以太网连接器上的开关电源的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请是国际专利申请，其要求于2018年2月9日提交的美国非临时申请no.15/893,083的权益和优先权，该美国非临时申请要求于2017年2月10日提交的美国申请序列号62/457,452的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术：

已经开发并在实践中使用了几种常用的以太网供电(“poe”)技术。电气和电子工程师协会(“ieee”)建立并继续建立各种poe标准，即，ieee802.3，更具体而言是802.3af、802.3at、802.3bt等。ieee标准规定供电装备(“pse”)和受电设备(“po”)之间的信令。

pse是诸如网络开关之类的设备，其在以太网电缆中找到的两个或更多个差分线对上以共模提供(或获得)电力。pd是由pse供电的设备，因此消耗能量。示例包括无线接入点、互联网协议(“ip”)电话和相机、无线接入点等。

当pd触点物理地接合pse触点时，通电的poe电路径不“闭合”或“产生”、电耦合或电连通(即，电力不是简单地通过各个触点的接合而从pse传递到pd，或反之亦然)，而标准提供了具有为通电的poe电路径上电的阶段的协议。与pse相关联的控制电路系统根据某些指令工作以执行一系列步骤。首先，pse检测pd的分类电阻。其次，pse输出初始分类电压并读取pd处的负载以确认poe的正确分类。第三，pse输出斜坡启动电压，使得电流开始流动。第四，pse向pd供应正常的工作电压和电流。

pse可以经以太网电缆吸收的最大连续输出功率最初是802.3afpoe标准，其中～13w将在pd输入端的rj-45处可用。从那时起，市场继续需要更高的功率。因此，在2009年，ieee标准被修订并发布了ieee802.3at(也称为poe+)，它将最大pd功率电平提高到25.5w。目前，ieee802.3bt(也称为poe++或4ppoe)将为pd提供高达71w的功率(类型3)或高达90-100w的功率(类型4)，其中每个双绞线将需要处理高达600ma(类型3)或960ma(类型4)的电流。借助更高功率，开发人员可以容易地添加更多特征并升级现有产品。可以想象，随着关于poe做出进一步发展，当前最大pse功率输出将继续上升(例如，已经提议2a的60v(120w))。

技术实现要素：

提供本发明内容是为了以简化的形式介绍将在本公开的详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容不旨在识别所要求保护的主题的关键或基本发明概念，也不旨在确定所要求保护的主题的范围。

本公开一般而言涉及模块化插孔(jack)和插头(plug)连接器。更特别地，本公开涉及用于有利地与poe应用结合使用的开关模块化插孔和插头连接器。

一般而言，如本文所公开的，模块化连接器可以包括一对可通电触点，其有助于可通过开关部件断电的电路径。

在本公开的一个方面，模块化连接器可以包括多个触点，该多个触点包括可通过电源通电并促进通电的电路径的一对触点。开关部件可以与该对触点电连通，使得当开关部件被设置在打开状态时，该对触点被断电。

在本公开的另一方面，模块化连接器组件可以包括具有多个插孔触点的插孔、与电源电连通以使一对插孔触点通电的控制电路、具有与插孔触点接合的多个插头触点的插头，其中一对插头触点与该对插孔触点接合，以限定通电的电路径。处于闭合状态的开关部件可以与控制电路电连通并且被配置为在插头和插孔之间相对移动时移动到打开状态，使得当该对插孔触点和该对插头触点保持接合时电路径被断电。

在本公开的其它方面，以太网供电组件可以包括电源装备，该电源装备包括具有多个插孔触点的插孔、与电源电连通以使一对插孔触点通电的控制电路、包括具有与插孔触点接合的多个插头触点的插头的受电设备，其中一对插头触点与该对插孔触点接合以限定通电的电路径。处于闭合状态的开关部件可以与控制电路电连通并且被配置为在插头和插孔之间相对移动时移动到打开状态，使得当该对插孔触点和该对插头触点保持接合时电路径被断电。

在本公开的又一些方面，一种防止受电设备和连接的电源装备之间的电弧的方法可以包括移动受电设备的插头、响应于此而致动开关部件，以及响应于此而使电路径断电。优选地，在实施例中，控制电路可以与电源电连通、可以在电源、电源装备的一对触点和置于受电设备的一对触点之间限定通电的电路径，并且开关部件可以与控制电路电连通并连接到插孔。

