乙太網供電系統中的供電設備及受電設備的製作方法

2023-06-14 10:49:06

專利名稱：乙太網供電系統中的供電設備及受電設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子技術領域，尤其涉及乙太網供電系統中的供電設備及 受電設備。
背景技術：
乙太網供電(Power over Ethernet, PoE )技術是一種通過乙太網線纜在傳 輸數據的同時輸送直流電(Direct Current, DC)的方法。在PoE系統中，提 供電源的設備被稱為供電設備(Power Sourcing Equipment, PSE ),目前PSE 設備有路由器、乙太網交換機和集線器等；接受PSE設備所提供的直流電的設 備稱為受電設備(PoweredDevice, PD), PD設備通過乙太網線纜與PSE設備 連接，即可實現PD設備接收PSE設備傳送的數據的同時，還可接收PSE設備 輸送來的DC直流電。PD設備應用十分廣泛，如語音IP(Voice Internet Protocol) 電話機、監控系統、無線網絡接入設備、收銀pos機、網絡攝影機、ATM機 (Automatic Teller Machine, 自動取款機)等。參見圖1 ，為現有技術中乙太網供電系統的結構框圖，圖中PSE設備如PoE 乙太網交換102負責將直流電注入至乙太網線纜103;該乙太網線纜103在傳 輸數據的同時，還傳輸直流電至與該PSE設備相連接的其他網絡設備，語音IP 電話104、監控系統105、無線網絡接入設備106以及信用卡終端107等，這 樣小型網絡設備就可通過乙太網連接來供電，而不需要使用交流電力線的電源 插座，從而簡化了布線，降低了網絡基礎設施的建設成本。另外，通過UPS 電源101 ( Uninterruptible Power System,不間斷電源系統)備份的區域網供電， 還可以使網絡設備在電網停電時正常工作，如傳統電話，在停電的時候仍然可 以正常使用。PoE技術的應用已越來越廣泛，大量的新應用仍在不斷地湧現，但是，隨
之而來的是PSE設備(如乙太網交換機)帶來了嚴峻的電磁幹擾問題，如幹擾 所傳輸的網絡數據，影響與其連接的PD設備及周邊電子設備的正常工作。PoE 技術一般應用在終端產品上，而這些產品廣泛分布在人們的生活周邊，因而 PSE設備所產生的電磁輻射將對人體造成傷害。
參見圖2,為現有技術中採用PoE技術的乙太網交換才幾(PoE乙太網交換 機)的供電電路圖，該電路中，乙太網物理層PHY ( Physical Layer,物理層) 晶片1、匹配網絡電路2、隔離變壓器電路3以及乙太網埠模塊4依次串聯； 與供電有關的模塊包括直流電源DC-DC模塊6、乙太網供電控制模塊8和以 太網埠模塊4，其中，直流電源DC-DC模塊6與乙太網供電控制模塊8相 串聯，乙太網供電控制模塊8通過隔離變壓器電路3的管腳與乙太網埠模塊 4相連接，當PD設備5通過乙太網線纜與乙太網埠模塊4連接時，直流電 源DC-DC模塊6將直流電傳輸至乙太網供電控制模塊8,乙太網供電控制模 塊8將直流電通過乙太網埠模塊4加載到乙太網線纜中，並最終傳輸給PD 設備5。
圖3示出了現有技術中PSE設備，如PoE乙太網交換機中的一個乙太網 埠的電磁傳導幹擾的測試結果，分析圖中的電磁傳導幹擾的尖峰頻率點分別 是300kHz的基頻300kHz、 2倍頻600kHz、 3倍頻900kHz等，從圖中可以看 出該PoE供電網絡埠的電磁傳導幹擾已大大超過相關標準規定的電磁傳導 幹擾限值(圖3中粗線為標準規定的限值)，如在300kHz頻點測試到的該網絡 埠的電磁傳導幹擾最大，為43dBuA，而相關標準規定在300kHz頻點的傳導 幹擾限值為35dBuA,因此該網絡埠的電》茲傳導幹擾超標了 8dBuA。
