專利名稱：用戶端饋電以太網(wǎng)交換機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與以太網(wǎng)交換機(jī)有關(guān)。
背景技術(shù)：
寬帶網(wǎng)絡(luò)是20世紀(jì)末期才興起的行業(yè)。在國內(nèi)，采用FTTB+LAN(光纖到樓以太網(wǎng)入戶)技術(shù)的寬帶網(wǎng)絡(luò)成為寬帶網(wǎng)絡(luò)的主流方式之一。近兩年，這種方式的寬帶網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)由大規(guī)模建設(shè)階段，轉(zhuǎn)入運營階段，在運營過程中，以太網(wǎng)交換機(jī)是其核心設(shè)備。然而，隨著大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運行，發(fā)現(xiàn)在用戶端即樓道交換機(jī)的供電存在供電不方便，施工難度大，運維費用高等諸多缺點，給寬帶運營帶來了極大不方便。目前樓道交換機(jī)主要有兩種供電方式，即本地供電和遠(yuǎn)程供電。本地供電采用的方式是交換機(jī)內(nèi)置或外置轉(zhuǎn)換電源，即轉(zhuǎn)換電源連接AC220V的市網(wǎng)，把AC220V的電壓轉(zhuǎn)換成交換機(jī)所需的電壓，本地供電由于現(xiàn)在的住宅都采用電線暗埋的方式，供電非常困難，而且費用也比較高，且不適合大規(guī)模運維。遠(yuǎn)程供電樓道交換機(jī)是通過機(jī)房或上端的遠(yuǎn)程供電設(shè)備獲得電源。遠(yuǎn)程供電設(shè)備把遠(yuǎn)程交換機(jī)的信號和電源合并到一個網(wǎng)絡(luò)端口，通過傳輸介質(zhì)把數(shù)據(jù)和電源同時傳輸?shù)綐堑澜粨Q機(jī)。而遠(yuǎn)程供電由于受雙絞線以太網(wǎng)傳輸距離的限制，所以使用受到很大的局限，同時，不論有無用戶上網(wǎng)，遠(yuǎn)程供電設(shè)備都一直在對本地樓道交換機(jī)供電，增加了運維成本也同時降低了交換機(jī)的使用壽命。
隨著FTTH的推進(jìn)，光纖到樓道后，對樓道交換機(jī)，光纖收發(fā)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的供電問題日益突出，是困擾FTTH推進(jìn)的一大問題，所以，解決對樓道交換機(jī)、以太網(wǎng)供電的問題非常迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，成本低廉，節(jié)能的用戶端饋電以太網(wǎng)交換機(jī)。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明用戶端饋電以太網(wǎng)交換機(jī)，包括以太網(wǎng)交換機(jī)1，與以太網(wǎng)交換機(jī)連接的至少一個用戶端2，每個用戶端2有一個交流——直流電壓變換單元3與市電電源接口連接，交流——直流電壓變換單元3的輸出與第一端口4連接，第一端口4與第二端口5連接，第二端口5與用戶計算機(jī)或用戶以太網(wǎng)交換機(jī)或路由器連接，第一端口4通過雙絞線與以太網(wǎng)交換機(jī)1的第三端口6連接，第三端口6的直流電源線與直流——直流電壓變換單元7連接，第三端口的信號線經(jīng)隔離變壓器8與交換芯片9連接，直流——直流電壓變換單元7的輸出與交換芯片9、隔離變壓器8、配置單元12、存儲器10連接。
所說的隔離變壓器8為第一POE隔離變壓器，第三端口6的直流電源線通過第一POE隔離變壓器與直流——直流電壓變換單元7連接，交流——直流電壓變換單元3的輸出與第二POE隔離變壓器12連接，第二POE隔離變壓器12與第一端口4和第二端口5連接。
隔離變壓器8經(jīng)物理層接口芯片11與交換芯片9連接，直流——直流電壓變換單元7與物理層接口芯片11連接。
