以太網(wǎng)供電POE

　　以太網(wǎng)供電PoE(Power over Ethernet)指的是在現(xiàn)有的以太網(wǎng)Cat.5布線基礎(chǔ)架構(gòu)上，在為一些基于IP的終端傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)，還能為此類設(shè)備提供直流電源的技術(shù)。PoE技術(shù)已在企業(yè)與工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006年，PoE供電交付量為3200萬(wàn)個(gè)端口，到2011年，交付量將達(dá)到1.45億個(gè)端口，年增長(zhǎng)量將超過30%。目前，業(yè)界采用的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3af，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了供電設(shè)備可通過以太網(wǎng)向功率在13W以下的受電設(shè)備供電。這對(duì)于傳統(tǒng)的IP電話和網(wǎng)絡(luò)攝像頭而言可以滿足需求，但隨著雙波段接入，視頻電話、PTZ視頻監(jiān)控等高功率應(yīng)用的出現(xiàn)，13W的供電功率顯然無(wú)法滿足要求。為此，IEEE在2005年開始制訂新的標(biāo)準(zhǔn)802.3at(PoE plus)，以提升PoE可傳送的功率。表1為802.3af與802.3at的參數(shù)對(duì)照。

　　PoE系統(tǒng)構(gòu)成

　　按照IEEE的定義，PoE系統(tǒng)包含兩種設(shè)備—PSE和PD。顧名思義，PSE(Power Sourcing Equipment)是用來(lái)給其它設(shè)備進(jìn)行供電的設(shè)備，它又可以分為兩種，即端點(diǎn)設(shè)備(End point，PoE功能集成在交換機(jī)內(nèi))和中跨設(shè)備(Midspan，一種沒有交換機(jī)功能的中間設(shè)備)。PD(Powered Device)是用電設(shè)備，會(huì)消耗PSE的電能。

　　同時(shí)802.3af標(biāo)準(zhǔn)還定義了PI(Power Interface:PSE/PD與網(wǎng)線的接口)，目前已定義了Alternative A(1、2、3、6信號(hào)線)和Alternative B(4、5、7、8空閑線)兩種供電模式。

　　● 通過數(shù)據(jù)對(duì)供電(模式A)，如圖1所示。由于信號(hào)是差分形式的，輸入、輸出端用變壓器耦合，其中心抽頭處電壓是平衡的，這樣為直接供電提供了條件。對(duì)電纜來(lái)說可以看作是一種“復(fù)用”，可以把1、2鍵接成正(或負(fù))極，把3、6鏈接成負(fù)(或正)極。[!--empirenews.page--]

　　● 通過空閑對(duì)供電(模式B)，如圖2所示，4、5鏈接成正極，7、8鏈接成負(fù)極。

　　PoE工作過程

　　按照標(biāo)準(zhǔn)，PoE工作時(shí)嚴(yán)格按檢測(cè)、分級(jí)、通電、斷電順序進(jìn)行，見圖3，以解決設(shè)備是否需要通過以太網(wǎng)供電，按哪級(jí)供電的問題。

　　● 檢測(cè)：在檢測(cè)階段，PSE通過有限的電流與電壓來(lái)確定是否存在一個(gè)25kW特征電阻。一個(gè)有效的PD必須在供電端呈現(xiàn)一個(gè)阻值在23.75kW與26.25kW間的電阻，對(duì)應(yīng)電壓范圍在2.7V與10.1V之間，并聯(lián)電容在0.05mF與0.12mF之間。對(duì)于電阻小于15kW或大于33kW以及電容大于10mF的設(shè)備，PSE拒絕向它供電，以免損壞該設(shè)備。通常檢測(cè)過程在500ms內(nèi)完成，若未檢測(cè)到PD，至少在2s后再重復(fù)檢測(cè)過程。

　　● 分級(jí)：分級(jí)是可選的，向PD施加一個(gè)15.5V~20.5V間電壓來(lái)測(cè)量它的電流。PD最大可使用功率按表2確定。

　　● 通電：當(dāng)檢測(cè)到下掛設(shè)備為合法的PD時(shí)，并且PSE完成對(duì)比PD的分級(jí)(可選)，PSE開始對(duì)該設(shè)備進(jìn)行供電，輸出一個(gè)44V~57V之間電壓。在供電期間，若電流超過400mA，應(yīng)在75ms內(nèi)移除功率。若電流超過800mA或輸出電壓降至30V以下，為了短路保護(hù)，應(yīng)立即移除輸出功率。在此場(chǎng)合，至少應(yīng)在2s后再進(jìn)行檢測(cè)。

