一种分立PD电路及供电系统的制作方法

一种分立pd电路及供电系统
技术领域
1.本发明涉及poe技术领域，特别是涉及一种分立pd电路及供电系统。


背景技术：

2.目前，在poe(power over ethernet，以太网供电)供电系统中，ieee std 802.3标准要求pd端电压输入范围为36v～57v，传统集成pd(powered decices，受电设备)芯片就是按照此标准进行相关设计，但随着工程应用的变化，24v非标准poe供电也演变为主流供电需求，越来越多的产品要求支持双标(标准/非标准)poe供电。但是，仅使用单一传统集成pd芯片无法实现全部的供电需求。
3.在现有技术中，实现双标poe供电需要使用带有特殊功能集成pd芯片(如带有apd功能集成pd芯片)，成本较高。


技术实现要素：

4.本发明实施例所要解决的技术问题是：提供一种分立pd电路及供电系统，避免特殊功能集成pd芯片的使用，降低双标poe供电的成本。
5.为了解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种分立pd电路，所述分立pd电路包括侦测电路、分级电路以及供电电路；其中，
6.所述侦测电路的第一端与供电正极连接，所述侦测电路的第二端与供电负极连接；
7.所述分级电路的第一端与所述供电正极连接，所述分级电路的第二端与所述供电负极连接；
8.所述供电电路的第一端与所述供电正极连接，所述供电电路的第二端与所述供电负极连接。
9.作为一个优选方案，所述侦测电路包括第一电容以及第一电阻；其中，
10.所述第一电容的一端与所述侦测电路的第一端连接，所述第一电容的另一端与所述侦测电路的第二端连接；
11.所述第一电阻与所述第一电容并联连接。
12.作为一个优选方案，所述分级电路包括第二电阻、第三电阻、第一二极管、第四电阻、第一开关管、第五电阻、第二二极管、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二开关管以及第三二极管；其中，
13.所述第二电阻的一端与所述分级电路的第二端连接，所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端连接；
14.所述第三电阻的另一端与所述第一二极管的正极连接；
15.所述第一二极管的另一端与所述分级电路的第一端连接；
16.所述第四电阻的一端与所述第三电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端与所述第一开关管的第一端连接；
17.所述第一开关管的第二端与所述分级电路的第二端连接，所述第一开关管的第三端与所述第五电阻的一端连接；
18.所述第五电阻的另一端与所述分级电路的第一端连接；
19.所述第二二极管的正极与所述第一开关管的第二端连接，所述第二二极管的负极与所述第一开关管的第三端连接；
20.所述第六电阻的一端与所述分级电路的第一端连接，所述第六电阻的另一端与所述第三二极管的负极连接；
21.所述第七电阻与所述第六电阻并联连接；
22.所述第八电阻与所述第六电阻并联连接；
23.所述第三二极管的正极与所述第二开关管的第三端连接；
24.所述第二开关管的第一端与所述第一开关管的第三端连接，所述第二开关管的第二端与所述第一开关管的第二端连接。
25.作为一个优选方案，所述第一开关管为npn型三极管，则，所述第一开关管的第一端为基极，所述第一开关管的第二端为发射极，所述第一开关管的第三端为集电极；
26.所述第二开关管为nmos管，则，所述第二开关管的第一端为栅极，所述第二开关管的第二端为源极，所述第二开关管的第三端为漏极。
27.作为一个优选方案，所述第一二极管为稳压二极管；
28.所述第二二极管为稳压二极管；
29.所述第三二极管为稳压二极管。
30.作为一个优选方案，所述供电电路包括第四二极管、第九电阻、第五二极管、第二电容、第十电阻、第三开关管、第十一电阻、第四开关管、第十二电阻、第三电容、第十三电阻、第五开关管以及后级负载；其中，
31.所述第四二极管的正极与所述供电电路的第二端连接，所述第四二极管的负极与所述第九电阻的一端连接；
32.所述第九电阻的另一端与所述第五二极管的正极连接；
33.所述第五二极管的负极与所述供电电路的第一端连接；
