CN214507096U - 一种以太网供电架构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种以太网供电架构，包括PSE模块、一个或多个PD模块，其中：PSE模块包括：电源输入端口；与电源输入端口连接的第一MCU；一个或多个PSE单元；每个PSE单元包括PSE供电芯片、交换芯片和多个第一网口；每个PD模块连接，包括：与第一网口匹配的第二网口；输入端口与第二网口的供电端口连接的PD供电芯片；供电端口与PD供电芯片的输出端口连接、通信端口与第二网口的通信端口连接的第二MCU；多个用电设备接口。本申请中的以太网供电架构具有较高的可扩展性和通用性，利用第一MCU和第二MCU进行灵活准确的供电控制，实现对任一用电设备接口的可靠供电，可适用于各类不同类型和不同功率要求的受电设备。

Description

一种以太网供电架构

技术领域

本实用新型涉及以太网供电领域，特别涉及一种以太网供电架构。

背景技术

以太网供电(power over ethernet，PoE)是一种能够同时实现数据通信和电能传递的供电方式，但当前以太网供电网络通常具有固定封闭的网络结构，供电网络的功率分配原则不够灵活，每个供电端口的供电功率受限，因此能够正常运行在供电网络的受电设备类型较少。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种具有可扩展性、控制灵活的以太网供电架构。其具体方案如下：

一种以太网供电架构，包括PSE模块、一个或多个PD模块，其中：

所述PSE模块包括：

电源输入端口；

与所述电源输入端口连接的第一MCU；

一个或多个PSE单元；每个所述PSE单元包括PSE供电芯片、交换芯片和多个第一网口；所述PSE供电芯片的供电输入端口与所述电源输入端口连接，通信端口与所述第一MCU连接，供电输出端口与所有所述第一网口均连接；所述交换芯片的第一通信端口与所述第一MCU连接，第二通信端口与所有所述第一网口均连接；

每个所述PD模块通过对应的所述第一网口与所述PSE模块连接；

每个所述PD模块包括：

与所述第一网口匹配的第二网口；

输入端口与所述第二网口的供电端口连接的PD供电芯片；

供电端口与所述PD供电芯片的输出端口连接、通信端口与所述第二网口的通信端口连接的第二MCU；

多个用电设备接口；每个所述用电设备接口的通信端口均与所述第二MCU连接，供电端口均与所述PD供电芯片的输出端口连接。

优选的，所述PSE模块还包括第一DC-DC单元，和/或，每个所述PD模块还包括网口变压器和/或第二DC-DC单元；

所述电源输入端口和所述第一MCU通过所述第一DC-DC单元连接；

所述PD供电芯片和所述第二MCU均通过所述网口变压器与所述第二网口连接；

所述第二MCU和所述PD供电芯片通过所述第二DC-DC单元连接；

所述用电设备接口的供电端口与所述PD供电芯片的输出端口直接连接或通过所述第二DC-DC单元间接连接。

优选的，所述用电设备接口包括LED接口和协议扩展接口，所述LED接口的供电端口与所述PD供电芯片的输出端口连接，所述协议扩展接口的供电端口与所述第二DC-DC单元的输出端口连接。

优选的，所述以太网供电架构还包括：

与所述LED接口连接、为LED灯供电的LED驱动电路。

优选的，所述LED驱动电路为可感知连接的所述LED灯的供电状态并将所述供电状态发送到所述第二MCU的LED驱动电路。

优选的，所述以太网供电架构还包括：

与所述协议扩展接口连接、适配用电设备的扩展适配电路。

优选的，所述用电设备包括传感器、和/或控制器、和/或信号转发器。

优选的，所述以太网供电架构还包括：

与所述第一网口连接的交换机。

优选的，所述PSE供电芯片为插拔式芯片，所述插拔式芯片可插拔地安装在所述PSE模块的母板上。

优选的，所述PSE模块的母板上设有一个或多个对应所述插拔式芯片的引脚的插接口模块，每个所述插接口模块包括模拟电路接口单元和数字电路接口单元；

所述模拟电路接口单元包括模拟电源接口、模拟地线接口和多个网口接口，

所述数字电路接口单元包括SCL接口、SDA接口、信号重启接口、信号输入接口、数字电源接口和数字地线接口。

本申请公开了一种以太网供电架构，包括PSE模块、一个或多个PD模块，其中：所述PSE模块包括：电源输入端口；与所述电源输入端口连接的第一MCU；一个或多个PSE单元；每个所述PSE单元包括PSE供电芯片、交换芯片和多个第一网口；每个所述PD模块通过对应的所述第一网口与所述PSE模块连接；每个所述PD模块包括：与所述第一网口匹配的第二网口；输入端口与所述第二网口的供电端口连接的PD供电芯片；供电端口与所述PD供电芯片的输出端口连接、通信端口与所述第二网口的通信端口连接的第二MCU；多个用电设备接口。本申请中的以太网供电架构具有较高的可扩展性和通用性，以太网供电架构利用第一MCU和第二MCU进行灵活准确的供电控制，实现对任一用电设备接口的可靠供电，可适用于各类不同类型和不同功率要求的受电设备。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中一种以太网供电架构的结构分布图；

