CN205081797U - 一种多路电源供电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多路电源供电电路，包括：以太网POE电源；至少一路适配器电源；连接于适配器电源的输出端的整流及合路模块，接收POE电源输出的直流电信号和适配器电源输出的交流电信号或者直流电信号；储能模块，连接整流及合路模块，接收整流及合路模块输出的合路后的直流电信号并进行储存后输出；DC-DC转换模块，其输入端并联有储能模块，用于接收整流及合路模块输出的合路后的直流电信号及储能模块输出的直流电信号并转换为后级所需的直流电信号。采用上述多路电源供电电路，能够提高电路的效率。

Description

一种多路电源供电电路

技术领域

本实用新型涉及控制技术领域，尤其涉及一种多路电源供电电路。

背景技术

适配器供电是指利用电源适配器为设备供电。POE(PowerOverEthernet，以太网)供电指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端(如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等)传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。POE系统包括PSE(PowerSourcingEquipment，供电设备)和PD(PowerDevice，受电设备)，其中，PSE和PD两者基于IEEE802.3af标准建立有关PD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PSE通过以太网向PD供电。

目前，很多应用场合需要同时支持POE的48V和适配器(AC(交流)24V或DC(直流)12V)的供电。现有的实现多路电源供电电路的结构示意图如图1所示，包括：第一路电源11、降压转换模块12、第二路电源13、全波整流模块14、储能模块15、DC-DC转换模块16和合路模块17。其基本思想是多路电源各自转换电平到低电平，最后合路。具体工作原理为：POE输出的48V的直流电信号通过降压转换模块降压到5V；适配器电源从适配器端提供的AC24V或DC12V经过降压转换模块降压到5V。最后两路产生的5V低压通过合路模块做合路。

上述多路电源供电电路实现了多路电源为设备供电，然而，实际应用中发现，该多路电源供电电路存在电路的效率较低的问题，其中，电路的效率是指输出功率与输入功率之比。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种多路电源供电电路，用以提高多路电源供电电路的效率。

本实用新型实施例提供一种多路电源供电电路，包括：

以太网POE电源；

至少一路适配器电源；

连接于所述适配器电源的输出端的整流及合路模块，用于接收所述POE电源输出的直流电信号和所述适配器电源输出的交流电信号或者直流电信号，其中，所述POE电源输出的直流电信号的电压大于所述适配器电源输出的交流电信号的电压最大值，所述POE电源输出的直流电信号的电压大于所述适配器电源输出的直流电信号的电压最大值；

储能模块，连接所述整流及合路模块，用于接收所述整流及合路模块输出的合路后的直流电信号并进行储存后输出；

DC-DC转换模块，所述DC-DC转换模块的输入端并联有所述储能模块，用于接收所述整流及合路模块输出的合路后的直流电信号以及所述储能模块输出的直流电信号并转换为后级所需的直流电信号。

较佳的，所述一种多路电源供电电路，包括：两路所述适配器电源以及两路连接于所述适配器电源的输出端的整流及合路模块。

较佳的，所述DC-DC转换模块为宽电压DC-DC转换模块。

较佳的，所述整流及合路模块具体包括：

一二极管，所述二极管的阳极连接所述适配器电源的正极输出端，阴极连接POE电源的正极输出端。

较佳的，所述整流及合路模块具体包括：

一MOS管，所述MOS管的第一极连接所述适配器电源的正极输出端，第二极连接所述POE电源的正极输出端，栅极连接所述MOS管的控制电路。

较佳的，所述宽电压DC-DC转换模块为反激式转换模块。

较佳的，所述储能模块为两端分别连接于POE电源的正极输出端和POE电源的负极输出端的电解电容和/或瓷片电容。

本实用新型实施例提供的多路电源供电电路，一方面，由于对POE电源提供的直流电信号以及对适配器电源提供的交流或直流电信号先合路，合路之后统一经由DC-DC转换电路进行转换；另一方面，整流及合路模块既实现了对适配器电源提供的交流电信号的整流，又实现了对POE电源提供的直流电信号以及进行整流后得到的直流电信号的合路，减少了电路中元器件的个数，也就相应的减少了电路本身的功率损耗，因此，提高了多路电源供电电路的效率。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型背景技术提供的多路电源供电电路的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的多路电源供电电路的结构图之一；

