CN105548680B - 一种以太网用电设备功率等级检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种以太网用电设备功率等级检测电路，其包括比较使能电路、稳压调节电路和特征电流检测电路。其中比较使能电路通过系统输入电压的大小判断供电系统是否处于功率等级检测阶段。稳压调节电路对系统输入电压进行转换和稳压，并输出功率等级检测电压给特征电流检测电路。特征电流检测电路将功率等级检测电压施加到特征电阻上，并形成特征电流输出。以太网供电系统根据特征电流的大小判断用电设备的功率等级。本发明通过精确识别用电设备的功率等级，保证了以太网供电系统的有效供电。为防止电路在功率等级检测阶段的临界电压点反复跳转，本发明通过电路结构设计，引入了电压比较裕度，使电路运行更加稳定。

Description

一种以太网用电设备功率等级检测电路

技术领域

本发明涉及以太网供电系统设计，尤其涉及的是，一种以太网用电设备功率等级检测电路设计。

背景技术

在以太网供电系统中，不同用电设备处于不同的功率等级。为了实现以太网供电系统的有效供电，在供电前要首先检测用电设备的功率等级。用电设备功率等级识别的基本方法是检测用电设备功率等级识别电阻中流过的电流。本发明以实现以太网用电设备功率等级精确识别为目的，以IEEE802.3af标准为依据，设计了适用于以太网供电系统的用电设备功率等级检测电路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种以太网用电设备功率等级检测电路。

本发明的技术方案如下：一种以太网用电设备功率等级检测电路，其包括比较使能电路、稳压调节电路和特征电流检测电路。其中系统输入电压及由基准电压源产生的参考电压分别输入到比较使能电路的正相输入端和反相输入端。比较使能电路通过系统输入电压的大小判断供电系统是否处于功率等级检测阶段。若供电系统处于功率等级检测阶段，比较使能电路输出使能信号开启稳压调节电路。当稳压调节电路被开启后，稳压调节电路对系统输入电压进行转换和稳压，并输出功率等级检测电压给特征电流检测电路。在稳压调节电路获得使能信号的同时，特征电流检测电路也从比较使能电路中获得使能信号，并将功率等级检测电压施加到特征电阻上形成特征电流输出。以太网供电系统根据特征电流的大小判断用电设备的功率等级。

以太网用电设备功率等级检测电路中，比较使能电路用于判断系统是否处于功率等级检测阶段，并决定功率等级检测电路是否开始工作。比较使能电路包括系统电压输入端、参考电压输入端、使能信号输出端、1至3号电阻、1至2号MOS管、1号比较器、1至2号反相器。其中1至3号电阻对系统输入电压进行分压，并将分压后的电压在1号比较器中与参考电压进行比较。为了防止比较使能电路在临界电压点反复跳转，1至2号MOS管和1号电阻为比较使能电路引入一个比较裕度。

比较使能电路中，系统电压输入端口连接1号电阻的上端，2号电阻的上端连接1号电阻的下端。3号电阻的上端连接2号电阻的下端，3号电阻的下端接地。1号MOS管的源极连接1号电阻的下端，1号MOS管的漏极连接2号MOS管的漏极。2号MOS管的源极连接3号电阻的上端，2号MOS管的栅极连接1号反相器的输出端。1号比较器的反相输入端连接参考电压输入端，1号比较器的正相输入端连接2号MOS管的漏极。1号比较器的输出端连接1号反相器的输入端，1号反相器的输出端连接2号反相器的输入端，2号反相器的输出端连接使能信号输出端。

以太网用电设备功率等级检测电路中，稳压调节电路用于输出功率等级检测电压。功率等级检测电压为固定数值电压，因此稳压调节电路在调节输出电压的同时又具有反馈稳压功能。当稳压调节电路接收到使能信号后，电路才开始工作，并稳定输出功率等级检测电压。稳压调节电路包括系统电压输入端、使能信号输入端、偏置电压输入端、参考电压输入端、基准电流源输入端、功率等级检测电压输出端、3至16号MOS管、1号二极管、1号电容、4至5号电阻。功率等级检测电压的取值由参考电压及4至5号电阻决定，其表达式为Vgrade＝(1+R4/R5)×Vref。其中Vgrade表示功率等级检测电压，Vref表示参考电压，R4表示4号电阻值，R5表示5号电阻值。当使能信号为低电平时，13号MOS管和14号MOS管被关断，稳压调节电路处于工作状态。当使能信号为高电平时，8号MOS管、9号MOS管和10号MOS管被关断，稳压调节电路停止工作。

