CN110166259B - 用于支援一以太网络供电的一受电端设备的监测电路 - Google Patents

用于支援一以太网络供电的一受电端设备的监测电路 Download PDF

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Abstract

一种同时支援以太网络供电(Power over Ethernet，PoE)及直流供电的一受电端设备，包含有：一直流供电电路，用来通过一电源供应器来提供该受电端设备所需电力；一以太网络供电电路，用来通过一供电端设备(Power Source Equipment，PSE)提供该受电端设备所需电力；以及一监测电路，连接该直流供电电路及该以太网络供电电路，用来切换由该直流供电电路或该以太网络供电电路输出一系统电力给该受电端设备，该监测电路包含有多个多个场效晶体管(Metal‑Oxide‑Semiconductor Field‑Effect Transistor)及多个多个双极性接面晶体管(bipolar junction transistor，BJT)的至少其中之一。

Description

用于支援一以太网络供电的一受电端设备的监测电路
技术领域
本发明是指一种同时支援以太网络供电及直流供电的一受电端设备，特别涉及一种通过监测电路来切换以太网络供电及直流供电的受电端设备。
背景技术
以太网络供电(Power over Ethernet，PoE)指的是在现有的以太网络布线基础架构下，在传输数据信号至终端设备(如网际协议电话(Voice over IP phone，VoIP phone)、无线网络存取点、网络摄像机等)的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。IEEE802.3af标准是以太网络供电系统的新标准，是在IEEE 802.3的基础上增加了网络线直接供电的相关标准，是现有以太网络标准的扩展，也是第一个关于电源分配的国际标准。
根据IEEE 802.3af标准，一个完整的以太网络供电系统包括供电端设备(PowerSourcing Equipment，PSE)和受电端设备(Powered Device，PD)两部分。供电端设备用来供电给受电端设备，受电端设备可由网络连接端(如RJ45)获取电力。
申请人注意到目前网际协议电话的电力来源大多受限于供电端设备供给的功率15.4W，即以太网络供电标准IEEE 802.3af所规范供电端设备每一层级所能提供的最大功率。因此，使用者可能会因为以太网络供电设备的功率限制而不能连接更多的扩充设备在电话端时，此时网际协议电话会需要通过另一电源端(即直流供电)来提供更高的功率，以连结更多的扩充设备。然而，目前网际协议电话在使用两种电源(网络连接端及直流电源连接端)的情况下，会遭遇到系统不知是何种电源存在，以及系统是如何择其一作为供电来源，造成无法切换来源电源的问题。
传统的解决方式是用两颗二极管做为两种电源的隔离，抑或使用微控制器(Microcontroller Unit，MCU)的方式做两种电源的切换。详细来说，使用两个二极管做为电源开关，其优点是价格便宜还可以防止电源回灌(即逆向偏压)造成源头受损，但缺点是二极管自身有着顺向电压的电压损耗，当电流越大时，顺向电压也跟着越高，这会让后端的电压随着电流的高低而有所变化，并且会让效率低落。另一方面，若使用微控制器做为电源开关，其优点是可以准确切换所需要的来源电源，但缺点需要增加微控制器周边线路与价格，且在人力方面需要有人负责编写修改软件做应用控制。
发明内容
本发明公开一种同时支援以太网络供电及直流供电的一受电端设备，包含有：一直流供电电路，用来通过一电源供应器来提供该受电端设备所需电力；一以太网络供电电路，用来通过一供电端设备提供该受电端设备所需电力；以及一监测电路，连接该直流供电电路及该以太网络供电电路，用来切换由该直流供电电路或该以太网络供电电路输出一系统电力给该受电端设备，该监测电路包含有多个多个场效晶体管及多个多个双极性接面晶体管的至少其中之一。
本发明另公开一种同时支援以太网络供电及直流供电的一受电端设备，包含有：一直流供电电路，用来通过一电源供应器来提供该受电端设备的所需电力；一以太网络供电电路(Power over Ethernet，PoE)，用来通过一电源供应设备(Power SourceEquipment，PSE)提供该受电端设备的所需电力；以及一监测电路，连接该直流供电电路及该以太网络供电电路，其包含有一比较器及一负载开关，其中该比较器用来根据该直流供电电路及该以太网络供电电路的输出电压，产生一开关信号，以及该负载开关用来根据该开关信号，决定是否输出该以太网络供电电路的电力。
