CN111147106B - 一种同轴线供电装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同轴线供电装置和方法，包括供电端和受电端，供电端的输出端和受电端的输入端之间连接有同轴线缆，供电端包括供电模块、用于检测供电模块输出电压/电流的供电检测模块和用于控制供电模块供电模式的供电控制模块，所述供电模式包括断电模式、搜寻模式和正常供电模式，供电模块的输出端通过同轴线缆与受电端连接；在数据通信的传输线上集成供电功能，使用同一根同轴线缆实现了数据通信与传输线供电，使得数据通信与供电功能互不干扰，同时可以自动检测受电端并调整供电状态，实现了供电端与受电端的自动供电连接。

Description

一种同轴线供电装置和方法

技术领域

本发明涉及传输线供电技术领域，尤其涉及一种同轴线供电装置和方法。

背景技术

同轴线是由两根同轴的圆柱导体构成的导行系统，内外导体之间填充空气或高频介质的一种宽频带微波传输线，由外到内依次包括保护套、外导体层、绝缘介质层和内导体层四个部分。同轴线具有抗干扰能力强、数据传输稳定、传输距离长、成本低等优点，在数据通信领域有着广泛的应用。例如目前传输速度最快、使用较广泛的一种工业图像传输总线CoaXPress总线，就是使用标准的75欧同轴线缆进行传输，由于其高带宽、低成本、长传输距离等优点在机器视觉、医疗、安防等领域得到了迅速推广。

然而，传统较少利用同轴线进行供电和数据通信，一方面所使用的额外供电设备增加了系统成本和复杂程度，另一方面往往使用简易的同轴线供电，若出现线缆短路或设备误插接，将带来设备损坏和火灾的风险。因此对于同轴线供电装置的需求日益迫切。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种同轴线供电装置和方法，使用同一根同轴线缆实现了数据通信与传输线供电，使得数据通信与供电功能互不干扰。

本发明提出的一种同轴线供电装置，包括供电端和受电端，供电端的输出端和受电端的输入端之间连接有同轴线缆；

供电端包括供电模块、用于检测供电模块输出电压/电流的供电检测模块和用于控制供电模块供电模式的供电控制模块，所述供电模式包括断电模式、搜寻模式和正常供电模式，供电模块的输出端通过同轴线缆与受电端连接。

进一步地，所述供电模块包含设备电源、过流保护单元、开关单元、用于输出第一指定电压值的电压转换单元以及用于输出第二指定电压值的搜寻电压产生单元；设备电源的输出端与过流保护单元的输入端连接，过流保护单元的输出端与电压转换单元连接，电压转换单元的输出端分别与搜寻电压产生单元的输入端、开关单元的输入端连接，搜寻电压产生单元的输出端与开关单元的输入端连接。

进一步地，所述供电检测模块包括电流检测单元和电压检测单元；电流检测单元的输入端与电压转换单元的输出端连接、输出端与供电控制模块的输入端连接，电压检测单元的输入端与开关单元的输出端连接、输出端与供电控制模块的输入端连接。

进一步地，搜寻电压产生单元包括PNP三极管和NPN三极管，PNP三极管的输入端与电压转换单元的输出端连接、输出端与NPN三极管的输入端连接，NPN三极管的输出端与开关单元的输入端连接。

进一步地，断电模式与搜寻模式交互式连接，搜寻模式与正常供电模式交互式连接，正常供电模式的输出端与断电模式的输入端连接。

进一步地，供电端与受电端均与同轴线缆通过直流和交流两路耦合连接；

直流耦合接口用于供电端与受电端之间的传输线供电，交流耦合接口用于供电端和受电端之间的信号通信。

进一步地，所述受电端的直流耦合接口设置有用于进行受电端搜寻和检测的输入感应电阻；

同轴线缆中的每根线缆同时实现数据通信与传输线供电，两根线缆互不干扰。

进一步地，所述过流保护单元为可复式保险丝。

一种同轴线供电方法，包括：

供电控制模块控制供电模块启动，供电模块从断电模式进入搜寻模式；

通过同轴线缆连接供电端和受电端，根据供电检测模块检测到的输出电压变化值，计算得到受电端的输入感应电阻值，当输入感应电阻值等于设定电阻值时，供电控制模块控制供电模块从搜寻模式进入正常供电模式；

