CN114143120A - 以太网供电装置及其功率管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种以太网供电装置及其功率管理方法。以太网供电装置包括多个端口以及控制器。每个端口供耦接一个受电装置，以在受电装置处于供电阶段时经由端口供电给受电装置。当受电装置在进入供电阶段之前的启动阶段时，控制器以分配给受电装置的功率额度来计算剩余功率额度。

Description

以太网供电装置及其功率管理方法
技术领域
本发明有关于一种以太网供电技术，尤其是一种以太网供电装置及其功率管理方法。
背景技术
在现行的以太网供电系统中(Power over Ethernet，POE)，若多个受电装置(PD，Powered Device)同时耦接到以太网供电装置(Power Source Equipment，PSE)，且在短时间请求以太网供电装置供电时，例如受电装置在启动阶段请求以太网供电装置供电，则由于受电装置在刚被启动时所消耗的功率波动幅度极大，并不稳定，导致以太网供电装置所测量到的受电装置的消耗功率与受电装置实际的消耗功率差距甚远，致使这些受电装置的实际消耗功率已超过以太网供电装置所能供给的电力上限，因而触发以太网供电装置的过载保护机制，导致这些受电装置的受电状态处于极不稳定的情形。
此外，当触发过载机制而使部分受电装置断电后，以太网供电装置判断出其所剩余的电力够供给先前断电的受电装置时，又会开始供电给这些受电装置，然而因受电装置在刚被启动时所消耗的功率波动幅度极大，这些受电装置又触发以太网供电装置的过载保护机制，进而断电，因此造成不断供电-断电的电源打嗝现象。
发明内容
鉴于上述，本案提供一种以太网供电装置及其功率管理方法，以改善多个受电装置同时连接以太网供电装置时，这些受电装置的受电状态不稳定的情形。
依据一些实施例，以太网供电装置包括多个端口以及控制器。每个端口供耦接一个受电装置，以在受电装置处于供电阶段时经由端口供电给受电装置。当受电装置在进入供电阶段之前的启动阶段时，控制器以分配给受电装置的功率额度来计算剩余功率额度。
依据一些实施例，当受电装置在供电阶段时，控制器以测量到的受电装置的测量消耗功率计算剩余功率额度。
依据一些实施例，每个受电装置在启动阶段的测量消耗功率的变化幅度较其在供电阶段大。
依据一些实施例，测量消耗功率为在时间窗口内测量到的平均消耗功率。
依据一些实施例，每个受电装置的该测量消耗功率不超过其被分配的该功率额度。
依据一些实施例，当受电装置在分级阶段时，控制器检测受电装置的功率级别，以根据功率级别决定分配给受电装置的功率额度。
依据一些实施例，控制器将在一时间点处于启动阶段的每个受电装置的功率额度相加取得第一总和，将在同一时间点对于处于供电阶段的每个受电装置所测量到的测量消耗功率相加取得第二总和，并将以太网供电装置的总功率扣除第一总和及第二总和而计算出剩余功率额度。
依据一些实施例，时间点为控制器评估是否允许待受电的受电装置进入启动阶段的时间点。
依据一些实施例，控制器依据每个受电装置的请求供电速率及以太网供电装置的过载耐受度决定启动阶段的时间长度。
依据一些实施例，以太网供电装置的功率管理方法包括在受电装置处于供电阶段时，供电给受电装置；以及当受电装置在进入供电阶段之前的启动阶段时，以分配给受电装置的功率额度来计算剩余功率额度。
因此，依据一些实施例，以太网供电装置在受电装置进入启动阶段时，以分配给该受电装置的功率额度，即受电装置在分级阶段时所分配到的可消耗的最大功率或其可承受的最大功率，来计算以太网供电装置的剩余功率额度，以确保以太网供电装置的剩余功率足够供应给其他受电装置，避免短时间多个受电装置请求供电时造成的电源打嗝现象，并提升以太网供电装置的供电质量。
附图说明
图1为本发明一实施例的以太网供电装置的方块示意图。
图2为本发明一实施例的以太网供电装置的功率管理方法的流程示意图。
具体实施方式
