CN216700037U - 一种poe供电的poe交换机 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种POE供电的POE交换机，包括输入电路、升压稳压电路、交换机电路、PSE电路和输出电路；输入电路将上级的POE设备传输的电源数据信号分离成电源信号和网络信号，对电源信号极性转换并根据POE协议设置用电功率后输出第二供电电压，将网络信号传输至交换机电路中进行分配和交换；升压稳压电路对第二供电电压升压并稳压后输出工作电压来供电；PSE电路检测下一级设备是POE设备时，按照用电级别进行分级供电和功率匹配，生成电源数据信号并通过输出电路输出给下一级设备。具有中继功能，通过升压稳压使线路的压降对电源的影响降低，解决了现有POE交换机没有中继功能且线路的压降影响后级供电的问题。

Description

一种POE供电的POE交换机

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种POE供电的POE交换机。

背景技术

随着电脑技术的高速发展，网络设备越来越多，网络设备之间的连接常通过光纤和网线来实现，但都有一定的局限性；例如，光纤传输网络信号虽然距离远但不能传输电源，网线可以传输电源和网络信号但能传输的距离较短短，布线不灵活。为了能同时传输电源和数据，设计出了POE(Power Over Ethernet))交换机。

现有的POE交换机布线时，是以交换机为中心的星型结构，采用标准的综合布线方式实现电源和网络信号的同时传输。综合布线是一种模块化的、灵活性极高的建筑物内或建筑群之间的信息传输通道；通过它可使话音设备、数据设备、交换设备及各种控制设备与信息管理系统连接起来，同时也使这些设备与外部通信网络相连的综合布线。这种布线方式的电脑网线部分一般长度在100米以内(水平布线系统永久链路的长度不能超过90米)。POE交换机传输电源和网络信号的有效距离是100米，由于现有的POE交换机没有中继功能，点到点传输100米后不能再接多一个设备；POE功能可以在弱电线槽传输电源，电源部分超过有效距离时电压降低损耗很大，影响后级设备的供电。由于布线环境经常超100米的距离，因此，在布线过程中经常要加入220V市电来传输电源，220V市电不能在弱电线槽布线，220V市电不仅使系统安全性降低，还使布线工作更加复杂且增加成本。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种POE供电的POE交换机，以解决现有POE交换机没有中继功能且线路的压降影响后级供电的问题。

本实用新型实施例提供一种POE供电的POE交换机，外接上级的POE设备和下一级设备，包括一壳体，其中，所述壳体内的主板上设有输入电路、升压稳压电路、交换机电路、PSE电路和输出电路；所述输入电路连接升压稳压电路和交换机电路，升压稳压电路连接交换机电路和PSE电路，PSE电路连接交换机电路和输出电路；

所述输入电路将上级的POE设备传输的电源数据信号分离成电源信号和网络信号，对电源信号进行极性转换并根据POE协议设置用电功率后输出第二供电电压，将网络信号传输至交换机电路中进行分配和交换；

所述升压稳压电路对第二供电电压进行升压并稳压后输出预设压值的工作电压给交换机电路和PSE电路；

所述PSE电路检测输出电路外接的下一级设备是POE设备时，按照POE设备的用电级别进行分级供电和功率匹配，生成对应的电源数据信号并通过输出电路输出给下一级设备。

可选地，所述的POE供电的POE交换机中，所述输入电路包括输入模块、分离模块、转换保护模块和协议识别模块；所述输入模块连接分离模块和交换机电路，分离模块连接转换保护模块和交换机电路，协议识别模块连接转换保护模块和升压稳压电路；

所述输入模块将上级的POE设备传输的电源数据信号输出给分离模块，还根据交换机电路输出的指示灯信号点亮内置的指示灯；

所述分离模块对电源数据信号进行分离得到电源信号和网络信号，将电源信号传输给转换保护模块，将网络信号传输给交换机电路；

所述转换保护模块对电源信号进行极性转换后输出第一供电电压；

所述协议识别模块根据POE协议设置用电功率，将第一供电电压转换为第二供电电压并输出给升压稳压电路。

可选地，所述的POE供电的POE交换机中，所述输入模块包括输入接口和第一电容；

所述输入接口的第1脚、第2脚、第3脚、第4脚、第5脚、第6脚、第7脚、第8脚均连接分离模块，还通过网线连接上级的POE设备；输入接口的第9脚接地，输入接口的第10脚和第11脚均连接交换机电路，输入接口的第12脚输入第一供电电压，输入接口的屏蔽外壳通过第一电容连接大地。

可选地，所述的POE供电的POE交换机中，所述分离模块包括分离芯片、第二电容、第三电容、第四电容和第五电容；

所述分离芯片的第1脚、第4脚、第7脚和第10脚均连接转换保护模块；分离芯片的第2脚、第3脚、第5脚、第6脚、第8脚、第9脚、第11脚、第12脚与输入接口的第1脚、第2脚、第3脚、第6脚、第4脚、第5脚、第7脚、第8脚一对一连接；分离芯片的第13脚、第14脚、第16脚、第17脚、第19脚、第20脚、第22脚和第23脚均连接交换机电路；分离芯片的第24脚通过第二电容接地，分离芯片的第21脚通过第三电容接地，分离芯片的第18脚通过第四电容接地，分离芯片的第15脚通过第五电容接地。

