CN112600016B - 接口装置、供电设备、受电设备及用电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种接口装置、供电设备、受电设备及用电系统。该接口装置包括：变压组件，包括多个变压电路，每一变压电路包括信号端口和抽头，多个抽头相互连接形成电源信号线；网口组件，包括多个第一信号引脚和屏蔽壳，多个第一信号引脚连接电源信号线，屏蔽壳连接多个端口形成地线；其中，接口装置在外接网线时，多个第一信号引脚分别连接网线中对应的信号线，屏蔽壳连接网线的屏蔽层。通过上述方式，本申请能够实现信号和电源安全传输的同时，降低线缆被烧毁的概率风险，减少设备线缆和简化室外布线。

Description

接口装置、供电设备、受电设备及用电系统

技术领域

本申请涉及供电领域，特别是涉及一种接口装置、供电设备、受电设备及用电系统。

背景技术

以太网供电(Power Over Ethernet，POE)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也被称为基于局域网的供电系统(Power over LAN，POL)或有源以太网(Active Ethernet)，有时也被简称为以太网供电，这是利用现存标准以太网传输电缆的同时传送数据和电功率的最新标准规范，并保持了与现存以太网系统和用户的兼容性。

目前，往往网线种类多样并且各种网线的通流能力不一，如果网线插错适配器的接口，会导致电源端和接地端的短接，从而存在烧坏线缆的危险。

发明内容

本申请实施例的第一方面提供了一种接口装置，该接口装置包括：变压组件，包括多个变压电路，每一变压电路包括信号端口和抽头，多个抽头相互连接形成电源信号线；网口组件，包括多个第一信号引脚和屏蔽壳，多个第一信号引脚连接电源信号线，屏蔽壳连接多个端口形成地线；其中，接口装置在外接网线时，多个第一信号引脚分别连接网线中对应的信号线，屏蔽壳连接网线的屏蔽层。

本申请实施例的第二方面提供了一种供电设备，包括：供电设备包括如本申请实施例的第一方面提供的接口装置，其中，电源信号线能够作为供电设备的电源端。

本申请实施例的第三方面提供了一种受电设备，包括：本申请实施例的第二方面提供的供电设备的镜像组件，其中，受电设备的电源信号线能够作为受电设备的受电端。

本申请实施例的第四方面提供了一种用电系统，该用电系统包括本申请实施例的第二方面提供的供电设备、网线以及本申请实施例的第三方面提供的受电设备，供电设备的电源端通过网线与受电设备的受电端连接。

本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请针对网线插错适配器的接口导致电源端和接地端的短接而烧毁线缆的情况，在网口组件上设置屏蔽壳连接变压组件的多个端口以形成地线；在接口装置在外接网线时，网口组件的多个第一信号引脚分别连接网线中对应的信号线，而屏蔽壳连接网线的屏蔽层。通过上述方式，本申请能够实现信号和电源安全传输的同时，降低线缆被烧毁的风险概率，并且减少设备线缆和简化室外布线。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请POE系统的硬件架构的示意框图；

图2是本申请POE系统供电过程的示意图；

图3是本申请接口装置第一实施例的电路示意图；

图4是本申请接口装置的网线接头示意图；

图5是本申请供电设备与受电设备组成的用电系统第一实施例的电路示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

请参阅图1，图1是本申请POE系统的硬件架构的示意框图。在POE系统包括供电设备(Power Sourcing Equipment，PSE)10和受电设备(Powered Device，PD)20。通常，供电设备10用于提供电力，受电设备2-用于使用电能。当然其中不仅涉及到供电用电，还涉及数据的传输，一般来说，数据流是通过RX+、RX-、TX+以及TX-四根网线进行实际传输，其中，TRX在通讯里面是收发单元，TX指输出，RX指接收，TX与RX相对应。如图1所示，供电设备10可以以以太网传输电缆的方式同时将数据流以及电功率汇合成带电数据，从而传输给受电设备20。因此，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。

IEEE 802.3af标准是基于以太网供电系统POE的新标准，该标准在IEEE 802.3的基础上增加了通过网线直接供电的相关标准，是现有以太网标准的扩展，也是第一个关于电源分配的国际标准。其供电过程请参与图2，图2是本申请POE系统供电过程的示意图。该POE系统中除包括供电设备10以及受电设备20，还包括配线架30以及用电设备40，其中电源应用设备(Powered Devices，PD)40可以包括网络电话41、无线接入点42以及网络摄像机43，当然，本领域技术人员完全可以认为电源应用设备40还可以包括其他电源应用设备。

