CN114629346B - 一种以太网设备、双向变换器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种以太网设备、双向变换器及其控制方法，双向变换器设置在任一以太网设备中，包括：第一至第四开关管，第一变压器以及控制器；控制器用于：通过控制第一至第四开关管各自的开关状态，使得双向变换器处于正激或反激模式；在正激模式时，双向变换器接收网口的供电并将电能传输给负载母线；在反激模式时，双向变换器接收负载母线的供电并将电能传输给网口；在正激模式，网口的第一接线端和网口的第二接线端中的任意一个作为正极供电端时，负载母线正极的电压均高于负载母线负极的电压。应用本申请的方案，以太网设备可以作为PSE设备也可以作为PD设备使用，提高了以太网设备的使用灵活性，且有利于降低系统空间和成本。

Description

一种以太网设备、双向变换器及其控制方法

技术领域

本发明涉及电路技术领域，特别是涉及一种以太网设备、双向变换器及其控制方法。

背景技术

PoE(Power over Ethernet，以太网供电)系统包括PSE(Power SourcingEquipment，供电设备)和PD(Powered Device，受电设备)两部分。PSE设备可以向PD设备供电，同时也是整个PoE以太网供电过程的管理者，PD设备则是接受PSE供电的负载，例如IP电话、网络安全摄像机、掌上电脑等以太网设备。PSE和PD基于IEEE 802.3标准建立有关受电端设备的连接情况、设备类型、功耗级别等方面的信息联系，并以此为根据使得PSE通过以太网向PD供电。

标准的五类网线有四对双绞线，IEEE 802.3af允许两种线序供电方法，可参阅图1。一种供电方法是在4、5、7、8线对上传输电流，并且规定4、5为正极，7、8为负极。另一种供电方法是在1、2、3、6线对上传输电流，且极性是任意的，即1、2为正极，3、6为负极，或者是1、2为负极，3、6为正极。因此，虽然PSE提供的是直流电，但仍然存在两种供电线选择的不确定性和供电极性的不确定性，即可能是4、5、7、8供电，可能是1、2、3、6供电，还可能同时采用了1、2、3、6和4、5、7、8供电。当采用1、2、3、6供电时，正负极是不确定的。

因此，传统方案中需要采用整流电路来确定供电方向。在图1中，PSE设备与PD设备通过Cat-5网线相连接，同时PSE设备也通过该网线向PD设备供电，如上文的描述，由于1、2、3、6的正负极不确定，导致图1中的PD设备需要采用整流桥整流。由于需要额外设置整流桥来整流，使得增加了系统空间和成本。

此外，在目前的PoE系统中，作为供电方的PSE设备，向作为受电方的PD设备供电，PSE设备无法切换为PD设备使用，PD设备也无法切换为PSE设备使用，使得灵活性很低。

综上所述，如何有效地提高PoE系统中的以太网设备的使用灵活性，使得以太网设备既可以作为PSE设备使用，又可以作为PD设备使用，以及如何降低系统空间和成本，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种以太网设备、双向变换器及其控制方法，以有效地提高PoE系统中的以太网设备的使用灵活性，使得以太网设备既可以作为PSE设备使用，又可以作为PD设备使用，且降低系统空间和成本。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种双向变换器，所述双向变换器设置在任一以太网设备中，包括：

第一端与网口的第一接线端连接，第二端与第一变压器的原边绕组的第一端连接的第一开关管；

第一端与所述网口的第二接线端连接，第二端与所述第一变压器的原边绕组的第二端连接的第二开关管；

第一变压器；所述第一变压器的副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，所述第一副边绕组的第二端与所述第二副边绕组的第一端连接，且连接端与负载母线正极连接；所述第一变压器的第一端与所述第一副边绕组的第一端以及所述第二副边绕组的第一端互为同名端；

第一端与所述第一副边绕组的第一端连接，第二端分别与第四开关管的第二端以及负载母线负极连接的第三开关管；

第一端与所述第二副边绕组的第二端连接的所述第四开关管；

控制器；所述第一开关管，所述第二开关管，所述第三开关管以及所述第四开关管的控制端均与所述控制器连接，所述控制器用于：通过控制所述第一开关管，所述第二开关管，所述第三开关管以及所述第四开关管各自的开关状态，使得所述双向变换器处于正激模式或者处于反激模式；

其中，当所述双向变换器处于正激模式时，所述双向变换器接收所述网口的供电并将电能传输给所述负载母线；当所述双向变换器处于反激模式时，所述双向变换器接收所述负载母线的供电并将电能传输给所述网口；当所述双向变换器处于正激模式，所述网口的第一接线端和所述网口的第二接线端中的任意一个作为正极供电端时，负载母线正极的电压均高于负载母线负极的电压。

