CN101129019A - 通过通信链路供电的系统中高端和低端电流感测的组合 - Google Patents

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Abstract

一种通过通信链路(14和16之间)向负载(LOAD)供电的系统，具有用于测量高端电流值的高端电流感测电路，用于测量低端电流值的低端电流感测电路，和控制电路(18)，所述控制电路响应所述高端电流值和低端电流值，以检测故障状态，检测来自负载的信息，和/或通过在高端电流和低端电流之间产生规定的不平衡向负载传递信息。

Description

通过通信链路供电的系统中高端和低端电流感测的组合
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(SYSTEM AND METHOD FOR SUPPORTING ADVANCED POWER OVERETHERNET SYSTEM)”。
技术领域
[0001]本发明涉及供电系统，更具体地讲，涉及用于组合通过通信链路供电的系统，例如以太网供电(PoE)系统中的高端和低端电流感测的电路和方法。
背景技术
[0002]近年来，以太网已成为局域网最常用的方法。IEEE 802.3组织，以太网标准的发起人，已经开发了该标准的延伸形式，称作IEEE 802.3af，定义了通过以太网电缆供电。IEEE 802.3af标准定义了以太网供电(PoE)系统，该系统涉及通过非屏蔽的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，网络设备例如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：一个连接到LAN，而另一个连接到供电系统。PoE消除了需要额外插口和接线，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IEEE 802.3af标准所定义的，PSE和PD是非数据实体，允许网络设备使用与数据传输所用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通常与以太网交换机，路由器，集线器或其它网络交换设备或中跨供电设备(midspan device)相连。PD是获取供电或者请求供电的设备。PD可与诸如数字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搜寻链路，可选地对PD分级，如果检测到PD则向所述链路供电，监控链路上的供电，并且当不再请求和需要供电时切断电源。PD通过呈现由IEEE 802.3af标准所定义的PoE检测信号来参与PD检测过程。
[0005]如果所述检测信号是有效的，PD可以选择向PSE呈现分级信号，以表示在上电时它会提取多少电力。PD可被分为级别0至级别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。
[0006]当向负载供电时，PSE可以通过监控其输出电流相对于某个限流阈值，例如PSE在短路状态的最大输出电流(ILIM)，过载电流检测范围(ICUT)，和IDLE状态电流(IMin)，来检查过电流和电流不足状态。PSE的输出电流可通过监控接在电源导线和负载之间的感测电阻两端的电压进行测量。
[0007]在传统的PoE系统中，每个PD的电流是通过使用连接到电源导线的单个感测电阻来测量的。例如，在由本发明主题的受让人，Linear TechnologyCorporation(凌特公司)开发的LTC4258以太网供电控制器中，用于每个端口的单感测电阻连接到-48V电源输入端。
[0008]不过，为了检测某些故障状态，例如绝缘系统中的故障，并且为了支持通过通信链路供电的系统的某些先进特征，希望提供一种先进的电流感测系统，它会给出PSE和PD之间电流的更多信息。
发明内容
[0009]本发明提供了一种新型的系统和方法，用于在通过通信链路供电的系统中进行电流感测。例如，本发明的电流感测系统和方法可用于PoE系统。根据本发明的一个方面，通过通信链路供电的系统包括用于测量高端电流值的高端电流感测电路，用于测量低端电流值的低端电流感测电路，和响应高端电流值和低端电流值的组合的控制电路。
[0010]例如，通过响应高端电流值和低端电流值之间的差，所述控制电路可检测到故障状态。当检测到故障状态时，可切断通过通信链路的供电和/或可向用户发出指示信号。
[0011]另外，高端电流值和低端电流值之间的差也可用来确定来自负载的信息，例如连接到PSE的PD类型。例如，控制电路可确定PD是否具有接地连接。
