用于经由以太网电缆中的四个线对供应电力的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于经由以太网电缆中的四个线对供应电力的方法和系统
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案主张对迈克尔.保罗(Michael Paul)等人在2014年I月30日申请的第61/933，707号美国临时申请案的优先权，所述临时申请案以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003]本发明涉及例如以太网供电(PoE)等系统，其中电力是经由数据线传输且在将全PoE电压施加到数据线之前执行例程。更特定来说，本发明涉及一种使电力供应设备(PSE)识别受电装置(PD)具备PoE能力以经由四个线对进行电力递送的方案。
【背景技术】
[0004]已知经由数据线传输电力以给远程设备供电。以太网供电(PoE)是一个此种系统的实例。在PoE中，从以太网交换机将有限的电力传输到经以太网连接设备(例如，VoIP电话、WLAN发射器、安全摄像机等)。经由标准CAT-5电缆中的两组双绞线对传输来自交换机的DC电力。相同的两组双绞线对也可传输差分数据信号，因为DC共模电压不影响数据。以此方式，可消除对提供用于“受电装置”(PD)的任何外部电源的需要。在以引用的方式并入本文中的IEEE 802.3中陈述了 PoE标准。CAT-5电缆具有四个双绞线对，且所述线对中的两者通常为不使用的。
[0005]经由数据线提供电力适用于其它现有的系统及将来的系统。举例来说，汽车中的电子设备将越来越多地从经由数据线提供到设备的电力以减少布线而获益。IEEE或其它群组可标准化使用数据线供电的各种新的系统。
[0006]本发明适用于需要来自ro的对将向线对施加全PoE电压的某种指示的系统。虽然本发明可应用于使用数据线供电的任何系统，但作为一实例将描述典型的PoE系统。
[0007]图1表示使用PoE的典型以太网系统。在图1的实例中，“电力供应设备”(PSE) 12可为将电力及数据供应到ro的任何以太网装置。PSE 12及ro 14通常经由端接有标准以太网8引脚(四个双绞线对)RJ45连接器的标准CAT-5电缆连接。通常需要所述双绞线对中的仅两者来用于PoE及数据。
[0008]PSE 12通常由市电电压(120VAC)供电且使用外部或内部电压转换器16来产生介于44伏到57伏之间的DC电压。PoE标准需要PSE在H)处供应最小37伏。沿着电缆的电压降随着距离而增加。
[0009]指派双绞线对中的两者18及20来载运PoE电力，且这些对还可载运差分数据。还展示剩余的未使用的两个对21及22。所有使用中的对通过变压器(例如变压器23及24)端接于H) 14处。假定双绞线对18提供44伏且双绞线对20连接到接地或某一其它低电压。进行到变压器23及24的中心抽头的连接以将44伏提供到H) 14。由于DC电压为共模的，因此其不影响差分数据。H)端接块25中还包含其它常规端接电路，例如在变压器下游的极性校正电路(二极管桥接器)，但所述其它常规端接电路与本发明无关。
[0010]将44伏施加到DC-DC转换器26以用于将所述电压转换为H) 14所需要的任何电压。负载28 (例如，安全摄像机)由转换器26供电并经由双绞线对与PSE 12通信。
[0011]IEEE标准需要在PSE 12与H) 14之间的特定低电流信号交换程序以便检测PoE受电装置的存在且以便在PSE 12使得全电力可用于ro 14之前传达PSE 12及H) 14的相关特性。检测/分类电路29控制信号交换例程，且可为状态机、处理器或任何其它适合控制电路。PSE 12还含有用于执行信号交换例程的电路。用于执行信号交换例程的电路为众所周知的1C。
