TWI388153B

TWI388153B - 網路設備

Info

Publication number: TWI388153B
Application number: TW097148474A
Authority: TW
Inventors: Kuo Hung Tseng; Wen Ping Liu; Yi Chang Tsai
Original assignee: Wistron Neweb Corp
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2013-03-01
Also published as: US8200996B2; TW201023555A; US20100153751A1

Description

網路設備

本發明是有關於一種網路設備，特別是指一種乙太網路的網路設備。

乙太網供電(Power Over Ethernet，POE)是指在現有的乙太網佈線基礎架構下，依循IEEE802.3af國際標準，在傳輸資料訊號至終端設備(例如無線網路路由器、網路攝影機或網路電話等)的同時，能為此類設備提供直流供電的技術，如此一來，終端設備只要接網路線就能正常運作，而不用再另外接插頭或電池來提供終端設備所需的電源，甚為方便。

根據IEEE802.3af國際標準，一個完整的乙太網供電系統包括供電端設備(Power Sourcing Equipment，PSE)及受電端設備(Powered Device，PD)，參閱圖1、圖2及圖3，其供電的方式分成兩種，一種是末端跨接法(End-Span，如圖1及圖2所示)，在傳輸資料的同時傳輸直流電至受電端設備92、92’，另一種則是中間跨接法(Mid-Span，如圖3所示)，透過中間跨接供電端設備(Midspan PSE)94來傳輸直流電。

乙太網供電系統通過電纜供電的原理亦有兩種，一種是透過供電端設備91的第一、二接腳及第三、六接腳供電(如圖1所示)，另一種則是透過供電端設備91’的第四、五接腳及第七、八接腳供電(如圖2所示)，特別注意的是，圖1及圖2中阿拉伯數字(1、2...8)是標準五類(Catalog 5)網路線的腳位。參閱圖1，當透過第一、二接腳及第三、六接腳供電時，電源產生器93加在變壓器95的中點，不影響資料傳輸，第一、二接腳及第三、六接腳可為任意極性。參閱圖2，當透過第四、五接腳及第七、八接腳供電時，第四、五接腳連接至電源產生器93’的正極，而第七、八接腳則連接至電源產生器93’的負極。

此外，依照IEEE802.3af的規範，供電端設備所能提供受電端設備的最大功率為15.4瓦，也就是說，受電端設備所需的功率必須低於15.4瓦，若是高於15.4瓦則無法藉此規範供電，但如此的限制將越來越無法滿足現今受電端設備的需求。值得一提的是，中華民國第095135781號專利揭露一種用於一乙太網路供電系統之一受電端設備的電源轉換裝置為本案之參考依據。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以提高輸出功率的網路設備。

於是，本發明網路設備應用於乙太網供電系統，可連接複數條網路線，該等網路線分別可傳遞一網路訊號及一載於該網路訊號上的直流電力，該網路設備包含複數個乙太網路連接埠、一變壓模組、一訊號處理電路及一供電模組，其中，本發明之乙太網路連接埠可為一第一乙太網路端子及第二乙太網路端子，分別連接二條網路線且接收其中的網路訊號及直流電力，並分別具有一第一到第四對接腳，直流電力至少由第一對接腳及第二對接腳其中之一或第三對接腳及第四對接腳其中之一接收並輸出。

變壓模組耦接於第一乙太網路端子及第二乙太網路端子，用以將其所接收的的網路訊號與直流電力分離後輸出，其中包含一第一變壓電路及一第二變壓電路。而訊號處理電路則耦接於變壓模組，負責接收變壓電路所分離之網路訊號並進行訊號處理，其中包含一第一乙太網實體層單元及一第二乙太網實體層單元。

第一變壓電路耦接於第一乙太網路端子與第一乙太網實體層單元之間並至少將第一對接腳及第二對接腳其中之一或第三對接腳及第四對接腳其中之一所輸出的電壓由其一中心抽頭輸出。而第二變壓電路耦接於第二乙太網路端子與第二乙太網實體層單元之間並至少將第一對接腳及第二對接腳其中之一或第三對接腳及第四對接腳其中之一所輸出的電壓由其一中心抽頭輸出，且第一及第二變壓電路的中心抽頭相互並(串)聯。

