CN105322814A - 一种poe受电控制电路及poe供电系统 - Google Patents

一种poe受电控制电路及poe供电系统 Download PDF

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Abstract

本发明适用于POE供电领域,提供了一种POE受电控制电路及POE供电系统,该电路包括:第一极性确定单元,用于在完成握手协议后,在供电阶段确定所述供电设备单元输出的电源极性,并生成直流电源电压;受电控制单元,用于与所述供电设备单元实现握手协议,并在供电阶段根据所述直流电源电压输出受电功率;功率扩展单元,用于通过生成辅助电流来扩展所述受电功率的范围。本发明本通过功率扩展单元生成辅助电流来扩展受电功率的范围,解决现有POE供电标准的受电功率太小,无法满足大功率受电设备应用的问题。

Description

一种POE受电控制电路及POE供电系统
技术领域
本发明属于POE供电领域,尤其涉及一种POE受电控制电路及POE供电系统。
背景技术
目前POE供电系统随着网络的大量快速普及而飞速发展,POE(PoweroverEthernet),中文一般称为以太网供电技术,指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不做任何的改动的情况下,为部分基于IP的终端设备传输数据信号的同时,还能为此类设备提供电功率的技术,包括PSE(PowerSourcingEquipment,供电设备)、PD(PoweredDevice,受电设备)两个部分。对于网络通信设备来说,POE供电意味着减少一条供电线路,其具有使用简单、成本低、可靠性高、安全及控制简单等特点,对于工程施工布线有着极大的好处。
然而,对于目前的POE供电标准802.3af,PD端的受电功率仅为12.95W,对于更高功率的POE供电标准802.3at,其PD端的受电功率也仅仅只有25W,现有的PD握手芯片也都按照POE供电标准来设计,其功率一般只满足802.3at的25W标准,对于普通的网络电话、视频电话、小功率的高清视频监控系统及小型交换机类的设备来说,该功率足够其工作,但对于一些大功率的设备,例如个人电脑、PTZ(PanTiltZoom,云台全方位(左右/上下)移动及镜头变倍、变焦控制)功能的高清视频监控系统等设备,其功率不能保证其正常工作。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种POE受电控制电路,旨在解决现有POE供电标准的受电功率太小,无法满足大功率手电设备应用的问题。
本发明实施例是这样实现的,一种POE受电控制电路,连接于供电设备单元与受电设备之间,所述电路包括:
第一极性确定单元,用于在完成握手协议后,在供电阶段确定所述供电设备单元输出的电源极性,并生成直流电源电压,所述第一极性确定单元的第一、第二输入端均与所述供电设备单元的输出端连接;
受电控制单元,用于与所述供电设备单元实现握手协议,并在供电阶段根据所述直流电源电压输出受电功率,所述受电控制单元的正向电源端与所述第一极性确定单元的正向输出端连接,所述受电控制单元的反向电源端与所述第一极性确定单元的反向输出端连接,所述受电控制单元的输出端与所述受电设备连接;
功率扩展单元,用于通过生成辅助电流来扩展所述受电功率的范围,所述功率扩展单元的第一输入端与所述受电控制单元的正向电源端连接,所述功率扩展单元的第二输入端与所述受电控制单元的负载端连接,所述功率扩展单元的输出端与所述受电控制单元的反向电源端连接。
本发明实施例的另一目的在于,提供一种POE供电系统,包括供电设备单元以及包括上述POE受电控制电路的受电设备单元。
本发明实施例是基于POE供电系统PD端标准协议基础上,通过功率扩展单元生成辅助电流来扩展受电功率的范围,可以实现任意受电功率的POE供电传输,解决现有POE供电标准的受电功率太小,无法满足大功率手电设备应用的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的POE受电控制电路的结构图;
图2为本发明实施例提供的基于POE供电标准802.3af的POE受电控制电路的示例电路结构;
图3为受电控制芯片的内部结构图;
