（例えば、２４Ｖ～１２／３．３Ｖ変圧器）（ローカルエネルギー貯蔵とも呼ばれる）が含まれている。ＰＳＥ変調器スイッチ１１９は、ケーブルおよびＰＤ ＤＣ／ＤＣハウスキーピング回路１２０への初期起動電力のために、一定時間（例えば、１００ミリ秒）、低電圧（例えば、２４Ｖ）オン時間を提供することができる。ＰＤ ＤＣ／ＤＣハウスキーピング回路１２０は、起動し、ＰＳＥ変調器スイッチ１１３の一定時間、動作する。次いで、ＰＳＥ変調器１１３は、確立されたオン時間およびオフ時間のデューティサイクルならびに周波数で、低電圧のパルスを開始する（図１１ＢのＰＳＥゲート電流に示すように）。
【0094】
Ｖｓｅｎｓｅ回路１１６は、ＰＳＥゲートがスイッチオンになることによる電圧垂下の後にＶＣｃａｂｌｅの正の遷移から有効化パルス幅を発生させて、ハウスキーピング電力の継続のためにＤＣ／ＤＣハウスキーピング変換器１２０を動作させる（図１１Ａおよび図１１Ｂ）。２４Ｖ ＤＣ／ＤＣ変換器は、ＰＤ回路にハウスキーピング電力を提供し、ＰＤ変調器スイッチ１１９および通信を開始してから、次いでケーブルへの３８０ＶＤＣ高電圧変調器の切り替えを可能にする。ＯＶＰ（過電圧保護）回路は、高電圧がオンになると、約２７ＶＤＣを超えるＤＣ／ＤＣ変換器を無効にする。ＰＤは、ハウスキーピング用の３８０Ｖ高電圧ＤＣ／ＤＣ変換器（図８の８７ｃ）を含み得、これは、２４Ｖ ＤＣ／ＤＣ変換器１２０からハウスキーピング電力を引き継ぐ。
【0095】
図１１Ｂは、ＰＳＥゲート制御１１４がオフの（変調器スイッチ１１３が開いている）状態の電圧波形、垂下（ＶＣｃａｂｌｅ）（ＰＳＥの開始時にケーブルで測定）を示す。ＰＳＥゲートトレースは、ＰＳＥスイッチ１１３の変調を示す。ＤＣ／ＤＣ電力は、ＤＣ／ＤＣハウスキーピング回路１２０で測定される。前述のように、ＶＣｃａｂｌｅは、垂下後にＰＳＥゲート１１４がスイッチオンになると、正に遷移する。Ｖｓｅｎｓｅ回路１１６は、ＰＳＥゲートがスイッチオンになると、電圧垂下の後、ＶＣｃａｂｌｅの正の遷移から有効化パルス幅を発生させて、ハウスキーピング電力の継続のためにＤＣ／ＤＣハウスキーピング変換器１２０を動作させる。
【0096】
図１１Ｃは、低電圧起動で使用するための簡略化された回路設計である。２つのツイストペアが示され、ペアごとにＰＳＥ変調器スイッチ１１３およびＰＤ変調器スイッチ１１９が示されている。イネーブルスイッチ１１２は、高電圧動作（例えば、３８０ＶＤＣ、３００Ｖ超、２００ＶＤＣ超）のために閉じられている。一例では、低電圧動作は、５６Ｖ以下（例えば、２４Ｖ）であり得る。ＰＳＥは、低電圧ケーブル静電容量および障害試験回路１１５を含む。１つ以上の実施形態では、ＰＤでの低電圧電源投入回路は、約２７Ｖを超える０Ｖ遮断で（２４Ｖの低電圧動作で）構成され、絶縁回路なしでホットスワップを可能にする。代替の起動電力が、初期電源投入のためにＰＤの電池で提供される場合がある。ＰＤは、前述のように、各電線ペアに低電圧ＤＣ／ＤＣ変換器１２０を含む。低電圧ハウスキーピング回路の詳細は、図１２Ａおよび図１２Ｂに関して以下で説明する。
【0097】
図１２Ａは、低電圧ハウスキーピング電源回路１２１の例を示すブロック図である。回路１２１は、（１２５からの）入力イネーブル１、（１２６からの）イネーブル２、およびＰＤハウスキーピング（２４／１２Ｖ ＤＣ／ＤＣ変換器１２３）からのディセーブルを備えるゲートバイアスおよび制御回路１２２と、スイッチ１２４（図１１Ａおよび図１１Ｃに関して上述）とを含む。図１１Ａおよび図１１Ｃに示すように、ハウスキーピング回路は、ケーブルペアから電力を受信し、ＰＤ変調器スイッチ１１９に電力を提供する。変換器１２３は、ＰＤ回路にハウスキーピング電力を提供し、ＰＤ変調器スイッチおよび通信を開始し、次に高電圧変調器の切り替えを可能にする。
【0098】
図１２Ｂは、簡略化された低電圧起動ハウスキーピング電源回路１２７を示す。この回路は、ケーブルペアのＰＤ端に低電圧ＤＣ／ＤＣセルフ起動ハウスキーピング電力を提供し、高電圧ＭＯＳＦＥＴスイッチＭ１で遮断する過電圧保護を備えている。一例では、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、およびＲ６は、各々１または２Ｍｏｈｍ（メガオーム）の抵抗器を含み得る。ダイオードＤ１およびスイッチＱ１は、例えば、２７Ｖを超える過電圧保護を提供し得る。一例では、コンデンサＣ１の定格は１００μＦである。
【0099】
５Ｗの長いケーブル抵抗電圧降下の場合、起動時の低電圧が２４Ｖから５６ＶＤＣに増加し得ることが分かり得る。１つ以上の実施形態では、低電圧は５６Ｖ以下であり得、高電圧電力（ＰＳＥでのパワーオンパルス時）と低電圧電力との間の差は、２００Ｖより大きくなり得る（例えば、約３２４Ｖ、約３６８Ｖ）。これらの電圧レベルは単なる例であり、他のレベルが使用され得ることが理解されるべきである。低電圧は、低電圧起動中（例えば、初期化や同期）の安全性の問題を防ぐように定格が定められていることが好ましく、高電圧は、オフパルス間隔中に安全性確認を提供しながら、受電デバイスに給電するのに十分な電力を提供するように定格が定められていることが好ましい。以下で説明するように、高電圧電力レベルは、パルスが相間で互いにオフセットされている多相電力システムの相数に基づくことができる。
【0100】
図１２Ｃは、図１２Ｂに示される回路１２７に対応する回路１２８のブロック図を示す。この例では、回路には、ハウスキーピング電力用の２８Ｖゲートイネーブル、ゲートバイアス、およびＤＣ／ＤＣ変換器（例えば、１６Ｖ／５Ｗ）が含まれている。
【0101】
図１３Ａ～図１３Ｂは、一実施形態による高電圧起動を示す。図５に関して上述したように、高電圧起動を高電圧初期化起動として使用して、安全性保護を追加するための短い高電圧オンパルス、または低電圧初期化プロセスを必要とすることなくＰＤをホットスワップする通常の高電圧パルスを備えることができる。高電圧初期化は、ショートオンパルスを使用して（図６に関して上述した安全領域内で）安全な動作を提供する。
【0102】
