CN103812667B - 用于组合的以太网供电系统的极性校正桥控制器 - Google Patents

用于组合的以太网供电系统的极性校正桥控制器 Download PDF

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Abstract

本申请涉及用于组合的以太网供电系统的极性校正桥控制器。一种在使用以太网供电(PoE)的被供电的设备(PD)中用于组合向负载供电的功率的系统，经由四对接线接收来自第一信道的功率和来自第二信道的功率。初始地不启用用于每个信道的MOSFET桥。桥控制器IC同时感测所有电压并且控制桥MOSFET。桥控制器IC也包含第一PoE握手电路。第二PoE握手电路在桥控制器IC外部并且独立地操作。在MOSFET桥中的体二极管初始地将第一信道耦合到第二PoE握手电路，同时隔离第二信道。第二握手电路然后将第一信道耦合到负载。第一握手电路然后为第二信道执行PoE握手程序。最终，桥控制器控制桥MOSFET以将两个信道耦合到负载。

Description

用于组合的以太网供电系统的极性校正桥控制器
技术领域
本发明涉及以太网供电(PoE)，其中功率是通过数据线传输的。
背景技术
已知通过数据线向功率远程设备发送功率。以太网供电(PoE)是一个这样的系统的示例。在PoE中，从以太网交换机向以太网连接设备(例如VoIP电话、WLAN发送器、安全摄像头等)发送有限功率。通过标准CAT-5电缆布线中的两组双绞线发送来自交换机的DC功率。相同两组双绞线也可以发送不同数据信号，因为DC共模电压未影响数据。以这一方式，可以消除为“被供电设备”(PD)提供任何外部功率源的需要。PoE的标准在IEEE802.3中阐述，其通过引用而结合于此。
通过数据线提供功率适用于其它现有系统和将来系统。IEEE或者其它团体可以标准化使用数据线供电的各种新系统。
虽然本发明可以应用于使用数据线供电的任何系统，但是将描述典型PoE系统作为示例。
图1代表使用PoE的典型以太网系统。在图1的示例中，“功率供应设备”(PSE)12可以是向PD供应功率和数据的任何以太网设备。通常经由用标准以太网8管脚(四个双绞线)连接器端接的标准CAT-5线缆连接PSE12和PD14。通常需要双绞线中的仅两个双绞线用于PoE和数据，因此有两个备用双绞线。
PSE12通常由市电电压(120VAC)供电并且使用外部或者内部电压转换器16以生成在44-57伏特之间的DC电压。PoE标准要求PoE在PD供应最小37伏特。沿着线缆的电压降随距离增加。
分配双绞线中的两个双绞线18和20以输送PoE功率，并且这些双绞线也可以输送差分数据。也示出其余两个双绞线21和22。使用的所有双绞线在PD14由变压器、比如变压器23和24端接。假设接线18提供44伏特并且接线20连接到接地。与变压器23和24的中心抽头产生连接以向PD14提供44伏特。由于DC电压为共模，所以它未影响差分数据。在端接块25中也包括其它常规端接电路装置、比如极性校正电路装置和开关。
向DC-DC转换器26施加44伏特用于将电压转换成PD14需要的任何一个或者多个电压。负载28(例如安全摄像头)由转换器26供电并且经由双绞线与PSE12通信。
IEEE标准需要在PSE12与PD14之间的某些低电流握手过程，以便检测由PoE供电的设备的存在，以便在PSE12使全功率可用于PD14之前传达PSE12和PD14的相关特征。检测/分类电路装置30执行程序并且提供分类脉冲。PSE12也包含用于控制握手程序的电路装置。
以下是在PSE12与PD14之间的握手协议的简化概述。
在向PD14中插入启用PoE的以太网线缆时，PSE12询问PD14以确定它是否启用PoE。这一时段称为检测阶段。在检测阶段期间，PSE12经由接线18和20向PD14施加第一电流有限电压持续固定间隔、然后施加第二电流有限电压持续固定间隔，同时通过检测所得电流来寻找PD14的特征阻抗(约25K欧姆)。如果未检测到正确阻抗，则PSE12假设负载未启用PoE并且关停PoE生成端。系统然后作为标准以太网连接来操作。
