一種能提供高功率的乙太網總線供電設備的製作方法

2023-09-19 07:05:30

專利名稱：一種能提供高功率的乙太網總線供電設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及工業現場控制領域，尤其涉及採用乙太網技術的工業現場控制領域中總線供電系統部分。
背景技術：
目前，乙太網供電系統主要以2003年6月推出的IEEE802.3af標準為技術規範。該標準定義了一種允許通過乙太網在傳輸數據的同時輸送48V直流電源的方法，它能安全、可靠地將乙太網供電PoE(Power over Ethernet)技術引入現有的網絡基礎設施中，並且和原有的網絡設備相兼容。在PoE系統中，提供電源的設備被稱為供電設備PSE(Power Sourcing Equipment)，而使用電源的設備稱為受電設備PD(Powered Device)。PSE負責將電源注入乙太網傳輸線纜，並實施功率的規劃和管理。Endpoint PSE(端接供電設備)就是支持PoE的乙太網交換機、路由器、集線器或其它網絡交換設備。Midspan PSE(中跨供電設備)設備是專門用於電源管理，並通常和交換機放在一起的一個設備，和交換機一樣也有多路輸入輸出的RJ-45埠，對應的每路有兩個RJ-45插孔，一個插孔用短線連接至不具有乙太網供電功能的網絡交換設備，作為數據輸入口；而另一個插孔連接到支持802.3af供電的遠端用電設備(PD)，作為數據/電力兩用的數據/電源輸出口，該數據/電源輸出接口採用RJ-45接口，Midspan設備通常採用乙太網線纜中未使用的4/5和7/8線對來承載供電，剩下的部分預留給數據傳輸用。現有技術中符合IEEE802.3af標準的乙太網供電系統在受電端得到的電源最大為12.95W，此功率等級極大制約了較高功率設備在乙太網供電領域的使用及乙太網供電技術的推廣；且這類供電和受電設備都必須採用昂貴的專用晶片，使設備的製造成本增加。
為了克服現有乙太網供電設備PSE無法向受電設備提供更高功率電源、應用面窄以及設備成本太高的現狀，本實用新型提供一種高功率乙太網總線供電設備，該設備不僅能進行數據通信，而且能給連接到它的網絡設備提供較高功率的直流電源。

發明內容
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是高功率乙太網總線供電設備主要由乙太網通信電路和乙太網總線供電電路兩部分組成，乙太網總線供電電路由過流保護單元、過壓保護單元、供電狀態指示燈單元及電源通斷管理單元構成，開關電源的輸出通過過流保護電路和過壓保護電路連接到數據/電源接口的不同端子，相互串聯的供電狀態指示燈電路和電源通斷管理電路跨接在過壓保護電路兩端。電源通斷管理單元的輸出埠接到數據/電源接口的引腳上作為直流電源輸出接口，過流保護單元中設置有一自恢復保險絲，通過改變自恢復保險絲的保持電流參數，使供電設備能夠向受電設備提供更高功率的直流電源。
乙太網通信電路包括乙太網交換晶片、EEPROM、各埠通信指示用LED電路、晶振和網絡隔離變壓器，乙太網交換晶片連接到網絡隔離變壓器，信號經過網絡隔離變壓器的隔離後再傳送到數據/電源接口，數據/電源接口採用標準RJ-45，接口的1/2、3/6號引腳用於傳輸數據信號，作為信號端子，4/5和7/8號引腳用於傳輸電源信號，作為供電端子。
電源通斷管理電路中固態繼電器(K1)的輸入控制端的「-」端連接到RJ45接口的8號引腳，固態繼電器(K1)輸出控制端的「-」端與RJ45接口的4和5號引腳連接，RJ45接口的7號引腳與電源地連接，固態繼電器輸入控制端的「+」端和輸出控制端的「+」端分別經電阻(R3)和二極體(D1)連接到自恢復保險絲。供電狀態指示燈電路(23)由二極體(D1)、發光二極體(D2)、三極體(Q1)和電阻(R1、R2)組成。
