TW201935886A

TW201935886A - 用於支援一乙太網路供電的一受電端設備的監測電路

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Publication number: TW201935886A
Application number: TW107104947A
Authority: TW
Inventors: 黃仕全; 陳一銘
Original assignee: 緯創資通股份有限公司
Priority date: 2018-02-12
Filing date: 2018-02-12
Publication date: 2019-09-01
Also published as: CN110166259B; TWI666894B; CN110166259A; US10514737B2; US20190250683A1

Abstract

一種同時支援乙太網路供電（Power over Ethernet，PoE）及直流供電的一受電端設備，包含有：一直流供電電路，用來透過一電源供應器來提供該受電端設備所需電力；一乙太網路供電電路，用來透過一供電端設備（Power Source Equipment，PSE）提供該受電端設備所需電力；以及一監測電路，連接該直流供電電路及該乙太網路供電電路，用來切換由該直流供電電路或該乙太網路供電電路輸出一系統電力給該受電端設備，該監測電路包含有複數個場效電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）及複數個雙極性接面電晶體（bipolar junction transistor，BJT）的至少其中之一。

Description

用於支援一乙太網路供電的一受電端設備的監測電路

本發明係指一種同時支援乙太網路供電及直流供電的一受電端設備，尤指一種透過監測電路來切換乙太網路供電及直流供電的受電端設備。

乙太網路供電（Power over Ethernet，PoE）指的是在現有的乙太網路佈線基礎架構下，在傳輸資料信號至終端設備（如網際協議電話（Voice over IP phone，VoIP phone）、無線網路存取點、網路攝像機等）的同時，還能為此類設備提供直流供電的技術。IEEE 802.3af標準是乙太網路供電系統的新標準，係在IEEE 802.3的基礎上增加了網路線直接供電的相關標準，是現有乙太網路標準的擴展，也是第一個關於電源分配的國際標準。

根據IEEE 802.3af標準，一個完整的乙太網路供電系統包括供電端設備（Power Sourcing Equipment，PSE）和受電端設備（Powered Device，PD）兩部分。供電端設備用來供電給受電端設備，受電端設備可由網路連接埠（如RJ45）獲取電力。

申請人注意到目前網際協議電話的電力來源大多受限於供電端設備供給的功率15.4W，即乙太網路供電標準IEEE 802.3af所規範供電端設備每一層級所能提供的最大功率。因此，使用者可能會因為乙太網路供電設備的功率限制而不能連接更多的擴充設備在電話端時，此時網際協議電話會需要透過另一電源端（即直流供電）來提供更高的功率，以連結更多的擴充設備。然而，目前網際協議電話在使用兩種電源（網路連接埠及直流電源連接埠）的情況下，會遭遇到系統不知是何種電源存在，以及系統是如何擇其一作為供電來源，造成無法切換來源電源的問題。

傳統的解決方式是用兩顆二極體做為兩種電源的隔離，抑或使用微控制器（Microcontroller Unit，MCU）的方式做兩種電源的切換。詳細來說，使用兩個二極體做為電源開關，其優點是價格便宜還可以防止電源回灌（即逆向偏壓）造成源頭受損，但缺點是二極體自身有著順向電壓的電壓損耗，當電流越大時，順向電壓也跟著越高，這會讓後端的電壓隨著電流的高低而有所變化，並且會讓效率低落。另一方面，若使用微控制器做為電源開關，其優點是可以準確切換所需要的來源電源，但缺點需要增加微控制器周邊線路與價格，且在人力方面需要有人負責編寫修改軟體做應用控制。

本發明揭露一種同時支援乙太網路供電及直流供電的一受電端設備，包含有：一直流供電電路，用來透過一電源供應器來提供該受電端設備所需電力；一乙太網路供電電路，用來透過一供電端設備提供該受電端設備所需電力；以及一監測電路，連接該直流供電電路及該乙太網路供電電路，用來切換由該直流供電電路或該乙太網路供電電路輸出一系統電力給該受電端設備，該監測電路包含有複數個場效電晶體及複數個雙極性接面電晶體的至少其中之一。

