CN112532398A - 一种通过PoE供电系统进行供电的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过PoE供电系统进行供电的方法及系统，其中方法包括：对PoE供电系统中的PSE供电设备进行上电初始化；通过经过上电初始化后的所述PSE供电设备经由检测电路检测是否有符合预设标准的PD受电设备接入；当所述PSE供电设备检测到符合预设标准的PD受电设备接入时，经由分级电路确定所述PD受电设备的供电功率；通过所述PSE供电设备按确定的供电功率为所述PD受电设备进行供电。
Description
技术领域
本发明涉及网络供电技术领域，更具体地，涉及一种通过PoE供电系统进行供电的方法及系统。
背景技术
随着网络通信技术的快速发展，PoE(Power over Ethernet，以太网)供电方式逐渐在网络终端中得到了广泛的应用，其中PoE供电可以为网络终端提供通信信号的同时，还能为网络终端提供直流供电，以维持网络终端的正常通信功能；并且在PoE供电方式中，通信信号的传输介质低廉，适应范围较广，能够实现不同类型网络终端之间的通信互联，极大地减少了网络终端之间的布线成本、人工成本以及维护成本，因此在目前的以太网通信系统中，PoE供电已经成为网络终端的最主要供电方式。普通的网线内部有8芯线，是不带电的，只是传输网络信号。PoE供电设备提供两个 RJ45网络接口，即PoE In和PoE Out两个接口。普通一根网线插入PoE In 口，另外一根网线连接PoE Out接口和远端PD受电设备。这时，从PoE Out 接口接出的网线内部已经带有44V-57V的直流电，从而给远端PD设备以一根网线为载体，同时供给“电源+信号”，这种方式可以省下一根给PD 设备供电的电源线。“电源+信号”的供给方式可以节约线材和施工成本，在生活、生产中有广泛应用。
到目前为止，国际上在网络供电方面，制定过三个标准，分别是：IEEE 802.3af，IEEE802.3at,IEEE802.3bt标准，要实现这三个标准，一般需要购买国外公司生产的专用芯片，并搭建匹配的电路。
图2提供一种常用的网络供电线路，主控芯片是美信公司的 MAX5922A，J2和GND是+48V输入，J1 RJ45口是+48V输出，该电路对网线上的供电48V进行控制。
在图2中，MAX5922A/B/C是一款内置功率MOSFET的单端口网络电源控制器，工作于+32V至+60V电源。该器件专为LAN供电系统的供电设备(PSE)而设计，完全符合
802.3af标准。MAX5922提供用电设备(PD) 探测、分级、限流以及其它IEEE 802.3af兼容PSE所需要的功能。然而，现有技术有几个缺点：1.只符合IEEE 802.3af，供电功率只有15.4W，功率不够大。2.芯片只能控制1路网线供电输出。
因此需要一种技术，以实现基于BT标准通过PoE供电系统进行供电。
发明内容
本发明技术方案提供一种通过PoE供电系统进行供电的方法及系统，以解决如何基于BT标准通过PoE供电系统进行供电的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种通过PoE供电系统进行供电的方法，所述方法包括：
对PoE供电系统中的PSE供电设备进行上电初始化；
通过经过上电初始化后的所述PSE供电设备经由检测电路检测是否有符合预设标准的PD受电设备接入；
当所述PSE供电设备检测到符合预设标准的PD受电设备接入时，经由分级电路确定所述PD受电设备的供电功率；
通过所述PSE供电设备按确定的供电功率为所述PD受电设备进行供电。
优选地，所述PD受电设备接入通过RJ45网络接口接入所述PSE供电设备。
优选地，还包括：当供电的电流大于预设值时，所述PSE供电设备停止为所述PD受电设备供电。
优选地，所述PD受电设备的预设标准为IEEE802.3bt标准。
优选地，所述经过上电初始化后的PSE供电设备通过检测电路检测是否有符合预设特征的PD受电设备接入，包括：
通过所述检测电路的降压芯片基于所述IEEE802.3bt标准生成不同数值的第一检测电压，通过所述第一检测电压检测所述RJ45网络接口的不同供电线路是否有电阻，获取检测结果；所述第一检测电压包括7V或9V；
基于所述检测结果确定是否有符合预设标准的PD受电设备接入。
优选地，所述当所述PSE供电设备检测到符合预设标准的PD受电设备接入时，通过分级电路确定所述PD受电设备的供电功率，包括：