在稳压调节电路中，使能信号输入端连接3号MOS管的栅极并连接15号MOS管的栅极。系统电压输入端连接5号MOS管的源极并连接6号MOS管的源极，1号二极管的阴极连接6号MOS管的源极，16号MOS管的漏极连接1号二极管的阴极。基准电流输入端连接3号MOS管的漏极并连接4号MOS管的漏极，4号MOS管的栅极连接3号MOS管的漏极。参考电压输入端连接10号MOS管的栅极，10号MOS管的源极连接12号MOS管的漏极，10号MOS管的漏极连接8号MOS管的源极。偏置电压输入端连接9号MOS管的栅极并连接13号MOS管的栅极，9号MOS管的栅极连接8号MOS管的栅极。功率等级检测电压输出端连接16号MOS管的源极，4号电阻的上端连接功率等级检测电压输出端，4号电阻的下端连接5号电阻的上端，5号电阻的下端接地。

以太网用电设备功率等级检测电路中，特征电流检测电路的作用为接收功率等级检测电压，并将其施加在特征电阻上形成特征电流。不同以太网用电设备功率等级不同，因此其功率等级检测电路中设置的特征电阻的阻值也不同。以太网供电系统根据不同特征电阻上形成的特征电流来判断用电设备的功率等级。特征电流检测电路包括功率等级检测电压输入端、特征电流输出端、使能信号输入端、特征电阻、17号MOS管、3号反相器。当使能信号为低电平时，17号MOS管开通，特征电流检测电路开始工作。当使能信号为高电平时，17号MOS管关断，特征电流检测电路停止工作。特征电流检测电路中，功率等级检测电压输入端连接特征电阻的上端，特征电阻的下端连接17号MOS管的漏极。使能信号输入端连接3号反相器的输入端，3号反相器的输出端连接17号MOS管的栅极。特征电流输出端连接17号MOS管的漏极，17号MOS管的源极接地。

本发明主要用于以太网供电系统中用电设备的功率等级检测，通过精确识别用电设备的功率等级，保证以太网供电系统的有效供电。本发明为防止电路在功率等级检测阶段的临界电压点反复跳转，通过电路结构设计，引入了电压比较裕度，使电路运行更加稳定。为了使电路能够合理工作，本发明通过使能信号控制稳压调节电路和特征电流检测电路，只有当供电系统进入功率等级检测阶段后，电路才被开通。可见，本发明具有结构简单，稳定性好等优点。

附图说明

图1为本发明的系统结构方框图；

图2为本发明的比较使能电路结构图；

图3为本发明的稳压调节电路结构图；

图4为本发明的特征电流检测电路结构图；

图5为本发明的系统整体电路结构图；

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。本说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当某一元件固定于另一个元件，包括将该元件直接固定于该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其它元件固定于该另一个元件。当一个元件连接另一个元件，包括将该元件直接连接到该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其它元件连接到该另一个元件。

如图1所示，以太网用电设备功率等级检测电路，其包括比较使能电路、稳压调节电路和特征电流检测电路。其中系统输入电压Vin及由基准电压源产生的参考电压Vref分别输入到比较使能电路的正相输入端和反相输入端。比较使能电路通过系统输入电压Vin的大小判断供电系统是否处于功率等级检测阶段。若供电系统处于功率等级检测阶段，比较使能电路输出使能信号Ven开启稳压调节电路。例如，以太网供电系统的功率等级检测的工作电压范围为15.5V至21.5V。如果系统输入电压Vin小于21.5V，则比较使能电路输出的使能信号Ven为0，稳压调节电路被开启。如果系统输入电压Vin大于21.5V，则说明功率等级检测已结束，比较使能电路输出的使能信号Ven为1，稳压调节电路被关闭。当稳压调节电路被开启后，稳压调节电路对系统输入电压Vin进行转换和稳压，并输出功率等级检测电压Vgrade给特征电流检测电路。在稳压调节电路获得使能信号Ven的同时，特征电流检测电路也从比较使能电路中获得使能信号Ven，并输出特征电流Iar供系统进行功率等级识别。

