本公开总体涉及通过以太网输送电力。
背景技术：
为了解决交流(ac)电力在某些位置中的供应，开发了通过以太网提供直流(dc)电力的方法。然而，以太网供电(poe)系统有时具有以下缺点：电力输送低效率；需要另外的接口电路来在长的电缆长度上延伸dc电源；并且可能作为低电源能使用效率的副产物而不当地生成温室气体。
技术实现要素：
本公开的各方面在权利要求中进行阐述并且示例性实现方式在下文更加详细的描述。
大体上，在一些实现方式中，描述了可帮助减少电力消耗并且可相对于现有poe系统在电力效率上提供明显改进。例如，在一方面，本公开描述以太网供电仪器，所述以太网供电仪器包括多个导电端子、控制器和电力栅极。多个导电端子在第一模式下电连接到受电装置并且在第二模式下与受电装置断开电连接。多个导电端子至少包括被配置来向受电装置提供第一电压的第一端子和第二端子。控制器在第一模式下响应于通过第二端子从受电装置接收第一电力信号而被激活。控制器在第一模式下通过第二端子向受电装置提供回复电压并且在第二模式下减活。电力栅极电连接到第二端子和控制器。电力栅极在第一模式下响应于通过第二端子从受电装置接收第一电力信号来激活控制器。电力栅极在第二模式下减活。
在另一方面，本公开描述以太网供电系统，所述以太网供电系统包括电源、以太网电缆系统和以太网注入器。电源提供多个电压输出。以太网电缆系统包括多个导电端子，所述多个导电端子在第一模式下电连接到受电装置并且在第二模式下与受电装置断开电连接。多个导电端子至少包括被配置来从电源向受电装置提供第一电压的第一端子和第二端子。以太网注入器包括控制器和电力栅极。控制器在第一模式下响应于通过第二端子从受电装置接收第一电力信号而被激活，并且在第一模式下通过第二端子向受电装置提供回复电压。控制器在第二模式下减活。电力栅极电连接到第二端子和控制器。电力栅极响应于通过第二端子从受电装置接收第一电力信号来激活控制器。电力栅极在第二模式下减活。
一些实施方式可包括以下特征中的一个或多个。
例如，在一些实现方式中，以太网供电仪器或系统中的电源向电力栅极提供第二电压和第三电压并且在第一模式下通过第一端子和第二端子向受电装置提供第一电压。
在一些实现方式中，以太网供电仪器或系统包括旁路开关、驱动器开关和第三开关。旁路开关在第一端子与第二端子之间电连接。旁路开关在第一模式下在闭合状态下和在第二模式下在开路状态下操作。旁路开关在闭合状态下从电源向第一端子和第二端子供给电流。驱动器开关在控制器与旁路开关之间电连接。驱动器开关在第一模式下响应于由控制器激活而在闭合状态下操作并且在第二模式下在开路状态下操作。第三开关耦合到多个导电端子和控制器。第三开关在第二模式下在开路状态下操作并且在第一模式下在闭合状态下操作，以将受电装置连接到电流监测电路。
在一些实现方式中，控制器包括数字电力管理控制器并且多个端子在从电源到受电装置延伸的以太网电缆中包括至少八个端子。
在一些实现方式中，电源被配置来接收交流输入并且提供包括第一电压、第二电压和第三电压的至少三个直流输出。第二电压小于第一电压，并且第三电压小于第二电压并且小于第一电压。
在一些实现方式中，第一电压是具有处于40v至60v范围中的值的电压，第二电压是具有处于6v至25v范围中的值的电压，并且第三电压是具有处于3v-10v范围中的值的电压。
在一些实现方式中，在第一模式中，通过多个端子和受电装置的导电路径是闭环路径。在第二模式中，通过多个端子和受电装置的导电路径是开环路径。
在一些实现方式中，在第一模式下由以太网供电仪器或电力注入器消耗的电力与在第二模式下由以太网供电仪器或电力注入器消耗的电力的比至少是10。
在一些实现方式中，旁路开关包括p沟道场效应晶体管或双极结型晶体管。驱动器开关包括p沟道场效应晶体管或双极结型晶体管。第三开关包括n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。受电装置包括以太网供电分离器。
