RU2691218C2

RU2691218C2 - Передача питания через питаемое устройство

Info

Publication number: RU2691218C2
Application number: RU2017107192A
Authority: RU
Inventors: Харальд Йозеф Гюнтер РАДЕРМАХЕР; Маттиас ВЕНДТ; ГОР Дейв Виллем ВАН; Леннарт ИСЕБОДТ
Original assignee: Филипс Лайтинг Холдинг Б.В.
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2019-06-11
Also published as: CN107078911B; US20170237580A1; CN107078911A; PL3178196T3; EP3178196B1; RU2017107192A3; EP3178196A1; RU2017107192A; JP6295373B2; US10122545B2; WO2016020122A1; ES2657850T3; JP2017532931A

Abstract

Изобретение относится к области электросвязи. Технический результат заключается в способности питаемого устройства избегать возникновения разрушительного сверхтока за счет того, что питаемые устройства активируются одно за другим. Питаемое устройство для использования в сети питания по Ethernet, где питание подается через сетевые соединения, содержит первый порт, второй порт и блок коммутации питания, выполненный с возможностью разрешения передачи питания через упомянутый второй порт в первом режиме и отключения передачи питания через упомянутый второй порт во втором режиме. Питаемое устройство выполнено с возможностью обнаружения того, принимает ли первый порт питание непосредственно от питающего оборудования сети питания по Ethernet или через второе питаемое устройство на основе того, принимает ли упомянутый первый порт питание без предварительного согласования. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к питаемому устройству, сетевой системе питания по Ethernet, способу передачи питания через питаемое устройство и компьютерному программному продукту.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Питание по сети Ethernet (PoE) является стандартом подачи питания на съемное оборудование передачи данных и периферийные устройства (типа маршрутизаторов, переключателей, принтерных спулеров и т.д.) через одно и то же проводное или сетевое соединение, которое уже используется для подсоединения упомянутых устройств к сети Ethernet. В настоящее время обсуждается, каким образом использовать один и тот же стандарт для всех видов маломощных нагрузок, таких как, например, осветительное оборудование (датчики, переключатели, источники света и т.д.) или развлекательная домашняя техника типа активных громкоговорителей, интернет-радио, DVD плеера, приставки абонентского телевидения и даже телевизора. В настоящее время реальная стандартизация в IEEE 802.3 переходит к поддержке уровней питания вплоть до 100 Вт на каждое соединение типа Cat5/6.

Одной из развивающихся областей для применения PoE являются системы освещения. В новом поколении ламп на основе светоизлучающих диодов (LED) используется централизованная подача питания, обеспечиваемая на основе PoE в сетевой инфраструктуре. Вдобавок, использование дешевых сетевых кабелей сокращает затраты на монтажные работы с учетом внутренней безопасности (присущей маломощному питанию на постоянном токе), а независимость от полярности уменьшает ошибки монтажа, которые, если они появились в ходе монтажа, можно немедленно идентифицировать, поскольку питание не обязательно отключать, как это требуется в известных осветительных установках, непосредственно подсоединенных к электрической сети. Как правило, устройствами, представляющими собой нагрузку, являются источники света. Однако, используя питание PoE, также можно обеспечить питание и других устройств, например, датчиков или пользовательских интерфейсных устройств (переключатели, панели управления).

Так как системы питания на основе PoE для распределения питания внутри зданий попали в поле зрения промышленности, для некоторых конкретных аспектов использования этих сетей необходимо найти технические решения, чтобы получить широко используемые сети питания на постоянном токе (так называемые «электрические сети постоянного тока»). Когда был введен стандарт PoE для подачи питания на отдельно стоящие сетевые устройства, такие как маршрутизаторы, переключатели, принтерные спулеры и т.д., стала возможной замена малогабаритных источников питания с разъемом электропитания, учитывая, что нагрузки изначально предполагаемые для использования, по большей части уже оборудованы средствами связи и обработки.

На фиг. 1А показано типовое соединение стандартной системы PoE, содержащей питающее оборудование, PSE, 1, и одну PoE нагрузку 20, которую обычно называют питаемым устройством, PD. Соединение может быть реализовано посредством так называемого соединительного кабеля 14 между одним из множества выходных гнезд или портов 12, 13 оборудования PSE 1 и входным гнездом или портом 21 устройства PD 20. В PoE системах, как правило, источники 11, 24 питания и соединения для передачи данных для функций 19, 25 обработки данных совместно используют один и тот же соединительный кабель 14. В системах с множеством нагрузок каждая нагрузка подсоединена к отдельному порту из множества выходных портов, состоящего из портов с первого (P1) 12 по n-й (Pn) 13 оборудования PSE 1, в то время как PSE администратор 18 отвечает за правильную подачу питания. Так, каждая нагрузка, например, PD 2 отдельно указывает, насколько она подходит для получения питания через соединение Ethernet, и отдельно согласовывает наличие требуемой мощности с оборудованием PSE 1. Для этого требуется, чтобы в каждой нагрузке (то есть, PD 20) имелся контроллер 23 питаемого устройства. На стороне PSE контроллер 18 управления PSE управляет упомянутыми согласованиями на всех портах.

