辅助电隔离用电设备子系统间的通信和电力输送的制作方法

专利名称：辅助电隔离用电设备子系统间的通信和电力输送的制作方法
技术领域：
本公开总地涉及以太网供电(PoE)技术。
背景技术：
在以太网供电(PoE)技术中，电源装置(PSE)可以通过标准双绞以太网线缆向以 太网中的一个或多个用电设备(PD)提供电力。该技术可能在不希望通过单独连接提供电 力时对给网络设备供电有用。例如，IP电话可被连接到发送数据并且提供电力的以太网线 缆，而无需例如经由电插座提供电力的另一电线。IEEE 802. 3标准规定了对PoE设备的要 求。随着时间过去，PD的复杂性已经增加。随着复杂性的增加，这些PD所需的电力也增加 了。


为了更彻底地理解本发明及其优点，参考了结合附图进行的以下描述，在附图 中图1图示出用于辅助电隔离用电设备(PD)子系统间的通信和电力输送的系统；图2图示出辅助电隔离PD子系统间的通信的网络设备；图3图示出维持电隔离同时允许通过接口传送通信的示例性接口 ；图4是用于报告PD子系统供电不足的示例性电路；图5A-5B图示出用于在电隔离PD子系统间输送电力的示例性电路；并且图6是图示出用于利用电隔离PD子系统间的通信和电力输送来获取电力并报告 电力不足情况的方法的流程图。
具体实施例方式概述在具体实施例中，一种系统包括用电设备和电源装置(PSE)。用电设备包括第一用 电设备(PD)子系统、与该第一 PD子系统电隔离的第二用电设备(PD)子系统，以及连接第 一 PD子系统和第二 PD子系统的接口。电源装置(PSE)通过链路被连接到用电设备并且能 够通过该链路向第一 PD子系统提供电力。第一 PD子系统能够通过接口从第二 PD子系统 接收通信，并且能够通过接口向第二 PD子系统输送电力。在某些实施例中，一种方法包括在第一 PD子系统处接收来自PSE的第一电力量并 且从第二PD子系统接收对第二电力量的标识。第二电力量表示第二PD子系统的电力不足， 并且第二 PD子系统与第一 PD子系统电隔离。该方法还包括基于第一电力量和第二电力量 来确定是否要从第一 PD子系统向第二 PD子系统输送电力，并且当电力被从第一 PD子系统 输送到第二 PD子系统时维持第一 PD子系统与第二 PD子系统之间的电隔离。描述图1图示出总地在10处指示出的用于辅助电隔离用电设备(PD)子系统之间的通信和电力输送的系统。如图所示，系统10包括网络12、电源装置(PSE) 14和用电设备16， 用电设备16包括两个PD子系统18以及接口 20。链路22将电源装置14连接到用电设备 16及其PD子系统18。网络12把系统10中的元件连接到其他设备(未示出)和/或网络(未示出)。 在特定实施例中，网络12是以太网的一部分。网络12可以包括任何适当的通信装置，包括 硬件和任何适当的控制逻辑。网络12可以包括局域网(LAN)，城域网(MAN)，广域网(WAN)， 任何其他公共或者私有的网络，本地、区域或者全球的通信网络，企业内联网，其他适当的 有线或者无线通信链路，或者任何一个或多个适当网络的任意组合。网络12可以包括网 关、路由器、集线器、交换机、接入点、基站以及任何其他实现适当的协议和通信的硬件或软 件的任意组合。电源装置14向用电设备16及其PD子系统18提供电力。电源装置可被缩写为 PSE0如图所示，电源装置14向用电设备16、PD子系统18a和PD子系统18b提供电力；然 而明白可以使用任何部件配置。例如，可以采用多个PSE来向用电设备16和/或PD子系 统18提供电力。电源装置14可以是端点PSE或者跨中(midsparOPSE。端点PSE生成以太 网数据并且包括用于向用电设备16提供电力的电路。另一方面，跨中PSE位于常规以太网 交换机与一个或多个PD子系统18之间，从而在不影响所传送数据的情况下注入电力。在特定实施例中，电源装置14负责确定将用来向用电设备16和/或PD子系统18 递送电力的模式。例如，IEEE 802. 3描述了两种用于从电源装置14向用电设备16传送电 力的可用模式(称为模式A和模式B)。在模式A下，管脚1和2可形成供给电压的一侧，而 管脚3和6提供另一侧(用于返回电压)。在模式B下，管脚4和5可形成供给电压的一 侧，而管脚7和8提供另一侧(用于返回电压)。在其他模式下，不同和/或另外的配对可 被用来提供电压源(通过供给电压-返回电压组合)。另外，在特定实施例中，不同和/或 另外的配对可被用来提供多于一个电压源。每个电压源可被用来给电隔离PD子系统18供 H1^ ο链路22将电源装置14连接到用电设备16和PD子系统18。在特定实施例中，链 路22是标准双绞以太网线缆。链路22可以包括四个配对。在特定实施例中，链路22用于 将两个配对连接到PD子系统18并且将其他两个配对连接到PD子系统18。以这种方式，链 路22可以使得每个PD子系统18a、18b能够具有沿着电隔离电力路径的不同电压源。在某 些实施例中，链路22包括两个或多个标准以太网线缆。链路22可以以任何适当方式来连 接电源装置14和PD子系统18，以使得能够在从电源装置14向用电设备16和/或PD子系 统18提供电力的同时传送数据。