本实用新型涉及交换机备电技术领域，特别涉及一种POE直流备电系统。
背景技术：
随着WLAN网络覆盖区域的快速扩张，覆盖区域内网络质量的优劣成为提高用户感知度和提升公司服务形象的重要因素。只有确保WLAN网络中各种设备的正常工作才能有效的保证网络质量，WLAN站点设备广泛分布到城市的各个角落，为每台设备提供备电系统提高网络质量，可大大降低网络退服指标，赢得优异的网络指标。WLAN及AP退服原因中，70％为停电原因，15％为线路故障，9％为设备故障，6％为其他原因。
目前的WLAN站点设备已成功选入多种备电接入方式，较为新颖的是直流备电系统的应用。这种供电方式较传统备电有着本质的区别，具备以下几个特点：1.体积小、受到安装环境限制很小；2.功耗小，蓄电池用量少；3.内耗小，用电量远远小于常规备电设备；4.造价低，适合于广泛分布；5.维护简单且有智能监控，可无线告知设备状态及用电状态。直流备电系统作为通信远端设备专用电源，已经广泛应用于多种WLAN远端网络设备环境，并取得显著成果，但是在华为系列交换机实际应用中还需考虑到其特殊的供电特性，有相应的技术开发。
直流备用电系统在接入华为AP交换机时，需要提供一路12Vdc和一路48Vdc，分别为交换机本身和AP供电，在市电断开时，备电切入，交换机及AP工作正常，当主电(市电)恢复后，备电退出，交换机工作正常，并且交换机会自检POE供电，重启AP。本是正常的工作状态，但是在我们不断提高服务规格的今天，提倡要多从客户角度去感受，若是在网络运行中，出现一次闪断，哪怕是短短的几秒，也会影响到用户的感知度，因此，亟需提供一种新的备电系统。
技术实现要素：
本实用新型提出一种POE直流备电系统，解决交换机备电闪断的情况，确保WLAN网络的稳定工作，大大提升区域内用户感知度。
本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种POE直流备电系统，包括逆变器和备电转接模块，所述备电转接模块包括220V市电在线时间控制模块、充电器、电池、电池输出控制模块、电压基准模块和电压比较器，所述220V市电在线时间控制模块电源端与220V市电连接，220V市电在线时间控制模块的信号输出端分别与充电器和电池输出控制模块连接，充电器的信号输出端与电池连接，电池的输出端与电池输出控制模块连接，电池输出控制模块的输出端分别与电压基准模块和电压比较器连接，电压基准模块的输出端与电压比较器连接；所述逆变器一端输入端与电池输出控制模块相连，另一端与交换机相连。
进一步的技术方案，所述电池为锂充电电池。
进一步的技术方案，所述电池输出控制模块包括控制单片机、充电控制电路、DC48V输出控制电路、报警电路、220V市电状态采集电路、电池状态采集电路，所述充电控制电路、DC48V输出控制电路、报警电路、220V市电状态采集电路分别与控制单片机相连；所述电池状态采集电路与电池相连；所述220V市电状态采集电路与所述220V市电在线时间控制模块连接，所述DC48V输出控制电路与逆变器连接，所述充电控制电路与所述充电器连接。
进一步的技术方案，所述控制单片机的型号是STC12C5608AD。
本实用新型的有益效果是：本实用新型能够大大降低WALN站点的AP退服率，降低用户投诉，节能、经济的完善了华为WLAN网络直流备用电接入的问题，使得直流备电的显著特性得以发挥，完善配合华为交换机工作，确保WLAN网络的稳定工作，大大提升了区域内用户感知度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型的系统原理图；
图2为华为AP交换机背面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，一种POE直流备电系统，包括逆变器和备电转接模块，备电转接模块包括220V市电在线时间控制模块、充电器、电池、电池输出控制模块、电压基准模块和电压比较器，220V市电在线时间控制模块电源端与220V市电连接，220V市电在线时间控制模块的信号输出端分别与充电器和电池输出控制模块连接，充电器的信号输出端与电池连接，电池的输出端与电池输出控制模块连接，电池输出控制模块的输出端分别与电压基准模块和电压比较器连接，电压基准模块的输出端与电压比较器连接；逆变器一端输入端与电池输出控制模块相连，另一端与交换机相连。电池为锂充电电池。电池输出控制模块包括控制单片机、充电控制电路、DC48V输出控制电路、报警电路、220V市电状态采集电路、电池状态采集电路，充电控制电路、DC48V输出控制电路、报警电路、220V市电状态采集电路分别与控制单片机相连；电池状态采集电路与电池相连；220V市电状态采集电路与所述220V市电在线时间控制模块连接，DC48V输出控制电路与逆变器连接，充电控制电路与所述充电器连接。