当供电检测模块检测到供电模块的输出电流小于第二指定电流值时，供电控制模块控制供电模块从正常供电模式进入搜寻模式；

当供电检测模块检测到供电模块的输出电流超过过流保护单元的跳闸保护电流时，供电控制模块控制供电模块从正常供电模式/搜寻模式进入断电模式。

一种计算机可读储存介质，所述计算机可读存储介质上存储有若干获取分类程序，所述若干获取分类程序用于被处理器调用并执行如下步骤：

供电控制模块控制供电模块启动，供电模块从断电模式进入搜寻模式；

通过同轴线缆连接供电端和受电端，根据供电检测模块检测到的输出电压变化值，计算得到受电端的输入感应电阻值，当输入感应电阻值等于设定电阻值时，供电控制模块控制供电模块从搜寻模式进入正常供电模式；

当供电检测模块检测到供电模块的输出电流小于第二指定电流值时，供电控制模块控制供电模块从正常供电模式进入搜寻模式；

当供电检测模块检测到供电模块的输出电流超过过流保护单元的跳闸保护电流时，供电控制模块控制供电模块从正常供电模式/搜寻模式进入断电模式。

本发明提供的一种同轴线供电装置和方法的优点在于：本发明结构中提供的一种同轴线供电装置和方法，在数据通信的传输线上集成供电功能，同轴线缆中的每根线缆同时实现数据通信与传输线供电，两根线缆互不干扰，使得数据通信与供电功能互不干扰，使用同轴线供电将可以使用单根线缆实现数据通信和供电功能，可以较大提升互连系统的灵活性和兼容性，减小布线的难度和成本；因此在不干扰高速数据通信的条件下使用同一根同轴线缆实现了传输线供电，同时可以自动检测受电端并调整供电状态，实现了供电端与受电端的自动供电连接。

附图说明

图1为本发明一种同轴线供电装置的结构示意图；

图2为同轴线供电装置一实施例的示意图；

图3为供电模块的供电模式关系图；

其中，100-供电端，110-供电模块，111-设备电源，112-过流保护单元，113-电压转换单元，114-搜寻电压产生单元，115-开关单元，116- PNP三极管，117-NPN三极管，118-第一开关，119-第二开关，141-第一电感，142-第一电容，143-输出感应电阻，120-供电检测模块，121-电流检测单元，122-电压检测单元， 130-供电控制模块，200-同轴线缆，300-受电端，301-第二电感，302-第二电容，303-输入感应电阻。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

参照图1至3，本发明提出的一种同轴线供电装置，包括供电端100和受电端300，供电端100的输出端和受电端300的输入端之间连接有同轴线缆200；供电端100包括供电模块110、用于检测供电模块110输出电压/电流的供电检测模块120和用于控制供电模块110供电模式的供电控制模块130，所述供电模式包括断电模式、搜寻模式和正常供电模式，供电模块110的输出端通过同轴线缆200与受电端300连接。

供电模块110通过同轴线缆200连接至受电端300上、并为受电端300提供电，供电检测模块120检测供电模块110的状态并发送到供电控制模块130上，由供电控制模块130调整供电模块110在断电模式、搜寻模式和正常供电模式的供电模式中转换。断电模式与搜寻模式交互式连接，搜寻模式与正常供电模式交互式连接，正常供电模式的输出端与断电模式的输入端连接。

在数据通信的传输线上集成供电功能，具体地，供电端100与受电端300均与同轴线缆200通过直流和交流两路耦合连接；直流耦合接口用于供电端100与受电端300之间的传输线供电，交流耦合接口用于供电端100和受电端300之间的信号通信。同轴线缆200中的每根线缆同时实现数据通信与传输线供电，两根线缆互不干扰；使得数据通信与供电功能互不干扰，使用同轴线供电将可以使用单根线缆实现数据通信和供电功能，可以较大提升互连系统的灵活性和兼容性，减小布线的难度和成本。

同时，受电端300的直流耦合接口设置有特定值的输入感应电阻，输入感应电阻用于进行受电端300搜寻和检测。供电控制模块130根据供电检测模块120检测到的输出电压变化可以计算出受电端300的输入感应电阻值，当该电阻值等于设定电阻值时，供电控制模块130控制供电模块110从搜寻模式进入正常供电模式。

