CN107517107B - 一种升降压双隔离以太网双向供电系统及供电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种升降压双隔离以太网双向供电系统及供电方法，其中，升降压双隔离以太网双向供电系统包括：至少两个相互连接的端口设备。端口设备包括：用于连接外部电源的电源输入端口、与电源输入端口连接的主板、与主板连接的PSE模块和PD模块、分别与PSE模块和PD模块连接的RJ45模块、连接在主板和PSE模块之间的隔离升压模块、串联在主板和PD模块之间的隔离降压模块和电流单向控制模块、与PD模块连接的自动控制模块，隔离升压模块还连接在电源输入端口上。本发明不仅能实现双向供电，且具备更好的可靠性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及远程以太网供电技术领域，尤其涉及一种升降压双隔离以太网双向供电系统及供电方法。
背景技术
近年来出现了一种以网线为媒介，通过POE (POE，Power Over Ethernet)供电系统为一些基于IP的终端IPAP、网络摄像头、网络电话机、掌上电脑（PDA)等设备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供电系统的使用免除了为终端设备安装墙壁电源连接的需要，因而大大降低了与支持终端设备相关的应用成本。这种新技术非常适合无线城市、安防监控等行业使用，将来也将会成为一种潮流。
虽然现有的POE供电技术省去了终端AC电源连接的需要，然而大部分POE系统其只能由始端供电设备端为终端设备供电，而终端设备无法为始端供电设备供电。这大大降低了POE供电技术使用的灵活性。如某些高清视频延长器等，只能由POE供电的接收端为发送终端供电，而发送终端却无法为接收端供电，这就增加了POE技术在该设备应用过程中局限性。
目前已出现了能实现双向供电的以太网供电系统，例如公布号为CN104793544A的发明专利，其公开了一种以太网POE中双向供电系统，包括：发送端设备和接收端设备，发送端设备和接收端设备均设有主板、PD模块、PSE模块及网口端子，各设备中PSE模块和PD模块均通过继电器连接，这种供电系统虽然能实现双向供电，但系统的可靠性差及安全性低。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出一种升降压双隔离以太网双向供电系统及供电方法，该升降压双隔离以太网双向供电系统不仅能实现双向供电，且具备更好的可靠性和安全性。
本发明采用的技术方案是，设计一种升降压双隔离以太网双向供电系统，包括：至少两个相互连接的端口设备。端口设备包括：用于连接外部电源的电源输入端口、与电源输入端口连接的主板、与主板连接的PSE模块和PD模块、分别与PSE模块和PD模块连接的RJ45模块，端口设备通过RJ45模块相互连接。
端口设备还包括：连接在主板和PSE模块之间的隔离升压模块、串联在主板和PD模块之间的隔离降压模块和电流单向控制模块、与PD模块连接的自动控制模块，隔离升压模块还连接在电源输入端口上。电流单向控制模块允许电流从PD模块流向主板，自动控制模块控制PD模块的工作状态。
其中，PSE模块始终保持开启状态，自动控制模块的控制过程是：自动控制模块检测到其所在端口设备有外部电源输入时，关闭其所在端口设备的PD模块，自动控制模块未检测到其所在端口设备有电源输入时，打开其所在端口设备的PD模块。
优选的，PSE模块和PD模块之间连接有防反插模块，RJ45模块通过防反插模块与PSE模块和PD模块连接，防反插模块允许电流从PSE模块流向PD模块及RJ45模块，并允许电流从其他端口设备经RJ45模块流入PD模块。
优选的，主板和电源输入端口之间还设有DC-DC模块。
本发明还提出了一种上述升降压双隔离以太网双向供电系统的供电方法，包括以下步骤：
步骤1、选取一个端口设备为供电端口设备，向供电端口设备的电源输入端口输入直流电源，直流电源送至供电端口设备的隔离升压模块，供电端口设备的自动控制模块关闭供电端口设备的PD模块；
步骤2、直流电源经过升压处理后送至供电端口设备的PSE模块；
步骤3、供电端口设备的PSE模块在供电端口设备的RJ45模块输出电压，不断检测RJ45模块是否已连接有支持以太网供电的其他端口设备，该端口设备为受电端口设备，受电端口设备的自动控制模块打开受电端口设备的PD模块；
步骤4、供电端口设备的PSE模块检测到受电端口设备时，供电端口设备的PSE模块评估受电端口设备的PD模块的功率损耗；
步骤5、供电端口设备的PSE模块向PD模块和RJ45模块供电，供电端口设备的自动控制模块控制供电端口设备的PD模块保持关闭状态，供电端口设备的主板直接由电源输入端口输入的直流电源供电；
步骤6、供电端口设备输出的直流电经过受电端口设备的RJ45送至受电端口设备的PD模块，直流电依次经过受电端口设备的PD模块、隔离降压模块及电流单向控制模块送至受电端口设备的主板；
