CN113938333A - 以太网供电装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供以太网供电装置及系统，涉及以太网供电技术领域。该装置包括：电源输入单元、网口单元、PSE单元、PD单元以及模式切换单元；电源输入单元与PSE单元、PD单元以及模式切换单元连接；网口单元与模式切换单元连接，模式切换单元用于在电源输入单元提供的电源信号的触发下输出模式切换控制信号，并将来自PSE单元输出的供电电压输出至与网口单元连接的外部受电设备；模式切换单元还用于在未接收到电源输入单元提供的电源信号时，通过网口单元接收外部供电设备输出的供电电压，并通过PD单元将外部供电设备输出的供电电压提供给以太网供电装置中的各单元。实现了对以太网供电装置的PSE模式和PD模式切换，达到了通过单网口双向供电的目的。

Description

以太网供电装置及系统
技术领域
本发明涉及以太网供电技术领域，具体而言，涉及一种以太网供电装置及系统。
背景技术
以太网供电(Power Over Ethernet，简称POE)，是指在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于互通协议(Interworking Protocol，简称IP)的终端传输数据信号的同时，还能为此类IP终端设备提供直流供电的技术。
目前，在POE供电IEEE802.3af规范中POE供电系统中的供电设备(，PowerSourcing Equipment，简称PSE)模式和受电设备(Powered Device，简称PD)模式通常分别用一个网口实现各自的供电和受电功能；但在某些接口座空间受限的POE产品上只能放置单个网口，该网口既要支持PD功能也要支持PSE功能，且当外接PD设备异常时可对PD进行重启恢复；这就要求单个网口能实现双向供电且输出可控。为此，现有方案中提出了利用继电器切换、或直流电(Direct Current，简称DC)座负极静触点进行PSE和PD模式的切换，以实现POE供电双向传输的目的。
但是，现有技术提到的切换方案属于机械开关式切换，存在接触可靠性差以及寿命短的问题。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种以太网供电装置及系统，以便提高以太网供电装置PSE模式和PD模式切换的可靠性。
为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种以太网供电装置，包括：电源输入单元、网口单元、供电端设备(Power Sourcing Equipment，简称PSE)单元、受电端设备(PoweredDevice，简称PD)单元以及模式切换单元；
所述电源输入单元依次与所述PSE单元、所述PD单元以及所述模式切换单元连接，所述电源输入单元用于分别向所述模式切换单元、所述PSE单元以及所述PD单元供电；
所述网口单元与所述模式切换单元连接，所述模式切换单元用于在所述电源输入单元提供的电源信号的触发输出模式切换控制信号，并将来自所述PSE单元输出的供电电压输出至与所述网口单元连接的外部受电设备；
所述模式切换单元还用于在未接收到所述电源输入单元提供的电源信号时，通过所述网口单元接收外部供电设备输出的供电电压，并通过所述PD单元将所述外部供电设备输出的供电电压提供给以太网供电装置中的各单元。
可选地，所述模式切换单元包括：第一晶体管、第一电阻、第二电阻、第一磁珠；
所述第一电阻的一端与所述电源输入单元的输入端连接，所述第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端、以及所述第一晶体管的第一端连接；
所述第一晶体管的第二端与所述网口单元连接；
所述第一磁珠的第一端与所述PSE单元的输出端连接，用于接收所述PSE单元输出的所述供电电压，所述第一磁珠的第二端输出所述供电信号；
所述第一电阻的一端接收到所述电源输入单元提供的电源信号时输出所述模式切换控制信号使得所述第一晶体管导通，以使得与所述网口单元连接的所述外部受电设备的电源负极通过所述网口单元与所述以太网供电装置的负极导通。
可选地，所述PSE单元包括：检测单元、供电单元；
所述检测单元包括：第一比较器、第二比较器；其中，所述第一比较器的第一端用于接入第一电压阈值，所述第一比较器的第二端与所述第二比较器的第一端连接，所述第一比较器的第三端用于接入适配后的电源信号并与所述供电单元连接；
所述第二比较器的第二端用于接入第二电压阈值，所述第二比较器的第三端用于接入适配后的电源信号并与所述供电单元连接。
可选地，所述供电单元包括：第一二极管、第二二极管、第一三极管以及第二晶体管；
所述第一二极管的第一端分别与所述第一比较器的第三端以及所述第二比较器的第三端连接，所述第一二极管的第二端与所述第一三极管的第一端连接；
所述第二二极管的第二端与所述第一三极管的第一端连接；
所述第一三极管的第二端与所述第二晶体管的第一端连接，所述第二晶体管的第二端用于输出所述供电电压。
可选地，所述装置还包括：PSE控制单元，所述PSE控制单元的输出端分别与所述供电单元中第一二极管的第二端以及第二二极管的第二端连接，所述供电单元用于根据所述PSE控制单元输出的供电控制指令控制所述供电电压的输出；
所述PSE控制单元包括：第四电阻、第二三极管、光电耦合器；
所述第四电阻的一端用于接入高电平或低电平使能信号，所述第四电阻的另一端与所述第二三极管的第一端连接；