图2为本实用新型实施例中一种具体的以太网供电架构的结构分布图；

图3为本实用新型实施例中一种插接口模块的结构分布图；

图4a为本实用新型实施例中一种PSE供电芯片的电路连接示意图；

图4b为本实用新型实施例中另一种PSE供电芯片的电路连接示意图；

图4c为本实用新型实施例中第三种PSE供电芯片的电路连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种以太网供电架构，参见图1所示，包括PSE(PowerSource Equipment，供电设备)模块1、一个或多个PD(Power Device，受电设备)模块2，其中：

PSE模块1包括：

电源输入端口10；

与电源输入端口10连接的第一MCU(Micro Control Unit，微控制单元)11；

一个或多个PSE单元12；每个PSE单元12包括PSE供电芯片121、交换芯片122和多个第一网口123；PSE供电芯片121的供电输入端口与电源输入端口10连接，通信端口与第一MCU 11连接，供电输出端口与所有第一网口123均连接；交换芯片122的第一通信端口与第一MCU 11连接，第二通信端口与所有第一网口123均连接；

每个PD模块2通过对应的第一网口123与PSE模块1连接；

每个PD模块2包括：

与第一网口123匹配的第二网口20；

输入端口与第二网口20的供电端口连接的PD供电芯片21；

供电端口与PD供电芯片21的输出端口连接、通信端口与第二网口20的通信端口连接的第二MCU 22；

多个用电设备接口23；每个用电设备接口23的通信端口均与第二MCU 22连接，供电端口均与PD供电芯片21的输出端口连接。

可以理解的是，图1以一个PSE单元12作为示例，本实施例中以太网供电架构包括两层网络，一层是供电网络，以实线连接表示，包括电源输入接口10、PSE供电芯片121、第一网口123、第二网口20、PD供电芯片21和用电设备接口23，实现对接入用电设备接口23的用电设备的供电；另一层是通信网络，以虚线连接表示，包括第一MCU 11、PSE供电芯片121、交换芯片122、第一网口123、第二网口20、第二MCU 22和用电设备接口23，其中用电设备接口23、第一网口123、第二网口20对信息进行传递，第二MCU 22接收信息并进行上传，交换芯片122对信息进行协议转换，第一MCU 11则接收所有信息并进行判断处理，之后下发相应的控制指令，PSE供电芯片121接收第一MCU 11的控制指令并执行。因此，本实施例中以太网供电架构可以看作一个支持供电的物联网系统，该系统具有良好的扩展性，支持各类协议和各类用电设备的接入，可对用电设备进行灵活稳定的供电控制。

其中，PSE供电芯片121也就是PSE协议电路芯片，可采用与PSE单元12的母板分离的插拔式结构，用于为第一网口123提供电能，其内部供电协议可能因为厂商不同而存在差异性，常见的供电协议包括802.3af、802.3at等PoE供电协议，第一网口123则通常为RJ45网口。进一步的，PD供电芯片21与PSE供电芯片121的内部供电协议相互配对，以便交流通信。

本申请公开了一种以太网供电架构，包括PSE模块、一个或多个PD模块，其中：所述PSE模块包括：电源输入端口；与所述电源输入端口连接的第一MCU；一个或多个PSE单元；每个所述PSE单元包括PSE供电芯片、交换芯片和多个第一网口；每个所述PD模块通过对应的所述第一网口与所述PSE模块连接；每个所述PD模块包括：与所述第一网口匹配的第二网口；输入端口与所述第二网口的供电端口连接的PD供电芯片；供电端口与所述PD供电芯片的输出端口连接、通信端口与所述第二网口的通信端口连接的第二MCU；多个用电设备接口。本申请中的以太网供电架构具有较高的可扩展性和通用性，以太网供电架构利用第一MCU和第二MCU进行灵活准确的供电控制，实现对任一用电设备接口的可靠供电，可适用于各类不同类型和不同功率要求的受电设备。

