CN102170358B - 一种反向馈电设备及其供电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种反向馈电设备及其供电控制方法；所述反向馈电设备包括：DC/DC电压转换单元；多个接口单元，各连接一用户设备，用于当所连接的用户设备注入电源时进行供电；多个可控开关单元，各可控开关单元当被设置为打开状态时正向导通，当被设置为关闭状态时截止；各可控开关单元的输入端与所述接口单元一一对应相连，输出端均连接至所述DC/DC电压转换单元的输入端；控制单元，用于判断各接口单元是否供电且为连接状态；将供电且为连接状态的接口单元连接的可控开关单元设置为关闭状态，然后轮流将其中一个设置为打开状态。本发明可实现反向馈电端口的功率均分，让需要使用端口的各用户设备能尽可能平均供电。

Description

一种反向馈电设备及其供电控制方法

技术领域

本发明涉及网络领域，尤其涉及一种反向馈电设备及其供电控制方法。

背景技术

随着以太网技术的发展，特别是IEEE802.3af标准的诞生，利用以太网电缆传递电力的技术逐渐成为主流，支持以太网反向馈电的设备越来越多，包括IP电话、数字视频监控、WLAN接入点及其他低压网络连接的系统，利用以太网反向馈电，不仅提高了系统的灵活性，而且降低了用户安装的复杂度和使用成本。

目前以太网反向馈电型设备，一般采用图1所示方案给以太网反向馈电设备提供电源。用户使用Midspan（中跨）或者PSE（Power Sourcing Equipment，供电设备），通过以太网网线向反向馈电设备的相应以太网口注入直流电源。在以太网反向馈电型设备侧，来自各个以太网口的多路直流电源通过整流二极管并联在一起给板上的DC/DC电压转换单元，电压转换单元将以太网口过来的直流电源转换为系统所需要的各种电源。

采用图1所示方案给系统馈电，当第1个用户通过以太网线向相应的馈电以太网口注入电源时，系统即全面上电，其他用户接入时可能不需要参与供电。比如图1中，反向馈电设备的一个以太网口有电源注入，电源最终通过与该以太网口相连的二极管，送给板上DC/DC电压转换单元给系统供电，此时DC/DC入口处有48V的电压，如果有用户再通过另一个以太网口给设备馈电，并且电压小于DC/DC入口处的48V电压，则与该以太网口相连的二极管不导通，从而用户无法参与给设备供电。

采用图1所示方案给系统馈电，当有一个用户供电时，其他用户不供电也可以正常使用业务，多个用户同时接入时，以太网反向馈电设备的电力则由供电电压最高的用户提供；这种供电方式，会加重供电用户设备的负担，影响系统的均衡性，对供电的用户或供电电压高的用户来说较为不公平。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何实现反向馈电端口的功率均分，让需要使用端口的各用户设备能尽可能平均供电。

为了解决上述问题，本发明提供了一种反向馈电设备，包括：

DC/DC电压转换单元；

多个接口单元，各连接一用户设备，用于当所连接的用户设备注入电源时进行供电；

其特征在于，还包括：

多个可控开关单元，各可控开关单元当被设置为打开状态时正向导通，当被设置为关闭状态时截止；各可控开关单元的输入端与所述接口单元一一对应相连，输出端均连接至所述DC/DC电压转换单元的输入端；