针对标准的POE供电技术，使用的是标准的五类网线，其中标准的五类网线有四对双绞线，但是在10M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的两对。IEEE80 2.3af允许两种用法，一种是应用空闲脚供电时，4、5脚连接为正极，7、8脚连接为负极。另一种应用数据脚供电时，将DC电源加在传输变压器的中点，不影响数据的传输。在这种方式下线对1、2和线对3、6可以为任意极性。

标准不允许同时应用以上两种情况。电源提供设备供电设备10只能提供一种用法，但是电源应用设备41必须能够同时适应两种情况。该标准规定供电电源通常是48V、13W的。电源应用设备41提供48V到低电压的转换是较容易的，但同时应有1500V的绝缘安全电压。

针对非标准的POE供电技术，从标准的POE设备可以看到，其协商过程被802.3标准协会定义，以实现最大的兼容，因为涉及到关机技术，当前有部分厂家的非标准的POE供电芯片可以实现标准POE的功能但不能通过相关的认证，属于非标准POE方案，可以实现一定程度上的兼容。

具体地，当在一个网络中布置POE供电端设备10时，POE以太网供电工作过程通常如下所示：

1.检测：一开始，POE设备在端口输出很小的电压，直到其检测到线缆终端的连接为一个支持IEEE802.3af标准的受电端设备。

2.PD端设备分类：当检测到受电端设备PD之后，POE设备可能会为PD设备进行分类，并且评估此PD设备所需的功率损耗。

3.开始供电：在一个可配置时间(一般小于15μs)的启动期内，PSE设备开始从低电压向PD设备供电，直至提供48V的直流电源。

4.供电：为PD设备提供稳定可靠48V的直流电，满足PD设备不越过15.4W的功率消耗。

5.断电：若PD设备从网络上断开时，PSE就会快速地(一般在300～400ms之内)停止为PD设备供电,并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备。

因此，从以上两种强制供电的技术方案来看，POE系统均有设备的嗅探过程，以实现最大的兼容和供电安全，但由于需要专属的芯片和适配器，在实际应用时往往面临成本较高，实现难度大的情况，同时由于设备和适配器的多样性，导致当前POE的供电设备和受电设备一般来说都会绑定使用，所以出现本申请第三种的供电的方案，使用POE的供电线对强制对设备进行供电，裁剪掉嗅探和识别的过程以实现最大的性价比。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。请参阅图3，图3是本申请接口装置第一实施例的电路示意图。本申请实施例的第一方面提供一种接口装置，该接口装置包括：变压组件10以及网口组件20，其中，变压组件10，包括多个变压电路，每一变压电路包括信号端口11和抽头12，多个抽头12相互连接形成电源信号线；网口组件20，包括多个第一信号引脚21和屏蔽壳22，多个第一信号引脚21连接电源信号线，屏蔽壳22连接多个端口形成地线。

其中，接口装置在外接网线时，多个第一信号引脚分别连接网线中对应的信号线，屏蔽壳连接网线的屏蔽层。

因此，本申请针对网线插错适配器的接口导致电源端和接地端的短接而烧毁线缆的情况，在网口组件上设置屏蔽壳连接变压组件的多个端口以形成地线；在接口装置在外接网线时，网口组件的多个第一信号引脚分别连接网线中对应的信号线，而屏蔽壳连接网线的屏蔽层。通过上述方式，本申请能够实现信号和电源安全传输的同时，降低线缆被烧毁的风险概率，进而减少设备线缆和简化室外布线。