可选地，所述的POE供电的POE交换机中，所述分离模块还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容和第十电容；

所述第一电阻的一端通过第六电容连接分离芯片的第1脚，第二电阻的一端通过第七电容连接分离芯片的第4脚，第三电阻的一端通过第八电容连接分离芯片的第7脚，第四电阻的一端通过第九电容连接分离芯片的第10脚，第一电阻的另一端、第二电阻的另一端、第三电阻的另一端和第四电阻的另一端相互连接并均连接第十电容的一端；第十电容的另一端连接大地。

可选地，所述的POE供电的POE交换机中，所述转换保护模块包括第一转换芯片、第二转换芯片、第三转换芯片、第四转换芯片、第一二极管、第二二极管、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻和第十二电阻；

所述第一转换芯片的S2脚连接第五电阻的一端和地，第一转换芯片的G2脚连接第五电阻的另一端和分离芯片的第4脚，第一转换芯片的S1脚连接第六电阻的一端和第一供电端，第一转换芯片的G1脚连接第六电阻的另一端和分离芯片的第4脚，第一转换芯片的D1脚和D2脚相互连接并均连接第一二极管的负极；所述第二转换芯片的S2脚连接第七电阻的一端和地，第二转换芯片的G2脚连接第七电阻的另一端和分离芯片的第1脚，第二转换芯片的S1脚连接第八电阻的一端和第一供电端，第二转换芯片的G1脚连接第八电阻的另一端和分离芯片的第1脚，第二转换芯片的D1脚和D2脚相互连接并均连接第一二极管的正极；所述第三转换芯片的S2脚连接第九电阻的一端和地，第三转换芯片的G2脚连接第九电阻的另一端和分离芯片的第7脚，第三转换芯片的S1脚连接第十电阻的一端和第一供电端，第三转换芯片的G1脚连接第十电阻的另一端和分离芯片的第7脚，第三转换芯片的D1脚和D2脚相互连接并均连接第二二极管的负极；所述第四转换芯片的S2脚连接第十一电阻的一端和地，第四转换芯片的G2脚连接第十一电阻的另一端和分离芯片的第10脚，第四转换芯片的S1脚连接第十二电阻的一端和第一供电端，第四转换芯片的G1脚连接第十二电阻的另一端和分离芯片的第4脚，第四转换芯片的D1脚和D2脚相互连接并均连接第一二极管的正极。

可选地，所述的POE供电的POE交换机中，所述协议识别模块包括第一开关管、控制器、第十一电容、第十二电容、第二十一电阻、第二十二电阻和第二十三电阻；

所述控制器的第1脚、第5脚和第11脚均接地；控制器的第3脚通过第二十二电阻接地，控制器的第4脚通过第二十三电阻接地，控制器的第8脚连接第二供电端，控制器的第9脚连接第二十一电阻的一端和第一开关管的栅极，第二十一电阻的另一端通过第十一电容接地，第一开关管的源极连接第二供电端；控制器的第10脚连接第一开关管的漏极、第十二电容的一端和第一供电端；第十二电容的另一端接地。

可选地，所述的POE供电的POE交换机中，所述升压稳压电路包括光耦、第二开关管、升压芯片、电感、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第二十四电阻、第二十五电阻和第二十六电阻；

所述光耦的第1脚连接第二十四电阻的一端和地，光耦的第2脚连接第二十四电阻的另一端和第四二极管的正极，光耦的第3脚连接第三二极管的正极，光耦的第4脚连接第三供电端；第三二极管的负极连接第四二极管的负极、第二供电端和电感的一端；电感的另一端连接第二开关管的漏极和第五二极管的正极，第二开关管的源极连接升压芯片的VCS脚，第二开关管的栅极连接升压芯片的DRV脚；升压芯片的VDD脚连接升压芯片的EN脚和第三供电端，升压芯片的ROSC脚和GND脚均接地，升压芯片的VFB脚连接第二十五电阻的一端和第二十六电阻的一端，第二十五电阻的另一端接地；第二十六电阻的另一端连接第五二极管的负极、交换机电路和PSE电路。

可选地，所述的POE供电的POE交换机中，所述升压稳压电路还包括第二十七电阻、第二十八电阻、第二十九电阻和第三十电阻；

所述第二十七电阻的一端连接第三二极管的正极，第二十七电阻的另一端连接光耦的第3脚，第二十八电阻的一端连接第四二极管的正极，第二十八电阻的另一端连接光耦的第2脚，第二十九电阻连接在升压芯片的第4脚与地之间，第三十电阻连接在第二开关管的第3脚与地之间。

可选地，所述的POE供电的POE交换机中，所述升压稳压电路还包括第十三电容、第十四电容和第十五电容；

所述第十三电容的一端连接电感的一端和第四二极管的负极，第十四电容的一端连接升压芯片的VDD脚和第3脚，第十五电容的一端连接第五二极管的负极，第十三电容的另一端、第十四电容的另一端和第十五电容的另一端均接地。