まず図１３Ａを参照すると、一実施形態による、簡略化された初期の高電圧起動回路１３０を示すブロック図が示されている。高電圧制御が、ゲート制御１３１および高電圧スイッチ１３２で提供される。ＰＳＥ変調器スイッチ（スイッチ１およびスイッチ２）１３３は、ＰＳＥゲート制御１３４に結合されている。前述のように、ＰＤは、ＰＤゲート制御１３７に結合されたＰＤ変調器スイッチ１３９、およびＶｓｅｎｓｅ同期回路１３６を含む。ＰＤエンドポイントの負荷は１３８で示されている。図１３Ａに示される回路１３０は、図１１Ａの低電圧ハウスキーピング回路１２０の代わりに、高電圧ＤＣ／ＤＣハウスキーピング回路１４０（例えば、３８０Ｖから１２／３．３ＶへのＤＣ／ＤＣ変換器）を含む。一例では、以下で説明するように、ＰＳＥ変調器スイッチの高電圧オン時間中に高電圧がＳミリ秒未満でパルスオンされて、次の高電圧相までのホールドアップ時間で出力を最小出力ハウスキーピング電圧に充電する。
【0103】
ＰＳＥ変調器スイッチ１３３は、確立されたオン時間（例えば、８ミリ秒）およびオフ時間（例えば、４ミリ秒）のデューティサイクルならびに周波数で高電圧のパルスを開始する。ＰＤのＤＣ／ＤＣ初期起動回路１４０は、一定の動作時間（例えば、６～８ミリ秒）の第１の高電圧オン時間サイクルで通電される。Ｖｓｅｎｓｅ回路１３６は、ＰＳＥゲートがスイッチオンになったとき、電圧垂下後、ＶＣｃａｂｌｅの正の遷移から有効化パルス幅（例えば、６ミリ秒）を発生させ、ハウスキーピング電力を継続するためにＤＣ／ＤＣハウスキーピング変換器１４０を動作させる（図１３Ａおよび図１３Ｂ）。高電圧ＤＣ／ＤＣ変換器１３８は、ＰＤ回路にハウスキーピング電力を提供し、ＰＤ変調器および通信を開始し、次いで、ケーブルへの高電圧変調器の切り替えを可能にする。
【0104】
図１３Ｂは、ＰＳＥゲート制御１３４がオフ（変調器スイッチ１３３が開いている）状態の電圧波形垂下（ＶＣｃａｂｌｅ）（ＰＳＥの開始時にケーブルで測定）を示す。ＰＳＥゲートトレースは、ＰＳＥスイッチ１３３の変調を示す。ＤＣ／ＤＣ電力は、ＤＣ／ＤＣハウスキーピング回路１４０で測定される。前述のように、ＶＣｃａｂｌｅは、垂下後にＰＳＥゲート１３４がスイッチオンになると、正に遷移する。Ｖｓｅｎｓｅ回路１３６は、ＰＳＥゲートがスイッチオンになると、電圧垂下の後、ＶＣｃａｂｌｅの正の遷移から有効化パルス幅を発生させて、ハウスキーピング電力の継続のためにＤＣ／ＤＣハウスキーピング変換器１４０を動作させる。
【0105】
図１４は、安全性のためにＰＳＥに含まれるクローバー／短絡リレー１５０を備えたＰＳＥ１４１およびＰＤ１４２の簡略化された回路を示す、システム１４０のブロック図である。図８に関して前述したように、ブロック１４３内に示される構成要素は、単相を表し、多相システムの相ごとに複製され得る。ＰＳＥ１４１は、絶縁された高電圧源（例えば、３８０ＶＤＣ）と、スイッチ１４４ａおよびゲートとを含む。ＰＳＥおよびＰＤのＴｘ／Ｒｘ１４６ａ、１４６ｂは、カップリングネットワークを備えた送受信機を表す。ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）１４５ａ、１４５ｂは、マイクロコントローラまたはＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）デジタル制御、およびソフトウェア／ファームウェアであり得る。ＰＳＥハウスキーピング用に絶縁型電源１４７ａが提供されている。絶縁型電源１４７ｂは、低電圧初期化および試験用の２４ＶＤＣ入力を備えたＰＤハウスキーピング用に提供されている。ＰＤ ＤＣ／ＤＣ絶縁変換器１４７ｃは、Ｖｏｕｔ用および２８０～３８０ＶＤＣ入力の１２／３．３Ｖハウスキーピング用に提供されている。電流感知変圧器／ホール効果センサ（ＣＳ／ＣＴ）１４８ａ、１４８ｂがＰＳＥとＰＤに配置されている。安全性感知回路（Ｖｓｅｎｓｅ安全性）１４９ａおよびＰＤ同期電圧センサ（Ｖｓｅｎｓｅ同期）１４９ｂは、それぞれＰＳＥおよびＰＤに配置されている。前述のように、ＰＳＥは、ＰＳＥ変調器スイッチ１４４ｂ、１４４ｃを含み、ＰＤは、ＰＤ変調器スイッチ１４４ｄを含む。
【0106】
図１４に示す例では、高電圧の安全性を高めるために、短絡スイッチ（安全クローバー）１５０がＰＳＥ１４１に設置されている。短絡スイッチ１５０は、例えば、ケーブル電圧充電エネルギーを放電するためにボディ衝撃障害で通電されるソリッドステートデバイス（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）を含むことができる。高電圧リレーも使用され得る。短絡スイッチ１５０は、機器の設置または保守の際に保守要員によって、高電圧ロックアウトとして手動で（例えば、ＰＳＥのボタンで）通電することができる。短絡スイッチは、例えば、切断されたときにケーブルコネクタの安全インターロックで通電されてもよい。
【0107】
図８、図９Ａ、図９Ｃ、図１０Ａ、図１１Ａ、図１１Ｃ、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１３Ａ、および図１４に示される回路およびブロック図は単なる例であり、他の配置構成または構成要素の組み合わせ（例えば、抵抗器、コンデンサ、ダイオード、インダクタ、スイッチ、ゲート、絶縁電源、変圧器（変換器）、または感知回路）、パルスタイミング、または電圧レベルもしくは電力レベルは、実施形態の範囲から逸脱することなく使用され得ることが理解されるべきである。例えば、低電圧パルス電力は、２４Ｖ以上、５６Ｖ以下で伝送される電力のパルス（すなわち、パルスオン）を含み得、高電圧パルス電力は、２００Ｖ以上、３８０Ｖ以上、または他の任意の適切なレベルで伝送される電力のパルスを含み得る。１つ以上の実施形態では、低電圧電力と高電圧電力との差は、少なくとも１７０Ｖである。
【0108】
図１５～図１９は、データファイバペアを備えた銅線ペアで電力を供給するための拡張安全電力（ＥＳＰ）システムの簡略化された例を示す。前述および後述のように、拡張された安全な電力は、データ配信のために１本以上の光ファイバを用いて複合ケーブル上で配信され得る。図１５は、ＰＳＥとＰＤとの間に延在し、２本のツイストペアおよび光ファイバを搬送するケーブルを示す簡略化されたブロック図である。図１６は、単一のツイストペアに対するＰＳＥおよびＰＤでの追加の機能構成要素を示すブロック図である。図１７は、複数の低電力ＰＤエンドポイント負荷へのＥＳＰのマルチポイント分配を示すブロック図である。図１８および図１９は、ＰＳＥおよびＰＤの入力および出力での、電力レベルおよび電圧レベルの例を示す簡略化されたブロック図を示す。