較佳地，第一變壓電路(第二變壓電路)包括一第一變壓器、第二變壓器、第三變壓器及第四變壓器，其分別跨接於第一乙太網路端子(第二乙太網路端子)的第一對接腳、第二對接腳、第三對接腳及第四對接腳與第一乙太網實體層單元(第二乙太網實體層單元)之間。

此外，第一變壓電路(第二變壓電路)的第一變壓器之中央抽頭輸出第一乙太網路端子(第二乙太網路端子)之第一對接腳的輸出電壓，而第一變壓電路(第二變壓電路)的第二變壓器之中央抽頭輸出該第一乙太網路端子(第二乙太網路端子)之第二對接腳的輸出電壓，且第一對接腳與第二對接腳在同一時間只有其中之一輸出電壓；相同地，第一變壓電路(第二變壓電路)的第三變壓器之中央抽頭輸出第一乙太網路端子(第二乙太網路端子)之第三對接腳的輸出電壓，而第一變壓電路(第二變壓電路)的第四變壓器之中央抽頭輸出該第一乙太網路端子(第二乙太網路端子)之第四對接腳的輸出電壓，且第三對接腳與第四對接腳在同一時間只有其中之一輸出電壓。

供電模組耦接於變壓模組，並包含四個直流/直流轉換器，第一變壓電路的第一變壓器與第二變壓器的中央抽頭耦接一直流/直流轉換器，第一變壓電路的第三變壓器與第四變壓器的中央抽頭耦接一直流/直流轉換器，第二變壓電路的第一變壓器與第二變壓器的中央抽頭耦接一直流/直流轉換器，該第二變壓電路的第三變壓器與第四變壓器的中央抽頭耦接一直流/直流轉換器，而該等直流/直流轉換器的輸出端相互並(串)聯。

然而，第一乙太網路端子與第二乙太網路端子的第一對接腳分別為其第一接腳及第二接腳，第一乙太網路端子與第二乙太網路端子的第二對接腳分別為其第三接腳及第六接腳，第一乙太網路端子與第二乙太網路端子的第三對接腳分別為其第四接腳及第五接腳，第一乙太網路端子與第二乙太網路端子的第四對接腳分別為其第七接腳及第八接腳。本發明之功效在於，提供具有較高輸出功率且穩定的輸出電壓。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之四個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖4，為本發明網路設備之第一較佳實施例，該網路設備10是一用於乙太網供電系統(Power Over Ethernet，POE)的受電端設備(Powered Device，PD)，例如：無線存取橋接器(Access Point，AP)、數據機等等。在本實施例中，該網路設備10連接二條網路線81、82，且該等網路線81、82傳遞一來自供電端設備(Power Sourcing Equipment，PSE)並依循IEEE802.3af國際標準的網路訊號，及一載於該網路訊號上的直流電力，網路設備10中包含複數個乙太網路連接埠1、一變壓模組2、一訊號處理電路3及一供電模組4。

配合參閱圖5，本實施例之乙太網路連接埠1為現今網路系統中通用的RJ-45端子，且在IEEE802.3af國際標準下，每條網路線只能傳送一定限度的直流電力，因此設計者可依不同網路設備10的需要來決定乙太網路連接埠1之數量。在本實施例中，乙太網路連接埠1的數量為二，且為了方便描述，在此分別定義為第一乙太網路端子11及第二乙太網路端子12。該第一乙太網路端子11及第二乙太網路端子12會分別與二條網路線81、82連接，並接收其中的網路訊號及直流電力。

第一乙太網路端子11具有一第一對接腳(第一乙太網路端子11的第一接腳及第二接腳)、一第二對接腳(第一乙太網路端子11的第三接腳及第六接腳)、一第三對接腳(第一乙太網路端子11的第四接腳及第五接腳)及一第四對接腳(第一乙太網路端子11的第七接腳及第八接腳)，且由第一對接腳及第三對接腳接收網路線11所傳遞的網路訊號及直流電力並輸出。當然，第一乙太網路端子11可以只由第一對接腳或第二對接腳接收網路訊號及直流電力，亦或者是只由第三對接腳或第四對接腳接收，只要是第一對接腳及第二對接腳其中之一和第三對接腳及第四對接腳其中之一接收網路訊號及直流電力並輸出即可。

