CN204810286U - 一种识别供电电路及以太网供电设备、*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种识别供电电路及以太网供电设备、***，通过将现有的PSE功能芯片替换为本实用新型的识别供电电路，利用检测电压的开启来检测第一节点的电压值，进而，根据该第一节点的电压值的大小打开或关闭第二可控开关元件和第一可控开关元件，进一步地，可以在受电端为PD负载或无负载的情况下，将供电电压施加到供电线对上，从而为受电端供电。该方案避免了现有的PSE功能芯片的使用，简化了识别供电电路，降低了实现识别供电的难度，提高了用户体验。

Description

一种识别供电电路及以太网供电设备、***

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种识别供电电路及以太网供电设备、***。

背景技术

以太网供电(PowerOverEthernet，POE)，是指在现有的以太网布线基础架构不做改动的情况下，为一些基于以太网的终端(如IP电话机、无线局域网接入点、网络摄像机等)传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。一个完整的POE***包括供电设备(PowerSourcingEquipment，PSE)和受电设备(PowerDevice，PD)两部分。其中，PSE用于为以太网客户端设备供电，负责将直流电源注入以太网线，同时也对整个POE以太网供电过程进行管理。PD是接受供电的PSE负载，即POE***的客户端设备，如IP电话、网络摄像机、无线局域网接入点及掌上电脑等许多其他以太网设备。

在百兆网口POE***中，PSE一般都必须使用专门的控制器，例如PSE功能芯片，该种专门的PSE功能芯片的内部设计较为复杂，因此，其价格非常昂贵。而且，为了在PSE设备的总电源不足以供给所有端口时，便于PSE设备根据不同端口的不同负载功率，进行负载的动态管理，保证高优先级的端口可以优先供电，低优先级的端口在负载超过PSE设备的总电源最大功耗时不进行供电，需要按照POE(802.3af)标准在网线的1236或者4578线对上进行检测、分级、供电。具体地，PSE设备在相应的线对端口输出很小的电压，检测网线受电端是否连接有标准的受电设备PD，若是，PSE设备会为PD进行归类，并且评估PD所需的功率损耗，在一个可配置时间(一般小于15μs)的启动期内，PSE开始从低电压向PD供电，若否，则PSE不会开启供电功能。

如图1所示，为传统的POE供电***中使用PSE功能芯片实现的PSE设备的网口设计示意图，在这里，PSE功能芯片使用的RJ45连接器中的4578线对，其原理是PSE功能芯片通过在a点发送检测、分级的信号，用于识别百兆PD负载，当识别到合法的百兆PD负载后，则开通开关Q2，实现将53V电压通过所使用的RJ45连接器中的4578线对提供给百兆PD负载，从而实现供电。

综上可知，在现有的POE供电***中，需要通过对负载侧进行检测、分级，才可以进行供电。然而，现有的检测、分级等需要专门的PSE功能芯片，其构造的复杂给POE供电***带来了较大的实现难度，而且成本较高。而且，也不能简单的将PSE设备中的PSE功能芯片省掉，否则，PSE设备无法准确识别到受电端连接的负载类型，在受电端连接非PD负载时，很容易造成PSE设备的总电源短路而无法实现供电。为此，亟需找到一种实现较为便捷、成本较低的供电设备。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种识别供电电路及以太网供电设备、***，用以解决现有技术中存在的由于现有的POE供电***中PSE功能芯片的结构极其复杂所带来的实现难度大以及成本较高的问题。

