CN102916387B - 一种用于多口poe供电器输出分路的保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于多口POE供电器输出分路的保护电路，它包括：开关电路，所述开关电路包括开关装置，所述开关装置与所述POE供电器的一供电口连接；采样装置，其与所述开关装置连接；判断控制系统，其输入端与所述采样装置连接，其输出端与所述开关装置连接；所述判断控制系统通过从所述采样装置获取的采样信号判断所述供电口是否发生过流或短路，当判断发生过流或短路时，则该判断控制系统控制所述开关装置断开。本发明的控制方式精准，避免了传统方式的不必要延时。

Description

一种用于多口POE供电器输出分路的保护电路

技术领域

本发明涉及过流、短路保护电路，尤其涉及一种用于多口POE（PowerOverEthernet，基于以太网的供电系统）供电器输出分路的保护电路。

背景技术

多口POE供电器要求在某一个或者多个供电口出现过流、短路等故障时该口能停止输出，故障消除时可恢复输出，同时不影响其它供电口正常输出。

目前的技术多是采取在输出回路中串接自恢复保险丝，过流、短路时大电流流过自恢复保险，使其发热后阻抗变大，从而对输出电流进行限制。典型电路如图1所示，以百兆POE供电器为例，供电口带负载后，流过F1的电流较小，低于自恢复保险丝的保护电流值，此时自恢复保险处于低阻状态。当输出过流或者短路时，流过自恢复保险丝的电流大于保护电流值，该自恢复保险温度上升变成高阻状态，限制输出电流。

上述保护方式过于简单，无法实现精确控制。并且，不区分过流和短路，对于过流和短路均采用同样的处理方式。而且，自恢复保险属于热保护工作方式，从达到保护电流到变成高阻状态有延时时间。在该延时时间内，供电电源可能会因为负载短路关机，从而使其它供电口出现中断供电现象。同时，自恢复保险在高阻状态下仍有微小电流流过，该电流使自恢复保险继续发热、维持高阻状态，这样电阻性负载即使恢复正常范围，也无法恢复输出；除非负载完全断开，自恢复保险降低温度后才能恢复输出。因此该技术无法完全实现需要的功能。

发明内容

为解决现有POE供电器供电口保护方式延时时间过长且无法控制的技术问题，本发明提供一种用于多口POE供电器输出分路的保护电路。

本发明为解决上述技术问题提供的技术方案是：

一种用于多口POE供电器输出分路的保护电路，它包括：

开关电路，所述开关电路包括开关装置，所述开关装置与所述POE供电器的一供电口连接；

采样装置，其与所述开关装置连接；

判断控制系统，其输入端与所述采样装置连接，其输出端与所述开关装置连接；

所述判断控制系统通过从所述采样装置获取的采样信号判断所述供电口是否发生过流或短路，当判断发生过流或短路时，则该判断控制系统控制所述开关装置断开。

采用上述方案，控制精准，避免了传统保护方式不必要的延时，且不会对其它供电口产生影响。

进一步的，所述采样装置对所述供电口进行电压采样；所述判断控制系统包括：

A/D转换模块，其与所述采样装置连接；

过流判断模块，其与所述A/D转换模块连接，其内预存有过流保护门限电压；

控制模块，其输入端与所述过流判断模块连接，其输出端与所述开关装置连接；

计时模块，其与所述控制模块连接；

所述过流判断模块通过从所述采样装置处获取的电压采样信号判断所述供电口的电压是否超过所述过流保护门限电压，当判断超过该过流保护门限电压，若所述计时模块对所述供电口的电压超过所述过流保护门限电压持续的时间的计时超过预设的过流门限时长，则所述控制模块控制所述开关装置断开。

