TWI385890B

TWI385890B - 具有太陽能路由器之整合式弱電控制裝置

Info

Publication number: TWI385890B
Application number: TW098113811A
Authority: TW
Inventors: Hsing Chung Szu
Original assignee: Hsing Chung Szu
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2013-02-11
Also published as: TW201039524A

Description

具有太陽能路由器之整合式弱電控制裝置

本發明大體上是關於一種弱電控制裝置，更具體而言，是一種具有遠端控制功能且整合太陽能、交流及直流之弱電控制裝置。

目前家庭中使用的各種電器及應用裝置許多是以直流電進行運作，但是電力公司在輸送電力至家中時，一般是供應一百一十伏特六十赫茲的交流電(AC 110V)。因此，在實際使用時，還必需再經過一道交流轉換直流的程序，而這部分的轉換效率差，因此，傳統的供電過程並不符合我們目前日益高漲的環保概念。

太陽能是目前產業界積極在開發的環保替代能源之一，圖一為一般使用太陽能光伏板(Photovoltaic Panel)收集太陽能以供應部分家中用電之示意圖。首先由太陽能光伏板100收集日照能量產生直流電，接著經過一充電控制器處理102，將多餘之電能儲存於電池104中以作為備用。但為了配合家中一般現有的供電系統，必須先藉由一直流轉交流轉換器106將此直流電轉換為交流電以整合於家中配電盤108，接著再藉由一交流轉直流轉換器110將此交流電轉換為直流電，以供家中各項應用裝置112使用。看似環保的太陽能供電系統，在如此的運作機制之下，必須經過兩次轉換程序，即從直流轉換為交流，再從交流轉換為直流，實際用電效率將因此大幅降低。

此外，如今產學界正在推動「智慧家庭(Smart Home)」之架構，韓國更曾經將智慧家庭概念納入國家重點發展產業，認定其為未來十大成長動力產業。舉例而言，像是網路攝影機及網路監控裝置等，是智慧家庭概念中重要的一環，智慧家庭中更可能包含電話、網路電話、傳真、廣播、有線電視、無線電視、衛星電視、網路電視、門禁連結、網路攝影機、網路監控裝置、無線基地台、個人電腦、網路儲存伺服器及其他等各式各樣的應用裝置。而每項皆有不同之訊號及供電等線材，而一般使用者並沒有能力去整合這麼多項裝置，目前也沒有產品可整合以上所述之功能。美國專利公告第7,460,930號「Energy Management System and Method to Monitor and Control Multiple Sub-Loads」揭露一種可監控複數個負載的能源管理系統，但其並沒有整合上述所有之功能。

因此，本發明揭示一種主機裝置，可結合太陽能供電、電力公司提供之交流電及乙太網路供電，並可結合一現代化智慧家庭應用裝置之各種連結界面，可以一精簡之主機裝置，整合上述所有線路，並能預設各種常用功能，方便不同需求的使用者進行操作，並以轉換效率高的直流弱電為優先使用，以真正達成節能、環保、安全、便利之訴求。

在本發明之一觀點中，提供一種整合式弱電(Extra-Low Voltage，ELV)控制裝置，其包含一微控制器，用以監控管理整合式弱電控制裝置；一乙太網路供電(Power Over Ethernet，POE)交換器，其耦合至微控制器，用以接收網路資料及供電並輸出予複數個應用裝置；一電能路由器，提供對外部供電輸入/輸出(雙向)之路由(routing)功能並將外部供電輸入調變至適當大小之電壓、電流及功率之弱電，以提供弱電予乙太網路供電交換器；一交流轉直流轉換器，用以接收外部輸入之交流供電，並將交流供電轉換成適當大小之電壓、電流及功率之直流供電，以提供直流供電予電能路由器；一網路路由器，用以提供網路路由(routing)控制功能。

乙太網路供電(Power over Ethernet，POE)是利用乙太網路的架構以供應電力給各項應用裝置的技術，一般是經由「IEEE 802.3af」的標準提供約十三瓦特的直流電。乙太網路供電的標準也隨之在作改變，譬如新的「IEEE 802.3at」目標是要支援至少三十瓦特的應用裝置，而在暫名為「IEEE 802.3at+」的標準中，甚至可能高達六十瓦特此外，乙太網路供電相較於傳統一百一十伏特交流電供電有幾項優勢：

