用于供应功率的设备和方法与流程

技术领域

本公开涉及用于供应功率的设备和方法，更具体地说，涉及这样的用于供应功率的设备和方法：来自一些用电装置(PD)的功率供应请求的必要性被确定，因此可防止对连接到一个端口的PD的功率的供应由于来自与另一端口连接的新的或现有的PD的不必要的功率供应请求而被削减或切断。

背景技术：

以太网(一种局域网(LAN))是最广泛使用的通信技术之一。以太网的细节在电气和电子工程师协会(IEEE)802.3标准中被公开。以太网供电(PoE)是用于经由一根线缆不仅将数据而且将功率供应到连接到以太网的设备的技术。PoE系统不要求多个线缆的连接，并因此能允许线缆被容易地布置好。此外，PoE系统能容易地在功率的供应和控制相对困难的地方以更低的成本被安装。出于这些原因，PoE系统已被广泛使用。

在PoE系统中，供应功率的装置被称为电源装备(PSE)，接收功率的装置被称为用电装置(PD)。因为在PoE系统中，最初用于数据通信的LAN线缆被用于供应功率，所以能从PSE被供应到每一PD的最大功率通常被限制。因此，通常当PD的功耗增加时，变得几乎不可能足够地将功率供应到所有PD，结果，一些PD可能不能适当地运行或者可能故障。

为了解决这些问题，PSE被设计为具有大容量的技术已被提出，但是此技术要求大的投资并且引起大的热量和噪音的生成。

技术实现要素：

本公开的示例性实施例提供能够防止当供应到与一个端口连接的用电装置(PD)的功率由于来自与另一接口连接的另一PD的非必要功率供应请求而减少时可能引起的错误的系统和方法。

本公开的示例性实施例提供能够在导致更少热量和更少噪音的同时以更低的成本来防止这样的错误的系统和方法。

然而，本公开的示例性实施例不限于在此阐述的那些示例性实施例。通过参考下面给出的本公开的具体实施方式，本公开的上面的和其他的示例性实施例对于本公开所属的领域的普通技术人员将变得更清楚。

根据本公开的一个示例性实施例，本发明涉及一种用于供应功率的设备，包括：转换器，通过转换外部功率来输出功率；控制器，响应于额外功率供应请求从接收输出功率的供电装置(PD)被接收，确定总功耗是否连续超过能够供应的最大功率大于预定量时间。

此外，根据本公开的一个示例性实施例，本发明涉及一种用于供应功率的设备，包括：转换器，通过转换外部功率来输出功率；控制器，响应于额外功率供应请求从接收输出功率的PD被接收，如果总功耗超过能够供应的最大功率则切断对一个或多个端口的功率的供应，其中，如果PD为连接到所述设备的新的装置，则控制器切断对连接到PD的端口的功率的供应。

此外，根据本公开的一个示例性实施例，本发明涉及一种控制功率的供应的方法，包括：通过用于供应功率的设备，从PD接收额外功率供应请求；确定总功耗是否超过能够供应的最大功率；如果总功耗超过最大功率，则以规则的时间间隔对总功耗进行采样；如果总功耗连续超过最大功率大于预定量时间则切断对一个或多个端口的功率的供应。

根据本公开的一个示例性实施例，可能提这样的系统和方法：能够确定来自一些PD的功率供应请求的必要性，从而防止当对连接到一个端口的PD的功率的供应由于来自连接到另一端口的新的或现有的PD的非必要的功率供应请求而被削减或切断时可能引起的错误。