220V在线时间控制模块采集电池状态，若电池未满，则由充电控制电路控制充电器给电池充电，同时DC48V输出控制电路控制逆变电源输出48V，由于逆变电源电压低于交换机主电源，此时由主电源供电，若220V断电则主电源无输出电压，此时由本设备逆变电源供电，实现无间断供电，同时电池状态采集电路检测电池状态，若一直无220V市电且电池电压过低时由DC48V输出控制电路切断逆变输出，同时充电控制电路切断充电以降低电池功耗，由220V市电状态采集电路检测市电状态，直至220V市电通电恢复对电池充电。报警电路为开关信号，用于市电无220V电压、电池低电压的报警信息。控制单片机的型号是STC12C5608AD。
如图2所示，华为AP交换机有两个电源模块仓，第一电池模块仓1和第二电池模块仓2，第二电池模块仓2承装常规电源模块(开关电源)，把交流转换为直流为交换机供电。POE直流备电系统在交换机的第一电池模块仓1里，一端连接交换机，一端连接电池，两个仓的直流输出部分共线，当第二电池模块仓2里的电源模块(开关电源)不工作时(交流断电)，第一电池模块仓1的直流备电系统无缝切换，给交换机供电。当市电恢复时，第二电池模块仓2的电源模块(开关电源)工作，为交换机供电，并且通过第一电池模块仓1里的POE直流备电系统为电池浮充。
电气电子工程师协会IEEE于2003年6月批准了以太网供电PoE(Power overEthernet)标准－IEEE 802.3af。PoE这项创新的技术，指的是现有的以太网CAT-5布线基础架构，在不用做任何改动的情况下，借助一根常规以太网线缆在传输数据的同时供应电力，从而保证该线缆在为AP传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的能力。实际上，任何需要数据连接并能在13W或更低功率下工作的设备都可采用以太网供电技术。PoE技术将电源和数据集成在同一有线系统当中，即在确保现有结构化布线安全的同时，保证了现有网络的正常运作。在PoE系统中，提供电源的设备被称为供电设备(PSE，Power SourcingEquipment)，而使用电源的设备称为受电设备(PD，Powered Device)。以太网供电的主要设备是PSE，它负责对PD的检测、分级、上电、断路检测等功能。一旦当某个PD被加载，PSE将立即检测到PD的接入，并将在设备被移开时切断电源。
POE工作分为四个步骤，第一是检测，在允许PSE向线路供电之前，它必须用一个有限功率的测试源来检查25k特征电阻，以避免将48V电源加给非兼容PoE的网络设备，对其造成危害。在加电之前，PSE首先用2.8V至10V的探测电压去侦测是否有PD接入，具体实施时是将2.8V至10V之间的两个电压(间隔在1V或以上)送到网络链路，然后根据得到的两个不同的电流值再作运算(ΔV/ΔI)，通常我们将此方法称为两点检测法。第二是分级，一旦侦测到有效的PD，PSE需要了解PD的用电量，以便于系统对电源的管理，这个过程称为PD分级(IEEE标准规定此过程是可选的)。这一阶段PSE利用一个15.5V至20.5V的探测电压来检测PD的功率级别。PD通过从线上吸收一个恒定电流(分级特征信号)来向PSE表明自己所需的最大功率。PSE测量这个电流以确定PD属于哪个功率级别，分级期间使用的PSE电压源必须限制到100mA，以避免损坏失效的PD，而且它的连接时间不能超过75ms，以对PD功耗加以控制。第三是供电，成功侦测和分级后，PSE就可向PD供电了。供电期间，PSE还要对每个端口的供电情况进行监视，提供欠压和过流保护。第四是断路保护，PSE不能向非PD设备传输电力，同样PSE也不能在PD已经断开后还使电源处于接通状态，因为供电电缆有可能会插在一个非PD设备上，或引起线缆的短接。IEEE802.3af标准规定了两种方法让PSE检测PD是否断开，即DC断路检测法和AC断路检测法，不同的芯片供应商根据系统的实际情况选择最适合系统的检测方法。其中DC断路法根据从PSE流向PD的直流电流大小，从而判断PD是否在线。当电流在给定时间tDIS(300ms到400ms)内保持低于阈值IMIN(5mA到10mA)，PSE就认为PD不存在，从而切断电源。这种方法的缺点就是，当PD工作在低功耗模式时，为避免掉线PD必须周期性地吸取一定的电流。
