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1、(10)申请公布号 CN 102611307 A (43)申请公布日 2012.07.25 C N 1 0 2 6 1 1 3 0 7 A *CN102611307A* (21)申请号 201110448989.9 (22)申请日 2011.12.29 H02M 3/24(2006.01) H04L 12/10(2006.01) (71)申请人深圳市共进电子股份有限公司 地址 518067 广东省深圳市南山区南海大道 1019号南山医疗器械产业园B411-413 (72)发明人董光荣 孙鹏 郭志跃 (74)专利代理机构深圳汇智容达专利商标事务 所(普通合伙) 44238 代理人王志强 (54)。
2、 发明名称 一种应用于以太网供电系统中受电设备的受 电电路 (57) 摘要 本发明提供了一种应用于以太网供电系统中 受电设备的受电电路，该电路包括依次相互连接 的签名单元、功率分级单元、多余功率去除单元， 以及相互连接的延迟浪涌电流及功率输入单元和 DC/DC功率输出单元；同时，所述延迟浪涌电流及 功率输入单元与签名单元和功率分级单元分别相 互连接；签名单元的输入端与供电设备连接，DC/ DC功率输出单元的输出端与受电设备的后级电 路的输入端连接。本发明采用将检测电路用分立 器件做出来并由用户配合常用PWM芯片使用的这 种模式，由于分立器件和PWM芯片都比较便宜，其 次采购都比较方便，所以大大。
3、节省了成本，更方便 选型。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页 1/1页 2 1.一种应用于以太网供电系统中受电设备的受电电路，其特征在于，该受电电路包括 依次相互连接的签名单元、功率分级单元、多余功率去除单元，以及相互连接的延迟浪涌电 流及功率输入单元和DC/DC功率输出单元；同时，所述延迟浪涌电流及功率输入单元与签 名单元和功率分级单元分别相互连接； 所述签名单元的输入端与供电设备连接，DC/DC功率输出单元的输出端与受电设备的 后级电路的输入端连接。 2。
4、.如权利要求1所述的受电电路，其特征在于，所述签名单元包括特征电阻R1和滤波 电容C1，所述特征电阻R1和滤波电容C1并联于+50V与GND之间。 3.如权利要求1所述的受电电路，其特征在于，所述功率分级单元包括分级电压取样 电阻R2、分级电压取样电阻R3、分级电压取样电阻R4、分级电阻R5、驱动电阻R6、功率MOS 管Q2； 所述分级电压取样电阻R2、R3、R4依次串联于+50V与GND之间；驱动电阻R6的一端 连接于分级电压取样电阻R3和R4的连接点、另一端连接于功率MOS管Q2的G极；分级电 阻R5的一端与功率MOS管Q2的D极连接，另一端和功率MOS管Q2的S端分别连接+50V 和GN。
5、D。 4.如权利要求1所述的受电电路，其特征在于，所述多余功率去除单元包括：稳压二极 管ZD1、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C2、NPN型三极管Q1； 稳压二极管ZD1的A极与电阻R8、电阻R9依次串联，稳压二极管ZD1的K极连接于 +50V，电阻R9的尾端连接于GND；电阻R7的一端连接于电阻R8和电阻R9的连接点、另一 端连接NPN型三极管Q1的B极；电容C2的一端连接于电阻R7和NPN型三极管Q1的B极 的连接点、另一端连接于GND；NPN型三极管Q1的C极与功率MOS管Q2的G极连接、E极与 GND连接。 5.如权利要求1至4任一所述的受电电路，其特征在于，所述延迟浪涌电流及功率。
