CN104901813A - 供电装置及供电系统 - Google Patents

Abstract

一种供电装置及供电系统，用以连接以太网络电缆，供电装置包括开关电路、电源电路以及检测电路。电源电路经由开关电路耦接电源供应输出端。检测电路依据以太网络电缆其中的第一接脚以及第二接脚之间的第一电阻值，控制开关电路的状态。本发明还公开了具有上述供电装置的供电系统。

Description

供电装置及供电系统

技术领域

本发明涉及一种供电装置及供电系统，特别是一种用于通过以太网络电缆(Ethernet Cable)供电的供电装置及供电系统。

背景技术

电子设备皆需要电源才能够执行工作，当然网络设备也是如此。而随着网络科技快速发展，目前对于网络设备的使用亦更加普及。若一个本地端网络设备(例如以太网络交换器)连接有三个远端网络设备(例如无线网络基站)，则总共需要四个电源才能让此区域网络工作，然而在一些较远离插座的位置，例如户外、屋顶、围墙上等等，网络设备并不易连接至市电插座。

近年来已发展出以太网络供电系统(Power over Ethernet,PoE)，其由供电装置(Power Sourcing Equipment,PSE)以及受电装置(Powered Device,PD)所组成，受电装置可以经由以太网络电缆接收来自供电装置的电力。以太网络供电系统可从本地端网络设备，通过一条以太网络电缆传送电力和网络数据到远端网络设备。而相关于以太网络供电系统的应用，包括供电装置以及受电装置的电路设计，乃目前业界所致力的课题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种供电装置以及供电系统，使得供电装置能够自动检测是否供应电源至受电装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种供电装置，用以连接以太网络电缆，供电装置包括开关电路、电源电路以及检测电路。电源电路经由开关电路耦接电源供应输出端。检测电路依据以太网络电缆其中的第一接脚以及第二接脚之间的第一电阻值，控制开关电路的状态。

本发明还提供一种供电系统，其包括以太网络电缆、供电装置以及受电装置。供电装置包括开关电路、电源电路以及检测电路。电源电路经由开关电路耦接电源供应输出端。检测电路依据以太网络电缆其中的第一接脚以及第二接脚之间的第一电阻值，控制开关电路的状态。受电装置通过以太网络电缆连接供电装置，受电装置将以太网络电缆其中的第一接脚以及第二接脚相接。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种供电系统，其包括以太网络电缆、供电装置以及受电装置。供电装置包括开关电路、电源电路以及检测电路。电源电路经由开关电路耦接电源供应输出端。检测电路依据以太网络电缆其中的第一接脚以及第二接脚之间的第一电阻值，以及依据以太网络电缆其中的第三接脚以及第四接脚之间的第二电阻值，控制开关电路的状态。受电装置通过以太网络电缆连接供电装置，受电装置将以太网络电缆其中的第一接脚以及第二接脚相接，受电装置包括一内部电阻，内部电阻的两端分别连接至以太网络电缆的第三接脚以及第四接脚。

本发明的技术效果在于：

本发明的供电装置以及供电系统，由于使用以太网络电缆供电，能够使得受电装置所设置的位置更具有弹性，不必受限于市电插座的位置。而供电装置能够通过检测电阻值，以判断所连接的受电装置是否为适当的供电对象，当检测到的电阻值符合预设范围时，或者当检测到的多个电阻值符合特定条件时，才将电源供应至受电装置，如此有助于供电装置与受电装置之间的配对关系，能够使得供电装置选择性的供电，仅当受电装置属于设定的供电对象时，才会供应电源，也能够避免当其他装置透过以太网络电缆连接供电装置时，未预期地被供电而导致的电路受损。受电装置通过将以太网络电缆的两个接脚相接，或通过提供不同的电阻值，而能够成功被供电装置辨识进而得到所需的供应电源。