具体地，如图3所示，变压组件10包括四个变压电路，每一变压电路包括两个信号端口以及一个抽头，网口组件包括八个第一信号引脚；例如图3，包括通道1(Channel 1)、Channel 2、Channel 3以及Channel 4。其中，Channel 1包括输入端口TCT1 1、TD1+2、TD1-3以及输出端口24MCT1、23MX1+、22MX1-，其中23MX1+以及22MX1-是信号端口，而24MCT1是抽头，用于使得变压器插头输出共模信号，针对Channel 1，其变压器的转换比例为1:1，与此相类似，Channel 2括输入端口TCT2 4、TD2+5、TD2-6及输出端口21MCT2、20MX2+、19MX2-，其中20MX2+以及19MX2-是信号端口，而21MCT2是抽头，针对Channel 2，其变压器的转换比例也为1:1。Channel 3包括输入端口TCT3 7、TD3+8、TD3-9以及输出端口18MCT3、17MX3+、16MX3-，其中17MX3+以及16MX3-是信号端口，而18MCT3是抽头，针对Channel 3，其变压器的转换比例也为1:1。Channel 4包括输入端口TCT4 10、TD4+11、TD4-12以及输出端口15MCT4、14MX4+、13MX4-，其中14MX4+以及13MX4-是信号端口，而15MCT4是抽头，针对Channel 4，其变压器的转换比例也为1:1。

其中，八个信号端口和八个第一信号引脚一一对应连接，接口装置在外接网线时，八个第一信号引脚和网线的八个信号线一一对应连接。

其中，请参阅图4，图4是本申请接口装置的网线接头示意图。其中，网口组件为屏蔽网口，比如可以为RJ45连接器。网络的接头也即8条信号线并联作为电源端为受电设备提供电能。

其中，屏蔽壳包括：绝缘壳体以及导电弹片，具体地，绝缘壳体，包括一容置槽；导电弹片，设置于绝缘壳体的内侧面，导电弹片通过绝缘壳体接地，用于在网线的网线接头容置于容置槽内且网口组件配合连接时，与网线的屏蔽层连接。如此，即使网线插错适配器的接口，因为有金属屏蔽层接地，也不会造成VCC和GND的短接，使得降低烧坏线缆的风险概率。

其中，如图4所示，网线接头包括：导电壳体以及多个第二信号引脚1至8；其中，导电壳体用于连接网线的屏蔽层；多个第二信号引脚用于连接网线的多个信号线；其中，网线接头与网口组件配合连接时，导电壳体与导电弹片接触，也可以是抵触，而多个第二信号引脚与多个第一信号引脚一一对应连接。

更进一步地，绝缘壳体的内侧面设置两个导电弹片，如图4所示，第一弹片22以及第二弹片31，该两导电弹片可以用于缩小容置空间以固定网线接头；在网线接头与网口组件配合连接时，导电壳体与两个导电弹片抵触，也即网线接头卡接于第一弹片22以及第二弹片31之间，能够固定该网线接头，从而是的该网线接头与导电壳体接触。

更进一步地，网线中设置金属线，用于传输接地信号。可以通过网线中增加金属线作为GND信号的传输，比如可以通过将屏蔽层变为接地的线缆，降低对屏蔽层的依赖。另外更进一步地，如果将屏蔽层修改成金属线缆，可以增加网口线缆的数量实现传输。

此外，本申请实施例的第二方面提供一种供电设备，供电设备包括如本申请实施例的第一方面提供的接口装置，其中，电源信号线能够作为供电设备的电源端。

此外，本申请实施例的第三方面提供一种受电设备，包括：本申请实施例的第二方面提供的供电设备的镜像组件，其中，受电设备的电源信号线能够作为受电设备的受电端。

再者，本申请实施例的第四方面提供一种用电系统，该用电系统包括本申请实施例的第二方面提供的供电设备、网线以及本申请实施例的第三方面提供的受电设备，供电设备的电源端通过网线与受电设备的受电端连接。

请参阅图5，图5是本申请供电设备与受电设备组成的用电系统第一实施例的电路示意图。该用电系统包括供电设备、屏蔽网线以及受电设备，其中供电设备的变压器电路模块的抽头用于传输VCC电压，其中信号线传输VCC电压，屏蔽层与GND连接。

具体地，图5中的左侧设备比如可以为适配器，右侧设备为客户终端设备(Customer Premise Equipment，CPE)，比如可以为室外CPE，其工作时的电流路径为电源→适配器→适配器的网线电源输出口→供电网线→室外CPE的网线接口→CPE；而网络信号流向路径为CPE→室外CPE的网线接口→供电网线→适配器的网线电源输出口→适配器→适配器的LAN网络接口→用网设备。

该方案有以下特征：

1.通过网线实现给设备直接供电的一种电路方案，该方案非POE供电方案，在实现供电前无嗅探、握手等过程；

2.从外观上可以看到设备无直流供电电缆，只有一根网线与设备连接，实现供电和数据通道的同时使用；

3.通常适配器为专属适配器，适配器与设备连接的端口可以通过颜色或者丝印做明显标识，这样避免插错，比如适配器的网线电源输出口用蓝色标识，连接CPE；适配器的LAN网络接口用灰色标识，连接用网设备。

