CN101124775A - 以太网供电系统中用电设备的双模检测 - Google Patents

以太网供电系统中用电设备的双模检测 Download PDF

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Abstract

一种新型的电路和方法，用于检测向PD供电的系统中的用电设备(PD)。PD检测电路通过提供检测电流以探查PD检测第一模式的PD，和通过提供检测电压以探查PD来检测第二模式的PD。如果在第一模式和第二模式均检测到PD，控制电路确定PD是有效的设备。

Description

以太网供电系统中用电设备的双模检测
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，涉及用于以太网供电(PoE)系统中用电设备(PD)的检测的电路和方法。
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。IEEE 802.3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，该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的主要功能是为请求供电的PD搜索链路，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。PD通过提供检测信号以请求供电来参与PD检测过程。PD检测信号具有通过PSE测定的电学特征。
[0005]具体地讲，PSE可以用具有至少1V电压差在2.8V-10V范围内的两个电压来探查其端口，以确定PD的信号电阻。19KOhm-26.5KOhm范围内的信号电阻被认为是有效的检测信号。
[0006]不过，如果在测量期间信号电阻或线变化，或者如果被检测的设备在2.8V-10V范围内具有非线性电阻，PSE可能错误地认为非PoE设备是PD。PSE然后可能试图向该设备供电，如果该设备不能承受所施加的电力则导致损坏。
[0007]因此，需要PD检测方案，会降低假PD检测的可能性。
发明内容
[0008]本发明提供了新型电路和方法，用于检测向PD供电的系统中的用电设备(PD)，包括PD检测电路，用于通过提供检测电流以探查PD来检测第一模式的PD，和用于通过提供检测电压以探查PD来检测第二模式的PD。控制电路确定PD是有效的设备，如果在第一模式和第二模式均检测到PD。
[0009]根据本发明的一个方面，PD检测电路可以通过测定在第一模式中响应检测电流所产生的电压，以及通过测定在第二模式中响应检测电压所产生的电流，来确定PD中的给定电阻。
[0010]根据本发明的一个实施例，所述PD检测电路可以包括在第一模式工作的强制电流检测电路，和在第二模式工作的强制电压检测电路。
[0011]PD可被认为是有效的设备，如果它依次在第一模式和第二模式被检测到。第一模式的检测可以在第二模式之前进行。所述控制电路可以控制PD检测电路，以将它在第一和第二模式之间切换。
[0012]根据本发明的另一方面，以太网供电(PoE)系统中的供电设备(PSE)可以包括PD检测源，用于检测在强制电流模式和强制电压模式的PD，和控制电路，用于如果在强制电流模式和强制电压模式均检测到PD时，验证所述PD。
[0013]所述PD检测源可以包括强制电流检测电路，用于产生检测电流，以在强制电流模式探查PD，和强制电压检测电路，用于产生检测电压，以在强制电压模式探查PD。
[0014]PD的信号电阻可以由强制电流检测电路通过测定响应检测电流所产生的电压，以及由强制电压检测电路通过测定响应检测电压所产生的电流来确定。
[0015]所述控制电路可以控制强制电流检测电路，以确定在强制电流模式的信号电阻，并且可以控制强制电压检测电路，以确定在强制电压模式的信号电阻。
[0016]根据本发明的方法，实施以下步骤来检测PD：
-确定强制电流模式下PD的给定参数，
-确定强制电压模式下PD的给定参数，和
-如果在强制电流模式和强制电压模式下均发现PD的给定参数是有效的，验证所述PD。
[0017]PD的给定参数可以包括PD的给定电阻。
[0018]强制电压模式可以通过用给定值的测试电压探查PD来进行。强制电流模式可以通过用对应给定值测试电压的测试电流探查PD来进行。
[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是方框图，示出根据本发明检测PD的示例性系统。
图2是强制电压检测源的Thevenin(戴维南)等效电路。
图3是强制电流检测源的Norton(诺顿)等效电路。
图4是流程图，示出用于控制系统工作，检测在强制电流检测模式和强制电压检测模式中的PD的控制算法。
具体实施方式
[0021]本发明将利用在PoE系统中检测PD为例来进行说明。不过，显而易见，本文所披露的构思可应用于识别供电系统中被供电的任何可连接设备。
[0022]图1示出本发明的PD检测系统10在PoE系统中的简化方框图，它包括PSE 12，和PD14，所述PD14可通过链路16连接至PSE 12，所述链路是例如在IEEE 802.3af标准中定义的双导线链路。所述PD检测系统10包括可置于PSE 12中的强制电压检测源18，强制电流检测源20，开关电路22和控制器24。
[0023]强制电压检测源18以强制电压模式提供PD14的检测。图2示出强制电压检测源18的Thevenin等效电路，它包括电压源32，与电压源32串联的源电阻Rsv，和与源电阻Rsv并联的电流监测器34。
[0024]强制电压检测源18产生检测电压Vdet，用于检测PD。例如，如在IEEE802.3af标准中规定，可以产生的检测电压Vdet在2.8V-10V的范围内。电源电阻Rsv可以高达100KOhm。
