TWI501586B - 用於組合的乙太網路供電系統之極性校正橋接控制器 - Google Patents

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Description

用於組合的乙太網路供電系統之極性校正橋接控制器
本發明係有關乙太網路供電(PoE)設備，其中電源是通過資料線傳輸。
已知通過資料線向供電功率遠端設備發送供電功率。乙太網路供電(PoE)是一個這樣的系統的示例。在PoE中，從乙太網路交換器向乙太網連接設備(例如VoIP電話、WLAN發送器、安全攝像頭等)發送有限供電功率。通過標準CAT-5電纜佈線中的兩組雙絞線發送來自交換機的DC供電功率。相同兩組雙絞線也可以發送不同資料訊號，因為DC共模電壓未影響資料。以這一方式，可以消除為“受電設備”(PD)提供任何外部供電功率源的需要。PoE的標準在IEEE 802.3中闡述，其通過引用而結合於此。
通過資料線提供供電功率適用於其他現有系統和將來系統。IEEE或者其他團體可以標準化使用資料線供電的各種新系統。
雖然本發明可以應用於使用資料線供電的任何系統，但是將描述典型PoE系統作為示例。
圖1代表使用PoE的典型乙太網系統。在圖1的示例中，“供電功率供電設備”(PSE)12可以是向PD供應供電功率和資料的任何乙太網設 備。通常經由用標準乙太網8管腳(四個雙絞線)連接器端接的標準CAT-5線纜連接PSE 12和PD 14。通常需要雙絞線中的僅兩個雙絞線用於PoE和資料，因此有兩個備用雙絞線。
PSE 12通常由市電電壓(120VAC)供電並且使用外部或者內部電壓轉換器16以生成在44-57伏特之間的DC電壓。PoE標準要求PoE在PD供應最小37伏特。沿著線纜的電壓降隨距離增加。
分配雙絞線中的兩個雙絞線18和20以輸送PoE供電功率，並且這些雙絞線也可以輸送差分資料。也示出其餘兩個雙絞線21和22。使用的所有雙絞線在PD 14由變壓器、比如變壓器23和24端接。假設接線18提供44伏特並且接線20連接到接地。與變壓器23和24的中心抽頭產生連接以向PD 14提供44伏特。由於DC電壓為共模，所以它未影響差分資料。在終端區塊25中也包括其他常規端接電路裝置、比如極性校正電路裝置和開關。
向DC-DC轉換器26施加44伏特用於將電壓轉換成PD 14需要的任何一個或者多個電壓。負載28(例如安全攝像頭)由轉換器26供電並且經由雙絞線與PSE 12通信。
IEEE標準需要在PSE 12與PD 14之間的某些低電流交握過程，以便檢測由PoE供電的設備的存在，以便在PSE 12使全供電功率可用於PD 14之前傳達PSE 12和PD 14的相關特徵。檢測/分類電路裝置30執行程式並且提供分類脈衝。PSE 12也包含用於控制交握程式的電路裝置。
以下是在PSE 12與PD 14之間的交握協議的簡化概述。
在向PD 14中插入啟用PoE的乙太網線纜時，PSE 12詢問PD 14以確定它是否啟用PoE。這一時段稱為檢測階段。在檢測階段期間，PSE 12經由接線18和20向PD 14施加第一電流有限電壓持續固定間隔、然後 施加第二電流有限電壓持續固定間隔，同時通過檢測所得電流來尋找PD 14的特徵阻抗(約25K歐姆)。如果未檢測到正確阻抗，則PSE 12假設負載未啟用PoE並且關停PoE生成端。系統然後作為標準乙太網連接來操作。
如果檢測到簽名阻抗，則PSE 12繼續可選分類階段。PSE 12使得供給PD 14的電壓上升。PSE 12生成一個脈衝(指示它為類型1 PSE)或者兩個脈衝(指示它為類型2 PSE)。PD 14對具有某些電流電平的分類脈衝做出回應以標識PD 14是否為類型1或者類型2。類型1 PD需要少於13W。類型2 PD需要高至最大25.5W。也可以標識這些類型內的各自與最大平均電流電平和最大暫態電流電平關聯的各種類(五類)。可以使用分類電阻。PSE 12然後使用這一供電功率需求資訊以確定它是否可以向PD 14供應所需供電功率，並且PD 14使用資訊以確定它是否可以與PSE 12進行全操作。有用於檢測和分類階段的最大時間窗(例如500 ms)。
可以實施其他標準。
在完成檢測和分類階段時，PSE 12使得它的輸出電壓上升至42 V以上。一旦已經在PD 14檢測到欠電壓封鎖(UVLO)閾值，接通內部FET以將全電壓耦合到DC-DC轉換器26以向負載28供電。在這一點，PD 14開始正常操作，並且它只要輸入電壓保持於所需電平以上就繼續正常操作。