如果检测到签名阻抗，则PSE12继续可选分类阶段。PSE12使得供给PD14的电压上升。PSE12生成一个脉冲(指示它为类型1PSE)或者两个脉冲(指示它为类型2PSE)。PD14对具有某些电流电平的分类脉冲做出响应以标识PD14是否为类型1或者类型2。类型1PD需要少于13W。类型2PD需要高至最大25.5W。也可以标识这些类型内的各自与最大平均电流电平和最大瞬时电流电平关联的各种类(五类)。可以使用分类电阻。PSE12然后使用这一功率需求信息以确定它是否可以向PD14供应所需功率，并且PD14使用信息以确定它是否可以与PSE12进行全操作。有用于检测和分类阶段的最大时间窗(例如500ms)。
可以实施其它标准。
在完成检测和分类阶段时，PSE12使得它的输出电压上升至42V以上。一旦已经在PD14检测到欠电压封锁(UVLO)阈值，接通内部FET以将全电压耦合到DC-DC转换器26以向负载28供电。在这一点，PD14开始正常操作，并且它只要输入电压保持于所需电平以上就继续正常操作。
近来已经提出通过使用数据线18和20供应高至25.5W并且使用备用接线21和22供应高至25.5W经由四对接线18、20、21和22向PD供应高至51W(或者更多)而仍然符合用于PoE握手的IEEE标准。
图2图示被Cisco Systems称为通用PoE或者UPoE的提出的系统。PSE1和PSE2可以是常规类型2PSE，并且各自供应高至25.5W(并且在一些提出的系统中高至30W)。各自跨接它们的关联接线对44-47向单个PD50供应约44伏特。PD50使用常规8管脚以太网连接器。PSE1和PSE2可以位于相同以太网交换机51中，并且各自可以具有相同功率供应和检测/分类电路装置。PSE1和PSE2可以独立地操作并且无需相互通信。
用于两个信道中的每个信道的常规二极管桥极性校正电路52和53保证向负载56施加正确电压极性、比如在顶部端子的44伏特和在底部端子的零伏特。
常规PD接口控制器58和59——一个用于每个信道——提供检测电阻器60(约25K欧姆)和可编程分类电流源61。在成功握手程序结束时，控制器58和60接通它们的相应MSOFET62和64以跨接负载56供应44伏特。负载56可以包括用于将44伏特转换成负载56需要的任何电压的DC-DC转换器。示出MOSFET62和64的体二极管。
在另一现有技术实施例中，MOSFET62和64与接地导体而不是正电压导体串联连接，以产生用于单个信道的负载电流回路。
控制器58和59以及PSE(PSE1和PSE2)独立地和并行地执行它们的检测和分类程序。由于假设PSE1和PSE2相同并且它们共享相同以太网线缆，所以假设PSE1和PSE2向PD50的输入供应的最终电压相同(例如44伏特)。
需要额外一组二极管66和68以防止来自第一信道(例如PSE1信道)的功率向第二信道(例如PSE2信道)中馈送。这允许一个信道的检测和分类参数未受另一信道影响。额外二极管66和68也允许“负电压”桥二极管接通，因为如果不这样来自一个信道的接地电压将在MOSFET62或者64之一接通之后在另一信道中的“负电压”桥二极管的正极，从而防止那些“负电压”二极管变成正向偏压。
一旦已经接通MOSFET62和64，向负载56并行供应来自PSE1和PSE2的功率。这通常高至51w、但是可以高至60w。
因而在图2的UPoE系统中，在每个信道的功率回路中有三个二极管压降，从而在约51w的最大负载功率引起共计约2.5w的浪费功率。图2的系统中存在其它缺点。
需要的是一种用于用比现有技术更高的效率组合来自两个PSE信道的功率的系统。
发明内容
PoE桥控制器IC控制MOSFET桥用于两个PSE信道(PSE1信道和PSE2信道)的极性校正。通常，单个以太网交换机提供PSE信道，并且可以提供多得多的信道。MOSFET桥将来自两个信道的功率耦合到单个负载。如果PSE各自供应25.5W的类型2功率，则向负载施加的最大功率因此可以是51W。更高功率是可能的。使用单个PD接口控制器IC。跨接接通的MOSFET的电压降比正向偏压的二极管的电压降少得多，因此有提高的效率。
PSE1和PSE2信道连接到桥控制器IC，从而桥控制器IC同时检测来自两个信道的电压和跨接负载的电压。如以下描述的那样，控制技术防止一个信道干扰另一信道的检测和分类，并且允许恰当电压极性耦合而未使用任何阻塞二极管。
将假设PSE1信道将首先连接到负载。具有包括PSE1和PSE2信道的多个端口的以太网交换机通常逐个端口依次执行PoE握手程序。