所述第二三极管的第二端接地，所述第二三极管的第三端与所述光电耦合器的输入端连接，所述光电耦合器的输出端与所述供电单元中所述第一二极管的第二端以及所述第二二极管的第二端连接。
可选地，所述模式切换单元还包括：第三二极管；
所述第三二极管的一端分别与所述网口单元，所述第三二极管的另一端与所述PD单元的输入端连接，当所述模式切换单元未接收到所述电源输入单元提供的电源信号时，所述外部供电设备输出的供电电压通过所述网口单元及所述第三二极管输入所述受电端设备单元。
可选地，所述模式切换单元还包括：整流单元、第二磁珠以及第三磁珠；
所述整流单元的第一端与所述PD单元的输入端连接，所述整流单元的第二端与所述第二磁珠的一端连接，所述整流单元的第三端与所述第三磁珠的一端连接；
所述第二磁珠的另一端以及所述第三磁珠的另一端分别与所述网口单元连接；当所述模式切换单元未接收到所述电源输入单元提供的电源信号时，所述外部供电设备输出的供电电压通过所述网口单元、所述第二磁珠、第三磁珠及所述整流单元输入至所述受电端设备单元。
可选地，所述网口单元包括：RJ45网口以及第一电容；
所述RJ45网口上包括第一引脚以及第二引脚，所述第一引脚与所述第一电容的一端连接，所述第二引脚与所述第一电容的另一端连接；
当所述模式切换单元接收到所述电源输入单元提供的所述电源信号时，所述第一引脚用于接收所述供电电压，所述第二引脚与所述太网供电装置的负极连接；
当所述模式切换单元未接收到所述电源输入单元提供的所述电源信号时，所述第一引脚还用于接收所述外部供电设备输出的供电电压，并通过所述PD单元将所述供电电压提供给所述以太网供电装置中的各单元。
可选地，所述网口单元还包括：网络变压器，所述网络变压器包括：第三引脚和第四引脚；
所述第三引脚和第四引脚分别与所述模式切换单元连接，当所述模式切换单元未接收到所述电源输入单元提供的电源信号时，所述第三引脚及第四引脚用于接收所述外部供电设备输出的供电电压。
第二方面，本申请实施例还提供了一种以太网供电系统，包括：上述第一方面提供的所述以太网供电装置、以及外部设备；所述外部设备包括：外部供电设备、或者外部受电设备；所述以太网供电装置与所述外部设备连接。
本申请的有益效果是：
本申请实施例提供一种以太网供电装置及系统，包括：电源输入单元、网口单元、PSE单元、PD单元以及模式切换单元；电源输入单元依次与PSE单元、PD单元以及模式切换单元连接，电源输入单元用于分别向模式切换单元、PSE单元以及PD单元供电；网口单元与模式切换单元连接，模式切换单元用于在电源输入单元提供的电源信号的触发下输出模式切换控制信号，并将来自PSE单元输出的供电电压输出至与网口单元连接的外部受电设备；模式切换单元还用于在未接收到电源输入单元提供的电源信号时，通过网口单元接收外部供电设备输出的供电电压，并通过PD单元将外部供电设备输出的供电电压提供给以太网供电装置中的各单元。在本方案中，当模式切换单元在接收到由电源输入单元输出的电源信号后，模式切换单元并在电源信号的触发下向网口单元输出模式切换控制信号，然后，模式切换单元将来自PSE单元的供电电压输出至网口单元，经由网口单元将供电电压输出至与网口单元连接的外部受电设备，至此，本实施例提供的以太网供电装置实现了向外部受电设备供电的目的；当模式切换单元未接收到由电源输入单元输出的电源信号时，此时，可以通过网口单元接收外部供电设备输出的供电电压，并通过PD单元将供电电压提供给以太网供电装置中的各单元，实现外部供电设备向以太网供电装置供电的目的。因此，在本实施例中，主要是利用模式切换单元是否接收到由电源输入单元提供的电源信号，来实现了对以太网供电装置的PSE模式和PD模式切换，达到了通过单网口双向供电的目的，这样，有效提高了PSE模式和PD模式切换的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的以太网供电装置的结构示意图一；
图2为本申请实施例提供的以太网供电装置中模式切换单元的电路原理图；
图3为本申请实施例提供的以太网供电装置的结构示意图二；
图4为本申请实施例提供的以太网供电装置中PSE控制单元与PSE单元的电路原理图；
图5为本申请实施例提供的以太网供电装置中网口单元的电路原理图；
图6为本申请实施例提供的一种以太网供电系统的结构示意图。
图标：100-以太网供电装置；101-电源输入单元；102-网口单元；103-PSE单元；104-PD单元；105-模式切换单元；301-PSE控制单元；302-检测单元；303-供电单元；600-以太网供电系统；601-外部设备。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请的一些实施例实现的操作。应该理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请实施例中将会用到术语“包括”，用于指出其后所声明的特征的存在，但并不排除增加其它的特征。
将通过如下多个实施例对本申请提供的以太网供电装置进行详细说明。
图1为本申请实施例提供的以太网供电装置的结构示意图一；如图1所示，以太网供电装置100包括：电源输入单元101、网口单元102、PSE单元103、PD104以及模式切换单元105。
其中，电源输入单元101依次与PSE单元103、PD单元104以及模式切换单元105连接，电源输入单元101用于分别向PSE单元103、PD单元104以及模式切换单元105供电，以确保PSE单元103、PD单元104以及模式切换单元105的正常工作。
值得说明的是，先对本申请提供的以太网供电装置100的两种工作模式进行介绍。
本申请提供的以太网供电装置的工作模式包括：PSE模式、PD模式。
