CN216531347U - 一种可配置电源输出功率的串口服务器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于串口服务器技术领域，提供了一种可配置电源输出功率的串口服务器，包括主控芯片、网口通信电路、POE供电电路、DC/DC供电电路、至少一个RS232接口电路以及至少一个电源输出控制电路，所述主控芯片和网口通信电路、POE供电电路、DC/DC供电电路以及RS232接口电路分别连接；所述电源输出控制电路一端和POE供电电路相连，另一端和RS232接口电路连接，所述RS232接口电路和采集设备相连，所述电源输出控制电路用于输出采集模块需要的工作电压和电流。

Description

一种可配置电源输出功率的串口服务器

技术领域

本实用新型属于串口服务器技术领域，尤其涉及一种可配置电源输出功率的串口服务器。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

传统使用串口服务器的功能是通过串口接收采集模块的数据，然后通过网口传输给上位机，实现数据的透传功能，通常在使用时需要单独给每个采集模块提供电源，有时候由于同时使用多个型号的采集模块，可能存在需求的供电电压不一致，从而需要使用多个开关电源提供供电，需要在配电柜中占据大量的空间，影响整体设备的布局和走线。

实用新型内容

为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本实用新型提供一种可配置电源输出功率的串口服务器，其可以只使用1个电源适配器供电或者串口服务器直接接收POE交换机的电源，并利用串口服务器对采集模块进行供电，省去了采集模块的独立供电电源，大大提高串口服务器和采集模块的使用便利。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供一种可配置电源输出功率的串口服务器，包括主控芯片、网口通信电路、POE供电电路、DC/DC供电电路、至少一个RS232接口电路以及至少一个电源输出控制电路，所述主控芯片和网口通信电路、POE供电电路、DC/DC供电电路以及RS232接口电路分别连接；所述电源输出控制电路一端和POE供电电路相连，另一端和RS232接口电路连接，所述RS232接口电路和采集设备相连，所述电源输出控制电路用于输出采集模块需要的工作电压和电流。

进一步的技术限定，所述网口通信电路包括网口座，所述网口座通过网线连接到局域网或者外网。

进一步的技术限定，所述RS232接口电路包括RS232芯片与DB接口，所述RS232芯片一端和主控芯片相连，另一端和DB接口相连。

进一步的技术限定，所述电源输出控制电路包括电压输出控制电路和电流输出控制电路，所述电压输出控制电路一端和POE供电电路相连，另一端和电流输出控制电路相连，所述电压输出控制电路通过所述电流输出控制电路与DB接口相连。

进一步的技术限定，所述电压输出控制电路包括两路输出电压反馈电路，所述电流输出控制电路包括四路输出电流反馈电路。

进一步的技术限定，所述电压输出控制电路还包括LDO电路，所述LDO电路和两路输出电压反馈电路相连，所述输出电压反馈电路通过DB接口连接至主控芯片。

进一步的技术限定，所述电流输出控制电路还包括功率电子开关电路，所述功率电子开关电路和输出电流反馈电路相连，所述输出电流反馈电路通过DB接口连接至主控芯片。

进一步的技术限定，所述输出电压反馈电路包括多个分压电阻和多个MOS管，所述输出电流反馈电路包括多个限流电阻和多个MOS管。

进一步的技术限定，所述LDO电路包括多个引脚，LDO电路的第二引脚连接输入电压，LDO电路的第四引脚和电流输出控制电路连接，LDO电路的第五引脚和输出电压反馈电路连接。

进一步的技术限定，所述输出电压反馈电路中的多个MOS管均包含寄生二极管。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型能够满足对供电要求不同的RS232接口采集模块的供电，电源输出控制电路一端和POE供电电路相连，另一端和RS232接口电路连接，RS232接口电路和采集设备相连，电源输出控制电路用于输出采集模块需要的工作电压和电流。具备电源和网口POE的2种供电方式，同时可以根据采集模块需求的电压和电流大小，进行设置输出功率的大小，只使用1个带能源适配器供电或者串口服务器直接接收POE交换机的电源，大大提高串口服务器和采集模块的使用便利。

2、本实用新型可以根据采集模块的实际使用功率大小进行配置，节省了采集模块对电源适配器的使用，输出电压反馈电路中的多个MOS管均包含寄生二极管，支持电源防反接功能，完全可以避免因为接错电源线导致采集模块损坏的问题。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型实施例提供的串口服务器的整体结构示意图；

