CN103701617A

CN103701617A - 具有共享连接接口和两个水平涌流限制的受电设备控制器

Info

Publication number: CN103701617A
Application number: CN201310687850.9A
Authority: CN
Inventors: M·兰扎托; A·维尼亚; G·佐乌; T·A·哈伊恩; G·马里亚诺
Original assignee: Maxim Integrated Products Inc
Current assignee: Maxim Integrated Products Inc
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: US20140084691A1; CN103701617B; US9640989B2

Abstract

本发明公开了一种具有共享连接接口和两个水平涌流限制的受电设备控制器。具体而言，涉及一种用于控制高功率以太网供电(PoE)网络中的隔离晶体管的操作以获得较大的至负载的功率输送的系统。在一个或多个实施方式中，该系统包括：第一以太网供电(PoE)受电设备控制器，其被配置成控制对负载的功率供应；以及第二PoE受电设备控制器，其耦合至负载和第一PoE受电设备控制器。第二PoE受电设备控制器使用共享连接接口而连接至第一PoE受电设备控制器，且被配置成控制对负载的功率供应。共享连接接口配置成同步第一PoE受电设备控制器和第二PoE受电设备控制器以将功率至少基本同时地输送至负载。

Description

具有共享连接接口和两个水平涌流限制的受电设备控制器

背景技术

以太网供电(PoE)技术描述了在以太网线缆上连同数据一起传输电力。PoE技术典型地由多项IEEE标准规定。功率在以太网线缆中的两个或更多个差分线对上以共模方式提供，并且功率来自激活的PoE网络设备中的电源，譬如以太网开关，或功率可采用中跨电源而被注入到线缆路径中。PoE系统的基本元件包括：1)供电设备(power sourcing equipment)(PSE)、譬如开关之类的在以太网线缆上提供(“供应”)功率的设备，2)由PSE供电的、消耗来自PSE的能量的受电设备。受电设备的示例包括无线接入点、互联网协议(IP)电话和IP相机。

发明内容

公开了一种用于控制高功率以太网供电(PoE)网络中的隔离晶体管的操作以获得较大的对负载的功率输送的系统。在一个或多个实施方式中，该系统包括：第一以太网供电(PoE)受电设备控制器，其配置成控制对负载的功率供应；以及第二PoE受电设备控制器，其耦合至所述负载和第一PoE受电设备控制器。第二PoE受电设备控制器使用共享连接接口而连接至第一PoE受电设备控制器并被配置成控制对负载的功率供应。共享连接接口配置成同步第一PoE受电设备控制器和第二PoE受电设备控制器以将功率至少基本同时地输送至负载。

公开了一种基于限制从PoE受电设备至负载的两个水平的涌入电流(inrush current)以允许来自不同(冗余)的较高电压电源的功率接管的方法。该方法包括：在第一时间段以固定的涌入电流限制将电流从第一以太网供电(PoE)受电设备供应至负载，并且在第二时间段以第二涌入电流限制将电流从另一个较高的供电电压PoE受电设备供应至负载。在第二时间段期间所供应的电流将额外的电荷供应至负载以在维持连续的功率输送的同时提高输送至负载的功率。

提供本发明内容以便以简化的形式引入概念的选择，该简化的形式在以下具体实施方式中进一步描述。本发明内容并非意在确定所要求保护的主题的关键特征或实质特征，也并非意在用作确定所要求保护的主题的范围的辅助手段。

附图说明

参考附图来描述具体实施方式。

图1为PoE受电设备控制器的示意图，其中隔离晶体管用于对供应至负载的功率进行限制。

图2为并联连接的两个PoE受电设备控制器的示意图，其中每一个受电设备控制器包括与第二隔离晶体管串联的同步晶体管以控制供应至负载的功率。

图3为根据本公开内容的示意性实施方式的并联连接的两个PoE受电设备控制器的示意图，其中受电设备控制器使用共享连接接口而耦合在一起以控制供应至负载的功率，且其中供应至负载的功率被同步以至少基本同时地被输送。

