CN201191844Y - 反向馈电以太网装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为反向馈电以太网装置，与符合IEEE802.3系列协议关于端口标准的以太网装置有关，解决宽带接入网中已有以太网交换机等以太网装置供电成本高的问题。由第一以太网交换机(1)和第一用户端(2)通过端口连接构成，第一用户端(2)的交流-直流电压变换单元(3)与市电电源接口连接，交流-直流电压交换单元(3)的输出与第一端口(4)连接，第一端口(4)与第二端口(5)连接，第二端口(5)与用户计算机连接，第一端口(4)通过双绞线与第一以太网交换机(1)的第三端口(6)连接，第三端口(6)和第五端端口(19)的直流电源线与直流-直流电压变换单元(7)连接，第三端口(6)和第五端端口(19)的信号线经第一隔离变压器(8)、第一物理层接口芯片(11)，交换芯片(9)分别与配置单元(12)和存储器(10)连接，交换芯片(9)的信号线经第二物理层接口芯片(14)、第二隔离变压器(15)与第四端口(16)连接。

Description

反向馈电以太网装置

技术领域：

本实用新型与以太网交换机等符合IEEE802.3系列协议有关端口的以太网装置有关。

背景技术：

宽带网络是20世纪末期才兴起的行业。FTTH(光纤到户)是宽带接入的最终发展方向，而在目前情况下，FTTB/C(光纤到户/交接箱)是FTTH的最佳过渡方案，技术最成熟，投资最低。在FTTB/C网络中，以太网交换机是其核心设备，然而，随着大规模的网络建设和运行，发现在用户端对接入层楼道以太网交换机的供电存在供电不方便，施工难度大，运维费用高，管理不方便等诸多缺点，给宽带运营带来了极大不方便。目前对接入层楼道以太网交换机主要有两种供电方式，即本地供电和上端远程供电。本地供电采用的方式是交换机内置或外置转换电源，即转换电源连接AC220V的市电网，把AC220V的电压转换成以太网交换机所需的电压，本地供电由于现在的住宅都采用电线暗埋的方式，取电非常困难，而且费用也比较高，且不适合大规模运维。上端远程供电楼道交换机是通过机房或上端的远程供电设备获得电源。上端远程供电设备把远程交换机的信号和电源合并到一个网络端口，通过传输介质把数据和电源同时传输到楼道交换机。而上端远程供电由于受以太网双绞线传输距离的限制，所以使用受到很大的局限，同时，不论有无用户上网，远程供电设备都一直在对本地楼道以太网交换机供电，增加了运维成本也同时降低了以太网交换机的使用寿命。

随着FTTH的推进，光纤到楼道后，对楼道交换机，光纤收发器等网络设备的供电问题日益突出，是困扰FTTH推进的一大问题，所以，解决对楼道交换机等以太网装置供电的问题非常迫切。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种结构简单，使用方便，成本低廉，节能的反向馈电以太网装置。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型反向馈电以太网装置，第一以太网交换机1和第一用户端2通过端口连接构成，第一用户端2的交流——直流电压交换单元3与市电电源接口连接，交流——直流电压变换单元3的输出与第一端口4连接，第一端口4与第二端口5连接，第二端口5与用户计算机连接，第一端口4通过双绞线与第一以太网交换机1的第三端口6连接，第三端口6和第五端口19的直流电源线与直流——直流电压变换单元7或第一隔离变压器8连接，第三端口6和第五端口19的信号线经第一隔离变压器8、第一物理层接口芯片11，交换芯片9与配置单元12和存储器10连接，交换芯片9的信号线经第二物理层接口芯片14、第二隔离变压器15与第四端口16连接，直流——直流电压变换单元7的电源线分别与存储器10、第一、二物理层接口芯片、交换芯片9和第四端口16连接，第四端口16通过双绞线与第二以太网交换机1的第三端口6连接，第一以太网交换机与第二以太网交换机的结构相同。物理层接口芯片11为独立芯片或集成在交换芯片19中。

第二用户端与第一用户端相同，第二用户端的第一端口4与第二以太网交换机1的第五端口19连接。

用户端2的第二端口5的电源线依次经过第三物理层接口芯片17，第三隔离变压器18与第一端口4连接，第一、二、三隔离变压器8、15、18为POE隔离变压器，第一、二隔离变压器与直流——直流电压变换单元7连接，且分别与第三、五端口和第四端口连接。

