专利名称：以太网供电系统中的模拟电源管理的制作方法
技术领域：
本发明涉及供电系统，并且更具体地讲，涉及以太网供电(PoE)系统中的电源管理机制和方法。
背景技术：
IEEE 802.3af标准定义了通过以太网电缆供电。这种以太网供电(PoE)标准涉及通过非屏蔽双绞线将电力从供电设备(PSE)传送至位于链路相对侧的用电设备(PD)。传统地，网络设备例如IP电话，无线LAN接入点，个人电脑和网络摄像机，具有两个所需的连接一个连至LAN，而另一个连至交流电网。PoE消除了需要额外的插口和接线，以提供至AC网络的连接。取而代之的是，通过用于数据传输的以太网电缆进行供电。
如同在IEEE 802.3af标准中所定义的，PSE是在物理连接点电连接至电缆的设备，其向链路供电。PSE的主要功能是为请求供电的PD搜寻链路，可选地对PD分级，如果探测到PD则向所述链路供电，监控链路上的供电，并且当不再请求或需要电源时使供电降回(scale back)至检测水平。PSE设备可通过两个有效的四线连接之一供电。在每个四线连接中，结成对的两个导线各自携带有在强度和极性上均相同的标称电流。
可在多端口PSE设备中结合多个PSE，所述多端口PSE设备向多个链路供电。多端口PSE设备通常使用单一电源，将AC线路功率转化成符合802.3af标准可通过链路传送的功率。因此，由PSE供电的链路之间可能存在功率竞争。针对这个问题，IEEE 802.3af标准根据其最大功率消耗将PD分为5个级别。在链路被供电之前，PD将其级别传达至PSE。如果PD公开级别所需的功率大于PSE可供的功率，则PSE拒绝该请求。具体地讲，PSE必须向连接有级别1的PD的链路提供至少4.0W，向具有级别2的PD的链路提供至少7.0W，和向具有级别0，3或4的PD的链路提供至少15.4W。
例如，如果一个4-端口PSE设备已经向3个级别2的PD供电，它必须分配21W用于向3个链路分别供电。如果该PSE设备在其最后一个端口检测到PD，它必须确保它具有向该PD供电的能力。例如，如果PSE设备以25W的电源工作，则它只有4W剩余。因此，它不能向第四个级别2的PD供电。不过，具有30W电源的PSE设备可以向第四个级别2的PD供电，因为它还有9W剩余。
这个示例表明多端口PSE设备在向一链路供电之前，必须不断计算来自链路的功率需量，以将功率需量与其供电能力进行比较。通常，PSE设备带有微控制器和定制软件，以提供对电源的管理。不过，编写软件并对其进行测试以确保PSE会一直符合802 IEEE 802.3af标准对于PSE制造商来说是个负担。此外，需要微控制器和定制软件增加了PSE设备的成本和复杂性。
发明内容
本文公开的主题通过为向多个链路供电的符合IEEE 802.3af的PSE系统提供电源管理机制，来解决上述问题。所述电源管理机制包括由PSE系统的所有PSE控制器共享的模拟总线。第一PSE控制器向总线提供与第一PoE链路所需的第一功率需量成比例的第一信号。第二PSE控制器向总线提供与第二PoE链路所需的第二功率需量成比例的第二信号。作为对来自第一链路的功率请求的响应，第一PSE控制器将第一信号置于总线上，并且与该第一PSE控制器相连的第一比较器将与PSE系统所需的功率总需量成比例的总线上的总信号和表示该PSE系统可支持的最大功率需量的预设值作比较。如果总信号没有超过预设值，则第一PSE控制器向第一链路供电。如果总信号超过预设值，则第一链路的功率请求被拒绝。
作为对来自第二链路的功率请求的响应，第二PSE控制器将第二信号置于总线上，并且与第二PSE控制器相连的第二比较器将总线上的总信号与预设值作比较。如果总信号没有超过预设值，则第二PSE控制器向第二链路供电；如果总信号超过预设值，则第二链路的功率请求被拒绝。
根据本发明的一个实施例，总线可以是单线，由PSE控制器共享，并且从每个控制器接收与各自链路所需功率量成比例的电流。电阻可连至总线，用于将电流转化成与PSE系统所需的总功率成比例的电压。伏特计可跨接所述电阻，用于指示PSE系统的当前可用功率。
可为每个PSE控制器提供电流源，用于产生供给总线的电流。总线逻辑电路可连至电流源，用于提供具有表示各链路功率需量的控制信号的电流源。
根据本发明的另一方面，PoE系统的控制器包括向各链路供电的多个PSE控制器，和电源管理模拟总线，所述电源管理模拟总线由PSE控制器共享，并被设置用于接收来自每个PSE控制器与各链路所需功率量成比例的电流。