如图2所示，以太网用电设备功率等级检测电路中，比较使能电路用于判断系统是否处于功率等级检测阶段，并决定功率等级检测电路是否开始工作。比较使能电路包括系统电压输入端Vin、参考电压输入端Vref、使能信号输出端Ven、电阻R1至R3、MOS管M1至M2、比较器P1、反相器B1至B2。其中电阻R1至R3对系统输入电压Vin进行分压，并将分压后的电压在比较器P1中与参考电压Vref进行比较。为了防止比较使能电路在临界电压点反复跳转，MOS管M1至M2和电阻R1为比较使能电路引入一个比较裕度。例如，参考电压Vref为2.5V，电阻R1为185Ω，电阻R2为5Ω，电阻R3为25Ω，或者参考电压Vref为2.5V，电阻R1为370Ω，电阻R2为10Ω，电阻R3为50Ω。则比较使能电路将引入一个0.5V的比较裕度。当系统输入电压Vin由低向高变化时，若系统输入电压Vin小于21.5V，使能信号Ven为0，若系统输入电压Vin大于21.5V，使能信号Ven为1。当系统输入电压由高向低变化时，若系统输入电压Vin小于21V，使能信号Ven为0，若系统输入电压Vin大于21V，使能信号Ven为1。

比较使能电路中，系统电压输入端口Vin连接电阻R1的上端，电阻R2的上端连接电阻R1的下端。电阻R3的上端连接电阻R2的下端，电阻R3的下端接地。MOS管M1的源极连接电阻R1下端，MOS管M1的漏极连接MOS管M2的漏极。MOS管M2的源极连接电阻R3的上端，MOS管M2的栅极连接反相器B1的输出端。比较器P1的反相输入端连接参考电压输入端Verf，比较器P1的正相输入端连接MOS管M2的漏极。比较器P1的输出端连接反相器B1的输入端，反相器B1的输出端连接反相器B2的输入端，反相器B2的输出端连接使能信号输出端Ven。

如图3所示，以太网用电设备功率等级检测电路中，稳压调节电路用于输出功率等级检测电压Vgrade。功率等级检测电压Vgrade为固定数值电压，因此稳压调节电路在调节输出电压的同时又具有反馈稳压功能。当稳压调节电路接收到使能信号Ven后，电路才开始工作，并稳定输出功率等级检测电压Vgrade。稳压调节电路包括系统电压输入端Vin、使能信号输入端Ven、偏置电压输入端Vp、参考电压输入端Vref、基准电流源输入端Is、功率等级检测电压输出端Vgrade、MOS管M3至M16、二极管D1、电容C1、电阻R4至R5。功率等级检测电压Vgrade的取值由参考电压Vref及电阻R4至R5决定，其表达式为Vgrade＝(1+R4/R5)×Vref。例如，参考电压Vref为2.5V，电阻R4为15Ω，电阻R5为5Ω，或者参考电压Vref为2.5V，电阻R4为15Ω，电阻R5为5Ω。则可得功率等级检测电压Vgrade为10V。当使能信号Ven为0时，MOS管M13和MOS管M14被关断，稳压调节电路处于工作状态。当使能信号Ven为1时，MOS管M8、MOS管M9和MOS管M10被关断，稳压调节电路停止工作。

在稳压调节电路中，使能信号输入端Ven连接MOS管M3的栅极并连接MOS管M15的栅极。系统电压输入端Vin连接MOS管M5的源极并连接MOS管M6的源极，二极管D1的阴极连接MOS管M6的源极，MOS管M16的漏极连接二极管D1的阴极。基准电流输入端Is连接MOS管M3的漏极并连接MOS管M4的漏极，MOS管M4的栅极连接MOS管M3的漏极。参考电压输入端Vref连接MOS管M10的栅极，MOS管M10的源极连接MOS管M12的漏极，MOS管M10的漏极连接MOS管M8的源极。偏置电压输入端Vp连接MOS管M9的栅极并连接MOS管M13的栅极，MOS管M9的栅极连接MOS管M8的栅极。功率等级检测电压输出端Vgrade连接MOS管M16的源极，电阻R4的上端连接功率等级检测电压输出端Vgrade，电阻R4的下端连接电阻R5的上端，R5的下端接地。

如图4所示，以太网用电设备功率等级检测电路中，特征电流检测电路的作用为接收功率等级检测电压Vgrade，并将其施加在特征电阻Rar上形成特征电流Iar。不同以太网用电设备功率等级不同，因此其功率等级检测电路中设置的特征电阻Rar的阻值也不同。例如，用电设备功率等级为0.44W至3.84W，其特征电阻Rar为953Ω，特征电流Iar为9mA至12mA。用电设备功率等级为3.84W至6.49W，其特征电阻Rar为549Ω，特征电流Iar为17mA至20mA。用电设备功率等级为6.49W至12.95W，其特征电阻Rar为357Ω，特征电流Iar为26mA至30mA。以太网供电系统根据不同特征电阻Rar上形成的特征电流Iar来判断用电设备的功率等级。

