CN203632689U - 一种多网口受电端设备及其受电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多网口受电端设备及其受电装置。该受电装置包括：N个网口，与所述N个网口一一对应的N个开关控制电路，与所述N个开关控制电路一一对应的N个开关电路和一个受电端设备芯片，N为不小于2的整数。本实用新型提供的多网口PD的受电装置，仅需要一个PD芯片。为了实现多网口受电设置的开关控制电路用于向开关输出导通指示或断开指示的电信号；为了实现多网口受电装置的开关电路用于根据接收到的电信号导通或断开对应的网口与PD芯片之间的通路。

Description

一种多网口受电端设备及其受电装置

技术领域

本实用新型涉及以太网供电（Power Over Ethernet，POE）技术领域，尤其涉及一种多网口受电端设备及其受电装置。 

背景技术

POE系统是指用网线传输电能的系统。POE系统主要包括供电端设备（Power Sourcing Equipment，PSE，又称POE交换机）和受电端设备（Powered Device，PD）。其工作原理是，POE交换机先识别PD的存在，再确定PD的功率等级，最后提供48V电源。 

在传统的POE系统中，PD通常采用一个网口用于接受POE交换机供电，其受电电路模块如图1所示。其中，网口用于与POE交换机供电端口连接，将POE交换机提供的用于PD检测的电信号输出给PD芯片，将POE交换机提供的用于供电的电信号输出给负载，即进行系统供电；PD芯片用于根据接收到的用于PD检测的电信号产生供POE交换机识别PD存在、确定功率等级等状态的指示信号，以便POE交换机根据不同功率等级的PD实现不同功率的供电。 

随着环网、端口聚合等技术的出现，为了保证更加可靠的冗余链路，越来越多的PD采用多网口的设计，比如：双网口IPC，实现双口上联，一方面增加上联带宽，另外一方面保证当一个网口出问题时，另外一个网口继续保持连接，实现链路冗余热备。 

为了实现多个网口同时接受POE交换机供电，目前通用的做法如图2所示，在PD的多个网口上，同时设计多套受电电路，分别进行POE受电。 

受电电路中的PD芯片由大规模集成电路实现。现有的多网口受电设计， 每路网口均需对应一组PD芯片，导致电路复杂，布板面积大且成本高。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多网口受电端设备及其受电装置，以解决多网口受电电路复杂、布板面积大且成本高的问题。 

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的： 

一种多网口受电端设备的受电装置，包括： 

N个网口，与该N个网口一一对应的N个开关控制电路，与该N个开关控制电路一一对应的N个开关电路和一个受电端设备芯片，N为不小于2的整数。其中： 

每个网口将接收到的电信号输出； 

任一开关控制电路接收到供电检测的电信号后，向对应的开关电路输出导通指示的电信号； 

任一开关控制电路接收到用于供电的电信号后，向对应的开关电路输出断开指示的电信号； 

任一开关电路从开关控制电路接收到导通指示的电信号、且没有从其他开关电路接收到指示正在检测的电信号，导通对应的网口到受电端设备芯片之间的通路，并向其他开关电路输出指示正在检测的电信号； 

任一开关电路从其他开关电路接收到指示正在检测的电信号或从开关控制电路接收到断开指示的电信号，断开对应的网口到受电端设备芯片之间的通路。 

本实用新型提供的多网口PD的受电装置，仅需要一个PD芯片。为了实现多网口受电设置的开关控制电路用于向开关电路输出导通指示或断开指示的电信号；为了实现多网口受电装置的开关电路用于根据接收到的电信号导通或断开对应的网口与PD芯片之间的通路。利用相应功能的芯片、硬件可编程器件或设计简单的电路既可实现这两种电路，其电路实现简单、布板面积小且成本低廉。 

本实用新型提供的受电装置中，还可以还包括与N个网口一一对应的整流桥，每个整流桥将对应的网口提供的电信号整流后输出；每个开关控制电路从对应的整流桥接收电信号。整流桥的作用是将交叉线和直连线传输过来的正反线对信号统一转换成正线对（即无论整流桥输入是正相电压还是反相电压，经过整流桥后，统一输出正相电压），以便后级统一处理。 