第二乙太網路端子12的架構與第一乙太網路端子11相同，亦具有一第一對接腳(第二乙太網路端子12的第一接腳及第二接腳)、一第二對接腳(第二乙太網路端子12的第三接腳及第六接腳)、一第三對接腳(第二乙太網路端子12的第四接腳及第五接腳)及一第四對接腳(第二乙太網路端子12的第七接腳及第八接腳)，且由第一對接腳及第三對接腳接收網路線12所傳遞的網路訊號及直流電力並輸出。

變壓模組2耦接於第一乙太網路端子11及第二乙太網路端子12，用以將其所接收的的網路訊號與直流電力分離後輸出，其中包含一第一變壓電路25及一第二變壓電路26。而訊號處理電路3耦接於變壓模組2，負責接收變壓電路2所分離之網路訊號並進行訊號處理，其中包含一第一乙太網實體層單元31及一第二乙太網實體層單元32。

第一變壓電路25耦接於第一乙太網路端子11並具有一跨接於第一乙太網路端子11的第一對接腳與第一乙太網實體層單元31之間的第一變壓器251、一跨接於第一乙太網路端子11的第二對接腳與第一乙太網實體層單元31之間的第二變壓器252、一跨接於第一乙太網路端子11與第一乙太網實體層單元31之間的第三對接腳的第三變壓器253及一跨接於第一乙太網路端子11的第四對接腳與第一乙太網實體層單元31之間的第四變壓器254。

以第一變壓器251說明，來自第一乙太網路端子11之第一對接腳的網路訊號將會通過第一變壓器251傳送到第一乙太網實體層單元31處理，而直流電力將會被擋在第一變壓器251的一側，並由該第一變壓器251之中央抽頭所拉出的一第一輸出端OP1輸出，也就是說，第一乙太網路端子11的第一對接腳所輸出到的網路訊號及直流電力將會透過第一變壓器251而分離。同樣地，第二對接腳所輸出的直流電力會從第二變壓器252之中央抽頭所拉出的一第二輸出端OP2輸出；第三對接腳所輸出的直流電力會從第三變壓器253之中央抽頭所拉出的一第三輸出端OP3輸出；第四對接腳所輸出的直流電力會從第四變壓器254之中央抽頭所拉出的一第四輸出端OP4輸出。而由於本實施例只由第一對接腳及第三對接腳接收並輸出直流電力，故第二輸出端OP2與第四輸出端OP4所輸出的電壓會為零。

第二變壓電路26耦接於第二乙太網路端子12並具有一跨接於第二乙太網路端子12的第一對接腳與第二乙太網實體層單元32之間的第一變壓器261、一跨接於第二乙太網路端子12的第二對接腳與第二乙太網實體層單元32之間的第二變壓器262、一跨接於第二乙太網路端子12的第三對接腳與第二乙太網實體層單元32之間的第三變壓器263及一跨接於第二乙太網路端子12的第四對接腳與第二乙太網實體層單元32之間的第四變壓器264。

第二變壓電路26的原理與第一變壓電路25相同，第二乙太網路端子12之第一對接腳所輸出的直流電力會從第一變壓器261之中央抽頭所拉出的一第一輸出端OP1’輸出；第二乙太網路端子12之第二對接腳所輸出的直流電力會從第二變壓器262之中央抽頭所拉出的一第二輸出端OP2’輸出；第二乙太網路端子12之第三對接腳所輸出的直流電力會從第三變壓器263之中央抽頭所拉出的一第三輸出端OP3’輸出；第二乙太網路端子12之第四對接腳所輸出的直流電力會從第四變壓器264之中央抽頭所拉出的一第四輸出端OP4’輸出。相同地，本實施例是由第一對接腳及第三對接腳接收並輸出直流電力，故第二輸出端OP2’與第四輸出端OP4’所輸出的電壓因未輸出直流電力而為零。