本發明另揭露一種同時支援乙太網路供電及直流供電的一受電端設備，包含有：一直流供電電路，用來透過一電源供應器來提供該受電端設備的所需電力；一乙太網路供電電路（Power over Ethernet，PoE），用來透過一電源供應設備（Power Source Equipment，PSE）提供該受電端設備的所需電力；以及一監測電路，連接該直流供電電路及該乙太網路供電電路，其包含有一比較器及一負載開關，其中該比較器用來根據該直流供電電路及該乙太網路供電電路的輸出電壓，產生一開關訊號，以及該負載開關用來根據該開關訊號，決定是否輸出該乙太網路供電電路的電力。

本發明另揭露一種監測電路，用於一受電端設備，用來切換一直流供電或一乙太網路供電，該受電端設備包含有一直流供電電路及一乙太網路供電電路，該監測電路包含有：一輸出端，用來輸出該直流供電電路或該乙太網路供電電路的輸出電力；一第一場效電晶體，其中該第一場效電晶體的一汲極連接該直流供電電路，以及該第一場效電晶體的一源極連接該輸出端；一第二場效電晶體，其中該第二場效電晶體的一閘極連接該直流供電電路、該第二場效電晶體的一源極為接地，以及該第二場效電晶體的汲極連接該第一場效電晶體的一閘極；以及一第三場效電晶體，其中該第三場效電晶體的一閘極連接該直流供電電路，該第三場效電晶體的一汲極連接該乙太網路供電電路，以及該第三場效電晶體的一源極連接該輸出端。

本發明另揭一種監測電路，用於一受電端設備，用來切換一直流供電或一乙太網路供電，該受電端設備包含有一直流供電電路及一乙太網路供電電路，該監測電路包含有：一第一雙極性接面電晶體，其中該第一雙極性接面電晶體的一射極連接該直流供電電路，以及該第一雙極性接面電晶體的一集極連接該受電裝置監測電路的一輸出端；一第二雙極性接面電晶體，其中該第二雙極性接面電晶體的一基極連接該直流供電電路、該第二雙極性接面電晶體的一射極為接地，以及該第二雙極性接面電晶體的一集極連接該第一雙極性接面電晶體的一基極；以及一第三雙極性接面電晶體，其中該第三雙極性接面電晶體的一基極連接該直流供電電路，該第三雙極性接面電晶體的一射極連接該乙太網路供電電路，以及該第三雙極性接面電晶體的一集極連接該輸出端。

本發明另揭一種監測電路，用於一受電端設備，用來切換一直流供電或一乙太網路供電，該受電端設備包含有一直流供電電路及一乙太網路供電電路，該監測電路包含有：一比較器，用來根據該直流供電電路及／或該乙太網路供電電路的輸出電壓，產生一開關訊號；以及一負載開關，用來根據該開關訊號，決定是否輸出該乙太網路供電電路的電壓。

第1圖為本發明第一實施例一受電端設備的示意圖。受電端設備可為網際協議電話、無線網路存取點、網路攝像機等裝置，其包含有直流供電電路10、乙太網路供電電路20、監測電路30、處理器40及線性穩壓電路（Low Dropout，LDO）50。直流供電電路10用來透過一電源供應器（如變壓器）來提供該受電端設備所需系統電力、乙太網路供電電路20用來透過一供電端設備（Power Source Equipment，PSE）提供受電端設備所需系統電力。監測電路30連接直流供電電路10及乙太網路供電電路20，用來切換由直流供電電路10或乙太網路供電電路20作為受電端設備的來源電源。處理器40用來判斷現階段為何種供電，如直流供電電路10或乙太網路供電電路20是否有輸出電壓。進一步來說，直流供電電路10包含有直流電源連接埠（DC Jack），其有一偵測接腳可設計成插入電源供應器（DC adapter）時，形成短路或是高電壓，藉以知會處理器40有直流供電電路10輸出電壓（在此實施例中，直流供電電路10在連接電源供應器時會輸出5V直流電壓）。乙太網路供電電路20包含有網路連接埠（RJ45），用來連接供電端設備。另外，乙太網路供電電路20可連接線性穩壓電路50，用來當乙太網路供電電路20提供的電壓高於處理器40的偵測接腳的電壓時，作為降壓使用。反之則可省略此電路。