第一种、当以太网供电装置100的工作模式是PSE模式时，此时，可以将“以太网供电装置100”看成是一个供电端，外部受电设备可以通过网口单元102接入至以太网供电装置100，使得可以通过“以太网供电装置100”向外部受电设备输出供电电压，以确保外部受电设备的正常工作。
比如，上述外部受电设备可以是指IP会议电话、视频会议摄像机等POE受电设备。
第二种、当以太网供电装置100的工作模式是PD模式时，此时，可以将“以太网供电装置100”看成是一个受电端，可以通过网口单元102将外部供电设备接入至以太网供电装置100，此时，外部供电设备可以经由网口单元102向“以太网供电装置100”中的各单元输出供电电压，以确保“以太网供电装置100”中的各单元正常工作。
比如，上述外部供电设备可以是指可供电交换机等供电设备。
因此，可以通过以太网供电装置100中设置的单网口单元102，实现双向供电的目的。
在本实施例中，针对以太网供电装置100的双向供电需求，主要是通过模式切换单元105实现对上述PSE和PD两种工作模式的切换。
如下将具体讲解如何通过模式切换单元105实现对上述PSE和PD两种工作模式的切换。
1、当以太网供电装置100的工作模式是PSE模式时，此时，是通过电源输入单元101向以太网供电装置100中各单元供电，PSE单元103经由模式切换单元105、网口单元102向对外设受电设备供电。
网口单元102与模式切换单元105连接，模式切换单元105用于在电源输入单元101提供的高电平的电源信号的触发下输出模式切换控制信号，并将来自PSE单元103输出的供电电压输出至网口单元102，网口单元102用于将供电电压输出至与网口单元102连接的外部受电设备。具体来说，当电源输入单元101有电源信号输入时，模式切换控制信号使得PSE单元103输出的供电电压输出至与网口单元102连接的外部受电设备的电源正极以及将以太网供电装置100的负极和与外部受电设备的电源负极连接，以此为外部受电设备正常供电。
进一步的，在正常供电之前，当电源输入单元101有高电平的电源信号输入后，模式切换单元105开启外部POE检测通道，通过PSE单元103输出的PSE_OUT对接入网口单元102的外设进行检测，在检测符合要求后，PSE单元103输出供电电压PSE_OUT；此时，模式切换单元105在电源输入单元101提供的DC_IN高电平的电源信号的触发下向网口单元102输出模式切换控制信号，并将来自PSE单元103输出的供电电压PSE_OUT输出至网口单元102，网口单元102用于将供电电压输出至与网口单元102连接的外部受电设备，至此，以太网供电装置100实现了向外部受电设备供电的目的。
2、当以太网供电装置100的工作模式是PD模式时，此时，电源输入单元101不再向以太网供电装置100中各单元供电，PSE单元103也不工作，此时，可以将外部供电设备接入至网口单元102，外部供电设备经由网口单元102向以太网供电装置中的各单元供电。
具体的，模式切换单元105还用于在未接收到电源输入单元101提供的电源信号时，且外部供电设备通过网口单元102接入至“以太网供电装置100”时，可以通过网口单元102接收外部供电设备输出的供电电压，并通过模式切换单元105、PD单元104将外部供电设备输出的供电电压提供给以太网供电装置100中的各单元，实现向以太网供电装置100供电的目的。
在本实施例中，主要是利用模式切换单元105是否接收到由电源输入单元101输出的DC_IN高电平的电源信号，来实现了对以太网供电装置的PSE模式和PD模式切换，这样，有效提高了PSE模式和PD模式切换的可靠性。
综上所述，本申请实施例提供一种以太网供电装置，包括：电源输入单元、网口单元、PSE单元、PD单元以及模式切换单元；电源输入单元依次与PSE单元、PD单元以及模式切换单元连接，电源输入单元用于分别向模式切换单元、PSE单元以及PD单元供电；网口单元与模式切换单元连接，模式切换单元在电源输入单元提供的电源信号的触发下输出模式切换控制信号，模式切换控制信号使得PSE单元输出的供电电压输出至与网口单元连接的外部受电设备的电源正极以及将以太网供电装置的负极和与外部受电设备的电源负极连接；模式切换单元还用于在未接收到电源输入单元提供的电源信号时，通过网口单元接收外部供电设备输出的供电电压，并通过PD单元将外部供电设备输出的供电电压提供给以太网供电装置中的各单元。在本方案中，当模式切换单元在接收到由电源输入单元提供的高电平的电源信号时，模式切换单元在高电平的电源信号的触发下输出模式切换控制信号，然后，模式切换单元将来自PSE单元输出的供电电压输出至网口单元，经由网口单元将供电电压输出至与网口单元连接的外部受电设备，至此，本实施例提供的以太网供电装置实现了向外部受电设备供电的目的；当模式切换单元未接收到电源输入单元输出的高电平的电源信号DC_IN时，且电源输入单元不向模式切换单元供电，此时，可以通过网口单元接收外部供电设备输出的供电电压，并通过PD单元将供电电压提供给以太网供电装置中的各单元，实现外部供电设备向以太网供电装置100供电的目的，因此，在本实施例中，主要是利用模式切换单元105是否接收到由电源输入单元输出的高电平电源信号以确定是否输出模式切换控制信号来实现了对以太网供电装置的PSE模式和PD模式切换，达到了通过单网口双向供电的目的，这样，有效提高了PSE模式和PD模式切换的可靠性。
另外，本申请是采用非机械方式实现PD和PSE模式的切换，无需依赖DC座的引脚，可应用在无DC座的产品中，具有噪声小稳定性高的特点。