本实用新型实施例提供的技术方案中，POE供电的POE交换机外接上级的POE设备和下一级设备，所述POE交换机包括一壳体，壳体内的主板上设有输入电路、升压稳压电路、交换机电路、PSE电路和输出电路；所述输入电路将上级的POE设备传输的电源数据信号分离成电源信号和网络信号，对电源信号进行极性转换并根据POE协议设置用电功率后输出第二供电电压，将网络信号传输至交换机电路中进行分配和交换；所述升压稳压电路对第二供电电压进行升压并稳压后输出预设压值的工作电压给交换机电路和PSE电路；所述PSE电路检测输出电路外接的下一级设备是POE设备时，按照POE设备的用电级别进行分级供电和功率匹配，生成对应的电源数据信号并通过输出电路输出给下一级设备。能接收上级的POE设备的电源数据信号，进行处理后同时传输电源信号和网络信号给下一级设备，实现了中继功能；根据POE协议实现安全直流低压电源传输，通过对电源信号进行升压稳压，使线路的压降对电源的影响降到很低的水平，从而解决了现有POE交换机没有中继功能且线路的压降影响后级供电的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例中POE供电的POE交换机的布线示意图。

图2为本实用新型实施例中POE供电的POE交换机的结构框图。

图3为本实用新型实施例中输入模块的电路示意图。

图4为本实用新型实施例中分离模块的电路示意图。

图5为本实用新型实施例中转换保护模块的电路示意图。

图6为本实用新型实施例中协议识别模块的电路示意图。

图7为本实用新型实施例中升压稳压电路、交换机电路、PSE电路和输出电路的电路示意图。

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。本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作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。

请同时参阅图1和图2，本实用新型实施例提供的POE供电的POE交换机包括一壳体，所述壳体内的主板上设有输入电路10、升压稳压电路20、交换机电路30、PSE(packetswitching equipment)电路40和输出电路50；所述输入电路10连接升压稳压电路20和交换机电路30，升压稳压电路20连接交换机电路30和PSE电路，PSE电路连接交换机电路30和输出电路50。所述输入电路10将上级POE设备传输的电源数据信号分离成4个电源信号(A、B、C、D)和8个网络信号(MX1±～MX4±)，对4个电源信号(A、B、C、D)进行极性转换并根据POE协议设置用电功率后输出第二供电电压V2，将8个网络信号(MX1±～MX4±)传输至交换机电路30中进行分配和交换；升压稳压电路20对第二供电电压V2进行升压并稳压后输出预设压值(如56V)的工作电压给交换机电路30和PSE电路40；PSE电路40检测输出电路50外接的下一级设备的类型，是POE设备时按照POE设备的用电级别进行分级供电和功率匹配，生成对应的电源数据信号并通过输出电路50输出给下一级的POE设备。

本实施例中，所述交换机电路30由型号为RTL8370N的全自动千兆的交换机芯片及其外围电路组成，主要用于对输入电路10传输的网络信号(MX1±～MX4±)进行分配和交换。PSE电路40由型号为TPS23861的芯片及其外围电路组成，主要用于检测下一级所接设备的类型，若是POE设备(如POE设备或POE供电的POE交换机)，则按照POE设备的用电级别对POE设备进行分级供电，并分配合适的功率给下一级的POE设备以确保供电安全；若不是POE设备则不供电。这两个电路为现有技术，此处对其不作详述。

本实施例中，所述输出电路50内设有至少2个接口(即双口POE交换机)，也可是多个接口(即多口POE交换机)，根据线路长度和外接设备来决定使用对应接口个数的POE交换机作为中继交换机、来连接更远离的设备。基于布线时网线通常是100米一段，在BT协议POE交换机与设备(如无线路由器、摄像头、门禁等)之间的距离超过100米时，使用POE供电的POE交换机来进行中继，每间隔100米网线即可使用一个双口POE交换机，每条线路最终连接的设备的个数决定了最后一个POE交换机的接口个数。布线过程中，只要长度大于100米，即可使用100米的网线和双口POE交换机来中继，双口POE交换机之间均是100米的网线；双口POE交换机与终端之间连接所用的网线长度由实际距离(小于等于100米)来定。

如图1所示，BT协议POE交换机与一个设备之间距离很长时，可通过多个双口POE交换机来进行中继，例如在第一条线路中，BT协议POE交换机与设备(如无线路由器)之间的距离大于200米，使用若干个双口POE交换机，其中一个接口为输入接口，一个接口为输出接口；BT协议POE交换机的输出端通过100米的网线连接第一POE交换机的输入接口，第一POE交换机的输出接口通过100米网线连接第二POE交换机的输入接口，以此类推，直至第n POE交换机的输出接口通过网线连接无线路由器的输入端。

BT协议POE交换机与多个设备之间的距离大于100米且小于等于200米时，可直接使用多口POE交换机来中继，例如在第二条线路中，多口POE交换的一个接口为输入接口，剩余的接口均为输出接口；BT协议POE交换机的输出端通过100米的网线连接多口POE交换机的输入接口，多口POE交换机的2个输出接口通过网线对应连接一个监控摄像头。