交流——直流电压变换单元3的全桥整流电路BR1的输出经开关电路Q₁与变压器的初级绕组连接，变压器的第一次级绕组一端经电感L₁、电容C₅、C₆构成的滤波器与第一端口4连接，另一端经晶体三极管Q₂和电阻R₇组成的限流控制电路与第一端口4连接，第一端口4为RJ45插座，变压器的第二次级绕组经光电管PC₁与开关电路Q₁的控制端连接。

直流——直流电压变换单元7有集成块IC1和变压器T1的初级绕组一端连接，集成块IC1的输出经场效应管Q1与变压器T1的另一端初级绕组连接，变压器T1的次极绕组依次经滤波电路、稳压电路和限流电路输出直流电压。

交流——直流电压变换单元3的全桥整流电路BR1的输出经电阻R1和晶体管Q1与变压器的初级绕组连接，变压器的次级经滤波电路、稳压电路与第一端口4端连接。

直流——直流电压变换单元7为集成块IC101，其输出端连接储能电感L101和电容C102构成的稳压电路，其输入端有电容C101与串联电阻R101、R102连接。

直流——直流电压变换单元7有主变压器T101的初级绕组经第一、二场效应管Q101、Q102与集成块IC101连接，主变压器T101的次级绕组经滤波电路输出直流电压。

本实用新型结构简单，主要采用两种供电传输方案，第一种方案利用用户端的市电经交流——直流电压变换后经用户端的双绞线中的空闲线对4，5，7，8给反向馈电以太网装置供电，双绞线中的1，2，3，6线对则传输用户端的数据信号。第二种方案采用直流电压和数据信号同时通过双绞线中的1，2，3，6线对同时传输。

当有1个或多个用户上网时，所有用户同时为反向馈电以太网装置供电，当没有用户上网时，则反向馈电以太网装置自动断电，解决了楼道取电施工困难的问题。供电成本低廉，节能，增加了以太网装置的使用寿命，降低了运行维护成本。

本实用新型与和目前流行的机房远程供电交换机存在以下主要区别：

1、技术实现手段不同。目前的远供交换机采用从机房等取电，直接对整个交换机供电，只有一个供电电源；本实用新型采用反向馈电的方式，每个用户端都是反向馈电以太网装置的供电电源，既可一个用户端单独供电，也可多个用户端并联供电。

2、适用的范围不同。目前的远供交换机必须要求机房端距离楼道交换机的距离不超过100米，而机房等电源绝大部分距离楼道交换机的距离大大超过100米。而采用反向端馈电以太网装置，则完全不受上端电源和设备距离楼道交换机的距离限制。

3、采用机房远供的方式，不论有没有用户计算机在使用时，交换机都在工作，消耗了能源，同时也减短了交换机的使用寿命；而采用反向馈电以太网装置，则没有用户计算机上网的时候，不提供对交换机的供电，节约了能源，同时也增加了交换机的使用期限，降低了运行维护成本。

附图说明：

图1为本实用新型结构框图之一。

图2为本实用新型结构框图之二。

图3为本实用新型结构框图之三。

图4为本实用新型结构框图之四。

图5为交流—直流电压变换单元原理图之一。

图6为直流—直流电压变换单元原理图之一。

图7为交流—直流电压变换单元原理图之二。

图8为直流—直流电压变换单元原理图之二。

图9为直流—直流电压变换单元原理图之三。

具体实施方式：

实施例1：

本实用新型由以太网交换机1和用户端2组成。以太网交换机通过网线与用户端电源连接。从用户家中取电，可采用两种方式对以太网交换机供电：

1、利用双绞线中的空闲线对4、5、7、8线对交换机供电，数据信号仍然通过1、2、3、6线对传输

2、数据信号和直流电源利用相同的线对传输，即都利用双绞线的1、2、3、6线对传输

以太网交换机基本器件组成：

交换芯片还可采用目前流行的RTL8309，KS8997等交换芯片，同时其对应的配置单元芯片，存储器芯片都要做相应的调整。LMX576可用L4960系列型号、LMX596、LMX678等相同相似电路替代。

