專利名稱：一種PoE端口電路及PSE設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種PoE (Power over Ethernet,以太網(wǎng) 供電)端口電路及PSE(Power-Sourcing Equipment,電源設(shè)備)。
背景技術(shù)：
PoE (Power over Ethernet,以太網(wǎng)供電)是指通過10BASE-T、 100BASE-TX、 1000BASE-T以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)供電，其可靠供電的距離最長為100米。PoE供電系統(tǒng)包含PSE和 PD(Powered Device,受電設(shè)備)，其中，PSE用來給其他設(shè)備進(jìn)行供電的設(shè)備，PD用來利用 PSE供電進(jìn)行工作的設(shè)備，例如IP電話、無線AP、便攜設(shè)備充電器、刷卡機(jī)、攝像頭、數(shù)據(jù)采
集等終端。 隨著技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)端PD的負(fù)載功耗越來越大，為滿足大功率PD負(fù)載的市場需 求，PoE+(以太網(wǎng)供電新標(biāo)準(zhǔn))技術(shù)孕育而生，供電最大電流幾乎增加了一倍，電流的增大 會(huì)對(duì)系統(tǒng)PSE散熱和防護(hù)等硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更多的需求，增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。 現(xiàn)有技術(shù)中PoE端口保護(hù)電路設(shè)計(jì)方法包括基于DC DISCONNECT (直流斷接檢 測)的電路設(shè)計(jì)方法，及基于AC DISCONNECT (交流斷接檢測)的單穩(wěn)壓管或者單TVS (瞬 態(tài)抑制二極管)電路設(shè)計(jì)方法。其中，基于DCDISC0NNECT的電路設(shè)計(jì)方法已由其他公司 申請(qǐng)專利，不能免費(fèi)使用。基于AC DISCONNECT的電路設(shè)計(jì)方法如圖l所示，-48_RTN(電 源地)與Dl的正極連接，Dl的負(fù)極連接到PD的正極，PD的負(fù)極通過PoE控制器連接到電 源-48V ;PoE控制器為PD供電的方向是從_48_RTN經(jīng)過Dl、PD、PoE控制器的開關(guān)M0S管 到-48V，其中，開關(guān)M0S管在外部指令的控制下開通或關(guān)斷對(duì)PD的供電。 在對(duì)PD供電前，PSE需要檢測是否存在PD。具體為在PoE控制器的P0R乙P0STIVE 端口輸出很小的檢測脈沖電壓(例如5V)，該檢測脈沖電壓疊加在供電電源正極上(即Dl 的負(fù)極和供電電源之間)，如果存在PD，則該檢測脈沖電壓將通過PD傳輸?shù)絇oE控制器，如 果PoE控制器在負(fù)極檢測到該檢測脈沖電壓，則說明存在PD設(shè)備。其中D1(單齊納管)的 一個(gè)作用是阻斷該檢測脈沖電壓回流到_48_RTN，即如果沒有Dl，當(dāng)疊加+5V電壓時(shí)，則該 脈沖流向_48_RTN，而無法到達(dá)PD。 Dl的另一個(gè)作用是反相泄放Surge (浪涌)能量，當(dāng)有 Surge從網(wǎng)線上串入時(shí)，D1可以反相擊穿，把能量泄放入_48_RTN，即把P0RT_P0STIVE上很 高的電壓能量(超過D1的擊穿電壓)箝位到較低的電壓，起到保護(hù)PoE和PD的作用。 