专利名称：电池支持的以太网供电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及以太网供电系统，更特别地涉及具有电池后备的以太网供电。
背景技术：
以太网供电(PoE)是通过常常在网络基础设施中使用的标准双绞线电缆(诸如 标准以太网第三类(Cat 3)电缆或第五类(Cat 5)电缆)来同时地传送电功率和数据的 方法。功率被电力供应设备(PSE)注入到电缆中。以太网供电是已经周知的，并且已经产 生了用于以太网供电的许多IEEE行业标准。特别地，IEEE 802. 3-2005 ( —般称为IEEE 802. 3af)和IEEE 802. 3at是用于通过以太网络分别供应规则功率和高功率的标准。PoE的一种应用是在从单独的主电源递送功率将是不切实际或异常昂贵的情况下 经由标准以太网电缆向负载供应功率。在这种情况下，当现有以太网电缆已在使用中时，利 用现有电缆中的PoE来对负载供电是有益的。在某些情况下，例如，当要供电的负载是诸如关卡或门锁的安全设备时，到设备的 功率的任何损耗可能使关卡或门不安全，因此危及意图安全的任何安全设备的安全。如果 功率源变得有缺陷，或者如果以太网电缆将变得有缺陷或与电力源断开连接，则将发生相 同的问题。现有以太网供电系统存在的另一问题是如果要供电的负载正在抽取比PSE能够 供应的更多的功率，则PSE将停止向以太网电缆中注入功率，因此，提供给负载的功率将停止。
发明内容
本发明的一个目的是提供具有可再充电电池或某些其它可再充电能量源以便在 由电力供应设备供应的功率太少或一起停止的情况下向负载供应功率的以太网供电系统。在本发明的第一方面，一种被布置为供在以太网供电系统中使用的功率控制系 统，包括电池；被连接到所述电池并用于对该电池充电的电池充电单元；以及被布置为监 视所述电池的充电水平，并作为响应，指引电流到达或离开电池的处理器。优选地，所述系统还包括充电限制器，其用于防止电池的充电水平增加至超过预 定最高水平和降低至预定最低水平以下。有利地，所述系统还包括电流输入监视设备，其被布置为监视到控制系统中的电 流输入。优选地，所述系统还包括负载电流监视设备，其被布置为监视被递送到所述控制 系统被布置为将连接到的负载的电流。有利地，所述电流输入监视设备还包括限流装置，其用于限制被递送到所述控制 系统被布置为将连接到的负载的电流。优选地，所述系统还包括用于测量所述电池的充电水平的电池监视单元。可以由端跨设备或中跨设备向所述系统供应功率，并且优选地，所述电池是铅酸电池。在本发明的另一方面，一种用于向负载递送功率的以太网供电(PoE)系统，该系 统包括被供电设备；以及以太网电力供应设备，其被配置为向所述被供电设备供应DC功 率；所述被供电设备具有电池、电池充电单元和处理器，所述处理器被配置为监视负载的电 流要求，并响应于所述监视来控制电池的充电和从电池到负载的电流供应。所述被供电设备是端跨设备或中跨设备。优选地，所述以太网电力供应设备被配置为向被供电设备供应至少15W的功率。 更优选地，其被配置为向所述被供电设备供应至少30W的功率，并且更优选地，其被配置为 向所述被供电设备供应至少60W的功率。有利地，所述负载包括以下组中的一个或多个关卡、电门、音频报警器、可视报警 器、机械锁、磁锁、传送机、计算机、读卡器、指纹阅读器、相机、传感器。在本发明的另一方面，一种在以太网供电系统中向负载提供电流的方法，该系统 包括电力供应设备、电池和处理器，所述方法包括步骤监视负载的电流要求和被供应给 负载的电流；监视电池的充电水平；监视由所述电力供应设备供应的电流；以及响应于所 述监视来调整被供应给负载的电流、由所述电力供应设备供应的电流和所述电池的充电水 平。优选地，所述方法还包括防止电池的充电水平增加至超过预定最高水平和降低至 预定最低水平以下。有利地，如果所述电池的充电水平在预定上水平之上，则除由电力供应设备供应 给负载的电流之外，电流还被从电池引导到负载，并且如果电池的充电水平在预定下水平 以下，则从电力供应设备向负载和电池两者供应电流。
现在将参考附图以示例的方式更详细地描述本发明，在附图中图1是根据本发明构造的以太网供电系统的方框图；图2是示出由本发明的方法执行的步骤的流程图；以及