用电设备16可以是配置为接收电力并且与系统10中的元件交换数据的任何设 备。例如，用电设备16可以是IP(因特网协议)电话、网络相机(web camera)、无线接入 点、以太网集线器，或者任何其他配置为通过标准双绞以太网线缆接收电力的设备。在所图 示的实施例中，用电设备16包括两个PD子系统18以及接口 20。虽然系统10被示出为包 括单个用电设备16，但是将明白系统10可以包括任何适当数目的用电设备16。例如，系统 10可包括两个用电设备16，每个用电设备包括PD子系统18a、18b中的一个。PD子系统18是由电源装置14供电的子系统或者设备。一般而言，每个PD子系统 18包含用于提取电力的电路。每个PD子系统18还可以与系统10中的设备交换数据。在特定实施例中，PD子系统18和用电设备16将会是同一个。在某些实施例中，如在所图示实 施例中一样，用电设备16将包括多个PD子系统18。PD子系统18中的一个或多个可以提 供用于检测电源装置14的存在和/或可用性的功能。在特定实施例中，一个或多个PD子 系统18提供IEEE检测能力。通过包括多个PD子系统18，用电设备16可以使不同PD子系统18中的部件电隔 离。使部件隔离使得能够隔离电噪声。例如，用电设备16可以是网络相机，该网络相机包 括相机电机(其例如可以是PD子系统18a)和包括相机控制电路的物理接口(其例如可以 是PD子系统18b)。相机电机电路可能往往是电吵闹的，而相机控制电路往往要求电安静的 电源。因为这些电路位于电隔离的不同PD子系统18a、18b中，因此一个PD子系统18中的 电噪声可不被传送到另一 PD子系统18。这可以减少在两个PD子系统18a、18b共享公共供 电轨的情况下将会需要的过滤。作为另一示例，用电设备16可以是受益于电隔离的IP电话。该IP电话可包括包 含中央处理单元和数字信号处理器的物理接口(其例如可以是PD子系统18a)以及用于驱 动扬声器的音频电路(例如，PD子系统18b)。音频电路可能对电噪声敏感。通过使PD子 系统18a、18b电隔离，IP电话内需要的过滤量可被减少。接口 20使得能够在PD子系统18之间维持电隔离的同时在这些PD子系统间进行 通信和/或电力输送。接口 20可具有各种配置中的任一种。针对图3A、3B和3C提供了被 设计为允许通信的接口 20的示例性配置。针对图2 (例如，开关38)以及图5A和5B提供 了允许电力输送的接口的示例性配置。用于辅助电隔离PD子系统18间的通信和电力输送的系统的具体实施例已得到描 述并且不是旨在无所不包。虽然系统10被示出为包含某一配置和布置的元件，但是应当注 意到这是逻辑描述，并且系统10的部件和功能在逻辑和实体上视情况可以是组合的、分离 的和分布式的。例如，虽然用电设备16被示出为包括两个PD子系统18，但是将会明白PD 子系统18a、18b可以是任何一个或多个适当设备中的部件。例如，系统10可以辅助各自包 含在不同用电设备16中的电隔离PD子系统18a、18b之间的通信和电力输送。另外，如图 所示，系统10仅包括一个与两个PD子系统18相连的电源装置14 ；然而，在系统10中可使 用任何适当配置和数目的电源装置14和PD子系统18。针对系统10描述的功能可由任何 适当元件提供，以辅助电隔离PD子系统间的通信和电力输送。图2图示出在30处总地指示出的辅助电隔离用电设备(PD)子系统34之间的通 信的用电设备。在所图示的实施例中，用电设备30包括媒体依赖接口(MDI)32，两个PD子 系统34a、34b，接口 36，以及开关38。在特定实施例中，用电设备30是用电设备16并且PD 子系统34a、34b是上面针对图1描述的PD子系统18a、18b。用电设备30经由MDI 32从电源装置(PSE)接收电力。如图所示，MDI在共模视 图中示出并且包含四个配对44a、44b、44c和44d。每个配对44可从用于使PHY与相应以太 网MDI连接隔离的变压器的中央抽头得到。在特定实施例中，配对44a对应于标准双绞以 太网线缆的配对(1，2)；配对44b对应于标准双绞以太网线缆的配对(3，6)；配对44c对应 于标准双绞以太网线缆的配对(4，5)；并且配对44d对应于标准双绞以太网线缆的配对(7， 8)。虽然MDI 32被描述并图示为包括四个配对44，但是将会明白MDI 32可以包括任何适 当数目的配对44或者在功能上类似的部件。
