CN113777425B - 以太网供电系统的分级检测方法及供电设备 - Google Patents

以太网供电系统的分级检测方法及供电设备 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种以太网供电系统的分级检测方法，包括：向受电设备多次施加分级电压和标记电压，其中，每一次施加的分级电压和标记电压均具有相应的维持时间；获取受电设备在多个分级电压下的多个分级电流；根据受电设备的多个分级电流获取受电设备的分级属性；其中，当供电设备和受电设备均支持自动分级时，根据受电设备的签名阻抗值调整所述标记电压的维持时间使得受电设备的电压在所述标记电压的维持时间内从分级电压下降至标记电压。本申请还提供一种供电设备，在分级阶段不受自动分级的影响，可以正确且高效的完成分级。

Description

以太网供电系统的分级检测方法及供电设备
技术领域
本发明涉及以太网供电技术，更具体地，涉及用于以太网供电系统的分级检测方法及供电设备。
背景技术
以太网供电(POE，Power over Ethernet)技术是指在现有以太网布线基础架构的基础上，通过网线为网络中终端设备提供直流供电的技术。在以太网供电技术中，网线兼有传输数据信号和直流供电的作用。该技术使终端设备无需依赖外部电源适配器供电，从而可以省去电源适配器、供电线缆和插头，节省布线与硬件成本。
以太网供电设备分为供电设备(Power Sourcing Equipment，PSE)和受电设备(Powered Device，PD)。PSE和PD基于电气电子工程师学会(Institute of Electrical andElectronics Engineers，IEEE)标准建立。POE供电过程分为检测(Detection)，分级(Classification)(包括标记Mark)，供电(包括Inrush)，断电四个阶段。
根据IEEE802.3af/at标准，在PSE检测阶段，当与PSE相连的设备经过检测被确认为合法的PD设备，PSE设备会通过分级(classification)机制对PD设备进行分级以获取PD设备的分级等级信息。PD设备上电(power up)后，PSE设备会根据PD设备的分级等级信息向PD设备提供最大供电功率。
为使PSE设备能够更有效地向PD设备提供足够功率，POE新开发的一个标准-802.3bt标准，引入新的分级机制：自动分级(Autoclass)。当PSE设备向PD设备提供分级电压Vclass，当第一个分级电压到来一定时间后，自动降低分级电流，并在受电端口的端口电压从分级电压降低至标记电压VMark范围内时，退出自动分级。
然而，当签名阻抗值过大时，分级电压下降至标记电压Vmark所需的时间过长导致标记时间结束时，实际PD设备端口电压未下降至标记电压，进而导致分级报错，退出分级流程，无法正常上电。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种以太网供电系统的分级检测方法及供电设备，可以正确且高效的完成分级。
根据本发明的一方面，提供一种以太网供电系统的分级检测方法，包括：向受电设备多次施加分级电压和标记电压，其中，每一次施加的分级电压和标记电压均具有相应的维持时间；获取受电设备在多个分级电压下的多个分级电流；根据受电设备的多个分级电流获取受电设备的分级属性；其中，当供电设备和受电设备均支持自动分级时，根据受电设备的签名阻抗值调整所述标记电压的维持时间使得受电设备的电压在所述标记电压的维持时间内从分级电压下降至标记电压。
优选地，向受电设备多次施加分级电压和标记电压包括：向受电设备依次施加第一分级电压和第一标记电压；根据受电设备的签名阻抗值延长所述第一标记电压的维持时间使得受电设备的端口电压在所述第一标记电压的维持时间内从第一分级电压下降至第一标记电压；向受电设备一次或者多次施加第二分级电压和第二标记电压，并根据受电设备的签名阻抗值延长每一次施加的第二标记电压的维持时间使得受电设备的电压在所述第二标记电压的维持时间内从第二分级电压下降至第二标记电压。