具体实施例方式参考附图，图1示出一般表示为10的以太网供电(PoE)系统。PoE系统10包括三 个部件以太网络12、被供电设备14和负载16，其中的每个部件在图1中用矩形虚线示出。以太网络12b包括在本领域中众所周知的以太网交换机或集线器的标准以太网 连接设备18。以太网络12还包括从主电源(未示出)或某个其它功率源供应功率的电力 供应设备(PSE) 20。系统10被布置为与现有以太网络基础设施兼容，因此，以太网络12可 以包含本文未提及但意图包括在所附权利要求书的范围内的各种替换。以太网络12被第一以太网电缆22连接到被供电设备14。以太网电缆22可以是 适合于在以太网系统中使用的任何标准的四双绞线电缆，诸如第5类(Cat 5)电缆或第6 类(Cat 6)电缆，两者在本领域中都是众所周知的。被供电设备14包括被连接到DC/DC转换器26 (在图1中被示为功率提取单元28 的元件)的被供电电路24。功率提取单元28经由第一标准以太网电缆22接收由电力供应设备20供应的功率。被供电设备电路24和DC/DC转换器26两者都是本领域中众所周知 的行业标准元件。适合于使用的一个此类元件是由德州仪器公司供应的IEEE802.3af POE 高功率PD控制器(参考文献TPS2376-H)。功率提取单元28能够在4安培的最大值下提供 13. 8伏输出。被供电设备14还包括被电连接到功率提取单元28的电流供应监视单元30。电 流供应限制器32被电连接到电流供应监视单元30并与之相结合地工作。微处理器34被 布置为从电流供应监视单元30接收输出36并响应于该输出来控制电流供应监视单元和电 流供应限制器32。被供电设备14还包括与电池充电单元40和电池监视单元42进行电连 接的电池38。电池监视单元42被布置为经由电池输出端44来接收关于电池38的充电水 平的信息。电池监视单元42还与微处理器34电连接，并向微处理器输出关于电池38的充 电水平的信息，微处理器作为响应控制电池充电单元40。电池监视单元42包括被布置为防 止电池38的充电下降至预定最小值以下的电池充电限制器(未示出)。如果电池监视单元 42检测到电池的充电水平已满或在预定上限以上，则微处理器34阻止电池38接收电流。电池38可以是适合于在PoE系统中使用的任何类型的电池。在优选实施例中，使 用铅酸电池。然而，可以使用任何其它适当的可再充电能源来代替电池38也将是显然的。被供电设备14还包括负载电流监视单元46。负载电流监视单元46与负载16进 行电连接，并被布置为监视负载的电流要求，并经由负载连接器48为负载供应电流。负载 连接器48可以是适当额定值的任何标准电线。负载电流监视单元46具有被馈送到微处理 器34中的负载监视输出50。电路供应限制器32还与负载电流监视单元46和电池监视单 元42进行电连接。负载16被视为或者是单个负载设备或者是多个负载设备，在图IA中被示为16A、 16B、16C和16D。负载设备16A、16B、16C、16D中的每一个被布置为在PoE系统中以本文所 述的方式接收功率。在优选实施例中，使用PoE系统10来对四个负载设备16A、16B、16C、 16D供电在安全访问门上使用的两个磁锁、和两个安全读卡器，被布置为允许访问门。对 于本领域的技术人员来说将显然的是可以在此类PoE系统中使用的特定负载设备可以是 例如关卡、电门、可视报警器、音频报警器、机械锁、磁锁、传送机、计算机、卡或指纹阅读器、 相机、传感器或任何适当的DC电流抽取负载。现在将以非限制性示例的方式来描述PoE系统10 (诸如本文所述的一个系统)的使用。实例1一个和多个负载设备16A、16B、16C、16D经由负载连接器48被连接到被供电设备， 并且每个负载设备从电力供应设备20接收功率。如果负载电流监视单元46检测到临时为 负载设备16A、16B、16C、16D中的一个或多个提供超过电力供应设备20的最大输出的功率 的要求，则微处理器34将确定电池38是否被充满电或充电超过预定水平。如果是这样，则 来自电池38的电流将被供应给负载设备16A、16B、16C、16D以补充由电力供应设备20供应 的功率。在短时间段内，将为负载设备16A、16B、16C、16D提供足以执行所要求的动作的功 率。电池38的充电水平被防止下降至由微处理器34预定的最低限度以下，并且如果在电 池正在向负载设备16A、16B、16C、16D供应功率的同时达到此极限，则来自电池的电源供应 将被停止，并且将仅仅由电力供应设备20来供应负载设备所需的功率。一旦负载设备16A、16B、16C、16D的功率要求已经减少，并且由电力供应设备20供应的功率大于负载设备的要 求，则微处理器34将安排向电池充电单元40供应多余功率以对电池38充电。