CN113872774B - 一种poe电源控制电路及供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种POE电源控制电路，包括电流检测电路、MOSFET驱动电路、MOSFET开关电路、扼流储能电路以及MCU控制电路。本发明实施例通过MCU控制电路输出PWM脉冲信号、高电平信号或低电平信号来控制MOSFET开关电路的开启与关闭，当MOSFET开关电路打开时，扼流储能电路储存MOSFET开关电路输出的电能，以使自身的输出电压以预设的速度上升至电源输入电压值，对负载进行供电；当MOSFET开关电路关闭时，扼流储能电路释放自身所储存的电能至负载中，以使自身的输出电压降低，达到限制输入冲击电流和软启动的效果，POE电源输出的电流过大对负载造成损害，提高了POE电源在使用过程中的安全性，解决了强制式POE电源在供电过程中的安全性较差的技术问题。

Description

一种POE电源控制电路及供电方法

技术领域

本申请实施例涉及POE电源领域，尤其涉及一种POE电源控制电路及供电方法。

背景技术

POE(Power Over Ethernet)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。随着目前网络设备的广泛应用，为网络设备提供电能的POE电源的需求也日益增加。

目前POE电源的类别包括协议式POE电源以及强制式POE电源。协议式POE电源利用专用的PSE控制芯片，实现对负载设备的功率探测，根据设备负载量提供合适的功率，该供电方式对POE电源本身、负载设备以及供电网线都有安全保证；强制式POE电源，不对负载设备做功率探测，强制提供功率，如果电源本身没有过流短路保护，在负载设备输入短路或过大的情况下，很容易损坏，甚至损坏供电网线，扩大负载设备的故障，存在一定的安全隐患，但是由于强制式POE电源技术相对简单、造价低从而受到消费者欢迎，市场应用也十分广泛。如何提高强制式POE电源在供电过程中的安全性，成为了目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种POE电源控制电路及供电方法，解决了强制式POE电源在供电过程中的安全性较差的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种POE电源控制电路，包括电流检测电路、MOSFET驱动电路、MOSFET开关电路、扼流储能电路以及MCU控制电路；

所述电流检测电路的第一输入端口与电源的负极相连接，所述电流检测电路的输出端口与所述MCU控制电路的输入端口相连接，所述电流检测电路的第二输入端口与所述MOSFET开关电路的第二输出端口相连接；

所述MCU控制电路的输出端口与所述MOSFET驱动电路的输入端口相连接，所述MCU控制电路通过输出端口输出PWM脉冲信号、高电平信号或低电平信号至所述MOSFET驱动电路；

所述MOSFET驱动电路的输出端口与所述MOSFET开关电路的输入端口相连接；

所述所述MOSFET开关电路的第一输出端口与所述扼流储能电路的第一输入端口相连接；

所述扼流储能电路的第二输入端口与所述电源的正极相连接，所述扼流储能电路的输出端口与第三输入端口均与负载相连接；所述扼流储能电路用于当所述MOSFET开关电路打开时，储存所述MOSFET开关电路输出的电能，以使自身的输出电压以预设的速度上升至电源输入电压值，对负载进行供电；当所述MOSFET开关电路关闭时，释放自身所储存的电能至负载中，以使自身的输出电压降低。

优选的，所述POE电源控制电路还包括稳压电路，所述稳压电路的输入端口与电源的正极相连接；所述稳压电路的输出端口分别与所述电流检测电路的供电端口，所述MOSFET驱动电路的供电端口以及所述MCU控制电路的供电端口相连接。

优选的，所述电流检测电路包括电流取样电阻、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及电流放大器；所述电流取样电阻的第一端分别与所述电源的负极以及所述第四电阻的第一端相连接，所述电流取样电阻的第二端分别与所述MOSFET开关电路的第二输出端口以及所述第三电阻的第一端相连接；所述第四电阻的第二端与所述电流放大器的负极相连接，所述第三电阻的第二端与所述电流放大器的正极相连接，所述电流放大器的供电端口与所述稳压电路的输出端口相连接，所述第二电阻的第一端与所述电流放大器的输出端口相连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第一电阻的第一端口以及所述MCU控制电路的输入端口相连接，所述第一电阻的第二端与所述电源的负极相连接。

优选的，所述MCU控制电路包括第五电阻、第六电阻以及微处理器；

所述第六电阻的第一端与所述稳压电压的输出端口相连接，所述第六电阻的第二端与所述微处理器的第一输入端口相连接；

所述第五电阻的第一端与所述电源的负极相连接，所述第五电阻的第二端与所述微处理器的第二输入端口相连接；

所述微处理器的第三输入端口与所述第二电阻的第二端相连接；

所述微处理器的输出端口与所述MOSFET驱动电路的输入端口相连接。

优选的，所述MOSFET驱动电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一三极管、第二三极管以及与门；

所述第七电阻的第一端与所述微处理器的输出相连接，所述第七电阻的第二端口与所述与门的第一输入端口相连接，所述与门的第二输入端口上施加有高电平信号；所述与门的输出端口与所述第十电阻的第一端相连接，所述第十电阻的第二端分别与所述第九电阻的第一端、所述第一三极管的基极以及所述第二三极管的基极相连接，所述第九电阻的第二端与所述电源的负极相连接，所述第一三极管的集电极与所述电源的负极相连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的发射极相连接，所述第二三极管的集电极与所述稳压电路的输出端口相连接；

所述第八电阻的第一端分别与所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的发射极相连接，所述第八电阻的第二端与所述MOSFET开关电路的输入端口相连接。

