PD模块和供电系统

技术领域

本发明实施方式涉及PD模块技术领域，特别涉及一种PD模块和供电系统。

背景技术

以太网供电技术(Power Over Ethernet，POE)是一种能同时满足数据和电力传输的标准规范，且保持了与现有以太网系统和用户的兼容性，被广泛应用于消费类、工业类产品。

一个完整的POE系统包括供电端设备(Power Sourcing Equipment，PSE)和受电端设备(Powered Device，PD)组成，它们往往占据的空间大，对结构设计有障碍，有时会影响设备的安装。因此，急需超小型化的PD模块。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种PD模块和供电系统，实现了PD模块的超小型设计。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种PD模块，包括：整流电路，用于获取外部输入的直流电；与所述整流电路连接的签名检测和功耗分级电路，其中，所述签名检测和功耗分级电路中的共模电阻为24.9KΩ，所述签名检测和功耗分级电路用于表明所述PD模块的最大功率为12.95W；与所述签名检测和功耗分级电路连接的电源转换器，用于将签名检测和功耗分级电路输出的电流转换为所需电压后输出。

本发明实施方式相对于相关技术而言提供了一种PD模块，包括：用于获取外部输入的直流电的整流电路，以及共模电阻为24.9KΩ的签名检测和功耗分级电路，所述签名检测和功耗分级电路用于表明所述PD模块的最大功率为12.95W，电源转换器则用于将签名检测和功耗分级电路输出的电流转换为所需电压后输出。由于本实施例中签名检测和功耗分级电路所表明的PD模块的最大功率为12.95W，整体功率较小，因此，可以最大程度地减小PD模块的体积，实现PD模块的超小型设计。如此，可将本实施例中的PD模块安装在难以部署AC电源的地方，如此，不需要昂贵的电源和安装电源所耗费的时间，节省了费用和时间。

另外，所述PD模块还包括：自所述电源转换器连接出的电压调节端、正电源信号输出端和负电源信号输出端；所述电压调节端电连接至所述正电源信号输出端，以调节所述正电源信号输出端的电压值；或者，所述电压调节端电连接至所述负电源信号输出端，以调节所述负电源信号输出端的电压值。

另外，所述电压调节端悬空时，所述正电源信号输出端和所述负电源信号之间的输出端电压为3.3V、5V、12V或24V。

另外，所述PD模块包括：PCB板，所述PCB板包括：前表面和后表面；所述电源转换器包括：与所述签名检测和功耗分级电路的输出连接的DC转换器以及与所述DC转换器的输出连接的变压器；所述变压器设置于所述前表面；所述后表面还设置有支撑脚，以形成容纳空间，所述签名检测和功耗分级电路以及所述DC转换器设置于所述后表面且位于所述容纳空间内。

另外，所述整流电路设置于所述PCB板的前表面。

另外，所述PCB板的宽度在13.873毫米至14.127毫米之间，长度在22.19毫米至20.19毫米之间。

另外，所述PCB板的宽度在13.873毫米至14.127毫米之间，长度在22.19毫米至20.19毫米之间。

本发明的实施方式还提供了一种供电系统，PSE供电设备、用电模块、以及如权利要求1至7中任一项所述的PD模块；所述PSE供电设备与所述PD模块连接，用于向所述PD模块供电；所述PD模块的输出端连接所述用电设备的输入端，用于为所述用电设备供电。

另外，所述PD模块包括整流电路，所述整流电路由第一整流桥和第二整流桥并联形成；所述PSE供电设备连接所述PD模块中所述第一整流桥的两端、或者连接所述第二整流桥的两端。

另外，所述PSE供电设备与所述PD模块之间通过CAT5e网线连接。

附图说明

一个或多个实施方式通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施方式的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明第一实施方式的PD模块的结构示意图；

图2是根据本发明第一实施方式的ADJ电连接+VDC的示意图；

图3是根据本发明第一实施方式的ADJ电连接-VDC的示意图；

图4是根据本发明第一实施方式的PD模块在PCB板上的分布结构示意图；

图5是根据本发明第二实施方式的供电系统的一种结构示意图；

图6是根据本发明第二实施方式的供电系统的另一种结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种PD模块，本实施方式的核心在包括：用于获取外部输入的直流电的整流电路，以及共模电阻为24.9KΩ的签名检测和功耗分级电路，所述签名检测和功耗分级电路用于表明所述PD模块的最大功率为12.95W，电源转换器则用于将签名检测和功耗分级电路输出的电流转换为所需电压后输出。由于本实施例中签名检测和功耗分级电路所表明的PD模块的最大功率为12.95W，整体功率较小，因此，可以最大程度地减小PD模块的体积，实现PD模块的超小型设计。如此，可将本实施例中的PD模块安装在难以部署AC电源的地方，如此，不需要昂贵的电源和安装电源所耗费的时间，节省了费用和时间。