通过所述分级电路的降压芯片基于所述IEEE802.3bt标准生成不同数值的第二检测电压；所述第二检测电压包括7V或9V；
根据分级算法多次检测RJ45网络接口的一条供电线路产生的电流，基于产生的电流确定所述PD受电设备的供电功率。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种通过PoE供电系统进行供电的装置，所述装置包括：
初始模块，用于对PoE供电系统中的PSE供电设备进行上电初始化；
检测模块，用于通过经过上电初始化后的所述PSE供电设备经由检测电路检测是否有符合预设标准的PD受电设备接入；
分级模块，用于当所述PSE供电设备检测到符合预设标准的PD受电设备接入时，经由分级电路确定所述PD受电设备的供电功率；
供电模块，用于通过所述PSE供电设备按确定的供电功率为所述PD 受电设备进行供电。
优选地，所述PD受电设备接入通过RJ45网络接口接入所述PSE供电设备。
优选地，还包括断电模块，用于当供电的电流大于预设值时，所述PSE 供电设备停止为所述PD受电设备供电。
优选地，所述PD受电设备的预设标准为IEEE802.3bt标准。
优选地，所述检测模块用于经过上电初始化后的PSE供电设备通过检测电路检测是否有符合预设特征的PD受电设备接入，还用于：
通过所述检测电路的降压芯片基于所述IEEE802.3bt标准生成不同数值的第一检测电压，通过所述第一检测电压检测所述RJ45网络接口的不同供电线路是否有电阻，获取检测结果；所述第一检测电压包括7V和9V；
基于所述检测结果确定是否有符合预设标准的PD受电设备接入。
优选地，所述分级模块用于当所述PSE供电设备检测到符合预设标准的PD受电设备接入时，通过分级电路确定所述PD受电设备的供电功率，还用于：
通过所述分级电路的降压芯片基于所述IEEE802.3bt标准生成不同数值的第二检测电压；所述第二检测电压包括9V和18V；
根据分级算法多次检测RJ45网络接口的一条供电线路产生的电流，基于产生的电流确定所述PD受电设备的供电功率。
本发明技术方案提供一种通过PoE供电系统进行供电的方法及系统，其中方法包括：对PoE供电系统中的PSE供电设备进行上电初始化；通过经过上电初始化后的所述PSE供电设备经由检测电路检测是否有符合预设标准的PD受电设备接入；当所述PSE供电设备检测到符合预设标准的PD 受电设备接入时，经由分级电路确定所述PD受电设备的供电功率；通过所述PSE供电设备按确定的供电功率为PD受电设备进行供电。本发明技术方案提供了供电电路和芯片程序，已经达到IEEE802.3bt标准，可以兼容前两个标准。本发明的电路板(程序下载到电路板芯片中)安装在PoE供电器的内部，是PoE供电器的关键电路，当供电网线插入远端受电设备PD 时，能够实现对网线上的电流检测、分级、管理、保护等多种措施行为，使用电更安全可靠。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的一种通过PoE供电系统进行供电的方法流程图；
图2为根据现有技术的网络供电线路示意图；
图3为根据本发明优选实施方式的PCB电路板上电初始化电路示意图；
图4为根据本发明优选实施方式的降压芯片电路示意图；
图5为根据本发明优选实施方式的外部输入电压通过降压后给主控芯片和信号放大芯片供电示意图；
图6为根据本发明优选实施方式的检测电路结构示意图；
图7为根据本发明优选实施方式的检测电阻过程示意图；
图8为根据本发明优选实施方式的分级电路结构示意图；
图9为根据本发明优选实施方式的分级过程示意图；
图10为根据本发明优选实施方式的BT标准中规定的分级波形示意图；
图11为根据本发明优选实施方式的供电电路结构示意图；
图12为根据本发明优选实施方式的供电电路功能示意图；
图13为根据本发明优选实施方式的断电电路结构示意图；
图14为根据本发明优选实施方式的断电电路功能示意图；以及
图15为根据本发明优选实施方式的一种通过PoE供电系统进行供电的系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的一种通过PoE供电系统进行供电的方法流程图。在网络供电方面，共制定过三个国际标准，分别是：IEEE 802.3af，IEEE802.3at,IEEE802.3bt标准，本发明实施方式提供的电路和芯片程序，实现了按照国际标准来实施供电过程，同时PD受电设备也得按照国际标准来生产，不符合国际标准的受电设备被称为非法的设备，不能被供电，或者供电时有短路烧坏设备的危险。本发明的供电电路的技术已经达到IEEE802.3bt标准，可以兼容前两个标准。