图4为冗余PoE输送实施方式的示意图。

图5为根据本公开内容的示意性实施例的、用于限制从PoE供电设备至负载的两个水平的涌入电流的技术的示意图。

图6为PoE受电设备控制器的示意图，其中隔离晶体管用于限制供应至负载的功率。

图7为PoE受电设备控制器的示意图，其中隔离晶体管用于限制供应至负载的功率。

图8为根据本公开内容的示意性实施例的、用于限制从PoE供受电设备至负载的两个水平的涌入电流的技术的示意图。

具体实施方式

综述

以太网供电网络配置成通过以太网线缆将功率和数据一起提供至受电设备。以太网线缆包括与受电设备接口的模块化连接器，其在网络和受电设备之间提供电连接。

当前的IEEE802.3at标准将可使用以太网CAT5线缆对来输送的功率量设定为25瓦(25W)。隔离晶体管，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，通常用在每一个受电设备(PD)接口以符合IEEE802.3at标准(例如，如图1所示)。然而，某些受电设备应用需要比向负载输送的标准功率量更高的功率量(例如，大于25瓦(25W))。在这些应用中，多个PoE通道(例如，并联连接的两个或更多个受电设备控制器)用于控制对所需的对负载的功率供应的输送。每一个PoE通道可包括与第二隔离晶体管串联的大功率隔离开关(例如，同步晶体管)，该第二隔离晶体管连接至各个PD控制器，以辅助控制负载打开并维持在各个供电序列相期间的电源。如图2所示，同步电路通常用于控制每一个同步晶体管的操作。然而，同步电路和大功率隔离开关在受电设备控制器的外部，该受电设备控制器需要专用的应用板设计。

因此，公开了一种用于控制大功率以太网供电(PoE)网络中的隔离晶体管的操作以实现对负载的更大功率的输送的系统。在一个或多个实施方式中，该系统包括：配置为控制对负载的功率供应的第一以太网供电(PoE)受电设备控制器，以及耦合至负载和第一PoE受电设备控制器的第二PoE受电设备控制器。第二PoE受电设备控制器使用共享连接接口连接至第一PoE受电设备控制器，并且被配置为控制对负载的功率供应。共享连接接口配置为同步第一PoE受电设备控制器和第二PoE受电设备控制器以将功率至少基本同时地输送至负载。通过使用共享连接接口(例如，在每一个受电设备控制器之间共享的同步引脚)，该系统可不需要额外的外部同步电路或额外的隔离晶体管。

示意件实施方式

总体上参照图3，描述了用于大功率PoE输送(例如，大于25瓦(25W))的技术和系统。在实施例中，系统100包括耦合在一起的两个或更多个PoE受电设备控制器，例如第一受电设备控制器102和第二受电设备控制器104。系统100配置成通过PoE网络将电力和数据输送至受电设备。PoE网络可通过具有模块化连接器(例如，8位置8触点(8P8C)连接器等)的以太网线缆将电力和数据提供至受电设备。受电设备可包括配置成用于PoE网络中的任何受电设备。受电设备的一些示例包括无线接入点、互联网协议(IP)电话、IP相机及其组合等。

受电设备控制器102和104配置成耦合至负载106以对供应至负载106的功率进行控制。在实施方式中，第一受电设备控制器102和/或第二受电设备控制器104可配置成对供应至负载106的功率进行控制。在实施例中，第一和第二受电设备控制器102和104使用配置成同步第一受电设备控制器102和第二受电设备控制器104的共享连接接口耦合在一起，以将功率至少基本同时地输送至负载106。例如，可以使用接口电路来将第一和第二受电设备控制器102和104耦合在一起以控制与受电设备控制器相关的至少一个隔离场效应晶体管(FET)(例如，第一隔离FET108和/或第二隔离FET110)的启动。

在实施例中，共享连接引脚(例如，SIG_OKB引脚)可与受电设备控制器包括在一起并用于同步。SIG_OKB引脚可用于通过组合每一个受电设备接口的功率可用状态来同步受电设备控制器的启动(例如板开启)。该技术可以仅在连接所需的电源且准备好输送可用功率时使能板开启。在实施例中，当多个受电设备控制器用于系统100中时，用于所有的受电设备控制器的SIG_OKB引脚可耦合在一起。此外，每一个受电设备控制器可配置成将SIG_OKB保持至VDD(正供电电压)直到受电设备控制器已被供电且其欠压锁定(UVLO)被释放为止。

在一些实施例中，为了避免由于违反低电流阈值而引起的功率中断，每一个受电设备控制器可使得一旦被供电(例如，如802.at标准中所指出的那样，一旦检测到有效特征电压)则使能一维持功率特征(MPS)电流。然后，受电设备控制器可以监控SIG_OKB信号直到该信号断言低状态。以这种方式，MPS电流可以通过示出对例如以太网线缆的另一侧上的供电设备(PSE)有效的负载来维持PoE通道激活。