BT协议POE交换机与多个设备之间的距离大于300米时，例如在第三条线路中，使用一个多口POE交换机和若干个双口POE交换机；BT协议POE交换机的输出端通过100米的网线连接第一POE交换机的输入接口，第一POE交换机的输出接口通过100米网线连接第二POE交换机的输入接口，第二POE交换机的输出接口通过100米网线连接多口POE交换机的输入接口，多口POE交换机的2个输出接口通过网线对应连接一个无线路由器和一个监控摄像头。

本实施例中，双口POE交换机和多口POE交换机只有输出电路不同，其他电路的结构相同。输出电路的功率分配不同，双口POE交换机的输出电路将全部的电源功率(即输入功率)都分给输出接口(只有一个)，多口POE交换机的输出电路将全部的电源功率分给了其他输出接口。在具体实施时，多口POE交换机分配给每个输出接口的功率可以通过自动模式，也可以通过编程强制设置每个输出接口的功率。本实施例采用自动模式分配功率，即每个输出接口根据下一级设备申请的电源功率进行供电：若判断下一级设备申请的电源功率小于30W，则按实际申请的电源功率供电；若判断申请的电源功率大于或等于30W，则按30W供电；若判断申请的总功率大于输入总功率时，则每个输出接口全部按30W供电。每个输出接口实际用多少电就分配多大的电源功率；实际用电功率超过总输入功率时，升压稳压电路20进行过流保护切断电源停止供电；若任一输出接口没有连接下一级设备则不分配功率。

POE供电的POE交换机具有电源和网络信号的双中继功能，每级联一个POE交换机，电源和网络信号都同时增加了100米的传输距离，级联多个POE交换机就能实现电源和网络信号的长距离传输。同时，通过升压稳压电路20对线路的压降进行补偿，使电源经过100米的网线传输后，到达后级的POE交换机或设备后仍然有工作所需的56V的电源电压来供电；线路上只会损耗功率而传输的电源电压不会降低，只要有功率余量就能把数据传输到下一级的设备或POE交换机。

所述输入电路10包括输入模块110、分离模块120、转换保护模块130和协议识别模块140；所述输入模块110连接分离模块120和交换机电路30，分离模块120连接转换保护模块130和交换机电路30，协议识别模块140连接转换保护模块130和升压稳压电路20；所述输入模块110将上级POE设备传输的电源数据信号(TD1±～TD4±)输出给分离模块120，还根据交换机电路输出的指示灯信号(LED1、LED2)点亮内置的指示灯；所述分离模块120对电源数据信号(TD1±～TD4±)进行分离得到4个电源信号(A、B、C、D)和8个网络信号(MX1±～MX4±)，将4个电源信号(A、B、C、D)传输给转换保护模块130，将8个网络信号(MX1±～MX4±)传输给交换机电路30；转换保护模块130对电源信号(A、B、C、D)进行极性转换后输出第一供电电压V1；协议识别模块140根据POE协议设置用电功率，将第一供电电压V1转换为第二供电电压V2并输出给升压稳压电路20。

请一并参阅图3，所述输入模块110包括输入接口JP1和第一电容C1；所述输入接口JP1的第1脚、第2脚、第3脚、第4脚、第5脚、第6脚、第7脚、第8脚与网线的8个芯一对一连接，还均连接分离模块130；输入接口JP1的第9脚接地(GND表示电路中的参考地)，输入接口JP1的第10脚和第11脚均连接交换机电路30，输入接口JP1的第12脚输入第一供电电压3V3，输入接口JP的屏蔽外壳过第一电容C1连接大地EARTH。

其中，输入接口JP1是12脚带双指示灯(内置绿灯和黄灯，图中未示出)的RJ45网口。绿灯是网络灯，网络通讯正常时交换机芯片(RTL8370N)控制第一灯控信号LED1为高电平，绿灯亮。黄灯是电源灯，POE交换机有电时控制第二灯控信号LED2为高电平，黄灯亮。输入接口JP1通过8芯的网线连接到上一级的POE交换机的一个输出接口或BT协议POE交换机的输出端上，网线上用8根芯传输网络信号的同时、又用这8根芯通过POE协议传输电源，网络信号和电源均传输至分离模块130中进行电源和网络信号的分离。

请一并参阅图4，所述分离模块120包括分离芯片U1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5；所述分离芯片U1的第1脚(即TCT1脚)、第4脚(即TCT2脚)、第7脚(即TCT3脚)和第10脚(即TCT4脚)均连接转换保护模块130；分离芯片U1的第2脚、第3脚、第5脚、第6脚、第8脚、第9脚、第11脚、第12脚与输入接口JP1的第1脚、第2脚、第3脚、第6脚、第4脚、第5脚、第7脚、第8脚一对一连接；分离芯片U1的第13脚、第14脚、第16脚、第17脚、第19脚、第20脚、第22脚和第23脚均连接交换机电路30；分离芯片U1的第24脚(即MCT1脚)通过第二电容C2接地，分离芯片U1的第21脚(即MCT2脚)通过第三电容C3接地，分离芯片U1的第18脚(即MCT3脚)通过第四电容C4接地，分离芯片U1的第15脚(即MCT4脚)通过第五电容C5接地。