优选的，当所述控制器控制所述双向变换器处于反激模式时，所述控制器具体用于：

控制所述双向变换器在预设的第一状态和预设的第二状态之间周期性地切换，或者控制所述双向变换器在预设的第三状态和所述第二状态之间周期性地切换；

其中，所述第一状态为：所述第三开关管和所述第一开关管为关断状态，所述第四开关管和所述第二开关管为导通状态；所述第二状态为：所述第三开关管和所述第四开关管为关断状态，所述第一开关管和所述第二开关管为导通状态；所述第三状态为：所述第三开关管和所述第一开关管为导通状态，所述第四开关管和所述第二开关管为关断状态；

当所述控制器控制所述双向变换器处于正激模式时，所述控制器具体用于：

当所述网口的第一接线端的电压高于所述网口的第二接线端的电压时，控制所述双向变换器在预设的第四状态和预设的第五状态之间周期性地切换，当所述网口的第二接线端的电压高于所述网口的第一接线端的电压时，控制所述双向变换器在预设的第六状态和所述第七状态之间周期性地切换；

其中，所述第四状态为：所述第一开关管，所述第二开关管以及所述第四开关管为导通状态，所述第三开关管为关断状态；所述第五状态为：所述第一开关管和所述第三开关管为导通状态，所述第二开关管和所述第四开关管为关断状态；

所述第六状态为：所述第一开关管，所述第二开关管以及所述第三开关管为导通状态，所述第四开关管为关断状态；所述第七状态为：所述第二开关管和所述第四开关管为导通状态，所述第一开关管和所述第三开关管为关断状态。

优选的，还包括：

第一端与所述网口的第一接线端连接，第二端与所述网口的第二接线端连接的第一电容；

第一端与负载母线正极连接，第一端与负载母线负极连接的第二电容。

优选的，所述网口为RJ45网口。

优选的，所述第一变压器的第一副边绕组与第二副边绕组的匝数相同。

优选的，还包括：显示装置，所述控制器还用于：

当控制所述双向变换器为正激模式时，控制所述显示装置显示第一提示信息，当控制所述双向变换器为反激模式时，控制所述显示装置显示第二提示信息。

优选的，还包括：

阳极与所述第一开关管的第一端连接，阴极与所述第一开关管的第二端连接的第一二极管；

阳极与所述第二开关管的第一端连接，阴极与所述第二开关管的第二端连接的第二二极管；

阳极与所述第三开关管的第二端连接，阴极与所述第三开关管的第一端连接的第三二极管；

阳极与所述第四开关管的第二端连接，阴极与所述第四开关管的第一端连接的第四二极管。

优选的，所述第一开关管，所述第二开关管，所述第三开关管以及所述第四开关管均为带体二极管的开关管；

且所述第一开关管的体二极管的阳极与所述第一开关管的第一端连接，所述第二开关管的体二极管的阳极与所述第二开关管的第一端连接，所述第三开关管的体二极管的阳极与所述第三开关管的第二端连接，所述第四开关管的体二极管的阳极与所述第四开关管的第二端连接。

一种双向变换器的控制方法，应用于上述任一项所述的双向变换器中的控制器中，所述双向变换器的控制方法包括：

通过控制所述第一开关管，所述第二开关管，所述第三开关管以及所述第四开关管各自的开关状态，使得所述双向变换器处于正激模式或者处于反激模式；

其中，当所述双向变换器处于正激模式时，所述双向变换器接收所述网口的供电并将电能传输给所述负载母线；当所述双向变换器处于反激模式时，所述双向变换器接收所述负载母线的供电并将电能传输给所述网口；当所述双向变换器处于正激模式，所述网口的第一接线端和所述网口的第二接线端中的任意一个作为正极供电端时，负载母线正极的电压均高于负载母线负极的电压。

一种以太网设备，包括如上述任一项所述的双向变换器。

应用本发明实施例所提供的技术方案，通过第一开关管，第二开关管，第三开关管，第四开关管以及第一变压器构成了双向变换器，在控制器的控制下，可以使得双向变换器为正激模式或者为反激模式，使得设置了本申请的双向变换器的以太网设备，既可以作为PSE设备使用，又可以作为PD设备使用。具体的，且当双向变换器为正激模式时，双向变换器可以接收网口的供电并将电能传输给负载母线，使得此时的太网设备可以作为PD设备使用。而当双向变换器为反激模式时，双向变换器接收负载母线的供电并将电能传输给网口，使得此时的太网设备可以作为PSE设备使用。

