CN101094534A

CN101094534A - 用户端馈电以太网交换机

Info

Publication number: CN101094534A
Application number: CN 200710049561
Authority: CN
Inventors: 邢雪阳
Original assignee: LIXIANG IT IND CO Ltd CHENGDU
Current assignee: LIXIANG IT IND CO Ltd CHENGDU
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2027-07-20
Also published as: CN101094534B

Abstract

本发明为用户端馈电以太网交换机，与以太网交换机有关，解决已有以太网交换机供电困难，供电成本高的问题，包括以太网交换机(1)，与以太网交换机连接的若干用户端(2)，每个用户端(2)有一个交流—直流电压变换单元(3)与市电电源接口连接，交流—直流电压变换单元(3)的输出与第一端口(4)连接，第一端口(4)与第二端口(5)连接，第二端口(5)与用户计算机连接，第一端口(4)通过双绞线与以太网交换机(1)的第三端口(6)连接，第三端口(6)有一路电源线与直流—直流电压变换单元(7)连接，有一路信号线经隔离变压器(8)、物理层接口芯片(11)与交换芯片(9)连接，直流—直流电压变换单元(7)的输出与交换芯片(9)、接口芯片(11)、隔离变压器(8)、配置单元(12)、存储器(10)连接。

Description

用户端馈电以太网交换机

技术领域：

本发明与以太网交换机有关。

背景技术：

宽带网络是20世纪末期才兴起的行业。在国内，采用FTTB+LAN(光纤到楼以太网入户)技术的宽带网络成为宽带网络的主流方式之一。近两年，这种方式的宽带网络已经由大规模建设阶段，转入运营阶段，在运营过程中，以太网交换机是其核心设备。然而，随着大规模的网络建设和运行，发现在用户端即楼道交换机的供电存在供电不方便，施工难度大，运维费用高等诸多缺点，给宽带运营带来了极大不方便。目前楼道交换机主要有两种供电方式，即本地供电和远程供电。本地供电采用的方式是交换机内置或外置转换电源，即转换电源连接AC220V的市网，把AC220V的电压转换成交换机所需的电压，本地供电由于现在的住宅都采用电线暗埋的方式，供电非常困难，而且费用也比较高，且不适合大规模运维。远程供电楼道交换机是通过机房或上端的远程供电设备获得电源。远程供电设备把远程交换机的信号和电源合并到一个网络端口，通过传输介质把数据和电源同时传输到楼道交换机。而远程供电由于受双绞线以太网传输距离的限制，所以使用受到很大的局限，同时，不论有无用户上网，远程供电设备都一直在对本地楼道交换机供电，增加了运维成本也同时降低了交换机的使用寿命。

随着FTTH的推进，光纤到楼道后，对楼道交换机，光纤收发器等网络设备的供电问题日益突出，是困扰FTTH推进的一大问题，所以，解决对楼道交换机、以太网供电的问题非常迫切。

发明内容：

本发明的目的是提供一种结构简单，使用方便，成本低廉，节能的用户端馈电以太网交换机。

本发明是这样实现的：

本发明用户端馈电以太网交换机，包括以太网交换机1，与以太网交换机连接的至少一个用户端2，每个用户端2有一个交流——直流电压变换单元3与市电电源接口连接，交流——直流电压变换单元3的输出与第一端口4连接，第一端口4与第二端口5连接，第二端口5与用户计算机或用户以太网交换机或路由器连接，第一端口4通过双绞线与以太网交换机1的第三端口6连接，第三端口6的直流电源线与直流——直流电压变换单元7连接，第三端口的信号线经隔离变压器8与交换芯片9连接，直流——直流电压变换单元7的输出与交换芯片9、隔离变压器8、配置单元12、存储器10连接。

所说的隔离变压器8为第一POE隔离变压器，第三端口6的直流电源线通过第一POE隔离变压器与直流——直流电压变换单元7连接，交流——直流电压变换单元3的输出与第二POE隔离变压器12连接，第二POE隔离变压器12与第一端口4和第二端口5连接。

隔离变压器8经物理层接口芯片11与交换芯片9连接，直流——直流电压变换单元7与物理层接口芯片11连接。

一个以太网交换机1有多个第三端口6与多个用户端2连接，每一个第三端口6与一个用户端2的第一端口4连接，每一个第三端口6经过各自的隔离变压器、物理层接口芯片的对应接口与交换芯片的对应接口连接。