1.供電效率高：因為直接以直流供電，不需要由交流電再轉換為直流電，而交流轉換為直流之步驟正是導致低效率的重要因素之一。

2.安全性高：因為電壓低，在分類上直流低於一百二十伏特或交流低於五十伏特定義為弱電(Extra Low Voltage，ELV)，因此較無觸電之危險。

3.節省成本：因為可直接以現有乙太網路之架構進行供電，不需要另外布線。

4.智慧控制及節能功能：因為乙太網路同時為電能及資訊的通道，若搭配偵測裝置，可偵測環境的變化並提供訊號給應用裝置，以控制應用裝置的電源開啟或關閉，譬如可控制由乙太網路供電之燈具在有人時開啟，並在沒人時自動關閉，減少能源的浪費。

5.布線容易及使用方便：因為以單一乙太網路線可同時提供電能及資訊予應用裝置，因此可不需再接電源線，可減少線材的數量，在使用上也更為方便。

因此，本發明為一種結合太陽能供電及乙太網路供電的主機裝置，以建立一個可直接供應直流弱電給應用裝置之架構，避免交流與直流間轉換的浪費，並能結合家中各種網路應用，進而提供一更為環保、安全且便利之供電機制。美國專利公告第7,449,796號「Power Over Ethernet Controller Suitable for Multiple Modes」揭露一種乙太網路控制器。美國專利公告第7,368,798號「Integrated DC/DC Converter Substrate Connections」揭露一種直流/直流轉換器的整合電路，上述可做為實施例一部分之參考。

在本發明的第二觀點中，提供一種耦合至整合式弱電控制裝置之複數個感測器，其設置於應用裝置中，用以感測應用裝置週遭之環境變化，並將感測結果藉由感測訊號傳回整合式弱電控制裝置。此外，亦提供一種耦合至整合式弱電控制裝置之複數個控制模組，其亦設置於應用裝置中，用以接收整合式弱電控制裝置之微控制器發出之控制訊號並據以控制應用裝置之運作。

在本發明的第三觀點中，提供一種耦合至乙太網路供電交換器之智慧家庭(Smart Home)控制裝置，以透過乙太網路供電交換器同時提供供電及控制訊號予智慧家庭之連結設備。此控制面板可設定複數個熱鍵，將常用之設備及其常用功能設定於複數個熱鍵中。

