一种POE供电检测分级电路的制作方法

一种poe供电检测分级电路
技术领域
1.本实用新型涉及一种poe电路，尤其是涉及一种poe供电检测分级电路。


背景技术：

2.传统的以太网ipc(网络摄像头，ap，网络电话机，路由器)设备是由外部交流适配器供电，网线仅提供以太网信号传输，此种供电方式成本高，并且需要用户在装载ipc设备附近架设交流电网，在安全性和供电稳定性上有诸多缺点。
3.在此基础上，便有网线供电技术被提出，就是利用网线差分线对或者空闲线对进行带电，再由网络变压器将电源信号和以太网信号分别提取，以太网信号进行通信，电源信号进行供电，因两类信号带宽差距很大，故不会相互影响。
4.poe标准由ieee在1999年开始制定标准，2003年6月，ieee批准了802.3af标准，它明确规定了远程系统中的电力检测和控制事项，并对路由器、交换机和集线器通过以太网电缆向ip电话、安全系统以及无线lan接入点等设备供电的方式进行了规定。
5.poe的供电过程总共分几步：
6.第一步，特征阻抗检测，此时pse(供电设备)会用2.7v-10.2v电压检测其网线输出口的特征阻抗，如果符合ieee 802.af规定的标准pd(受电设备)设备阻抗(23.7k-26.5k)，pse会认为后端已接入符合标准的pd设备，其会将进行下一步分级；
7.第二步，功率分级检测，在特征阻抗完成后，pse的输出口会将电压提高，根据电流进行分级，分级电流如下表：
[0008][0009]
第三步，开始供电，将端口电压逐步提高到57v(pse标准最高供电电压)，供电完成。
[0010]
传统被检测及分级电路按照ieee 802.af标准规定，如图1的检测过程，检测开始
pse端口会从2.7-10.1v以0.2v步进电压检测阻抗，所以需要pd端根据此标准进行设计被检测和分级电路，该电路如图2所示。
[0011]
此类电路的工作原理是，当端口电压在2.7-10.1v检测电压时，无法被击穿d12为27v的稳压管，后端电路不工作，端口只能检测到r108的电阻23.9k，符合特征阻抗的检测，分级过程亦是如此，故pse会将此设备分为class0，最大输出功率15.4w，此后电压抬升至30v后将d12击穿，r109分得0-12v电压，以此来驱动q7打开将功率传输至后端电路。至此供电完成。此类电路的优点很明显，成本低廉，工作方式简单，
[0012]
但此电路有亦有缺点如下：
[0013]
ieee 802.af规定，pse带有保护功能，在pd端出现故障时pse执行下电操作，而上述电路在pse电压下降时，由于q7结电容的存在，此结电容的电压下降很慢，导致pse电压已经下降到规定必须下电电压节点30v-40v时仍然无法关闭q7，下电失败，甚至需要pd电压下降到0v，q7才自然关断。这样是不符合ieee 802af规定。
[0014]
ieee 802.af规定，pd上电电压为von∈(30v-42v)之间，此为pd在检测分级结束后电压抬升，q7需要在30v-42v之间的某个电压打开完成后端供电，pd还有一个下电电压，指pd在出现故障，pse会降低输出电压，需要pd在voff∈(30-42v)之间的某个电压完成关断，并且需要2.8v≤von-voff≤12v，此表明上电和下电需要一个在2.8-12v之间的一个迟滞区间，例如von在38v完成上电，voff在34v完成下电，迟滞电压为von-voff＝4v。而上述电路无法完成此功能，无法通过ieee 802af的pda检测。