在本公开的其它方面，开关部件可以选自包括微型开关、纳米开关、光学开关、接近开关、簧片开关、红外开关、触觉开关和压力开关的组；插座(receptacle)可以包括开口、与开口相对的后壁和多个侧壁，每个侧壁在开口和后壁之间延伸，并且开关部件设置在后壁和侧壁中的一个上；开关部件可以响应插头的移动；开关部件可以是设置在插座的侧壁上的、被配置为与插头的闩锁部分接合的压力开关；开关部件可以是设置在插座的侧壁上的、被配置为与插头的闩锁部分接合的压力传感器；开关部件可以选自包括开关元件和传感器的组；开关部件可以是与开关元件电连通的传感器；开关部件可以是设置在插头上的、被配置为与插头的闩锁部分接合的压力开关；开关部件可以是设置在插头上的、被配置为与插头的闩锁部分接合的压力传感器；并且开关部件设置在插头上。

附图说明

当结合附图阅读时，可以更好地理解前述发明内容以及本公开的以下具体实施方式。出于说明本公开的目的，在附图中示出了本公开的发明的示例性构造。但是，本文的公开内容和发明不限于本文公开的具体方法和器具。

图1描绘了在插孔开口的左侧中的窗口，其中放置了开关。

图2描绘了图1中的插孔的印刷电路板的底视图。

图3描绘了图1中的插孔的前视图。

图4a和图4b描绘了连接的模块化连接器组件的侧剖视图。

图5描绘了断开的模块化连接器的侧剖视图。

具体实施方式

当结合附图、附图说明、摘要、背景技术、本公开的技术领域和相关联的标题阅读时，通过参考所提供的详细描述，可以最好地理解以下公开内容。在不同的图中找到的相同附图标记表示相同的元件或功能上等效的元件。摘要中列出的元件未被引用，但仍然通过关联来指代详细描述和相关联的公开内容的元件。

虽然存在仅在pd的触点与pse接合之后“闭合”或“产生”通电的poe电路径(即，传递电力使得存在电连通或电耦合)的协议，但是，除了在各个触点脱离之后由控制电路系统检测之外，没有协议来“打开”、“切断(break)”poe电路径或使其断电。这是标准和现有技术的重大缺点、疏漏和不足，因为已经观察到，当pd触点从pse触点脱离时，在电流正在流动的同时通电的poe电路径被打开或断开时，有电弧形式(即，分离弧(partingarc)、切断弧或打开弧)的短暂放电发生。电流的浪涌使最后的接合点处的触点熔化，并且当触点之间产生间隙时引起短暂的分离弧。当电流流过触点中的极小点时，它会由于少量的电阻而加热。如已知的，当电流通过具有电阻的东西时，它会以热量的形式消散能量。更多电流或更大电阻消散更多热量。流过小点的电流导致温度升高到几千度。该点会变得太热使得周围的空气变成等离子体，并且触点上的金属变成蒸汽。电弧快速熄灭，但熔化的金属颗粒(即火花)被排出。高温通常伴随着光的发射，并且通常带有声音。

虽然管理上电协议的控制电路系统也监视通电的poe电路径的“打开”或“切断”，但是它太慢而不能及时响应以防止产生电弧和火花。目前，控制电路系统可以在触点脱离之后15微秒内切断电源以使电连通去耦或使poe电路径断电。但是，第一电弧脉冲发生在触点脱离的5纳秒内，并且火花放电由于改变了触点的分子结构(例如，孔隙率、微表面改变等)而使触点损害，从而在触点上留下“热”点，并且当pd重新连接到pse时，冷加工导致更高电阻的触点使得根据现有的或以后开发的其它标准，连接已经或将不再可接受。

因此，本公开针对解决本领域中发现的对于简单、有效和经济的装置、设备和方法的需要，该装置、设备和方法在pd触点与pse触点物理断开或脱离之前安全且保护性地“打开”或“切断”(即，断电)poe电路径(即，“闭合的”或“产生的”、电耦合或电力的电连通)，而不会对这种触点产生任何电弧或火花损害。

图1描绘了插孔开口的左侧中的窗口，其中可以设置开关(诸如表面安装开关等)。如果开关设置在印刷电路板、刚性或柔性或与插孔相关联的其它基板(统称为“pcb”)上，则可以使用与远离pcb设置的开关电连通的传感器与开关组合以提供预期的功能。本文将把开关或传感器称为开关部件。本文将描述开关和/或传感器的其它位置。开关部件与用于插孔的poe通道电连接或电连通。当开关部件102被接合、产生或以其它方式设置在闭合状态时，到poe通道的电力被连接，并且poe电力使插孔通电并且当与互补插头配合地连接时能够从中流过。当开关部件脱离、断开或以其它方式设置在打开状态时，防止电力流到poe通道。开关部件被配置为在插头触点从插孔触点脱离或断开之前响应于插头相对于插孔的移动而从闭合状态移动到打开状态，以防止电弧和火花。