当然，如果能够保证网口输出的始终是正相电压，也可以不设计整流桥。 

基于上述任意实施例，较佳地，本实用新型提供的受电装置还可以包括与上述N个网口一一对应的N个供电电路，每个网口通过对应的供电电路向负载输出电信号。其中，如果还包括整流桥，则具体整流桥分别与网口和供电电路连接，将网口输出的电信号整流后输出给供电电路，再由供电电路向负载输出电信号。 

较佳地，本实用新型提供的受电装置也可以包括一个供电电路，每个网口均通过该供电电路向负载输出电信号。其中，还包括整流桥，则具体整流桥分别与网口和供电电路连接，将网口输出的电信号整流后输出给供电电路，再由供电电路向负载输出电信号。 

基于包括供电电路的任意实施例，较佳地，供电电路包括二极管。如果不包括整流桥，则该二极管的正极与网口的正相输出端连接，该二极管的负极向负载输出电信号。如果包括整流桥，则该二极管的正极与整流桥的正相输出端连接，该二极管的负极向负载输出电信号。 

基于上述任意实施例，较佳地，还包括一个直流变直流（Direct Current to Direct Current，DCDC）芯片，用于将POE提供的供电电压转换成系统所需的电压值，给PD系统的负载供电。如果存在供电电路，直流变直流芯片从每个供电电路接收电信号输出给负载。具体的，当供电电路由二极管构成时，直流变直流芯片具体与二极管的阴极连接。如果不存在供电电路，但存在整流桥，则直流变直流芯片从每个整流桥接收电信号输出给负载。如果不存在供电电路也不存在整流桥，则直流变直流芯片从每个网口接收电信号输出给负载。 

较佳地，每个开关控制电路可以包括一个稳压二极管、一个电阻和一个P沟道金属氧化物半导体场效应（PMOS）管。其中，如果不存在整流桥，稳压二极管的正极与网口的负相输出端连接，稳压二极管的负极与该PMOS管的G极和该电阻的一端连接；该电阻的另一端与网口的正相输出端和该PMOS管的S极连接；该PMOS管的S极和D极分别与对应的开关电路连接；当该PMOS管的S极与D极导通，向该开关电路输出的是导通指示的电信号；当该PMOS管的S极和D极切断，向该开关电路输出的是断开指示的电信号。如果存在整流桥，相应的连接关系可以参照上述描述，区别在于，需要与网口的正相输出端连接的一端与整流桥的正相输出端连接。 

较佳地，每个开关电路可以包括一个PMOS管、一个电阻、一个二极管和一个电容。其中，该PMOS管的G极和S极分别与对应的开关控制电路连接；该PMOS管的G极还与该电阻的一端、该电容的一端和该二极管的负极连接；该电阻的另一端与该电容的另一端连接；每个开关电路的PMOS管的D极连接，且与PD芯片连接；每个开关电路的PMOS管的D极还与其他开关电路的电容的正极连接。 

较佳地，每个开关电路还可以由继电器实现。 

本实用新型还提供一种多网口受电端设备，该多网口受电端设备包括上述任一实施例描述的受电装置。 

本实用新型实施例提供的多网口PD相对于现有技术的有益效果，可以参照上述受电装置有益效果的描述。 

附图说明

图1为现有的单网口PD的受电电路模块示意图； 

图2为现有的多网口PD的受电电路模块示意图； 

图3为本实用新型实施例提供的第一种双网口PD的受电装置示意图； 

图4为本实用新型实施例提供的第二种双网口PD的受电装置示意图； 

图5为本实用新型实施例提供的第三种双网口PD的受电装置示意图； 

图6为本实用新型提供的PMOS管结构示意图； 

图7为本实用新型实施例提供的第四种双网口PD的受电装置示意图； 

图8为本实用新型实施例提供的电信号电平示意图。 

具体实施方式

下面将结合附图，以N取2为例，对本实用新型实施例提供的多网口PD及其受电装置进行详细说明。 

图3为本实用新型提供的双网口PD的受电装置结构示意图，其中： 

第一网口101将从POE交换机获取的电信号传输给第一整流桥201，第二网口102将从POE交换机获取的电信号传输给第二整流桥202。 

第一整流桥201将第一网口101提供的电信号整流后输出，第二整流桥202将第二网口102提供的电信号整流后输出。 

具体的，第一网口101和第二网口102输出的电信号包括：PD存在检测信号（其典型值是4V），功率等级检测信号（其典型值是20V），和用于供电的电信号（其电压值通常在44V～57V，典型值为48V）。那么，以图3所示为例，如果输入4V的PD存在检测信号，第一整流桥201和第二整流桥202的正相输出端输出的是4V电压，负相输出端输出的是0V电压；如果输入20V的功率等级检测信号，第一整流桥201和第二整流桥202的正相输出端输出的是20V电压，负相输出端输出的是0V电压；如果输入48V用于供电的电信号，第一整流桥201和第二整流桥202的正相输出端输出的是48V电压，负相输出端输出的是0V电压。 