控制单元，用于判断各接口单元是否供电且为连接状态；将供电且为连接状态的接口单元连接的可控开关单元设置为关闭状态，然后轮流将其中一个设置为打开状态。

进一步地，所述控制单元包括：

一逻辑控制子单元和一开关控制子单元；

所述开关控制子单元保存一有效接口单元的标识列表，用于将该列表中各接口单元连接的可控开关单元设置为关闭状态，并轮流将其中一个设置为打开状态；

所述逻辑控制子单元用于判断各接口单元是否供电且为连接状态，将供电且为连接状态的接口单元作为有效接口单元，并据此更新所述开关子单元中的标识列表。

进一步地，所述接口单元包括：

物理芯片、整流器；

以太网口，包括一输入端，连接用户设备；数据输出端，通过所述变压器与所述PHY芯片相连；电源输出端，与所述整流器相连；

所述整流器的输出端中，电源线与所述可控开关单元的输入端相连，地线与所述DC/DC电压转换单元的接地端相连；

所述控制单元与所述PHY芯片及整流器的电源线相连，根据所述PHY芯片中的状态判断所述接口单元是否为连接状态，根据该电源线上的电压判断所述接口单元是否供电。

进一步地，所述控制单元还用于将供电但不是连接状态的接口单元连接的开关单元设置为关闭状态。

进一步地，所述可控开关单元为可控二极管。

进一步地，所述的反向馈电设备还包括：

参考电压源，用于输出参考电压；

多个电压比较单元，各电压比较单元包括第一、第二输入端，一个输出端，用于比较第一、第二输入端所输入的电压，输出一用于指示比较结果的信号给所述控制单元；

各电压比较单元的第一输入端与所述可控开关单元的输入端一一对应相连，第二输入端均连接至所述参考电压源；

所述控制单元判断各接口单元是否供电是指：

所述控制单元根据所述电压比较单元输出的用于指示比较结果的信号，判断该电压比较单元连接的接口单元是否供电；当该比较结果为第一输入端电压大于第二输入端时，判断为供电。

进一步地，所述电压比较单元包括：

第二、第三、第四电阻、稳压源、光耦晶体管；

所述光耦晶体管的正极通过所述第二电阻与对应的可控开关单元的输入端相连，负极与所述参考电压源相连，发射极通过所述第三电阻与所述稳压源相连，集电极通过所述第四电阻接地；

所述控制单元与所述电压比较单元输入的发射极相连，当发射极上的电压为低电平时，判断与该电压比较单元相连的接口单元供电。

进一步地，所述参考电压源包括：

第一电阻；

稳压二极管，正极接地，负极通过所述第一电阻连接至所述DC/DC电压转换单元输入端。

本发明还提供了一种反向馈电设备的供电控制方法，所述反向馈电设备包括DC/DC电压转换单元；多个接口单元，各连接一用户设备，用于当所连接的用户设备注入电源时进行供电；所述方法包括：

判断各接口单元是否供电且为连接状态；关闭供电且为连接状态的接口单元对于所述DC/DC电压转换单元的供电，然后轮流打开其中一个接口单元对于所述DC/DC电压转换单元的供电。

进一步地，所述的方法还包括：

提供一参考电压；

所述判断各接口单元是否供电的步骤包括：

当接口单元输出的电压大于所述参考电压时，判断该接口单元供电。

本发明的技术方案能够识别用户是否提供电源、是否使用了端口，如果要使用端口则必须提供电源，如没有使用端口则不用供电；当多个用户同时供电时，通过时间轮询的方法来达到均流的目的，解决掉电压高的用户处于主供电状态的弊端，设备使用的电力由每个用户平均提供；本发明电路简单，易于实现，稳定性强、可靠性高、成本低。本发明的优化方案在线路中加入光耦电压比较，来判断哪一路端口接入了供电设备，从而给相应端口提供数据业务；在线路中加入开关单元来控制线路的供电。

附图说明

图1为现有的反向馈电设备的示意框图；

图2为实施例一的反向馈电设备的示意框图；

图3为实施例一中电压比较单元的示意图；

图4为实施例一的具体例子的示意框图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。

实施例一，一种反向馈电设备，如图2所示，包括：

DC/DC电压转换单元；

多个接口单元，各连接一用户设备，用于当所连接的用户设备注入电源时进行供电； 

多个可控开关单元，各可控开关单元当被设置为打开状态时正向导通，当被设置为关闭状态时截止；各可控开关单元的输入端与所述接口单元一一对应相连，输出端均连接至所述DC/DC电压转换单元的输入端；