请同时参照图1及图2。图1为本发明一实施例的以太网供电装置100的方块示意图。图2为本发明一实施例的以太网供电装置100的功率管理方法的流程示意图。以太网供电装置100适于执行该功率管理方法。以太网供电装置100包括控制器110以及多个端口120。控制器110耦接外部网络端200、电源300、以及端口120。外部网络端200用以提供网络数据。电源300用以向以太网供电装置100提供电力。每个端口120用于耦接一受电装置400，以将电力及网络数据传送至受电装置400。控制器110用以执行该功率管理方法，以经由端口120将从电源300接收的电力及从外部网络端200接收的网络数据传送至受电装置400，并计算以太网供电装置100的剩余功率额度(power quota)以判断是否有多余的电力可提供给其他待受电的受电装置400。剩余功率额度为以太网供电装置100从电源300获得的总功率减去提供给已受电的受电装置400的功率所剩余的功率。
以太网供电装置100例如但不限于以太网交换器、以太网电源集线器、以太网供电器、以太网复用器等。控制器110例如但不限于中央处理器(CPU，Central ProcessingUnit)、微处理器(Microprocessor)、特定应用集成电路(ASIC,Application-specificIntegrated Circuit)、系统单芯片(SOC,System on a Chip)等。端口120例如但不限于RJ45接头等。受电装置400可为具有以太网供电技术的装置，例如但不限于网络摄影机、路由器、移动设备、计算机、笔记本电脑等。电源300可由能供应电力的装置或电路来实现，例如电源适配器、电池等。
在一些实施例中，以太网供电装置100可包括电源300，即以太网供电装置100不必通过外接电力源来获得电力。在一些实施例中，端口120经由以太网络线(Ethernet Cable)耦接受电装置400。其中，以太网络线例如但不限于2对或4对的双绞铜线等。在一些实施例中，外部网络端200可以是服务器并通过以太网络线耦接以太网供电装置100。在一些实施例中，以太网供电装置100及受电装置400以符合IEEE802.3af、IEEE802.3at、IEEE802.3bt的标准来供电与受电。
在一些实施例中，当受电装置400处于供电阶段时，以太网供电装置100经由端口120供电给受电装置400。供电阶段为向受电装置400稳定地供应电压(例如以太网供电装置100的满载输出电压或额定输出电压)、向受电装置400稳定地供应功率(例如受电装置400对以太网供电装置请求的功率或以太网供电装置100的满载输出功率、额定输出功率等)或向受电装置400稳定地供应符合IEEE802.3af、IEEE802.3at、IEEE802.3bt的标准的电压或功率(例如依据IEEE802.3af、IEEE802.3at、IEEE802.3bt的标准所规范的以太网供电装置100的输出功率或受电装置400所能请求的功率)。在一些实施例中，由于传输时会有功率耗损，因此以太网供电装置100的输出功率可以大于受电装置400所请求的功率。
参照图2。当待受电的受电装置400耦接以太网供电装置100时，以太网供电装置100执行步骤S201，控制器110检测受电装置400是否为符合以太网供电条件的装置(即受电装置400处于检测阶段)。例如以太网供电装置100经由端口120提供多个不同电压大小的测试电压给受电装置400，控制器110通过测试电压并利用欧姆定律来计算受电装置400的阻抗值(例如共模电阻)或通过测试电压计算电容值，若该阻抗值及该电容值不符合以太网供电条件时，则以太网供电装置100直接结束(图未示)，即不会供电给受电装置400。在此，测试电压可为符合IEEE802.3af、IEEE802.3at、IEEE802.3bt的以太网络供电技术标准的检测阶段所规范的测试电压，例如2.8伏特至10伏特之间的电压。以太网供电条件可为符合IEEE802.3af、IEEE802.3at、IEEE802.3bt的以太网络供电技术标准的检测阶段所规范的阻抗值及电容值，例如19千欧姆至26.5千欧姆之间的阻抗值及不大于150奈法拉的电容值。
