具有冗余电力连接的数据线供电系统技术方案

本发明专利技术涉及一种具有冗余电力连接的数据线供电系统。在一个实施方案中，主控装置具有第一端口和第二端口，且最初仅将DC电压施加到所述第一端口。各具有第三端口和第四端口的多个从属装置以所述第一端口开始且以所述第二端口结束经由导体以环的形式串联连接到所述主控装置。所述导体同时携载所述DC电压和差分数据。每个从属装置在执行检测例程之后接着绕所述环在第一方向上依序将所述DC电压施加到相邻下游从属装置。如果所述主控装置未检测到其第二端口处的所述DC电压的存在，那么所述主控装置将所述DC电压施加到所述第一端口和所述第二端口以绕从属装置的所述环在两个方向上依序使所述从属装置通电。

Data line power supply system with redundant power connections

The present invention relates to a data line power supply system with redundant power connections. In one embodiment, the master device has a first port and a second port, and initially only applies the DC voltage to the first port. Each slave device with third ports and fourth ports starts with the first port and ends with the second port in series connected to the main control device by the conductor in the form of a ring. The conductor carries the DC voltage and differential data simultaneously. Each slave device then applies the DC voltage in the first direction to the adjacent downstream slave device after executing the detection routine and then rounding the ring in the first direction. If the master control device does not detect the DC voltage at the second port exists, then the main control device of the DC voltage is applied to the first port and the second port to around the slave device of the ring in two directions in order to make the slave device. Electric.

