CN103701616A - 有源电桥反向供电保护和具有有源电桥控制的受电装置接口 - Google Patents

有源电桥反向供电保护和具有有源电桥控制的受电装置接口 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种至少部分地防止电源设备的反向供电的方法。在一个或多个实施方式中，该方法包括检测通过例如晶体管和/或电阻器的电流传感器的电流的幅度。有源FET电桥被配置成对由电源设备供应至以太网供电(PoE)受电装置的输入电力进行整流。该方法还包括当电流的幅度低于预定阈值时，使得晶体管从闭路配置转变为开路配置以至少基本防止电流流过晶体管，从而至少基本防止PSE的反向供电。

Description

有源电桥反向供电保护和具有有源电桥控制的受电装置接口
相关申请的交叉引用 
本申请根据35U.S.C§119(e)主张2012年9月27日提交且名称为“ACTIVE BRIDGE BACK POWERING PROTECTION AND POWERED DEVICE INTERFACE WITH ACTIVE BRIDGE CONTROL”的U.S.临时申请序列No.61/706220的权益。通过参考U.S.临时申请序列No.61/706220的全部将其并入于此。 
背景技术
以太网供电(PoE)技术描述了在以太网电缆上与数据一起传输电电力。PoE技术通常由多个IEEE标准规定。电力以一般模式在以太网电缆中形成的两个或更多差动电线对上供应，并且电力来自于例如以太网开关的PoE使能网络装置内的电源，或者能够被注入到以中跨电源运行的电缆中。PoE系统的基本要素是：1)电源设备(PSE)：一种例如开关的在以太网电缆上提供(“源”)电力的装置，和2)由PSE供电的受电装置(PD)，其消耗来自PSE的能量。受电装置的范例包括无线接入点、因特网协议(IP)电话机、和IP相机。 
发明内容
公开了一种至少部分地防止电源设备的反向供电(back powering)的有源电桥系统。在实施方式中，所述有源电桥系统，包括：至少一个场效应晶体管；至少一个电流传感器，被配置成检测电流的幅度；以及受电装置接口控制器，被配置成当由所述至少一个电流传感器检测到低于预定阈值的电流时，关闭所述至少一个场效应晶体管，以防止电源设备的反向供电。 
在其它实施方式中，公开了一种至少部分地防止电源设备的反向供电的方法。在一个或多个实施方式中，所述方法包括：检测通过电流传感器(例如，晶体管或电阻器)的电流的幅度。所述电流传感器包括有源场效应晶体 管(FET)电桥的部分，并且所述有源FET电桥被配置成对由电源设备供应至以太网供电(PoE)受电装置的输入电力进行整流。所述方法还包括当电流的所述幅度低于预定阈值时，使得晶体管从闭路配置转变为开路配置以至少基本防止电流流过所述晶体管，从而至少基本防止所述PSE的反向供电。所述晶体管由包括有源电桥控制电路的受电装置接口控制器控制。 
在另一实施方式中，一种方法包括：检测表示通过晶体管的电流的通过单个电流感测电阻器的电流的幅度。所述晶体管包括有源场效应晶体管(FET)电桥的部分，并且所述有源FET电桥被配置成对由电源设备供应至以太网供电(PoE)受电装置的输入电力进行整流。所述方法还包括当电流的所述幅度低于预定阈值时，使得晶体管从闭路配置转变为开路配置以至少基本防止电流流过所述晶体管，从而至少基本防止所述PSE的反向供电。 
在一个或多个实施方式中，用于使用受电装置控制器来控制有源FET电桥的方法包括：确定用于以PoE受电装置控制器的电桥的输入端的第一端子和第二端子之间的输入电压的极性。所述方法还包括当所述电桥的所述输入端的所述极性为正且所述输入电压大于激活阈值(例如，FET开通阈值)时，使得第一晶体管和第二晶体管从开路配置转变为闭路配置，同时使得第三晶体管和第四晶体管保持在开路配置或从闭路配置转变为开路配置。所述方法还包括当所述电桥的所述输入端的所述极性为负且所述输入电压大于激活阈值(例如，FET开通阈值)时，使得所述第三晶体管和所述第四晶体管从开路配置转变为闭路配置，同时使得所述第一晶体管和所述第二晶体管保持在开路配置或从闭路配置转变为开路配置。在实施例中，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、和所述第四晶体管包括在有源场效应晶体管(FET)电桥中，所述有源场效应晶体管(FET)电桥被配置成对由电源设备(PSE)供应至PoE受电装置的输入电力进行整流。 