值得注意的是，相較於傳統使用二極體或微控制器切換來源電源，本發明的監測電路30使用場效電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor），如P型場效電晶體，作為切換來源電源的手段。詳細來說，監測電路30用來選擇輸出直流供電電路10或乙太網路供電電路20的系統電力，其包含有第一場效電晶體Q1、第二場效電晶體Q2、第三場效電晶體Q3，以及輸出端Vout。第一場效電晶體Q1的汲極D1連接直流供電電路10、閘極G1連接第二場效電晶體Q2的汲極D2，以及源極S1連接輸出端Vout；第二場效電晶體Q2的閘極G2連接直流供電電路10、源極S為接地；第三場效電晶體Q3的閘極G3連接直流供電電路10、汲極D3連接乙太網路供電電路20，以及源極S3連接輸出端Vout。

本發明受電端設備的供電運作方式，詳細說明如下。當供電端設備透過網路連接埠RJ45連接乙太網路供電電路20，此時電流路徑由乙太網路供電電路20流到第三場效電晶體Q3的汲極D3，再透過內部流到第三場效電晶體Q3的源極S3而輸出所需系統電力，因P型場效電晶體的阻抗很小，所以造成的壓降十分輕微，因此對比於傳統二極體能提供更高效率的電源供應。另一方面，當供電端設備透過透過網路連接埠RJ45連接乙太網路供電電路20，且電源供應器透過直流電源連接埠連接直流供電電路10時，直流供電電路10會輸出電壓至第二場效電晶體Q2的閘極G2，使得第二場效電晶體Q2的 汲極D2到 源極S2導通 ，因而第一場效電晶體Q1的閘極G 1變成趨近於零電壓，進而導通第一場效電晶體Q1，因此直流供電電路10的電壓即可透過第一場效電晶體Q1的源極S1輸出作為來源電源。再者，直流供電電路10的電壓會與乙太網路供電電路20的電壓相當，讓第三場效電晶體Q3的閘極G3與源極S3等電位，因此第三場效電晶體Q3不導通，只能從Q3的內部二極體通過，但通過此內部二極體的損耗較大，所以會呈現幾乎不供電的狀態， 使得乙太網路供電電路20的電壓不會透過第三場效電晶體Q3輸出。

由上述可知，透過本發明的監測電路30就能實現以電源供應器作為來源電源的先決條件，並且透過偵測接腳即能知會處理器40目前的供電狀態，讓使用者在插入電源供應器時可以供給更高功率而能讓受電端設備可以減少供電端設備供給受電端設備時須顧慮到的最大功率（即IEEE 802.3af規範每一層級的最大功率）。另外，本發明透過簡單的線路不需增加昂貴微控制器的方式，就能實現精準切換來源電源的目的。

第2圖為本發明第二實施例一受電端設備的示意圖。相較於第1圖中的監測電路30是透過場效電晶體來實現來源電源的切換（即限制單一輸出直流供電電路10或乙太網路供電電路20的供電），第2圖中的監測電路30是透過雙極性接面電晶體（bipolar junction transistor，BJT）實現來源電源的切換。詳細來說，監測電路30包含有第一雙極性接面電晶體Q1、第二雙極性接面電晶體Q2及第三雙極性接面電晶體Q3，其中第一雙極性接面電晶體Q1的射極E1連接直流供電電路10、基極B1連接第二雙極性接面電晶體的Q2的集極C2，以及集極C1連接輸出端Vout；第二雙極性接面電晶體Q2的基極B2連接直流供電電路10、射極E2為接地；第三雙極性接面電晶體Q3的基極B3連接直流供電電路10、射極E3連接乙太網路供電電路20，以及集極C3連接輸出端Vout。

當供電端設備透過網路連接埠RJ45連接乙太網路供電電路20，此時電流路徑由乙太網路供電電路20流到第三雙極性接面電晶體Q3的射極E3，此時Q3的基極B3是低準位，所以電透過第三雙極性接面電晶體Q3的集極C3而輸出所需系統電力。 當供電端設備透過透過網路連接埠RJ45連接乙太網路供電電路20，且電源供應器透過直流電源連接埠連接直流供電電路10時，直流供電電路10會輸出電壓至第二雙極性接面電晶體Q2的基極B2，使得第二雙極性接面電晶體Q2的集極C2與射極E2導通 ，因而第一雙極性接面電晶體Q1的基極B1變成趨近於零電壓，進而導通第一雙極性接面電晶體Q1，因此直流供電電路10的電壓即可透過第一雙極性接面電晶體Q1的集極C1輸出作為來源電源。再者，直流供電電路10的電壓會與乙太網路供電電路20的電壓相當，讓第三雙極性接面電晶體Q3的基極B3與集極C3等電位，因此第三雙極性接面電晶體Q3不導通，使得乙太網路供電電路20的電壓不會透過第三雙極性接面電晶體Q3輸出，實現以電源供應器作為來源電源的先決條件。