在一些实现方式中，公开一种方法。所述方法包括将以太网电缆的第一端子和第二端子直接连接到受电装置，通过第一端子向受电装置提供第一电压，通过第二端子从受电装置接收电力信号，响应于通过第二端子从受电装置接收电力信号来激活电力栅极和控制器，通过第二端子向受电装置提供回复电压，将以太网电缆从受电装置断开连接，以及响应于将以太网电缆从受电装置断开连接而使电力栅极和控制器减活。
在一些实现方式中，其中当受电装置连接到以太网电缆时消耗的电力与当受电装置并未连接到所述以太网电缆时消耗的电力的比至少是10。
上述实现方式的其他实施方案包括对应的系统、仪器、计算机、非暂态计算机可读存储介质和/或计算机程序。
在附图和以下描述中阐明一个或多个实现方案的细节。其他特征和优点将从描述和附图以及权利要求书中将变得显而易见。
附图说明
图1描绘以太网供电系统的示例性实现方式。
图2描绘以太网供电系统中电源的示例性实现方式。
图3描绘以太网供电系统中注入器的示例性实现方式。
图4描绘以太网供电系统中受电装置的感应的示例性实现方式。
图5描绘以太网供电系统的状态图的示例性实现方式。
具体实施方式
通常，以太网供电(poe)系统可用来通过以太网电缆在长距离(例如，100m)上提供电力和数据。已经开发电气电子工程师协会(ieee)802.3poe标准来使电力网络中的poe系统标准化。然而，如上文所述，poe系统有时具有电力输送低效率和不当地生成温室气体的缺点。下文公开的实现方式解决这些缺点并且描述具有向受电装置提供改进的电力效率和输送的以太网注入器的poe系统。
图1描绘以太网供电(poe)系统100的实例。poe系统100包括电源设备(pse)110、以太网电缆120和受电装置(pd)130。
poe系统100可在电力网络中实现以向远程受电装置100提供电力。受电装置(pd)130的实例包括但不限于互联网协议语音技术(voip)电话、分离器、ip摄像机、无线接入点和网络路由器。通常，受电装置(pd)130可以是驻留在电力网络上的能够使用以太网电缆系统120接收数据和电力的任何合适的电子装置。受电装置(pd)130可表示以太网电缆系统120上的负载。在一些实现方式中，受电装置(pd)130可耦合到其他电子装置(诸如摄像机)和网络接入点，以将数据或电力传输给其他装置或接收数据或电力。受电装置130可分布在电力网络上的各个点处。
电力网络可包括实现一个或多个网络架构(诸如全球微波接入互操作(wimax)和无线保真(wifi))的一个或多个基于以太网的网络，所述一个或多个基于以太网的网络包括有线或无线网络，例如，局域网(lan)、广域网(wan)。
电源设备(pse)110包括电源114和以太网注入器118。pse110可在电力网络的各个合适位置处实现。在一些情况下，pse110可在例如处于交换机/集线器(例如，数据终端设备或中继器)与电力网络的端部站点之间的中跨位置处实现。在一些情况下，pse110可在例如电力网络的交换机/集线器中的端跨位置处实现。
如下文所解释，pse110可检测受电装置(pd)130连接到以太网电缆系统120或与所述以太网电缆系统120断开连接的时间。在一些实现方式中，pse110可确定与pd130的链路的类型和待供给至pd130的电力的量。基于所述确定，pse110可调整供应至pd130的电力。这一确定允许pse110通过不同类型的电缆支持向各种pd130供给电力。pse110还可监测供应至pd130的电力的量并且根据需要调整供应的电力。
pse110中的电源114向以太网电缆系统120提供一个或多个直流(dc)电压。电源114可包括呈各种合适组合的各种电力电路元件，诸如二极管、电阻器、晶体管、电感器、导电线和电容器。例如，在一些实现方式中，电源114可包括交流(ac)到-dc转换器以将ac输入信号转换成一个或多个dc输出信号。在一些实现方式中，电源114可包括dc到dc单元以接收dc输入信号并且提供一个或多个dc输出信号。