現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用于低功率PoE技術(shù)中，因?yàn)榈凸β蔖oE技術(shù)的端口電流最大為 350mA， Dl上的壓降小，散熱也較小，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來非常大的影響。在中功率？^+ 的應(yīng)用中，電流最大提高到600mA， Dl上的壓降約為O. 85V，單端口功率損耗為Pdl = 0. 85V*0. 6A = 0. 5w，對(duì)于一個(gè)48 口的PSE交換機(jī)設(shè)備，整機(jī)系統(tǒng)的功率損耗高達(dá)0. 5w*48 =24w。 因此，在PoE+的大電流應(yīng)用中，雖然單齊納管前向電路可以起到保護(hù)作用，但是 因?yàn)橥ㄟ^的前向電流增加而導(dǎo)致壓降過高，產(chǎn)生很大的系統(tǒng)功率損耗和熱量，給系統(tǒng)的熱 設(shè)計(jì)和綠色設(shè)計(jì)帶來非常大的麻煩。[0008]
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種PoE端口電路及PSE設(shè)備，能夠同時(shí)起到降低端口前向壓 降和保護(hù)系統(tǒng)的作用。 本實(shí)用新型提供了一種PoE端口電路，應(yīng)用于包括PoE控制器、PD和PoE端口電
路的系統(tǒng)中，所述PoE端口電路包括反向浪涌瀉放器和至少一個(gè)前向通流器， 所述反向浪涌瀉放器，正極與直流電源地連接，負(fù)極與所述PD正極連接，用于當(dāng)
有浪涌能量從網(wǎng)線上串入，超過反相擊穿電壓時(shí)，所述反向浪涌瀉放器反向?qū)?，將浪涌?br> 量泄放入直流電源地； 所述前向通流器，與所述反向浪涌瀉放器并聯(lián)，正極與直流電源地連接，負(fù)極與所 述PD正極連接，用于使電流從直流電源地通過PD流到直流電源_48V，將PoE端口電路的前 向壓降箝位到低于所述反向浪涌瀉放器的前向壓降。 其中，還包括開關(guān)M0S管，連接在電源-48V和PD負(fù)極之間，用于在外部指令的控 制下開通或關(guān)斷對(duì)PD的供電。 其中，所述反向浪涌瀉放器為由多個(gè)反向浪涌瀉放器串聯(lián)組成的反向浪涌瀉放器 組。 其中，所述反向浪涌瀉放器為穩(wěn)壓管或者TVS管，所述前向通流器為肖特級(jí)管。 本實(shí)用新型還提供了一種PSE設(shè)備，應(yīng)用于包括PD的系統(tǒng)中，所述PSE設(shè)備包括 PoE控制器、PoE端口電路， 所述PoE端口電路包括并聯(lián)的前向通流器和反向浪涌瀉放器； 所述反向浪涌瀉放器，正極與直流電源地連接，負(fù)極與所述PD正極連接，用于當(dāng)
有浪涌能量從網(wǎng)線上串入，超過反相擊穿電壓時(shí)，所述反向浪涌瀉放器反向?qū)ǎ瑢⒗擞磕?br> 量泄放入直流電源地； 所述前向通流器，與所述反向浪涌瀉放器并聯(lián)，正極與直流電源地連接，負(fù)極與所 述PD正極連接，用于使電流從直流電源地通過PD流到直流電源_48V，將PoE端口電路的前 向壓降箝位到低于所述反向浪涌瀉放器的前向壓降。 其中，所述PoE端口電路還包括開關(guān)M0S管，連接在電源-48V和PD負(fù)極之間，用 于在外部指令的控制下開通或關(guān)斷對(duì)PD的供電。 其中，所述反向浪涌瀉放器為由多個(gè)反向浪涌瀉放器串聯(lián)組成的反向浪涌瀉放器 組。 其中，所述反向浪涌瀉放器為穩(wěn)壓管或者TVS管，所述前向通流器為肖特級(jí)管。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn) 本實(shí)用新型中，通過在前向電路中的反向浪涌瀉放器并聯(lián)上前向通流器，使PoE 前向壓降箝位到低于所述反向浪涌瀉放器的前向壓降，在多端口的PoE+PSE設(shè)備應(yīng)用中， 在成本增加不多的情況下，可以大大優(yōu)化系統(tǒng)散熱和節(jié)省系統(tǒng)功耗，實(shí)現(xiàn)綠色設(shè)計(jì)。