CN107342871A - 一种poe供电装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种POE供电装置，包括通过网线接口连接的供电端PSE和受电端PD，所述的PSE包括分别与电源管理模块电连接的AC/DC转换模块、PSE芯片和DC/DC转换模块，所述网线接口包括信号接口和供电接口，所述的PSE芯片分别与DC/DC转换模块和信号接口电连接，所述的供电接口与DC/DC转换模块电连接，PD设置有与信号连接的PD芯片，PD端的供电接口还串联有稳压装置。本发明还公布了其供电方法，能够自动识别POE或非POE设备，识别非POE设备只进行信号传输，对POE设备能够自动提供稳压输入和信号传输，同时还可设置备用电源，在PSE外接断电情况下，仍能够自动启用备用电池工作。

Description

一种POE供电装置和方法
技术领域
本发明涉及以太网供电技术，具体说是一种POE供电装置和方法。
背景技术
POE(Power Over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端(如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等)传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。POE技术能在确保现有结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作，最大限度地降低成本。POE供电系统主要包括PSE(客户端供电设备端)和PD(受电设备端)，PSE作为供电的设备，同时也是整个系统的管理者，PD为PSE的负载，PSE可供多个PD负载。
现有市场上的POE供电系统大多符合IEEE 802.3af标准或IEEE802.3atf标准，在一些非标准或非POE的受电端设备接入时，设备无法正常工作，甚至可能造成设备的损坏，也带来安全问题。同时在POE供电过程中，网线上有较大的压降，这就可能导致远端电压过低，也无法对远端设备正常供电。
目前的电压解决方案是在采用POE供电时，人为的提高供电电压以补偿网线上的压降，这在设备功率变化不大，供电网线长度已确定的情况下是可行的，但实际上，设备的功率变化范围是比较大的。以EPON(Ethernet Passive Optical Network,以太网无源光网络)定制终端为例，忙时的最大功耗是闲时的4倍左右，而且用户装修时暗设的网线长度是难以测量的，这都给现有的恒定电压输出的POE供电方式带来了难题：
在POE供电电压提的太高，而用户网线又较短时，网络设备端的电压可能过高，设备无法正常工作；
如果POE供电电压提升较少，而用户网线又较长，网络设备端的电压可能太低，设备也无法正常工作。
现有的POE供电系统需要接入外部电源，在外部电源断电或电压不稳定的状态下，设备就无法工作，也可能对设备本身造成损害。
现有的POE供电系统需要接入外部电源，在外部电源断电或电压不稳定的状态下，设备就无法工作，也可能对设备本身造成损害。
发明内容
本发明针对上述存在的问题，提供一种POE供电装置和方法，能够自动识别POE或非POE设备，识别非POE设备只进行信号传输，对POE设备能够自动提供稳压输入和信号传输，同时在PSE外接断电情况下，仍能够自动启用备用电池工作。
本发明为实现上述目的，采取以下技术方案予以实现：
一种POE供电装置，包括通过网线接口连接的供电端PSE和受电端PD，所述的PSE包括分别与电源管理模块电连接的AC/DC转换模块、PSE芯片和DC/DC转换模块，所述网线接口包括信号接口和供电接口，所述的PSE芯片分别与DC/DC转换模块和信号接口电连接，所述的供电接口与DC/DC转换模块电连接，PD设置有与信号连接的PD芯片，PD端的供电接口还串联有稳压装置。