并且，当双向变换器处于正激模式，无论网口的第一接线端和网口的第二接线端中的哪一个作为正极供电端，负载母线正极的电压均高于负载母线负极的电压，即本申请可以在太网设备作为PD设备使用时，在PSE设备的极性不确定的情况下，使得负载母线正极的电压始终高于负载母线负极的电压，即本申请通过控制器对双向变换器的控制，达到了传统方案中需要采用整流电路来确定供电方向的效果，即本申请的方案无需如传统方案中额外设置整流桥来整流，因此本申请的方案有利于降低系统空间和成本。

综上所述，本申请的双向变换器可以令以太网设备既可以作为PSE设备使用，又可以作为PD设备使用，因此提高了以太网设备的使用灵活性。且本申请的方案有利于降低系统空间和成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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为传统的PoE系统的结构示意图；

图2为本发明中双向变换器的第一结构示意图；

图3为本发明中双向变换器的第二结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种双向变换器，可以令以太网设备既可以作为PSE设备使用，又可以作为PD设备使用，因此提高了以太网设备的使用灵活性。且本申请的方案有利于降低系统空间和成本。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图2，图2为本发明中一种双向变换器的结构示意图，该双向变换器设置在任一以太网设备中，该双向变换器可以包括：

第一端与网口的第一接线端连接，第二端与第一变压器T1的原边绕组的第一端连接的第一开关管Q1；

第一端与网口的第二接线端连接，第二端与第一变压器T1的原边绕组的第二端连接的第二开关管Q2；

第一变压器T1；第一变压器T1的副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，第一副边绕组的第二端与第二副边绕组的第一端连接，且连接端与负载母线正极连接；第一变压器T1的第一端与第一副边绕组的第一端以及第二副边绕组的第一端互为同名端；

第一端与第一副边绕组的第一端连接，第二端分别与第四开关管Q4的第二端以及负载母线负极连接的第三开关管Q3；

第一端与第二副边绕组的第二端连接的第四开关管Q4；

控制器；第一开关管Q1，第二开关管Q2，第三开关管Q3以及第四开关管Q4的控制端均与控制器连接，控制器用于：通过控制第一开关管Q1，第二开关管Q2，第三开关管Q3以及第四开关管Q4各自的开关状态，使得双向变换器处于正激模式或者处于反激模式；

其中，当双向变换器处于正激模式时，双向变换器接收网口的供电并将电能传输给负载母线；当双向变换器处于反激模式时，双向变换器接收负载母线的供电并将电能传输给网口；当双向变换器处于正激模式，网口的第一接线端和网口的第二接线端中的任意一个作为正极供电端时，负载母线正极的电压均高于负载母线负极的电压。

在图2中，网口具体为RJ45网口，是实际应用中较为常用的实施方式，而在其他实施方式中，可以根据需要设置其他类型的网口。

如上文的描述，标准的五类网线有四对双绞线，且IEEE 802.3af允许两种线序供电方法，即一种供电方法是在图1中的4、5、7、8线对上传输电流，并且规定4、5为正极，7、8为负极。另一种供电方法是在图1中的1、2、3、6线上传输电流，且极性是任意的，即1、2为正极，3、6为负极，或者是1、2为负极，3、6为正极。

因此，当网口具体为RJ45网口时，本申请的方案中描述的网口的第一接线端可以是4、5线对，则网口的第二接线端为7、8线对。或者网口的第一接线端为1、2线对，则网口的第二接线端为3、6线对。或者网口的第一接线端为3、6线对，则网口的第二接线端为1、2线对。均不影响本发明的实施。

控制器通过控制第一开关管Q1，第二开关管Q2，第三开关管Q3以及第四开关管Q4各自的开关模式，可以使得双向变换器为正激模式或者为反激模式。本申请的图2和图3中未示出控制器。

当控制器控制双向变换器为正激模式时，双向变换器可以接收网口的供电，并将电能传输给负载母线。相应的，当双向变换器处于反激模式时，双向变换器接收负载母线的供电并将电能传输给网口。

并且由上文的描述可知，PD设备接收PSE设备的供电时，供电极性是不确定的，即当本申请的以太网设备作为PD设备使用时，连接至PSE设备之后，可能是网口的第一接线端的电压高于网口的第二接线端的电压，即此时是网口的第一接线端作为正极供电端。也可能是网口的第一接线端的电压低于网口的第二接线端的电压，即此时是网口的第二接线端作为正极供电端。