Однако в новой прикладной области, относящейся к осветительным системам или системам с подобными нагрузками (часто с очень маленькими нагрузками и низкими требованиями к локальным вычислениям и к связи) иногда дополнительные издержки на передачу данных и обработку в сравнении со сложностью нагрузки являются неприемлемыми. Кроме того, другим недостатком PoE является исключительно звездообразная сетевая топология, в то время как осветительные системы часто подсоединяются последовательно (то есть, используется гирляндное подключение). Из-за этого реализация PoE с звездообразной топологией в такого рода системах, как правило, с последовательно подключаемой нагрузкой, приводит к возрастанию общей длины кабелей и утолщению кабельных пучков по сравнению с реализациями, где используется действительно последовательное подключение.

На фиг. 1В показана стандартная осветительная PoE система 100 с PoE переключателем 110 (с питанием через соединение 111 с электросетью) и несколькими осветительными устройствами 132, 133, 134, 135, подсоединенными к нему посредством Ethernet соединений 121,…,125. Типовое осветительное устройство 132, 133, 134, 135 в стандартной осветительной PoE системе 100 содержит осветительные модули (такие как, например, LЕD), генерирующие свет, и электронную секцию, управляющую током светодиодов LED. Осветительное устройство кроме того содержит интерфейс (в качестве примера показанный ссылочной позицией 135а для осветительного устройства 135) с PoE соединением для согласования и адаптации напряжения.

В US 2006/100799 А1 раскрыт способ и устройство для организации взаимосвязи электропитания через кабель передачи данных между первым сетевым устройством, действующим в качестве питающего оборудования, для подачи питания через кабель передачи данных на второе питаемое устройство и третье питаемое устройство. Согласно одному аспекту изобретения питаемое устройство (устройства) и упомянутое третье устройство получают питание (по меньшей мере частично) от PSE с использованием питания через кабель передачи данных по меньшей мере от одного порта (который может содержать более одного PSE), причем они получают питание по одному или нескольким комплектам кабелей.

В EP2228943 A1 раскрыто сетевое устройство, например, для кольцевой сети, где имеется блок управления, переключающий порты питания, которые не получают питание, на состояние отключения получения питания, когда питание получают от портов питания.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является реализация более простых устройств, систем и способов питания PoE для системы с последовательной нагрузкой при сниженных требованиях к соединениям.

Согласно первому аспекту изобретения обеспечено питаемое устройство для использования в сети питания по Ethernet, где питание подается через сетевые соединения, причем упомянутое питаемое устройство содержит: первый порт, второй порт и блок коммутации питания, выполненный с возможностью разрешать передачу питания через упомянутый второй порт в первом режиме, и отключать передачу питания через упомянутый второй порт во втором режиме.

В настоящем изобретении предлагается оборудовать по меньшей мере один узел двумя Ethernet-розетками. В одном варианте осуществления имеется одна входная розетка и одна выходная розетка. В другом варианте осуществления обе розетки могут действовать в качестве либо входной розетки, либо выходной розетки, так что направление разводки не имеет значения. Конечно, возможны оба варианта осуществления. Предложенная цепная конфигурация или так называемое гирляндное подключение приводит к сокращению общей длины кабелей и средней толщины кабельного пучка. Предложенное схемное решение отдает предпочтение удовлетворению условий правил согласования, используемых для упомянутой PoE системы. Предложенное схемное решение кроме того отдает предпочтение передаче питания на выходной порт. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает систему с интеллектуальным цепным PoE подключением. Кабельные соединения предпочтительно позволяют выстраивать цепи, в которых, например, датчики подсоединяются проводами к цепи с соответствующими светильниками. Информация о последовательности цепного подключения предпочтительно используется для пусконаладочных работ, передачи питания и внешнего управления питанием. Система предпочтительно содержит питаемое устройство по меньшей мере с двумя интерфейсными соединениями (например, гнезда RJ45), содержащее PD интерфейс (например, реализованный с помощью интегральной микросхемы PD контроллера), детектор для обнаружения состояния питания PD и элементы коммутации питания для передачи сигнала питания, полученного на одном интерфейсе (таком как, например, входной порт) на другой интерфейс (такой как, например, выходной порт). Предпочтительно, чтобы передача активировалась в зависимости от обнаруженного состояния питания данного PD.