与PSE控制器相连的比较器可将与系统所需功率总量成比例的总线电压和表示该控制器可支持的最大功率需量的预设值作比较，以便确定是否向相应链路供电。
如果总线电压没有超过预设值，则PSE控制器向相应的链路提供所需的功率需量；如果总线电压超过预设值，则拒绝相应链路供电的请求。
根据本发明的一种方法，执行下述步骤来完成PoE系统中的电源管理-向由PoE系统的PSE控制器共享的模拟总线提供信号，该信号与PSE控制器所需的功率成比例，和-将与PSE控制器所需的总功率成比例的总线上的总信号和表示最大允许功率需量的预设值作比较，以确定是否向新检测到请求供电的PD供电。
如果总信号没有超过预设值，则向新检测到的PD提供所请求的功率。如果总信号超过预设值，则不提供所请求的功率。
根据本发明的另一方面，如果总信号超过预设值，则比较步骤在随机后退期(back-off period)之后重复执行。
通过下文的详细描述，本发明的其他优点和方面对本领域的技术人员来说将变得显而易见，其中本发明的实施例是通过对实施本发明的最佳模式进行说明的方式加以呈现和描述的。如下文所述，本发明可具有其它和不同的实施例，并且其许多细节可在不背离本发明的精神下对各显而易见的方面加以修改。因此，应当认为附图和说明书本质上是说明性的，而非限制性的。
结合下述附图可最佳地理解下文中对于本发明的实施例的详细描述，其中特征不必要按比例绘制，而是为了最佳阐述相关特征而绘制，其中[19]图1示出了用于本发明的多端口PSE设备的电源管理机制。
图2示出了在本发明的多端口PSE设备中完成电源管理而执行的操作。
具体实施例方式本文提出的构思将通过符合IEEE 802.3af标准的PoE系统的PSE控制器芯片的示例加以描述。不过，显而易见的是，本文的构思可适用于管理通过网络供电的任何系统中的电源。
图1示出了电源管理系统，使多端口PSE设备10的PSE控制器能够管理通过符合IEEE 802.3af的链路提供的电源。所述电源管理系统包括单线模拟总线12连至多端口PSE设备10的PSE控制器芯片14a，14b，和14c。尽管图1示出了三个PSE控制器芯片共享模拟总线12，但本领域的技术人员可以理解，任意数量的PSE控制器芯片可连接至多端口PSE设备10中的单线总线12。
每个PSE控制器芯片14能控制PoE端口，用于通过连接到各自PoE端口的符合IEEE 802.3af的链路向PD供电。普通电源(未示出)可连接至PSE控制器芯片14a，14b和14c，用于产生可通过相应链路传送的符合802.3af的电力。
本发明的电源管理系统还包括电流源16a，16b和16c，电压源18a，18b和18c，比较器20a，20b和20c，以及分别与PSE控制器芯片14a，14b和14c相连的总线逻辑电路22a，22b和22c。电源管理系统10的这些元件可嵌入各自的PSE控制器芯片。另外，它们中的一些或全部可置于PSE控制器芯片外部。
连接到总线12的电流源16a，16b和16c向总线12提供电流，以表示连接到各自PSE控制器芯片14a，14b和14c的链路所需的功率需量。电阻RBUS连接到模拟总线12，以将由PSE控制器芯片14a，14b和14c施加在总线12上的电流转化为与多端口PSE设备10所需的总功率成比例的电压。
连接到相应比较器20a，20b和20c的一个输入端的电压源18a，18b和18c提供电压VMAX，所述VMAX代表PSE设备10可支持的最大功率需量，即多端口PSE设备10可向连接到其PoE端口的所有链路提供的最高功率。尽管图1示出了每个PSE控制器芯片具有单独的VMAX电压源，但本领域的技术人员可以理解，所有的PSE控制器芯片可共享单个电压源。
比较器20a，20b和20c的其它输入被连接到总线12。通过各自总线逻辑电路22a，22b和22c的比较器20a，20b和20c的输出分别连接到端口控制电路24a，24b和24c。开关26a，26b和26c由各自的端口控制电路24a，24b和24c开或关，以控制向连接到各自PSE控制器芯片14a，14b和14c的PoE端口的链路供电。如下文中更详细讨论的，端口控制器24执行要求检测各自PoE链路上的PD并向PD供电的操作。总线逻辑电路22a，22b和22c在总线信号和PoE链路信号之间提供转换。
总线12可被编程，通过下述公式选择电阻RBUS的一个值来匹配连接到多端口PSE设备10的特定电源的能力RBUS＝VMAX/(SP-to-I×P)，其中，SP-to-I是系数，定义从链路功率向总线电流的转换，和P是电源的功率。