交流——直流电压变换单元3的全桥整流电路BR1的输出经开关电路Q₁与变压器B的初级绕组连接，变压器B的第一次级绕组一端经电感L₁、电容C₅、C₆构成的滤波器与第一端口4连接，另一端经晶体三极管Q₂和电阻R₇组成的限流控制电路与第一端口4连接，第一端口4为RJ45插座，变压器B的第二次级绕组经光电管PC₁与开关电路Q₁的控制端连接。

交流——直流电压变换单元3的全桥整流电路BR1的输出与集成块IC1和变压器B的初级绕组一端连接，集成块IC1的输出经场效应管Q1与变压器B的另一端初级绕组连接，变压器B的次极绕组依次经滤波电路、稳压电路和限流电路与第一端口4连接。

交流——直流电压变换单元3的全桥整流电路BR1的输出经电阻R1和晶体管Q1与变压器B的初级绕组连接，变压器B的次级经滤波电路、稳压电路与第一端口4端连接。

直流——直流电压变换单元7为集成块IC101，其输出端连接储能电感L101和电容C102构成的稳压电路，其输入端有电容C101与串联电阻R101、R102连接。

直流——直流电压变换单元7有主变压器T101的初级绕组经第一、二场效应管Q101、Q102与集成块IC101连接，主变压器T101的次级绕组经滤波电路输出直流电压。

本发明结构简单，主要采用两种供电传输方案，第一种方案利用用户端的市电经交流——直流电压变换后经用户端的双绞线中的空闲线对4，5，7，8给以太网交换机供电，双绞线中的1，2，3，6线对则传输用户端的数据信号。第二种方案采用直流电压和数据信号同时通过双绞线中的1，2，3，6线对同时传输。

当有1个或多个用户上网时，所有用户同时为以太网交换机供电，当没有用户上网时，则交换机自动断电，解决了楼道取电施工困难的问题。供电成本低廉，节能，增加了交换机的使用寿命，降低了运行维护成本。

本发明与和目前流行的机房远程供电交换机存在以下主要区别：

1、技术实现手段不同。目前的远供交换机采用从机房等取电，直接对整个交换机供电，只有一个供电电源；本发明采用用户端供电的方式，每个用户都是交换机的供电电源，既可一个用户单独供电，也可多个用户并联供电。

2、适用的范围不同。目前的远供交换机必须要求机房端距离楼道交换机即用户端的距离不超过100米，而机房等电源绝大部分距离楼道交换机的距离大大超过100米。而采用用户端馈电以太网集中器，则完全不受上端电源和设备距离楼道交换机的距离。采用机房远供电源的方式，不能实现光纤到户(楼)。

3、采用机房远供的方式，不论有没有用户计算机在使用时，交换机都在工作，消耗了能源，同时也减短了交换机的使用寿命；而采用用户端馈电系统，则没有用户计算机上网的时候，不提供对交换机的供电，节约了能源，同时也增加了交换机的使用期限，降低了运行维护成本。

附图说明：

图1为本发明结构框图。

图2为交流—直流电压变换单元原理图之一。

图3为交流—直流电压变换单元原理图之二。

图4为交流—直流电压变换单元原理图之三。

图5为直流—直流电压变换单元原理图之一。

图6为直流—直流电压变换单元原理图之二。

图7为本发明结构图之二。

具体实施方式：

实施例1：

本发明由以太网交换机1和用户端2组成。以太网交换机通过网线与用户端电源连接。从用户家中取电，可采用两种方式对交换机供电：

1、利用双绞线中的空闲线对4、5、7、8对交换机供电，数据信号仍然通过1、2、3、6线对传输

2、数据信号和直流电源利用相同的线对传输，即都利用双绞线的1、2、3、6线对传输

以太网交换机基本器件组成：

型号：
型号：			交换芯片9	KS8995X	3.3V
存储器10		KS8995X内嵌	交换芯片9	KS8995X	3.3V
存储器10		KS8995X内嵌	配置单元12	AT24C02	IIC Bus，128 bytes
配置单元12	89C51		配置单元12	AT24C02	IIC Bus，128 bytes
配置单元12	89C51		电压变换单元7	DC48V---3.3V	核心芯片为LMX576
隔离变压器8	L1164		电压变换单元7	DC48V---3.3V	核心芯片为LMX576

交换芯片还可采用目前流行的RTL8309，KS8997等交换芯片，同时其对应的配置单元芯片，存储器芯片都要做相应的调整。LMX576可用L4960系列型号、LMX596、LMX678等相同相似电路替代。