本實用新型的一個顯著的優點是供電設備能夠根據受電設備的需要提供更高功率等級的電源，滿足受電設備對較高功率的需求，總線供電電路部分不需採用專用晶片，降低了設備的製造成本。通過電源通斷管理電路的控制，能在PD斷開後馬上切斷PSE埠上的電源，而只有在PD接上時PSE的埠上才會提供該直流電源。


圖1乙太網總線供電設備的電路連接示意圖圖2為乙太網總線供電設備的供電電路方框圖圖3為乙太網總線供電設備的電源通斷管理及供電狀態指示燈電路原理圖具體實施方式
參照附圖對本實用新型的技術方案作具體說明，圖1所示為本實用新型的電路連接示意圖，本實用新型由乙太網通信電路4、乙太網總線供電電路、開關電源3、DC/DC轉換電路5及RJ-45接口1組成。乙太網通信電路包括10/100M乙太網交換晶片41、晶振42、LED電路43、EEPROM44、管腳初始化設置電路45、網絡隔離變壓器46。10/100M乙太網交換晶片內部集成有乙太網幀轉發控制器、乙太網物理層收發控制器、數據緩衝器和MAC地址表，用於轉發乙太網數據信號；EEPROM內存儲的是網絡交換設備啟動時所需要的初始化數據；LED電路用於指示乙太網埠的通信狀態。電源管理電路2和乙太網通信電路4分別連接到RJ-45接口1。
圖2所示為本實用新型的供電電路方框圖，乙太網總線供電電路部分包括開關電源、電源管理電路。電源管理電路由過流保護電路21、過壓保護電路22、供電狀態指示燈電路23和電源通斷管理電路24構成。開關電源輸出的直流穩壓信號經過流保護電路21、過壓保護電路22送入RJ-45接口1，電源通斷管理電路24的輸出端也連接到RJ-45接口1，電源通斷管理電路24對提供給網絡受電設備的電源信號作接通或斷開的管理，當受電設備(須將此類設備的RJ-45接口的4與5號引腳互連，7與8號引腳互連)通過乙太網線纜連接到本總線供電設備時，該設備的數據/電源輸出接口的4/5和7/8號引腳上才會提供有直流電源，而在受電設備斷開後會馬上切斷埠上提供的電源。供電狀態指示燈電路23串接在過流保護電路21和電源通斷管理電路24之間，指示燈點亮表明該路直流電源供電正常。該乙太網總線供電設備向受電設備所能提供的最大功率由過流保護電路21中的自恢復保險絲的保持電流參數進行控制，改變保持電流參數的參數值，則可改變提供給受電設備的輸出功率值，該功率值的提高可根據傳輸線纜能夠承載的功率範圍進行設定。也可以在過流保護電路21中採用其它電器元件，控制供電設備的最大輸出功率值。
該乙太網總線供電設備的數據信號和電源信號共同接入RJ-45接口，RJ-45接口的1/2和3/6號引腳上連接的線對用於傳輸乙太網數據信號，4/5和7/8號引腳上連接的線對用於承載供電。
圖3為本實用新型的電源通斷管理電路原理圖，電源通斷管理電路24由固態繼電器K1和分壓電阻R3組成。電阻R3一端經過流保護電路21中的自恢復保險絲F1連接開關電源3，另一端與固態繼電器K1的輸入控制端的「+」(即K1的c號引腳)相接，固態繼電器K1的輸入控制端的「-」(即K1的d號引腳)連接到RJ45接口1的8號引腳上，而RJ45接口1的7號腳與電源地相接，開關電源3的輸出端經過二極體D1後連接到固態繼電器K1的輸出控制端的「+」(即K1的a號引腳)，而固態繼電器K1的輸出控制端的「-」(即K1的b號引腳)與RJ45接口1的4和5號引腳相接。當受電設備通過乙太網線纜連接到本實用新型時，固態繼電器K1的輸入控制端的「-」端將通過乙太網線纜連接到電源地，使得固態繼電器K1的輸入端之間形成通路，接著固態繼電器K1的輸出端接通，從而在RJ-45接口1的供電埠4/5及7/8引腳上將提供有直流電源。