[0012]此外，本发明的高端和低端电流感测可用于支持PSE和PD之间的数据传输，所述数据传输通过提供高端电流值和低端电流值之间的受控不平衡来执行。
[0013]根据本发明的一个实施例，所述系统可包括供电设备，例如PSE，用于通过通信链路向负载供电。高端电流感测电路包括连接在负载和一对电源线的正极电源线之间的阻抗，而低端电流感测电路包括连接在负载和所述一对电源线的负极电源线之间的阻抗。所述高端电流感测电路和低端电流感测电路可提供DC电流感测。
[0014]根据本发明的一种方法，执行下述步骤以通过通信链路供电：
-感测与供电设备相连的高端电路中的高端电流，
-感测与供电设备相连的低端电路中的低端电流，和
-比较所述高端电流和低端电流以检测故障状态，检测来自负载的信息，和/或通过在高端电流和低端电流之间产生指定的不平衡向负载传输信息。
[0015]根据本发明的另一方面，局域网包括至少一对网络节点，网络集线器，和将网络节点连接到网络集线器以提供数据通信的通信电缆。所述网络集线器具有供电设备，用于通过通信电缆向负载供电。所述供电设备包括用于测量高端电流值的高端电流感测电路和用于测量低端电流值的低端电流感测电路。
[0016]如果高端电流值和低端电流值之间的差超过预定值，可提供故障检测电路用于检测故障。另外，供电设备可在高端电流值和低端电流值之间产生受控的不平衡，和/或检测到由负载产生的这种不平衡，以在供电设备和负载之间传输信息。
[0017]通过下面的详细说明，本领域技术人员会更易于理解本发明的其他优点和方面，其中本发明的实施例仅通过实施本发明的最佳方式的形式示出和描述。正如所要披露的，本发明能够以其他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，所有这样的改进不偏离本发明的构思。因此，附图和说明被视为是说明性的，而不是限制性的。
附图说明
[0018]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，其中特征不一定按比例绘制，而是以最佳示出相关部件的形式绘制，其中：
图1是示出本发明的PoE系统的方框图；
图2是示出本发明的电流感测机构的示意图。
具体实施方式
[0019]本发明将通过使用PoE系统中电流感测机构的示例进行说明。不过，显而易见，本文描述的构思可用于通过通信链路供电的任何系统中的电流感测。例如，本发明的电流感测电路可用在局域网(LAN)中，所述局域网具有多个节点，网络集线器和将节点连接到网络集线器以提供数据传输的通信电缆。所述网络集线器可包括供电设备，而所述通信电缆可用于从供电设备向负载供电。
[0020]图1示出了简化的方块图，示出以太网供电(PoE)系统10包括供电设备(PSE)12，它具有多个端口1至4可通过各自的链路连接到用电设备(PD)1至4，其中每个链路可用以太网电缆内2或4组双绞线提供。尽管图1示出了PSE12的四个端口，本领域的技术人员会认识到，可以提供任意数目的端口。
[0021]PSE 12可根据IEEE 802.3af标准与每个PD相互作用。具体地讲，PSE12和PD参与PD检测过程，在该过程中，PSE 12探测链路以检测PD。如果检测到PD，PSE 12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标准中有定义。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。
[0022]如果信号是有效的，PD可以选择向PSE呈现分级信号，以表示在上电时它会提取多少电力。例如，PD可被分为级别0至级别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。当向PD供电时，PSE 12可监控端口电流。
[0023]图2示意性地示出了本发明的电流感测机构。PSE 12与包括高端感测电阻RH的高端DC电流感测电路，和包括低端感测电阻RL的低端DC电流感测电路相连。所述高端感测电阻RH设置在负载，例如PD，和向PSE 12供电的一对电源导线的正极电源线+PWR之间的高端供电线上。所述低端感测电阻RL设置在负载和一对电源导线的负极电源线PWR RTN之间的低端电源线上。例如，所述高端感测电阻RH可连接在负载和接地导线之间，而低端感测电阻RL可连接在负载和-48V导线之间。PoE端口14在PSE 12和相应的链路之间提供接口。PD接口16将链路连接到负载。可为PSE 12的每个端口提供分开的高端和低端电流感测电路。另外，可为所有端口设置组合的电流感测电路。