此外，本发明提供一种简单且有效率的电路设计，能够有效检测接脚之间的电阻值，避免需使用额外的微处理器以判断受电装置是否为适当的供电对象，以不占用空间的硬体设计，解决供电装置与受电装置之间的配对过程，有效节省成本。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为以太网络供电系统的示意图；

图2为依据本发明第一实施例的供电装置的示意图；

图3为依据本发明第一实施例的供电系统的示意图；

图4为依据本发明第一实施例的供电装置的电路图；

图5为依据本发明第二实施例的供电装置的示意图；

图6为依据本发明第二实施例的供电系统的示意图；

图7为依据本发明第二实施例的供电装置的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

图1为以太网络供电系统的示意图。供电装置10经由以太网络电缆连接至受电装置12，供电装置10例如是网络交换器(Network Switch)、无线网络转接器(WiFi Adapter)等等具有供应电源能力的设备，受电装置12例如是网络电话(IP telephone)、无线网络基站(Wireless AP)、网络摄影机(IP camera)等等的网络通信设备，供电装置10可以经由以太网络电缆提供电力并且传送数据至受电装置12，受电装置12也可以经由以太网络电缆传送数据至供电装置10。

以太网络电缆例如是CAT-5线(Category 5cable)、CAT-5e线(Category5enhanced cable)、或是CAT-6线。以太网络电缆包括有四组双绞线(Twistedpair)，共有8个脚位(Pin)，每一组双绞线用以传送一对差分信号(DifferentialSignal)。图1以四组双绞线的方式为以太网络电缆，双绞线的配对方式如图1所示，第1脚位与第2脚位以差分信号传送数据(TX+,TX-)，第3脚位与第6脚位以差分信号接收数据(RX+,RX-)，另两组双绞线分别为第4脚位与第5脚位的组合、第7脚位与第8脚位的组合。

图1所示为一种通过以太网络电缆供应电源的方式，供电装置10包括有电压源101，电压源101例如可提供直流电源，电压源101可以是从市电的交流电源经变压与整流后而形成的直流电压源。在供电装置10的数据输出输入端，包括第1脚位与第2脚位的组合以及第3脚位与第6脚位的组合，使用中央抽头变压器(center-tapped transformer)产生所需的差分信号，电压源101的输出耦接至变压器的中央抽头，作为共模信号(common mode signal)。在受电装置12的相对应连接处，即同样是以太网络电缆的脚位1、2、3、6，亦设置有对应的中央抽头变压器，以使得电源能够提供至受电装置12内部的负载121。因此以太网络电缆当中的第1、2、3、6脚位，不仅负责传送数据信号，并且负责提供受电装置12所需的电源。

为了避免任意的受电装置12经由以太网络电缆连接到供电装置10时皆会被供电而导致电器损坏，在供电装置10内部可作适当的设计，以辨识所连接的受电装置12是否为可以供电的对象。例如当供电装置10(例：无线网络转接器)是设计为供电给特定的网络摄影机，则当一台笔记本电脑(Laptop computer)经由以太网络电缆连接到供电装置10时，仅会有数据传输，而不会供电给笔记本电脑，以避免过量的电流造成笔记本电脑内部电路损坏。同样的，在受电装置12(例：网络摄影机)内部亦可以作适当的设计，以使得当连接上供电装置10时，能够被成功辨识出为适当的受电装置，而使得供电装置10提供电源至此受电装置12。因此，本发明提出一种供电装置，以及一种供电装置与受电装置配合的供电系统。

图2为依据本发明第一实施例的供电装置的示意图。供电装置2用以连接以太网络电缆，供电装置2包括开关电路20、电源电路22、以及检测电路24。电源电路22经由开关电路20耦接电源供应输出端Vout。检测电路24依据以太网络电缆其中的第一接脚P1以及第二接脚P2之间的第一电阻值RV，控制开关电路20的状态。