系数SP-to-I对应由PSE控制器施加在总线上的电流和由该电流表示的PoE链路上的功率之间的比率。例如，如果PSE控制器用1mkA的电流来代表PoE链路所需的1W功率，并且VMAX＝1V，则具有200W电源的PSE设备利用公式RBUS＝1V/(1μA/W×200W)＝5kOhms。
图2是流程图，示出了本发明的电源管理系统的操作。每个PSE控制器14a，14b和14c通过探测各自的PoE链路定期执行检测程序，以检测请求供电的PD(步骤102)。如果检测到PD，相应的PSE控制器14检查PD检测特征，以确定它是否有效。有效和无效的检测特征在IEEE 802.3af标准中有定义。有效的PD检测特征表示该PD处于可通过PoE链路接受供电的状态，而无效的PD检测特征表示该PD处于不接受供电的状态。
如果所述特征是有效的，则PSE控制器14执行PD分级程序，以将检测到的PD分级(步骤104)。如在IEEE 802.3af标准中所定义的，PD的分级可通过施加电压并测量电流进行。根据测得的电流IClass，PD可被分级为级别0至级别4。级别1的PD需要至少4.0W，级别2的PD需要至少7.0W，而级别0，3或4的PD需要至少15.4W。
根据确定后的PD级别，端口控制器24通过各自的总线控制电路22控制电流源16，以产生代表检测到的PD所需功率的电流(步骤106)。该提供给总线12的电流通过电阻RBUS转换成电压，增加了施加在各自比较器20的一个输入端的总线总电压。所述总线总电压与施加在比较器20另一输入端的电压VMAX作比较(步骤108)，以确定由总线总电压表示的当前功率需量是否超过PSE设备10可支持的最大功率需量。
通过总线逻辑22，比较器20的输出信号提供至端口控制器24。如果总线电压没有超过电压VMAX，则端口控制器24推断由所有链路连至其PoE端口的多端口PSE设备10当前所需的总功率不超过可用功率。因此，端口控制器24开启开关26，以通过各自的PoE链路向检测到的PD提供所需的电源(步骤110)。
不过，如果总线电压超过电压VMAX，端口控制器确定当前功率需量超过PSE设备10支持的最大功率需量，并拒绝来自检测到的PD的供电请求(步骤112)。
另外，在执行步骤106之前，可将总线总电压与电压VMAX作比较。如果总线总电压没有超过电压VMAX，则代表检测到的PD的功率需量的电流被供给总线12。如果总线总电压超过电压VMAX，则供电请求被拒绝。
如果多端口PSE设备10同时从若干个PoE链路接收到有效的功率请求，它可能具有功率足以向至少一个请求的PD供电，但是不足以向所有请求的PD供电。不过，由于功率请求冲突，所有请求可能被拒绝。为了防止若干个PSE控制器14同时访问电源管理系统，每个PSE控制器14a，14b和14c可被编程，以在一个随机的后退期(步骤114)之后重复步骤102-108。
此外，电源管理系统通过测量电阻RBUS两端的电压使得确定PSE设备10的当前可用功率成为可能。伏特计可被校准，以指示此电压和代表PSE设备10可提供最高功率的电压之间的比率。该比率代表当前的可用功率。另外，电阻RBUS两端测得的电压可通过模数转换器提供给微处理器，用于确定当前的可用功率。
前述说明示出并描述了本发明的实施例。此外，本发明仅仅示出并描述了本发明的优选实施例，但是如前所述，应当理解本发明可用于各种其它组合、修改和环境，并且能够在本文所述的发明构想的范围内，通过上述教导和/或相关领域的技术和知识进行变化或改动。
上文中描述的实施例进一步用于解释实施本发明的最佳模式，并且可使本领域的其它技术人员能够以该实施例，或其它实施例，以及特定应用或使用本发明所需的各种改动来使用本发明。
因此，本说明书并非试图将本发明限制在本文公开的形式。另外，所附权利要求应当被解释为包括可替换的实施例。
权利要求