PSE1信道为握手阶段提供的电流有限电压由组成如下MOSFET的体二极管校正极性(如果需要)，这些MOSFET组成用于PSE1信道的MOSFET桥。在这一阶段期间不启用用于PSE1信道和PSE2信道的桥MOSFET，并且桥控制器IC未汲取显著电流。因此，桥控制器IC未干扰用于PSE1信道的握手。正向偏压体二极管将来自PSE1信道的电压耦合到PD接口控制器(通常为单独IC)。
PD接口控制器然后为PSE1信道执行常规检测和分类。如果检测到PSE1信道未提供恰当PoE信号，则PD接口控制器未闭合与负载串联的MOSFET，从而PSE1信道功率路径保持从负载隔离。如果PoE握手程序成功，则PD接口控制器闭合串联MOSFET以将PSE1信道功率连接到负载。负载现在可以从PSE1信道接收高至25.5W。典型地，PD接口控制器然后从回路断开检测和分类电路装置。
从跨接负载由PSEI信道供应的电压向桥控制器IC供电。桥控制器IC例如通过检测跨接串联MOSFET的电压降来感测到PSE1信道已经连接到负载并且作为响应来闭合桥中的恰当MOSFET以增加效率。用于PSE1信道的MOSFET的体二极管因此不再导通。现在可以向负载高效地提供来自PSE1信道的全功率。
以太网交换机检测到来自PSE1信道的全电压在被供应并且为PSE1信道开始低功率PoE握手。桥控制器IC闭合桥控制器IC中的内部开关以将PSE2信道耦合到桥控制器IC中的检测和分类电路以执行常规PoE握手程序。桥控制器IC中的检测和分类电路装置由用于PSE2信道的“开路”桥MOSFET从更高负载电压隔离。
如果检测到PSE2信道未提供恰当PoE信号，则桥控制器IC未闭合用于PSE2信道的桥MOSFET，从而从负载隔离PSE2信道功率路径。如果PoE握手程序成功，则桥控制器IC检测系统中的各种电压以确定极性并且闭合桥中的恰当MOSFET以将PSE2信道功率连接到负载。桥控制器IC通过监视在闭合桥MOSFET之前和之后的各种电压电平来保证一个信道未向另一信道中供应功率。负载现在让PSE1和PSE2并行供应PoE。
术语PSE和PD贯穿本公开内容用来标识供应功率的设备和接收功率的设备，并且这样的设备/器件不限于以太网设备/器件。
描述各种其它实施例。
附图说明
图1图示常规的启用PoE的以太网系统。
图2代表用于组合来自两个PSE信道的功率以向单个PD负载供电的已知UPoE系统。
图3图示根据本发明的一个实施例的用于组合来自两个PSE信道的功率以向单个PD负载供电的系统。
图4图示可以取代POE系统中的用于极性校正的二极管桥电路的任何公知有源桥电路。
图5图示图3的系统在对PSE1信道进行检测和分类时导通的电流。
图6图示图3的系统在PSE1信道耦合到负载之后导通的电流。
图7图示图3的系统在对PSE2信道进行检测和分类时导通的电流。
图8图示图3的系统在PSE1信道和PSE2信道二者耦合到负载之后导通的电流。
图9是标识根据本发明的一个实施例执行的步骤的流程图。
图10图示根据本发明的一个实施例的桥控制器IC中的各种功能单元。
用相同标号标注相同或者等效的要素。
具体实施方式
将参照图9的流程图描述发明电路的操作。
图3图示本发明的一个实施例，该实施例组合来自两个PSE信道的功率(使用常规以太网线缆中的数据接线和备用接线)以向单个PD负载供电。用于单个信道的“电压极性校正”二极管桥由MOSFET桥或者其它适当有源桥取代以最小化跨接桥的电压降。如以后讨论的那样，MOSFET桥也用来从负载电压隔离用于一个信道的检测和分类电路装置。
图4图示可以用于校正单个PSE信道供应的电压的极性的多个公知MOSFET桥69中的任何MOSFET桥。跨接输入端子70和71提供传入电压。控制电路72以公知方式使用比较器或者无源电路装置以如果检测到传入电压极性正确(向上输入端子70施加更高电压)则接通MOSFET74和75。如果检测到传入电压极性不恰当(向下输入端子71施加更高电压)，则接通MOSFET76和77。基本上，如果MOSFET的内部体二极管正向偏压，则应当接通MOSFET。已知使用这样的MOSFET桥用于校正PoE系统中的电压极性，因此无需进一步电路细节。
