DC电源设备、DC受电设备和操作方法

技术领域

本发明涉及DC电源设备、DC受电设备、电气装置、用于操作DC电源设备的方法、用于操作DC受电设备的方法、以及相应的计算机程序。

背景技术

US 2017/0222436 A1描述了一种配电系统，该配电系统用于经由插座将来自电源的功率分配给多个电负载。插座从电负载接收功率请求，并且将功率请求传送到主设备，该主设备基于接收到的功率请求来控制由相应插座提供的功率。因为主设备从插座接收所有功率请求并且因此具有总体功率需求的概况，所以主设备可以在考虑到这个知识的情况下确定要由相应插座提供的功率。

发明内容

发明人已经认识到，在配置包括经由单个有线总线并联连接的DC电源设备和DC受电设备的网络时，提供改进的灵活性将是有益的。

本发明进一步基于这样的认识：包括经由单个有线总线并联连接的DC电源设备和DC受电设备的电气装置（在此也称为网络）的灵活可配置性必须提供DC电源设备和DC受电设备的技术能力，用于在提供具有DC电压量的操作DC电压的情况下使得DC受电设备能够正常操作，该DC电压量取决于连接到DC电源设备的各个DC受电设备的数量和相应的需求。根据本发明，这通过提供根据本发明的第一方面的DC电源设备和通过根据本发明的第二方面的DC受电设备来实现，这两者将在下面进一步描述。然后还将描述本发明的其他方面。

因此，根据本发明的第一方面，提供了一种用于向一个或多个DC受电设备供应操作DC功率的DC电源设备。DC电源设备用于电气装置或网络中，其中每个DC受电设备在初始化模式下可操作，该初始化模式需要比在DC受电设备的相应正常操作模式下更低的DC功率量。

DC电源设备包括功率接口，该功率接口用于经由单个双绞线有线总线向多个经由有线总线并联连接的DC受电设备提供DC输出功率。该DC电源设备还包括DC电源网络通信单元，该DC电源网络通信单元被配置为经由功率接口从经由有线总线连接的DC受电设备接收相应的DC功率需求信息，该相应的DC功率需求信息指示各个DC受电设备在其相应的正常操作模式下操作的DC电压需求和DC电流需求。

该DC电源设备进一步包括DC电源控制单元，该DC电源控制单元被配置为驱动该DC电源设备以初始化供应模式操作，经由功率接口输送预定的初始化DC输出功率量。初始化DC输出功率量适合于以其初始化模式来驱动连接的DC受电设备，该初始化模式包括经由有线总线将用于它们相应的正常操作模式的相应功率需求信息传送到DC电源设备。它还配置为使用从连接的DC受电设备接收到的DC功率需求信息和预定的功率确定规则，从DC电源设备被配置为以操作供应模式供应的多个可用DC输出功率量中确定经由输出功率接口输出的操作DC输出功率量，该操作DC输出功率量具有适合于在其相应的正常操作模式下为连接的DC受电设备的操作供电的操作DC电压量。DC电源控制单元进一步被配置为随后驱动DC电源设备以操作供应模式操作，将所确定的操作DC输出功率量经由功率接口分配给所连接的DC受电设备。

DC电源设备形成网络组件，该网络组件在网络配置中向一个或多个DC受电设备供应操作DC功率，在该网络配置中，多个DC受电设备可以经由单个双绞线有线总线并联连接到DC电源设备。在该网络配置中，DC电源设备和DC受电设备形成网络节点，这些节点共享用于电源和数据交换两者的物理介质。在本上下文中，物理介质是单个双绞线有线总线，在本文中也简称为有线总线。通常，有线总线采取单个双绞线有线电缆的形式。然而，在替代方案中，本发明使用用于电源和数据交换两者的替代物理介质来实现，该替代物理介质不同于单个双绞线有线电缆。

本发明的第一方面的DC电源设备被有利地配置为：使用由DC受电设备经由有线总线提供并由DC电源设备在初始化阶段期间经由其功率接口接收的DC功率需求信息，灵活地确定要经由有线总线输送到所连接的DC受电设备的操作DC输出功率量。

该DC功率需求信息的提供由DC受电设备借助于DC电源控制单元能够实现，该DC电源控制单元被配置为以初始化供应模式和操作供应模式操作DC电源设备。在初始化供应模式下，DC电源设备被操作以经由功率接口向连接的DC受电设备提供预定的初始化DC输出功率量。初始化DC输出功率量适合于以其初始化模式驱动连接的DC受电设备。如将在本发明的第二方面的上下文中所描述的，DC受电设备的初始化模式操作包括针对给定DC受电设备的相应正常操作模式的相应功率需求信息的传送。经由有线总线执行从DC受电设备到DC电源设备的相应功率需求信息的传送。

由于DC受电设备（每个均形成负载）都与DC电源设备并联连接，因此在DC电源设备的功率接口处提供的DC电压量对于每个DC受电设备将具有相同的DC电压量（不考虑沿有线总线的损耗）。

然而，通常，所连接的DC受电设备具有不同的相应的DC电压需求和DC电流需求，用于以其相应的正常操作模式操作。

DC电源控制单元使用从连接的DC受电设备接收的DC功率需求信息，进一步使用预定的功率确定规则，确定要经由输出功率接口输出的操作DC输出功率量。该预定的功率确定规则确定适合于在其相应的正常操作模式下对所连接的DC受电设备的操作供电的操作DC输出功率量。因此，功率确定规则使用所收集的信息来确定例如适合于使得所连接的各个DC受电设备能够以其正常操作模式操作的DC电压量，以及满足所连接的DC受电设备以其正常操作模式操作的功率需求的DC功率量。因此，DC电源设备被配置为从DC电源设备被配置为从以其操作供应模式（即，当输送用于DC受电设备的正常操作的DC输出功率时）供应的多个可用DC输出功率量中确定操作DC输出功率量。