从图5中可以看出，在常规的强制供电的基础上复用网口的信号线传输VCC电压，使用屏蔽网口连接器的金属弹片作为GND，适配器和终端的端口均需要采用该期间，传输网线为具有金属屏蔽层的网线，且在插入网口时金属屏蔽层能够与GND的弹片搭接。即使适配器与设备连接的端口没有明显的区分标记而使得网线插错适配器的接口，因为有金属屏蔽层接地，也不会造成VCC和GND的短接，使得降低烧坏线缆的风险概率。

因此，本电路可以便捷地实现电源线和网口线的合一，具备供电和数据传输的双重功能。还实现简单，不需要复杂的逻辑和芯片，成本低。有效传输的电源线从4组网线并联变为8条网线并联，多条传输线并联，总电阻变小了，比如之前是4条网线并联作为电源端加入电阻为5Ω，现在8条网线并联则电阻减小一半为2.5Ω，所以功耗是降低50％。也即比之前只使用网口信号线作为传输电源的方案，传输损耗下降50％，同功率下传输距离提升1倍。通过网线和电源线合一，利用直流信号和网口信号传输互不干扰的机制，实现网口信号上增加直流偏置，实现了信号和电源的同时传输，对后续减少设备线缆和简化室外布线具有较强的作用。

以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的保护范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种接口装置，其特征在于，所述接口装置包括：

变压组件，包括多个变压电路，每一所述变压电路包括信号端口和抽头，多个所述抽头相互连接形成电源信号线，所述端口接地的同时又能传输信号；

网口组件，连接所述变压组件，包括多个第一信号引脚和屏蔽壳，所述多个第一信号引脚连接所述电源信号线，所述屏蔽壳包裹多个所述端口形成地线；

其中，所述接口装置在外接网线时，所述多个第一信号引脚分别连接所述网线中对应的信号线，所述屏蔽壳连接所述网线的屏蔽层。

2.根据权利要求1所述的接口装置，其特征在于，所述变压组件包括四个变压电路，每一所述变压电路包括两个信号端口以及一个抽头，所述网口组件包括八个第一信号引脚；

其中，八个所述信号端口和八个所述第一信号引脚一一对应连接，所述接口装置在外接网线时，八个所述第一信号引脚和所述网线的八个信号线一一对应连接。

3.根据权利要求2所述的接口装置，其特征在于，

所述网口组件为RJ45连接器。

4.根据权利要求1所述的接口装置，其特征在于，

所述屏蔽壳包括：

绝缘壳体，包括一容置槽；

导电弹片，设置于所述绝缘壳体的内侧面，所述导电弹片接地，用于在所述网线的网线接头容置于所述容置槽内且所述网口组件配合连接时，与所述网线的屏蔽层连接。

5.根据权利要求4所述的接口装置，其特征在于，

所述网线接头包括：

导电壳体，连接所述网线的屏蔽层；

多个第二信号引脚，连接所述网线的多个信号线；

其中，所述网线接头与所述网口组件配合连接时，所述导电壳体与所述导电弹片接触，所述多个第二信号引脚与所述多个第一信号引脚一一对应连接。

6.根据权利要求5所述的接口装置，其特征在于，

所述绝缘壳体的内侧面设置两个导电弹片，用于缩小所述绝缘壳体的容置空间以固定所述网线接头；

在所述网线接头与所述网口组件配合连接时，所述导电壳体与所述两个导电弹片抵触。

7.根据权利要求1-6任一项所述的接口装置，其特征在于，

所述网线中设置金属线，用于传输接地信号。

8.一种供电设备，其特征在于，所述供电设备包括如权利要求1-7任一项所述的接口装置，其中，所述电源信号线能够作为所述供电设备的电源端。

9.一种受电设备，其特征在于，包括：与权利要求8的所述供电设备的镜像组件，其中，所述受电设备的电源信号线能够作为所述受电设备的受电端。

10.一种用电系统，其特征在于，包括如权利要求8所述的供电设备、网线以及如权利要求9的受电设备，所述供电设备的电源端通过所述网线与所述受电设备的受电端连接。

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