下面对本实施方式的PD模块的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

本实施方式中的PD模块的结构示意图如图1所示，包括：

第一部分：整流电路。用于获取外部输入的直流电。本实施例中整流电路由第一整流桥和第二整流桥并联形成，以增加整流输出电流。本实施例中整流桥可以采用MB4S和MB6S的二极管作为整流桥，可有效减低整流桥的功率损耗，提高电源转换效率，降低散热要求；且电路简单、占用印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)空间少，有利于产品的小型化设计。

第二部分：签名检测及功耗分级电路。与整流电路的输出连接。PD模块中包含一个24.9KΩ的共模电阻，当供电端设备检测到来自PD的适当阻抗特征(24.9KΩ)时，便会通过检测阶段，进入功耗分级。在功率分级阶段，PD模块会向签名检测及功耗分级电路中吸收一个恒定的电流来向供电端设备表明该PD模块所需的最大功率为12.95W。本实施例中签名检测和功耗分级电路所表明的PD模块的最大功率为12.95W，整体功率较小，因此，可以最大程度地减小PD模块的体积，实现PD模块的超小型设计。

第三部分：电源转换器。与上述签名检测及功耗分级电路的输出连接，用于将签名检测和功耗分级电路输出的电流转换为所需电压后输出给后端的用电设备。本实施例中电源转换器包括：与上述签名检测及功耗分级电路的输出连接的DC-DC变换器，以及与所述DC-DC变换器连接的变压器。变压器可以将与PD模块连接的用电设备与电源隔离开来，有保护电路的作用。

其中，电源转换器用于将签名检测和功耗分级电路输出的电压降低，电源转换器的降压既可以通过改变变压器的线圈比，也可以通过控制DC-DC的开关频率，有时候也可将两者结合起来一起作用。

值得说明的是，本实施例中签名检测及功耗分级电路、以及DC-DC变换器可采用集成芯片以进一步实现PD模块的小型化设计。可选用的芯片包含但不限于NCP1030和NCP1031。

在部分实施例中，PD模块还包括：自电源转换器连接出的电压调节端ADJ、正电源信号输出端+VDC和负电源信号输出端-VDC；电压调节端ADJ电连接至正电源信号输出端+VDC，以调节正电源信号输出端+VDC的电压值；或者，电压调节端ADJ电连接至负电源信号输出端-VDC，以调节负电源信号输出端-VDC的电压值。

如图2所示，为电压调节端ADJ电连接至正电源信号输出端+VDC的示意图，电压调节端ADJ通过以外部电阻R连接至正电源信号输出端+VDC。如图3所示，为电压调节端ADJ电连接至负电源信号输出端-VDC的示意图，电压调节端ADJ通过以外部电阻R连接至负电源信号输出端-VDC。

当电压调节端ADJ悬空、电压调节端ADJ连接至正电源信号输出端+VDC、以及电压调节端ADJ连接至负电源信号输出端-VDC的三种情况下正电源信号输出端+VDC和负电源信号之间的输出端电压的情况如下表1所示：

表1

其中，电压调节端ADJ悬空时，正电源信号输出端+VDC和负电源信号之间的输出端电压为3.3V、5V、12V或24V，分别对应的最大输出功率为6W、9W、12W、12W。

在实际应用中，可根据不同的应用场景为后端的用电设备输出合适的所需电压，电压等级有3.3V、5.0V、12.0V、24.0V，适用于多种电压需求的用电设备。同时，本发明输出的电压可通过配置PD模块电压调节端ADJ的外部电阻R(0欧姆)进行一定的调节，还可以实现输出电压的微调，进一步满足用电设备的多样化需求。

为了进一步实现PD模块的超小型化设计，本实施例中PD模块在结构上采用双面贴片的方式，具体如图4所示：

PD模块包括：PCB板1，PCB板1包括：前表面和后表面；电源转换器包括：与签名检测和功耗分级电路的输出连接的DC转换器以及与DC转换器的输出连接的变压器2；变压器2设置于前表面；后表面还设置有支撑脚4，以形成容纳空间，签名检测和功耗分级电路以及DC转换器的集成芯片5设置于后表面且位于容纳空间内。

具体地说，相关技术的大部分PD模块功率大，产生热量多，多使用单面贴片方式。本实施例中由于适用的场景功率小，无需过分考虑散热问题，因此，得以使用双面贴片方式来减小单位面积。也就是说，将体积较大的变压器2设置于PCB板1的前表面，在PCB的后表面增设了支撑脚4，从而增加了PD模块的高度以使PCB板1的背面能够形成容纳空间，以容纳体积较小的签名检测和功耗分级电路以及DC转换器的集成芯片5。实现了器件的纵向排列，从而大大减小整个PD模块的面积。