用户端基本器件组成：

型号：
		全桥整流芯片BR1	BR101
开关电路Q1	MJE13001
		变压器B	匝数比3∶1

Q1可由：MJE13001～13008，BUT11A等功率三极管或K3115、K537、K3067、K792、K1507、K118等端效应管。

以上器件也可以选用功能相同或相似元件或集成器件。本实用新型仅仅列举一种常见以太网装置的硬件组成，本实用新型设计的供电方式使用于任何一款交换机芯片或其他任何符合IEEE802.3标准的以太网装置。而且电压转换单元芯片可根据实际需求或设计的不同，选择适合其需求的芯片。

(一)工作流程

1、用户上网后，插上反向端馈电以太网装置的用户端设备。

2、反向馈电交换装置通过双绞线线获得用户端提供的DC-48V电压，启动工作，同时打开与此用户端连接的反向馈电以太网装置的相应端口。

3、当有另外的用户计算机工作时，同样的方法，也对反向馈电以太网装置提供电源，同时反向馈电以太网装置打开相应的端口。

4、当用户下网，关闭用户端设备电源，则此用户端停止对反向馈电以太网装置的供电，反向馈电以太网装置同时关闭与此用户端连接的相应端口。

5、当所有用户都下网并关闭用户端设备，则反向馈电以太网装置断电，停止工作。

本例的交流——直流电压变换单元的工作原理如下：

如图5所示AC220V交流市网电压通过BR1桥式整流后获得直流电压310V，当开关电路Q1上导通直流电压将能量储存于变压器初级绕组中，当Q1关断后，储存在变压器初级绕组中的能量通过次级绕组上的二极管D2整流经由电感L1、电容C5、C6组成的平滑滤波器后向负载端输出直流电压和电流，二极管Z1和光电管PC1分别组成稳压反馈电路，三极管Q2和电阻R7等组成限流控制电路，D4为并联防反二极管。然后通过双绞线把用户电脑的数据信号和直流电压48V一起传输到交换机的RJ45端口。

Q1可采用：TOP、TNY、TNK全系列，Viper全系列、NCP全系列、KA1X全系列、FSDM全系列、FAN全系列、ICE3×；ICE2×全系列等控制芯片。

直流直流变换单元的工作原理如下：

如图9所示直流电压48V按高低电位的顺序接入电路的对应+Vin，-Vin端，经C101稳压滤波储能后送至主变压器T101的中心抽头中，连接至主变压器T101的两组绕线圈的Q101、Q102通过IC101的控制作用，使Q101、Q102分别导通和截止来通过主变压的初级绕组中在Q101、Q102导通期间的储能向变压器次级回路释放能量。次级通道经D101、D102形成全波整流电路将次级的交流脉冲电压整流后再经C102、L101、L102、C103组成的兀型滤波电路向载供给纯净的直流电压。L101有滤波和储能的作用，用以提供Q101、Q102截止期间向负载提供能量的连续性。Z102提供过压保护电路。PL101、Z101、R101、R102、C104提供输出电压稳定作用。Q101、Q102可采用场效应管或晶体硅三极管。

IC101可采用：UC×825、UC×525、U×846、TL494、KA7500、UCX524等相同系列的双推动PWM电路。Z102过压保护可更换为：可控硅误差放大器、光电耦合器、变压器组成的各类电路。

实施例2：

直流——直流变换单元工作原理如下：

如图8所示直流电压48V经电容C101储能滤波后，由集成电路IC101，电感L101、电容C102组成的串联型脉宽调制稳压器，其中IC101为主要控制集成电路，D101为储能二极管，L101为储能电感，C102为储能电容超滤波稳压作用，R101、R102组成输出反馈电阻，以提供所需变换的电压。如5V、3.3V、2.5V等，转变后的电压对各芯片模块供电。电容C101起到过压保护作用。

IC101可采用：L4960系列型号、LMX576、LMX596、LMX678等相同相似电路。

其余与实施例1相同。

实施例3：

交流——直流电压变换单元工作原理如下：

如图7所示AC220V市电电压经整流BR1、C1整流滤波储能后获得310V直流电压，当R1启动电阻给Q1提供导通电流后，辅助驱动绕组获得正反馈雪崩电压加速Q1迅速导通，将初级直流电压的能量储存在变压器中，当Q1从饱和导通状态退出到截止状态后，变压器中初级的储能开始向次级端输送，通过D3的整流，再经C5、L1、C6组成的兀型滤波给负载端提供稳定纯净的直流电压。R8、C7、R9、Q3、PC、R12、R8组成限流电路，PC1、R12、R11、C8、Q3组成稳压电路。