关于供电装置2的操作方式请一并参考图3。图3为依据本发明第一实施例的供电系统的示意图，供电系统S1包括如前所述的供电装置2、以太网络电缆3、以及受电装置4。受电装置4通过以太网络电缆3连接供电装置2，受电装置4将以太网络电缆3其中的第一接脚P1以及第二接脚P2相接，使得第一接脚P1及第二接脚P2之间短路或接近于短路状态。供电装置2例如是无线网络转接器，受电装置4例如是网络摄影机，以太网络电缆3的两端例如是RJ45接口，两端分别有8个对应的脚位。

电源电路22例如可以是从市电转换的直流电压源，提供例如12V或48V的直流电压，通过开关电路20在导通(On)与断开(Off)状态之间切换，控制电源电路22是否输出电压至电源供应输出端Vout，电源供应输出端Vout例如是图1所为的变压器中央抽头处。因此，开关电路20的状态控制供电装置2是否会输出供应电压，以供电给通过以太网络电缆3连接到的受电装置4。开关电路20的状态受控于检测电路24所检测到在以太网络电缆3第一接脚P1以及第二接脚P2之间的第一电阻值RV。

当以太网络电缆3第一接脚P1以及第二接脚P2之间为开路(Open)时，即当未连接任何受电装置时，相当于第一电阻值RV是一个非常大的数值，此时开关电路20的状态为断开，供电装置2不会供应电源。

当以太网络电缆3的另一端有连接受电装置4’(与图3的受电装置4不同)时，则检测电路24会检测到在第一接脚P1以及第二接脚P2之间有一个第一电阻值RV，第一电阻值RV例如来自受电装置4’内部的电阻，当第一电阻值RV不小于临界电阻值Rth时，则不属于供电装置2预先设定的供电对象，开关电路20状态为断开。

当第一电阻值RV小于临界电阻值Rth时，例如图3所示，受电装置4将以太网络电缆3的第一接脚P1以及第二接脚P2相接，则检测电路24检测到的第一电阻值RV很小(仅以太网络电缆3上的电阻)，此时开关电路20状态为导通，供电装置2会透过以太网络电缆3供应电源至受电装置4。

如图1所示的以太网络供电方式中，以太网络电缆的第4、5、7、8脚位并未被指定特定用途，因此本发明的实施例可以利用第4、5、7、8脚位以检测第一电阻值RV。第一接脚P1可以是一对双绞线组合的第4脚位或第5脚位，第二接脚P2可以是另一对双绞线组合的第7脚位或第8脚位，例如一种实施方式是以第4脚位作为第一接脚P1，以第7脚位作为第二接脚P2，另一种实施方式是以第5脚位作为第一接脚P1，以第8脚位作为第二接脚P2。

供电装置2与受电装置4是互相配对的设计。受电装置4通过将第一接脚P1以及第二接脚P2相接，使得检测电路24检测到的第一电阻值RV小于临界电阻值Rth，因而决定能够供电至受电装置4，临界电阻值Rth例如是25Ω或50Ω，视实际设计需求而决定。相对的，当不同于受电装置4的其他受电装置4’(例如笔记本电脑)连接时，由于其他受电装置4’内部并没有将第一接脚P1以及第二接脚P2相接，检测电路24检测到的第一电阻值RV例如是150Ω，例如是来自受电装置4’在第4脚位与第7脚位之间的电阻，则供电装置2决定不会供电给受电装置4’，以避免未预期的供电行为造成受电装置4’的可能受损。

供电装置2可以有多种实作方式，只要检测电路24能够检测电阻值，开关电路20能够根据电阻检测的结果切换状态即可。以下示例说明一种可能的实作方式，然本发明并不限于以下实施例的电路结构。

图4为依据本发明第一实施例的供电装置一种实作方式的电路图。供电装置5包括开关电路50、电源电路52、以及检测电路54。检测电路54包括晶体管T1(例如NMOS)，具有控制端(例如栅极)耦接第一接脚P1并且经由电阻R1耦接电源电路52、第一端(例如漏极)经由电阻R2耦接电源电路52、以及第二端(例如源极)耦接第二接脚P2。