【0109】
ここで図１５を参照すると、電力およびデータ用の複合ケーブル（例えば、パワーオーバーファイバ（ＰｏＦ）ケーブル）１５４を介して、負荷１５３に電力を提供するＰＤ１５２と通信するＰＳＥ１５０を含む、データおよび電力供給システムの簡略化された例が示されている。この例では、ケーブル１５４は、２本の光ファイバ１５５（例えば、２ファイバシングルモード）および２本のツイストペア１５６（例えば、銅線）を含む。１５７で示される制御データは、光ファイバ１５５もしくは銅線（ツイストペア）１５６、または別個の伝送ラインを介して供給され得る。制御データには、例えば、絶縁スイッチ同期制御データ、変調器スイッチ制御データ、双方向制御データ、または他のＰＳＥ／ＰＤ同期データが含まれ得る。双方向通信データはまた、光ファイバ１５５または電線１５６を介して送信され得る。一例では、１０ＭＢの通信は、パルス上の高電圧の間に（例えば、高電圧データリンク上で）、銅線ペアを介して提供される。入力電力（例えば、ＡＣ、ＨＶＡＣ、ＨＶＤＣ、ラインカード４８～５６ＶＤＣ）は、ＰＳＥ１５０で提供され得る。ケーブル１５４は、異なるケーブル長にわたってデータおよび高電圧パルス電力を供給するための、任意の数の光ファイバおよび電線もしくは電線ペアを含むことができる。
【0110】
１つ以上の実施形態では、ＰｏＥまたは高電圧電力（例えば、ＥＳＰ、パルス電力、多相パルス電力）は、同じケーブルおよびコネクタを介して供給され得る。ＰＳＥ１５０およびＰＤ１５２の機能に応じて、ＰＤは１つ以上の異なるモードで動作し得る。ＰＳＥ１５０とＰＤ１５２とに互換性がない場合（すなわち、一方がＰｏＥ専用に構成され、もう一方がＥＳＰ専用に構成されている場合）、回路には電力が供給されない。ＰＳＥ１５０およびＰＤ１５２の両方がＥＳＰ動作可能である場合、ＰＳＥは高電圧パルス電力を供給し、ＰＤは高電圧パルス電力を使用して動作する。別の例では、ＰＳＥ、ＰＤ、またはＰＤとＰＳＥの両方が、最も効率的な供給モードに基づいて、（例えば、ＰＤとＰＳＥとの間のオートネゴシエーションを使用して）動作モードを選択することができる。
【0111】
図１６は、一実施形態による、図１５に示すツイストペアのうちの１本の追加の詳細を示す。ＰｏＦ（パワーオーバーファイバ）ケーブルが、ＰＳＥ１６０とＰＤ１６２の間に延在している。この例では、ＰＤ１６２は５６ＶＤＣ負荷１６９（例えば、ＰｏＥ、ＰＯＮエンドポイント、アクセスポイント、スイッチ）に電力を供給する。図１６に示す簡略化された例では、ケーブルに、２本の光ファイバおよび１本のツイストペアが含まれている。前述のように、ケーブルは、任意の数の電線ペア（例えば、Ｎ本のツイストペア）を備えることができる。この例では、システムは衝撃保護のために高抵抗の中点接地を提供する。一例では、中点接地は、ライン－接地間電圧を低下させる（例えば、２７５Ｖライン－接地間、５５０Ｖライン－接地間、１９０Ｖライン－接地間、３８０Ｖライン－接地間）。１つ以上の実施形態では、各伝送ペアの給電および戻りの両方が切り替えられて、効果的な制御を実装し、ライン－接地間障害検出は１０～１００μｓである。前述のように、ケーブル感知はＰＳＥ１６０で提供され得る。システムは、上述のように、高電圧パルスオフ時間でのオートネゴシエーション中のケーブル障害状態に対して、ライン－接地間（ＧＦＩ（地絡遮断器））衝撃保護およびライン間衝撃保護を提供することができる。１つ以上の実施形態は、ケーブルへの任意の高電圧経路に単一障害点および冗長性を提供する。１つ以上の実施形態では、システムは、前述のように、初期起動状態およびデフォルト状態に１２～５６ＶＤＣ低電圧を使用して、高電圧動作を有効化する前にデータリンクおよび安全性インターロックを確立することができる。一例では、送受信機１６８に示されるように、パルス上の高電圧の間にツイストペアを介して１０ＭＢの通信が提供される。
【0112】
図１７は、複数の低電力エンドポイント負荷（例えば、５Ｇ無線セットまたは他のデバイス）へのＥＳＰマルチポイント分配の例を示す。ＰＳＥソース１７０は、ファイバおよび電線を含むＰｏＦケーブルアセンブリ１７４を介して、複数のＰＤ１７２に高電力およびデータを供給する。１つ以上の実施形態では、多相パルス電力は、ケーブル１７４上で少なくとも２００Ｖの電圧で供給される。一例では、１～２ｋＷの電力が、５５０ＶＤＣパルス電力で１～１０ｋｍを超えるデータファイバペアを備えた銅線ペアに提供される。前述のように、パルス電力は任意の数の相を含むことができる。上記のように、システムは、初期起動状態およびデフォルト状態に２４ＶＤＣまたは５６ＶＤＣの低電圧を使用して、高電圧動作を有効化する前にデータリンクと安全性インターロックを確立することができる。図１７に示す例では、５５０ＶＤＣパルス電力は、例えば、５Ｇ無線セットなどの複数の低電力ＰＤ ＰＯＮエンドポイント負荷に分配され得る。一例では、システムは、１～１０ｋｍを超えるデータファイバペアを備えた銅線ペアで１～２ｋＷの電力を提供し、３８０／５５０ＶＤＣの拡張安全電力を７０％超の効率で提供する。デイジーチェーントポロジ（本明細書では、マルチ／ドロップデイジーチェーンのハイブリッド型のトポロジとも呼ばれる）におけるＰＳＥ１７０から複数の下流ＰＤ１７２への電力の伝送については、図２９～図４０に関して以下で説明する。
【0113】
図１８および図１９は、ＥＳＰシステムの様々なセクションでの電力入力および電力出力の例を含む、簡略化されたシステムを示すブロック図である。図１８は、プラグ１８１で１１５ＶＡＣ電力を受信する２つのＰＳＵ１８０を備えたＰＳＥを示す。ＰＳＥには、ブロック１８２に示すように、低電圧／高電圧制御、ＰＳＥ変調器、デジタル制御、安全性感知、および通信用の送信機／受信機が含まれる。ＰＳＥは、電力ケーブル１８４（例えば、１４ＡＷＧ）によってＰＤと結合されている。この例では、ＰＳＥでの出力は、３８０ＶＤＣ、２０００Ｗの電力を含む。この例では、ＰＤは、１４００Ｗ ＰＯＮ（パッシブ光ネットワーク）エンドポイントであり、ブロック１８６のＰＤ変調器、デジタル制御、および送受信機／受信機を含んでいる。この例のＰＤＵでの入力は３８０～２８０ＶＤＣおよび１４７４Ｗであり、ＰＳＵ１８８での出力は５０ＶＤＣ、２８Ａ、および１４００Ｗである。