在某些实施例中，两个配对44a、44b用来向PD子系统34a提供一条电力路径，并 且两个配对44c、44d用来向PD子系统34b提供第二电力路径。通过利用不同配对向各个 PD子系统34a、34b提供不同电力路径，电隔离可被维持。另外，通过使用两条不同的电力路 径(各自使用两个配对44)，用电设备30可以有效地使从电源装置14接收到的可用电力加倍。如图所示，用电设备30包括两个PD子系统34a、34b。PD子系统34a可以与PD子 系统34b电隔离，如由隔离隔栅24所示。但是，PD子系统34a可以通过接口 36来与PD子 系统34b通信并向PD子系统34b输送电力。类似地，在特定实施例中，PD子系统34b可以 通过接口 36来与PD子系统34a通信并向PD子系统34a输送电力。在所图示的实施例中，每个PD子系统34包括相应的控制器40和部件42。在特定 实施例中，控制器40可以使用从电源装置14接收到的电力来生成供给电压。在所图示的 实施例中，由PD子系统34a中的控制器40a生成的供给电压被标记为\，并且由PD子系统 34b中的控制器40b生成的供给电压被标记为VB。这些供给电压被相应的部件42a、42b使 用。部件42可以是用电设备30中的任何设备和/或电路。例如，当用电设备30是网络相 机时，部件42a、42b可以是相机电机以及包括相机控制电路的物理接口。作为另一示例，当 用电设备30是IP电话时，部件42a、42b可以是用于驱动扬声器的音频电路和包括中央处 理单元和数字信号处理器的物理接口。接口 36使得能够在维持那些PD子系统34间的电隔离的同时在PD子系统34间 进行通信和/或电力输送。在特定实施例中，接口 36是上面针对图1描述的接口 20。接口 36可以具有各种配置中的任一种，并且针对图3、5A和5B描述了接口 36的示例性配置。开关38可被包括在用电设备30中以使得用电设备30能够在PD子系统34a、34b 间输送电力。在特定实施例中，用电设备30可以包括开关38以辅助与旧有系统的互操作 性。用电设备30可以闭合开关38来把在配对44a、44b上接收到的电力输送到配对44c、 44d,或者反之亦然。类似地，如果PD子系统34a、34b都从PSE获得电力，那么开关38可被 打开。在特定实施例中，PD子系统34a、34b之一在接收到来自另一 PD子系统34的通信之 后打开开关38。该通信可表明另一 PD子系统34已经开始从PSE接收足够电力。然而，通 过闭合开关38，用电设备可减少或者消除先前在PD子系统34a与PD子系统34b间维护的 电隔离。因此，在某些实施例中，开关38被包括在用电设备30中并且仅当用电设备30需 要PD子系统34a、34b中的电力不足的一个子系统接收电力时被使用。在某些实施例中，开 关38是由最初上电的PD子系统34供电并控制的电子开关或者继电器。开关38可被用来 向可操作来报告电力不足情况的指示电路提供电力。在某些实施例中，开关38在被闭合时 连接VB。这可以使得PSE即使当其正在通过开关38接收电力时也能够有效地检测电 力不足的PD子系统34。在特定实施例中，用电设备30不包括开关38。在操作中，用电设备30是由PSE供电的。PSE可基本类似于电源装置14。一旦其 接收电力，用电设备30就可以判定PSE是否正为用电设备30的操作递送足够量的电力。为 了进行该判定，PD子系统34a和PD子系统34b可以通信。例如，PD子系统34a可以向PD 子系统34b通知其电力不足。电力不足可以指示出除了 PD子系统34a正在从PSE接收的 电力之外PD子系统34a还需要的电力量。类似地，PD子系统34b可以向PD子系统34a通 知其电力不足。如果PD子系统34a和PD子系统34b所接收的电力总量大于或者等于PD子系统34a、34b两者所需的电力总量，那么用电设备30可以判定其被充分地供电。否则，用电设备30可判定电力不足情况已经发生。作为响应，用电设备30报告该 电力不足情况。在特定实施例中，用电设备30可以使用被供电PD子系统34中的电路来报 告电力不足情况。例如，PD子系统34中的被供电的一个子系统可以包括物理接口和控制 电路，其可被用来向系统10中的PSE或者控制设备发送指示出电力不足状态的消息。在某 些实施例中，用电设备30可以使用指示电路来报告电力不足情况。针对图4示出并描述了 这种指示电路的一个示例。虽然这两个具体示例被描述，但是明白用电设备30(或者其部 件中的一个或多个)可以利用任何适当方法来报告电力不足情况。另外，当电力不足情况发生时，用电设备30可以充分利用PSE所提供的电力。在 特定实施例中，用电设备30把电力从被供电的PD子系统34输送到未被供电(或者供电不 足)的PD子系统34。在某些实施例中，用电设备30可以判定虽然供电不足情况未发生也 应该输送电力。例如，一个PD子系统34可能是供电不足的，而另一 PD子系统34具有充足 电力。在这些情形下，用电设备30可以把电力从被供电PD子系统34输送到供电不足的PD 子系统34。在图5A和5B中图示并描述了使得能够在维持电隔离的同时进行这种电力输送 的示例性电路。一般而言，PD子系统34a、34b可以进行通信来协力聚集其电力需求，从而向PSE 请求充足的总电力(同时遵循限制各个电力路径所提供电力的标准)，控制另一 PD子系统 34内的电路操作，并且/或者实现其他适当目标。在图3中图示并描述了使得能够在维持 电隔离的同时进行通信的示例性电路。在能够在PD子系统34之间通信并输送电力的情况 下，两个PD子系统34可以一起工作来协商PSE所提供的电力。所描述的归属于用电设备 30的决定和判定可以由简单的硬件电路来控制，或者可以由微处理器实现软件来生成。