将通过如下多个实施例先对本申请提供的以太网供电装置中各单元的电路原理图进行介绍。
首先，对以太网供电装置中的模式切换单元的结构进行介绍。
图2为本申请实施例提供的以太网供电装置中模式切换单元的结构电路原理图；如图2所示，上述图1中所示的模式切换单元105包括：第一晶体管Q1、第一电阻R2、第二电阻R4、第一磁珠B1。
其中，第一电阻R2的一端与电源输入单元101的输入端连接，第一电阻R2的另一端分别与第二电阻R4的一端、以及第一晶体管Q1的第一端连接，第一晶体管Q1的第二端与网口单元102连接。
其中，第一晶体管Q1是金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET)MOS管，上述提到的第一晶体管Q1的第一端是指MOS管的栅极G，第一晶体管Q1的第二端是MOS管的漏极D，第一晶体管Q1的第三端源极S接地。
第一磁珠B1的第一端与PSE单元103的输出端连接，第一磁珠B1用于接收PSE单元103输出的供电电压PSE_OUT，第一磁珠B1的第二端输出供电信号，并将供电信号输出至网口单元102，并通过网口单元102将供电信号输出至与网口单元102连接的外部受电设备的电源正极。由于第一磁珠B1可以滤除部分的高频干扰，能够有效保证经由第一磁珠B1处理后供电电压的稳定性，进而确保输出到外部受电设备的电源质量良好。
第一电阻R2的一端接收到电源输入单元101提供的高电平的电源信号时输出“模式切换控制信号”，此时，在“模式切换控制信号”的触发下第一晶体管Q1导通，进而使得与网口单元102连接的外部受电设备的电源负极通过网口单元102与以太网供电装置的负极导通连接。
在本实施例中，当“以太网供电装置100”的工作模式是PSE模式时，将电源输入单元101提供的高电平电源信号DC_IN接入至模式切换单元105中第一电阻R2的一端，当第一电阻R2的一端接收到电源输入单元101提供的高电平电源信号DC_IN时输出模式切换控制信号，此时模式切换单元105开启外部受电设备检测通道，即第一晶体管Q1导通，对外检测通道MCT2到VSS开启。同时PSE单元103的输出端的供电电压输出至网口单元102并通过MCT1向外部受电设备提供检测电压，此时MCT1为检测正极，MCT2为检测负极，二者对接入至网口单元102的外部受电设备进行检测，在检测外部受电设备符合要求后再进行正常供电。
在本实施例中，在模式切换单元105中采用第一晶体管Q1、第一电阻R2和第二电阻R4，可以实现PSE单元103的检测和供电回路的通断，当有适配器电源接入时MOS管Q1导通，PSE单元103可对外检测及对外供电；当电源输入单元101的高电平电源信号DC_IN未接入至模式切换单元105时，第一晶体管Q1截止，避免以太网供电装置100工作时外部供电设备输入检测异常。
可选地，继续参考上述图2所示，模式切换单元105还包括：第三二极管D1，第三二极管D1的一端与网口单元102的第二端连接，第三二极管D1的另一端与PD单元的输入端连接。当模式切换单元105未接收到电源输入单元101提供的电源信号时，外部供电设备输出的供电电压通过网口单元102及第三二极管D1输入PD单元104。
可选地，继续参考上述图2，模式切换单元105还包括：整流单元BD1、第二磁珠B2以及第三磁珠B3。整流单元BD1是由四个二极管组成。
其中，整流单元BD1的第一端与PD单元的输入端连接，整流单元BD1的第二端与第二磁珠B2的一端连接，整流单元BD1的第三端与第三磁珠B3的一端连接。
第二磁珠B2的另一端以及第三磁珠B3的另一端分别与网口单元102连接。
当模式切换单元105未接收到电源输入单元101提供的电源信号时，外部供电设备输出的供电电压通过网口单元102、第二磁珠B2、第三磁珠B3及整流单元BD1输入至PD单元104。
上述整流单元用于对“以太网供电装置100”接收或输出的供电电压进行整流处理，以提高供电电压的稳定性。
将通过如下实施例对本申请提供的另一种以太网供电装置的结构进行介绍。
图3为本申请实施例提供的以太网供电装置的结构示意图二；图4为本申请实施例提供的以太网供电装置中PSE控制单元与PSE单元的电路原理图；如图3所示，该装置还包括：PSE控制单元301；PSE单元103包括：检测单元302、供电单元303，PSE控制单元301用于控制PSE单元103，当外部受电设备出现异常时控制是否要向接入以太网供电装置100的外部受电设备进行供电，实现外部受电设备的异常断电及重启。
首先，对PSE控制单元301、检测单元302以及供电单元303的结构进行介绍。
将结合图4对PSE控制单元与PSE单元的结构进行讲解，如图4所示，检测单元302包括：第一比较器U3A、第二比较器U3B；其中，第一比较器U3A的第一端用于接入第一电压阈值Vth1，第一比较器U3A的第二端与第二比较器U3B的第一端连接，第一比较器U3A的第三端用于接入适配后的电源信号5V_PSE并与供电单元303的输入端连接。
其中，第一比较器U3A的第一端是指第一比较器U3A的正输入端，第一比较器U3A的第二端是指第一比较器U3A的负输入端，第一比较器U3A的第三端是指第一比较器U3A的输出端。
第二比较器U3B的第二端用于接入第二电压阈值Vth2，第二比较器U3B的第三端用于接入适配后的电源信号5V_PSE并与供电单元303的输入端连接。
其中，第二比较器U3B的第一端是指第二比较器U3B的正输入端，第二比较器U3B的第二端是指第二比较器U3B的负输入端，第二比较器U3B的第三端是指第二比较器U3B的输出端。