　　● 斷電：PSE會(huì)通過特定的檢測(cè)方法來(lái)判斷PD是否已經(jīng)斷開，如果PD斷開，PSE將關(guān)閉端口輸出電壓，端口返回到檢測(cè)狀態(tài)，很多設(shè)備還具有判斷是真切斷還是假斷開的能力。

　　IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種方法讓PSE檢測(cè)PD是否斷開：即DC斷路檢測(cè)法和AC斷路檢測(cè)法。前者根據(jù)PSE流向PD的直流電流大小，判斷PD是否在線。當(dāng)電流在給定時(shí)間TDIS(300ms~400ms)內(nèi)保持低于閾值IMIN(5mA~10mA)時(shí)，PSE就認(rèn)為PD不存在，從而切斷電源;后者測(cè)量端口的交流阻抗，接有PD時(shí)，端口阻抗會(huì)小于26.2kΩ，端口阻抗是通過加一交流電壓和測(cè)量得到的電流來(lái)決定的。

　　PoE高集成度解決方案

　　鑒于PoE技術(shù)的潛在應(yīng)用市場(chǎng)，目前已有多家半導(dǎo)體廠商提供了符合IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)的PSE控制器。這些器件在簡(jiǎn)化電路、降低系統(tǒng)成本、提供更高可靠性的同時(shí)，也加速了此項(xiàng)技術(shù)的廣泛普及。

　　博通(Broadcom)公司推出的BCM59101/103是市場(chǎng)上集成度最高的芯片之一，它集成了FETs、檢測(cè)電阻器、3.3V開關(guān)調(diào)節(jié)器、微控制器、LED控制以及存儲(chǔ)器。功率消耗對(duì)于電源解決方案至關(guān)重要。公司通過兩部分設(shè)計(jì)減少了功率消耗。首先，3.3V開關(guān)調(diào)節(jié)器比其它方案更為有效;其次，內(nèi)置檢測(cè)電阻的功率消耗要遠(yuǎn)小于外置電阻。Linear公司的LTC4258/59可以對(duì)四路供電端口進(jìn)行管理，具有自主運(yùn)行(無(wú)需處理器干擾)模式，即可按順序處理各項(xiàng)任務(wù)的能力，對(duì)每路都可以單獨(dú)設(shè)置其工作模式(自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、關(guān)閉)。其它產(chǎn)品還有Maxim的MAX5922和MAX5935、TI的TPS 2383、Silicon Labs的Si3460、Freescale的MC234670、華為公司的S3900/S5600與S3026C-PWM等。[!--empirenews.page--]

　　PD接口控制器有TI的TPS2370/71/75、Linear的LTC4257/4257-1、Maxim的MAX 5940A/B、MAX5941A/B、Supertex的HV110K4、Power Integrations的DPA423G以及NS公司的LM5073等。

　　PD接口控制器除有檢測(cè)接口和分級(jí)接口外，通常還具有欠壓關(guān)閉、過壓保護(hù)、過沖電流限制、DC電流限制等功能。Maxim和Power Integrations還將用于DC/DC轉(zhuǎn)換的PWM控制器也集成在芯片中，利用它可以實(shí)現(xiàn)非常緊湊且高性價(jià)比的PD供電電路。

　結(jié)語(yǔ)

　　使用以太網(wǎng)供電的優(yōu)勢(shì)是明顯的：

　　● PoE只需安裝和支持一條電纜，簡(jiǎn)單易行且節(jié)省空間，并且設(shè)備可隨意移動(dòng)。

　　● 一個(gè)單一的UPS就可以為所有設(shè)備供電。

　　● 像數(shù)據(jù)傳輸一樣，PoE可通過使用簡(jiǎn)單網(wǎng)管協(xié)議(SNMP)來(lái)監(jiān)督和控制設(shè)備。

　　● 用戶可以自動(dòng)、安全地在網(wǎng)絡(luò)上混合使用原有設(shè)備和PoE設(shè)備。

　　當(dāng)然，PoE還面臨一些挑戰(zhàn)，如每個(gè)端口的用電設(shè)備需要的功率可能各不相同，如何準(zhǔn)確地檢測(cè)每個(gè)用電設(shè)備的功率需求是個(gè)很重要問題，否則會(huì)存在某些不安全因素。此外，電纜通常被匝成電 束并置于配線柜中，因此電束的散熱問題亦需要注意。而成本問題則是面臨的又一挑戰(zhàn)，特別是對(duì)PD制造商而言，在產(chǎn)品中加入PoE技術(shù)就要增加成本。雖然面臨諸多挑戰(zhàn)，但由于市場(chǎng)潛力巨大，存在的問題還不斷地被廠商們加以解決。想信隨著IEEE2.3at的實(shí)施，PoE技術(shù)將得到進(jìn)一步發(fā)展以及廣泛的應(yīng)用。