用户端基本器件组成：

型号：
型号：		全桥整流芯片BR1	BR101
开关电路Q1	MJE13001	全桥整流芯片BR1	BR101
开关电路Q1	MJE13001	变压器B	匝数比3∶1

Q1可由：MJE13001～13008，BUT11A等功率三极管或K3115、K537、K3067、K792、K1507、K118等端效应管。

以上器件也可以选用功能相同或相似元件或集成器件。本发明仅仅列举一种常见交换机的硬件组成，本发明设计的供电方式使用于任何一款交换机芯片。而且电压转换单元芯片可根据实际需求或设计的不同，选择适合其需求的芯片。

(一)工作流程

1、用户上网后，插上用户端馈电以太网集中器的用户端

2、交换机通过网线获得用户端提供的DC-48V电压，启动工作。

3、当有另外的用户计算机工作时，同样的方法，也对交换机提供电源。

本例的交流——直流电压变换单元的工作原理如下：

如图2所示AC220V交流市网电压通过BR1桥式整流后获得直流电压310V，当开关电路Q1上导通直流电压将能量储存于变压器初级绕组中，当Q1关断后，储存在变压器初级绕组中的能量通过次级绕组上的二极管D2整流经由电感L1、电容C5、C6组成的平滑滤波器后向负载端输出直流电压和电流，二极管Z1和光电管PC1分别组成稳压反馈电路，三极管Q2和电阻R7等组成限流控制电路，D4为并联防反二极管。然后通过双绞线把用户电脑的数据信号和直流电压48V一起传输到交换机的RJ45端口。

Q1可采用：TOP、TNY、TNK全系列，Viper全系列、NCP全系列、KA1X全系列、FSDM全系列、FAN全系列、ICE3×；ICE2×全系列等控制芯片。

直流直流变换单元的工作原理如下：

如图5所示直流电压48V按高低电位的顺序接入电路的对应+Vin，-Vin端，经C101稳压滤波储能后送至主变压器T101的中心抽头中，连接至主变压器T101的两组绕线圈的Q101、Q102通过IC101的控制作用，使Q101、Q102分别导通和截止来通过主变压的初级绕组中在Q101、Q102导通期间的储能向变压器次级回路释放能量。次级通道经D101、D102形成全波整流电路将次级的交流脉冲电压整流后再经C102、L101、L102、C103组成的兀型滤波电路向载供给纯净的直流电压。L101有滤波和储能的作用，用以提供Q101、Q102截止期间向负载提供能量的连续性。Z102提供过压保护电路。PL101、Z101、R101、R102、C104提供输出电压稳定作用。Q101、Q102可采用场效应管或晶体硅三极管。

IC101可采用：UC×825、UC×525、U×846、TL494、KA7500、UCX524等相同系列的双推动PWM电路。Z102过压保护可更换为：可控硅误差放大器、光电耦合器、变压器组成的各类电路。

实施例2：

交流——直流变换单元工作原理如下：

如图3所示AC220V市电压经整流桥和C1整流滤波储能后获得10V直流电压，当R2启动电阻给IC1供电后，IC1驱动Q1推动变压器完成自举，辅助绕组，经D2、C4、C3滤波后给IC1提供稳定的工作电压。当Q1导通后，将初级直流电压(310V左右)的能量储存在高压器中，当Q1从饱和导通退出到截止状态后，变压器初级中的储能开始向次级端输送，通过D4的整流，C9、L1、C10组成的兀型滤波后向负载端提供稳定的直流电压。R13、R12、Z1、R14、C12组成电压稳定电路；Q2、C11、R11、R14组成限流电路。

Q1采用：K118、K1507、K1512、K792、K794、SSP6N60、SSP3N60等场效应管。

IC1采用：X842～X845、X802与同类型驱动控制IC、Z1过压保护可更换为：可控硅、误差放大器、光电耦合器、变压后组成的各类电路。D4为并联防反二极管。

直流——直流变换单元工作原理如下：

如图6所示直流电压48V经电容C101储能滤波后，由集成电路IC101，电感L101、电容C102组成的串联型脉宽调制稳压器，其中IC101为主要控制集成电路，D101为储能二极管，L101为储能电感，C102为储能电容超滤波稳压作用，R101、R102组成输出反馈电阻，以提供所需变换的电压。如5V、3.3V、2.5V等，转变后的电压对各芯片模块供电。电容Z101起到过压保护作用。