此外，本案的監測電路30可透過比較器及負載開關來實現來源電源切換。請參見第3圖，其為本發明第三實施例一受電端設備的示意圖。比較器COMP連接直流供電電路10及乙太網路供電電路20，用來產生一開關訊號至負載開關60，因此負載開關60會根據開關訊號，決定是否輸出乙太網路供電電路20的電力。詳細來說，當只有乙太網路供電電路20輸出電壓時，比較器COMP輸出「1」，此時，負載開關60會導通，以輸出乙太網路供電電路20。然而，若直流供電電路10也同時輸出電壓時，則比較器COMP輸出「0」，此時，負載開關60不導通，因此乙太網路供電電路20無法輸出電壓，而只有直流供電電路10可輸出系統電力。此外，如同上述，當直流供電電路10與乙太網路供電電路20透過連接埠連接對應的電源供應器及供電端設備時，會分別產生中斷訊號（如連接埠的偵測接腳）來通知處理器40現在的供電情況。

綜上所述，本發明提供的監測電路能透過簡單的線路（如場效電晶體、雙極性接面電晶體及比較器）來切換兩種電源，並提升供電效能。另外，本發明提出透過網路連接埠及直流電源連接埠的接腳來通知處理器目前的供電情況。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10‧‧‧直流供電電路