对此，在本申请的控制器的控制下，可以使得当双向变换器处于正激模式，网口的第一接线端和网口的第二接线端中的任意一个作为正极供电端时，输出至负载母线正极的电压均高于负载母线负极的电压，相当于是控制器通过对于双向变换器的控制，达到了传统方案中需要采用整流电路来确定供电方向的效果，因此本申请的方案不需要如传统方案中额外设置整流桥来整流，有利于降低系统空间和成本。

此外需要说明的是，对于双向变换器而言，控制器是控制双向变换器处于正激模式还是处于反激模式，可以根据实际需要进行控制，通常可以在PoE系统中的设备进行握手控制之后，各个双向变换器中的控制器控制相应的双向变换器为正激模式还是为反激模式。

此外还需要指出的是，当一个以太网设备设置了2个本申请的双向变换器之后，该以太网设备可以同时作为PSE设备和PD设备使用，即通过其中的1个双向变换器，从一个网口处接收其他PSE设备的供电，通过另一个双向变换器，从另一个网口处为其他的PD设备供电。

在本发明的一种具体实施方式中，当控制器控制双向变换器处于反激模式时，控制器具体用于：

控制双向变换器在预设的第一状态和预设的第二状态之间周期性地切换，或者控制双向变换器在预设的第三状态和第二状态之间周期性地切换；

其中，第一状态为：第三开关管Q3和第一开关管Q1为关断状态，第四开关管Q4和第二开关管Q2为导通状态；第二状态为：第三开关管Q3和第四开关管Q4为关断状态，第一开关管Q1和第二开关管Q2为导通状态；第三状态为：第三开关管Q3和第一开关管Q1为导通状态，第四开关管Q4和第二开关管Q2为关断状态；

当控制器控制双向变换器处于正激模式时，控制器具体用于：

当网口的第一接线端的电压高于网口的第二接线端的电压时，控制双向变换器在预设的第四状态和预设的第五状态之间周期性地切换，当网口的第二接线端的电压高于网口的第一接线端的电压时，控制双向变换器在预设的第六状态和第七状态之间周期性地切换；

其中，第四状态为：第一开关管Q1，第二开关管Q2以及第四开关管Q4为导通状态，第三开关管Q3为关断状态；第五状态为：第一开关管Q1和第三开关管Q3为导通状态，第二开关管Q2和第四开关管Q4为关断状态；

第六状态为：第一开关管Q1，第二开关管Q2以及第三开关管Q3为导通状态，第四开关管Q4为关断状态；第七状态为：第二开关管Q2和第四开关管Q4为导通状态，第一开关管Q1和第三开关管Q3为关断状态。

具体的，以反激模式时，控制器控制双向变换器在预设的第一状态和预设的第二状态之间周期性地切换为例。且图2和图3中，便于描述，将第一变压器T1的原边绕组标记为Np，原边绕组的第一端和第二端分别标记为1和2，第一变压器T1的第一副边绕组和第二副边绕组分别标记为Ns1和Ns2，第一副边绕组的第一端和第二端分别标记为3和4，第二副边绕组的第一端和第二端分别标记为5和6。

由上文对于第一状态和第二状态的描述可知，在第一状态和第二状态时，第三开关管Q3均是保持关断状态，第二开关管Q2均是保持导通状态。

在第一状态时，控制器将第一开关管Q1关断，且将第四开关管Q4导通，负载母线的正极供电，此时第一变压器T1储能，且在第一变压器T1储能的过程中，图2中的5端电压高于6端，1端电压高于2端。切换至第二状态之后，控制器将第四开关管Q4关断，且将第一开关管Q1导通，此时图2中的6端电压高于5端，2端电压高于1端，而由于第二状态时第一开关管Q1和第二开关管Q2均导通了，因此第一变压器T1的原边绕组释放能量，产生下正上负的电压Vp提供给网口。

如果是反激模式时，且控制器控制双向变换器在预设的第三状态和预设的第二状态之间周期性地切换。在第三状态和第二状态时，第四开关管Q4均是保持关断状态，第一开关管Q1均是保持导通状态。

在第三状态时，控制器将第二开关管Q2关断，且将第三开关管Q3导通，负载母线的正极供电，此时第一变压器T1储能，且在第一变压器T1储能的过程中，图2中的4端电压高于3端，2端电压高于1端。切换至第二状态之后，控制器将第三开关管Q3关断，且将第二开关管Q2导通，此时图2中的3端电压高于4端，1端电压高于2端，而由于第二状态时第一开关管Q1和第二开关管Q2均导通了，因此第一变压器T1的原边绕组释放能量，产生上正下负的电压Vp提供给网口。