电源114可被配置来接收和提供各种合适的电压。在一些情况下，电源114可接收ac输入信号和dc输入信号中的一个或多个。到达电源114的输入可具有各种合适的电压(例如，3.3伏特(v)、3.6v)和频率。在一些情况下，电源114可生成具有不同值的多个dc电压。例如，电源114可提供处于40-60v范围中的第一输出电压、处于6-25v范围中的第二输出电压和处于3-10v范围中的第三电压输出。
图2示出电源114的示例性实现方式。电源114包括接收高频交流(ac)输入的回扫变压器。例如，ac输入可具有处于29khz至500khz范围中的频率。回扫变压器可生成作为输入被提供给一个或多个次级部件的多个ac输出信号。次级部件可包括整流器、倍增器和滤波器。次级部件执行ac到dc电压转换。
如图2中所示，将由回扫变压器生成的低电压信号ac_低供应至电压倍增器和整流器。整流器将低电压ac信号ac_低转换成低电压dc信号。整流器的输出可被滤波以生成平滑的低电压dc信号v3。低电压dc信号v3可具有例如处于3-10v范围中的电压。电压倍增器接收由回扫变压器提供的低电压ac信号ac_低并且生成近似为低电压ac信号的电压的两倍的第二dc信号v2。第二dc信号v2可具有处于6-25v范围中的中等电压输出。回扫变压器还输出由整流器接收并且转换成dc信号的高电压ac信号ac_高。高电压dc信号被滤波以生成平滑的高电压dc信号v3。高电压dc信号v3可具有例如处于40-60v范围中的电压。因此，电源114可接收高频ac信号并且在低电压v3、中等电压v2和高电压v1下生成三个dc输出信号。
由电源114供应的电力由注入器118和以太网电缆系统120接收并且可被输送至受电装置(pd)130。以太网电缆系统120中的以太网电缆可将电源114连接到包括受电装置(pd)130的多个装置。多个装置可包括例如网络接入点、路由器、以太网中继器和以太网扩展器。在一些实现方式中，多个装置中的至少一些可位于不能提供或难以提供ac电力的位置处。
以太网电缆系统120可包括呈各种合适组合的各种电力电路元件，诸如开关、晶体管、电容器电阻器和导线。此外，可使用各种合适类型的以太网电缆。例如，在一些情况下，5类或6类电缆可用来将pse110连接到pd130。以太网电缆系统120可包括10base-t、100base-tx、1000base-t、1000base-tx和10gbase-t以太网电缆网络中的一个或多个以将电力和数据输送给受电装置(pd)130。
以太网电缆系统120可包括将以太网电缆系统120电连接到受电装置(pd)130的多个端子。在一些实现方式中，以太网电缆系统120的以太网电缆可包括八个或更多个端子。端子可成对布置。
以太网电缆中的端子对可电连接到受电装置(pd)130，使得端子对中的至少一个向受电装置(pd)130提供电力。例如，在一些实现方式中，两个端子对用来在pse110与pd130之间收发电力，而剩余端子中的一个或多个可用来收发数据。虽然附图示出通过端子1-4收发的电力，但是应理解，可使用端子连接的各种其他合适组合。例如，在一些情况下，端子1、2、3和6可用来收发电力，并且在一些情况下，端子4、5、7和8可用来收发电力。在将更多的电力输送给pd130的一些情况下，全部8个端子可用于电力传输。
在一些实现方式中，特定端子对中的第一端子可向受电装置(pd)130供应电力并且特定端子中的第二端子可从受电装置(pd)130接收电力。第二端子对可随后向受电装置(pd)130提供回复电压，如在下文更加详细地描述。供应至受电装置(pd)130的电力可通过从电源114接收高电压dc信号v1的第一端子对提供。
在一些实现方式中，端子对中的两个端子可通过单一线连接以便进行电力传输。在一些实现方式中，端子对中的两个端子可使用多于一根线以便进行电力传输。通常，以太网电缆中的端子对可以各种合适的方式连接并且可由各种合适的材料制成。