本发明提供的PoE供电系统中的供电设备被称为PSE，一般供电是 44-57VDC，受电设备被称为PD。PSE有RJ45网络输出口，PD设备有RJ45 网络输入口，两者之间通过网线相连接，实现PSE给PD供电功能，网线连接后，PSE要经历几个步骤：上电初始化、检测、分级、供电、断电，才能判断是否对PD受电设备供电，以及供给多大功率的电流，这些对应的功能都需要电路控制来完成。规定这些功能特征的标准可以被简称为“BT 国际标准”，BT国际标准只规定了电压、电流、过程实现的各种特征值，具体怎样实现这些值，没有统一的电路可以实现，由设备厂商自己搭建电路，自己编写控制软件来实现，本发明实施方式可以实现上电初始化、检测、分级、供电、断电等功能。
如图1所示，本发明提供一种通过PoE供电系统进行供电的方法，方法包括：
步骤101：对PoE供电系统中的PSE供电设备进行上电初始化。
本发明首先对PSE供电设备进行上电初始化。本发明PoE供电系统的物理形态是PCB电路板，上面焊接STM32主控芯片和其它相关元器件，在完成检测步骤之前，整个PCB电路板首先要上电，并产生的相关电压，执行相关准备动作，即上电初始化，上电初始化不需要国际标准规定，是所有电子设备都必须有的步骤，只是每种设备的初始化内容有差异。
本发明通过外部输入44V-57V电压给整个系统供电，典型值为55V，主力电流分为两路，第一路通过Q7，第二路通过Q8，最后整合到RJ45网口输出给PD设备。如图3所示。
BT国际标准规定使用2.8V-10V的电压对PD设备进行电阻值检测，为了实现这一功能，本发明使用U1降压芯片，产生7V和9V电压，来对 PD电阻进行检测，符合BT国际标准的规定值。
同时，BT国际标准规定，分级功能的实现需要使用两种电压来实现，高电压范围是15.5V-20.5V，低电压范围7.0-10.V，本发明使用U1降压芯片，产生18V和9V电压，符合BT国际标准。U1降压芯片的电路如图4 所示。
44-57V电压的外部输入电压，通过U1，U6，U2三次降压后，降至3.3V 后，可以给U5主控芯片和U3信号放大芯片进行供电。如图5所示。
步骤102：通过经过上电初始化后的PSE供电设备经由检测电路检测是否有符合预设标准的PD受电设备接入。优选地，PD受电设备接入通过 RJ45网络接口接入PSE供电设备。优选地，PD受电设备的预设标准为 IEEE802.3bt标准。优选地，经过上电初始化后的PSE供电设备通过检测电路检测是否有符合预设特征的PD受电设备接入，包括：
通过检测电路的降压芯片基于IEEE802.3bt标准生成不同数值的第一检测电压，通过第一检测电压检测RJ45网络接口的不同供电线路是否有电阻，获取检测结果；第一检测电压包括7V或9V；
基于检测结果确定是否有符合预设标准的PD受电设备接入。
检测功能是PSE供电设备判断是否有合法特征的PD受电设备插入到 RJ45网口中，有该特征则给PD受电供电，没有该特征，则不给PD受电设备供电，避免由于其它受电设备误插而导致烧毁。
如图6所示，U1的第1脚通过电阻R8连接MOS管Q4，通过电阻R9 连接MOS管Q5，并在图中向右延伸连接其它元器件，最终汇集到RJ45网口进行输出。三极管和MOS管起开关作用，被U5主控芯片所控制，各三极管和MOS管之间相互配合，达到输出标准电压的作用。
本发明连接RJ45口的网线有8根细线，规定4/5/7/8是第1路供电线路，1/2/3/6是第2路供电线路。
整个检测电阻的过程如图7所示：
步骤1：U1产生7V检测电压，检测RJ45口第1路是否有电阻，检测结果被U5主控芯片记录下来。
步骤2：U1产生9V检测电压，检测RJ45口第1路是否有电阻，检测结果被U5主控芯片记录下来。
步骤3：U1产生7V检测电压，检测RJ45口第2路是否有电阻，检测结果被U5主控芯片记录下来。
步骤4：U1产生9V检测电压，检测RJ45口第2路是否有电阻，检测结果被U5主控芯片记录下来。
步骤5：U1同时打开Q2和Q6，按上述产生电压的方法，同时检测第 1路和第2路，并进行结果记录，U1根据检测记录，判断RJ45口是否有电阻，以及在有电阻的状态下，则判断出受电设备PD是哪种类型。
步骤103：当PSE供电设备检测到符合预设标准的PD受电设备接入时，经由分级电路确定PD受电设备的供电功率。优选地，当PSE供电设备检测到符合预设标准的PD受电设备接入时，通过分级电路确定PD受电设备的供电功率，包括：