此外，可提供这样的系统和方法：在没有大容量PSE的要求的情况下能够防止这样的错误从而以更低的成本减少热量和噪音的生成。

其他特征和示例性实施例从下面的具体实施方式、附图和权利要求会是清楚的。

附图说明

上面的和其他的示例性实施例以及本公开的特征将参照附图通过详细描述它们的示例性实施例而变得更清楚，其中：

图1是根据本公开的示例性实施例的用于控制功率的供应的系统的框图；

图2是示出根据本公开的示例性实施例的控制功率的供应的方法的一些步骤的流程图；

图3是示出根据图2的示例性实施例的方法的其余步骤的流程图。

具体实施方式

本发明现在将参照示出发明的优选的实施例的附图在下文中被更充分地描述。然而，本发明可以以不同形式被实现，并不应被解释为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例以便本公开将是彻底的和完整的，并且将对本领域技术人员充分传达发明的范围。贯穿说明书，相同的参考标号指示相同的组件。在附图中，为了清楚，层的厚度和区域被夸大。

在描述本发明构思的上下文中(尤其是在权利要求的上下文中)单数形式和相似的指示物的使用被解释为覆盖单数形式和复数形式，除非在此另外指示或与上下文明显矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”被解释为开放式术语(即，意思是“包括，但不限于”)，除非另外说明。

为了便于描述，可在这里使用空间相对术语(诸如，“在…之下”、“在…下方”、“下面的”、“上面的”、“上面的”等)，以描述在附图中示出的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。将理解，空间相对术语意在包含除了在附图中描述的方位之外的使用或操作中的装置的不同方位。例如，如果在附图中的装置被翻转，则被描述为在其它元件或特征“下面”或“之下”的元件其后将位于所述其它元件或特征之上。因此，示例术语“在…下方”可包括在上方和在下方两种方位。装置可被不同地定位(旋转90度或在其它方位)，并且相应地解释在这里使用的有关空间的描述符。

图1是根据本公开的示例性实施例的用于控制功率的供应的系统的框图。

参照图1，用于控制功率的供应的系统1包括：将功率供应到外部的用于供应功率的设备10、接收由设备10供应的功率的用于接收功率的设备12、连接设备10和设备12的功率供应线11。以太网供电(PoE)系统可在系统1中使用。在下面的描述中，假定系统1使用PoE系统，但是本公开不限于此。也就是，系统1可使用除了PoE系统之外的各种功率供应系统。

PoE系统的示例包括：遵守在2003年公开的电气和电子工程师协会(IEEE)802.3af标准的PoE系统，和遵守在2009年公开的IEEE 802.3AT标准的PoE+(PoE Plus)系统。PoE和PoE+(PoE Plus)在输入到供电装备(PSE)和用电装置(PD)的或者从PSE和PD输出的功率和电压的水平方面不同。

如在图1中所示，在PoE系统中，PSE被用作设备10，PD被用作设备12，局域网(LAN)线缆被用作功率供应线11。

PSE 10包括：从PSE 10的外部施加的外部功率103、转换外部功率103的交流(AC)至直流(DC)转换器102、从PD 12接收功率供应请求并根据接收的功率供应请求通过PSE 10分配和控制功率的供应的控制器101。

外部功率103可为通用的AC电源，具体地说，为用于国内使用的200VAC。AC至DC转换器102将外部功率103转换为DC电压，并降低外部功率103的电压。在遵守IEEE 802.3af标准的PoE系统被使用的情况下，AC至DC转换器102将外部功率103转换为44.0V至57.0V的DC电压。在遵守IEEE 802.3AT标准的PoE+(PoE Plus)系统被使用的情况下，AC至DC转换器102将外部功率103转换为50.0V至57.0V的DC电压。

控制器101测量、确定并控制能在系统1中被生成的功率的量、系统1的端口的数量等。更具体地说，控制器101确定外部功率103是否被适当地供应以及AC至DC转换器102是否适当地执行变压器功能，并从PD 12接收额外功率供应请求以及将由PSE 10提供的功率分配给对应的端口。

控制器101确定PD 12的总功耗T是否过度。为了确定总功耗T是否过度，控制器101将裕度功率B与从能供应的最大功率A中减去总功耗T的结果比较。如果从最大功率A中减去总功耗T的结果小于裕度功率B，则控制器101比较最大功率A和总功耗T。如果总功耗T被确定为超过最大功率A，则控制器101在发送额外功率供应请求的端口上执行功率采样。稍后将更详细地描述最大功率A、总功耗T和裕度功率B。