优选的，所述MOSFET开关电路包括开关管以及第十一电阻，所述扼流储能电路包括第一二极管、第一电感、第二电感以及第一电容；

所述开关管的栅极分别与所述第八电阻的第二端以及述第十一电阻的第一端相连接，所述开关管的源极分别与所述电流取样电阻的第二端以及所述第十一电阻的第二端相连接；所述开关管的漏极分别与所述第一二极管的正极以及所述第二电感的第一端相连接，所述第二电感的第二端分别与所述第一电容的第一端以及所述负载相连接，所述第一二极管的负极分别与所述第一电感的一端、所述电源的正极以及所述第一电容的第二端相连接，所述第一电感的另一端与所述负载相连接。

优选的，所述稳压电路的输出端口包括第一输出端口、第二输出端口以及第三输出端口，所述稳压电路包括依次连接的一级稳压电路、二级稳压电路以及三极稳压电路，所述一级稳压电压包括有所述第一输出端口，所述二级稳压电路包括所述第二输出端口，所述三极稳压电路包括所述第三输出端口。

优选的，所述一级稳压电路包括第十二电阻、第二二极管以及第二电容；所述第十二电阻的第一端与所述电源的正极相连接，所述第十二电阻的第二端分别与所述第二二极管的负极以及所述第二电容的第一端相连接，所述第二二极管的正极分别与所述第二电容的第二端以及所述电源的负极相连接，所述第二电容的第一端为所述稳压电路的第一输出端口，与所述第二三极管的集电极相连接；

所述二级稳压电路包括电压调整器、第十三电阻、第十四电阻以及第三电容；所述电压调整器的第一输入端口与所述第二电容的第一端相连接，所述电压调整器的输出端口与所述第十三电阻的第一端相连接，所述第十三电阻的第二端分别与所述电压调整器的第二输入端口以及第十四电阻的第一端相连接，所述第十四电阻的第二端与所述电源的负极相连接，所述第三电容的第一端与所述第十三电阻的第一端相连接，所述第三电容的第二端与所述电源的负极相连接；所述电压调整器的输出端口为所述稳压电路的第二输出端口，与所述与门的供电端口相连接；

所述三极稳压电路包括第三二极管、第四电容、第五电容以及稳压器，所述第三二极管的正极与所述第三电容的第一端相连接，所述第三二极管的负极与所述第四电容的第一端相连接，所述第四电容的第二端与所述电源的负极相连接；所述稳压器的输入端口与所述第四电容的第一端相连接，所述稳压器的输出端口与所述第五电容的第一端相连接，所述第五电容的第二端与所述电源的负极相连接，所述稳压器U3的输出端口为所述稳压电路的第三输出端口，与所述微处理器的供电端口相连接。

优选的，还包括电源输入防雷以及输入防反接电路，所述电源输入防雷以及输入防反接电路的第一输入端口与所述电源的负极相连接，所述电源输入防雷以及输入防反接电路的第二输入端口与所述电源的正极相连接，所述电源输入防雷以及输入防反接电路的输出端口与所述电流检测电路的第一输入端口相连接。

优选的，还包括业务数据电路、业务数据与电源耦合电路以及业务数据与电源输出电路；

所述业务数据与电源耦合电路的第一端口和第二端口分别与所述扼流储能电路的输出端口与第三输入端口相连接；所述业务数据与电源耦合电路的第三端口与所述业务数据电路的第一端口相连接，所述业务数据与电源耦合电路的第四端口与所述业务数据与电源输出电路的第一端口相连接。

第二方面，本发明实施例还公开了一种POE电源供电方法，包括以下步骤：

待初始化结束后，经过预设的延迟时间后输出持续第一预设时间的PWM脉冲信号至MOSFET驱动电路，以使所述MOSFET驱动电路对所述PWM脉冲信号进行电平转换，由转换后的PWM脉冲信号控制MOSFET开关电路的开启与关闭，以使扼流储能电路的输出电压以预设的速度上升至电源输入电压值；

所述第一预设时间结束后，周期获取电流检测电路发送的检测电流信号，根据所述检测电流信号判断电流是否处于过流状态；

若处于非过流状态，持续输出高电平信号至所述MOSFET驱动电路，以控制所述MOSFET开关电路持续开启，从而保持对负载进行供电；

若处于过流状态，持续输出低电平信号至所述MOSFET驱动电路，以控制MOSFET开关电路持续关闭，从而停止对所述负载进行供电。

优选的，所述持续输出低电平信号至所述MOSFET驱动电路的过程中，周期性将所述低电平信号转化为所述PWM脉冲信号。

上述，本发明实施例通过MCU控制电路输出PWM脉冲信号、高电平信号或低电平信号来控制MOSFET开关电路的开启与关闭，当在启动阶段时，MOSFET开关电路在PWM脉冲信号的控制下进行开启和关闭，扼流储能电路完成软启动，以使输出电压以预设的速度上升至电源输入电压值；当软启动完成后，MCU控制电路通过电流检测电路对通过负载的电流进行检测，以控制MOSFET开关电路开启和关闭，使MOSFET开关电路在电流正常情况下开启，在电流过流或短路情况下关闭，从而达到限制输入冲击电流和软启动的效果，另一方面利用电流检测电路对通过负载的电流进行检测，从而控制MOSFET开关电路的开启或关闭，避免了POE电源输出的电流过大对负载造成损害，提高了POE电源在使用过程中的安全性，解决了强制式POE电源在供电过程中的安全性较差的技术问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种POE电源控制电路的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种电流检测电路的电路原理图。