DCDC芯片接收每个整流桥输出的电信号，但只有接收到供电的电信号后，才进行系统供电。 

如果第一整流桥201输出供电检测的电信号，第一开关控制电路301向第一开关电路401输出导通指示的电信号；如果第二整流桥202输出供电检测的 电信号，第二开关控制电路302向第二开关电路402输出导通指示的电信号。 

其中，供电检测的电信号包括整流后的PD存在检测信号和整流后的功率等级检测信号。 

如果第一整流桥201输出用于供电的电信号，第一开关控制电路301向第一开关电路401输出断开指示的电信号；如果第二整流桥202输出用于供电的电信号，第二开关控制电路302向第二开关电路402输出断开指示的电信号。 

其中，整流桥输出的用于供电的电信号为其输入的用于供电的电信号经整流后得到的电信号。 

如果第一开关电路401从第一开关控制电路301接收到导通指示的电信号，且没有从第二开关电路402接收到指示正在检测的电信号，第一开关电路401导通第一网口101与PD芯片500之间的通路，并向第二开关电路402发送指示正在检测的电信号；如果第二开关电路402从第二开关控制电路302接收到导通指示的电信号，且没有从第一开关电路401接收到指示正在检测的电信号，第二开关电路402导通第二网口102与PD芯片500之间的通路，并向第一开关电路401发送指示正在检测的电信号。 

如果第一开关电路401从第二开关电路402接收到指示正在检测的电信号，或者从第一开关控制电路301接收到断开指示的电信号，则断开第一网口101到PD芯片500之间的通路；如果第二开关电路402从第一开关电路401接收到指示正在检测的电信号，或者从第二开关控制电路302接收到断开指示的电信号，则断开第二网口102到PD芯片500之间的通路。 

上述双网口PD的受电装置，仅需要一个PD芯片和一个DCDC芯片。为了实现多网口受电设置的开关控制电路用于向开关电路输出导通指示或断开指示的电信号；为了实现多网口受电装置的开关电路用于根据接收到的电信号导通或断开对应的网口与PD芯片之间的通路。利用相应功能的芯片、硬件可编程器件或设计简单的电路既可实现这两种电路，其电路实现简单、布板面积小且成本低廉。 

应当指出的是，如果第一网口101始终输出正相电信号，则不需要第一整流桥201，其他电路与第一网口101的连接关系可以参照与第一整流桥201的连接关系，此处不再赘述。如果用于供电的电信号就是PD系统的负载所需的电压，则不需要DCDC芯片。 

较佳地，如图4所示，还可以包括第一供电电路701和第二供电电路702，第一整流桥201通过第一供电电路701与DCDC芯片600连接，第二整流桥202通过第二供电电路702与DCDC芯片600连接。 

较佳地，图5所示，也可以包括一个供电电路700，第一整流桥201和第二整流桥202均通过该供电电路700与DCDC芯片600连接。 

供电电路的主要功能是将两个网口的供电合成为一路，用于给DCDC芯片转换成系统供电电压，并将两个网口的供电相互隔离，不会互相干扰，还可以实现无缝切换。 

应当指出的是，图4～图6中，均是整流桥的负相输出端接地，那么，整流桥的正相输出端输出正电压。当然，也可以是整流桥的正相输出端接地，那么，整流桥的负相输出端输出负电压。 