通过分级电路的降压芯片基于IEEE802.3bt标准生成不同数值的第二检测电压；第二检测电压包括7V或9V；
根据分级算法多次检测RJ45网络接口的一条供电线路产生的电流，基于产生的电流确定PD受电设备的供电功率。
本发明实现分级功能的电路和实现检测功能的电路是一样的，如图8 所示，不同的是地方是由于程序的编写控制，产生的分级电压不一样。分级电路用来确定PD设备需要的功率。
本发明PSE供电设备的整个分级过程如图9所示。分级电路和分级过程(也可以称为分级算法)，即软硬件之间的相互配合，可以实现BT标准中所规定的分级过程。下图是BT标准中所规定的分级波形，高电压范围是 15.5V-20.5V，低电压范围7.0-10.V，本发明的电路产生的18V和9V在标准规定的范围之内。
步骤104：通过PSE供电设备按确定的供电功率为PD受电设备进行供电。
本发明当PD受电设备插入RJ45口，通过了检测和分级步骤后，PSE 供电设备认为该PD受电设备是合法的，于是开始给PD受电设备供电55V。
如图12所示，Q8 MOS管控制的RJ45口的第1路电力输出，Q8与 Q10相连接并继续连接U5，构成U5主控芯片的对第1路电力控制路线。同时，Q12与Q10连接，起保护作用，当供电电力过大的时候，由硬件进行保护，反应迅速。
Q7 MOS管控制的RJ45口的第2路电力输出，Q7与Q9相连接并继续连接U5，构成U5主控芯片对第2路电力控制路线。同时，Q11与Q9连接，起保护作用，当供电电力过大的时候，由硬件进行保护，反应迅速。
U5主控芯片通过对Q10和Q9的开关控制，达到打开供电电路和关闭供电电路的作用，实现BT标准中所规定的供电功能。
优选地，还包括：当供电的电流大于预设值时，PSE供电设备停止为 PD受电设备供电。
本发明中，当发生短路、过载的情况时，这时候要及时断掉电力供应，否则有可能会引起电流过大，烧毁设备。
如图13所示，RJ45网口第1路输出，连接到U3比较器上，当电流偏大时，超过U3设置的值，则U3关闭Q12,Q12关闭Q10，Q10关闭Q8 MOS 管，从而关断RJ45口第1路的电力输出，实现对PD设备的保护。
RJ45网口第2路输出，连接到U3比较器上，当电流偏大时，超过U3 设置的值，则U3关闭Q11,Q11关闭Q9，Q9关闭Q7 MOS管，从而关断 RJ45口第2路的电力输出，实现对PD设备的保护。如图14所示。
本发明PoE供电领域的IEEE 802.3af，IEEE802.3at，供电功率为15.4W 和30W。IEEE802.3bt标准供电功率可达90W，供电协议也更加复杂。不符合这个3个标准的PSE供电设备，将不能给符合标准的设备供电。
本发明的电路经过长期研发，反复测试，使各项指标均符合IEEE802.3bt 标准，实现了功率的增加，电流的保护，时序的捕捉，波形的解析，逻辑的控制等技术难点。其优点如下：
本发明的供电电路采用分立元件搭建，散热性能好，比较可靠稳定。现有技术中把整个电路蚀刻在芯片内部，用一个芯片代替所有电路，即集成电路，该方案散热效果不好，因为有很大的电流需要通过芯片内部，芯片容易过热死机，造成线路不稳定，不可靠。
本发明的整个电路的温度适应性好，电流在导体中流动，是要产生热量的，分立元器件散热条件好，温度容易降低，不会发生温度过高的情况。
本发明的供电电路可以增加新的避雷功能，设计电路，将避雷元器件加入到整个系统中并实现，比较容易，符合电路设计中基本的模块化设计思想，增加功能容易。做成芯片的方案，
图15为根据本发明优选实施方式的一种通过PoE供电系统进行供电的系统结构图。如图15所示，本发明提供一种通过PoE供电系统进行供电的装置，装置包括：
初始模块1501，用于对PoE供电系统中的PSE供电设备进行上电初始化；优选地，PD受电设备接入通过RJ45网络接口接入PSE供电设备。优选地，PD受电设备的预设标准为IEEE802.3bt标准。
检测模块1502，用于通过经过上电初始化后的PSE供电设备经由检测电路检测是否有符合预设标准的PD受电设备接入。优选地，检测模块用于经过上电初始化后的PSE供电设备通过检测电路检测是否有符合预设特征的PD受电设备接入，还用于：
通过检测电路的降压芯片基于IEEE802.3bt标准生成不同数值的第一检测电压，通过第一检测电压检测RJ45网络接口的不同供电线路是否有电阻，获取检测结果；第一检测电压包括7V和9V；
基于检测结果确定是否有符合预设标准的PD受电设备接入。