圖4示出了現有技術中一臺擁有24個乙太網埠模塊的PoE乙太網交換 機的整機輻射的測試結果，對圖中30MHz頻點處做展頻分析，如圖5所示， 可以看出300kHz的基頻300kHz、 2倍頻600kHz、 3倍頻900kHz等，從圖中 可以看出該整機的輻射幹擾已超過相關標準規定的整機輻射幹擾限值(圖4中的粗線為標準規定的限值，圓圏處為超標頻點)。
綜上所述，現有技術中，PSE設備對PD設備產生極強的電磁幹擾及輻射， 該電磁幹擾及輻射已經大大超出了相關標準的規定值限，從而影響網絡設備的
正常工作。

實用新型內容
本實用新型目的之一在於提供一種乙太網供電系統中的供電設備，以解決 現有技術中供電設備產生電磁幹擾而影響其它設備工作的問題。
一種乙太網供電系統中的供電設備，包括電源模塊，與電源模塊連接的 乙太網供電控制模塊，與乙太網供電控制模塊連接的乙太網埠模塊，在電源 模塊與乙太網供電控制模塊之間還串接有第 一共模濾波電路模塊。
本實用新型實施例提供的供電設備中，在電源模塊與乙太網供電控制模塊 之間串接有第一共模濾波電路模塊，通過該第一共模濾波電路模塊的濾波作用 可以將電源模塊產生的共模幹擾信號部分或全部濾除掉，以抑制或減少由供電 設備產生的電磁幹擾信號，進而消除或減小電磁幹擾對其他設備的影響。
本實用新型目的之二在於提供一種乙太網供電系統中的受電設備，以解決 現有技術中受電設備受到給其供電的供電設備產生的電磁幹擾的影響的問題。
一種乙太網供電系統中的受電設備，包括乙太網埠模塊，與乙太網埠 模塊相連接的工作電路模塊，在乙太網埠模塊與工作電路模塊之間串接有共 模濾波電路模塊。
本實用新型實施例提供了的受電設備中，在乙太網埠模塊與工作電路才莫 塊之間串接有共模濾波電路模塊，通過該共模濾波電路模塊的濾波作用可以將 從供電設備傳送過來的電磁幹擾中的共模幹擾信號部分或全部濾除掉，以抑制 或減小供電設備產生的電磁幹擾對該受電設備的影響。

圖1為現有技術中PoE乙太網供電系統結構框圖； 圖2為現有技術中PoE乙太網交換機的供電電路結構圖； 圖3為圖2中的PoE乙太網交換機的其中 一個乙太網埠模塊的電磁傳導 幹擾曲線圖4為現有技術中一個擁有24個乙太網埠才莫塊的PoE乙太網交換機的 整機電磁輻射幹擾的曲線圖5為圖4中的PoE乙太網交換機的整機電磁輻射幹擾的展頻圖6為本實用新型實施例一中的PoE乙太網交換4/L的供電電i 各結構圖7為本實用新型實施例一中的共模抑制器的電路圖8為本實用新型實施例中的共模抑制器的共模阻抗和差模阻抗的特性曲 線圖9為本實用新型實施例一中的PoE乙太網交換機的其中一個乙太網埠 模塊的電磁傳導幹擾曲線圖10為本實用新型實施例一中的有24個乙太網埠模塊的PoE乙太網交 換機的整機電磁輻射幹擾的曲線圖11為本實用新型實施例二中的PoE乙太網交換機的供電電路結構圖12為本實用新型實施例三中的受電設備的內部電路結構圖。
具體實施方式
本實用新型實施例提供乙太網供電系統的供電設備和受電設備，以消除或 減少由PoE供電設備產生的電磁幹擾。PoE供電設備可包括PoE乙太網交換機、 路由器以及集線器等，由於各種PoE供電設備內部的供電電路結構基本相似， '為方便描述，本實用新型實施例中的供電設備以PoE乙太網交換機為例，下面 結合說明書附圖對本實用新型的實施例進行詳細的說明。