第一状态，第二状态以及第三状态具体的持续时长均可以根据实际需要进行设定和调整，但通常而言，第一状态的持续时长等于第二状态的持续时长，第三状态的持续时长等于第二状态的持续时长。

当控制器控制双向变换器处于正激模式时，且网口的第一接线端的电压高于网口的第二接线端的电压时，控制器会控制双向变换器在预设的第四状态和预设的第五状态之间周期性地切换。

由上文对于第四状态和第五状态的描述可知，在第四状态和第五状态时，第一开关管Q1均是保持导通状态。

在第四状态时，控制器将第二开关管Q2和第四开关管Q4导通，将第三开关管Q3关断，由于网口的第一接线端的电压高于网口的第二接线端的电压，因此电能通过第一变压器T1，从Np向Ns2传输到负载母线，此时图2中的1端电压高于2端，5端电压高于6端，因此负载母线的电压Vs上正下负，即负载母线正极的电压高于负载母线负极的电压。

在第五状态时，控制器将第三开关管Q3导通，而第二开关管Q2和第四开关管Q4则关断。将第二开关管Q2关断之后，图2中的2端电压高于1端，6端电压高于5端高于3端，第一副边绕组，导通的第三开关管Q3以及后级的负载构成了回路，能量通过Ns1传输到负载母线。此时负载母线的电压Vs仍然是上正下负，即负载母线正极的电压高于负载母线负极的电压。

相应的，当控制器控制双向变换器处于正激模式时，且网口的第二接线端的电压高于网口的第一接线端的电压时，控制器会控制双向变换器在预设的第六状态和预设的第七状态之间周期性地切换。

由上文对于第六状态和第七状态的描述可知，在第六状态和第七状态时，第二开关管Q2均是保持导通状态。

在第六状态时，控制器将第一开关管Q1和第三开关管Q3导通，将第四开关管Q4关断，由于网口的第二接线端的电压高于网口的第一接线端的电压，因此电能通过第一变压器T1，从Np向Ns1传输到负载母线，此时图2中的2端电压高于1端，4端电压高于3端，因此负载母线的电压Vs上正下负，即负载母线正极的电压高于负载母线负极的电压。

在第七状态时，控制器将第四开关管Q4导通，而第一开关管Q1和第三开关管Q3则关断。将第一开关管Q1关断之后，图2中的1端电压高于2端，3端电压高于5端高于6端，第二副边绕组，导通的第四开关管Q4以及后级的负载构成了回路，能量通过Ns2传输到负载母线。此时负载母线的电压Vs仍然是上正下负，即负载母线正极的电压高于负载母线负极的电压。

同样的，第四状态，第五状态，第六状态以及第七状态具体的持续时长均可以根据实际需要进行设定和调整，但通常而言，第四状态的持续时长等于第五状态的持续时长，第六状态的持续时长等于第七状态的持续时长。

可以看出，无论是网口的第一接线端的电压高于网口的第二接线端的电压，还是网口的第二接线端的电压高于网口的第一接线端的电压，本申请在控制器的控制下，都能够使得负载母线的电压是上正下负，即在正激模式时，在第一变压器T1的副边方向固定的Vs电压，实现了无极性输入情况下输出固定的目的，解决了PoE供电系统中PSE向PD供电方向不确定的问题，且由于无需如传统方案中设置全桥整流电路，有利于降低系统空间和成本。

进一步的，在本发明的一种具体实施方式中，可参阅图3，还可以包括：

第一端与网口的第一接线端连接，第二端与网口的第二接线端连接的第一电容C1；

第一端与负载母线正极连接，第一端与负载母线负极连接的第二电容C2。

由于本申请的方案需要利用第一变压器T1进行充、放电，因此该种实施方式中，在网口处和负载母线处均设置了电容，用以提高电压的稳定性。并且由上文的描述可知，本申请的负载母线正极的电压始终高于负载母线负极，因此第二电容C2可以选取为无极性电容，也可以选取为有极性电容，均不影响本发明的实施。

而网口的第一接线端和网口的第二接线端均有可能作为正极供电端，即网口的第一接线端的电压可能高于也可能低于网口的第二接线端的电压，因此，第一电容C1需要选取为无极性电容。

本申请的方案中第一变压器T1的副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，第一变压器T1的第一副边绕组与第二副边绕组的匝数通常设置为相同的匝数，可以有效地避免第一变压器T1的偏磁情况，也有利于保障双向变换器所输出的电压的稳定性。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括可以：显示装置，控制器还用于：

