[發明專利]一種滿足以太網供電的非隔離電源系統的串口設計電路

有效

• 申請號: 201610115138.5
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105610586B
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 鄧張雷
• 申請（專利權）人: 上海斐訊數據通信技術有限公司
• 主分類號: H04L12/10
• 分類號: H04L12/10
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所(普通合伙) 31251
• 代理人: 郭桂峰

本發明公開一種滿足以太網供電的非隔離電源系統的串口設計電路，包括：POE穩壓電路,將來自以太網供電設備的極性未知的直流經整流后產生極性確知的高壓輸出，并轉換為穩定的電壓輸出，將來自以太網的數據傳輸至系統電路；主電壓產生模塊，將POE穩壓電路的輸出轉換為系統所需電壓，并使該電壓較POE穩壓電路的輸出延時輸出；可控開關陣列，用于在POE穩壓電路的輸出建立初期將接口電路與系統電路、主電壓產生模塊隔離，于該輸出建立或系統電路啟動后將接口電路與主電壓產生模塊、系統電路相連；接口電路及系統電路，本發明可避免串口通路把用戶端電網工頻50Hz的干擾帶入芯片檢測端，從而導致檢測失敗導致PCB上電啟動失效的問題。

技術領域

本發明涉及一種電路，特別是涉及一種滿足以太網供電(POE)的非隔離電源系統的串口設計電路。

背景技術

現在越來越多的家庭終端、監控設備以及企業網絡通訊產品陸續選擇通過網線的方式來獲取系統供電，從而擺脫了采用交流適配器所帶來的麻煩，并將進一步拓展以太網技術的應用領域，針對這樣供電及受電的產品稱之為POE設備，即power on Ethernet。通過POE受電也有兩大類區分：隔離式和非隔離式的。隔離式電源的輸入回路和輸出回路之間沒有直接的電氣連接，輸入和輸出之間是絕緣的高阻態，沒有電流回路，其抗干擾能力強，安全性高，但結構復雜體積大；非隔離式電源輸入和輸出之間可以直接或者通過內部MOS切換形成電流回路，其抗干擾能力差，安全性低。針對終端設備不會和人體接觸而導致安全問題的情形采用非隔離電源可節約PCB尺寸，提高轉換效率，降低產品成本，但也有一個明顯缺陷的地方就是后面系統端設計者通過串口訪問或者顯示系統上電過程時，串口通路將會把用戶端PC上的電網工頻50Hz的干擾帶入POE芯片上，這將會導致POE供電異常，從而導致PCB板啟動失效。

具體地說，這里先看一下POE實現電源轉換的過程和原理：以太網供電開始于能提供電源的供電設備(Power Sourcing Equipment，PSE)，該設備通過測量其PD(PoweredDevice，受電設備/終端)受電終端來檢測需要供電的設備。

如圖1所示，PSE可通過數據對給PD供電。由于DC和數據頻率互不干擾，所以可以在同一對線路同時傳輸電流和數據。其實，對電纜來說可以看作一種“復用”。可以把網口RJ45的8個管腳中的1,2鏈接形成正(或負)極，把3,6鏈接形成負(或正)極，有的是4，5和7，8相組合形成供電線路通道。對于一個不確定的正負極供電的PSE，在PD受電終端就需要一個整流橋器件了。在確定送給PD電壓正負極后，在能正確轉換輸出設計的電壓之前，還需要經輸入電壓檢測，主要是用來判斷受電端是否是真正的PD芯片，一個有效的受電設備(PD)必須具有一個接近25kΩ共模電阻的“檢測特征”，然后再經過分級判斷PD所需要的實際電源功率。PSE用一個稱為分級的第二次測量來判斷PD的峰值功率要求，掌握了這一信息后PSE就能對那些需要供電的設備提供電源，而不會損壞不需要供電的設備，并能有效地分配可用功率。

PSE和PD通過檢測、分級、上電三個過程來實現對后端PD轉換芯片的輸入供電。我們再看一下實際上電的啟動過程波形，可以發現PSE不是一步到位就給PD加上48V電壓的，其中在檢測階段：

在允許PSE向線路供電之前，它必須用一個有限功率的測試源來檢查特征電阻，以避免將48V電源加給非兼容PoE的網絡設備，對其造成危害。在加電之前，PSE首先用2.8V～10V的探測電壓去偵測是否有PD接入。具體實施時，是將2.8V～10V之間的兩個電壓(圖2、圖3中的偵測電壓1、偵測電壓2，間隔在1V或以上)送到網絡鏈路，然后根據得到的兩個不同的電流值再作運算(ΔV/ΔI)。為了便于PSE識別，I EEE802.3af對于PD在偵測過程中的表現(特征)作了規定，例如AT標準中定義了在PSE提供2.7V的電壓時電流為124uA。

再結合實際測量的波形來看，可以發現在檢測階段PSE提供的電壓很小，比較容易被干擾，特別在非隔離電源系統中更容易被用戶端從交流電網中帶來的50Hz工頻信號干擾。