进一步地，整流电路3设置于PCB板1的前表面。至于电路中存在的其他一些小的元器件(例如：电流检测器、电容C1和电容C2)则可以根据PCB板1前、后表面的剩余面积大小合理设计。

在部分实施例中，支撑脚4的高度为2.373毫米至2.627毫米，可选地，支撑脚4的高度为2.5毫米。PCB板1的宽度在13.873毫米至14.127毫米之间，长度在22.19毫米至20.19毫米之间。可选地，PCB板1的宽度为14毫米，PCB板1的长度为21.19毫米。本实施例中设计完成后整体PD模块的高度在13.30毫米至13.4毫米之间。

总的来说，本实施例中提供的PD模块，通过选用合适的芯片方案作为核心器件，并通过合理的PCB设计得以大大缩小了PD模块的体积，且保持了高性能。可应用于一些小型的无线发射器、电信基站、无线传感器、安防摄像头等方面，通过传输以太网数据的CAT5e电缆进行供电，可以简化用电设备的安装和部署。例如：超小型的PD模块可应用于网络摄像头。在安防行业应用以太网供电技术组网主要有简化布线、节能灵活、安全方便等优势。一般的网络摄像机除了需要通过网线来传输视频信号外，还必须全天候为其提供足够的电力。而在现实施工中，经常会出现因为无法提供稳定的电源，而不得不重新设计摄像头的安装地点的情况。如此一来，重新设计安装地点可能会导致出现监控死角，使监控失去意义。而本实施例中超小型的PD模块使其不再需要昂贵电源和安装电源所耗费的时间，节省了费用和时间。且超小型的PD模块更具有灵活性，能更好地发挥以太网供电技术的优势，只需一条电缆即可满足信号和电力的传输。

本发明的第二实施方式涉及一种供电系统，本实施方式的结构示意图如图5或图6所示，具体包括：PSE供电设备、用电模块、以及如上述实施方式中的PD模块；PSE供电设备与PD模块连接，用于向PD模块供电；PD模块的输出端连接用电设备的输入端，用于为用电设备供电。其中，PD模块通过CAT5e网线与PSE供电设备连接。

本发明中的供电系统的工作方式如下：

(1)检测：PSE供电设备一直在端口输出很小的电压，当上述实施方式中的PD模块接入网络后会被PSE供电设备检测和识别到。

(2)PD端设备分类：当PSE供电设备检测到PD模块之后，PSE供电设备会为PD模块进行分类，并且评估此PD模块所需的功率损耗。本发明的PD模块的功率等级属于Class 0，PD模块的功率为0.44W～12.95W。

(3)开始供电：在一个可配置时间(一般小于15μs)的启动期内，PSE供电设备开始从低电压向PD模块供电，直至提供48V的直流电源。

(4)供电：为PD模块提供稳定可靠48V的直流电，以满足PD模块的功率消耗，并支持PD模块为用电设备供电。

(5)断电：若PD模块从网络上断开时，PSE供电设备就会快速地(一般在300～400ms之内)停止为PD模块供电，并重复上述检测过程，以检测线缆的终端是否连接PD模块。

在部分实施例中，PD模块包括整流电路3，整流电路3由第一整流桥和第二整流桥并联形成；PSE供电设备连接PD模块中第一整流桥的两端、或者连接第二整流桥的两端。如图5所示，当PSE供电设备连接PD模块中第一整流桥的两端时，为兼容中间跨接法(PSE供电设备连接至VB1和VB2)。或者，如图6所示，当PSE供电设备连接PD模块中二整流桥的两端时，为末端连接法(PSE供电设备连接至VA1和VA2)。

总的来说，本实施例的供电系统，实现了供电智能化，电源像数据传输一样方便，以太网供电技术可以通过使用简单网络管理协议(Simple Network ManagementProtocol，SNMP)来监督和控制PD模块。PSE供电设备只会为需要供电的PD模块供电，只有连接了需要供电的PD模块，以太网电缆才会有电压存在，因而消除了线路上漏电的风险，消除了供电安全隐患。用户可以自动、安全地在网络上混用原有设备和PSE供电设备，这些设备能够与现有以太网电缆共存，实现设备兼容。当远端PD模块与网络相连后，能够远程控制、重配或重设，便于管理。且在网络摄像机局域网中，PSE供电设备可以简化测试任务，接入的PD模块能够被轻松地移动和接入。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。