图3为本发明实施例提供的一种MCU控制电路的电路原理图。

图4为本发明实施例提供的一种MOSFET驱动电路的电路原理图。

图5为本发明实施例提供的一种MOSFET开关电路以及扼流储能电路的电路原理图。

图6为本发明实施例提供的一种稳压电路的电路原理图。

图7为本发明实施例提供的一种稳压电路与MCU控制电路相连接的电路原理图。

图8为本发明实施例提供的一种电源输入防雷以及输入防反接电路与电源的连接图。

图9为本发明实施例提供的一种业务数据电路、业务数据与电源耦合电路以及业务数据与电源输出电路与扼流储能电路的连接图。

图10为本发明实施例提供的一种POE电源供电方法的方法流程图。

图11为本发明实施例提供的一种POE电源控制电路的电路原理图。

图12为本发明实施例提供的一种PWM脉冲信号的原理图。

图13为本发明实施例提供的一种PWM脉冲信号的频率图。

图14为本发明实施例提供的一种最大冲击电源限制峰值波形图。

图15为本发明实施例提供的电压软启动示意图。

图16为本发明实施例提供的将PWM脉冲信号转化为高电平信号的波形示意图。

图17为本发明实施例提供的将PWM脉冲信号转化为低电平信号的波形示意图。

图18为本发明实施例提供的周期性启动过程的波形示意图。

图19为本发明实施例提供的将低电平信号转化为PWM脉冲信号的波形示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本申请的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本申请的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的结构、产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

如图1所示，图1为本发明实施例提供的一种POE电源控制电路的结构示意图，包括电流检测电路101、MOSFET驱动电路102、MOSFET开关电路104、扼流储能电路105以及MCU控制电路103；

电流检测电路101的输入端口与电源的负极(图中以-48V表示)相连接，电流检测电路101的第一输出端口与MCU控制电路103的输入端口相连接，电流检测电路101的第二输出端口与MOSFET开关电路104的第二输出端口相连接；

MCU控制电路103的输出端口与MOSFET驱动电路102的输入端口相连接，MCU控制电路103通过输出端口输出PWM脉冲信号、高电平信号或低电平信号至MOSFET驱动电路102；

MOSFET驱动电路102的输出端口与MOSFET开关电路104的输入端口相连接；

MOSFET开关电路104的第一输出端口与扼流储能电路105的输入端口相连接；

扼流储能电路105的第二输入端口与电源的正极(图中用AGND表示)相连接，扼流储能电路105的输出端口与第三输入端口均与负载相连接；扼流储能电路105用于当MOSFET开关电路104打开时，储存MOSFET开关电路104输出的电能，以使自身的输出电压以预设的速度上升至电源输入电压值，对负载进行供电；当MOSFET开关电路104关闭时，释放自身所储存的电能至负载中，以使自身的输出电压降低。

在本实施例中，首先对POE电源控制电路上电，对MCU控制电路103进行初始化，MCU控制电路103经过预设的延迟时间后，执行软启动程序，输出持续第一预设时间，且占空比由0％～100％变化的PWM脉冲信号至MOSFET驱动电路102，MOSFET驱动电路102对PWM脉冲信号进行电平转换，使得PWM脉冲信号达到能够驱动MOSFET开关电路104的能力；转换完成后，由转换后的PWM脉冲信号控制MOSFET开关电路104的开启与关闭，扼流储能电路105储存MOSFET开关电路104输出的电能，使得自身的输出电压以预设的速度上升至电源输入电压值，并根据电源输入电压值对负载进行供电，由于扼流储能电路105的输出电压是以预设的速度上升至电源输入电压值，能够避免电源在上电时刻瞬间产生过大电流冲击，具有限制电源输入冲击电流的作用。

在本实施例中，扼流储能电路105通过输出端口向负载进行供电后，负载上的电流从扼流储能电路105的第三输入端口重新流入，再经MOSFET开关电路104和电流检测电路101流回电源的负极，此时电流检测电路101用于根据通过自身的电流生成检测电流信号，并将检测电流信号发送至MCU控制电路103。在PWM脉冲信号所持续的第一预设时间结束后，MCU控制电路103周期获取电流检测电路101发送的检测电流信号，根据检测电流信号判断电流是否处于过流状态；当电流处于过流状态时，MCU控制电路103执行过流保护动作，持续输出低电平信号至MOSFET驱动电路102，以使MOSFET开关电路104持续关闭，停止对负载进行功能的供电，从而避免因过流损坏负载，保证负载的安全。需要进一步说明的是，在本实施例中，过流包括负载过流和短路过流。若电流处于非过流状态，MCU控制电路103持续输出高电平信号至MOSFET驱动电路102，从而使得控制MOSFET开关电路104持续开启，继续为负载进行供电。

在上述实施例的基础上，POE电源控制电路还包括稳压电路，稳压电路的输入端口与电源的正极相连接；稳压电路的输出端口分别与电流检测电路101的供电端口，MOSFET驱动电路102的供电端口以及MCU控制电路103的供电端口相连接。

需要说明的是，在本实施例中，由于POE电源控制电路包括有多个电路，且每个电路的工作电压不同，因此，需要在POE电源控制电路中设置稳压电路，稳压电路对电源输出的电压进行线性降压，使得电源输出的电压能够满足各个电路的需求。在本实施例中，稳压电路对电源输出的电压进行线性降压，使得电压分别满足电流检测电路101，MOSFET驱动电路102以及MCU控制电路103的要求，并通过输出端口向电流检测电路101的供电端口，MOSFET驱动电路102的供电端口以及MCU控制电路103的供电端口进行供电，使得电流检测电路101、MOSFET驱动电路102以及MCU控制电路103能够正常工作。

在上述实施例的基础上，如图2所示，电流检测电路101包括电流取样电阻R28、第一电阻R33、第二电阻R34、第三电阻R35、第四电阻R36以及电流放大器U6；电流取样电阻R28的第一端分别与电源的负极以及第四电阻R36的第一端相连接，电流取样电阻的第二端分别与MOSFET开关电路104的第二输出端口以及第三电阻R35的第一端相连接；第四电阻R36的第二端与电流放大器U6的负极相连接，第三电阻R35的第二端与电流放大器U6的正极相连接，电流放大器U6的供电端口与稳压电路的输出端口相连接，第二电阻R34的第一端与电流放大器U6的输出端口相连接，第二电阻R34的第二端分别与第一电阻R33的第一端口以及MCU控制电路103的输入端口相连接，第一电阻R33的第二端与电源的负极相连接。