优选地，所述的稳压装置包括分别与接收识别单元电连接的电压调整单元和输出单元，电压调整单元与输出单元电连接。
优选地，所述的电源管理模块包括：
供电单元，与AC/DC转换模块、PSE芯片和连接单元电连接；
连接单元，与供电单元和DC/DC转换模块电连接。
优选地，所述的电源管理单元包括：
识别单元，与AC/DC转换模块、供电单元和电池电连接；
供电单元，电连接识别单元、连接单元和切换单元；
连接单元，电连接供电单元和DC/DC转换模块；
切换单元，电连接充电单元和供电单元，判断电池电压，切入充电或待定状态；
充电单元，电连接电池和切换单元，电池进入充电状态下为电池提供稳压充电。
本发明还公布了一种POE供电方法，具体如下：
PSE进行初始化，连接单元与DC/DC转换模块为断开状态，PSE与PD通过网线连接，PSE供电正常后，PSE芯片通过信号接口向PD芯片持续发出测试信号，
若PD端成功返回测试信号，则PSE停止发送测试信号，PSE与PD只进行信号传输；
若PD端返回测试信号失败，PSE芯片向电源管理模块发出指令，使连接单元与DC/DC转换模块连接，经稳压装置调压后PD正常工作，PD芯片返回测试信号，PSE停止发送测试信号，PSE向PD供电同时进行信号传输。
优选地，PSE初始化包括：
当电源管理模块的识别单元检测到AC/DC转换模块输入电压正常时，切换单元检测判断电池电压是否达到需要充电电压块输入电压，若是，电池则进入充电状态，充电单元为电池提供稳压充电，直到切换单元检测到电池电压等于AC/DC转换模块输入电压或达到DC/DC转换模块最大输出电压；若否，则充电单元不工作，电池由切换单元切入待定状态；
当识别单元检测AC/DC转换模块输入电压异常时，与AC/DC转换模块断开连接，接入电池工作放电，直到电池耗尽或识别单元检测到AC/DC转换模块输入电压正常或外部中断输入。
优选地，每次PSE断电后，连接单元与DC/DC转换模块恢复为断开状态。
优选地，稳压装置调压过程如下：PSE端输出电压大于PD端工作电压，稳压装置的接收识别单元对接收的电压进行识别判断：
若输入电压在PD端工作电压范围，电压由输出单元直接输出到PD端，PD端正常工作，PD芯片返回测试信号，PSE芯片停止发出测试信号；
若输入电压超过PD端工作电压范围，电压调整单元将输入电压降至工作电压后，由输出单元输出到PD端，PD芯片返回测试信号，PSE芯片停止发出测试信号；
若输入电压低于PD端工作电压范围，PD芯片工作异常无法返回测试信号，PSE芯片将控制DC/DC模块提高输出电压，直到接收识别单元识别到输入电压在PD端工作电压范围并输出到PD端，PD芯片返回测试信号，PSE芯片停止发出测试信号。
本发明具有以下有益效果；
1、兼容性好，能够自动识别POE或非POE设备，对识别的非POE设备提供信号传输，对POE设备提供稳压电源和信号传输，实现的方法简单快速。
2、在网线未知状态下，能够自动调整电压供PD使用，电压调整快速且安全可靠。
3、采用备用电池方案，在外界断电或者电压不稳定的情况下，快速接入电池放电，实用性强。
附图说明
图1为本发明的实施例1的结构示意图；
图2为本发明稳压装置的结构示意图；
图3为本发明实施例1的电源管理模块内部结构图；
图4为本发明实施例2的结构示意图；
图5为本发明实施例2的电源管理模块内部结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
实施例1
图1为本发明一种POE供电装置和方法的一个实施例的结构框图，包括通过网线接口连接的供电端PSE和受电端PD，所述的PSE包括分别与电源管理模块电连接的AC/DC转换模块、PSE芯片和DC/DC转换模块，所述网线接口包括信号接口和供电接口，所述的PSE芯片分别与DC/DC转换模块和信号接口电连接，所述的供电接口与DC/DC转换模块电连接，PD设置有与信号连接的PD芯片，PD端的供电接口还串联有稳压装置。