提供本发明内容是为了以简化形式引入概念的选择，以下在具体实施方式中对这些概念进行更进一步的描述。本发明内容不旨在标识所请求保护的主题的关键特征或者本质特征，也不旨在用于帮助确定所请求保护的主题的范围。 
附图说明
参照附图对具体实施方式进行描述。 
图1为用于PoE受电装置的两个整流电桥的图解示例，其中使用二极管来实施整流电桥； 
图2为用于PoE受电装置的两个整流电桥的图解示例，其中使用有源FET来实施整流电桥，且其中使用分离元件来实施驱动器电路； 
图3为根据本公开的范例实施方式，PoE受电装置电路的图解示例，其中使用有源FET来实施整流电桥，且其中驱动器被配置成在电流的幅度低于预定阈值时将FET对转变成开路配置以至少基本上防止电流流过晶体管； 
图4为根据本公开的范例实施方式，使用有源FET来实施的整流电桥的图解示例，其中驱动器能够被配置成在电流的幅度低于预定阈值时将FET对转变成开路配置以至少基本地防止电流流过晶体管； 
图5为根据本公开的范例实施方式，包括有源FET电桥控制功能性的受电装置控制器的图解示例； 
图6是示例了用于防止例如图1至5中示出的有源电桥系统100的电源设备的反向供电的范例实施方式的过程的流程图； 
图7是示例了用于防止例如图1至5中示出的有源电桥系统100的电源设备的反向供电的范例实施方式的过程的流程图。 
具体实施方式
综述
以太网供电网络被配置成通过以太网电缆将电力和数据一起提供至受电装置。以太网电缆包括与受电装置相连接的模块化连接器，其在网络和受电装置之间提供电连接。 
在以太网供电(PoE)系统中，通常存在电连接在电源和用于受电装置(PD)的受电装置控制器(例如，在PD的前端)之间的两个整流电桥。该电桥对来自PSE的输入电力进行分离并整流。通常使用来自电桥的输入侧(例如，如图1所示例的(1，2-3，6)和/或(4，5-7，8))的一个或两个PSE和/或使用连接至电桥的输出(例如，如图1所示例的(Vin+-Vin-))的墙壁适配器(wall adapter)来对PD进行供电。桥式整流器由此用于提供具有正确极性(Vin+-Vin-)的电源，例如，以便PD不受错误的供电极性的损坏。在附图中，Vin+也称作VDD，而Vin-也称作VSS。 
二极管电桥能够用于如图1所示的整流电桥。然而，二极管电桥能够受到例如由于跨二极管的高的电压降而造成的高电力耗散的影响。在具有 负四十八伏(-48V)输入电力的特殊情形下，这能够使系统效率降低大约百分之三点五(3.5％)。该电力降低对于高电力PoE应用(例如，1类PD应用)能够是显著的。例如，由于相对于二极管电桥中的正向传导损耗，有源FET的传导损耗能够较低，因此有源FET电桥能够用于提高整流电桥的效率。例如，在具有负四十八伏(-48V)输入电力的以上方案中，例如取决于FET的电阻RDSon，电力损耗能够降低至约百分之零点五(0.5％)或更低。然而，不恰当地驱动当桥式FET时(例如，如图2所示例)，有源FET电桥电路通常受到反向供电的影响。而且，有源FET配置能够需要大量元件和/或能够占用(例如，电路板空间的)大的面积。 
通常，有源FET电桥驱动物感测电桥的输入端的输入电压极性(例如，来自PSE)以确定哪一个有源FET对转变为闭路配置(例如，开通)。然而，一旦FET对转变为闭路配置，则该FET在有源FET电桥的输入端和输出端之间产生低阻抗传导路径。在该配置中，该驱动物可能无法识别电源在何处(即，当输入电压与输出电压相同时)。于是，当具有比来自PSE的电压高的电压幅度的墙壁适配器连接至受电装置时，能够发生从墙壁适配器至PSE端口的反向供电。不受控的电流反向驱动(back-driving)电桥能够损坏FET和/或可能违反适用的PoE标准，PoE标准例如是IEEE802.3af/at标准。 
因此，提供通过PoE网络中的电源设备对供应至受电装置的输入电力进行分离并整流的技术和系统。本公开的技术感测通过FET的电流并在开路和闭路配置(例如，开通/关闭)之间选择性地转变FET对。在实施方式中，当通过FET对的电流小和/或为负时，驱动器能够快速地和/或安全地将FET对转变为开路配置(例如，关闭)，从而防止反向供电。能够用于感测通过FET的电流的技术包括但不必限于描述于名称为“LOW VOLTAGE OR’ING CIRCUITS AND METHODS WITH ZERO RECOVERY TIME”的美国专利No.6891425中，于此通过参考该专利的全部将其并入于此。 
范例实施方式