开关电路50包括晶体管T2(例如NMOS)以及第三晶体管T3(例如PMOS)。晶体管T2具有控制端(例如栅极)耦接晶体管T1的第一端、第一端(例如漏极)经由电阻R3耦接电源电路52、以及第二端(例如源极)耦接晶体管T1的第二端。晶体管T3具有控制端(例如栅极)耦接晶体管T2的第一端、第一端(例如漏极)耦接电源供应输出端Vout、以及第二端(例如源极)耦接电源电路52。

供电装置5的操作说明如下，将电源电路52输出电压位准定为Vcc(例如+12V)，第二接脚P2所连接之处的位准定义为共同地(Ground)以便于理解说明。当第一接脚P1与第二接脚P2之间开路时，电阻R1不会流经电流，第一接脚P1电位约为Vcc，晶体管T1导通，拉低晶体管T2的控制端电压，因此晶体管T2断开，晶体管T3的控制端电位约为Vcc，晶体管T3断开，电源电路52不会输出电压到电源供应输出端Vout。

而当第一接脚P1与第二接脚P2之间有第一电阻值RV＝150Ω时(其他受电装置4’)，电源电路52输出电压Vcc经由电阻R1(例如1KΩ)以及第一电阻值RV分压，第一接脚P1的电压仍然足够高而使得晶体管T1导通，因此如上所述，晶体管T2断开且晶体管T3断开，电源电路52不会输出电压到电源供应输出端Vout。

当受电装置4将第一接脚P1与第二接脚P2相接时(第一电阻值RV～0Ω)，第一接脚P1的电压接近共同地的位准，不足以使得晶体管T1导通，晶体管T2的控制端电压会上升至Vcc，使得晶体管T2导通，拉低晶体管T3的控制端电位，使得晶体管T3导通，电源电路52输出电压到电源供应输出端Vout，此时供电装置5可以供电给受电装置4。

上述的实作方式中，供电装置5更可以包括电容C1，电容C1可以防止在电路一开始通电时可能产生的误动作，例如可能导致晶体管T3短暂的导通。

上述供电装置5的电路元件仅为示例性说明，其中的晶体管T1～T3可以选用任何适当的开关元件，包括BJT、MOSFET、CMOS等等，其余被动元件的连接方式，包括电阻与电容，也可依据选用的开关元件以及极性作适当的调整。

图5为依据本发明第二实施例的供电装置的示意图。供电装置2’与第一实施例供电装置2的差别在于，检测电路24’更依据以太网络电缆其中的第三接脚P3以及第四接脚P4之间的一第二电阻值RZ控制开关电路20的状态。

开关电路20的状态控制方式例如可以是当第一电阻值RV与第二电阻值RZ不相等或相差较大时，检测电路24’控制开关电路20导通；当第一电阻值RV与第二电阻值RZ相等或相近时，检测电路24’控制开关电路20断开。

例如当第一接脚P1以及第二接脚P2之间为开路，且第三接脚P3以及第四接脚P4之间为开路时，即当未连接任何受电装置时，相当于第一电阻值RV与第二电阻值RZ皆是非常大的数值，此时检测电路24’检测到的结果为第一电阻值RV与第二电阻值RZ相等，开关电路20的状态为断开，供电装置2’不会供应电源。类似的，例如当第一接脚P1以及第二接脚P2之间有第一电阻值RV＝150Ω，且第三接脚P3以及第四接脚P4之间有第二电阻值RZ＝150Ω时，检测电路24’亦会控制开关电路20断开。