参考图1，电源设备(pse)110还包括以太网注入器118，所述以太网注入器118的示例性实现方式在图3中示出。注入器118除其它元件之外可包括电力栅极ul、微控制器u2、开关ql、旁路开关q2、驱动器开关q3和电流监测电路。
注入器118调节供应至以太网电缆系统120的dc电压以给受电装置(pd)130供电。当pd130连接到以太网电缆系统120时，注入器118可检测以太网电缆系统120的负载和以太网电缆系统120的电流-电压特性的变化以确定pd130已经连接。在一些实现方式中，基于所检测的电流-电压特性，注入器118可将pd130归类成若干电力类别中的一个。例如，如果与连接的pd130相关联的电流-电压特性低于特定电力阈值，那么可将pd130归类为特定类别pd(例如，类别1)。在一些情况下，如果与连接的pd130相关联的电流-电压特性高于特定电力阈值，那么可将pd130归类为特定类别pd(例如，类别4)。因此，注入器118可检测与pd130的连接并且随后将pd130归类以确定与连接的pd130相关联的电力特性。
注入器118包括电连接到微处理器u2的电力栅极ul、旁路开关q2、以太网电缆和电源114。电力栅极ul可包括呈各种合适配置的各种合适的电力电路元件，诸如电阻器、晶体管等。例如，电力栅极ul可包括分别接收由电源114供应的中等电压dc信号v2和低电压dc信号v3的p型场效应晶体管(pfet)和n型fet(nfet)。当pse110和以太网电缆系统120连接到pd130时，将低电压dc信号v3和中等电压dc信号v2供应至注入器118中的电力栅极u1帮助提高pse110的能量使用效率。
当以太网电缆系统120中的以太网电缆连接到受电装置(pd)130时，电力栅极ul可通过以太网电缆中的特定端子对中的一个端子(例如，p2)从受电装置(pd)130接收dc电力信号。在如上文所述从受电装置(pd)130接收dc电力信号并且检测到与pd130的连接之后，电力栅极ul生成信号以激活微控制器u2。当未接收到来自受电装置(pd)130的dc电力信号时，电力栅极ul可使微处理器u2减活。
微处理器u2还可通过以太网电缆中的特定端子对中的一个端子(例如，p2)从受电装置(pd)130接收dc电力信号。在由接收的dc电力信号激活之后，微处理器u2可激活驱动器开关q2和旁路开关q3，从而使端子p1和p2能够向受电装置(pd)130提供最大电力传输(例如，来自电源114的高电压dc信号v1)。
微控制器u2可包括各种合适的电力电路元件，诸如电阻器、晶体管等。在一些实现方式中，微控制器u2是si3462poe控制器。
当激活时，微控制器u2还生成信号以激活开关ql。在激活之后，开关ql可在闭合状态下操作并且可将以太网电缆的除特定端子对之外的一个或多个端子连接到特定节点(诸如接地节点或电流监测电路)。
电流监测电路可包括电流感测电阻器r1或分流电阻器和可测量开关ql处的漏极-源极电流的量的另外的电路。电流监测电路包括反馈电路，所述反馈电路基于测量的电流，可向微控制器u2传输信号。如果电流监测电路确定测量的电流多于或少于希望的水平，那么电流监测电路可向微控制器u2传输信号以调整(例如，增加或减少)供应至pd130的电力，使得希望水平的电流和电力得以持续。当减活时，开关ql可在开路状态下操作。在开关ql的开路状态下，特定节点(诸如接地节点或电流监测电路)可与以太网电缆的端子断开电连接。
开关ql可使用各种合适装置实现。在一些实现方式中，n型金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)可实现为开关ql。然而，也可使用其他类型的晶体管和开关。
如上文所述，旁路开关q2可电连接到以太网电缆的特定端子对的第一端子和第二端子。在一些实现方式中，旁路开关q2可包括p沟道mosfet。然而，也可使用其他类型的晶体管和开关(诸如双极结型晶体管(bjt))。