用于辅助电隔离用电设备间的通信的用电设备的具体实施例已得到描述并且不 是旨在无所不包。虽然用电设备30被示出为包含某一配置和布置的元件，但是应当注意到 这是逻辑描述，并且用电设备30的部件和功能在逻辑和实体上视情况可以是组合的、分离 的和分布式的。例如，虽然用电设备30被示出为包括两个PD子系统34，但是将会明白用 电设备30可包括任何适当数目的PD子系统34。在某些实施例中，系统10包括至少两个 各自具有一个PD子系统34的用电设备30，其中这两个用电设备30中的两个PD子系统34 可以通过接口 36来通信并输送电力。作为另一示例，MDI 32可以是或者可以不是用电设 备30内的部件。并且，作为最后一个示例，虽然MDI 32被示出为包含四个配对44，但是将 会明白MDI32可以包含用于向用电设备30提供任何数目不同电力路径的任何适当部件。图3图示出在允许通过接口发送通信的同时维持电隔离的三个示例接口。如图所 示，图3示出了电容耦合接口 50、变压器耦合接口 52和光电耦合(opto-coupler)接口 54。 在特定实施例中，接口 36(上面针对图2描述的)是电容耦合接口 50、变压器耦合接口 52 或者光电耦合接口 54。在特定实施例中，电容耦合接口 50被使用以使得能够在维持电隔离的同时进行 通信。例如，电容耦合接口 50可以允许在电隔离的PD子系统18、34之间进行通信。电容 耦合接口 50可以通过减少或者消除能够在隔离部分之间流动的直流(DC)的量来保持电隔 离。如图所示，电容耦合接口 50包括两个串联的电容器56a、56b以及跨Vqut连接这两个串 联电容器的另一个电容器56c。在操作中，电容耦合接口 50接收以时变电流编码的信号。该信号是在Vin处接收到的。因为信号具有交流电压，因此信号在其通过电容器56a、56b、 56c时可被最低程度地过滤。因此，电容耦合接口 50可以在保持电隔离的同时从Vin向Vqut 发送信号。电容耦合接口 50可以中继在两个方向中的任一方向上传送的信号。在某些实施例中，变压器耦合接口 52被使用，以使得能够在保持电隔离的同时进 行通信。例如，变压器耦合接口 52可以允许在电隔离的PD子系统18、34之间进行通信。变 压器耦合接口 52可以通过减少或者消除能够在隔离部分之间流动的DC电流的量来保持电 隔离。如图所示，变压器耦合接口 52包括具有N 1比率的隔离变压器。变压器的一侧连 接到Vin，而另一侧连接到VOT。变压器使直流(DC)电隔离，但是可以中继信号的时变电流 分量。因此，变压器耦合接口 52可以允许在保持电隔离的同时进行通信。变压器耦合接口 52可以中继在两个方向中的任一方向上传送的信号。在一些实施例中，光电耦合接口 54被使用以允许在保持电隔离的同时进行通信。 例如，光电耦合接口 54可以允许在电隔离的PD子系统18、34之间进行通信。光电耦合接 口 54可以通过减少或者消除能够从Vin流到Vtm的直流(DC)的量来保持电隔离。所图示 的光电耦合接口 54包括发光二极管(LED) 58和光敏晶体管60等元件。在光电耦合接口 54 的所图示实施例中，数据被Vin接收到，从而使得放大器62的输出上的电压大于基准电压。 电流将流过LED 58，从而使LED产生光。该光被晶体管60感测到，晶体管60从高电压(Vs) 取得电流。该电流的存在与否直接影响放大器64的输出，即VOT。通过该过程，光电耦合接 口 54可以在保持电隔离的同时把接收到的信号发送到VOT。在所图示的实施例中，光电耦 合接口 54仅能够中继在一个方向(从Vin到Vtm)上传送的信号。然而，将会明白类似的电 路可被包括以允许相反方向上的通信。在特定实施例中，光电耦合接口 54可以接收差分输 入，例如使得LED 58在正输入被检测到时被驱动，并且在负输入被检测到时不被驱动。虽 然光电耦合接口 54被示出为包括与基准电压或者地电压的连接，但是将会明白任何适当 的电压可被用来代替这些连接。 网络设备接口的具体实施例已得到描述并且不是旨在无所不包。虽然电容耦合接 口 50、变压器耦合接口 52和光电耦合接口 54各自被示出为包含某一配置和布置的元件，但 是应当注意到这些只是示例。这些接口 50、52、54中的元件视情况可以是组合的、分离的和 分布式的。用电设备和/或一个或多个PD子系统可以使用在允许通过接口进行通信的同 时维持电隔离的任何一个或多个适当接口。图4是总地在80处指示出的用于报告PD子系统34供电不足的示例性电路。如 上面简要说明的，用电设备30可以提供一通知，即其供电不足。当用电设备30连接到旧有 电源装置时可能发生供电不足情况。在所图示的实施例中，电路80被设计为在PD子系统 34a供电不足时进行报告。类似的电路也可被包括，以在PD子系统34b、用电设备30或者 其他用电设备或PD子系统供电不足时进行报告。电路80连接到VS_A、VS_B和地。如图所示，VS_A是PD子系统34a的供给电压并且可 从VA(提供给PD子系统34a中的部件42a的电压)得到。如图所示，VS_B是PD子系统34b 的供给电压并且可从VB(提供给PD子系统34b中的部件42b的电压)得到。