在本实施例中，电流放大器U6的型号为INA180，可理解，电流放大器U6的型号可根据实际需要进行设置，在本实施例中不对电流放大器U6的具体型号进行限定。电流取样电阻R28的第一端分别与电源的负极相连接，电流取样电阻R28的第二端分别与MOSFET开关电路104的第二输出端口以及第三电阻R35的第一端相连接。电流经过电流取样电阻R28后，两端产生的电压分别通过第三电阻R35连接到电流放大器U6的“+”输入端，通过第四电阻R36连接到电流放大器U6的“-”输入端，电流产生的电压信号经电流放大器U6放大后，由电流放大器U6的1脚输出，再经过第一电阻R33和第二电阻R34构成的分压电路，从而形成提供给MCU控制电路103的检测电流信号IS。第一电阻R33和第二电阻R34的阻值可根据实际需要进行设置，通过调整第一电阻R33和第二电阻R34的阻值，可以使得检测电流信号IS满足MCU控制电路103的要求。需要说明的是，在本实施例中，电流取样电阻R28阻值一般选择在毫欧级，从而减小压降。

在上述实施例的基础上，MCU控制电路103包括第五电阻R10、第六电阻R12以及微处理器U2；

如图3所示，第六电阻R12的第一端与稳压电压的输出端口相连接，第六电阻R12的第二端与微处理器U2的第一输入端口相连接；第五电阻R10的第一端与电源的负极相连接，第五电阻R10的第二端与微处理器U2的第二输入端口相连接；微处理器U2的第三输入端口与第二电阻R34的第二端相连接；微处理器U2的输出端口与MOSFET驱动电路102的输入端口相连接。

在本实施例中，微处理器U2的型号为GD32E230，可理解，微处理器的型号可根据实际需要进行选择。电流检测电路101的输出的检测电流信号IS输出到微处理器U2的第三输入端口中，即3脚(PA0)。微处理器U2的10脚(PA7)为输出端口，微处理器U2通过输出端口输出PWM脉冲信号、高电平信号或低电平信号。在PWM脉冲信号的持续的时间结束后，微处理器U2通过3脚接收到的检测电流信号IS控制10脚输出高电平信号或低电平信号。

在上述实施例的基础上，如图4所示，MOSFET驱动电路102包括第七电阻R42、第八电阻R43、第九电阻R44、第十电阻R45、第一三极管Q8、第二三极管Q9以及与门U8。

第七电阻R42的第一端与微处理器U2的输出相连接，第七电阻R42的第二端口与与门U8的第一输入端口相连接，与门U8的第二输入端口上施加有高电平信号；与门U8的输出端口与第十电阻R45的第一端相连接，第十电阻R45的第二端分别与第九电阻R44的第一端、第一三极管Q8的基极以及第二三极管Q9的基极相连接，第九电阻R44的第二端与电源的负极相连接，第一三极管Q8的集电极与电源的负极相连接，第一三极管Q8的发射极与第二三极管Q9的发射极相连接，第二三极管Q9的集电极与稳压电路的输出端口相连接；

第八电阻R43的第一端分别与第一三极管Q8的发射极与第二三极管Q9的发射极相连接，第八电阻R43的第二端与MOSFET开关电路104的输入端口相连接。

在本实施例中，与门U8的型号为74AHC_AHCT1G08，第七电阻R42为缓冲电阻，微处理器U2输出的第一电路PWM脉冲信号经过第七电阻R42加到与门U8的第一输入端口，即A端(1脚)。与门U8的第二输入端口，即B端(2脚)，施加有3.3V的高电平信号，从而使得PWM脉冲信号能够不受影响直接由输出端口通过，即从Y端(4脚)通过，与门U8起着抬高电平的作用。在一个实施例中，PWM脉冲信号的幅度为3.3V，经过与门U8后，幅度提高到5.8V。其中，需要进一步说明的是，第九电阻R44作为下拉电阻，消除与门U8上电时刻的不稳定因素，且第九电阻R44的阻值远远大于第十电阻R45。

然而，与门U8的驱动能力还不足以驱动MOSFET开关电路104的开启与关闭，因此在MOSFET驱动电路102中，还设置了由第一三极管Q8与第二三极管Q9组成的图腾柱驱动电路，与门U8输出的PWM脉冲信号经过第十电阻R45后施加到第一三极管Q8的基极和第二三极管Q9的基极上，再次增强PWM脉冲信号的驱动能力，最后增加后的PWM脉冲信号经过第八电阻R43输出到MOSFET开关电路104中。

在上述实施例的基础上，如图5所示，MOSFET开关电路104包括开关管Q5以及第十一电阻R26，扼流储能电路105包括第一二极管D18、第一电感L6、第二电感L7以及第一电容C24。

在本实施例中，开关管Q5的型号为PSMN4R8-100BSE，开关管Q5的栅极G分别与第八电阻R43的第二端以及述第十一电阻R26的第一端相连接，开关管Q5的源极S分别与电流取样电阻的第二端以及第十一电阻R26的第二端相连接；开关管Q5的漏极D分别与第一二极管D18的正极以及第二电感L7的第一端相连接，第二电感L7的第二端分别与第一电容C24的第一端以及负载相连接，第一二极管D18的负极分别与第一电感L6的一端、电源的正极以及第一电容C24的第二端相连接，第一电感L6的另一端与负载相连接。

