一种电位差检测电路、检测方法及POE系统与流程

本发明实施例涉及通信技术领域，具体涉及一种电位差检测电路、检测方法及poe系统。

背景技术：

在以太网供电(poweroverethernet，poe)系统中，提供电源的设备被称为供电设备(powersourcingequipment，pse)，常见的pse有交换机、poe注入器等，而使用电源的设备称为受电设备(powereddevice，pd)，常见的pd有无线接入点(wirelessaccesspoint，ap)、摄像头、ip电话等。

poe系统中的端口为了防止被雷击浪涌电压打坏，需要增加相关防雷电路，在供电线路上增加压敏电阻、瞬态抑制二极管(transientvoltagesuppressor，tvs)、安规电容，当有瞬间雷击电流进入端口时，通过压敏电阻或tvs管泄放到机壳中，机壳接大地，即泄放到大地中，从而在雷击时保护端口。

但实际运用中，pse设备和pd设备经常出现烧毁问题，烧毁的原因是pse设备和pd设备没有共地，导致供电系统中存在电位差，造成供电线路烧毁。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种电位差检测电路、检测方法及poe系统。

第一方面，本发明实施例提供一种电位差检测电路，应用于以太网供电poe系统中，包括：供电设备pse控制器、pse防雷电路、开关电路和隔离电路；

所述pse防雷电路的输入端与所述开关电路连接，所述开关电路与所述pse控制器连接；

所述pse防雷电路的输出端中的第一端与所述隔离电路的输入端中的第一端连接，所述pse防雷电路的输出端中的第二端与所述隔离电路的输入端中的第二端连接；

所述隔离电路的输出端中的第一端与所述pse控制器连接，所述隔离电路的输出端中的第二端接地；

所述pse控制器用于在预设时段内控制输出第一电压，并根据所述隔离电路的输出端中的第一端反馈的第二电压，判断所述poe系统中的供电设备pse的电位差是否存在异常。

如上述电位差检测电路，可选地，所述隔离电路包括光耦合器；

所述光耦合器的第一端与所述pse防雷电路的输出端中的第一端相连接，所述光耦合器的第二端与所述pse防雷电路的输出端中的第二端相连接；

所述光耦合器的第三端接地，所述光耦合器的第四端与所述pse控制器连接。

如上述电位差检测电路，可选地，所述隔离电路还包括三极管；

所述三极管的第一端与所述光耦合器的第三端连接，所述三极端的第二端与所述光耦合器的第四端相连接，且与所述pse控制器连接；

所述三极管的第三端接地；

相应地，所述pse控制器用于控制输出第一电压，并根据所述三极管的第三端反馈的第三电压是否为高电平，判断所述poe系统中的供电设备pse的电位差是否存在异常。

如上述电位差检测电路，可选地，所述隔离电路还包括调整电阻；

所述调整电阻与所述pse防雷电路的输出端中的第一端和所述光耦合器的第一端相连，用于通过调整所述光耦合器的第一端和所述光耦合器的第二端之间的电流，控制所述三极管的第二端和所述三极管的第三端在预设条件下截止；

其中，所述预设条件为所述pse防雷电路的输出端中的第一端和第二端之间的电压值等于所述pse控制器在所述预设时段输出的第一电压值。

如上述电位差检测电路，可选地，所述调整电阻通过下述公式调整所述光耦合器的第一端和所述光耦合器的第二端之间的电流，控制所述三极管的第二端和所述三极管的第三端在预设条件下截止：