PSE控制单元301与供电单元303连接，供电单元303用于根据PSE控制单元301输出的供电控制指令控制PSE单元103的供电电压PSE_OUT输出。
在本实施例中，电源输入单元101提供的电源信号DC_IN为PSE单元103供电，为与后级起到隔离作用，PSE单元103接入的电源信号DC_IN经稳压管Z4稳压后输出12V_PSE为第一比较器U3A、第二比较器U3B提供电源。
同时PSE单元103接入的电源信号DC_IN还经过稳压管Z2后稳压输出5V_PSE用于设定第一比较器U3A接入的第一电压阈值Vth1、以及第二比较器U3B接入的第二电压阈值Vth2。具体是，5V_PSE经电阻R15、R20、R24分压后得到Vth1和Vth2两个比较电压阈值，并将Vth1和Vth2分别接入至第一比较器U3A的正输入端和第二比较器U3B的负输入端。
检测单元302对外检测是依靠外部受电设备的欧姆POE特征电阻进行的，如外部受电设备和本设备相同，则POE特征电阻为PD单元中的R3，特征电阻的数值在POE规范中约为19K～26.5K，例如在本申请中约为25K。当检测口PSE_OUT输入电压在Vth1～Vth2之间时，第一比较器U3A和第二比较器U3B的输出端电压均被拉高，此时二极管D9-1、D9-2导通，三极管Q5的发射极也导通，三极管Q5的集电极接地使得晶体管Q4的Vgs<Vth，则晶体管Q4导通；PSE单元103中的接入的高电平电源信号DC_IN经二极管D8和电感L1后，输出供电电压PSE_OUT。反之，若外部的特征电阻不在POE规范中，即在检测外部设备不符合要求，此时检测口PSE_OUT输入电压不在Vth1～Vth2之间时，第一比较器U3A和第二比较器U3B的输出端电压均被拉低，此时二极管D9-1、D9-2截止，此时PSE单元103无法输出输出供电电压PSE_OUT，即不对外部受电设备供电，以此达到对外检测的目的。
可选地，继续参考图3，供电单元303包括：第一二极管D9-1、第二二极管D9-2、第一三极管Q5以及第二晶体管Q4。
其中，第一二极管D9-1的第一端分别与第一比较器U3A的第三端以及第二比较器U3B的第三端连接，第一二极管D9-1的第二端与第一三极管Q5的第一端连接，第二二极管D9-2的第二端与第一三极管Q5的第一端连接。
需要说明的是，第一三极管Q5的第一端是指Q5的基极，第一三极管Q5的第二端是指Q5的集电极，第一三极管Q5的第三端是指Q5的发射极。
PSE控制单元301的输出端分别与第一二极管D9-1的第二端以及第二二极管D9-2的第二端连接。
第一三极管Q5的第二端与第二晶体管Q4的第一端连接，第二晶体管Q4的第二端用于输出供电电压PSE_OUT。
其中，第二晶体管Q4的第一端是指Q4的栅极，第二晶体管Q4的第一端是指Q4的漏极。
可选地，继续参考图3，PSE控制单元301包括：第四电阻R28、第二三极管Q6、光电耦合器U4。PSE控制单元301与供电单元303连接，供电单元303根据PSE控制单元301输出的供电控制指令控制供电电压PSE_OUT的输出。
其中，第四电阻R28的一端用于接入高电平或低电平使能信号PSE_PWR_EN，第四电阻R28的另一端与第二三极管Q6的第一端连接。
第二三极管Q6的第二端接地，第二三极管Q6的第三端与光电耦合器U4的输入端连接，光电耦合器U4的输出端与供电单元303中第一二极管D9-1的第二端以及第二二极管D9-2的第二端连接。
其中，第二三极管Q6的第一端是指Q6的基极，第二三极管Q6的第二端是指Q6的集电极，第二三极管Q6的第三端是指Q6的发射极。
将通过如下实施例对本申请提供的另一种以太网供电装置中网口单元的结构进行介绍。
图5为本申请实施例提供的以太网供电装置中网口单元的结构示意图；如图5所示，上述图1中所示的网口单元102包括：RJ45网口J1以及第一电容C7。
其中，RJ45网口上包括第一引脚MCT1、第二引脚MCT2，第一引脚MCT1与第一电容C7的一端连接，第二引脚MCT2与第一电容C7的另一端连接。
当模式切换单元105接收到电源输入单元101提供的电源信号(即PSE模式)时，第一引脚MCT1用于接收供电电压PSE_OUT，检测外部的POE设备是否符合规范以及将供电电压输出至外部受电设备的电源正极，第二引脚MCT2用于将“以太网供电装置100”的负极和与外部受电设备的电源负极连接。
当模式切换单元105未接收到电源输入单元101提供的电源信号时，第一引脚MCT1还用于接收外部供电设备输出的供电电压，并通过PD单元将外部供电设备输出的供电信号提供给以太网供电装置100中的各单元。
即在PSE模式时，第一引脚MCT1和第二引脚MCT2用于检测外部POE设备是否符合供电规范，同时也用于检测合规后的供电信号输出(MCT1是正极，MCT2是负极)。在PD模式时，第一引脚MCT1和第二脚MCT2用于接收外部PSE供电设备提供的电源(其中，MCT1为正，MCT2为负极)。
可选地，继续参考图5所示，网口单元102还包括：网络变压器T2，网络变压器T2包括：第三引脚MCT3和第四引脚MCT4，第三引脚MCT3和第四引脚MCT4分别与模式切换单元105连接。
当模式切换单元105未接收到电源输入单元101提供的电源信号时，即PD模式下，第三引脚MCT3或第四引脚MCT3用于接收外部供电设备输出的供电电压，并通过PD单元将外部供电设备输出的供电电压提供给“以太网供电装置100”中的各单元。其中，第三引脚MCT3和第四引脚MCT4在PD模式下用于接收外部PSE供电设备提供的电源，受电极性可以是第三引脚MCT3为正，第四引脚MCT4为负，反之亦可。