当控制双向变换器为正激模式时，控制显示装置显示第一提示信息，当控制双向变换器为反激模式时，控制显示装置显示第二提示信息。

由于本申请的双向变换器可以处于为正激模式，使得设置了该双向变换器的以太网设备作为PD设备使用，也可以处于反激模式，使得设置了该双向变换器的以太网设备作为PSE设备使用，因此，该种实施方式中通过显示装置显示第一提示信息或者第二提示信息，使得工作人员可以方便地确定出双向变换器当前的模式。显示装置例如可以是简单的指示灯等器件，又如可以是显示屏等器件，根据实际需要选取即可。

在本发明的一种具体实施方式中，还可以包括：

阳极与第一开关管Q1的第一端连接，阴极与第一开关管Q1的第二端连接的第一二极管D1；

阳极与第二开关管Q2的第一端连接，阴极与第二开关管Q2的第二端连接的第二二极管D2；

阳极与第三开关管Q3的第二端连接，阴极与第三开关管Q3的第一端连接的第三二极管D3；

阳极与第四开关管Q4的第二端连接，阴极与第四开关管Q4的第一端连接的第四二极管D4。

考虑到部分类型的开关管带有体二极管，因此，本申请的该种实施方式中描述的任意二极管，均可以为相应的开关管中的体二极管。例如在本发明的一种具体实施方式中，第一开关管Q1，第二开关管Q2，第三开关管Q3以及第四开关管Q4均为带体二极管的开关管；

且第一开关管Q1的体二极管的阳极与第一开关管Q1的第一端连接，第二开关管Q2的体二极管的阳极与第二开关管Q2的第一端连接，第三开关管Q3的体二极管的阳极与第三开关管Q3的第二端连接，第四开关管Q4的体二极管的阳极与第四开关管Q4的第二端连接。

本申请的开关管的类型也可以根据需要进行选取，例如MOS管，IGBT，SiC开关管，GaN开关管等等。例如图3的实施方式中各个开关管均为N沟道的带体二极管的MOS管，各个体二极管的阳极与MOS管的源极连接，各个MOS的栅极作为控制端用于与控制器连接。

该种实施方式通过二极管的设置实现了续流，使得在进行状态切换时可以存在死区时间，保障了双向变换器的控制的稳定性。

以反激模式时，控制器控制双向变换器在预设的第一状态和预设的第二状态之间周期性地切换为例进行说明。由上文的描述可知，在第一状态和第二状态时，第三开关管Q3始终为关断状态，第二开关管Q2始终为导通状态。

在第一状态时，控制器将第一开关管Q1关断，且将第四开关管Q4导通，负载母线的正极供电，此时第一变压器T1储能，切换至第二状态之后，控制器需要将第四开关管Q4关断，且将第一开关管Q1导通。可以理解的是，在理想情况下，在切换至第二状态时，第四开关管Q4关断和第一开关管Q1导通是同时发生的，但在实际应用中，会不可避免地存在控制上的误差。如果第四开关管Q4关断时第一开关管Q1未及时导通，则可能会出现电压击穿第一开关管Q1或第二开关管Q2的情况，而如果在第四开关管Q4为关断时就先导通了第一开关管Q1，则可能会导致第一变压器T1偏磁等情况。因此该种实施方式中可以先关断第四开关管Q4，再导通第一开关管Q1，第四开关管Q4关断之后直到第一开关管Q1导通的这段时间则为死区时间，在该死区时间内，通过与第一开关管Q1并联的第一二极管D1(或者第一开关管Q1的体二极管)，可以与第二开关管Q2以及第一变压器T1的原边绕组构成暂时的放电回路，死区时间之后则导通第一开关管Q1，第一开关管Q1通电的功率损耗小于第一二极管D1。

同样的，当反激模式下，控制器控制双向变换器在预设的第三状态和预设的第二状态之间周期性地切换时，通过第二二极管D2的设置实现死区时间的续流。

在正激模式时，以网口的第一接线端的电压高于网口的第二接线端的电压为例进行说明。控制器会控制双向变换器在预设的第四状态和预设的第五状态之间周期性地切换。由上文的描述可知，在第四状态和第五状态时，第一开关管Q1始终为导通状态。

