CN102918798B - 级联以太网供电系统 - Google Patents

Abstract

描述了一种在PoE系统中使用的以太网供电（PoE）设备（200），PoE设备（200）包括用于将设备连接到上游PoE设备或中央控制单元的第一PoE端口（210），用于将设备连接到下游设备或PoE设备的第二PoE端口（220）以及用于控制第一（210）和第二（220）PoE端口之间的数据（335）和/或功率通信（400）的控制单元（240）。控制单元（240）进一步包括与第一PoE端口（210）相连以接收用于为控制单元（240）供电的电力（320）的第一功率输入终端（305）。

Description

级联以太网供电系统

技术领域

本发明涉及以太网供电领域。更具体地说，本发明涉及以太网供电设备的供电。

背景技术

US2005/0033997A1公开了一种网络设备，所述设备包括输入功率端口、输出功率端口、内部电路以及与所述输入功率端口、输出功率端口以及内部电路相连的储能系统。

US5,841,360公开了一种允许分布式感应、控制和通信的网络拓扑。所述网络拓扑包括电源以及多个与所述电源耦接的线路供电串联智能单元（PSIC），所述多个线路供电串联智能单元经由各个通信电路相互耦接，所述每个线路供电串联智能单元允许相互独立的单向或双向通信并且包括至少两个电导体。所述网络拓扑进一步包括唯一地引用每个PSIC的定址装置以及至少一个与其中一个PSIC耦接以便根据嵌入或馈入其中一个PSIC的控制逻辑进行操作的有效荷载元件。

以太网供电（PoE）是通过标准以太网线缆（例如，Cat5或Cat5e型线缆）实现对需要中等功耗的设备供电的标准。一般而言，在以太网供电系统中，多个设备连接到一条或多条这样的线缆上，借此经由PoE交换机通过线缆为设备供电。此类PoE交换机（或一般称为PoE设备）通常作为星型网络拓扑中的节点使用并且用于在网络中的不同以太网分支之间引导网络流量。此类PoE交换机根据PoE标准同样地为连接的设备提供电能。此类设备例如可以包括用于家用照明或专业照明的照明应用，也可以是传感器或类似元件。

此类设置已被证明是为距离长达100m的多个连接设备提供电能的实用方法。此类系统也被证明适合于以下情形：连接设备功率较低，或距离短，并且假设用电设备在连续运行模式下进行操作（例如路由器、DSL调制解调器、其他交换机等）。

目前，很明显计算机和网络技术设备之外的其他设备（例如，光源）也可以有利地通过这种方法供电。此类配置例如可以包括多个分离的PoE设备或PoE交换机，借此每个设备或交换机为附近的多个设备（例如，光源）供电。此类设备的特性在于具有较高的功率需求，它们间歇操作，通常不需要持续的网络连接。

为了向连接设备供电并且为了按照它们自己的功率需求供电（例如，为控制交换机操作的控制单元供电），在本地为PoE交换机提供自己的PoE电源，例如市电电源连接。一般而言，此类PoE交换机从本地PoE电源获取自己的电源，这与交换机连接的设备是否操作或需要电源无关。因此，在PoE交换机不为连接设备供电时可以注意到重要功耗（也称为备用功率（standbypower））。就PoE系统通常用于较低或中等功率应用这一事实来看，常用PoE交换机的备用功率需求可能对PoE系统整体效率产生负面影响。

已经提出为此目的在PoE交换机中通过提供专用低功率电源来降低备用功率的方法，从而在无任何连接设备需要PoE电源的情况下为交换机自身功能供电；但是这样可能明显提高系统成本价格。