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中基于AC DISCONNECT的電路設(shè)計(jì)方法示意圖； 圖2是本實(shí)用新型中一種基于AC DISCONNECT的電路設(shè)計(jì)方法示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的核心思路是通過在前向電路中的反向浪涌瀉放器并聯(lián)上前向通流器，使PoE前向壓降箝位到低于所述反向浪涌瀉放器的前向壓降，在多端口的PoE+PSE設(shè)備應(yīng)用中，在成本增加不多的情況下，可以大大優(yōu)化系統(tǒng)散熱和節(jié)省系統(tǒng)功耗。[0028] 本實(shí)用新型提供了一種PoE端口電路，應(yīng)用于包括PoE控制器、PD和反向浪涌瀉放器的系統(tǒng)中，還包括至少一個(gè)前向通流器。 所述反向浪涌瀉放器，正極與直流電源地連接，負(fù)極與所述PD正極連接，用于當(dāng)有浪涌能量從網(wǎng)線上串入，超過反相擊穿電壓時(shí)，所述反向浪涌瀉放器反向?qū)ǎ瑢⒗擞磕芰啃狗湃胫绷麟娫吹?。其中，反向浪涌瀉放器為穩(wěn)壓管或者TVS(Transient VoltageSu卯ressor，瞬間電壓抑制器件)。 其中，穩(wěn)壓二極管又稱為齊納二極管，是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很
高電阻的半導(dǎo)體器件，在這臨界擊穿點(diǎn)上，反向電阻降低到一個(gè)很少的數(shù)值，在這個(gè)低阻區(qū)
中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的。 TVS的電路符號(hào)和普通的穩(wěn)壓管相同，其正向特性與普通二極管相同，反向特性為
典型的PN結(jié)雪崩器件。在浪涌電壓的作用下，TVS兩極間的電壓由V麗(額定反向關(guān)斷電
壓)上升到VBR(擊穿電壓)，而被擊穿。隨著擊穿電流的出現(xiàn)，流過TVS的電流將達(dá)到峰值
脈沖電流IPP，同時(shí)在其兩端的電壓被箝位到預(yù)定的最大箝位電壓以下。其后，隨著脈沖電
流按指數(shù)衰減，TVS兩極間的電壓也不斷下降，最后恢復(fù)到初態(tài)，這就是TVS抑制可能出現(xiàn)
的浪涌脈沖功率，保護(hù)電子元器件的過程。當(dāng)TVS兩極受到反向高能量沖擊時(shí)，能以10
12s級(jí)的速度，將其兩極間的阻抗由高變低，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電位
箝位于預(yù)定值，有效地保護(hù)電子設(shè)備中的元器件免受浪涌脈沖的損害。 所述前向通流器，與所述反向浪涌瀉放器并聯(lián)，正極與直流電源地連接，負(fù)極與所
述PD正極連接，用于使電流從直流電源地通過PD流到直流電源_48V，將PoE端口電路的前
向壓降箝位到低于所述反向浪涌瀉放器的前向壓降。 其中，所述前向通流器為肖特級(jí)管。肖特基(Schottky) 二極管又稱肖特基勢壘二極管，屬一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件，為反向恢復(fù)時(shí)間極短(可以小到幾納秒)，正向?qū)▔航祪HO. 4V左右。 該P(yáng)oE端口電路還包括開關(guān)M0S管，連接在電源-48V和PD負(fù)極之間，用于在外部指令的控制下開通或關(guān)斷對(duì)PD的供電。 