本实用新型实施例公开了一种具体的以太网供电架构，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：

参见图2所示，PSE模块1还包括第一DC-DC单元13，和/或，每个PD模块2还包括网口变压器24和/或第二DC-DC单元25；

电源输入端口10和第一MCU 11通过第一DC-DC单元13连接；

PD供电芯片21和第二MCU 22均通过网口变压器24与第二网口20连接；

第二MCU 22和PD供电芯片21通过第二DC-DC单元25连接；

用电设备接口23的供电端口与PD供电芯片21的输出端口直接连接或通过第二DC-DC单元25间接连接。

可以理解的是，新增加的第一DC-DC单元13、网口变压器24和/或第二DC-DC单元25，均是对供电网络的电压进行变换，这是由于不同元件需要的供电电压可能不同，为了更好地满足各类元件的电压需求，本实施例利用电压变换元件建立多个电压等级，对不同元件进行供电。

进一步的，用电设备接口23包括LED(Light Emitting Diode，发光二极管)接口和协议扩展接口，LED接口的供电端口与PD供电芯片21的输出端口连接，协议扩展接口的供电端口与第二DC-DC单元25的输出端口连接。

可以理解的是，LED接口和协议扩展接口的实质差异是供电电压的不同和接口引脚的差异。具体的，协议扩展接口支持其他用电设备通过数字协议接入，该数字协议包括但不限于RS232、RS485、CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)等有线传输协议。

进一步的，以太网供电架构还包括：

与LED接口连接、为LED灯供电的LED驱动电路26。

具体的，LED驱动电路26为可感知连接的LED灯的供电状态并将供电状态发送到第二MCU 22的LED驱动电路26，其接线引脚主要包括电源引脚VCC、接地引脚GND和控制信号引脚S，控制信号引脚主要接收PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)形式的控制信号。

可以理解的是，此处LED驱动电路26的类型包括恒压驱动和恒流驱动，将从PD模块2获取的电压转换为恒流电源或恒压电源后驱动LED灯。同时，LED驱动电路26还可感知LED驱动电路26上是否连接了LED灯以及连接LED灯时的供电状态，LED驱动电路26可将该供电状态通过LED接口发送到第二MCU 22，以便后续功率监测和控制。

进一步的，以太网供电架构还包括：

与协议扩展接口连接、适配用电设备的扩展适配电路27。

具体的，扩展适配电路27对用电设备和协议扩展接口之间的数据进行转换，通常包括一个MCU，该扩展适配电路27可执行数模转换、电平读取、利用其他通信协议与各类设备进行交互、定义本地的用电设备类型和数据类型等操作，从而将用电设备的数据接入以太网供电架构。进一步的，扩展适配电路27可采用分离式结构与协议扩展接口或用电设备连接，连接引脚主要包括电源引脚5V、接地引脚GND、通讯引脚TX和RX。

进一步的，用电设备包括传感器、和/或控制器、和/或信号转发器。

可以理解的是，此处用电设备指的是与扩展适配电路27连接的用电设备，包括但不限于传感器、控制器以及信号转发器，其中传感器的类型包括但不限于温度传感器、湿度传感器、光线传感器、压力传感器、距离传感器、在位传感器，控制器包括但不限于各类电机控制器、按键开关、旋钮开关，信号转发器主要包括多种无线传输协议对应的信号转发器，无线传输协议包括蓝牙、WiFi、ZigBee等。

可以理解的是，由于协议扩展接口能够实现数据的传输，因此连于其上的用电设备均可通过协议扩展接口与第二MCU 22建立数据传输链路，实现整个物联网的数据互通。

进一步的，以太网供电架构还可以包括：

与第一网口123连接的交换机13。

可以理解的是，本实施例中以第一MCU 11和第二MCU 22为主次中心建立了整个供电架构的局域通信网络，第一MCU 11作为该局与通信网络的简单服务器，为第一网口123和用电设备接口23分配局域网络的IP地址，同时还可为系统用户提供相应的WEB管理页面。为了进一步提高以太网供电架构的管理能力，本实施例设置通过第一网口123连接的交换机13，客户终端例如手机或电脑端可通过交换机13的上行链路接入局域通信网络，进而实现对以太网供电架构的监控。