【0114】
図１９は、前述のように、低電圧／高電圧の制御、変調、および通信のための２つのＰＳＵ１９０およびモジュール１９２を含むＰＳＥを示す。ＰＤ１９６（ＰＤ変調器、デジタル制御、送受信機／受信機を含む）は、ラック構成要素１９８（例えば、ファブリック相互接続、ブレードサーバなど）を含むエンドポイントに結合されている。電力は、１１５ＶＡＣプラグ１９１で受信される。この例では、ＰＤ１９６は、ラック構成要素１９８に１９２～４００ＶＤＣ（１４９２Ｗ）の電力を提供する。
【0115】
図１８および図１９の簡略化されたブロック図に示される電力入力および電力出力は単なる例であり、実施形態の範囲から逸脱することなく、他の電圧および電力レベルを使用できることが理解されるべきである。また、ケーブルは任意の数の電線または光ファイバを含むことができ、システムは、Ｎ＋ＮまたはＮ＋１冗長性を備えた連続動作のための単一障害点耐性のために構成することができる。１つ以上の実施形態では、高電圧から低電圧へのフェイルセーフ動作が提供され得る。
【0116】
前述のように、パルス電力システムは、複数相の（多相）システムとして動作することができる。本明細書で説明する初期化、同期、試験、および障害検出は、多相システムの各相で実施することができる。１つ以上の実施形態では、パルス電力システムは、上記で参照した米国特許出願第１６／３８０，９５４号に記載されているように、多相パルス電力システムを含むことができる。一例では、単一の導体ペアケーブルは、２対の電力線、バスバー、電源面、またはケーブル配線ペアを備えた２相パルス送電システムケーブルに置き換えられる。例えば、１つ以上の実施形態は、３線式、バスバー、電源面、またはケーブル線トリオを備えた２相パルス送電システムケーブルを含んでもよい。多相（３相以上）動作により、相ごとのＲＭＳ電流がさらに減少し、かさばるフィルタ構成要素なしで連続的なＤＣ電圧を効果的に提供できる。１つ以上の実施形態では、出力および分割接地（例えば、高抵抗の中点接地）への高いまたは効果的な１００％のデューティサイクルは、より低いＲＭＳ電流ケーブル損失でより高い効率をもたらし、高速かつ効果的な地絡検出を可能にし、制限されたケーブル電圧定格から負荷へのより高い電圧および電力を可能にし、より低いＥＭＩ／ＥＭＣノイズ放射および影響を受けやすいフィールドのためにより低いピーク電流でコモンモードシステム（個別の接地接続）を実装することを可能にし得る。
【0117】
１つ以上の実施形態では、複数相アプローチは、例えば、ケーブルの短絡、開放、報告されていない電力損失（例えば、低電流短絡）、または人間もしくは動物によるさらなる抵抗を検証するために、１０ミリ秒ウィンドウで大幅なオフ時間を可能にする。この延長されたオフ時間により、安全性が大幅に向上する。また、多相パルス電力により、より低い電源電圧を使用して、受電デバイスの要件を１００％満たすことも可能となる。前述のように、単相システムでは、オフ時間をかさばるフィルタでフィルタ除去する必要があり得るが、その場合でも、高負荷での電力効率／有効性は約８０％である。より高いデューティサイクルおよびより高い効率で複数の相を使用することにより、構成要素に大きな利点がもたらされ、電力供給の増加および信頼性の向上をももたらされ得る。例えば、３相以上のシステムで単相が損失された場合でも、受電デバイスでの１００％の連続デューティサイクル電力の有効性には影響を与えない。以下で説明するように、給電位相のフロントエンド回路が損失された場合でも、冗長電源によって動作に影響を与えないことがある。
【0118】
ここで図２０を参照すると、一実施形態による、マルチノード多相パルス電力のブロック図が示されている。図２０に示す簡略化された例は、３つ以上のＰＤ（例えば、パルス電力タップ／受信機２１２およびノードエンドポイント２１４）に電力を供給するＰＳＥノード２００を含む。この例では、パルス電力タップ／受信機２１２はエンドポイント機器２１４から分離されているが、これらのノードは組み合わされていてもよい。また、パルス電力タップ／受信機２１２のうちの１つ以上に２つ以上のノード２１４が接続されていてもよい。
【0119】
ＰＳＥネットワークデバイス２００は、入力電力を受信するための入力電力インターフェース（例えば、図１Ａに示される例では、電源コード２０９を受容する３つのＰＳＵ２０５）と、入力電力を受信し、複数の相のＤＣパルス電力をケーブル２１１を介して複数の受電デバイス２１２、２１４に伝送し、ＤＣパルス電力のパルスのオフ時間内のケーブル動作を検証するための電力制御システム２０７と、ケーブル２１１を介した多相ＤＣパルス電力およびデータの供給（例えば、銅線または光ファイバ上での制御データ、双方向通信）のためのケーブルインターフェース（例えば、電力インターフェース２０８）と、を備える。
【0120】
パルス電力タップ／受信機２１２は、複数の相のＤＣパルス電力およびデータをＰＳＥ２００から受信するための入力ケーブルインターフェース２１３ａと、絶縁スイッチ（後述する）と、電力をエンドポイントノード２１４に伝送するためのインターフェース２１３ｂとを備える。インターフェース２１３ｂは、例えば、ＨＶＤＣケーブル２２２に接続されたインターフェース、パルス電力ケーブル、またはエンドポイントノードへの直接インターフェースであってよい。タップ／受信機２１２は、パルス電力ケーブルシステムに沿って１つ以上のノード２１４に電力を供給することができる。タップ／受信機２１２は、個々のノード電力をサポートするようなサイズにすることができ、データリンク通信に基づく障害分離またはノード制御のための切断を実装することができる。複数の相（多相）のＤＣパルス電力は、エンドポイントノード２１４で連続的なＤＣ電圧を提供するために少なくとも２つの相を含む。１つ以上の実施形態では、多相パルス電力は、１つの相が損失した場合に連続電力を提供するために、少なくとも３つの相を含む。パルス電力タップ／受信機２１２のうちの１つ以上はまた、複数相のＤＣパルス電力およびデータを、テーパトポロジ（タップノード構成）における下流のタップノード２１２にケーブル上で送信するための出力ケーブルインターフェース２１３ｃを備える。