6、输入 单元包括：稳压管ZD2、稳压管ZD3、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻 R15、电容C3、PNP型三极管Q3、集成电路U1、功率MOS管Q4； 所述稳压管ZD2的K极连接+50V，电容C3和电阻R11并联后一端连接GND、另一端与 电阻R10的尾端连接，电阻R10的另一端与稳压管ZD2的A极连接； 所述稳压管ZD3的K极连接+50V、A极连接电阻R12和电阻R13的首端；电阻R12的尾 端与集成电路U1的K极和PNP型三极管Q3的B极连接，电阻R13的尾端与PNP型三极管 Q3的E极连接；集成电路U1的C极连接于电阻R11和电阻R10之间的连接处；集成电路。
7、U1 的A极连接GND； 电阻R14和电阻R15串联后，电阻R14的首端与三极管Q3的C极连接，电阻R15的尾 端连接GND；功率MOS管Q4的G极连接于电阻R14和电阻R15的连接处、S极连接GND、D极 连接DCin-。 权 利 要 求 书CN 102611307 A 1/5页 3 一种应用于以太网供电系统中受电设备的受电电路 技术领域 0001 本发明涉及以太网供电系统技术领域，尤其涉及一种应用于以太网供电系统中 受电设备的受电电路。 背景技术 0002 随着电子信息技术以及IEEE802.3af 2003和IEEE802.3at 2009标准（Institute of Electric。
8、al and Electronics Engineers美国电气和电子工程师协会简称IEEE ）的发 布，以太网供电(Power Over Ethernet 简称POE)由于其本身的安全性和方便性得到广大 消费着的接受，将得到推广和普及。 0003 POE通过传输以太网数据的CAT-5电缆进行供电，可以简化用电设备的安装和部 署。这些用电设备包括如IP 电话机、网络摄影机、无线桥接器、收银机、安全存取与监测系 统等。实际上，任何需要数据连接并能在40W（IEEE802.3at功率要求）或更低功率下工作 的设备都可无需AC电源或电池供电，而可直接从RJ-45 插座就能够得到相应的电力。一 个完整。
9、的POE系统包括供电端设备(PSE，Power Sourcing Equipment)和受电端设备(PD， Powered Device)两部分。对于PSE和PD，它们分别需要对应的电源管理芯片来实现满足 IEEE802.3af和IEEE802.3at标准。通常POE系统供电过程如图1所示，具体包括：PSE设 备开机-检测PD设备-对PD设备分类-PSE设备为PD设备供电。 0004 在POE系统的以太网供电过程中，PSE管理芯片的作用是完成对有POE功能的PD 设备的侦测以及供电。PD管理芯片是提供用以被PSE设备侦测的电路以及完成PD设备后 级电路所需要的电压以及功率变换。该PD管理芯片电。
10、路的主要功能是完成PSE对PD的侦 测，它配合其他PWM控制器可以完成对有POE功能的PD设备的供电。目前，各大半导体开发 商都推出了PSE管理芯片和PD管理芯片。对于PD管理芯片，要么是集成的，要么是用MCU+ 分离器件控制的，对于集成类的芯片由于需要将检测电路、PWM控制电路以及程序写入集成 片中并封装在一起，对于采用MCU+分离器件控制的芯片由于大部分MCU控制的电路有专利 保护，因而它们的价格都比较高。因而，有必要提出一种低成本的PD管理芯片实现方式，即 PD设备受电电路。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种应用于以太网供电系统的受电设备电路，降低成本， 同时可灵活使用不同的。
11、PWM控制电路，增强其适应性。 0006 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 一种应用于以太网供电系统中受电设备的受电电路，包括依次相互连接的签名单元、 功率分级单元、多余功率去除单元，以及相互连接的延迟浪涌电流及功率输入单元和DC/DC 功率输出单元；同时，所述延迟浪涌电流及功率输入单元与签名单元和功率分级单元分别 相互连接； 所述签名单元的输入端与供电设备连接，DC/DC功率输出单元的输出端与受电设备的 说 明 书CN 102611307 A 2/5页 4 后级电路的输入端连接。 0007 优选地，所述签名单元包括特征电阻R1和滤波电容C1，所述特征电阻R1和滤波电 容C1并联于+50。