本实用新型实施例公开了一种具体的以太网供电架构，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。

具体的，PSE供电芯片121为插拔式芯片，插拔式芯片可插拔地安装在PSE模块1的母板上。

进一步的，参见图3所示，PSE模块1的母板上设有一个或多个对应插拔式芯片的引脚的插接口模块，每个插接口模块包括模拟电路接口单元和数字电路接口单元；

模拟电路接口单元包括模拟电源接口AVDD、模拟地线接口AGND和多个网口接口PORT1-PORTn，

数字电路接口单元包括SCL接口、SDA接口、信号重启接口RESET、信号输入接口INT、数字电源接口和数字地线接口DGND。

其中，数字电源接口通常选择3.3V的数字电压。

可以理解的是，PSE模块1的各类元件均设置于母板上，考虑到不同元件在更换频率和协议兼容上的表现不同，除了PSE供电芯片121外，其他元件均可直接集成安装在母板上，PSE供电芯片121的位置则设置相应的插接口模块，根据以太网供电架构的扩展性需求，母板设置相应个数的PSE单元12，同时保留相应个数的插接口模块，如图3包括2个插接口模块，可用于插接两种不同的PSE供电芯片121。

本实施例中设计的插接口模块可适用于各类PSE供电芯片121，接口类型和接口位置具有极高的兼容性，参见图4a-图4c，分别为三个不同规格的PSE供电芯片121，其中图4a为microchip芯片与插接口模块的电路接线方式，图4b为ADI芯片与插接口模块的电路接线方式，图4c为TI芯片与插接口模块的电路接线方式。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种以太网供电架构，其特征在于，包括PSE模块、一个或多个PD模块，其中：

所述PSE模块包括：

电源输入端口；

与所述电源输入端口连接的第一MCU；

一个或多个PSE单元；每个所述PSE单元包括PSE供电芯片、交换芯片和多个第一网口；所述PSE供电芯片的供电输入端口与所述电源输入端口连接，通信端口与所述第一MCU连接，供电输出端口与所有所述第一网口均连接；所述交换芯片的第一通信端口与所述第一MCU连接，第二通信端口与所有所述第一网口均连接；

每个所述PD模块通过对应的所述第一网口与所述PSE模块连接；

每个所述PD模块包括：

与所述第一网口匹配的第二网口；

输入端口与所述第二网口的供电端口连接的PD供电芯片；

供电端口与所述PD供电芯片的输出端口连接、通信端口与所述第二网口的通信端口连接的第二MCU；

多个用电设备接口；每个所述用电设备接口的通信端口均与所述第二MCU连接，供电端口均与所述PD供电芯片的输出端口连接。

2.根据权利要求1所述以太网供电架构，其特征在于，所述PSE模块还包括第一DC-DC单元，和/或，每个所述PD模块还包括网口变压器和/或第二DC-DC单元；

所述电源输入端口和所述第一MCU通过所述第一DC-DC单元连接；

所述PD供电芯片和所述第二MCU均通过所述网口变压器与所述第二网口连接；

所述第二MCU和所述PD供电芯片通过所述第二DC-DC单元连接；

所述用电设备接口的供电端口与所述PD供电芯片的输出端口直接连接或通过所述第二DC-DC单元间接连接。

3.根据权利要求2所述以太网供电架构，其特征在于，所述用电设备接口包括LED接口和协议扩展接口，所述LED接口的供电端口与所述PD供电芯片的输出端口连接，所述协议扩展接口的供电端口与所述第二DC-DC单元的输出端口连接。

4.根据权利要求3所述以太网供电架构，其特征在于，还包括：

与所述LED接口连接、为LED灯供电的LED驱动电路。

5.根据权利要求4所述以太网供电架构，其特征在于，所述LED驱动电路为可感知连接的所述LED灯的供电状态并将所述供电状态发送到所述第二MCU的LED驱动电路。

6.根据权利要求3所述以太网供电架构，其特征在于，还包括：

与所述协议扩展接口连接、适配用电设备的扩展适配电路。

7.根据权利要求6所述以太网供电架构，其特征在于，所述用电设备包括传感器、和/或控制器、和/或信号转发器。

8.根据权利要求1所述以太网供电架构，其特征在于，还包括：

与所述第一网口连接的交换机。

9.根据权利要求1至8任一项所述以太网供电架构，其特征在于，所述PSE供电芯片为插拔式芯片，所述插拔式芯片可插拔地安装在所述PSE模块的母板上。

10.根据权利要求9所述以太网供电架构，其特征在于，所述PSE模块的母板上设有一个或多个对应所述插拔式芯片的引脚的插接口模块，每个所述插接口模块包括模拟电路接口单元和数字电路接口单元；

所述模拟电路接口单元包括模拟电源接口、模拟地线接口和多个网口接口，

所述数字电路接口单元包括SCL接口、SDA接口、信号重启接口、信号输入接口、数字电源接口和数字地线接口。

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