TWI739140B - 供電系統及其受電裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種供電系統及其受電裝置。受電裝置耦接第一供電端單元。受電裝置包含受電端單元、第二供電端單元及電源控制開關單元。受電端單元耦接第一供電端單元，並根據來自第一供電端單元之供電電壓信號而產生致能信號。電源控制開關單元分別耦接第一供電端單元、受電端單元及第二供電端單元，並根據致能信號導通第一供電端單元與第二供電端單元，致使第二供電端單元透過電源控制開關單元從第一供電端單元接收供電電壓信號。

Description

供電系統及其受電裝置
本發明係與供電系統有關，尤其是關於一種乙太網路供電(Power over Ethernet, PoE)系統及其受電裝置。
由於乙太網路供電(PoE/PoH)系統可透過雙絞線(例如：5類雙絞線，CAT-5 cable)同時傳送電力與資料信號，使得遠端網路設備不需市電插座及電源轉換器(Power Adaptor)，故可提供比現行電力系統較低的維護費用而被廣泛應用。
於傳統的乙太網路供電系統中，透過供電裝置所輸出具有高電壓(例如48伏特)的供電電壓信號進行準位變化，當受電裝置接收到正確的準位變化時，兩者即完成符合乙太網路供電協定(PoE Protocol)規範的交握(Handshake)程序。此時，受電裝置即會接收來自供電裝置的供電電壓信號，並將供電電壓信號由高電壓(例如48伏特)轉換為低電壓(例如5伏特)以供系統使用。
如圖1所示，假設乙太網路供電系統1包含單一個供電裝置TX及複數個串級的受電裝置RX1~RX4，為了符合乙太網路供電協定(PoE Protocol)之點對點溝通的規範，該些串級的受電裝置RX1~RX3分別包含電壓轉換單元BST1~BST3及供電端單元PSE1~PSE3，才能分別與下一級的受電端單元PD2~PD4溝通並輸出具有高電壓的供電電壓信號HV至下一級的受電端單元PD2~PD4。
然而，由於在每一級受電裝置造成的功率轉換耗損相當大，導致受電裝置的串級數嚴重受限且下一級的供電端單元很可能由於前一級的高壓變化而燒毀，亟待進一步加以改善。
有鑑於此，本發明提出一種供電系統及其受電裝置，以有效解決先前技術所遭遇到之上述問題。
根據本發明之一具體實施例為一種受電裝置。於此實施例中，受電裝置耦接第一供電端單元。受電裝置包含受電端單元、第二供電端單元及電源控制開關單元。受電端單元耦接第一供電端單元，並根據來自第一供電端單元之供電電壓信號而產生致能信號。電源控制開關單元分別耦接第一供電端單元、受電端單元及第二供電端單元，並根據致能信號導通第一供電端單元與第二供電端單元，致使第二供電端單元透過電源控制開關單元從第一供電端單元接收供電電壓信號。
於一實施例中，受電端單元係透過乙太網路供電通訊協定與該第一供電端單元進行供電溝通。
於一實施例中，電源控制開關單元包含繼電器以及功率金氧半場效電晶體二者其中之一。
於一實施例中，在受電端單元與第一供電端單元完成交握(Handshake)程序後，受電端單元接收來自第一供電端單元的供電電壓訊號並產生致能信號。
根據本發明之另一具體實施例為一種供電系統。於此實施例中，供電系統包含供電裝置及第一受電裝置。供電裝置提供一供電電壓信號。第一受電裝置耦接供電裝置。第一受電裝置包含第一受電端單元、第一供電端單元及第一電源控制開關單元。第一受電端單元耦接供電裝置，並根據供電電壓信號而產生一第一致能信號。第一電源控制開關單元分別耦接供電裝置、第一受電端單元及第一供電端單元，並根據第一致能信號導通供電裝置與第一供電端單元，致使第一供電端單元透過第一電源控制開關單元從供電裝置接收供電電壓信號。
相較於先前技術，本發明之供電系統及其受電裝置具有下列優點及功效：
(1)直接採用供電裝置所提供具有高電壓的供電電壓信號對複數級受電裝置進行供電，使得該複數級受電裝置均省去直流-直流升壓單元之設置，不僅能簡化電路架構，亦可大幅降低該複數級受電裝置造成的功率轉換耗損，藉以增加該些受電裝置的串級數。
(2)於該複數級受電裝置中，前一級受電裝置均透過其供電端單元來與下一級受電裝置的受電端單元進行標準的乙太網路供電協定(PoE Protocol)溝通，故能符合乙太網路供電(PoE)規範。
(3)於該複數級受電裝置中，前一級受電裝置均透過其電源控制開關進行下一級供電端單元的高壓供電控制，以有效避免下一級的供電端單元由於前一級的高壓變化而燒毀。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
根據本發明之一具體實施例為一種乙太網路供電系統。請參照圖2，圖2係繪示此實施例中之乙太網路供電系統的示意圖。
如圖2所示，乙太網路供電系統2包含供電裝置TX、第一受電裝置RX1、第二受電裝置RX2及第三受電裝置RX3。供電裝置TX透過纜線L耦接第一受電裝置RX1。具體來說，纜線L可以是第5類雙絞線(CAT-5 cable)或是其他任何能夠支持乙太網供電規範的訊號傳輸線，一般俗稱網路線，故在後面的描述中將以網路線來表示纜線。第一受電裝置RX1透過網路線L1耦接第二受電裝置RX2。第二受電裝置RX2透過網路線L2耦接第三受電裝置RX3。於實際應用中，網路線L及L1~L3用以同時傳輸電力及網路信號。
接下來，將針對供電裝置TX進行詳細說明。
供電裝置TX用以透過網路線L提供供電電壓信號HV至第一受電裝置RX1。供電裝置TX包含電壓轉換單元BST及供電端單元PSE。電壓轉換單元BST耦接供電端單元PSE。供電端單元PSE透過網路線L耦接第一受電裝置RX1。電壓轉換單元BST用以接收參考電壓信號LV，並將參考電壓信號LV轉換為供電電壓信號HV後，透過供電端單元PSE輸出供電電壓信號HV。
於實際應用中，電壓轉換單元BST可以是直流-直流升壓器(DC-DC Booster)，用以將低電壓(例如5伏特)的參考電壓信號LV轉換為高電壓(例如48伏特)的供電電壓信號HV，但不以此為限。
接著，分別針對彼此串級的第一受電裝置RX1、第二受電裝置RX2以及第三受電裝置RX3進行詳細說明。
第一受電裝置RX1包含第一受電端單元PD1、第一供電端單元PSE1及第一電源控制開關單元SW1。第一受電端單元PD1透過網路線L耦接供電裝置TX的供電端單元PSE。第一電源控制開關單元SW1分別耦接供電裝置TX的供電端單元PSE、第一受電端單元PD1及第一供電端單元PSE1。第一供電端單元PSE1耦接第二受電裝置RX2。
需說明的是，第一受電端單元PD1可透過乙太網路供電(PoE)通訊協定與供電裝置TX的供電端單元PSE進行供電溝通，例如第一受電端單元PD1與供電裝置TX的供電端單元PSE之間可進行符合乙太網路供電(PoE)通訊協定規範的交握(Handshake)程序。
詳細而言，在進行交握程序的過程中，供電裝置TX的供電端單元PSE會透過網路線L發出偵測訊號至第一受電裝置RX1，用以偵測第一受電裝置RX1的第一受電端單元PD1是否存在。若上述偵測結果為第一受電裝置RX1的第一受電端單元PD1存在，亦即第一受電裝置RX1的第一受電端單元PD1被驗證成功，則接下來會對第一受電裝置RX1的第一受電端單元PD1進行功率分級(Power Classification)程序，藉以定義第一受電裝置RX1的第一受電端單元PD1所需的功率等級為何(例如Class 0~Class 4，但不以此為限)。
當第一受電裝置RX1的第一受電端單元PD1與供電裝置TX的供電端單元PSE完成符合乙太網路供電通訊協定規範的交握程序後，亦即第一受電裝置RX1的第一受電端單元PD1已通過符合乙太網路供電通訊協定規範的所有驗證程序後，供電裝置TX的供電端單元PSE才會開始透過網路線L輸出供電電壓信號HV至第一受電裝置RX1的第一受電端單元PD1。當第一受電裝置RX1的第一受電端單元PD1接收到供電電壓信號HV時，第一受電端單元PD1會根據供電電壓信號HV產生第一致能信號EN1，並輸出第一致能信號EN1至第一電源控制開關單元SW1，但不以此為限。
當第一電源控制開關單元SW1接收到第一致能信號EN1時，第一電源控制開關單元SW1根據第一致能信號EN1導通供電裝置TX的供電端單元PSE與第一供電端單元PSE1，致使第一供電端單元PSE1能夠透過第一電源控制開關單元SW1接收來自供電裝置TX的供電端單元PSE的供電電壓信號HV，並將供電電壓信號HV輸出至第二受電裝置RX2。於實際應用中，第一電源控制開關單元SW1可包含繼電器或功率金氧半場效電晶體，但不以此為限。
第二受電裝置RX2包含第二受電端單元PD2、第二供電端單元PSE2及第二電源控制開關單元SW2。第二受電端單元PD2耦接第一受電裝置RX1的第一供電端單元PSE1。第二電源控制開關單元SW2分別耦接第一受電裝置RX1的第一供電端單元PSE1、第二受電端單元PD2及第二供電端單元PSE2。第二供電端單元PSE2耦接第三受電裝置RX3。
於實際應用中，第二受電裝置RX2的第二受電端單元PD2可透過乙太網路供電通訊協定與第一受電裝置RX1的第一供電端單元PSE1進行供電溝通，例如第二受電裝置RX2的第二受電端單元PD2與第一受電裝置RX1的第一供電端單元PSE1之間可進行符合乙太網路供電通訊協定規範的交握程序。
當第二受電裝置RX2的第二受電端單元PD2與第一受電裝置RX1的第一供電端單元PSE1完成交握程序後，第一受電裝置RX1的第一供電端單元PSE1才會開始輸出供電電壓信號HV至第二受電裝置RX2的第二受電端單元PD2。當第二受電裝置RX2的第二受電端單元PD2接收到來自第一受電裝置RX1的第一供電端單元PSE1的供電電壓信號HV時，第二受電裝置RX2的第二受電端單元PD2會根據供電電壓信號HV產生第二致能信號EN2至第二電源控制開關單元SW2。
第二電源控制開關單元SW2根據第二致能信號EN2導通第一受電裝置RX1的第一供電端單元PSE1與第二供電端單元PSE2，致使第二供電端單元PSE2能夠透過第二電源控制開關單元SW2接收來自第一受電裝置RX1的第一供電端單元PSE1的供電電壓信號HV，並將供電電壓信號HV輸出至第三受電裝置RX3。
於實際應用中，第二電源控制開關單元SW2可包含繼電器或功率金氧半場效電晶體，但不以此為限。
第三受電裝置RX3包含第三受電端單元PD3、第三供電端單元PSE3及第三電源控制開關單元SW3。第三受電端單元PD3耦接第二受電裝置RX2的第二供電端單元PSE2。第三電源控制開關單元SW3分別耦接第二受電裝置RX2的第二供電端單元PSE2、第三受電端單元PD3及第三供電端單元PSE3。
於實際應用中，第三受電裝置RX3的第三受電端單元PD3可透過乙太網路供電通訊協定與第二受電裝置RX2的第二供電端單元PSE2進行供電溝通，例如第三受電裝置RX3的第三受電端單元PD3與第二受電裝置RX2的第二供電端單元PSE2之間可進行符合乙太網路供電通訊協定規範的交握程序。
當第三受電裝置RX3的第三受電端單元PD3與第二受電裝置RX2的第二供電端單元PSE2完成交握程序後，第二受電裝置RX2的第二供電端單元PSE2才會開始輸出供電電壓信號HV至第三受電裝置RX3的第三受電端單元PD3。
當第三受電裝置RX3的第三受電端單元PD3接收到供電電壓信號HV時，第三受電裝置RX3的第三受電端單元PD3會根據供電電壓信號HV產生第三致能信號EN3至第三電源控制開關單元SW3。
第三電源控制開關單元SW3根據第三致能信號EN3導通第二受電裝置RX2的第二供電端單元PSE2與第三供電端單元PSE3，致使第三供電端單元PSE3能夠透過第三電源控制開關單元SW3接收來自第二受電裝置RX2的第二供電端單元PSE2的供電電壓信號HV，並可輸出供電電壓信號HV。
於實際應用中，第三電源控制開關單元SW3可包含繼電器或功率金氧半場效電晶體，但不以此為限。
需說明的是，由於本發明的每一級受電裝置省去習知技術中之直流-直流升壓單元的設置，大幅降低每一級受電裝置造成的功率轉換耗損，由於供電裝置內的電壓轉換單元BST能夠輸出的功率有限，因此減少受電裝置內的功率轉換耗損能夠使得受電裝置的串級數目大幅增加。受電裝置串級的數目並不以上述實施例的3個為限且均可參照上述實施例之說明，故於此不另行贅述。
根據本發明之另一具體實施例為一種受電裝置。於此實施例中，受電裝置係應用於乙太網路供電系統中。
若以圖2中之第一受電裝置RX1為例進行說明。如圖2所示，第一受電裝置RX1透過網路線L耦接供電裝置TX的供電端單元PSE。第一受電裝置RX1包含第一受電端單元PD1、第一供電端單元PSE1及第一電源控制開關單元SW1。第一受電端單元PD1耦接供電裝置TX的供電端單元PSE，並根據來自供電裝置TX的供電端單元PSE的供電電壓信號HV產生第一致能信號EN1。第一電源控制開關單元SW1分別耦接供電裝置TX的供電端單元PSE、第一受電端單元PD1及第一供電端單元PSE1，用以根據第一致能信號EN1導通供電裝置TX的供電端單元PSE與第一供電端單元PSE1，致使第一供電端單元PSE1能夠透過第一電源控制開關單元SW1從供電裝置TX的供電端單元PSE接收供電電壓信號HV。
需說明的是，第一受電裝置RX1的第一受電端單元PD1可透過乙太網路供電通訊協定與供電裝置TX的供電端單元PSE進行供電溝通，例如符合乙太網路供電通訊協定規範的交握(Handshake)程序。當第一受電裝置RX1的第一受電端單元PD1與供電裝置TX的供電端單元PSE完成上述交握程序後，供電裝置TX的供電端單元PSE才會開始透過網路線L輸出供電電壓信號HV至第一受電裝置RX1的第一受電端單元PD1。當第一受電裝置RX1的第一受電端單元PD1接收到供電電壓訊號HV時，第一受電裝置RX1的第一受電端單元PD1根據供電電壓訊號HV產生第一致能信號EN1。
於實際應用中，第一電源控制開關單元SW1可包含繼電器或功率金氧半場效電晶體，但不以此為限。
若以圖2中之第二受電裝置RX2為例進行說明。如圖2所示，第二受電裝置RX2包含第二受電端單元PD2、第二供電端單元PSE2及第二電源控制開關單元SW2。第二受電端單元PD2耦接第一受電裝置RX1的第一供電端單元PSE1。第二電源控制開關單元SW2分別耦接第一受電裝置RX1的第一供電端單元PSE1、第二受電端單元PD2及第二供電端單元PSE2。第二供電端單元PSE2耦接第三受電裝置RX3。
第二受電端單元PD2用以接收來自第一受電裝置RX1的第一供電端單元PSE1的供電電壓信號HV，並根據供電電壓信號HV產生第二致能信號EN2至第二電源控制開關單元SW2。第二電源控制開關單元SW2根據第二致能信號EN2開啟而讓第一受電裝置RX1的第一供電端單元PSE1與第二供電端單元PSE2彼此導通，致使第二供電端單元PSE2能夠透過第二電源控制開關單元SW2接收來自第一受電裝置RX1的第一供電端單元PSE1的供電電壓信號HV，並將供電電壓信號HV輸出至第三受電裝置RX3。於實際應用中，第二電源控制開關單元SW2可包含繼電器或功率金氧半場效電晶體，但不以此為限。
至於圖2中之第二受電裝置RX2、第三受電裝置RX3或其他受電裝置均可依此類推，故於此不另行贅述。
相較於先前技術，本發明之供電系統及其受電裝置具有下列優點及功效：
(1)直接採用供電裝置所提供具有高電壓的供電電壓信號對複數級受電裝置進行供電，使得該複數級受電裝置均省去直流-直流升壓單元之設置，不僅能簡化電路架構，亦可大幅降低該複數級受電裝置造成的功率轉換耗損，藉以增加該些受電裝置的串級數。
(2)於該複數級受電裝置中，前一級受電裝置均透過其供電端單元來與下一級受電裝置的受電端單元進行標準的乙太網路供電協定(PoE Protocol)溝通，故能符合乙太網路供電(PoE)規範。
(3)於該複數級受電裝置中，前一級受電裝置均透過其電源控制開關進行下一級供電端單元的高壓供電控制，以有效避免下一級的供電端單元由於前一級的高壓變化而燒毀。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
1:乙太網路供電系統 TX:供電裝置 RX1~RX4:第一受電裝置~第四受電裝置 BST:電壓轉換單元 BST1~BST3:第一電壓轉換單元~第三電壓轉換單元 PSE:供電端單元 PSE1~PSE3:第一供電端單元~第三供電端單元 PD1~PD4:第一受電端單元~第四受電端單元 LV:參考電壓信號 HV:供電電壓信號 2:乙太網路供電系統 L、L1~L3:網路線(纜線) EN1~EN3:第一致能信號~第三致能信號 SW1~SW3:第一電源控制開關單元~第三電源控制開關單元
本發明所附圖式說明如下： 圖1係繪示傳統的乙太網路供電系統的示意圖。 圖2係繪示本發明之一較佳具體實施例中之乙太網路供電系統的示意圖。
2:乙太網路供電系統
TX:供電裝置
RX1~RX3:第一受電裝置~第三受電裝置
BST:電壓轉換單元
PSE:供電端單元
PSE1~PSE3:第一供電端單元~第三供電端單元
PD1~PD3:第一受電端單元~第三受電端單元
LV:參考電壓信號
HV:供電電壓信號
L、L1~L3:網路線(纜線)
EN1~EN3:第一致能信號~第三致能信號
SW1~SW3:第一電源控制開關單元~第三電源控制開關單元

Claims (10)

  1. 一種受電裝置，耦接一第一供電端單元，該受電裝置包含： 一受電端(Powered Device)單元，耦接該第一供電端單元，並根據來自該第一供電端單元之一供電電壓信號而產生一致能信號； 一第二供電端單元；以及 一電源控制開關單元，分別耦接該第一供電端單元、該受電端單元及該第二供電端單元，並根據該致能信號導通該第一供電端單元與該第二供電端單元，致使該第二供電端單元透過該電源控制開關單元從該第一供電端單元接收該供電電壓信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之受電裝置，其中該受電端單元係透過乙太網路供電(Power over Ethernet, PoE)通訊協定與該第一供電端單元進行供電溝通。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之受電裝置，其中該電源控制開關單元包含一繼電器(Relay)以及一功率金氧半場效電晶體(Power MOS)二者其中之一。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之受電裝置，其中在該受電端單元與該第一供電端單元完成一交握(Handshake)程序後，該受電端單元接收來自該第一供電端單元的該供電電壓訊號並產生該致能信號。
  5. 一種供電系統，包含： 一供電裝置，提供一供電電壓信號；以及 一第一受電裝置，耦接該供電裝置，該第一受電裝置包含： 一第一受電端單元，耦接該供電裝置，並根據該供電電壓信號而產生一第一致能信號； 一第一供電端單元；以及 一第一電源控制開關單元，分別耦接該供電裝置、該第一受電端單元及該第一供電端單元，並根據該第一致能信號導通該供電裝置與該第一供電端單元，致使該第一供電端單元透過該第一電源控制開關單元從該供電裝置接收該供電電壓信號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之供電系統，其中該第一受電端單元係透過乙太網路供電通訊協定與該供電裝置進行供電溝通。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之供電系統，其中該第一電源控制開關單元包含一繼電器以及一功率金氧半場效電晶體二者其中之一。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之供電系統，其中在該第一受電端單元與該供電裝置完成一交握程序後，該第一受電端單元接收來自該供電裝置的該供電電壓信號並產生該第一致能信號至該第一電源控制開關單元。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之供電系統，還包含： 一第二受電裝置，耦接該第一受電裝置，該第二受電裝置包含： 一第二受電端單元，耦接該第一受電裝置之該第一供電端單元，該第一供電端單元將其接收到的該供電電壓信號輸出至該第二受電端單元，該第二受電端單元根據其接收到的該供電電壓信號產生一第二致能信號； 一第二供電端單元；以及 一第二電源控制開關單元，分別耦接該第一受電裝置之該第一供電端單元、該第二受電端單元及該第二供電端單元，並根據該第二致能信號導通該第一供電端單元與該第二供電端單元，致使該第二供電端單元透過該第二電源控制開關單元從該第一供電端單元接收該供電電壓信號，其中該第二受電裝置之該第二受電端單元係透過乙太網路供電通訊協定與該第一受電裝置之該第一供電端單元進行供電溝通。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之供電系統，其中該供電裝置包含： 一電壓轉換單元，用以將一參考電壓信號轉換為該供電電壓信號；以及 一第三供電端單元，分別耦接該電壓轉換單元及該第一受電裝置，並在與該第一受電端單元完成一交握程序後將該供電電壓信號輸出至該第一受電裝置。
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