响应于额外功率供应请求基于功率采样的结果被确定为临时的请求，控制器101维持对发送额外功率供应请求的端口的功率的供应。另一方面，响应于额外功率供应请求基于功率采样的结果被确定为连续的请求，控制器101可切断对发送额外功率供应请求的端口的功率的供应。稍后将更详细地描述执行功率采样、确定额外功率供应请求是临时的请求还是连续的请求以及切断对发送额外功率供应请求的端口的功率的供应的方法。

LAN线缆11可根据电线如何被屏蔽被分类为非屏蔽双绞(UTP)线缆、屏蔽双绞(STP)线缆、铝箔屏蔽双绞(FTP)线缆等。STP和FTP线缆具有优秀的噪音屏蔽功能，但是UTP线缆比STP和FTP线缆更便宜，并因此被更广泛地使用。在一个示例性实施例中，UTP线缆可作为LAN线缆11使用，但本公开不限于此。也就是，除了UTP线缆之外的各种LAN线缆可用作LAN线缆11。

在PoE系统中，要求使用三类(Cat.3)(或更高的)UTP线缆，并且在PoE+(PoE Plus)系统中，要求使用五类(Cat.5)(或更高的)UTP线缆。这些要求分别是基于在IEEE 802.3af标准和IEEE 802.3AT标准的成立时可用的UTP线缆的性能水平。Cat.3和Cat.5代表UTP布线标准，并存在用于各种带宽的各种其他的UTP布线标准，诸如，Cat.5E、Cat.6、Cat.6E和Cat.7。

在UTP线缆中，提供不同颜色(诸如，橙色、绿色、蓝色和棕色)的四种双绞线(TP)。总体上，橙色和绿色TP用于数据通信，而蓝色和棕色TP用于电话使用或者为后续标准而保留。为使用UTP线缆，在UTP线缆的任意一端的四种TP(即，八根线)全部被连接到8脚RJ-45连接器。

如在图1中所示，LAN线缆11可包括：第一TP 111、第二TP 112、第三TP 113和第四TP 114，并且第一、第二、第三和第四TP 111、112、113和114中的每一TP连接PSE 10和PD 12，以便将功率从PSE 10供应到PD 12并发送PSE 10与PD 12之间的数据。如上面提到的，在PoE系统中，因为DC共模电压不影响数据，所以功率的供应和数据通信两者能经由单根LAN线缆被执行。第一和第二TP 111和112可用于从PoE供应功率，而第三和第四TP 113和114可不被使用。更具体地说，例如，第一TP 111可被连接到44V电压，第二TP 112可被连接到低电压(例如，0V)，而第三和第四TP 113和114可不执行任何功能。然而，本公开不限于这个示例。也就是，LAN线缆11可以以除了在此阐述的方式之外的各种方式来供应功率并执行数据通信。

PD 12是通过从PSE 10被供应功率来执行PD的功能的装置。在PoE系统中，PD 12通常可为访问点、闭路电视(CCTV)相机、互联网协议(IP)电话、计算装置等，并且不同的PD 12可能要求不同水平的功率以被驱动。在PoE系统中，为了PSE 10向PD供应功率，确定PD 12是否是PoE系统可适用的装置的处理的握手处理被执行。更具体地说，电流以规则的时间间隔经由连接到PD 12的TP被施加到PD 12，并且施加的电流从PD 12被检测以确定在PD 12中是否存在特性阻抗。特性阻抗是约为25KΩ的电阻。为了让PoE系统可适用于PD 12，特性阻抗需要被包括在PD中。

图2是示出根据本公开的示例性实施例的控制功率的供应的方法的一些步骤的流程图。

参照图2，响应于PoE系统被开启以被启动(S201)，PSE的全部的端口的功率供应被切断(S202)。也就是，端口数量N变为0。端口数量N指示当前从PSE被供应功率的端口的数量。

