CN101247236B - 以太网受电设备和以太网受电设备的防护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以太网受电设备，包括：至少可以通过两组不同线路分别对之进行供电的网口、与所述网口连接的整流桥、与所述网口连接并用以对所述每组线路上产生的瞬态高压进行防护的网口初级防护器件以及与所述整流桥连接的以太网供电控制芯片，该受电设备还包括用于保护所述以太网供电控制芯片的防护器件，且所述防护器件的一端接地、另一端则连接在所述整流桥和以太网控制芯片之间的线路上，或者所述另一端连接在所述整流桥与所述网口初级防护器件之间的线路上。本发明还公开了一种以太网受电设备的防护方法。本发明的技术方案能够提高以太网受电设备的防护级水平。
Description
技术领域
本发明涉及以太网供电技术领域，尤指以太网受电设备的防护方法及与之对应的以太网受电设备。
背景技术
以太网供电技术(POE，Power Over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不做何改动的情况下，在为一些IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等基于IP的终端传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流电的技术。POE技术能在确保现有结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作，最大限度地降低成本。
一个完整的POE系统包括供电端设备(PSE，Power Sourcing Equipment)和受电端设备(PD，Powered Device)两部分。POE技术的核心就是将额定电压从供电设备PSE通过以太网电缆传输给受电设备PD。
对于供电方式，由于现有的以太网Cat.5布线架构中标准以太网电缆具有8根双绞线，本文中分别用标号1～8表示，根据IEEE 802.af标准，既可以选择从1、2、3、6号线供电，也可以选择从4、5、7、8号线供电，本文中分别称为1236供电方式和4578供电方式。当使用1236供电方式时，即可以选择1、2号线连接正极，3、6号线连接负极，也可以选择3、6号线连接正极，1、2号线连接负极；同样当使用4578供电方式时，即可以选择4、5号线连接正极，7、8号线连接负极，也可以选择7、8号线连接正极，4、5号线连接负极。
对于供电设备PSE来说，由于是供电方，因此既可以支持上述全部的供电方式，也可以只支持上述供电方式中的一种，只要保证相应的两根线为同一极性即可。而对于受电设备PD来说，由于网络中可能存在各种供电方式，需要支持上述的全部供电方式，即需要使用整流桥之类的器件进行极性的自动反转。另外，由于PD是如WLAN无线终端、IP电话等用户终端设备，一般安装在防护较弱的环境里，容易受到自然界的雷击等外界因素导致的电浪涌的干扰，而电浪涌的能量会通过以太网线传导至PD的控制电路，严重时会对PD造成物理上的损坏，因此需要对PD的控制电路采取防护措施。
图1是现有技术中受电设备PD的内部电路示意图。如图1所示，J1为受电设备PD的网口，其接入的以太网线的8根双绞线分别用数字1～8标记；T1为网口变压器；L1为整流桥，用于根据不同的供电方式进行极性转换；U1为PD设备的POE控制芯片；1、2、3、6线上的空气放电管D1和D2以及4、5、7、8线上的压敏电阻R1和R2是对网口本身进行防护的网口初级防护器件，但由于要进行受电，还是可能会把高压瞬态能量(电浪涌)通过网口变压器T1的初级侧中心抽头引入U1；D3为瞬态电压抑制器(TVS，Transient Voltage Suppressors)，用于对U1两端的电压进行箝位防护，以防止U1两端的电压过高。当然现有PD的内部电路还包括许多其它的功能器件或芯片，但这些功能器件或芯片与本发明的问题无关，因此在图1中未画出。