图4为本发明实施例提供的基于POE供电标准802.3at的POE受电控制电路的示例电路结构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例是基于POE供电系统PD端标准协议基础上,通过功率扩展单元生成辅助电流来扩展受电功率的范围,解决现有POE供电标准的受电功率太小,无法满足大功率手电设备应用的问题。
图1示出了本发明实施例提供的POE受电控制电路的结构,为了便于说明,仅示出了与本发明相关的部分。
作为本发明一实施例,该POE受电控制电路1,连接于供电设备(PSE)单元2与受电设备3之间,可以应用于任何POE供电系统中,包括:
第一极性确定单元11,用于在完成握手协议后,在供电阶段确定供电设备单元输出的电源极性,并生成直流电源电压VDD,第一极性确定单元11的第一、第二输入端均与供电设备(PSE)单元2的输出端连接;
受电控制单元12,用于与供电设备单元2实现握手协议,并在供电阶段根据直流电源电压VDD输出受电功率PowerGood,受电控制单元12的正向电源端与第一极性确定单元11的正向输出端连接,受电控制单元12的反向电源端与第一极性确定单元11的反向输出端连接,受电控制单元12的输出端与受电设备连接;
功率扩展单元13,用于通过生成辅助电流来扩展受电功率的范围,功率扩展单元13的第一输入端与受电控制单元12的正向电源端连接,功率扩展单元13的第二输入端与受电控制单元12的负载端连接,功率扩展单元13的输出端与受电控制单元12的反向电源端连接。
在本发明实施例中,供电设备(PSE)单元2包括供电设备及其必要的控制电路,受电设备3可以是视频电话、小型交换机等小功率受电设备,也可以是个人电脑、PTZ功能的高清视频监控系统等大功率受电设备。
本发明实施例是基于POE供电系统PD端标准协议基础上,通过功率扩展单元生成辅助电流来扩展受电功率的范围,解决现有POE供电标准的受电功率太小,无法满足大功率手电设备应用的问题。
以下通过具体实施例详细说明。
图2是基于POE供电标准802.3af的POE受电控制电路的示例电路结构,为了便于说明,仅示出了与本发明相关的部分。
作为本发明一实施例,第一极性确定单元11可以采用整流桥实现,该整流桥的第一端和第三端分别为第一极性确定单元11的第一、第二输入端,整流桥的第二端和第四端分别为第一极性确定单元11的正、反向输出端。
受电控制单元12包括:
电阻R1、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1及受电控制芯片U1;
受电控制芯片U1的ILIM引脚与电阻R6的一端连接,受电控制芯片U1的CLASS引脚与电阻R5的一端连接,电阻R5的另一端、电阻R6的另一端均为受电控制单元12的反向电源端,受电控制芯片U1的DET引脚与电阻R4的一端连接,电阻R4的另一端为受电控制单元12的正向电源端,受电控制芯片U1的VSS引脚为受电控制单元12的反向电源端,受电控制芯片U1的RTN引脚为受电控制单元12的负载端,受电控制芯片U1的PG引脚为受电控制单元12的输出端,受电控制芯片U1的UVLO引脚同时与电阻R7的一端和电阻R1的一端连接,电阻R7的另一端为受电控制单元12的正向电源端,电阻R1的另一端与受电控制芯片U1的PWPd引脚连接,受电控制芯片U1的PWPd引脚为受电控制单元12的反向电源端,受电控制芯片U1的VDD引脚为受电控制单元12的正向电源端,电容C1的两端分别为受电控制单元12的正、反向电源端。
受电控制芯片U1各个引脚的功能如下:
ILIM 启动瞬间电流限制,通过外接电阻设置限制电流大小
CLASS POE系统功率大小控制,通过外接电阻设置POE系统功率等级
DET 使能芯片工作
VSS 芯片对应源端(PSE端)的电流回流线路
RTN 芯片对应负载端的电流回流线路
PG POE系统握手成功信号接口
UVLO 最低启动电压设置接口
VDD 源端(PSE端)电源接入端口
在本发明实施例中,受电控制芯片U1完成与供电设备(PSE)单元2的握手协议,当握手完成后,供电设备(PSE)单元2向输入端POE12、POE36输出供电,经整流桥确定极性后,第一极性确定单元11的正、反向输出端输出48V的直流电源电压VDD,此时,受电控制芯片U1内部下面的MOS管会导通,参见图3,电流从受电控制芯片U1内部的两个MOS管流过,此时若不增加功率扩展单元13,MOS管的最大通流量及该MOS管的过流保护机制决定了此时的最大受电功率。由于MOS管封装在芯片内部,其最大通流量是固定由芯片生产公司决定的,使用者无法更改,因此本申请通过设置功率扩展单元13来产生辅助电流,进而扩展受电功率的范围。