当以太网电缆与受电装置(pd)130断开连接时，旁路开关q2在开路状态下操作。将高电压dc信号v1供应至端子p1，并且没有dc电力信号由电力栅极ul和微控制器u2从pd130接收。当以太网电缆连接到受电装置(pd)130时，端子p1和p2上的电压是公共的并且电力栅极ul和微控制器u2被激活，这导致激活旁路开关q2和驱动器开关q3。旁路开关q2在闭合状态下操作。
驱动器开关q3连接到开关ql、电阻器r3、旁路开关q2、电阻器r2和微控制器u2。当微控制器u2在pd130连接到以太网电缆系统120之后被激活时，可激活驱动器开关q3。在激活之后，驱动器开关q3在闭合状态下操作，这导致激活旁路开关q2。在一些实现方式中，驱动器开关q3可包括n沟道mosfet。然而，也可使用其他类型的晶体管和开关(诸如双极结型晶体管(bjt))。
根据注入器118的上述配置，电力栅极ul、微控制器u2和开关ql、q2和q3在受电装置(pd)130连接到以太网电缆系统120时被激活，并且在pd130与以太网电缆系统120断开连接时被减活。由于注入器118中若干部件的减活，在一些情况下，poe系统100的电力消耗减少十倍或更多。例如，在一些情况下，当以太网电缆连接到受电装置(pd)130时，总电力消耗可近似为1,000mw。当以太网电缆与受电装置(pd)130断开连接时，总电力消耗可小于近似100mw。当受电装置(pd)130被断开连接时电力消耗的减少在电力效率上相对于现有poe系统提供明显改进并且因此减少了温室气体的排放。
尽管上文已经描述了端子p1-p4的使用，但是应理解,如果希望更多的电力传输到达pd130，那么另外的端子(诸如端子p5-p8)可用来向pd130输送另外的电力。
图4示出端子p1-p8在受电装置(pd)130中的配置。pd130中端子对中的每个端子通过电感器连接到端子对中的另一个端子。例如，端子p1通过电感器连接到端子p2，并且端子p3通过电感器连接到端子p4。在pd130中的端子对之间的电感器可以是耦合电感器并且可在端子对之间产生dc耦合电感，如图4中所示。在端子处由于与以太网电缆系统120的连接和通过耦合电感生成的电压可被存储并且提供至pd130中的可包括任何合适电子部件的后续处理级。尽管未示出，但是应理解，端子p5-p8和任何另外的端子的配置可类似于图4中所示的端子p1-p4的配置。
已经在上文进行了描述poe系统的各种部件。与poe系统100相关联的操作模式和状态图在下文进行描述。
在一个操作模式中，受电装置(pd)130连接到以太网电缆系统120。具体来说，处于以太网电缆系统120的以太网电缆中以端子对布置的多个端子连接到受电装置(pd)130的端口。
端子对的至少一对中的第一端子提供例如由电源114供应至受电装置(pd)130的第一dc电压。端子对的至少一对中的第二端子从受电装置(pd)130接收dc电力信号。这一dc电力信号激活以太网电缆系统120的poe注入器118中的电力栅极ul和微控制器u2。在激活之后，微控制器u2生成通过至少一个端子对中的第二端子施加的回复电压。端子对的至少一对中的第一端子和第二端子可具有公共电压并且从节点接收电流，从而从电源114接收高电压dc信号v1。
在激活之后，微处理器u2还激活开关ql，所述开关ql然后使受电装置(pd)130连接到特定节点，诸如接地节点或电流监测电路。电流监测电路可测量开关ql上的电流并且可确定传输至受电装置(pd)130的电力是否应被调整。如果需要调整，那么将反馈信号从电流监测电路传输至微控制器u2，所述微控制器u2可调谐施加至pd130的电流和电压以调整传输电力。
在另一个操作模式中，受电装置(pd)130与以太网电缆系统120断开连接。当受电装置(pd)130与以太网电缆系统断开连接时，处于端子对的至少一对中的第一端子与第二端子之间的旁路开关q2处于开路状态并且电力栅极u1、微控制器u2和开关ql被减活。因此，在一些实现方式中，以太网系统的电力消耗减少十倍或更多。当受电装置(pd)130断开连接(即，以太网电缆系统120上没有负载)时电力消耗的减少可在电力效率上相对于现有poe系统提供明显改进。