优选地，所述第一级分级电压与所述第二级分级电压的幅值相同，维持时间不同。
优选地，所述第一标记电压与所述第二标记电压的幅值相同，维持时间不同，所述第一标记电压的维持时间不小于所述第二标记电压的维持时间。
优选地，所述分级检测方法还包括：获取受电设备的签名阻抗值，其中，所述签名阻抗值包括签名电阻值和/或签名电容值。
优选地，获取受电设备的签名阻抗值包括：向受电设备提供检测信号，，所述检测信号包括电压信号和/或电流信号；获取流经受电设备的测量信号；根据所述检测信号和所述测量信号获取受电设备的签名阻抗值。
根据本发明的另一方面，提供一种供电设备，包括：供电电路，用于通过供电端口向受电设备供电；控制器，用于控制所述供电电路向受电设备多次施加分级电压和标记电压，其中，每一次施加的分级电压和标记电压均具有相应的维持时间；所述控制器还用于获取受电设备在多个分级电压下的多个分级电流；所述控制器还用于根据受电设备的多个分级电流获取受电设备的分级属性；其中，所述控制器还用于当供电设备和受电设备均支持自动分级时，根据受电设备的签名阻抗值调整所述标记电压的维持时间使得受电设备的电压在所述标记电压的维持时间内从分级电压下降至标记电压。
优选地，所述控制器包括：控制单元，用于控制所述供电电路向受电设备多次施加分级电压和标记电压；测量单元，用于获取受电设备在多个分级电压下的多个分级电流；所述控制单元还用于根据受电设备的多个分级电流获取受电设备的分级属性。
优选地，所述控制单元还用于控制所述供电电路向受电设备依次施加第一分级电压和第一标记电压；所述控制单元还用于根据受电设备的签名阻抗值延长所述第一标记电压的维持时间使得受电设备的端口电压在所述第一标记电压的维持时间内从第一分级电压下降至第一标记电压；所述控制单元还用于控制所述供电电路向受电设备一次或者多次施加第二分级电压和第二标记电压，并根据受电设备的签名阻抗值延长每一次施加的第二标记电压的维持时间使得受电设备的电压在所述第二标记电压的维持时间内从第二分级电压下降至第二标记电压。
优选地，所述第一级分级电压与所述第二级分级电压的幅值相同，维持时间不同。
优选地，所述第一标记电压与所述第二标记电压的幅值相同，维持时间不同，所述第一标记电压的维持时间不小于所述第二标记电压的维持时间。
优选地，所述控制单元还用于获取受电设备的签名阻抗值，其中，所述签名阻抗值包括签名电阻值和签名电容值。
优选地，所述控制单元还用于控制所述供电电路向受电设备提供检测信号，所述检测信号包括电压信号和/或电流信号；所述测量单元用于获取流经受电设备的测量信号；所述控制单元还用于根据所述检测信号和所述测量信号获取受电设备的签名阻抗值。
根据本发明实施例的以太网供电系统的分级检测方法及供电设备，当所述供电设备的协议规则支持自动分级，且所述受电设备支持自动分级时，根据受电设备的签名阻抗值调整所述标记电压的维持时间使得受电设备在所述标记电压的维持时间内从分级电压下降至标记电压，从而使得供电设备在分级阶段不受自动分级和签名阻抗值的影响，可以正确且高效的完成分级。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出现有技术中POE供电系统的示意性电路图；
图2示出现有技术中POE供电系统支持自动分级且供电设备使用自动分级时的波形示意图；
图3示出根据本发明实施例的POE供电系统的分级检测方法的流程图；
图4示出根据本发明实施例的POE供电系统的分级检测方法中步骤S110的流程图；
图5示出根据本发明实施例的POE供电系统支持自动分级且供电设备使用自动分级时的波形示意图；
图6示出根据本发明实施例的供电设备的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1示出了现有技术中POE供电系统100的示意性电路图。如图1所示，POE供电系统100包括供电设备10、受电设备20和连接在供电设备10和受电设备20之间的接口单元30。