此后，PSE将功率供应到与PD连接的每一端口。端口数量L和初始的最大允许的端口数量C被比较(S203)。响应于端口数量L大于初始的最大允许的端口数量C，功率可被供应到与初始的最大允许的端口数量C对应的数量的端口(N＝C)(S204)。另一方面，响应于端口数量L小于初始的最大允许的端口数量C，功率可被供应到与端口数量L对应的数量的端口(N＝L)(S205)。

端口数量L是指当前连接到PSE的端口的数量。假定每一端口消耗与每一端口所能消耗的功率一样多的功率，则初始的最大允许的端口数量C指示能从PSE被供应功率的端口的最大数量。初始的最大允许的端口数量C可通过最大功率A除以能被每一端口消耗的最大功率而获得。

能被每一端口消耗的最大功率在遵照IEEE 802.3af标准的PoE系统中可为15.95W，在遵照IEEE 802.3AT标准的PoE+(PoE Plus)系统中可为25.5W。因此，如果最大功率A为200W并且使用PoE+(PoE Plus)系统，则为了方便，在任何功率损耗被忽略的情况下，初始的最大允许的端口数量C被算出为7(≒200W÷25.5W)。在S204和S205中，能从PSE被供应功率的端口的最大数量不能超过初始的最大允许的端口数量C，因为在启动的早期阶段，PSE已经供应功率，由每一端口消耗的功率的总量不能被确定，因此假定每一端口消耗与每一端口所能消耗的功率一样多的功率。

响应于端口数量L小于初始的最大允许的端口数量C，功率可被供应到与端口数量L对应的数量的端口(N＝L)(S205)，因为最大功率A足以给所有连接到PSE的端口供电。如果端口数量L由于新的端口的添加而增加(S206)，则PSE还可将功率供应到新端口。在一个示例性实施例中，如果多个端口同时被新连接，则功率可能不是同时而是相继地被供应到多个端口(S207和S208)，但是本公开不限于此。也就是，可选地，功率可同时被供应到多个端口的全部端口或一些端口。如果没有新的端口(S206)，则S207和S208不被执行。

如果端口数量N由于功率被供应到新的端口而增加，则总功耗T增加。总功耗T指示由被连接到PSE的和从PSE被供应功率的所有PD所消耗的功率的总量。即使在没有新的端口的情况下，总功耗T可能由于在现有的端口的功耗的增加(例如，由于连接到PSE的CCTV相机的灯的开启)而增加。如果每一端口需要额外的功率的供应，则对应的PD可将功率供应请求发送到PSE。然后，PSE可优先将额外的功率供应到对应的PD。因为最大功率A被限制，所以如果总功耗T过度增加，则在PSE中的芯片或者是PSE自身可能被损毁或破坏。因此，如果总功耗T增加而不管新的端口的添加，则总功耗T需要被减少。

图3是示出根据图2的示例性实施例的方法的其余步骤的流程图。

参照图3，为了降低总功耗T，裕度功率B被与从最大功率A减去总功耗T的结果比较(S209)。裕度功率B指示在PSE供应额外的功率或者在功率切断后恢复功率的供应的情况下，为了使由PSE供应的功率的量不超过最大功率A而设置的裕度。如果从最大功率A减去总功耗T的结果大于裕度功率B(S209)，则意味着PSE具有供应更多功率的能力，因此，PSE继续供应功率，直到另一端口被额外连接到PSE。另一方面，如果从最大功率A减去总功耗T的结果小于裕度功率B(S209)，则最大功率A和总功耗T需要被比较(S210)。

如果端口数量L大于初始的最大允许的端口数量C，则功率被供应到与初始的最大允许的端口数量C对应的数量的端口(N＝C)(S204)，因为假定每一端口消耗与其所能够消耗的电量一样多的电量，因此最大功率A不足以给多于与初始的最大允许的端口数量C对应的数量的端口供电。在此情况下，存在当前连接到PSE但是不从PSE被供应功率的端口，此端口可为不从PSE被供应任何功率的新的端口，或者是不从PSE被供应任何功率的或从PSE被切断功率供应的任一现有的端口。因此，需要确定PSE是否具有额外供应功率的能力，如果PSE被确定为具有额外供应功率的能力，则功率也需要被供应到此端口。在N＝C的情况下，该方法直接进行最大功率A和总功耗T被比较的S210，而不经历S205至S209。

