CN101124774A - 在检测和分级模式期间利用输送到用电设备的电力 - Google Patents

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Abstract

一种用于通过通信链路从供电设备接收供电的用电设备，具有工作支持电路，以检测或分级模式响应由供电设备提供的电力，使得供电设备能够以检测或分级模式工作；和辅助电路，被设置由通过检测或分级模式提供的至少部分电力供电。

Description

在检测和分级模式期间利用输送到用电设备的电力
本申请要求美国临时专利申请号60/646,509的优先权，该申请的申请日为2005年1月25日，发明名称为″支持先进的以太网供电系统的系统和方法(SYSTEMAND METHOD FOR SUPPORTING ADVANCED POWER OVER ETHERNETSYSTEM″。
技术领域
[0001]本发明涉及供电系统，更具体地讲，涉及利用在检测和分级程序期间通过通信链路输送至用电设备的电力的电路和方法。
背景技术
[0002]在过去若干年中，以太网已成为局域网络最常用的方法。IEEE802.3组，以太网标准的发起人，业已开发了该标准的延伸形式，称作IEEE 802.3af，定义通过以太网电缆供电。IEEE 802.3af标准定义以太网供电(PoE)系统，涉及通过非屏蔽双绞线将电力从供电设备(PSE)传输到位于链路相对侧的用电设备(PD)。传统上，网络设备诸如IP电话，无线LAN接入点，个人计算机和网络摄像机需要两个连接：一个连至LAN，而另一个连至供电系统。所述PoE系统消除了需要额外的插口和接线，以向网络设备供电。取而代之的是，通过用于数据传输的以太网电缆供电。
[0003]如在IEEE 802.3af标准中所定义的，PSE和PD是非数据实体，允许网络设备使用与用于数据传输同类的电缆供电和获得电力。PSE是在物理连接点电连接至电缆的设备，它向链路供电。PSE通常与以太网开关，路由器，网络集线器或其他网络交换设备或中跨供电设备相连。PD是获得供电或请求供电的设备。PD可以与诸如数字IP电话，无线网络接入点，PDA或笔记本电脑扩展坞，移动电话充电器和HVAC恒温器等设备相连。
[0004]PSE的主要功能是检测请求供电的PD，可选地对PD进行分级，如果检测到PD则向所述链路供电，监测链路上的供电，并且在不再请求或者需要时切断电源。在检测模式下，PD呈现有效或无效的检测信号以请求供电。所述PD检测信号具有通过PSE测定的电学特征。
[0005]如果所述检测信号有效，PD可以选择以分级模式工作，以表示在上电时会提取多少电力。PD可被分级成级别0到级别4。级别1的PD要求PSE提供至少4.0W，级别2的PD要求PSE提供至少7.0W，级别0，3或4的PD要求至少15.4W。根据PD的确定级别，PSE向PD提供所需的电力。
[0006]在检测和分级模式期间，PSE施加由IEEE 802.3af标准规定的检测和分级电压，以确定所述PD的检测和分级信号。希望提供电路和方法，用于利用在检测和分级模式期间由PSE提供的电力来支持PD的其他功能。
发明内容
[0007]本发明提供了用于通过通信链路供电的新型电路和方法。根据本发明的一个方面，用于通过通信链路接收来自供电设备供电的用电设备包括工作支持电路，以检测或分级模式响应由供电设备提供的电力，使得供电设备能够以检测或分级模式工作；和辅助电路，被设置用于通过以检测或分级模式提供的至少部分电力被供电。应当指出，所述供电设备可以包括PSE，中跨供电设备，馈电器，或用于供电的任何其他设备。
[0008]根据本发明的一个实施例，用于接收来自以太网供电系统的供电设备供电的用电设备包括分级支持电路，以分级模式响应由供电设备提供的分级电力，使得所述供电设备能够确定所述用电设备的功率要求；和辅助电路，被设置用于通过至少部分分级电力被供电。
[0009]所述用电设备可以包括分级供电电路，响应用于提供所述辅助电路电源的分级电力。例如，所述分级供电电路可以包括采样和保持电路，具有在分级模式期间充电的蓄电电路，以向辅助电路提供积蓄的电力。
[0010]所述蓄电电路可以包括电容，可连接至分级电力源，用于在预定时间段内充电。在该时间段届满后，所述电容从分级电力源断开，以便能够为选定级别提供分级电流。
[0011]另外，可以提供阈检测器，用于确定由用电设备提供的分级信号是否超过呈现特定级别的有效分级信号所需的阈值水平。电容可以连接到分级电力源，用于在分级信号超过阈值水平时充电。
[0012]所述辅助电路可以包括具有不同功率消耗水平的多个辅助电路。可以提供逻辑电路，用于选择可以由可用分级功率水平供电的辅助电路。