随后，DC电源控制单元在操作供应模式下驱动DC电源设备的操作，涉及输送确定的操作DC输出功率量，并且特别是将确定的DC输出电压量经由功率接口提供给所连接的DC受电设备，这允许连接的DC受电设备以其相应的正常操作模式操作。

因此，第一方面的DC电源设备通过灵活地确定并提供具有适合于将功率输送到经由有线总线连接的多个初始未知DC受电设备的DC电压量的操作DC输出功率，有利地实现了自动功率优化方案。

在转向对本发明的第一方面的DC电源设备的实施例的描述之前，以下将公开和解释本发明的第二方面的DC受电设备。通过第一和第二方面的设备的这种直接并置，它们的特征对本发明的互补贡献将变得特别清楚。

因此，根据本发明的第二方面，提供了一种DC受电设备。该DC受电设备包括DC受电设备控制单元，该DC受电设备控制单元被配置为在正常操作模式和初始化模式下控制DC受电设备的操作，该初始化模式需要比由DC受电设备的正常操作模式所需的操作DC功率量更低的预定初始化DC输入功率量。

DC受电设备进一步包括输入功率接口，用于经由单个双绞线有线总线从DC电源设备接收DC功率。

该DC受电设备还包括存储单元，该存储单元被配置为存储指示以正常操作模式操作该DC受电设备的DC电压需求和DC电流需求的DC功率需求信息。

该DC受电设备进一步包括DC受电设备通信单元，该DC受电设备通信单元被配置为在以初始化模式操作DC受电设备时经由有线总线提供DC功率需求信息。

此外，DC受电设备具有与输入功率接口连接并且包括下转换器级的功率转换单元，该下转换器级被配置为从DC电源设备配置为供应的多个可用DC输出功率量中以具有操作DC电压量的输入DC电压接收DC功率，并为DC受电设备在其正常操作模式下的操作提供具有下转换的DC电压量的转换后的DC功率，该下转换的DC电压量等于或小于输入DC电压量并符合DC电压需求。

因此，DC受电设备具有两种操作模式：初始化模式和正常操作模式。初始化模式需要比由DC受电设备的正常操作模式所需的操作DC功率量更低的预定初始化DC输入功率量。如之前在本发明的第一方面的上下文中所解释的，当DC电源设备以其初始化供应模式操作时，提供给所连接的DC受电设备的DC功率量低于在操作供应模式期间的DC功率量。

当DC受电设备首先从外部DC电源设备接收DC功率时，DC受电设备控制单元以初始化模式控制DC受电设备的操作。在以初始化模式操作的情况下，存储在存储单元中的DC功率需求信息经由有线总线被提供给DC电源设备。但是，应注意，DC受电设备在其初始化模式下的操作不一定与DC电源设备在其初始化供应模式下的操作耦合。如将在下面的实施例的上下文中所解释的，在某些情况下，DC受电设备以其初始化模式操作，而DC电源设备以操作供应模式操作。

在任何情况下，如在本发明的第一方面的上下文中所解释的，DC电源设备然后使用DC功率需求信息来确定要经由有线总线输出的操作DC输出功率量。该操作DC输出功率量具有比在初始化供应模式期间提供的DC功率量的DC电压更高的DC电压，并且适合于允许所连接的DC受电设备处于其正常操作模式。由于在并联连接中，DC电源设备只可以向所有连接的DC受电设备提供一个DC电压量，因此给定的DC受电设备可能不会接收到与传送的DC功率需求信息相符的电压量。然而，即使操作DC输出功率量的DC电压高于以正常操作模式操作所需的DC电压，下转换器级也被适当地配置为接收具有高于所需输入DC电压的DC功率，并以等于或低于输入DC电压并且符合DC电压需求的下转换的DC电压输出转换后的DC功率。以此方式，DC受电设备使得能够在经由有线总线从DC电源设备接收到的各种不同电压量的情况下以其正常操作模式操作。

因此，本发明的第一方面的DC电源设备和本发明的第二方面的DC受电设备一起使得能够通过对网络中的DC受电设备的给定配置进行自动功率调整来操作。该DC受电设备提供存储的DC功率需求信息，并且能够在提供DC功率的情况下灵活地以其正常操作模式操作，该DC功率具有从DC电源设备被配置为以其操作供应模式供应的多个可用DC输出功率量中确定的操作DC电压量。

如以下将在实施例的描述过程中进一步解释，借助于第一和第二方面的设备，本发明甚至使得能够将另外的DC受电设备添加到网络并从网络移除所连接的DC受电设备中的一个，而连接的DC受电设备处于其正常操作模式。此附加能力也称为热插拔或热拔插。

现在，描述转向本发明的第一和第二方面的实施例。在下文中，将描述本发明的第一方面的DC电源设备的实施例。

在电气装置或网络的初始化阶段（即，首先为连接的DC受电设备上电时）和在操作阶段（即，DC受电设备以其正常操作模式操作时）两者中，DC电源设备的灵活性都被增强。

在关于初始化阶段的第一种情况的一个实施例中，DC电源设备进一步包括DC受电设备检测单元，该DC受电设备检测单元被配置为在DC电源设备以初始化模式操作时，检测至少一个DC受电设备经由有线总线到输出功率接口的连接，并将对其进行指示的初始化检测信号提供给DC电源控制单元。在该特定实施例中，DC电源控制单元被配置为在接收到检测信号时以初始化模式经由功率接口驱动预定的初始化DC输出功率量的输送。