根據(jù)上述原理，結(jié)合具體應(yīng)用場景進(jìn)行詳細(xì)描述，基于AC DISCONNECT的電路設(shè)計(jì)方法示意圖如圖2所示，在PoE的前向電路并聯(lián)肖特級(jí)管D2和穩(wěn)壓二極管Dl ，本實(shí)施例中以并聯(lián)一個(gè)肖特級(jí)管和一個(gè)穩(wěn)壓二極管為例進(jìn)行說明，實(shí)際應(yīng)用中也可以使用一個(gè)肖特級(jí)管并聯(lián)多個(gè)穩(wěn)壓二極管，或使用多個(gè)肖特級(jí)管并聯(lián)一個(gè)穩(wěn)壓二極管，或多個(gè)肖特級(jí)管并聯(lián)多個(gè)穩(wěn)壓二極管；另外，多個(gè)穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更高的穩(wěn)定電壓。 其中，D2起到前向通流作用，因?yàn)樾ぬ丶?jí)管的前向壓降Vf低于穩(wěn)壓二極管，所以電流優(yōu)先從D2通過，PoE控制器為PD供電的方向是從_48_RTN經(jīng)過D2、PD、PoE控制器的開關(guān)M0S管到_48V，其中，開關(guān)M0S管在外部指令的控制下開通或關(guān)斷對(duì)PD的供電。實(shí)現(xiàn)將PoE前向壓降Vf箝位到一個(gè)較低的電壓值，從而達(dá)到降低損耗的效果；[0037] Dl的作用是反相Surge泄放由于肖特級(jí)管的反相導(dǎo)通特性比穩(wěn)壓管D2要差，所以浪涌泄放主要從D1走掉。 綜合來看，Dl和D2分別在前向通流和浪涌泄放中起到關(guān)鍵作用。采用Dl和D2并聯(lián)的方案，在不影響系統(tǒng)Surge泄放功能的前提下，端口前向壓降Vf = 0. 35V，單端口功率損耗為Pdl〃d2 = 0. 35V*0. 6A = 0. 2w?，F(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于一個(gè)48 口的PSE交換機(jī)設(shè)備，整機(jī)系統(tǒng)的功率損耗高達(dá)O. 5w*48 = 24w ;本實(shí)用新型中，整機(jī)功率為0. 2w*48 = 9. 6W。因此，相比現(xiàn)有技術(shù)電路，功率節(jié)省了約15W。在成本增加不多的情況下，可以大大優(yōu)化系統(tǒng)散熱和節(jié)省系統(tǒng)功耗，實(shí)現(xiàn)綠色設(shè)計(jì)。 本實(shí)用新型還提供了一種PSE設(shè)備，應(yīng)用于包括PD的系統(tǒng)中，所述PSE設(shè)備包括PoE控制器、PoE端口電路， 所述PoE端口電路包括并聯(lián)的前向通流器和反向浪涌瀉放器； 所述反向浪涌瀉放器，正極與直流電源地連接，負(fù)極與所述PD正極連接，用于當(dāng)
有浪涌能量從網(wǎng)線上串入，超過反相擊穿電壓時(shí)，所述反向浪涌瀉放器反向?qū)?，將浪涌?br> 量泄放入直流電源地； 所述前向通流器，與所述反向浪涌瀉放器并聯(lián)，正極與直流電源地連接，負(fù)極與所述PD正極連接，用于使電流從直流電源地通過PD流到直流電源_48V，將PoE端口電路的前向壓降箝位到低于所述反向浪涌瀉放器的前向壓降。 所述PoE端口電路還包括開關(guān)M0S管，連接在電源-48V和PD負(fù)極之間，用于在外部指令的控制下開通或關(guān)斷對(duì)PD的供電。 以上公開的僅為本實(shí)用新型的幾個(gè)具體實(shí)施例，但是，本實(shí)用新型并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種PoE端口電路，應(yīng)用于包括PoE控制器、PD和PoE端口電路的系統(tǒng)中，其特征在于，所述PoE端口電路包括反向浪涌瀉放器和至少一個(gè)前向通流器，所述反向浪涌瀉放器，正極與直流電源地連接，負(fù)極與所述PD正極連接，用于當(dāng)有浪涌能量從網(wǎng)線上串入，超過反相擊穿電壓時(shí)，所述反向浪涌瀉放器反向?qū)?，將浪涌能量泄放入直流電源地；所述前向通流器，與所述反向浪涌瀉放器并聯(lián)，正極與直流電源地連接，負(fù)極與所述PD正極連接，用于使電流從直流電源地通過PD流到直流電源-48V，將PoE端口電路的前向壓降箝位到低于所述反向浪涌瀉放器的前向壓降。