ctr＝ic/if

其中，ctr为所述光耦合器的电流传输比，ic为所述光耦合器的第三端和所述光耦合器的第四端之间的电流，if为所述光耦合器的第一端和所述光耦合器的第二端之间的电流。

如上述电位差检测电路，可选地，所述隔离电路还包括限流电阻；

所述限流电阻中的第一限流电阻与所述光耦合器的第四端和所述三极管的第二端相连接；

所述限流电阻中的第二限流电阻与所述光耦合器的第三端和所述三极管的第一端相连接。

如上述电位差检测电路，可选地，所述供电设备pse为以太网交换机。

第二方面，本发明实施例提供一种电位差检测方法，应用于如上所述的电位差检测电路中的供电设备pse控制器中，所述方法包括：

在预设时段内，控制所述开关电路连通所述pse防雷电路；

向所述pse防雷电路输出第一电压，其中所述第一电压小于预设电压阈值；

获取所述隔离电路反馈的第二电压；

对比所述第一电压和所述第二电压，根据对比结果判断所述poe系统中的供电设备pse的电位差是否存在异常。

如上述方法，可选地，还包括：

若所述供电设备pse的电位差异常，则停止对受电设备pd供电，并产生告警，所示告警用于提示用户所述供电设备pse存在电位差异常。

第三方面，本发明实施例提供一种以太网供电poe系统，包括：poe供电设备、poe受电设备、开关电源以及如上所述的电位差检测电路。

本发明实施例提供的电位差检测电路，在pse防雷电路后端增加隔离电路，通过对比输出的电压值与隔离电路反馈的电压值，判断poe系统中的供电设备是否存在电位差异常，在电位差异常的情况下，断开供电电路，并提醒用户供电设备与受电设备存在电位差，解决了poe系统在使用过程中因不共地而导致供电设备或受电设备烧毁的问题，增加了系统的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1为本发明实施例提供的电位差检测电路示意图；

图2为本发明另一实施例提供的电位差检测电路示意图；

图3为本发明又一实施例提供的电位差检测电路示意图；

图4为本发明再一实施例提供的电位差检测电路示意图；

图5为现有技术中以交换机为供电设备的poe系统示意图；

图6为本发明实施例提供的poe系统中交换机端的电位差检测示意图；

图7为本发明实施例提供的电位差检测方法流程示意图；

图8为本发明实施例提供的poe系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前在poe系统中，由于pse设备和pd设备没有共地，导致供电系统存在电位差，造成供电线路烧毁，导致pse设备和/或pd设备烧毁，为了解决这一问题，本发明实施例通过在供电设备的防雷电路末端增加隔离电路来检测供电设备的电位差，当电位差异常时，poe电路不提供高电压的供电电压，当电位差正常时，poe电路才正常工作，这样只需要在供电端进行检测，就可起到保护设备的效果。

图1为本发明实施例提供的电位差检测电路示意图，应用于以太网供电poe系统中，如图1所示，该电位差检测电路包括：pse控制器10a、pse防雷电路10c、开关电路10b和隔离电路10d，其中：

pse防雷电路10c的输入端与开关电路10b连接，开关电路10b与pse控制器10a连接；

pse防雷电路10c的输出端中的第一端与所述隔离电路10d的输入端中的第一端连接，pse防雷电路10c的输出端中的第二端与所述隔离电路10d的输入端中的第二端连接；

所述隔离电路10d的输出端中的第一端与所述pse控制器10a连接，所述隔离电路10d的输出端中的第二端接地；

所述pse控制器10a用于在预设时段内控制输出第一电压，并根据所述隔离电路10d的输出端中的第一端反馈的第二电压，判断所述poe系统中的供电设备pse的电位差是否存在异常。

具体地，在poe系统中供电设备pse防雷电路10c后端增加隔离电路10d，隔离电路10d可以包括：光耦合器、继电器、隔离电压器等，使用隔离电路10d可以使得检测电路和供电电路隔离，增加了系统的稳定性。pse防雷电路10c的输出端中的第一端(图中用数字示出)与隔离电路输入端的第一端相连接，pse防雷电路10c的输出端中的第二端与隔离电路10d的输入端中的第二端相连接，pse防雷电路10c的输出电压与隔离电路10d的输入电压相同。隔离电路10d的输出端的第一端与pse控制器10a连接，隔离电路10d的输出端的第二端接地，pse控制器10a可以通过隔离电路10d的输出端的第一端获取经隔离电路10d之后的电压值，通过对比就可确定pse是否存在电位差异常，在电压差异常时，pse控制器控制开关电路10b断开，停止对pd供电，从而防止pse或pd被烧毁。