其中，所述分离芯片U1的型号优选为H82402BA，其对8根芯上的电源数据信号(TD1±～TD4±)进行分离得到4个电源信号(A、B、C、D)和8个网络信号(MX1±～MX4±)。分离出的网络信号(MX1±～MX4±)直接传输至交换机电路30中以对网络信号(MX1±～MX4±)进行交换分配。4个电源信号(A、B、C、D)传输至转换保护模块130中进行高效电源极性转换。分离芯片U1的第2脚、第3脚、第5脚、第6脚、第8脚、第9脚、第11脚、第12脚、第13脚、第14脚、第16脚、第17脚、第19脚、第20脚、第22脚和第23脚是内部网络滤波器的引脚，无英文引脚名称。

优选地，所述分离模块120还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9和第十电容C10；所述第一电阻R1的一端通过第六电容C6连接分离芯片U1的第1脚，第二电阻R2的一端通过第七电容C7连接分离芯片U1的第4脚，第三电阻R3的一端通过第八电容C8连接分离芯片U1的第7脚，第四电阻R4的一端通过第九电容C9连接分离芯片U1的第10脚，第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的另一端和第四电阻R4的另一端相互连接并均连接第十电容C10的一端；第十电容C10的另一端连接大地EARTH。

其中，R1和C6、R2和C7、R3和C8、R4和C9组成4组，再结合C10，分别对所接的电源信号(A、B、C、D)进行抗干扰防静电吸收保护，使电源信号更加稳定，有利于后续的极性转换。

请一并参阅图5，所述转换保护模块130包括第一转换芯片U2、第二转换芯片U3、第三转换芯片U4、第四转换芯片U5、第一二极管D1、第二二极管D2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11和第十二电阻R12；所述第一转换芯片U2的S2脚连接第五电阻R5的一端和地，第一转换芯片U2的G2脚连接第五电阻R5的另一端和分离芯片U1的第4脚(提供第二电源信号B)，第一转换芯片U2的S1脚连接第六电阻R6的一端和第一供电端(提供第一供电电压V1)，第一转换芯片U2的G1脚连接第六电阻R6的另一端和分离芯片U1的第4脚，第一转换芯片U2的D1脚和D2脚相互连接并均连接第一二极管D1的负极；所述第二转换芯片U3的S2脚连接第七电阻R7的一端和地，第二转换芯片U3的G2脚连接第七电阻R7的另一端和分离芯片U1的第1脚(提供第一电源信号A)，第二转换芯片U3的S1脚连接第八电阻R8的一端和第一供电端，第二转换芯片U3的G1脚连接第八电阻R8的另一端和分离芯片U1的第1脚，第二转换芯片U3的D1脚和D2脚相互连接并均连接第一二极管D1的正极；所述第三转换芯片U4的S2脚连接第九电阻R9的一端和地，第三转换芯片U4的G2脚连接第九电阻R9的另一端和分离芯片U1的第7脚(提供第三电源信号C)，第三转换芯片U4的S1脚连接第十电阻R10的一端和第一供电端，第三转换芯片U4的G1脚连接第十电阻R10的另一端和分离芯片U1的第7脚，第三转换芯片U4的D1脚和D2脚相互连接并均连接第二二极管D2的负极；所述第四转换芯片U5的S2脚连接第十一电阻R11的一端和地，第四转换芯片U5的G2脚连接第十一电阻R11的另一端和分离芯片U1的第10脚(提供第四电源信号D)，第四转换芯片U5的S1脚连接第十二电阻R12的一端和第一供电端，第四转换芯片U5的G1脚连接第十二电阻R12的另一端和分离芯片U1的第4脚，第四转换芯片U5的D1脚和D2脚相互连接并均连接第一二极管D1的正极。

其中，所述第一转换芯片U2至第四转换芯片U5均优选型号为NCE4688的内置一个NMOS管和一个PMOS管的MOSFET；S1脚、G1脚、D1脚分别对应为PMOS管的源极、栅极、漏极；S2脚、G2脚、D2脚分别对应为NMOS管的源极、栅极、漏极。R5、R7、R9和R11为下拉电阻，没有电源信号输入时，将NMOS管的栅极拉低，NMOS管不导通；此时POMS管的栅极为低电平而导通，D1脚输出。R6、R8、R10和R12为上拉电阻，有电源信号输入时，PMOS管的栅极被上拉为高电平不导通，此时NMOS管导通，D2脚输出。由于前端线路的电源经过前端的分离模块120分离后正负级不能确定，如果用二级管或普通整流全桥电路来转换电路的极性，会在线路上损耗1.4V以上的压降，90W功率时达到3W的损耗，二级管或全桥发热巨大形成隐患。这四个转换芯片是N+P低阻抗MOS管，通过外围元件组成8个理想的二极管电路(理论上没压降没损耗且发热很小)来代替普通的二极管全桥极性转换电路。即对电源信号(A、B、C、D)进行极性转换后、从各个转换芯片的S1脚输出第一供电电压V1，各个转换芯片的S1脚均是第一供电端，从而实现高效率的极性转换。另外，第一二极管D1和第二二极管D2是54V单向TVS二极管，对来自前端线路引入的高于58V的正向浪涌电压进行吸收，对反向0.7V以上的电压进行吸收，从而实现浪涌保护。