[0024]高端电流感测电路，例如，通过测量高端电阻RH两端的电压，确定在负载和正极导线之间流动的高端DC电流iH。低端电流感测电路，例如通过测量低端电阻RL两端的电压，来确定在负载和负极导线之间流动的低端DC电流iL。
[0025]高端和低端感测电阻RH和RL可设置在PSE芯片的外部。另外，它们可设置在PSE芯片上。本领域的技术人员会认识到，任何阻抗电路可用来替代感测电阻RH和RL。例如，可采用二极管。
[0026]提供至少一个开关来切断从PoE端口的供电，来响应规定的电流感测状态。例如，低端开关SL可设置在低端供电线上，用于终止供电。另外，可提供低端开关SL，用于断开低端供电线，来响应低端电流iL的规定值，并且，提供高端开关SH，用于断开高端供电线，来响应高端电流iH的规定值。
[0027]高端和低端开关SH和SL可设置在PSE芯片的外部。可替换地，它们可设置在PSE芯片上。开关SH和SL中的每一个可利用场效应或双极晶体管实现。例如，高端开关SH可以是PFET晶体管，而低端开关SL可以是NFET晶体管。
[0028]当由低端DC电流感测电路测量的低端电流iL和由高端DC电流感测电路测量的高端电流iH的组合对应一规定值，PSE 12可产生操作信号以执行规定的操作。例如，低端电流和高端电流之间的某个差值可表示故障状态，例如绝缘系统中的故障。PSE 12可监控该差值，并且如果该差值超过规定值时确定故障状态。PSE 12可向用户提供故障状态的指示，并向系统级控制器18报告故障状态。
[0029]作为对所报告的故障状态的响应，系统级控制器18可开始从PoE端口14切断电源，例如通过断开低端开关SL。可替换地，当确定故障状态时，PSE 12可自动执行切断电源操作，并且向系统级控制器18报告：由于故障状态，电源被切断。
[0030]此外，除了计算高端和低端电流之间的差值之外，PSE 12还可以使系统级控制器18能够读取高端和低端电流的测量结果。在这里，系统级控制器18监控电流iH和iL之间的差值，如果该差值超过规定值则确定故障状态。作为对故障情况的响应，系统级控制器18可开始从PSE 12切断电源。
[0031]此外，本发明的电流感测机构可用于检测连接到PSE 12的PD类型，和/或用于检测该PD中的故障。例如，电流iH和iL之间的某个差值可表示该PD是具有接地连接的设备，例如具有接地天线的无线电设备。对于符合IEEE 802.3af标准的PD，如果电流iH和iL之间的差值超过规定值，则PSE 12可检测到PD中的故障状态。检测到的PD类型和/或检测到的PD故障状态可向系统级控制器18和/或用户报告。
[0032]此外，本发明的电流感测机构可用于监控由PSE 12和/或连接到PSE12的PD产生的低端和高端电流之间的有意不平衡。另外，所述有意的不平衡可由系统级控制器18产生。例如，可在电流iH和iL之间产生有意的不平衡，以从PSE 12向相应的PD和/或从PD向PSE传输信息。
[0033]尽管PSE和PD是非数据实体，不涉及以太网数据的传输，但在一些情况下希望在PSE和PD之间提供数据传输，例如，用于识别目的。为了提供数据传输，PSE和/或PD可控制低端电流和高端电流之间的差值，以表示要传输的数据。本领域的技术人员会认识到，可采用在高端和低端供电线路的电流之间产生受控的不平衡的任意电路，例如阻抗调制电路，来提供基于电流iH和iL之间不平衡的数据传输协议。
[0034]所述“电流不平衡”数据传输协议可被，例如能够提供比IEEE 802.3af标准所要求的功率更高的高功率PSE使用。使用向PSE的数据传输，PD可将自己识别为请求更高功率的设备，所述功率比常规PSE被要求提供的功率更高。如果接收PD数据的PSE是高功率PSE，它通过传送数据确认对更高功率的请求来回复PD，并且提供PD所请求的功率。
[0035]如果使用“电流不平衡”数据传输协议的PD被连接到不理解该协议的传统PSE上，传统PSE继续向PD供电但不响应由PD传输的数据。在这种情况下，PD认出该PSE不支持“电流不平衡”数据传输协议，并且如果适当，修改其操作，以与传统的PSE一起工作。
[0036]类似地，如果结合了“电流不平衡”数据传输协议的PSE向PD供电，并且没有收到来自PD的任何数据，则PSE认出相应的PD是传统的PD，不支持“电流不平衡”数据传输协议。在这种情况下，PSE制止向PD传输数据。
[0037]前述的说明示出和描述了本发明的各个方面。此外，本发明仅仅示出和描述了优选的实施例，但如前所述，应当理解，本发明能够使用各种其它组合，改进和环境，并且能够根据上述教导和/或相关领域的技术或知识在本文表述的本发明构思的范围内进行变化和修改。