然而即使这样的MOSFET桥取代图2的每个桥二极管，仍然不能恰当接通MOSFET，因为在PSE信道之一耦合到负载之后，该电压将耦合到另一MOSFET桥从而妨碍准确极性检测并且可能造成一个信道向另一信道中供应电流。另外，在无阻塞二极管时，一个信道也将干扰另一信道的检测和分类程序。在图2中，桥独立地操作，因此不知道另一信道中的电压。
图3图示根据本发明的一个实施例的PD78。系统使用MOSFET桥用于两个信道PSE1和PSE2(如图2中所示分别连接到接线44/45和46/47)中的每个信道，其中桥控制器IC80同时检测来自PSE1和PSE2的四个输入端子82-85上的电压。PSE1和PSE2可以是比如图2中所示常规PSE、因此无需被专门化用于与本发明的PD78操作。因此，本发明与常规PSE向后兼容。在该例中，PSE1和PSE2为类型2，各自在约44伏特提供高至25.5W的PoE。
将关于图5至图8描述系统的操作和构造。假设PSE1和PSE2信道为可能向其它PD提供多得多的信道的单个以太网交互级的端口。对于以太网交换机而言，逐个端口依次为各种信道执行PoE握手程序是方便的。因此在该例中假设PSE1信道将首先连接到负载86。
在图9的步骤1中，PSE1和PSE2信道由标准CAT-5线缆或者其它适当以太网线缆连接到桥控制器IC80。
在步骤2中，以太网交换机(可以是常规的)为PSE1信道启动PoE检测和分类(握手)程序
在步骤3中并且如图5中所示，正向偏压MOSFET90和92中的体二极管(假设正确极性)。这时关断所有桥MOSFET。因此保证恰当电压极性并且向PD接口控制器98中的输入连接到PSE1信道。
在桥控制器IC80内部的检测电路99检测来自PSE信道(来自输入82-85)的四个电压以及跨接负载86的电压和其它信号，随后加以描述。
PD接口控制器98可以是常规PD接口控制器IC并且包含25K欧姆检测电阻器100和编程的电流源102，该电流源如先前描述的那样向PSE1供应电流脉冲(例如1-3个脉冲)以标识它的类。可以在分类过程中使用其它公知电路装置、比如使用分类电阻以汲取预定电流从而标识PD的功率需要。控制器98包含用于与以太网交换机结合执行常规PoE握手协议的逻辑。在图5中图示电流路径为电流104(图9的步骤4)。
一旦控制器98已经检测到PSE1信道满足对于类型2POE的要求并且PSE1信道已经使得PoE电压上升超出欠电压封锁(UVLO)阈值，控制器98如图6中的电流107所示接通串联MOSFET106以跨接PD负载86耦合PE1信道(图9中的步骤5和6)。示出MOSFET106体二极管。负载96可以是将由PoE供电的任何器件。因而，负载86由PSE1信道供应高至25.5W。PD接口控制器98现在可以断开检测电阻器100和电流源102。负载96将通常包含DC-DC转换器，该转换器从信道接收电压、比如44伏特并且将电压转换成负载85需要的调节电压(例如5伏特)。在转换器的输出电压满足某个阈值时，转换器可以发出功率良好信号，该信号向负载86指示负载86现在可以正常地操作。
如果PoE握手程序未成功、比如未感测到有效检测电阻器，则控制器98使得MOSFET106保持开路，因此从负载86隔离PSE1功率路径(图9中的步骤7)。
桥控制器IC80检测到PSE1信道连接到负载86而不是仍然经受检测和分类。这可以通过检测电路99检测跨接端子108和109的电压或者阻抗或者通过检测指示PSE1信道已经连接到负载86的另一信号来完成。在一个实施例中，检测跨接MOSFET106的电压。如果电压降为低，则它表示PSE1信道耦合到负载86。检测电路99也可以被连接用于从PD78中的DC-DC转换器接收功率良好信号，该信号指示转换器的输出电压在某个阈值以上。
在检测到PSE1信道连接到负载86时，桥控制器80检测向控制器IC80的输入端子82和84施加的电压的极性(图9的步骤8)。这可以通过使用常规技术比较电压来完成。为了简化而未示出这样的常规极性检测电路装置。如果在输入端子82的电压高于在端子84的电压，则如图6中的电流107的流动所示接通MOSFET90和92。如果相反为真，则接通MOSFET94和96。因此，在高功率阶段期间，在回路中无二极管压降，并且桥MOSFET使得效率最大化。
从跨接负载86由PSE1信道供应的电压向桥控制器IC80供电，并且可以经由输入端子108和109向桥控制器IC80供电。