请一并参阅图6，所述协议识别模块140包括第一开关管U6、控制器U7、第十一电容C11、第十二电容C12、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22和第二十三电阻R23；所述控制器U7的第1脚、第5脚和第11脚均接地；控制器U7的第3脚通过第二十二电阻R22接地，控制器U7的第4脚通过第二十三电阻R23接地，控制器U7的第8脚连接第二供电端(提供第二供电电压V2)，控制器U7的第9脚连接第二十一电阻R21的一端和第一开关管U6的栅极，第二十一电阻R21的另一端通过第十一电容C11接地，第一开关管U6的源极连接第二供电端；控制器U7的第10脚连接第一开关管U6的漏极、第十二电容C12的一端和第一供电端；第十二电容C12的另一端接地。

其中，所述第一开关管U6的型号优选为070N10NS，控制器U7的型号优选为LT4275A。第一供电电压V1是按照POE协议来供电的，现有技术中没有设置协议识别模块140，就不能获得稳定的供电，只接收到0～20V左右的小电流检测网络信号。本实施例采用LT4275A芯片来做控制器，控制器U7的根据第10脚输入的第一供电电压V1向上一级的交换机(如BT协议POE交换机或POE供电的POE交换机)申请90W的用电功率，控制器U7控制第一开关管U6导通时，将第一供电电压V1转换为第二供电电压V2并输出，则第一开关管U6的源极是第二供电端。LT4275A芯片采用最新POE IEEE802.3BT协议(超5类网线可传输90W功率)来实现安全直流低压电源传输，通过每级交换机的电压补偿，使线路的压降对电源的影响降到很低的水平，从而有效的把电源级联到更长的线路上。

现有标准POE交换机输出的电压为48V到56V不等(不同品牌型号的POE交换机输出的电压不同)，如果是48V的电压、经过100米网线的传输后会有很大损耗，电压会低很多。例如48V电压且90W功率，用超5类网线传输100米后的电压会下降至40V到45V之间(电压受线材质量和下级设备用电功率的影响)，当电压低于36V时很多POE设备会欠压保护不能工作。这个电压是波动的，可以直接给本机电路供电，但输出给下一级POE设备使用时必须再升压稳压后才能使用。本实施例通过升压稳压电路20来对第二供电电压进行升压稳压。

请一并参阅图7，所述升压稳压电路20包括光耦U8、第二开关管U9、升压芯片U10、电感L1、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25和第二十六电阻R26；所述光耦U8的第1脚连接第二十四电阻R24的一端和地，光耦U8的第2脚连接第二十四电阻R24的另一端和第四二极管D4的正极，光耦U8的第3脚连接第三二极管D3的正极，光耦U8的第4脚连接第三供电端(提供第三供电电压V3)；第三二极管D3的负极连接第四二极管D4的负极、第二供电端和电感L1的一端；电感L1的另一端连接第二开关管U9的漏极和第五二极管D5的正极，第二开关管U9的源极连接升压芯片U10的VCS脚，第二开关管U9的栅极连接升压芯片U10的DRV脚；升压芯片U10的VDD脚连接升压芯片U10的EN脚和第三供电端，升压芯片U10的ROSC脚和GND脚均接地，升压芯片U10的VFB脚连接第二十五电阻R25的一端和第二十六电阻R26的一端，第二十五电阻R25的另一端接地；第二十六电阻R26的另一端连接第五二极管D5的负极、交换机电路30和PSE电路40。

其中，第二开关管U9优选型号为070N10NS的低阻抗MOS管。升压芯片U10的型号优选为OC6801B，其采用固定频率的PWM控制方式，并在轻载条件下自动降频提高转换效率。升压芯片U10内置高精度误差放大器、振荡器以及频率补偿电路。第二供电电压V2经过OC6801B和070N10NS组成的高效升压电路，把第二供电电压V2由原来的40V到56V之间波动的电压，升压并稳压到56V后输出给交换机电路30和PSE电路40供电。升压稳压电路20带有欠压保护功能，在低于40V时升压稳压电路停止工作，具体工作原理是：升压芯片U10、第二开关管U9、第五二极管D5(型号优选为SB1560的低压降肖特基二级管)和电感L1组成高效率震荡电路对第二供电电压V2进行升压，升压的电压通过D5输出后、经过R26和R25两个电阻采样并反馈给升压芯片U10的第5脚进行比较，升压芯片U10根据比较结果控制使输出的工作电压稳定为56V。

优选地，所述升压稳压电路20还包括第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29和第三十电阻R30；所述第二十七电阻R27的一端连接第三二极管D3的正极，第二十七电阻R27的另一端连接光耦U8的第3脚，第二十八电阻R28的一端连接第四二极管D4的正极，第二十八电阻R28的另一端连接光耦U8的第2脚，第二十九电阻R29连接在升压芯片U10的第4脚与地之间，第三十电阻R30连接在第二开关管U9的第3脚与地之间。

其中，D3、R27和C14组成升压芯片U10的供电电路。D4、R28、R24和光耦U8组成欠压保护电路，当第二供电电压V2大于40V时(39v稳压管+光耦串联的导通电压约为40V)，D4和光耦内置发光管导通，控制升压芯片U10的VDD脚供电接通升压电路开始工作。小于40V时光耦不导通，升压芯片U10不供电。R30对第二开关管U9的MOS电流进行检测，检测电压VCS输入到升压芯片U10的第8脚进行过流保护。