【技术实现步骤摘要】
相关申请案的交叉参考本申请案主张大卫·M.德维尔利(DavidM.Dwelley)等人在2016年4月20日申请的美国临时申请案第62/325,364号的优先权，其以引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及例如以太网供电(PoE)和数据线供电(PoDL)的系统，其中DC电力经由差分数据线发射，且在将全电压施加至数据线之前执行例程。本专利技术更具体涉及一种互连的供电设备(PSE)和受电装置(PD)的系统，其使用冗余电力和数据路径来改进系统的可靠性。
技术介绍
已知经由数据线发射电力来给远端设备供电。以太网供电(PoE)是一个这种系统的实例。在PoE中，将受限电力从以太网交换机发射到以太网连接设备(例如，VoIP电话、WLAN发射器、保安摄像机等)。来自以太网交换机的DC电力是经由标准CAT-5电缆中的两组双绞线发射。所述相同两组双绞线也可传导差分数据信号，因为DC共模电压不影响数据。以此方式，可免除需要提供受电装置(PD)的任何外部电源。PoE的标准规定于IEEE802.3中，其以引用的方式并入本文中。CAT-5电缆具有四个绞线对，且通常不使用导线对中的两个。更近期的发展被称作数据线供电(PoDL)，其中仅一个绞线对携载差分以太网数据和DC电力。这样一种系统也使用PSE和PD。PoDL由于所需的最少接线而对汽车而言特别有吸引力。任何电子装置可由PoDL系统供电。通过汽车中的绞线对发射的DC电压将通常为12伏。IEEE已开发出针对PoDL的802.3bu标准。在PoE和PoDL两者中，存在在将全DC电压施加至导线之前执行的低功率检测阶段。检测阶段查找来自PD的指示PD兼容PoE或PoDL的特征。检测阶段之后也可能存在低功率分类阶段，其中传达PD的功率要求。PSE接着在其确定其可供应所需电力后，通过闭合耦合在电源与导线之间的开关而供应全DC电压。可购得用于PoE的控制器IC，其执行各种例程，闭合开关来将全DC电压施加至导线，且检测故障。虽然PoE和PoDL由于从PSE通向每个PD的减少的接线而有利地用于汽车(和其它应用)中，但是将期望进一步减少所需接线，同时改进可靠性。
技术实现思路
在一个实施方案中，受电数据通信系统被假设为PoDL系统。全DC电压经由DC耦合电感器耦合到导线，且所有PHY(用于处理差分以太网数据的物理层装置)经由串联电容器AC耦合到导线。DC电压经由开关(例如MOSFET)选择性地耦合到导线。主控PSE从电源(例如汽车的电池)接收DC电压。主控PSE具有用于连接到第一绞线对的第一端口，且具有用于连接到第二绞线对的第二端口。从属PD的串联环包含耦合到主控PSE的第一端口的末端从属PD，且具有耦合到主控PSE的第二端口的另一个末端从属PD。每个从属PD具有相同的端口对，其中每个端口可发送或接收数据和DC电力。一个端口耦合到上游从属PD，且另一个端口耦合到下游从属PD。在一个实施方案中，假设系统在无任何故障的情况下运行，且DC电力绕从属PD的环在顺时针方向上流动，主控PSE针对连接到主控PSE的第一端口的“右”末端从属PD执行低功率检测例程。如果检测到特征，那么主控PSE选择“右”开关来将全DC电压连接到“右”末端从属PD。从属PD接着通电，且接着也针对其相邻从属PD运行检测例程。如果检测到特征，那么“右”末端从属PD闭合其开关以将全DC电压耦合到所述相邻从属PD。针对环中的所有从属PD执行这个依序检测和通电过程，直至它们都通电为止。有效地，每个从属PD作为PD和PSE运行，因为它在执行检测例程，且仅在下游从属PD已传达正确特征后闭合其开关。特征可为跨导线的25k欧姆电阻。依据所牵涉的从属PD的数量，针对所有从属PD的整个检测和启动过程可为一秒至几秒的数量级。“左”末端从属PD与主控PSE相邻，且连接到其第二端口。“左”末端从属PD是最后一个通电的，且它在主控PSE的第二端口处对主控PSE执行检测例程，之后将DC电压耦合到通向主控PSE的第二端口的导线。以此方式，主控PSE也充当PD，因为它也将特征(例如，25k欧姆)提供到相邻从属PD以允许从属PD知道将DC电压耦合到主控PSE的第二端口。主控PSE接着检测其第二端口处的DC电压的存在并且知道沿着环不存在故障。系统接着以正常方式运行。如果沿着环存在断路或短路，那么主控PSE在规定时间内将不在其第二端口处接收DC电压，并且将接着供应电力到其第一端口和第二端口，使得在顺时针方向和逆时针方向上依序将DC电压施加至从属PD。由于从属PD和主控PSE的每个具有两组相同端口，因此DC电力和数据可沿着环在任一方向上流动。如果在环中的两个从属PD之间存在短路或断路，那么检测例程将失效，且执行检测例程的从属PD将保持其开关断开，使得无DC电压耦合到故障接线。类似地，故障导线的另一侧上的从属PD将通过来自另一方向的DC电压通电，并且也将针对相邻下游从属PD执行检测例程。这个检测例程也将失效，且从属PC将保持其开关断开，从而不供应DC电压到故障导线。以此方式，通过从属PD的断开开关在从属PC之间隔离故障，且以顺时针和逆时针方式将DC电力提供到所有从属PD。在相关实施方案中，PD未连接成环，而是串联连接在第一主控PSE与第二主控PSE之间。过程类似于上述过程，其中第一主控PSE在一个方向上将DC电压供应到所有从属PD。每个从属PD在将DC电压耦合到下游从属PD之前执行检测例程。如果第二主控PSE检测到已依序将DC电压施加到所有从属PD，那么系统正常运行。如果第二主控PSE在规定时间内未检测到已将DC电压施加到所有从属PD，那么其将接着在执行检测例程后将DC电压供应到其相邻从属PD。以此方式，导线故障在两个从属PD之间隔离，而所有从属PD仍由来自两个方向的任一个的DC电压供电。本专利技术可应用于PoE系统、PoDL系统和其它相关系统。附图说明图1说明连接到从属PD/PSE环的主控PD/PSE，其中不存在故障，且在每个从属PD/PSE执行检测例程并且闭合开关以将DC电压耦合到下游从属PD/PSE之后在顺时针方向上依序将DC电压施加到所有从属PD/PSE。图2说明图1的系统，其中存在导线故障，且主控PD/PSE在顺时针方向和逆时针方向上供应DC电压，使得所有从属PD/PSE被供电，且故障段通过断开开关隔离。图3A和3B是分别描述正常运行期间和当存在导线故障时图1和2的系统的运行的流程图。图4说明具有实质上作为彼此的镜像的两个端口的单一从属PD/PSE的实例，其中从属PD/PSE控制器IC针对任一个端口执行检测例程，并且控制MOSFET开关来将DC电压耦合到耦合到任一个端口的导线。图5说明图4中的从属PD/PSE控制器IC中的特定功能块。图6说明主控PD/PSE的实例，其类似于从属PD/PSE，除它从外部源(例如，电池)而非经由绞线对接收DC电力外。图7说明本专利技术的另一个实施方案，其中从属PD/PSE连接在两个主控PSE之间。图8说明图7的系统，但是其中在两个从属PD/PSE之间存在导线故障。图9A和9B是分别描述正常运行期间和当存在导线故障时图7和8的系统的运行的流程图。相同或等效的元件用相同数字标注。具体实施方式图1和2说明根据本专利技术的一个实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种受电数据通信系统，其包括：主控装置，其具有第一端口和第二端口，所述主控装置经配置以将来自电压源的DC电压施加到所述第一端口；多个从属装置，每个从属装置具有第三端口和第四端口；导体，其在所述主控装置的所述第一端口与所述第二端口之间，经由所述从属装置的第三端口和第四端口将所述从属装置以环的形式串联连接到所述主控装置，其中第一末端从属装置耦合到所述主控装置的所述第一端口，且第二末端从属装置耦合到所述主控装置的所述第二端口，所述导体经配置以同时携载所述DC电压和数据；所述多个从属装置经配置以通过凭借闭合所述从属装置中的开关而绕所述环在第一方向上依序将所述DC电压施加到相邻下游从属装置而从所述第一末端从属装置开始且以所述第二末端从属装置结束依序通电；且其中所述主控装置经配置以通过检测所述主控装置的所述第二端口处的所述DC电压的存在而检测是否已依序将所述DC电压施加到所有所述从属装置，且如果所述主控装置未检测到所述第二端口处的所述DC电压的所述存在，那么所述主控装置经配置以将所述DC电压施加到所述第一端口和所述第二端口以绕所述从属装置的所述环在所述第一方向和第二方向上依序使所述从属装置通电。