【0121】
図２０に示される例では、ＰＳＥ２００は、３つのＰＳＵ２０５と、制御システム２０７および電力インターフェース２０８を含むパルス電力モジュール２０６とを備える。図２０に示すように、各ＰＳＵ２０５は、高電圧レール、ＰＭ（電力管理）バスライン、５６Ｖライン、またはそれらの任意の組み合わせを介してパルス電力モジュール２０６と電力通信することができる。一例では、各ＰＳＵ２０５は、冗長性を提供し、標準の１５Ａ（アンペア）電源コード／分岐回路の使用を可能にする１２００Ｗ電源用に構成されている。一例では、ＰＳＥ２００は、ノード２１４に１５００Ｗ超の総電力を供給するように動作可能である。一例では、１９０Ｖのライン－接地（合計３８０Ｖ）により、中間の電力変換が不要になる。
【0122】
パルス電力モジュールの制御システム２０７は、例えば、タイミングおよび順序付け、ライン検出および特性評価、電圧および電流感知、高抵抗の中点接地、障害感知、ＰＳＵへの通信、およびリモートノードへのデータリンク／制御を提供することができる。本明細書で説明するように、制御システム２０７は、ＤＣパルス電力におけるパルスのオフ時間中にケーブル動作を検証する（例えば、ケーブル動作の完全性を検証する）ことができる。パルス電力モジュール２０６は、パルス電力変調器、安全回路、初期化回路、ＰＭＢｕｓ、ＰＭＢｕｓ Ｉ２Ｃ（Ｉ２Ｃ（相互統合回路））、ロジック、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）、またはこれらの任意の組み合わせもしくは本明細書に記載の機能を実施するように構成された他の構成要素の任意の組み合わせを含み得る。
【0123】
図２０の例に示すように、ＰＳＵ２０５は、ケーブル２０９でＡＣ電力を受信し、ケーブル２１１でパルス電力を供給する。１つ以上の実施形態では、パルス電力タップ／受信機２１２は、相を組み合わせて、ケーブル２２２上のノード／エンドポイント２１４に高電圧（ＨＶ）ＤＣ電力を供給することができる。別の実施形態では、パルス電力タップ／受信機２１２は、ケーブル２２２上のエンドポイント２１４にパルス電力を供給することができる。１つ以上の実施形態では、パルス電力ケーブル２１１は、後述のとおり、電力とデータ用の複合ケーブルでデータを供給するための２本以上の光ファイバを含む。一例では、分岐ごとに専用のファイバ（または複数のファイバ）が存在してもよい。
【0124】
ケーブル２１１内の電線は、ＥＭＣの考慮事項に応じて、２導体、ツイストペア（シールド付きまたはシールドなし）、同軸もしくは３軸ケーブルを含み得る。潜在的なコモンモードノイズの問題に対処するために、別個の接地導体を提供することができる。本明細書で使用する場合、電線（ｗｉｒｅ）という用語は、単一の電線または一対の電線を指し得ることが理解されるべきである。後述のとおり、本電力システムは、ファイバまたは他の通信伝送媒体と束ねられ得る任意の数の電線を含んでもよい。
【0125】
電力は、パルス電力タップ／受信機２１２（分岐タップ、スマート分岐タップ、受信機／変換器とも呼ばれる）を介してエンドポイント２１４に供給される。１つ以上の実施形態では、スマート分岐タップ２１２は、分岐障害分離を可能にする。タップ／受信機２１２は、例えば、絶縁スイッチ（切断スイッチ）、データリンク、およびロジック／タイミングコントローラを含み得る。タップ／受信機２１２は、オートネゴシエーションプロセス、障害分岐分離アルゴリズム、電力初期化、および障害のあるＰＤ交換を初期化するために使用され得る。パルス電力線を介したデータリンクは、各ノード２１４のスマート分岐タップ２１２の実装、および障害分離もしくはノード管理のための各分岐の独立した制御（切断）を可能にする。
【0126】
エンドポイント２１４の各々は、エンドポイントで機器に電力を供給するためのＨＶＤＣ ＰＳＵを含み得る。エンドポイント２１４は、例えば、５６ＶＤＣ負荷を含み得、例えば、ＰＯＮ（パッシブ光ネットワーク）エンドポイント、５Ｇノード、アクセスポイント、ルータ、スイッチ、または他のタイプの機器として動作し得る。エンドポイント２１４はまた、１つ以上の他のノード（例えば、ＰｏＥノード、ＩｏＴ（モノのインターネット）デバイス）に電力を供給することができる。
【0127】
図２０に示されるシステムは単なる一例であり、システムが多相パルス電力を提供するために任意の数（例えば、２つ以上）のＰＳＵ２０５を備えてもよいことが理解されるべきである。図２０に示されるネットワークトポロジおよびノードは単なる一例であり、ネットワークは、実施形態の範囲から逸脱することなく、異なるトポロジおよびネットワークデバイスを含むことができる。
【0128】
複数のＰＳＵにより、多相動作が可能になり、冗長性も提供され得る。例えば、３相以上を含むシステムにおいて１相が損失された場合でも、ＰＤノード２１４に連続して電力が供給され得る。各相は、好ましくは、ＰＤノード２１４への全電力を維持するために、より高いピーク電力を供給するようにサイズ決めされる。Ｎ＋１フロントエンド電力（ＦＥＰ）供給を利用することにより、さらなる冗長性を提供することができる。例えば、合計１５００ＷのＰＤ電力システムの場合、３つの１２００Ｗ ＦＥＰがＮ＋ＮまたはＮ＋１の完全な冗長性でシステムに電力供給することができ、各ＦＥＰが必要とするのは共通の１２０Ｖ、１５Ａフィードのみである。
【0129】
図２１に示され、後述するように、多相パルス電力は、電圧パルスの複数のシーケンスを含み、電圧パルスの各シーケンスは、多相パルス電力の相を形成する。図２１は、例えば、図２０に示すシステムで供給される、相ドロップを伴う７５％のデューティサイクルの３相パルス電力電圧および電流の例を示す。理想化された波形が示され、正味ＰＤ電圧およびライン電流には、ノード／エンドポイント２１４からの一定の電力負荷によるライン損失効果が含まれている。図２１に示す例では、相Ｂが２サイクルでドロップアウトしている。３相電圧（Ａ、Ｂ、およびＣ）（２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ）が、オートネゴシエーションライン感知２２４とともに示されている。