在第四状态时，控制器将第二开关管Q2和第四开关管Q4导通，将第三开关管Q3关断，由于网口的第一接线端的电压高于网口的第二接线端的电压，因此电能通过第一变压器T1，从Np向Ns2传输到负载母线。切换为第五状态之后，控制器将第三开关管Q3导通，而第二开关管Q2和第四开关管Q4则关断。同样的，由于存在控制上的误差，如果在关断第四开关管Q4之前，第三开关管Q3导通已经导通，则第一变压器T1的副边会短路。而如果先关断第二开关管Q2和第四开关管Q4，再导通第三开关管Q3，可能会出现电压击穿第三开关管Q3或第四开关管Q4的情况。而本申请的实施方式中，由于设置了第三二极管D3，控制器便可以先关断第二开关管Q2和第四开关管Q4，再导通第三开关管Q3，在该死区时间内，通过第三二极管D3与第一副边绕组以及后级的负载构成放电回路，死区时间之后再导通第三开关管Q3，第三开关管Q3通电的功率损耗小于第三二极管D3。

同样的，当正激模式下，网口的第二接线端的电压高于网口的第一接线端的电压，通过第四二极管D4的设置实现死区时间的续流。

此外需要说明的是，由于网口的第一接线端和网口的第二接线端均可能是正极供电端，即供电极性不确定，因此，本申请可以采用隔离浮驱技术实现双端对称结构。在第一变压器T1的设计上，由于需要考虑正激和反激，因此可以折中考虑磁集成。

应用本发明实施例所提供的技术方案，通过第一开关管Q1，第二开关管Q2，第三开关管Q3，第四开关管Q4以及第一变压器T1构成了双向变换器，在控制器的控制下，可以使得双向变换器为正激模式或者为反激模式，使得设置了本申请的双向变换器的以太网设备，既可以作为PSE设备使用，又可以作为PD设备使用。具体的，且当双向变换器为正激模式时，双向变换器可以接收网口的供电并将电能传输给负载母线，使得此时的太网设备可以作为PD设备使用。而当双向变换器为反激模式时，双向变换器接收负载母线的供电并将电能传输给网口，使得此时的太网设备可以作为PSE设备使用。

并且，当双向变换器处于正激模式，无论网口的第一接线端和网口的第二接线端中的哪一个作为正极供电端，负载母线正极的电压均高于负载母线负极的电压，即本申请可以在太网设备作为PD设备使用时，在PSE设备的极性不确定的情况下，使得负载母线正极的电压始终高于负载母线负极的电压，即本申请通过控制器对双向变换器的控制，达到了传统方案中需要采用整流电路来确定供电方向的效果，即本申请的方案无需如传统方案中额外设置整流桥来整流，因此本申请的方案有利于降低系统空间和成本。

综上所述，本申请的双向变换器可以令以太网设备既可以作为PSE设备使用，又可以作为PD设备使用，因此提高了以太网设备的使用灵活性。且本申请的方案有利于降低系统空间和成本。

相应于上面的双向变换器的实施例，本发明实施例还提供了一种双向变换器的控制方法，可与上文相互对应参照。

该可以应用于如上述任一实施例中的双向变换器中的控制器中，双向变换器的控制方法包括：

通过控制第一开关管，第二开关管，第三开关管以及第四开关管各自的开关状态，使得双向变换器处于正激模式或者处于反激模式；

其中，当双向变换器处于正激模式时，双向变换器接收网口的供电并将电能传输给负载母线；当双向变换器处于反激模式时，双向变换器接收负载母线的供电并将电能传输给网口；当双向变换器处于正激模式，网口的第一接线端和网口的第二接线端中的任意一个作为正极供电端时，负载母线正极的电压均高于负载母线负极的电压。

相应于上面的双向变换器及其控制方法的实施例，本发明实施例还提供了一种以太网设备，可以包括如上述任一实施例中的双向变换器。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种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、物品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，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双向变换器，其特征在于，所述双向变换器设置在任一以太网设备中，包括：

第一端与网口的第一接线端连接，第二端与第一变压器的原边绕组的第一端连接的第一开关管；

第一端与所述网口的第二接线端连接，第二端与所述第一变压器的原边绕组的第二端连接的第二开关管；

第一变压器；所述第一变压器的副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，所述第一副边绕组的第二端与所述第二副边绕组的第一端连接，且连接端与负载母线正极连接；所述第一变压器的第一端与所述第一副边绕组的第一端以及所述第二副边绕组的第一端互为同名端；

第一端与所述第一副边绕组的第一端连接，第二端分别与第四开关管的第二端以及负载母线负极连接的第三开关管；

第一端与所述第二副边绕组的第二端连接的所述第四开关管；

控制器；所述第一开关管，所述第二开关管，所述第三开关管以及所述第四开关管的控制端均与所述控制器连接，所述控制器用于：通过控制所述第一开关管，所述第二开关管，所述第三开关管以及所述第四开关管各自的开关状态，使得所述双向变换器处于正激模式或者处于反激模式；