Q1可由：MJE13001～13008，BUT11A等功率三极管或K3115、K537、K3067、K792、K1507、K118等端效应管。

稳压电路还可由光电耦合器分别与误差放大器、变压器、精密基准电路构成。D4为并联防反二极管。

其余与实施例1相同。

Claims (8)

1、反向馈电以太网装置，其特征在于第一以太网交换机(1)和第一用户端(2)通过端口连接构成，第一用户端(2)的交流——直流电压变换单元(3)与市电电源接口连接，交流——直流电压变换单元(3)的输出与第一端口(4)连接，第一端口(4)与第二端口(5)连接，第二端口(5)与用户计算机连接，第一端口(4)通过双绞线与第一以太网交换机(1)的第三端口(6)连接，第三端口(6)和第五端口(19)的直流电源线与直流——直流电压变换单元(7)或第一隔离变压器(8)连接，第三端口(6)和第五端口(19)的信号线经第一隔离变压器(8)、第一物理层接口芯片(11)，交换芯片(9)与配置单元(12)和存储器(10)连接，交换芯片(9)的信号线经第二物理层接口芯片(14)、第二隔离变压器(15)与第四端口(16)连接，直流——直流电压变换单元(7)的电源线分别与存储器(10)、第一、二物理层接口芯片、交换芯片(9)和第四端口(16)连接，第四端口(16)通过双绞线与第二以太网交换机(1)的第三端口(6)连接，第一以太网交换机与第二以太网交换机的结构相同，物理层接口芯片(11)为独立芯片或集成在交换芯片(19)中。

2、根据权利要求1所述的反向馈电以太网装置，其特征在于第二用户端与第一用户端相同，第二用户端的第一端口(4)与第二以太网交换机(1)的第五端口(19)连接。

3、根据权利要求1或2所述的反向馈电以太网装置，其特征在于用户端(2)的第二端口(5)的电源线依次经过第三物理层接口芯片(17)，第三隔离变压器(18)与第一端口(4)连接，第一、二、三隔离变压器(8、15、18)为POE隔离变压器，第一、二隔离变压器与直流——直流电压变换单元(7)连接，且分别与第三、五端口和第四端口连接。

4、根据权利要求1或2所述的反向馈电以太网装置，其特征在于交流——直流电压变换单元(3)的全桥整流电路BR1的输出经开关电路Q₁与变压器的初级绕组连接，变压器的第一次级绕组一端经电感L₁、电容C₅、C₆构成的滤波器与第一端口(4)连接，另一端经晶体三极管Q₂和电阻R₇组成的限流控制电路与第一端口(4)连接，第一端口(4)为RJ45插座，变压器的第二次级绕组经光电管PC₁与开关电路Q₁的控制端连接。

5、根据权利要求1或2所述的反向馈电以太网装置，其特征在于直流——直流电压变换单元(7)的集成块IC1和变压器T1的初级绕组一端连接，集成块IC1的输出经场效应管Q1与变压器T1的另一端初级绕组连接，变压器T1的次极绕组依次经滤波电路、稳压电路和限流电路输出直流电压。

6、根据权利要求1或2所述的反向馈电以太网装置，其特征在于交流——直流电压变换单元(3)的全桥整流电路BR1的输出经电阻R1和晶体管Q1与变压器的初级绕组连接，变压器的次级经滤波电路、稳压电路输出直流电压。

7、根据权利要求1所述的反向馈电以太网装置，其特征在于直流——直流电压变换单元(7)为集成块IC101，其输出端连接储能电感L101和电容C102构成的稳压电路，其输入端有电容C101与串联电阻R101、R102连接。

8、根据权利要求1或2所述的反向馈电以太网装置，其特征在于直流——直流电压变换单元(7)有主变压器T101的初级绕组经第一、二场效应管Q101、Q102与集成块IC101连接，主变压器T101的次级绕组经滤波电路输出直流电压。

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