近來已經提出通過使用資料線18和20供應高至25.5 W並且使用備用接線21和22供應高至25.5 W經由四對接線18、20、21和22向PD供應高至51 W(或者更多)而仍然符合用於PoE交握的IEEE標準。
圖2圖示被Cisco Systems稱為通用PoE或者UPoE的提出的系統。PSE1和PSE2可以是常規類型2 PSE，並且各自供應高至25.5 W(並且 在一些提出的系統中高至30 W)。各自跨接它們的關聯接線對44-47向單個PD 50供應約44伏特。PD 50使用常規8管腳乙太網連接器。PSE1和PSE2可以位於相同乙太網路交換器51中，並且各自可以具有相同供電功率供應和檢測/分類電路裝置。PSE1和PSE2可以獨立地操作並且無需相互通信。
用於兩個通道中的每個通道的常規二極體橋接器極性校正電路52和53保證向負載56施加正確電壓極性、比如在頂部端的44伏特和在底部端的零伏特。
常規PD介面控制器58和59-一個用於每個通道-提供檢測電阻器60(約25K歐姆)和可編程分類電流源61。在成功交握程式結束時，控制器58和60接通它們的相應MSOFET 62和64以跨接負載56供應44伏特。負載56可以包括用於將44伏特轉換成負載56需要的任何電壓的DC-DC轉換器。示出MOSFET 62和64的內接二極體。
在另一現有技術實施例中，MOSFET 62和64與接地導體而不是正電壓導體串聯連接，以產生用於單個通道的負載電流回路。
控制器58和59以及PSE(PSE1和PSE2)獨立地和並行地執行它們的檢測和分類程式。由於假設PSE1和PSE2相同並且它們共用相同乙太網線纜，所以假設PSE1和PSE2向PD 50的輸入供應的最終電壓相同(例如44伏特)。
需要額外一組二極體66和68以防止來自第一通道(例如PSE1通道)的供電功率向第二通道(例如PSE2通道)中饋送。這允許一個通道的檢測和分類參數未受另一通道影響。額外二極體66和68也允許“負電壓”橋二極體接通，因為如果不這樣來自一個通道的接地電壓將在MOSFET 62或者64之一接通之後在另一通道中的“負電壓”橋二極體的正極，從而 防止那些“負電壓”二極體變成正向偏壓。
一旦已經接通MOSFET 62和64，向負載56並行供應來自PSE1和PSE2的供電功率。這通常高至51 W、但是可以高至60 W。
因而在圖2的UPoE系統中，在每個通道的供電功率回路中有三個二極體壓降，從而在約51W的最大負載供電功率引起共計約2.5 W的浪費供電功率。圖2的系統中存在其他缺點。
需要的是一種用於用比現有技術更高的效率組合來自兩個PSE通道的供電功率的系統。
一PoE橋接控制器IC供控制一MOSFET橋接器以進行對兩個PSE通道(PSE1通道和PSE2通道)的極性校正。通常，單個乙太網路交換器可提供PSE通道，並且可以提供多個通道。MOSFET橋接器將來自兩個通道的供電功率耦合到單一負載。如果每個PSE各自供應一25.5 W的第2型供電功率，則向負載施加的最大供電功率可以是51 W。更高供電功率是可能的。本發明使用單個PD介面控制器IC。一導通的MOSFET兩端的電壓降比一正向偏壓的二極體的電壓降少得多，因此能提高效率。
PSE1和PSE2通道係連接到橋接控制器IC，使橋接控制器IC能同時檢測來自兩個通道的電壓和負載兩端的電壓。如以下所述，該控制技術可防止一個通道被另一通道的檢測和分類所干擾，並且在不使用任何阻斷二極體的情況下允許適當的電壓極性耦合。
假設PSE1通道將首先連接到負載，則具有包括PSE1和PSE2通道的多埠乙太網路交換器通常將依次逐埠執行PoE交握程式。
PSE1通道為交握階段提供的限流電壓係由組成MOSFET橋接器的MOSFET內接二極體校正極性(在需要校正的情況下)。在此階段中用於 PSE1通道和PSE2通道的橋接器MOSFET係設為失效狀態，並且橋接控制器IC未汲取顯著電流。因此，橋接控制器IC未干擾用於PSE1通道的交握過程。正向偏壓內接二極體將來自PSE1通道的電壓耦合到一PD介面控制器(通常為一單獨IC)。
然後PD介面控制器為PSE1通道執行常規檢測和分類。如果檢測到PSE1通道未提供適當的PoE訊號，則PD介面控制器不閉合與負載串聯的MOSFET，而使PSE1通道供電路徑保持與負載隔離。如果PoE交握程式執行成功，則PD介面控制器關閉串聯MOSFET以將PSE1通道供電連接到負載。在此狀況下，該負載可以從PSE1通道接收最高至25.5 W之供電功率。然後該PD介面控制器通常從回路斷開檢測和分類電路裝置。