而当第一接脚P1以及第二接脚P2之间接近短路状态，第一电阻值RV近似0Ω，且第三接脚P3以及第四接脚P4之间有一个较大的第二电阻值RZ，例如RZ＝1KΩ，则检测电路24’检测到的结果为第一电阻值RV与第二电阻值RZ不相等，控制开关电路20导通，供电装置2’可以透过以太网络电缆供应电源。

如前所述，以太网络电缆的第4、5、7、8脚位并未被指定特定用途，在此实施例中，第一接脚P1可以是以太网络电缆的第4脚位，第二接脚P2可以是以太网络电缆的第7脚位，第三接脚P3可以是以太网络电缆的第5脚位，第四接脚P4可以是以太网络电缆的第8脚位。即可以利用第1、2、3、6传送数据以及电源，利用第4、5、7、8脚位检测电阻值，判断是否为适当的受电装置。

图6为依据本发明第二实施例的供电系统的示意图。供电系统S2包括供电装置2’、以太网络电缆3以及受电装置6，供电装置2’与受电装置6是互相配对的设计。受电装置6将以太网络电缆3其中的第一接脚P1以及第二接脚P2相接，且受电装置6包括一内部电阻RI，内部电阻RI的两端分别连接至以太网络电缆3的第三接脚P3以及第四接脚P4。因此，当此受电装置6透过以太网络电缆3连接至供电装置2’时，检测电路24’检测到第一电阻值RV与第二电阻值RZ不相等，供电装置2’可以透过以太网络电缆3供电给受电装置6。

供电装置2’可以有多种实作方式，只要检测电路24’能够检测第一电阻值RV以及第二电阻值RZ，开关电路20能够根据检测结果切换状态即可。以下示例说明一种可能的实作方式，然本发明并不限于以下实施例的电路结构。

图7为依据本发明第二实施例的供电装置一种实作方式的电路图。供电装置7包括开关电路70、电源电路72、以及检测电路74。电源电路72可以提供两种输出电压位准VCC(例如+12V)以及VDD(例如+3.3V)，其中VDD可作为供电装置7内部数位逻辑电路所需的电源供应。检测电路74检测第一接脚P1与第二接脚P2之间的电阻值以及第三接脚P3与第二接脚P4之间的电阻值，且检测电路74包括一个XOR闸G1。

第一接脚P1与第二接脚P2之间的第一电阻值RV影响晶体管T4的输出状态，第三接脚P3与第四接脚P4之间的第二电阻值RZ影响晶体管T5的输出状态，关于晶体管T4以及晶体管T5的操作，可以参考前述图4以及供电装置5的相关说明，于此不再赘述。当第一电阻值RV与第二电阻值RZ对晶体管输出造成的影响相同时，XOR闸G1的输出为逻辑0，晶体管T6及T7不导通，因此不会供电；反之，当第一电阻值RV与第二电阻值RZ对晶体管输出造成的影响不同时，XOR闸G1的输出为逻辑1，晶体管T6及T7导通，因此能够提供电源到电源供应输出端Vout。

上述供电装置7的电路元件仅为示例性说明，其中的晶体管T4～T7可以选用任何适当的开关元件，包括BJT、MOSFET、CMOS等等，亦可以适当地增减开关元件以符合操作环境与设计条件。其余被动元件的连接方式，包括电阻与电容，也可依据选用的开关元件以及极性作适当的调整。

于本发明上述实施例的供电装置以及供电系统，由于使用以太网络电缆供电，能够使得受电装置所设置的位置更具有弹性，不必受限于市电插座的位置。而供电装置能够通过检测电阻值，以判断所连接的受电装置是否为适当的供电对象，当检测到的电阻值符合预设范围时，或者当检测到的多个电阻值符合特定条件时，才将电源供应至受电装置，如此有助于供电装置与受电装置之间的配对关系，能够使得供电装置选择性的供电，仅当受电装置属于设定的供电对象时，才会供应电源，也能够避免当其他装置透过以太网络电缆连接供电装置时，未预期地被供电而导致的电路受损。受电装置通过将以太网络电缆的两个接脚相接，或通过提供不同的电阻值，而能够成功被供电装置辨识进而得到所需的供应电源。