虽然电路80 被示出为具有这些示例性连接，但是将会明白任何适当电压可被连接到电路80。例如，电路 80中被示出为连接到公共地的部分可以连接到任何一个或多个适当的基准电压。在所图示的实施例中，电路80包括两个发光二极管(LED)82、84，光敏晶体管86，标准晶体管88，以及两个电阻器82、84。当PD子系统34b被供电并且PD子系统34a未被 供电(或者供电不足)时，VS_A将大约等于0V，并且VS_B将具有一电压(换言之，将会足够 大于0V)。在VS_A不存在的情况下，LED 82将不被点亮。这将使得晶体管86不被驱动，从 而引起晶体管88的基极处的高电压。(晶体管88可以是双极晶体管、MOSFET晶体管，或者 任何其他适当部件。)该高基极将驱动晶体管88，从而使电流流经LED 84。因此，LED 84 在PD子系统18a供电不足时可被点亮。用于报告网络设备中的部件供电不足的电路的具体实施例已得到描述并且不是 旨在无所不包。虽然电路80被示出为包含某一配置和布置的元件，但是应当注意到这只是 一个示例。该电路内的元件视情况可以是组合的、分离的和分布式的。包含电路80中描述 的一些或者全部元件或者不包含电路80中描述的元件的不同电路可用来报告用电设备中 的部件供电不足。图5A-5B图示出用于在电隔离PD子系统间输送电力的示例性电路。图5A图示出 用于从第一 PD子系统34a向第二 PD子系统34b输送电力的电路100。在下面说明的示例 中，假定PD子系统34a被供电而PD子系统34b未被供电。Vin可被连接到供电PD子系统 34a的供给电压(在该示例中为VS_A)，并且Vtm可被连接到未供电PD子系统34b的供给电 压(在该示例中为VS_B)。如图所示，电路100包括三个电容器102a、102b、102c以及开关104。在示例操作 中，开关104可被以特定频率打开和闭合，以把电力从供电PD子系统18输送到未供电PD子 系统(在该示例中从PD子系统34a到PD子系统34b)。在示例性操作中，开关104可被以 具有标称50%占空比的“f”的速率打开和闭合。所选择的占空比以及电容器102a、102b、 102c的值将改变可用输出电流(Iqut)以及平均输出电压(Vqut)。在所图示的实施例中，IQUT、 V0UT、VIN> f与电容器102a、102b和102c的值(分别是Cl、C2和C3)之间的关系由下式给 出 在特定实施例中，电路100还包括滤波器和/或电压调节电路。在某些实施例中， 使用二极管来代替开关104，或者除了开关104之外还使用二极管。该二极管可被设计为在 Vin存在(例如，大于0V)时导通并且在Vin不存在(例如大约等于0V)时防止导通。在某些实施例中，电路100提供给PD子系统34b的电力少于PD子系统34b在被 电源装置14供电时将能够直接获得的电力。然而，电路100可以使得能够在PD子系统34b 否则将保持未被供电时在PD子系统34b中完成最小限度电路功能。例如，用电设备30可 以是IP电话并且PD子系统34b可以是IP电话的音频子部分，其驱动听筒和扬声器电话。 如果PD子系统34b直接从电源装置14获得电力，那么PD子系统34b可具有足够的电力来 使用听筒和/或扬声器电话。然而，如果电路100从PD子系统34a向PD子系统34b输送 电力，那么PD子系统34b可能仅有足够的电力来操作IP电话的听筒。虽然电路100已被描述为从PD子系统34a向PD子系统34b输送电力，但是将会 明白这些原理同等地适用于从PD子系统34b到PD子系统34a的电力输送。在该情形下， Vin可被连接到PD子系统34b的供给电压(VS_B)，并且Vtm可被连接到PD子系统34a的供 给电压(VS-A)。
图5B图示出用于在PD子系统34之间输送电力的另一示例性电路110。如图所 示，电路110连接到VA、VS_A、VB、VS_B和地。Va和Vb可以是对应于从电源装置14接收到的电 力的电压，并且VS_A和VS_B可以是PD子系统34a、34b中的部件42a、42b分别使用的供给电 压。在示例性实施例中，电路110在用电设备16中使用，其中用电设备16是包括两个PD 子系统34a、34b的网络相机。PD子系统34a可以包括中央处理单元和信号处理电路，并且 PD子系统34b可以包括俯仰(tilt)、平摇(pan)和变焦电机。对于该实施例，VS_A可以是用 来给中央处理单元和信号处理电路供电的供给电压，而VS_B可以是用来给相机的电机供电 的供给电压。虽然电路110被示出为具有这些示例性连接，但是将会明白任何适当的电压 可被连接到电路110。例如，电路110中被示出为连接到公共地的部分可以连接到不同的接 地电压。电路110包括反激式(flyback)DC到DC设计。在所图示的实施例中，电路110包 括开关112、114、116，同步整流器118、120，包括电感124a、124b、124c的变压器122，以及包 括电感128a、128b、128c的变压器126。开关112、114可以控制从电源装置提供的电力得到 的电力量。