开关管Q5在接收到PWM脉冲信号后，在第一预设时间内以按0～100％的变化占空比开通和关闭。在开关管Q5开启和关闭的过程中，由于扼流储能电路105中的第二电感L7具有扼流作用，第二电感L7的电流不能突变，第二电感L7的大部分电流通过第一电容C24，为第一电容C24充电，第一电容C24两端的电压线性增长，最后达到电源输入电压值，即电源的输入电压，从而为负载进行供电。由于上电时刻电流被限制在某一定值，第一电容C24两端的电压线性上升，且第一电容C24稳定后两端的电压就是电源的输入电压，因此相当于电源输出有软启动，避免电源对后级电路的电流冲击，保证后级电路的安全。其中，第一电容C24可以由多个电容并联而成，以达到必要的储能，一般由电解电容组成，但不限于电解电容。扼流储能电路105向负载进行供电后，负载上的电流会重新从第二电感L7流入扼流储能电路105，再流经MOSFET开关电路104和电流检测电路101流入电源的负极。

需要进一步说明的是，第一二极管D18是快恢复二极管，起钳位作用；第十一电阻R26是开关管Q5的栅极电阻，起稳定开关管Q5的作用。

在上述实施例的基础上，稳压电路的输出端口包括第一输出端口、第二输出端口以及第三输出端口，稳压电路包括依次连接的一级稳压电路、二级稳压电路以及三极稳压电路，一级稳压电压包括有第一输出端口，二级稳压电路包括第二输出端口，三极稳压电路包括第三输出端口。

稳压电路包括依次连接的一级稳压电路、二级稳压电路以及三极稳压电路，每一级稳压电路产生不同的电压，从而使得第一输出端口、第二输出端口以及第三输出端口能够输出不同幅值的电压，从而满足不同电路的要求。示例性的，在一个实施例中，MOSFET驱动电路102的工作电压为12V，电流放大器U6的供电端口与微处理器U2的工作电压为3.3V，与门U8的工作电压为5.8V，而稳压电路的第一输出端口输出的电压为12V，第二输出端口输出的电压为5.8V，第三输出端口输出的电压为3.3V，从而满足不同电路的工作需要。

在上述实施例的基础上，如图6所示，一级稳压电路包括第十二电阻R11、第二二极管D15以及第二电容C12；第十二电阻R11的第一端与电源的正极相连接，第十二电阻R11的第二端分别与第二二极管D15的负极以及第二电容C12的第一端相连接，第二二极管D15的正极分别与第二电容C12的第二端以及电源的负极相连接，第二电容C12的第一端为稳压电路的第一输出端口，与第二三极管Q9的集电极相连接。

需要说明的是，在本实施例中，第二二极管D15为稳压二极管，稳压值为12V，使得稳压电路的第一输出端口输出的电压为12V。第二电容C12并联在第二二极管D15上做为储能电容，第二电容C12的电容值应满足电路的工作各种条件下的需求。第十二电阻R11为分压电阻，第十二电阻R11可以采用功率较大的单个电阻，也可以由多只小功率电阻串联组成。

二级稳压电路包括电压调整器U1、第十三电阻R13、第十四电阻R14以及第三电容C11；电压调整器U1的第一输入端口与第二电容C12的第一端相连接，电压调整器U1的输出端口与第十三电阻R13的第一端相连接，第十三电阻R13的第二5端分别与电压调整器U1的第二输入端口以及第十四电阻R14的第一端相连接，第十四电阻的第二端与电源的负极相连接，第三电容C11的第一端与第十三电阻R13的第一端相连接，第三电容C11的第二端与电源的负极相连接；电压调整器的输出端口为稳压电路的第二输出端口，与与门U8的供电端口相连接。

在本实施例中，电压调整器U1的型号为LM317。在从第一级稳压电路获得的12V电压后，将12V电压施加到电压调整器U1的第一输入端口，即3脚，电压调整器U1从输出端口(2脚)输出电压，第十三电阻R13和第十四电阻R14组成反馈网络，将电压值反馈至电压调整器U1的第二输入端口(1脚)。从而通过调整第十三电阻R13和第十四电阻R14的阻值，可以调整电压调整器U1输出的电压的幅值。在本实施例中，电压调整器U1输出端口的输出电压的幅值为5.8V，从而满足与门的工作要求。需要进一步说明的是，第三电容C11为储能电容。

三极稳压电路包括第三二极管D14、第四电容C13、第五电容C14以及稳压器U3，第三二极管D14的正极与第三电容C11的第一端相连接，第三二极管D14的负极与第四电容C13的第一端相连接，第四电容C13的第二端与电源的负极相连接；稳压器U3的输入端口与第四电容C13的第一端相连接，稳压器U3的输出端口与第五电容C14的第一端相连接，第五电容C14的第二端与电源的负极相连接，稳压器U3的输出端口为稳压电路的第三输出端口，与微处理器U2的供电端口相连接，如图7所示。

在本实施例中，稳压器U3的具体型号为NCP114。从二级稳压电路获得的幅值为5.8V的电压后，经过第三二极管D14后压降，由于第三二极管D14为普通整流二极管，因此有0.8V左右的压降，使到达稳压器U3的输入端口(4脚)的电压保持在5V，稳压器U3的输出端口(1脚)输出幅值为3.3V的电压，从而满足微处理器U2的工作需求。其中，第四电容C13为稳压器U3的输入储能电容，第五电容C14为稳压器U3的输出储能电容。

在上述实施例的基础上，如图8所示，还包括电源输入防雷以及输入防反接电路，电源输入防雷以及输入防反接电路的第一输入端口与电源的负极相连接，电源输入防雷以及输入防反接电路的第二输入端口与电源的正极相连接，电源输入防雷以及输入防反接电路的输出端口与电流检测电路101的输入端口相连接。

在本实施例中，电源输入防雷以及输入防反接电路包括电源输入防雷电路以及输入防反接电路；电源输入防雷电路用于防止雷电冲击对电路造成的损坏，输入防反接电路用于防止反接对电路造成的损坏。可理解，在本实施例中，电源输入防雷电路和输入防反接电路的具体结构可根据实际需要进行设置，在本实施例中不对电源输入防雷电路以及输入防反接电路的具体结构进行限定。