在关于操作阶段的第二种情况的另一实施例中，DC受电设备检测单元进一步被配置为在DC电源设备以操作供应模式操作时检测新连接事件以及断开事件，该新连接事件涉及附加的DC受电设备到有线总线的连接，该断开事件涉及先前连接的DC受电设备与有线总线的断开，并提供指示新连接事件或断开事件的相应事件检测信号。在该特定实施例中，DC电源控制单元进一步被配置为在以操作供应模式操作DC电源设备时，并在接收到指示新连接事件的事件检测信号时，维持当前提供的操作DC电压量，用于将初始化DC功率量提供给附加的DC受电设备，并在接收到指示新连接事件或断开事件的事件检测信号时，基于预定的功率确定规则以及当前连接到有线总线的DC受电设备的DC电压需求和DC电流需求，重新确定要经由功率接口输出的操作DC输出功率量。因此，该优选实施例被配置为使得能够在DC电源设备以操作供应模式操作时实现DC受电设备的“热插拔”和“热拔插”，即，DC受电设备的连接或断开。

在该实施例中，DC电源动态地使操作DC功率的提供适应当前连接的DC受电设备中的变化。新连接的DC受电设备从DC电源设备接收足够的DC功率以提供其DC功率需求信息，并且DC电源设备使用此DC功率需求信息和功率确定规则来重新确定所连接的DC受电设备所需的操作DC输出功率量。为了使得能够将一个或多个DC受电设备添加到网络，DC电源设备被适当地配置为至少在其初始化模式下保持可用于为额外的DC受电设备供电的功率余量。当然，根据DC电源设备的技术规格，DC电源设备供应新添加的其他DC受电设备的能力受到限制，并且因此当已经达到连接的DC受电设备的特定最大数量时，将耗尽功率余量。

因此，DC电源设备被配置为在其指定的实际极限内适应DC电流的输送，以向新连接的DC受电设备提供足够的DC功率以至少在初始化模式下操作。如果由于DC电源设备的限制而无法切换到正常操作模式，则将不允许通过DC电源设备和以其初始化模式实行的对应DC受电设备之间的适当控制信令将添加的DC受电设备切换到其正常操作模式。

在第一方面的配置为检测新连接事件和断开事件的DC电源设备的另一实施例中，DC受电设备检测单元被附加地配置为确定连接到有线总线的DC受电设备的数量，并在确定当前未连接任何DC受电设备时提供对其进行指示的无连接信号。在该特定实施例中，DC电源控制单元被配置为接收无连接信号，并且在接收到该无连接信号时，驱动功率接口的操作以停止经由有线总线提供操作DC功率。

在特定实施例中，由DC受电设备检测单元确定DC受电设备的数量是基于由DC受电设备检测单元对经由功率接口提供的DC功率的电流量的监视。在替代实施例中，在OSI第2层通信协议下在DC受电设备和DC电源设备之间的消息交换被用于确定DC受电设备的数量，这将在下面进一步更详细地描述。

在另一实施例中，DC电源控制单元被配置为驱动DC电源网络通信单元，以经由有线总线向一个或多个DC受电设备提供关闭请求。在该实施例中，根据由DC电源网络通信接收到的各个DC电压需求和DC电流需求来提供关闭请求。在所确定的操作DC功率量不适合于为所有连接的DC受电设备供电的情况下，该实施例是特别有利的。因此，DC电源网络通信向根据DC电源控制单元应停止请求并因此不再接收操作DC功率的那些连接的DC受电设备提供了关闭请求。

DC功率需求信息可以采取不同的形式。如上所述，所连接的DC受电设备通常具有不同的DC电压需求和DC电流需求，用于在其相应的正常操作模式下操作。在一些实施例中，与单个DC受电设备相关联的DC功率需求信息包括与用于在正常操作模式下操作给定DC受电设备的优选DC电压量、以及一个或多个合适的DC电流量有关的信息。在一些变型中，所传送的DC功率需求信息进一步包括与进一步兼容的DC电压量有关的信息，适当地还与在其相应的正常操作模式下操作DC受电设备也需要的对应的最大DC电流量相组合。

在一些网络配置中，不同的DC受电设备在功率提供方面具有不同的优先级，通常取决于分配给由DC受电设备执行的功能的重要性或必要性状态的程度。在一个实施例中，DC功率需求信息进一步包括功率优先级数据，该功率优先级数据指示所连接的DC受电设备中的各个DC受电设备的分级优先级。在这样的利用功率优先级数据的实施例中，功率确定规则有利地还使用了经由有线总线连接的DC受电设备的各个分级优先级。因此，在该特定实施例中，DC电源控制单元被配置为进一步使用接收到的优先级数据来确定操作DC功率的量。

该优先级数据的接收以及在确定要经由功率接口提供的操作DC电源中的对应信息的包括，增强了DC电源设备在确定协商操作DC功率的分配、以及以最佳的可能配置提供适合预期的应用案例的操作DC功率时的适应性。

在一些实施例中，由DC受电设备提供的DC功率需求信息指示用于在不同的相应正常操作模式下的各个DC受电设备的操作的不同DC电压需求和不同DC电流需求。在该实施例的变型中，其中DC电源网络通信单元进一步被配置为接收功率优先级数据，DC电源控制单元进一步被配置为进一步根据从相应的DC受电设备接收到的相应优先级，驱动DC电源网络通信单元以提供以不同的一种正常操作模式操作该DC受电设备的请求，在一种特定的变型中，其还包括经由有线总线将DC受电设备中的一个或多个关闭的请求。