[0013]所述逻辑电路还可以控制采样和保持电路中电容的充电和放电，并控制分级电流源，以提供对应选定级别的分级电流。
[0014]根据本发明的方法，实施了以下步骤，以对以太网供电系统的用电设备进行分级：
-为了响应以分级模式由供电设备提供的电力，提供分级电流表示所述用电设备的特定级别，和
-提供在分级模式接收到的至少部分电力，以支持辅助电路的工作。
[0015]以分级模式提供的电力可在预定的时间被积蓄，并用于向辅助电路供电。所述分级电流可在预定的时间间隔之后提供。
[0016]另外，当所述用电设备以分级模式提取的分级电流超过提供特定级别的有效分级信号所需的阈值水平时，可以积蓄以分级模式提供的电力，用于向辅助电路供电。
[0017]根据本发明的另一方面，用于从以太网供电系统中供电设备接收电力的用电设备包括检测支持电路，响应由供电设备以检测模式提供的检测电力，用于使供电设备能够检测用电设备；和辅助电路，被设置用于通过至少部分检测电力被供电。
[0018]所述检测支持电路可以包括信号电阻，用于向供电设备提供有效的检测信号。另外，可以取消所述信号电阻，并且辅助电路可被设置以提供有效的检测信号。
[0019]通过以下详细说明，本领域技术人员可以更方便地理解本发明的其他优点和方面，其中，示出并且披露了本发明的实施例，仅以说明用于实施本发明的最佳方式的形式提供。正如所披露的，本发明能够以其他的和不同的实施例实施，并且它的若干细节能够以各种显而易见的方式进行改进，所有这样的改进都没有偏离本发明的精神。因此，附图和说明被视为说明性的，而不是限制性的。
附图说明
[0020]以下对本发明实施例的详细说明通过结合以下附图能够得到最佳的理解，其中，特征不一定是按比例绘制的，而是以能够最好说明相关特征的形式绘制的，其中：
图1是示意图，示出本发明的以太网供电系统。
图2是示意图，示出用电设备(PD)的传统检测电路。
图3是示意图，示出PD的传统分级电路。
图4是示意图，示出根据本发明的PD的检测电路。
图5是示意图，示出根据本发明的PD的分级电路。
图6是示意图，示出根据本发明的分级电路的示例性实施例。
具体实施方式
[0021]本发明将利用以太网供电(PoE)系统为例进行说明。不过，显而易见，本文所披露的构思可应用于通过通信链路供电的任何系统。例如，本发明的系统可用于局域网(LAN)，该局域网具有多个节点，网络集线器，和将节点连接至网络集线器用于提供数据通信的通信电缆。所述网络集线器可以包括供电设备，并且可以使用通信电缆用于从供电设备向用电设备供电。
[0022]图1示出简化方框图，示出了PoE系统10包括供电设备(PSE)12，具有多个端口1-4，可以通过相应链路连接至用电设备(PD)1-4，每个链路可用以太网电缆中2或4组双绞线提供。尽管图1示出了PSE12的四个端口，本领域技术人员会认识到，可以提供任意数量的端口。
[0023]PSE12可以按照IEEE 802.3af标准与每个PD相互作用。具体地讲，PSE12和PD参与PD检测程序，在此期间，PSE12探查链路，以检测PD。如果检测到PD，PSE12检查PD检测信号，以确定它是有效还是无效的。有效和无效的检测信号在IEEE 802.3af标准中进行了定义。有效的PD检测信号表示PD处于会接受供电的状态，而无效的PD检测信号表示PD处于不会接受供电的状态。
[0024]如果所述信号有效，PD可以选择向PSE呈现分级信号，以指示在上电时它会提取多少电力。例如，PD可被分级成级别0-级别4。级别1的PD要求PSE提供至少4.0W，级别2的PD要求PSE提供至少7.0W，而级别0，3或4的PD要求至少15.4W。根据PD的确定级别，PSE向PD提供所需的电力。
[0025]图2示出根据IEEE 802.3af标准，用于支持检测模式的PD的传统检测电路。在所述检测模式中，PSE12产生检测电压Vdet，该电压通过相应的链路施加，以检测连接至该链路的PD。例如，检测电压Vdet的范围可以是2.7V-10.1V。PSE可以进行两个或多个测试，以检测PD的信号电阻。对于每个测试，PSE产生检测电压Vdet。不同检测测试所产生的检测电压Vdet之间的最小电压差是IV。
[0026]对应检测电压Vdet的输入电压VIN被施加在包括信号电阻R1的PD的检测电路上。PSE确定所产生的电流Ires来响应施加的检测电压Vdet。PD的信号电阻R1被确定为
R1＝ΔVdet/ΔIres，
其中，ΔVdet是不同测试中检测电压之间的差，而ΔIres是响应相应的检测电压所产生的电流之间的差。
[0027]为了有效，信号电阻R1应当在预定范围内。例如，对于符合IEEE802.3af标准的PD，所述信号电阻必须在19KOhm-26.5Kohm的范围内。