此外，本發明之整合式弱電控制裝置亦包含網路電話模組、網路電視模組及「Zigbee」模組等，並提供其各項功能。

圖二為根據本發明實施例之整合式弱電控制裝置之功能方塊示意圖。此整合式弱電控制裝置200包含一微控制器(Micro-Controller Unit，MCU)202，耦合至裝置中所有待控端，用以監控及管理此整合式弱電控制裝置200之運作，實施例之一係使用一個三十二位元之微控制器202，其他位元數亦可；一乙太網路供電交換器204，其耦合至微控制器202，其包含複數個網路輸入界面及複數個網路輸出界面，用以接收網路資料及供電並輸出予複數個應用裝置。此外，其可提供包含虛擬區域網路(Virtual Local Area Network，VLAN)、頻寬控制(Bandwidth Control)、網際網路群組管理通訊協定(Internet Group Management Protocol，IGMP)及其他等功能，並連接於網際網路220及區域網路222；一電能路由器(Energy Router)210，其耦合至乙太網路供電交換器204，其包含複數個用以接收外部供電輸入之外部供電輸入界面，提供對外部供電輸入之路由(Routing)功能，並將外部供電輸入調變至適當大小之電壓、電流及功率之弱電，以提供予乙太網路供電交換器。其可接收及管理多種能源來源212，包含太陽能光伏板(Photovoltaic Panel)所產生的電能、電池所儲存的電能、直流電源、及其他能源等，再傳送至乙太網路供電交換器204，其中外部供電輸入界面更包含複數個儲存電池以將太陽能供電輸出儲存於複數個儲存電池中以在需要時可加以利用；一(線速路徑選擇)網路路由器(Wire Speed IP Router)218，其耦合至乙太網路供電交換器204，以掌控網路路徑及管理網路資源，並將電能路由器210所提供予乙太網路供電交換器204之電能經由網路輸出244供應予應用裝置246；一交流轉直流轉換器(AC to DC Regulator)206，其耦合至電能路由器210，包含複數個外部交流供電輸入界面，用以接收外部輸入之交流供電，並轉換成適當大小之電壓、電流及功率之直流供電。一般將其耦合至家中由電力公司提供之交流電源208，在此實施例中，交流轉直流轉換器206將一百一十伏特六十赫茲之交流電(AC 110V，60Hz)轉換為四十八伏特之直流電(DC 48V)並提供予電能路由器210，再以四十八伏特直流輸出214供給予適合之應用裝置216；一網路電話(Voice over IP，VOIP)模組228，其耦合至乙太網路供電交換器204，包含複數個第一電話連接界面224及複數個第二電話連接界面230，複數個第一電話連接界面224用以接收電話、傳真輸入226，而複數個第二電話連接界面230用以耦合至複數個電話裝置232，其中，此網路電話包含一網路電話交換器，其包含第一及第二輸出界面，第一輸出界面耦合至乙太網路供電交換器，此網路電話模組將接收之電話及傳真訊號轉換為數位語音及影像訊號，再將數位語音及影像訊號傳送至乙太網路供電交換器，並輸出予複數個應用裝置，而第二輸出界面耦合至複數個第二電話連接界面，以將網路電話模組接收之電話及傳真訊號傳送至複數個第二電話連接界面；一網路電視模組(IPTV Module)234，其耦合至乙太網路供電交換器204，其包含複數個訊號輸入界面，以接收外部輸入之影像及語音訊號，其一端耦合至一視訊、音訊輸入源236，另一端則耦合至一射頻(Radio Frequency，RF)模組，包含射頻量測器(RF meter)、射頻放大器(RF amplifier)及射頻分支器(RF splitter)，此射頻模組可接收一射頻輸入240，經由射頻量測器量測其訊號之強弱，並藉由射頻放大器將射頻訊號放大至適當之大小，再藉由射頻分支器將訊號分支成複數個射頻訊號，並傳送至網路電視模組234轉換為數位影像及語音訊號，再將此數位影像及語音訊號訊號透過網路電視模組傳至乙太網路供電交換器204再輸出予複數個應用裝置，抑或由同軸電纜線傳輸至電視或視訊轉換盒242；一RS232界面之控制台250，其耦合至微控制器202，以對此整合式弱電控制裝置200進行控制及設定。其中，射頻模組可接收及發送之訊號包含但不限於調頻(FM)、無線電視、數位電視(Digital TV，DTV)、有線電視(Cable TV，CATV)及衛星電視之訊號。此外，在本發明之一實施例中，此整合式弱電控制裝置更包含一「Zigbee」無線感測通訊模組(圖示未顯示)，其耦合至乙太網路供電交換器204，其包含一「Zigbee」無線感測通訊收發晶片，以提供更多與裝置無線溝通之管道。再者，在本發明實施例中亦包含一智能應用電腦248，其耦合至乙太網路供電交換器204，可提供智慧家庭中的各項裝置的控制及應用，在本發明的其他實施例中，此制能應用電腦248可提供一智慧家庭控制面板，面板上可設定多組熱鍵，將家中常用的裝置及其常用之控制指令設定於其中，再結合本發明之整合式弱電控制裝置200，經由作為乙太網路提供電能及控制訊息之管道，可大幅增加智慧家庭的便利性。在上述說明中，可經由射頻量測器監控輸入訊號之強弱，譬如量測到輸入訊號強度為五十分貝，再藉由微控制器202監控射頻量測器量測之輸入訊號，若判斷其訊號強度不足時，微控制器202可發出控制訊號以命令射頻放大器將輸入訊號放大為譬如八十分貝。本領域之熟習技藝者應可領會，上述對訊號監控並且視需要加以自動調變係為本發明的重要概念之一，且上述僅為舉例，在本發明實施例中之其他通道包含網路、電能、電話、網路電話、或其他等，亦透過類似的方式經由微控制器202「整合式」自動監控與調變。

本發明實施例結合太陽能之應用，然而，太陽能供電需視使用者所在區域之氣候及日照情形而定，或有不足之慮，因此本發明之一實施例中配合可儲存太陽能電力之儲存電池，於日照充足時適時儲存太陽能，並於日照不足時將儲存之太陽能提供予電能路由器210作進一步使用。另外，上述實施例中所提出之交流轉直流轉換器206係為了提供備用電源之目的，其係為可選擇性配置之模組，抑或為可選擇性開啟或關閉之模組。在直流電源供應充足的情況下，則可將此交流電源關閉，使用效率較高之直流電源以達到較環保之目的。

另一方面，在太陽能較不足之區域，亦或太陽能設備投資較不完善之地區，其太陽能或許不足以作為家中之供電。因此，在本發明之實施例中，亦可不需搭配太陽能光伏板提供電力，而直接以本發明實施例之整合式弱電控制裝置將電力公司所提供之交流電轉換為直流之弱電，以供應家中大部分應用裝置使用。在本發明之較佳實施例中，此部分之轉換效率可達到約百分之九十以上，相較於傳統之高壓供電方式，具有相當大幅度的改善，諸如提高用電效率、提高用電安全及其他等。此外，亦可看出本發明之靈活性，可依實際供電環境作調整，以達到最佳化之目的。