若待受电的受电装置400符合以太网供电条件时，以太网供电装置100执行步骤S203，控制器110检测受电装置400的功率级别(即受电装置400处于分级阶段)，以根据功率级别决定分配给受电装置400的功率额度。具体来说，以太网供电装置100经由端口120向受电装置400施加分级检测电压，控制器110经由端口120测量受电装置400的电流，控制器110依据该电流的大小及表1查找受电装置400所对应的功率级别，并依据该功率级别及表2决定分配给受电装置400的功率额度。在此，分级检测电压可为符合IEEE802.3af、IEEE802.3at、IEEE802.3bt的以太网络供电技术标准的分级阶段所规范的分级检测电压，例如15.5伏特至20.5伏特之间的电压。在一些实施例中，执行步骤S203的时间不能超过IEEE802.3af、IEEE802.3at、IEEE802.3bt的以太网络供电技术标准所规范的时间，例如不能超过75毫秒。
表1
功率级别 电流
0 <0.4mA
1 10.5mA
2 18.5mA
3 28mA
4 40mA
表2
功率级别 功率额度
0 15.4W
1 4W
2 7W
3 15.4W
4 30W
在一些实施例中，表1及表2可为符合IEEE802.3af、IEEE802.3at、IEEE802.3bt的标准的对照表，其表2的功率额度可为IEEE802.3af、IEEE802.3at、IEEE802.3bt的功率分类标准所规范的受电装置400所能消耗的最大消耗功率、其所能承受的最大功率或以太网供电装置100所能提供的功率。在一些实施例中，表1及表2可储存于控制器110中。在一些实施例中，表1及表2可以整合在一起形成单一的对照表。
当以太网供电装置100对待受电的受电装置400分级完后，以太网供电装置100执行步骤S205，控制器110计算剩余功率额度，以判断是否有多余的电力可提供给待受电的受电装置400。若以太网供电装置100剩余的电力足够提供给待受电的受电装置400，则执行步骤S207。
在步骤S207中，控制器110将自电源300接收的电力经由端口120从低电压并以逐渐增大电压的方式对受电装置400供电，以启动受电装置400，且在达到满载输出电压(或额定输出电压)后停止增加电压，此时以太网供电装置100即持续提供满载输出电压(或额定输出电压)给受电装置400，亦即进入步骤S209。在此，若以太网供电装置100施加于受电装置400的电压未达到满载输出电压(或额定输出电压)时，则代表受电装置400处于启动阶段；若以太网供电装置100施加于受电装置400的电压达到满载输出电压(或额定输出电压)时，则代表受电装置400处于供电阶段。满载输出电压(或额定输出电压)可为符合IEEE802.3af、IEEE802.3at、IEEE802.3bt的标准的满载输出电压(或额定输出电压)，例如48伏特、57伏特等。在一些实施例中，以太网供电装置100在提供满载输出电压(或额定输出电压)给受电装置400后，受电装置400会先经过延迟时间后，才从以太网供电装置100接收满载输出电压(或额定输出电压)，换言之以太网供电装置100施加于受电装置400的电压达到满载输出电压(或额定输出电压)时，受电装置400会先经过延迟时间后，才处于供电阶段(即，受电装置400的启动阶段包括以太网供电装置100施加于受电装置400的电压未达满载输出电压(或额定输出电压)、及以太网供电装置100施加于受电装置400的电压达到满载输出电压(或额定输出电压)后的延迟时间内)，亦即受电装置400会先经过延迟时间后，才稳定的自以太网供电装置100接收功率以供自身消耗。其中延迟时间的设置是为了避免受电装置400自以太网供电装置100接收满载输出电压(或额定输出电压)的功率时产生浪涌电流，因而确保受电装置400不会因涌浪电流而造成损毁。在一些实施例中，延迟时间可为符合IEEE802.3af、IEEE802.3at、IEEE802.3bt的标准的延迟时间，例如延迟时间可以为至少80微秒。在一些实施例中，受电装置400在延迟时间时，相对于处于供电阶段具有较低的功耗且具有功耗波动。