进一步地，图2所示的稳压装置包括分别与接收识别单元电连接的电压调整单元和输出单元，电压调整单元与输出单元电连接。
进一步地，图3所示的3、电源管理模块包括：
供电单元，与AC/DC转换模块、PSE芯片和连接单元电连接；
连接单元，与供电单元和DC/DC转换模块电连接。
该装置的实现方法为：PSE进行初始化，连接单元与DC/DC转换模块为断开状态，PSE与PD通过网线连接，PSE供电正常后，PSE芯片通过信号接口向PD芯片持续发出测试信号，
若PD端成功返回测试信号，则PSE停止发送测试信号，PSE与PD只进行信号传输；
若PD端返回测试信号失败，PSE芯片向电源管理模块发出指令，使连接单元与DC/DC转换模块连接，经稳压装置调压后PD正常工作，PD芯片返回测试信号，PSE停止发送测试信号，PSE向PD供电同时进行信号传输。
其中，每次PSE断电后，连接单元与DC/DC转换模块恢复为断开状态。
具体地，稳压装置调压过程如下：PSE端输出电压大于PD端工作电压，稳压装置的接收识别单元对接收的电压进行识别判断：
若输入电压在PD端工作电压范围，电压由输出单元直接输出到PD端，PD端正常工作，PD芯片返回测试信号，PSE芯片停止发出测试信号；
若输入电压超过PD端工作电压范围，电压调整单元将输入电压降至工作电压后，由输出单元输出到PD端，PD芯片返回测试信号，PSE芯片停止发出测试信号；
若输入电压低于PD端工作电压范围，PD芯片工作异常无法返回测试信号，PSE芯片将控制DC/DC模块提高输出电压，直到接收识别单元识别到输入电压在PD端工作电压范围并输出到PD端，PD芯片返回测试信号，PSE芯片停止发出测试信号。
上述实施例中，通过PSE芯片和PD芯片之间进行信号测试，区分POE或非POE以太网设备，能够实现通用接口型号情况下POE和非POE设备的接入；对一些非标准POE或在标准POE接入未知长度网线的情况下，实现快速调整电压。
实施例2
在本发明的另一实施例中，如图4，包括通过网线接口连接的供电端PSE和受电端PD，所述的PSE包括分别与电源管理模块电连接的AC/DC转换模块、PSE芯片和DC/DC转换模块，所述网线接口包括信号接口和供电接口，所述的PSE芯片分别与DC/DC转换模块和信号接口电连接，所述的供电接口与DC/DC转换模块电连接，PD设置有与信号连接的PD芯片，PD端的供电接口还串联有稳压装置。
进一步地，图2所示的稳压装置包括分别与接收识别单元电连接的电压调整单元和输出单元，电压调整单元与输出单元电连接。
其中，如图5，所述的电源管理单元包括：
识别单元，与AC/DC转换模块、供电单元和电池电连接；
供电单元，电连接识别单元、连接单元和切换单元；
连接单元，电连接供电单元和DC/DC转换模块；
切换单元，电连接充电单元和供电单元，判断电池电压，切入充电或待定状态；
充电单元，电连接电池和切换单元，电池进入充电状态下为电池提供稳压充电。
该装置的实现方法如下：
PSE进行初始化，连接单元与DC/DC转换模块为断开状态，PSE与PD通过网线连接，PSE供电正常后，PSE芯片通过信号接口向PD芯片持续发出测试信号，
若PD端成功返回测试信号，则PSE停止发送测试信号，PSE与PD只进行信号传输；
若PD端返回测试信号失败，PSE芯片向电源管理模块发出指令，使连接单元与DC/DC转换模块连接，经稳压装置调压后PD正常工作，PD芯片返回测试信号，PSE停止发送测试信号，PSE向PD供电同时进行信号传输。
进一步地，PSE初始化包括：
当电源管理模块的识别单元检测到AC/DC转换模块输入电压正常时，切换单元检测判断电池电压是否达到需要充电电压块输入电压，若是，电池则进入充电状态，充电单元为电池提供稳压充电，直到切换单元检测到电池电压等于AC/DC转换模块输入电压或达到DC/DC转换模块最大输出电压；若否，则充电单元不工作，电池由切换单元切入待定状态；