适合于本发明的第一方面的任何实施例的功率确定规则的非限制性示例包括在功率接口处提供至少等于由任一DC受电设备所需的最高DC电压值的DC电压量，并且然后调整提供的DC电流以满足所有连接的DC受电设备的DC电流需求，始终在DC电源设备被配置的电流限制内。

在特别合适的实施例中，DC电源网络通信单元被配置为根据IEEE 802.3bu标准传送和接收数据。进一步，DC电源控制单元被配置为也根据IEEE 802.3bu标准来驱动输出功率接口的操作。此外，DC电源设备优选地被配置为根据IEEE 802.3cg标准操作。

在一个特定实施例中，符合IEEE 802.3bu标准并且包括DC受电设备检测单元，DC受电设备检测单元被配置为在以初始化供应模式操作时执行使用根据EEE 802.3bu标准的串行通信分类协议的检测例程。

特别地，在符合IEEE 802.3bu标准的实施例中，其中功率需求信息被包括在链路层发现协议包中，并且优选地被包括在非路由的链路层发现协议包中。

在涉及先前描述的新连接事件和断开事件的检测的实施例中，要经由功率接口输出的操作DC输出功率量的重新确定利用了DC电源设备与IEEE 802.3家族的以太网标准（特别是IEEE 802.3bu标准）的一致性。更具体地，DC受电设备检测单元对DC受电设备的数量的确定是基于对所连接的DC受电设备的相应MAC地址的监视。根据所述标准，DC受电设备被分配了MAC地址，该MAC地址经由有线总线被提供给DC电源设备。

在特定实施例中，所接收的MAC地址被DC受电设备检测单元附加地使用以确定并联连接到有线总线的DC受电设备的数量。

在优选实施例中，初始化DC功率具有至少3伏的DC电压量。同样在优选实施例中，操作DC输出功率量具有等于或大于初始化DC功率的DC电压量并且小于或等于60伏的DC电压量。

DC电源设备的所描述的实施例中的任何一个都可以包括多个功率接口，用于经由相应的有线总线来连接相应的一组并联的DC受电设备。在这种情况下，DC电源控制单元被配置为独立地操作每个功率接口。因此，DC电源设备适合于同时但经由不同的有线总线向一组连接的DC受电设备提供初始化DC输出功率量，并且向另一组连接的DC受电设备提供操作DC输出功率量。

在下文中，将描述本发明第二方面的DC受电设备的实施例。

在优选实施例中，DC受电设备控制单元在DC受电设备的上电过程期间进一步被配置为即使在检测到DC受电设备到有线总线的连接时也以初始化模式操作DC受电设备，该有线总线当前提供等于或大于所需的预定初始化DC输入功率量的DC功率量。因此，该实施例进一步使得当DC电源设备已经在输送DC操作功率并且因此在操作供应模式下操作并不再处于初始化供应模式时，能够将DC受电设备热插拔到有线总线，即连接到有线总线。

优选地，在该实施例中，用于在初始化模式下操作的功率转换单元被配置为接收具有输入DC电压的DC功率，并且将所需的初始化DC输入功率输出至DC受电设备通信单元以及DC受电设备控制单元。

在特定实施例中，DC功率需求信息指示在正常操作模式下操作所需的最小所需DC电压量和相应的DC电流量。替代地，在另一实施例中，DC功率需求信息指示用于以正常操作模式操作的优选DC电压量和相应的DC电流量。在又一个实施例中，DC功率需求信息指示以不同的正常操作模式操作所需的最小所需DC电压量和相应的DC电流量，以及与在不同的可接受的正常操作模式下DC受电设备的操作兼容的其他可接受的DC电压量和可接受的DC电流量。

在另一个实施例中，DC受电设备控制单元进一步被配置为经由有线总线和DC受电设备通信单元接收关闭请求，并且在接收到关闭请求时，停止向负载设备提供操作DC功率。这特别适合于增强在DC电源设备和具有相应的且不必需相同的DC功率需求的多个DC受电设备之间的功率协商能力。

在优选实施例中，存储单元进一步被配置为存储功率优先级数据作为DC功率需求信息的一部分，该功率优先级数据指示来自DC受电设备的功率请求的优先级。在该实施例中，DC受电设备通信单元进一步被配置为在接收到至少预定的初始化DC输入功率量时，经由有线总线进一步提供功率优先级数据。

不同的DC受电设备可能对功率请求具有不同的优先级，这取决于DC受电设备在正常操作模式下的操作有多必要。将此功率优先级数据提供给合适的DC电源设备进一步增强了功率协商能力，并确保具有较高优先级的那些DC受电设备接收所需的功率，即使是以不为具有相对较低的优先级的DC受电设备供电为代价。

在优选实施例中，DC受电设备控制单元被配置为根据IEEE 802.3bu标准在经由有线总线传送和接收数据时控制DC受电设备通信单元的操作。优选地，在该实施例中，最终包括功率优先级的功率需求信息被包括在链路层发现协议包中。在特定实施例中，链路层发现协议包是非路由的链路层发现协议包。

下转换器级优选地被配置为允许在DC电压范围（即DC输出功率的DC电压水平的范围）内操作，该范围适当地在3.3V-60V之间。例如在初始化供应模式期间提供3.3V的量。在操作供应模式期间，操作DC输出功率量的标称DC电压值的范围从1类PSE中的4.41V到9类PSE中的60V，其中PSE的分类对应于本身已知的PoDL标准。

在另一个实施例中，存储单元进一步被配置为存储指示DC受电设备的MAC地址的MAC地址数据，并且其中DC受电设备通信单元进一步被配置为根据IEEE 802.3bu标准经由有线总线提供MAC地址数据。