在实际应用中，pse对pd的上电过程包括：检测→分级→上电→断开四个过程，刚开始供电系统并不是直接输出供电高压，在提供高压之前有个检测过程，在预设时段内先输出较小的第一电压值，例如，在小于500ms的时间内输出约2.8v的检测低电压，电位差检测电路可以利用这段时间来判断pse设备和pd设备之间是否存在压差。首先，pse控制器10a控制开关电路10b连通pse防雷电路10c，然后在预设时段内输出第一电压值，此时，pse防雷电路10c的输出电压等于第一电压值，即隔离电路10d的输入电压等于第一电压值，然后pse控制器10a获取隔离电路10d的输出电压即第二电压值，通过对比第一电压值与第二电压值，判断供电设备pse是否存在电位差异常，如果第一电压值与第二电压值相同，则表明供电设备pse不存在电位差异常，则可以继续进行后续的上电过程，若第一电压值与第二电压值不相同，则表明供电设备pse电位差异常，此时上电会导致pse和pd实际的电压值远远大于pse控制器的输出电压值，将导致pse或pd烧毁，因此，当pse控制器10a判断第一电压值与第二电压值不同时，断开开关电路10b，pse控制器10a通知主处理器，说明此时pse的电位差不正常，提示用户检查pse和pd之间的共地情况，这样就避免了在存在压差情况下还给pd提供持续高压，导致供电线路烧毁的问题。

本发明实施例提供的电位差检测电路，在pse防雷电路后端增加隔离电路，通过对比输出的电压值与隔离电路反馈的电压值，判断poe系统中的供电设备是否存在电位差异常，在电位差异常的情况下，断开供电电路，并提醒用户供电设备与受电设备存在电位差，解决了poe系统在使用过程中因不共地而导致供电设备或受电设备烧毁的问题，增加了系统的稳定性。

图2为本发明另一实施例提供的电位差检测电路示意图，如图2所示，在上述实施例的基础上，电位差检测电路中的隔离电路10d可以包括：光耦合器20；

所述光耦合器20的第一端与所述pse防雷电路10c的输出端中的第一端相连接，所述光耦合器20的第二端与所述pse防雷电路10c的输出端中的第二端相连接；

所述光耦合器20的第三端接地，所述光耦合器20的第四端与所述pse控制器10a连接。

具体地，光耦合器20的电流传输比ctr＝ic/if，ic为光耦合器20的第三端和光耦合器20的第四端之间的电流，if为光耦合器20的第一端和光耦合器20的第二端之间的电流，光耦合器20的电流传输比ctr可以通过光耦合器的使用手册获取，当确定光耦合器20的输入电压(即防雷电路10c的输出电压)后，就可确定if值，进一步可确定ic值，从而可以计算出光耦合器20输出的第二电压值，对比计算出的第二电压值与实际获取的第二电压值，就可确定pse是否存在电位差异常。使用光耦合器可以使得检测电路和供电电路隔离，增加了系统的稳定性。

图3为本发明又一实施例提供的电位差检测电路示意图，如图3所示，在上述各实施例的基础上，所述隔离电路10d还包括三极管30；

所述三极管30的第一端与所述光耦合器20的第三端连接，所述三极端30的第二端与所述光耦合器20的第四端相连接，且与所述pse控制器10a连接；

所述三极管30的第三端接地；

相应地，所述pse控制器10a用于控制输出第一电压，并根据所述三极管30的第三端反馈的第三电压是否为高电平，判断所述poe系统中的供电设备pse的电位差是否存在异常。

具体地，pse控制器10a首先控制开关电路10b打开开关，控制供电系统输出低电压，时长小于预设时段，当ic小于一定值时，此时三极管30的第一端与第三端，即be脚电压小于其导通电压，三极管30的第二端与第三端，即ce脚是断开的，因此c点是高电平，pse控制器10a获取到c点电压为高电平，判断pse的电位差是正常的，后面可以继续保持开关打开状态，按poe规范定义的标准进行后面的检测等操作。

图4为本发明再一实施例提供的电位差检测电路示意图，如图4所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，所述隔离电路10d还包括调整电阻r1；

所述调整电阻r1与所述pse防雷电路10c的输出端中的第一端和所述光耦合器20的第一端相连，用于通过调整所述光耦合器20的第一端和所述光耦合器20的第二端之间的电流，控制所述三极管30的第二端和所述三极管30的第三端在预设条件下截止；