本发明另公开一种监测电路，用于一受电端设备，用来切换一直流供电或一以太网络供电，该受电端设备包含有一直流供电电路及一以太网络供电电路，该监测电路包含有：一输出端，用来输出该直流供电电路或该以太网络供电电路的输出电力；一第一场效晶体管，其中该第一场效晶体管的一漏极连接该直流供电电路，以及该第一场效晶体管的一源极连接该输出端；一第二场效晶体管，其中该第二场效晶体管的一栅极连接该直流供电电路、该第二场效晶体管的一源极为接地，以及该第二场效晶体管的漏极连接该第一场效晶体管的一栅极；以及一第三场效晶体管，其中该第三场效晶体管的一栅极连接该直流供电电路，该第三场效晶体管的一漏极连接该以太网络供电电路，以及该第三场效晶体管的一源极连接该输出端。
本发明另揭一种监测电路，用于一受电端设备，用来切换一直流供电或一以太网络供电，该受电端设备包含有一直流供电电路及一以太网络供电电路，该监测电路包含有：一第一双极性接面晶体管，其中该第一双极性接面晶体管的一射极连接该直流供电电路，以及该第一双极性接面晶体管的一集极连接该受电装置监测电路的一输出端；一第二双极性接面晶体管，其中该第二双极性接面晶体管的一基极连接该直流供电电路、该第二双极性接面晶体管的一射极为接地，以及该第二双极性接面晶体管的一集极连接该第一双极性接面晶体管的一基极；以及一第三双极性接面晶体管，其中该第三双极性接面晶体管的一基极连接该直流供电电路，该第三双极性接面晶体管的一射极连接该以太网络供电电路，以及该第三双极性接面晶体管的一集极连接该输出端。
本发明另揭一种监测电路，用于一受电端设备，用来切换一直流供电或一以太网络供电，该受电端设备包含有一直流供电电路及一以太网络供电电路，该监测电路包含有：一比较器，用来根据该直流供电电路及/或该以太网络供电电路的输出电压，产生一开关信号；以及一负载开关，用来根据该开关信号，决定是否输出该以太网络供电电路的电压。
附图说明
图1为本发明第一实施例一受电端设备的示意图。
图2为本发明第二实施例一受电端设备的示意图。
图3为本发明第三实施例一受电端设备的示意图。
附图标记说明：
10 直流供电电路
20 以太网络供电电路
30 监测电路
40 处理器
50 线性稳压电路
60 负载开关
COMP 比较器
Q1～Q3 晶体管
G1～G3 栅极
D1～D3 漏极
S1～S3 源极
B1～B3 基极
C1～C3 集极
E1～E3 射极
R1～R3 电阻
Vout 输出端
具体实施方式
图1为本发明第一实施例一受电端设备的示意图。受电端设备可为网际协议电话、无线网络存取点、网络摄像机等装置，其包含有直流供电电路10、以太网络供电电路20、监测电路30、处理器40及线性稳压电路(Low Dropout，LDO)50。直流供电电路10用来通过一电源供应器(如变压器)来提供该受电端设备所需系统电力、以太网络供电电路20用来通过一供电端设备(Power Source Equipment，PSE)提供受电端设备所需系统电力。监测电路30连接直流供电电路10及以太网络供电电路20，用来切换由直流供电电路10或以太网络供电电路20作为受电端设备的来源电源。处理器40用来判断现阶段为何种供电，如直流供电电路10或以太网络供电电路20是否有输出电压。进一步来说，直流供电电路10包含有直流电源连接端(DC Jack)，其有一检测引脚可设计成插入电源供应器(DC adapter)时，形成短路或是高电压，借此知会处理器40有直流供电电路10输出电压(在此实施例中，直流供电电路10在连接电源供应器时会输出5V直流电压)。以太网络供电电路20包含有网络连接端(RJ45)，用来连接供电端设备。另外，以太网络供电电路20可连接线性稳压电路50，用来当以太网络供电电路20提供的电压高于处理器40的检测引脚的电压时，作为降压使用。反的则可省略此电路。
值得注意的是，相较于传统使用二极管或微控制器切换来源电源，本发明的监测电路30使用场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，如P型场效晶体管，作为切换来源电源的手段。详细来说，监测电路30用来选择输出直流供电电路10或以太网络供电电路20的系统电力，其包含有第一场效晶体管Q1、第二场效晶体管Q2、第三场效晶体管Q3，以及输出端Vout。第一场效晶体管Q1的漏极D1连接直流供电电路10、栅极G1连接第二场效晶体管Q2的漏极D2，以及源极S1连接输出端Vout；第二场效晶体管Q2的栅极G2连接直流供电电路10、源极S为接地；第三场效晶体管Q3的栅极G3连接直流供电电路10、漏极D3连接以太网络供电电路20，以及源极S3连接输出端Vout。