标题为Providing Power to Powered Device Having Multiple Power SupplyInputs、Jeffrey Heath等人的美国公开号2100/0125341中描述MSOFEET桥的一个示例，该文件通过引用而结合于此。标识MOSFET桥电压检测和控制电路装置为桥控制器IC80内的电路99。桥MOSFET根据可用栅极电压可以是全n沟道型或者p沟道和n沟道型的混合。
由于在用于PSE1沟道的握手阶段期间不启用用于PSE2信道的桥MSOFET，PSE2信道不会对PSE1信道的握手阶段产生干扰。
在向负载86供应PSE1信道PoE(这可以在启动握手阶段之后需要少于1秒)之后，以太网交换机为PSE2信道开始握手程序(图9中的步骤9)。
如图7中所示，桥控制器IC80包含PoE检测电阻器112、电流源114(用于分类)和用于执行常规PoE握手协议的常规控制逻辑(未示出)。相反，检测电阻器112可以在外部。在桥控制器IC80检测到PSE1信道连接到负载86之后，桥控制器IC80按照状态机或者其它固件控制器闭合晶体管开关116和118以跨接电阻器112耦合PSE2信道并且供应与类型2握手协议一致的电流脉冲(图9中的步骤10和11)。在桥控制器IC80中的检测和分类电路可以另外是常规的。
一旦确定PSE2信道与PD78是PoE兼容的，控制器IC80确定跨接PSE2信道输入端子83和85施加的电压的恰当极性(图9中的步骤12和13)。检测电路99使用常规技术来执行这样的检测。电路99也确定PSE2信道供应的上升电压何时等于跨接负载86(在端子108和109)的电压以防止PSE2信道从PSE1信道吸收任何电流。如果极性和电压电平恰当，则控制器IC80然后控制桥MOSFET126和128接通以将PSE2信道耦合到负载86。图8中的电流132示出从PSE2信道经过负载86的电流流动。桥控制器80IC继续监视相应电压并且控制桥MOSFET以保证一个信道未从另一信道吸收电流。
如果电压极性不正确，则将已经接通MOSFET136和138。
如果用于PSE2信道的PoE握手程序未成功、比如未检测到有效电阻器112，则用于PSE2信道的桥MOSFET将保持开路，因此PSE2功率路径保持从负载86隔离(图9中的步骤14)。
因而，用于PSE2信道的桥MOSFET替换由常规PD接口控制器控制的串联MOSFET(比如图2中的MOSFET62或者64)。
现在，负载86功率由PSE1信道和PSE2信道的并联连接供应。由桥控制器IC80控制的MOSFET服务于用于两个信道的电压极性校正和将一个信道(在该例中为PSE2信道)耦合到负载86这双重目的，而PD接口控制器98控制MOSFET106用于将另一信道(在该例中为PSE1信道)耦合到负载。通过从下游部件隔离PSE2信道直至在已经检测到PSE1信道为耦合到负载86之后，无对PSE1信道的检测和分类或者PSE1信道的电压极性校正的干扰，并且无从一个信道向另一信道的电流供应。另外，用于PSE2信道的检测和分类电路装置在用于PSE2信道的握手阶段期间被由桥控制器IC80控制的开路桥MOSFET从PSE1信道隔离。因而无对于任何如下二极管的要求，这些二极管用于阻止任何电流干扰极性校正或者检测和分类或者用于防止从一个信道向另一信道供应电流。因此无由于二极管压降所致的浪费功率。
在另一场景中，PSE2信道首先经由桥MOSFET和PD接口控制器98耦合到负载86，并且PSE1信道在桥控制器IC80执行的检测和分类阶段以及闭合桥MOSFET之后耦合到负载86。在这样的情况下，桥控制器IC80将在握手阶段期间闭合内部开关144和145(图8)。启动低功率握手程序的第一信道是耦合到控制器98的信道。
有源桥可以包括除了MOSFET之外的开关以实现低电压降。开关可以在与桥控制器IC80相同的IC上。
图10图示一个实施例中的在桥控制器IC80内部的一些功能单元。设想其它实现方式。为了简化而未示出在单元之间的各种互连。
桥控制器IC80可以在PSE1信道的握手阶段期间实质上休眠，因为低功率由桥MOSFET的体二极管导通。由于桥控制器IC80的内部电路装置在用于PSE1信道的握手期间实质上未从PSE1汲取电流，所以控制器IC80电路装置不会影响用于PSE1信道的握手。在向负载施加全PoE电压时用于PSE1信道的成功握手阶段之后，然后如关于图5和6描述的那样闭合用于PSE1信道的恰当桥MOSFET。用于这一第一信道的极性检测和桥控制可以另外是常规的。以下描述主要涉及在为第一信道闭合桥MOSFET之后处理另一信道的信号。
