CN110034937A

CN110034937A - 一种基于分时复用的网络线缆供电装置及系统

Info

Publication number: CN110034937A
Application number: CN201810029533.0A
Authority: CN
Inventors: 曾信雁
Original assignee: Zhejiang Uniview Technologies Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Uniview Technologies Co Ltd
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2019-07-19

Abstract

本发明公开了一种基于分时复用的网络线缆供电装置及系统，该基于分时复用的网络线缆供电装置，包括第一网口、第二网口，以及电源口、储能电路、第一开关电路、第二开关电路和输出控制电路。所述第一网口和第二网口通过第一开关电路相连，所述电源口与第二网口通过第二开关电路相连，所述输出控制器电路用于检测第一网口和电源口的状态，控制第一开关电路和第二开关电路的导通或断开；所述电源口、第一网口连接到内部电源总线，所述内部电源总线连接到储能电路。在受电端设备中设置储能电路，优化网络线缆级联供电时由负载突变引起的电流同时突变问题，同时有效避免末级设备供电不足导致前级IPC摄像机反复掉电的缺陷，提高了受电端设备的稳定性。

Description

一种基于分时复用的网络线缆供电装置及系统

技术领域

本发明属于供电电路技术领域，尤其涉及一种基于分时复用的网络线缆供电装置及系统。

背景技术

当前，安防行业在前端摄像机安装施工过程中，存在着布线繁杂、施工成本高等问题。对于带有PoE功能的摄像机安装施工，由PoE交换机给摄像机提供电源，处于不同位置的摄像机都需要和PoE交换机直接连接，施工布线繁琐。对于无POE功能的摄像机安装施工，布线更加繁琐，布线成本更高，除了网络线缆的施工，还需要增加电源线缆的施工。

为此，在申请号为2016102014192的中国发明专利申请中，公开了一种以太网供电系统，该系统架构如图1所示，通过一个设备连接AC适配器来为级联的多个设备供电，在级联供电时，通过网络线缆同时给所有IPC 摄像机提供电源。

但是该技术方案在供电负载发生较大变化时，多台IPC摄像机会同时产生大电流的突变，影响电路稳定。例如在白天模式切换为黑夜模式时，各IPC摄像机同时启动红外灯和ICR切换，造成供电电流的突变。此外，级联中最后一台设备，由于长距离串接导致供电电压偏低，容易受到电压波动的影响，若最后一台IPC摄像机供电不足，会导致倒数第二台IPC摄像机也受到影响而反复掉电。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于分时复用的网络线缆供电装置及系统，用于解决上述背景技术中突发大电流时对电路稳定造成的冲击问题，以及解决现有技术供电不足的设备对其他设备的影响问题。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种基于分时复用的网络线缆供电装置，包括第一网口、第二网口，所述基于分时复用的网络线缆供电装置还包括电源口、储能电路、第一开关电路、第二开关电路和输出控制电路，其中：

所述第一网口和第二网口通过第一开关电路相连，所述电源口与第二网口通过第二开关电路相连，所述输出控制器电路用于检测第一网口和电源口的状态，控制第一开关电路和第二开关电路的导通或断开；

所述电源口、第一网口连接到内部电源总线，所述内部电源总线连接到储能电路。

进一步地，所述储能电路包括储能器件和电源管理芯片，所述电源管理芯片检测储能器件的电源是否充足，在储能器件储存的电源不足时，通过第一网口或电源口对储能器件进行充电。

进一步地，所述储能电路在第一网口供电不足时，进行放电，通过内部电源总线为本级设备供电。

本发明所述输出控制器电路用于检测第一网口和电源口的状态，控制第一开关电路和第二开关电路的导通或断开，包括：

当输出控制电路检测到第一网口带电时，将第一开关电路导通，将第二开关电路断开；

当输出控制电路检测到电源口带电时，将第一开关电路断开，将第二开关电路导通；

当输出控制电路检测到第一网口带电、电源口都带电时，将第一开关电路断开，将第二开关电路导通。

进一步地，所述基于分时复用的网络线缆供电装置，还包括序号管理模块，用于根据本级设备是否由电源口供电和级联的顺序，设置自己的序号，以确定充电优先级。

本发明还提出了一种基于分时复用的网络线缆供电系统，所述基于分时复用的网络线缆供电系统包括适配器和多个受电端设备，所述受电端设备包括第一网口、第二网口、电源口、储能电路、第一开关电路、第二开关电路和输出控制电路，其中：