如图1和2所示，所述供电模块110包含设备电源111、过流保护单元112、开关单元115、用于输出第一指定电压值的电压转换单元113以及用于输出第二指定电压值的搜寻电压产生单元114；设备电源111的输出端与过流保护单元112的输入端连接，过流保护单元112的输出端与电压转换单元113连接，电压转换单元113的输出端分别与搜寻电压产生单元114的输入端、开关单元115的输入端连接，搜寻电压产生单元114的输出端与开关单元115的输入端连接。

过流保护单元112为可复式保险丝，用于实现过流跳闸保护，当供电模块110的输出电流超过过流保护单元112的跳闸保护电流时，供电控制模块130控制供电模块110从正常供电模式/搜寻模式进入断电模式；开关单元115通过供电控制模块130控制供电模块110的供电模式。

供电模块110在断电模式时，输出电压等于零；在搜寻模式时，输出的电压小于第二指定电压值，输出电流不超过第一指定电流值，第一指定电流值通过第二指定电压值计算得到；在正常供电模式时，输出第一指定电压值。

如图1和2所示，所述供电检测模块120包括电流检测单元121和电压检测单元122；电流检测单元121的输入端与电压转换单元113的输出端连接、输出端与供电控制模块130的输入端连接，电压检测单元122的输入端与开关单元115的输出端连接、输出端与供电控制模块130的输入端连接。

电流检测单元121用于检测供电模块110的输出电流，电压转换单元用于检测供电模块110的输出电压。

如图2所示，搜寻电压产生单元114包括PNP三极管116和NPN三极管117，PNP三极管116的输入端与电压转换单元113的输出端连接、输出端与NPN三极管117的输入端连接，NPN三极管117的输出端与开关单元115的输入端连接。

一种同轴线供电方法，包括：

S100：供电控制模块130控制供电模块110启动，供电模块110从断电模式进入搜寻模式；

S200：通过同轴线缆200连接供电端100和受电端300，根据供电检测模块120检测到的输出电压变化值，计算得到受电端300的输入感应电阻值，当输入感应电阻值等于设定电阻值时，供电控制模块130控制供电模块110从搜寻模式进入正常供电模式；

S300：当供电检测模块120检测到供电模块110的输出电流小于第二指定电流值时，供电控制模块130控制供电模块110从正常供电模式进入搜寻模式；

S400：当供电检测模块120检测到供电模块110的输出电流超过过流保护单元112的跳闸保护电流时，供电控制模块130控制供电模块110从正常供电模式/搜寻模式进入断电模式。

对于跳闸断电，过流保护单元112自动复位，排出故障后，可以重新进入步骤S100，以进入搜寻模式。或者通过供电控制模块130控制供电模块110直接从正常供电模式/搜寻模式进入断电模式，以关闭供电模式。

如图2所示，对于本实施例，所述供电装置的设备电源111为+12V直流供电，所述过流保护单元112为一款可复式保险丝，保持电流为1.5A，跳闸电流为3A；所述电压转换单元113为DC/DC转换器，所述搜寻电压产生单元114包括一个PNP型三极管116、一个NPN型三极管117及电阻网络，所述开关单元115包括第一开关118和第二开关119。所述供电检测模块120由两个ADC（121、122）分别实现电流与电压检测的功能。所述受电端300的直流耦合接口的输入感应电阻303阻值为4.7kΩ。所述电压转换单元113输出的第一指定电压值为+24V，所述第一指定电流值为1mA，所述搜寻电压产生单元114输出的第二指定电压值为+6.5V，所述第二指定电流值为8mA，第一指定电流值和第二指定电流值均为预设值。

其中，供电端100与受电端300的同轴线缆接口均采用直流和交流两路耦合方式，分别采用第一电感141、第一电容142和第二电感301、第二电容302进行直流和交流耦合，耦合电感和电容的选取由高速信号的频率决定。直流和交流耦合接口分别用于供电信号（传输线供电）连接和高速通信信号（数据通信）连接，二者互不干扰。

设备电源111提供+12V直流供电，经过过流保护单元112后输入电压转换单元113，转换为+24V直流电压并输入至搜寻电压产生单元114。

当第一开关118闭合，第二开关119断开时，供电模块110输出电压为+24V，供电模块110工作于正常供电模式；当第一开关118断开，第二开关119闭合时，NPN三极管117导通，从而为PNP三极管116的基极提供到地通路，从而116也导通，最终实现三极管116、三极管117均导通，供电模块110工作于搜寻模式。+24V电压在27 kΩ和10 kΩ电阻的分压作用下产生约6.5V的搜寻电压，且其最大电流不超过24V/27kΩ≈0.89mA。