一個以太網(wǎng)交換機(jī)1有多個第三端口6與多個用戶端2連接，每一個第三端口6與一個用戶端2的第一端口4連接，每一個第三端口6經(jīng)過各自的隔離變壓器、物理層接口芯片的對應(yīng)接口與交換芯片的對應(yīng)接口連接。
交流——直流電壓變換單元3的全橋整流電路BR1的輸出經(jīng)開關(guān)電路Q1與變壓器B的初級繞組連接，變壓器B的第一次級繞組一端經(jīng)電感L1、電容C5、C6構(gòu)成的濾波器與第一端口4連接，另一端經(jīng)晶體三極管Q2和電阻R7組成的限流控制電路與第一端口4連接，第一端口4為RJ45插座，變壓器B的第二次級繞組經(jīng)光電管PC1與開關(guān)電路Q1的控制端連接。
交流——直流電壓變換單元3的全橋整流電路BR1的輸出與集成塊IC1和變壓器B的初級繞組一端連接，集成塊IC1的輸出經(jīng)場效應(yīng)管Q1與變壓器B的另一端初級繞組連接，變壓器B的次極繞組依次經(jīng)濾波電路、穩(wěn)壓電路和限流電路與第一端口4連接。
交流——直流電壓變換單元3的全橋整流電路BR1的輸出經(jīng)電阻R1和晶體管Q1與變壓器B的初級繞組連接，變壓器B的次級經(jīng)濾波電路、穩(wěn)壓電路與第一端口4端連接。
直流——直流電壓變換單元7為集成塊IC101，其輸出端連接儲能電感L101和電容C102構(gòu)成的穩(wěn)壓電路，其輸入端有電容C101與串聯(lián)電阻R101、R102連接。
直流——直流電壓變換單元7有主變壓器T101的初級繞組經(jīng)第一、二場效應(yīng)管Q101、Q102與集成塊IC101連接，主變壓器T101的次級繞組經(jīng)濾波電路輸出直流電壓。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，主要采用兩種供電傳輸方案，第一種方案利用用戶端的市電經(jīng)交流——直流電壓變換后經(jīng)用戶端的雙絞線中的空閑線對4，5，7，8給以太網(wǎng)交換機(jī)供電，雙絞線中的1，2，3，6線對則傳輸用戶端的數(shù)據(jù)信號。第二種方案采用直流電壓和數(shù)據(jù)信號同時通過雙絞線中的1，2，3，6線對同時傳輸。
當(dāng)有1個或多個用戶上網(wǎng)時，所有用戶同時為以太網(wǎng)交換機(jī)供電，當(dāng)沒有用戶上網(wǎng)時，則交換機(jī)自動斷電，解決了樓道取電施工困難的問題。供電成本低廉，節(jié)能，增加了交換機(jī)的使用壽命，降低了運行維護(hù)成本。
本發(fā)明與和目前流行的機(jī)房遠(yuǎn)程供電交換機(jī)存在以下主要區(qū)別1、技術(shù)實現(xiàn)手段不同。目前的遠(yuǎn)供交換機(jī)采用從機(jī)房等取電，直接對整個交換機(jī)供電，只有一個供電電源；本發(fā)明采用用戶端供電的方式，每個用戶都是交換機(jī)的供電電源，既可一個用戶單獨供電，也可多個用戶并聯(lián)供電。
2、適用的范圍不同。目前的遠(yuǎn)供交換機(jī)必須要求機(jī)房端距離樓道交換機(jī)即用戶端的距離不超過100米，而機(jī)房等電源絕大部分距離樓道交換機(jī)的距離大大超過100米。而采用用戶端饋電以太網(wǎng)集中器，則完全不受上端電源和設(shè)備距離樓道交換機(jī)的距離。采用機(jī)房遠(yuǎn)供電源的方式，不能實現(xiàn)光纖到戶(樓)。
3、采用機(jī)房遠(yuǎn)供的方式，不論有沒有用戶計算機(jī)在使用時，交換機(jī)都在工作，消耗了能源，同時也減短了交換機(jī)的使用壽命；而采用用戶端饋電系統(tǒng)，則沒有用戶計算機(jī)上網(wǎng)的時候，不提供對交換機(jī)的供電，節(jié)約了能源，同時也增加了交換機(jī)的使用期限，降低了運行維護(hù)成本。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為交流—直流電壓變換單元原理圖之一。
圖3為交流—直流電壓變換單元原理圖之二。
圖4為交流—直流電壓變換單元原理圖之三。
圖5為直流—直流電壓變換單元原理圖之一。
圖6為直流—直流電壓變換單元原理圖之二。
