CN102970147A - 对电磁辐射进行抑制的以太网供电设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了对电磁辐射进行抑制的以太网供电设备及方法，其中，该以太网供电设备包含太网供电POE电源、电磁辐射抑制电路、以太变压器和以太网接口，所述电磁辐射抑制电路包括一级滤波器、二级滤波器和三级滤波器；一级滤波器接收来自POE电源的电流，滤除电流中的共模干扰，并滤除电流中的高频差模干扰，将电流传输给二级滤波器；二级滤波器接收来自所述一级滤波器的电流，滤除电流中的低频差模干扰，将电流传输给三级滤波器；三级滤波器接收来自二级滤波器的电流，滤除POE电源正极对保护地的差模干扰以及POE电源负极对保护地的差模干扰，将电流传输到以太变压器的中心抽头。本发明方案能够有效降低POE电源引入的电磁辐射量。

Description

对电磁辐射进行抑制的以太网供电设备及方法

技术领域

本发明涉及以太网供电设备(PSE,Power Sourcing Equipment)，具体涉及对电磁辐射进行抑制的PSE及方法。

背景技术

以太网供电（POE，Power Over Ethernet）是指，通过以太网线给终端设备提供48V的直流电。参见图1，为现有技术中POE系统的结构示意图，该系统包括PSE和受电设备(PD，Powered Device)，PSE包含POE电源、电磁辐射抑制电路、以太变压器和以太网接口。以太网PSE一般为交换机、路由器、传送网设备等，而PD一般为网络摄像头、便携式计算机等。PSE内设置有带POE功能的电磁辐射抑制电路，POE电源通过该电磁辐射抑制电路将电流传输给以太网变压器，以太网变压器将以太差分信号与来自POE电源的电流进行叠加，得到携带电流的以太差分信号，将携带电流的以太差分信号经由以太网接口传输给PD；所述以太差分信号为PSE从网络获取的数字信号。图1中，POE电源具体为48V直流开关电源。

电磁干扰（EMI，Electromagnetic Interference）是指，电磁波与电子元件作用后而产生的干扰现象；电子元件产品需要进行EMI测试，以通过认证。对于PSE，随着公共电网环境越来越复杂，带POE功能以太接口的电磁兼容性问题越来越凸显，尤其是公共电网噪音通过POE电源引入到PSE中而导致传导与辐射干扰的超标，给产品的EMI认证带来诸多问题。

同时，由于POE电源的直流电流穿越PSE，POE电源本身产生的开关噪音导致PSE本身的可靠性下降。PSE本身的可靠性下降主要原因是POE电源引入的干扰会导致以太差分信号劣化，严重时会导致以太链路循环冗余校验（CRC，Cyclic RedundancyCheck）错误。

综上所述，POE技术带来了一下两个问题：

(1)公共电网噪音通过POE电源引入到PSE而产生干扰，该干扰会增加以太线路EMI辐射量，进而导致EMI测试不通过。

(2)POE电源一般为开关电源，其开关噪音会对以太差分信号产生干扰，在EMI测试时会对以太线路信号模板测试产生负面影响，进而导致EMI测试不通过。

目前，降低POE电源对PSE干扰的方案是在PSE的以太变压器中心抽头连接RC滤波电路，由RC滤波电路对来自POE电源的电流进行滤波，然后将滤波后的电流传送给以太变压器，也就是，电磁辐射抑制电路具体采用RC滤波电路；其中R指电阻，C指电容，RC滤波电路指由电阻和电容组成的电路。发明人在实践中发现：采用RC滤波电路进行滤波，虽然对电流中的共模干扰有一定的抑制作用，但同时存在以下缺点：首先，随着POE电源功率不断增大，现有的RC滤波电路对电磁辐射抑制作用有限，不能有效滤除干扰；其次，RC滤波电路容易将外部浪涌引入PSE内部，对内部电路造成影响。

综上，现有的PSE不能有效降低POE电源的辐射量。

发明内容

本发明提供了一种对电磁辐射进行抑制的以太网供电设备PSE，该PSE能够有效降低POE电源引入的电磁辐射量。

本发明提供了一种供电设备对电磁辐射进行抑制的方法，该方法能够有效降低POE电源引入的电磁辐射量。

一种对电磁辐射进行抑制的PSE，该PSE包含以太网供电POE电源、电磁辐射抑制电路、以太变压器和以太网接口，所述电磁辐射抑制电路包括一级滤波器、二级滤波器和三级滤波器；

