CN103220155A

CN103220155A - 一种扩流方法、受电模块及以太网供电系统

Info

Publication number: CN103220155A
Application number: CN2013101130510A
Authority: CN
Inventors: 龚贺; 汪书林; 陈泽
Original assignee: Comba Telecom Systems China Ltd
Current assignee: Comba Network Systems Co Ltd
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2013-07-24

Abstract

本发明公开了一种扩流方法、受电模块及以太网供电POE系统，主要内容包括：检测流经受电PD芯片电流的电流值；当所述电流值大于设定阈值时，控制与所述PD芯片并联连接的开关管导通，通过对所述流经PD芯片的电流进行分流，控制流经PD芯片的电流的电流值不大于设定阈值。通过本发明的方案，由于利用与所述PD芯片并联连接的开关管对流经PD芯片的电流进行分流，因此，供电模块PSE检测到的流经PD芯片电流的电流值不大于设定阈值，使得PSE检测到的PD的输出功率将不大于POE标准中的供电功率25W，进而在IP终端的功率大于POE标准中的供电功率25W时，仍可利用PSE进行供电。

Description

一种扩流方法、受电模块及以太网供电系统

技术领域

本发明涉及以太网供电（Power Over Ethernet，POE）技术领域，尤其涉及一种扩流方法、受电模块及POE系统。

背景技术

POE技术是指在现有的以太网Cat.5布线基础架构不做任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端（如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机、家庭基站等）传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。目前，POE遵循的标准为IEEE802.3at，由供电模块（Power Sourcing Equipment，PSE）和受电模块（Power Device，PD）组成。

上述POE技术通过网线供电的供电形式适合小功率、具有网络接口的设备，而目前具有网络接口的Femto作为小区覆盖的微型基站系统，在优化网络信号覆盖方面起着很大的作用，若将POE技术应用于家庭基站Femto，可节省Femto供电所需的电源适配器，解决电源适配器电源线不够长，以及在使用Femto时需要安装电源插座的问题，图1所示的结构示意图即为POE应用于Femto时的系统结构示意图。

在图1中，PD作为Femto的一部分，与PSE连接，为Femto提供电源。PD接收PSE发送的检测信号，并向PSE上报检测结果，由PSE根据检测结果判断是否为PD供电。具体的，图1中所示的Femto的结构示意图如图2所示。

在图2中，Femto包括射频接收模块、射频发送模块、基带处理系统单芯片（System On Chip，SOC）、监控模块、网络物理层（Physical Layer，PHY）芯片、第一变压器、PD（虚线框中所示）、RJ45接口和电源模块，PD包括：第一整流桥电路、第二整流桥电路、PD芯片、反馈单元和直流-直流DC-DC单元。

对图2所示的结构，从数据的传输过程来分析，如下：

Cat.5网线上传输的带直流电的数据信号经过RJ45接口传到第一变压器的原边，第一变压器通过抽头将直流信号输出给到第一整流桥电路或第二整流桥电路，将数据信号通过其副边传输到PHY芯片，PHY芯片对数据信号进行网络物理层的解析后，将其传输到监控模块。该数据信号为从交换机或者网关传输过来的数据信号，当然数据信号是双向，也可反向传输到交换机或者网关。监控模块将PHY芯片传过来的数据转换成并行的16bit数据格式传输给基带处理SOC，监控模块通过16bit的数据接口与基带处理SOC进行上行和下行的信息交互；

对图2所示的结构，从信号的接收过程来分析，如下：

射频接收模块将接收到的射频信号转换为模拟信号，以及将所述模拟信号转换为数字信号后传输至基带处理SOC，基带处理SOC将该数字信号进行抽取、滤波、交织等操作后输出监控模块；

对图2所示的结构，从信号的发送过程来分析，如下：

基带处理SOC将从监控模块输出的下行数字信号进行解交织、滤波、内插等操作后输出给射频发射模块，射频发射模块将接收到的数字信号转换为模拟信号，以及将所述模拟信号调制为射频信号输出至天线，进行下行的信号覆盖。