如从上面的描述中清楚的是，DC受电设备形成并包括电负载，该电负载需要DC功率以正常操作。在形成第二方面的优选实施例的一个应用案例中，受电设备是照明设备，诸如照明器。在正常操作模式下，照明器根据预定义的照明功能操作以发射光。可以预定义不同的照明功能，以实现具有不同功率需求的不同正常操作模式。

根据本发明的第三方面，提供了一种电气装置（网络）。该电气装置包括根据本发明的第一方面或其实施例之一的DC电源设备，以及根据本发明的第二方面或其实施例之一的一组一个或多个并联的DC受电设备。

DC电源设备和一组DC受电设备经由单个双绞线有线总线连接，该双绞线有线总线连接DC电源设备的功率接口和一个或多个DC受电设备的功率输入接口。有线总线被配置为传输DC功率，并且根据预定的通信协议来传输数据包。

本发明的第三方面的电气装置适合于引入一种配电方案，该配电方案用于单个双绞线有线总线上，一个或多个DC受电设备可以与该单个双绞线有线总线动态地连接和断开。

在下文中，描述了本发明的第三方面的电气装置的实施例。

该电气装置对于不需要单独的有线总线线路来传送DC功率和数据通信是特别有利的。这降低了安装复杂性并且还减轻了重量。在这方面，需要至少两个双绞线以工作的以太网供电技术无法提供可比的成就。因此，优选地，在实施例中，电气装置被配置为使用单个双绞线有线总线并根据IEEE 802.3（以太网）家族的标准（即IEEE 802.3cg标准）来操作。还优选地，电气装置包括DC电源和DC受电设备，它们均符合IEEE 802.3bu标准。

电气装置的实施例包括DC电源设备、有线总线和并联连接到有线总线的多个DC受电设备。每个DC受电设备可以具有不同的DC功率需求，并且在特定实施例中，为不同的功率优先级供电。DC电源设备使用在初始化供应模式期间由DC受电设备提供的信息来确定用于操作以其相应的正常操作模式连接的至少一些DC受电设备所需的操作DC输出功率量。

在优选实施例中，当DC电源设备以操作供应模式操作时，通过为DC电源设备提供DC受电设备检测单元，使得能够将先前未连接的DC受电设备热插拔或连接到有线总线以及将先前连接的DC受电设备热拔插或断开，该DC受电设备检测单元配置为在以操作供应模式操作DC电源设备时检测新连接事件和断开事件，该新连接事件涉及附加的DC受电设备到有线总线的连接，该断开事件涉及先前连接的DC受电设备与有线总线的断开。DC受电设备检测单元还被配置为提供指示新连接事件或断开事件的相应事件检测信号。在该实施例中，DC电源控制单元进一步被配置为，在以操作供应模式操作DC电源设备时，并且在接收到指示新连接事件的事件检测信号时，维持当前提供的操作DC电压量，用于将初始化DC功率提供给附加的DC受电设备。进一步，在接收到指示新连接事件或断开事件的事件检测信号时，DC电源控制单元被配置为基于预定的功率确定规则和基于当前连接到有线总线的DC受电设备的DC电压需求和DC电流需求来重新确定经由功率接口输出的操作DC输出功率量。

根据本发明的第四方面，呈现了一种用于操作DC电源设备的方法，该DC电源设备用于向一个或多个DC受电设备供应操作DC功率，每个DC受电设备在初始化模式下可操作，该初始化模式需要比在DC受电设备的相应正常操作模式下更低的DC功率量。该方法包括：

-在以初始化供应模式操作DC电源设备时，经由功率接口和有线总线驱动预定的初始化DC输出功率的输送，其中初始化DC输出功率量适合于以其初始化模式驱动连接的DC受电设备，该初始化模式包括经由有线总线将用于它们相应的正常操作模式的相应功率需求信息传送到DC电源设备；

-经由功率接口从经由单个双绞线有线总线连接的DC受电设备接收相应的DC功率需求信息，该相应的DC功率需求信息指示用于各个DC受电设备在其相应的正常操作模式下操作的DC电压需求和DC电流需求；

-使用从连接的DC受电设备接收到的DC功率需求信息和预定功率确定规则，从DC电源设备被配置为以操作供应模式供应的多个可用DC输出功率量中确定经由输出功率接口输出的操作DC输出功率量，该操作DC输出功率量具有适合于在其相应的正常操作模式下为连接的DC受电设备的操作供电的操作DC电压量；以及

-随后驱动DC电源设备以操作供应模式操作，将所确定的操作DC输出功率量经由功率接口分配给所连接的DC受电设备。

本发明的第四方面的方法共享本发明的第一方面的DC电源的优点。

根据本发明的第五方面，呈现了一种用于操作在正常操作模式和初始化模式下可操作的DC受电设备的方法，该初始化模式需要比由DC受电设备的正常操作模式所需的操作DC功率量更低的预定初始化DC输入功率量。该方法包括：

-在存储单元中存储指示用于在正常操作模式下操作DC受电设备的DC电压需求和DC电流需求的DC功率需求信息；

-经由单个双绞线有线总线从DC电源设备接收DC功率；

-当DC受电设备以初始化模式操作时，经由有线总线提供DC功率需求信息；以及

-当DC受电设备以正常操作模式操作时，从DC电源设备配置为供应的多个可用DC输出功率量中以具有操作DC电压量的输入DC电压接收DC功率，并使用接收的DC功率提供具有下转换的DC电压的转换后的DC功率，该下转换的DC电压等于或小于输入DC电压并符合DC电压需求。