IC101可采用：L4960系列型号、LMX576、LMX596、LMX678等相同相似电路。

其余与实施例1相同。

实施例3：

交流——直流电压变换单元工作原理如下：

如图4所示AC220V市电电压经整流桥C1整流滤波储能后获得310V直流电压，当R1启动电阻给Q1提供导通电流后，辅助驱动绕组获得正反馈雪崩电压加速Q1迅速导通，将初级直流电压的能量储存在变压器中，当Q1从饱和导通状态退出到截止状态后，变压器中初级的储能开始向次级端输送，通过D3的整流，再经C5、L1、C6组成的兀型滤波给负载端提供稳定纯净的直流电压。R8、C7、R9、Q3、PC、R12、8组成限流电路，PC1、R12、R11、C8、Q2组成稳压电路。

Q1可由：MJE13001~13008，BUT11A等功率三极管或K3115、K537、K3067、K792、K1507、K118等端效应管。

稳压电路还可由光电耦合器分别与误差放大器、变压器、精密基准电路构成。D4为并联防反二极管。

其余与实施例1相同。

Claims

1、用户端馈电以太网交换机，包括以太网交换机(1)，与以太网交换机连接的至少一个用户端(2)，其特征在于每个用户端(2)有一个交流——直流电压变换单元(3)与市电电源接口连接，交流——直流电压变换单元(3)的输出与第一端口(4)连接，第一端口(4)与第二端口(5)连接，第二端口(5)与用户计算机或用户以太网交换机或路由器连接，第一端口(4)通过双绞线与以太网交换机(1)的第三端口(6)连接，第三端口(6)的直流电源线与直流——直流电压变换单元(7)连接，第三端口的信号线经隔离变压器(8)与交换芯片(9)连接，直流——直流电压变换单元(7)的输出与交换芯片(9)、隔离变压器(8)、配置单元(12)、存储器(10)连接。

2、根据权利要求1所述的交换机，其特征在于所说的隔离变压器(8)为第一POE隔离变压器，第三端口(6)的直流电源线通过第一POE隔离变压器与直流——直流电压变换单元(7)连接，交流——直流电压变换单元(3)的输出与第二POE隔离变压器(12)连接，第POE隔离变压器(12)与第一端口(4)和第二端口(5)连接。

3、根据权利要求1或2所述的交换机，其特征在于隔离变压器(8)经物理层接口芯片(11)与交换芯片(9)连接，直流——直流电压变换单元(7)与物理层接口芯片(11)连接。

4、根据权利要求3所述的交换机，其特征在于一个以太网交换机(1)有多个第三端口(6)与多个用户端(2)连接，每一个第三端口(6)与一个用户端(2)的第一端口(4)连接，每一个第三端口(6)经过各自的隔离变压器、物理层接口芯片的对应接口与交换芯片的对应接口连接。

5、根据权利要求1或2所述的交换机，其特征在于交流——直流电压变换单元(3)的全桥整流电路BR1的输出经开关电路Q₁与变压器B的初级绕组连接，变压器B的第一次级绕组一端经电感L₁、电容C₅、C₆构成的滤波器与第一端口(4)连接，另一端经晶体三极管Q₂和电阻R₇组成的限流控制电路与第一端口(4)连接，第一端口(4)为RJ45插座，变压器B的第二次级绕组经光电管PC₁与开关电路Q₁的控制端连接。

6、根据权利要求1或2所述的交换机，其特征在于交流——直流电压变换单元(3)的全桥整流电路BR1的输出与集成块IC1和变压器B的初级绕组一端连接，集成块IC1的输出经场效应管Q1与变压器B的另一端初级绕组连接，变压器B的次极绕组依次经滤波电路、稳压电路和限流电路与第一端口(4)连接。

7、根据权利要求1或2所述的交换机，其特征在于交流——直流电压变换单元(3)的全桥整流电路BR1的输出经电阻R1和晶体管Q1与变压器B的初级绕组连接，变压器B的次级经滤波电路、稳压电路与第一端口(4)端连接。

8、根据权利要求1或2所述的交换机，其特征在于直流——直流电压变换单元(7)为集成块IC101，其输出端连接储能电感L101和电容C102构成的稳压电路，其输入端有电容C101与串联电阻R101、R102连接。

9、根据权利要求1或2所述的交换机，其特征在于直流——直流电压变换单元(7)有主变压器T101的初级绕组经第一、二场效应管Q101、Q102与集成块IC101连接，主变压器T101的次级绕组经滤波电路输出直流电压。