如果总功耗T超过最大功率A(S210)，则意味着所有PD的功耗超过最大功率A。优选地，在S210中，当总功耗T连续超过能够供应的最大功率A大于预定量时间时，确定总功耗T超过最大功率A。即使PSE供应超过最大功率A的功率，如果由PSE供应的功率的量超过最大功率A的程度不是太过度，则PSE中的芯片或者PSE自身不会立即被损毁或破坏。然而，因为PSE仍然高度可能被损毁或破坏，为了安全性，总功耗T需要被降低。据此，功率采样在发送额外功率供应请求的端口上被执行(S211)。功率采样是以规则的时间间隔(即，周期性地)对额外地从PSE被供应到发送额外功率供应请求的端口的功率进行采样的处理。

如果功率采样的结果显示在预定量时间期间由PSE额外供应的功率的水平减少(S212)，则额外功率供应请求被确定为临时的请求，并且对其他现有端口的功率的供应被维持。另一方面，如果功率采样的结果显示在预定量时间期间由PSE额外供应的功率的水平没有减少(S212)，则额外功率供应请求被确定为连续的请求，在这种情况下，为了防止功率被供应到其他端口以及防止PSE被损毁或破坏，对一些端口的功率的供应被切断。

如果发送额外功率供应请求的端口为新的端口(S213)，则对新的端口的功率的供应被切断(S214)。在这种情况下。如果用户希望使用新的端口，则对其他端口的功率的供应需要被调整，然后，需要对新的端口做出重新连接。

另一方面，如果发送额外功率供应请求的端口为现有的端口(S213)，则对与最后的通道编号对应的端口的功率的供应被切断(S215)。为了防止对比其他PD更重要的PD的功率的供应被切断，则用户可根据通道编号优先考虑并连接端口。响应于对特定端口的功率的供应在S214或S215中被切断，端口数量N可减少1，并且该方法返回至最大功率A和总功耗T被比较的S210。

如果总功耗T小于最大功率A(S210)，则如在S209中所执行的裕度功率B与从最大功率A减去总功耗T的结果的比较被再次执行(S216)。S209为在启动后的初始阶段执行的确定步骤，但是S216为由总功耗T的至少一个可观增加所造成的从S209到S210的跳转后所执行的确定步骤。据此，S209和S216相互独立并且两者是必要的。

如果从最大功率A减去总功耗T的结果大于裕度功率B(S216)，则意味着PSE具有供应更多功率的能力，因此，确定是否存在当前连接到PSE但是不从PSE被供应任何功率的端口(S217)。如果存在当前连接到PSE但是不从PSE被供应任何功率的端口(S217)，则功率被供应到当前连接到PSE但是不从PSE被供应任何功率的端口之中的一个端口，端口数量N增加1(S218)，并且该方法返回至从最大功率A减去总功耗T的结果被与裕度功率B比较的S209。另一方面，如果不存在当前连接到PSE但是不从PSE被供应任何功率的端口，则意味着不需要额外地供应功率，功率的供应被按现状平稳地继续，该方法返回至最大功率A和总功耗T被比较的S210。

如果从最大功率A减去总功耗T的结果小于裕度功率B(S216)，则意味着PSE不具有供应更多功率的能力，但是该风险仍不足以高到切断对端口的功率的供应。因此，该方法返回至最大功率A和总功耗T被比较的S210。

为了方便，S216和S217在图3中作为分离的步骤被示出，但是本公开不限于此。可选地，S216和S217可以以与在此公开的顺序不同的顺序被执行，或者可同时被执行。

总结具体实施方式，本领域技术人员将理解，在不实质上脱离本发明的原理的情况下，能对优选的实施例做出许多变化和修改。因此，公开的发明的优选的实施例仅被用于通用性和描述性的意义，并且不是出于限制的目的。