功率扩展单元13包括:
电阻R2、电容C2以及第二开关管Q2;
电容C2的一端为功率扩展单元13的第一输入端,电容C2的另一端接地并与电阻R2的一端连接,电阻R2的另一端为功率扩展单元13的第二输入端与第二开关管Q2的控制端连接,第二开关管Q2的输入端接地,第二开关管Q2的输出端为功率扩展单元13的输出端。
作为本发明一优选实施例,第二开关管Q2为PNP型三极管,PNP型三极管的基极为第二开关管Q2的控制端,PNP型三极管的发射极为第二开关管Q2的输入端,PNP型三极管的集电极为第二开关管Q2的输出端。
在本发明实施例中,功率扩展单元13由第二开关管Q2以及电阻R2、电容C2组成外置的开关系统。当第一极性确定单元11的输入端(即PD端)接入POE供电系统后,受电控制芯片U1完成与供电设备(PSE)单元2的握手协议,当握手完成后,电容C2充电,当负载电流小于600mA时,电阻R2两端会产生小于0.6V的电压,此时,第二开关管Q2保持截止状态,受电控制芯片U1内部的MOS导通,电流从芯片内部的MOS管流回前端(即第一极性确定单元11的反向输出端)。
当负载电流大于600mA后,若没有功率扩展单元13,芯片会进入过流状态,芯片的过流保护系统会控制芯片停止工作,进而无法输出受电功率,然而,本发明实施例设置了功率扩展单元13后,流过电阻R2的电流超过600mA后,电阻R2两端产生0.6V的压降,此时,第二开关管Q2的CE极间也有了0.6V的压降(设第二开关管Q2的CE极导通电压为0.6V),第二开关管Q2开始导通,那么,超过600mA的电流从电阻R3到第二开关管Q2再到前端(即第一极性确定单元11的反向输出端)。
此时,POE受电控制电路能通过的最大电流ITO为:
ITO=IRTN+IQ2
其中,IRTN为受电控制芯片U1能通过的最大电流,IQ2为功率扩展单元13能通过的最大电流。
在本发明实施例中,通过选用不同通流量的开关管及匹配的电阻即可改变整个POE供电系统的受电功率,而其它电路及元器件参数不需要随功率不同而进行更改。并且,本发明实施例在理论上可以实现任意功率的POE供电传输,但实际上最大受电功率会受限于传输线路的阻抗。
值得说明的是,本发明实施例可以与任意的PD握手芯片(即受电控制芯片)配合使用。
本发明实施例是基于POE供电系统PD端标准协议基础上,通过功率扩展单元生成辅助电流来扩展受电功率的范围,可以实现任意受电功率的POE供电传输,解决现有POE供电标准的受电功率太小,无法满足大功率手电设备应用的问题。
图4是基于POE供电标准802.3at的POE受电控制电路的示例电路结构,为了便于说明,仅示出了与本发明相关的部分。
作为本发明一实施例,该POE受电控制电路还包括:
第二极性确定单元14,第二极性确定单元14的第一输入端POE45、第二输出端POE78均与供电设备(PSE)单元2的输出端连接,第二极性确定单元14的正、反向输出端分别与受电控制单元12的正、反向电源端连接。
作为本发明一实施例,功率扩展单元13还包括:
电阻R3和第一开关管Q1;
电阻R3连接于第二开关管Q2的输入端与接地端之间,第一开关管Q1的控制端与第二开关管Q2的输入端连接,第一开关管Q1的输入端与电阻R2的一端连接,第一开关管Q1的输入端还接地,第一开关管Q1的输出端与电阻R2的另一端连接。
作为本发明一优选实施例,第一开关管Q1为PNP型三极管,PNP型三极管的基极为第一开关管Q1的控制端,PNP型三极管的发射极为第一开关管Q1的输入端,PNP型三极管的集电极为第一开关管Q1的输出端。
在本发明实施例中,电阻R3和第一开关管Q1构成的保护电路,当通过第二开关管Q2的电流在电阻R3上反映的电压超过0.6V时,第二开关管Q2导通,第一开关管Q1截止,功率扩展单元13停止工作,进入过流保护状态,以防止二开关管Q2因通过过大的电流而烧毁。
本发明实施例的另一目的在于,提供一种POE供电系统,该POE供电系统包括供电设备单元和受电设备单元,其中受电设备单元包括上述实施例中的POE受电控制电路。
本发明实施例是基于POE供电系统PD端标准协议基础上,通过功率扩展单元生成辅助电流来扩展受电功率的范围,可以实现任意受电功率的POE供电传输,解决现有POE供电标准的受电功率太小,无法满足大功率手电设备应用的问题。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种POE受电控制电路,连接于供电设备单元与受电设备之间,其特征在于,所述电路包括:
第一极性确定单元,用于在完成握手协议后,在供电阶段确定所述供电设备单元输出的电源极性,并生成直流电源电压,所述第一极性确定单元的第一、第二输入端均与所述供电设备单元的输出端连接;
受电控制单元,用于与所述供电设备单元实现握手协议,并在供电阶段根据所述直流电源电压输出受电功率,所述受电控制单元的正向电源端与所述第一极性确定单元的正向输出端连接,所述受电控制单元的反向电源端与所述第一极性确定单元的反向输出端连接,所述受电控制单元的输出端与所述受电设备连接;
功率扩展单元,用于通过生成辅助电流来扩展所述受电功率的范围,所述功率扩展单元的第一输入端与所述受电控制单元的正向电源端连接,所述功率扩展单元的第二输入端与所述受电控制单元的负载端连接,所述功率扩展单元的输出端与所述受电控制单元的反向电源端连接。
2.如权利要求1所述的电路,其特征在于,所述第一极性确定单元为整流桥,所述整流桥的第一端和第三端分别为所述第一极性确定单元的第一、第二输入端,所述整流桥的第二端和第四端分别为所述第一极性确定单元的正、反向输出端。
3.如权利要求1所述的电路,其特征在于,所述电路还包括:
第二极性确定单元,所述第二极性确定单元的第一、第二输入端均与所述供电设备单元的输出端连接,所述第二极性确定单元的正、反向输出端分别与所述受电控制单元的正、反向电源端连接。
4.如权利要求1所述的电路,其特征在于,所述受电控制单元包括:
电阻R1、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1及受电控制芯片;
所述受电控制芯片的ILIM引脚与所述电阻R6的一端连接,所述受电控制芯片的CLASS引脚与所述电阻R5的一端连接,所述电阻R5的另一端、所述电阻R6的另一端均为所述受电控制单元的反向电源端,所述受电控制芯片的DET引脚与所述电阻R4的一端连接,所述电阻R4的另一端为所述受电控制单元的正向电源端,所述受电控制芯片的VSS引脚为所述受电控制单元的反向电源端,所述受电控制芯片的RTN引脚为所述受电控制单元的负载端,所述受电控制芯片的PG引脚为所述受电控制单元的输出端,所述受电控制芯片的UVLO引脚同时与所述电阻R7的一端和所述电阻R1的一端连接,所述电阻R7的另一端为所述受电控制单元的正向电源端,所述电阻R1的另一端与所述受电控制芯片的PWPd引脚连接,所述受电控制芯片的PWPd引脚为所述受电控制单元的反向电源端,所述受电控制芯片的VDD引脚为所述受电控制单元的正向电源端,所述电容C1的两端分别为所述受电控制单元的正、反向电源端。
5.如权利要求1所述的电路,其特征在于,所述功率扩展单元包括:
电阻R2、电容C2以及第二开关管;
所述电容C2的一端为所述功率扩展单元的第一输入端,所述电容C2的另一端接地并与所述电阻R2的一端连接,所述电阻R2的另一端为所述功率扩展单元的第二输入端与所述第二开关管的控制端连接,所述第二开关管的输入端接地,所述第二开关管的输出端为所述功率扩展单元的输出端。
6.如权利要求5所述的电路,其特征在于,所述第二开关管为PNP型三极管,所述PNP型三极管的基极为所述第二开关管的控制端,所述PNP型三极管的发射极为所述第二开关管的输入端,所述PNP型三极管的集电极为所述第二开关管的输出端。
7.如权利要求5所述的电路,其特征在于,所述第二开关管的通流量以及匹配的电阻R2的参数决定输出的受电功率范围。
8.如权利要求5所述的电路,其特征在于,所述功率扩展单元还包括:
电阻R3和第一开关管;
所述电阻R3连接于所述第二开关管的输入端与接地端之间,所述第一开关管的控制端与所述第二开关管的输入端连接,所述第一开关管的输入端与所述电阻R2的一端连接,所述第一开关管的输入端还接地,所述第一开关管的输出端与所述电阻R2的另一端连接。
9.如权利要求8所述的电路,其特征在于,所述第一开关管为PNP型三极管,所述PNP型三极管的基极为所述第一开关管的控制端,所述PNP型三极管的发射极为所述第一开关管的输入端,所述PNP型三极管的集电极为所述第一开关管的输出端。
10.一种POE供电系统,包括供电设备单元和受电设备单元,其特征在于,所述受电设备单元包括如权利要求1至9任一项所述的POE受电控制电路。
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