В предпочтительном варианте осуществления упомянутый блок коммутации питания выполнен с возможностью разрешения передачи питания только после того, как упомянутое питаемое устройство получает полное питание. Благодаря тому, что передача питания разрешается только после того, как питаемое устройство получило полное питание, упомянутый предпочтительный вариант осуществления обеспечивает более надежную PoE среду. То есть, из-за задержки на каждой ступени питаемые устройства активируются одно за другим, что позволяет избежать возникновения разрушительного сверхтока для множества устройств.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления упомянутое питаемое устройство выполнено с возможностью обнаружения того, получает ли первый порт питание от второго питаемого устройства, на основе того, получает ли первый порт питание без предшествующего согласования питания. В еще одном предпочтительном варианте осуществления упомянутое питаемое устройство выполнено с возможностью увеличения своего энергопотребления со скоростью нарастания меньшей или равной предварительно заданной максимальной скорости нарастания, если упомянутое питаемое устройство обнаруживает, что первый порт получает питание от второго питаемого устройства. Первое питаемое устройство, скомпонованное дальше по цепи от второго питаемого устройства (то есть, первое питаемое устройство подсоединено к питающему оборудованию упомянутой сети Power-over-Ethernet не напрямую, а только через второе питаемое устройство), предпочтительно способно обнаруживать, что оно включено в цепь, поскольку упомянутое первое питаемое устройство получает питание без предшествующего согласования. Эта информация полезна, поскольку первое питаемое устройство может таким образом плавно увеличить энергопотребление, предпочтительно малыми шагами, с тем чтобы избежать подачи избыточного питания на питаемое устройство. Тем самым система последовательно обеспечивает питание эффективным образом с первого устройства, непосредственно подсоединенного к питающему оборудованию. Согласно еще одной опции блок коммутации питания может быть адаптирован для деактивирования выходного порта, если он определяет, что оставшейся мощности недостаточно. Это гарантирует обеспечение достаточного питания для последующих нагрузочных устройств.

В следующем предпочтительном варианте осуществления упомянутые первый и второй порты содержат каждый по меньшей мере один разъем RJ45. Выбор в качестве портов разъемов RJ45 однозначно указывает, что питание подается через разъемы RJ45, а не через какие-либо другие интерфейсные средства.

В другом предпочтительном варианте осуществления упомянутый первый порт выполнен с возможностью получения питания от питающего оборудования или от предшествующего PD с аналогичными функциональными возможностями, где упомянутый второй порт выполнен с возможностью подачи питания на последующее питаемое устройство для использования в упомянутой сети питания PoE. Путем конфигурирования упомянутого первого порта для получения питания от PSE или от предшествующего PD с аналогичными функциональными возможностями и путем конфигурирования упомянутого второго порта для подачи питания на последующее питаемое устройство в PoE сети, реализуется PoE сеть с гирляндным подключением. Следствием этого, как упоминалось выше, является уменьшение необходимого количества кабелей.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления упомянутое питаемое устройство выполнено с возможностью удовлетворения правил согласования, используемых для упомянутой сети питания по Ethernet. Благодаря конфигурированию питаемого устройства, обеспечивающему удовлетворение правил согласования PoE сети, таких как, например, стандарты IEEE 802.3af и IEEE 802.3at, питаемое устройство согласно данному предпочтительному варианту осуществления изобретения становится совместимым с установленными сетями, совместимыми с упомянутыми стандартами.

В следующем предпочтительном варианте осуществления упомянутое питаемое устройство содержит блок управления питаемым устройством в интегральном исполнении. Упомянутый блок управления питаемым устройством может отслеживать согласование, классификацию и/или текущее ограничение. Упомянутые функциональные возможности можно также обеспечить дискретными компонентами и/или стандартными интегральными схемами (такими как, например, операционные усилители, цифровые логические интегральные схемы и т.д.). В частности, блок управления питаемым устройство может представлять собой микросхему контроллера.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления упомянутое питаемое устройство содержит блок коммутации с переключением T типа. Переключатель T типа действует при передаче данных, позволяя первому и второму PD (и далее приемнику или источнику Ethernet данных) совместно использовать соединение для передачи данных в восходящем направлении. «T-переключатель» иногда также называется «3-портовым переключателем». Он позволяет раздвоить одно соединение для передачи данных и разрешить передачу данных через одно соединение. Следовательно, такую разводку можно графически представить буквой «Т».

В следующем предпочтительном варианте осуществления упомянутый первый порт выполнен с возможностью получения питания через четыре пары кабеля из группы, содержащей кабели категории 5 и кабели категории 6. Благодаря конфигурированию первого порта для получения питания через четыре пары кабеля из группы, содержащей кабели категории 5 и кабели категории 6, настоящий вариант осуществления обеспечивает однонаправленное техническое решение, где первый порт соответствует входному порту, а второй порт соответствует выходному порту.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления упомянутое питаемое устройство содержит первый и второй блоки шунтирования питания, где упомянутый первый блок шунтирования питания является пассивным, и где упомянутый второй блок шунтирования питания содержит упомянутый блок коммутации питания. Благодаря наличию упомянутого первого пассивного блока шунтирования питания и второго блока шунтирования питания, содержащего упомянутый блок коммутации питания, все еще можно обеспечить управление питанием последующего PD, но при этом потребуется только один переключатель. В действительности, поскольку требуется коммутация по меньшей мере одного сигнала, необходимо иметь по меньшей мере один переключатель. Естественно, также возможна коммутация обоих сигналов.

