以太网供电设备及其供电方法与流程

本发明涉及以太网供电技术，更具体地，涉及用于以太网供电设备 及其供电方法。

背景技术：

1、以太网供电(poe，power over ethernet)技术是指在现有以太网布线 基础架构的基础上，通过网线为网络中终端设备提供直流供电的技术。 在以太网供电技术中，网线兼有传输数据信号和直流供电的作用。该技 术使终端设备无需依赖外部电源适配器供电，从而可以省去电源适配器、 供电线缆和插头，节省布线与硬件成本。

2、以太网供电系统包括供电设备(power sourcing equipment，pse)和受 电设备(powered device，pd)。pse设备通过以太网线与pd设备连接， 其中，以太网线可以为双绞线。每一条以太网双绞线一般包括四个线对。 在采用以太网供电时，pse设备可以以2个线对为pd设备供电。

3、由于各个线对上的供电电流由pse设备根据pd设备的功率需求产 生，因此，当pd设备处于空闲状态时，由于pd设备功率需求小，双 绞线组上的供电电流相应也会较小。如果双绞线组上的供电电流长时间 小于预定值，pse设备就会停止向pd设备供电。为避免pd设备处于空 闲状态时出现pse设备停止向pd设备供电的情况，pd设备在处于空闲 状态时，可以向pse设备发送mps信号(maintain power signature，保持 供电标志)，mps信号用于维持pse设备和pd设备之间持续处于供电 状态。mps模式是指pd设备每隔预定时长，从pse接收一个持续至少 75ms且大于10ma的电流。

4、pd设备上电(power up)后，pse设备持续向pd设备提供供电功率 以保证pd设备正常工作。然而当pd设备待机时，ieee协议中规定pd 设备向pse设备发送mps信号(maintainpower signature，保持供电标 志信号)，mps信号用于使pse设备确保pd设备仍需要电力的电特征。

5、pd设备在工作状态下和待机状态下的电流大小相差较大，例如，pd 负载要求工作在30w的功耗，供电电压一般是在50v左右，因此pd的电 流就要达到600ma。然而，当pd负载设备待机时，mps信号的电流大小 仅有几毫安到十几毫安。这种从大量程几百毫安切换到小量程几毫安的 电流，用同一套电流检测和采样电路，是无法同时满足的。大量程的电 流采样电路的量程可以对工作状态下的pd设备的电流进行检测采样， 但是对待机状态下的检测采样由于电流采样电路的量程不合适，加上电 路本身的噪声，会出现电流采样偏差导致电流测量不准确。

6、对小电流测量不准确导致pse设备对pd设备的负载电流实时监控 出现错误，使得上位机对pd设备的工作状态出现误判，从而使整个以 太网供电系统工作异常。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种以太网供电设备及其供 电方法。

2、根据本发明的一方面，提供一种以太网供电设备，包括：镜像电路， 连接在供电端口和接地端之间，用于将供电端口的端口电流镜像，并输 出与所述端口电流成预设比例的采样电流，所述预设比例为镜像电路的 镜像比；采样转换电路，用于将所述采样电流转换成采样电压；模式控 制电路，用于根据所述采样电压以及预设阈值产生模式控制信号；mps控制电路，用于根据所述模式控制信号产生开关控制信号；其中，所述 镜像电路包括多个晶体管，所述开关控制信号用于控制镜像电路中晶体 管的导通与关断以调节所述镜像电路的镜像比。

3、优选地，当所述采样电压小于预设阈值时，所述模式控制信号为有 效电平，所述供电设备进入mps模式，所述镜像电路的部分晶体管导通， 所述预设比例为第一镜像比。

4、优选地，当所述采样电压大于预设阈值时，所述模式控制信号为无 效电平，所述供电设备进入正常供电模式，所述开关控制信号控制所述 镜像电路的所有晶体管导通，所述预设比例为第二镜像比。

5、优选地，所述第一镜像比小于所述第二镜像比。

6、优选地，所述模式控制电路还根据使能信号以及第一电压信号产生 开关控制信号。

7、优选地，所述供电设备刚上电时，使能信号从无效电平跳变到有效 电平，模式控制信号为无效电平，所述供电设备处于正常工作模式。

8、优选地，所述开关控制信号包括第一开关控制信号和第二开关控制 信号，当所述使能信号为有效电平时，所述第一开关控制信号为有效电 平；当所述使能信号为无效电平时，所述第一开关控制信号和所述第二 开关控制信号为无效电平。