图3为本实用新型实施例提供的多路电源供电电路的结构图之二；

图4为本实用新型实施例提供的第一整流及合路模块的结构图之一；

图5为本实用新型实施例提供的第一整流及合路模块的结构图之二；

图6为本实用新型实施例提供的储能模块的结构图之一；

图7为本实用新型实施例提供的储能模块的结构图之二；

图8为本实用新型实施例提供的实际应用中的多电源供电电路的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的多路电源供电电路中A点和B点的波形图；

图10为本实用新型实施例提供的多路电源供电电路的结构示意图；

图11为本实用新型实施例提供的在输入AC为24V时优化前和优化后的多路电源供电电路的效率示意图；

图12为本实用新型实施例提供的在输入AC为18V时优化前和优化后的多路电源供电电路的效率示意图；

图13为本实用新型实施例提供的在输入DC为12V时优化前和优化后的多路电源供电电路的效率示意图；

图14为本实用新型实施例提供的在输入DC为9V时优化前和优化后的多路电源供电电路的效率示意图。

具体实施方式

为了给出能够提高多路电源供电电路的效率的实现方案，本实用新型实施例提供了一种多路电源供电电路，应用在多电源(例如POE48V和适配器电源(AC24V/DC12V)，AC24V适配器和DC12V适配器可以从一个插口接入)供电的场合，提前将POE48V电源和适配器电源(AC24V/DC12V)进行合路，共用一路DC-DC转换模块统一转换为后级所需电压。进一步地，所述DC-DC转换模块可以为宽电压转换模块，由于用到宽电压DC-DC转换模块，输入电压可降得很低，就算用半波整流导致输入电容上电压谷值变低，只要输入储能模块上电压在欠压保护点之上，电路仍然可以正常工作，所以在给AC24V整流时使用了第一整流及合路模块(一个第一二极管)，该第一整流及合路模块既可以做半波整流。同时该第一整流及合路模块也能达到与48V合路的目的，防止了POE48V能量反向倒灌到适配器电源一路。适配器电源(DC12V/AC24V)从一个插口接入，通过一个二极管与POE的48V做合路，再一起通过DC-DC转换模块统一转化为后级所需要的电平。

以下结合说明书附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型实施例提供了一种多路电源供电电路，包括：

以太网POE电源；

至少一路适配器电源；连接于所述适配器电源的输出端的整流及合路模块，用于接收所述POE电源输出的直流电信号和所述适配器电源输出的交流电信号或者直流电信号，当接收的为适配器输出的交流电信号时，对配器电源输出的交流电信号进行半波整流，以及将半波整流后得到的直流电信号与接收的POE电源输出的直流电信号进行合路后输出；当接收的为适配器电源输出的直流电信号时，将适配器电源输出的直流电信号与POE电源输出的直流电信号进行合路后输出，其中，所述POE电源输出的直流电信号的电压大于所述适配器电源输出的交流电信号的电压最大值，所述POE电源输出的直流电信号的电压大于所述适配器电源输出的直流电信号的电压最大值；

储能模块，连接所述整流及合路模块，用于接收所述整流及合路模块输出的合路后的直流电信号并进行储存后输出；

DC-DC转换模块，所述DC-DC转换模块的输入端并联有所述储能模块，用于接收所述整流及合路模块输出的合路后的直流电信号以及所述储能模块输出的直流电信号并转换为后级所需的直流电信号。

下面以图2和图3中的电路结构示意图为例，对本申请的多路电源供电电路进行说明。图2中示出了包含一路适配器电源的情况，也即为第一路适配器电源，此时，相对应的包含的整流及合路模块为第一整流及合路模块；

第一整流及合路模块21，用于接收以太网POE电源输出的直流电信号和第一适配器电源输出的交流电信号或者直流电信号，当接收的为第一路适配器输出的交流电信号时，对第一适配器电源输出的交流电信号进行半波整流，以及将半波整流后得到的直流电信号与接收的POE电源输出的直流电信号进行合路后输出；当接收的为第一适配器电源输出的直流电信号时，将第一适配器电源输出的直流电信号与POE电源输出的直流电信号进行合路后输出，其中，POE电源输出的直流电信号的电压大于第一适配器电源输出的交流电信号的电压最大值，POE电源输出的直流电信号的电压大于第一适配器电源输出的直流电信号的电压最大值；