PoE系统10被布置为支持来自电力供应设备20的达到60W的功率输出。用由电 池38供应的补充功率，被供应给负载16的总功率可以在有限的时间量内超过60W。实例2—个和多个负载设备16A、16B、16C、16D经由负载连接器48被连接到被供电设备 14，并且从电力供应设备20接收功率。在负载设备16A、16B、16C、16D所需的功率小于由电 力供应设备20供应的功率的时段，微处理器34安排用由电力供应设备供应的多余功率对 电池38充电。如果发生导致电力供应设备20不能向负载设备16A、16B、16C、16D供应功率 的情况，诸如主电源切断、在电力供应设备中发生的故障或以太网电缆22变得与以太网络 12或被供电设备14断开连接，则电流供应监视单元30感测到电力供应设备不在供应功率。 于是，微处理器34安排电池38向负载设备16A、16B、16C、16D供应功率，使得它们在没有从 电力供应设备20接收到功率的同时仍能够正确地运行。电池38被选择为使得其可以向负 载设备16A、16B、16C、16D提供足够的功率达到足够的时间以允许采取替换措施，诸如更换 损坏的元件或断开的电缆或向电力供应设备20恢复功率。在优选实施例中，电池38被选 择为使得在不存在来自电力供应设备20的功率的情况下，负载设备16A、16B、16C、16D可以 保持全功能达到约4小时。图2是示出在确定电池38是否要求充电、或被要求向负载设备16A、16B、16C、16D 供应功率时由被供电设备14中的微处理器34和电池监视单元42执行的方法的流程图。 在步骤60处，测量正在由电力供应设备20供应的电流。负载电流监视单元46然后确定负 载设备16A、16B、16C、16D是否要求任何附加电流(步骤62)。如果负载设备16A、16B、16C、 16D不要求附加电流，则电流供应监视单元30确定是否正在由电力供应设备20供应任何多 余电流(步骤64)。然而，如果负载设备16A、16B、16C、16D不要求附加电流，则使用电池38 来向负载设备供应电流达到有限的时间量(步骤66)。一旦已经供应足够的电流，则执行 步骤64。在步骤64处，如果确定电力供应设备20不在供应多余电流，则重复步骤60。然 后，如果在步骤64处确定正在由电力供应设备20供应多余电流，则电池监视单元42测量 电池38的充电水平(步骤68)并确定电池是否被充满电(步骤70)。如果确定电池38未 被充满电，则由电力供应设备20供应的多余电流被引导到电池充电单元40(步骤72)。一 旦电池38已被充电，则重复步骤60。如果在步骤70处确定电池38已被充满电，则重复步 骤60。对于本领域的技术人员来说将显然的是以上过程实时地发生，监视单元30、42、46监 视其各自的设备28、38、16，并连续地向微处理器34输出信息。本文所述的PoE系统使用端跨(end-span)电力供应设备20，但是对于本领域的技 术人员来说显然的是系统可以替换地包括中跨(mid-span)装置电力供应设备。对于本领域的技术人员来说显然的是可以对上述装置和方法进行各种其它修改， 其落入所附权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种被布置为供在以太网供电系统中使用的功率控制系统，所述功率控制系统包括电池；电池充电单元，其被连接到所述电池并用于对所述电池充电；以及 处理器，其被布置为监视所述电池的充电水平，并作为响应，将电流引导到所述电池或 引导电流离开所述电池。
2.根据权利要求1所述的控制系统，还包括充电限制器，其用于防止所述电池的充电 水平增加至超过预定最高水平和降低至低于预定最低水平。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的控制系统，还包括电流输入监视设备，其被布置 为监视输入到所述控制系统中的电流。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，还包括负载电流监视设备，其被布 置为监视被递送到负载的电流，所述控制系统被布置为连接到所述负载。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的控制系统，其中，所述电流输入监视设备还包括 电流限制装置，其用于限制被递送到所述控制系统被布置为连接到的负载的电流。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，还包括用于测量所述电池的充电水 平的电池监视单元。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，其中，由端跨设备来供应功率。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的控制系统，其中，由中跨设备来供应功率。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，其中，所述电池是铅酸电池。