具体地，所述供电设备10可以是交换机、集线器或路由器等，所述受电设备20可以是无线接入点、摄像头、IP电话等。其中，供电设备10包括供电电路11、控制器12以及供电端口13。
受电设备20包括受电端口21、受电控制电路22以及负载23。所述受电端口21为电桥结构。
接口单元30包括多个与供电端口13连接的变压器(T1-T2)以及多个与受电端口连接的变压器(T3-T4)以及多个供电线对(P1-P2、P3-P4)，每个供电端口与一对变压器连接，每个受电端口与一对变压器连接；其中，供电端口13分别与第一变压器T1和第二变压器T2连接；受电端口21分别与第三变压器T3和第四变压器T4连接。
受电端口21的第一输入端与和第一供电线对(P1-P2)连接的变压器的初级绕组的中心抽头连接，受电端口21的第二输入端与和第二供电线对(P3-P4)连接的变压器的初级绕组的中心抽头连接。即受电端口21的第一输入端和第二输入端分别与第三变压器T3的初级绕组的中心抽头和第四变压器T4的初级绕组的中心抽头连接。
受电端口21的正输出端连接到受电控制电路22的正输入端，并且受电端口21的负输出端连接到受电控制电路22的负输入端。受电控制电路22具有从正输入端到其正输出端的通路以及具有从负输入端到其负输出端的通路。负载23的正输入端与受电控制电路23的正输出端连接。
现有技术中，当供电设备10和受电设备20均支持自动分级，并通过自动分级对受电设备20进行分级时，控制器12控制供电电路11向受电设备20施加多个分级电压Vclass和标记电压Vmark，分级电压Vclass的幅度为15.5V～20.5V，标记电压Vmark的幅度为7V～10V，标记电压Vmark的维持时间TME为6ms～12ms。
供电电路11第一次提供分级电压Vclass，第一次提供的分级电压Vclass的维持时间TLCE为88ms～105ms，在第一次提供的分级电压Vclass带来后的自动分级时间阈值Tacs后，受电设备20上的电流Ipd从分级电流Iclass开始自动降低至自动分级电流阈值Iautoclass。而测量模块13获取到的受电设备20上的电压Vpd会在第一次标记电压Vmark的维持时间TME0内从分级电压Vclass开始下降。当受电设备20的签名阻抗值过大时，在第一次标记电压Vmark的维持时间TME0内受电设备20上的电压Vpd不能下降至标记电压Vmark，则受电设备20上的电流Ipd一直保持在自动分级电流阈值Iautoclass，从而导致分级错误，进而中断分级流程。
图3示出根据本发明实施例的POE供电系统的分级检测方法的流程图。参见图3，所述分级检测方法包括以下步骤。
在步骤S110中，向受电设备多次施加分级电压和标记电压，每一次施加的分级电压和标记电压均具有相应的维持时间。
在本实施例中，供电设备10所遵循的协议为支持自动分级特征的IEEE 802.3bt标准，其分级类型的最大范围为class0-class8。供电设备10所遵循的协议规定了每一次施加的分级电压Vclass和标记电压Vmark幅度以及维持时间。
具体地，步骤S110包括步骤S111-步骤S113，如图4所示。
在步骤S111中，向受电设备依次施加第一分级电压和第一标记电压。
具体地，由于供电设备10所遵循的协议为支持自动分级特征的IEEE 802.3bt标准，因此向受电设备20施加第一分级电压Vclass1，第一分级电压Vclass1的幅度为15.5V～20.5V，第一分级电压Vclass1的维持时间TLCE为88ms～105ms。
在步骤S112中，根据受电设备的签名阻抗值延长所述第一标记电压的维持时间使得受电设备的端口电压在所述第一标记电压的维持时间内从第一分级电压下降至第一标记电压。