由上述描述可知，上述第一整流及合路模块，既具有半波整流功能，又具有合路功能。

这里由于POE电源输出的直流电信号的电压大于第一适配器电源输出的交流电信号的电压最大值，POE电源输出的直流电信号的电压大于第一适配器电源输出的直流电信号的电压最大值，又将第一适配器电源输出的电信号(直流/交流)与POE电源合路，因此，该第一整流及合路模块的合路本质上是对POE电源输出的直流电信号的电压防止倒灌到第一适配器电源。

储能模块22，连接所述第一整流及合路模块21，用于接收所述第一整流及合路模块输出的合路后的直流电信号并进行储存后输出；

DC-DC转换模块23，其输入端并联有所述储能模块22，用于接收所述第一整流及合路模块输出的合路后的直流电信号以及所述储能模块输出的直流电信号并转换为后级所需的直流电信号。

图3中给出了包含两路适配器电源以及两路连接于所述适配器电源的输出端的整流及合路模块。图3中，两路适配器电源为第一路适配器电源和第二路适配器电源，两路连接于所述适配器电源的输出端的整流及合路模块即为第一整流及合路模块21和第二整流及合路模块31；其中，第一路适配器电源连接第一整流及合路模块，其中，第二路适配器电源连接第二整流及合路模块。此时：

第二整流及合路模块31，用于接收所述POE电源输出的直流电信号和第二适配器电源输出的交流电信号或者直流电信号，当接收的为第二路适配器输出的交流电信号时，对第二适配器输出的交流电信号进行半波整流，以及将半波整流后得到的直流电信号与接收的POE电源输出的直流电信号进行合路后输出；当接收的为第二适配器电源输出的直流电信号时，将第二适配器电源输出的直流电信号与POE电源输出的直流电信号进行合路后输出，其中，POE电源输出的直流电信号的电压大于第二适配器电源输出的交流电信号的电压最大值，POE电源输出的直流电信号的电压大于第二适配器输出的直流电信号的电压最大值；

所述储能模块22，还用于接收所述第二整流及合路模块输出的合路后的直流电信号并进行储存后输出；

所述DC-DC转换模块23，还用于接收所述第二整流及合路模块输出的合路后的直流电信号并转换为后级所需的直流电信号。

当然，也可以包含三路及以上所述适配器电源以及相应的三路连接于所述适配器电源的输出端的整流及合路模块，本领域技术人员可以参照图1和图2给出包含三路及以上所述适配器电源以及相应的三路连接于所述适配器电源的输出端的整流及合路模块的多路电源供电电路，这里不再赘述。

考虑到半波整流，在一个半波周期给储能模块充电同时由DC-DC转换模块转换为后级所需电压，在另一个半波周期利用储能模块储存的能量由DC-DC转换模块转换为后级所需电压，将可能会导致储能模块上电压谷值变低，这将会使输入DC-DC转换模块的电压降得很低，一般的DC-DC转换模块是无法工作的，因此，为了使得多电源电路在储能模块上电压谷值变较低时，多电源供电电路仍能够正常工作，因此，较佳的，所述DC-DC转换模块为宽电压DC-DC转换模块。此时，由于用到宽电压的DC-DC转换电路，输入电压可降得很低，就算用半波整流导致输入储能模块(例如电容)上电压谷值变低，只要输入电容上电压在欠压保护点之上，电路仍然可以正常工作。此外，在输入电流受到限制的情况下，由于电路的效率的提高，因此，输入电压可以更低。