步骤7、当受电端口设备与供电端口设备断开时，供电端口设备的PSE模块停止向受电端口设备供电，并重复步骤3。
其中，步骤4中若检测到连接有多个端口设备，供电端口设备的PSE模块评估所有端口设备的功率总损耗。
与现有技术相比，本发明具备以下优点：
1、本发明在端口设备中采用隔离升压和隔离降压模块，这使得设备输入端的噪音无法传输到输出端，大大增加了系统的可靠性；
2、本发明采用自动化控制模块来控制端口设备的PD模块，避免了现有技术中采用继电器开关存在的抗干扰能力差、耐辐射能力差的缺陷，有效增加端口设备供电的可靠性；
3、本发明基于以太网进行信号传输和电源输送，电缆连接的成本低，且供电端口设备只有连接了需要供电的受电端口设备，以太网电缆才会有电压存在，因而消除了线路上漏电的风险，增强了供电系统使用过程中的安全性；
4、本发明具有较大的兼容性，可以通过使用简单SNMP协议来监督和控制相应的应用设备，用户可以灵活地在网络上混用原有设备和以太网双向供电系统应用设备，这些设备能够和以太网电缆共存，使得该供电系统使用起来更加简单方便；
5、本发明还设计了防反插模块，防止电源电流反向回流烧坏元件，提高系统的安全性。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是本发明中双向供电系统的连接示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出的升降压双隔离以太网双向供电系统，包括：至少两个相互连接的端口设备。端口设备包括：电源输入端口、主板、PSE模块、PD模块、隔离升压模块、隔离降压模块、电流单向控制模块、自动控制模块及RJ45模块。
电源输入端口用于连接外部电源，主板与电源输入端口连接，主板和电源输入端口之间还设有DC-DC模块，DC-DC模块用于将外部电源的电压转换成符合主板用电需求的电压，主板上主要是系统的MCU、信号处理或其他负载部分。PSE模块即供电模块（PowerSourcing Equipment），具有终端检测、设备分类、评估功率损耗的功能。PSE设备是为以太网客户端设备供电的设备，同时也是整个POE以太网供电过程的管理者。PD模块即受电模块（Power Device），兼容IEEE 802.3af协议标准，完全满足标准的POE供电模块要求，PSE设备是接受供电的PSE负载，即POE系统的客户端。隔离升压模块连接在主板和PSE模块之间，隔离升压模块还连接在电源输入端口上，隔离降压模块连接在主板和PD模块之间，隔离升压模块起到升压的作用，输入电压经过该升压模块升压，再由供电端口设备的PSE模块输出，隔离降压模块起到降压的作用，电压经该降压模块降压，再由受电端口设备的PD模块输出。
电流单向控制模块串联在主板和隔离降压模块之间，电流单向控制模块允许电流从PD模块流向主板，自动控制模块与PD模块连接，RJ45模块也分别与PSE模块和PD模块连接，端口设备之间通过RJ45模块相互连接，RJ45模块负责端口设备之间的数据和直流电源的传送。
其中，端口设备的PSE模块始终保持开启状态，而PD模块的工作状态则由自动控制模块控制。为了方便描述，将相互连接的端口设备分为A端口设备和B端口设备，以A端口设备为例，其自动控制模块的控制过程是：A端口设备的自动控制模块检测到A端口设备的电源输入端口有外部电源连接时，关闭A端口设备的PD模块，A端口设备的自动控制模块未检测到A端口设备的电源输入端口有电源输入时，打开A端口设备的PD模块。
较优的，PSE模块和PD模块之间连接有防反插模块，防反插模块用于防止供电电源反向回流，RJ45模块通过防反插模块与PSE模块和PD模块连接，防反插模块允许电流从PSE模块流向PD模块及RJ45模块，并允许电流从其他端口设备经RJ45模块流入PD模块。其中，防反插模块由PSE输出桥堆、PD输入桥堆及电源输入二极管构成。
本发明支持IEEE802.3af协议标准，供电端口设备的PSE模块通过RJ45模块输出极小的电压，一旦检测连接有支持IEEE802.3af协议标准的受电端口设备，则评估受电端口设备的PD模块功率损耗，再输出相应的电压。供电端口设备通过以太网线连接不会随意输送直流电，只有当检测另一端也为支持IEEE802.3af协议标准的受电端口设备时才会输出相应电压，这就完全克服普通供电电源线直接供电时漏电的风险，这种供电方式大大增强了供电系统的安全性。另外，本发明还具有非常大的灵活性，可以根据其对应产品的安装位置、用户需求和受电方便情况等具体情况，多方位、多层次和灵活地选择最佳供电位置。同时本发明的双向供电方式也等同于给设备的供电情况设置了双层保险，一旦某一端出现异常情况无法正常供电，则可以立马启用另一端作为系统的供电端，在增强了系统灵活性的同时，也为供电系统提供了多一层的供电保障。
本发明还提出一种上述升降压双隔离以太网双向供电系统的供电方法，包括以下步骤：
步骤1、选取一个端口设备为供电端口设备，向供电端口设备的电源输入端口输入直流电源，直流电源送至供电端口设备的隔离升压模块，供电端口设备的自动控制模块检测到供电端口设备有外部电源输入，关闭供电端口设备的PD模块；