12、V与GND之间。 0008 优选地，所述功率分级单元包括分级电压取样电阻R2、分级电压取样电阻R3、分 级电压取样电阻R4、分级电阻R5、驱动电阻R6、功率MOS管Q2； 所述分级电压取样电阻R2、R3、R4依次串联于+50V与GND之间；驱动电阻R6的一端 连接于分级电压取样电阻R3和R4的连接点、另一端连接于功率MOS管Q2的G极；分级电 阻R5的一端与功率MOS管Q2的D极连接，另一端和功率MOS管Q2的S端分别连接+50V 和GND。 0009 优选地，所述多余功率去除单元包括：稳压二极管ZD1、电阻R7、电阻R8、电阻R9、 电容C2、NPN型三极管Q1； 稳压二极管ZD1的A极与电。
13、阻R8、电阻R9依次串联，稳压二极管ZD1的K极连接于 +50V，电阻R9的尾端连接于GND；电阻R7的一端连接于电阻R8和电阻R9的连接点、另一 端连接NPN型三极管Q1的B极；电容C2的一端连接于电阻R7和NPN型三极管Q1的B极 的连接点、另一端连接于GND；NPN型三极管Q1的C极与功率MOS管Q2的G极连接、E极与 GND连接。 0010 优选地，所述延迟浪涌电流及功率输入单元包括：稳压管ZD2、稳压管ZD3、电阻 R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C3、PNP型三极管Q3、集成电路 U1、功率MOS管Q4； 所述稳压管ZD2的K极连接+50V，。
14、电容C3和电阻R11并联后一端连接GND、另一端与 电阻R10的尾端连接，电阻R10的另一端与稳压管ZD2的A极连接； 所述稳压管ZD3的K极连接+50V、A极连接电阻R12和电阻R13的首端；电阻R12的尾 端与集成电路U1的K极和PNP型三极管Q3的B极连接，电阻R13的尾端与PNP型三极管 Q3的E极连接；集成电路U1的C极连接于电阻R11和电阻R10之间的连接处；集成电路U1 的A极连接GND； 电阻R14和电阻R15串联后，电阻R14的首端与三极管Q3的C极连接，电阻R15的尾 端连接GND；功率MOS管Q4的G极连接于电阻R14和电阻R15的连接处、S极连接GND、D极 连接DCi。
15、n-。 0011 与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果。 0012 本发明实施例提供的PD受电电路主要完成的功能是PSE设备对PD设备的检测， 当PSE设备对PD设备完成检测后就会将功率传输给PD设备。现有设计中，各大PD芯片供应 商将检测电路和PWM控制电路集成一体后，芯片的价格大幅度提高，而市面上有很多PWM控 制芯片都能够完成PD控制芯片集成的PWM功能（如FAN760X系列，UCC28X42系列，KA28X42 系列），所以本发明将检测电路用分立器件做出来并由用户配合常用的PWM芯片这种模式， 首先分立器件和PWM芯片都比较便宜，其次采购都比较方便，所以本发明能够节省成本，更 。
16、方便选型。 附图说明 0013 图1是POE系统供电方法原理图。 说 明 书CN 102611307 A 3/5页 5 0014 图2是本发明的PD设备受电电路原理图。 0015 图3是本发明实施例提供的PD设备受电电路图。 0016 图4是PSE设备对PD设备的分类示意图。 具体实施方式 0017 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。 0018 如图2所示，本发明PD设备受电电路主要包括以下组成部分。 0019 签名单元A，用以实现当前PD设备被PSE设备。