进一步的，所述宽电压DC-DC转换模块为反激式转换模块。

较佳的，所述第一整流及合路模块21具体可采用如下两种结构：

第一种，如图4所示，具体包括：阳极连接所述第一路适配器电源的正极输出端，阴极连接POE电源的正极输出端的一个第一二极管D1。下面对其工作原理进行说明：

利用一个第一二极管同时达到半波整流和合路的功能。当第一路适配器电源交流(例如AC24V)供电时，在正半周期，第一二极管正向导通，给储能模块充电的同时也给后级提供能量；而在负半周期，第一二极管反向截止，利用储能模块上已储存的能量继续给后级供电。当第一路适配器电源直流(例如DC12V)供电时，该第一二极管也具有防反的功能。当第一路适配器电源(AC24V或DC12V)接入并且POE电源(POE48V)也接入时，第一二极管反向截止，防止POE的48V电源倒灌能量到第一路适配器电源，起到了合路的作用。这样整个回路中电流流过的二极管数量为1个，效率提升明显。

该用法的特点在于负半周期输入不提供能量，全靠储能模块储能供电，储能模块上的电压可能会被抽得比较低。但后级采用的是支持宽电压输入的宽电压DC-DC电路(典型如反激式电源)，并且支持升、降压工作。就算储能模块上电压降得很低，只要电压还在欠压保护点之上，本申请实施例中的多电源供电电路仍可以正常工作。

在图1所示的技术方案中，DC24V和DC12V要流过3个二极管(D29、D30和D32，或者D27、D28和D32)，损耗很大，而本实用新型的方案只流过1个二极管D1，也即只流过第一二极管D1，效率提高明显(实测提高10％左右)。

第二种，如图5所示，具体包括：连接所述第二防护模块的一个第一MOS管；控制所述第一MOS管的控制电路。下面对其工作原理进行详细阐述。

控制电路检测A、B两点的电压，当A点电压高于B点时，输出高电平MOS驱动信号，使MOS导通，正向为B处储能模块充电，也为DC-DC转换模块提供能量。当A点电压低于B点时，输出低电平MOS驱动信号，使MOS关断，防止反向倒灌，DC-DC抽取B处储能模块上的能量继续工作。这里的A、B两点波形与使用第一二极管D1时一样。

使用第一MOS管和所述控制电路，达到的技术效果与上述使用第一二极管达到的技术效果类似，这里不再赘述。

上述第二整流及合路模块31具体可采用如下两种结构：

第1)种，阳极连接所述第二路适配器电源的正极输出端，阴极连接所述POE电源的正极输出端的一个第二二极管。

第2)种，第一极连接所述第二路适配器电源的正极输出端，第二极连接所述POE电源的正极输出端的一个第二MOS管；

连接所述第二MOS管的栅极的控制所述第二MOS管的控制电路。

在第二整流及合路模块为上述第1)种或第2)种结构时，多路电源供电电路的结构示意图可参照图3以及图4和图5获得，取得的技术效果与上述图4级图5取得的技术效果类似，区别在于多了一路供电电源(第三路供电电源)，起到多路电源供电，或者在用于连接第一路适配器电源的通路出现故障时，提供备用接入连接第二路适配器电源的通路的作用，这里不再赘述。

如果有更多路电源同时供电也是与三路电源接入类似的接法。无论增加的一路电源是交流还是直流，均只流过一个二极管或者MOS管，电流流入路线上的损耗较小，效率较高。但需注意每路电源单独供电时，B处的电压都必须在后级宽电压DC-DC转换模块支持的宽电压范围内。

所述储能模块22，具体可采用如下两种结构：

第一种，如图6所示，具体包括：两端分别连接于POE电源的正极输出端和POE电源的负极输出端的电容；

这里的电容可以是电解电容，也可以是瓷片电容。电解电容的优点是容值大，缺点是温度特性不好；瓷片电容的优点是温度特性好，缺点是容值小，可以根据实际需要进行选择。

第二种，如图7所示，具体包括：

两端分别连接于POE电源的正极输出端和POE电源的负极输出端的电解电容；

两端分别连接于POE电源的正极输出端和POE电源的负极输出端的瓷片电容。

这里，为了兼顾电容的温度特性和容值特点，采用了两个电容，构成储能模块。

上述两种结构的储能模块仅为示例，为常用的具有储能功能的电路，也可以作为该储能模块。

实际应用过程中，为避免各路电源的浪涌和噪声对后级的影响，还需要利用防护电路(如图8中所示的整流桥和防护电路、第一防护电路、第二防护电路)对各路电源(POE电源、第一路适配器电源和第二路适配器电源)提供的电信号进行浪涌和噪声抑制，对于POE电源，还需要受电模块PD与供电设备PSE进行协议交互，图8中给出了实际应用中的多电源供电电路的结构示意图。