當然，在第一乙太網路端子11中第一及第二對接腳亦可以共用同一變壓器，即將第一接腳與第三接腳相連接及第二接腳與第六接腳相連接，且第一接腳及第二接腳耦接至變壓器並其中之一從其中央抽頭輸出；相同地，第三及第四對接腳亦可以共用同一變壓器，即將第四接腳與第七接腳相連接及第五接腳與第八接腳相連接，且第四接腳及第五接腳耦接至變壓器並其中之一從其中央抽頭輸出。而第二乙太網路端子12亦可以相同的原理來減少變壓器的數量，故不再贅述。

而值得一提的是，變壓模組2中的所有變壓器除了分離網路訊號及直流電力外，還可用於隔離乙太網路連接埠1與訊號處理電路3，使得耦接於變壓模組2之後的供電模組4不會影響到訊號處理電路3之運作，且所有變壓器的匝數比皆為1：1。因此，由變壓器之中央抽頭的輸出端輸出的電壓會與乙太網路連接埠1所接收到的直流電力相同。

此外，由於第一乙太網路端子11(或第二乙太網路端子12)是由第一對接腳還是第二對接腳接收直流電力，是由供電端設備決定，也就是說，第一對接腳所接收到的電壓位準會依不同的供電端設備而在直流電力的電壓或零電壓之間改變，如此會導致無法正確地供電給受電端設備。同樣地，第三對接腳與第四對接腳亦有相同之問題，因此，訊號需要先進行整流才能確保受電端設備獲得正確的訊號(或零電壓)。

因此，供電模組4包含有一耦接於第一變壓電路25之第一變壓器251與第二變壓器252的中央抽頭的第一橋式整流器41、一耦接於第一變壓電路25之第三變壓器253與第四變壓器254的中央抽頭的第二橋式整流器42、一耦接於第二變壓電路26之第一變壓器261與第二變壓器262的中央抽頭的第三橋式整流器43、一耦接於第二變壓電路26之第三變壓器263與第四變壓器264的中央抽頭的第四橋式整流器44。

四個橋式整流器41~44分別由四個二極體D1~D4組成，其中，第一橋式整流器41的二極體D1之陽極與二極體D4之陰極連接第一變壓器251的第一輸出端OP1，二極體D3之陽極與二極體D2之陰極連接第二變壓器252的第二輸出端OP2，二極體D1之陰極與二極體D3之陰極連接第一橋式整流器41之輸出端的正極，二極體D2之陽極與二極體D4之陽極連接第一橋式整流器41之輸出端的負極，第一橋式整流器41用於整合第一變壓器251的第一輸出端OP1與第二變壓器252的第二輸出端OP2的輸出電壓。

同樣地，第二橋式整流器42的二極體D1之陽極與二極體D4之陰極連接第三變壓器253的第三輸出端OP3，二極體D3之陽極與二極體D2之陰極連接第四變壓器254的第四輸出端OP4，二極體D1之陰極與二極體D3之陰極連接第二橋式整流器42之輸出端的正極，二極體D2之陽極與二極體D4之陽極連接第二橋式整流器42之輸出端的負極，第二橋式整流器42則用於整合第三變壓器253的第三輸出端OP3與第四變壓器254的第四輸出端OP4的輸出電壓。

相同地，第三橋式整流器43的二極體D1之陽極與二極體D4之陰極連接第一變壓器261的第一輸出端OP1’，二極體D3之陽極與二極體D2之陰極連接第二變壓器262的第二輸出端OP2’，二極體D1之陰極與二極體D3之陰極連接第三橋式整流器43之輸出端的正極，二極體D2之陽極與二極體D4之陽極連接第三橋式整流器43之輸出端的負極。第三橋式整流器43用於整合第一變壓器261的第一輸出端OP1’與第二變壓器262的第二輸出端OP2’的輸出電壓。

第四橋式整流器44的二極體D1之陽極與二極體D4之陰極連接第三變壓器263的第三輸出端OP3’，二極體D3之陽極與二極體D2之陰極連接第四變壓器264的第四輸出端OP4’，二極體D1之陰極與二極體D3之陰極連接第四橋式整流器44之輸出端的正極，二極體D2之陽極與二極體D4之陽極連接第四橋式整流器44之輸出端的負極，因此，第四橋式整流器44用於整合第三變壓器263的第三輸出端OP3’與第四變壓器264的第四輸出端OP4’的輸出電壓。