在上述实施例的基础上，如图9所示，还包括业务数据电路、业务数据与电源耦合电路以及业务数据与电源输出电路；

业务数据与电源耦合电路的第一端口和第二端口分别与扼流储能电路105的输出端口与第三输入端口相连接；业务数据与电源耦合电路的第三端口与业务数据电路的第一端口相连接，业务数据与电源耦合电路的第四端口与业务数据与电源输出电路的第一端口相连接。

在本实施例中，业务数据电路(GE)主要由RJ45网线插座和气体放电管构成。业务数据(GE)与电源(P)耦合电路由POE网络变压器组成。业务数据与电源输出电路(P&E)主要由RJ45网线插座，气体放电管和压敏电阻构成。可理解，业务数据电路、业务数据与电源耦合电路以及业务数据与电源输出电路的具体电路结构可根据实际需要进行设置，在本实施例中不对具体的电路结构进行限定。扼流储能电路105的输出电压经过第一电感L6输出到业务数据(GE)与电源(P)耦合电路中的POE网络变压器后，向负载进行供电，负载上的电流通过第二电感L7返回电源的负极。

需要说明的是，本实施例中电源输出的电压不经过DC-DC变换，只是通过控制MOSFET开关电路104的开通或关闭，将电源输出的电压直接输出给负载设备，因此除去开关管、POE变压器及布线造成的微小压降外，输出的电压值几乎跟随输入电源的输入电压，极大地提高了电源的工作效率，同时避免了引入开关电源所产生的开关噪声，降低电源杂音。

如图10所示，在本实施例中还提供的一种POE电源供电方法，包括以下步骤：

步骤101、待初始化结束后，经过预设的延迟时间后输出持续第一预设时间的PWM脉冲信号至MOSFET驱动电路，以使MOSFET驱动电路对PWM脉冲信号进行电平转换，由转换后的PWM脉冲信号控制MOSFET开关电路的开启与关闭，以使扼流储能电路的输出电压以预设的速度上升至电源输入电压值。

在本实施例中，POE电源控制电路的电路原理图如图11所示。电源上电后，稳压电路对电源输入电压进行线性降压，在稳压电路的各级输出电压稳定后，MCU控制电路进行初始化，初始化完成后，MCU控制电路经过预设的延迟时间Td后(本实施例中Td＝1S)从10脚输出一组占空比由0～100％变化的PWM脉冲信号，PWM脉冲信号持续的持续第一预设时间Tw可根据实际电路设定(本实施例中Tw＝150mS)，PWM脉冲信号的波形如下图12所示，PWM脉冲信号的频率F为100KHz，如图13所示。可理解，PWM脉冲信号的频率可根据实际需要进行设置，在本实施例中不对PWM脉冲信号的频率进行具体限定。

从MCU控制电路输出的PWM脉冲信号经过MOSFET驱动电路进行电平转换后最后加到MOSFET开关电路中开关管Q5的栅极G上，从而控制MOSFET开关的开启与关闭，从而使得扼流储能电路的输出电压以预设的速度上升至电源输入电压值，达到限制输入冲击电流和软启动的效果。

由于扼流储能电路中的第二电感L7具有扼流作用，第二电感L7的电流不能突变，在上电时刻，第一电容C24相当于短路，输入电压Vin全部加在第二电感L7上，第二电感L7的电流最大以(Vin/L7)*Δt的速率上升，Δt是PWM脉冲信号的脉冲宽度，因此能限制输入冲击电流，避免上电过程由于大容量的储能电容(如第一电容C24)和负载设备的输入级电容的存在而导致大的输入冲击电流。在一个实施例中，在满载1.6A输出的情况下，最大冲击电源限制峰值限制在9.75A，如图14所示(其波形是电流取样电阻R28两端测得的电压波形，电流取样电阻R28阻值为0.05Ω，测得的电压峰值为487.5mv，峰值浪涌电流＝487.5mv/0.05Ω＝9.75A)。

在上电过程中，储能电容C24的电流维持在一定值，使得C24两端的电压不能突变，呈缓慢上升过程，达到输出电压软启动的效果。输出电压变化过程如图15所示。

步骤102、第一预设时间结束后，周期获取电流检测电路发送的检测电流信号，根据检测电流信号判断电流是否处于过流状态。

在PWM脉冲信号所持续的第一预设时间结束后，MCU控制电路周期获取电流检测电路发送的检测电流信号，根据检测电流信号判断电流是否处于过流状态，其中，需要说明的是，第一预设时间结束之时，MCU控制电路获取第一次检测电流信号，随后周期性获取检测电流信号。

步骤103、若处于非过流状态，持续输出高电平信号至MOSFET驱动电路，以控制MOSFET开关电路持续开启，从而保持对负载进行供电。

若电流处于非过流状态，MCU控制电路的10脚将输出的PWM脉冲信号转化为高电平信号，如图16所示，并将高电平信号输出至MOSFET驱动电路，MOSFET驱动电路对高电平信号进行电平转换，将转换后的高电平信号施加到MOSFET开关电路上，从而控制MOSFET开关电路持续开启，扼流储能电路的输出电压的数值维持为电源输入电压值(即电源的输入电压值)，从而继续为负载供电。

步骤104、若处于过流状态，持续输出低电平信号至MOSFET驱动电路，以控制MOSFET开关电路持续关闭，从而停止对负载进行供电。

若处于过流状态，MCU控制电路执行过流保护动作，将10脚输出的PWM脉冲信号转化为低电平信号，如图17所示，并将低电平信号输出至MOSFET驱动电路，MOSFET驱动电路对低电平信号进行电平转换，将转换后的低电平信号施加到MOSFET开关电路上，从而控制MOSFET开关电路持续关闭，停止对负载进行供电。