本实用新型实施例采用以下技术方案：

一种识别供电电路，包括：隔离元件，第一匹配电阻，第二匹配电阻以及第一可控开关元件和第二可控开关元件；

其中，所述隔离元件的输出端通过第一节点连接确定的两组交互线对中任意一组线对的任意一条管脚，输入端连接所述第一匹配电阻的一端；

所述第一匹配电阻的另一端连接检测电压；

所述第二匹配电阻的一端通过第二节点连接确定的两组交互线对中隔离元件连接的线对中的另一条管脚，所述第二匹配电阻的另一端接地；

所述确定的两组交互线对中另一组线对短接，并通过第三节点接地；

所述第一可控开关元件的输入端连接供电电压，输出端连接第一节点，控制端连接所述第二可控开关元件的输入端；

所述第二可控开关元件的输出端接地，控制端连接第二节点。

优选地，所述隔离元件为二极管。

优选地，所述第一可控开关元件为P型MOS管，所述第二可控开关元件为N型MOS管。

优选地，在受电设备PD负载的电阻为25KΩ时，所述检测电压为3.3V，所述供电电压为53V，所述第一匹配电阻为2KΩ，所述第二匹配电阻为100KΩ。

一种以太网供电设备，包括所述的识别供电电路，连接器以及网络接口；

其中，所述识别供电电路，用于检测识别受电端的PD负载，并供电；

所述网络接口，用于接收以太网信号，并在受电端的PD负载被供电时发送以太网信号；

所述连接器，用于通过自身的交互线对连通供电端的供电设备与受电端的PD负载。

优选地，所述连接器为RJ45连接器。

优选地，所述RJ45连接器通过自身的45线对和78线对与供电端的识别供电电路连接。

一种以太网供电***，包括所述的以太网供电设备，以及通过连接器连接的PD负载。

在本实用新型中，舍掉了PSE功能芯片，并对检测电路进行改进，增加隔离元件、第一匹配电阻、第二匹配电阻以及第一可控开关元件、第二可控开关元件，其中，隔离元件的输出端通过第一节点连接确定的两组交互线对中任意一组线对的任意一条管脚，输入端连接第一匹配电阻的一端，第一匹配电阻的另一端连接检测电压，第二匹配电阻的一端通过第二节点连接确定的两组交互线对中隔离元件连接的线对中的另一条管脚，第二匹配电阻的另一端接地，确定的两组交互线对中另一组线对短接，并通过第三节点接地，第一可控开关元件的输入端连接供电电压，输出端连接第一节点，控制端连接第二可控开关元件的输入端，第二可控开关元件的输出端接地，控制端连接第二节点。通过这样的改进设计，使得该保护供电电路能够通过检测电压的开启来检测第一节点的电压值，进而，根据该第一节点的电压值的大小打开或关闭第二可控开关元件和第一可控开关元件，这样，就可以在受电端为PD负载或无负载的情况下，将供电电压施加到供电线对上，从而为受电端供电。该方案避免了现有的PSE功能芯片的使用，简化了识别供电电路，降低了实现识别供电的难度，提高了用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统的POE供电***中使用PSE功能芯片实现的PSE设备的网口设计示意图；

图2为本实用新型提供的一种识别供电电路的示意图；

图3为本实用新型提供的一种较为具体的识别供电电路原理图；

图4为本实用新型提供的一种以太网供电设备的结构示意图；

图5为本实用新型提供的以RJ45连接器连接供电的以太网供电设备示意图；

图6为本实用新型提供的一种以太网供电***的结构示意图；

图7(a)-图7(e)分别为本实用新型提供的识别供电电路所适用的5种应用场景。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型中，利用百兆网口自身的电路特点，加入识别供电电路，在使用的线对端口独立识别本线对端口所连接受电端是否为PD负载，只有为合法PD负载，或者不影响耗电以及其他线对端口工作的情况下，才会对该端口供电，保证在不使用PSE功能芯片的前提下，用最简单的方式实现和原有使用PSE功能芯片的PSE设备相同的功能。

下面通过具体的实施例对本实用新型所涉及的方案进行详细描述，本实用新型包括但并不限于以下实施例。

如图2所示，为本实用新型提供的一种识别供电电路的示意图，该电路主要包括：

隔离元件D1，第一匹配电阻R1，第二匹配电阻R2以及第一可控开关元件Q1和第二可控开关元件Q2，其中，隔离元件D1的输出端通过第一节点a连接确定的两组交互线对中任意一组线对Tx的任意一条管脚Tx1，输入端连接第一匹配电阻R1的一端，第一匹配电阻R1的另一端连接检测电压Vt，第二匹配电阻R2的一端通过第二节点b连接确定的两组交互线对中隔离元件连接的线对中的另一条管脚Tx2，第二匹配电阻R2的另一端接地，确定的两组交互线对中另一组线对Ty1和Ty2短接，并通过第三节点c接地，第一可控开关元件Q1的输入端x1连接供电电压Vg，输出端x2连接第一节点a，控制端x3连接第二可控开关元件Q2的输入端y1，第二可控开关元件Q2的输出端y2接地，控制端y3连接第二节点b。