此外，本发明提供一种简单且有效率的电路设计，能够有效检测接脚之间的电阻值，避免需使用额外的微处理器以判断受电装置是否为适当的供电对象，以不占用空间的硬体设计，解决供电装置与受电装置之间的配对过程，有效节省成本。

利用以太网络电缆中未定义用途的第4、5、7、8脚位以检测电阻值，不会影响到以太网络的连接架构，如图1所示，仍然能够利用第1、2、3、6正常的提供电源以及传输数据，无需作架构上的调整，但同时能够利用第4、5、7、8脚位作为供电装置与受电装置之间的配对手段，达成选择性供电的目的。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种供电装置，用以连接一以太网络电缆，其特征在于，该供电装置包括：

一开关电路；

一电源电路，经由该开关电路耦接一电源供应输出端；以及

一检测电路，依据该以太网络电缆其中的一第一接脚以及一第二接脚之间的一第一电阻值控制该开关电路的状态。

2.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，当该第一电阻值小于一临界电阻值时，该检测电路控制该开关电路导通。

3.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，当该第一电阻值大于或等于一临界电阻值时，该检测电路控制该开关电路断开。

4.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，该第一接脚是该以太网络电缆的第四脚位或第五脚位，该第二接脚是该以太网络电缆的第七脚位或第八脚位。

5.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，该检测电路还依据该以太网络电缆其中的一第三接脚以及一第四接脚之间的一第二电阻值控制该开关电路的状态。

6.根据权利要求5所述的供电装置，其特征在于，当该第一电阻值与该第二电阻值不相等时，该检测电路控制该开关电路导通。

7.根据权利要求5所述的供电装置，其特征在于，当该第一电阻值与该第二电阻值相等时，该检测电路控制该开关电路断开。

8.根据权利要求5所述的供电装置，其特征在于，该第一接脚是该以太网络电缆的第四脚位，该第二接脚是该以太网络电缆的第七脚位，该第三接脚是该以太网络电缆的第五脚位，该第四接脚是该以太网络电缆的第八脚位。

9.一种供电系统，其特征在于，该供电系统包括：

一以太网络电缆；

一供电装置，包括：

一开关电路；

一电源电路，经由该开关电路耦接一电源供应输出端；以及

一检测电路，依据该以太网络电缆其中的一第一接脚以及一第二接脚之间的一第一电阻值控制该开关电路的状态；以及

一受电装置，通过该以太网络电缆连接该供电装置，该受电装置将该以太网络电缆其中的该第一接脚以及该第二接脚相接。

10.根据权利要求9所述的供电系统，其特征在于，该第一接脚是该以太网络电缆的第四脚位或第五脚位，该第二接脚是该以太网络电缆的第七脚位或第八脚位。

11.一种供电系统，其特征在于，该供电系统包括：

一以太网络电缆；

一供电装置，包括：

一开关电路；

一电源电路，经由该开关电路耦接一电源供应输出端；以及

一检测电路，依据该以太网络电缆其中的一第一接脚以及一第二接脚之间的一第一电阻值，以及依据该以太网络电缆其中的一第三接脚以及一第四接脚之间的一第二电阻值，控制该开关电路的状态；以及

一受电装置，通过该以太网络电缆连接该供电装置，该受电装置将该以太网络电缆的该第一接脚以及该第二接脚之间相接，该受电装置包括一内部电阻，该内部电阻的两端分别连接至该以太网络电缆的该第三接脚以及该第四接脚。

12.根据权利要求11所述的供电系统，其特征在于，该第一接脚是该以太网络电缆的第四脚位，该第二接脚是该以太网络电缆的第七脚位，该第三接脚是该以太网络电缆的第五脚位，该第四接脚是该以太网络的第八脚位。