本发明受电端设备的供电运行方式，详细说明如下。当供电端设备通过网络连接端RJ45连接以太网络供电电路20，此时电流路径由以太网络供电电路20流到第三场效晶体管Q3的漏极D3，再通过内部流到第三场效晶体管Q3的源极S3而输出所需系统电力，因P型场效晶体管的阻抗很小，所以造成的压降十分轻微，因此对比于传统二极管能提供更高效率的电源供应。另一方面，当供电端设备通过网络连接端RJ45连接以太网络供电电路20，且电源供应器通过直流电源连接端连接直流供电电路10时，直流供电电路10会输出电压至第二场效晶体管Q2的栅极G2，使得第二场效晶体管Q2的漏极D2到源极S2导通，因而第一场效晶体管Q1的栅极G1变成趋近于零电压，进而导通第一场效晶体管Q1，因此直流供电电路10的电压即可通过第一场效晶体管Q1的源极S1输出作为来源电源。再者，直流供电电路10的电压会与以太网络供电电路20的电压相当，让第三场效晶体管Q3的栅极G3与源极S3等电位，因此第三场效晶体管Q3不导通，只能从Q3的内部二极管通过，但通过此内部二极管的损耗较大，所以会呈现几乎不供电的状态，使得以太网络供电电路20的电压不会通过第三场效晶体管Q3输出。
由上述可知，通过本发明的监测电路30就能实现以电源供应器作为来源电源的先决条件，并且通过检测引脚即能知会处理器40目前的供电状态，让使用者在插入电源供应器时可以供给更高功率而能让受电端设备可以减少供电端设备供给受电端设备时须顾虑到的最大功率(即IEEE 802.3af规范每一层级的最大功率)。另外，本发明通过简单的线路不需增加昂贵微控制器的方式，就能实现精准切换来源电源的目的。
图2为本发明第二实施例一受电端设备的示意图。相较于图1中的监测电路30是通过场效晶体管来实现来源电源的切换(即限制单一输出直流供电电路10或以太网络供电电路20的供电)，图2中的监测电路30是通过双极性接面晶体管(bipolar junctiontransistor，BJT)实现来源电源的切换。详细来说，监测电路30包含有第一双极性接面晶体管Q1、第二双极性接面晶体管Q2及第三双极性接面晶体管Q3，其中第一双极性接面晶体管Q1的射极E1连接直流供电电路10、基极B1连接第二双极性接面晶体管的Q2的集极C2，以及集极C1连接输出端Vout；第二双极性接面晶体管Q2的基极B2连接直流供电电路10、射极E2为接地；第三双极性接面晶体管Q3的基极B3连接直流供电电路10、射极E3连接以太网络供电电路20，以及集极C3连接输出端Vout。
当供电端设备通过网络连接端RJ45连接以太网络供电电路20，此时电流路径由以太网络供电电路20流到第三双极性接面晶体管Q3的射极E3，此时Q3的基极B3是低电平，所以电通过第三双极性接面晶体管Q3的集极C3而输出所需系统电力。当供电端设备通过网络连接端RJ45连接以太网络供电电路20，且电源供应器通过直流电源连接端连接直流供电电路10时，直流供电电路10会输出电压至第二双极性接面晶体管Q2的基极B2，使得第二双极性接面晶体管Q2的集极C2与射极E2导通，因而第一双极性接面晶体管Q1的基极B1变成趋近于零电压，进而导通第一双极性接面晶体管Q1，因此直流供电电路10的电压即可通过第一双极性接面晶体管Q1的集极C1输出作为来源电源。再者，直流供电电路10的电压会与以太网络供电电路20的电压相当，让第三双极性接面晶体管Q3的基极B3与集极C3等电位，因此第三双极性接面晶体管Q3不导通，使得以太网络供电电路20的电压不会通过第三双极性接面晶体管Q3输出，实现以电源供应器作为来源电源的先决条件。
此外，本公开的监测电路30可通过比较器及负载开关来实现来源电源切换。请参见图3，其为本发明第三实施例一受电端设备的示意图。比较器COMP连接直流供电电路10及以太网络供电电路20，用来产生一开关信号至负载开关60，因此负载开关60会根据开关信号，决定是否输出以太网络供电电路20的电力。详细来说，当只有以太网络供电电路20输出电压时，比较器COMP输出「1」，此时，负载开关60会导通，以输出以太网络供电电路20。然而，若直流供电电路10也同时输出电压时，则比较器COMP输出「0」，此时，负载开关60不导通，因此以太网络供电电路20无法输出电压，而只有直流供电电路10可输出系统电力。此外，如同上述，当直流供电电路10与以太网络供电电路20通过连接端连接对应的电源供应器及供电端设备时，会分别产生中断信号(如连接端的检测引脚)来通知处理器40现在的供电情况。