目前业界普遍应用的POE控制芯片本身都无法提供很高的耐压等级，一般约为100V左右，而供电线路本身最高就可以达到60V，这就给防护器件的选择带来很大困难，即使找到参数合适的器件，那么当需要防护的等级较高时，由于电流太大会导致TVS器件的箝位电压也相应升高，那么还是有可能无法满足POE控制芯片的要求，从而导致其损坏。下面以图2和图3为例进行说明。
图2是现有技术中PD内部电路中的能量流向的第一示意图。在图2中，采用1236供电方式，即能量从1、2、3、6线进入，由于是共模能量，因此1、2、3、6线上的能量的传输路径基本一致，在图2只画出了从1号线流入的能量的路径，用加粗的带箭头的黑线条表示。如图2所示，从1号线流入的能量在空气放电管不动作时，经过网络变压器T1的初级侧中心抽头进入整流桥L1，然后把后级的POE控制芯片U1或TVS D3击穿后，再经过压敏电阻R3流入保护地(PGND)。
图2中的问题在于，由于整流桥L1的存在而失去了变压器T1的隔离，从而把后级的阻抗降低了，导致作为U1的初级防护的空气放电管不能及时正确的动作以泻放大部分能量。为此可以通过充分减小空气放电管的开启电压，以保证空气放电管及时动作。这样做虽然可以解决1236供电方式时的问题，但是在4578供电方式时就会出现问题，其原因参见图3
图3是现有技术中PD内部电路中的能量流向的第二示意图。在图3中，采用4578供电方式，由于是共模能量，4、5、7、8线上的能量的传输路径基本一致，因此在图3只画出了从4号线流入的能量的路径，用加粗的带箭头的黑线条表示。如图3所示，从4号线流入的能量的路径与图2中所示的从1号线流入的能量路径正好相反，作为U1初级防护的压敏电阻R1不动作，能量将后级的POE控制芯片U1或TVS D3击穿后，再经过整流桥L1和网口变压器T1的初级侧中心抽头，最后击穿作为U1次级防护的空气放电管D2后流入保护地(PGND)。
图3中的问题在于，由于为了解决图2所示1236供电方式下空气放电管不能及时动作的问题，已将空气放电管的开启电压充分减小，那么在图3所示的4578供电方式下，作为U1次级防护的空气放电管会先于作为U1初级防护的压敏电阻而动作，而从图3所示的能量流向路径可以看出，能量是依次经过作为U1初级防护的压敏电阻、后级的POE控制芯片以及作为U1次级防护的空气放电管，因此能量经过POE控制芯片U1后空气放电管才动作，且压敏电阻在其后动作，显然空气放电管和压敏电阻都没有起到保护U1的作用，如果此时有高压瞬态能量(电浪涌)经过，则很可能导致TVS D3的箝位电压升高，且高于POE控制芯片U1的最高耐受电压，从而损坏POE控制芯片U1。
同样，如果在4578供电方式下，为了使作为U1初级防护的压敏电阻先于作为U1次级防护的空气放电管之前动作，充分减小压敏电阻的开启电压，那么在1236供电方式下，压敏电阻作为U1次级防护还是会先于作为U1初级防护的空气放电管而动作，导致POE控制芯片两端的电压过高而被击穿损坏。
在图2和图3所示的两种供电方式(1236供电方式和4578供电方式)下，只有U1的初级防护器件先动作，U1的次级防护器件后动作的防护方案才能对U1做到很高的防护等级。但是以太网中的受电设备PD为了兼容802.3af标准，必须使用整流桥，而整流桥会把本来不相干的1、2、3、6线和4、5、7、8线结合起来，使得在两种供电方式下，U1的防护初次级器件相互置换，不能同时兼顾两种供电方式下的防护方案，因此，使得受电设备PD在需要支持上述两种供电方案时，不能做到较高的防护级水平。
发明内容
有鉴于此，本发明提供两种以太网受电设备，这两种以太网受电设备具有较高的防护级水平。
本发明还提供了两种以太网受电设备的防护方法，这两种方法能够提高以太网受电设备的防护级水平。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
本发明公开了一种以太网受电设备，包括：至少可以通过两组不同线路分别对之进行供电的网口、与所述网口连接的整流桥、与所述网口连接并用以对所述每组线路上产生的瞬态高压进行防护的网口初级防护器件以及与所述整流桥连接的以太网供电控制芯片，在所述整流桥和以太网控制芯片之间的线路上进一步连接有用于保护以太网供电控制芯片的防护器件，该防护器件的另一端接地；或者在所述整流桥与所述网口初级防护器件之间的线路上进一步连接有用于保护以太网供电控制芯片的防护器件，该防护器件的另一端接地。