【0130】
図２１に示すように、パルスオン時間中は高電圧電力がＰＳＥからＰＤに供給され、高電圧電力がオフの間のパルスオフ時間中は、電線の完全性を確認するための低電圧感知（２２４で示される）で使用するために、各相で低電圧が印加され得る。
【0131】
正味ＰＤ電圧は、２２５で３相電圧の組み合わせとして示されている。対応する相電流（Ａ、Ｂ、Ｃ）（２２６ａ、２２６ｂ、２２６ｃ）が、電圧の下に示されている。３相電流に対応する正味ライン電流が２２７に示されている。図２１に示すように、１つの相が損失された場合（相Ｂのドロップで示されている）でも、連続した電力がＰＤノードに供給される。各相は、ＰＤへの全電力を維持するために、より高いピーク電力を供給するようにサイズ決めされ得る。
【0132】
図２１に示すように、２本以上の伝送線（例えば、電線もしくは電線ペア）が、各電線（例えば、１本の電線もしくはペア）の導通の相調整を可能にするため、少なくとも１本の電線は常にＯＮである。ＰＤでＯＲが実行されると、結果として２２５で示すように連続したＤＣ電圧が得られるため、かさばるフィルタ構成要素が不要になる。多相システムでの相のオーバーラップ中、ケーブル電流の合計はすべてのＯＮ線で共有される。個々の伝送線電流は比例して減少し、伝送ケーブルの総損失が減少する。
【0133】
１つ以上の実施形態では、オフ時間は、最悪の場合のケーブル長さおよび特性に基づいて固定されるか、もしくは検出されたケーブルの特性に基づいて能動的に制御され得る（より高い効率／より長い範囲のため）。各相のオン時間（電力供給）は、適切なボディ抵抗データに基づく総パルス電力電圧および感電事故限界に基づいて固定することができる。このアプローチを使用して最大パルスオーバーラップが達成され得、それによってケーブルのＲＭＳ電流を低減し、送電距離を最大化できる（または導線サイズを最小化できる）。
【0134】
前述のように、理想的な波形を図２１に示す。ＰＳＥ２００、ケーブル２１１、およびＰＤ受信機２１２のインダクタンスにより、ケーブル電流の何らかの平均化が発生し、オーバーラップ電流が増加し、パルスオフ時間中の電流が減少する場合がある（図２０）。この効果は、ケーブル長さおよびタイプ（インダクタンス）によって異なり得る。相電流は図２１に示す。
【0135】
図２１に示すように、相の各々は互いにオフセットされ（位相シフトされたデューティサイクル）、オンパルスとオフパルスとで構成されるパルス電力を提供する。オフパルスは、小さな電圧（例えば、０Ｖ、３Ｖに近い）、またはオンパルス電力よりも大幅に小さい値（例えば、オンパルスとオフパルスとの間の電力レベル差が少なくとも１７０Ｖ）であり得る。前述のように、オンパルス時間とオフパルス時間（パルス幅、パルスデューティサイクル）は、システム設計（例えば、相の数、供給電力量）および安全性要件に基づいて選択され得る。パルスデューティサイクルはまた、初期化フェーズ、同期フェーズ、試験フェーズ、または通常動作の間で変化し得る。一例では、起動デューティサイクルは、１２ミリ秒の周期で８ミリ秒のオンパルスと４ミリ秒のオフパルスとを含み得る。別の例では、高電圧初期化中のオンパルスはわずか０．５ミリ秒または１ミリ秒であり得る。一例では、オフパルスは１ミリ秒であり得、これは、上記で参照した米国特許出願第１５／９７１，７２９号に記載されているように、１００μｓの抵抗分析およびオートネゴシエーション時間を含む。別の例では、１０ミリ秒の時間ウィンドウ内で環境安全性を適切に評価するために、２ミリ秒～４ミリ秒のオフパルス（電力パルス間）が必要な場合がある。
【0136】
１つ以上の実施形態では、ＰＳＥの中央コントローラは、相間のオフセットを調整し、最適化のために（または必要に応じて相の損失に続いて）パルス幅を適応させることができる。パルスタイミングに変更があれば同期のためにＰＤに通信される。
【0137】
図２１に示された上述の、電流、電圧、パルス幅、デューティサイクル、および相のオーバーラップは、単なる例であり、本明細書に示されるかもしくは記載されるものとは異なってもよいことが理解されるべきである。例えば、オーバーラップ中はパルス電流が高くなり、非オーバーラップ中は電流が低くなることがある。違いは、例えば、パルス送電のインダクタンスと静電容量（例えば、配線の長さやケーブルの種類）に依存し得る。
【0138】
前述のように、多相パルス電力システムは、２つ以上の電線もしくは電線ペアを含むことができる。本明細書に記載の多相システムは、異なる数の電線もしくは電線ペアを含むシステムに実装することができ、図２０および図２１に示す３相システムは一例に過ぎないことが理解されるべきである。パルス電力システムは、実施形態の範囲から逸脱することなく、任意の数（例えば、２、３、４など）の相で動作することができる。また、前述のように、ケーブルには、データ伝送用に任意の数の光ファイバまたは追加の銅線を含めることができる。１つ以上の実施形態では、ケーブルはまた、前述のように、冷却を搬送することもできる。
【0139】
図２２は、一実施形態による、従来のＰｏＥよりも高い電力レベルで安全な電力を供給するための多相電力システムの簡略化された回路である。ＰＳＥは、コネクタ２３２（例えば、ＲＪ－４５または変更されたＲＪ－４５）を備えた４ペアケーブルを介してＰＤに結合される。一例では、５６Ｖの２相ＥＳＰを使用して、従来のＰｏＥの約１．５倍の電流と電力を提供することができる。別の例では、１１２Ｖの２相ＥＳＰを使用して、５６ＶＤＣのＰｏＥの約３倍の電流と電力を提供することができる。さらに別の例では、１５０Ｖの２相ＥＳＰは、５６ＶＤＣのＰｏＥの約４倍の電流と電力を提供することができる。
【0140】
前述のように、ＰＤ変調器およびＰＳＥ変調器は、低電圧初期化中もしくは高電圧初期化中、または多相システムの各相の高電力動作中に、同期させることができる。１つ以上の実施形態では、（上述の）ＰＳＥおよびＰＤ変調器（制御）スイッチは、図２３および図２４に示すように、ＰＤ変調器スイッチがオンになる前にＰＳＥパルスがオンになり、パルスごとにＰＳＥ変調器スイッチがオフになる前にＰＤ変調器スイッチがオフになるようなタイミング制御を含み得る。これを使用して配電システムの過渡現象を最小限に抑えることができ、これにより、ＥＭＩが減少し、より正確な電流検出のためのよりクリーンな電流波形が生成される。