20‧‧‧乙太網路供電電路

30‧‧‧監測電路

40‧‧‧處理器

50‧‧‧線性穩壓電路

60‧‧‧負載開關

COMP‧‧‧比較器

Q1～Q3‧‧‧電晶體

G1～G3‧‧‧閘極

D1～D3‧‧‧汲極

S1～S3‧‧‧源極

B1～B3‧‧‧基極

C1～C3‧‧‧集極

E1～E3‧‧‧射極

R1～R3‧‧‧電阻

Vout‧‧‧輸出端

第1圖為本發明第一實施例一受電端設備的示意圖。第2圖為本發明第二實施例一受電端設備的示意圖。第3圖為本發明第三實施例一受電端設備的示意圖。

Claims

一種同時支援乙太網路供電（Power over Ethernet，PoE）及直流供電的一受電端設備，包含有：一直流供電電路，用來透過一電源供應器來提供該受電端設備所需電力；一乙太網路供電電路，用來透過一供電端設備（Power Source Equipment，PSE）提供該受電端設備所需電力；以及一監測電路，連接該直流供電電路及該乙太網路供電電路，用來切換由該直流供電電路或該乙太網路供電電路輸出一系統電力給該受電端設備，該監測電路包含有複數個場效電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）及複數個雙極性接面電晶體（bipolar junction transistor，BJT）的至少其中之一。
如請求項1所述的受電端設備，其中該監測電路中的複數個場效電晶體包含有第一場效電晶體、第二場效電晶體及第三場效電晶體，其中該第一場效電晶體的一汲極連接該直流供電電路，該第一場效電晶體的一閘極連接該第二場效電晶體的一汲極，該第一場效電晶體的一源極連接該監測電路的一輸出端，該第二場效電晶體的一閘極連接該直流供電電路、該第二場效電晶體的一源極為接地，以及該第三場效電晶體的一閘極連接該直流供電電路，一汲極連接該乙太網路供電電路，以及一源極連接該輸出端。
如請求項1所述的受電端設備，其中該監測電路中的複數個雙極性接面電晶體包含有第一雙極性接面電晶體、第二雙極性接面電晶體及第三雙極性接面電晶體，其中該第一雙極性接面電晶體的一射極連接該直流供電電路，該第一雙極性接面電晶體的一基極連接該第二雙極性接面電晶體的一集極，該第一雙極性接面電晶體的一集極連接該監測電路的一輸出端，該第二雙極性接面電晶體的一基極連接該直流供電電路、該第二雙極性接面電晶體的一射極為接地，以及該第三雙極性接面電晶體的一基極連接該直流供電電路，一射極連接該乙太網路供電電路，以及一集極連接該輸出端。
如請求項1所述的受電端設備，更包含有一處理器，用來判斷現階段為直流供電電路或乙太網路電路來提供電力。
如請求項4所述的受電端設備，其中該直流供電電路及／或該乙太網路供電電路包含有一偵測接腳，用來當該偵測接腳短路或變成高電壓時，產生中斷訊號至該處理器，以供該處理器判斷該直流供電電路及／或該乙太網路電路是否有提供電力。
如請求項4所述的受電端設備，更包含有一線性穩壓電路（Low Dropout，LDO），連接該乙太網路供電電路，用來降低該乙太網路供電電路輸出的電壓，以提供該處理器適當的一操作電壓。
如請求項1所述的受電端設備，其中該直流供電電路包含有直流電源連接埠，以及該乙太網路供電電路包含有網路連接埠。
一種同時支援乙太網路供電及直流供電的一受電端設備，包含有一直流供電電路，用來透過一電源供應器來提供該受電端設備的所需電力；一乙太網路供電電路（Power over Ethernet，PoE），用來透過一電源供應設備（Power Source Equipment，PSE）提供該受電端設備的所需電力；以及一監測電路，連接該直流供電電路及該乙太網路供電電路，其包含有一比較器及一負載開關，其中該比較器用來根據該直流供電電路及該乙太網路供電電路的輸出電壓，產生一開關訊號，以及該負載開關用來根據該開關訊號，決定是否輸出該乙太網路供電電路的電力。
如請求項8所述的受電端設備，更包含有一處理器，用來判斷現階段為直流供電電路或乙太網路電路來提供電力。
如請求項9所述的受電端設備，其中該直流供電電路及／或該乙太網路供電電路包含有一偵測接腳，用來當該偵測接腳短路或變成高電壓時，產生中斷訊號至該處理器，以供該處理器判斷該直流供電電路及／或該乙太網路電路是否有提供電力。
如請求項9所述的受電端設備，更包含有一線性穩壓電路（Low Dropout，LDO），連接該乙太網路供電電路，用來降低該乙太網路供電電路輸出的電壓，以提供該處理器適當的一操作電壓。
如請求項7所述的受電端設備，其中該直流供電電路包含有直流電源連接埠，以及該乙太網路供電電路包含有網路連接埠。
一種監測電路，用於一受電端設備，用來切換一直流供電或一乙太網路供電，該受電端設備包含有一直流供電電路及一乙太網路供電電路，該監測電路包含有：一輸出端，用來輸出該直流供電電路或該乙太網路供電電路的輸出電力；一第一場效電晶體，其中該第一場效電晶體的一汲極連接該直流供電電路，以及該第一場效電晶體的一源極連接該輸出端，一第二場效電晶體，其中該第二場效電晶體的一閘極連接該直流供電電路、該第二場效電晶體的一源極為接地，以及該第二場效電晶體的汲極連接該第一場效電晶體的一閘極；以及一第三場效電晶體，其中該第三場效電晶體的一閘極連接該直流供電電路，該第三場效電晶體的一汲極連接該乙太網路供電電路，以及該第三場效電晶體的一源極連接該輸出端。
一種監測電路，用於一受電端設備，用來切換一直流供電或一乙太網路供電，該受電端設備包含有一直流供電電路及一乙太網路供電電路，該監測電路包含有：一第一雙極性接面電晶體，其中該第一雙極性接面電晶體的一射極連接該直流供電電路，以及該第一雙極性接面電晶體的一集極連接該受電裝置監測電路的一輸出端；一第二雙極性接面電晶體，其中該第二雙極性接面電晶體的一基極連接該直流供電電路、該第二雙極性接面電晶體的一射極為接地，以及該第二雙極性接面電晶體的一集極連接該第一雙極性接面電晶體的一基極；以及一第三雙極性接面電晶體，其中該第三雙極性接面電晶體的一基極連接該直流供電電路，該第三雙極性接面電晶體的一射極連接該乙太網路供電電路，以及該第三雙極性接面電晶體的一集極連接該輸出端。
一種監測電路，用於一受電端設備，用來切換一直流供電或一乙太網路供電，該受電端設備包含有一直流供電電路及一乙太網路供電電路，該監測電路包含有：一比較器，用來根據該直流供電電路及／或該乙太網路供電電路的輸出電壓，產生一開關訊號；以及一負載開關，用來根據該開關訊號，決定是否輸出該乙太網路供電電路的電壓。