根据POE供电特性，结合华为交换机用电情况，我们开发出相应的交换机供电电源检测模块，由于交换机电源模块接口除了两路直流输入之外，还有十六针的监控端口，我们逐个将针脚做通电和带载测量，得出结论，第一管脚为PSE通信时钟脉冲，设备在通信时钟脉冲的作用下，按一定速率及时间间隔通信。第二管脚为PSE是否在线监测端口，如果在线不通电，主机红灯亮，通电且通信正常绿灯亮。第三、第六、第十管脚为组合脚，PSE用来监测插入口为备用电源或者主电，以便主板查询信息。第五管脚为通信输入输出接口，发送接收主机所需要的信息，包含设备版本，及功能信息，可判断电源是否兼容。第九管脚为电源供电端，此供电为低压供电，以满足主板与PSE通信模块的供电需求。第十一管脚为通信方式选择端，控制控制主机与PSE之间的通信方向。第十二、十三管脚为电源模块是否通电监测端，主机监测第二管脚如果有电源在线，会通过监测此脚判断是否供电，如果通电，且通信正常，此时，设备进入正常工作状态，说明设备兼容。
PSE首先开始检测，给PD端口2.7V的电压侦测，为了便于PSE识别，PD在侦测过程中的表现其输入特性(即ΔV/ΔI斜率23.75kΩ＜RPD＜26.25kΩ；输入电容0.05μF<CPD＜0.12μF；输入电感LPD＜100μH；偏移电压＜1.9V；偏移电流＜10μA)，使得检测通过。然后，PSE在PD端口处用20V电压侦测时，PD会通过吸收一定的恒流来表明自己所需要消耗的功率，所以PSE能够预算PD的功耗并准备供电。探测和分级完成后，PSE指令电源端口提供一个51Vdc电压，并且可以探测到，在端口电压升到30Vdc以前，PD不消耗太大的负载电流，以避免与分级特征信号互相干扰；当电压达到42Vdc时，PD必须处于完全工作状态。工作状态时PD端口电压应该在36至57Vdc之间。同时，PD工作时不能连续消耗350mA电流或12.95W功率，短时内允许有400mA的浪涌电流。PD的输入电容必须低于180μF，以便在电源接通时将浪涌电流保持在合理的水平；如果输入电容大180μF，PD就要主动限制浪涌电流，使它低于400mA。最后，还必须通过维持PD功率特征MPS，发送持续工作信号。如果没有MPS，PSE会切断电源，阻止一个受电电缆接入不能通电的以太网设备。PD至少要保持10mA的电流且交流阻抗要维持在26.25kΩ或更少与超过0.05μF电容并联，以避免PD掉线。
我们将上述电路部分集成，选用单片机实现控制，通过采购法国达索公司XSONG6506定制接头，将电路输出和信号输出融合到一块主板上，然后封装主板，其规格与原有电源模块完全一致。利用交换机自带的两个电源模块插槽，主电(市电)电源模块在右侧电源槽位，将开发的备电转接模块插入备用电源插槽。将备用电系统提供的12Vdc和48Vdc,接入转接模块，12Vdc给交换机供电，48Vdc通过PSE端口给PD(AP)供电，有效的保证市电停电后交换机及AP正常在网工作，当主用电(市电)恢复正常时，直流备电自动退出，由主电供电，完成主备电切换，其系统内部切换时间小于2ms。
我们结合相关知识针对目前现网中广泛使用的华为WLAN交换机及PD(AP)设备进行深入研究和大量繁复的供电测试。逐步了解并掌握了华为WLAN交换机POE及AP在网运行的供电原理和机制。其电源模块通过内部的PSE芯片微电路电压控制POE的检测、分级、上电、短路检测等步骤，通过中间跨接法Mid-Span完成对下挂的各个PD(AP)设备的供电管理。历经大量试验测试及数据分析，我们开发出配套转接模块，最终完成对华为交换机PSE芯片工作流程、芯片微电路检测的复合与配套。后经实地站点模拟用户测试，效果完全符合预期，从而真正实现了主备电源的无缝切换。
2016年6月初我们在某通信公司选取了30个AP退服率较高的WLAN站点，在夏季用电高峰期进行有针对性覆盖安装后备电源。通过此次开发的转接模块，直流备用电源发挥出其先进特性：占用空间小、用一节电池、带载时间远远长于传统备电、耗能相当于常规电源的10％、有用电量短信提示，统筹发电时间，给维护工作带来极大的便利。此次开发的转接模块进一步完善了直流备电与华为WLAN交换机的配合，主电(市电)断开时，备电切入，交换机和AP工作正常，用户端实测无断开现象，主电(市电)恢复时，备电退出，转接模块将采集到的PD(AP)工作信息顺利交付给交换机PSE检测电路，使得交换机直接将已恢复的主电切入PSE端口，AP不再重启，整个断电过程没有重启或闪断，交换机、AP工作正常，用户端实测无断开现象。本次覆盖区域内WLAN站点的AP退服率，由安装前的2％，降低为0.7％。AP退服率及用户投诉明显下降，节能、经济的完善了华为WLAN网络直流备用电接入的问题，使得直流备电的显著特性得以发挥，完善配合华为交换机工作，确保WLAN网络的稳定工作，大大提升了区域内用户感知度。
POE技术使用范围日益扩大，在工业4.0应用中，通信连接技术得以广泛应用，自控设备与远程通信的结合更加密切，末端通信设备逐步与工业自控设备配套甚至融合，POE直流备用电技术的应用，可以工业自控的通信通道用电得以保障，为工业设备远控和物联网络提供个性化、定制化、低耗能的直流供电及备用电系统。
以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。