電源管理電路2中的供電狀態指示燈電路23由二極體D1、發光二極體D2、三極體Q1和電阻R1、R2組成。二極體D1的陽極和三極體Q1的發射極與過流保護電路21中的自恢復保險絲F1的一端相接；二極體D1的陰極經電阻R1與三極體Q1的基極電連接；三極體Q1的集電極經電阻R2與發光二極體D2的陽極連接，而發光二極體D2的陰極連接到電源地。當無受電設備連接到本實用新型時，三極體Q1截止，集電極電流為零，發光二極體D2不會被點亮；而當接上受電設備時，三極體Q1導通，集電極有電流流過，發光二極體D2被點亮，從而起到指示供電狀態的作用，該電源通斷管理電路24也可由其它常規電路實現。
自恢復保險絲F1的保持電流參數設置了RJ-45接口1能提供的最大功率，通過改變F1的保持電流參數可改變該乙太網總線供電交換機提供給受電設備的輸出功率等級，從而突破了傳統乙太網供電系統提供給受電端的電源最大功率只能為12.95W的局限，使得較高功率(可達30W)的受電設備能夠由乙太網交換機等供電設備通過連接RJ45接口1的雙絞線供電。並且不必採用昂貴的專用晶片，降低了設備的製造成本。
雖然說明書中是以乙太網交換機作為實例進行描述，但本領域技術人員應能理解，本申請的乙太網總線供電設備並不僅僅限於乙太網交換機，本乙太網總線供電設備適合於支持PoE的乙太網交換機、路由器、集線器或其它網絡設備。
權利要求1.一種能提供高功率的乙太網總線供電設備，該供電設備中乙太網通信電路(4)的輸出和乙太網總線供電電路的輸出共同接入一個數據/電源接口的不同端子，其特徵在於乙太網總線供電電路部分包括開關電源(3)和電源管理電路(2)，電源管理電路(2)由過流保護電路(21)、過壓保護電路(22)、供電狀態指示燈電路(23)和電源通斷管理電路(24)構成，開關電源(3)的輸出通過過流保護電路(21)和過壓保護電路(22)連接到所述數據/電源接口的供電端子，相互串聯的供電狀態指示燈電路(23)和電源通斷管理電路(24)跨接在所述過壓保護電路(22)兩端。
2.根據權利要求1所述的乙太網總線供電設備，其特徵在於所述的過流保護電路(21)包括一自恢復保險絲(F1)，自恢復保險絲的一端連接開關電源(3)的輸出端，另一端連接到電源通斷管理電路(24)和供電狀態指示燈電路(23)的公共端。
3.根據權利要求1或2所述的乙太網總線供電設備，其特徵在於所述數據/電源接口為RJ-45接口(1)。
4.根據權利要求3所述的乙太網總線供電設備，其特徵在於所述的供電狀態指示燈電路(23)由二極體(D1)、發光二極體(D2)、三極體(Q1)和電阻(R1、R2)組成，二極體(D1)的陽極和三極體(Q1)的發射極與開關電源(3)輸出端相接，二極體(D1)的陰極經電阻(R1)與三極體(Q1)的基極相接，三極體(Q1)的集電極經過電阻(R2)與發光二極體(D2)的陽極電連接，而發光二極體(D2)的陰極連接到電源地。
5.根據權利要求3所述的乙太網總線供電設備，其特徵在於所述電源通斷管理電路中固態繼電器(K1)的輸入控制端的「-」端連接到RJ45接口的8號引腳，固態繼電器(K1)輸出控制端的「-」端與RJ45接口的4和5號引腳連接，RJ45接口的7號引腳與電源地連接，固態繼電器輸入控制端的「+」端和輸出控制端的「+」端分別經電阻(R3)和二極體(D1)連接到自恢復保險絲。
專利摘要本實用新型請求保護一種高功率的乙太網總線供電設備，屬於工業現場控制領域。本實用新型由乙太網通信電路和乙太網總線供電電路兩部分組成，數據信號和電源信號共同接入一個RJ－45接口，由一條乙太網線纜承載，乙太網總線供電電路部分中開關電源的輸出經過過流保護電路和過壓保護電路連接到RJ－45接口，供電狀態指示燈電路和電源通斷管理電路跨接在過壓保護電路兩端，所能提供的最大功率由過流保護單元中自恢復保險絲的保持電流參數進行控制，可給受電設備提供較高的功率，滿足受電設備對較高功率的需求，擴大了乙太網供電技術的應用領域，同時總線供電電路部分不採用專用晶片，降低了設備製造成本。
文檔編號H04L12/10GK2786874SQ20052000912
公開日2006年6月7日 申請日期2005年4月7日 優先權日2005年4月7日
發明者朱勇發, 王平, 餘剛 申請人:重慶郵電學院