【技术特征摘要】
2016.04.20 US 62/325,364;2017.04.04 US 15/479,1871.一种受电数据通信系统，其包括：主控装置，其具有第一端口和第二端口，所述主控装置经配置以将来自电压源的DC电压施加到所述第一端口；多个从属装置，每个从属装置具有第三端口和第四端口；导体，其在所述主控装置的所述第一端口与所述第二端口之间，经由所述从属装置的第三端口和第四端口将所述从属装置以环的形式串联连接到所述主控装置，其中第一末端从属装置耦合到所述主控装置的所述第一端口，且第二末端从属装置耦合到所述主控装置的所述第二端口，所述导体经配置以同时携载所述DC电压和数据；所述多个从属装置经配置以通过凭借闭合所述从属装置中的开关而绕所述环在第一方向上依序将所述DC电压施加到相邻下游从属装置而从所述第一末端从属装置开始且以所述第二末端从属装置结束依序通电；且其中所述主控装置经配置以通过检测所述主控装置的所述第二端口处的所述DC电压的存在而检测是否已依序将所述DC电压施加到所有所述从属装置，且如果所述主控装置未检测到所述第二端口处的所述DC电压的所述存在，那么所述主控装置经配置以将所述DC电压施加到所述第一端口和所述第二端口以绕所述从属装置的所述环在所述第一方向和第二方向上依序使所述从属装置通电。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述从属装置和所述主控装置经配置以在将所述DC电压施加到所述相邻下游从属装置之前对所述相邻下游从属装置执行检测例程。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述从属装置经配置以通过检测所述相邻下游从属装置中的特征阻抗的存在以及接着将所述DC电压施加到所述相邻下游装置而执行所述检测例程。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述主控装置包括：耦合到所述第一端口用于将所述DC电压连接到耦合到所述第一端口的所述导体的第一开关，且包括耦合到所述第二端口用于将所述DC电压连接到耦合到所述第二端口的所述导体的第二开关。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述主控装置包括主控控制器，所述主控控制器经配置以控制所述第一开关和所述第二开关的断开和闭合以将所述DC电压分别施加到所述第一端口和所述第二端口。6.根据权利要求4所述的系统，其中所述从属装置包括耦合到所述第三端口用于将所述DC电压耦合到所述相关联从属装置以使所述相关联从属装置通电的第三开关，其中所述从属装置进一步包括耦合到所述第四端口用于将所述DC电压耦合到所述导体用于使下游从属装置通电的第四开关。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述从属装置包括从属控制器，所述从属控制器经配置以控制所述第三开关和所述第四开关的断开和闭合以来回于所述相关联从属装置传导所述DC电压。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述DC电压经由电感器耦合到所述导体。9.根据权利要求1所述的系统，其中每个所述从属装置包括用于经由AC耦合组件接收所述导体上的差分数据的PHY。10.根据权利要求1所述的系统，其中所述导体包括携载所述DC电压和差分数据的绞线对。11.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统是数据线供电PoDL系统。12.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统是以太网供电PoE系统。13.一种由受电数据通信系统执行的方法，其包括：通过主控装置将DC电压提供到所述主控装置的第一端口，所述主控装置也具有第二端口；其中每个从属装置具有第三端口和第四端口的多个从属装置经由经配置以同时携载所述DC电压和数据的导体以环的形式串联连接于所述第一端口...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·M·德韦利，A·J·加德纳，
申请(专利权)人：凌力尔特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US