橋接控制器IC係由PSE1通道供應的電壓跨過該負載供電。橋接控制器IC可藉由例如檢測串聯MOSFET兩端的電壓降來感測到PSE1通道已經連接到負載，並且作為回應來關閉橋接器中適當的MOSFET以增加效率。用於PSE1通道的MOSFET的內接二極體因此不再導通。使PSE1通道可以向負載高效地提供全部的供電功率。
乙太網路交換器檢測到來自PSE1通道的全電壓被供應並且開始PSE2通道的低供電功率PoE交握程序。橋接控制器IC關閉該橋接控制器IC中的內部開關以將PSE2通道耦合到橋接控制器IC中的檢測和分類電路以執行常規PoE交握程式。橋接控制器IC中的檢測和分類電路系統由用於PSE2通道的“開路”橋接器MOSFET從更高負載電壓隔離。
如果檢測到PSE2通道未提供適當的PoE訊號，則橋接控制器IC不關閉用於PSE2通道的橋接器MOSFET，而使PSE2通道供電功率路徑與負載隔離。如果PoE交握程式執行成功，則橋接控制器IC檢測系統中的 各種電壓以確定極性並且關閉橋接器中的適當的MOSFET以將PSE2通道供電功率連接到負載。橋接控制器IC通過監視在關閉橋接器MOSFET之前和之後的各種電壓值來保證一個通道未向另一通道供應電力。此時，負載由PSE1通道和PSE2通道並聯供應PoE。
術語PSE和PD貫穿本公開內容用來標識供電設備和受電設備，且這些設備/裝置不限於乙太網路設備/裝置。
各種其他實施例亦被描述於本公開內容。
12‧‧‧供電設備(PSE)
14、50、78‧‧‧受電設備(PD)
16‧‧‧電壓轉換器
18、20、21、22‧‧‧雙絞線
23、24‧‧‧變壓器
25‧‧‧終端區塊
26‧‧‧轉換器
28、56、86‧‧‧負載
30‧‧‧檢測/分類電路裝置
44-47‧‧‧接線
51‧‧‧乙太網路交換器
52、53‧‧‧二極體橋接器極性校正電路
58、59、98‧‧‧PD介面控制器
60、100、112‧‧‧電阻器
61、102、114‧‧‧電流源
62、64、74、75、76、77、90、92、94、96、106、126、128、136、138‧‧‧MSOFET
66、68‧‧‧二極體
69‧‧‧MOSFET橋接器
70、71、82-85、108、109、174‧‧‧輸入端
72‧‧‧控制電路
80‧‧‧橋接控制器IC
99、172‧‧‧檢測電路
104、107、132‧‧‧電流
116、118‧‧‧電晶體開關
144、145‧‧‧內部開關
160、162‧‧‧二極體橋接器
166‧‧‧開關
170‧‧‧交握電路
176‧‧‧極性檢測電路
178‧‧‧充電幫浦
180‧‧‧驅動器
圖1圖示一傳統啟用PoE的乙太網路系統。
圖2代表用於組合來自兩個PSE通道的供電功率以向單個PD負載供電的一已知UPoE系統。
圖3圖示根據本發明一實施例的用於組合來自兩個PSE通道的供電功率以向單個PD負載供電的系統。
圖4圖示可以取代PoE系統中用於極性校正的二極體橋接器電路的任一種已知主動式橋接器電路。
圖5圖示圖3的系統在對PSE1通道進行檢測和分類時導通的電流。
圖6圖示圖3的系統在PSE1通道耦合到負載之後導通的電流。
圖7圖示圖3的系統在對PSE2通道進行檢測和分類時導通的電流。
圖8圖示圖3的系統在PSE1通道和PSE2通道二者耦合到負載之後導通的電流。
圖9是標識根據本發明一實施例的執行步驟的流程圖。
圖10圖示根據本發明一實施例中的橋接控制器IC中的各種功能單元。
相同或者等效的元件係以相同的標號標示。
本發明電路的運作請參照圖9的流程圖。
圖3圖示本發明的一個實施例，該實施例組合來自兩個PSE通道的供電功率(使用常規乙太網路接線中的資料接線和備用接線)以向單個PD負載供電。用於單個通道的“電壓極性校正”二極體橋接器由MOSFET橋接器或者其他適當的主動式橋接器取代，以最小化跨接橋接器的電壓降。後面會討論到，MOSFET橋接器也用來從負載電壓隔離用於一個通道的檢測和分類的電路裝置。
圖4圖示可以用於校正單個PSE通道供應的電壓的極性的數個常見MOSFET橋接器69中的任一種。輸入電壓係由輸入端70和71提供。控制電路72以常見方式使用比較器或者無源電路裝置，如果檢測到傳入電壓極性正確(向上輸入端70施加更高電壓)則接通MOSFET 74和75。如果檢測到傳入電壓極性不適當(向下輸入端71施加更高電壓)，則接通MOSFET 76和77。基本上，如果對MOSFET的內接二極體施加正向偏壓，則應當接通MOSFET。使用這樣的MOSFET橋接器用於校正PoE系統中的電壓極性為習知技術，因此無需進一步電路細節。