分级模块1503，用于当PSE供电设备检测到符合预设标准的PD受电设备接入时，经由分级电路确定PD受电设备的供电功率；优选地，分级模块用于当PSE供电设备检测到符合预设标准的PD受电设备接入时，通过分级电路确定PD受电设备的供电功率，还用于：
通过分级电路的降压芯片基于IEEE802.3bt标准生成不同数值的第二检测电压；第二检测电压包括9V和18V；
根据分级算法多次检测RJ45网络接口的一条供电线路产生的电流，基于产生的电流确定PD受电设备的供电功率。
供电模块1504，用于通过PSE供电设备按确定的供电功率为PD受电设备进行供电。
优选地，装置还包括断电模块，用于当供电的电流大于预设值时，PSE 供电设备停止为PD受电设备供电。
根据本发明优选实施方式的一种通过PoE供电系统进行供电的系统 1500与根据本发明优选实施方式的一种通过PoE供电系统进行供电的方法 100相对应，在此不再进行赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (10)
1.一种通过PoE供电系统进行供电的方法，所述方法包括：
对PoE供电系统中的PSE供电设备进行上电初始化；
通过经过上电初始化后的所述PSE供电设备经由检测电路检测是否有符合预设标准的PD受电设备接入；
当所述PSE供电设备检测到符合预设标准的PD受电设备接入时，经由分级电路确定所述PD受电设备的供电功率；
通过所述PSE供电设备按确定的供电功率为所述PD受电设备进行供电。
2.根据权利要求1所述的方法，所述PD受电设备接入通过RJ45网络接口接入所述PSE供电设备。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：当供电的电流大于预设值时，所述PSE供电设备停止为所述PD受电设备供电。
4.根据权利要求2所述的方法，所述PD受电设备的预设标准为IEEE802.3bt标准。
5.根据权利要求4所述的方法，所述经过上电初始化后的PSE供电设备通过检测电路检测是否有符合预设特征的PD受电设备接入，包括：
通过所述检测电路的降压芯片基于所述IEEE802.3bt标准生成不同数值的第一检测电压，通过所述第一检测电压检测所述RJ45网络接口的不同供电线路是否有电阻，获取检测结果；所述第一检测电压包括7V或9V；
基于所述检测结果确定是否有符合预设标准的PD受电设备接入。
6.根据权利要求4所述的方法，所述当所述PSE供电设备检测到符合预设标准的PD受电设备接入时，通过分级电路确定所述PD受电设备的供电功率，包括：
通过所述分级电路的降压芯片基于所述IEEE802.3bt标准生成不同数值的第二检测电压；所述第二检测电压包括7V或9V；
根据分级算法多次检测RJ45网络接口的一条供电线路产生的电流，基于产生的电流确定所述PD受电设备的供电功率。
7.一种通过PoE供电系统进行供电的装置，所述装置包括：
初始模块，用于对PoE供电系统中的PSE供电设备进行上电初始化；
检测模块，用于通过经过上电初始化后的所述PSE供电设备经由检测电路检测是否有符合预设标准的PD受电设备接入；
分级模块，用于当所述PSE供电设备检测到符合预设标准的PD受电设备接入时，经由分级电路确定所述PD受电设备的供电功率；
供电模块，用于通过所述PSE供电设备按确定的供电功率为所述PD受电设备进行供电。
8.根据权利要求7所述的装置，还包括断电模块，用于当供电的电流大于预设值时，所述PSE供电设备停止为所述PD受电设备供电。
9.根据权利要求7所述的装置，所述检测模块用于经过上电初始化后的PSE供电设备通过检测电路检测是否有符合预设特征的PD受电设备接入，还用于：
通过所述检测电路的降压芯片基于所述IEEE802.3bt标准生成不同数值的第一检测电压，通过所述第一检测电压检测所述RJ45网络接口的不同供电线路是否有电阻，获取检测结果；所述第一检测电压包括7V和9V；
基于所述检测结果确定是否有符合预设标准的PD受电设备接入。
10.根据权利要求7所述的装置，所述分级模块用于当所述PSE供电设备检测到符合预设标准的PD受电设备接入时，通过分级电路确定所述PD受电设备的供电功率，还用于：
通过所述分级电路的降压芯片基于所述IEEE802.3bt标准生成不同数值的第二检测电压；所述第二检测电压包括9V和18V；
根据分级算法多次检测RJ45网络接口的一条供电线路产生的电流，基于产生的电流确定所述PD受电设备的供电功率。
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