总体参照图3和图4，描述了用于使用有源电桥系统100至少部分地防止电源设备的反向供电的技术。在一个或多个实施方式中，检测通过电流传感器(例如，场效应晶体管102、电流感测电阻器106等)的电流的幅度。电流传感器104能够包括有源场效应晶体管(FET)电桥104的部分，其中有 源FET电桥104被配置成对由电源设备供应至以太网供电(PoE)受电装置的输入电力进行整流。于是，当电流的幅度低于预定阈值时，能够使得场效应晶体管102从闭路配置转变为开路配置，以便至少基本防止电流流过场效应晶体管102，从而至少基本防止PSE的反向供电。例如，当电流小或为负时，场效应晶体管102能够转变为开路配置。通过这一方式，能够通过受电装置接口控制器110提供有源电桥系统100反向供电保护，受电装置接口控制器110能够包括有源电桥控制电路108(例如，微处理器或其它电路)。应当注意，在一些实施方式中，例如，取决于流过图4中示出的场效应晶体管102的电流的幅度和极性，一些(例如，一个或多于一个)或所有场效应晶体管102能够转变为开路配置(例如，关闭)以防止(VDD-VSS)对VIN1和VIN2进行反向供电。 
在另一实施方式中，检测通过电流感测电阻器106的电流的幅度。该电流表示通过晶体管的电流。场效应晶体管102包括有源场效应晶体管(FET)电桥104的部分，其中有源FET电桥104被配置成对由电源设备供应至以太网供电(PoE)受电装置的输入电力进行整流。于是，当电流的幅度低于预定阈值时，使得场效应晶体管102从闭路配置转变为开路配置，以至少基本防止电流流过场效应晶体管102，从而至少基本防止PSE的反向供电。例如，当电流小或为负时，场效应晶体管102能够转变为开路配置。通过这一方式，能够通过受电装置接口控制器110来提供有源FET电桥104反向供电保护。应当注意，在一些实施方式中，例如，取决于流过图3中示出的电流感测电阻器106RENSE的电流的幅度和极性，一些(例如，一个或多于一个)或所有场效应晶体管102能够转变为开路配置(例如，关闭)以防止(VDD-VSS)对VIN和VIN2进行反向供电。 
总体参照图3至5，有源FET电桥104控制功能性能够包括在用于PoE网络的受电装置接口110控制器(例如，如图5所示例的)中。通过确定(例如，检测)PoE受电接口装置控制器110处的第一端子和第二端子之间的输入电压(例如，输入PoE端口电压)的极性，受电接口装置控制器110能够被配置成控制有源FET电桥104。例如，受电接口装置控制器110能够确定整流器电桥104的哪一侧为有源的并相应地驱动有源场效应晶体管102的栅极。参照图4，取决于VIN1和VIN2的极性，受电装置接口控制器110和/ 或有源电桥控制电路108能够使对应的路径开通(例如，使得例如PFET1和/或NFET1的第一晶体管以及例如PFET2和/或NFET2的第二晶体管，从开路配置转变为闭路配置(同时使得第三晶体管和第四晶体管保持为开路配置或从闭路配置转变为开路配置)或使得第三晶体管和第四晶体管从开路配置转变为闭路配置(同时使得第一晶体管和第二晶体管保持为开路配置或从闭路配置转变为开路配置))以便为受电装置提供正确的极性。 
在实施方式中，场效应晶体管102能够基于第一和第二端子之间的电压差而转变为闭路配置。例如，如果第一电压差(例如，VIN1-VIN2)大于激活阈值(例如，开通阈值)，则PFET1和NFET2转变为闭路配置(例如，开通)。如果第二电压差(例如，VIN2-VIN1)大于激活阈值(例如，前述开通阈值)，则PFET2和NFET1转变为闭路配置(例如，开通)。在一些实施方式中，使用以这一方式配置的受电装置控制器能够将用于有源FET电桥的外部元件的数量从约三十六(36)降低至约二(2)，而将印刷电路板(PCB)空间从约五十万平方毫米(500,000mm2)降低至约三万两千平方毫米(32,000mm2)。然而，仅是通过范例方式提供这些范围，并且这些范围不是意在限制本公开。因此，在其它实施方式中，能够使用更多或更少的元件，且元件能够占据PCB板上的不同的空间量。 
范例方法
图6示例了采用例如图1中示出的有源电桥系统100的有源电桥系统、受电装置接口控制器、和/或有源电桥控制电路以至少部分地防止电源设备的反向供电的范例过程600。如图6所示例，检测通过电流传感器的电流的幅度(框602)并使得至少一个场效应晶体管从闭路配置转变成开路配置(框604)。 
图7示例了采用例如图1中示出的有源电桥系统100的有源电桥系统、受电装置接口控制器、和/或有源电桥控制电路以至少部分地防止电源设备的反向供电的范例过程700。如图7所示例，为以太网供电(PoE)受电装置控制器确定电桥的输入端的第一端子和第二端子之间的输入电压的极性(框702)，当电桥的输入端的极性为正时，使得第一晶体管和第二晶体管从开路配置转变为闭路配置(框604)，而当电桥的输入端的极性为负时，使得第三晶体管和第四晶体管从开路配置转变为闭路配置(框606)。 