實施例一
本實用新型實施例提供一種PoE乙太網交換機，該PoE乙太網交換機是通過在其內部增加濾波電路來濾除掉其自身所產生的電磁幹擾。
參見圖6,為本實用新型實施例一中的PoE乙太網交換機的供電電路結構 圖，該PoE乙太網交換機與現有技術中PoE乙太網交換機(參見圖2 )的區別 在於，該PoE乙太網交換機的直流電源DC-DC模塊6與乙太網供電控制模塊 8之間還串接有一個濾波電路7。
濾波電路7的結構如圖6所示在直流電源DC-DC模塊6輸出端的電源 正負極線與乙太網供電控制模塊8輸入端的電源正負極線之間串接有一個共衝莫 抑制器CM1;在直流電源DC-DC模塊6與共模抑制器CM1之間的電源正極 線701與電源負極線702之間連接有電容CX1,在共模抑制器CM1與乙太網 供電控制模塊8之間的電源正極線703與電源負極線704之間連接有電容CX2; 在電源負極線702與地之間連接有電容CY11,在電源正極線701與地之間連 接有電容CY12;在電源負才及線704與地之間連4妄有電容CY21，在電源正極線 703與地之間連接有電容CY22。其中，電容CYll、 CY12、 CY21、 CY22可 儘量設置在靠近輸出端的位置。
共模抑制器CM1可由兩個線圈分別繞在低損耗、高導磁率的鐵氧體磁環 上，如圖7所示為共模抑制器CM1的一種繞線方式 一個線圏的輸入線端A 與直流電源DC-DC模塊6輸出端的電源正極線701連接，該線圈的輸出線端 C與乙太網供電控制模塊8的輸入端的電源正極線703連接；另一線圈的輸入 線端B與直流電源DC-DC模塊6輸出端的電源負極線702連接，該線圈的輸 出線端D與乙太網供電控制模塊8的輸入端的電源負極線704連接。共模抑制 器CM1位於直流電源DC-DC模塊6的總輸出端，額定電流較大，因此，共模 抑制器CM1的線徑也要相應增大，以便能承受較大的電流。
為了達到更好的電磁幹擾抑制效果，電容CX1、 CYll、 CY12、 CX2、 CY21 以及CY22的等效串聯電阻應儘量小，因此，上述的電容可選用阻值比鋁電解 電容阻值小很多的陶瓷電容，如可以選用0.47uF/100V陶瓷電容。為了降低電 容CX1、 CYll、 CY12、 CX2、 CY21以及CY22的等效串聯電阻，還可以通過並聯接入多個電容的方式，如用 一組並聯的電容替代電容CX1 。可對電容CX1 、 CYll、 CY12、 CX2、 CY21以及CY22中的任意一個或多個進行上述方式的替 換。另夕卜，電容CX1、 CX2、 CYll、 CY12、 CY21、 CY22在PCB ( Print Circuit Board,印刷電路板)電路板上的連接走線應儘量短且粗。
由於PoE供電設備的電磁幹擾主要是由電源模塊的開關頻率產生，開關頻 率產生的電磁幹擾信號以共模幹擾方式隨著直流電注入到乙太網線纜而加載 到PoE埠模塊4，並通過乙太網線纜傳導輻射出去。電容CX1及CX2與共 模抑制器CM1形成的7T型濾波電路，可以濾除掉直流電源DC-DC模塊6的開 關頻率產生的噪聲幹擾，以降低電磁輻射；電容CY11、CY12、CY21以及CY22 將直流電源DC-DC模塊6的開關頻率產生的共模幹擾信號洩放到地面，這樣 就在一定程度上消除了直流電源DC-DC模塊6產生的共模幹擾信號。
圖8所示的兩條曲線分別是共模抑制器CM1的共模阻抗(實線)和差模 阻抗(虛線)的曲線圖，從圖中可以看出共模抑制器CM1的共模阻抗值基本 是差模阻抗值的10倍，因此該共模抑制器CM1對於直流電源DC-DC模塊6 的開關頻率產生的共模幹擾信號呈現很大的感抗抑制作用，使之不易通過；而 對有用的差模信號的衰減卻很小。共模抑制器CM1的電感值取決於要濾除的 幹擾信號的頻率，頻率越低，需要的電感量越大。共模抑制器CM1的共模阻 抗值選擇也可根據所要濾除的幹擾信號頻率來確定。