[0025]在强制电压模式，强制电压检测源18可以进行两个或多个测试，以检测PD14的信号电阻。对于每个测试，强制电压检测源18在其输出端Vdet+和Vdet-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]通过开关电路22，检测电压Vdet被施加在PD14的检测电路，它包括PD信号电阻Rsig。电流监测器34确定响应所施加的检测电压Vdet而产生的电流Ires。在强制电压模式的PD检测中所述PD14的信号电阻Rsig被确定为
Rsig＝ΔVdet/ΔIres，
其中，ΔVdet是不同测试中检测电压之间的差，而ΔIres是响应相应检测电压而产生的电流之间的差。
[0027]PD的信号电阻Rsig应当在预定的范围内。例如，对于符合IEEE 802.3af标准的PD，信号电阻必须在19KOhm-26.5KOhm的范围内。
[0028]强制电流检测源20以强制电流检测模式提供PD14的检测。图3示出强制电流检测源20的Norton(诺顿)等效电路，它包括电流源42，与电流源42并联的源电阻Rsc，和与源电阻Rsc并联的电压监测器44。
[0029]在检测PD14的每个测试中，强制电流检测源20产生检测电流Idet，它对应预定有效电压范围内的检测电压Vdet。例如，有效的Vdet电压范围可以是2.8V-10V，如IEEE 802.3af标准中所规定的。源电阻Rsc可以在100KOhm-100MOhm范围内。不同检测测试所产生的检测电流Idet值之间的最小电流差对应1V的Vdet电压差。
[0030]通过开关电路22，检测电流Idet被提供在PD14的检测电路，它包括PD信号电阻Rsig。电压监测器34确定响应所提供的检测电流Idet而产生的电压Vres。在强制电流模式的PD检测中PD14的信号电阻Rsig被确定为
Rsig＝ΔVres/ΔIdet，
其中，ΔIdet是不同测试的检测电流之间的差，而ΔVres是响应相应的检测电流所产生的电压之间的差。
[0031]连接在PoE链路16和检测源18及20的输出端之间的开关电路22由控制器24控制，以便以强制电压模式工作将检测电压Vdet从强制电压检测源18输送至PoE链路16，和以强制电流模式将检测电流Idet从强制电流检测源20输送至PoE链路16。另外，开关电路22向强制电压源18或强制电流检测源20传送分别响应强制电压或强制电流模式中相应检测电压或电流所产生的电流或电压。
[0032]图4是流程图，示出由控制器24执行的控制算法，以控制PD检测系统10。控制器24可以是置于PSE 12中的状态机或微控制器。在PD检测程序开始之后(步骤102)，控制器24可以将PD检测系统10切换到强制电流模式。在该模式下，控制器24控制强制电流检测源20，以提供检测电流I1给PD14，并且测量响应所述检测电流I1而产生的电压V1(步骤104)。然后，控制器24命令强制电流检测源20向PD14提供检测电流I2，并测量响应所述检测电流I2而产生的电压V2(步骤106)。
[0033]根据检测电流的适用值和响应电压的确定值，控制器24计算PD14的信号电阻Rsig如下：Rsig＝(V2-V1)/(I2-I1)(步骤108)。然后，控制器24确定信号电阻是否是有效值，即，信号电阻是否在预定范围内(步骤110)。例如，为了验证符合IEEE 802.3af标准的PD，控制器24确定信号电阻是否在19KOhm-26.5KOhm范围内。
[0034]如果计算的信号电阻Rsig不是有效值，控制器24认定PD14不是符合IEEE 802.3af标准的设备，并且终止检测程序(步骤112)。
[0035]如果控制器24确定信号电阻Rsig是有效的，它仍然不能得出结论PD14是否是符合IEEE 802.3af标准的设备。例如，如果PD14的信号电阻或PoE线在测量响应电压期间改变，或者如果PD14在检测值范围内具有非线性电阻，控制器24可能错误地将PD14认为是符合IEEE 802.3af标准的设备。PSE 12可能随后试图向该设备供电，如果该设备不能承受所施加的电力则会造成损坏。
[0036]因此，控制器24切换PD检测系统10以强制电压模式工作，以进一步验证检测到的PD。本发明的PD检测程序以强制电流检测模式开始，因为该模式使得PD检测系统10能够更好地排斥与PoE线相关的噪音，以提供更精确的信号电阻测定。因此，在以最初的检测模式执行检测之后，可以排除不兼容的PD。不过，强制电压检测模式可以在强制电流检测模式之前进行。
[0037]在强制电压检测模式，控制器24控制强制电压检测源18，以向PD14施加检测电压V3，并且测量响应检测电压V3所产生的电流I3(步骤114)。然后，控制器24控制强制电压检测源18，以向PD14施加检测电压V4，并且测量响应检测电压V4所产生的电流I4(步骤116)。
[0038]然后，控制器24计算PD14的信号电阻Rsig如下：Rsig＝(V4-V3)/(I4-I3)，并且确定计算的信号电阻是否在预定的范围内，即有效值(步骤118)。在强制电压模式的信号电阻的预定范围可以与强制电流模式的范围吻合。
[0039]如果计算的信号电阻Rsig不是有效的值，控制器24推断PD14不是符合IEEE 802.3af标准的PD，并且终止该检测程序(步骤112)。不过，如果信号电阻Rsig在预定的范围内，PD14得到验证(步骤120)。
[0040]在PD14被认定是有效的设备之前，可以强制电流检测模式和/或强制电压检测模式进行另外的PD检测程序，以进一步降低假检测的可能性。
[0041]在验证PD14之后，PSE 12可以执行分级程序，以确定PD14的级别，并且向PD14提供请求量的电力。
[0042]以上说明解释和披露了本发明的各个方面。另外，所示出和披露的内容仅仅是优选实施例，不过如上所述，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。
[0043]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。
[0044]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 (20)