34.所述第二电容的一端与所述第三开关管的第二端连接，所述第二电容的另一端与所述第三开关管的第一端连接；
35.所述第十电阻与所述第二电容并联连接；
36.所述第三开关管的第一端与所述第九电阻的一端连接，所述第三开关管的第二端与所述供电电路的第二端连接，所述第三开关管的第三端与所述第四开关管的第二端连接；
37.所述第十一电阻的一端与所述第三开关管的第一端连接，所述第十一电阻的另一端与所述第四开关管的第一端连接；
38.所述第四开关管的第三端与所述第十二电阻的一端连接；
39.所述第十二电阻的另一端与所述第五开关管的第一端连接；
40.所述第三电容的一端与所述第五开关管的第一端连接，所述第三电容的另一端与所述第五开关管的第二端连接；
41.所述第十三电阻与所述第三电容并联连接；
42.所述第五开关管的第二端与所述供电电路的第一端连接，所述第五开关管的第三端与所述后级负载的正极连接；
43.所述后级负载的负极与所述第四开关管的第二端连接。
44.作为一个优选方案，所述供电电路还包括第六二极管以及第十四电阻，所述第六二极管与所述第十四电阻设置于所述后级负载的负极与所述第四开关管的第二端之间；其中，
45.所述第六二极管的正极与所述后级负载的负极连接，所述第六二极管的负极与所述第十四电阻的一端连接；
46.所述第十四电阻的另一端与所述第四开关管的第二端连接。
47.作为一个优选方案，所述第四二极管为稳压二极管；
48.所述第五二极管为稳压二极管；
49.所述第六二极管为整流二极管。
50.作为一个优选方案，所述第三开关管为nmos管，则，所述第三开关管的第一端为栅极，所述第三开关管的第二端为源极，所述第三开关管的第三端为漏极；
51.所述第四开关管为npn型三极管，则，所述第四开关管的第一端为基极，所述第四开关管的第二端为发射极，所述第四开关管的第三端为集电极；
52.所述第五开关管为pmos管，则，所述第五开关管的第一端为栅极，所述第五开关管的第二端为源极，所述第五开关管的第三端为漏极。
53.为了解决上述技术问题，第二方面，本发明实施例提供一种供电系统，所述供电系统包括第一方面任一项所述的分立pd电路。
54.与现有技术相比，本发明实施例提供的一种分立pd电路及供电系统，其有益效果在于：采用简单的稳压二极管、三极管、mos管设计了一种分立pd电路，能够同时满足标准poe供电和非标准poe供电，支持22v～57v的宽电压输入；而且避免了特殊功能集成pd芯片的使用，降低了物料成本，实现了一种低功耗、低成本的双标poe供电设计。
附图说明
55.为了更清楚地说明本发明实施例的技术特征，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
56.图1是本发明提供的一种分立pd电路的一个优选实施例的结构示意图；
57.图2是本发明提供的一种分立pd电路的一个优选实施例的电路示意图；
58.图3是本发明提供的一种分立pd电路的另一个优选实施例的电路示意图。
具体实施方式
59.为了对本发明的技术特征、目的、效果有更加清楚的理解，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但是不用来限制本发明的保护范围。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都应属于本发明的保护范围。
60.在本发明的描述中，应当理解的是，本文中的编号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有顺序或者技术含义，不能理解为规定或者暗示所描述的对象的重要性。
61.在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
62.图1所示为本发明提供的一种分立pd电路的一个优选实施例的结构示意图。
63.如图1所示，所述分立pd电路包括侦测电路100、分级电路200以及供电电路300；其中，
64.所述侦测电路100的第一端与供电正极p1连接，所述侦测电路100的第二端与供电负极n1连接；
65.所述分级电路200的第一端与所述供电正极p1连接，所述分级电路200的第二端与所述供电负极n1连接；
66.所述供电电路300的第一端与所述供电正极p1连接，所述供电电路300的第二端与所述供电负极n1连接。