图2(a)-图2(c)是本实用新型实施例提供的电源输出控制电路和RS232接口电路的连接关系示意图；

图3(a)-图3(c)是本实用新型实施例提供的主控芯片结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的DC/DC供电电路示意图；

图5(a)-图5(c)是本实用新型实施例提供的网口通信电路结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的RS232接口连接示意图。

其中，1、主控芯片，2、网口通信电路，3、POE供电电路，4、DC/DC供电电路，501、RS232芯片，502、DB接口，6、电源输出控制电路。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实用新型实例提供了一种可配置电源输出功率大小的物联网串口服务器，能够满足对供电要求不同的接口采集模块的供电，可以根据采集模块的实际使用功率大小进行配置，节省了采集模块对电源适配器的使用，而且串口服务器的输出电源支持电源防反接功能，完全可以避免因为接错电源线导致采集模块损坏的问题。

术语解释：

POE：(Power Over Ethernet)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也被称为基于局域网的供电系统(POL,Power over LAN)或有源以太网(Active Ethernet)，有时也被简称为以太网供电，这是利用现存标准以太网传输电缆的同时传送数据和电功率的最新标准规范，并保持了与现存以太网系统和用户的兼容性。

如图1所示，本实施例提供一种可配置电源输出功率的串口服务器，所述串口服务器是一个具备2路支持电源防反接功能可以独立配置电源输出功率的串口服务器，支持常规电源接口和网口POE供电2种供电方式。本实用新型能够满足对供电要求不同的RS232接口采集模块的供电，可以根据采集模块的实际使用功率大小进行配置，节省了采集模块对电源适配器的使用，而且串口服务器的输出电源支持电源防反接功能，完全可以避免因为接错电源线导致采集模块损坏的问题。

本实施例提供了一种可配置电源输出功率的串口服务器，包括主控芯片1、网口通信电路2、POE供电电路3、DC/DC供电电路4、至少一个RS232接口电路5以及至少一个电源输出控制电路6，所述主控芯片1分别和网口通信电路2、POE供电电路3、DC/DC供电电路4以及RS232接口电路5连接；所述电源输出控制电路6一端和POE供电电路3相连，另一端和RS232接口电路5连接，所述RS232接口电路5和采集设备相连，所述电源输出控制电路6用于输出采集模块需要的工作电压和电流。

本实施例的主控芯片可以根据实际需求进行选取，例如可以采用Cortex M4内核的微处理器、内置FLASH，具备10/100M网络自适应的功能，具备网络接口、UART接口等丰富的接口。

所述网口通信电路2包括网络变压器和网口座，所述网口座可以通过网线连接到局域网或者外网；

如图6所示，串口服务器支持网络与RS232接口电路5的双向通信，所述RS232接口电路5包括RS232芯片501与DB接口502，同时主控芯片1也可以通过TTL信号与RS232芯片501连接，所述RS232芯片501和DB接口502相连，这样网络信号可以通过网口进入主控芯片1，然后主控芯片1再通过TTL输出，给到RS232接口电路5转换为RS232信号，实现由网口到RS232的数据传输，由于网络和RS232都是全双工的信号，所以也可以实现RS232到网口数据的传输。

需要说明的是，DB接口可以根据需求选择，例如可以选用DB9接口，由于DB9接口的电源引脚和信号引脚占用的不同的引脚，网口的POE供电使用空余引脚或者直接加在网口差分线上，这种使用方式对RS232接口和网口的通信不会产生影响，所以串口服务器在具备电源输入和输出的能力时，同时具备数据RS232接口和网口双向通信的能力。

如图2(a)-图2(c)所示，所述电源输出控制电路6包括电压输出控制电路和电流输出控制电路，所述电压输出控制电路一端和POE供电电路3相连，另一端和电流输出控制电路相连，所述电压输出控制电路通过电流输出控制电路和DB接口502相连。

如图2(a)-图2(c)以及图3(a)-图3(c)所示，本实施例中，电源输出控制电路6控制电压和电流输出的原理相同，因此以其中一路电压输出控制电路和电流输出控制电路进行举例说明控制输出电压和输出电路的原理。

(1)以一路电压输出控制电路控制输出电压大小为例：

所述电压输出控制电路包括LDO电路和输出电压反馈电路，所述LDO电路包括多个引脚，第二引脚连接输入电压，第四引脚输出第一电压值Vo1，第五引脚和输出电压反馈电路连接，所述电压反馈电路通过DB接口502连接至主控芯片1，所述主控芯片1通过输出电压反馈电路输出两路电压反馈信号反馈至LDO电路。因此，电压输出控制电路主要通过主控芯片控制LDO电路的ADJ信号实现输出电压值Vo1的控制。