其中，所述预设条件为所述pse防雷电路10c的输出端中的第一端和第二端之间的电压值等于所述pse控制器10a在所述预设时段输出的第一电压值。

进一步地，所述调整电阻r1通过下述公式调整所述光耦合器20的第一端和所述光耦合器20的第二端之间的电流，控制所述三极管30的第二端和所述三极管30的第三端在预设条件下截止：

ctr＝ic/if

其中，ctr为所述光耦合器20的电流传输比，ic为所述光耦合器20的第三端和所述光耦合器20的第四端之间的电流，if为所述光耦合器20的第一端和所述光耦合器20的第二端之间的电流。

具体地，pse控制器10a首先控制开关电路10b打开开关，控制供电系统输出第一电压，时长小于预设时段，对于pse防雷电路10c而言，输出端两点的压差等于第一电压，可通过调节r1电阻的大小，来调节流过光耦合器20的1,2脚的电流(if)大小，再通过光偶的计算公式：ctr＝ic/if，调整流过光耦合器20的3,4脚的电流(ic)大小，当ic小于一定值时，此时三极管30的be脚电压小于其导通电压(0.7v)，三极管be的ce是断开的，因此c点是高电平，pse控制器10a获取到c点电压为高电平后，判断pse的电位差是正常的，后面可以继续保持开关打开状态，按poe规范定义的标准继续后面的检测，通过连接三极管，进一步简化了对比过程，仅需判断c点是否为高电平，就可确定pse的电位差是否存在异常。

在上述各实施例的基础上，进一步地，如图4所示，所述隔离电路10d还包括限流电阻；

所述限流电阻中的第一限流电阻r3与所述光耦合器20的第四端和所述三极管30的第二端相连接；

所述限流电阻中的第二限流电阻r2与所述光耦合器20的第三端和所述三极管30的第一端相连接。为了保护隔离电路，还可以增加限流电阻，例如设置限流电阻值为1kb等。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述供电设备pse为以太网交换机。

具体地，图5为现有技术中以交换机为供电设备的poe系统示意图，如图5所示，在pse端48v的直流电压加载在交换机端隔变的中心抽头，pd端从隔变的中心抽头取电，然后给后级的dc-dc使用。poe中的防雷电路需要在48v线路上增加压敏电阻、tvs管、安规电容，当有瞬间雷击电流进入端口时，通过压敏电阻或tvs管泄放到机壳中，机壳接大地，即泄放到大地中，从而在雷击时保护端口。当交换机外壳不接地时，因为地平面不一致，即交换机的外壳对ap外壳存在压差，当pse控制器10a给pd供电，控制48v开关打开执行供电操作时，48v通路系统接通，此时，48v电压是持续加到线路中的，不受任何控制，48v叠加在之前的压差上，这个压差会通过电容c1和电容c2(安规电容)分压，由于c2<<c1，c2上面承受主要分压，ap的tvs管电压会超过其耐压值，导致tvs阻抗快速下降，交换机的压敏电阻两端承载电压会上升，超过其耐受电压，导致tvs管或是压敏电阻烧毁，严重的情况下，整个rj45端口和48v线路都会烧毁。

图6为本发明实施例提供的poe系统中交换机端的电位差检测示意图，如图6所示，本发明实施例在poe交换机端原有防雷电路基础上增加检测电路，即在防雷电路的末端加一个光耦合器、三极管、电阻等隔离电路，使用光耦合器使得检测电路和48v供电电路隔离，增加了系统的稳定性。

下面以交换机为例，对应用于上述电位差检测电路的电位差检测方法进行详细阐述。

第一种情况：poe系统没有连接pd设备

首先pse控制器10a打开开关电路10b中的开关，控制48v系统输出大约2.8v的低电压，时间小于500ms，此时，因为没有接pd设备，对于光耦合器20而言来说，ab两点的压差只有2.8v，可通过调节r1电阻的大小，来调节流过光耦合器20的1,2脚的电流if大小，从而控制流过光耦合器20的3,4脚的电流ic，r1调整之后，不再改变其电阻值。当ic小于一定值时，三极管30的be脚电压小于其导通电压(0.7v)，三极管30的ce是断开的，因此c点是高电平，pse控制器获取到c点电压为高电平，判断poe交换机的电位差是正常的，后面可以继续保持开关打开状态，按poe规范定义的标准继续后面的检测，此时会发现没有接pd设备(或认为非标准pd)，则不给pd上电，断开开关。