67.本发明实施例提供的一种分立pd电路，避免了特殊功能集成pd芯片的使用，降低了双标poe供电的成本。
68.在一个优选实施例中，如图2所示，所述侦测电路100包括第一电容c1以及第一电阻r1；其中，
69.所述第一电容c1的一端与所述侦测电路100的第一端连接，所述第一电容c1的另一端与所述侦测电路100的第二端连接；
70.所述第一电阻r1与所述第一电容c1并联连接。
71.在一个优选实施例中，如图2所示，所述分级电路200包括第二电阻r2、第三电阻r3、第一二极管d1、第四电阻r4、第一开关管q1、第五电阻r5、第二二极管d2、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第二开关管q2以及第三二极管d3；其中，
72.所述第二电阻r2的一端与所述分级电路200的第二端连接，所述第二电阻r2的另一端与所述第三电阻r3的一端连接；
73.所述第三电阻r3的另一端与所述第一二极管d1的正极连接；
74.所述第一二极管d1的另一端与所述分级电路200的第一端连接；
75.所述第四电阻r4的一端与所述第三电阻r3的一端连接，所述第四电阻r4的另一端与所述第一开关管q1的第一端连接；
76.所述第一开关管q1的第二端与所述分级电路200的第二端连接，所述第一开关管q1的第三端与所述第五电阻r5的一端连接；
77.所述第五电阻r5的另一端与所述分级电路200的第一端连接；
78.所述第二二极管d2的正极与所述第一开关管q1的第二端连接，所述第二二极管d2的负极与所述第一开关管q1的第三端连接；
79.所述第六电阻r6的一端与所述分级电路200的第一端连接，所述第六电阻r6的另
一端与所述第三二极管d3的负极连接；
80.所述第七电阻r7与所述第六电阻r6并联连接；
81.所述第八电阻r8与所述第六电阻r6并联连接；
82.所述第三二极管d3的正极与所述第二开关管q2的第三端连接；
83.所述第二开关管q2的第一端与所述第一开关管q1的第三端连接，所述第二开关管q2的第二端与所述第一开关管q1的第二端连接。
84.进一步的，所述第一开关管q1为npn型三极管，则，所述第一开关管q1的第一端为基极，所述第一开关管q2的第二端为发射极，所述第一开关管q1的第三端为集电极；
85.所述第二开关管q2为nmos管，则，所述第二开关管q2的第一端为栅极，所述第二开关管q2的第二端为源极，所述第二开关管q2的第三端为漏极。
86.进一步的，所述第一二极管d1为稳压二极管；
87.所述第二二极管d2为稳压二极管；
88.所述第三二极管d3为稳压二极管。
89.在一个优选实施例中，如图2所示，所述供电电路300包括第四二极管d4、第九电阻r9、第五二极管d5、第二电容c2、第十电阻r10、第三开关管q3、第十一电阻r11、第四开关管q4、第十二电阻r12、第三电容c3、第十三电阻r13、第五开关管q5以及后级负载rload；其中，
90.所述第四二极管d4的正极与所述供电电路300的第二端连接，所述第四二极管d4的负极与所述第九电阻r9的一端连接；
91.所述第九电阻r9的另一端与所述第五二极管d5的正极连接；
92.所述第五二极管d5的负极与所述供电电路300的第一端连接；
93.所述第二电容c2的一端与所述第三开关管q3的第二端连接，所述第二电容c2的另一端与所述第三开关管q3的第一端连接；
94.所述第十电阻r10与所述第二电容c2并联连接；
95.所述第三开关管q3的第一端与所述第九电阻r9的一端连接，所述第三开关管q3的第二端与所述供电电路300的第二端连接，所述第三开关管q3的第三端与所述第四开关管q4的第二端连接；
96.所述第十一电阻r11的一端与所述第三开关管q3的第一端连接，所述第十一电阻r11的另一端与所述第四开关管q4的第一端连接；
97.所述第四开关管q4的第三端与所述第十二电阻r12的一端连接；
98.所述第十二电阻r12的另一端与所述第五开关管q5的第一端连接；
99.所述第三电容c3的一端与所述第五开关管q5的第一端连接，所述第三电容c3的另一端与所述第五开关管q5的第二端连接；
100.所述第十三电阻r13与所述第三电容c3并联连接；
101.所述第五开关管q5的第二端与所述供电电路300的第一端连接，所述第五开关管q5的第三端与所述后级负载rload的正极连接；
102.所述后级负载rload的负极与所述第四开关管q4的第二端连接。