采用上述方案，避免了电流瞬时过大的情况下误断开供电口，保证了供电口的稳定供电。

或者，所述采样装置对所述供电口进行电压采样；所述判断控制系统包括：

短路判断模块，其与所述采样装置连接，其有效高电平对应于短路保护门限电压；

控制模块，其输入端与所述短路判断模块连接，其输出端与所述开关装置连接；

所述短路判断模块通过从所述采样装置处获取的电压采样信号判断所述供电口的电压是否达到所述有效高电平，当判断达到有效高电平时，所述控制模块控制所述开关装置断开。

采用上述方案，利用数字电路判断方式迅速对短路情况作出判断，及时关断供电口，保障供电安全。

进一步的，所述判断控制系统还包括与所述采样装置连接的短路判断模块，所述控制模块的输入端与所述短路判断模块连接，所述短路判断模块的有效高电平对应于短路保护门限电压，所述短路保护门限电压大于所述过流保护门限电压；

所述短路判断模块通过从所述采样装置处获取的电压采样信号判断所述供电口的电压是否达到所述有效高电平，当判断达到有效高电平时，所述控制模块控制所述开关装置断开。

采用上述方案，综合了过流保护控制和短路保护控制，针对过流保护和短路保护采用不同的开关控制方式，控制方式更具针对性。

进一步的，所述过流门限时长大于等于20毫秒、小于等于30毫秒。

采用上述方案，时间设置合理，合理的区分开是否发生过流，既能避免因瞬时电流过大而误断开供电口，又防止大电流持续时间过长损坏电路。

进一步的，所述判断控制系统控制所述开关装置断开后，当所述计时模块计时到达预设的第一检测间隔时间，则所述判断控制系统控制所述开关装置闭合。

采用上述方案，能在过流或短路后自动判断是否恢复正常，并在再未出现过流或短路的情况下使供电恢复正常。

进一步的，所述判断控制系统控制所述开关装置断开后，当所述计时模块的计时到达预设的第一检测间隔时长，则所述判断控制系统控制所述开关装置闭合；此时，若所述判断控制系统判断发生过流或短路时，则该判断控制系统控制所述开关装置再次断开；之后，当所述计时模块的计时到达预设的第二检测间隔时长，则所述判断控制系统控制所述开关装置再次闭合；所述第一检测间隔时长小于所述第二检测间隔时长。

采用上述方案，防止过于频繁的进行供电、断电、再供电操作给电路造成损伤。

进一步的，所述开关电路还包括与所述开关装置连接的开关控制装置，所述开关控制装置接于所述开关装置与所述判断控制系统之间，所述判断控制系统通过控制所述开关控制装置来控制所述开关装置的闭合与断开。

采用上述方案，隔离判断控制系统和开关装置，更加安全。

进一步的，所述保护电路包括分别自外部电源接入的正极线和负极线；所述开关装置为场效应管，所述采样装置为检流电阻，所述开关控制装置包括三极管；所述检流电阻一端接所述负极线，另一端分别与所述判断控制系统的两个输入端和所述场效应管的源极连接；所述场效应管的漏极与所述供电口连接，其栅极与所述三极管的集电极连接；所述三极管的集电极还与所述正极线连接，其发射极与所述负极线连接，其基极与所述判断控制系统的输出端连接。

采用上述方案，结构简单，实现容易；元器件使用少，成本低。

进一步的，所述判断控制系统采用单片机，所述检流电阻分别与所述单片机的模拟口和数字中断口连接；所述检流电阻阻值为1欧姆。

采用上述方案，充分利用现有单片机自身的结构特点，接线方便，构思巧妙，成本低。

本发明带来的有益效果是：相对于普通方法，本发明控制方式迅速，延时时间短；对过流和短路两种不同情况分别进行控制，控制方式多元，利于稳定供电；元件不多、电路可靠，保护性能优良等优点；特别是各供电口之间不会互相影响，这在多口POE供电器中尤为关键；将电流检测信号分别送到单片机的AD采样口和中断口，实现有一定时延的过流保护和快速的短路保护。