本发明提出的一种基于分时复用的网络线缆供电装置及系统，通过适配器或网口为受电端设备供电，实现受电端设备的串接供电，并在受电端设备中设置储能电路，优化网络线缆级联供电时由负载突变引起的电流同时突变问题，同时有效避免末级设备供电不足导致前级IPC摄像机反复掉电的缺陷，提高了受电端设备的稳定性。

附图说明

图1为以太网供电级联组网结构示意图；

图2为本发明一种基于分时复用的网络线缆供电装置结构示意图；

图3为本发明实施例双电源备份级联示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。

如图2所示，本技术方案的一种实施例，一种基于分时复用的网络线缆供电装置，包括：第一网口、第二网口、电源口、储能电路、第一开关电路、第二开关电路和输出控制电路，其中：

具体地，本实施例的装置用在可以支持PoE以太网供电技术(Power OverEthernet)的设备中，实现通过网线同时传输网络新信号和电源，适用的受电端设备PD(Powered Device)包括交换机、网络摄像机等，本实施例受电端设备以监控系统中的网络摄像机为例进行说明。而适配器用于向 PD提供电源，作为PD的供电端PSE(Power SourcingEquipment)。如图1所示，适配器给一个IPC供电后，其它IPC均可以通过上级IPC来进行供电，并同时进行数据传输，而不需要为每个IPC单独电连接适配器进行供电，能够简化施工布线，降低施工成本。此外，在网络布线施工过程中，也能够充分利用交换机端口的数据负载能力。

本装置支持两路网络接口，分别对应IPC的两个网口，实现级联。不仅实现两路网络数据的交换传输，同时实现电源的级联传输功能。第一网口通过网络线缆连接前一级设备，第二网口通过网络线缆连接下一级设备，同时传输电源和网络数据。第一网口与第二网口之间的数据传输，需要经过第一网口、第一网络变压器、网络交换芯片、第二网络变压器、第二网口及CPU来实现网络通讯及数据交换的功能，关于第一网口与第二网口间网络数据交换的实现方式，已经是比较成熟的技术，这里不再赘述。本技术方案中的第一网口、第二网口不限于是网络接口，也可以是其他形式的连接方法，例如双绞线。

本实施例的第一网口通过网络线缆连接前一级设备的第二网口获取电源，实现网络串接电源输入，第一网口连接内部电源总线，为本级设备供电。

此外，第一网口通过第一开关电路连接第二网口，通过输出控制电路来控制第一开关电路的通断，将连接的网络串接电源输出至第二网口。本技术方案的一种实施例，第一开关电路包括开关K1，可以为继电器、晶闸管或其他可开关控制的器件。容易理解的是，第一开关电路还可以是其他形式，例如采用三极管的开关电路等，本发明不限于第一开关电路的具体形式。

本实施例电源口由适配器输入电源，直接输入内部电源总线使设备正常上电，这里的设备为网络摄像机IPC。另外，还通过输出控制电路来控制第二开关电路通断，将适配器电源输出至第二网口。本技术方案的一种实施例，第二开关电路包括开关K2，可以为继电器、晶闸管或其他可开关控制的器件。容易理解的是，第二开关电路还可以是其他形式，例如采用三极管的开关电路等，本发明不限于第二开关电路的具体形式。

本实施例储能电路接内部电源总线，第一网口或电源口接到内部电源总线，可以对储能电路中的超级电容或电池进行充电。在储能电路放电时，储能电路输出至内部电源总线，可以供本级设备正常使用。

本实施例储能电路可以由超级电容、电池等具有储能器件和电源管理芯片构成，电源管理芯片检测储能器件的电源是否充足，在储能器件储存的电源不足时，通过第一网口或电源口对储能器件进行充电。在储能电路中通过电源管理芯片检测超级电容本地存储的电源是否足，关闭充电电路或使充电电路导通。在储能电路中的超级电容储存的电源不足时，电源管理芯片控制充电电路导通，第一网口或电源口对超级电容进行充电；在超级电容储存的电源足够时，电源管理芯片关闭充电电路，不对超级电容进行充电。

容易理解的是，如图1所示的级联方式中，不同位置的IPC供电方式有差异。其中IPC1的电源口接适配器，第一网口直接连交换机，这里的交换机是普通交换机，不需要支持PoE，因此IPC1是采用适配器供电。而IPC2、IPC3第一网口连接前一级设备的第二网口，采用串接网络电源来供电。因此，位于级联中不同的位置，本实施例基于分时复用的网络线缆供电装置的开关电路处在不同的开关状态。主要包括如下两种情况：

1、电源口直接连接适配器；这种情况对应IPC1，IPC1采用适配器供电，输出控制电路控制第二开关电路导通，第一开关电路断开，适配器电源连接到第二网口，为下级设备供电。