在上述实施例的基础上，持续输出低电平信号至MOSFET驱动电路的过程中，周期性将低电平信号转化为PWM脉冲信号。

需要进一步说明的是，MCU控制电路在持续输出低电平信号至MOSFET驱动电路的过程中，MCU将反复进行重启动作，周期性将低电平信号转化为0％～100％占空比的PWM脉冲信号，如图18所示。示例性的，在一个实施例中，MCU控制电路在持续输出低电平信号后，每隔5秒尝试正常启动，将低电平信号转化为PWM脉冲信号。若再次检测到电流处于非过流状态后，MCU控制电路将低电平信号转化为高电平信号，如图19所示，从而控制MOSFET开关电路开启，恢复向负载进行供电。其中，反复启动的目的是为了避免由于后级负载的暂时误动作导致电流过大，从而引起保护动作持续下去，即电源处于打嗝保护状态，一旦过流状态消失，电源还能自动恢复工作。

上述，本发明实施例提供的一种POE电源控制电路，包括电流检测电路、MOSFET驱动电路、MOSFET开关电路、扼流储能电路以及MCU控制电路；电流检测电路的第一输入端口与电源的负极相连接，电流检测电路的输出端口与MCU控制电路的输入端口相连接，电流检测电路的第二输入端口与MOSFET开关电路的第一输入端口相连接；MCU控制电路的输出端口与MOSFET驱动电路的输入端口相连接，MCU控制电路通过输出端口输出PWM脉冲信号、高电平信号或低电平信号至MOSFET驱动电路；MOSFET驱动电路的输出端口与MOSFET开关电路的第二输入端口相连接；MOSFET开关电路的第一输出端口与扼流储能电路的第一输入端口相连接；扼流储能电路的第二输入端口与电源的正极相连接，扼流储能电路的输出端口与第三输入端口均与负载相连接；扼流储能电路用于当MOSFET开关电路打开时，储存MOSFET开关电路输出的电能，以使自身的输出电压以预设的速度上升至电源输入电压值，对负载进行供电；当MOSFET开关电路关闭时，释放自身所储存的电能至负载中，以使自身的输出电压降低。本发明实施例通过MCU控制电路输出PWM脉冲信号、高电平信号或低电平信号来控制MOSFET开关电路的开启与关闭，当在启动阶段时，MOSFET开关电路在PWM脉冲信号的控制下进行开启和关闭，扼流储能电路完成软启动，以使输出电压以预设的速度上升至电源输入电压值；当软启动完成后，MCU控制电路通过电流检测电路对通过负载的电流进行检测，以控制MOSFET开关电路开启和关闭，使MOSFET开关电路在电流正常情况下开启，在电流过流或短路情况下关闭，从而达到限制输入冲击电流和软启动的效果，另一方面利用电流检测电路对通过负载的电流进行检测，从而控制MOSFET开关电路的开启或关闭，避免了POE电源输出的电流过大对负载造成损害，提高了POE电源在使用过程中的安全性，解决了强制式POE电源在供电过程中的安全性较差的技术问题。

注意，上述仅为本发明实施例的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明实施例不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明实施例的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明实施例进行了较为详细的说明，但是本发明实施例不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明实施例构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明实施例的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种POE电源控制电路，其特征在于，包括电流检测电路、MOSFET驱动电路、MOSFET开关电路、扼流储能电路、MCU控制电路以及稳压电路；

所述电流检测电路的第一输入端口与电源的负极相连接，所述电流检测电路的输出端口与所述MCU控制电路的输入端口相连接，所述电流检测电路的第二输入端口与所述MOSFET开关电路的第二输出端口相连接；

所述MCU控制电路的输出端口与所述MOSFET驱动电路的输入端口相连接，所述MCU控制电路通过输出端口输出PWM脉冲信号、高电平信号或低电平信号至所述MOSFET驱动电路；

所述MOSFET驱动电路的输出端口与所述MOSFET开关电路的输入端口相连接；

所述MOSFET开关电路的第一输出端口与所述扼流储能电路的第一输入端口相连接；

所述扼流储能电路的第二输入端口与所述电源的正极相连接，所述扼流储能电路的输出端口与第三输入端口均与负载相连接；所述扼流储能电路用于当所述MOSFET开关电路打开时，储存所述MOSFET开关电路输出的电能，以使自身的输出电压以预设的速度上升至电源输入电压值，对负载进行供电；当所述MOSFET开关电路关闭时，释放自身所储存的电能至负载中，以使自身的输出电压降低；

所述稳压电路的输入端口与电源的正极相连接；所述稳压电路的输出端口分别与所述电流检测电路的供电端口，所述MOSFET驱动电路的供电端口以及所述MCU控制电路的供电端口相连接。

2.根据权利要求1所述的一种POE电源控制电路，其特征在于，所述电流检测电路包括电流取样电阻、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及电流放大器；所述电流取样电阻的第一端分别与所述电源的负极以及所述第四电阻的第一端相连接，所述电流取样电阻的第二端分别与所述MOSFET开关电路的第二输出端口以及所述第三电阻的第一端相连接；所述第四电阻的第二端与所述电流放大器的负极相连接，所述第三电阻的第二端与所述电流放大器的正极相连接，所述电流放大器的供电端口与所述稳压电路的输出端口相连接，所述第二电阻的第一端与所述电流放大器的输出端口相连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第一电阻的第一端口以及所述MCU控制电路的输入端口相连接，所述第一电阻的第二端与所述电源的负极相连接。

3.根据权利要求2所述的一种POE电源控制电路，其特征在于，所述MCU控制电路包括第五电阻、第六电阻以及微处理器；

所述第六电阻的第一端与所述稳压电路的输出端口相连接，所述第六电阻的第二端与所述微处理器的第一输入端口相连接；

所述第五电阻的第一端与所述电源的负极相连接，所述第五电阻的第二端与所述微处理器的第二输入端口相连接；

所述微处理器的第三输入端口与所述第二电阻的第二端相连接；

所述微处理器的输出端口与所述MOSFET驱动电路的输入端口相连接。

4.根据权利要求3所述的一种POE电源控制电路，其特征在于，所述MOSFET驱动电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一三极管、第二三极管以及与门；