在本实用新型中，优选地，该隔离元件D1可以为二极管。此外，该隔离元件D1还可以为具有隔离作用的其他的开关管，以在供电时隔离检测电压与供电电压。

优选地，本实用新型所涉及到的第一可控开关元件Q1可以为P型MOS管，第二可控开关元件Q2可以为N型MOS管。

如图3所示，为本实用新型提供的一种较为具体的识别供电电路原理图，该识别供电电路应用在POE供电***中，针对该类型的供电***，其受电端连接百兆PD负载，该PD负载的电阻一般为25KΩ，此时，称为PD负载，其他情况都被称为非PD负载或无负载。下面结合图4对该电路的工作原理进行说明。

在该电路中，检测电压Vt为3.3V，供电电压Vg为53V，第一匹配电阻R1为2KΩ，第二匹配电阻R2为100KΩ。隔离元件D1为二极管，第一可控开关元件Q1为P型MOS管，第二可控开关元件Q2为N型MOS管，其中，通过第一组线对Tx1、Tx2和第二组线对Ty1和Ty2建立供电端与受电端的连接。在检测电压Vt开启时，二极管导通，此时可以通过检测第一节点a的电压大小判断受电端的网络设备的状态，若此时第一节点a的电压大于N型MOS管的导通典型值，则确定受电端连接的为PD负载或两组线对之间呈开路状态，同时，由于检测到第二节点b的电压与第一节点a的电压相同，则此时N型MOS管导通，P型MOS管也会导通，从而供电电压53V会通过P型MOS管施加到第一节点a，而此时二极管关断，起到隔离保护检测电压的作用。进而，供电电压53V会通过第一节点a连接的线对对识别到的PD负载供电，或者在开路状态下供电，此时PSE设备并不消耗任何功能。若检测到第一节点a的电压小于N型MOS管的导通典型值，则确定受电端连接的为非PD负载，N型MOS管不会导通，进而P型MOS管也不会导通，供电电压53V就不会通过供电端的线对为受电端的非PD负载供电。

同时，本实用新型还提供了一种以太网供电设备，如图4所示，该以太网供电设备包括上述涉及到的任一识别供电电路E，连接器M以及网络接口芯片F；其中，识别供电电路E，用于检测识别受电端的PD负载，并供电；网络接口芯片F，用于接收以太网信号，并在受电端的PD负载被供电时发送以太网信号；连接器M，用于通过自身的交互线对连通供电端的供电设备与受电端的PD负载。

在该实用新型中，所涉及的连接器一般为RJ45连接器，该RJ45连接器为以太网供电***中常用的一种连接元件。

如图5所示，当供电端的PSE通过RJ45连接器与受电端建立连接时，可以利用RJ45的45线对和78线对与供电端的识别供电电路连接。具体地，该识别供电电路中隔离元件D1的输出端通过第一节点a连接45线对中的管脚4，第二匹配电阻R2的一端通过第二节点b连接45线对中的管脚5，线对78短接并通过第三节点c接地。

此外，本实用新型还提供了一种以太网供电***，如图6所示，该以太网供电***包括上述涉及到的任意一种以太网供电设备PES设备，以及通过连接器连接的PD设备。

为了能够对上述电路原理更好的理解，下面通过5个应用场景对该电路进行详细说明。需要说明的是，以下实施例是将该识别供电电路通过具体的RJ45连接器与受电端连接，且假设受电端在连接PD负载时，其等效电阻为25KΩ。那么，该识别供电电路则可以依据该PD负载等效电阻设置具体的检测电压、第一匹配电阻、第二匹配电阻等参数。

在功能原理上，非PD负载有三种类型、PD负载在10V以下表现为25k电阻、无负载连接三大状态类，当向45和78之间施加3.3V电压时，一共只会有5种可能的等效电路应用场景：短路、150Ω电阻、开路、25KΩ电阻、无负载。