2、电源口不接适配器，第一网口连接前一级设备的第二网口，从前一级设备接入网络串接电源。此时输出控制电路控制第一开关电路导通，第二开关电路断开，第一网口连接第二网口，串接电源输入到下一级设备。

本实施例输出控制电路的输入分别连接第一网口和电源口的输出，可以检测第一网口和电源口的状态。当输出控制电路检测到第一网口带电时，控制开关K1闭合，控制开关K2打开，将第一开关电路导通，将第二开关电路断开；当输出控制电路检测到电源口带电时，控制开关K1打开，控制开关K2闭合，将第一开关电路断开，将第二开关电路导通。

例如，以IPC1为例，IPC1的第一网口不带电，电源口带电，输出控制电路控制开关K1打开，控制开关K2闭合，将第一开关电路断开，将第二开关电路导通，电源口外接适配器，为本设备供电，同时将电源口连接到第二网口，为下一级设备供电。

以IPC2为例，IPC2的第一网口带电，电源口不带电，输出控制电路控制开关K1闭合，控制开关K2打开，将第一开关电路导通，将第二开关电路断开，第一网口为本设备供电，同时将第一网口连接到第二网口，为下一级设备供电。

容易理解的是，图2是本实施例的电路框图，在实际的电路中，输出控制电路的输入与第一网口之间、输出控制电路的输入与电源口之间，还设置有单向导通的二极管。在电源口接适配器时，输出控制电路的输入与电源口之间的二极管导通，对储能电路进行充电，输出控制电路检测到电源口带电，电源口通过第二开关电路连接到第二网口。在电源口不接适配器，第一网口接上级的网络串联电源时，输出控制电路的输入与第一网口之间二极管导通，通过第一网口的电源给储能电路充电，输出控制电路检测到第一网口带电，第一网口通过第一开关电路连接到第二网口。

本技术方案的另一实施例，图1中除了IPC1需要电源口外，其他IPC 可以不需要电源口。对于IPC2和IPC3，只需要第一网口、第二网口、储能电路，第一网口与第二网口还可以直接连接，为下一极设备供电，不需要输出控制电路、第一开关电路和第二开关电路。

此时，第一网口连接到内部电源总线，储能电路连接第一网口，储能电路的输出接内部电源总线。在储能电路中通过电源管理芯片检测超级电容本地存储的电源是否足，关闭充电电路或使充电电路导通。第一网口在储能电路中的超级电容储存的电源不足时，对超级电容进行充电，在超级电容储存的电源足够时，不对超级电容进行充电。

在负载同时突变导致的电流突变时，第一网口网络串接电源受到影响，第一网口的供电会出现不足。当供电不足时，储能电路中电源管理芯片检测到内部电源总线供电不足，触发储能电路进行放电，继续支持对设备进行供电；但当电源管理芯片检测到储能电路中的超级电容储存的电源不足时，会通知输出控制电路关闭第一开关电路，不再向后级供电，优先保障自己充电和使用。从而在负载同时突变导致的电流突变时，由储能电路输出电源到内部电源总线供电，实现电源的分时复用。

本技术方案的另一实施例，如图3所示，采用双电源备份的技术方案。

由于硬件电路和网络线缆的通流能力有限，设备串接的最大数量限制为N级。假设设备串接的最大数量为3级，当级联要求大于3级时，可以在级联方案中增加中间设备的双电源备份，这样中间设备优先使用适配器电源输入，从而控制网络线缆的电流通流量在安全范围内，电源分段串接，网络全级联互通，以达到增加级联数量的目的。

例如，在图3中，IPC4的电源口也接入了适配器，向下连接更多的 IPC设备，增加了级联数量。

双电源备份输入时的电源输出控制策略，是本技术方案可靠性的重要部分，同时能够实现更多设备级联的目的。当网络串接输入和适配器输入同时供电，则输出控制电路控制适配器输入有更高优先级，断开第一开关电路的开关K1，导通第二开关电路的开关K2向后级设备供电。

因此，当输出控制电路检测到第一网口带电时，电源口也带电时，控制开关K1打开，控制开关K2闭合，将第一开关电路断开，将第二开关电路导通，采用电源口外接的适配器为本级设备供电，同时将适配器电源接入第二网口，为下一级设备供电。

本技术方案的另一实施例，在负载同时突变导致的电流突变时，第一网口网络串接电源受到影响，不能为本设备供电或第一网口供电不足，此时储能电路放电，通过内部电源总线为本级设备供电，实现电源的分时复用。