发明内容

需要提供实现更有效地为系统中应用的PoE设备供电的PoE系统。

因此，在本发明的一个方面，提供一种在PoE系统中使用的以太网供电，PoE，设备，所述PoE设备包括：

第一PoE端口，用于将设备连接到上游PoE设备或中央控制单元；

第二PoE端口，用于将设备连接到下游设备或PoE设备；

控制单元，用于控制所述第一和第二PoE端口之间的数据和/或功率通信

其中所述控制单元包括与所述第一PoE端口相连以接收用于为所述控制单元供电的电力的第一功率输入终端；其中所述PoE设备进一步包括：

与所述第二PoE端口相连以便为所述下游设备供电和/或与所述控制单元的第二功率输入终端相连以便为所述控制单元供电的电源；

其中所述电源与所述第二PoE端口的连接和/或所述控制单元与所述第一PoE端口的连接由所述控制单元控制；

其中所述控制单元被配置为在第一模式下操作设备，借此经由所述第一PoE端口为所述控制单元供电，以及在第二模式下操作设备，借此通过所述电源为所述控制单元供电；以及

其中当设备正在第一模式下操作时，所述控制单元禁用所述电源。

根据本发明的PoE设备例如可以在级联PoE系统中应用，借此所述设备操作为例如星型网络拓扑中的节点。在实施例中，所述PoE设备为PoE交换机。根据本发明的PoE设备具有第一和第二PoE端口，即，连接诸如Cat5或Cat5e线缆之类的以太网线缆的终端。在此类终端或端口上，可以连接设备或其他PoE设备，从而实现在连接组件之间传输数据和/或功率。应用此PoE设备的PoE系统例如可以包括与所述PoE设备的第一终端或端口或者多个PoE设备的多个第一以太网终端相连的中央服务器，借此所述设备或多个设备的第二终端或端口用于连接到诸如照明应用之类的设备。一般而言，所述PoE设备的第一PoE端口用于将所述PoE设备连接到由所述PoE设备供电或控制的设备的上游组件。

在本文档的含义内，上游连接被视为远离设备的连接，而下游连接被视为朝着设备或者例如远离中央服务器的连接。

在一个实施例中，为根据本发明的PoE设备提供多个第二终端，其实现将多个设备连接到例如在PoE设备的第一以太网终端上连接的中央服务器的下游的PoE设备。

根据本发明的PoE设备进一步包括控制单元，用于控制设备操作，即，所述第一和第二PoE端口之间和/或PoE端口和所述控制单元之间的数据和/或功率通信。此类控制单元例如可以包括微处理器或类似元件并确保在需要时建立上游组件或下游组件之间的适当连接。

根据本发明，所应用的PoE设备的控制单元进一步被配置为通过所述第一PoE端口供电。为了实现此目的，所述控制单元的功率输入终端连接到所述第一PoE端口以接收用于为所述控制单元供电的电力。因此，根据本发明的PoE设备无需依赖于单独电源为设备的控制单元供电，而是，可使用经由所述第一PoE端口获取的电力满足所述控制单元的功率需求。所述电力可作为与任何数据通信分离的单独信号提供，也可以叠加（superimpose）在数据信号上，具体取决于所用的以太网连接类型。因此，所述电力或电源信号例如可以由排列在上游的中央服务器或PoE设备提供。在所述设备的下游用电设备的功率需求较低（例如，传感器或类似元件）的情况下，所述设备同样可以通过电源信号供电。因此，在实施例中，所述第一PoE端口进一步连接到所述第二PoE端口以便将电力或电源信号提供给所述第二PoE端口，从而为下游设备，或者例如进一步的PoE设备供电。

为了解决中等或较高功率需求，在PoE设备中包括电源。因此，根据本发明的PoE设备进一步包括与所述第二PoE端口相连用于为下游设备供电和/或与所述控制单元的进一步功率输入终端相连用于为所述控制单元供电的电源。在此类实施例中，存在各种为下游设备和/或设备控制单元供电的选项或操作模式。例如可以根据下游设备的瞬时功率需求获得所述操作模式。因此，PoE设备可以在第一模式下操作，借此使用经由第一PoE端口获取的电力为控制单元（并且可选地为下游设备）供电，或者可以在第二模式下操作，借此通过电源为控制单元（并且可选地为下游设备）供电。因此，根据实施例的PoE设备可以轻松适配用电设备不断变化的功率需求。这样能够提高整体系统效率，具体而言是仅在设备间歇操作时提高效率。作为此类设备的实例，可以介绍照明应用。当关闭此类应用（或低强度操作）时，PoE设备例如可以在第一模式下操作，借此通过经由第一PoE获取的电源信号为控制单元和照明应用供电。当在第一模式下操作时，可断开电源，从而降低此类电源在较低功率水平上操作时的空闲损耗。请注意，常用电源包括市电连接和功率转换器（例如，包括（电子）变压器和整流器），用于将市电电源转换为适当的电压等级来为控制单元供电。一旦打开照明应用，便可经由电源而非第一PoE端口为照明应用更有效地供电，从而降低与第一PoE端口相连的以太网线缆上出现的损耗。