然而即使這樣的MOSFET橋接器取代圖2的每個橋接器二極體，仍然不能適當的接通MOSFET，因為在PSE通道之一耦合到負載之後，該電壓將耦合到另一MOSFET橋接器從而妨礙準確極性檢測並且可能造成一個通道向另一通道中供應電流。另外，在無阻斷二極體時，一個通道也將干擾另一通道的檢測和分類程式。在圖2中，橋接器獨立地操作，因此不知道另一通道中的電壓。
圖3圖示根據本發明的一個實施例的PD 78。系統使用MOSFET橋 接器於兩個通道PSE1和PSE2(如圖2中所示分別連接到接線44/45和46/47)中，其中橋接控制器IC 80同時檢測來自PSE1和PSE2的四個輸入端82-85上的電壓。PSE1和PSE2可以是如圖2中所示之常規PSE，因此不需為本發明的PD 78的操作特別設計。因此，本發明與常規PSE相容。在該例中，PSE1和PSE2為類型2，各自在約44伏特提供高至25.5 W的PoE。
圖5至圖8描述本發明系統的操作和構造。假設PSE1和PSE2通道為可能向其他PD提供更多通道的單個乙太網路交換器的埠，對於乙太網路交換器而言，一般是逐埠依次為各種通道執行PoE交握程式。因此在該例中假設PSE1通道將首先連接到負載86。
在圖9的步驟1中，PSE1和PSE2通道由標準CAT-5纜線或者其他適當乙太網纜線連接到橋接控制器IC 80。
在步驟2中，乙太網路交換器(可以是常規的)為PSE1通道啟動PoE檢測和分類(交握)程式。
在步驟3中，並且如圖5中所示，MOSFET 90和92中的內接二極體(假設極性正確)係被施加正向偏壓，這時關閉所有橋接器MOSFET。因此保證適當的電壓極性並且使PD介面控制器98中的輸入連接到PSE1通道。
在橋接控制器IC 80內部的檢測電路99檢測來自PSE通道(來自輸入82-85)的四個電壓以及跨接負載86兩端的電壓和其他訊號，隨後會加以描述。
PD介面控制器98可以是常規PD介面控制器IC，並且包含一25K歐姆檢測電阻器100和編程的電流源102，該電流源如先前描述的那樣向PSE1供應電流脈衝(例如1-3個脈衝)以標識它的類。可以在分類過程 中使用其他常見電路裝置、比如使用分類電阻以汲取預定電流從而標識PD的供電功率需要。控制器98包含用於與乙太網路交換器結合執行常規PoE交握協定的邏輯。在圖5中圖示電流路徑為電流104(圖9的步驟4)。
一旦控制器98已經檢測到PSE1通道滿足對於類型2 PoE的要求並且PSE1通道已經使得PoE電壓上升超出欠電壓封鎖(UVLO)閾值，控制器98如圖6中的電流107所示接通串聯MOSFET 106以跨接PD負載86耦合PE1通道(圖9中的步驟5和6)。示出MOSFET 106內接二極體。負載96可以是將由PoE供電的任何器件。因而，負載86由PSE1通道供應高至25.5 W。PD介面控制器98現在可以斷開檢測電阻器100和電流源102。負載96將通常包含DC-DC轉換器，該轉換器從通道接收電壓、比如44伏特並且將電壓轉換成負載85需要的調節電壓(例如5伏特)。在轉換器的輸出電壓滿足某個閾值時，轉換器可以發出電源正常訊號，該訊號向負載86指示負載86現在可以正常地操作。
如果PoE交握程式未成功、比如未感測到有效檢測電阻器，則控制器98使得MOSFET 106保持開路，因此從負載86隔離PSE1供電功率路徑(圖9中的步驟7)。
橋接控制器IC 80檢測到PSE1通道連接到負載86而不是仍然經受檢測和分類。這可以通過檢測電路99檢測跨接端108和109的電壓或者阻抗或者通過檢測指示PSE1通道已經連接到負載86的另一訊號來完成。在一個實施例中，檢測跨接MOSFET 106的電壓。如果電壓降為低，則它表示PSE1通道耦合到負載86。檢測電路99也可以被連接用於從PD 78中的DC-DC轉換器接收電源正常訊號，該訊號指示轉換器的輸出電壓在某個閾值以上。
在檢測到PSE1通道連接到負載86時，橋接控制器80檢測向控制器IC 80的輸入端82和84施加的電壓的極性(圖9的步驟8)。這可以通過使用常規技術比較電壓來完成。為了簡化而未示出這樣的常規極性檢測電路裝置。如果在輸入端82的電壓高於在端84的電壓，則如圖6中的電流107的流動所示接通MOSFET 90和92。如果相反為真，則接通MOSFET 94和96。因此，在高供電功率階段期間，在回路中無二極體壓降，並且橋接器MOSFET使得效率最大化。
從跨接負載86由PSE1通道供應的電壓向橋接控制器IC 80供電，並且可以經由輸入端108和109向橋接控制器IC 80供電。
