作為通過以太網(wǎng)電纜輸電的IEEE工業(yè)標準，以太網(wǎng)供電(PoE)技術的發(fā)展勢頭十分強勁。這一新興技術通過傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的CAT-5電纜進行供電，可以簡化用電設備(PD)的安裝和部署。這些設備包括無線接入點、監(jiān)控攝像機和VoIP電話等。
目前，IEEE 802.3af PoE標準允許設計師通過以太網(wǎng)電纜為用電設備（PD）提供高達12.95W的電力，同時符合安全特低電壓(SELV)要求。根據(jù) IEEE 802.3af標準，PD可按所需功率分為四個不同的級別。Class 1設備需要的最高工作功率為3.84W，Class 2設備需要的工作功率介于3.85W和6.49W之間，Class 3設備的功率范圍則介于 6.5～12.95W之間。設計師可以根據(jù)功率要求將他們的設備指定為特定的級別。低成本解決方案可以使用一般的默認級別指定(Class 0)，表示PD最高需要 12.95W的工作功率。
PSE（供電設備）通過在向PD供電期間提供斜升電壓（從2.5V上升到10V）來確定PD的級別。如果PSE檢測到來自PD的適當阻抗特征(24.9kΩ)，它便會繼續(xù)提升電壓。如果檢測不到特征阻抗，PSE將不會為電纜加電。在分級階段，PSE將向PD施加15～20V的電壓，并通過測量電流大小來確定PD的特定級別。在此階段，PD的電源部分將被欠壓鎖定(UVLO)電路維持在無源狀態(tài)，以便隔離開關級，直至特征和分級階段完成。一旦分級完成后，PSE將會向PD提供全額工作電壓。
拓撲結構的確定方法
要為PoE兼容PD開發(fā)出高效的電源，設計師需要低壓轉換器IC、功率MOSFET、浪涌保護、UVLO以及特征和分級電路配合工作。目前，設備設計師使用兩種方法來滿足這一要求。有些設計師使用這樣的集成方法：將浪涌保護電路、DC/DC控制器、開關MOSFET以及電流限流和其他保護功能結合在一起，然后使用分立電路來增加特征和分級功能、UVLO以及直通開關。這種方法可以使所有PoE等級的設計獲得出色的可伸縮性，設計師有足夠的空間來修改解決方案，使其符合特定的應用。例如，Power Integrations公司推出的14個DC/DC轉換IC系列具有不同的MOSFET選擇和封裝形式，可以滿足廣泛的PoE要求。如果采用此方法，設計師則只需少量的外部元件用于特征電路（對于Class 0設計，只需要一個電阻）、分級電路和UVLO電路。圖1所示為采用此方法的完全可配置的多級IEEE 802.3af兼容PD接口。
圖1 可設定級別的IEEE802.3at PD接口
其他功率半導體制造商則使用另一種集成方法。他們將浪涌保護電路和DC/DC控制器，以及UVLO、開關、特征和分級功能結合在一起。這些電路通常都不包括DC/DC開關MOSFET和限流電路。802.3af前端集成可以進一步簡化PoE接口的設計。通常情況下，此方法需要客戶來添加分立開關MOSFET和外部限流元件。由于在此系統(tǒng)中添加開關元件的工作由設計師來負責，因此他們必須熟悉模擬功率開關級的開關和控制問題。他們還必須了解與PCB布局和高頻開關相關的穩(wěn)定性問題。這些問題都是設計過程中不容忽視的重要部分，要求設計師對功率電路有良好的理解，并需要額外的時間進行電路板設計和測試。
新標準
目前，IEEE專門小組正在制定新版標準。新標準稱為 Power-over-Ethernet Plus (PoEP) IEEE 802.3at，它將功率要求高于12.95W的設備定義為Class 4（該級別在IEEE 802.3af中有描述，但留作將來使用），可將功率水平擴展到25W或更高。由于能夠支持更高的功率水平，工業(yè)專家預計這一新標準會將PoE應用擴展到新的領域，例如WLAN（無線局域網(wǎng)）、銷售點終端設備、交換機以及傾斜式/變焦式/平移式監(jiān)控攝像機。新標準正由專門小組制定，預計在2008年底發(fā)布。新標準雖然尚未制定完畢，但可以從下面的評論中大致了解其中的關鍵特征。
圖2a 集成PD與控制器功能
圖2b 集成DC轉換器功能與分立PD
由于新標準是向下兼容802.3af標準的，因此專門小組面臨的一個主要問題是，PSE如何判斷與之相連的是802.3af兼容PD還是新的802.3at兼容PD（以及PD如何對PSE做出類似的判斷）。為了解決此問題，802.3at標準將使用與 802.3af中相同的特征來指示PoE兼容PD，但這樣會在分級階段增加第二次電壓脈沖，以便指示PSE的802.3at兼容狀態(tài)。802.3at兼容PD將檢測到第二次電壓脈沖，并判斷它們已連接至802.3at兼容PSE。由于分級周期持續(xù)時間符合 802.3af時間限制，因此與當前802.3af標準兼容的PD會將第二次脈沖僅視為初始查詢和響應的一部分。
PoEP標準中最引人注目的一個新變化將是，它能夠以比現(xiàn)有標準更詳盡的細節(jié)來控制功率分布。兼容802.3af標準的PSE識別PD的級別后，只需提供級別定義所允許的最大功率即可。802.3at系統(tǒng)通電后，符合標準的PSE將能夠使用Level-2軟件與每個PD進行通信，以確定峰值和平均功率要求。這一新功能將允許設計師根據(jù)功率預算來設計PoE兼容系統(tǒng)，并使系統(tǒng)總功率能力更接近于系統(tǒng)負載要求。峰值負載功率和高電流持續(xù)時間之間還可以建立通信（例如，攝像機推拉電機具有較高的短時電流要求）。不過，新標準尚未對這種Level-2通信進行完整定義。
結語
如今廣泛應用的許多電子設備，例如VoIP電話、吸頂式無線接入點和監(jiān)視攝像機，都無法容易地放置在AC插座附近。它們的安裝和使用已受到AC電源可用性的嚴重限制（或者安裝成本更高）。PoE技術的出現(xiàn)使設計師可以輕易突破這些限制。隨著功率半導體廠商提供更多樣的開關和器件，再加上新的工業(yè)標準將支持更高功率水平的使用，這一新興技術勢必將促進新一代應用的出現(xiàn)。
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