用于PSE1信道和PSE2信道的输入端子82-85连接到在桥控制器IC80外部的相应二极管桥160和162用于极性校正。二极管桥160和162可以与图2中所示二极管桥示意地相同、但是在PoE握手阶段期间仅操纵低功率。二极管压降与系统的总效率无关，因为它们仅在低功率PoE握手阶段期间出现。
二极管桥160和162的输出连接到将信道之一耦合到PoE握手电路170的开关166，这些开关包含图8中的开关116、118、144和145。PoE握手电路170包含检测电阻器112和可编程电流源114(图7)以及执行握手程序的任何状态机或者其它逻辑。
检测电路172一旦它检测到已经闭合图6中的串联MOSFET106以将信道之一耦合到负载86就闭合开关116、118、144和145中的一组。这可以通过监视跨接MOSFET106的电压来完成，其中低电压指示MOSFET106被闭合。其它信号可以用来确定一个信道连接到负载86、比如负载中的DC-DC转换器生成的功率良好信号。可以向桥控制器IC80的输入端子174施加这样的信号。桥控制器IC80知道哪个信道已经连接到负载86，因为桥控制器IC80为连接到负载86的信道闭合桥MOSFET。因而，闭合恰当开关166以将另一信道耦合到PoE握手电路170。
在成功PoE握手之后，PoE握手电路170使MOSFET桥电压检测和控制电路99能够接通恰当MOSFET，从而将PSE2信道(在该例中)耦合到负载86。检测向PSE2信道输入端子83和85施加的电压以及向负载电压输入端子108和109施加的电压以确定恰当极性并且保证PSE2信道不会从负载86汲取电流。在上升PSE2信道电压基本上等于负载电压时切换桥MOSFET。这可以使用比较器和公知技术来检测。示出可以运用已知极性检测技术的极性检测电路176。
如果在桥中使用NMOS晶体管，则电荷泵178用来生成栅极电压需要的高电压。电荷泵178可以在握手阶段期间由信道PSE1或者PSE2中的任一信道供应的初始低电压供电，或者可以使用在端子108和109的负载电压。
极性检测电路176然后控制用于桥MOSFET的驱动器180，以接通恰当MOSFET。
设想桥控制器IC80的其它配置。
PSE1和PSE2可以额是连接到4对接线44-47的以太网交换机中的单个PSE单元的部分。PSE1和PSE2可以各自具有它自己的功率供应和PoE握手电路装置。PSE1和PSE2可以如特定应用所需要的那样出于各种目的而通信。
Linear Technology Corporation已经开发称为LTPoE++的PoE系统，其中四对接线44-47供应高至90W(和更大)。在LTPoE++中，仅单个PSE-PoE控制器用于检测和分类。图3的系统也可以与这样的PoE++系统使用，其中不会使用桥控制器IC80的检测和分类功能，因为这样的功能将完全由与PSE控制器通信的PD接口控制器98操纵。桥控制器IC80将执行图9的流程图中的所有其它任务、比如一旦来自接线44和45的功率耦合到负载86，经由桥MOSFET将来自接线46和47的功率耦合到负载86。因而，本发明与UPoE系统(两个PSE，各自具有PSE-PoE控制器)和LTPoE++系统(一个PSE-PoE控制器)二者向后兼容。本系统也与IEEE802.3af(标准PoE)和802.3at(PoE+)兼容。
因而，通过同时检测所有电压、控制MOSFET桥并且协调耦合来自四对接线的功率而在用于两个信道的检测和分类阶段中无干扰并且未从一个信道向另一信道供应功率，桥控制器IC80向负载提供组合功率而无现有技术系统(例如图2)的任何缺点。
在已经向负载86施加PoE之后，然后可以如常规的那样通过单独数据路径在PSE与负载之间传达数据。
虽然已经描述PoE握手程序和电路装置为常规的，但是其它或者将来系统可以使用不同握手程序和电路或者仅使用子集。因而，本发明旨在于涵盖在任何类型的握手阶段中使用的这样的电路，其中本发明操作以将一个信道从另一信道隔离直至完成这样的握手阶段。