控制单元，用于判断各接口单元是否供电且为连接状态；将供电且为连接状态的接口单元连接的可控开关单元设置为关闭状态，然后轮流将其中一个设置为打开状态。

所述控制单元还可以将供电但不是连接状态的接口单元连接的开关单元设置为关闭状态，使其不给系统供电；通过这种方式，可以保证那些没有使用端口（可以但不限于为以太网口）的用户不用提供电力。

本实施例中，所述可控开关单元可以但不限于为可控二极管；所述可控开关单元在上电时默认为打开状态，能给板上系统正常供电。所述可控开关单元在打开状态下具有单向导通性，一方面防止电源倒灌到其他以太网口，另一方面方便系统来判断以太网口是否有供电。

本实施例中，所述控制单元要实时的监控供电线路的状态，一旦供电且为连接状态的接口单元有增减，要及时更新；比如对于新增的供电且为连接状态的接口单元，将其连接的可控开关单元也先设置为关闭状态，然后作为轮流打开的备选可控开关单元之一；对于原先供电且为连接状态的接口单元，如果发现其不供电了，则可以将该接口单元连接的可控开关单元设置为打开状态；所述控制单元可以但不限于将供电且为连接状态的接口单元的标识保存在一个轮询队列中，根据实时监控的情况更新该轮询队列，以保证系统稳定的供电。

本实施例中，所述控制单元可以包括一逻辑控制子单元和一开关控制子单元；所述开关控制子单元保存一有效接口单元的标识列表，用于将该列表中各接口单元连接的可控开关单元设置为关闭状态，并轮流将其中一个设置为打开状态；所述逻辑控制子单元用于判断各接口单元是否供电且为连接状态，将供电且为连接状态的接口单元作为有效接口单元，并据此更新所述开关子单元中的标识列表。

本实施例中，所述接口单元具体可以包括：

PHY（物理）芯片、整流器；

以太网口，包括一输入端，连接用户设备；数据输出端，通过所述变压器与所述PHY芯片相连；电源输出端，与所述整流器相连；

所述整流器的输出端中，电源线与所述可控开关单元的输入端相连，地线与所述DC/DC电压转换单元的接地端相连；

所述控制单元与所述PHY芯片及整流器的电源线相连，根据所述PHY芯片中的状态判断所述接口单元是否为连接状态，根据该电源线上的电压判断所述接口单元是否供电。

本实施例中，所述反向馈电设备还可以包括：

参考电压源，用于输出参考电压；

多个电压比较单元，各电压比较单元包括第一、第二输入端，一个输出端，用于比较第一、第二输入端所输入的电压，输出一用于指示比较结果的信号给所述控制单元；

各电压比较单元的第一输入端与所述可控开关单元的输入端（相当于接口单元与可控开关单元的连接处）一一对应相连，第二输入端均连接至所述参考电压源；

所述控制单元判断各接口单元是否供电具体可以是指：

所述控制单元根据所述电压比较单元输出的用于指示比较结果的信号，判断该电压比较单元连接的接口单元是否供电；当该比较结果为第一输入端电压大于第二输入端时（也就是接口单元的供电电压大于所述参考电压时），判断为供电。

本实施例中，所述电压比较单元如图3所示，具体可以包括：

第二、第三、第四电阻、稳压源VCC、光耦晶体管；

所述光耦晶体管的正极通过所述第二电阻R2与对应的可控开关单元的输入端相连，负极与所述参考电压源相连，发射极通过所述第三电阻R3与所述稳压源VCC相连，集电极通过所述第四电阻R4接地；

所述控制单元与所述电压比较单元输入的发射极相连，当发射极上的电压为低电平时，判断与该电压比较单元相连的接口单元供电。

本实施例中，当以太网口过来的电压大于参考电压Vref，光耦晶体管导通，使得光耦发射极上的电压由高电平变为低电平，所述控制单元可据此判断相应的接口单元是否供电。

所述第二电阻为限流电阻，防止大电流损坏电压比较单元中的光耦器件。

本实施例中，所述参考电压源可以但不限于包括：

第一电阻；

稳压二极管，正极接地，负极通过所述第一电阻连接至所述DC/DC电压转换单元输入端。

利用稳压二极管的分压钳位，取一个比后级DC/DC工作的最低输入电压略高的电压Vref作为参考电压；所述第一电阻为限流电阻，防止大电流损坏电压比较单元中的光耦器件。