[0038]上述实施例可进一步用于解释本发明的最佳实施模式，并且可使本领域的其它技术人员能够以上述或其它实施例的形式，并且结合本发明的特定应用或使用所要求的各种改进来利用本发明。
[0039]因此，本说明书不试图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替换的实施例。

Claims (20)

1.一种通过通信链路供电的系统，包括：
高端电流感测电路，用于测量高端电流值；
低端电流感测电路，用于测量低端电流值；和
控制电路，响应所述高端电流值和低端电流值的组合，用于检测故障状态来响应所述高端电流值和低端电流值。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，通过以太网供电。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制电路被设置成检测所述故障状态来响应高端电流值和低端电流值之间的差值。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述高端电流感测电路包括连接在负载和一对电源导线的正极电源导线之间的阻抗。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述低端电流感测电路包括连接在负载和一对电源导线的负极电源导线之间的阻抗。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述高端电流感测电路和低端电流感测电路提供DC电流感测。
7.根据权利要求3所述的系统，其中，所述故障状态在高端电流值和低端电流值之间的差值超过预定值时被检测到。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，当检测到故障状态时，切断通信链路供电。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，控制电路被设置用于当检测到故障状态时，向用户提供指示。
10.一种通过通信链路向负载供电的系统，包括：
高端电流感测电路，用于测量高端电流值；
低端电流感测电路，用于测量低端电流值；
控制电路，响应所述高端电流值和低端电流值的组合，用于检测来自负载的信息。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制电路被设置用于检测高端电流值和低端电流值之间的不平衡。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制电路被设置用于根据高端电流值和低端电流值来检测负载的类型。
13.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制电路被设置用于根据高端电流值和低端电流值来检测负载是否具有接地连接。
14.根据权利要求10所述的系统，其中，所述供电设备被设置用于通过提供高端电流值和低端电流值之间的不平衡，向负载传输信息。
15.一种通过通信链路向负载供电的系统，包括：
高端电流电路，用于向负载提供高端电流通路；
低端电流电路，用于向负载提供低端电流值通路；
控制电路，用于在所述高端电流和低端电流之间提供规定的不平衡。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，提供所述规定的不平衡以向负载呈现信息。
17.在通过通信链路向负载供电的系统中，一种方法包括如下步骤：
感测与供电设备相连的高端电路中的高端电流；
感测与供电设备相连的低端电路中的低端电流；
比较所述高端电流和低端电流，以检测故障状态。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括根据高端电流和低端电流之间的不平衡来检测来自负载的信息的步骤。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括在高端电流和低端电流之间提供不平衡，以在供电设备和负载之间传递信息的步骤。
20.一种局域网络，包括：
至少一对网络节点，
网络集线器，和
通信电缆，用于将网络节点连至网络集线器，以提供数据通信，
所述网络集线器具有通过通信电缆向负载供电的供电设备，所述供电设备包括用于测量高端电流值的高端电流感测电路，低端电流感测电路用于测量
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