【0141】
図２３および図２４は、一実施形態による、４相システムにおける簡略化された電圧波形および相電流を示す。図２３は、４相の７５％デューティサイクル動作を示す。電圧パルスは、相Ａについては２６４ａ、相Ｂについては２６４ｂ、相Ｃについては２６４ｃ、相Ｄについては２６４ｄで示している。累積相電流は２６６で示している。図２３に示すように、ＰＳＥスイッチドライブは、パルスの開始時にＰＤスイッチドライブの前にオンになり、パルスオン間隔の終了時には、各相のＰＳＥスイッチドライブの前にＰＤスイッチドライブがオフになる。
【0142】
図２４は、１つの相（相Ｂ）がドロップした状態の動作を示す。電圧パルスは、相Ａについては２７４ａ、相Ｃについては２７４ｃ、相Ｄについては２７４ｄで示している。累積相電流は２７６で示している。図２４から分かるように、３つの機能相の相対時間を調整することによって、相Ｂが損失された場合でも、継続的な電力がなお供給される。
【0143】
図１、図１７、および図２０に関して前述したように、ＰＳＥおよびＰＤは、様々なトポロジ（ＰＳＥおよびＰＤの数および配置）を含むネットワークで通信できる。本明細書に記載の拡張安全電力（ＥＳＰ）システムは、例えば、ポイントツーポイントトポロジ、デイジーチェーントポロジ、マルチドロップトポロジ、マルチドロップ／デイジーチェーンのハイブリッド型トポロジ、またはそれらの任意の組み合わせにおいて、１つ以上のＰＳＥノードおよび１つ以上のＰＤノードを含むことができる。
【0144】
図２５は、ポイントツーポイントトポロジでＥＳＰ ＰＤノード２８２と通信しているＥＳＰ ＰＳＥノード２８０を示す簡略化されたブロック図である。ＰＳＥノード２８０は、ＰＳＥ絶縁スイッチ２８４を含み、ＰＤノードは、伝送ライン２８８を介して通信しているＰＤ絶縁スイッチ２８６を含む。絶縁スイッチ２８４、２８６は、以下で説明するように、初期化中、同期中、および試験中にデバイスを絶縁する。ポイントツーポイントトポロジは、図８～図１６および図１８～図１９に関して上述した簡略化された回路に示されている。
【0145】
図２６は、第１の伝送ライン２８８ａを介してＰＤ２８２ａと通信しているＰＳＥ２８０ａを示す簡略化されたブロック図である。ＰＤ２８２ａはまた、内部バス２９０を介して下流のＰＳＥノード２８０ｂと通信している。ＰＳＥノード２８０ｂは、第２の伝送ライン２８８ｂを介して別のＰＤ２８２ｂに電力を供給する。ＰＤ２８２ａおよびＰＳＥ２８０ｂは、同じネットワークデバイスに配置され、内部バス２９０を介して結合されてもよい。第１のＰＳＥ２８０ａは、第１のＰＤ２８２ａとともに、初期化、同期、および安全性試験を実施する。第２のＰＳＥ２８０ｂは、第２のＰＤ２８２ｂとともに、初期化、同期、および安全性試験を実施する。
【0146】
図２７に、マルチドロップトポロジの例を示す。ＰＳＥ２８０は、伝送ライン２８８を介して２つのＰＤ２８２ａ、２８２ｂと通信している。ＰＳＥ２８０は、絶縁スイッチ２８４を含み、各ＰＤは、それ自体の絶縁スイッチ２８６ａ、２８６ｂを含む。
【0147】
図２８は、一実施形態による、マルチドロップ／デイジーチェーンのハイブリッド型トポロジを示す。ＰＳＥ２８０およびＰＳＥ絶縁スイッチ２８４は、伝送ライン２８８ａを介して第１のＰＤ２８２ａに結合されている。ＰＤ２８２ａは、ローカル絶縁スイッチ２８６ａおよび出力絶縁スイッチ３００ａを含み、これらは、伝送ライン２８８ｂを介して下流のＰＤ２８２ｂと通信することができる。以下で詳細に説明するように、ＰＳＥ２８０は、安全性確認を実施し、ローカル絶縁スイッチ２８６ａを介して第１のＰＤ２８２ａと同期する。第２のＰＤ２８２ｂがネットワークに接続されると、ＰＤは第１のＰＤ２８２ａとの初期化および同期を実施し、安全性確認に合格した後、伝送ライン２８８ｂを介して第１の受電デバイス２８２ａの出力絶縁スイッチ３００ａを介して高電圧パルス電力を受信する。この配置は、マルチドロップの場合のようにＰＳＥが監視する１つの伝送ラインを提供し、デイジーチェーンの場合のようにＰＤによって下流登録が制御されるが、ＰＳＥの機能のサブセットを使用している。
【0148】
一実施形態による、マルチドロップ／デイジーチェーンのハイブリッド型トポロジ（図２８）におけるＰＳＥおよびＰＤの初期化プロセスの詳細については、図２９～図４０に関して後述する。後述のように、ＰＳＥノードおよびＰＤノードは、ＰＤ内の機能により、マルチドロップ／デイジーチェーンのハイブリッド型トポロジで動作し、これによって、ＰＳＥによって典型的に実施される機能（例えば、低電圧初期化）を内部で実施することが可能になる。ただし、ネットワークデバイストポロジの観点からは（すなわち、外部ネットワークデバイスおよびリンクのみを見ると）、ＰＳＥおよびＰＤがデイジーチェーントポロジを形成する（伝送ラインは第１のＰＤを通過し、直接第２のＰＤに到達する）。
【0149】
図２５～図４０は単相のみを示しており、後述の初期化プロセスは簡略化のために単相用であるが、本明細書に記載のプロセスは多相システムの相ごとに繰り返され得ることが理解されるべきである。例えば、伝送ライン２８８は、多相動作のための複数の電線ペアを含み得、本明細書に記載のプロセスは、多相システムの相ごとに実施され得る。
【0150】
１つ以上の実施形態では、給電機器３２０と通信する第１の受電デバイス３２２ａは、第１の受電デバイスと通信する第２の受電デバイス３２２ｂを識別し、第１の受電デバイスは、給電機器から高電圧パルス電力を受信している（図３７）。第１の受電デバイス３２２ａは、高電圧パルス電力を受信する前に、あらかじめ給電機器とともに（第１の）低電圧初期化を実施した（図３０～図３６）。第１の受電デバイス３２２ａは、給電機器３２０に第２の受電デバイス３２２ｂを通知し、高電圧パルス電力を第２の受電デバイス３２２ｂに渡す前に、第２の受電デバイスとともに低電圧電力初期化を実施する（図３７～図４０）。
【0151】