对图2所示的结构，从PSE对PD的供电过程分析，如下：

第一整流桥电路或第二整流桥电路对来自第一变压器的抽头的直流电的极性进行变换，得到正负恒定的直流电输出给PD芯片，PD芯片与PSE进行POE协议握手，在握手成功时，向与之相连接的第二变压器输出开关信号，第二变压器在开关信号的作用下实现开关动作，对与之相连的直流-直流DC-DC单元实现充放电，DC/DC单元的输出电平通过反馈单元，反馈到PD芯片形成负反馈来控制开关信号的占空比，系统达到稳态后输出为一个恒定的直流电平，此时供电正常。电源模块对DC-DC单元输出的直流电的电压进行变换，输出给系统各个模块（如：PHY芯片、基带处理SOC及射频接收模块等）。

上述图2中，PD芯片通过检测流经本身的电流值，以及PD的输入电压值，判断该PD的输出功率（即所述电流值和电压值的乘积）是否大于POE标准规定的输出功率25W，若大于，则PD停止供电输出，也即停止向Femto供电。

在Femto需要的功率不大于上述25W时，可以利用POE进行供电，但在Femto需要的功率大于25W时，由于在大于25W时，Femto不能选择POE进行供电，同样的，若其他IP终端的功率大于POE标准中的供电功率时，也将无法利用POE进行供电。

发明内容

本发明实施例提供了一种扩流方法、受电模块及以太网供电系统，用以解决现有技术中存在的IP终端的功率大于POE标准中的供电功率时，无法利用PSE进行供电的问题。

一种扩流方法，所述方法包括：

检测流经PD芯片的电流的电流值；

当所述电流值大于设定阈值时，控制与所述PD芯片并联连接的开关管导通，通过对所述流经PD芯片的电流进行分流，控制流经PD芯片的电流的电流值不大于设定阈值。

一种受电模块，包括：第一整流桥电路、第二整流桥电路、PD芯片、变压器、DC-DC单元、反馈单元，所述第一整流桥电路和第二整流桥电路分别与PD芯片串联，PD芯片依次与变压器、DC-DC单元、反馈单元串联构成反馈环路，所述受电模块还包括：监控单元和开关管，所述开关管与PD芯片并联连接，所述监控单元和开关管串联；

所述监控单元，用于检测流经PD芯片的电流的电流值，在所述电流值大于设定阈值时，控制与所述PD芯片并联连接的开关管导通；

所述开关管，用于在受到监控单元的控制时导通，通过对所述流经PD芯片的电流进行分流，控制流经PD芯片的电流值不大于设定阈值。

一种以太网供电系统，所述系统包括供电模块和上述受电模块，其中：

供电模块，用于向受电模块供电；

受电模块，用于接受供电模块的供电，并向供电模块反馈分流后流经PD芯片电流的电流值。

通过本发明实施例的方案，由于在检测到流经受电PD芯片电流的电流值大于设定阈值时，利用与所述PD芯片并联连接的开关管进行分流，因此，可使得分流后流经受电芯片电流的电流值不大于设定阈值，进而使得检测到的流经PD芯片电流的电流值是分流后的电流的电流值，进而PSE检测到的PD的输出功率将不大于POE标准中的供电功率25W，使得IP终端的功率大于POE标准中的供电功率时，仍可利用POE进行供电。

附图说明

图1所示为背景技术中POE应用于Femto时的系统结构示意图；

图2所示为背景技术中Femto的结构示意图；

图3为本发明实施例一中的扩流方法流程示意图；

图4为本发明实施例二中的PD的结构示意图；

图5为本发明实施例二中的开关管与PD芯片并联连接的示意图；

图6为本发明实施例三中的Femto结构示意图；

图7为本发明实施例四中的POE系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步说明，但本发明不局限于下面的实施例。

实施例一

如图3所示，为本发明实施例一中的扩流方法流程示意图，包括以下步骤：

步骤101：检测流经PD芯片的电流的电流值。

步骤102：判断所述电流值是否大于设定阈值，若是，则执行步骤103；若否，则跳转至步骤101。

步骤103：控制与所述PD芯片并联连接的开关管导通，通过对所述流经PD芯片的电流进行分流，控制流经PD芯片的电流的电流值不大于设定阈值。

在上述步骤中，由于开关管与所述PD芯片并联，根据并联电路的特点，在开关管导通时，原来流经PD芯片的电流，一部分将会通过与PD芯片并联的支路流出，因此可以控制开关管的导通，来对所述流经PD芯片的电流进行分流，实现分流后流经受电芯片电流的电流值不大于设定阈值。

