用于經(jīng)由以太網(wǎng)電纜中的四個線對供應電力的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于經(jīng)由以太網(wǎng)電纜中的四個線對供應電力的方法和系統(tǒng)
[0001]相關申請案的交叉參考
[0002]本申請案主張對邁克爾.保羅(Michael Paul)等人在2014年I月30日申請的第61/933，707號美國臨時申請案的優(yōu)先權，所述臨時申請案以引用的方式并入本文中。
技術領域
[0003]本發(fā)明涉及例如以太網(wǎng)供電(PoE)等系統(tǒng)，其中電力是經(jīng)由數(shù)據(jù)線傳輸且在將全PoE電壓施加到數(shù)據(jù)線之前執(zhí)行例程。更特定來說，本發(fā)明涉及一種使電力供應設備(PSE)識別受電裝置(PD)具備PoE能力以經(jīng)由四個線對進行電力遞送的方案。
【背景技術】
[0004]已知經(jīng)由數(shù)據(jù)線傳輸電力以給遠程設備供電。以太網(wǎng)供電(PoE)是一個此種系統(tǒng)的實例。在PoE中，從以太網(wǎng)交換機將有限的電力傳輸?shù)浇?jīng)以太網(wǎng)連接設備(例如，VoIP電話、WLAN發(fā)射器、安全攝像機等)。經(jīng)由標準CAT-5電纜中的兩組雙絞線對傳輸來自交換機的DC電力。相同的兩組雙絞線對也可傳輸差分數(shù)據(jù)信號，因為DC共模電壓不影響數(shù)據(jù)。以此方式，可消除對提供用于“受電裝置”(PD)的任何外部電源的需要。在以引用的方式并入本文中的IEEE 802.3中陳述了 PoE標準。CAT-5電纜具有四個雙絞線對，且所述線對中的兩者通常為不使用的。
[0005]經(jīng)由數(shù)據(jù)線提供電力適用于其它現(xiàn)有的系統(tǒng)及將來的系統(tǒng)。舉例來說，汽車中的電子設備將越來越多地從經(jīng)由數(shù)據(jù)線提供到設備的電力以減少布線而獲益。IEEE或其它群組可標準化使用數(shù)據(jù)線供電的各種新的系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明適用于需要來自ro的對將向線對施加全PoE電壓的某種指示的系統(tǒng)。雖然本發(fā)明可應用于使用數(shù)據(jù)線供電的任何系統(tǒng)，但作為一實例將描述典型的PoE系統(tǒng)。
[0007]圖1表示使用PoE的典型以太網(wǎng)系統(tǒng)。在圖1的實例中，“電力供應設備”(PSE) 12可為將電力及數(shù)據(jù)供應到ro的任何以太網(wǎng)裝置。PSE 12及ro 14通常經(jīng)由端接有標準以太網(wǎng)8引腳(四個雙絞線對)RJ45連接器的標準CAT-5電纜連接。通常需要所述雙絞線對中的僅兩者來用于PoE及數(shù)據(jù)。
[0008]PSE 12通常由市電電壓(120VAC)供電且使用外部或內部電壓轉換器16來產(chǎn)生介于44伏到57伏之間的DC電壓。PoE標準需要PSE在H)處供應最小37伏。沿著電纜的電壓降隨著距離而增加。
[0009]指派雙絞線對中的兩者18及20來載運PoE電力，且這些對還可載運差分數(shù)據(jù)。還展示剩余的未使用的兩個對21及22。所有使用中的對通過變壓器(例如變壓器23及24)端接于H) 14處。假定雙絞線對18提供44伏且雙絞線對20連接到接地或某一其它低電壓。進行到變壓器23及24的中心抽頭的連接以將44伏提供到H) 14。由于DC電壓為共模的，因此其不影響差分數(shù)據(jù)。H)端接塊25中還包含其它常規(guī)端接電路，例如在變壓器下游的極性校正電路(二極管橋接器)，但所述其它常規(guī)端接電路與本發(fā)明無關。
[0010]將44伏施加到DC-DC轉換器26以用于將所述電壓轉換為H) 14所需要的任何電壓。負載28 (例如，安全攝像機)由轉換器26供電并經(jīng)由雙絞線對與PSE 12通信。
[0011]IEEE標準需要在PSE 12與H) 14之間的特定低電流信號交換程序以便檢測PoE受電裝置的存在且以便在PSE 12使得全電力可用于ro 14之前傳達PSE 12及H) 14的相關特性。檢測/分類電路29控制信號交換例程，且可為狀態(tài)機、處理器或任何其它適合控制電路。PSE 12還含有用于執(zhí)行信號交換例程的電路。用于執(zhí)行信號交換例程的電路為眾所周知的1C。