在步骤S205中，若已受电的受电装置400处于启动阶段时，控制器110依据分配给该已受电的受电装置400的功率额度来计算剩余功率额度。具体来说，控制器110将自电源300接收的总功率减去分配给该已受电的受电装置400的功率额度来计算剩余功率额度。如式1所示，其中Prmn为剩余功率额度，Pbank为总功率，Palc为功率额度。功率额度为以太网供电装置100可提供给受电装置400的最大功率或是受电装置400所能承受的最大功率，由于受电装置400处于启动阶段时，其消耗的功率变化幅度极大，因此藉由依据功率额度来计算剩余功率额度，使控制器110依据剩余功率额度能确保以太网供电装置100的剩余电力足够供应给其他待受电的受电装置400，以避免因受电装置400的功率变化幅度而造成的电源打嗝现象，导致受电装置400无法稳定的受电，即避免以太网供电装置100无法稳定的供电给受电装置400，进而提升以太网供电装置100的供电质量。
Prmn＝Pbank-SUM(Palc)……(式1)
在步骤S205中，若已受电的受电装置400处于供电阶段，控制器110以测量到受电装置400的测量消耗功率计算剩余功率额度。亦即，控制器110将自电源300接收的总功率减去测量消耗功率来计算剩余功率额度。如式2所示，其中Prmn为剩余功率额度，Pbank为总功率，Pmear为测量消耗功率。测量功率的方式可例如是，控制器110经由端口120取得施加于受电装置400的电压的大小及受电装置400的电流的大小，并依据该电压及该电流计算受电装置400的测量消耗功率。在一些实施例中，测量消耗功率为受电装置400当前所实际消耗的功率。
Prmn＝Pbank-SUM(Pmear)……(式2)
由于各种电子装置在刚被启动时装置的系统尚未稳定，此时的功率的变化幅度会极不稳定，亦即受电装置400在启动阶段时的电流会产生剧烈的变化，而当电子装置启动完成并进入稳定状态后，此时的功率较不会出现变化，亦即受电装置400在供电阶段时的电流会呈现稳定状态。因此，受电装置400在启动阶段时控制器110所测量到的测量消耗功率的变化幅度，会比受电装置400在供电阶段时控制器110所测量到的测量消耗功率大。
在一些实施例中，测量消耗功率为在一时间窗口内控制器110测量到的受电装置400的平均消耗功率。亦即，控制器110经由端口120在时间窗口内测量受电装置400所消耗的能量，并依据消耗能量及时间窗口计算出平均消耗功率。具体来说，控制器110将消耗能量除以时间窗口计算出平均消耗功率。在一些实施例中，时间窗口可为符合IEEE802.3af、IEEE802.3at、IEEE802.3bt的标准所规范的时间窗口，例如1秒。在一些实施例中，控制器110周期性地测量受电装置400的测量消耗功率。例如控制器110每隔一时间窗口测量一次受电装置400的测量消耗功率。
由于功率额度可为以太网供电装置100可提供给受电装置400的最大功率或是受电装置400所能承受的最大功率，而测量消耗功率可为受电装置400的实际消耗功率，因此受电装置400的测量消耗功率不超过其被分配的功率额度。是以，控制器110对于处于启动阶段的受电装置400以比测量消耗功率高的功率额度来计算剩余功率额度。
在步骤S205中，控制器110计算剩余功率额度后，依据剩余功率额度评估是否允许待受电的受电装置400进入启动阶段，若待受电的受电装置400的请求功率小于剩余功率额度时，控制器110允许待受电的受电装置400进入启动阶段，亦即允许处于分级阶段的受电装置400进入启动阶段，控制器110进而执行步骤S207及步骤S209，以太网供电装置100持续供电给受电装置400，使受电装置400进入供电阶段。若待受电的受电装置400的请求功率不小于剩余功率额度时，控制器110执行结束(图未示)。在一些实施例中，请求功率可为受电装置400自身的额定功率。
在一些实施例中，在步骤S205中，在一时间点时，控制器110依据处于启动阶段的每个受电装置400的功率额度相加而取得第一总和，在同一时间点控制器110对于处于供电阶段的每个受电装置400所测量到的测量消耗功率相加而取得第二总和，并将以太网供电装置100的总功率扣除第一总和及第二总和而计算出剩余功率额度。如式3所示，其中Prmn为剩余功率额度，Pbank为总功率，Palc为功率额度，Pmear为测量消耗功率。其中，该时间点可为待受电的受电装置400经历完分级阶段并处于被以太网供电装置100的控制器110评估是否允许其进入启动阶段的时间点。总功率为以太网供电装置100从电源300接收的总电力。