本发明的第五方面的方法共享本发明的第二方面的DC受电设备的优点。

根据本发明的第六和第七方面，提供了包括相应指令的计算机程序，当程序由相应计算机执行时，该指令使计算机分别实行本发明的第四和第五方面的方法。

应当理解，根据第一方面的DC电源设备、根据第二方面的DC受电设备、根据第三方面的电气装置、根据第四方面的用于操作DC电源设备的方法、用于操作DC受电设备的方法、计算机程序和计算机程序具有相似和/或相同的优选实施例，特别是如从属权利要求中所定义的。

应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求或以上实施例与相应独立权利要求的任意组合。

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得清楚并得到阐明。

附图说明

在以下附图中：

图1示出了电气装置的实施例的示意性框图，该电气装置包括DC电源设备和连接至单个双绞线有线总线的多个DC受电设备。

图2示出了DC受电设备的实施例的示意性框图。

图3示出了经由单个双绞线有线总线连接到DC电源设备的DC受电设备的另一实施例的示意性框图。

图4示出了连接到单个双绞线有线总线的DC电源设备的实施例的示意性框图。

图5示出了用于操作DC电源设备的方法的示意性流程图。

图6示出了用于操作DC受电设备的方法的示意性流程图。

具体实施方式

图1示出了电气装置100，其包括DC电源设备110和连接到单个双绞线有线总线101的多个DC受电设备120、130、140。在该特定的非限制性示例中，电气装置是一种连接的照明系统，其中，连接是借助于多点总线来实现的，就像当前在称为10SPE的IEEE803.2cg联盟中标准化的那样。DC受电设备120、130和140是具有相应的灯作为负载设备121、122、123的灯网络PD（受电设备），并且处于连接到单个双绞线有线总线101的有意的位置。电气装置包括仅一个DC电源设备，也称为供电装置（PSE），并且它向DC受电设备提供DC功率，这些DC受电设备也称为电气装置的节点。这里仅描绘了三个节点120、130和140。然而，更多或更少的节点可以连接到有线总线101。PSE节点110在一端的位置是有意选择的，但是也可以在有线总线上的任意位置处。

一种示例性的电气装置是连接的照明系统，其中，连接是借助于多点总线来实现的，就像当前在称为10SPE的IEEE803.2cg联盟中标准化的那样。优选地，其被配置为实现根据10SPE的供电方案，该供电方案需要采用所谓的PoDL标准（802.3bu）。相同的原理也适用于其他领域，诸如但不限于工业、建筑自动化、暖通空调（HVAC）、汽车等。

在10SPE标准（IEEE802.3cg）的目标中，声称通过网络的功率传输应是考虑因素的一部分，并应被标准化。当前，通过采用所谓的数据线供电（PoDL）标准（IEEE 802.3bu），只有10SPE对等网络拓扑具有供电选项。

可以在PSE 110与节点120、130、140之间协商电压和传输的功率量。但是，对于使用PoDL的多点配置，无法支持任何热插拔和热拔插动作。PoDL不包括适合在已经输送了操作DC输出功率时协商功率的功率协商协议。PoDL可以协商功率，但只能在提供DC输出功率之前协商，因为PoDL中使用的协商是经由串行通信分类协议（SCCP）完成的。SCCP仅在不施加低阻抗有线总线功率的情况下才能工作，因为从客户端到主机的数据传输是通过总线的开漏短路来完成的。

对于诸如电气装置100的多点网络，具有动态地添加或移除所连接的DC受电设备的灵活性，建立了不同的协商技术。它不仅支持实现DC受电设备节点的热插拔和热拔插，而且使得能够为运行期间的系统功率使用添加额外的优化自由度。

主要原理是在每个DC受电设备处建立输入功率接口，使其可以适应根据本发明的DC电源设备可以提供的潜在DC电压。DC受电设备120、130、140需要能够从该初始DC电压水平最小地启动其微控制器，并通知PSE它们将需要或优选不同的DC电压水平以及它们想要汲取多少功率。这包含在DC受电设备被配置为在初始化模式下操作时经由有线总线传送的DC功率需求信息中。DC电源设备101基于功率确定规则，使用连接至有线总线101的节点120、130、140的DC功率需求信息来确定经由输出功率接口输出的操作DC输出功率量，操作DC输出功率量适合于在其相应的正常操作模式下为连接的DC受电设备的操作供电。此操作DC输出功率量。

图2示出了连接到单个双绞线有线总线201的DC受电设备200的实施例。DC受电设备200包括被配置为控制DC受电设备200在电负载设备204的正常操作模式下以及在初始化模式下的操作的DC受电设备控制单元202，初始化模式需要低于由DC受电设备的正常操作模式所需的操作DC功率量的预定初始化DC输入功率量。它还包括输入功率接口206，用于经由单个双绞线有线总线201从DC电源设备（未示出）接收DC功率。DC受电设备包括存储单元208，存储单元208被配置为存储指示以正常操作模式操作该DC受电设备的DC电压需求和DC电流需求的DC功率需求信息。该DC受电设备还包括DC受电设备通信单元210以及功率转换单元212，该DC受电设备通信单元210被配置为在以初始化模式操作DC受电设备时经由有线总线提供DC功率需求信息，该功率转换单元212包括下转换器级，该下转换器级被配置为接收具有输入DC电压的DC功率，并在以正常操作模式操作该DC受电设备时输出具有下转换的DC电压的转换后的DC功率，该下转换的DC电压等于或低于输入DC电压并符合DC电压需求。

下转换器级被配置为允许在整个PoDL DC电压范围（即DC输出功率的DC电压水平的范围）内操作，该范围通常在3.3V-60V之间。通常在初始化供应模式期间提供3.3V。在操作供应模式期间，操作DC输出功率量的标称DC电压值的范围从1类PSE中的4.41V到9类PSE中的60V，其中PSE的类别分类对应于PoDL标准。