В следующем предпочтительном варианте осуществления упомянутый первый порт выполнен с возможностью получения питания через две пары кабеля из группы, содержащей кабели категории 5 и кабели категории 6, и где упомянутый второй порт выполнен с возможностью получения питания через две пары кабеля Ethernet. В другом предпочтительном варианте осуществления упомянутое питаемое устройство содержит первый и второй блоки шунтирования питания, где упомянутый первый блок шунтирования питания содержит упомянутый блок коммутации питания, и где упомянутый второй блок шунтирования питания содержит второй блок коммутации питания.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления упомянутый блок коммутации питания содержит однополюсный однопозиционный релейный блок и/или двухполюсный однопозиционный релейный блок, и/или где упомянутый блок коммутации питания содержит твердотельный переключатель и/или где упомянутый твердотельный переключатель содержит MOSFET. Для управления этими коммутационными элементами можно использовать средства смещения уровня или средства развязки, такие как оптопары, импульсные трансформаторы или емкостную связь.

Согласно второму аспекту изобретения обеспечена сетевая система питания по Ethernet, где питание подается через сетевые соединения, причем упомянутая сетевая система питания по Ethernet содержит: питающее оборудование, первое и второе питаемые устройства, где упомянутые первое и второе питаемые устройства являются питаемыми устройствами согласно первому аспекту, где выход упомянутого питающего оборудования подсоединен к упомянутому первому порту упомянутого первого питаемого устройства, и где упомянутый второй порт упомянутого первого питаемого устройства подсоединен к упомянутому первому порту упомянутого второго питаемого устройства.

В предпочтительном варианте осуществления упомянутая сетевая система питания по Ethernet содержит детектор для обнаружения состояния питания первого питаемого устройства.

В следующем предпочтительном варианте осуществления упомянутое первое питаемое устройство выполнено с возможностью передачи питания на второе питаемое устройство в зависимости от упомянутого состояния питания.

Согласно третьему аспекту изобретения обеспечен способ передачи питания через питаемое устройство в сети питания по Ethernet, где питание подается через сетевые соединения, причем упомянутый способ содержит: получение питания через первый порт упомянутого питаемого устройства в первом режиме, позволяющем передать питание через второй порт упомянутого питаемого устройства, а во втором режиме, не разрешающем передачу питания через упомянутый второй порт.

Согласно четвертому аспекту изобретения обеспечен компьютерный программный продукт, содержащий кодовое средство для выполнения шагов способа согласно третьему аспекту, при его выполнении на компьютерном устройстве.

Следует понимать, что питаемые устройства по пункту 1, сетевая система питания по Ethernet по пункту 11, способ передачи питания через питаемое устройство по пункту 14 и компьютерный программный продукт по пункту 15 имеют подобные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, определенные в зависимых пунктах формулы изобретения.

Следует понимать, что предпочтительный вариант осуществления изобретения также может представлять собой любую комбинацию из зависимых пунктов формулы изобретения или вышеописанных вариантов осуществления в соответствии с независимым пунктом формулы изобретения.

Эти и другие аспекты изобретения будут выявлены и разъяснены со ссылками на варианты осуществления, описанные далее.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На нижеследующих чертежах:

Фиг. 1А - типовые соединения стандартной PoE системы;

Фиг. 1В - стандартная осветительная система с PoE;

Фиг. 2 - вариант осуществления осветительной системы с PoE;

Фиг. 3 - вариант осуществления системы, содержащей однонаправленную коммутируемую шину питания;

Фиг. 4 - результаты моделирования сигналов напряжения, иллюстрирующие функционирование системы по фиг. 3;

Фиг. 5 - другой вариант осуществления системы с альтернативной двунаправленной маршрутизацией питания;

Фиг. 6 - вариант осуществления твердотельного блока коммутации питания с емкостной связью;

Фиг. 7 - вариант осуществления внутреннего детектора питания и устройства емкостной связи; и

Фиг. 8 - вариант осуществления способа передачи питания через питаемое устройство.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предлагается оборудовать по меньшей мере один узел двумя Ethernet розетками. (Очевидно, что для конечного узла цепи два порта не требуются) Одна розетка предпочтительно действует как входной порт. Другая розетка предпочтительно действует как выходной порт. Предложенное схемное решение предпочтительно отслеживает соблюдение условий согласования, используемых для PoE системы. Предложенное схемное решение кроме того предпочтительно отслеживает передачу питания на выходной порт.

На фиг. 2 показана общая структура варианта осуществления настоящего изобретения. А именно, здесь показана система 200 с интеллектуальным формированием цепи на основе PoE.

Необходимые кабельные соединения 221, 221а, 221b, 222, 222а, 222b позволяют построить цепи, где, например, датчики 241, 242 соединены в цепь с осветительными приборами 231а, 231b и 232а, 232b соответственно. Информацию о последовательности устройств в цепи предпочтительно используют для пусконаладочных работ.