9、优选地，当所述使能信号和所述模式控制信号均为有效电平时，所 述第二开关控制信号为无效电平，当所述使能信号为有效电平以及所述 模式信号为无效电平时，所述第二开关控制信号为有效电平。

10、优选地，所述镜像电路包括第一开关阵列、第二开关阵列和第三晶 体管，

11、所述第一开关阵列包括n个第一晶体管，所述n个第一晶体管并联 连接在供电端口和接地端之间，所述n个第一晶体管的控制端均接收第 一开关控制信号；

12、所述第二开关阵列包括m个第一晶体管，所述m个第二晶体管并 联连接在供电端口和接地端之间，所述m个第二晶体管的控制端均接收 第二开关控制信号；

13、第三晶体管连接在所述采样转换电路和接地端之间，用于输出采样 电流；所述第三晶体管的控制端接收第一开关控制信号。

14、优选地，所述采样转换电路包括：电流调整模块，用于根据所述采 样电流以及电源电压输出调整后的采样电流；电流电压转换模块，用于 将调整后的采样电流转换成模拟采样电压，并将所述模拟采样电压转换 成数字采样电压。

15、优选地，所述电流调整模块包括第四晶体管、第一电阻、第二电阻、 第二运算放大器以及第五晶体管；其中，第一运算放大器，所述第一运 算放大器的第一输入端接收端口电流，第二输入端接收采样电流，输出 端与第四晶体管的控制端连接；第一电阻和第四晶体管连接在电源电压 和第一运算放大器的第二输入端之间；第二电阻和第五晶体管串联连接 在电源电压和电流电压转换模块之间；第二运算放大器的第一输入端与 第一电阻和第四晶体管之间的第一节点连接，第二输入端与第二电阻、 第五晶体管之间的第二节点连接，输出端与第五晶体管的控制端连接； 第五晶体管与电流电压转换模块之间的节点输出调整后的采样电流。

16、优选地，所述电流电压转换模块包括第三电阻、第三运算放大器以 及模数转换器，其中，第三电阻连接在所述电流调整模块和接地端之间； 第五晶体管和第三电阻之间的第三节点输出模拟采样电压；第三运算放 大器的第一输入端与第五晶体管和第三电阻之间的第三节点连接，第二 输入端与输出端连接，输出端输出模拟采样电压；模数转换器将模拟采 样电压转换成数字采样电压，并将所述数字采样电压作为采样电压输出 至所述模式控制电路。

17、优选地，所述mps控制电路包括第一控制单元和第二控制单元，其 中，所述第一控制单元用于根据所述模式控制信号、使能信号以及第一 电压信号产生第一开关控制信号；所述第二控制单元，用于根据所述模 式控制信号、使能信号以及第一电压信号产生第二开关控制信号。

18、优选地，所述第一控制单元包括第一反相器、第一传输门、第一与 门、第一或非门以及第六晶体管；其中，第一反相器的输入端接收使能 信号；所述第一传输门包括输入端、输出端、正控制端和负控制端，其 输入端接收第一电压信号，其输出端输出第一开关控制信号，其负控制 端与第一反相器的输出端连接，其正控制端接收使能信号；第一与门的 输入端分别接收使能信号和模式控制信号；所述第一或非门的输入端分 别接收使能信号以及与第一与门的输出端连接，其输出端与第六晶体管 的控制端连接；所述第六晶体管连接在第一传输门的输出端和接地端之 间。

19、优选地，所述第二控制单元包括第二反相器、第二传输门、第三反 相器、第一与非门以及第七晶体管；其中，所述第三反相器的输入端接 收模式控制信号；所述第一与非门的输入端分别接收使能信号以及与所 述第三反相器的输出端连接；所述第二反相器的输入端与所述第一与非 门的输出端连接；所述第二传输门包括输入端、输出端、正控制端和负 控制端，其输入端接收第一电压信号，其输出端输出第二开关控制信号， 其负控制端与第二反相器的输出端连接，其正控制端与所述第一与非门 的输出端连接；所述第七晶体管连接在所述第二传输门的输出端和接地 端之间，其控制端与所述第一与非门的输出端连接。