1.一种用于向用电设备(PD)供电的系统，包括：
PD检测电路，用于以第一模式通过提供检测电流以探查PD，和以第二模式通过提供检测电压以探查PD，来检测PD，和
控制电路，如果在第一模式和第二模式均检测到PD，则确定所述PD是有效的设备。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述PD检测电路被设置用于在第一模式确定响应所述检测电流而产生的电压，和在第二模式确定响应所述检测电压而产生的电流。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述PD检测电路包括以第一模式工作的强制电流检测电路，和以第二模式工作的强制电压检测电路。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述PD检测电路被设置以在第一模式和第二模式确定PD的给定电阻。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述PD检测电路被设置以第一模式和第二模式依次检测PD。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，控制所述PD检测电路，以在第二模式检测所述PD之前以第一模式检测所述PD。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制电路被设置以控制所述PD检测电路在第一和第二模式工作。
8.一种以太网供电(PoE)系统中的供电设备(PSE)，包括：
PD检测源，用于在强制电流模式和强制电压模式检测PD，和
控制电路，用于如果在强制电流模式和强制电压模式均检测到PD，验证所述PD。
9.根据权利要求8所述的PSE，其中，所述PD检测源包括强制电流检测电路，用于产生检测电流，以在强制电流模式探查所述PD；和强制电压检测电路，用于产生检测电压，以在强制电压模式探查所述PD。
10.根据权利要求9所述的PSE，其中，所述强制电流检测电路被设置用于确定响应所述检测电流而产生的电压，而所述强制电压检测电路被设置用于确定响应所述检测电压而产生的电流。
11.根据权利要求8所述的PSE，其中，所述PD检测电路被设置以确定在强制电流模式和强制电压模式的信号电阻。
12.根据权利要求8所述的PSE，其中，所述PD检测电路被设置以依次在强制电流模式和强制电压模式检测所述PD。
13.根据权利要求8所述的PSE，其中，所述PD检测电路被设置用于在强制电压模式检测所述PD之前，以强制电流模式检测所述PD。
14.根据权利要求8所述的PSE，其中，所述控制电路被设置用于控制所述PD检测源在强制电流模式和强制电压模式工作。
15.一种检测PD的方法，包括以下步骤：
在强制电流模式测定所述PD的给定参数，
在强制电压模式测定所述PD的给定参数，和
如果所述PD的给定参数在强制电流模式和强制电压模式均证实是有效的，则验证所述PD。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述PD的给定参数包括PD的给定电阻。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述强制电流模式和强制电压模式依次进行。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述强制电流模式在所述强制电压模式之前进行。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述强制电压模式通过用给定值的测试电压探查所述PD进行。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述强制电流模式通过用对应所述给定值测试电压的测试电流探查所述PD进行。
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