特征电流检测电路包括功率等级检测电压输入端Vgrade、特征电流输出端Iar、使能信号输入端Ven、特征电阻Rar、MOS管M17、反相器B3。当使能信号Ven为0时，MOS管M17开通，特征电流检测电路开始工作。当使能信号Ven为1时，MOS管M17关断，特征电流检测电路停止工作。特征电流检测电路中，功率等级检测电压输入端Vgrade连接特征电阻Rar的上端，特征电阻Rar的下端连接MOS管M17的漏极。使能信号输入端Ven连接反相器B3的输入端，反相器B3的输出端连接MOS管M17的栅极。特征电流输出端Iar连接MOS管M17的漏极，MOS管M17的源极接地。

如图5所示，以太网用电设备功率等级检测电路包括比较使能电路、稳压调节电路和特征电流检测电路。其中比较使能电路的使能信号输出端口与稳压调节电路的使能信号输入端口及特征电流检测电路的使能信号输入端口连接。当比较使能电路判断出供电系统处于功率检测阶段时，比较使能电路输出使能信号，稳压调节电路和特征电流检测电路开始工作。稳压调节电路的功率等级检测电压输出端口与特征电流检测电路的功率等级检测电压输入端口连接。稳压调节电路对系统输入电压进行转换和稳压，并输出功率等级检测电压。当特征电流检测电路接收到功率等级检测电压后，该电压被施加到特征电阻上，并形成特征电流输出。以太网供电系统根据特征电流的大小判断用电设备的功率等级。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种以太网用电设备功率等级检测电路，其特征在于，其包括比较使能电路、稳压调节电 路和特征电流检测电路；

比较使能电路通过系统输入电压的大小判断供电系统是否处于功率等级检测阶段，并输出使 能信号；

稳压调节电路对系统输入电压进行转换和稳压，并输出功率等级检测电压；

特征电流检测电路将功率等级检测电压施加到特征电阻上，并形成特征电流输出；

比较使能电路 包括系统电压输入端、参考电压输入端、使能信号输出端、1至3号电阻、1至2号MOS管、 1号比较器、1至2号反相器；

系统电压输入 端口连接1号电阻的上端，2号电阻的上端连接1号电阻的下端；

3号电阻的上端连接2号电阻的下端，3号电阻的下端接地；

1号MOS管的源极连接1号电阻的下端，1号MOS管的漏极连接2号MOS管的漏极；

2号MOS管的源极连接3号电阻的上端，2号MOS管的栅极连接1号反相器的输出端；

1号比较器的反相输入端连接参考电压输入端，1号比较器的正相输入端连接2号MOS管的 漏极；

1号比较器的输出端连接1号反相器的输入端，1号反相器的输出端连接2号反相器的输入端， 2号反相器的输出端连接使能信号输出端；

稳压调节电路 包括系统电压输入端、使能信号输入端、偏置电压输入端、参考电压输入端、基准电流源输 入端、功率等级检测电压输出端、3至16号MOS管、1号二极管、1号电容、4至5号电阻；

使能信号输入 端连接3号MOS管的栅极并连接15号MOS管的栅极；

系统电压输入端连接5号MOS管的源极并连接6号MOS管的源极，1号二极管的阴极连接6号MOS管的源极，16号MOS管的漏极连接1号二极管的阴极；

基准电流输入端连接3号MOS管的漏极并连接4号MOS管的漏极，4号MOS管的栅极连 接3号MOS管的漏极；

参考电压输入端连接10号MOS管的栅极，10号MOS管的源极连接12号MOS管的漏极， 10号MOS管的漏极连接8号MOS管的源极；

偏置电压输入端连接9号MOS管的栅极并连接13号MOS管的栅极，9号MOS管的栅极连 接8号MOS管的栅极；

功率等级检测电压输出端连接16号MOS管的源极，4号电阻的上端连接功率等级检测电压 输出端，4号电阻的下端连接5号电阻的上端，5号电阻的下端接地。

2.根据权利要求1所述一种以太网用电设备功率等级检测电路，其特征在于，特征电流检测 电路包括功率等级检测电压输入端、特征电流输出端、使能信号输入端、特征电阻、17号 MOS管、3号反相器；功率等级检测电压输入端连接特征电阻的上端，特征电阻的下端连接17号MOS管的漏极；

使能信号输入端连接3号反相器的输入端，3号反相器的输出端连接17号MOS管的栅极；

特征电流输出端连接17号MOS管的漏极，17号MOS管的源极接地。

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