20、优选地，所述第二控制单元包括第二传输门、第四反相器至第八反 相器、第八晶体管至第十一晶体管、第四电阻、第一电容、第二与非门、 第三与非门、第二或非门、第二与门、第一或门和第二或门；其中，第 四反相器的输入端接收模式控制信号；第八晶体管、第四电阻和第九晶 体管串联连接在电源电压和接地端之间，第八晶体管和第九晶体管的控制端均与所述第四反相器的输出端连接；第一电容连接在第八晶体管和 第四电阻之间的第四节点与接地端之间；第五反相器的输入端与所述第 四节点连接；第二与非门的第一输入端与第五反相器的输出端连接，第 二输入端与第四反相器的输出端连接；第六反相器的输入端接收使能信 号；第二或非门的第一输入端与第二与非门的输出端连接，第二输入端与第六反相器的输出端连接；第八反相器的输入端与第二或非门的输出 端连接；第二传输门包括输入端、输出端、正控制端和负控制端，其输 入端接收第一电压信号，其输出端输出第二开关控制信号，其负控制端 与第八反相器的输出端连接，其正控制端与所述第二或非门的输出端连 接；第七反相器的输入端与第五反相器的输出端连接；第三与非门的第 一输入端与第四反相器的输出端连接，第二输出端与第七反相器的输出 端连接；第一或门的第一输入端与第三与非门的输出端连接，第二输入 端与第六反相器的输出端连接；第二与门的第一输入端接收使能信号， 第二输入端接收模式控制信号；第二或门的第一输入端与第六反相器的 输出端连接，第二输入端与第二与门的输出端连接；第十晶体管和第十 一晶体管串联连接在电源电压和接地端之间，第十晶体管的控制端与第 一或门的输出端连接，第十一晶体管的控制端与第二或门的输出端连接； 第十晶体管和第十一晶体管之间的第五节点与第二传输门的输出端连接。

21、根据本发明的另一方面，提供一种以太网供电方法，包括：将供电 端口的端口电流镜像，并输出与所述端口电流成预设比例的采样电流， 其中，所述预设比例为端口电流与采样电流的镜像比；将所述采样电流 转换成采样电压；根据所述采样电压以及预设阈值产生模式控制信号； 根据所述模式控制信号产生开关控制信号，其中，所述开关控制信号用 于调节所述采样电流和端口电流之间的镜像比。

22、优选地，当所述采样电压小于预设阈值时，所述模式控制信号为有 效电平，进入mps模式，所述预设比例为第一镜像比。

23、优选地，当所述采样电压大于预设阈值时，所述模式控制信号为无 效电平，进入正常供电模式，所述预设比例为第二镜像比。

24、优选地，所述第一镜像比小于所述第二镜像比。

25、优选地，所述以太网供电方法还包括：根据使能信号以及第一电压 信号产生开关控制信号。

26、优选地，刚上电时，使能信号从无效电平跳变到有效电平，所述模 式控制信号为无效电平，进入正常供电模式。

27、优选地，所述开关控制信号包括第一开关控制信号和第二开关控制 信号，当所述使能信号为有效电平时，所述第一开关控制信号为有效电 平；当所述使能信号为无效电平时，所述第一开关控制信号和所述第二 开关控制信号为无效电平。

28、优选地，当所述使能信号和所述模式控制信号均为有效电平时，所 述第二开关控制信号为无效电平，当所述使能信号为有效电平以及所述 模式信号为无效电平时，所述第二开关控制信号为有效电平。

29、根据本发明实施例的以太网供电设备及其供电方法，在mps模式下 降低采样电流和端口电流之间的镜像比从而可以对较小的端口电流进行 较为准确的采样，避免采样值不准确导致对受电设备的工作状态误判。

30、进一步地，镜像电路采用第一开关阵列和第二开关阵列，并且通过 控制其中一个开关阵列的导通与关断来调整镜像电路的镜像比，可以快 速地实现镜像比的调整。

31、进一步地，mps控制电路中在电容缓慢放电过程中，通过一晶体管 将第二开关控制信号快速上拉至电源电压，可以快速地开启镜像电路中 的第二开关阵列，从而快速地切换镜像电路的镜像比。