10.一种用于向负载递送功率的以太网供电(PoE)系统，该系统包括 被供电设备；以及以太网电力供应设备，其被配置为向所述被供电设备供应DC功率； 所述被供电设备具有电池、电池充电单元和处理器，所述处理器被布置为监视所述负 载的电流要求，并响应于所述监视来控制所述电池的充电和从所述电池到所述负载的电流供应。
11.根据权利要求10所述的PoE系统，其中，所述被供电设备是端跨设备。
12.根据权利要求10所述的PoE系统，其中，所述被供电设备是中跨设备。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的PoE系统，其中，所述以太网电力供应设 备被配置为向所述被供电设备供应至少15W的功率。
14.根据权利要求10至12中的任一项所述的PoE系统，其中，所述以太网电力供应设 备被配置为向所述被供电设备供应至少30W的功率。
15.根据权利要求10至12中的任一项所述的PoE系统，其中，所述以太网电力供应设 备被配置为向所述被供电设备供应至少60W的功率。
16.根据权利要求10至15中的任一项所述的PoE系统，其中，所述负载包括以下组中 的一个或更多个关卡、电门、音频报警器、可视报警器、机械锁、磁锁、传送机、计算机、读卡 器、指纹阅读器、相机、传感器。
17.一种在以太网供电系统中向负载提供电流的方法，所述系统包括电力供应设备、电 池和处理器，所述方法包括以下步骤监视所述负载的电流要求和供应给所述负载的电流；监视所述电池的充电水平； 监视由所述电力供应设备供应的电流；以及响应于所述监视来调整被供应给所述负载的电流、由所述电力供应设备供应的电流和 所述电池的充电水平。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括防止所述电池的充电水平增加至超过预定最 高水平和降低至低于预定最低水平。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的方法，其中，如果所述电池的充电水平在预 定的高水平以上，则除由所述电力供应设备供应给所述负载的电流之外，还将电流从所述 电池引导到所述负载。
20.根据权利要求17至19中的任一项所述的方法，其中，如果所述电池的充电水平在 预定的低水平以下，则从所述电力供应设备向所述负载和所述电池两者供应电流。
21.—种基本上如上文参考图1所述的功率控制系统。
22.—种基本上如上文参考图1所述的以太网供电(PoE)系统。
23.—种基本上如上文参考图2所述的方法。
全文摘要
一种被布置为供在以太网供电系统中使用的功率控制系统，包括电池(38)、被连接到电池(38)并用于对其充电的电池充电单元(40)和被布置为监视电池(38)的充电水平，并作为响应，指引电流到达或离开电池(38)的处理器(34)。用于向负载递送功率的以太网供电(PoE)系统包括被供电设备(14)和被配置为向被供电设备(14)供应DC功率的以太网电力供应设备(20)。被供电设备(14)具有电池(38)、电池充电单元(40)和处理器(34)。处理器(34)被配置为监视负载(16)的电流要求，并响应于所述监视来控制电池(38)的充电和从电池(38)到负载(16)的电流供应。一种在包括电力供应设备(20)、电池(38)和处理器(34)的以太网供电系统(10)中向负载(16)供应电流的方法包括步骤监视负载(16)的电流要求和被供应给负载(16)的电流；监视电池(38)的充电水平；监视由电力供应设备(20)供应的电流；响应于所述监视来调整被供应给负载(16)的电流、由电力供应设备(20)供应的电流和电池(38)的充电水平。
文档编号H04L12/10GK102113270SQ200980129751
公开日2011年6月29日 申请日期2009年8月3日 优先权日2008年8月1日
发明者G·J·里德帕斯, I·奎尔, J·G·莫勒, M·R·J·塔加特 申请人:传感电子有限责任公司