下面用一个例子进行说明，如图4所示，包括：

DC/DC电压转换单元，输出端用于对板上供电；控制单元；

可控二极管D1、可控二极管D2、……、可控二极管Dn，负极一起连接至所述DC/DC电压转换单元的输入端；

以太网口1、以太网口2、……以太网口n；各所述以太网口和用户设备的连接同图1所示，是通过网线接收用户设备输入的数据及电力。

各所述以太网口输出端的8个引脚中，1、2、3和6脚通过一个变压器连接一个PHY芯片，4、5脚相连后接入到一个整流器的电源端，7、8脚相连后接入到所述整流器的地端，变压器中以太网口1、2脚所连接的电感的中间抽头、以及以太网口3、4脚所连接的电感的中间抽头分别连接至所述整流器的两个控制端；

各整流器输出端的地连接至所述DC/DC电压转换单元的接地端，电源线与可控二极管的正极一一对应相连，分别输出48V-1、48V-2、……、48V-n；

稳压二极管D0，正极接地，负极通过一电阻R1连接至所述DC/DC电压转换单元的输入端；

多个电压比较单元，第一输入端与所述可控二极管的正极一一对应相连，第二输入端连接所述稳压二极管的负极；分别根据第一、第二输入端的电压比较结果输出信号PoE-1、PoE-2、……PoE-n给所述控制单元；

控制单元根据电压比较单元输出的信号判断哪些以太网口供电，并进一步根据这些以太网口连接的PHY芯片的状态判断其中哪些以太网口是Link Up（连接）状态，也就是哪些以太网口是要使用的。

如果以太网口供电且为连接状态，则控制单元把该以太网口加入到轮询队列中。假设加到队列中有8个以太网口，分别是以太网口1到8，首先打开以太网口1（通过整流器）连接到的可控开关单元D1让以太网口1供电，按照设定好的切换频率等待一定时间，打开以太网口2（通过整流器）连接到的可控开关单元D2使以太网口2供电，然后关闭可控开关单元D1来关闭以太网口1，同样下一个状态先打开以太网口3供电后再关闭以太网口2，此状态依次向下轮询，当打开以太网口8供电后，下个状态将回到以太网口1供电状态。系统根据队列中的以太网口按照时间轮询的方法来达到均流的目的，从长期来看，通过这种方式，以太网馈电设备从各用户获得的电力不会存在较大差异，对用户来说较为公平。

所述控制单元分别用信号CTRL-1、CTRL-2、……、CTRL-n设置可控二极管的状态。

实施例二，一种反向馈电设备的供电控制方法，所述反向馈电设备包括DC/DC电压转换单元；多个接口单元，各连接一用户设备，用于当所连接的用户设备注入电源时进行供电；所述方法包括：

判断各接口单元是否供电且为连接状态；关闭供电且为连接状态的接口单元对于所述DC/DC电压转换单元的供电，然后轮流打开其中一个接口单元对于所述DC/DC电压转换单元的供电。

本实施例中，所述方法还可以包括：

提供一参考电压；

所述判断各接口单元是否供电的步骤包括：

当接口单元的供电电压大于所述参考电压时，判断该接口单元供电。

其它细节可参见实施例一。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种反向馈电设备，包括：

DC/DC电压转换单元；

多个接口单元，各连接一用户设备，用于当所连接的用户设备注入电源时进行供电；

其特征在于，还包括：

多个可控开关单元，各可控开关单元当被设置为打开状态时正向导通，当被设置为关闭状态时截止；各可控开关单元的输入端与所述接口单元一一对应相连，输出端均连接至所述DC/DC电压转换单元的输入端；