开关部件可以是将提供或促进预期功能开关的任何类型或种类的开关部件，包括红外开关、簧片开关或触觉开关或任何相关或兼容的传感器。在一个实施例中，响应于在一个实施例中插头或其任何部分的移动小于0.01英寸，开关部件停用或从闭合状态移动到打开状态。

图2描绘了用于插孔的pcb的底视图。具有对应的互补触点的插头与插孔触点104接合，使得插头和插孔触点与开关部件102电连通。当插头触点从插孔触点脱离或断开或插头从插孔移除时，插头触点不再与开关部件电连通，并且poe电力不被输送到插头。

图3描绘了插孔的前视图，其示出了设置在插孔的插座中的触点104。开关部件可以设置在插座中对于执行和实现本公开的预期功能有利的任何位置。此外，在本公开的教导内，开关部件可以以任何方式或位置设置在插头上，以便确定插头和插孔之间的相对移动，使得可以实现预期的功能。

图4a和图4b描绘了在一个实施例中的模块化连接器组件200，其包括具有插座210的插孔202，并且多个插孔触点212设置在插座210内，以及包括多个插头触点222的插头204，每个插头触点222与对应的互补插孔触点212接合。在另一个实施例中，图4a和图4b描绘了包括电源装备201的以太网供电组件200，电源装备201包括具有插座210的插孔202和设置在插座201内的多个插孔触点212以及包括容纳在插座210内的插头204的受电设备203，其中插头204具有多个插头触点222，每个插头触点222与对应的互补插孔触点212接合。

优选地，控制电路230设置成与电源240电连通，使得控制电路230可以根据适用的标准协议使一对插孔触点212通电。本领域普通技术人员将认识到，可以使多于一对的插孔触点212通电，并且适用的标准协议将控制。

一对插头触点222被设置成每个插头触点222接合通过控制电路230被通电的一对插孔触点212中的一个，以便限定通过组件200从电源240到受电设备203的通电电路径。同样，本领域普通技术人员将认识到，预期可以被通电的(一对或多对)插头触点222匹配将被通电的(一对或多对)插孔触点212，所有这些都符合适用的标准。

开关部件250(当一般地或共同地引用时为250，并且当具体引用时为250a、250b、250c和250d)设置成与控制电路230电连通，并且在如图4所示的这个实施例中，被设置在闭合状态，如本领域普通技术人员将理解的。优选地，开关部件250可以是开关元件(即，在开关部件的位置处执行打开状态和闭合状态之间的开关功能的结构)或者与开关元件连通的传感器或设置在控制电路230中的开关功能(即，传感器向控制电路230开关元件发送信号以执行开关功能)。

优选地，开关部件250具有通常的打开配置并且响应插头204相对于插孔202的移动或者其之间的相对移动。在一个实施例中，开关部件250被配置为在插头204和插孔202之间相对移动时移动到打开状态，使得在一对插孔触点212和一对插头触点222保持接合时使电路径断电。在触发开关部件250移动到打开状态之前的最大相对移动不大于0.040英寸的范围。因此，为了观察本公开的优点，0-0.040英寸的范围是可接受的，但更优选地在0-0.020的范围内，并且最优选地在0-0.005英寸的范围内，以适应poe技术的进一步改进或发展。

本文描述的优点可以通过使用开关部件250来实现，诸如微型开关、纳米开关、光学开关、接近开关、簧片开关、红外开关、触觉开关、压力开关或提供如本文所述的预期功能的任何其它类似的开关和/或传感器。前述列表仅是将提供预期功能的当前已知结构的示例，并且不限于此。

在一个实施例中，开关部件250可以设置在插孔202中或其上，并且在另一个实施例中，开关部件250可以设置在插头204中或其上。无论定位或位置如何，功能都是相同的。开关部件250的多个位置在各个附图中示出，并且不应以任何方式进行限制，因为为了提供预期的功能，其它位置可能是有利的。例如，插孔202中的开关部件250可以设置在与插座的开口相对的插座210的后壁214上(参见250b)，或者设置在插座210的在插座210的开口和后壁214之间延伸的其中一个侧壁216上(参见250a)。开关部件250c和250d可以设置在插头204的主体224上，诸如鼻部上(参见250d)或顶部上(参见250c)。