应用场景1：短路非PD负载

如图7(a)所示，为本实用新型中受电端非PD负载短接的示意图，由于此时45线对与78线对短路，而c点直接接地，所以a点是低电平，根据N型MOS管的原理，此时a点连接的就是Q2的控制端，并且Q2的输出端接地为低电平，即控制端的电压小于输出端的电压，则Q2关断，从而Q1也是关断的，所以53V无法施加到a点，即45线对上不能给受电端提供53V电压。可见，该识别供电电路能够准确识别到受电端的网络侧设备是否为PD负载，若不是PD负载，则不供电，若是PD负载，则供电。

应用场景2：150Ω电阻非PD负载

如图7(b)所示，为本实用新型中受电端非PD负载为150Ω电阻的示意图，由于45线对和78线对之间跨接150Ω(图中由两个75Ω电阻R3、R4串联而成)电阻，对于a、c两点来说，相当于第二匹配电阻R2和150Ω电阻并联，即100k和150并联，等效a点和c点之间跨接电阻为(R2*(R3+R4))/(R2+R3+R4)＝149Ω。并且，此时为二极管D1正向施加3.3V检测电压，因此该二极管D1处于导通状态，同时，该二极管D1固定消耗0.3V电压，然后再由R1的2kΩ和a、c之间等效跨接电阻149欧姆进行分压，所以a点电压为(3.3-0.3)*149/(149+2K)＝0.2V，即Q2的控制端电压为0.2V，此时控制端电压与输出端电压之差为0.2-0＝0.2V，小于N型MOS管导通所需要的0.7V(在实际的电路中，0.7V是NMOS典型值，并不限定只能大于0.7V，Q2的设计选型只需选择开启电压大于0.2V的器件即可)，所以Q2关断，Q1也关断，45线对也不能为受电端提供53V电压。

应用场景3：开路非PD负载

如图7(c)所示，为本实用新型中受电端非PD负载为开路的示意图，由于45线对和78线对开路，a和c之间只存在R2，也就是a、c跨接100kΩ电阻，所以a点电压为3.3V经过D1压降之后，再由R1和R2分压，即a点电压为(3.3-0.3)*100K/(100K+2K)＝2.9V，控制端电压与输出端电压之差为2.9-0＝2.9V，大于0.7V，Q2导通，进而Q1的控制端接地，同时，由于Q1的输入端连接53V，即Q1的输入端电压与控制端电压之差为53-0＝53V，大于0.7V，则Q1导通，53V施加到a点，并输出到45线对，对受电端进行供电。这是作为供电端所进行的识别供电操作，但是，由于现在45线对和78线对属于开路状态，即使为受电端提供53V电压，PSE设备本身也不消耗任何功耗，也不会有任何影响，所以此时的供电状态是正常的。同时，由于a点电压变为53V，此时的Q2保持导通，Q1也保持导通，保证53V持续提供在a点，而且由于二极管D1的存在，其输入端电压3.3V低于输出端电压53V，其效果表现为开路，这样53V就不会倒灌到检测电压3.3V，从而对3.3V本身电源也不会造成任何影响，起到了隔离的作用，避免45线对为受电端供电53V时高电压倒灌3.3V低电压而损坏提供3.3V的电源***，二极管D1的存在则可以起到隔离作用，保证***正常运行。

应用场景4：25KΩ电阻PD负载

如图7(d)所示，为本实用新型中受电端PD负载为25KΩ电阻的示意图，a点和c点之间跨接电阻为100k和25k并联，阻抗为(100K*25K))/(100K+25K)＝20KΩ，所以a点电压为(3.3-0.3)*20K/(20K+2K)＝2.7V，控制端电压与输出端电压之差为2.7-0＝2.7V，大于NMOS导通所需要的0.7V，所以Q2导通，Q1也导通，53V电压施加到a点，并输出到45线对，为受电端的PD负载供电。

应用场景5：无负载

如图7(e)所示，为本实用新型中受电端无负载的示意图，此时4、5线对断开，b点只有通过R1接地一种状态，所以b点为0V，Q1断开，Q2也断开，53V无法提供到4、5线对，因此，PSE设备不为受电端进行供电。