實施例二
本實用新型實施例提供了另一種PoE乙太網交換機，該PoE乙太網交換 機除了在直流電源DC-DC模塊6與乙太網供電控制模塊8之間接入濾波電路 7以外，還在乙太網供電控制模塊8與乙太網埠模塊4 (圖中只畫出一個以 太網埠模塊)之間還串接有一濾波電路9。
濾波電路9的結構與濾波電路7的結構相似，如圖11所示在乙太網供 電控制模塊8輸出端的電源正負極線與乙太網埠模塊4輸入端的電源正負極 線之間連接有一個共模抑制器CM2;在乙太網供電控制模塊8與共模抑制器CM2之間的電源正極線901與電源負極線902之間連接有一電容CX3，在電 源負極線902與地之間連接有 一 電容CY31,在電源正極線901與地之間連接 有一電容CY32;在共模抑制器CM2與乙太網埠;f莫塊4之間的電源正極線 903與電源負極線904之間連接有 一 電容CX4,並在電源負極線904與地之間 連接有一電容CY41，在電源正極線903與地之間連接有一電容CY42。與實施 例一同理，可將電容CX3、 CY31、 CY32、 CX4、 CY41以及CY42中的任意 一個或多個以多個並聯的電容進行替換。共模抑制器CM2的結構可如圖7所 示。
由於共模抑制器CM1位於直流電源DC-DC模塊6的總輸出端，額定電流 較大，因此要求共模抑制器CM1的繞線的線徑較粗，而共模抑制器CM2位於 各個乙太網埠模塊側，額定電流較小，因此，共模抑制器CM2的繞線可以 用線徑較細線。濾波電路7中的電容CX1、 CX2和電容CY11、 CY12、 CY21、 CY22可以選用0.47uF/100V陶瓷電容；濾波電路9的電容CX3、 CX4和電容 CY31、 CY32、 CY41、 CY42可以選用0.1uF/100V陶資電容。
電容CX3及CX4與共模抑制器CM2形成的7T型濾波電路可以濾除掉直 流電源DC-DC模塊6產生的共模幹擾信號，從而降低電磁輻射，且電容CY31、 CY32、 CY41以及CY42將直流電源開關頻率引起的共模幹擾信號直接洩放到 地面，這樣濾除掉直流電源DC-DC模塊6產生的部分或全部的共模幹擾信號。
本實用新型實施例二通過在實施例 一 中的乙太網供電控制模塊8與乙太網 埠模塊4之間串接濾波電路9，可進一步對直流電源DC-DC模塊6產生的 電磁幹擾進行濾除，從而進一步減小供電設備產生的電磁幹擾對其他設備的影 響。
對本實用新型實施例二中的乙太網交換機的其中一個乙太網埠模塊的 傳導電磁幹擾進行測試，測試結果如圖9所示，在頻點150kHz處的傳導電磁 幹擾最大，為27dBuA，而標準規定(圖9中的粗線為標準規定傳導電磁限值) 在頻點150kHz的傳導電磁幹擾的限值為40dBuA，由此可知，本實用新型提供
10的PoE乙太網交換機的傳導電磁幹擾比規定的限值低13dBuA。對PoE乙太網 交換機進行整機輻射測試，測試結果如圖10所示，從圖中可以看出本實用新 型實施例中提供的PoE乙太網交換機的整機輻射也低於標準規定(圖10中的 粗線即為標準規定輻射限值)的輻射限值。將圖9與圖3對比，圖10與圖4 對比，可以看出PoE供電設備的電磁幹擾得到明顯有效地抑制，在整個頻段內 都低於相關標準規定的限值。 實施例三
本實用新型提供一種乙太網供電系統中的受電設備，以減少乙太網供電系 統中受電設備受到給其供電的供電設備產生的電磁幹擾的問題。