圖三為根據本發明實施例之整合式弱電控制裝置之使用模式示意圖。此整合式弱電控制裝置300，包含電能路由器302、線速路徑選擇路由器304、電話連接器306及316、射頻模組308、交流轉直流轉換器310、乙太網路供電交換器312、微控制器314等元件，其連結關係大致與圖二所示相同，故不加以贅述。值得注意的是，本發明實施例之整合式弱電控制裝置300的乙太網路供電交換器312可連接至包含發光二極體燈具330、馬達控制332、門禁連結334、感測器336、網路攝影機(IP Camera)338、網路監控裝置(Network Video Recorder，NVR)340、智慧家庭控制面板(Smart Home Control Panel)342、無線基地台(Access Point，AP)344、個人電腦346、網路電話348、網路儲存伺服器(Network Attached Storage，NAS)350及其他應用裝置352等，其中，在本實施例中是以Cat5e線材作為連接。因為乙太網路線同時為電流及資訊的通道，因此，可利用此特點，對上述應用裝置除了供電之外，更加上控制訊號以做進一步控制調變。例如，圖三中發光二極體燈具330可能為一檯燈，若將其上設置一例如紅外線感測器，譬如圖三中之感測器336，則可判斷前方是否有使用者，並透過乙太網路線傳回一訊號給乙太網路供電交換器312，接著告知微控制器314此回感測之結果。若在一預先設定之時間長度內感測器336仍未感測到使用者出現，譬如使用者有事外出而忘記關檯燈，則透過微控制器314發出一關閉電源之訊號，先至乙太網路供電交換器312，再經由乙太網路線傳送此訊號給此檯燈，以通知其自動關閉光源以節省電力。接著，當感測器336偵測到檯燈前方再次出現使用者時，則可透過類似之程序通知微控制器314，再由微控制器314發出訊號通知檯燈自動開啟光源。其中，可使用之感測器包含包含影像感測器、運動感測器、溫度感測器、壓力感測器、溼度感測器、氣體濃度感測器、聲音感測器或其他等。其中影像感測器包含但不限於紅外線感測器、電荷耦合元件(Charge-Coupled Device，CCD)感測器或互補式金氧半導體(Complementary Metal oxide Semiconductor，CMOS)感測器。此外，透過類似的訊號傳送路徑，可做出更多不同之應用設計。譬如，可在微控制器336中設置預定之程序，命令感測器336自動偵測戶外之明亮度，以自動控制由乙太網路供電交換器所供應電之路燈的發光亮度，譬如在白天時關閉、在黃昏時微亮及在夜晚時全亮等。或者，可依不同的節日、季節、假期等，自動控制裝置燈具轉換為不同的顏色。如此，在環保、安全、省電及便利的訴求之外，更增添娛樂及裝飾之功能。此外，在本發明之另一實施例中，感測器336可設置為溫度感測器，藉以偵測如火災或機房過熱等情形，並以上述之程序自動進行通知或應變處理。在本發明之其他實施例中，亦可將感測器336設置為氣體濃度感測器如一氧化碳氣體濃度感測器，藉以偵測如瓦斯外洩或燃燒不完全等情形。若將感測器336設置為聲音感測器，亦可提供聲控之功能。因此可看出本發明在智慧監控上之應用。

在圖三中，根據本發明之實施例的整合式弱電控制裝置300包含一乙太網路供電交換器312，其可為一「24+2埠」之乙太網路供電交換器。在應用裝置的數量超過其埠數時，可將乙太網路供電交換器312以網路連結(Trunk)及直流連結(DC Trunk)的方式與第二乙太網路供電交換器354、第三乙太網路供電交換器356及/或其他乙太網路供電交換器(圖示未顯示)進行網路連結及電性連結，以達到擴充之目的。以如此之架構，可進一步連結其他應用裝置，例如無線基地台358、個人電腦360、網路儲存伺服器362、發光二極體燈具364、網路電話366及其他等。

圖四為根據本發明實施例之整合式弱電控制裝置控制及管理交流電源之示意圖。整合式弱電控制裝置400，包含一微控制器402以及與圖二所示類似之元件(圖示未顯示)，經由乙太網路供電連接404與一交流集線器406包含之微控制器408進行耦合，以控制及管理交流集線器406。此交流集線器406之功能為接收電力公司所提供支交流輸入410，並輸出一百一十伏特十五安培之交流電(AC 110V，15A)予交流應用裝置412，經由微控制器408之控制及管理，可進行功率因數矯正(Power Factor Correction，PFC)以提高其功率因素(Power Factor)，並因此增加其能源轉換效率、降低耗損及改善用電品質等。在此實施例中，經由乙太網路供電連接404，可以藉由整合式弱電控制裝置400的微控制器402控制及管理交流集線器406的微控制器408。因此，可以藉由單一整合式弱電控制裝置400整合家中所有用電，一方面提供直流弱電予大部分直流應用裝置，一方面改善交流供電之效率，以供應交流應用裝置。