圖7為本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖之二。
具體實施例方式實施例1本發(fā)明由以太網(wǎng)交換機(jī)1和用戶端2組成。以太網(wǎng)交換機(jī)通過網(wǎng)線與用戶端電源連接。從用戶家中取電，可采用兩種方式對交換機(jī)供電1、利用雙絞線中的空閑線對4、5、7、8對交換機(jī)供電，數(shù)據(jù)信號仍然通過1、2、3、6線對傳輸2、數(shù)據(jù)信號和直流電源利用相同的線對傳輸，即都利用雙絞線的1、2、3、6線對傳輸以太網(wǎng)交換機(jī)基本器件組成

交換芯片還可采用目前流行的RTL8309，KS8997等交換芯片，同時其對應(yīng)的配置單元芯片，存儲器芯片都要做相應(yīng)的調(diào)整。LMX576可用L4960系列型號、LMX596、LMX678等相同相似電路替代。
用戶端基本器件組成

Q1可由MJE13001～13008，BUT11A等功率三極管或K3115、K537、K3067、K792、K1507、K118等端效應(yīng)管。
以上器件也可以選用功能相同或相似元件或集成器件。本發(fā)明僅僅列舉一種常見交換機(jī)的硬件組成，本發(fā)明設(shè)計的供電方式使用于任何一款交換機(jī)芯片。而且電壓轉(zhuǎn)換單元芯片可根據(jù)實際需求或設(shè)計的不同，選擇適合其需求的芯片。
(一)工作流程1、用戶上網(wǎng)后，插上用戶端饋電以太網(wǎng)集中器的用戶端2、交換機(jī)通過網(wǎng)線獲得用戶端提供的DC-48V電壓，啟動工作。
3、當(dāng)有另外的用戶計算機(jī)工作時，同樣的方法，也對交換機(jī)提供電源。
本例的交流——直流電壓變換單元的工作原理如下如圖2所示AC220V交流市網(wǎng)電壓通過BR1橋式整流后獲得直流電壓310V，當(dāng)開關(guān)電路Q1上導(dǎo)通直流電壓將能量儲存于變壓器初級繞組中，當(dāng)Q1關(guān)斷后，儲存在變壓器初級繞組中的能量通過次級繞組上的二極管D2整流經(jīng)由電感L1、電容C5、C6組成的平滑濾波器后向負(fù)載端輸出直流電壓和電流，二極管Z1和光電管PC1分別組成穩(wěn)壓反饋電路，三極管Q2和電阻R7等組成限流控制電路，D4為并聯(lián)防反二極管。然后通過雙絞線把用戶電腦的數(shù)據(jù)信號和直流電壓48V一起傳輸?shù)浇粨Q機(jī)的RJ45端口。
Q1可采用TOP、TNY、TNK全系列，Viper全系列、NCP全系列、KA1X全系列、FSDM全系列、FAN全系列、ICE3×；ICE2×全系列等控制芯片。
直流直流變換單元的工作原理如下如圖5所示直流電壓48V按高低電位的順序接入電路的對應(yīng)+Vin，-Vin端，經(jīng)C101穩(wěn)壓濾波儲能后送至主變壓器T101的中心抽頭中，連接至主變壓器T101的兩組繞線圈的Q101、Q102通過IC101的控制作用，使Q101、Q102分別導(dǎo)通和截止來通過主變壓的初級繞組中在Q101、Q102導(dǎo)通期間的儲能向變壓器次級回路釋放能量。次級通道經(jīng)D101、D102形成全波整流電路將次級的交流脈沖電壓整流后再經(jīng)C102、L101、L102、C103組成的兀型濾波電路向載供給純凈的直流電壓。L101有濾波和儲能的作用，用以提供Q101、Q102截止期間向負(fù)載提供能量的連續(xù)性。Z102提供過壓保護(hù)電路。PL101、Z101、R101、R102、C104提供輸出電壓穩(wěn)定作用。Q101、Q102可采用場效應(yīng)管或晶體硅三極管。
IC101可采用UC×825、UC×525、U×846、TL494、KA7500、UCX524等相同系列的雙推動PWM電路。Z102過壓保護(hù)可更換為可控硅誤差放大器、光電耦合器、變壓器組成的各類電路。