附图说明

图1为多口POE供电器输出分路的一种现有保护方式；

图2为本发明多口POE供电器输出分路的保护电路的一种实施方式的结构示意框图；

图3为本发明一种实施方式的的具体实施例。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明实施例的用于多口POE供电器输出分路的保护电路包括开关电路1、采样装置2和判断控制系统3；开关电路1包括相互连接的开关控制装置11和开关装置10，开关装置10与POE供电器的一供电口连接；采样装置2与开关装置10连接；判断控制系统3的输入端与采样装置2连接，其输出端通过开关控制装置11与开关装置10连接；判断控制系统3通过从采样装置2获取的采样信号判断供电口是否发生过流或短路，当判断发生过流或短路时，则判断控制系统3控制开关装置10断开，即判断控制系统3通过控制开关控制装置11来控制开关装置10的闭合与断开。

采样装置2对供电口进行电压采样；判断控制系统3包括A/D转换模块31、过流判断模块32、短路判断模块33、控制模块34和计时模块35；A/D转换模块31与采样装置2连接；过流判断模块32与A/D转换模块31连接，其内预存有过流保护门限电压；短路判断模块33与采样装置2连接，其有效高电平对应于短路保护门限电压；控制模块34的输入端分别与过流判断模块32和短路判断模块33连接，其输出端与开关装置10连接；计时模块35与控制模块34连接。过流判断模块32通过从采样装置2处获取的电压采样信号判断供电口的电压是否超过过流保护门限电压，当判断超过过流保护门限电压，若计时模块35对供电口的电压超过过流保护门限电压持续的时间的计时超过预设的过流门限时长（过流门限时长大于等于20毫秒、小于等于30毫秒），则控制模块34控制开关装置10断开；与此同时，短路判断模块33通过从采样装置2处获取的电压采样信号判断供电口的电压是否达到有效高电平，当判断达到有效高电平时，控制模块34控制开关装置10断开。

优选的，判断控制系统3控制开关装置10断开后，当计时模块35的计时到达预设的第一检测间隔时长，则判断控制系统3控制开关装置10闭合；此时，若判断控制系统3判断发生过流或短路时，则该判断控制系统3控制开关装置10再次断开；之后，当计时模块35的计时到达预设的第二检测间隔时长，则判断控制系统3控制开关装置10再次闭合；之后，当计时模块35的计时到达预设的第三检测间隔时长，则判断控制系统3控制开关装置10第三次闭合；实际应用中，可预设多个检测间隔时长，检测间隔时长逐次延长，即第一检测间隔时长短于第二检测间隔时长，第二检测间隔时长短于第三检测间隔时长，第四检测间隔时长短于第三检测间隔时长，……

更具体的，本实施例用于多口POE供电器输出分路的保护电路包括分别自外部电源接入的正极线91和负极线92；开关装置10为场效应管Q1，开关控制装置11包括三极管Q2，采样装置2为检流电阻RL，其阻值优选为1欧姆；检流电阻RL一端接负极线92，另一端分别与判断控制系统3的两个输入端和场效应管的Q1源极连接；场效应管Q1的漏极与供电口连接，其栅极与三极管Q2的集电极连接；三极管Q2的集电极还与正极线91连接，其发射极与负极线92连接，其基极与判断控制系统3的输出端连接。

实际应用时，判断控制系统3可采用单片机，检流电阻RL分别与单片机的模拟口和数字中断口连接。

本实施例的用于多口POE供电器输出分路的保护电路包括软件程序和硬件电路两部分。48V供电的正极线91直接到供电口，48V供电的负极线92经从检流电阻RL和关断功率管Q1到供电口；检流电阻RL上的电压分两路送到单片机，其中ADC是电压模拟量信号，该模拟量超过过流保护电压门限并保持若干时钟周期后，单片机认为该口处于过流状态，发出关断驱动信号关断Q1；SHORT是数字量中断信号，该信号达到有效高电平时，单片机即认为该口处于短路状态，将触发单片机中断程序，发出关断驱动信号关断Q1。出现短路和过流保护后，单片机将按照逐次延长检测间隔时间的方式判断故障是否消除，防止故障消除后无法自恢复或者频繁大电流冲击造成设备损坏。