本发明不限于PoE、但是可以应用于向负载组合来自两个信道的功率的任何其它系统。例如在其它系统中，多于四对接线可以用于数据和功率。
尽管已经示出和描述本发明的具体实施例，但是本领域技术人员将清楚，可以进行改变和修改而在本发明的更广义方面中未脱离本发明，因此所附权利要求将在它们的范围内涵盖在本发明的真实精神实质和范围内的所有这样的改变和修改。

Claims (24)

1.一种在使用以太网供电(PoE)的被供电的设备(PD)中用于组合向负载供电的功率的系统，所述系统从至少一个功率供应设备(PSE)接收至少四对接线，所述四对接线包括多对接线中的两对接线的第一信道和其它两对接线的第二信道，每对接线输送共模电压，所述第一信道跨接所述两对接线供应第一电压，并且所述第二信道跨接所述其它两对接线供应第二电压，所述系统包括：
有源桥，所述有源桥包括桥开关，所述桥开关中的第一组连接到所述第一信道，用于将所述第一电压耦合到所述负载，所述桥开关中的第二组连接到所述第二信道，用于将所述第二电压耦合到所述负载；
第一控制器电路，所述第一控制器电路包括有源桥控制器电路和第一接口控制器电路，所述有源桥控制器电路控制所述第一组桥开关和所述第二组桥开关的导通，所述第一接口控制器电路包含第一PoE握手电路以保证PD与至少一个PSE兼容；
第二接口控制器电路，在所述第一控制器电路外部，包含第二PoE握手电路以保证PD与至少一个PSE兼容；
串联开关，所述串联开关由所述第二接口控制器电路控制，用于在所述第二PoE握手电路执行的PoE握手程序成功之后接通时将所述第一电压耦合到所述负载；
在所述第一控制器电路中的检测器，所述检测器被配置用于检测所述第一电压耦合到所述负载；以及
在所述第一控制器电路中的控制电路，被配置用于执行以下程序：
a.控制所述第一组桥开关以仅在已经检测到所述第二接口控制器电路已经接通所述串联开关以将所述第一信道供应的所述第一电压耦合到所述负载之后接通，以将所述第一电压耦合到所述负载；并且
b.在步骤a之后，所述第一PoE握手电路经由所述第二信道与所述至少一个PSE执行PoE握手程序，并且在所述第一PoE握手电路执行的PoE握手程序成功时，控制所述第二组桥开关接通以将所述第二电压耦合到所述负载，从而组合来自所述第一信道的功率和来自所述第二信道的功率以向所述负载提供功率。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一组桥开关包括具有第一体二极管的第一MOSFET，其中正向偏压的第一体二极管导通所述第一电压直至在步骤a中控制所述第一MOSFET接通。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一控制器电路包括连接到所述第一信道的第一二极管桥和连接到所述第二信道的第二二极管桥。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一控制器电路还包括开关电路，只有在所述第一信道在所述第二信道启动PoE握手程序之前启动PoE握手程序的时候，所述开关电路将所述第二信道连接到所述第一PoE握手电路。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测器通过感测跨接与所述负载串联的MOSFET的电压来检测所述第一电压耦合到所述负载。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测器通过感测在所述第一控制器电路的至少一个输入端子上的电压来检测所述第一电压耦合到所述负载。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测器通过感测功率良好信号来检测所述第一电压耦合到所述负载，所述功率良好信号指示正在向所述负载施加在某个阈值以上的电压。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个PSE包括符合用于PoE的IEEE标准802.3的第一PSE和第二PSE。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述有源桥控制器电路包括：
极性检测电路装置，用于在步骤b中控制所述第二组桥开关接通以将所述第二电压耦合到所述负载之前保证所述第二电压近似地等于或者大于向所述负载施加的所述第一电压。