[0028]如果PSE确定所述信号电阻是有效的，它可以切换到分级模式，以确定PD的功率要求。图3示出用于支持分级模式的PD的传统分级电路。根据IEEE802.3af标准，在分级模式中，PSE通过相应的链路施加14.5V-20.5V范围内的分级电压Vclass。对应分级电压Vclass的输入电压VIN施加在具有分级电流源30的PD的分级电路的输入上。
[0029]作为响应，分级电路的电流源30呈现分级电流Iclass，表示PD的级别。例如，按照IEEE 802.3af标准，级别0的分级电流可以是0mA-4mA，级别1的分级电流可以是9mA-12mA，级别2的分级电流可以是17mA-20mA，级别3的分级电流可以是26mA-30mA，而级别4的分级电流可以是36mA-44mA。PSE测量PD的分级电流以便确定它的级别。
[0030]传统的检测和分级电路采用以检测和分级模式由PSE提供的电力，仅用于进行检测和分级程序。不过，希望将该电力用于支持PD的其他功能。
[0031]图4示出本发明PD的检测电路。在该电路中，响应由PSE施加的检测电压Vdet而提取的输入电流IIN被分成电流I1和I2。第一电流I1支持检测程序，而第二电流I2提供给辅助电路40，用于支持其工作。例如，电路40可以是微功率数字电路或低功率电路，用于提供参考和支持功能。电路40可以集成在PD中，或置于PD的外部。电路40的输入阻抗相对信号电阻R1的值进行选择，以便提供足以支持检测程序的电流I1。
[0032]另外，可以取消所述信号电阻，以允许检测功率的全部值被输送至辅助电路40。在这里，选择辅助电路的输入阻抗，以提供由IEEE 802.3af检测信号要求规定的检测信号值。
[0033]图5示出根据本发明的PD的分级电路。在该电路中，分级电流源50被连至辅助电路52，以便将分级电流分成用于提供分级程序的电流I1，和输送给辅助电路52以支持其工作的电流I2。电路52可以集成在PD中或置于PD外部。电流I1被保持在一水平，足以为选定级别呈现至少最小给定分级电流。例如，为了按照符合IEEE 802.3af标准的分级程序工作，级别1的电流I1应当至少为9mA，级别2至少为17mA，级别3至少为26mA，级别4至少为36mA。对于级别0，分级电流的整个值可被提供给辅助电路52。
[0034]图6示出根据本发明的PD的分级电路的示例性实施例。能够向具有不同功率消耗水平的n个辅助电路1，2，...，N中任意一个提供至少部分分级功率的分级电路，包括控制逻辑电路62，用于控制分级操作；可控的分级电流源64，用于为PD的选定级别提供分级电流；和采样和保持电路，包括开关66和电容68。例如，可以将MOSFET用作开关66。辅助电路可以集成在PD中，或者置于PD外部。
[0035]在分级程序开始时，输入电压VIN被施加在分级电路上来响应从相应的PSE提供的分级电压Vclass。预编程来选择PD级别的控制逻辑电路62，控制可控的分级电流源64，以提供对应选定级别的分级电流。
[0036]当输入电压VIN被施加至分级电路时，控制逻辑电路62可以控制开关66，以将输入电压VIN施加至电容68，以便对电容68充电。例如，按照IEEE 802.3af标准，PD有5ms来提供稳定的分级信号。因此，当施加输入电压VIN时，控制逻辑62可以对电容68充电4ms，并然后将电容68从输入电压VIN断开，以使得分级电流源64能够提供稳定的分级信号。
[0037]当电容68从分级电源断开时，可用积蓄的电荷向连接至电容68的辅助电路1，2，...，N供电。根据分级电流的选定级别和相应值，控制逻辑电路62可以选择能够由可用分级电力供电的辅助电路。可在控制逻辑电路62和n个辅助电路1，2，...，N之间提供n-导线启动总线En，使得选定的辅助电路能够从电容68接收供电。例如，辅助电路可以对PD提供记忆功能，用于在从PD断电的限量时间保持信息。
[0038]另外，在分级程序开始时，电容68可以从分级电源断开。控制逻辑电路62可以包括阈检测器，它确定在分级程序期间由PD提取的电流何时超过呈现选定级别的分级信号所需的阈值水平。当所提取的电流超过对应选定级别所需最小分级电流的阈值水平时，控制逻辑电路62控制开关66，以将电容68连接至输入电压VIN，以由分级电源对该电容进行充电。可用积蓄的电荷对由控制逻辑电路62选定的辅助电路供电。
[0039]以上说明示出和披露了本发明的各个方面。另外，本说明只示出和披露了优选实施例，但如上所述，应当理解，本发明能够使用各种其他组合，改进，和环境，并且能够在本文所体现的发明构思范围内进行改变或改进，与上述教导，和/或相关领域的技能或知识匹配。