由于串联电路中的电流相同，较优的，还可以检测流经与PD芯片串联的电阻上的电流值，在检测到流经所述电阻的电流值大于所述设定阈值时，控制与所述PD芯片并联连接的开关管导通，对所述流经PD芯片的电流进行分流，使得分流后流经受电芯片电流的电流值不大于设定阈值。

较优的，控制与所述PD芯片并联连接的开关管导通，对所述流经PD芯片的电流进行分流，具体为：

通过控制所述开关管的栅源电压的大小来控制开关管的输入电阻大小，进而控制流经开关管的电流的大小。

所述开关管可以为金属氧化物半导体场效应晶MOS管。

在MOS管的漏源电压U_DS一定时，栅源电压U_GS的大小决定沟道的宽度，沟道宽度越宽，MOS管的输入电阻R_GS越小，漏极的电流越大，也即流经MOS管的电流越大。

例如，对于N沟道增强型MOS管，漏源电压U_DS一定（大于0）时，U_GS（大于刚刚产生沟道的电压U_T）越大，MOS管的输入电阻越小，流经漏极的电流越大，此种变化趋势可以从N沟道增强型MOS管的转移特性曲线上看到。

由于在本发明中，开关管的源漏电压（也即PD芯片上的电压）是固定不变的，因此，可以通过控制栅源电压来控制漏极电流，也即控制流经开关管的电流，进而达到对流经PD芯片上的电流的控制。

具体的，通过以下方式控制所述开关管的栅源电压的大小：

根据预设的差值与栅源电压的对应关系，确定检测到的电流值与所述设定阈值的差值对应的栅源电压，并将确定的栅源电压作为开关管的栅源电压。

上述预设的差值与栅源电压的对应关系，可以根据MOS管的转移特性曲线确定，为了简便的对栅源电压进行控制，选取转移特性曲线中的栅源电压与漏极电流的关系为线性关系的部分作为依据，进行所述对应关系的确定。

通过本发明的方案，由于利用预设的差值与栅源电压的对应关系，控制开关管的导通，能较好的将大于设定阈值部分的电流分流到开关管上，PD芯片检测流经的电流时，检测到的电流值与检测到的受电模块的输入电压的乘积即PD的输出功率不大于25W，但实际上受电模块的输出功率为流经PD芯片的电流与开关管上的电流之和与受电模块的输入电压的乘积，即大于了25W，因此，通过本发明的方案，可使IP终端的功率大于POE标准中的供电功率时，仍可利用POE进行供电。

实施例二

如图4所示，为本发明实施例二提供的受电模块的结构示意图，所述受电模块包括：第一整流电路11、第二整流电路12、PD芯片13、变压器14、直流-直流DC-DC单元15、反馈单元16、监控单元17和开关管18；所述第一整流桥电路11和第二整流桥电路12分别与PD芯片13串联，PD芯片13依次与变压器14、DC-DC单元15、反馈单元16串联构成反馈环路，所述开关管18与PD芯片13并联连接，所述监控单元17和开关管18串联连接；

所述监控单元17，用于检测流经PD芯片电流的电流值，在所述电流值大于设定阈值时，控制与所述PD芯片并联连接的开关管导通。

所述开关管18，用于在受到监控单元的控制时导通，通过对所述流经PD芯片的电流进行分流，控制流经PD芯片的电流值不大于设定阈值。

较优的，所述监控单元17，具体用于通过控制所述开关管的栅源电压的大小来控制开关管的输入电阻大小。

较优的，所述监控单元18，具体用于根据预设的差值与栅源电压的对应关系，确定检测到的电流值与所述设定阈值的差值对应的栅源电压，并将确定的栅源电压作为开关管的栅源电压。

需要说明的是，在图4中，PDIN表示受电模块的输入端电压，既表示输入电压的正极PDIN+，又表示输入电压的负极PDIN-；同样，PDOUT表示受电模块的输出端电压，既表示输出电压的正极PDOUT+，又表示输出电压的负极PDOUT-，开关管连接在PDIN-和PDOUT-之间。如图5所示，对应的开关管电路是连接在PDIN-和PDOUT-之间，更进一步地说，开关管与PD芯片中的内置电阻并联。