其中，当所述双向变换器处于正激模式时，所述双向变换器接收所述网口的供电并将电能传输给所述负载母线；当所述双向变换器处于反激模式时，所述双向变换器接收所述负载母线的供电并将电能传输给所述网口；当所述双向变换器处于正激模式，所述网口的第一接线端和所述网口的第二接线端中的任意一个作为正极供电端时，负载母线正极的电压均高于负载母线负极的电压。

2.根据权利要求1所述的双向变换器，其特征在于，当所述控制器控制所述双向变换器处于反激模式时，所述控制器具体用于：

控制所述双向变换器在预设的第一状态和预设的第二状态之间周期性地切换，或者控制所述双向变换器在预设的第三状态和所述第二状态之间周期性地切换；

其中，所述第一状态为：所述第三开关管和所述第一开关管为关断状态，所述第四开关管和所述第二开关管为导通状态；所述第二状态为：所述第三开关管和所述第四开关管为关断状态，所述第一开关管和所述第二开关管为导通状态；所述第三状态为：所述第三开关管和所述第一开关管为导通状态，所述第四开关管和所述第二开关管为关断状态；

当所述控制器控制所述双向变换器处于正激模式时，所述控制器具体用于：

当所述网口的第一接线端的电压高于所述网口的第二接线端的电压时，控制所述双向变换器在预设的第四状态和预设的第五状态之间周期性地切换，当所述网口的第二接线端的电压高于所述网口的第一接线端的电压时，控制所述双向变换器在预设的第六状态和第七状态之间周期性地切换；

其中，所述第四状态为：所述第一开关管，所述第二开关管以及所述第四开关管为导通状态，所述第三开关管为关断状态；所述第五状态为：所述第一开关管和所述第三开关管为导通状态，所述第二开关管和所述第四开关管为关断状态；

所述第六状态为：所述第一开关管，所述第二开关管以及所述第三开关管为导通状态，所述第四开关管为关断状态；所述第七状态为：所述第二开关管和所述第四开关管为导通状态，所述第一开关管和所述第三开关管为关断状态。

3.根据权利要求1所述的双向变换器，其特征在于，还包括：

第一端与所述网口的第一接线端连接，第二端与所述网口的第二接线端连接的第一电容；

第一端与负载母线正极连接，第二端与负载母线负极连接的第二电容。

4.根据权利要求1所述的双向变换器，其特征在于，所述网口为RJ45网口。

5.根据权利要求1所述的双向变换器，其特征在于，所述第一变压器的第一副边绕组与第二副边绕组的匝数相同。

6.根据权利要求1所述的双向变换器，其特征在于，还包括：显示装置，所述控制器还用于：

当控制所述双向变换器为正激模式时，控制所述显示装置显示第一提示信息，当控制所述双向变换器为反激模式时，控制所述显示装置显示第二提示信息。

7.根据权利要求1至6任一项所述的双向变换器，其特征在于，还包括：

阳极与所述第一开关管的第一端连接，阴极与所述第一开关管的第二端连接的第一二极管；

阳极与所述第二开关管的第一端连接，阴极与所述第二开关管的第二端连接的第二二极管；

阳极与所述第三开关管的第二端连接，阴极与所述第三开关管的第一端连接的第三二极管；

阳极与所述第四开关管的第二端连接，阴极与所述第四开关管的第一端连接的第四二极管。

8.根据权利要求1至6任一项所述的双向变换器，其特征在于，所述第一开关管，所述第二开关管，所述第三开关管以及所述第四开关管均为带体二极管的开关管；

且所述第一开关管的体二极管的阳极与所述第一开关管的第一端连接，所述第二开关管的体二极管的阳极与所述第二开关管的第一端连接，所述第三开关管的体二极管的阳极与所述第三开关管的第二端连接，所述第四开关管的体二极管的阳极与所述第四开关管的第二端连接。

9.一种双向变换器的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至8任一项所述的双向变换器中的控制器中，所述双向变换器的控制方法包括：

通过控制所述第一开关管，所述第二开关管，所述第三开关管以及所述第四开关管各自的开关状态，使得所述双向变换器处于正激模式或者处于反激模式；

其中，当所述双向变换器处于正激模式时，所述双向变换器接收所述网口的供电并将电能传输给所述负载母线；当所述双向变换器处于反激模式时，所述双向变换器接收所述负载母线的供电并将电能传输给所述网口；当所述双向变换器处于正激模式，所述网口的第一接线端和所述网口的第二接线端中的任意一个作为正极供电端时，负载母线正极的电压均高于负载母线负极的电压。

10.一种以太网设备，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的双向变换器。