103.在一个优选实施例中，如图3所示，所述供电电路300还包括第六二极管d6以及第十四电阻r14，所述第六二极管d6与所述第十四电阻r14设置于所述后级负载rload的负极与所述第四开关管q4的第二端之间；其中，
104.所述第六二极管d6的正极与所述后级负载rload的负极连接，所述第六二极管d6的负极与所述第十四电阻r14的一端连接；
105.所述第十四电阻r14的另一端与所述第四开关管q4的第二端连接。
106.进一步的，所述第四二极管d4为稳压二极管；
107.所述第五二极管d5为稳压二极管；
108.所述第六二极管d6为整流二极管。
109.进一步的，所述第三开关管q3为nmos管，则，所述第三开关管q3的第一端为栅极，所述第三开关管q3的第二端为源极，所述第三开关管q3的第三端为漏极；
110.所述第四开关管q4为npn型三极管，则，所述第四开关管q4的第一端为基极，所述第四开关管q4的第二端为发射极，所述第四开关管q4的第三端为集电极；
111.所述第五开关管q5为pmos管，则，所述第五开关管q5的第一端为栅极，所述第五开关管q5的第二端为源极，所述第五开关管q5的第三端为漏极。
112.本发明实施例提供的分立pd电路的具体工作原理如下：
113.(1)首先，本发明符合标准poe供电过程中侦测阶段、分级阶段、供电阶段的要求。
114.①
侦测阶段：ieee std 802.3标准要求pse(power sourcing equipment，供电端设备)端需通过检测p1
‑
n1(即供电正负极)之间的阻值、容值以判断pd是否存在，从而确定是否需要输出标准poe电压。此阶段p1
‑
n1输出电压为2.8v～10v，判断pd存在的特征为：直流阻抗在19kω～26.5kω且容值不超过150nf。
115.侦测电路100用于pse对pd的侦测，即第一电容c1和第一电阻r1用于pse端确定pd的存在，可取值为c1＝0.1uf和r1＝24.9k，符合标准要求。
116.②
分级阶段：ieee std 802.3标准要求pse端通过检测p1
‑
n1上的电流来确定pd功耗等级需求，从而确定pse端需要输出的功率等级。此阶段p1
‑
n1输出电压为15.5v～20.5v。
117.分级电路200用于pse确定pd需要的分级电流，可调整第六电阻r6、第七电阻r7和第八电阻r8的阻值满足协议中class0
‑
4不同分级电流的要求。此阶段供电电路300不工作。
118.此阶段工作原理：第一二极管d1取21v稳压管，第二二极管d2取10v稳压管，第三二极管d3取10v稳压管，第六电阻r6的阻值取430ω，第七电阻r7的阻值取430ω，第八电阻r8的阻值取430ω。
119.此阶段稳压管d1不工作，稳压管d1、第二电阻r2、第三电阻r3线路不导通，第一三极管q1处于截止状态；稳压管d2经第五电阻r5线路反向击穿稳压，此时nmos管q2的栅极钳位在10v，vgs>vt，nmos管q2导通；稳压管d3经nmos管q2、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8线路反向击穿稳压，第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、稳压管d3、nmos管q2线路导通，vgd>vt(vt为开启电压，典型值约为2v)，则nmos管q2工作在可变电阻区，vds很小，可估算此时p1
‑
n1上最小电流id超过(15.5
‑
10)*3/430≈38.3ma，根据ieee std 802.3对pd的分级标准，功率等级为class4，即pse端需要输出的功率等级最高。
120.③
供电阶段：当pse检测到p1
‑
n1上有合法pd，并对pd完成了分级，则pse开始对后级负载rload供电，此阶段p1
‑
n1输出电压为36v～57v。
121.此阶段分级电路200功能关闭，降低了pd功耗，供电电路300开启为后级负载rload供电。
122.此阶段工作原理：第五二极管d5取11v稳压管，第四二极管d4取10v稳压管，第二电
阻r2的阻值取300kω，第三电阻r3的阻值取300kω，第十四电阻r14的阻值取0.1ω。
123.此阶段稳压管d1经第三电阻r3、第二电阻r2线路被反向击穿稳压，此时三极管q1的基极钳位在7.5v～18v((36