[0040]上述实施例还可用于解释已知用于实施本发明的最佳方式，并且使得本领域技术人员能够以上述或其他实施例的形式利用，并且根据本发明的具体应用或用途的要求进行各种改进。
[0041]因此，本说明书不是要将本发明局限于本文所披露的形式。另外，希望将所附权利要求书理解成包括可选实施例。

Claims (21)

1.一种用于通过通信链路从供电设备接收供电的用电设备，包括：
工作支持电路，响应以检测或分级模式由供电设备提供的电力，使得所述供电设备能够以检测或分级模式工作，和
辅助电路，设置由以检测或分级模式提供的至少部分电力供电。
2.一种用于从以太网供电(PoE)系统中的供电设备接收供电的用电设备，包括：
分级支持电路，响应以分级模式由供电设备提供的分级电力，使所述供电设备能够确定所述用电设备的功率要求，和
辅助电路，设置由至少部分所述分级电力供电。
3.根据权利要求2所述的设备，还包括分级供电电路，响应所述分级电力，用于提供所述辅助电路的供电。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述分级供电电路包括采样和保持电路。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述采样和保持电路包括在分级模式期间充电的蓄电电路，以向所述辅助电路提供积蓄的电力。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述蓄电电路包括电容，可连接至分级电力源，用于在预定时间期间充电。
7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述分级供电电路包括阈检测器，用于确定分级信号是否超过所述用电设备在分级模式工作所要求的阈值水平。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述采样和保持电路包括电容，可连接至分级电力源，用于在所述分级信号超过阈值水平时充电。
9.根据权利要求4所述的设备，其中，所述辅助电路包括具有不同功率消耗水平的多个辅助电路。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述分级供电电路包括逻辑电路，用于控制所述采样和保持电路。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述逻辑电路被设置用于选择由可用分级电力供电的辅助电路。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述分级支持电路包括可控的分级电流源，用于提供分级电流对应所述用电设备的功率要求。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述逻辑电路被设置用于控制所述可控的分级电流源。
14.一种用于从以太网供电系统的供电设备接收供电的用电设备，包括：
检测支持电路，响应以检测模式由供电设备提供的检测电力，使所述供电设备能够检测所述用电设备，和
辅助电路，被设置由至少部分所述检测电力供电。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述检测支持电路包括信号电阻，用于向所述供电设备提供有效的检测信号。
16.根据权利要求14所述的设备，其中，所述辅助电路被设置以提供有效的检测信号。
17.一种在以太网供电系统中对用电设备进行分级的方法，包括以下步骤：
为了响应在分级模式由供电设备提供的电力，提供分级电流表示所述用电设备的特定级别，和
提供在分级模式接收的至少部分电力来支持辅助电路的工作。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，在分级模式提供的电力在预定的时间被积蓄。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述分级电流在预定时间间隔之后被呈现。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括确定由所述用电设备在分级模式提取的分级电流何时超过呈现所述用电设备的特定级别所需的阈值水平的步骤。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，当所述分级电流超过阈值水平时，在分级模式提供的电力被积蓄用来向所述辅助电路供电。
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