当第二开关119断开时，PNP三极管116与NPN三极管117也均断开，搜寻电压产生单元114不能向外输出电压和电流。

当不插接受电端300时或插接的受电端300的输入感应电阻不等于设定电阻值，根据分压电阻阻值计算，搜寻电压产生单元114的输出电压为约+6.49V，小于第二指定电压值+6.5V。当插接受电端300时，由于输入感应电阻303的并联效应，搜寻电压产生单元114的输出电压低于+6.49V；当同轴线缆200或受电端300短路时，搜寻电压产生单元114的输出电流最大，约为0.89mA，小于第一指定电流值1mA；第一开关118、第二开关119均断开时，供电模块110不提供输出电压，工作于断电模式。

供电端100的直流耦合接口串联有输出感应电阻143，阻值为100mΩ，电流检测单元121的ADC正负端分别连接至感应电阻143的两端，通过测量感应电阻143两端压降，并除以电阻值，算出供电模块100的输出电流；电压检测模块122的ADC正负端分别连接至供电模块110的输出端与接地，可以测得供电模块110的输出电压。

供电模块110在各个供电模式（断电模式、搜寻模式和正常供电模式）间进行切换的流程如下：

1）初始状态下供电模块110工作于断电模式，第一开关118和第二开关119均断开，不提供供电电压；

2）供电控制模块130向开关单元115发送启动命令时，第一开关118断开，第二开关119闭合，供电模块110工作于搜寻模式；

3）供电控制模块130向开关单元115发送停止命令时，第一开关118和第二开关119均断开，供电模块110工作于断电模式；

4）当供电模块110工作于搜寻模式时，电压检测模块122持续检测供电模块110的输出电压，电压值发生变化时，认为有受电端300进行插接，并可根据电压值计算出所插接受电端300的输入感应电阻303的感应电阻值：若感应电阻值符合输入感应电阻4.7kΩ（设定电阻值）的阻值，供电控制模块130控制第二开关119断开，第一开关118闭合，供电模块110进入正常供电模式403；若感应电阻值不符合4.7kΩ的阻值，则供电模块110的供电模式不变；

5）当供电模块110工作于正常供电模式时，电流检测单元121持续检测供电模块110的输出电流，当输出电流的电流值小于第二指定电流值8mA时，认为受电端300已移除，供电控制模块130控制第一开关118断开，第二开关119闭合，供电模块110进入搜寻模式；

6）供电模块110工作于搜寻模式或正常供电模式时，供电检测模块120持续检测供电模块110的输出电流和输出电压，当输出电流的电流值小于0.5mA，输出电压的电压值小于1V时，认为过流保护单元112的可复式保险丝出现了过流跳闸，供电控制模块控制第一开关118和第二开关119断开，供电模块110进入断电模式，并且等待10秒以上才可重新接收供电控制模块130的启动命令，等待10秒以上的时间是用于可复式保险丝的自恢复。

一种计算机可读储存介质，所述计算机可读存储介质上存储有若干获取分类程序，所述若干获取分类程序用于被处理器调用并执行如下步骤：

供电控制模块130控制供电模块110启动，供电模块110从断电模式进入搜寻模式；

通过同轴线缆200连接供电端100和受电端300，根据供电检测模块120检测到的输出电压变化值，计算得到受电端300的输入感应电阻值，当输入感应电阻值等于设定电阻值时，供电控制模块130控制供电模块110从搜寻模式进入正常供电模式；

当供电检测模块120检测到供电模块110的输出电流小于第二指定电流值时，供电控制模块130控制供电模块110从正常供电模式进入搜寻模式；

当供电检测模块120检测到供电模块110的输出电流超过过流保护单元112的跳闸保护电流时，供电控制模块130控制供电模块110从正常供电模式/搜寻模式进入断电模式。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种同轴线供电装置，其特征在于，包括供电端（100）和受电端（300），供电端（100）的输出端和受电端（300）的输入端之间连接有同轴线缆（200）；

供电端（100）包括供电模块（110）、用于检测供电模块（110）输出电压/电流的供电检测模块（120）和用于控制供电模块（110）供电模式的供电控制模块（130），所述供电模式包括断电模式、搜寻模式和正常供电模式，供电模块（110）的输出端通过同轴线缆（200）与受电端（300）连接；