實施例2交流——直流變換單元工作原理如下如圖3所示AC220V市電壓經(jīng)整流橋和C1整流濾波儲能后獲得10V直流電壓，當(dāng)R2啟動電阻給IC1供電后，IC1驅(qū)動Q1推動變壓器完成自舉，輔助繞組，經(jīng)D2、C4、C3濾波后給IC1提供穩(wěn)定的工作電壓。當(dāng)Q1導(dǎo)通后，將初級直流電壓(310V左右)的能量儲存在高壓器中，當(dāng)Q1從飽和導(dǎo)通退出到截止?fàn)顟B(tài)后，變壓器初級中的儲能開始向次級端輸送，通過D4的整流，C9、L1、C10組成的兀型濾波后向負(fù)載端提供穩(wěn)定的直流電壓。R13、R12、Z1、R14、C12組成電壓穩(wěn)定電路；Q2、C11、R11、R14組成限流電路。
Q1采用K118、K1507、K1512、K792、K794、SSP6N60、SSP3N60等場效應(yīng)管。
IC1采用X842～X845、X802與同類型驅(qū)動控制IC、Z1過壓保護(hù)可更換為可控硅、誤差放大器、光電耦合器、變壓后組成的各類電路。D4為并聯(lián)防反二極管。
直流——直流變換單元工作原理如下如圖6所示直流電壓48V經(jīng)電容C101儲能濾波后，由集成電路IC101，電感L101、電容C102組成的串聯(lián)型脈寬調(diào)制穩(wěn)壓器，其中IC101為主要控制集成電路，D101為儲能二極管，L101為儲能電感，C102為儲能電容超濾波穩(wěn)壓作用，R101、R102組成輸出反饋電阻，以提供所需變換的電壓。如5V、3.3V、2.5V等，轉(zhuǎn)變后的電壓對各芯片模塊供電。電容Z101起到過壓保護(hù)作用。
IC101可采用L4960系列型號、LMX576、LMX596、LMX678等相同相似電路。
其余與實施例1相同。
實施例3交流——直流電壓變換單元工作原理如下如圖4所示AC220V市電電壓經(jīng)整流橋C1整流濾波儲能后獲得310V直流電壓，當(dāng)R1啟動電阻給Q1提供導(dǎo)通電流后，輔助驅(qū)動繞組獲得正反饋雪崩電壓加速Q(mào)1迅速導(dǎo)通，將初級直流電壓的能量儲存在變壓器中，當(dāng)Q1從飽和導(dǎo)通狀態(tài)退出到截止?fàn)顟B(tài)后，變壓器中初級的儲能開始向次級端輸送，通過D3的整流，再經(jīng)C5、L1、C6組成的兀型濾波給負(fù)載端提供穩(wěn)定純凈的直流電壓。R8、C7、R9、Q3、PC、R12、8組成限流電路，PC1、R12、R11、C8、Q2組成穩(wěn)壓電路。
Q1可由MJE13001~13008，BUT11A等功率三極管或K3115、K537、K3067、K792、K1507、K118等端效應(yīng)管。
穩(wěn)壓電路還可由光電耦合器分別與誤差放大器、變壓器、精密基準(zhǔn)電路構(gòu)成。D4為并聯(lián)防反二極管。
其余與實施例1相同。
權(quán)利要求
1.用戶端饋電以太網(wǎng)交換機(jī)，包括以太網(wǎng)交換機(jī)(1)，與以太網(wǎng)交換機(jī)連接的至少一個用戶端(2)，其特征在于每個用戶端(2)有一個交流——直流電壓變換單元(3)與市電電源接口連接，交流——直流電壓變換單元(3)的輸出與第一端口(4)連接，第一端口(4)與第二端口(5)連接，第二端口(5)與用戶計算機(jī)或用戶以太網(wǎng)交換機(jī)或路由器連接，第一端口(4)通過雙絞線與以太網(wǎng)交換機(jī)(1)的第三端口(6)連接，第三端口(6)的直流電源線與直流——直流電壓變換單元(7)連接，第三端口的信號線經(jīng)隔離變壓器(8)與交換芯片(9)連接，直流——直流電壓變換單元(7)的輸出與交換芯片(9)、隔離變壓器(8)、配置單元(12)、存儲器(10)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換機(jī)，其特征在于所說的隔離變壓器(8)為第一POE隔離變壓器，第三端口(6)的直流電源線通過第一POE隔離變壓器與直流——直流電壓變換單元(7)連接，交流——直流電壓變換單元(3)的輸出與第二POE隔離變壓器(12)連接，第POE隔離變壓器(12)與第一端口(4)和第二端口(5)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交換