10.根据权利要求1所述的系统，其中来自所述至少一个功率供应设备(PSE)的所述四对接线包括两对差分数据接线和两对备用接线。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一组桥开关和第二组桥开关包括具有体二极管的MOSFET。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一控制器电路同时检测所述第一电压和所述第二电压。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测器通过感测功率良好信号来检测所述第一电压耦合到所述负载，所述功率良好信号指示正在向所述负载施加在某个阈值以上的电压。
14.一种在使用以太网供电(PoE)的被供电的设备(PD)中用于组合向负载供电的功率的第一控制器电路，所述第一控制器电路包括：
第一输入端子，用于从至少一个功率供应设备(PSE)接收至少四对接线，所述四对接线包括多对接线中的两对接线的第一信道和其它两对接线的第二信道，每对接线输送共模电压，所述第一信道跨接所述两对接线供应第一电压，并且所述第二信道跨接所述其它两对接线供应第二电压；
有源桥控制器电路，所述有源桥控制器电路被配置用于控制在具有第一组桥开关和第二组桥开关的有源桥电路中的开关的导通，所述第一组桥开关用于连接到所述第一信道，用于将所述第一电压耦合到所述负载，第二组桥开关用于连接到所述第二信道，用于将所述第二电压耦合到所述负载；
第一接口控制器电路，所述第一接口控制器电路包含第一PoE握手电路以保证PD与至少一个PSE兼容；
检测器，所述检测器被配置用于检测所述第一电压由被外部第二PoE握手电路控制的串联开关耦合到所述负载；以及
控制电路，用于执行以下程序：
a.控制所述第一组桥开关以仅在已经检测到已经接通所述串联开关以将所述第一信道供应的所述第一电压耦合到所述负载之后接通，以将所述第一电压耦合到所述负载；并且
b.在步骤a之后，所述第一PoE握手电路经由所述第二信道与所述至少一个PSE执行PoE握手程序，并且在所述第一PoE握手电路执行的PoE握手程序成功时，控制所述第二组桥开关接通以将所述第二电压耦合到所述负载，从而组合来自所述第一信道的功率和来自所述第二信道的功率以向所述负载提供功率。
15.根据权利要求14所述的控制器电路，其中所述第一组桥开关包括具有第一体二极管的第一MOSFET，其中正向偏压的第一体二极管导通所述第一电压直至在步骤a中控制所述第一MOSFET接通。
16.根据权利要求14所述的控制器电路，其中所述第一控制器电路包括连接到所述第一信道的第一二极管桥和连接到所述第二信道的第二二极管桥。
17.根据权利要求14所述的控制器电路，其中所述第一控制器电路还包括开关电路，只有在所述第一信道在所述第二信道启动PoE握手程序之前启动PoE握手程序的时候，所述开关电路将所述第二信道连接到所述第一PoE握手电路。
18.根据权利要求14所述的控制器电路，其中所述检测器通过感测跨接与所述负载串联的MOSFET的电压来检测所述第一电压耦合到所述负载。
19.根据权利要求14所述的控制器电路，其中所述检测器通过感测在所述第一控制器电路的至少一个第二输入端子上的电压来检测所述第一电压耦合到所述负载。
20.根据权利要求14所述的控制器电路，其中所述至少一个PSE包括符合用于PoE的IEEE标准802.3的第一PSE和第二PSE。
21.根据权利要求14所述的控制器电路，其中所述有源桥控制器电路包括：
极性检测电路装置，用于在步骤b中控制所述第二组桥开关接通以将所述第二电压耦合到所述负载之前保证所述第二电压近似地等于或者大于向所述负载施加的所述第一电压。
22.根据权利要求14所述的控制器电路，其中来自所述至少一个功率供应设备(PSE)的所述四对接线包括两对差分数据接线和两对备用接线。
23.根据权利要求14所述的控制器电路，其中所述第一组桥开关和第二组桥开关包括具有体二极管的MOSFET。
24.根据权利要求14所述的控制器电路，其中所述第一控制器电路同时检测所述第一电压和所述第二电压。
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