下面以图8所示的多电源供电电路为例，对多电源供电电路工作过程进行说明：

在POE电源48V输入时，第一二极管反向截止，POE供电，第一路适配器电源为适配器输入时，即使插入接口也不供电。

在第一路适配器电源提供的DC12V单独输入时，二极管前后均为直流电平，相差一个二极管压降。

在第一路适配器电源提供的AC24V单独输入时，二极管前(A点)后(B点)的波形如图9所示。

此外，申请人内部采用的多电源供电的电路的结构示意图如图10所示，包括：第一路电源101、第二路电源102、全波整流模块103、第一储能模块104、合路模块105、第二储能模块106和DC-DC转换模块107。主要思想是多路电源先合路，再统一转换到低电平。第一路电源是POE提供的48V，第一路适配器电源是适配器提供的AC24V或DC12V。AC24V或DC12V经过全波整流模块，再通过第一储能模块，之后通过合路模块与POE提供的48V做合路，合路之后再通过第二储能模块，最后通过DC-DC转化电路转化为较低的电平提供给后级。

本申请实施例的方案正是对图10所示的方案进行优化后得到的，下列表(1)和表(2)反映了本申请的多电源供电电路的实验结果，优化前是是指优化前的电路，如图10所示，优化后是指本申请实施例的电路，如图4及图5所示，其中：Vin表示输入电压；Win表示输入功率；Iin表示输入电流；Vo表示输出电压；Io表示输出电流；Eff表示效率。

表(1)

表(2)

利用上述表(1)和表(2)中的数据，做拟合的电路效率的拟合曲线分别如图11、图12、图13和图14所示，在对多电源供电的电路(包括整流、防护、合路和反激转换电路)做了优化前后的效率对比，效率最高提升了近14个百分点。

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 (7)

1.一种多路电源供电电路，其特征在于，包括：

以太网POE电源；

至少一路适配器电源；

连接于所述适配器电源的输出端的整流及合路模块，用于接收所述POE电源输出的直流电信号和所述适配器电源输出的交流电信号或者直流电信号，其中，所述POE电源输出的直流电信号的电压大于所述适配器电源输出的交流电信号的电压最大值，所述POE电源输出的直流电信号的电压大于所述适配器电源输出的直流电信号的电压最大值；

储能模块，连接所述整流及合路模块，用于接收所述整流及合路模块输出的合路后的直流电信号并进行储存后输出；

DC-DC转换模块，所述DC-DC转换模块的输入端并联有所述储能模块，用于接收所述整流及合路模块输出的合路后的直流电信号以及所述储能模块输出的直流电信号并转换为后级所需的直流电信号。

2.如权利要求1所述的一种多路电源供电电路，其特征在于，包括：两路所述适配器电源以及两路连接于所述适配器电源的输出端的整流及合路模块。

3.如权利要求1或2所述的一种多路电源供电电路，其特征在于，所述DC-DC转换模块为宽电压DC-DC转换模块。

4.如权利要求1或2所述的一种多路电源供电电路，其特征在于，所述整流及合路模块具体包括：

一二极管，所述二极管的阳极连接所述适配器电源的正极输出端，阴极连接POE电源的正极输出端。

5.如权利要求1或2所述的一种多路电源供电电路，其特征在于，所述整流及合路模块具体包括：

一MOS管，所述MOS管的第一极连接所述适配器电源的正极输出端，第二极连接所述POE电源的正极输出端，栅极连接所述MOS管的控制电路。

6.如权利要求3所述的多路电源供电电路，其特征在于，所述宽电压DC-DC转换模块为反激式转换模块。

7.如权利要求1或2所述的一种多路电源供电电路，其特征在于，所述储能模块为两端分别连接于POE电源的正极输出端和POE电源的负极输出端的电解电容和/或瓷片电容。