如下将结合上述图2、图4、图5所示的各单元的电路结构对本申请提供的以太网供电装置100的两种模式切换的原理进行介绍。
1、当以太网供电装置100的工作模式是PSE模式时，此时，以太网供电装置100需要向网口单元102接入的外部受电设备进行供电，同时需要给自身即以太网供电装置100供电，具体工作原理如下：
适配器直流电源(44V-57V)对“以太网供电装置100”中的电源输入单元101进行供电，参考图4中的电源输入单元101，其中，电源输入单元101在接收到适配器直流电源提供的电源信号DC_IN后，电源信号DC_IN经防倒灌二极管D4后给到VDD，“以太网供电装置100”中无需检测即可开始工作。参考图2，PD单元104在接收到电源输入单元101输出的VDD后，并将VDD输入至U1芯片，U1芯片的输出开关信号引脚Gate控制MOS管Q2通断，并经变压器T1耦合输出以太网供电装置100主板所需要的电压VCC。由于是通过“以太网供电装置100”的PD单元104给自身供电，因此无需通过额外DC-DC模块将适配器直流电源进行转换，实现在PSE模式时PD单元的复用，提高了单元利用率，降低硬件成本。
由于考虑到变压器T1工作时的反向电压较大，初级开关MOS管Q2的耐压值需在150V以上；电阻R5主要用于减缓MOS管Q2开启的速度，避免MOS管Q2的源漏极导通过快导致周边器件损坏。所以，在MOS管Q2漏极增加了吸收电路，吸收电路包括：电阻R1、电容C3和二极管D10，电阻R1、电容C3和二极管D10的作用是在MOS管Q2关闭时为初级变压器绕组中的漏感能量提供泄放路径；二极管D3和电容C6用于产生U1芯片工作时需要的偏置电压VCC，电阻R6则用于降低绕组产生的尖峰电压；二极管D2、电容E1和C5接在变压器T1的次级绕组，用于产生系统主板工作所需的电压VCC。
此时，模式切换单元105在接收到适配器直流电源提供的电源信号DC_IN后，MOS管Q1导通，对外检测通道MCT2到VSS开启。
参考图4，同时，当控制器向PSE控制单元301中PSE_PWR_EN发送低电平，PSE_PWR_EN拉低三极管Q6关断，光电耦合器U4中的发光二极管和接收管均截止，三极管Q5的状态由二极管D9-1、D9-2的正极决定(PSE控制单元这边截止，三极管Q5基极电压就取决于D9-1是否导通)，PSE模块可正常对外检测和供电。
当控制器向PSE控制单元301中PSE_PWR_EN发送高电平时，三极管Q6导通，光电耦合器U4中的发光二极管导通，使得三极管Q5截止，MOS管Q4也处于截止状态，PSE单元103不对外供电。当系统SOC检测到外部受电设备异常时可拉高PSE_PWR_EN对其进行掉电重启，实现输出可控即当外接的PD设备异常时可对PD设备进行重启恢复。
继续参考图4，此时，PSE单元103在接收到适配器直流电源提供的电源信号DC_IN后，为与后级起到隔离作用，电源信号DC_IN经稳压管Z4稳压后输出12V_PSE为第一比较器U3A和第二比较器U3B提供电源；电源信号DC_IN经过稳压管Z2后稳压输出适配电压5V_PSE用于设定第一比较器U3A接入的第一电压阈值Vth1、以及第二比较器U3B接入的第二电压阈值Vth2，同时5V_PSE电压经分压电阻R14和防倒灌二极管D6后给到PSE_OUT，并经网口单元中网口J1中的MCT1(PIN4/PIN5正压)和MCT2(PIN7/PIN8负压)对外部的外部受电设备施加检测电压。PSE单元103对外检测是依靠外部受电设备的POE特征电阻进行的，如外部受电设备和本设备相同，则POE特征电阻为PD单元中的R3，特征电阻的数值在POE规范中约为19K～26.5K，例如在本申请中约为25K。当检测口PSE_OUT输入电压在Vth1～Vth2之间时，第一比较器U3A和第二比较器U3B的输出端电压均被拉高，此时二极管D9-1、D9-2导通，三极管Q5的发射极也导通，三极管Q5的集电极接地使得晶体管Q4的Vgs<Vth，则晶体管Q4导通；PSE单元103中的电源信号DC_IN经二极管D8和磁珠B1后，向模式切换单元105输出供电电压PSE_OUT，同时模式切换单元105在电源输入单元101提供的电源信号DC_IN的触发下输出“模式切换控制信号”使得网口单元102的MCT2与本装置的VSS导通实现外部受电设备的电源负极与本装置的负极VSS的导通，同时模式切换单元105将来自PSE单元103输出的供电电压PSE_OUT输出至网口单元102，并通过网口单元102将供电电压提供至外部受电设备的电源的正极使用，以此实现通过网口单元中的MCT1和MCT2开始对外部受电设备供电，达到了向外部受电设备进行供电的目的。
其中，PSE单元中的二极管D8的作用是防止外部电压倒灌到PSE单元，磁珠B1则用于降低输出电流波动，防止输出电流突变。
需要说明的是，上述PSE单元103中的电压检测口PSE_OUT与PSE单元的输出端共用PSE_OUT口，当接入的电源信号DC_IN输出给外部受电时，PSE单元103中的电压检测口PSE_OUT的检测电压也变为供电信号DC_IN，若检测电压的返回值不在Vth1～Vth2之间，第一比较器U3A和第二比较器U3B的输出端的输出电压均被拉低，此时，二极管D9-1截止，三极管Q5的导通状态通过RC延时电路电阻R23和电容C20维持。