综上所述，本发明提供的监测电路能通过简单的线路(如场效晶体管、双极性接面晶体管及比较器)来切换两种电源，并提升供电效能。另外，本发明提出通过网络连接端及直流电源连接端的引脚来通知处理器目前的供电情况。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种监测电路，用于一受电端设备，用来切换一直流供电或一以太网络供电，该受电端设备包含有一直流供电电路及一以太网络供电电路，该监测电路包含有：
一输出端，用来输出该直流供电电路或该以太网络供电电路的输出电力；
一第一场效晶体管，其中该第一场效晶体管的一漏极连接该直流供电电路，以及该第一场效晶体管的一源极连接该输出端，
一第二场效晶体管，其中该第二场效晶体管的一栅极连接该直流供电电路、该第二场效晶体管的一源极为接地，以及该第二场效晶体管的漏极连接该第一场效晶体管的一栅极；以及
一第三场效晶体管，其中该第三场效晶体管的一栅极连接该直流供电电路，该第三场效晶体管的一漏极连接该以太网络供电电路，以及该第三场效晶体管的一源极连接该输出端。
2.一种监测电路，用于一受电端设备，用来切换一直流供电或一以太网络供电，该受电端设备包含有一直流供电电路及一以太网络供电电路，该监测电路包含有：
一第一双极性接面晶体管，其中该第一双极性接面晶体管的一射极连接该直流供电电路，以及该第一双极性接面晶体管的一集极连接受电装置监测电路的一输出端；
一第二双极性接面晶体管，其中该第二双极性接面晶体管的一基极连接该直流供电电路、该第二双极性接面晶体管的一射极为接地，以及该第二双极性接面晶体管的一集极连接该第一双极性接面晶体管的一基极；以及
一第三双极性接面晶体管，其中该第三双极性接面晶体管的一基极连接该直流供电电路，该第三双极性接面晶体管的一射极连接该以太网络供电电路，以及该第三双极性接面晶体管的一集极连接该输出端。
3.一种同时支援以太网络供电及直流供电的一受电端设备，包含有：
一直流供电电路，用来通过一电源供应器来提供该受电端设备所需电力；
一以太网络供电电路，用来通过一供电端设备提供该受电端设备所需电力；以及
根据权利要求1或2所述的监测电路，连接该直流供电电路及该以太网络供电电路，用来切换由该直流供电电路或该以太网络供电电路输出一系统电力给该受电端设备。
4.如权利要求3所述的受电端设备，还包含有一处理器，用来判断现阶段为直流供电电路或以太网络电路来提供电力。
5.如权利要求4所述的受电端设备，其中该直流供电电路及/或该以太网络供电电路包含有一检测引脚，用来当该检测引脚短路或变成高电压时，产生中断信号至该处理器，以供该处理器判断该直流供电电路及/或该以太网络电路是否有提供电力。
6.如权利要求4所述的受电端设备，还包含有一线性稳压电路，连接该以太网络供电电路，用来降低该以太网络供电电路输出的电压，以提供该处理器适当的一操作电压。
7.如权利要求3所述的受电端设备，其中该直流供电电路包含有直流电源连接端，以及该以太网络供电电路包含有网络连接端。
8.一种同时支援以太网络供电及直流供电的一受电端设备，包含有
一直流供电电路，用来通过一电源供应器来提供该受电端设备的所需电力；
一以太网络供电电路，用来通过一电源供应设备提供该受电端设备的所需电力；以及
根据权利要求1或2所述的监测电路，连接该直流供电电路及该以太网络供电电路，其包含有一比较器及一负载开关，其中该比较器用来根据该直流供电电路及该以太网络供电电路的输出电压，产生一开关信号，以及该负载开关用来根据该开关信号，决定是否输出该以太网络供电电路的电力。
9.如权利要求8所述的受电端设备，还包含有一处理器，用来判断现阶段为直流供电电路或以太网络电路来提供电力。
10.如权利要求9所述的受电端设备，其中该直流供电电路及/或该以太网络供电电路包含有一检测引脚，用来当该检测引脚短路或变成高电压时，产生中断信号至该处理器，以供该处理器判断该直流供电电路及/或该以太网络电路是否有提供电力。
11.如权利要求9所述的受电端设备，还包含有一线性稳压电路，连接该以太网络供电电路，用来降低该以太网络供电电路输出的电压，以提供该处理器适当的一操作电压。
12.如权利要求8所述的受电端设备，其中该直流供电电路包含有直流电源连接端，以及该以太网络供电电路包含有网络连接端。
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