圖五為本發明實施例中，用以連接弱電供應之線材「RJ45」的接腳接線配置(Pin Assignment)示意圖。「RJ45」線材500包含接腳(Pin)一至八501~508，在「IEEE 802.3af」及「IEEE 802.3at」標準中，接腳四504及接腳五505係連接正電壓、接腳七507及接腳八508連接負電壓、接腳一501及接腳二502負責傳送資料而接腳三503及接腳六506負責接收資料。以如此的方式配置，最大可傳輸約三十瓦特的電力。在本發明之實施例中，更包含暫名「IEEE 802.3at+」之配置，將原本負責傳輸資料的接腳一501、二502、三503、六506也整合至電力的傳輸，在如此的配置下，可提昇電力的傳輸至最大約六十瓦特，大幅提昇乙太網路供電的實用性，且仍屬於弱電傳輸，因此保留文中所述之各項優點。

前述電能路由器因為結合太陽能之使用，故亦可稱之為太陽能路由器(Solar Energy Router)。為使其目的、特徵及優點能更明顯易懂，因此在此列舉較佳實施例，並配合伴隨之圖式作詳細說明如下。本發明之電能路由器包含多種功能之埠(Port)，分別用以連接太陽能光伏板、電池組、交流電源、直流電源網路以及直流電輸出等。舉例而言，連接至太陽能介面控制埠可接收太陽能光伏板之輸出電壓，其電壓可以為「12」至「550」伏特之直流電。連接至交流電源輸入埠之電壓可以為「110」或「220」伏特、「50」或「60」赫茲(Hz)之交流電，其係用於當太陽能光伏板及電池供電不足時可以作為備用電源。電池可以連接至電池輸出/入埠而充電或放電，而電池輸出/入埠可以包括數個接口以連接電池組，其電池電壓可以為「12」或「24」伏特。透過直流電源網路連接埠，能量之繞送(Routing)得以從能量網路中提供或接收直流電源，此繞送係將電能透過能量網路安排傳輸路徑而送往目的地之過程。另外，透過直流電輸出埠連接外部裝置得以提供直流電於區域的省電裝置。用戶終端設備或省電裝置之數目係為任意。

一般而言，太陽能光伏板係藉由回授(Feedback)其輸出電壓及電流，並計算比較其前後取樣時間輸出功率的變化，使轉換器的工作週期往最大功率輸出方向調整，達到最大功率點追蹤(Maximum Power Point Tracking)的目的。

利用上述多種連接埠，本發明之電能路由器可以提供基礎建築大樓其分散式太陽能網路。太陽能光伏板可以配置於靠近能量消耗之處以達到高效率的能量傳輸。此外，各種設備或裝置的能量供應效率與品質可以藉由連結多個太陽能光伏板與電池而提高。

圖六為根據本發明實施例之電能路由器之細部功能方塊圖。電能路由器600包含上述用以連接太陽能光伏板、電池組、交流電源、直流電源網路以及直流電輸出等之連接埠，並對其中所有功能提供監控及控制，其中包含一處理單元602；一電源切換及控制單元604(DC Switching/Flow Control Cross Bar)耦合至處理單元100；一太陽能介面控制埠606耦合至電源切換及控制單元604，用以連接太陽能光伏板陣列618；一電池充放電埠608耦合至電源切換及控制單元604，用以連接電池組620；一電壓調節器610耦合至電源切換及控制單元604，用以連接交流電輸入622；一埠偵測及控制模組612耦合至電源切換及控制單元604，用以連接直流電網路628；一輸出偵測及控制模組614耦合至電源切換及控制單元604，用以連接直流電輸出624；一直流對直流電壓轉換器616耦合至電源切換及控制單元604，用以對直流電壓進行轉換；以及一「RS232」或「RJ45」控制台626耦合至處理單元602，用以進行細部控制。