本实用新型的各个电路可以通过相应功能的芯片实现，可以通过硬件可编程逻辑器件实现，还可以通过简单的硬件电路实现。下面对于各个电路分别举例说明其具体实现方式。 

其中，供电电路701、702或700可以是二极管，该二极管的正极与相应的整流桥的正相输出端连接，该二极管的负极与DCDC芯片连接。 

其中，开关控制电路301或302可以包括一个稳压二极管、一个电阻和一个PMOS管。稳压二极管的正极与对应的整流桥的负相输出端连接，稳压二极管的负极与该PMOS管的G极和该电阻的一端连接；该电阻的另一端与整流桥的正相输出端和该PMOS管的S极连接；该PMOS管的S极和D极分别与对应的开关电路连接；当该PMOS管的S极与D极导通，向该开关电路输出的是导通指示的电信号；当该PMOS管的S极和D极切断，向该开关电路输 出的是断开指示的电信号。PMOS管的结构如图6所示。 

其中，开关电路401或402可以包括一个PMOS管、一个电阻、一个二极管和一个电容。其中，该PMOS管的G极和S极分别与对应的开关控制电路连接；该PMOS管的G极还与该电阻的一端、该电容的一端和该二极管的负极连接；该电阻的另一端与该电容的另一端连接；每个开关电路的PMOS管的D极连接，且与PD芯片连接；每个开关电路的PMOS管的D极还与其他开关电路的电容的正极连接。 

其中，开关电路401或402还可以由继电器实现。继电器的工作原理是：通过某个管脚的高低电平信号，控制本身另外两个管脚导通和断开。 

本实用新型中，电阻的阻值以及电容的容值根据实际需要选择，本实用新型不作限定。 

本实用新型还提供一种多网口PD，该多网口PD包括上述任一实施例描述的受电装置。 

下面以图7所示的受电装置的具体电路实现为例，对本实用新型的结构及工作原理进行说明。 

其中，电阻R1、稳压二极管D1和PMOS管Q1构成第一开关控制电路301；电阻R2、电容C1、PMOS管Q3和二极管D3构成第一开关电路401；二极管D4构成第一供电电路701。电阻R3、稳压二极管D2和PMOS管Q3构成第二开关控制电路302；电阻R4、电容C2、PMOS管Q4和二极管D5构成第二开关电路402；二极管D6构成第二供电电路702。 

本实用新型中，POE交换机供电电压为48V；D1和D2的稳压值为40V；PMOS管的G极电压比S极电压低至少2V时，S极和D极导通；D3～D5的正向压降大于0.7V时导通。 

假设第一网口101和第二网口102均连接到POE交换机，但POE交换机先向第一网口101发起检测。那么，A点会产生4V的PD存在检测信号，由于该信号未超过40V，因此，D1截止，B点电压与A点电压相同，Q1是关断 的，F点处于低电平，Q2打开，这样，PD存在检测信号就可以通过Q2由D点传送给PD芯片500，保证第一网口101连接的POE交换机检测到PD设备；然后，A点会产生20V的功率等级检测信号，由于该信号未超过40V，因此，D1截止，B点电压与A点电压相同，Q1是关断的，F点处于低电平（即第一开关控制电路301向第一开关电路401输出导通指示的电信号），Q2打开，这样，功率等级检测信号就可以通过Q2由D点传送到PD芯片500，保证第一网口101连接的POE交换机检测到PD的功率等级。 

在PD存在检测以及功率等级检测过程中，由于这两个检测信号都大于0.7V，所以A点产生的检测信号经D点通过D5给C2充电（即第一开关电路401向第二开关电路402输出指示正在检测的电信号），使f点电压保持比D点的最高电平低0.7V（PD存在检测时f点为3.3V，功率等级检测时f点为19.3V）；在PD存在检测以及功率等级检测过程中，POE交换机向第二网口102发起检测。那么，a点会产生4V的PD存在检测信号，a点最多只比f点高0.7V，小于PMOS管的开启电压2V，Q4保持关断，第二网口102无法链接到PD芯片500，这样就避免了第二网口102的检测信号干扰第一网口101的检测过程。 

第一网口101的功率等级检测完成后，POE交换机向第一网口101传输48V电压。那么，A点输出48V电压，B点钳位在40V，所以Q1导通，C点和A点短接在一起（即第一开关控制电路301向第一开关电路401输出断开指示的电信号），从而Q2关断，断开第一网口101和PD芯片500的链接，另外，A点产生的48V电压通过D4给DCDC芯片600用于系统供电。接下来，由于Q2关断，D点电压为0V，D5关断，C2通过R4持续放电，当f点电压降低到2V以下时，第二网口102在a点的4V的PD存在检测电压可以使Q4导通，第二网口102开始PD存在检测和功率等级检测的检测过程，其具体过程如上第一网口101的检测过程。第二网口102也检测完毕时，第二网口102接收POE交换机的48V供电，两个网口的48V经过两个D4、D6合成为一路，由于双二极管合路是目前通用的冗余供电设计，此处不详细讲解其冗余原理，其效果 就是两个网口任意一个48V停止供电，另外一个网口都可以保持系统供电，使系统不间断供电，并且当停止供电端口重新连接到POE交换机时，重新进行相应网口的检测、分级、供电整个过程。这样就是整个系统的运作过程。 