本发明公开了一种以太网受电设备的防护方法，其中所述以太网受电设备包括：至少可以通过两组不同线路分别对之进行供电的网口、与所述网口连接的整流桥、与所述网口连接并用以对每组线路上产生的瞬态高压进行防护的网口初级防护器件以及与所述整流桥连接的以太网供电控制芯片，该方法包括：
在所述受电设备中的整流桥和以太网供电控制芯片之间的线路上连接有设置用于保护以太网供电控制芯片的防护器件，该防护器件的另一端接地；或者，在所述整流桥和所述网口初级防护器件之间的线路上连接有设置用于保护以太网供电控制芯片的防护器件，该防护器件的另一端接地。
由上述技术方案可见，本发明这种在以太网受电设备中的整流桥与以太网供电控制芯片之间的线路上增加防护器件或者在以太网受电设备中的整流桥与网口初级防护器件之间的线路上增加防护器件的技术方案，使得在任何供电方式下，过大的电流在进入所述受电设备的以太网供电控制芯片之前都会被所增加的防护器件分流，从而使得所述以太网供电控制芯片得到进一步保护，从而提高了所述受电设备的防护级水平。
附图说明
图1是现有技术中受电设备PD的内部电路示意图；
图2是现有技术中PD内部电路中的能量流向的第一示意图；
图3是现有技术中PD内部电路中的能量流向的第二示意图；
图4是本发明受电设备内部电路的第一实施例示意图；
图5是本发明受电设备内部电路的第二实施例示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举较佳实施例，对本发明进一步详细说明。
图4是本发明受电设备内部电路的第一实施例示意图。如图4所示，本实施例中的受电设备的内部电路与图1所示的现有受电设备的内部电路的不同之处在于：在整流桥L1与以太网供电控制芯片U1之间的两条线路上分别增加了接地的压敏电阻R3和R4，即压敏电阻R3和R4的一端接地，而另一端分别连接在整流桥L1与以太网供电控制芯片U1之间的两条线路上。
在图4中由于压敏电阻R3和R4的存在，使得无论在1236供电方式下还是在4578供电方式下，瞬态能量都会先经过R3和R4这两个压敏电阻后才能到达TVS D3和POE控制芯片U1，这样在有瞬态能量经过的情况下，如果压敏电阻R3和R4比位于POE控制芯片U1之后的作为次级防护的防护器件先动作，就可以在很大程度上分流瞬态能量，从而使得TVS D3可以箝位到更低的电平，进一步保护POE控制芯片不被击穿；或者在瞬态能量不是很强的情况下，即使压敏电阻R3和R4比位于POE控制芯片U1之后的防护器件后动作，也能分流一定的能量，从而起到保护POE控制芯片U1的作用。由于各类防护器件都为模拟器件，其特性在波形形状不同的电压下会有差别，因此R3和R4的特性参数取值，如开启电压等，可以通过大量的实验选择一个合适的值。
例如在本发明的一个实施例中，可以将图4中的压敏电阻R3/R4的开启电压设置得比空气放电管D1/D2以及压敏电阻R1/R2都要低，则在D1和D2的开启电压小于R1和R2的开启电压的情况下：在1236供电方式时，瞬态能量依次经过D1/D2、T1、L1、R3/R4、U1、L1、R1/R2，由于D1/D2的开启电压比R1/R2小，因此即使没有R3/R4，D1/D2会比R1/R2先动作，起到保护U1的作用；但是在4578供电方式时，瞬态能量依次经过R1/R2、L1、R3/R4、U1、L1、T1、D1/D2，此时由于D1/D2的开启电压比R1/R2小，如果没有R3/R4存在，D1/D2比R1/R2先动作，使得U1遭受瞬态能量的冲击而损坏，但在本实施例中由于R3/R4的存在，且其开启电压比D1/D2小，所以R3/R4在D1/D2之前动作，分流大部分能量，起到保护U1的作用。当然前面已提到过，即使R3/R4在D1/D2之后动作，在有些情况下也会分流部分能量，起到保护U1的作用，因此本实施例中设R3/R4的开启电压比D1/D2和R1/R2都要低并不是对本发明的限定，而只是一个举例说明而已。