优选地，所述升压稳压电路20还包括第十三电容C13、第十四电容C14和第十五电容C15；所述第十三电容C13的一端连接电感L1的一端和第四二极管D4的负极，第十四电容C14的一端连接升压芯片U10的第2脚和第3脚，第十五电容C15的一端连接第五二极管D5的负极，第十三电容C13的另一端、第十四电容C14的另一端和第十五电容C15的另一端均接地。

其中，所述第十三电容C13用于对输入的第二供电电压V2进行滤波，第十四电容C14用于对V3进行滤波，第十五电容C15用于对56V的工作电压进行滤波。

如图7所示，输出电路50中的4个输出接口均采用12脚带双指示灯的RJ45网口(POEOUT RJ45_1～RJ45_4)，带有POE功能，均连接PSE电路40，可分别外接一个设备。若这4个输出接口下一级外接的是POE设备，输出接口中的绿灯亮时表示网络通讯正常；黄灯亮时表示本路POE功能在工作，正在向下一级的POE设备供电。

在具体实施时，还可设置一备用输出接口RJ45 I/O，其是12脚带双指示灯的RJ45网口，没有POE功能，其可以连接上级网络也可以连接下级网络。备用输出接口的绿灯亮时表示网络通讯正常，黄灯亮时表示交换机有电。

综上所述，本实用新型提供的POE供电的POE交换机，采用POE++(即PoE系统的IEEE802.3BT标准)和高效DC-DC升压技术、配合RTL8370千兆交换机芯片实现一条网线同时传输千兆数据和90W的供电。POE IEEE802.3BT协议实现安全直流低压电源传输，最大用电功率达90W；通过每级交换机的电压补偿，升压稳压处理，输入电压支持44V到56V，无论输入电压多少输出的工作电压始终为56V，降低线路对电压的损耗，使线路的压降对电源的影响降到很低的水平，从而有效的把电源级联到更长的线路上，实现数据电源的长距离传输功能。具有高效自动升压功能，输入大功率余量设计支持多个交换机级联应用。由于具有级联功能，可以使网络布线和组网更为灵活方便，最远设备的有效传输距离由100米级别提高到1000米级别。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种POE供电的POE交换机，外接上级的POE设备和下一级设备，包括一壳体，其特征在于，所述壳体内的主板上设有输入电路、升压稳压电路、交换机电路、PSE电路和输出电路；所述输入电路连接升压稳压电路和交换机电路，升压稳压电路连接交换机电路和PSE电路，PSE电路连接交换机电路和输出电路；

所述输入电路将上级的POE设备传输的电源数据信号分离成电源信号和网络信号，对电源信号进行极性转换并根据POE协议设置用电功率后输出第二供电电压，将网络信号传输至交换机电路中进行分配和交换；

所述升压稳压电路对第二供电电压进行升压并稳压后输出预设压值的工作电压给交换机电路和PSE电路；

所述PSE电路检测输出电路外接的下一级设备是POE设备时，按照POE设备的用电级别进行分级供电和功率匹配，生成对应的电源数据信号并通过输出电路输出给下一级设备。

2.根据权利要求1所述的POE供电的POE交换机，其特征在于，所述输入电路包括输入模块、分离模块、转换保护模块和协议识别模块；所述输入模块连接分离模块和交换机电路，分离模块连接转换保护模块和交换机电路，协议识别模块连接转换保护模块和升压稳压电路；

所述输入模块将上级的POE设备传输的电源数据信号输出给分离模块，还根据交换机电路输出的指示灯信号点亮内置的指示灯；

所述分离模块对电源数据信号进行分离得到电源信号和网络信号，将电源信号传输给转换保护模块，将网络信号传输给交换机电路；

所述转换保护模块对电源信号进行极性转换后输出第一供电电压；

所述协议识别模块根据POE协议设置用电功率，将第一供电电压转换为第二供电电压并输出给升压稳压电路。

3.根据权利要求2所述的POE供电的POE交换机，其特征在于，所述输入模块包括输入接口和第一电容；

所述输入接口的第1脚、第2脚、第3脚、第4脚、第5脚、第6脚、第7脚、第8脚均连接分离模块，还通过网线连接上级的POE设备；输入接口的第9脚接地，输入接口的第10脚和第11脚均连接交换机电路，输入接口的第12脚输入第一供电电压，输入接口的屏蔽外壳通过第一电容连接大地。

4.根据权利要求3所述的POE供电的POE交换机，其特征在于，所述分离模块包括分离芯片、第二电容、第三电容、第四电容和第五电容；

所述分离芯片的第1脚、第4脚、第7脚和第10脚均连接转换保护模块；分离芯片的第2脚、第3脚、第5脚、第6脚、第8脚、第9脚、第11脚、第12脚与输入接口的第1脚、第2脚、第3脚、第6脚、第4脚、第5脚、第7脚、第8脚一对一连接；分离芯片的第13脚、第14脚、第16脚、第17脚、第19脚、第20脚、第22脚和第23脚均连接交换机电路；分离芯片的第24脚通过第二电容接地，分离芯片的第21脚通过第三电容接地，分离芯片的第18脚通过第四电容接地，分离芯片的第15脚通过第五电容接地。