如上所云是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思和内涵的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于多口POE供电器输出分路的保护电路，其特征在于：包括：

开关电路（1），所述开关电路（1）包括开关装置（10），所述开关装置（10）与所述POE供电器的一供电口连接；

采样装置（2），其与所述开关装置（10）连接，其对所述供电口进行电压采样；

判断控制系统（3），其输入端与所述采样装置（2）连接，其输出端与所述开关装置（10）连接；

所述判断控制系统（3）通过从所述采样装置（2）获取的采样信号判断所述供电口是否发生过流或短路，当判断发生过流或短路时，则该判断控制系统（3）控制所述开关装置（10）断开；所述判断控制系统（3）包括：

A/D转换模块（31），其与所述采样装置（2）连接；

过流判断模块（32），其与所述A/D转换模块（31）连接，其内预存有过流保护门限电压；

控制模块（34），其输入端与所述过流判断模块（31）连接，其输出端与所述开关装置（10）连接；

计时模块（35），其与所述控制模块（35）连接；

所述过流判断模块（31）通过从所述采样装置（2）处获取的电压采样信号判断所述供电口的电压是否超过所述过流保护门限电压，当判断超过该过流保护门限电压，若所述计时模块（35）对所述供电口的电压超过所述过流保护门限电压持续的时间的计时超过预设的过流门限时长，则所述控制模块（34）控制所述开关装置（10）断开；

所述判断控制系统（3）还包括与所述采样装置（2）连接的短路判断模块（33），所述控制模块（34）的输入端与所述短路判断模块（33）连接，所述短路判断模块（33）的有效高电平对应于短路保护门限电压，所述短路保护门限电压大于所述过流保护门限电压；

所述短路判断模块（33）通过从所述采样装置（2）处获取的电压采样信号判断所述供电口的电压是否达到所述有效高电平，当判断达到有效高电平时，所述控制模块（34）控制所述开关装置（10）断开。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于：所述过流门限时长大于等于20毫秒、小于等于30毫秒。

3.根据权利要求1、或2所述的保护电路，其特征在于：所述判断控制系统（3）控制所述开关装置（10）断开后，当所述计时模块（35）计时到达预设的第一检测间隔时间，则所述判断控制系统（3）控制所述开关装置（10）闭合。

4.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于：所述判断控制系统（3）控制所述开关装置（10）断开后，当所述计时模块（35）的计时到达预设的第一检测间隔时长，则所述判断控制系统（3）控制所述开关装置（10）闭合；此时，若所述判断控制系统（3）判断发生过流或短路时，则该判断控制系统（3）控制所述开关装置（10）再次断开；之后，当所述计时模块（35）的计时到达预设的第二检测间隔时长，则所述判断控制系统（3）控制所述开关装置（10）再次闭合；所述第一检测间隔时长小于所述第二检测间隔时长。

5.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于：所述开关电路（1）还包括与所述开关装置（10）连接的开关控制装置（11），所述开关控制装置（11）接于所述开关装置（10）与所述判断控制系统（3）之间，所述判断控制系统（3）通过控制所述开关控制装置（11）来控制所述开关装置（10）的闭合与断开。

6.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于：包括分别自外部电源接入的正极线（91）和负极线（92）；所述开关装置（10）为场效应管（Q1），所述开关控制装置（11）包括三极管（Q2），所述采样装置（2）为检流电阻（RL）；所述检流电阻（RL）一端接所述负极线（92），另一端分别与所述判断控制系统（3）的两个输入端和所述场效应管（Q1）的源极连接；所述场效应管（Q1）的漏极与所述供电口连接，其栅极与所述三极管（Q2）的集电极连接；所述三极管（Q2）的集电极还与所述正极线（91）连接，其发射极与所述负极线（92）连接，其基极与所述判断控制系统（3）的输出端连接。

7.根据权利要求6所述的保护电路，其特征在于：所述判断控制系统（3）采用单片机，所述检流电阻（RL）分别与所述单片机的模拟口和数字中断口连接；所述检流电阻（RL）阻值为1欧姆。