下表（表1）示出了根据PoDL标准的分类功率需求矩阵。

其中V

V

V

I

P

V

P

图3示出了经由单个双绞线有线总线301连接到被称为供电装置（PSE）的DC电源设备302的另一示例性DC受电设备300。PSE 302被配置为经由有线总线供应DC功率，并且可以在两种不同的操作模式下操作。在初始化供应模式下，PSE 302将预定的初始化DC输出功率量输送到有线总线，其中，初始化DC输出功率量适合于以其初始化模式来驱动连接的DC受电设备，该初始化模式包括经由有线总线将用于它们相应的正常操作模式的相应功率需求信息传送到DC电源设备。它进一步以操作供应模式可操作，其中，DC电源设备经由功率接口将确定的操作DC输出功率量输送到连接的DC受电设备。在该示例中，PSE 302还充当用于串行通信分类协议（SCCP）的有线总线主控。DC受电设备300包括SCCP初始化协商电路328、10SPE客户端326和功率转换单元223。在该示例中，10SPE客户端326包括微处理器和存储单元。因此，10SPE客户端被配置为充当DC受电设备通信单元和DC受电设备控制单元。它有利地包括与微控制器功能相组合的10SPE PHY和MAC功能。

示例性PSE 302被配置为在初始化供应模式下提供足够的DC功率，以检测到最小安装了一个兼容的网络节点。可以使用PoDL标准的串行通信分类协议（SCCP）完成此识别，该协议还允许收集多个并行连接的节点的信息。当PSE在此步骤中尚未检测到任何单个节点的存在时，将不施加功率，并且使用SCCP来检测何时连接了第一节点（即DC受电设备）。如果检测到至少一个节点，则在有线总线处施加基本DC电压（通过SCCP在相应的功率类别中选择的启动电压，参见表1）。此功能是PoDL标准的一部分。

在将基本DC电压施加在有线总线处，从而经由PSE 302的功率接口提供初始化DC输出功率量之后，所有连接的节点（诸如节点300）将启动其相应的DC受电设备控制单元以及其相应的DC受电设备通信单元，或者在节点300的情况下，启动10SPE客户端326，该10SPE客户端326既包括DC受电设备控制单元又包括DC受电设备通信单元。然后，每个节点提供DC功率需求信息，关于优选电压及由此产生的电流需求，以及所有兼容电压及相关最大电流值。可以使用LLDP包（优选非路由的LLDP包）最佳地完成DC受电设备与PSE 302之间的通信。

PSE 302收集所连接的DC受电设备的所有DC功率需求信息，并确定适合于在其相应的正常操作模式下对至少一个所连接的DC受电设备的操作供电的操作DC输出功率量。该确定基于预定的功率确定规则。在非限制性示例中，所连接的DC受电设备之一需要一定的DC电压以起作用，并且所有其他所连接的DC受电设备都能够以该DC电压起作用。

图4示出了连接到单个双绞线有线总线401的示例性DC电源设备400。该DC电源包括功率接口402，该功率接口402用于经由单个双绞线有线总线向经由有线总线并联连接的多个DC受电设备提供DC输出功率。它还包括DC电源网络通信单元404，该DC电源网络通信单元404被配置为经由功率接口从经由有线总线401连接的DC受电设备接收相应的DC功率需求信息，该相应的DC功率需求信息指示各个DC受电设备在其相应的正常操作模式下操作的DC电压需求和DC电流需求。该DC电源设备还包括DC电源控制单元406，其配置为：

-驱动DC电源设备400以初始化供应模式操作，经由功率接口输送预定的初始化DC输出功率量，其中初始化DC输出功率量适合于以其初始化模式来驱动连接的DC受电设备，该初始化模式包括经由有线总线401将用于它们相应的正常操作模式的相应功率需求信息传送到DC电源设备，

-使用从所连接的DC受电设备接收到的DC功率需求信息和预定的功率确定规则，来确定要经由输出功率接口输出的操作DC输出功率量，该操作DC输出功率量适合于在其相应的正常操作模式下为至少一个连接的DC受电设备的操作供电，以及

-随后驱动DC电源设备以操作供应模式操作，将确定的操作DC输出功率量经由功率接口402输送到所连接的DC受电设备。

可选地，DC电源设备400还可以包括以虚线示出的DC受电设备检测单元408，并且被配置为在DC电源设备以初始化模式操作时检测至少一个DC受电设备经由有线总线到输出功率接口的连接，并将对其进行指示的初始化检测信号提供给DC电源控制单元。在该DC电源设备中，DC电源控制单元被配置为在接收到检测信号时以初始化模式经由功率接口来驱动预定的初始化DC输出功率量的输送。

优选地，DC受电设备检测单元408进一步被配置为在以操作供应模式操作DC电源设备时检测新连接事件以及断开事件，该新连接事件涉及附加的DC受电设备到有线总线的连接，该断开事件涉及先前连接的DC受电设备与有线总线401的断开，并提供指示新连接事件或断开事件的相应事件检测信号。在此特定的DC电源设备中，DC电源控制单元406进一步被配置为，在以操作供应模式操作DC电源时：

-在接收到指示新连接事件的事件检测信号时，维持当前提供的操作DC电压量，用于将初始化DC功率量提供给附加的DC受电设备；以及

-在接收到指示新连接事件或断开事件的事件检测信号时，基于预定的功率确定规则以及当前连接到有线总线的DC受电设备的DC电压需求和DC电流需求，重新确定要经由功率接口输出的操作DC输出功率量。