以第一橋式整流器41來說，若第一乙太網路端子11的第一對接腳接收直流電力且第二對接腳為零電壓輸出，則分別由第一變壓器251的第一輸出端OP1及第二變壓器252的第二輸出端OP2輸出，使得二極體D1及D2會開啟(D3及D4為關閉)，即第一橋式整流器41的輸出電壓為第一輸出端OP1所輸出的電壓；反之，若第一對接腳輸出零電壓且第二對接腳接收直流電力，二極體D3及D4則會開啟(D1及D2為關閉)，故第一橋式整流器41的輸出電壓會為第二輸出端OP2所輸出的電壓；同理，其餘三個橋式整流器操作皆與第一橋式整流器41相同，故不再贅述。

重要的是，本實施例之第一橋式整流器41及第二橋式整流器42的輸出端正極相互連接，第一橋式整流器41及第二橋式整流器42的輸出端負極相互連接，第三橋式整流器43及第四橋式整流器44的輸出端正極相互連接，第三橋式整流器43及第四橋式整流器44的輸出端負極相互連接。因此，就第一乙太網路端子11而言，其是由第一對接腳及第三對接腳接收直流電力，又根據IEEE802.3af的規範，單一對接腳所接收到的直流電力最大可以提供15.4瓦的功率，故由第一橋式整流器41及第二橋式整流器42輸出端並聯所產生的輸出端電壓Vo1不變，但電流會加倍因而可以供應加倍的功率，即30.8瓦的功率給受電端設備。相同地，第三橋式整流器43及第四橋式整流器44並聯所產生的電流相加亦可輸出30.8瓦的功率給受電端設備。

再者，本實施例之供電模組4更包含二個直流/直流轉換器51、52，其中，第一橋式整流器41及第二橋式整流器42所連接的輸出端耦接其中之一個直流/直流轉換器51，第三橋式整流器43及第四橋式整流器44所連接的輸出端耦接其中另一個直流/直流轉換器52，用於提供受電端設備一穩定的供應電壓，此外，二直流/直流轉換器51、52的輸出端相互連接(輸出端並聯，即正極相互連接及負極相互連接)而產生該供應電壓Vout，由於二直流/直流轉換器51、52的輸出端分別可提供30.8瓦的功率，因此，網路設備10可提供61.6瓦之功率。

換言之，若只由第一乙太網路端子11(第二乙太網路端子12)中的第一對接腳接收直流電力，則第一輸出端最大可以提供15.4瓦之功率，故供應電壓Vout會因二直流/直流轉換器51、52相互並聯而使得其所能提供之功率為30.8瓦。當然，乙太網路連接埠1的數量亦可以為N個(N>2)，只要每一個乙太網路連接埠1分別接收一個直流電力，並將供電模組4的輸出端相互並聯，即可得到N×30.8瓦的功率(若乙太網路連接埠1中只有一對接腳接收到直流電力，則可供應之功率為N×15.4瓦)，如此一來，網路設備10將可獲得更高之功率。此外，本實施例之網路設備10是依循IEEE802.3af國際標準，當然亦可用於IEEE802.3at的國際標準上，並不以此為限。

值得一提的是，供電模組4所產生的電力是用於供應給整個網路設備10，由於每個電路(例如：乙太網路連接埠1、訊號處理電路3等等)所需的電力不同，故本實施例之網路設備10可更包含一電源管理電路(圖未示)，用以接收供電模組4所產生的電力，並根據不同電路的需求分配該電力至各個電路。