太陽能光伏板陣列618連接至太陽能介面控制埠606，其中太陽能光伏板之最大功率點追蹤可藉由電源切換及控制單元604來控制。電池組620連接電池充放電埠608，其中電池組620之充電或放電可以藉由電源切換及控制單元604來控制，端視使用者之設定。舉例而言，電池組620可以經由太陽能光伏板陣列618、電壓調節器610及/或直流電網路628連結(Trunk)上之其他電源以提供最佳化的充電電流，電池組620亦可以直接提供電源給外部省電裝置。當電池組620放電至某種程度(例如百分之五十)時，可以透過電源切換及控制單元604將電池組620的狀態切換為充電模式。埠偵測及控制模組612耦合至直流電網路628，以偵測直流電網路628上的能量流向。此外，直流電輸出624之來源可以選擇自太陽能光伏板陣列618、電池組620、直流電網路628上之電源及/或電壓調節器610。根據能量網路策略，可以決定接收或供應電能從/至直流電網路628。再者，直流電輸出624之最大輸出電流係由輸出偵測及控制模組614所監控。輸出偵測及控制模組614耦合至電源切換及控制單元604。交流電輸入622可輸入至電壓調節器610，其可提供高效率之交流至直流電(AC to DC)轉換。

本發明之電源切換及控制單元604耦合至上述之太陽能介面控制埠606、電池充放電埠608、電壓調節器610及埠偵測及控制模組612等，而於一實施例中係可說明上述連接埠間之切換。一處理單元602耦合至電源切換及控制單元604。在一些實施例中，處理單元602亦可選擇耦接至其他控制或監控電路，例如埠偵測模組612、輸出偵測及控制模組614等。上述之埠偵測及控制模組612係用以偵測相對應埠的直流電網路628中是否可以提供給此處的電子裝置，或需要接收此處的電力來源。

上述太陽能介面控制埠606、電池充放電埠608、電壓調節器610、埠偵測及控制模組612及/或輸出偵測及控制模組614上之管理資訊庫(Management Information Base，MIB)包含：

(1)電壓、電流、溫度、能量、功率消耗量；

(2)觸發警示(Alarm Trigger)、緊急政策(Emergency Policies)；

(3)能量使用數據圖表、年份(Time of Year)、日光型態、天氣預測；及

(4)效率策略。

此外，管理資訊庫可以用來儲存網路上的資訊、系統設備、目前以及以往效率記錄、錯誤記錄、安全引數以及計費資訊等。對於整體能量網路而言，本發明之電能路由器可以達到監控、控制、容錯(Fault Tolerant)及負載平衡(Load Balancing)之目的。

在本發明之實施例中，電能路由器600可以透過有線或無線連接626至例如「RS232」或「RJ45」控制台，其中「RS232」控制台多用於近端控制，而「RJ45」控制台多用於遠端控制。並且，本發明可以透過乙太網路技術進行能量傳遞。乙太網路係利用「IEEE 802.3」標準。舉例而言，上述連接626係利用「Cat5e」纜線、4對「AWG24」線，及八接腳之(Pin)「RJ45」連接器，其中接腳四及五作為電壓正極(V+)，而接腳七及八作為電壓負極(V-)，其輸出電壓為48伏特直流電，而輸出功率例如為三十瓦特二對及六十瓦特四對(接腳一/二、三/六、四/五、七/八)，亦可參考圖五。

圖七為本發明實施例中乙太網路供電交換器之另一實施例示意圖。圖式中顯示一個十六埠乙太網路供電交換器700，並連接複數個「RJ45」連接器。舉例而言，其輸入電源702為四十八伏特直流電，輸入功率為三百至一千瓦特，其向上傳訊(Uplink)十億位元至乙太網路，並透過「RJ45」連接器輸出四十八伏特之直流電，其輸出功率為十五至六十瓦特。舉一實施例而言，十六埠乙太網路供電交換器700包括電能交換電路(Cross Bar)(在此實施例中使用可負荷電流二十安培以上之大電流電能交換電路)、乙太網路能量傳遞晶片(PSE Chip)。舉一實施例而言，十六埠乙太網路供電交換器700包括電能交換電路、乙太網路能量傳遞晶片及處理單元，在此範例中係將處理單元整合至乙太網路供電交換器700中，且乙太網路能量傳遞晶片耦合至一連接器以連接到網際網路。

參考圖八，其為本發明中乙太網路供電交換器之另一實施例，六埠乙太網路供電交換器800，連接「RJ45」連接器。舉例而言，其輸入電源802為四十八伏特、七安培之直流電，向上傳訊(Uplink)十億位元六十瓦特乙太網路能量傳遞至乙太網路，並向下傳訊(Downlink)十億位元六十瓦特乙太網路能量傳遞至乙太網路，而透過「RJ45」連接器輸出四十八伏特之直流電，其輸出功率為十五至六十瓦特。舉一實施例而言，六埠乙太網路供電交換器800包含電能交換電路、乙太網路能量傳遞晶片。舉一實施例而言，六埠乙太網路供電交換器800包含電能交換電路、乙太網路能量傳遞晶片及微處理器或處理單元，此例子中係將處理單元整合至乙太網路供電交換器800中。乙太網路能量傳遞晶片耦接一連接器以連接到網際網路。