因此，这种DC电源设备也适合于在以操作供应模式操作时协商功率输送，特别是在DC受电设备的新连接或断开的事件中。

当新的DC受电设备连接时，它必须能够从DC电源设备可以提供的所有可能的电压水平上电。假定DC电源设备在其关于要提供的最大DC电流的限制内，为新连接的DC受电设备保持了可用功率的余量，以便确保不会检测到过电流情况，过电流情况将导致所有DC受电设备的断电，进而导致网络重启。

当新的合适的DC受电设备或节点连接到有线总线时，其被配置为以初始化模式操作，并通常借助于LLDP通信提供DC功率需求信息。DC电源设备从新连接的节点接收DC功率需求信息，并重新确定操作的DC输出功率量。

示例性的DC电源设备还被配置为监视DC受电设备与有线总线的断开。例如，可以通过检测所连接的一组DC受电设备的DC功率消耗中的变化来执行监视。替代地或另外地，在合适的DC电源设备中，可以通过基于MAC地址相关信息检测所连接的网络设备MAC是否丢失来执行监视。否则，只要没有宣布断开的意图，就不会有DC受电设备断开的任何明确的信令。根据PoDL标准，DC电源设备定期检查功率接口处的阻抗，并且因此可以检测到没有节点连接到有线总线，以便停止经由功率接口提供操作DC输出功率。

优选地，不能够以给定的操作的DC输出功率量在正常操作模式下连续操作的任何DC受电设备或节点都应该关闭。例如，对于不是由线性稳压器供应的低功率节点，这可以发生在高有线总线DC电压下。这样的稳压器可能不能够以相关的高线性损耗将DC功率可持续地输送到节点。

在许多应用中，施加到有线总线的高DC电压意味着低DC电流，以及因此电缆和滤波器的低损耗。这对于连接的长有线总线和/或高功率DC受电设备尤其真实。但是，对于超低功率的节点，例如基于PIR效应的移动检测器，低总线电压可能是最佳的。这是因为从高轨电压供应这些电压意味着在任何线性稳压器中的高损耗，但是使用SMPS供应通常可能导致开关损耗容易高于传感器的DC功率请求。

因此，如果许多节点仅需要低瓦数，则一些功率确定规则可能导致PoDL中允许的操作DC输出功率量的DC电压降低到仍充分供应大功耗的节点（如摄像机，IR或RF节点）的最低水平。表格可以用于评估和确定要输送的最佳操作DC输出功率量以及对应的最佳DC电压。

而且，优选地，DC电源设备可以请求一些DC受电设备削减其功率使用，以允许添加的DC受电设备的优先功率使用。对于这样的动作，添加的DC受电设备发送需要当前不可用的DC功率的DC功率需求信息，并经由功率优先级数据来给高优先级发信号。DC电源设备使用功率确定规则（例如可以包括预算表）来查找当前由DC功率供应的具有最低优先级的连接的DC受电设备。如果该节点的优先级低于新连接的DC受电设备的优先级，则将请求关闭前者。如果可用的DC功率量仍然不够高，则DC电源设备将如上所述再次重复搜索。

图5示出了用于操作DC电源的方法500的实施例的流程图，该DC电源用于向一个或多个DC受电设备供应操作DC功率，每个DC受电设备在初始化模式下可操作，其需要比在DC受电设备的相应正常操作模式下更低的DC功率量，该方法包括在步骤502中，在以初始化模式操作DC电源设备时，经由功率接口驱动预定的初始化DC输出功率量的输送，其中初始化DC输出功率量适合于以其初始化模式驱动连接的DC受电设备，该初始化模式包括经由单个双绞线有线总线将用于它们相应的正常操作模式的相应功率需求信息传送到DC电源设备。该方法包括在步骤504中，经由功率接口从经由单个双绞线有线总线连接的DC受电设备接收相应的DC功率需求信息，该相应的DC功率需求信息指示用于各个DC受电设备在其相应的正常操作模式下操作的DC电压需求和DC电流需求。该方法包括：在步骤506中，使用从连接的DC受电设备接收到的DC功率需求信息和预定功率确定规则，从DC电源设备被配置为以操作供应模式供应的多个可用DC输出功率量中确定要经由输出功率接口输出的操作DC输出功率量，该操作DC输出功率量具有适合于在其相应的正常操作模式下为连接的DC受电设备的操作供电的操作DC电压量；并且在步骤508中，随后驱动DC电源设备以操作供应模式操作，将所确定的操作DC输出功率量经由功率接口分配给所连接的DC受电设备。

图6示出了用于操作在正常操作模式和初始化模式下可操作的DC受电设备的方法600的实施例的流程图，该初始化模式需要比由DC受电设备的正常操作模式所需的DC功率量更低的预定初始化DC输入功率量。该方法包括在步骤602中，在存储单元中存储指示用于在正常操作模式下操作DC受电设备的DC电压需求和DC电流需求的DC功率需求信息。该方法包括在步骤604中，经由单个双绞线有线总线从DC电源设备接收DC功率。该方法还包括在步骤606中，并且当DC受电设备以初始化模式操作时，经由有线总线提供DC功率需求信息。该方法进一步包括：在步骤608中，并且当DC受电设备以正常操作模式操作时，从DC电源设备配置为供应的多个可用DC输出功率量中以具有操作DC电压量的输入DC电压接收DC功率；以及在步骤610中，提供具有下转换的DC电压的转换后的DC功率，该下转换的DC电压等于或小于输入DC电压并符合DC电压需求。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。

单个单元或设备可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不意味着不能有利地使用这些措施的组合。

计算机程序可以存储/分发在适当的介质（诸如光学存储介质或固态介质）上，与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供，但也可以以其他形式分发，诸如经由因特网或者其他有线或无线电信系统。

权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制范围。