Prmn＝Pbank-SUM(Palc)-SUM(Pmear)……(式3)
由于若全部以功率额度来计算剩余功率额度，例如以以太网供电装置100最大可提供的功率来计算，会大幅降低以太网供电装置100可供电给受电装置400的总量，然而当受电装置400处于启动阶段时若以测量消耗功率来计算剩余功率额度，例如以受电装置400实际消耗的功率来计算，又会造成电源打嗝的现象。因此藉由处于启动阶段的受电装置400以功率额度来计算剩余功率额度及处于供电阶段的受电装置400以测量消耗功率来计算剩余功率额度，可大幅提升以太网供电装置100可供电给受电装置400的总量。
在一些实施例中，控制器110依据受电装置400的请求供电速率及以太网供电装置100的过载耐受度决定启动阶段的时间长度。例如，若以太网供电装置100的过载耐受度较差或请求供电速率较高，启动阶段的时间长度即会较短；反之则启动阶段的时间长度即会较长。请求供电速率可为受电装置400在步骤S207中请求以太网供电装置100将供电电压从低电压逐渐增大至满载输出电压(或额定输出电压)的速率。过载耐受度可为以太网供电装置100所能承受的最大输出电流上限或过电流的保护点(OCP，Over Current Protection)。
因此，依据一些实施例，以太网供电装置100在受电装置400进入启动阶段时，以分配给该受电装置400的功率额度来计算以太网供电装置100的剩余功率额度，以确保以太网供电装置100的剩余功率足够供应给其他受电装置400，避免短时间多个受电装置400请求供电时造成的电源打嗝现象，并提升以太网供电装置100的供电质量。并且，依据各受电装置400的阶段分别以功率额度或测量消耗功率来计算剩余功率额度，而非一概以功率额度来计算，可更有效的利用电力资源。
附图标记说明：
100：以太网供电装置
110：控制器
120：端口
200：外部网络端
300：电源
400：受电装置
S201～S209：步骤

Claims (10)

1.一种以太网供电装置，包括：
多个端口，每个该端口耦接一个受电装置，以在该受电装置处于供电阶段时经由该端口供电给该受电装置；以及
控制器，当该受电装置在进入该供电阶段之前的启动阶段时，该控制器以分配给该受电装置的功率额度来计算剩余功率额度。
2.根据权利要求1所述的以太网供电装置，其中当该受电装置在该供电阶段时，该控制器以测量到的该受电装置的测量消耗功率计算该剩余功率额度。
3.根据权利要求2所述的以太网供电装置，其中每个该受电装置在该启动阶段的该测量消耗功率的变化幅度较其在该供电阶段大。
4.根据权利要求2所述的以太网供电装置，其中该测量消耗功率为在时间窗口内测量到的平均消耗功率。
5.根据权利要求2所述的以太网供电装置，其中每个该受电装置的该测量消耗功率不超过其被分配的该功率额度。
6.根据权利要求1所述的以太网供电装置，其中当该受电装置在分级阶段时，该控制器检测该受电装置的功率级别，以根据该功率级别决定分配给该受电装置的该功率额度。
7.根据权利要求1所述的以太网供电装置，其中该控制器将在一时间点处于该启动阶段的每个该受电装置的该功率额度相加取得第一总和，将在同一该时间点处于该供电阶段的每个该受电装置所测量到的测量消耗功率相加取得第二总和，并将该以太网供电装置的总功率扣除该第一总和及该第二总和而计算出该剩余功率额度。
8.根据权利要求7所述的以太网供电装置，其中该时间点为该控制器评估是否允许待受电的该受电装置进入该启动阶段的时间点。
9.根据权利要求8所述的以太网供电装置，其中当待受电的该受电装置的请求功率小于计算出的该剩余功率额度时，该控制器允许待受电的该受电装置进入该启动阶段。
10.根据权利要求1所述的以太网供电装置，其中该控制器依据各该受电装置的请求供电速率及该以太网供电装置的过载耐受度决定该启动阶段的时间长度。
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