具体地，参见图5，向受电设备施加第一标记电压Vmark1，并根据受电设备20的签名阻抗值将第一标记电压Vmark1的维持时间TME0延长t0，使得受电设备20的电压在所述第一标记电压Vmark1的维持时间TME0内从第一分级电压Vclass1下降至第一标记电压Vmark1。第一标记电压Vmark1的维持时间TME0比协议规定的标记电压Vmark的维持时间长。
在步骤S113中，向受电设备一次或者多次施加第二分级电压和第二标记电压，并根据受电设备的签名阻抗值延长每一次施加的第二标记电压的维持时间使得受电设备的电压在所述第二标记电压的维持时间内从第二分级电压下降至第二标记电压。
具体地，参见图5，继续向受电设备多次施加第二分级电压Vclass2和第二标记电压Vmark2；并且根据受电设备的签名阻抗值将第二标记电压Vmark2的维持时间调整至t1。第二分级电压Vclass2的维持时间TCEV为6ms～20ms，第二标记电压Vmark2的维持时间TME1均调整至t1，使得受电设备20在后续多次施加的所述第二标记电压Vmark2的维持时间TME1内从第二分级电压Vclass2下降至第二标记电压Vmark2。第二标记电压Vmark2的维持时间TME1比协议规定的标记电压Vmark的维持时间长。
所述第一分级电压Vclass1和第二分级电压Vclass2的幅值相同，维持时间不同。
第一标记电压Vmark1和第二标记电压Vmark2的幅值相同，维持时间不同，所述第一标记电压Vmark1的维持时间不小于所述第二标记电压Vmark2的维持时间。
在步骤S120中，获取受电设备在多个分级电压下的多个分级电流。
在本实施例中，供电设备10通过控制器12获取受电设备20在多个分级电压下的多个分级电流。
在步骤S130中，根据受电设备的多个分级电流获取受电设备的分级属性。
在本实施例中，当受电设备20在多个分级电压下获取的多个分级电流均在一个分级属性的范围内，则该受电设备20属于相应的分级。
例如，当测量到受电设备20在多个分级电压的电流Ipd均在class1的电流范围内，则确定受电设备的分级属性为class1。分级电流Iclass和受电设备的分级属性的关系如下表所示：
Iclass/IPD Classification
1mA～4mA Class0
9mA～12mA Class1
17mA～20mA Class2
26mA～30mA Class3
36mA～44mA Class4
在一个优选地实施例中，所述分级检测方法还包括步骤S100。
在步骤S100中，获取受电设备的签名阻抗值，其中，所述签名阻抗值包括签名电阻值和签名电容值。
具体地，向受电设备20提供检测信号，所述检测信号包括电压信号和/或电流信号；获取流经受电设备20的测量信号；根据所述测量信号和所述检测信号获取受电设备20的签名阻抗值，该签名阻抗值包括签名电阻值和/或签名电容值。
本发明实施例提供的分级检测方法，根据受电设备的签名阻抗值调整所述标记电压的维持时间使得受电设备在所述标记电压的维持时间内从分级电压下降至标记电压，从而使得供电设备在分级阶段不受自动分级的影响，可以正确且高效的完成分级。
图6示出了根据本发明实施例的供电设备的结构示意图。参见图6，所述供电设备包括供电电路11、控制器12以及供电端口13。
其中，所述供电电路11用于通过供电端口13向受电设备20供电。
在本实施例中，所述供电电路11包括第一电源11a和第二电源11b。第一电源11a用于向供电端口13提供电压信号，第二电源11b用于向供电端口13提供电流信号。
控制器12用于控制所述供电电路11向受电设备20多次施加分级电压和标记电压，每一次施加的分级电压和标记电压均具有相应的维持时间。
在本实施例中，供电设备10所遵循的协议为支持自动分级特征的IEEE 802.3bt标准，其分级类型的最大范围为class0-class8。供电设备10所遵循的协议规定了每一次施加的分级电压Vclass和标记电压Vmark幅度以及维持时间。
所述控制器12还用于当供电设备和受电设备均支持自动分级且使用自动分级时，根据受电设备的签名阻抗值调整所述标记电压的维持时间使得受电设备的电压在所述标记电压的维持时间内从分级电压下降至标记电压。