本实施例二提供的受电模块可以应用于各IP终端，尤其是应用于输出功率大于POE标准规定的供电功率时，本发明实施例三将把所述受电模块应用于背景技术中的Femto中进行详细的说明。

实施例三

如图6所示，为本发明实施例三中的Femto结构示意图，在图6所示的结构示意图中，由于Femto中本身具有监控模块，故，将实施例二中的PD中的监控单元的功能赋予在Femto中本身具有监控模块上，对于其他本身具有监控模块的IP终端，也可以参考本实施例，将实施例二中的PD中的监控单元的功能在所述IP终端本身具有的监控模块上。在具体实施中，需要使用监控模块中的模数转换AD器件及数模转换DA器件（若监控模块没有集成AD器件及DA器件，可以使用外加的AD器件或DA器件），以便于监控模块利用AD器件读取流经PD芯片的电流的电流值，利用DA器件，将需要施加于开关管的栅源电压转换为模拟电压施加于开关管的栅极。

在Femto刚上电时，PD与PSE握手协议完成后，PSE开始给PD供电，Femto在这个时候功耗很小，小于25W，在POE正常工作的范围。此时可通过监控模块初始化AD器件和DA器件，且配置DA器件的输出电压小于开关管的开启电压U_T，使开关管处于截止状态。

AD器件和DA器件初始化完成后，监控模块检测流经PD芯片的电流的电流值，所述流经PD芯片的电流的电流值可通过读取AD器件的值来确定，判断所述电流值是否大于设定阈值，当大于所述设定阈值时，通过写DA器件控制字的方式开启开关管，使开关管导通，分掉大于设定阈值部分的电流；否则继续实时读取AD器件的值，进行实时判断。

较优的，所述设定阈值设置为低于POE规定的最大输出功率值对应的电流值，以确保能及时的将流经PD芯片的电流分流到开关管上。

为了提高监控模块的检测到的流经PD芯片电流的电流值的精度，较优的，采用采样周期为不小于10微秒，位数不小于12位的AD器件。

较优的，采用位宽不小于12位，数据的速率不小于10微秒每比特的DA器件。以便于监控模块有足够快的响应时间，当Femto系统的负载变化较快时，能保证PD处于稳定的工作状态。

实施例四

如图7所示，为本发明实施例四中的以太网供电系统结构示意图，所述系统包括供电模块PSE21和上述实施例二或实施例三中的PD22，其中：

PSE21，用于向PD22供电。

PD22，用于接受PSE21的供电，并向PSE反馈分流后流经PD芯片电流的电流值。

所述受电模块，在所述监控单元检测流经PD芯片电流的电流值大于设定阈值时，控制与所述PD芯片并联连接的开关管导通，以及向供电模块反馈分流后流经PD芯片电流的电流值；在检测流经PD芯片电流的电流值不大于设定阈值时，向供电模块反馈流经PD芯片电流的电流值。

以上所述仅是本发明的优选实施方案，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种扩流方法，其特征在于，所述方法包括：

检测流经受电PD芯片的电流的电流值；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，控制与所述PD芯片并联连接的开关管导通，对所述流经PD芯片的电流进行分流，具体为：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过以下方式控制所述开关管的栅源电压的大小：

4.一种受电模块，包括：第一整流桥电路、第二整流桥电路、受电PD芯片、变压器、直流-直流DC-DC单元、反馈单元，所述第一整流桥电路和第二整流桥电路分别与PD芯片串联，PD芯片依次与变压器、DC-DC单元、反馈单元串联构成反馈环路，其特征在于，所述受电模块还包括：监控单元和开关管，所述开关管与PD芯片并联连接，所述监控单元和开关管串联；

5.如权利要求4所述的受电模块，其特征在于，

所述监控单元，具体用于通过控制所述开关管的栅源电压的大小来控制开关管的输入电阻大小。

6.如权利要求5所述的受电模块，其特征在于，

所述监控单元，具体用于根据预设的差值与栅源电压的对应关系，确定检测到的电流值与所述设定阈值的差值对应的栅源电压，并将确定的栅源电压作为开关管的栅源电压。

7.一种以太网供电系统，其特征在于，所述系统包括供电模块和如权4所述的受电模块，其中：

供电模块，用于向受电模块供电；

受电模块，用于接受供电模块的供电，并向供电模块反馈分流后流经PD芯片的电流的电流值。