所述供电模块（110）包含设备电源（111）、过流保护单元（112）、开关单元（115）、用于输出第一指定电压值的电压转换单元（113）以及用于输出第二指定电压值的搜寻电压产生单元（114）；

设备电源（111）的输出端与过流保护单元（112）的输入端连接，过流保护单元（112）的输出端与电压转换单元（113）连接，电压转换单元（113）的输出端分别与搜寻电压产生单元（114）的输入端、开关单元（115）的输入端连接，搜寻电压产生单元（114）的输出端与开关单元（115）的输入端连接；

当供电检测模块（120）检测到供电模块（110）的输出电流小于第二指定电流值时，供电控制模块（130）控制供电模块（110）从正常供电模式进入搜寻模式。

2.权利要求1所述的同轴线供电装置，其特征在于，所述供电检测模块（120）包括电流检测单元（121）和电压检测单元（122）；

电流检测单元（121）的输入端与电压转换单元（113）的输出端连接、输出端与供电控制模块（130）的输入端连接，电压检测单元（122）的输入端与开关单元（115）的输出端连接、输出端与供电控制模块（130）的输入端连接。

3.权利要求1所述的同轴线供电装置，其特征在于，搜寻电压产生单元（114）包括PNP三极管（116）和NPN三极管（117），PNP三极管（116）的输入端与电压转换单元（113）的输出端连接、输出端与NPN三极管（117）的输入端连接，NPN三极管（117）的输出端与开关单元（115）的输入端连接。

4.权利要求1所述的同轴线供电装置，其特征在于，断电模式与搜寻模式交互式连接，搜寻模式与正常供电模式交互式连接，正常供电模式的输出端与断电模式的输入端连接。

5.权利要求1-4任一所述的同轴线供电装置，其特征在于，供电端（100）与受电端（300）均与同轴线缆（200）通过直流和交流两路耦合连接；

直流耦合接口用于供电端（100）与受电端（300）之间的传输线供电，交流耦合接口用于供电端（100）和受电端（300）之间的信号通信。

6.权利要求5所述的同轴线供电装置，其特征在于，所述受电端（300）的直流耦合接口设置有用于进行受电端（300）搜寻和检测的输入感应电阻；

同轴线缆（200）中的每根线缆同时实现数据通信与传输线供电，两根线缆互不干扰。

7.权利要求1-4任一所述的同轴线供电装置，其特征在于，所述过流保护单元（112）为可复式保险丝。

8.一种同轴线供电方法，其特征在于，包括：

供电控制模块（130）控制供电模块（110）启动，供电模块（110）从断电模式进入搜寻模式；

通过同轴线缆（200）连接供电端（100）和受电端（300），根据供电检测模块（120）检测到的输出电压变化值，计算得到受电端（300）的输入感应电阻值，当输入感应电阻值等于设定电阻值时，供电控制模块（130）控制供电模块（110）从搜寻模式进入正常供电模式；

当供电检测模块（120）检测到供电模块（110）的输出电流小于第二指定电流值时，供电控制模块（130）控制供电模块（110）从正常供电模式进入搜寻模式；

当供电检测模块（120）检测到供电模块（110）的输出电流超过过流保护单元（112）的跳闸保护电流时，供电控制模块（130）控制供电模块（110）从正常供电模式/搜寻模式进入断电模式。

9.一种计算机可读储存介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有程序，所述程序用于被处理器调用并执行如下步骤：

供电控制模块（130）控制供电模块（110）启动，供电模块（110）从断电模式进入搜寻模式；

通过同轴线缆（200）连接供电端（100）和受电端（300），根据供电检测模块（120）检测到的输出电压变化值，计算得到受电端（300）的输入感应电阻值，当输入感应电阻值等于设定电阻值时，供电控制模块（130）控制供电模块（110）从搜寻模式进入正常供电模式；

当供电检测模块（120）检测到供电模块（110）的输出电流小于第二指定电流值时，供电控制模块（130）控制供电模块（110）从正常供电模式进入搜寻模式；

当供电检测模块（120）检测到供电模块（110）的输出电流超过过流保护单元（112）的跳闸保护电流时，供电控制模块（130）控制供电模块（110）从正常供电模式/搜寻模式进入断电模式。

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