所述第七电阻的第一端与所述微处理器的输出相连接，所述第七电阻的第二端口与所述与门的第一输入端口相连接，所述与门的第二输入端口上施加有高电平信号；所述与门的输出端口与所述第十电阻的第一端相连接，所述第十电阻的第二端分别与所述第九电阻的第一端、所述第一三极管的基极以及所述第二三极管的基极相连接，所述第九电阻的第二端与所述电源的负极相连接，所述第一三极管的集电极与所述电源的负极相连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的发射极相连接，所述第二三极管的集电极与所述稳压电路的输出端口相连接；

所述第八电阻的第一端分别与所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的发射极相连接，所述第八电阻的第二端与所述MOSFET开关电路的输入端口相连接。

5.根据权利要求4所述的一种POE电源控制电路，其特征在于，所述MOSFET开关电路包括开关管以及第十一电阻，所述扼流储能电路包括第一二极管、第一电感、第二电感以及第一电容；

所述开关管的栅极分别与所述第八电阻的第二端以及述第十一电阻的第一端相连接，所述开关管的源极分别与所述电流取样电阻的第二端以及所述第十一电阻的第二端相连接；所述开关管的漏极分别与所述第一二极管的正极以及所述第二电感的第一端相连接，所述第二电感的第二端分别与所述第一电容的第一端以及所述负载相连接，所述第一二极管的负极分别与所述第一电感的一端、所述电源的正极以及所述第一电容的第二端相连接，所述第一电感的另一端与所述负载相连接。

6.根据权利要求5所述的一种POE电源控制电路，其特征在于，所述稳压电路的输出端口包括第一输出端口、第二输出端口以及第三输出端口，所述稳压电路包括依次连接的一级稳压电路、二级稳压电路以及三极稳压电路，所述一级稳压电路包括有所述第一输出端口，所述二级稳压电路包括所述第二输出端口，所述三极稳压电路包括所述第三输出端口。

7.根据权利要求6所述的一种POE电源控制电路，其特征在于，所述一级稳压电路包括第十二电阻、第二二极管以及第二电容；所述第十二电阻的第一端与所述电源的正极相连接，所述第十二电阻的第二端分别与所述第二二极管的负极以及所述第二电容的第一端相连接，所述第二二极管的正极分别与所述第二电容的第二端以及所述电源的负极相连接，所述第二电容的第一端为所述稳压电路的第一输出端口，与所述第二三极管的集电极相连接；

所述二级稳压电路包括电压调整器、第十三电阻、第十四电阻以及第三电容；所述电压调整器的第一输入端口与所述第二电容的第一端相连接，所述电压调整器的输出端口与所述第十三电阻的第一端相连接，所述第十三电阻的第二端分别与所述电压调整器的第二输入端口以及第十四电阻的第一端相连接，所述第十四电阻的第二端与所述电源的负极相连接，所述第三电容的第一端与所述第十三电阻的第一端相连接，所述第三电容的第二端与所述电源的负极相连接；所述电压调整器的输出端口为所述稳压电路的第二输出端口，与所述与门的供电端口相连接；

所述三极稳压电路包括第三二极管、第四电容、第五电容以及稳压器，所述第三二极管的正极与所述第三电容的第一端相连接，所述第三二极管的负极与所述第四电容的第一端相连接，所述第四电容的第二端与所述电源的负极相连接；所述稳压器的输入端口与所述第四电容的第一端相连接，所述稳压器的输出端口与所述第五电容的第一端相连接，所述第五电容的第二端与所述电源的负极相连接，所述稳压器的输出端口为所述稳压电路的第三输出端口，与所述微处理器的供电端口相连接。

8.根据权利要求1所述的一种POE电源控制电路，其特征在于，还包括电源输入防雷以及输入防反接电路，所述电源输入防雷以及输入防反接电路的第一输入端口与所述电源的负极相连接，所述电源输入防雷以及输入防反接电路的第二输入端口与所述电源的正极相连接，所述电源输入防雷以及输入防反接电路的输出端口与所述电流检测电路的第一输入端口相连接。

9.根据权利要求1所述的一种POE电源控制电路，其特征在于，还包括业务数据电路、业务数据与电源耦合电路以及业务数据与电源输出电路；

所述业务数据与电源耦合电路的第一端口和第二端口分别与所述扼流储能电路的输出端口与第三输入端口相连接；所述业务数据与电源耦合电路的第三端口与所述业务数据电路的第一端口相连接，所述业务数据与电源耦合电路的第四端口与所述业务数据与电源输出电路的第一端口相连接。

10.一种POE电源供电方法，其特征在于，包括以下步骤：

待初始化结束后，经过预设的延迟时间后输出持续第一预设时间的PWM脉冲信号至MOSFET驱动电路，以使所述MOSFET驱动电路对所述PWM脉冲信号进行电平转换，由转换后的PWM脉冲信号控制MOSFET开关电路的开启与关闭，以使扼流储能电路的输出电压以预设的速度上升至电源输入电压值；

所述第一预设时间结束后，周期获取电流检测电路发送的检测电流信号，根据所述检测电流信号判断电流是否处于过流状态；

若处于非过流状态，持续输出高电平信号至所述MOSFET驱动电路，以控制所述MOSFET开关电路持续开启，从而保持对负载进行供电；

若处于过流状态，持续输出低电平信号至所述MOSFET驱动电路，以控制MOSFET开关电路持续关闭，从而停止对所述负载进行供电。

11.根据权利要求10所述的一种POE电源供电方法，其特征在于，所述持续输出低电平信号至所述MOSFET驱动电路的过程中，周期性将所述低电平信号转化为所述PWM脉冲信号。