步骤2、直流电源经过升压处理后送至供电端口设备的PSE模块；
步骤3、供电端口设备的PSE模块在供电端口设备的RJ45模块输出很小的电压，不断检测RJ45模块是否已连接有支持以太网供电的其他端口设备，该端口设备为受电端口设备，受电端口设备的电源输入端口为空闲状态，受电端口设备的自动控制模块未检测到受电端口设备的电源输入端口有外部电源输入，打开受电端口设备的PD模块；
步骤4、供电端口设备的PSE模块检测到受电端口设备时，供电端口设备的PSE模块评估受电端口设备的PD模块的功率损耗，如果检测到的是多个PD模块，PSE模块会先为PD模块进行分类，然后再评估PD模块所需的功率总损耗；
步骤5、供电端口设备的PSE模块开始由低电压向PD模块和RJ45模块供电，直至提供到升压后的直流电源电压，供电端口设备的自动控制模块控制供电端口设备的PD模块保持关闭状态，由于PD模块无法向供电端口设备的主板提供直流电源，供电端口设备的主板由电源输入端口输入的直流电源经过DC-DC模块处理后直接供电；
步骤6、供电端口设备输出的直流电经过受电端口设备的RJ45送至受电端口设备的PD模块，直流电依次经过受电端口设备的PD模块、隔离降压模块及电流单向控制模块送至受电端口设备的主板；
步骤8、当受电端口设备与供电端口设备断开时，PSE模块停止向受电端口设备供电，并重复步骤3。
其中，步骤4中若检测到连接有多个端口设备，供电端口设备的PSE模块评估所有端口设备的功率总损耗。
以上所述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 (5)
1.一种升降压双隔离以太网双向供电系统，包括：至少两个相互连接的端口设备，所述端口设备包括：用于连接外部电源的电源输入端口、与所述电源输入端口连接的主板、与所述主板连接的PSE模块和PD模块、分别与所述PSE模块和PD模块连接的RJ45模块，所述端口设备通过RJ45模块相互连接；
其特征在于，所述端口设备还包括：连接在所述主板和PSE模块之间的隔离升压模块、串联在所述主板和PD模块之间的隔离降压模块和电流单向控制模块、与所述PD模块连接的自动控制模块，所述隔离升压模块还连接在所述电源输入端口上；
所述电流单向控制模块允许电流从PD模块流向主板，所述PSE模块始终保持开启状态，所述自动控制模块检测到其所在端口设备有外部电源输入时，关闭其所在端口设备的PD模块，所述自动控制模块未检测到其所在端口设备有电源输入时，打开其所在端口设备的PD模块；
供电端口设备的PSE模块在供电端口设备的RJ45模块输出很小的电压，不断检测RJ45模块是否已连接有支持以太网供电的受电端口设备，当检测到受电端口设备时，供电端口设备的PSE模块评估受电端口的PD模块的功率损耗，再输出相应的电压。
2.如权利要求1所述的升降压双隔离以太网双向供电系统，其特征在于，所述PSE模块和PD模块之间连接有防反插模块，所述RJ45模块通过所述防反插模块与所述PSE模块和PD模块连接，所述防反插模块允许电流从PSE模块流向PD模块及RJ45模块，并允许电流从其他端口设备经RJ45模块流入PD模块。
3.如权利要求1或2所述的升降压双隔离以太网双向供电系统，其特征在于，所述主板和电源输入端口之间还设有DC-DC模块。
4.一种如权利要求1至3任一项所述升降压双隔离以太网双向供电系统的供电方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、选取一个端口设备为供电端口设备，向供电端口设备的电源输入端口输入直流电源，直流电源送至供电端口设备的隔离升压模块，供电端口设备的自动控制模块关闭供电端口设备的PD模块；
步骤2、直流电源经过升压处理后送至供电端口设备的PSE模块；
步骤3、供电端口设备的PSE模块在供电端口设备的RJ45模块输出电压，不断检测RJ45模块是否已连接有支持以太网供电的其他端口设备，该端口设备为受电端口设备，受电端口设备的自动控制模块打开受电端口设备的PD模块；
步骤4、供电端口设备的PSE模块检测到受电端口设备时，供电端口设备的PSE模块评估受电端口设备的PD模块的功率损耗；
步骤5、供电端口设备的PSE模块向PD模块和RJ45模块供电，供电端口设备的自动控制模块控制供电端口设备的PD模块保持关闭状态，供电端口设备的主板直接由电源输入端口输入的直流电源供电；
步骤6、供电端口设备输出的直流电经过受电端口设备的RJ45送至受电端口设备的PD模块，直流电依次经过受电端口设备的PD模块、隔离降压模块及电流单向控制模块送至受电端口设备的主板；
步骤7、当受电端口设备与供电端口设备断开时，供电端口设备的PSE模块停止向受电端口设备供电，并重复步骤3。
5.如权利要求4所述的供电方法，其特征在于，所述步骤4中若检测到连接有多个端口设备，供电端口设备的PSE模块评估所有端口设备的功率总损耗。
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