舉一實施例而言，本發明之能量網路可以利用相同架構(Architecture)之乙太網路供電交換器，並可經由直流連接擴充，例如連接至另一個乙太網路供電交換器。舉一實施例而言，本發明對於每一個埠可以達到完全控制與使用能量之統計。另外，低電壓直流電的使用係非常安全，尤其是對於小孩而言。

本發明之電能路由器及能量網路系統可以於運作於低電壓訊號，並且需要線路系統(Wiring System)支持之電子裝置或系統，例如：個人電腦、電話、手機、有線電視、聲音影像(Audio/Video)散佈(如：電視、遠距離學習、計次付費收視等)、警報系統、防盜系統、建築物入口系統、對講機、緊急按鈕、計量器、環境感測器、監控器、智慧型設備控制、背景音樂控制、照明控制或馬達/風扇控制等。上述線路系統包括「Cat3」纜線、「Cat5」纜線、「Cat5e」纜線、「Cat6」纜線、同軸纜線或「Rs485」纜線等。除了適用於射頻之同軸纜線外，所有其他訊號可以利用乙太網路做為骨幹。對於未來智慧家庭，直流電、交流電、同軸纜線及「Cat5」纜線為基本的需求以利於建構有線的基礎建設(Wiring Infrastructure)。

在一實施例中，太陽能光伏板陣列618可以透過直流對直流電壓轉換器616將電能直接輸出至外接裝置，其可以達到非常高的輸出效率，例如百分之九十五。直流對直流電壓轉換器616耦合至電源切換及控制單元604。因此，本發明之電能路由器可以適用於使用低功率直流電源的裝置，例如筆記型電腦、發光二極體燈具、電源供應器、「Wi-Fi」擷取器及網路電話裝置等。此外，功率消耗可以被監控與控制。

本發明之電能路由器可以透過埠偵測及控制模組偵測相對應埠的直流電網路中的能量分佈，進一步決定是否提供給此處的電子裝置，或需要接收此處的電力來源，以達到繞送及分享電能之目的，並且可以透過乙太網路供電交換技術以傳遞各元件之間的能量訊息。利用本發明之電能路由器可以節省許多插座之設置，並且可以有效率地達到綠化、智慧型、安全之太陽能使用目的。

圖九為本發明實施例中具有太陽能路由器之整合式弱電控制裝置實施架構示意圖。圖式中為了清楚說明之目的，將整合式弱電控制裝置900及與其耦合之太陽能路由器902分開表示，事實上兩者亦可整合為一體。太陽能路由器902與一太陽能光伏板耦合，用以接收其太陽能並傳送至整合式弱電控制裝置900。太陽能光伏板902可進一步與其他太陽能光伏板連接，譬如與太陽能光伏板904、太陽能光伏板906、太陽能光伏板908及其他等進行連接，以形成一「太陽能供電網路」916，使得由太陽能所產生之直流電可藉由此複數個太陽能光伏板902-908進行分享。而整合式弱電控制裝置900則可連接應用裝置910、應用裝置912、應用裝置914及其他等，以形成一智慧家庭架構。

圖十為本發明實施例中整合式弱電控制裝置之使用情境示意圖。圖式中顯示一住家1000經由設置一整合式弱電控制裝置1002即可整合包含太陽能光伏板1004所儲存之太陽能、電力公司所提供之交流電1006、網際網路1008、電話系統1010、智慧家庭控制面板1012、電視/電腦1014、電燈1016、街燈1018、門禁系統1020及其他裝置等。此處所指「整合」係泛指前述各項包含交流/直流/太陽能供電、網路、訊號控制及其他等多項功能。此外，並可藉由與其他複數個整合式弱電控制裝置1022進行連結，即可將此「整合」性之功能擴充使用。

前述說明的目的是為了解釋本發明，並使用特定術語以更徹底解釋本發明。然而，本領域之熟習技藝者應可理解，在實施本發明時，一些特定細節並非為必需的。因此，前文中本發明特定實施例敘述的目的是為了說明及描述，而並非為了窮盡或限制本發明於特定的揭露形式。顯而易見地，經由本發明之教示可做出許多修改及變化。所選擇描述的實施例是為了最佳地解釋本發明之原理及其應用，因此使得本領域之熟習技藝者可利用本發明以及本發明的各種實施例並做出各種修正，以適合於各種特定用途。本發明之範疇應由申請專利範圍及其等同物所定義。