如上所述，可以在根据本发明的PoE设备中应用各种连接（例如，连接第一和第二PoE或连接第一PoE和控制单元...）以便为控制单元或第二PoE上连接的下游设备供电。此类连接可以选择性地操作（例如，开放或闭合），因此不能被视为严格、固定的连接，而应被视为可控连接，例如，由控制单元或中央控制单元控制。打开或关闭哪个连接例如可以根据一个或多个用电设备的瞬时功率需求判定。因此，设备的控制单元或中央控制单元可以判定设备操作模式并相应地控制各种连接。

在实施例中，为根据本发明的PoE设备提供一个或多个功分器（powersplitter）以便将输入信号（例如，在第一PoE上接收的信号）分离成数据信号与电源信号，或者将数据信号和电源信号组合为第二PoE的输出信号。

根据本发明的PoE设备例如可以在根据本发明的PoE系统中应用，所述PoE系统包括中央控制单元及一个或多个根据本发明的PoE设备，所述中央控制单元具有一个或多个与根据本发明的PoE设备的一个或多个第一PoE端口相连的输出PoE端口。在此类系统中，所述中央控制单元（例如，中央服务器或PoE设备）例如可以判定如何为PoE设备供电。作为实例，所述中央控制单元可以接收表示连接在所述系统的一个或多个PoE设备下游的设备的功率需求的输入信号，并根据所述信号，判定如何为PoE设备供电。如果所述设备的功率需求为零，则所述中央服务器甚至可以配置为与PoE设备彻底断开连接。

根据本发明的PoE系统例如可以在照明应用中应用，借此一个或多个照明单元（例如，LED照明单元）与PoE系统的一个或多个PoE设备各自的一个或多个第二PoE端口相连。

通过参考下面的具体实施方式并结合附图考虑，本发明的这些和其他方面将变得更好地被理解，从而变得更显而易见，在所述附图中，相同标号指示相同部分。

附图说明

图1示意性地示出根据本发明的PoE系统。

图2示意性地示出根据本发明的PoE设备的实施例。

具体实施方式

图1示出根据本发明的实施例的PoE系统。在所述实施例中，示出中央控制单元（例如，带有电源的服务器或PoE设备），所述中央控制单元具有经由以太网连接120与PoE设备111、112和113相连的三个输出PoE端口（101、102和103）。PoE设备111、112和113例如可以位于建筑内的任何位置。PoE设备111、112和113是根据本发明的PoE设备，下面将进行更详细地描述。具体而言，所述PoE设备可以是PoE交换机。所述PoE交换机（一般而言为PoE设备）例如可以应用于为连接在PoE交换机下游的一个或多个设备130供电。此类设备例如可以是其他PoE设备或交换机，也可以是传感器、控制或其他种类装备。PoE设备111、112和113以及与这些设备相连的设备130的供电可根据设备拓扑，通过各种方式实现。作为实例，设备（具体为设备的控制单元）可以通过经由以太网连接120接收的电源信号供电，也可以从设备的本地电源（未示出）供电。此类控制单元（例如可以包括微处理器或类似元件）还可以被布置为管理设备的上电（power-up）和掉电（power-down）顺序。此操作例如可通过作为PoE设备操作软件一部分的软件模块实现。实际如何执行PoE设备供电既可由PoE设备的（本地）控制单元控制，也可由中央控制单元控制。在后一种情况下，PoE设备及甚至可能包括的中间交换机可以在与交换机连接的设备130不需要电源和功能时彻底掉电。因此，在实施例中PoE设备的上电或掉电顺序可以由所述中央控制单元管理。在此类PoE系统中，可能出现下面的操作顺序：在检测到需要连接PoE设备之后，首先由所述中央控制单元打开相关分支（即，相关以太网连接120）的PoE功能来启动该设备。在所述PoE设备建立正常操作之后，可将有关连接方面的，并且同时已被缓存（例如在中央控制单元）的任何相关数据（例如，采取网络分组的形式）递送到所述PoE设备。根据接收的数据，现在可以在所述PoE设备中决定是否必须对连接的PoE设备上电。如果是，则激活PoE交换机的电源。请注意，根据功率需求，还可以决定经由以太网连接而非电源为设备供电。在中等或高功率需求下，可决定从（本地）电源为设备供电。可选地，PoE设备控制部分（即控制单元，未示出）的功率需求也可以由本地电源来满足，这样降低中央控制单元100和PoE设备之间以太网线缆120上的潜在功率损失。