[0012]以下為PSE 12與H) 14之間的信號交換例程的簡化概述。
[0013]當PSE 12首先經(jīng)由以太網(wǎng)電纜連接到ro 14時，PSE 12詢問H) 14以確定其是否具備PoE能力。此周期稱為檢測階段。在檢測階段期間，PSE 12在固定間隔內經(jīng)由雙絞線對18及20向H) 14施加第一電流限制電壓且接著在固定間隔內施加第二電流限制電壓，同時通過檢測所得電流而查看ro 14的特性阻抗(約25千歐)。如果未檢測到正確的阻抗，那么PSE 12假定負載不具備P0E能力并關閉PoE產(chǎn)生端。系統(tǒng)接著作為標準以太網(wǎng)連接而操作。
[0014]還可使用兩個電壓限制電流來完成所述檢測。
[0015]如果檢測到標志阻抗，那么PSE 12繼續(xù)移動到任選分類階段。PSE 12使到H)14的電壓斜升。PSE 12產(chǎn)生一個脈沖(指示其為類型1PSE)或兩個脈沖(指示其為類型2PSE)。PD 14以特定電流電平對分類脈沖做出響應以識別H) 14是類型I還是類型2。類型Iro需要少于13W。類型2H)需要高達最多25.5W。還可識別這些類型內的各種類別(例如，五個類別)，每一類別與最大平均電流電平及最大瞬時電流電平相關聯(lián)。PSE 12接著可使用此電力需求信息來確定其是否可將所需電力供應到ro 14，且ro 14使用所述信息來確定其是否可完全地借助PSE 12操作。這些為用于檢測及分類階段的最大時間窗(例如，500ms)。
[0016]在將來可實施其它類型的檢測及分類例程以及標準。
[0017]在檢測及分類階段完成后，PSE 12即刻使其輸出電壓斜變到42V以上。一旦已在PD 14處檢測到欠電壓封鎖(UVLO)閾值，便接通內部FET以將全PoE電壓連接到轉換器26，且轉換器26將經(jīng)調節(jié)DC電壓供應到負載28。此時，PD 14開始正常地操作，且只要輸入電壓保持在所需電平以上，其就繼續(xù)正常地操作。
[0018]對于一些類型的PoE應用(例如高電力應用)，期望經(jīng)由線對中的兩者施加正電壓且經(jīng)由剩余的兩個線對施加低電壓(例如，O伏)。因此，負載電流由四個線對分擔。進行此操作的常規(guī)方式是使用將正電壓供應到第一線對并將低電壓供應到第二線對的第一 PSE，以及使用與第一 PSE等同的第二 PSE，所述第二 PSE將正電壓供應到第三線對并將低電壓供應到剩余的第四線對。應注意，借助經(jīng)隔離電力供應器來施加PSE電力，因此低電壓并非接地，但其可為O伏。
[0019]每一 PSE獨立地執(zhí)行檢測及分類例程以確定H)是否具備PoE能力。此類型的PoE系統(tǒng)的缺點是需要兩個完整的PSE系統(tǒng)，從而增加系統(tǒng)的成本及大小。
[0020]需要一種使用以太網(wǎng)電纜中的所有四個線對以允許高電力應用的用以將電力供應到ro的新技術，其中需要僅單個PSE。

【發(fā)明內容】

[0021]單個PSE經(jīng)由常規(guī)CAT-5以太網(wǎng)電纜將電力供應到H)，其中所有四個雙絞線對將DC電力供應到H)以潛在地將高電力供應到所述PD。對中的兩者(對I及對2)供應正電壓，且剩余的兩個對(對3及對4)連接到低電壓(例如，O伏)。在另一實施例中，所供應電壓可為其它電壓電平，因為ro由電壓差供電。變壓器終端仍允許經(jīng)由線對傳輸差分數(shù)據(jù)。
[0022]在低電壓/檢測階段(由IEEE標準規(guī)定)期間，PSE將電流限制電壓施加到對I及2以檢測ro的指示所述ro具備PoE能力的某一特性阻抗。可使用其它檢測技術。假定25千歐電阻器跨越對1/2及對3/4連接在H)中，那么特性電流將流動穿過對3及4。
[0023]第一低值電阻器Rl具有連接到對3的一端，且第二等值電阻器R2具有連接到對4的一端。電阻器Rl及R2的其它端系連在一起且連接到電流傳感器。此共同端還連接到可在接通時將對3及4耦合到低電壓的MOSFET (或其它類型開關)。
[0024]在低電壓/電流檢測階段期間，在MOSFET接通時，PoE同時檢測穿過電阻器Rl及R2的相應電流。在另一實施例中，在檢測階段期間