機(jī)，其特征在于隔離變壓器(8)經(jīng)物理層接口芯片(11)與交換芯片(9)連接，直流——直流電壓變換單元(7)與物理層接口芯片(11)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交換機(jī)，其特征在于一個以太網(wǎng)交換機(jī)(1)有多個第三端口(6)與多個用戶端(2)連接，每一個第三端口(6)與一個用戶端(2)的第一端口(4)連接，每一個第三端口(6)經(jīng)過各自的隔離變壓器、物理層接口芯片的對應(yīng)接口與交換芯片的對應(yīng)接口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交換機(jī)，其特征在于交流——直流電壓變換單元(3)的全橋整流電路BR1的輸出經(jīng)開關(guān)電路Q1與變壓器B的初級繞組連接，變壓器B的第一次級繞組一端經(jīng)電感L1、電容C5、C6構(gòu)成的濾波器與第一端口(4)連接，另一端經(jīng)晶體三極管Q2和電阻R7組成的限流控制電路與第一端口(4)連接，第一端口(4)為RJ45插座，變壓器B的第二次級繞組經(jīng)光電管PC1與開關(guān)電路Q1的控制端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交換機(jī)，其特征在于交流——直流電壓變換單元(3)的全橋整流電路BR1的輸出與集成塊IC1和變壓器B的初級繞組一端連接，集成塊IC1的輸出經(jīng)場效應(yīng)管Q1與變壓器B的另一端初級繞組連接，變壓器B的次極繞組依次經(jīng)濾波電路、穩(wěn)壓電路和限流電路與第一端口(4)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交換機(jī)，其特征在于交流——直流電壓變換單元(3)的全橋整流電路BR1的輸出經(jīng)電阻R1和晶體管Q1與變壓器B的初級繞組連接，變壓器B的次級經(jīng)濾波電路、穩(wěn)壓電路與第一端口(4)端連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交換機(jī)，其特征在于直流——直流電壓變換單元(7)為集成塊IC101，其輸出端連接儲能電感L101和電容C102構(gòu)成的穩(wěn)壓電路，其輸入端有電容C101與串聯(lián)電阻R101、R102連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交換機(jī)，其特征在于直流——直流電壓變換單元(7)有主變壓器T101的初級繞組經(jīng)第一、二場效應(yīng)管Q101、Q102與集成塊IC101連接，主變壓器T101的次級繞組經(jīng)濾波電路輸出直流電壓。
全文摘要
本發(fā)明為用戶端饋電以太網(wǎng)交換機(jī)，與以太網(wǎng)交換機(jī)有關(guān)，解決已有以太網(wǎng)交換機(jī)供電困難，供電成本高的問題，包括以太網(wǎng)交換機(jī)(1)，與以太網(wǎng)交換機(jī)連接的若干用戶端(2)，每個用戶端(2)有一個交流—直流電壓變換單元(3)與市電電源接口連接，交流—直流電壓變換單元(3)的輸出與第一端口(4)連接，第一端口(4)與第二端口(5)連接，第二端口(5)與用戶計算機(jī)連接，第一端口(4)通過雙絞線與以太網(wǎng)交換機(jī)(1)的第三端口(6)連接，第三端口(6)有一路電源線與直流—直流電壓變換單元(7)連接，有一路信號線經(jīng)隔離變壓器(8)、物理層接口芯片(11)與交換芯片(9)連接，直流—直流電壓變換單元(7)的輸出與交換芯片(9)、接口芯片(11)、隔離變壓器(8)、配置單元(12)、存儲器(10)連接。
文檔編號H04L12/00GK101094534SQ20071004956
公開日2007年12月26日 申請日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者邢雪陽 申請人:成都理想信息產(chǎn)業(yè)有限責(zé)任公司