当外部受电设备接收到“以太网供电装置”100提供的电源信号DC_IN后，外部受电设备启动工作后，并流经PSE单元103中电阻R17的电流反馈被芯片U2拾取，若外部受电设备消耗的电流值大于Ith，芯片U2的OUT引脚输出高电平使得三极管Q3导通，I_TEST被拉高，经限流电阻R26后使得二极管D9导通，维持三极管Q5和晶体管Q4的导通状态，从而确保PSE单元输出的供电电压PSE_OUT稳定输出，PSE单元103经由模式切换单元105、网口单元102向外部受电设备进行供电；若外部受电设备消耗电流小于Ith则MOS管Q4关断，PSE单元103又变回5V_PSE的电压值，PSE_OUT处于检测状态，停止向外部受电设备进行供电。
另外，在PSE单元对外进行检测时，由于图2中所示的模式切换单元105中的二极管D1负极处的电压为VDD，高于PSE_OUT检测电压5V_PSE，故二极管D1处于截止状态，不影响PSE单元中检测口的PSE_OUT对外检测。
2、当以太网供电装置100的工作模式是PD模式时，此时，以太网供电装置100是受电设备，适配器直流电压不向电源输入单元101进行供电，以太网供电装置100只能接收通过网口单元102接入的外部供电设备提供的供电信号，具体工作原理如下：
电源输入单元101不再向以太网供电装置100中各单元供电时，模式切换单元105中的MOS管Q1截止，以太网供电装置100接收通过网口单元中的MCT1(PIN4/PIN5正压)和MCT2(PIN7/PIN8负压)接入的外部供电设备提供的供电信号时，图2中所示的MOS管Q1的二极管导通，实现向以太网供电装置100供电，以确保以太网供电装置100中各单元正常工作。此时，由于适配器直流电压不向电源输入单元进行供电，此时MOS管Q1截止，避免外部PSE设备对本装置的POE特征电阻检测异常，导致PD模块无法正常工作。
PD模式下支持符合IEEE802.3af标准的Alternative A(MDI-X)/(MDI)以及Alternative B模式，即网口单元中网口J1的pin1/2和3/6支持正负极交叉供电，其他pin支持4/5正极和7/8负极供电，外部供电设备对以太网供电装置100的特征电阻和输入电容进行检测，符合供电要求后进行供电等级的协商(以上操作符合POE协议规范)并对以太网供电装置100进行供电；以太网供电装置100中PD单元的芯片U1的输出开关信号Gate引脚控制MOS管Q2通断，并经变压器T1耦合后输出装置主板所需要的电压VCC。
模式切换单元中的二极管D1主要起到防倒灌作用，确保经网口单元中网口J1的pin 4/5和7/8输入到模块的电压极性符合Alternative B标准；整流二极管BD1则用于Alternative A模式的电压极性切换，确保输入到POE芯片U1的电压极性符合VDD为正，VSS为负的要求。
另外，如果因为使用者的操作异常出现两种供电方式共存的情况，采用本方案也能正常工作且不会对设备造成损坏，具体如下：
若适配器直流先对以太网供电装置100进行供电，带检测功能的PSE单元再插入到网口单元中的RJ45网口上，则由于二极管D1负极电压高于正极外部PSE设备的检测电压，PSE单元不对以太网供电装置100进行供电；若PSE单元不带检测功能且供电电压大于适配器电压VDD，则二极管D1导通，由外部供电设备对以太网供电装置100进行供电，此时，二极管D4截止，适配器不对以太网供电装置100供电。
如外部供电设备先接到网口单元中的RJ45网口上，并对供电设备供电后适配器再插入，则由两者供电电压较高的设备对供电设备进行供电；两种供电方式可共存并且不会对供电设备造成损坏；当适配器接头插入到供电设备而由于适配器自身原因(如内部器件异常或未接AC电源等)未向装置供电时，PSE单元可正常对供电设备进行供电。
另外，本申请提供的以太网供电装置设计的双向供电电路采用隔离变压器和光电耦合器对主板地和外部地进行隔离，安全性和可靠性更佳。
在本申请提供的实施例中，PSE控制单元中的光电耦合器对PSE单元进行控制，可在异常情况下实现PSE单元的重启和恢复，可控性强。该以太网供电装置可兼容IEEE802.3af标准中的POE和PSE设备，兼容性好。本供电装置支持适配器供电和外部PSE设备供电共存，且不会对供电设备造成损坏；在其中一种供电方式异常的情况下也不影响另一种供电方式的运行，通过对PSE和PD模式的切换，实现了单网口双向供电功能。
将通过如下实施例具体讲解，本申请实施例还提供了一种以太网供电系统。
图6为本申请实施例提供的以太网供电系统的结构示意图；如图6所示，以太网供电系统600包括：上述实施例提供的以太网供电装置100、外部设备601；其中，外部设备601可以包括：外部供电设备、或者外部受电设备。
以太网供电装置100与外部设备601连接。具体的，若以太网供电装置100连接的外部设备601是外部供电设备时，则可以通过外部供电设备向以太网供电装置100中各单元供电；若以太网供电装置100连接的外部设备601是外部受电设备时，则可以通过以太网供电装置100向外部受电设备供电，达到了双向供电的目的。
以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digital singnal processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (10)

1.一种以太网供电装置，其特征在于，包括：电源输入单元、网口单元、供电端设备单元、受电端设备单元以及模式切换单元；
所述电源输入单元依次与所述供电端设备单元、所述受电端设备单元以及所述模式切换单元连接，所述电源输入单元用于分别向所述模式切换单元、所述供电端设备单元以及所述受电端设备单元供电；
所述网口单元与所述模式切换单元连接，所述模式切换单元用于在所述电源输入单元提供的电源信号的触发下输出模式切换控制信号，并将来自所述供电端设备单元输出的供电电压输出至与所述网口单元连接的外部受电设备；
