用于组合的以太网供电系统的极性校正桥控制器技术方案

本申请涉及用于组合的以太网供电系统的极性校正桥控制器。一种在使用以太网供电(PoE)的被供电的设备(PD)中用于组合向负载供电的功率的系统，经由四对接线接收来自第一信道的功率和来自第二信道的功率。初始地不启用用于每个信道的MOSFET桥。桥控制器IC同时感测所有电压并且控制桥MOSFET。桥控制器IC也包含第一PoE握手电路。第二PoE握手电路在桥控制器IC外部并且独立地操作。在MOSFET桥中的体二极管初始地将第一信道耦合到第二PoE握手电路，同时隔离第二信道。第二握手电路然后将第一信道耦合到负载。第一握手电路然后为第二信道执行PoE握手程序。最终，桥控制器控制桥MOSFET以将两个信道耦合到负载。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及以太网供电(PoE)，其中功率是通过数据线传输的。
技术介绍
已知通过数据线向功率远程设备发送功率。以太网供电(PoE)是一个这样的系统的示例。在PoE中，从以太网交换机向以太网连接设备(例如VoIP电话、WLAN发送器、安全摄像头等)发送有限功率。通过标准CAT-5电缆布线中的两组双绞线发送来自交换机的DC功率。相同两组双绞线也可以发送不同数据信号，因为DC共模电压未影响数据。以这一方式，可以消除为“被供电设备”(PD)提供任何外部功率源的需要。PoE的标准在IEEE802.3中阐述，其通过引用而结合于此。通过数据线提供功率适用于其它现有系统和将来系统。IEEE或者其它团体可以标准化使用数据线供电的各种新系统。虽然本专利技术可以应用于使用数据线供电的任何系统，但是将描述典型PoE系统作为示例。图1代表使用PoE的典型以太网系统。在图1的示例中，“功率供应设备”(PSE)12可以是向PD供应功率和数据的任何以太网设备。通常经由用标准以太网8管脚(四个双绞线)连接器端接的标准CAT-5线缆连接PSE12和PD14。通常需要双绞线中的仅两个双绞线用于PoE和数据，因此有两个备用双绞线。PSE12通常由市电电压(120VAC)供电并且使用外部或者内部电压转换器16以生成在44-57伏特之间的DC电压。PoE标准要求PoE在PD供应最小37伏特。沿着线缆的电压降随距离增加。分配双绞线中的两个双绞线18和20以输送PoE功率，并且这些双绞线也可以输送差分数据。也示出其余两个双绞线21和22。使用的所有双绞线在PD14由变压器、比如变压器23和24端接。假设接线18提供44伏特并且接线20连接到接地。与变压器23和24的中心抽头产生连接以向PD14提供44伏特。由于DC电压为共模，所以它未影响差分数据。在端接块25中也包括其它常规端接电路装置、比如极性校正电路装置和开关。向DC-DC转换器26施加44伏特用于将电压转换成PD14需要的任何一个或者多个电压。负载28(例如安全摄像头)由转换器26供电并且经由双绞线与PSE12通信。IEEE标准需要在PSE12与PD14之间的某些低电流握手过程，以便检测由PoE供电的设备的存在，以便在PSE12使全功率可用于PD14之前传达PSE12和PD14的相关特征。检测/分类电路装置30执行程序并且提供分类脉冲。PSE12也包含用于控制握手程序的电路装置。以下是在PSE12与PD14之间的握手协议的简化概述。在向PD14中插入启用PoE的以太网线缆时，PSE12询问PD14以确定它是否启用PoE。这一时段称为检测阶段。在检测阶段期间，PSE12经由接线18和20向PD14施加第一电流有限电压持续固定间隔、然后施加第二电流有限电压持续固定间隔，同时通过检测所得电流来寻找PD14的特征阻抗(约25K欧姆)。如果未检测到正确阻抗，则PSE12假设负载未启用PoE并且关停PoE生成端。系统然后作为标准以太网连接来操作。如果检测到签名阻抗，则PSE12继续可选分类阶段。PSE12使得供给PD14的电压上升。PSE12生成一个脉冲(指示它为类型1PSE)或者两个脉冲(指示它为类型2PSE)。PD14对具有某些电流电平的分类脉冲做出响应以标识PD14是否为类型1或者类型2。类型1PD需要少于13W。类型2PD需要高至最大25.5W。也可以标识这些类型内的各自与最大平均电流电平和最大瞬时电流电平关联的各种类(五类)。可以使用分类电阻。PSE12然后使用这一功率需求信息以确定它是否可以向PD14供应所需功率，并且PD14使用信息以确定它是否可以与PSE12进行全操作。有用于检测和分类阶段的最大时间窗(例如500ms)。可以实施其它标准。