在本实施例中，控制器12包括控制单元12a和测量单元12b。
其中，控制单元12a用于控制所述供电电路向受电设备多次施加分级电压和标记电压。
具体地，所述控制单元12a还用于控制所述供电电路向受电设备依次施加第一分级电压和第一标记电压。
由于供电设备10所遵循的协议为支持自动分级特征的IEEE 802.3bt标准，因此向受电设备20施加第一分级电压Vclass1，第一分级电压Vclass1的幅度为15.5V～20.5V，第一分级电压Vclass1的维持时间TLCE为88ms～105ms。
所述控制单元12a还用于根据受电设备的签名阻抗值延长所述第一标记电压的维持时间使得受电设备的端口电压在所述第一标记电压的维持时间内从第一分级电压下降至第一标记电压。
所述控制单元12a还用于控制所述供电电路向受电设备一次或多次施加第二分级电压和第二标记电压，并根据受电设备的签名阻抗值延长每一次施加的第二标记电压的维持时间使得受电设备的电压在所述第二标记电压的维持时间内从第二分级电压下降至第二标记电压。
具体地，参见图5，向受电设备施加第一标记电压Vmark1，并根据受电设备20的签名阻抗值将第一标记电压Vmark1的维持时间TME0延长t0，使得受电设备20的电压在所述第一标记电压Vmark1的维持时间TME0内从第一分级电压Vclass1下降至第一标记电压Vmark1。第一标记电压Vmark1的维持时间TME0比协议规定的标记电压Vmark的维持时间长。
具体地，参见图5，继续向受电设备一次或者多次施加第二分级电压Vclass2和第二标记电压Vmark2；并且根据受电设备的签名阻抗值将第二标记电压Vmark2的维持时间调整至t1。第二分级电压Vclass2的维持时间TCEV为6ms～20ms，第二标记电压Vmark2的维持时间TME1均调整至t1，使得受电设备20在后续多次施加的所述第二标记电压Vmark2的维持时间TME1内从第二分级电压Vclass2下降至第二标记电压Vmark2。第二标记电压Vmark2的维持时间TME1比协议规定的标记电压Vmark的维持时间长。
所述第一分级电压Vclass1和第二分级电压Vclass2的幅值相同，维持时间不同。
第一标记电压Vmark1和第二标记电压Vmark2的幅值相同，维持时间不同，所述第一标记电压Vmark1的维持时间不小于所述第二标记电压Vmark2的维持时间。
测量单元12b用于获取受电设备在多个分级电压下的多个分级电流。
在本实施例中，供电设备10通过测量单元12b获取受电设备20在多个分级电压下的多个分级电流。
所述控制单元12a还用于根据受电设备的多个分级电流获取受电设备的分级属性。
在本实施例中，当受电设备20在多个分级电压下获取的多个分级电流均在一个分级属性的范围内，则该受电设备20属于相应的分级。
所述控制单元12a还用于获取受电设备的签名阻抗值，其中，所述签名阻抗值包括签名电阻值和签名电容值。
所述控制单元12a控制所述供电电路11向受电设备20提供检测信号，所述检测信号包括电压信号和/或电流信号。所述测量单元12b用于获取流经受电设备的测量信号。所述控制单元12a根据所述检测信号和所述测量信号获取受电设备的签名阻抗值。
本发明实施例提供的供电设备，根据受电设备的签名阻抗值调整所述标记电压的维持时间使得受电设备在所述标记电压的维持时间内从分级电压下降至标记电压，从而使得供电设备在分级阶段不受自动分级的影响，可以正确且高效的完成分级。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (13)

1.一种以太网供电系统的分级检测方法，以太网供电系统的供电设备和受电设备均支持自动分级，其特征在于，所述分级检测方法包括：
获取受电设备的签名阻抗值；
向受电设备多次施加分级电压和标记电压，其中，每一次施加的分级电压和标记电压均具有相应的维持时间；