標題為Providing Power to Powered Device Having Multiple Power Supply Inputs、Jeffrey Heath等人的美國公開號2100/0125341中描述MSOFEET橋接器的一個示例，該檔通過引用而結合於此。標識MOSFET橋接器電壓檢測和控制電路裝置為橋接控制器IC 80內的電路99。橋接器MOSFET根據可用柵極電壓可以是全n溝道型或者p溝道和n溝道型的混合。
由於在用於PSE1溝道的交握階段期間不啟用用於PSE2通道的橋接器MSOFET，PSE2通道不會對PSE1通道的交握階段產生干擾。
在向負載86供應PSE1通道PoE(這可以在啟動交握階段之後需要少於1秒)之後，乙太網路交換器為PSE2通道開始交握程式(圖9中的步驟9)。
如圖7中所示，橋接控制器IC 80包含PoE檢測電阻器112、電流源114(用於分類)和用於執行常規PoE交握協定的常規控制邏輯(未示出)。相反，檢測電阻器112可以在外部。在橋接控制器IC 80檢測到PSE1通道連接到負載86之後，橋接控制器IC80按照狀態機或者其他固件控制 器閉合電晶體開關116和118以跨接電阻器112耦合PSE2通道並且供應與類型2交握協議一致的電流脈衝(圖9中的步驟10和11)。在橋接控制器IC 80中的檢測和分類電路可以另外是常規的。
一旦確定PSE2通道與PD 78是PoE相容的，控制器IC 80確定跨接PSE2通道輸入端83和85施加的電壓的適當的極性(圖9中的步驟12和13)。檢測電路99使用常規技術來執行這樣的檢測。電路99也確定PSE2通道供應的上升電壓何時等於跨接負載86(在端108和109)的電壓以防止PSE2通道從PSE1通道吸收任何電流。如果極性和電壓電平適當的，則控制器IC 80然後控制橋接器MOSFET 126和128接通以將PSE2通道耦合到負載86。圖8中的電流132示出從PSE2通道經過負載86的電流流動。橋接控制器80 IC繼續監視相應電壓並且控制橋接器MOSFET以保證一個通道未從另一通道吸收電流。
如果電壓極性不正確，則將已經接通MOSFET 136和138。
如果用於PSE2通道的PoE交握程式未成功、比如未檢測到有效電阻器112，則用於PSE2通道的橋接器MOSFET將保持開路，因此PSE 2供電功率路徑保持從負載86隔離(圖9中的步驟14)。
因而，用於PSE2通道的橋接器MOSFET替換由常規PD介面控制器控制的串聯MOSFET(比如圖2中的MOSFET 62或者64)。
此時，負載86供電功率由PSE1通道和PSE2通道並聯供應。由橋接控制器IC 80控制的MOSFET服務於用於兩個通道的電壓極性校正和將一個通道(在該例中為PSE2通道)耦合到負載86這雙重目的，而PD介面控制器98控制MOSFET 106用於將另一通道(在該例中為PSE1通道)耦合到負載。通過從下游部件隔離PSE2通道直至在已經檢測到PSE1通道為耦合到負載86之後，無對PSE1通道的檢測和分類或者PSE1通道 的電壓極性校正的干擾，並且無從一個通道向另一通道的電流供應。另外，用於PSE2通道的檢測和分類電路裝置在用於PSE2通道的交握階段期間被由橋接控制器IC 80控制的開路橋接器MOSFET從PSE1通道隔離。因而無對於任何如下二極體的要求，這些二極體用於阻止任何電流干擾極性校正或者檢測和分類或者用於防止從一個通道向另一通道供應電流。因此無由於二極體壓降所致的浪費供電功率。
在另一場景中，PSE2通道首先經由橋接器MOSFET和PD介面控制器98耦合到負載86，並且PSE1通道在橋接控制器IC 80執行的檢測和分類階段以及閉合橋接器MOSFET之後耦合到負載86。在這樣的情況下，橋接控制器IC 80將在交握階段期間閉合內部開關144和145(圖8)。啟動低供電功率交握程式的第一通道是耦合到控制器98的通道。
主動式橋接器可以包括除了MOSFET之外的開關以實現低電壓降。開關可以在與橋接控制器IC 80相同的IC上。
圖10圖示一個實施例中的在橋接控制器IC 80內部的一些功能單元。設想其他實現方式。為了簡化而未示出在單元之間的各種互連。
橋接控制器IC 80可以在PSE1通道的交握階段期間實質上休眠，因為低電源由橋接器MOSFET的內接二極體導通。由於橋接控制器IC 80的內部電路裝置在用於PSE1通道的交握期間實質上未從PSE1汲取電流，所以控制器IC 80電路裝置不會影響用於PSE1通道的交握。在向負載施加全PoE電壓時用於PSE1通道的成功交握階段之後，然後如關於圖5和6描述的那樣閉合用於PSE1通道的適當的橋接器MOSFET。用於這一第一通道的極性檢測和橋接器控制可以另外是常規的。以下描述主要涉及在為第一通道閉合橋接器MOSFET之後處理另一通道的訊號。
用於PSE1通道和PSE2通道的輸入端82-85連接到在橋接控制器IC 80外部的相應二極體橋接器160和162用於極性校正。二極體橋接器160和162可以與圖2中所示二極體橋接器示意地相同、但是在PoE交握階段期間僅操縱低電源。二極體壓降與系統的總效率無關，因為它們僅在低供電功率PoE交握階段期間出現。
二極體橋接器160和162的輸出連接到將通道之一耦合到PoE交握電路170的開關166，這些開關包含圖8中的開關116、118、144和145。PoE交握電路170包含檢測電阻器112和可編程電流源114(圖7)以及執行交握程式的任何狀態機或者其他邏輯。
檢測電路172一旦它檢測到已經閉合圖6中的串聯MOSFET 106以將通道之一耦合到負載86就閉合開關116、118、144和145中的一組。這可以通過監視跨接MOSFET 106的電壓來完成，其中低電壓指示MOSFET 106被閉合。其他訊號可以用來確定一個通道連接到負載86、比如負載中的DC-DC轉換器生成的供電功率電源正常訊號。可以向橋接控制器IC 80的輸入端174施加這樣的訊號。橋接控制器IC 80知道哪個通道已經連接到負載86，因為橋接控制器IC 80為連接到負載86的通道閉合橋接器MOSFET。因而，閉合適當的開關166以將另一通道耦合到PoE交握電路170。
在成功PoE交握之後，PoE交握電路170使MOSFET橋接器電壓檢測和控制電路99能夠接通適當的MOSFET，從而將PSE2通道(在該例中)耦合到負載86。檢測向PSE2通道輸入端83和85施加的電壓以及向負載電壓輸入端108和109施加的電壓以確定適當的極性並且保證PSE2通道不會從負載86汲取電流。在上升PSE2通道電壓基本上等於負載電壓時切換橋接器MOSFET。這可以使用比較器和常見技術來檢測。示出可以運用已知極性檢測技術的極性檢測電路176。
如果在橋接器中使用NMOS電晶體，則充電幫浦178用來生成柵極電壓需要的高電壓。充電幫浦178可以在交握階段期間由通道PSE1或者PSE2中的任一通道供應的初始低電壓供電，或者可以使用在端108和109的負載電壓。
極性檢測電路176然後控制用於橋接器MOSFET的驅動器180，以接通適當的MOSFET。
設想橋接控制器IC 80的其他配置。
PSE1和PSE2可以額是連接到4對接線44-47的乙太網路交換器中的單個PSE單元的部分。PSE1和PSE2可以各自具有它自己的供電功率供應和PoE交握電路裝置。PSE1和PSE2可以如特定應用所需要的那樣出於各種目的而通信。
Linear Technology Corporation已經開發稱為LTPoE++的PoE系統，其中四對接線44-47供應高至90 W(和更大)。在LTPoE++中，僅單個PSE-PoE控制器用於檢測和分類。圖3的系統也可以與這樣的PoE++系統使用，其中不會使用橋接控制器IC 80的檢測和分類功能，因為這樣的功能將完全由與PSE控制器通信的PD介面控制器98操縱。橋接控制器IC 80將執行圖9的流程圖中的所有其他任務、比如一旦來自接線44和45的供電功率耦合到負載86，經由橋接器MOSFET將來自接線46和47的供電功率耦合到負載86。因而，本發明與UPoE系統(兩個PSE，各自具有PSE-PoE控制器)和LTPoE++系統(一個PSE-PoE控制器)二者向後相容。本系統也與IEEE 802.3 af(標準PoE)和802.3 at(PoE+)相容。
因而，通過同時檢測所有電壓、控制MOSFET橋接器並且協調耦合來自四對接線的供電功率而在用於兩個通道的檢測和分類階段中無干擾 並且未從一個通道向另一通道供應供電功率，橋接控制器IC 80向負載提供組合供電功率而無現有技術系統(例如圖2)的任何缺點。
在已經向負載86施加PoE之後，然後可以如常規的那樣通過單獨資料路徑在PSE與負載之間傳達資料。
雖然已經描述PoE交握程式和電路裝置為常規的，但是其他或者將來系統可以使用不同交握程式和電路或者僅使用子集。因而，本發明旨在於涵蓋在任何類型的交握階段中使用的這樣的電路，其中本發明操作以將一個通道從另一通道隔離直至完成這樣的交握階段。
本發明不限於PoE、但是可以應用於向負載組合來自兩個通道的供電功率的任何其他系統。例如在其他系統中，多於四對接線可以用於資料和供電功率。
儘管已經示出和描述本發明的具體實施例，但是本領域技術人員將清楚，可以進行改變和修改而在本發明的更廣義方面中未脫離本發明，因此所附權利要求將在它們的範圍內涵蓋在本發明的真實精神實質和範圍內的所有這樣的改變和修改。
44-47‧‧‧接線
78‧‧‧受電設備(PD)
80‧‧‧橋接控制器IC
82-85、108、109‧‧‧輸入端
86‧‧‧負載
98‧‧‧PD介面控制器
99‧‧‧檢測電路
106‧‧‧MSOFET

Claims (24)

  1. 一種在使用乙太網路供電(PoE)技術的一受電設備(PD)中用於組合向一負載供電的系統，該系統從至少一個供電設備(PSE)接收至少四對接線，該四對接線中的兩對接線屬於一第一通道，而另兩對接線屬於一第二通道，每對接線輸送一共模電壓，該第一通道施加第一電壓至其兩對接線之兩端，且該第二通道施加第二電壓至另兩對接線之兩端，該系統包括：一主動式橋接器，其包括可控制的橋接器開關，該橋接器開關中的第一組連接到該第一通道，用於將該第一電壓耦合到該負載，該橋接器開關中的第二組連接到該第二通道，用於將該第二電壓耦合到該負載；一第一控制器積體電路(IC)，該第一控制器積體電路(IC)包括一主動式橋接控制器電路和一第一介面控制器電路，該主動式橋接控制器電路控制該第一組橋接器開關和該第二組橋接器開關的導通，該第一介面控制器電路包含一第一PoE交握電路以保證該PD與該至少一個PSE相容；一第二介面控制器電路，位於該第一控制器IC外部，包含一第二PoE交握電路以保證該PD與該至少一個PSE相容；一串聯開關，係由該第二介面控制器電路控制，該串聯開關於該第二PoE交握電路成功執行該PoE交握程式之後接通，使該第一電壓耦合到該負載；一檢測器，位於該第一控制器IC中，用於檢測該第一電壓與該負載之耦合；以及一控制電路，位於該第一控制器IC中，用於執行以下程式： a.控制該第一組橋接器開關，使其僅在檢測到該第二介面控制器電路已接通該串聯開關以將該第一電壓耦合到該負載之後接通，將該第一通道提供之第一電壓耦合到該負載；以及b.在步驟a之後，該第一PoE交握電路經由該第二通道與該至少一個PSE執行PoE交握程式，並且在該第一PoE交握電路成功執行PoE交握程式時，接通該第二組橋接器開關以將該第二電壓耦合到該負載，從而結合來自該第一通道的電源和來自該第二通道的供電功率以作為向該負載提供的供電功率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該第一組橋接器開關包括具有第一內接二極體的第一MOSFET，其中正向偏壓的第一內接二極體導通該第一電壓直至該第一MOSFET在步驟a中被控制接通。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該第一控制器IC包括連接到該第一通道的一第一二極體橋接器和連接到該第二通道的一第二二極體橋接器。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的系統，其中該第一控制器IC還包括一開關電路，其只有在該第一通道在該第二通道啟動PoE交握程式之前啟動PoE交握程式的時候，將該第二通道連接到該第一PoE交握電路。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該檢測器通過感測該串聯MOSFET兩端的電壓來檢測該第一電壓與該負載的耦合。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該檢測器通過感測在該第一控制器IC的至少一個輸入端上的電壓來檢測該第一 電壓與該負載的耦合。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該檢測器通過感測一電源正常信號來檢測該第一電壓與該負載的耦合，該電源正常信號係指施加於該負載上的電壓為某個閾值以上。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該至少一個PSE包括符合IEEE 802.3 PoE標準的一第一PSE及一第二PSE。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該主動式橋接器電路包括：極性檢測電路系統，用於在步驟b中控制該第二組橋接器開關接通以將該第二電壓耦合到該負載之前保證該第二電壓趨近或者大於施加於該負載的該第一電壓。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中來自該至少一個供電設備(PSE)的該四對接線包括兩對差分資料接線和兩對備用接線。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該第一組橋接器開關和該第二組橋接器開關包括具有內接二極體的MOSFET。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該第一控制器IC同時檢測該第一電壓和該第二電壓。
  13. 一種在使用乙太網路供電(PoE)的受電設備(PD)中用於組合向一負載供電的系統的第一控制器積體電路(IC)，該第一控制器IC包括：第一輸入端，用於從至少一個供電設備(PSE)接收至少四對接線，該四對接線中的兩對接線屬於一第一通道，而另兩對接線屬於一第二通道，每對接線輸送一共模電壓，該第一通道施加第一電壓至其兩對接線之兩端，且該第二通道施加第二電壓至另兩對接線之兩端； 一主動式橋接控制器電路，用於控制在具有一第一組橋接器開關和一第二組橋接器開關的主動式橋接器電路中的開關的導通，該第一組橋接器開關用於連接到該第一通道，以將該第一電壓耦合到該負載，該第二組橋接器開關用於連接到該第二通道，以將該第二電壓耦合到該負載；一第一介面控制器電路，包含一第一PoE交握電路以保證該PD與該至少一個PSE相容；一檢測器，係透過一由一外部第二PoE交握電路控制的串聯開關來檢測該第一電壓與該負載之耦合；以及一控制電路，用於執行以下程式：a.控制該第一組橋接器開關，使其僅在檢測到該串聯開關已被接通，以將該第一電壓耦合到該負載之後，將該第一通道提供之第一電壓耦合到該負載；以及b.在步驟a之後，該第一PoE交握電路經由該第二通道與該至少一個PSE執行PoE交握程式，並且在該第一PoE交握電路成功執行PoE交握程式時，接通該第二組橋接器開關以將該第二電壓耦合到該負載，從而結合來自該第一通道的供電功率和來自該第二通道的供電功率以作為向該負載提供的供電功率。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的第一控制器IC，其中該第一組橋接器開關包括具有第一內接二極體的第一MOSFET，其中正向偏壓的第一內接二極體導通該第一電壓直至該第一MOSFET在步驟a中被控制接通。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的第一控制器IC，其中該第一控制器IC包括連接到該第一通道的一第一二極體橋接器和連接到該第二通道的一第二二極體橋接器。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的第一控制器IC，其中該第一控制器IC還包括一開關電路，其只有在該第一通道在該第二通道啟動PoE交握程式之前啟動PoE交握程式的時候，將該第二通道連接到該第一PoE交握電路。
  17. 如申請專利範圍第13項所述的第一控制器IC，其中該檢測器通過感測該串聯MOSFET兩端的電壓來檢測該第一電壓與該負載的耦合。
  18. 如申請專利範圍第13項所述的第一控制器IC，其中該檢測器通過感測在該第一控制器IC的至少一個第二輸入端上的電壓來檢測該第一電壓與該負載的耦合。
  19. 如申請專利範圍第13項所述的第一控制器IC，其中該檢測器通過感測一電源正常信號來檢測該第一電壓與該負載的耦合，該電源正常信號係指施加於該負載上的電壓為某個閾值以上。
  20. 如申請專利範圍第13項所述的第一控制器IC，其中該至少一個PSE包括符合IEEE 802.3 PoE標準的一第一PSE及一第二PSE。
  21. 如申請專利範圍第13項所述的第一控制器IC，其中該主動式橋接器橋接控制器電路包括：極性檢測電路系統，用於在步驟b中控制該第二組橋接器開關接通以將該第二電壓耦合到該負載之前保證該第二電壓趨近或者大於施加於該負載的該第一電壓。
  22. 如申請專利範圍第13項所述的第一控制器IC，其中來自該至少一個供電設備(PSE)的該四對接線包括兩對差分資料接線和兩對備用接線。
  23. 如申請專利範圍第13項所述的第一控制器IC，其中該第一組 橋接器開關和該第二組橋接器開關包括具有內接二極體的MOSFET。
  24. 如申請專利範圍第13項所述的第一控制器IC，其中該第一控制器IC同時檢測該第一電壓和該第二電壓。
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