假设超级电容充满电时电压为V₁，放电后电压为V₂，电容容值为C，充电电流为I，充电时间为t_I。则充电时：

(V₁-V₂)·C＝I·t_I

同时设定IPC摄像机功耗为P，超级电容放电时间为t₀。则放电时：

由以上公式可以推导出：

一般情况下，普通5E网线一对线的安全通流为1.6A，超级电容选型 10V，则正常放电后电压约为5V，IPC摄像机功耗为4W，由推导公式可知，t₀/t₁大于1，即放电时间会大于充电时间，从而能够进行储能，并在供电不足时为设备供电。

本技术方案通过分时复用控制策略能有效避免负载同时突变导致的电流突变对电路造成的冲击。

本技术方案的又一实施例，本实施例基于分时复用的网络线缆供电装置，还包括序号管理模块，用于根据本级设备是否由电源口供电和级联的顺序，设置自己的序号，以确定充电优先级。

摄像机IPC串接使用时，默认不开启向后级串接供电。当适配器上电后，第1级摄像机开始充电，当充电完成后开启向后级供电，正常工作时保持开启状态，第2级设备开始充电，以此类推。当前级摄像机需要重新充电时，则关闭向后级供电，充电优先级根据串接设备距离适配器的次序来确定。

设备上电启动后，检测自身是否为适配器供电，若是，则设定自己为序号1，并向后级发起级联通讯，后级设备依次标定序号加1，以此类推并确定充电优先级。若后级设备由适配器供电，则其序号重新标定为1号，后级设备再依次加1，以此类推。

设备在固定的时间间隔做自检，若发现适配器供电中断，或取得适配器供电，则通过级联通讯向前后级设备联络，重新标定自身级联序号。

本技术方案还给出了一种基于分时复用的网络线缆供电系统的实施例，所述基于分时复用的网络线缆供电系统包括适配器和多个受电端设备，所述受电端设备包括第一网口、第二网口、电源口、储能电路、第一开关电路、第二开关电路和输出控制电路，其中：

本实施例的基于分时复用的网络线缆供电系统的受电端采用前述基于分时复用的网络线缆供电装置，其中基于分时复用的网络线缆供电装置已经在前面的实施例中进行了详细的阐述，这里不再赘述。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种基于分时复用的网络线缆供电装置，包括第一网口、第二网口，其特征在于，所述基于分时复用的网络线缆供电装置还包括电源口、储能电路、第一开关电路、第二开关电路和输出控制电路，其中：

2.如权利要求1所述的基于分时复用的网络线缆供电装置，其特征在于，所述储能电路包括储能器件和电源管理芯片，所述电源管理芯片检测储能器件的电源是否充足，在储能器件储存的电源不足时，通过第一网口或电源口对储能器件进行充电。

3.如权利要求2所述的基于分时复用的网络线缆供电装置，其特征在于，所述储能电路在第一网口供电不足时，进行放电，通过内部电源总线为本级设备供电。

4.如权利要求1所述的基于分时复用的网络线缆供电装置，其特征在于，所述输出控制器电路用于检测第一网口和电源口的状态，控制第一开关电路和第二开关电路的导通或断开，包括：

5.如权利要求1所述的基于分时复用的网络线缆供电装置，其特征在于，所述基于分时复用的网络线缆供电装置，还包括序号管理模块，用于根据本级设备是否由电源口供电和级联的顺序，设置自己的序号，以确定充电优先级。

6.一种基于分时复用的网络线缆供电系统，所述基于分时复用的网络线缆供电系统包括适配器和多个受电端设备，其特征在于，所述受电端设备包括第一网口、第二网口、电源口、储能电路、第一开关电路、第二开关电路和输出控制电路，其中：

7.如权利要求6所述的基于分时复用的网络线缆供电系统，其特征在于，所述储能电路包括储能器件和电源管理芯片，所述电源管理芯片检测储能器件的电源是否充足，在储能器件储存的电源不足时，通过第一网口或电源口对储能器件进行充电。

8.如权利要求7所述的基于分时复用的网络线缆供电系统，其特征在于，所述储能电路在第一网口供电不足时，进行放电，通过内部电源总线为本级设备供电。

9.如权利要求6所述的基于分时复用的网络线缆供电系统，其特征在于，所述输出控制器电路用于检测第一网口和电源口的状态，控制第一开关电路和第二开关电路的导通或断开，包括：

10.如权利要求6所述的基于分时复用的网络线缆供电系统，其特征在于，所述受电端设备还包括序号管理模块，用于根据本级设备是否由电源口供电和级联的顺序，设置自己的序号，以确定充电优先级。