100．．．太陽能光伏板

102．．．充電控制器

104．．．電池

106．．．直流轉交流轉換器

108．．．家中配電盤

110．．．交流電轉直流電轉換器

112．．．應用裝置

200．．．整合式弱電控制裝置

202．．．三十二位元微控制器

204．．．乙太網路供電交換器

206．．．交流轉直流轉換器

208．．．電力公司提供之交流電

210．．．電能路由器

212．．．直流電源、太陽能電源、儲存電池電源及其他來源

214．．．四十八圖伏特直流輸出

216．．．應用裝置

218．．．網路路由器

220．．．網際網路

222．．．區域網路

224．．．電話連接界面

226．．．電話、傳真輸入

228．．．網路電話模組

230．．．電話連接界面

232．．．電話裝置

234．．．網路電視模組

236．．．視訊、音訊輸入

238．．．射頻模組

240．．．射頻輸入

242．．．由同軸電纜線傳輸至電視或視訊轉換盒

244．．．網路輸出

246．．．應用裝置

248．．．智能應用電腦

300．．．整合式弱電控制裝置

302．．．電能路由器

304．．．網路路由器

306．．．電話連接器

308．．．射頻模組

310．．．交流轉直流轉換器

312．．．乙太網路供電交換器

314．．．微控制器

316．．．電話連接器

318．．．直流、太陽能、電池及其他能源來源等

320．．．網際網路及/或區域網路

322．．．電話輸入

324．．．廣播、有線電視、無線電視、衛星電視

326．．．同軸電纜線

328．．．電話線

330．．．發光二極體燈具

332．．．馬達控制

334．．．門禁連結

336．．．感測器

338．．．網路攝影機

340．．．網路監控裝置

342．．．智慧家庭控制面板

344．．．無線基地台

346．．．個人電腦

348．．．網路電話

350．．．網路儲存伺服器

352．．．其他應用裝置

354．．．第二乙太網路供電交換器

356．．．第三乙太網路供電交換器

358．．．無線基地台

360．．．個人電腦

362．．．網路儲存伺服器

364．．．發光二極體

366．．．網路電話

400．．．整合式弱電控制裝置

402．．．微控制器

404．．．乙太網路供電連接

406．．．交流集線器

408．．．微控制器

410．．．交流輸入

412．．．交流應用裝置

500．．．RJ45

501．．．接腳一

502．．．接腳二

503．．．接腳三

504．．．接腳四

505．．．接腳五

506．．．接腳六

507．．．接腳七

508．．．接腳八

510．．．資料/供電

512．．．正電壓

514．．．負電壓

600．．．電能路由器

602．．．處理單元

604．．．電源切換及控制單元

606．．．太陽能介面控制埠

608．．．電池充放電埠

610．．．電壓調節器

612．．．埠偵測及控制模組

614．．．輸出偵測及控制模組

616．．．直流對直流電壓轉換器

618．．．太陽能光伏板陣列

620．．．電池組

622．．．交流電輸入

624．．．直流電輸出

626．．．RS232/RJ45控制台

628．．．直流電網路

700．．．乙太網路供電交換器

702．．．輸入電源

800．．．乙太網路供電交換器

802．．．輸入電源

900．．．整合式弱電控制裝置

902．．．太陽能路由器

904．．．太陽能路由器

906．．．太陽能路由器

908．．．太陽能路由器

910．．．應用裝置

912．．．應用裝置

914．．．應用裝置

916．．．太陽能供電網路

918．．．智慧家庭架構

1000．．．住家

1002．．．整合式弱電控制裝置

1004．．．太陽能光伏板

1006．．．交流電

1008．．．網際網路

1010．．．電話系統

1012．．．智慧家庭控制面板

1014．．．電視/電腦

1016．．．電燈

1018．．．街燈

1020．．．門禁系統

1022．．．整合式弱電控制裝置

圖一顯示一般使用太陽能光伏板收集太陽能以供應部分家中用電之示意圖。

圖二顯示根據本發明實施例之整合式弱電控制裝置之功能方塊示意圖。

圖三顯示根據本發明實施例之整合式弱電控制裝置之使用模式示意圖。

圖四顯示根據本發明實施例之整合式弱電控制裝置控制及管理交流電源之示意圖。

圖五顯示本發明實施例中用以連接弱電供應之線材「RJ45」的接腳接線配置示意圖。

圖六顯示根據本發明實施例之電能路由器之細部功能方塊圖。

圖七顯示本發明實施例中乙太網路供電交換器之另一實施例示意圖。

圖八顯示本發明實施例中乙太網路供電交換器之另一實施例示意圖。

圖九顯示本發明實施例中具有太陽能路由器之整合式弱電控制裝置實施架構示意圖。

圖十顯示本發明實施例中整合式弱電控制裝置使用情境示意圖。