[0012]以下为PSE 12与H) 14之间的信号交换例程的简化概述。
[0013]当PSE 12首先经由以太网电缆连接到ro 14时，PSE 12询问H) 14以确定其是否具备PoE能力。此周期称为检测阶段。在检测阶段期间，PSE 12在固定间隔内经由双绞线对18及20向H) 14施加第一电流限制电压且接着在固定间隔内施加第二电流限制电压，同时通过检测所得电流而查看ro 14的特性阻抗(约25千欧)。如果未检测到正确的阻抗，那么PSE 12假定负载不具备P0E能力并关闭PoE产生端。系统接着作为标准以太网连接而操作。
[0014]还可使用两个电压限制电流来完成所述检测。
[0015]如果检测到标志阻抗，那么PSE 12继续移动到任选分类阶段。PSE 12使到H)14的电压斜升。PSE 12产生一个脉冲(指示其为类型1PSE)或两个脉冲(指示其为类型2PSE)。PD 14以特定电流电平对分类脉冲做出响应以识别H) 14是类型I还是类型2。类型Iro需要少于13W。类型2H)需要高达最多25.5W。还可识别这些类型内的各种类别(例如，五个类别)，每一类别与最大平均电流电平及最大瞬时电流电平相关联。PSE 12接着可使用此电力需求信息来确定其是否可将所需电力供应到ro 14，且ro 14使用所述信息来确定其是否可完全地借助PSE 12操作。这些为用于检测及分类阶段的最大时间窗(例如，500ms)。
[0016]在将来可实施其它类型的检测及分类例程以及标准。
[0017]在检测及分类阶段完成后，PSE 12即刻使其输出电压斜变到42V以上。一旦已在PD 14处检测到欠电压封锁(UVLO)阈值，便接通内部FET以将全PoE电压连接到转换器26，且转换器26将经调节DC电压供应到负载28。此时，PD 14开始正常地操作，且只要输入电压保持在所需电平以上，其就继续正常地操作。
[0018]对于一些类型的PoE应用(例如高电力应用)，期望经由线对中的两者施加正电压且经由剩余的两个线对施加低电压(例如，O伏)。因此，负载电流由四个线对分担。进行此操作的常规方式是使用将正电压供应到第一线对并将低电压供应到第二线对的第一 PSE，以及使用与第一 PSE等同的第二 PSE，所述第二 PSE将正电压供应到第三线对并将低电压供应到剩余的第四线对。应注意，借助经隔离电力供应器来施加PSE电力，因此低电压并非接地，但其可为O伏。
[0019]每一 PSE独立地执行检测及分类例程以确定H)是否具备PoE能力。此类型的PoE系统的缺点是需要两个完整的PSE系统，从而增加系统的成本及大小。
[0020]需要一种使用以太网电缆中的所有四个线对以允许高电力应用的用以将电力供应到ro的新技术，其中需要仅单个PSE。
【发明内容】
[0021]单个PSE经由常规CAT-5以太网电缆将电力供应到H)，其中所有四个双绞线对将DC电力供应到H)以潜在地将高电力供应到所述PD。对中的两者(对I及对2)供应正电压，且剩余的两个对(对3及对4)连接到低电压(例如，O伏)。在另一实施例中，所供应电压可为其它电压电平，因为ro由电压差供电。变压器终端仍允许经由线对传输差分数据。
[0022]在低电压/检测阶段(由IEEE标准规定)期间，PSE将电流限制电压施加到对I及2以检测ro的指示所述ro具备PoE能力的某一特性阻抗。可使用其它检测技术。假定25千欧电阻器跨越对1/2及对3/4连接在H)中，那么特性电流将流动穿过对3及4。
[0023]第一低值电阻器Rl具有连接到对3的一端，且第二等值电阻器R2具有连接到对4的一端。电阻器Rl及R2的其它端系连在一起且连接到电流传感器。此共同端还连接到可在接通时将对3及4耦合到低电压的MOSFET (或其它类型开关)。
[0024]在低电压/电流检测阶段期间，在MOSFET接通时，PoE同时检测穿过电阻器Rl及R2的相应电流。在另一实施例中，在检测阶段期间