Система 200 предпочтительно содержит питаемое устройство PD 231a по меньшей мере с двумя интерфейсными соединениями (такими как, например, разъемы RJ45), подсоединенными к линиям 221 и 221а. Устройство PD 231а предпочтительно содержит PD интерфейс 251а (который может быть реализован, например, с использованием интегральной микросхемы PD контроллера). Система 200 кроме того содержит детекторы, такие как, например, измерительные узлы 241, 242 для обнаружения состояния питания устройств PD 231а, 231b и 232а, 232b соответственно, и элементы коммутации питания для передачи сигнала питания, полученного на одном интерфейсном соединении (таком как, например, входной порт) на другое интерфейсное соединение (такое как, например, выходной порт), где упомянутая передача активируется в зависимости от обнаруженного состояния питания PD устройств 231а, 231b, 232а, 232b.

Примерный вариант осуществления сетевой системы 300 с PoE и гирляндным подключением показан на фиг. 3. На фиг. 3 представлена система 300, содержащая однонаправленную коммутируемую шину питания, где направление потока энергии указано стрелкой 301. Другими словами, система 300 требует использования фиксированной последовательности монтажа. Функциональные возможности и функционирование системы 300 описывается ниже вместе с формами сигналов исходя из результата моделирования, показанного на фиг. 4.

Питаемое устройство 331а предпочтительно содержит T-переключатель 360а (а именно, переключатель данных, который управляет потоком данных по трем портам, где один из них является первым портом питаемого устройства, другой является вторым портом питаемого устройства, а третий является приемником и источником внутренних данных питаемого устройства) для оперирования потоком данных. Однако, что касается аспекта передачи питания, T-переключатель 360а не является обязательным. Другими словами, T-переключатель 260а является опционным. В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, ссылочная позиция 380а дополнительно указывает, что PD 331а содержит один пассивный блок шунтирования (показанный сплошной линией) и один коммутируемый блок шунтирования (показанный пунктирной линией).

Устройство PD 331а получает питание через все четыре пары линии 321 с одной стороны (то есть, с входной стороны) устройства PD 331а. Устройство PD 331а предпочтительно содержит интерфейс PoE питания, выполненный на двух полномостовых выпрямителях 371а, 372а, получающих входное напряжение через внутренние линии 390а. Выпрямленное выходное напряжение подается на микросхему 340а PD контроллера. Микросхема 340а PD контроллера представляет собой пример интегральной схемы, обеспечивающей блок управления питаемым устройством. Микросхема 340а PD контроллера, являющаяся нагрузкой выпрямленного выходного напряжения, выполняет операции обнаружения и классификации в соответствии с стандартом PoE. Микросхема 340а PD контроллера предпочтительно по меньшей мере один раз согласовывает класс максимально возможного питания. Предпочтительно, чтобы согласование класса максимально возможного питания выполнялось независимо от собственного энергопотребления устройства PD 331а. Обнаружение и классификация показаны на участках Е и D по фиг. 4. Выходное напряжение оборудования PSE 310, поступающее на линию 321, показано на участке E по фиг. 4. На участке D по фиг. 4 показано выпрямленное входное напряжение, поступающее из линии 321, а также напряжение 390а внутренней нагрузки (на выходе микросхемы 340а PD контроллера), подаваемое на возбудитель LED устройства PD 331а. Во время выполнения согласования и классификации напряжение 390а внутренней нагрузки сначала равно нулю, а затем нарастает. В процессе работы оно представляет собой выпрямленное входное напряжение минус падение напряжения на переключателе в микросхеме 340а PD контроллера. На фиг. 4 в целях упрощения выходное напряжение оборудования 310, поступающее на линию 321 и показанное на участке Е по фиг. 4, и выпрямленное входное напряжение с линии 321, показанное на участке D по фиг. 4, обозначены оба одной и той же ссылочной позицией «321». В действительности, оба этих сигнала тесно связаны, но не обязательно одинаковы. То есть, упомянутому выпрямленному входному напряжению соответствует выходное напряжение оборудования PSE 310 минус падение напряжения на кабеле, трансформаторе и выпрямительном блоке 372. После активации устройством PD 331а внутреннего источника питания микросхема 340а PD контроллера определяет правильность подсоединения к PSE 310 через линию 321. Предпочтительно, чтобы микросхема 340а PD контроллера сгенерировала сигнал «питание в норме». Затем блок 350а коммутации питания в PD 331а переходит в замкнутое состояние. Замыкание блока 350а коммутации питания приводит к передаче входного напряжения с линии 321 на второе интерфейсное соединение (такое как, например, выходной порт), подсоединенное к линии 321а, как показано на участке С по фиг. 4.

Напряжение, передаваемое через выходной порт устройства PD 331а на линию 321а, поступает на следующее по ходу питаемое устройство 331b, как показано пунктирной кривой 321а на участке В по фиг. 4. Элементы 3xxb устройства PD 331b соответствуют аналогично пронумерованным элементам 3xxa устройства PD 331а. Пропуск устройством PD 331b цикла обнаружения и классификации может запустить активацию его собственного источника питания, как показано сплошной кривой 390b на участке В по фиг. 4.