另外，在图4中，关于的R3/R4特性参数的设置，还要考虑POE控制芯片U1的工作电压，U1的工作电压一般的48V左右，R3/R4的开启电压要高于U1的工作电压，并出于保护U1的考虑，R3/R4的开启电压在高于U1的工作电压的基础上越低越好。
在图4中，所增加的压敏电阻可以用其它的防护器件替换，例如，可以用两个TVS替换图4中的压敏电阻R3和R4，即在整流桥L1与以太网供电控制芯片U1之间的两条线路上分别连接接地的TVS；或者，也可以用两个串联的压敏电阻和空气放电管替换图4中的压敏电阻R3和R4，即整流桥L1与以太网供电控制芯片U1之间的两条线路上分别连接一个压敏电阻，所连接的这两个压敏电阻的另一端再各自串联一个空气放电管，所串联的这两个空气放电管的另一端接地，当然也可以在整流桥L1与以太网供电控制芯片U1之间的两条线路上先分别连接一个空气放电管，再各自串联一个压敏电阻后接地。
在图4中，也可以用TVS或串联的压敏电阻和空气放电管替换R3或R4中的任意一个，也可以用户TVS和串联的压敏电阻和空气放电管分别替换R3和R4。
图5是本发明受电设备内部电路的第二实施例示意图。如图5所示，本实施例中的受电设备的内部电路与图1所示的现有受电设备的内部电路的不同之处在于：在整流桥L1与四个网口初级防护器件(分别为R1、R2、D1和D2)之间的四条线路上分别增加了接地的压敏电阻R5、R6、R7和R8，即压敏电阻R5、R6、R7和R8的一端接地，而另一端分别连接在整流桥L1与四个网口初级防护器件R1、R2、D1和D2之间的四条线路上。
同样，在图5中由于压敏电阻R5、R6、R7和R8存在，使得无论在1236供电方式下还是在4578供电方式下，瞬态能量都会先经过R5、R6、R7和R8这四个压敏电阻后才能到达TVS D3和POE控制芯片U1，这样在有瞬态能量经过的情况下，如果压敏电阻R5、R6、R7和R8比位于POE控制芯片U1之后的作为次级防护的防护器件先动作，就可以在很大程度上分流瞬态能量，从而使得TVS D3可以箝位到更低的电平，进一步保护POE控制芯片不被击穿；或者在瞬态能量不是很强的情况下，即使压敏电阻R5、R6、R7和R8比位于POE控制芯片U1之后的防护器件后动作，也能分流一定的能量，从而起到保护POE控制芯片U1的作用。由于各类防护器件都为模拟器件，其特性在波形形状不同的电压下会有差别，因此R5、R6、R7和R8的特性参数取值，如开启电压等，可以通过大量的实验选择一个合适的值。
在图5中，可以用TVS或串联的压敏电阻和空气放电管替换R5、R6、R7和R8中的任意一个。
综上所述，本发明这种在以太网受电设备中的整流桥与以太网供电控制芯片之间的两条线路上分别增加接地的防护器件或者在以太网受电设备中的整流桥与四个网口初级防护器件之间的四条线路分别增加接地的防护器件的技术方案，使得在任何供电方式下，过大的电流在进入所述受电设备的以太网供电控制芯片之前都会被所增加的防护器件所分流，从而使得所述以太网供电控制芯片得到进一步保护，从而提高了所述受电设备的防护级水平。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种以太网受电设备，包括：至少可以通过两组不同线路分别对之进行供电的网口、与所述网口连接的整流桥、与所述网口连接并用以对所述每组线路上产生的瞬态高压进行防护的网口初级防护器件以及与所述整流桥连接的以太网供电控制芯片，其特征在于，在所述整流桥和以太网控制芯片之间的线路上进一步连接有用于保护以太网供电控制芯片的防护器件，该防护器件的另一端接地；或者在所述整流桥与所述网口初级防护器件之间的线路上进一步连接有用于保护以太网供电控制芯片的防护器件，该防护器件的另一端接地。
2.如权利要求1所述的受电设备，其特征在于，
所述用于保护以太网供电控制芯片的防护器件为压敏电阻；或者
所述用于保护以太网供电控制芯片的防护器件为串联的压敏电阻和空气放电管；或者
所述用于保护以太网供电控制芯片的防护器件为瞬态电压抑制器。
3.如权利要求1或2所述的受电设备，其特征在于，当所述用于保护以太网供电控制芯片的防护器件连接在整流桥和以太网供电控制芯片之间的线路上时，所述用于保护以太网供电控制芯片的防护器件的个数为两个，且各自有一端分别连接在所述整流桥和以太网供电控制芯片之间的两条线路之一上。