根据受电设备的签名阻抗值调整所述标记电压的维持时间使得受电设备的电压在所述标记电压的维持时间内从分级电压下降至标记电压；
获取受电设备在多个分级电压下的多个分级电流；
根据受电设备的多个分级电流获取受电设备的分级属性。
2.根据权利要求1所述的分级检测方法，其特征在于，向受电设备多次施加分级电压和标记电压包括：
向受电设备依次施加第一分级电压和第一标记电压；
根据受电设备的签名阻抗值延长所述第一标记电压的维持时间使得受电设备的端口电压在所述第一标记电压的维持时间内从第一分级电压下降至第一标记电压；
向受电设备一次或者多次施加第二分级电压和第二标记电压，并根据受电设备的签名阻抗值延长每一次施加的第二标记电压的维持时间使得受电设备的电压在所述第二标记电压的维持时间内从第二分级电压下降至第二标记电压。
3.根据权利要求2所述的分级检测方法，其特征在于，所述第一级分级电压与所述第二级分级电压的幅值相同，维持时间不同。
4.根据权利要求2所述的分级检测方法，其特征在于，所述第一标记电压与所述第二标记电压的幅值相同，维持时间不同，所述第一标记电压的维持时间不小于所述第二标记电压的维持时间。
5.根据权利要求1所述的分级检测方法，其特征在于，所述签名阻抗值包括签名电阻值和/或签名电容值。
6.根据权利要求5所述的分级检测方法，其特征在于，获取受电设备的签名阻抗值包括：
向受电设备提供检测信号，所述检测信号包括电压信号和/或电流信号；
获取流经受电设备的测量信号；
根据所述检测信号和所述测量信号获取受电设备的签名阻抗值。
7.一种供电设备，供电设备和受电设备均支持自动分级，其特征在于，所述供电设备包括：
供电电路，用于通过供电端口向受电设备供电；
控制器，用于获取受电设备的签名阻抗值，以及控制所述供电电路向受电设备多次施加分级电压和标记电压，其中，每一次施加的分级电压和标记电压均具有相应的维持时间；
所述控制器还用于根据受电设备的签名阻抗值调整所述标记电压的维持时间使得受电设备的电压在所述标记电压的维持时间内从分级电压下降至标记电压；
所述控制器还用于获取受电设备在多个分级电压下的多个分级电流；
所述控制器还用于根据受电设备的多个分级电流获取受电设备的分级属性。
8.根据权利要求7所述的供电设备，其特征在于，所述控制器包括：
控制单元，用于控制所述供电电路向受电设备多次施加分级电压和标记电压；
测量单元，用于获取受电设备在多个分级电压下的多个分级电流；
所述控制单元还用于根据受电设备的多个分级电流获取受电设备的分级属性。
9.根据权利要求8所述的供电设备，其特征在于，所述控制单元还用于控制所述供电电路向受电设备依次施加第一分级电压和第一标记电压；
所述控制单元还用于根据受电设备的签名阻抗值延长所述第一标记电压的维持时间使得受电设备的端口电压在所述第一标记电压的维持时间内从第一分级电压下降至第一标记电压；
所述控制单元还用于控制所述供电电路向受电设备一次或者多次施加第二分级电压和第二标记电压，并根据受电设备的签名阻抗值延长每一次施加的第二标记电压的维持时间使得受电设备的电压在所述第二标记电压的维持时间内从第二分级电压下降至第二标记电压。
10.根据权利要求9所述的供电设备，其特征在于，所述第一级分级电压与所述第二级分级电压的幅值相同，维持时间不同。
11.根据权利要求9所述的供电设备，其特征在于，所述第一标记电压与所述第二标记电压的幅值相同，维持时间不同，所述第一标记电压的维持时间不小于所述第二标记电压的维持时间。
12.根据权利要求8所述的供电设备，其特征在于，所述签名阻抗值包括签名电阻值和签名电容值。
13.根据权利要求12所述的供电设备，其特征在于，所述控制单元还用于控制所述供电电路向受电设备提供检测信号，所述检测信号包括电压信号和/或电流信号；
所述测量单元用于获取流经受电设备的测量信号；
所述控制单元还用于根据所述检测信号和所述测量信号获取受电设备的签名阻抗值。
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