在完成检测和分类阶段时，PSE12使得它的输出电压上升至42V以上。一旦已经在PD14检测到欠电压封锁(UVLO)阈值，接通内部FET以将全电压耦合到DC-DC转换器26以向负载28供电。在这一点，PD14开始正常操作，并且它只要输入电压保持于所需电平以上就继续正常操作。近来已经提出通过使用数据线18和20供应高至25.5W并且使用备用接线21和22供应高至25.5W经由四对接线18、20、21和22向PD供应高至51W(或者更多)而仍然符合用于PoE握手的IEEE标准。图2图示被Cisco Systems称为通用PoE或者UPoE的提出的系统。PSE1和PSE2可以是常规类型2PSE，并且各自供应高至25.5W(并且在一些提出的系统中高至30W)。各自跨接它们的关联接线对44-47向单个PD50供应约44伏特。PD50使用常规8管脚以太网连接器。PSE1和PSE2可以位于相同以太网交换机51中，并且各自可以具有相同功率供应和检测/分类电路装置。PSE1和PSE2可以独立地操作并且无需相互通信。用于两个信道中的每个信道的常规二极管桥极性校正电路52和53保证向负载56施加正确电压极性、比如在顶部端子的44伏特和在底部端子的零伏特。常规PD接口控制器58和59——一个用于每个信道——提供检测电阻器60(约25K欧姆)和可编程分类电流源61。在成功握手程序结束时，控制器58和60接通它们的相应MSOFET62和64以跨接负载56供应44伏特。负载56可以包括用于将44伏特转换成负载56需要的任何电压的DC-DC转换器。示出MOSFET62和64的体二极管。在另一现有技术实施例中，MOSFET62和64与接地导体而不是正电压导体串联连接，以产生用于单个信道的负载电流回路。控制器58和59以及PSE(PSE1和PSE2)独立地和并行地执行它们的检测和分类程序。由于假设PSE1和PSE2相同并且它们共享相同以太网线缆，所以假设PSE1和PSE2向PD50的输入供应的最终电压相同(例如44伏特)。需要额外一组二极管66和68以防止来自第一信道(例如PSE1信道)的功率向第二信道(例如PSE2信道)中馈送。这允许一个信道的检测和分类参数未受另一信道影响。额外二极管66和68也允许“负电压”桥二极管接通，因为如果不这样来自一个信道的接地电压将在MOSFET62或者64之一接通之后在另一信道中的“负电压”桥二极管的正极，从而防止那些“负电压”二极管变成正向偏压。一旦已经接通MOSFET62和64，向负载56并行供应来自PSE1和PSE2的功率。这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在使用以太网供电(PoE)的被供电的设备(PD)中用于组合向负载供电的功率的系统，所述系统从至少一个功率供应设备(PSE)接收至少四对接线，所述四对接线包括多对接线中的两对接线的第一信道和其它两对接线的第二信道，每对接线输送共模电压，所述第一信道跨接所述两对接线供应第一电压，并且所述第二信道跨接所述其它两对接线供应第二电压，所述系统包括：有源桥，所述有源桥包括可控桥开关，所述桥开关中的第一组连接到所述第一信道，用于将所述第一电压耦合到所述负载，所述桥开关中的第二组连接到所述第二信道，用于将所述第二电压耦合到所述负载；第一控制器集成电路(IC)，所述第一控制器集成电路(IC)包括有源桥控制器电路和第一接口控制器电路，所述有源桥控制器电路控制所述第一组桥开关和所述第二组桥开关的导通，所述第一接口控制器电路包含第一PoE握手电路以保证PD与至少一个PSE兼容；第二接口控制器电路，在所述第一控制器IC外部，包含第二PoE握手电路以保证PD与至少一个PSE兼容；串联开关，所述串联开关由所述第二接口控制器电路控制，用于在所述第二PoE握手电路执行的PoE握手程序成功之后接通时将所述第一电压耦合到所述负载；在所述第一控制器IC中的检测器，所述检测器被配置用于检测所述第一电压耦合到所述负载；以及在所述第一控制器IC中的控制电路，被配置用于执行以下程序：a.控制所述第一组桥开关以仅在已经检测到所述第二接口控制器电路已经接通所述串联开关以将所述第一信道供应的所述第一电压耦合到所述负载之后接通，以将所述第一电压耦合到所述负载；并且b.在步骤a之后，所述第一PoE握手电路经由所述第二信道与所述至少一个PSE执行PoE握手程序，并且在所述第一PoE握手电路执行的PoE握手程序成功时，控制所述第二组桥开关接通以将所述第二电压耦合到所述负载，从而组合来自所述第一信道的功率和来自所述第二信道的功率以向所述负载提供功率。...