17、所侦测，PSE设备可通过该单元检测 连接端的是否是支持IEEE 802.3af标准的受电端设备。 0020 功率分级单元B，用以实现对PD设备分级，PSE设备可通过检测该单元的电流来确 定当前PD设备所需的功率级别。 0021 多余功率去除单元C，用以在对PD设备分级成功后去除多余的功率，避免不必要 的浪费。 0022 延迟浪涌电流及功率输入单元D，用于在电压输出正常后延迟PSE设备输出浪涌 电流，同时完成功率传输。 0023 DC/DC功率输出单元E，用于进行DC/DC变换，输出满足PD设备后级电路需求的电 压和功率。 0024 其中，上述签名单元A、功率分级单元B、多余功率去除单元C依次相。
18、互连接，延迟 浪涌电流及功率输入单元D和DC/DC功率输出单元E连接，同时延迟浪涌电流及功率输入 单元D与签名单元A、功率分级单元B分别相互连接。 0025 本实施例中，PD设备受电电路的具体电路如图3所示。该图中，首先签名单元A的 签名电阻R1，由于IEEE 802.3af/at对它有要求，所以功率分级单元2的电阻R2、R3及R4 对它会有影响，几个电阻的等效电阻要在IEEE 802.3af/at对R1的要求范围内，推荐等效 电阻值为（19K欧27K欧），所以功率分级单元B影响签名单元A，其次多余功率去除单元 C的目的是去除功率分级单元B中电阻R5的由于输出电压输出后在其上产生的多余功率， 。
19、同时功率分级单元B保证PSE的功率电压能够传输给PD设备，签名单元A保证功率分级单 元B能够被检测到，所以签名单元A、功率分级单元B、多余功率去除单元C之间是相互连接 的，在完成签名单元A、功率分级单元B、多余功率去除单元C后，如果没有延迟浪涌电流及 功率输入单元D，该电路在最开始签名单元A的功能时候就不能够完成，因为它会认为签名 单元A的签名电阻R1是一个错误的电阻，不是PD的特征电阻，签名电阻R1的特征阻抗是 （19K欧 27K欧），所以单元A、B、C、D之间相互影响和作用的。DC/DC功率输出单元E的功 能是PWM控制的功率变换。 0026 本发明的发明要点即单元A、B、C、D的电路以及。
20、连接关系和参数选取，DC/DC功率 输出单元E可选取市面上的现成芯片，具体实现及连接关系详细描述如下。 0027 签名单元A：包括签名电阻R1和滤波电容C1。RJ45网口CN1的3、6脚提供PSE 输入的电源正（+50V），1，2脚提供PSE输入的电源负（GND），签名电阻R1和滤波电容C1并 联接于+50V 和GND 间，完成签名功能，但该电阻值的选取受限制于功率分级单元B中的电 说 明 书CN 102611307 A 4/5页 6 阻R2、R3和R4，它们之间的等效阻抗与特征阻抗要相同。在应用时，PSE设备输出4V10V 电压检测签名单元A中的特征电阻R1（分级电压采样电阻R2、R3、R4。
21、也会参与），它们的总 阻抗应该为19K欧 27K欧；检测到后，由于该总阻抗符合IEEE 802.3af标准，因而认为该 PD设备是一个正确的PD设备。 0028 功率分级单元B：包括分级电压取样电阻R2、分级电压取样电阻R3、分级电压取样 电阻R4、分级电阻R5、驱动电阻R6、功率MOS管Q2。其中，分级电压取样电阻R2、R3、R4首 尾相连接于+50V和GND 间，驱动电阻R6一端接于R3和R4的连接点、另一端与功率MOS 管Q2的G极连接，用于驱动功率MOS管Q2，分级电阻R5的功能是完成PSE分级电压（18V） 对PD的功率分级，分级电流见图4，通过该分级电流可以计算出分级电阻的值，该电。
22、流值为 IEEE 802.3af/at标准的要求。分级电阻R5的2端和功率MOS管Q2的D极连接，1端和功 率MOS管Q2的S端分别连接+50V和GND ，该单元完成了对PD的分级。注意分级电阻R5 的功率对于3级以上设备推荐为2W，以下为1W。 0029 多余功率去除单元C：为去除分级成功后当输入电压上升后电阻R5不必要的损 耗，它由18V稳压二极管ZD1，电阻R7 R8 R9，电容C2，NPN型三极管Q1组成。稳压二极管 ZD1的A极与电阻R8 及R9依次首尾相连、K极连接+50V，电阻R9的尾端（2脚）连接GND， 同时电阻R7连接于R8与R9的连接处和NPN型三极管Q1的B极，当输出电。