总体上参照图4和5，描述了用于冗余PoE输送的技术和系统。在一些实施方式中，本公开内容的技术可与PoE、直流-直流(DC/DC)转换器、冗余电源、光纤到楼(FTTB)、光纤到户(FTTH)等一起使用。如图4所示，通常存在布置在一起的两个或更多个受电设备以在冗余的PoE受电设备应用中对负载供电。每一个受电设备可使用其自身的电源连接至不同的PSE。此外，每一个电源的电压可以不同(例如，48伏(48V)和/或54伏(54V))。受电设备中的一个(例如，具有最高电压的受电设备)将功率输送至负载。在一些实施方式中，负载可以是在前端具有大容量电容器(bulk cap)(例如，如图4所示的Cbuck112(或降压转换器))的DC/DC转换器。其它受电设备随后可以充当第一受电设备的备用设备。在将功率供应至负载的一个PoE设备不在的情形下，另一个备用PoE设备可以同时对负载供电(例如，以避免对负载的供电故障)。

然而，该配置在功率切换事件的情形下可能受不期望的操作的影响。例如，在第一种情形下，第一受电设备(PD1)正在将功率供应至负载，其中输出电压V1为54伏(54V)。在该示例中，第二受电设备(PD2)连接至其自身的端口电压V2为48伏(48V)的PSE。在成功检测和分类之后，PD2通过将涌入电流限制至预定水平(例如135毫安(135mA))而操作在涌入控制模式中(例如，以使得隔离开关在上电期间工作在安全操作区域(SOA)限制内)。由于V2低于V1，因此PD2不需要对Cbuck充电且不能对负载供电。在该情形下，PD2快速完成涌入，且随后PD2的隔离开关被充分地增强。因此，在该情形下PD2以期望的方式操作。

在第二种情形下，PD1正使用48伏(48V)的输出电压对负载供电。PD2连接至端口电压为54伏(54V)的其自身的PSE。在成功检测和分类之后，PD2操作在涌入控制模式中。由于V2高于V1，因此PD2将从PD1接管负载。然而，除了负载之外，PD2需要供应额外的电流以将Cbuck充电至54伏(54V)。这可能需要电流限制高于负载的正常操作电流。在该特定的情形下，135毫安(135mA)的限制可能不足以对负载供电也无法提供额外的电流以对DC/DC转换器的输入大容量电容器充电。在该情形下，PD2可维持在涌入电流限制模式中且可不接管。如果PD1被移除，则来自PD1的负载输入功率被移除且PD2上电。这样的操作在许多冗余应用中可能是不可接受的，因为负载最终可能经历电力中断。一种技术是将涌入电流限制增大至PD2可以完成从PD1的功率转换的这样高的水平。然而，PD2随后可能必须违反涌入电流限制(例如，IEEE802.3af/3at标准中在75毫秒(75ms)的时间段期间最大450毫安(450mA))。例如，端口电流在II类受电设备中可能达到600毫安(600mA)。因此，为了对负载供电，PD2可能需要提供大于600毫安(600mA)的电流以对负载供电。该较高水平的电流可能因此在涌入电流限制上违反标准。

现在参照图5，描述了用于限制从PoE受电设备至负载的两个水平的涌入电流以允许来自不同(冗余)的较高电压电源的功率接管的技术。如图5所示，示出了两种不同的涌入电流限制。在第一时间段(例如100ms)，将电流以第一(例如，固定的)涌入电流限制(例如，涌入电流限制500)从第一PoE受电设备供应至负载。涌入电流限制500为低(例如，相对于如下所述的第二涌入电流限制)。使用涌入电流限制500，以使得受电设备隔离开关在SOA内上电并符合适用的PoE标准。随后，在第二时间段(例如100ms)，将电流以第二涌入电流限制(例如，涌入电流限制502)从第二PoE受电设备(例如，另一个较高供电电压PoE受电设备)供应至负载。在第二时间段期间所供应的电流将额外的电荷供应至负载以在保持连续功率输送的同时增大输送至负载的功率。例如，涌入电流限制502具有受电设备可用于同时支持负载和Cbuck两者的较高的水平(与涌入电流限制500相比)。涌入电流限制500和502均可使用固定计时器来实现(例如，以防止FET操作超出SOA限制)。

总体上参照图6，描述了用于高功率PoE输送(例如，大于25瓦(25W))的技术和系统。在实施例中，系统100包括耦合在一起的两个或更多个受电设备控制器，例如第一受电设备控制器102(PD1)和第二受电设备控制器104(PD2)。系统100配置成将电力和数据通过PoE网络输送至受电设备。PoE网络可以通过具有模块化连接器(例如，8位置8触点(8P8C)连接器等)的以太网线缆将电力和数据输送至受电设备。受电设备可以包括配置成用于PoE网络中的任何受电设备。受电设备的一些示例包括但不必限于无线接入点、互联网协议(IP)电话、IP相机及其组合等。