4.如权利要求1或2所述的受电设备，其特征在于，当所述用于保护以太网供电控制芯片的防护器件连接在整流桥和所述网口初级防护器件之间的线路上时，则所述用于保护以太网供电控制芯片的防护器件的个数为四个，且各自有一端分别连接在所述整流桥和所述网口初级防护器件之间的四条线路之一上。
5.一种以太网受电设备的防护方法，其中所述以太网受电设备包括：至少可以通过两组不同线路分别对之进行供电的网口、与所述网口连接的整流桥、与所述网口连接并用以对每组线路上产生的瞬态高压进行防护的网口初级防护器件以及与所述整流桥连接的以太网供电控制芯片，其特征在于，该方法包括：
在所述受电设备中的整流桥和以太网供电控制芯片之间的线路上连接有设置用于保护以太网供电控制芯片的防护器件，该防护器件的另一端接地；或者，在所述整流桥和所述网口初级防护器件之间的线路上连接有设置用于保护以太网供电控制芯片的防护器件，该防护器件的另一端接地。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述用于保护以太网供电控制芯片的防护器件为压敏电阻；或者
所述用于保护以太网供电控制芯片的防护器件为串联的压敏电阻和空气放电管；或者
所述用于保护以太网供电控制芯片的防护器件为瞬态电压抑制器。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，当所述用于保护以太网供电控制芯片的防护器件连接在整流桥和以太网供电控制芯片之间的线路上时，所述用于保护以太网供电控制芯片的防护器件的个数为两个，且各自有一端分别连接在所述整流桥和以太网供电控制芯片之间的两条线路之一上。
8.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，当所述用于保护以太网供电控制芯片的防护器件连接在整流桥和所述网口初级防护器件之间的线路上时，所述用于保护以太网供电控制芯片的防护器件的个数为四个，且各自有一端分别连接在所述整流桥和所述网口初级防护器件之间的四条线路之一上。
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 310052 Binjiang District Changhe Road, Zhejiang, China, No. 466, No. Patentee after: NEW H3C TECHNOLOGIES Co.,Ltd. Address before: 310053 Hangzhou hi tech Industrial Development Zone, Zhejiang province science and Technology Industrial Park, No. 310 and No. six road, HUAWEI, Hangzhou production base Patentee before: HANGZHOU H3C TECHNOLOGIES Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230812 Address after: 24th Floor, Block B, Zhizhen Building, No. 7 Zhichun Road, Haidian District, Beijing, 100088 Patentee after: Beijing Ziguang Communication Technology Group Co.,Ltd. Address before: 310052 Changhe Road, Binjiang District, Hangzhou, Zhejiang Province, No. 466 Patentee before: NEW H3C TECHNOLOGIES Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |