TWI776685B - 供電切換電路及使用其的乙太網路裝置 - Google Patents

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Abstract

本文說明一種供電切換電路及使用其的乙太網路裝置。此供電切換電路藉由外接電源插入乙太網路裝置時使用的供電插座的供電插座內接腳位置變化而決定是否使用由乙太網路供給的電力。

Description

供電切換電路及使用其的乙太網路裝置
本發明是有關於一種供電切換電路，特別是有關於一種根據供電插座內接腳位置的變化而實現供電電源切換的供電切換電路及使用其的乙太網路裝置。
乙太網路供電（Power over Ethernet，POE）是一種利用雙絞線而可以在乙太網路中同時將電力與資料傳輸到電子裝置的技術。當所需要的電力不是非常大的時候，採用乙太網路供電技術的電子裝置可以在不需要其他外接電源的狀況下正常的運作。因此，採用乙太網路供電技術的電子裝置可以省去電源線的配置成本，對於使用者而言也可以減少佈線時可能遇到的問題。
然而，由於乙太網路供電的能力有限，因此一部份採用乙太網路供電技術的電子裝置仍然保有外接其他電源的功能以在需要耗費較多電力的時候能經由其他的外接電源來獲得所需的電力。然而，因為乙太網路電子裝置的負載程度經常會產生變化，因此如果要將供電電源的切換操作以人工方式來進行的話就可能產生無法即時因應負載需求而進行電源切換操作的問題。這個問題的存在明顯對乙太網路供電技術的普及性產生了限制。
為了解決存在於現有技術中的問題，本發明的目的之一是提供一種供電切換電路及使用其的乙太網路裝置，其可根據電力的來源而自動進行供電電源的切換操作。
從一個角度來看，本發明在以下的說明內容及實施例中提供了一種乙太網路供電與外接電供電的供電切換電路，包括：外接電插座、乙太網路供電接腳、偵測電路以及乙太電源輸出決定模組。外接電插座包括第一接腳、第二接腳與第三接腳，第一接腳適於與外接電接頭相接並將從外接電接頭接收的第一輸入電源轉送往工作電路，第二接腳電性耦接至第一工作電位源，且外接電接頭是否接入至此外接電插座決定了第二接腳是否與第三接腳相接。乙太網路供電接腳電性耦接至乙太網路線以將由乙太網路線接收的第二輸入電源轉送往工作電路。偵測電路包括開關元件、第一電阻以及光耦合器；開關元件包括控制端、第一通路端與第二通路端，控制端所受之電壓決定第一通路端與第二通路端之間是否電性導通，且第二通路端電性耦接至前述的第一工作電位源；第一電阻的第一端電性耦接至第二工作電位源，且第一電阻的第二端電性耦接至前述的控制端及第三接腳；光耦合器包括發光二極體及光感應器，此發光二極體的第一端電性耦接至前述的第二工作電位源且此發光二極體的第二端電性耦接至前述的第一通路端，再者，此發光二極體是否發光決定光感應器的第一端與光感應器的第二端之間是否電性導通。乙太電源輸出決定模組電性耦接至前述的乙太網路供電接腳及光感應器的第一端與第二端，此乙太電源輸出決定模組於光感應器的第一端與第二端之間電性導通時停止將從前述的乙太網路供電接腳接收的第二輸入電源提供至工作電路。
在一個實施例中，上述的第一輸入電源為直流電電源。
在一個實施例中，上述的第一工作電位源的電位為接地電位且第二工作電位源的電位等同於第一輸入電源的電位。
在一個實施例中，上述的偵測電路更包括一個第二電阻，此第二電阻的第一端電性耦接至上述的第二工作電位源且其第二端電性耦接至上述發光二極體的第一端。
從另一個角度來看，本發明在以下的說明內容及實施例中提供了一種乙太網路裝置，此乙太網路裝置包括了工作電路及供電切換電路。此工作電路操作於第一工作電位及第二工作電位之間；此供電切換電路包括了外接電插座、乙太網路供電接腳、偵測電路以及乙太電源輸出決定模組。外接電插座包括第一接腳、第二接腳與第三接腳，第一接腳適於與外接電接頭相接並將從外接電接頭接收的第一輸入電源轉送往工作電路，第二接腳電性耦接至第一工作電位源，且外接電接頭是否接入至此外接電插座決定了第二接腳是否與第三接腳相接。乙太網路供電接腳電性耦接至乙太網路線以將由乙太網路線接收的第二輸入電源轉送往工作電路。偵測電路包括開關元件、第一電阻以及光耦合器；開關元件包括控制端、第一通路端與第二通路端，控制端所受之電壓決定第一通路端與第二通路端之間是否電性導通，且第二通路端電性耦接至前述的第一工作電位源；第一電阻的第一端電性耦接至第二工作電位源，且第一電阻的第二端電性耦接至前述的控制端及第三接腳；光耦合器包括發光二極體及光感應器，此發光二極體的第一端電性耦接至前述的第二工作電位源且此發光二極體的第二端電性耦接至前述的第一通路端，再者，此發光二極體是否發光決定了光感應器的第一端與光感應器的第二端之間是否電性導通。乙太電源輸出決定模組電性耦接至前述的乙太網路供電接腳及光感應器的第一端與第二端，此乙太電源輸出決定模組於光感應器的第一端與第二端之間電性導通時停止將從前述的乙太網路供電接腳接收的第二輸入電源提供至工作電路。
在一個實施例中，上述的第一輸入電源為直流電電源。
在一個實施例中，上述的第一工作電位源的電位為接地電位且第二工作電位源的電位等同於第一輸入電源的電位。
在一個實施例中，上述的偵測電路更包括一個第二電阻，此第二電阻的第一端電性耦接至上述的第二工作電位源且其第二端電性耦接至上述發光二極體的第一端。
藉由上述技術，本發明使得偵測電路的電路特性能夠因應電子裝置的插座中的腳位位置改變而出現變化，因此可以在帶有電力的外接電接頭插入到插座的時候自動進行供電來源的切換而不需要由人工方式來進行電源切換操作。
為了使說明內容能被本領域的技術人員清楚地理解，在此要先提醒的是，以下使用的詞句「電性耦接」表示使電子信號能夠在兩個物體之間進行傳遞，其中，傳遞電子信號的方式則可以有線方式或無線方式為之，傳遞電子信號的方向可以是單向或雙向。
請參照圖1，其為根據本發明一實施例的乙太網路裝置的外觀示意圖。如圖所示，乙太網路裝置10在外部提供了一個外接電插座100以及一個乙太網路線插座110。其中，外接電插座100適於供電源整流器（Power Adapter）120插入，且其可以將由電源整流器120提供的直流電力轉送到乙太網路裝置10內部的工作電路；乙太網路線插座110適於供乙太網路線130插入，且其可以將由乙太網路線130提供的電力轉送到乙太網路裝置10內部的工作電路。
請一併參照圖2，其為適於使用在圖1所示的乙太網路裝置中的供電切換電路的電路圖。如圖2所示，供電切換電路20可以選擇將由外接電插座100提供的電力或由乙太網路線插座110提供的電力提供至乙太網路裝置10的工作電路28以做為工作電路28的高電位源VDD。詳細來說，在電源整流器120的接頭（後亦稱為外接電接頭）插入到外接電插座100之後，外接電插座100中的接腳222（後亦稱為第一接腳）會因為電性耦接到電源整流器120的接頭而接收由電源整流器120提供的電力（後稱為第一輸入電源），之後此第一輸入電源會進一步經過二極體240而被傳遞往工作電路28以完成將第一輸入電源轉送往工作電路28的操作。另一方面，在將乙太網路線130插入到乙太網路線插座110之後，乙太網路線130能夠經由乙太網路線插座110而電性耦接至乙太網路供電接腳200，於是乙太網路線130上攜帶的電力（後稱為第二輸入電源）就能夠被傳送到乙太電源輸出決定模組210，而乙太電源輸出決定模組210則藉由偵測流經控制接腳212或214的電流數值來決定輸出接腳216的電位。最終，由輸出接腳216所提供的電力會經過二極體230而被傳遞往工作電路28以完成將第二輸入電源轉送往工作電路28的操作。
為了使乙太電源輸出決定模組210能根據第一輸入電源是否存在而決定其在輸出接腳216上提供的電位，供電切換電路20利用了光耦合器250的電氣特性。具體來說，光耦合器250包括了一個發光二極體252以及一個光感應器254，其中，發光二極體252的一端252a電性耦接於第一接腳222以及二極體240之間、發光二極體252的另一端252b接地（或稱電性耦接至地電源）、光感應器254的一端254a電性耦接至控制接腳214，且光感應器254的另一端254b電性耦接至控制接腳212。藉由上述的電路架構，在第一接腳222上的電位不足以啟動（亦即，電源整流器120沒有提供足夠的電力）發光二極體252的時候，光感應器254的兩端254a與254b之間是不導通的，於是即使乙太電源輸出決定模組210在控制接腳212與214之間製造預設的電位差仍無法使電流在控制接腳212經光感應器254至控制接腳214這一條路徑上流通，因此，乙太電源輸出決定模組210偵測到流經控制接腳212或214的電流為零並據此在輸出接腳216輸出預設的電位以供工作電路28使用；相對的，在第一接腳222上的電位足以啟動發光二極體252的時候，光感應器254的兩端254a與254b之間就可以導通，於是乙太電源輸出決定模組210只要在控制接腳212與214之間製造預設的電位差就可以在控制接腳212經光感應器254至控制接腳214這一條路徑上產生流通的電流，因此，乙太電源輸出決定模組210就可以偵測到流經控制接腳212或214的電流不為零並據此而停止將從第二輸入電源接收的電力提供到輸出接腳216。
應注意的是，為了限制電流大小以免電流過大而損毀發光二極體252，一般會將發光二極體252與具有適當電阻值的電子元件串接。在圖2中的電阻R就是用來限制發光二極體252電流大小所用的電子元件。
從上述的說明可以得知，圖2所示的電路的確可以完成在兩個不同的輸入電源之間自動進行切換的設計目的。但是，因為要防止從輸出接腳216提供的電力影響到發光二極體252的運作進而使乙太電源輸出決定模組210將輸出接腳216提供的電力誤判成由第一接腳222提供的電力，所以在發光二極體252與輸出接腳216之間必須設置二極體240以阻斷由輸出接腳216到發光二極體252之間的電流路徑。也就是說，在圖2所示的電路中，二極體240是絕對需要的電路元件。
接下來請參照圖3，其為根據本發明一實施例的可使用於圖1所示的乙太網路裝置中的供電切換電路的電路圖。在本實施例中，供電切換電路30主要包括了外接電插座100、乙太網路供電接腳200、偵測電路以及乙太電源輸出決定模組210。與圖2所示者相似，在將乙太網路線130插入到乙太網路線插座110之後，乙太網路線130能夠經由乙太網路線插座110而電性耦接至乙太網路供電接腳200，於是乙太網路線130上攜帶的第二輸入電源就能夠被傳送到乙太電源輸出決定模組210。乙太電源輸出決定模組210藉由偵測流經控制接腳212或214的電流數值來決定輸出接腳216的電位。最終，由輸出接腳216所提供的電力會經過二極體230而被傳遞往工作電路28以完成將第二輸入電源轉送往工作電路28的操作。
進一步的，在本實施例中，外接電插座100包括了第一接腳222、第二接腳224以及第三接腳226。其中，第一接腳222適於與外接電接頭（亦即如圖1所示的電源整流器120的接頭）相接並將從外接電接頭接收的第一輸入電源轉送往工作電路28；第二接腳224電性耦接至地電源（即後稱的第一工作電位源），而且外接電接頭是否接入至外接電插座100能夠決定第二接腳224是否與第三接腳226相接。一種適合用於此處的外接電插座100是直流插座（DC jack），但本領域的技術人員應該注意的是，只要是能夠符合上述外接電插座中各腳位功能需求的插座結構都可以被運用於本實施例中，因此本發明並不以圖中所示的插座結構為其限制條件。
如圖3所示，本實施例中的偵測電路主要包括了開關元件300、電阻R1以及光耦合器250。與圖2所示者相似，光耦合器250同樣包括了發光二極體252以及光感應器254。其中，發光二極體252的一端252a電性耦接於電阻R的其中一端，且電阻R的另一端電性耦接至第一接腳222與高電位源VDD（亦即後稱的第二工作電位源）；光感應器254的一端254a電性耦接至乙太電源輸出決定模組210的控制接腳214，且光感應器254的另一端254b電性耦接至乙太電源輸出決定模組210的控制接腳212。本實施例中的開關元件300包括控制端302、第一通路端304與第二通路端306，其中，控制端302所受之電壓被用來決定第一通路端304與第二通路端306之間是否能夠電性導通。如圖所示，控制端302同時電性耦接至第三接腳226以及電阻R1的其中一端，而電阻R1的另一端則電性耦接至高電位源VDD；第一通路端304電性耦接至發光二極體252的另一端252b；第二通路端306電性耦接至上述的第一工作電位源（亦即，接地）。
藉由上述的電路架構，在電源整流器120尚未插入到外接電插座100的時候，第三接腳226的電位會因為第三接腳與第二接腳224接觸在一起而等同於接地電位。於是，開關元件300的控制端302的電位也會與第三接腳226一樣變成接地電位。由於控制端302的電位為接地電位，因此開關元件300的第一通路端304與第二通路端306之間的電性通路就不會導通，並進而導致發光二極體252無法發亮。在發光二極體252不發亮的狀況下，光感應器254的兩端254a與254b之間是無法導通的。因此，即使乙太電源輸出決定模組210在控制接腳212與214之間製造預設的電位差仍無法使電流在控制接腳212經光感應器254至控制接腳214這一條路徑上流通。也就是說，乙太電源輸出決定模組210在這個狀況下偵測到流經控制接腳212或214的電流會是零，於是可以據此在輸出接腳216輸出由第二輸入電源轉化而成的預設電位以供工作電路28使用。
相對的，在電源整流器120插入到外接電插座100的時候，第二接腳224會被外接電接頭推開而導致第二接頭224不再接觸第三接腳226，於是第三接腳226會變成浮接（Floating）的狀態。此時，第三接腳226以及控制端302的電位都會與高電位源VDD的電位相當，因此開關元件300的第一通路端304與第二通路端306之間的電性通路轉為導通的狀態，並進而使發光二極體252也轉為發亮的狀態。在發光二極體252發亮的狀況下，光感應器254的兩端254a與254b之間就可以導通。於是，乙太電源輸出決定模組210只要在控制接腳212與214之間製造預設的電位差就可以在控制接腳212經光感應器254至控制接腳214這一條路徑上產生流通的電流。最終，乙太電源輸出決定模組210可以偵測到流經控制接腳212或214的電流不為零並據此而停止將從第二輸入電源接收的電力提供到輸出接腳216。
另外還應注意的是，本實施例中的電阻R與圖2中的電阻R同樣是被用來限制流經發光二極體252的電流大小。如本領域的技術人員所知，在能發揮限制流經發光二極體252的電流大小的功用的前提下，電阻R也可以被設置在除了圖3所示的位置之外的地方，例如，電阻R可以被設置在電阻R1與高電位源VDD之間，或者電阻R也可以被設置在發光二極體252與開關元件300之間。
由上述的說明可以得知，因為在圖3所示的實施例中使用了開關元件300來控制是否能有電流流經光感應器254，因此在第一接腳222與工作電路28之間就不需要設置二極體來防止因為乙太網路電源而造成光感應器254誤動作的問題。因此，圖3所示的實施例可以去除圖2中因為二極體240的壓降所造成的能量損耗。
總而言之，藉由本發明的上述說明內容所提供的供電切換電路及使用其的乙太網路裝置的確可以根據電力的來源而自動進行供電電源的切換操作；而且，藉由特殊的電路設計方式，本發明還可以減少不必要的能量損耗以為節能減碳貢獻心力。
10:乙太網路裝置 20、30:供電切換電路 28:工作電路 100:外接電插座 110:乙太網路線插座 120:電源整流器 130:乙太網路線 200:乙太網路供電接腳 210:乙太電源輸出決定模組 212、214:控制接腳 216:輸出接腳 222:第一接腳 224:第二接腳 226:第三接腳 230、240:二極體 250:光耦合器 252:發光二極體 252a、252b:發光二極體的一端 254:光感應器 254a、254b:光感應器的一端 300:開關元件 302:控制端 304:第一通路端 306:第二通路端 R、R1:電阻 VDD:高電位源
圖1為根據本發明一實施例的乙太網路裝置的外觀示意圖。 圖2為適於使用在圖1所示的乙太網路裝置中的供電切換電路的電路圖。 圖3為根據本發明一實施例的可使用於圖1所示的乙太網路裝置中的供電切換電路的電路圖。
28:工作電路
30:供電切換電路
100:外接電插座
200:乙太網路供電接腳
210:乙太電源輸出決定模組
212、214:控制接腳
216:輸出接腳
222:第一接腳
224:第二接腳
226:第三接腳
230:二極體
250:光耦合器
252:發光二極體
252a、252b:發光二極體的一端
254:光感應器
254a、254b:光感應器的一端
300:開關元件
302:控制端
304:第一通路端
306:第二通路端
R、R1:電阻
VDD:高電位源

Claims (8)

  1. 一種乙太網路供電與外接電供電的供電切換電路，適於切換提供至一工作電路的電源，其特徵在於包括： 一外接電插座，包括一第一接腳、一第二接腳與一第三接腳，其中，該第一接腳適於與一外接電接頭相接並將從該外接電接頭接收的一第一輸入電源轉送往該工作電路，該第二接腳電性耦接至一第一工作電位源，且該外接電接頭是否接入至該外接電插座決定該第二接腳是否與該第三接腳相接； 一乙太網路供電接腳，電性耦接至一乙太網路線以將由該乙太網路線接收的一第二輸入電源轉送往該工作電路； 一偵測電路，包括： 一開關元件，該開關元件包括一控制端、一第一通路端與一第二通路端，該控制端所受之電壓決定該第一通路端與該第二通路端之間是否電性導通，該第二通路端電性耦接至該第一工作電位源； 一第一電阻，該第一電阻的第一端電性耦接至一第二工作電位源，且該第一電阻的第二端電性耦接至該控制端及該第三接腳；以及 一光耦合器，具有一發光二極體及一光感應器，該發光二極體的第一端電性耦接至該第二工作電位源且該發光二極體的第二端電性耦接至該第一通路端，該發光二極體是否發光決定該光感應器的第一端與該光感應器的第二端之間是否電性導通；以及 一乙太電源輸出決定模組，電性耦接至該乙太網路供電接腳及該光感應器的第一端與第二端，該乙太電源輸出決定模組於該光感應器的第一端與第二端之間電性導通時停止將從該乙太網路供電接腳接收的該第二輸入電源提供至該工作電路。
  2. 如請求項1所述的供電切換電路，其中該第一輸入電源為直流電電源。
  3. 如請求項2所述的供電切換電路，其中該第一工作電位源的電位為接地電位且該第二工作電位源的電位等同於該第一輸入電源的電位。
  4. 如請求項1所述的供電切換電路，其中該偵測電路更包括一第二電阻，該第二電阻的第一端電性耦接至該第二工作電位源，該第二電阻的第二端電性耦接至該發光二極體的第一端。
  5. 一種乙太網路裝置，其特徵在於包括： 一工作電路，操作於一第一工作電位及一第二工作電位之間；以及 一供電切換電路，包括： 一外接電插座，包括一第一接腳、一第二接腳與一第三接腳，其中，該第一接腳適於與一外接電接頭相接並將從該外接電接頭接收的一第一輸入電源轉送往該工作電路，該第二接腳電性耦接至該第一工作電位源，且該外接電接頭是否接入至該外接電插座決定該第二接腳是否與該第三接腳相接； 一乙太網路供電接腳，電性耦接至一乙太網路線以將由該乙太網路線接收的一第二輸入電源轉送往該工作電路； 一偵測電路，包括： 一開關元件，該開關元件包括一控制端、一第一通路端與一第二通路端，該控制端所受之電壓決定該第一通路端與該第二通路端之間是否電性導通，該第二通路端電性耦接至該第一工作電位源； 一第一電阻，該第一電阻的第一端電性耦接至該第二工作電位源，且該第一電阻的第二端電性耦接至該控制端及該第三接腳；以及 一光耦合器，具有一發光二極體及一光感應器，該發光二極體的第一端電性耦接至該第二工作電位源且該發光二極體的第二端電性耦接至該第一通路端，該發光二極體是否發光決定該光感應器的第一端與該光感應器的第二端之間是否電性導通；以及 一乙太電源輸出決定模組，電性耦接至該乙太網路供電接腳及該光感應器的第一端與第二端，該乙太電源輸出決定模組於該光感應器的第一端與第二端之間電性導通時停止將從該乙太網路供電接腳接收的該第二輸入電源提供至該工作電路。
  6. 如請求項5所述的乙太網路裝置，其中該第一輸入電源為直流電電源。
  7. 如請求項6所述的乙太網路裝置，其中該第一工作電位源的電位為接地電位且該第二工作電位源的電位等同於該第一輸入電源的電位。
  8. 如請求項5所述的乙太網路裝置，其中該偵測電路更包括一第二電阻，該第二電阻的第一端電性耦接至該第二工作電位源，該第二電阻的第二端電性耦接至該發光二極體的第一端。
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