开关116可以控制在PD子系统34a、34b之间输送的电力量。同步整流器118 和变压器122 (及其电感124a、124b、124c)可以与其他电路元件一起工作以把来自Va (或 者子电路134b)的电力输送到供给电SVs_A。类似地，同步整流器120和变压器126 (及其 电感128a、128b、128c)可以与其他电路元件一起工作以把来自Vb(或者子电路134a)的电 力输送到供给电压VS_B。在示例情形中，PD子系统34a、34b都被供电。在特定实施例中，当PD子系统34a、 34b都被供电时，不在PD子系统34a、34b之间输送电力。在这种情况下，开关116保持打 开并且子电路134a、134b各自独立地操作。例如在子电路134a中，开关112可被顺序地闭 合，以在电感124a、124b中累积能量。该能量可被从Va提取。同步整流器118然后可以操 作以从电感124向VS_A输送能量。在特定实施例中，子电路134a和其组成元件由PD子系 统34a控制。按照类似方式，子电路134b可以使用开关114、电感128a、128b和同步整流器 120来从Vb向VS_B输送能量。子电路134b及其组成元件由PD子系统34b控制。在第二示例情形中，PD子系统34a、34b中只有一个被供电。当PD子系统34中只 有一个被供电(并且另一个未被供电)时，开关116可被控制来把能量从被供电PD子系 统34输送到未被供电PD子系统34。为了该示例的目的，假定PD子系统34a被供电，而PD 子系统34b未被供电。在该示例中，Va具有电压(例如，Va > 0V)，而VB没有电压(例如， Vb 0V)。开关116可以控制在PD子系统34之间(在这种情况下为从PD子系统34a到PD 子系统34b)输送的电力量。在特定实施例中，开关116被以具有标称50%占空比的速率 “f”打开和闭合。所选择的占空比可以改变所输送的电流和电压的量。开关116被闭合的 时间长度可以决定从PD子系统34a输送到PD子系统34b的电力量。通过打开和闭合开关 116，能量通过电感124c、128c被从变压器122输送到变压器126。变压器126然后可以把 能量输送到电感128a、128b。如上面说明的，子电路134b可被控制，使得能量可被从变压器 126 (及其电感128a、128b)输送到VS_B。在用于在该第二情形下输送电力的示例性操作中，开关112首先被闭合，以把能 量从Va输送到变压器122。然后，开关116被闭合，以把能量从变压器122输送到变压器126。在能量已输送之后，开关112和开关116均可被打开。与此同时，同步整流器118、120 可被开启，以把能量从变压器122、126分别输送到VS_A和VS_B。该示例性操作然后可以重复， 以使电力的流动继续。在第三示例性情形中，PD子系统34a、34b均被供电，并且电路110用来在PD子系 统34a、34b之间输送电力。该第三示例性操作可以使用与针对第二示例性操作描述的操作 类似的操作。例如，开关112可被闭合，以把能量从Va输送到变压器122，并且开关114可 被闭合，以把能量从Vb输送到变压器126。然后，开关114可被打开同时开关116被闭合， 以把能量从变压器122输送到变压器126。在能量已输送之后，开关112、116可被打开。与 此同时，同步整流器118、120可被开启，以把能量从变压器122、126分别输送到VS_A和VS_B。 该示例性操作然后可以重复，以使电力的流动继续。通过使用电路110，可以在保持每个PD子系统34a、34b中的电源供给电压(例如， Vs-A和VS_B)彼此电隔离的同时完成电力输送。在某些实施例中，供电PD子系统34从开始 (例如，当VS_A ^ VS_B 0时)直到未供电PD子系统34的供给电压(例如，VS_A或者VS_B) 到达预定水平为止控制开关116。一旦未供电PD子系统34的供给电压已达到一定水平，那 么对开关116的控制可传递给未供电PD子系统34。在特定实施例中，开关116仅在开关 112和开关114均被闭合时被闭合。另外，在所图示的实施例中，电路110被简化为突出显 示电感耦合机制。在其他实施例中，电路110可以包括任何适当的额外和/或替代部件。用于在电隔离的用电设备间输送电力的电路的具体实施例已得到描述并且不是 旨在无所不包。虽然电路100和电路110被示出为包含某一配置和布置的元件，但是应当 注意到这只是一个示例。该电路内的元件视情况可以是组合的、分离的和分布式的。例如， 电路110可以包括或者可以不包括电感124b、128b。在特定实施例中，电路110仅包括电感 124b、128b中的一个，使得接收到的所有电力可被输送到公共的供给电压(VS_A或者VS_B)。 作为另一示例，电路110可以包含单个变压器122、126。在某些实施例中，电路110可以组 合变压器122、126，去除电感124c、128c，并且异相地操作开关112、114以把电力输送到各 个供给电压。作为第三示例，电路110可以以本领域技术人员所知的任何适当方式来组合 供给电压(VS_A或者VS_B)。 