技术实现要素：

[0015]
本实用新型提供了一种poe供电检测分级电路，用于解决ieee 802.af描述对于上下电及迟滞的问题，其技术方案如下所述：
[0016]
一种poe供电检测分级电路，包括并联设置的第一支路、第二支路、第三支路、mos管q1和运放u2；所述第一支路、第二支路均设置有稳压管，第三支路设置有电阻，当第一支路、第二支路被反向击穿时，通过第一支路向运放u2提供供电电压vcc，第二支路、第三支路分别向运放u2提供基准电压、输入电压，所述运放u2的输出端与mos管q1相连接，控制mos管q1的通断。
[0017]
所述第一支路、第二支路没有被反向击穿时，端口只能检测到第三支路的电阻，符合特征阻抗的检测。
[0018]
所述第一支路设置有串联连接的第一稳压管d3、第一电阻r7和第二稳压管d10，所述第二支路设置有串联连接的第三稳压管d4、第二电阻r8和稳压源u3，所述第三支路设置有串联连接的第三电阻r5与第四电阻r9；所述第一支路的第二稳压管d10的负极连接到运放u2的供电端，所述第二支路的稳压源u3的r端连接到运放u2的负极，所述第三电阻r5与第四电阻r9之间的连接点连接到运放u2的正极，所述第三电阻r5通过第五电阻r6、运放u2的输出端都与mos管q1的栅极相连接。
[0019]
所述第一稳压管d3、第三稳压管d4的击穿电压为12v。
[0020]
所述稳压源u3采用tl431。
[0021]
所述第三电阻r5与第四电阻r9的串联电阻23.9k。
[0022]
所述mos管q1与电容c3相连接，两者连接处与powrer_gnd相连接。
[0023]
所述第三电阻r5、第五电阻r6、第四电阻r9、运放u2组成滞回比较器，滞回比较器是输入电压在第三电阻r5和第四电阻r9进行分压，第四电阻r9上的分压跟稳压源u3提供的基准2.5v进行比较。
[0024]
若vin使得第四电阻r9的分压大于2.5v，此时vin记作von，运放输出为vcc，mosfet栅极电压为vcc，mosfet打开；若vin使得第四电阻r9的分压小于2.5v，运放输出0v，此时vin记作voff，mosfet栅极电压为0v，mosfet关断。
[0025]
迟滞电压为：vhys＝von-voff＝r5*vcc/r6，能够通过改变第三电阻r5和第五电阻r6自行设定。
[0026]
所述poe供电检测分级电路，可以满足ieee 802af规定的上下电迟滞要求，结构严谨，应用准确，设计的滞回比较器也能够对电阻进行调整，从而符合限定的迟滞电压。
附图说明
[0027]
图1是pse检测电路的电路示意图；
[0028]
图2是现有pd端提供的被检测和分级电路的电路示意图；
[0029]
图3是所述poe供电检测分级电路的电路示意图；
具体实施方式
[0030]
如图1所示，所述poe供电检测分级电路，包括并联设置的第一支路、第二支路、第三支路、mos管q1和运放u2；所述第一支路、第二支路均设置有稳压管，第三支路设置有电阻，当第一支路、第二支路被反向击穿时，通过第一支路向运放u2提供供电电压vcc，第二支路、第三支路分别向运放u2提供基准电压、输入电压，所述运放u2的输出端与mos管q1相连接，控制mos管q1的通断。
[0031]
所述第一支路设置有串联连接的第一稳压管d3、第一电阻r7和第二稳压管d10，所述第二支路设置有串联连接的第三稳压管d4、第二电阻r8和稳压源u3，所述第三支路设置有串联连接的第三电阻r5与第四电阻r9。
[0032]
所述第一支路的第二稳压管d10的负极连接到运放u2的供电端(5)，所述第一稳压管d3、第三稳压管d4的击穿电压为12v。
[0033]
所述第二支路的稳压源u3的r端连接到运放u2的负极(3)，所述稳压源u3采用tl431，tl431是可控精密稳压源。它的输出电压用两个电阻就可以设置从vref(2.5v)到36v范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2ω，在很多应用中用它代替稳压二极管。其工作原理：当输入电压增大，输出电压增大导致了输出采样增大，这时内部电路通过调整使得流过自身的电流增大，这也就使得流过限流电阻的电流增大，这样限流电阻的压降增大，而输出电压等于输入电压减限流电阻压降，输入电压增大与限流电阻压降增大使得输出电压减小，实现稳压。
[0034]
所述第三电阻r5与第四电阻r9的串联电阻23.9k，所述第三电阻r5与第四电阻r9之间的连接点连接到运放u2的正极(1)，所述第三电阻r5通过第五电阻r6、运放u2的输出端(4)都与mos管q1的栅极相连接。
[0035]
所述mos管q1与电容c3相连接，两者连接处与powrer_gnd(后级功率地)相连接，所述电容c3的参数为47uf 63v/100v。
[0036]
此电路的工作原理是，当端口电压在2.7v-10.1v检测电压时，无法击穿为12v的第一稳压管d3及第三稳压管d4，此时后端电路不工作，端口只能检测到第三支路的第三电阻r5与第四电阻r9，第三电阻r5与第四电阻r9的串联电阻23.9k，符合特征阻抗的检测。
[0037]
分级过程中，电压抬升到14.5v-20.5v时，第一稳压管d3、第三稳压管d5、第二稳压管d10均被击穿，第二稳压管d10会将其分得电压给运放u2提供供电电压vcc，稳压源u3会提供稳定电压2.5v给运放u2反向端提供基准电压，但此时分级电流imark＜9ma，故pse会将设备分为class0，最大输出功率15.4w。
[0038]
分级结束后pd电压开始抬升，根据背景技术中描述可知，在pd输入端，对应的von可以是30v～42v之间的任何值，voff也是30v～42v之间的任何值，但von一定大于voff至少2.8v，至多12v。
[0039]
当抬升至von时，第三电阻r9分压超过2.5v，运放u2输出为高，mos管q1打开完成供电。
[0040]
在pd端出现故障时，pd电压开始下降至voff，运放u2输出为负，也就是0v，mos管q1的栅极结电容将能彻底放电，完成关断。所述第三电阻r5、第五电阻r6、第四电阻r9、运放u2组成滞回比较器，滞回比较器工作方式是输入电压在第三电阻r5和第四电阻r9进行分压，第四电阻r9上的分压跟稳压源u3提供的基准2.5v进行比较：
[0041]
(1)若vin使得第四电阻r9的分压大于2.5v，此时vin记作von，运放输出为vcc，mosfet栅极电压为vcc，mosfet打开；
[0042]
(2)若vin使得第四电阻r9的分压小于2.5v，运放输出0v，此时vin记作voff，mosfet栅极电压为0v，mosfet关断；
[0043]
而电压数值如下：
[0044]
开启电压von＝{(vcc-2.5)/r6+2.5/r9}*r5+2.5；
[0045]
关断电压voff＝{(0-2.5)/r6+2.5/r9}*r5+2.5；
[0046]
迟滞电压vhys＝von-voff＝vcc*r5/r6；
[0047]
所以实现von大于voff，实现迟滞功能。
[0048]
通过滞回比较器会出现von＞voff，因为规定的迟滞范围是2.8v～12v，可以取区间内的任何一个值。并且迟滞电压为：
[0049]
vhys＝von-voff＝r5*vcc/r6，
[0050]
此迟滞可以通过改变第五电阻r6和第三电阻r5自行设定，从而符合在ieee 802.af规定的迟滞电压2.8v-12v。
[0051]
此电路的优点，是在成本上增加一个稳压管，增加一个基准tl431和通用运放，可以实现ieee 802.af的pda所有测试。