图8为上述受电装置运行时，各点信号的示意图。 

以上是双网口PD的受电装置实施例。对于更多网口，只需要同理扩展。 

本实用新型实施例提供的多网口PD相对于现有技术的有益效果，可以参照上述受电装置有益效果的描述。 

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。 

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (9)

1.一种多网口受电端设备的受电装置，其特征在于，包括：

N个网口，与所述N个网口一一对应的N个开关控制电路，与所述N个开关控制电路一一对应的N个开关电路和一个受电端设备芯片，N为不小于2的整数；

每个网口将接收到的电信号输出；

任一开关控制电路接收到供电检测的电信号后，向对应的开关电路输出导通指示的电信号；

任一开关控制电路接收到用于供电的电信号后，向对应的开关电路输出断开指示的电信号；

任一开关电路从开关控制电路接收到导通指示的电信号、且没有从其他开关电路接收到指示正在检测的电信号，导通对应的网口到受电端设备芯片之间的通路，并向其他开关电路输出指示正在检测的电信号；

任一开关电路从其他开关电路接收到指示正在检测的电信号或从开关控制电路接收到断开指示的电信号，断开对应的网口到受电端设备芯片之间的通路。

2.根据权利要求1所述的受电装置，其特征在于，还包括与所述N个网口一一对应的整流桥，每个整流桥将对应的网口提供的电信号整流后输出；

每个开关控制电路从对应的整流桥接收电信号。

3.根据权利要求1所述的受电装置，其特征在于：

还包括与所述N个网口一一对应的N个供电电路，每个网口通过对应的供电电路向负载输出电信号；或者，

还包括一个供电电路，每个网口均通过所述供电电路向负载输出电信号。

4.根据权利要求3所述的受电装置，其特征在于，所述供电电路为二极管，所述二极管的正极与网口的正相输出端连接，所述二极管的负极向负载输出电信号。

5.根据权利要求3或4所述的受电装置，其特征在于，还包括一个直流变直流芯片，所述直流变直流芯片从每个供电电路接收电信号输出给负载。

6.根据权利要求1所述的受电装置，其特征在于，每个开关控制电路包括一个稳压二极管、一个电阻和一个P沟道金属氧化物半导体场效应管；

所述稳压二极管的正极与网口的负相输出端连接，所述稳压二极管的负极与所述P沟道金属氧化物半导体场效应管的G极和所述电阻的一端连接；

所述电阻的另一端与网口的正相输出端和所述P沟道金属氧化物半导体场效应管的S极连接；

所述P沟道金属氧化物半导体场效应管的S极和D极分别与所述开关电路连接；当所述P沟道金属氧化物半导体场效应管的S极与D极导通，向所述开关电路输出的是导通指示的电信号；当所述P沟道金属氧化物半导体场效应管的S极和D极切断，向所述开关电路输出的是断开指示的电信号。

7.根据权利要求1所述的受电装置，其特征在于，每个开关电路包括一个P沟道金属氧化物半导体场效应管、一个电阻、一个二极管和一个电容；

所述P沟道金属氧化物半导体场效应管的G极和S极分别与开关控制电路连接；

所述P沟道金属氧化物半导体场效应管的G极还与所述电阻的一端、所述电容的一端和所述二极管的负极连接；

所述电阻的另一端与所述电容的另一端连接；

每个开关电路的P沟道金属氧化物半导体场效应管的D极连接，且与所述受电端设备芯片连接；

每个开关电路的P沟道金属氧化物半导体场效应管的D极还与其他开关电路的电容的正极连接。

8.根据权利要求1所述的受电装置，其特征在于，每个开关电路为继电器。

9.一种多网口受电端设备，其特征在于，包括权利要求1～8任一项所述的受电装置。

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