所述模式切换单元还用于在未接收到所述电源输入单元提供的电源信号时，通过所述网口单元接收外部供电设备输出的供电电压，并通过所述受电端设备单元将所述外部供电设备输出的供电电压提供给以太网供电装置中的各单元。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模式切换单元包括：第一晶体管、第一电阻、第二电阻、第一磁珠；
所述第一电阻的一端与所述电源输入单元的输入端连接，所述第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端、以及所述第一晶体管的第一端连接；
所述第一晶体管的第二端与所述网口单元连接；
所述第一磁珠的第一端与所述供电端设备单元的输出端连接，用于接收所述供电端设备单元输出的所述供电电压，所述第一磁珠的第二端输出供电信号；
所述第一电阻的一端接收到所述电源输入单元提供的电源信号时输出所述模式切换控制信号使得所述第一晶体管导通，以使得与所述网口单元连接的所述外部受电设备的电源负极通过所述网口单元与所述以太网供电装置的负极导通。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述供电端设备单元包括：检测单元、供电单元；
所述检测单元包括：第一比较器、第二比较器；其中，所述第一比较器的第一端用于接入第一电压阈值，所述第一比较器的第二端与所述第二比较器的第一端连接，所述第一比较器的第三端用于接入适配后的电源信号并与所述供电单元连接；
所述第二比较器的第二端用于接入第二电压阈值，所述第二比较器的第三端用于接入适配后的电源信号并与所述供电单元连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述供电单元包括：第一二极管、第二二极管、第一三极管以及第二晶体管；
所述第一二极管的第一端分别与所述第一比较器的第三端以及所述第二比较器的第三端连接，所述第一二极管的第二端与所述第一三极管的第一端连接；
所述第二二极管的第二端与所述第一三极管的第一端连接；
所述第一三极管的第二端与所述第二晶体管的第一端连接，所述第二晶体管的第二端用于输出所述供电电压。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：供电端设备控制单元，所述供电端设备控制单元的输出端分别与所述供电单元中第一二极管的第二端以及第二二极管的第二端连接，所述供电单元用于根据所述供电端设备控制单元输出的供电控制指令控制所述供电电压的输出；
所述供电端设备控制单元包括：第四电阻、第二三极管、光电耦合器；
所述第四电阻的一端用于接入高电平或低电平使能信号，所述第四电阻的另一端与所述第二三极管的第一端连接；所述第二三极管的第二端接地，所述第二三极管的第三端与所述光电耦合器的输入端连接，所述光电耦合器的输出端与所述供电单元中所述第一二极管的第二端以及所述第二二极管的第二端连接。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述模式切换单元还包括：第三二极管；
所述第三二极管的一端与所述网口单元连接，所述第三二极管的另一端与所述受电端设备单元的输入端连接，当所述模式切换单元未接收到所述电源输入单元提供的电源信号时，所述外部供电设备输出的供电电压通过所述网口单元及所述第三二极管输入所述受电端设备单元。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述模式切换单元还包括：整流单元、第二磁珠以及第三磁珠；
所述整流单元的第一端与所述受电端设备单元的输入端连接，所述整流单元的第二端与所述第二磁珠的一端连接，所述整流单元的第三端与所述第三磁珠的一端连接；
所述第二磁珠的另一端以及所述第三磁珠的另一端分别与所述网口单元连接，当所述模式切换单元未接收到所述电源输入单元提供的电源信号时，所述外部供电设备输出的供电电压通过所述网口单元、所述第二磁珠、第三磁珠及所述整流单元输入至所述受电端设备单元。
8.根据权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，所述网口单元包括：RJ45网口以及第一电容；
所述RJ45网口上包括第一引脚以及第二引脚，所述第一引脚与所述第一电容的一端连接，所述第二引脚与所述第一电容的另一端连接；
当所述模式切换单元接收到所述电源输入单元提供的所述电源信号时，所述第一引脚用于接收所述供电电压，所述第二引脚与所述太网供电装置的负极连接；
当所述模式切换单元未接收到所述电源输入单元提供的所述电源信号时，所述第一引脚还用于接收所述外部供电设备输出的供电电压，并通过所述受电端设备单元将所述外部供电设备输出的供电电压提供给所述以太网供电装置中的各单元。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述网口单元还包括：网络变压器，所述网络变压器包括：第三引脚和第四引脚；
所述第三引脚和第四引脚分别与所述模式切换单元连接，当所述模式切换单元未接收到所述电源输入单元提供的电源信号时，所述第三引脚及第四引脚用于接收所述外部供电设备输出的供电电压。
10.一种以太网供电系统，其特征在于，包括：上述权利要求1-9任一项所述的以太网供电装置、以及外部设备；所述外部设备包括：外部供电设备、或者外部受电设备；
所述以太网供电装置与所述外部设备连接。
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