所述POE电源，用于向受电设备提供48V直流电流；

所述一级滤波器，接收来自POE电源的电流，滤除电流中的共模干扰，并滤除电流中的高频差模干扰，将电流传输给所述二级滤波器；

所述二级滤波器，接收来自所述一级滤波器的电流，滤除电流中的低频差模干扰，将电流传输给三级滤波器；

所述三级滤波器，接收来自所述二级滤波器的电流，滤除POE电源正极对保护地的差模干扰以及POE电源负极对保护地的差模干扰，将电流传输到以太变压器的中心抽头；

所述以太变压器，接收来自电磁辐射抑制电路的电流，将获取的以太差分信号与电流进行叠加，得到携带电流的以太差分信号，将携带电流的以太差分信号传输给以太网接口；

所述以太网接口，接收来自所述以太变压器的携带电流的以太差分信号，传输给受电设备。

较佳地，所述一级滤波器包括第一电容、共模电感和第二电容；

所述第一电容与POE电源连接，第一电容还与所述共模电感连接，所述共模电感再与所述第二电容连接，第二电容与二级滤波器连接。

较佳地，所述第一电容和第二电容为都陶瓷电容，耐压值为100V，容值为0.1uF；所述共模电感的电感量取值范围为300uH至500uH。

较佳地，所述二级滤波器由n个二级电容并联而成，n为自然数。

较佳地，所述二级电容为电解电容，其耐压值为100V，容值为100uF。

较佳地，所述三级滤波器包含m个正极电容和m个负极电容，m为自然数；

所述m个正极电容将POE电源正极连接到保护地，并将POE电源正极连接到以太变压器的中心抽头；所述m个负极电容将POE电源负极连接到保护地，并将POE电源负极连接到以太变压器的中心抽头。

较佳地，所述m个正极电容为陶瓷电容，其耐压值为100V，容值为0.022uF或0.1uF；所述m个负极电容为陶瓷电容，其耐压值为100V，容值为0.022uF或0.1uF。

较佳地，所述POE电源为48V直流电，所述以太网接口为RJ45接口插件。

较佳地，所述一级滤波器放置于POE电源的入口处，所述三级滤波器靠近以太网接口放置。

一种以太网供电设备对电磁辐射进行抑制的方法，该方法包括：

以太网供电设备的电磁辐射抑制电路接收来自以太网供电POE电源的电流，滤除电流中的共模干扰，并滤除电流中的高频差模干扰；

电磁辐射抑制电路滤除电流中的低频差模干扰，还滤除POE电源正极对保护地的差模干扰以及POE电源负极对保护地的差模干扰，将电流传输到以太网供电设备的以太变压器；

以太网供电设备的以太变压器将获取的以太差分信号与来自电磁辐射抑制电路的电流进行叠加，得到携带电流的以太差分信号，将携带电流的以太差分信号传输给以太网供电设备的以太网接口；

以太网供电设备的以太网接口将来自以太变压器的携带电流的以太差分信号传输给受电设备。

从上述方案可以看出，本发明中，PSE的电磁辐射抑制电路包括一级滤波器、二级滤波器和三级滤波器；一级滤波器滤除POE电源的共模干扰和高频差模干扰，二级滤波器滤除POE电源的低频差模干扰，三级滤波器滤除POE电源正极对保护地的差模干扰以及POE电源负极对保护地的差模干扰，而后，将电流传输到以太变压器的中心抽头。采用本发明提供的PSE，能够对POE电源进行多级滤波，有效降低了辐射干扰。

附图说明

图1为现有技术中POE系统的结构示意图；

图2为本发明对电磁辐射进行抑制的PSE结构示意图；

图3为本发明PSE对电磁辐射进行抑制的方法示意图实例。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明进一步详细说明。

本发明中，以太网供电设备（PSE）中的电磁辐射抑制电路对POE电源进行多级滤波，以降低POE电源引入的电磁辐射量。参见图2，为本发明对电磁辐射进行抑制的PSE结构，该PSE的以太网供电POE电源、电磁辐射抑制电路、以太变压器和以太网接口，所述电磁辐射抑制电路包括一级滤波器、二级滤波器和三级滤波器；