2. 如權(quán)利要求1所述的PoE端口電路，其特征在于，還包括開關(guān)M0S管，連接在電 源-48V和PD負(fù)極之間，用于在外部指令的控制下開通或關(guān)斷對(duì)PD的供電。
3. 如權(quán)利要求1所述的PoE端口電路，其特征在于，所述反向浪涌瀉放器為由多個(gè)反向 浪涌瀉放器串聯(lián)組成的反向浪涌瀉放器組。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的PoE端口電路，其特征在于，所述反向浪涌瀉放器 為穩(wěn)壓管或者TVS管，所述前向通流器為肖特級(jí)管。
5. —種PSE設(shè)備，應(yīng)用于包括PD的系統(tǒng)中，所述PSE設(shè)備包括PoE控制器、PoE端口電 路，其特征在于，所述PoE端口電路包括并聯(lián)的前向通流器和反向浪涌瀉放器；所述反向浪涌瀉放器，正極與直流電源地連接，負(fù)極與所述PD正極連接，用于當(dāng)有浪 涌能量從網(wǎng)線上串入，超過反相擊穿電壓時(shí)，所述反向浪涌瀉放器反向?qū)?，將浪涌能量?放入直流電源地；所述前向通流器，與所述反向浪涌瀉放器并聯(lián)，正極與直流電源地連接，負(fù)極與所述PD 正極連接，用于使電流從直流電源地通過PD流到直流電源_48V，將PoE端口電路的前向壓 降箝位到低于所述反向浪涌瀉放器的前向壓降。
6. 如權(quán)利要求5所述的PSE設(shè)備，其特征在于，所述PoE端口電路還包括開關(guān)M0S管， 連接在電源-48V和PD負(fù)極之間，用于在外部指令的控制下開通或關(guān)斷對(duì)PD的供電。
7. 如權(quán)利要求5所述的PSE設(shè)備，其特征在于，所述反向浪涌瀉放器為由多個(gè)反向浪涌 瀉放器串聯(lián)組成的反向浪涌瀉放器組。
8. 如權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的PSE設(shè)備，其特征在于，所述反向浪涌瀉放器為穩(wěn) 壓管或者TVS管，所述前向通流器為肖特級(jí)管。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種PoE端口電路，應(yīng)用于包括PoE控制器、PD和反向浪涌瀉放器的系統(tǒng)中，還包括至少一個(gè)前向通流器，所述反向浪涌瀉放器，正極與直流電源地連接，負(fù)極與所述PD正極連接，用于當(dāng)有浪涌能量從網(wǎng)線上串入，超過反相擊穿電壓時(shí)，所述反向浪涌瀉放器反向?qū)?，將浪涌能量泄放入直流電源地；所述前向通流器，與所述反向浪涌瀉放器并聯(lián)，正極與直流電源地連接，負(fù)極與所述PD正極連接，用于使電流從直流電源地通過PD流到直流電源-48V，將PoE端口電路的前向壓降箝位到低于所述反向浪涌瀉放器的前向壓降。在成本增加不多的情況下，可以大大優(yōu)化系統(tǒng)散熱和節(jié)省系統(tǒng)功耗，實(shí)現(xiàn)綠色設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)H04L12/10GK201504240SQ20092016392
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者沈明, 郝琳琳 申請(qǐng)人:杭州華三通信技術(shù)有限公司