‑
21)/2～(57
‑
21)/2)，vbe>von(von为开启电压，典型值约为0.7v)，稳压管d1、第三电阻r3、第四电阻r4线路导通，三极管q1处于开启状态；此时nmos管q2的vgs≈0v，nmos管q2关断，稳压管d3不工作，减少电阻r6～r8负载消耗。
124.此阶段稳压管d5、稳压管d4经稳压管d5、第九电阻r9、稳压管d4线路反向击穿稳压，nmos管q3的栅极钳位在10v，vgs>vt，nmos管q3导通，后级负载rload的负极通过第六二极管d6、第十四电阻r14与poe供电负极相连；此时三极管q4的基极也钳位在10v，vbe>von，三极管q4导通；此时pmos管q5的vsg≈36v～57v，vsg>vt，pmos管q5导通，后级负载rload的正极与poe供电正极相连，实现为后级负载rload供电。
125.其中，供电电路300中第二电容c2、第十电阻r10和第三电容c3、第十三电阻r13的主要作用为mos管gs间提供充、放电回路，及时打开、关闭mos管；而供电电路300中第九电阻r9、第十一电阻r11以及分级电路200中的第四电阻r4、第五电阻r5主要起到限流作用。
126.供电电路300中nmos管q3后面增加第十四电阻r14、第六二极管d6主要作用是抑制反向电流，因为mos管在源极和栅极之间普遍存在结二极管，会导致侦测分级的电流经该结二极管从后级负载rload的负极流回，从而造成分级异常。
127.(2)其次，本发明符合非标准poe供电的要求，因非标准poe为直接供电，无侦测、分级阶段要求，因此只需满足正常供电阶段要求即可。
128.非标准poe供电常见p1
‑
n1输出电压范围为22.8v～25.2v以及45.6v～50.4v，后者工作原理同标准poe供电阶段，在此不再赘述，前者工作原理如下：
129.当p1
‑
n1输出电压范围为22.8v～25.2v时稳压管d1经第三电阻r3、第二电阻r2线路被反向击穿稳压，此时三极管q1的基极钳位在0.9v～2.1v((22.8
‑
21)/2～(25.2
‑
21)/2)，vbe>von(von为开启电压，典型值约为0.7v)，稳压管d1、第三电阻r3、第四电阻r4线路导通，三极管q1处于开启状态；此时nmos管q2的vgs≈0v，nmos管q2关断，稳压管d3不工作，减少电阻r6～r8负载消耗。
130.而稳压管d5、稳压管d4经稳压管d5、第九电阻r9、稳压管d4线路反向击穿稳压，nmos管q3的栅极g钳位在10v，vgs>vt，nmos管q3导通，后级负载rload的负极通过第六二极管d6、第十四电阻r14与poe供电负极相连；此时三极管q4的基极也钳位在10v，vbe>von，三极管q4导通；此时pmos管q5的vsg≈22.8v～25.2v，vsg>vt，pmos管q5导通，后级负载rload的正极与poe供电正极相连，实现为后级负载rload供电。
131.需要说明的是，本发明实施例中各个电子元件的取值不限于上述数值，对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况进行数值的调整以达到与本发明实施例相同的功能。
132.应当理解，本发明实施例以双标poe供电电路为例，但不局限于poe供电电路，其他带有同样或者类似功能的应用电路，如用到类似的分级检测或钳位+mos的供电方案，均属于本发明的保护范围。
133.相应的，本发明实施例还提供一种供电系统，所述供电系统包括上述任一实施例所述的分立pd电路。
134.应当理解，该供电系统可以是不同类型的供电系统，如带有passivepoe功能的供
电系统或者带有dc
‑
jack功能供电系统，但本发明不限于此。
135.综合上述，本发明实施例提供的一种分立pd电路及供电系统，采用简单的稳压二极管、三极管、mos管设计了一种分立pd电路，能够同时满足标准poe供电和非标准poe供电，支持22v～57v的宽电压输入；而且避免了特殊功能集成pd芯片的使用，降低了物料成本，实现一种低功耗、低成本的双标poe供电设计。
136.以上所述，仅是本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干等效的明显变型方式和/或等同替换方式，这些明显变型方式和/或等同替换方式也应视为本发明的保护范围。