技术特征：
1.一种poe供电检测分级电路，其特征在于：包括并联设置的第一支路、第二支路、第三支路、mos管q1和运放u2；所述第一支路、第二支路均设置有稳压管，第三支路设置有电阻，当第一支路、第二支路被反向击穿时，通过第一支路向运放u2提供供电电压vcc，第二支路、第三支路分别向运放u2提供基准电压、输入电压，所述运放u2的输出端与mos管q1相连接，控制mos管q1的通断。2.根据权利要求1所述的poe供电检测分级电路，其特征在于：所述第一支路、第二支路没有被反向击穿时，端口只能检测到第三支路的电阻，符合特征阻抗的检测。3.根据权利要求1所述的poe供电检测分级电路，其特征在于：所述第一支路设置有串联连接的第一稳压管d3、第一电阻r7和第二稳压管d10，所述第二支路设置有串联连接的第三稳压管d4、第二电阻r8和稳压源u3，所述第三支路设置有串联连接的第三电阻r5与第四电阻r9；所述第一支路的第二稳压管d10的负极连接到运放u2的供电端，所述第二支路的稳压源u3的r端连接到运放u2的负极，所述第三电阻r5与第四电阻r9之间的连接点连接到运放u2的正极，所述第三电阻r5通过第五电阻r6、运放u2的输出端都与mos管q1的栅极相连接。4.根据权利要求3所述的poe供电检测分级电路，其特征在于：所述第一稳压管d3、第三稳压管d4的击穿电压为12v。5.根据权利要求3所述的poe供电检测分级电路，其特征在于：所述稳压源u3采用tl431。6.根据权利要求3所述的poe供电检测分级电路，其特征在于：所述第三电阻r5与第四电阻r9的串联电阻23.9k。7.根据权利要求3所述的poe供电检测分级电路，其特征在于：所述mos管q1与电容c3相连接，两者连接处与powrer_gnd相连接。8.根据权利要求3所述的poe供电检测分级电路，其特征在于：所述第三电阻r5、第五电阻r6、第四电阻r9、运放u2组成滞回比较器，滞回比较器是输入电压在第三电阻r5和第四电阻r9进行分压，第四电阻r9上的分压跟稳压源u3提供的基准2.5v进行比较。9.根据权利要求8所述的poe供电检测分级电路，其特征在于：若vin使得第四电阻r9的分压大于2.5v，此时vin记作von，运放输出为vcc，mosfet栅极电压为vcc，mosfet打开；若vin使得第四电阻r9的分压小于2.5v，运放输出0v，此时vin记作voff，mosfet栅极电压为0v，mosfet关断。10.根据权利要求8所述的poe供电检测分级电路，其特征在于：迟滞电压为：vhys＝von-voff＝r5*vcc/r6，能够通过改变第三电阻r5和第五电阻r6自行设定。

技术总结
本实用新型提供一种POE供电检测分级电路，包括并联设置的第一支路、第二支路、第三支路、MOS管Q1和运放U2；所述第一支路、第二支路均设置有稳压管，第三支路设置有电阻，当第一支路、第二支路被反向击穿时，通过第一支路向运放U2提供供电电压Vcc，第二支路、第三支路分别向运放U2提供基准电压、输入电压，所述运放U2的输出端与MOS管Q1相连接，控制MOS管Q1的通断。本实用新型可以满足IEEE 802AF规定的上下电迟滞要求，结构严谨，应用准确，设计的滞回比较器也能够对电阻进行调整，从而符合限定的迟滞电压。滞电压。滞电压。


技术研发人员：秦皓
受保护的技术使用者：北京京鸿志科技有限公司
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/8/5