【技术特征摘要】
2012.11.05 US 13/668,9431.一种在使用以太网供电(PoE)的被供电的设备(PD)中用于组合
向负载供电的功率的系统，所述系统从至少一个功率供应设备(PSE)接
收至少四对接线，所述四对接线包括多对接线中的两对接线的第一信道和
其它两对接线的第二信道，每对接线输送共模电压，所述第一信道跨接所
述两对接线供应第一电压，并且所述第二信道跨接所述其它两对接线供应
第二电压，所述系统包括：
有源桥，所述有源桥包括可控桥开关，所述桥开关中的第一组连
接到所述第一信道，用于将所述第一电压耦合到所述负载，所述桥开
关中的第二组连接到所述第二信道，用于将所述第二电压耦合到所述
负载；
第一控制器集成电路(IC)，所述第一控制器集成电路(IC)包
括有源桥控制器电路和第一接口控制器电路，所述有源桥控制器电路
控制所述第一组桥开关和所述第二组桥开关的导通，所述第一接口控
制器电路包含第一PoE握手电路以保证PD与至少一个PSE兼容；
第二接口控制器电路，在所述第一控制器IC外部，包含第二PoE
握手电路以保证PD与至少一个PSE兼容；
串联开关，所述串联开关由所述第二接口控制器电路控制，用于
在所述第二PoE握手电路执行的PoE握手程序成功之后接通时将所述
第一电压耦合到所述负载；
在所述第一控制器IC中的检测器，所述检测器被配置用于检测
所述第一电压耦合到所述负载；以及
在所述第一控制器IC中的控制电路，被配置用于执行以下程序：
a.控制所述第一组桥开关以仅在已经检测到所述第二接口
控制器电路已经接通所述串联开关以将所述第一信道供应的所
述第一电压耦合到所述负载之后接通，以将所述第一电压耦合到
所述负载；并且
b.在步骤a之后，所述第一PoE握手电路经由所述第二信

\t道与所述至少一个PSE执行PoE握手程序，并且在所述第一PoE
握手电路执行的PoE握手程序成功时，控制所述第二组桥开关接
通以将所述第二电压耦合到所述负载，从而组合来自所述第一信
道的功率和来自所述第二信道的功率以向所述负载提供功率。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一组桥开关包括具有第一
体二极管的第一MOSFET，其中正向偏压的第一体二极管导通所述第一电
压直至在步骤a中控制所述第一MOSFET接通。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一控制器IC包括连接到
所述第一信道的第一二极管桥和连接到所述第二信道的第二二极管桥。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一控制器IC还包括开关
电路，只有在所述第一信道在所述第二信道启动PoE握手程序之前启动
PoE握手程序的时候，所述开关电路将所述第二信道连接到所述第一PoE
握手电路。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测器通过感测跨接所述串
联MOSFET的电压来检测所述第一电压耦合到所述负载。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测器通过感测在所述第一
控制器IC的至少一个输入端子上的电压来检测所述第一电压耦合到所述
负载。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测器通过感测功率良好信
号来检测所述第一电压耦合到所述负载，所述功率良好信号指示正在向所
述负载施加在某个阈值以上的电压。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个PSE包括符合用
于PoE的IEEE标准802.3的第一PSE和第二PSE。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述有源桥控制器电路包括：
极性检测电路装置，用于在步骤b中控制所述第二组桥开关接通以将
所述第二电压耦合到所述负载之前保证所述第二电压近似地等于或者大
于向所述负载施加的所述第一电压。
10.根据权利要求1所述的系统，其中来自所述至少一个功率供应设
备(PSE)的所述四对接线包括两对差分数据接线和两对备用接线。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一组桥开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·保罗，
申请(专利权)人：凌力尔特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US