第二种情况：poe系统连接pd设备

当poe交换机和pd设备没有良好共地时，即poe交换机和pd设备之间存在电位差的情况下，此时，pse控制器10a打开开关电路10b中的开关，控制48v系统输出大约2.8v的低电压，时间小于500ms，此时，因为给48v线路上施加的是短暂的低电压，因此对防雷电路没有影响。因为有压差，对于光耦合器20而言，ab两点的压差不止2.8v，例如10v，流过光耦合器20的1,2脚的电流if增大，导致流过光耦合20的3,4脚的电流ic也增大，三极管30的be脚电压大于其导通电压，此时，三极管30的ce脚是导通的，因此c点是低电平，pse控制器10a获取到c点电压为低电平，判断poe交换机的电位差是不正常的；因此断开开关，不再进行后面的分级等动作，即不会施加持续的48v高压，同时，pse控制器10a通知主处理器，说明此时poe交换机的电位差不正常，提示用户检查poe交换机和pd设备之间的共地情况，这样就避免了在存在压差情况下还给pd设备提供持续的48v高压，导致48v线路烧毁的问题。

当poe交换机和pd设备良好共地时，即poe交换机和pd设备之间不存在电位差的情况下，pse控制器10a打开开关电路10b中的开关，控制48v系统输出大约2.8v的电压，此时，对于光耦合器20而言，ab两点的压差只有2.8v，流过光耦合20的1,2脚的电流if很小，导致流过光耦合20的3,4脚的电流ic也很小，此时三极管30的be脚电压小于其导通电压，三极管30的ce脚是断开的，因此c点是高电平，pse控制器10a获取到c点电压为高电平，判断poe交换机的电位差是正常的；后面可以继续保持开关打开，按poe规范定义的标准继续检测，此时会发现已经连接了pd设备，则进行后面的分级等动作，直到给pd上电，即提供48v电压，这时，ab两点的压差为48v，流过光耦合20的1,2脚的电流if增大，导致流过光耦合20的3,4脚的电流ic也增大，使得三极管30的be脚电压大于其导通电压，此时，三极管30的ce是导通的，因此c点是低电平，pse控制器10a获取到c点电压为低电平，但此时已经过了上电检测过程，pse控制器10a的芯片记录了此时是正常供电状态，因此不认为存在电位差异常情况，因此poe交换机能正常对pd设备供电。

本发明实施例提供的电位差检测电路，在pse防雷电路后端增加隔离电路，通过判断输出的电压值是否为高电平，判断poe系统中的供电设备是否存在电位差异常，在电位差异常的情况下，断开供电电路，并提醒用户供电设备与受电设备存在电位差，解决了poe系统在使用过程中因不共地而导致供电设备或受电设备烧毁的问题，增加了系统的稳定性。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种电位差检测方法，应用于上述检测电路中的供电设备pse控制器中，如图7所示，该方法包括：

步骤s71、在预设时段内，控制所述开关电路连通所述pse防雷电路；

步骤s72、向所述pse防雷电路输出第一电压，其中所述第一电压小于预设电压阈值；

步骤s73、获取所述隔离电路反馈的第二电压；

步骤s74、对比所述第一电压和所述第二电压，根据对比结果判断所述poe系统中的供电设备pse的电位差是否存在异常。

在上述实施例的基础上，进一步地，若所述供电设备pse的电位差异常，则停止对受电设备pd供电，并产生告警，所示告警用于提示用户所述供电设备pse存在电位差异常。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种poe系统，如图8所示，该系统包括：开关电源81、poe供电设备82、电位差检测电路83和poe受电设备84，其中电位差检测电路83详见上述电位差检测电路实施例，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的装置等实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的各实施例技术方案的范围。