5.根据权利要求4所述的POE供电的POE交换机，其特征在于，所述分离模块还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容和第十电容；

所述第一电阻的一端通过第六电容连接分离芯片的第1脚，第二电阻的一端通过第七电容连接分离芯片的第4脚，第三电阻的一端通过第八电容连接分离芯片的第7脚，第四电阻的一端通过第九电容连接分离芯片的第10脚，第一电阻的另一端、第二电阻的另一端、第三电阻的另一端和第四电阻的另一端相互连接并均连接第十电容的一端；第十电容的另一端连接大地。

6.根据权利要求4所述的POE供电的POE交换机，其特征在于，所述转换保护模块包括第一转换芯片、第二转换芯片、第三转换芯片、第四转换芯片、第一二极管、第二二极管、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻和第十二电阻；

所述第一转换芯片的S2脚连接第五电阻的一端和地，第一转换芯片的G2脚连接第五电阻的另一端和分离芯片的第4脚，第一转换芯片的S1脚连接第六电阻的一端和第一供电端，第一转换芯片的G1脚连接第六电阻的另一端和分离芯片的第4脚，第一转换芯片的D1脚和D2脚相互连接并均连接第一二极管的负极；所述第二转换芯片的S2脚连接第七电阻的一端和地，第二转换芯片的G2脚连接第七电阻的另一端和分离芯片的第1脚，第二转换芯片的S1脚连接第八电阻的一端和第一供电端，第二转换芯片的G1脚连接第八电阻的另一端和分离芯片的第1脚，第二转换芯片的D1脚和D2脚相互连接并均连接第一二极管的正极；所述第三转换芯片的S2脚连接第九电阻的一端和地，第三转换芯片的G2脚连接第九电阻的另一端和分离芯片的第7脚，第三转换芯片的S1脚连接第十电阻的一端和第一供电端，第三转换芯片的G1脚连接第十电阻的另一端和分离芯片的第7脚，第三转换芯片的D1脚和D2脚相互连接并均连接第二二极管的负极；所述第四转换芯片的S2脚连接第十一电阻的一端和地，第四转换芯片的G2脚连接第十一电阻的另一端和分离芯片的第10脚，第四转换芯片的S1脚连接第十二电阻的一端和第一供电端，第四转换芯片的G1脚连接第十二电阻的另一端和分离芯片的第4脚，第四转换芯片的D1脚和D2脚相互连接并均连接第一二极管的正极。

7.根据权利要求6所述的POE供电的POE交换机，其特征在于，所述协议识别模块包括第一开关管、控制器、第十一电容、第十二电容、第二十一电阻、第二十二电阻和第二十三电阻；

所述控制器的第1脚、第5脚和第11脚均接地；控制器的第3脚通过第二十二电阻接地，控制器的第4脚通过第二十三电阻接地，控制器的第8脚连接第二供电端，控制器的第9脚连接第二十一电阻的一端和第一开关管的栅极，第二十一电阻的另一端通过第十一电容接地，第一开关管的源极连接第二供电端；控制器的第10脚连接第一开关管的漏极、第十二电容的一端和第一供电端；第十二电容的另一端接地。

8.根据权利要求7所述的POE供电的POE交换机，其特征在于，所述升压稳压电路包括光耦、第二开关管、升压芯片、电感、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第二十四电阻、第二十五电阻和第二十六电阻；

所述光耦的第1脚连接第二十四电阻的一端和地，光耦的第2脚连接第二十四电阻的另一端和第四二极管的正极，光耦的第3脚连接第三二极管的正极，光耦的第4脚连接第三供电端；第三二极管的负极连接第四二极管的负极、第二供电端和电感的一端；电感的另一端连接第二开关管的漏极和第五二极管的正极，第二开关管的源极连接升压芯片的VCS脚，第二开关管的栅极连接升压芯片的DRV脚；升压芯片的VDD脚连接升压芯片的EN脚和第三供电端，升压芯片的ROSC脚和GND脚均接地，升压芯片的VFB脚连接第二十五电阻的一端和第二十六电阻的一端，第二十五电阻的另一端接地；第二十六电阻的另一端连接第五二极管的负极、交换机电路和PSE电路。

9.根据权利要求8所述的POE供电的POE交换机，其特征在于，所述升压稳压电路还包括第二十七电阻、第二十八电阻、第二十九电阻和第三十电阻；

所述第二十七电阻的一端连接第三二极管的正极，第二十七电阻的另一端连接光耦的第3脚，第二十八电阻的一端连接第四二极管的正极，第二十八电阻的另一端连接光耦的第2脚，第二十九电阻连接在升压芯片的第4脚与地之间，第三十电阻连接在第二开关管的第3脚与地之间。

10.根据权利要求8所述的POE供电的POE交换机，其特征在于，所述升压稳压电路还包括第十三电容、第十四电容和第十五电容；

所述第十三电容的一端连接电感的一端和第四二极管的负极，第十四电容的一端连接升压芯片的VDD脚和第3脚，第十五电容的一端连接第五二极管的负极，第十三电容的另一端、第十四电容的另一端和第十五电容的另一端均接地。

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