Далее определяют, каково состояние питания устройства PD 331b, то есть, подсоединено ли оно к PSE 310. Из-за пропуска цикла согласования и классификации можно обнаружить наличие этого подсоединения через PD 331a. Вслед за этим PD 331b может переслать полученный входной сигнал на свое второе интерфейсное соединение (например, на свой выходной порт) через линию 321b, как показано на участке А по фиг. 4 в виде сигнала 321b. Далее здесь могут быть подсоединены нагрузки, действия которых соответствуют упомянутым первой и второй нагрузкам (то есть, PD 331a и PD 331b).

Это техническое решение поддерживает стандарты IEEE 802.3af и IEEE 802.3at только с основными парами цепного подсоединения. Когда блок 350а коммутации питания (такой как, например, передаточный вентиль) деактивирован, пока PD питания не установлено, соединенные в цепь устройства 331b c правой стороны, никогда не получат напряжения идентификации/согласования и, следовательно, не могут помешать выполнению процедуры идентификации/согласования.

Питаемые устройства в конечном счете имеют соответствующее входное напряжение, нарастающее вплоть до номинального напряжения PSE 310 и таким образом не учитывают согласование, а просто активируют выходное питание. Следовательно, остальная цепь действует аналогичным образом с очень малой задержкой, как только PD 331a завершил согласование и установил питание, передающееся посредством активации переключателя 350а. Из-за низкой, но существующей задержки на каждой стадии питаемые устройства 331b и т.д. активируются одно за другим. Поэтому удается избежать броска тока множества устройств.

Микросхемы 340а, 340b, … контроллера PD для элементов 331а, 331b, … цепи предпочтительно запрашивают максимальное питание при согласовании. В том случае, когда добавленные элементы реально потребляют больше разрешенной величины согласованного питания, оборудование PSE 310 снимет питание из-за обнаружения сверхтока. Таким образом, исключается возникновение опасной ситуации (такой как, например, перегрев кабелей).

Питаемое устройство 331b может обнаружить, что оно оказалось в цепи, поскольку оно получает питание без предварительного согласования. Это является полезной информацией для принятия решения о плавном нарастании энергопотребления устройства PD 331b.

К весьма полезным признакам относится хорошая совместимость, поскольку последним PD в цепи может быть любое совместимое PD, которое получает питание без предварительного согласования. Переключатель 350а для формирования цепи не обязательно может представлять собой передаточный вентиль. Причина этого заключается в том, что в системе 300 поток энергии питания является однонаправленным. Положение в цепи может быть определено, например, посредством сериализованных T-переключателей 360а, 360b. В частности, первый элемент цепи (такой как PD 331а в системе 300) может получать питание от обеих пар соединительного кабеля.

Ограничительные характеристики вышеописанного однонаправленного технического решения системы 300 связаны с проблемой, состоящей в том, что входные и выходные порты каждого элемента цепи (таких как, например, устройства 331а, 331b) должны быть правильно подсоединены. Кроме того, некоторые традиционные PD, которые согласовывают получение более низкого напряжения, могут столкнуться с полным уровнем напряжения, так как для этих элементов согласование вообще не предусмотрено.

Для снятия первого ограничения можно указать наладчику или пользователю, правильно ли установлено направление проводного соединения, например, с помощью оптических и/или акустических средств, сигнализирующих, что монтаж выполнен некорректно.

Второй вариант осуществления показан и описан на фиг. 5, где представлена система 500 с двунаправленной маршрутизацией питания, упомянутой стрелкой 501, который может называться «шина с коммутируемым питанием». Стрелка 501 подчеркивает двунаправленность потока энергии, которая позволяет вести последовательный монтаж гибким проводом.

В системе 500 входные и выходные порты можно использовать как взаимозаменяемые, что исключает ошибки при монтаже. Вдобавок, использование взаимозаменяемых входных и выходных портов дает возможность подавать питание на PD 531a с двух сторон через линии 521а₁ и 521а₂. Упомянутое техническое решение с двунаправленной коммутацией более подробно описано ниже.

Характеристики первого технического решения (то есть, с коммутируемой однонаправленной шиной) по существу сохраняются. Элементы 5хх системы 500 соответствуют элементам 3хх системы 300 с аналогичными номерами. Однако в техническом решении с двунаправленной коммутируемой шиной питание получают с любой стороны через линию 521а₁ или через линию 521а₂.

В системе 500 в качестве чисто проектного варианта используются два блока 550а₁ и 550а₂ коммутации питания в отличие от единственного блока 350а коммутации питания в системе 300. Таким образом, в варианте осуществления, показанном на фиг. 5, ссылочная позиция 580а указывает, что PD 531а содержит два блока шунтирования коммутируемого питания. Вдобавок заметим, что в системе 500 возможно наличие любого количества блоков коммутации питания от одного до четырех.

Заметим, что при использовании дополнительных выпрямительных мостов все четыре пары, IEEE 802.3if и IEEE 802.3at и основную/вспомогательную, можно использовать с любой стороны. То есть, как показано ссылочными позициями 590а₁ и 590а₂, питание может подводиться через две пары с каждой стороны PD 531a. Вдобавок, последним элементом цепи может быть любое PD, выполненное с возможностью получения несогласованного питания.