包含电路100、110中描述的一些或者全部元件或者不包含电路100、110中描述的 元件的不同电路可用来在电隔离的PD子系统之间输送电力。在特定实施例中，用电设备30 包括开关38以在不同的PD子系统34之间输送电力，而非使用电路100或者电路110。图6是图示出在150处总地指示出的利用电隔离的PD子系统之间的通信和电力 输送来获得电力并报告供电不足情况的方法的流程图。在步骤152处，PD子系统34a、34b中的一个或多个从电源装置14接收电力。在步 骤154处，PD子系统34a、34b就从电源装置14接收到的电力的量进行通信。该通信还可 以提供对电力不足的指示。电力不足可以表示特定PD子系统34除了通过电源装置14实 际接收到的电力之外还需要的电力的量。在特定实施例中，电力不足指示出特定PD子系统 34何时接收到超过其需求的电力。在PD子系统34a、34b就接收到的电力进行通信之后，PD 子系统34a可以在步骤156中判定两个PD子系统34所接收到的总电力是否足够。如果电 力是足够的，那么方法150继续进行到步骤166。否则，在步骤158处，PD子系统34a判定是否要报告供电不足情况。如果PD子系统34a决定报告供电不足情况，那么在步骤160中提供对供电不足状态的指示。在特定实 施例中，包含发光二极管(LED)的电路使得LED被点亮，以提供对供电不足状态的指示。在 某些实施例中，PD子系统34a内的被供电电路生成消息并将其发送到电源装置14或者系 统10中的另一设备。该消息可以提供对供电不足状态的指示以及关于供电不足状态的信息。在步骤162处，PD子系统34a判定是否需要在PD子系统34a与PD子系统34b之 间输送电力。如果将要输送电力，那么PD子系统34a在步骤164处发起电力输送。在特定 实施例中，PD子系统34a利用反激式DC到DC电路把电力输送到PD子系统34b。针对图5B 示出并描述了适当的反激式DC到DC电路的一个示例。一旦电力输送完成，那么方法150结束。在步骤166处，PD子系统34a判定PD子系统34a、34b中的每一个是否具有足够 电力。在特定实施例中，即使PD子系统34a和PD子系统34b所接收到的电力总量对其组 合需求而言是足够的，PD子系统34b也将没有足够电力。如果PD子系统34a判定PD子系 统34之一没有足够电力，那么方法150返回到步骤164，在步骤164处发起PD子系统34a、 34b间的电力输送。否则，方法150结束。针对图6描述的方法仅仅是例示性的，并且明白可以以任何适当方式修改操作方 式以及被指示为执行操作的设备。虽然该方法描述了以特定次序执行的特定步骤，但是应 当明白系统10预期到以任何可操作次序执行这些步骤中的一些、全部或者零个的元件的 任何适当的集合和布置。例如，虽然PD子系统34a被描述为执行各种步骤，但是任何适当 的部件(包括用电设备30和/或PD子系统34b)可以执行这些步骤。另外，所描述的决定 和判定可以由简单的硬件电路来控制，或者可以由微处理器实现软件来生成。虽然已经在若干实施例中描述了本发明，但是本领域技术人员可以想到大量改变 和修改，并且本发明旨在包括落入所附权利要求内的这种改变和修改。
权利要求
一种系统，包括用电设备，包括第一用电设备(PD)子系统；与所述第一PD子系统电隔离的第二用电设备(PD)子系统；连接所述第一PD子系统和所述第二PD子系统的接口；以及电源装置(PSE)，其与所述用电设备通过链路相连并且可操作来通过所述链路向所述第一PD子系统提供电力；其中，所述第一PD子系统可操作来通过所述接口从所述第二PD子系统接收通信。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一PD子系统还可操作来通过所述接口向所 述第二 PD子系统输送电力。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述接口包括以下电路中的一个或多个电容耦合 接口、变压器耦合接口、光电耦合接口以及反激式DC到DC电路。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述PSE还可操作来通过所述链路向所述第二 PD子系统提供电力；并且所述第二 PD子系统可操作来通过所述接口从所述第一 PD子系统接收通信，并且可操 作来通过所述接口向所述第一 PD子系统输送电力。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述链路包括包含四个配对的标准双绞以太网线缆；所述PSE可操作来通过所述链路的第一配对和第二配对向所述第一 PD子系统提供电 力；并且所述PSE还可操作来通过所述链路的第三配对和第四配对向所述第二 PD子系统提供 电力。
6 如权利要求1所述的系统，其中，所述第一PD子系统和所述第二 PD子系统进行通 信，从而确定表示所述第一 PD子系统和所述第二 PD子系统两者的电力需求的总电力水平；以及将所述总电力水平与接收到的电力水平相比较，所述接收到的电力水平表示所述第一 PD子系统和所述第二 PD子系统两者从所述PSE接收到的电力。