其中，所述LDO电路采用LDO芯片，LDO是一种直流降压型的线性稳压器，其在输入电压或者负载电流发生变化的情况下仍然可以保持稳定的输出电压。具体型号可以根据实际情况选取，例如可以采用MIC29152。

所述输出电压反馈电路包括多个分压电阻和多个第一MOS管，当设置需要提供输出的电压为第一电压3.3V时，第一路电压反馈信号ADJ1-3.3输出低电平，第二路电压反馈信号ADJ1-5输出高电平，此时MOS管Q4导通，R37和R36构成分压电路，Q6处于关闭状态，R42与R36不构成回路，将得到的R36分压电压反馈至U6，输出第一电压3.3V；

当设置需要提供输出的电压为第二电压5V时，第一路电压反馈信号ADJ1-3.3输出高电平，第二路电压反馈信号ADJ1-5输出低电平，此时MOS管Q6导通，R42和R36构成分压电路，Q4处于关闭状态，R37与R36不构成回路，将得到的R36分压电压反馈至U6，输出第二电压5V。

(2)以一路电流输出控制电路控制输出电流大小为例：

电流输出控制电路是通过主控芯片控制功率电子开关电路的LM信号实现输出电流大小的控制。

所述电流输出控制电路包括功率电子开关电路和电流反馈电路，所述功率电子开关电路包括多个引脚，其中，第一引脚连接至LDO电路的第四引脚，第五引脚和输出电流反馈电路连接，所述输出电流反馈电路通过DB接口502连接至主控芯片，所述输出电流反馈电路通过DB接口502连接至主控芯片1，所述主控芯片1通过控制输出电流反馈电路输出两路电流反馈信号反馈至功率电子开关电路。

其中，所述功率电子开关电路采用功率开关芯片，具体型号可以根据实际情况选取，例如可以采用RT9728BHGE。

所述输出电流反馈电路包括多个限流电阻和多个第二MOS管，当设置需要提供输出的电流为第一电流200mA时，第一路电流反馈信号LM1-0.2输出低电平，第二路电流反馈信号LM1-0.5、第三路电流反馈信号LM1-1和第四路电流反馈信号LM1-1.5输出高电平，此时MOS管Q5导通，R40电阻一端和GND连接，另一端和功率电子开关电路的LIMI引脚连接，而Q7、Q9和Q11为不导通，R44、R48和R52电阻与功率电子开关电路的LIMI引脚断开，将得到的限流电阻反馈至功率电子开关电路，输出第一电流200mA；

当设置需要提供输出的电流为第二电流500mA时，第二路电流反馈信号LM1-0.5输出低电平，第一路电流反馈信号LM1-0.2、第三路电流反馈信号LM1-1和第四路电流反馈信号LM1-1.5输出高电平，此时MOS管Q7导通，R44电阻一端和GND连接，另一端和功率电子开关电路的LIMI引脚连接，而Q5、Q9和Q11为不导通，R40、R48和R52电阻与功率电子开关电路的LIMI引脚断开，将得到的限流电阻反馈至功率电子开关电路，输出第二电流500mA；

当设置需要提供输出的电流为第三电流1000mA时，第三路电流反馈信号LM1-1输出低电平，第一路电流反馈信号LM1-0.2、第二路电流反馈信号LM1-0.和第四路电流反馈信号LM1-1.5输出高电平，此时MOS管Q9导通，R48电阻一端和GND连接，另一端和功率电子开关电路的LIMI引脚连接，而Q5、Q7和Q11为不导通，R40、R44和R52电阻与功率电子开关电路的LIMI引脚断开，将得到的限流电阻反馈至功率电子开关电路，输出第三电流100mA；

当设置需要提供输出的电流第四电流1500mA时，第四路电流反馈信号LM1-1.5输出低电平，第一路电流反馈信号LM1-0.2、第二路电流反馈信号LM1-0.和第三路电流反馈信号LM1-1输出高电平，此时MOS管Q11导通，R52电阻一端和GND连接，另一端和功率电子开关电路的LIMI引脚连接，而Q5、Q7和Q11为不导通，R44、R48和R52电阻与功率电子开关电路的LIMI引脚断开，将得到的限流电阻反馈至功率电子开关电路，输出第四电流1500mA；