在特别有利的实施例中，开关部件250是设置在插座210的侧壁上的、被配置为与插头204的闩锁部分226接合的压力开关250a。如本文所提到的，一个明显的变型是设置在插座210的侧壁上的、被配置为与插头204的闩锁部分226接合的压力传感器250a。本领域技术人员将认识到，闩锁226的移动是插头204的初始移动以便实现插头204与插孔202的分离。但是，插孔触点212和插头触点222在该初始移动期间保持接合，并且将在预定抽取距离(extractiondistance)内保持接合。优选地，实现插头204与插孔202的明显分离所需的抽取距离在本文所述的范围内。

在本文描述的有利实施例的另一个替代方案中，开关部件250是设置在插头204中的、被配置为与插头204的闩锁部分226接合的压力开关250c。同样，如本文所提到的，一个明显的变型是设置在插头204中的、被配置为与插头204的闩锁部分226接合的压力传感器250c。

在操作中，防止poe应用(即，其中受电设备连接到电源装备)中的插头204的触点与插孔202的触点之间的电弧的方法可以包括以下步骤：移动插头204、响应于此致动开关部件250，以便将开关部件250从闭合状态移动到打开状态，以及在插孔202的通电触点212从插头204的触点222脱离之前响应于致动步骤而使电路径断电。如在本公开中阐述的，该方法还描述了与电源240电连通的控制电路230和在电源、电源装备201的插孔202中的多个触点212中的一对触点以及设置在插孔202的插座210内容纳的受电设备203的插头204上的多个触点222中的一对触点之间限定的通电电路径。开关部件250与控制电路230电连通并且连接到多个插孔触点212中的所述一对插孔触点。优选地，移动步骤包括相对于插孔202移动插头204的闩锁部分226、相对于插孔202移动插头204的主体部分224，或者其之间的任何其它类型的相对移动。关于后壁214和插头204的鼻部228之间的相对移动，可以有利地使用某些类型的开关部件250b和250d，诸如本文已经描述的任何部件或者提供预期功能的任何其它以后开发的结构。优选地，在插头被移动0.005英寸之前完成断电步骤。

图5描绘了如本文所述的在连接时可以形成模块化连接器组件的两个断开或分离的模块化连接器。本领域技术人员将认识到，插头204在左侧并且插孔202在右侧。在与本文所述类似的、为了简洁起见将不再重复相似之处，但是在下文中将讨论或补充任何不充分描述的一个实施例(包括但不限于类似结构和功能，无论是否提供标号)中，，模块化连接器包括插孔202和插头204中的一个中的多个触点，其被配置为与设置在插孔202和插头204中的另一个上的对应互补触点接合。插孔202和插头204中的一个中的一对触点可通过连接到电源240而通电并且被配置为当与插孔202和插头24中的另一个接合时促进通电的电路径。开关部件250与该对触点电连通，使得当开关部件250设置在打开状态时，该对触点被断电。开关部件250在插头204配合地容纳在插座210内时闭合并且响应插头204的移动。所有其它替代方案和另外描述的部件、元件、限制或其它项目应该同样也适用于这个实施例。

仅为了解释的目的而提供前述示例，前述示例决不应被解释为限制本文公开的本发明。虽然已经参考各种实施例描述了本发明，但是应该理解的是，本文已经使用的词语是描述和说明性的词语，而不是限制性的词语。另外，虽然本文已经参考特定的装置、材料和实施例描述了本发明，但是本发明并不限于本文公开的细节；相反，本发明扩展到所有功能上等效的结构、方法和用途，诸如在所附权利要求的范围内的那些。受益于本说明书的教导的本领域技术人员可以影响对其的许多修改，并且可以在其各方面不脱离本发明的范围和精神的情况下进行改变。

本公开概念的公开实施例的各种元件的构造或组成的任何其它未公开或附带细节不被认为对于实现所公开概念的优点是至关重要的，只要这些元件具有它们按照所公开的方式执行所需的属性即可。当然，电气和电子领域的技术人员将能够构想出各种各样的替代配置和其成功组合。鉴于本公开，这些和其它构造的细节的选择被认为完全在该领域中甚至基本技术人员之一的能力范围内。已经相当详细地描述了本发明的说明性实施例，以便公开实际的操作结构，由此可以有利地实施所公开的概念。本文描述的设计仅是示例性的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，所公开的概念的新颖特征可以结合在其它结构形式中。所公开的概念包括既包括参考说明性实施例描述的元件又由其组成的实施例。除非另有说明，否则本文使用的所有普通词语和术语均应采用如在2007年第6版的“新简短牛津英语词典(thenewshorteroxfordenglishdictionary”中定义的惯用含义。所有技术术语应采用如由该特定技术领域的普通技术人员所使用的适当技术学科所确立的其惯用含义。