В отличие от первого варианта осуществления, в техническом решении с коммутируемой двунаправленной шиной два мостовых выпрямителя не предназначены для всех пар с одной стороны, а предназначены для «основных» пар с обеих сторон. Следовательно, питание может подводиться с любой стороны, что свидетельствует о том, что последовательность соединений не имеет значения. Операции обнаружения и переключения не отличаются от аналогичных операций, описанных со ссылками на фигуры 3 и 4.

Примерная реализация блоков 350а, 350b, 550а₁, 550а₂ показаны на фигурах 6 и 7. Эти блоки коммутации питания можно реализовать множеством путей. Например, можно использовать реле (такое как, например, однополюсное однопозиционное реле (SPST) или двухполюсное однопозиционное реле (DPST)).

В качестве другого примера можно использовать твердотельные переключатели. Далее описывается пример на основе MOSFET. В частности, можно использовать двунаправленный переключатель 650а на основе MOSFET, как показано на фиг. 6.

Поскольку полярность входного сигнала не гарантируется (из-за того, что Ethernet кабели могут представлять собой перекрестные кабели), может потребоваться переключение уровня сигнала активации. Переключение уровня может быть активировано, например, посредством использования оптопар, импульсных трансформаторов или элементов емкостной связи. Пример возбудителя 701 для емкостной связи представлен на фиг. 7. В то же время этот пример показывает, что используется сигнал с корректным уровнем, созданный контроллером 740 устройства PD. Контроллер 740 устройства PD является примером интегральной схемы, обеспечивающей блок управления питаемым устройством. А именно, сигнал «питание в норме» обеспечивается микросхемой 740а контроллера устройства PD. Этот сигнал используют для активации генератора на основе операционного усилителя U3. Выходной сигнал операционного усилителя U3 подается через конденсаторы С9 и С13 (смотри фиг. 6) на двунаправленный переключатель на основе MOSFET.

На фиг. 8 в качестве примера показан вариант осуществления способа 800 передачи питания через питаемое устройство 331а, 331b, 531а в сети питания по Ethernet, где питание подается через сетевые соединения 321, 321а, 321b, 521а₁, 521а₂. На первом шаге 810 питание получают через первый порт упомянутого питаемого устройства 331а, 331b, 531а. Далее в первом режиме способ 800 содержит шаг 820 разрешения передачи питания через второй порт упомянутого второго питаемого устройства 331а, 331b 531а. Однако во втором режиме способ 800 содержит шаг 830 отключения передачи питания через упомянутый второй порт.

Примером применения изобретения являются осветительные системы питания PoE, установленные в офисных зданиях. В частности, настоящее изобретение можно использовать для питания датчиков в окрестности осветительного прибора.

Специалисты в данной области техники могут предложить и реализовать другие возможные модификации раскрытых здесь вариантов осуществления при практическом воплощении заявленного изобретения на основе изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или шаги, а указание единственного числа не исключает множественного числа. Функции нескольких элементов, упомянутых в формуле изобретения, могут выполняться одним блоком или устройством. Тот факт, что некоторые средства упомянуты во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что нельзя с успехом использовать комбинацию этих средств.

Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический запоминающий носитель или твердотельный носитель, поставляемый вместе (или в качестве части) с другими аппаратными средствами, но также может распространяться в других формах, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.

Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не следует трактовать как ограничение объема изобретения.

Настоящее изобретение относится к питаемому устройству с двумя интерфейсными соединениями. Питаемое устройство содержит блоки коммутации питания для передачи сигнала данных, а также питания, полученного на входе, на выход. Передача питания может быть основана на обнаружении состояния питания устройства PD. В другом варианте осуществления входные/выходные порты питания по Ethernet функционируют двунаправленно, что позволяет пользователю осуществлять гирляндное подключение устройств в любом направлении. В качестве блоков коммутации питания могут быть использованы реле или твердотельные переключатели питания.

Claims

1. Питаемое устройство (331а, 331b, 531а) для использования в сети питания по Ethernet (Power-over-Ethernet), где питание подается через сетевые соединения, причем питаемое устройство (331а, 331b, 531а) содержит:

первый порт,

второй порт и

блок (350а, 350b, 550а₁, 550а₂) коммутации питания, выполненный с возможностью разрешения передачи питания через упомянутый второй порт в первом режиме и отключения передачи питания через упомянутый второй порт во втором режиме;

отличающееся тем, что упомянутое питаемое устройство (331а, 331b, 531а) выполнено с возможностью обнаружения того, принимает ли первый порт питание непосредственно от питающего оборудования (310) упомянутой сети питания по Ethernet или, в качестве альтернативы, через второе питаемое устройство (331а, 331b, 531а) на основе того, принимает ли упомянутый первый порт питание без предварительного согласования.