ここで図２９を参照すると、マルチドロップ／デイジーチェーンのハイブリッド型トポロジのブロック図が示されている。この例では、ＰＳＥ３２０は第１のＰＤ３２２ａに接続されており、第１のＰＤ３２２ａは第２のＰＤ３２２ｂに接続されている。ＰＳＥ３２０は、出力絶縁スイッチ３３２と通信する送受信機３２６、高電圧源３２８、低電圧源３３０、および伝送ライン監視器３３４を含む。各ＰＤ３２２ａ、３２２ｂは、上流検出信号３３６ａ、３３６ｂ、ブートストラップ電源３３８ａ、３３８ｂ（例えば、上述のハウスキーピング電源回路）、およびローカル絶縁スイッチ３４０ａ、３４０ｂと通信する送受信機３４２ａ、３４２ｂを含む。各ＰＤ３２２ａ、３２２ｂは、機器負荷出力３４６ａ、３４６ｂと通信する高電圧受信機３４４ａ、３４４ｂをさらに含む。第１のＰＤ３２２ａは、第２のＰＤ３２２ｂと通信するための出力絶縁スイッチ３４８ａを含む。この例では、第２のＰＤ３２２ｂは、（下流デバイス検出器３５０ｂを使用して）別の下流ＰＤに電力およびデータを提供するための出力絶縁スイッチ３４８ｂも含むが、ＰＤ３２２ｂは、パススルー機能のないエンドポイントとしての動作のために、出力絶縁スイッチおよび下流検出器なしで構成することもできる。図２９に示す例では、ＰＳＥ３２０およびＰＤノード３２２ａ、３２２ｂはすべて、ＰＳＥの絶縁スイッチが開いた位置にある、電源オフの状態にある。
【0152】
図３０は、第１のＰＤ３２２ａのＰＳＥ検出および伝送ライン発見を示す。この例では、ＰＳＥの電源がオンになり（出力絶縁スイッチ３３２が閉じられ）、低電圧パルス電力（低電圧検出パルス列）の送信が開始され、伝送ラインパラメータ（例えば、静電容量）が収集される。ＰＳＥ３２０は、前述のように、ＰＳＥとＰＤとの間のケーブルの静電容量試験を実施できる。
【0153】
図３１は、電力を持ち出している第１のＰＤ３２２ａを示す。ＰＤ３２２ａは、ＰＤコントローラに電源投入するローカルエネルギー貯蔵（ブートストラップ電源３３８ａ）を充電することによって電源投入される。
【0154】
図３２は、ＰＤ訓練フェーズを示す。ＰＤ３２２ａは、ＰＳＥの低電圧パルス列（低電圧パルス電力の波形３３３）からタイミングパラメータ（周波数、位相）を回復し、これをＰＤ絶縁スイッチのゲートドライブ波形に使用して、ＰＳＥ変調器スイッチおよびＰＤ変調器スイッチ（図４に関して上述）を同期させる。
【0155】
図３３は、ＰＤ３２２ａの識別フェーズを示す。上流検出信号モジュール３３６ａに示されるように、ＰＤ３２２ａは、低電圧パルス列を受信しながら、負荷電流の変調を通じて識別データを送信することができる。識別データは、ＰＳＥ３２０の伝送ライン監視器３３４で受信される。
【0156】
図３４は、低電圧源３３０を切断した後、ＰＳＥ３２０が伝送ラインを絶縁する最終的なＰＳＥ安全性確認を示す。
【0157】
図３５に示すように、ＰＳＥ３２０では高電圧動作が有効になっている。ＰＳＥ３２０は、周波数または位相シフトなしで、低電圧源３３０でのＰＤゲートドライブ低電圧パルス列から高電圧源３２８での高電圧パルス列にシフトする。ＰＳＥ３２０の高電圧源３２８は、ここで出力絶縁スイッチ３３２を介して伝送ラインに接続され、高電圧パルス電力は、第１のＰＤ３２２ａのローカル絶縁スイッチ３４０ａを介して高電圧受信機３４４ａに伝送される。
【0158】
図３６は、ＰＳＥ－ＰＤ通信のリンクアップを示す。ＰＳＥ３２０の送受信機３２６は、送受信機３４２ａでＰＤ３２２ａとの通信を確立する。ＰＳＥ３２０およびＰＤ３２２ａは、通信リンクを使用して、ネゴシエーションの続行、電力制限の設定、テレメトリの送信などを行う。
【0159】
図３７は、第１のＰＤ３２２ａにおける第２のＰＤ３２２ｂの下流検出を示す。前述のように、第１のＰＤ３２２ａは、そのローカル絶縁スイッチ３４０ａの使用を介してＰＳＥ３２０とともに第１の低電力電圧初期化をすでに実施しており、ここではこのローカル絶縁スイッチで高電圧パルス電力を受信する。第１のＰＤ３２２ａは、着信ＰＤ（第２のＰＤ）３２２ｂを検出し、次いで、ＰＳＥ３２０に通知する。ＰＤ３２２ａは、ライン静電容量の変化による必要なタイミング調整をＰＳＥ３２０に通知することもできる。タイミングが変更された場合、必要に応じてＰＳＥ３２０とＰＤ３２２ａを再同期させることができる。次に、ＰＤ３２２ｂに対して下流デバイスの分類と同期が実施される。第１のＰＤ３２２ａは、第１のＰＤコントローラ内部の低減されたＰＳＥ機能を使用して、第２のＰＤ３２２ｂとの低電圧同期および分類動作を実施する。第２のＰＤ３２２ｂで受信された低電圧電力は、ブートストラップ電源３３８ｂを充電し、ＰＤコントローラ（上流検出信号３３６ｂ）に電源投入するために使用される。
【0160】
図３８は、下流デバイスの安全性確認を示す。第１のＰＤ３２２ａの出力絶縁スイッチ３４８は閉じられ、第２のＰＤ３２２ｂの絶縁スイッチ３４０ｂ、３４８ｂへの伝送ライン全体に対する安全確認が、ＰＳＥ３２０で実施される。
【0161】
図３９に示すように、安全性確認に合格すると、高電圧パルス電力が、第１のＰＤ３２２ａを介して第２のＰＤ３２２ｂの高電圧受信機３４４ｂに伝送され、高電圧パルス電力の供給は、追加されたノードで継続される。
【0162】
図４０に示すように、通信リンクが第２のＰＤ３２２ｂで立ち上げられる。送受信機３２６、３４２ａ、３４２ｂが、３つのノード（ＰＳＥ３２０、ＰＤ３２２ａ、ＰＤ３２２ｂ）すべての間でリンクアップされ、システムは定常状態に達する。
【0163】
前述のように、上記のプロセスは、相ごとに実施される同期および確認を伴い、多相パルス電力に対して実施され得る。また、ネットワークは、パルス電力動作用に構成された１つ以上のエンドノード、パルス電力もしくはＰｏＥ用に構成された１つ以上のノード、およびＰｏＥ専用に構成された１つ以上のエンドポイント、を備えた任意のトポロジに任意の数のノードを含むこともできる。また、１つ以上のＰＤは、図２６に示すように、下流ノードのＰＳＥとして動作する機能を含んでもよい。
【0164】
本方法および装置は、示された実施形態に従って説明されてきたが、当業者であれば、実施形態の範囲から逸脱することなく、実施形態に変更を加えることができることを容易に認識するであろう。したがって、上記の説明に含まれ、添付の図面に示されているすべての事項は、限定的な意味ではなく、例示として解釈されるものとすることが意図されている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