poe系统100的状态图参考图5描述以进一步有助于理解poe系统100的操作。
在第一状态中，pse110和以太网电缆系统120与pd130断开连接。将高电压dc信号v1供应至端子p1。在端子p2上没有电压从pd130接收并且在端子p2处的电压是可忽略不计的。电力栅极ul和微控制器u2被减活或处于闭合状态下。
在第二状态下，pd130在以太网电缆系统120中附接到以太网电缆的端部。回复信号通过端子p2从pd130提供，并且端子p1和p2是电公共端子。
在第三状态中，从pd130提供的回复信号和端子p2处的公共电压激活电力栅极u1和微控制器u2。电力栅极u1和微控制器u2的激活进而激活旁路开关q2和驱动器开关q3。开关q2和q3的激活允许最大电力在端子p1和p2上传送。
在第四状态中，pd130与以太网电缆系统120和pse110断开连接。在第四状态之后，poe系统100返回到第一状态中，在所述第一状态中电力栅极u1、微控制器u2和开关q3和q4被减活。
如可从前述理解，描述用于在以太网上输送电力的改进的poe方法和系统。根据前述示例性实现方式，在一些情况下，无负载状态(即，无连接的受电装置(pd)130)下的电力效率改进大于至少十倍。在一些情况下还可获得改进平均电力效率和减少电力消耗的另外的优点。更大的效率和减少的电力消耗的组合也提供减少温室气体排放和基于以太网的网络系统的负面的环境占有面积的益处。
在本说明书中描述的实施方案以及功能操作和/或动作中的全部可例如通过一个或多个数字电子电路、计算机软件、固件或硬件(包括在本说明书中公开的结构以及它们的结构等同物)的组合实现。某些实施方案可使用一个或多个计算机程序产品(例如，在计算机可读介质上编码用于由数据处理仪器执行或以便控制其操作的计算机程序指令的一个或多个模块)实现。计算机可读介质可以是机器可读存储装置、机器可读存储基体、存储器装置、实现计算机可读传播信号的物质的组分或它们中的一个或多个的组合。术语“数据处理仪器”包含用于处理数据的所有仪器、装置和机器，例如包括可编程处理器、计算机、或多个处理器或计算机。除了硬件，仪器也可以包括为所讨论计算机程序创造执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议堆栈、数据库管理系统、操作系统、或它们中的一个或多个的组合的代码。传播信号是被生成以对信息进行编码以传输到合适的接收器仪器的人工生成的信号，例如机器生成的电子、光学或电磁信号。
虽然本说明书包含许多细节，但是这些细节不应被解释为对本公开的或所要求保护的范围的限制，而应解释为特定于特定实施方案的特征的描述。本说明书中描述于单独实施方案的上下文中的某些特征结构也可在单个实施方案中以组合形式实现。相反，描述于单一实施方案的上下文中的各种特征也可以单独地或以任何适合的子组合实现于多个实施方案中。此外，尽管以上可将特征描述为在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求，但是来自所要求组合的一个或多个特征在一些情况下可从组合去除，并且所要求组合可针对子组合或子组合的变化。
本领域的技术人员可理解，以太网系统、电气电子工程师协会(ieee)802.3poe标准、电源设备(例如，注入器)和poe分离器(例如，受电装置)的知识可有助于进一步理解本公开。未详细描述与本文描述的实现方式的创新方面不相关的poe系统的方面。
尽管动作被描述为以特定次序发生，但是这类动作在所有情况下并非必须以所示的特定次序或以顺序的次序执行或需要执行所有所示的操作才能实现希望的结果。此外，以上所描述的实现方式中的各种系统部件的分离不应被理解为在所有实现方式中要求这种分离，而应理解，所描述的部件和系统可大体一起整合在单个元件或产品中或封装到多个产品中。
因此，尽管已经描述了特定实现方式，但是可作出各种修改。因此，其他实现也在所附权利要求书的范围内。