如果接下来设备停用并且该设备是唯一当前活动的设备，PoE设备的PoE电源又可以停用，并且电源被移交给所述中央控制单元。如果检测到（例如，通过提供给所述中央控制单元的用户输入信号）PoE设备不再需要网络连接，则可以使整个PoE设备掉电，包括所述设备的控制单元，并且从线缆120撤去PoE电源。借助本发明，可减少基于间歇运行的PoE设施中的功耗。本发明尤其适用于针对非典型计算机网络设备的设备，基于PoE标准实现有效的配电系统。因此，本发明尤其适用于基于PoE标准实现有效的建筑物范围的照明设施。

在图2中，示意性地示出根据本发明的PoE设备（具体是指PoE交换机）的实施例。PoE交换机200包括第一PoE端口210，所述端口例如可用于将PoE交换机（经由以太网线缆，未示出）连接到上游中央控制单元或另一PoE交换机。所述PoE交换机进一步包括三个第二PoE端口220，所述端口可用于连接到由其供电和/或控制的下游设备。此类设备例如可以是传感器、路由器、交换机、照明应用等。如图所示，每个PoE端口均具有功分器230。此类功分器可用于将（例如，在第一PoE端口210上接收的）输入信号分离成数据信号和电源信号，或者将数据信号335和电源信号320组合为第二PoE端口220的输出信号。所述电源信号例如可以提供给控制单元的功率输入终端305并用于为所述控制单元供电。PoE交换机200进一步包括用于控制第一和第二PoE端口以及PoE交换机的本地电源250之间的数据和功率通信的控制单元240。在所示实施例中，本地电源250可用于为第二PoE端口220供电（由300指示）和/或在控制单元的功率输入终端315上为所述控制单元供电（由310指示）。本地电源250例如可以包括与市电终端225的连接。如果不需要本地电源供电，则控制单元240可以通过适当的控制信号400禁用电源。根据本发明，控制单元240还可以通过经由第一PoE端口接收的电源信号（由320指示），经由所述控制单元的功率输入终端305供电。在所示实施例中，在第一PoE端口上接收的信号340被分为数据信号330和可用于为PoE交换机200的控制单元供电的电源信号320。作为替代或补充，电源信号320还可用于为任何与第二PoE端口220相连的设备供电，其方式为经由在第二PoE端口上连接的功分器，将所述电源信号提供给设备。此类设置实现了为控制单元240以及与第二PoE端口相连的设备两者供电的灵活方式。在实施例中，所述控制单元例如根据瞬时功率需求控制经由哪个连接为所述控制单元或设备供电。这样实现了PoE交换机即使针对间歇操作的设备（例如，照明应用）也以高效的方式操作。根据需要在此公开了本发明的详细实施例，但是应该理解，所公开的实施例仅是可通过任何形式实现的本发明的示例性实施例。因此，在此公开的具体结构和功能细节不能被视为进行限制，而只能作为权利要求的基础以及作为教导本领域的技术人员通过几乎任何适当详述的结构以多样的方式采用本发明的代表性基础。进一步地，在此使用的术语和短语并非旨在作为限制，而是提供对本发明的理解性描述。