综上，在本实用新型中，通过新设计的识别供电电路，对该电路中的第一节点进行检测，从而能够对受电端的网络设备的类型进行初步识别，并确定是否为非PD负载，若是，则不为受电端的网络设备供电，否则，利用识别供电电路为受电端的PD负载供电。其实，只在受电端连接PD负载和供电线对45、78之间开路的两种情况下才为受电端提供53V电压(这两种情况下提供53V都是正常状况，不会对***有影响)，而其他情况都不为受电端供电。和传统使用PSE功能芯片的PSE设备(如图1)相比，本实用新型只增加了第一可控开关元件Q1、第一匹配电阻R1、第二匹配电阻R2、隔离元件D1四个元件；并且所提到的检测电压3.3V只是一种电压实例，目的是为了检测PD负载(因为根据PD负载的原理，只要对其施加小于10V的电压，其效果就等效于25k电阻)，本实用新型实例是以对其施加3.3V电压为例，但是实际是可以选用任意小于10V的电压，为了不增加额外成本，实际电路设计时，可直接选用PSE设备本身已经有的小于10V的电压连接到检测电压处即可。综上，本实用新型相对于PSE功能芯片，总共只用了四个元器件，而且都是超低成本的通用器件，大大降低了PSE设备的成本。

而且，对于多端口PSE设备，每个端口都按照此设计复制，并且每个端口都是独立识别供电和不可以供电的情况，不会出现任意一个端口连接受电端的网络设备从而导致自身或受电端的网络设备故障。

通过上述的各个实施例，本实用新型的识别功能并不同于传统的供电***去测量电阻，而是利用现有网口标准设计中可能出现的所有电路类型，并根据所有电路类型在施加53V电压后对***的影响，将电路类型划分为可以供电，和不可以供电两类，而不是PD和非PD。同时，不修改现有PSE设备的其他部分的标准设计，只在原PSE功能芯片所连接的电路上做改变或替换，不影响PSE设备的现有的其他功能，仅将原有PSE功能芯片替换为4个简单的元件，大大简化了设计规模，降低了成本。另外，本实用新型整套设计是用无源被动器件完成，不依赖于任何类似于PSE功能芯片等供电功能芯片的工作，可以适用于任何PSE设备，可靠性高，具有极强的兼容性。而且，本实用新型不对PSE设备非PSE芯片以外的电路做修改，兼容效果好，有非常强的可移植性。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种识别供电电路，其特征在于，包括：

隔离元件，第一匹配电阻，第二匹配电阻以及第一可控开关元件和第二可控开关元件；

其中，所述隔离元件的输出端通过第一节点连接确定的两组交互线对中任意一组线对的任意一条管脚，输入端连接所述第一匹配电阻的一端；

所述第一匹配电阻的另一端连接检测电压；

所述第二匹配电阻的一端通过第二节点连接确定的两组交互线对中隔离元件连接的线对中的另一条管脚，所述第二匹配电阻的另一端接地；

所述确定的两组交互线对中另一组线对短接，并通过第三节点接地；

所述第一可控开关元件的输入端连接供电电压，输出端连接第一节点，控制端连接所述第二可控开关元件的输入端；

所述第二可控开关元件的输出端接地，控制端连接第二节点。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述隔离元件为二极管。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一可控开关元件为P型MOS管，所述第二可控开关元件为N型MOS管。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，在受电设备PD负载的电阻为25KΩ时，所述检测电压为3.3V，所述供电电压为53V，所述第一匹配电阻为2KΩ，所述第二匹配电阻为100KΩ。

5.一种以太网供电设备，其特征在于，包括权利要求1-4任一所述的识别供电电路，连接器以及网络接口；

其中，所述识别供电电路，用于检测识别受电端的PD负载，并供电；

所述网络接口，用于接收以太网信号，并在受电端的PD负载被供电时发送以太网信号；

所述连接器，用于通过自身的交互线对连通供电端的供电设备与受电端的PD负载。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述连接器为RJ45连接器。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述RJ45连接器通过自身的45线对和78线对与供电端的识别供电电路连接。

8.一种以太网供电***，其特征在于，包括权利要求5-7任一所述的以太网供电设备，以及通过连接器连接的PD负载。