结论
虽然以特定于结构特征和/或过程操作的语言描述了主题，但应理解，所附权利要求中限定的主题不必限于上述特定的特征或行为。相反，上述特定的特征和行为是作为实施权利要求的范例形式而被公开的。 

Claims (20)

1.一种有源电桥系统，包括：
至少一个场效应晶体管；
至少一个电流传感器，被配置成检测电流的幅度；以及
受电装置接口控制器，可操作地连接至所述至少一个电流传感器和所述至少一个场效应晶体管，所述受电装置接口控制器被配置成当由所述至少一个电流传感器检测到低于预定阈值的电流时，关闭所述至少一个场效应晶体管，以防止电源设备的反向供电，
其中所述有源电桥系统被配置成对由电源设备供应至以太网供电受电装置的输入电力进行整流。
2.根据权利要求1所述的有源电桥系统，其中所述至少一个场效应晶体管包括n-型场效应晶体管。
3.根据权利要求1所述的有源电桥系统，其中所述至少一个场效应晶体管包括p-型场效应晶体管。
4.根据权利要求1所述的有源电桥系统，其中所述至少一个电流传感器包括晶体管。
5.根据权利要求1所述的有源电桥系统，其中所述至少一个电流传感器包括电流感测电阻器。
6.根据权利要求1所述的有源电桥系统，其中所述受电装置接口控制器包括有源电桥控制电路。
7.根据权利要求1所述的有源电桥系统，其中所述有源电桥系统位于所述以太网供电受电装置之前。
8.根据权利要求1所述的有源电桥系统，其中所述以太网供电受电装置包括RJ45连接器。
9.根据权利要求1所述的有源电桥系统，其中所述预定阈值为负电流。
10.根据权利要求1所述的有源电桥系统，其中所述预定阈值为正电流。
11.一种方法，包括：
检测通过电流传感器的电流的幅度；以及
当电流的所述幅度低于预定阈值时，利用受电装置接口控制器来使得至少一个场效应晶体管从闭路配置转变为开路配置以至少基本防止电流流过所述至少一个场效应晶体管，从而至少基本防止电源设备的反向供电；
其中所述电流传感器和所述受电装置接口控制器包括有源电桥系统的部分，所述有源电桥系统被配置成对由所述电源设备供应至以太网供电受电装置的输入电力进行整流。
12.根据权利要求11所述的方法，其中检测通过电流传感器的电流的幅度包括检测通过至少一个晶体管的电流的所述幅度。
13.根据权利要求11所述的方法，其中检测通过电流传感器的电流的幅度包括检测表示通过晶体管的电流的通过电流感测电阻器的电流的所述幅度。
14.根据权利要求11所述的方法，其中使得所述至少一个场效应晶体管从闭路配置转变为开路配置包括使得至少一个n-型场效应晶体管转变。
15.根据权利要求11所述的方法，其中使得所述至少一个场效应晶体管从闭路配置转变为开路配置包括使得至少一个p-型场效应晶体管转变。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述受电装置接口控制器包括有源电桥控制电路。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述有源电桥系统包括位于所述以太网供电装置之前。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述以太网供电受电装置包括RJ45连接器。
19.一种方法，包括：
确定用于以太网供电(PoE)受电装置控制器的电桥的输入端的第一端子和第二端子之间的输入电压的极性，
其中使用受电装置接口控制器来确定所述极性；
当所述电桥的所述输入端的所述极性为正且所述输入电压大于激活阈值时，使得第一晶体管和第二晶体管从开路配置转变为闭路配置，同时使得第三晶体管和第四晶体管为以下至少之一：保持在开路配置或从闭路配置转变为开路配置；以及
当所述电桥的所述输入端的所述极性为负且所述输入电压大于激活阈值时，使得所述第三晶体管和所述第四晶体管从开路配置转变为闭路配置，同时使得所述第一晶体管和所述第二晶体管为以下至少之一：保持在开路配置或从闭路配置转变为开路配置，
其中所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、和所述第四晶体管包括在有源场效应晶体管(FET)电桥中，所述有源FET电桥被配置成对由电源设备(PSE)供应至PoE受电装置的输入电力进行整流。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述受电装置接口控制器包括有源电桥控制电路。
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