当识别单元检测AC/DC转换模块输入电压异常时，与AC/DC转换模块断开连接，接入电池工作放电，直到电池耗尽或识别单元检测到AC/DC转换模块输入电压正常或外部中断输入。
其中，每次PSE断电后，连接单元与DC/DC转换模块恢复为断开状态。
具体地，稳压装置调压过程如下：PSE端输出电压大于PD端工作电压，稳压装置的接收识别单元对接收的电压进行识别判断：
若输入电压在PD端工作电压范围，电压由输出单元直接输出到PD端，PD端正常工作，PD芯片返回测试信号，PSE芯片停止发出测试信号；
若输入电压超过PD端工作电压范围，电压调整单元将输入电压降至工作电压后，由输出单元输出到PD端，PD芯片返回测试信号，PSE芯片停止发出测试信号；
若输入电压低于PD端工作电压范围，PD芯片工作异常无法返回测试信号，PSE芯片将控制DC/DC模块提高输出电压，直到接收识别单元识别到输入电压在PD端工作电压范围并输出到PD端，PD芯片返回测试信号，PSE芯片停止发出测试信号。
上述实施例中，通过PSE芯片和PD芯片之间进行信号测试，区分POE或非POE以太网设备，能够实现通用接口型号情况下POE和非POE设备的接入；对一些非标准POE或在标准POE接入未知长度网线的情况下，实现快速调整电压；并且该实施例中加入了备用电池，在外部输入电压不正常的情况下，设备仍可以工作。
下面结合一个具体的示例对该方法进行说明：
对一些非POE以太网设备来说，通过PSE供电很有可能会设备造成损坏，目前来说也没有很好的方法去区分和兼容POE设备和非POE设备。本发明的装置设定初始时不向PD端供电，通过PSE芯片向PD芯片发出测试信号，若PD端本身有供电且已工作状态下，PD芯片向PSE芯片返回测试信号，由此判定设备为非POE设备，返回失败则为POE设备，此时PSE和PD供电就会接通。
在PSE向PD供电的过程中，由于线损的情况，PD端接受的电压可能低于工作电压而无法工作。本实施例以PD为工作电压范围为46-50V的楼道交换机为例，最大功率为50W，PSE的DC/DC转换模块初始输出电压为50V。计算线损时，以100m电阻率为9.5Ω/100m的网线为例，电阻为9.5Ω。
当PSE与PD接通后，供电电流为线损电压为U0＝1×9.5＝9.5V，稳压装置接收识别单元接收的电压为U＝50-9.5＝40.5V，低于PD端的最低工作电压，PD无法正常工作，PD芯片返回测试信号失败；PSE芯片升高DC/DC转换模块输出电压，直到PD正常工作，PD正常工作后，返回测试信号，PSE停止发送测试信号。同时为了安全，DC/DC转模块将会设置最大输出电压，最大的输出电压设置高于PD为工作最高电压2V，即52V。每次断电后，PSE都会断开与PD的供电，即断开连接单元与DC/DC转换模块的连接。
另一种情况下，即是DC/DC转换模块初始输出电压经线损后仍大于PD工作电压范围，此时稳压器的电压调整单元工作，将电压稳定在46-50V，使PD正常工作。
在具体的实施例中，设备在工作时可能会遇到外界停电或电压不稳定的情况，轻则设备无法正常工作，重则会对设备本身造成损害。在正常工作的情况下，外界电压先经过AC/DC转换模块将交流转变为内部使用的直流电压，识别单元识别电压正常后，再输入到供电单元，供PSE内部元件使用。同时切换单元检测电池的电压是否达到充电的需要，若是，将会接通充电单元，为电池提供稳压充电；若否，切换单元与充电单元断开连接，电池进入待定状态。当外界停电时，识别单元自动接通电池，为供电单元提供电压，直到直到电池耗尽或识别单元检测到AC/DC转换模块输入电压正常或外部中断输入。容易想到的是，会在PSE外部设置开关，能够启停PSE或电池放电。
本发明能够自动识别POE或非POE设备，识别非POE设备只进行信号传输，对POE设备能够自动提供稳压输入和信号传输，同时在PSE外接断电情况下，仍能够自动启用备用电池工作。
惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明书所记载的内容所作出简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求所涵盖范围之内。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明之权利范围。

Claims (8)

1.一种POE供电装置，包括通过网线接口连接的供电端PSE和受电端PD，其特征在于，所述的PSE包括分别与电源管理模块电连接的AC/DC转换模块、PSE芯片和DC/DC转换模块，所述网线接口包括信号接口和供电接口，所述的PSE芯片分别与DC/DC转换模块和信号接口电连接，所述的供电接口与DC/DC转换模块电连接，PD设置有与信号连接的PD芯片，PD端的供电接口还串联有稳压装置。
2.根据权利要求1所述的一种POE供电装置，其特征在于，所述的稳压装置包括分别与接收识别单元电连接的电压调整单元和输出单元，电压调整单元与输出单元电连接。
3.根据权利要求1所述的一种POE供电装置，其特征在于，所述的电源管理模块包括：
供电单元，与AC/DC转换模块、PSE芯片和连接单元电连接；
连接单元，与供电单元和DC/DC转换模块电连接。
4.根据权利要求1所述的一种POE供电装置，其特征在于，所述的电源管理单元包括：
识别单元，与AC/DC转换模块、供电单元和电池电连接；
供电单元，电连接识别单元、连接单元和切换单元；
连接单元，电连接供电单元和DC/DC转换模块；
切换单元，电连接充电单元和供电单元，判断电池电压，切入充电或待定状态；
充电单元，电连接电池和切换单元，电池进入充电状态下为电池提供稳压充电。
5.一种POE供电方法，其特征在于，
PSE进行初始化，连接单元与DC/DC转换模块为断开状态，PSE与PD通过网线连接，PSE供电正常后，PSE芯片通过信号接口向PD芯片持续发出测试信号，
若PD端成功返回测试信号，则PSE停止发送测试信号，PSE与PD只进行信号传输；
若PD端返回测试信号失败，PSE芯片向电源管理模块发出指令，使连接单元与DC/DC转换模块连接，经稳压装置调压后PD正常工作，PD芯片返回测试信号，PSE停止发送测试信号，PSE向PD供电同时进行信号传输。
6.根据权利要求5所述的一种POE供电方法，其特征在于，PSE初始化包括：
当电源管理模块的识别单元检测到AC/DC转换模块输入电压正常时，切换单元检测判断电池电压是否达到需要充电电压块输入电压，若是，电池则进入充电状态，充电单元为电池提供稳压充电，直到切换单元检测到电池电压等于AC/DC转换模块输入电压或达到DC/DC转换模块最大输出电压；若否，则充电单元不工作，电池由切换单元切入待定状态；
当识别单元检测AC/DC转换模块输入电压异常时，与AC/DC转换模块断开连接，接入电池工作放电，直到电池耗尽或识别单元检测到AC/DC转换模块输入电压正常或外部中断输入。
7.根据权利要求5所述的一种POE供电方法，其特征在于，每次PSE断电后，连接单元与DC/DC转换模块恢复为断开状态。
8.根据权利要求5所述的一种POE供电方法，其特征在于，稳压装置调压过程如下：PSE端输出电压大于PD端工作电压，稳压装置的接收识别单元对接收的电压进行识别判断：
若输入电压在PD端工作电压范围，电压由输出单元直接输出到PD端，PD端正常工作，PD芯片返回测试信号，PSE芯片停止发出测试信号；
若输入电压超过PD端工作电压范围，电压调整单元将输入电压降至工作电压后，由输出单元输出到PD端，PD芯片返回测试信号，PSE芯片停止发出测试信号；
若输入电压低于PD端工作电压范围，PD芯片工作异常无法返回测试信号，PSE芯片将控制DC/DC模块提高输出电压，直到接收识别单元识别到输入电压在PD端工作电压范围并输出到PD端，PD芯片返回测试信号，PSE芯片停止发出测试信号。
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