所述POE电源，用于向受电设备提供48V直流电流；

所述一级滤波器，接收来自POE电源的电流，滤除电流中的共模干扰，并滤除电流中的高频差模干扰，将电流传输给所述二级滤波器；

所述二级滤波器，接收来自所述一级滤波器的电流，滤除电流中的低频差模干扰，将电流传输给三级滤波器；

所述三级滤波器，接收来自所述二级滤波器的电流，滤除POE电源正极对保护地的差模干扰以及POE电源负极对保护地的差模干扰，将电流传输到以太变压器的中心抽头；

所述以太变压器，接收来自电磁辐射抑制电路的电流，将获取的以太差分信号与电流进行叠加，得到携带电流的以太差分信号，将携带电流的以太差分信号传输给以太网接口；

所述以太网接口，接收来自所述以太变压器的携带电流的以太差分信号，传输给受电设备。

以太变压器的中心抽头为图中编号为2和5的端口。

较佳地，所述POE电源为48V直流电，所述以太网接口为RJ45接口插件。

较佳地，所述一级滤波器包括第一电容C1、共模电感和第二电容C2；

所述第一电容C1与POE电源连接，第一电容C1还与所述共模电感连接，所述共模电感再与所述第二电容C2连接，第二电容C2与二级滤波器连接。

POE电流引入时，在POE_48V与POE_0V上串接共模电感L，并在共模电感L两边增加小电容（C1、C2）。共模电感的作用是抑制POE_48V、POE_0V上交变干扰信号通过，也就是，滤除电流中的共模干扰。第一电容C1和第二电容C2的作用是滤除POE_48V上的高频干扰信号，也就是，滤除电流中的高频差模干扰。

一级滤波器电路靠近POE电源的入口处放置。

电容具有滤除电流中共模干扰的功能，共模电感具有滤除电流中差模干扰的功能。第一电容C1、第二电容C2和共模电感的参数值可根据需要选取。较佳地，所述第一电容C1和第二电容C2为都陶瓷电容，耐压值为100V（伏），容值为0.1uF（微法）；所述共模电感的电感量取值范围为300uH（微亨）至500uH。

图2所示的二级滤波器又称为π型滤波器。

较佳地，所述二级滤波器由n个二级电容Cx并联而成，图中为Cx1至Cxn，n为自然数。n的取值根据POE电源功率确定，一般地，n取值可为2至5。

二级电容的参数值可根据需要选取。较佳地，所述二级电容为电解电容，其耐压值为100V（伏），容值为100uF（微法）。

较佳地，所述三级滤波器包含m个正极电容Cy和m个负极电容Cz，图中示出了Cy1至Cym，以及Cz1至Czm，m为自然数；

所述m个正极电容将POE电源正极连接到保护地，并将POE电源正极连接到以太变压器的中心抽头；所述m个负极电容将POE电源负极连接到保护地，并将POE电源负极连接到以太变压器的中心抽头。

正极电容和负极电容的参数值可根据需要选取。较佳地，所述m个正极电容为陶瓷电容，其耐压值为100V，容值为0.022uF；所述m个负极电容为陶瓷电容，其耐压值为100V，容值为0.1uF。

三级滤波器电路靠近PSE的以太网接口放置。PSE的电磁辐射干扰主要来于POE电流所携带的干扰信号。一级滤波器和二级滤波器，已滤除了POE电流携带中的大部分干扰，减少了其辐射量；三级滤波器作为最后一级滤波电路，一方面，继续滤除POE电流所携带残余干扰信号，另一方面，滤除PSE内的以太差分信号耦合到POE电流所形成的干扰信号。

三级滤波器在POE电源与PGND（保护地)之间并联正极电容Cy1～Cym以及负极电容Cz1～Czm，将POE电流上的干扰信号导入保护地，从而进一步滤除干扰信号，降低电磁辐射量。

本发明还提供了一种以太网供电设备（PSE）对电磁辐射进行抑制的方法，该方法的示意性流程图如图3，其包括以下步骤：

步骤301，PSE的电磁辐射抑制电路接收来自以太网供电POE电源的电流，滤除电流中的共模干扰，并滤除电流中的高频差模干扰。

该步骤具体由一级滤波器完成。

步骤302，电磁辐射抑制电路滤除电流中的低频差模干扰。

该步骤具体由二级滤波器完成。

步骤303，电磁辐射抑制电路还滤除POE电源正极对保护地的差模干扰以及POE电源负极对保护地的差模干扰，将电流传输到PSE的以太变压器。

该步骤具体由三级滤波器完成。

步骤304，PSE的以太变压器将获取的以太差分信号与来自电磁辐射抑制电路的电流进行叠加，得到携带电流的以太差分信号，将携带电流的以太差分信号传输给PSE的以太网接口。