該實施例是在受電設備內部增加濾波電路11來濾除對該受電設備供電的 供電設備所產生的電磁幹擾，如PoE乙太網交換機產生的電磁幹擾。圖12給 出了增加了濾波電路11的受電設備的電路圖，在受電設備內部的乙太網埠 模塊13與工作電路模塊12之間連接有一濾波電路11。
如圖12所示，濾波電路ll的結構為乙太網埠模塊13輸出端的電源 正負極線與工作電路模塊12輸入端的電源正負極線之間串接有共模抑制器 CM3,在乙太網埠模塊13與共模抑制器CM3的電源正極線121與電源負極 線122之間連接有一電容CX5,在電源正極線121與地之間連接有一電容 CY52,在電源負極線122與地之間連接有一電容CY51;在共模抑制器CM3 與工作電路模塊12之間的電源正極線123與電源負極線124之間連接有一電 容CX6，在電源正極線123與地之間連接有一電容CY62,在電源負極線124 與地之間連接有一電容CY61。與實施例一、實施例二同理，可將電容CX5、 CY51、 CY52、 CX6、 CY61以及CY62中的任意一個或多個以多個並聯的電容 進行替換。共模抑制器CM3的結構可如圖7所示。
本實用新型實施例三在受電設備的工作電路模塊12與乙太網埠模塊13 之間串接一濾波電路，該濾波電路將通過乙太網線纜傳送過來的供電設備產生 的部分或全部噪聲及共模幹擾信號慮除，這樣就使得受電設備受到給其供電的
ii供電設備的電磁幹擾影響減小。
本實用新型實施例三中的受電設備的工作電路模塊12可以通過隔離變壓 器10的管腳將供電設備輸送的直流電接入到其內部。
在上述的實施例一、實施例二中的乙太網供電控制模塊8將直流電通過隔
離變壓器3的兩個管腳輸送到乙太網埠模塊4，以此將直流電注入到乙太網 線纜；實施例三中的乙太網埠模塊13將接收到的直流電通過隔離變壓器10 的兩個管腳輸送到工作電路模塊12;且實施例一與實施例二中的PoE乙太網 交換機的DC-DC (直流輸入直流輸出)模式的直流電源DC-DC模塊6可以用 AC-DC (交流輸入直流輸出)模式的電源代替。
本實用新型提供的實施例中可通過EDA (Electronic Design Automation, 電子設計自動化)工具進行電路仿真以及實際測量調試來選擇合適參數特性的 共模抑制器、電容，以達到最佳的電磁抑制效果。
顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離 本實用新型的精神和範圍。這樣，倘若對本實用新型的這些^f'務改和變型屬於本 實用新型權利要求及其等同技術的範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改 動和變型在內。
權利要求1、一種乙太網供電系統中的供電設備，包括電源模塊，與電源模塊連接的乙太網供電控制模塊，與乙太網供電控制模塊連接的乙太網埠模塊，其特徵在於，在電源模塊與乙太網供電控制模塊之間還串接有第一共模濾波電路模塊。
2、 如權利要求1所述的供電設備，其特徵在於，所述第一共模濾波電路 模塊包括第一共模抑制器，其一端的電源正負極線與電源模塊輸出端的電源 正負極線連接，另一端的電源正負極線與乙太網供電控制模塊輸入端的電源正 負極線連接；所述第 一共模抑制器一端的電源正負極線之間以及另 一端的電源 正負極線之間，各自連接有一電容或一電容組，所述電容組中的各電容並聯在 電源正負極線之間；所述第 一共模抑制器兩端的電源正負極線分別通過一電容 或電容組接地，所述容組中的各電容並聯在相應的電源極線與地之間。