2. Питаемое устройство (331а, 331b, 531а) по п. 1, в котором упомянутый блок (350а, 350b, 550а₁, 550а₂) коммутации питания выполнен с возможностью разрешения передачи питания только после того, как упомянутое питаемое устройство (331а, 331b, 531а) получило питание.

3. Питаемое устройство (331а, 331b, 531а) по п. 1, причем упомянутое питаемое устройство (331а, 331b, 531а) выполнено с возможностью увеличения своего энергопотребления со скоростью нарастания, меньшей или равной предварительно заданной максимальной скорости нарастания, если упомянутое питаемое устройство (331а, 331b, 531а) обнаруживает, что первый порт принимает питание от второго питаемого устройства (331а, 331b, 531а).

4. Питаемое устройство (331а, 331b, 531а) по п. 1, в котором упомянутый первый порт выполнен с возможностью приема питания от питающего оборудования (310), причем упомянутый второй порт выполнен с возможностью передачи питания на последующее питаемое устройство (331а, 331b, 531а) для использования в упомянутой сети питания по Ethernet.

5. Питаемое устройство (331а, 331b, 531а) по п. 1, в котором упомянутый первый порт выполнен с возможностью приема питания через четыре пары кабеля из группы, содержащей кабели категории 5 и кабели категории 6.

6. Питаемое устройство (331а, 331b, 531а) по п. 1, причем упомянутое питаемое устройство (331а, 331b, 531а) содержит первый и второй блоки шунтирования питания, причем упомянутый первый блок шунтирования питания является пассивным, и причем упомянутый второй блок шунтирования питания содержит упомянутый блок (350а, 350b, 550а₁, 550а₂) коммутации питания.

7. Питаемое устройство (331а, 331b, 531а) по п. 1, в котором упомянутый первый порт выполнен с возможностью приема питания через две пары кабеля из группы, содержащей кабели категории 5 и кабели категории 6, и причем упомянутый второй порт выполнен с возможностью приема питания через две пары Ethernet кабеля.

8. Питаемое устройство (331а, 331b, 531а) по п. 1, причем упомянутое питаемое устройство (331а, 331b, 531а) содержит первый и второй блоки шунтирования питания, причем упомянутый первый блок шунтирования питания содержит блок (350а, 350b, 550а₁, 550а₂) коммутации питания, и причем упомянутый второй блок шунтирования питания содержит второй блок (350а, 350b, 550а₁, 550а₂) коммутации питания.

9. Питаемое устройство (331а, 331b, 531а) по п. 1,

в котором упомянутый блок (350а, 350b, 550а₁, 550а₂) коммутации питания содержит однополюсный однопозиционный релейный блок и/или двухполюсный однопозиционный релейный блок, и/или

при этом упомянутый блок (350а, 350b, 550а₁, 550а₂) коммутации питания содержит твердотельный переключатель, и/или

при этом упомянутый твердотельный переключатель содержит MOSFET (650а).

10. Сетевая система (300, 500) питания по Ethernet, где питание подается через сетевые соединения (321, 321а, 321b, 521а₁, 521а₂), причем упомянутая сетевая система (300, 500) питания по Ethernet содержит:

питающее оборудование (310);

первое и второе питаемые устройства (331а, 331b, 531а), причем упомянутые первое и второе питаемые устройства (331а, 331b, 531а) являются питаемыми устройствами по п. 1,

причем выход упомянутого питающего оборудования (310) связан с упомянутым первым портом упомянутого первого питаемого устройства (331а, 331b, 531а), и при этом упомянутый второй порт упомянутого первого питаемого устройства (331а, 331b, 531а) связан с упомянутым первым портом упомянутого второго питаемого устройства (331а, 331b, 531а).

11. Сетевая система (300, 500) питания по Ethernet по п. 10, в которой сетевая система (300, 500) питания по Ethernet содержит детектор (242, 701) для обнаружения состояния питания упомянутого первого питаемого устройства (331а, 331b, 531а).

12. Сетевая система питания по Ethernet по п. 11, в которой упомянутое первое питаемое устройство (331а, 331b, 531а) выполнено с возможностью передачи питания на упомянутое второе питаемое устройство (331а, 331b, 531а) на основе упомянутого состояния питания.

13. Способ (800) передачи питания через питаемое устройство (331а, 331b, 531а) в сети питания по Ethernet, где питание подается через сетевые соединения (321, 321а, 321b, 521а₁, 521а₂), причем способ (800) содержит:

прием (810) питания через первый порт упомянутого питаемого устройства (331а, 331b, 531а),

обнаружение того, принимает ли первый порт питание непосредственно от питающего оборудования упомянутой сети питания по Ethernet или, в качестве альтернативы, через дополнительное питаемое устройство на основе того, принимает ли первый порт питание без предварительного согласования,

в первом режиме, разрешение (820) передачи питания через второй порт упомянутого питаемого устройства (331а, 331b, 531а); и

во втором режиме, отключение (830) передачи питания через упомянутый второй порт упомянутого питаемого устройства.

14. Запоминающий носитель, содержащий кодовое средство для выполнения этапов по п. 13 при его выполнении на компьютерном устройстве.