7.如权利要求6所述的系统，其中，一指示电路可操作来在所述接收到的电力水平低 于所述总电力水平时提供对所述用电设备供电不足的指示。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一PD子系统可操作来在所述通信表明所述 第二 PD子系统供电不足时向所述第二 PD子系统输送电力。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一PD子系统可操作来利用反激式DC到DC 电路通过所述接口向所述第二 PD子系统输送电力。
10.一种方法，包括在第一用电设备(PD)子系统处从电源装置(PSE)接收第一电力量，所述第一电力量是 在把所述PSE连接到用电设备的链路上接收到的，所述用电设备包括所述第一 PD子系统和 第二用电设备(PD)子系统，所述第二 PD子系统与所述第一 PD子系统电隔离；从所述第二 PD子系统接收对第二电力量的标识，所述第二电力量表示所述第二 PD子系统的电力不足；基于所述第一电力量和所述第二电力量，确定是否要从所述第一 PD子系统向所述第 二 PD子系统输送电力；当从所述第一 PD子系统向所述第二 PD子系统输送电力时，维持所述第一 PD子系统与 所述第二 PD子系统之间的电隔离。
11.如权利要求10所述的方法，其中接口连接所述第一 PD子系统和所述第二 PD子系统；并且所述第一 PD子系统可操作来通过所述接口从所述第二 PD子系统接收通信，并且可操 作来通过所述接口向所述第二 PD子系统输送电力。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述接口包括以下电路中的一个或多个电容耦 合接口、变压器耦合接口、光电耦合接口以及反激式DC到DC电路。
13.如权利要求10所述的方法，其中所述链路包括包含四个配对的标准双绞以太网线缆；所述PSE可操作来通过所述链路的第一配对和第二配对向所述第一 PD子系统提供电 力；并且所述PSE还可操作来通过所述链路的第三配对和第四配对向所述第二 PD子系统提供 电力。
14.如权利要求10所述的方法，还包括确定表示所述第一 PD子系统和所述第二 PD子系统两者的电力需求的总电力水平；以及将所述总电力水平与接收到的电力水平相比较，所述接收到的电力水平表示所述第一 PD子系统和所述第二 PD子系统两者从所述PSE接收到的电力。
15.如权利要求14所述的方法，其中，一指示电路可操作来在所述接收到的电力水平 低于所述总电力水平时提供对所述用电设备供电不足的指示。
16.如权利要求10所述的方法，其中，所述对第二电力量的标识指示出以下各项之一所述第二 PD子系统具有充足电力，以及所述第二 PD子系统的电力要求。
17.如权利要求10所述的方法，其中，对是否要输送电力的确定包括识别第三电力量，所述第三电力量表示所述第一 PD子系统的电力需求；如果所述第一电力量大于所述第二电力量与所述第三电力量之和，那么从所述第一 PD 子系统向所述第二 PD子系统输送电力。
18.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一PD子系统可操作来利用反激式DC到 DC电路向所述第二 PD子系统输送电力。
19.一种装置，包括第一用电设备(PD)子系统，可操作来从电源装置(PSE)接收第一电力量，所述第一电 力量是在把所述PSE连接到所述第一 PD子系统的链路上接收到的；与所述第一 PD子系统电隔离的第二用电设备(PD)子系统，所述第二 PD子系统可操作 来在所述链路上从所述PSE接收第二电力量，所述链路还把所述PSE连接到所述第二 PD子 系统；以及连接所述第一 PD子系统和所述第二 PD子系统的接口 ；其中，所述第一 PD子系统可操作来通过所述接口从所述第二 PD子系统接收通信，并且 可操作来通过所述接口向所述第二 PD子系统输送电力。
20.如权利要求19所述的装置，其中 所述链路包括包含四个配对的标准双绞以太网线缆；所述PSE通过所述链路的第一配对和第二配对连接到所述第一 PD子系统；并且 所述PSE通过所述链路的第三配对和第四配对连接到所述第二 PD子系统。
全文摘要
一种使用以太网供电(PoE)技术的系统可包括至少一个用电设备以及电源装置(PSE)。用电设备可包括第一用电设备(PD)子系统以及与第一PD子系统电隔离的第二用电设备(PD)子系统。用电设备还可包括连接第一PD子系统和第二PD子系统的接口。PSE可操作来通过把PSE连接到用电设备的链路向PD子系统中的一个或多个提供电力。另外，第一PD子系统可操作来通过所述接口从所述第二PD子系统接收通信并且通过所述接口向所述第二PD子系统输送电力，同时维持电隔离。
文档编号H04L12/10GK101911586SQ200880122838
公开日2010年12月8日 申请日期2008年12月18日 优先权日2007年12月26日
发明者弗雷德里克·R·申德勒 申请人:思科技术公司