參閱圖6，為本發明網路設備之第二較佳實施例的內部電路圖，大致與第一較佳實施例相同，其不同之處在於，各橋式整流器可以先經過直流/直流轉換器進行穩壓後再將其輸出端相並聯，亦即本實施例之供電模組是分別在各橋式整流器的輸出端連接一直流/直流轉換器51~54，再將每一個直流/直流轉換器51~54之輸出端並聯(即輸出端正極相互連接，輸出端的負極相互連接)，使得每一個橋式整流器的輸出端所輸出的電流彼此並聯相加，以得到15.4×4=61.6瓦之輸出功率。同樣地，若本實施例之網路設備10的乙太網路連接埠1的數量為N個(N>2)，只要將供電模組的輸出端相互並聯，即可得到N×30.8瓦的功率(若乙太網路連接埠1中只有一對接腳接收到直流電力，則可供應之功率為N×15.4瓦)，故仍不以二個乙太網路端子11、12為限。

參閱圖7，為本發明網路設備之第三較佳實施例的內部電路圖，大致與第一較佳實施例相同，其不同之處在於，第一較佳實施例是利用每一個橋式整流器的輸出端並聯使得電流相加而提高輸出功率，而本實施例則是將每一個橋式整流器的輸出端串聯使得電壓相加來提高輸出功率。因此，如圖6所示，第一橋式整流器41(第三橋式整流器43)之輸出端的負極連接第二橋式整流器42(第四橋式整流器44)之輸出端的正極。

此外，第一橋式整流器41之輸出端的正極與第二橋式整流器42之輸出端的負極連接第一直流/直流轉換器51，而第二電源轉換電路22的第三橋式整流器43之輸出端的正極與第四橋式整流器44之輸出端的負極連接第二直流/直流轉換器52，再將第一直流/直流轉換器51之輸出端的負極與第二直流/直流轉換器52之輸出端的正極連接，即二直流/直流轉換器的輸出端相互串聯，使得輸出端的電壓Vo1與Vo2相加，進而增加網路設備1所能提供的輸出功率，同樣地，只要直流/直流轉換器串聯N個(N>1)，且每一個乙太網路連接埠1分別接收一個直流電力，即可得到N×30.8瓦的功率(若乙太網路連接埠1中只有一對接腳接收直流電力，則可供應之功率為N×15.4瓦)，故網路設備10將可獲得更高之功率。

參閱圖8，為本發明網路設備之第四較佳實施例的內部電路圖，大致與第三較佳實施例相同，其不同之處在於，橋式整流器41~44可以各自先經過一直流/直流轉換器51~54進行穩壓後再將直流/直流轉換器51~54的輸出端串聯，即可供應15.4×4=61.6瓦之輸出功率。

綜上所述，本實施例之網路設備10利用複個乙太網路連接埠1分別接收一直流電力，再將其供電模組4的輸出端串/並聯後輸出，即可供應網路設備10較高的輸出功率而不受IEEE802.3af國際標準的限制。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

10．．．網路設備

1．．．乙太網路連接埠

11．．．第一乙太網路端子

12．．．第二乙太網路端子

2．．．變壓模組

25．．．第一變壓電路

251．．．第一變壓器

252．．．第二變壓器

253．．．第三變壓器

254．．．第四變壓器

26．．．第二變壓電路

261．．．第一變壓器

262．．．第二變壓器

263．．．第三變壓器

264．．．第四變壓器

3．．．訊號處理電路

31．．．第一乙太網實體層單元

32．．．第二乙太網實體層單元

4．．．供電模組

41．．．第一橋式整流器

42．．．第二橋式整流器

43．．．第三橋式整流器

44．．．第四橋式整流器

51．．．第一直流/直流轉換器

52．．．第二直流/直流轉換器

53．．．第三直流/直流轉換器

54．．．第四直流/直流轉換器

81、82．．．網路線

圖1是一電路示意圖，說明習知乙太網供電裝置透過第一、二接腳及第三、六接腳供電；

圖2是一電路示意圖，說明習知乙太網供電裝置透過第四、五接腳及第七、八接腳供電；

圖3一電路示意圖，說明習知乙太網供電裝置中間跨接的供電方式；

圖4是一電路方塊圖，說明本發明網路設備之第一較佳實施例；

圖5是一電路圖，說明本發明第一較佳實施例之內部電路；

圖6是一電路圖，說明本發明第二較佳實施例之內部電路；

圖7是一電路圖，說明本發明第三較佳實施例之內部電路；及

圖8是一電路圖，說明本發明第四較佳實施例之內部電路。