1.一种用于符合IEEE 802.3af标准的PSE系统的电源管理系统，包括模拟总线，用于接收来自第一PSE控制器与连至所述PSE系统的第一链路所需的第一功率需量成比例的第一信号，和用于接收来自第二PSE控制器与连至所述PSE系统的第二链路所需的第二功率需量成比例的第二信号；和与所述第一PSE控制器相联的第一比较器；作为对第一链路的功率请求的响应，所述第一比较器将总线上与PSE系统所需的功率总需量成比例的总信号和表示PSE系统可支持的最大功率需量的预设值作比较，所述第一PSE控制器被设置为如果所述总信号不超过预设值，则向所述第一链路供电；而如果总信号超过预设值，则拒绝来自第一链路的供电请求。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括与第二PSE控制器相联的第二比较器，所述第二比较器用于当第二信号提供给总线时，将总线上的总信号与所述预设值作比较，所述第二PSE控制器被设置为如果总信号不超过预设值，则向第二链路供电；而如果总信号超过预设值，则拒绝第二链路的供电请求。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述总线是由所述第一和第二PSE控制器共享的单线。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述总线被设置为接收来自每个PSE控制器与各自链路所需的功率需量成比例的电流。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述总线具有将所述电流转换为电压的电阻。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述总信号是与PSE系统所需的当前总功率成比例的电压。
7.根据权利要求6所述的系统，还包括跨接在所述电阻的伏特计，用于显示指示当前可用功率的值。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括与每个PSE控制器相连的电流源，用于产生提供给总线的电流。
9.根据权利要求8所述的系统，还包括连接至所述电流源的总线逻辑电路，用于向电流源提供表示各自链路的功率需量的控制信号。
10.一种用于以太网供电系统的控制器，包括多个PSE控制器，用于向各自的链路供电；和模拟总线，由所述PSE控制器共享，并被设置为接收来自每个PSE控制器与各自链路所需的功率需量成比例的电流。
11.根据权利要求10所述的系统，还包括与PSE控制器相连的比较器，所述比较器用于将与系统所需的功率总量成比例的总线电压和表示控制器可支持的最大功率需量的预设值作比较，以便确定是否向相应的链路供电。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述PSE控制器被设置成如果总线电压不超过预设值，则向相应链路提供其所需的功率需量。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述PSE控制器被设置成如果总线电压超过预设值，则拒绝相应链路的请求。
14.根据权利要求10所述的系统，其中所述总线是单线。
15.根据权利要求14所述的系统，还包括连至所述接线用于将电流转换为电压的电阻。
16.根据权利要求15所述的系统，还包括跨接电阻的伏特计，用于指示可用功率。
17.一种以太网供电系统中电源管理的方法，包括下述步骤向由PSE控制器共享的模拟总线提供与PSE控制器所需的功率成比例的信号；和将总线上与PSE控制器所需的总功率成比例的总信号和表示最大允许功率需量的预设值作比较，以确定是否向新检测到的请求供电的PD供电。
18.根据权利要求17所述的方法，其中如果总信号不超过预设值，则向新检测到的PD供电。
19.根据权利要求17所述的方法，其中如果总信号超过预设值，则不向新检测到的PD供电。
20.根据权利要求19所述的方法，其中如果总信号超过预设值，则在一随机的后退期之后重复所述比较步骤。
全文摘要
一种电源管理机制，用于多端口符合IEEE 802.3af标准的供电设备(PSE)向多个链路供电。所述电源管理机制具有由PSE控制器共享的模拟总线，用于接收与相应链路所需的功率需量成比例的电流。与PSE控制器相连的比较器，将与系统所需的总功率需量成比例的总线电压和表示控制器可支持的最大功率需量的预设值作比较，以便确定是否向新检测到的请求供电的用电设备(PD)供电。如果总线电压没有超过预设值，则PSE控制器向PD提供其所需的功率需量；如果电压超过预设值，则PSE控制器拒绝PD的供电请求。
文档编号H04L12/10GK101061668SQ200580039501
公开日2007年10月24日 申请日期2005年10月20日 优先权日2004年11月19日
发明者J·A·小斯汀曼 申请人:凌特公司