控制单元，用于判断各接口单元是否供电且为连接状态；将供电且为连接状态的接口单元连接的可控开关单元设置为关闭状态，然后轮流将其中一个设置为打开状态。

2.如权利要求1所述的反向馈电设备，其特征在于，所述控制单元包括：

一逻辑控制子单元和一开关控制子单元；

所述开关控制子单元保存一有效接口单元的标识列表，用于将该列表中各接口单元连接的可控开关单元设置为关闭状态，并轮流将其中一个设置为打开状态；

所述逻辑控制子单元用于判断各接口单元是否供电且为连接状态，将供电且为连接状态的接口单元作为有效接口单元，并据此更新所述开关控制子单元中的标识列表。

3.如权利要求1所述的反向馈电设备，其特征在于，所述接口单元包括：

物理PHY芯片、整流器；

以太网口，包括一输入端，连接用户设备；数据输出端，通过变压器与所述PHY芯片相连；电源输出端，与所述整流器相连；

所述整流器的输出端中，电源线与所述可控开关单元的输入端相连，地线与所述DC/DC电压转换单元的接地端相连；

所述控制单元与所述PHY芯片及整流器的电源线相连，根据所述PHY芯片中的状态判断所述接口单元是否为连接状态，根据该电源线上的电压判断所述接口单元是否供电。

4.如权利要求1所述的反向馈电设备，其特征在于：

所述控制单元还用于将供电但不是连接状态的接口单元连接的开关单元设置为关闭状态。

5.如权利要求1所述的反向馈电设备，其特征在于：

所述可控开关单元为可控二极管。

6.如权利要求1到5中任一项所述的反向馈电设备，其特征在于，还包括：

参考电压源，用于输出参考电压；

多个电压比较单元，各电压比较单元包括第一、第二输入端，一个输出端，用于比较第一、第二输入端所输入的电压，输出一用于指示比较结果的信号给所述控制单元；

各电压比较单元的第一输入端与所述可控开关单元的输入端一一对应相连，第二输入端均连接至所述参考电压源；

所述控制单元判断各接口单元是否供电是指：

所述控制单元根据所述电压比较单元输出的用于指示比较结果的信号，判断该电压比较单元连接的接口单元是否供电；当该比较结果为第一输入端电压大于第二输入端时，判断为供电。

7.如权利要求6所述的反向馈电设备，其特征在于，所述电压比较单元包括：

第二、第三、第四电阻、稳压源、光耦晶体管；

所述光耦晶体管的正极通过所述第二电阻与对应的可控开关单元的输入端相连，负极与所述参考电压源相连，发射极通过所述第三电阻与所述稳压源相连，集电极通过所述第四电阻接地；

所述控制单元与所述电压比较单元输入的发射极相连，当发射极上的电压为低电平时，判断与该电压比较单元相连的接口单元供电。

8.如权利要求6所述的反向馈电设备，其特征在于，所述参考电压源包括：

第一电阻；

稳压二极管，正极接地，负极通过所述第一电阻连接至所述DC/DC电压转换单元输入端。

9.一种反向馈电设备的供电控制方法，所述反向馈电设备包括DC/DC电压转换单元；多个接口单元，各连接一用户设备，用于当所连接的用户设备注入电源时进行供电；多个可控开关单元，各可控开关单元当被设置为打开状态时正向导通，当被设置为关闭状态时截止；各可控开关单元的输入端与所述接口单元一一对应相连，输出端均连接至所述DC/DC电压转换单元的输入端；控制单元，用于判断各接口单元是否供电且为连接状态；将供电且为连接状态的接口单元连接的可控开关单元设置为关闭状态，然后轮流将其中一个设置为打开状态；所述方法包括：

判断各接口单元是否供电且为连接状态；关闭供电且为连接状态的接口单元对于所述DC/DC电压转换单元的供电，然后轮流打开其中一个接口单元对于所述DC/DC电压转换单元的供电。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

提供一参考电压；

所述判断各接口单元是否供电的步骤包括：

当接口单元输出的电压大于所述参考电压时，判断该接口单元供电。

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