其中，功率电子开关电路包含限流电路，以防止MOSFET开关和集线器下游端口因大瞬态电流而损坏。功率电子开关电路通过外部电阻RILIM提供200mA和1.5A(典型值)之间的可调电流限制阈值，RILIM的电阻介于17.3kΩ和134kΩ之间。一旦超过电流限制阈值，器件将进入恒流模式，直到发生热关断或故障消除，所以可以防止采集模块损坏导致的断路问题影响串口服务器的电源稳定，表1是LIMI对应的限流电阻值和电流的大小关系：

表1 LIMI对应的限流电阻值和电流的大小关系

如图4和图5(a)-图5(c)所示，所述串口服务器包括3种工作模式：

第一种工作模式：串口服务器使用电源接口供电，输入的12V电源通过DC/DC电路输出3.3V用于主控芯片和网口灯使用，通过2路输出功率控制电路输出采集模块需要的电压和电流。

第二种工作模式：通过网口POE模块给串口服务器供电，电源接口不做使用，可以做到使用更加便利，输入的12V电源通过DC/DC电路输出3.3V用于主控芯片和网口灯使用，通过2路输出功率控制电路输出采集模块需要的电压和电流。

第三种工作模式：通过网口POE模块和电源接口同时给串口服务器供电，由于电源接口和网口POE模块输出都做了输入电源防反接，所以可以同时做供电，实现串口服务器的双电源供电，输入的12V电源通过DC/DC电路输出3.3V用于主控芯片和网口灯使用，通过2路输出功率控制电路输出采集模块需要的电压和电流。

所述串口服务器具有防反功能，所述电源输出控制电路中的多个MOS管包含寄生二极管，当在MOS的输入端加电源输入后，输入电压会升高，MOS管引脚3和2之间产生压降，通过MOS管的寄生电容导通；导通后VCC电压升高，在引脚2和1之间形成压差，控制MOS管的源极漏极导通，只要栅极电压足够，则导通阻抗非常低，可以通过较大电流，二极管D1起稳压保护作用。当电源反向时，MOS管不能导通，实现电源防反功能。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可配置电源输出功率的串口服务器，其特征在于，包括主控芯片、网口通信电路、POE供电电路、DC/DC供电电路、至少一个RS232接口电路以及至少一个电源输出控制电路，所述主控芯片和网口通信电路、POE供电电路、DC/DC供电电路以及RS232接口电路分别连接；所述电源输出控制电路一端和POE供电电路相连，另一端和RS232接口电路连接，所述RS232接口电路和采集设备相连，所述电源输出控制电路用于输出采集模块需要的工作电压和电流。

2.如权利要求1所述的一种可配置电源输出功率的串口服务器，其特征在于，所述网口通信电路包括网口座，所述网口座通过网线连接到局域网或者外网。

3.如权利要求1所述的一种可配置电源输出功率的串口服务器，其特征在于，所述RS232接口电路包括RS232芯片与DB接口，所述RS232芯片一端和主控芯片相连，另一端和DB接口相连。

4.如权利要求1所述的一种可配置电源输出功率的串口服务器，其特征在于，所述电源输出控制电路包括电压输出控制电路和电流输出控制电路，所述电压输出控制电路一端和POE供电电路相连，另一端和电流输出控制电路相连，所述电压输出控制电路通过所述电流输出控制电路与DB接口相连。

5.如权利要求4所述的一种可配置电源输出功率的串口服务器，其特征在于，所述电压输出控制电路包括两路输出电压反馈电路，所述电流输出控制电路包括四路输出电流反馈电路。

6.如权利要求5所述的一种可配置电源输出功率的串口服务器，其特征在于，所述电压输出控制电路还包括LDO电路，所述LDO电路和两路输出电压反馈电路相连，所述输出电压反馈电路通过DB接口连接至主控芯片。

7.如权利要求5所述的一种可配置电源输出功率的串口服务器，其特征在于，所述电流输出控制电路还包括功率电子开关电路，所述功率电子开关电路和输出电流反馈电路相连，所述输出电流反馈电路通过DB接口连接至主控芯片。

8.如权利要求5所述的一种可配置电源输出功率的串口服务器，其特征在于，所述输出电压反馈电路包括多个分压电阻和多个MOS管，所述输出电流反馈电路包括多个限流电阻和多个MOS管。

9.如权利要求6所述的一种可配置电源输出功率的串口服务器，其特征在于，所述LDO电路包括多个引脚，LDO电路的第二引脚连接输入电压，LDO电路的第四引脚和电流输出控制电路连接，LDO电路的第五引脚和输出电压反馈电路连接。

10.如权利要求8所述的一种可配置电源输出功率的串口服务器，其特征在于，所述输出电压反馈电路中的多个MOS管均包含寄生二极管。

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