3、 如權利要求2所述的供電設備，其特徵在於，所述第一共模抑制器包 括磁環和繞在該磁環上的第 一線圈及第二線圏，所述第 一線圏的兩端分別連接 電源模塊輸出端的電源正極線和乙太網供電控制模塊輸入端的電源正極線，所 述第二線圈的兩端分別連接電源模塊輸出端的電源負極線和乙太網供電控制 模塊輸入端的電源負極線。
4.如權利要求1或2或3所述的供電設備，其特徵在於，在乙太網供電控 制模塊與乙太網埠模塊之間還串接有第二共模濾波電路模塊。
5、如權利要求4所述的供電設備，其特徵在於，所述第二共模濾波電路 模塊包括第二共模抑制器，其一端的電源正負極線與乙太網供電控制模塊輸 出端的電源正負極線連接，另一端的電源正負極線與乙太網埠模塊輸入端的 電源正負極線連接；所述第二共模抑制器一端的電源正負極線之間以及另一端 的電源正負極線之間，各自連接有一電容或一電容組，所述電容組中的各電容 並聯在電源正負極線之間；所述第二共模抑制器兩端的電源正負極線分別通過 一電容或電容組接地，所述容組中的各電容並聯在相應的電源極線與地之間。
6、如權利要求5所述的供電設備，其特徵在於，所述第二共模抑制器包 括磁環和繞在該磁環上的第三線圏及第四線圏，所述第三線圏的兩端分別連接 乙太網供電控制模塊輸出端的電源正極線和乙太網埠模塊輸入端的電源正 極線，所述第四線圈的兩端分別連接乙太網供電控制模塊輸出端的電源負極線 和乙太網埠模塊輸入端的電源負極線。
7 如權利要求5所述的供電設備，其特徵在於，所述的第一共模抑制器的 線圈的線徑比第二共;f莫抑制器的線圈的線徑粗。
8、 一種乙太網供電系統中的受電設備，包括乙太網埠模塊，與乙太網 埠模塊相連接的工作電路模塊，其特徵在於，在乙太網埠模塊與工作電路 模塊之間串接有共模濾波電路模塊。
9、 如權利要求8所述的受電設備，其特徵在於，所述共模濾波電路模塊 包括共模抑制器，其一端的電源正負極線與乙太網埠模塊輸出端的電源正 負極線連接，另 一端的電源正負極線與工作電路模塊輸入端的電源正負極線連 接；所述共模抑制器一端的電源正負極線之間以及另 一端的電源正負極線之 間，各自連接有一電容或一電容組，所述電容組中的各電容並聯在電源正負極 線之間；所述第二共模抑制器兩端的電源正負極線分別通過一電容或電容組接 地，所述容組中的各電容並聯在相應的電源極線與地之間。
10、 如權利要求9所述的受電設備，其特徵在於，所述共模抑制器包括磁 環和繞在該磁環上的第一線圈及第二線圈，所述第一線圏的兩端分別連接以太 網埠模塊輸出端的電源正極線和工作電路模塊輸入端的電源正極線，所述第 二線圏的兩端分別連接乙太網埠模塊輸出端的電源負極線和乙太網供電控 制模塊輸入端的電源負極線。
專利摘要本實用新型公開了一種乙太網供電系統中的供電設備，用於解決現有技術中乙太網供電系統中供電設備由於產生強烈的電磁幹擾而幹擾其他設備的問題，所述的供電設備，包括電源模塊，與電源模塊連接的乙太網供電控制模塊，與乙太網供電控制模塊連接的乙太網埠模塊，在電源模塊與乙太網供電控制模塊之間還串接有第一共模濾波電路模塊。本實用新型還公開了一種乙太網供電系統中的受電設備，用於解決現有技術中受電設備受到其供電設備產生的電磁幹擾的影響，所述的受電設備，包括乙太網埠模塊，與乙太網埠模塊相連接的工作電路模塊，在乙太網埠模塊與工作電路模塊之間串接有共模濾波電路。
文檔編號H02J1/02GK201294537SQ20082012335
公開日2009年8月19日 申請日期2008年11月3日 優先權日2008年11月3日
發明者張華民 申請人:福建星網銳捷網絡有限公司