受电设备控制器102和104被配置为与负载106耦合以控制供应至负载106的功率。例如，第一受电设备控制器102和/或第二受电设备控制器104可以配置成控制供应至负载106的功率。在实施例中，第一和第二受电设备控制器102和104使用被配置成同步第一受电设备控制器102和第二受电设备控制器104的共享连接接口而耦合在一起，以将功率至少基本同时地输送至负载106。例如，第一和第二受电设备控制器102和104可使用接口电路而耦合在一起以控制与受电设备控制器相关的隔离FET(例如，第一隔离FET108和/或第二隔离FET110)的启动。

在一些实施例中以及如图7所示，系统100包括DC-DC转换器。在这些实施例中，DC-DC转换器包括将直流(DC)电源从一个电压电平转换至另一个电压电平的电子电路。在一个实施例中以及如图8所示，已引入两个水平的涌入电流限制并设定启动定时以满足IEEE标准的要求。在该实施例中，如底部的线所示，第一水平电流限制(例如，48V)远低于标准要求并持续启动阶段的第一个100ms。第二水平电流限制(例如，该示例中的54V)是用户能够编程的并在100ms定时器之后开始且持续至启动阶段结束(例如，V(RTN_)～Vss_或经过200ms)。该示例确保了至负载的连续功率输送。

结论

尽管采用对结构特征和/或工艺操作特定的语言描述了主题，但应当理解，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，以上描述的特定的特征和行为是作为实施权利要求的示例性形式而被公开的。

Claims

1.一种系统，包括：

第一以太网供电(PoE)受电设备控制器，其配置成控制对负载的功率供应；

第二以太网供电(PoE)受电设备控制器，其耦合至所述负载和所述第一PoE受电设备控制器，所述第二PoE受电设备控制器使用共享连接接口而耦合至所述第一PoE受电设备控制器，所述第二PoE受电设备控制器配置成控制供应至所述负载的功率，

其中，所述共享连接接口配置成同步所述第一PoE受电设备控制器和所述第二PoE受电设备控制器以将功率至少基本同时地输送至所述负载。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述共享连接接口包括在每一个受电设备控制器中的内部同步部分。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述内部同步部分包括在每一个受电设备控制器之间共享的同步引脚。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，每一个受电设备控制器一旦被供电则使能一维持功率特征。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，每一个受电设备控制器耦合至隔离场效应晶体管。

6.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

DC-DC转换器，其配置成将直流(DC)电源从第一电压电平转换至第二电压电平。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述DC-DC转换器包括降压转换器。

8.一种系统，包括：

第一以太网供电(PoE)受电设备控制器，其配置成以第一涌入电流限制来处理来自第一以太网供电设备的第一电流；

第二以太网供电(PoE)受电设备控制器，其配置成以第二涌入电流限制来处理来自第二以太网供电设备的第二电流，其中，所述第二涌入电流限制高于所述第一涌入电流限制，

其中，所述第二PoE受电设备控制器使用共享连接接口而耦合至所述第一PoE受电设备控制器，所述共享连接接口被配置成同步所述第一PoE受电设备控制器和所述第二PoE受电设备控制器以将功率至少基本同时地输送至所述负载。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述共享连接接口包括在每一个受电设备控制器之间共享的同步引脚。

10.根据权利要求8所述的系统，其中，每一个受电设备控制器一旦被供电则使能一维持功率特征。

11.根据权利要求8所述的系统，其中，每一个受电设备控制器耦合至隔离场效应晶体管。

12.根据权利要求8所述的系统，其中，每一个受电设备控制器包括固定的定时器。

13.根据权利要求8所述的系统，进一步包括：

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述DC-DC转换器包括降压转换器。

15.一种方法，包括：

在第一时间段以第一涌入电流限制将电流从第一以太网供电(PoE)受电设备供应至负载；以及

在第二时间段以第二涌入电流限制将电流从第二以太网供电(PoE)受电设备供应至所述负载；

其中，在所述第二时间段期间所供应的电流将额外的电荷供应至所述负载以增大输送至所述负载的功率。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一涌入电流限制低于所述第二涌入电流限制。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一以太网供电(PoE)受电设备和所述第二以太网供电(PoE)受电设备通过共享连接接口而耦合。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述共享连接接口包括在每一个受电设备控制器之间共享的同步引脚。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，从第一以太网供电(PoE)受电设备供应电流包括将电流供应至DC-DC转换器。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，将电流供应至DC-DC转换器包括将电流供应至具有降压转换器的DC-DC转换器。