步骤305，PSE的以太网接口将来自以太变压器的携带电流的以太差分信号传输给受电设备。

POE电源所携带的电磁辐射量不仅使以太网供电设备对外EMI辐射量增加，也增加了对设备内部的干扰量，尤其是对内部以太差分信号的干扰。本发明通过三级滤波网，对从POE电源引入的电网干扰和POE电源本身产生的开关噪音进行多级滤除，以到达POE电源经过以太网接口输出时，其辐射量大大降低的效果。

经试验测试表明，采用本发明带POE功能的以太网供电设备，通过对电磁辐射抑制电路中的共模电感和电容取值进行调整，能够在保证信号质量的情况下，顺利达到GB9254-1998B和CISPR22B的测试标准，GB9254-1998B（国家EMI标准）和CISPR22B（国际无线电干扰标准）为EMI测试的相关标准。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种对电磁辐射进行抑制的以太网供电设备，其特征在于，该以太网供电设备包含以太网供电POE电源、电磁辐射抑制电路、以太变压器和以太网接口，所述电磁辐射抑制电路包括一级滤波器、二级滤波器和三级滤波器；

所述POE电源，用于向受电设备提供48V直流电流；

所述一级滤波器，接收来自POE电源的电流，滤除电流中的共模干扰，并滤除电流中的高频差模干扰，将电流传输给所述二级滤波器；

所述二级滤波器，接收来自所述一级滤波器的电流，滤除电流中的低频差模干扰，将电流传输给三级滤波器；

所述三级滤波器，接收来自所述二级滤波器的电流，滤除POE电源正极对保护地的差模干扰以及POE电源负极对保护地的差模干扰，将电流传输到以太变压器的中心抽头；

所述以太变压器，接收来自电磁辐射抑制电路的电流，将获取的以太差分信号与电流进行叠加，得到携带电流的以太差分信号，将携带电流的以太差分信号传输给以太网接口；

所述以太网接口，接收来自所述以太变压器的携带电流的以太差分信号，传输给受电设备。

2.如权利要求1所述的以太网供电设备，其特征在于，所述一级滤波器包括第一电容、共模电感和第二电容；

所述第一电容与POE电源连接，第一电容还与所述共模电感连接，所述共模电感再与所述第二电容连接，第二电容与二级滤波器连接。

3.如权利要求2所述的以太网供电设备，其特征在于，所述第一电容和第二电容为都陶瓷电容，耐压值为100V，容值为0.1uF；所述共模电感的电感量取值范围为300uH至500uH。

4.如权利要求1所述的以太网供电设备，其特征在于，所述二级滤波器由n个二级电容并联而成，n为自然数。

5.如权利要求4所述的以太网供电设备，其特征在于，所述二级电容为电解电容，其耐压值为100V，容值为100uF。

6.如权利要求1所述的以太网供电设备，其特征在于，所述三级滤波器包含m个正极电容和m个负极电容，m为自然数；

所述m个正极电容将POE电源正极连接到保护地，并将POE电源正极连接到以太变压器的中心抽头；所述m个负极电容将POE电源负极连接到保护地，并将POE电源负极连接到以太变压器的中心抽头。

7.如权利要求6所述的以太网供电设备，其特征在于，所述m个正极电容为陶瓷电容，其耐压值为100V，容值为0.022uF或0.1uF；所述m个负极电容为陶瓷电容，其耐压值为100V，容值为0.022uF或0.1uF。

8.如权利要求1-7任一项所述的以太网供电设备，其特征在于，所述POE电源为48V直流电，所述以太网接口为RJ45接口插件。

9.如权利要求8述的以太网供电设备，其特征在于，所述一级滤波器放置于POE电源的入口处，所述三级滤波器靠近以太网接口放置。

10.一种以太网供电设备对电磁辐射进行抑制的方法，其特征在于，该方法包括：

以太网供电设备的电磁辐射抑制电路接收来自以太网供电POE电源的电流，滤除电流中的共模干扰，并滤除电流中的高频差模干扰；

电磁辐射抑制电路滤除电流中的低频差模干扰，还滤除POE电源正极对保护地的差模干扰以及POE电源负极对保护地的差模干扰，将电流传输到以太网供电设备的以太变压器；

以太网供电设备的以太变压器将获取的以太差分信号与来自电磁辐射抑制电路的电流进行叠加，得到携带电流的以太差分信号，将携带电流的以太差分信号传输给以太网供电设备的以太网接口；

以太网供电设备的以太网接口将来自以太变压器的携带电流的以太差分信号传输给受电设备。

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