23、压达到设计值 （20V-36V）驱动NPN型三极管Q1使得MOS管Q2由于G极为低电平截止，R5便不消耗功率。 电容C2的一端连接于电阻R7和NPN型三极管Q1的B极连接处、另一端连接于GND，滤出电 源电压上升过程中的干扰，防止MOS管Q2误动作。NPN型三极管Q1的C极接MOS管Q2的 G极、E极接GND。 0030 延迟浪涌电流及功率输入单元D：包括稳压管ZD2、稳压管ZD3、电阻R10、电阻 R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C3、三极管Q3、集成电路U1、功率MOS管 Q4。其中，稳压二极管ZD3，电阻R10和R11为输入电压采样信号，当PSE的输入电压达到。
24、 （38V 42V）后，该电路的采样电压将超过集成电路U1 AZ431的基准电压2.5V。电容C3的 作用在于延迟采样电压的上升时间，达到延迟开启功率MOS管Q4的目的，这样可以避开PSE 上电后的浪涌电流使得PSE由于浪涌电流而关闭输出。采样电路连接如下，稳压管ZD2的K 极连接+50V，电容C3和电阻R11并连后一端接GND、另一端和电阻R10的尾端（2脚）相连 接。电阻R10的另一端和稳压管ZD2的A极连接。稳压管ZD2的作用是避开PSE的签名电 压和分级电压，使得单元A，B能够通过。集成电路U1 AZ431的作用是实现对PNP型三极管 Q3的控制，不使得其工作于临界状态（要么工作截止区。
25、，要么工作于饱和区）。控制PNP型 三极管Q3的电路如下：24V稳压管ZD3的K极连接+50V、A极连接电阻R12，R13的首端（1 脚）。电阻R12的尾端（2脚）接集成电路U1的K极和PNP型三极管Q3的B极，电阻R13的 尾端（2脚）接PNP型三极管Q3的E极。集成电路U1的C极连接采样电压的输入，即电阻 R10与 R11的连接处（R10的尾端（2脚），R11的首端（1脚）。集成电路U1的A极接GND。 电阻R14 与电阻R15串联后，电阻R14的首端（1脚）接PNP型三极管Q3的C极，电阻R15 的尾端接GND。电阻R14与电阻R15的连接处接功率MOS管Q4的G极。当输入电压达到采 样。
26、电压电后集成电路U1动作，使得PNP型三极管Q3也导通，功率MOS管Q4由于PNP型三 极管Q3的导通而被驱动，从而也导通，当它导通后PSE的输出功率电压得以向PD的PWM控 制的DC/DC变换传递。功率MOS管Q4的S极接GND、D极接DCin-。 说 明 书CN 102611307 A 5/5页 7 0031 DC/DC功率输出单元E：为市面常用DC/DC变换的PWM控制芯片，用以在功率MOS 管Q4开通了以后实现后级电路需求的电压和功率，不再加以说明。 0032 该电路还有另外一种简单的0级PD的检测方式，它将不用功率分级单元B和多 余功率去除单元C，只应用延迟浪涌电流及功率输入单元D的。
27、一部分电路，这一部分电路如 24V稳压管ZD3、电阻R16/ R14/ R15和功率MOS管Q4，电阻R16跨接于稳压管ZD3的A极 和电阻R14的首端（1脚）。因为签名电阻可以用来完成签名，也可以用来完成0级PD设备 识别（满足0级分级电流要求）。 0033 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书CN 102611307 A 1/4页 8 图1 说 明 书 附 图CN 102611307 A 2/4页 9 图2 说 明 书 附 图CN 102611307 A 3/4页 10 图3 说 明 书 附 图CN 102611307 A 10 4/4页 11 图4 说 明 书 附 图CN 102611307 A 11 。