在此使用的术语“一”或“一个”被定义为一个或多于一个。在此使用的术语“多个”被定义为两个或多于两个。在此使用的术语“另一个”被定义为至少两个或多于两个。在此使用的术语“包括”和/或“具有”被定义为包含（即，开放语言，不排除其他元素或步骤）。权利要求中的任何标号不应被解释为限制权利要求或本发明的范围。

在相互不同的从属权利要求中所述的特定措施并不意味着这些措施的组合不能被有利地使用。

单个处理器或其他单元可以实现权利要求中所述的若干项的功能。

在此使用的术语“程序”、“软件应用”等被定义为旨在计算机系统上执行的一系列指令。程序、计算机程序或软件应用可以包括子例程、函数、过程、对象方法、对象实现、可执行应用、applet、servlet、源码、目标代码、共享库/动态加载库和/或旨在计算机系统上执行的其他指令序列。

Claims (10)

1.一种在以太网供电（PoE）系统中使用的PoE设备，所述PoE设备包括：

第一PoE端口（210），用于将设备（200）连接到上游PoE设备或中央控制单元（100）；

第二PoE端口（220），用于将设备（200）连接到下游设备或PoE设备；

控制单元（240），用于控制所述第一和第二PoE端口之间的数据和/或功率通信，其中控制单元（240）包括与第一PoE端口（210）相连以接收用于为控制单元（240）供电的电力的第一功率输入终端（305）；其特征在于PoE设备（200）进一步包括：

与第二PoE端口（220）相连以便为所述下游设备供电和/或与控制单元（240）的第二功率输入终端（315）相连以便为控制单元（240）供电的电源（250）；

其中电源（250）与第二PoE端口（220）的连接和/或控制单元（240）与第一PoE端口（210）的连接由控制单元（240）控制；

其中控制单元（240）被配置为在第一模式下操作设备（200），借此经由第一PoE端口（210）为控制单元（240）供电，以及在第二模式下操作设备（200），借此通过电源（250）为控制单元（240）供电；以及

其中当设备（200）正在第一模式下操作时，控制单元（240）禁用电源（250）。

2.根据权利要求1的PoE设备，其中第一PoE端口（210）与第二PoE端口（220）相连以便为第二PoE端口（220）提供电力，从而为PoE设备的下游设备供电。

3.根据权利要求1的PoE设备，其中根据设备的功率需求判定所述设备在第一还是第二模式下操作。

4.根据权利要求3的PoE设备，其中控制单元（240）被配置为当所述设备的功率需求低于预定阈值时，在第一模式下操作所述设备。

5.根据上述任一权利要求的PoE设备，其中所述电力被提供为叠加在数据信号上的电源信号。

6.根据权利要求5的PoE设备，进一步包括与第一PoE端口（210）和控制单元（240）相连以便将电源信号从在第一PoE端口（210）上接收的输入信号分离以及将所述电源信号提供给第一功率输入终端（305）的第一功分器（230）。

7.根据权利要求6的PoE设备，进一步包括与第二PoE端口（220）和控制单元（240）相连以便将所述电源信号和进一步的数据信号组合为第二PoE端口（220）的输出信号的第二功分器（230）。

8.一种为一个或多个设备供电的PoE系统，所述系统包括：

具有一个或多个输出PoE端口（101、102、103）的中央控制单元（100）；

根据权利要求1至7任一项所述的一个或多个PoE设备（111、112、113），借此一个或多个输出端口（101、102、103）与一个或多个PoE设备（111、112、113）各自的一个或多个第一PoE端口相连。

9.根据权利要求8的PoE系统，其中中央控制单元（100）为服务器或PoE设备。

10.照明应用系统，包括

根据权利要求8或9的PoE系统；

与所述一个或多个PoE设备各自的一个或多个第二PoE端口相连的一个或多个照明单元。