以太網(wǎng)供電 (PoE) 的功率傳輸能力不斷提高，根據(jù)最新的 IEEE 802.3bt 標(biāo)準(zhǔn)，它可以提供高達(dá)每通道 90W 的功率。在此博客中，我們將研究 802.3bt 供電和供電標(biāo)準(zhǔn)背后的基本概念，以及它們?nèi)绾窝葑円詽M(mǎn)足當(dāng)今發(fā)展的電力需求。我們還將討論為什么 PoE 是建筑環(huán)境的理想選擇，為智能辦公照明、房間門(mén)禁和供暖控制提供數(shù)據(jù)和電力。

以太網(wǎng)供電

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)布線供電的概念可以追溯到 2003 年，當(dāng)時(shí) IEEE 批準(zhǔn)了第一個(gè)以太網(wǎng)供電 (PoE) 標(biāo)準(zhǔn)，這是對(duì)核心 IEEE 802.3bt 標(biāo)準(zhǔn)的修訂。第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，名為數(shù)據(jù)終端設(shè)備 (DTE) 通過(guò)媒體相關(guān)接口 (MDI) 供電，是 IEEE 802.3af。在部署越來(lái)越多的以太網(wǎng)連接設(shè)備時(shí)，以這種方式供電的前提是圍繞降低成本的舉措。任何聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，無(wú)論是安全攝像頭、無(wú)線接入點(diǎn)還是工業(yè)傳感器，都需要電源才能運(yùn)行。通常，這會(huì)涉及在設(shè)備附近放置一個(gè)線路電源插座，用于其相關(guān)的插入式電源適配器，即使低壓功率要求相對(duì)較小，通常不超過(guò) 10W。在大多數(shù)情況下，該設(shè)備可能是需要線路電源插座的唯一原因，而且顯然，廣泛部署可能與連接所有設(shè)備之前的大量電氣安裝成本相關(guān)。PoE 的另一個(gè)好處是為重要的基礎(chǔ)設(shè)施提供備用電源，

在深入研究 PoE 之前，讓我們先解釋一下所涉及的一些術(shù)語(yǔ)。以太網(wǎng)供電是一種通過(guò)鏈路（以太網(wǎng)電纜）從供電設(shè)備 (PSE) 向受電設(shè)備 (PD) 供電的方法。該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)功率傳輸要求定義了不同類(lèi)型的設(shè)備。例如，類(lèi)型 1 指的是最初的 IEEE 802.3af 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)指定為 PD 負(fù)載提供最多 15.4W 的電纜損耗（表 1）。IEEE 802.3at 標(biāo)準(zhǔn)隨后在 2009 年將其提高到 30W，也稱(chēng)為 PoE+，并引入了 Type 2 設(shè)備。每個(gè)配對(duì)使用的電壓在 44V DC到 52V AC范圍內(nèi)，并且取決于類(lèi)型。

表 1：按類(lèi)型、等級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)的以太網(wǎng)供電功能。（來(lái)源：以太網(wǎng)聯(lián)盟）

電力與數(shù)據(jù)一起通過(guò)兩對(duì)或多對(duì)以太網(wǎng)電纜傳輸（參見(jiàn)表 2）。定義了兩種 PSE：

端點(diǎn) PSE：端點(diǎn) PSE 通常是具有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的 PoE 電源功能的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。

中跨 PSE：中跨 PSE 提供了一種將電源注入以太網(wǎng)鏈路段的方法，例如，交換機(jī)和 PD 之間的連接。通過(guò)這種方式，以前不具備 PoE 功能的任何網(wǎng)絡(luò)都可以進(jìn)行改造，以包含 PD 設(shè)備，例如平移、傾斜和變焦 (PTZ) IP 攝像機(jī)。

除了類(lèi)型之外，類(lèi)別參數(shù)還定義了從 1 到 8 的八個(gè)類(lèi)別，其中 8 是最高功率，表示可在任何基于 PoE 的系統(tǒng)中提供或能夠提供的最大功率。

電源接口 (PI) 可能是任何 PoE 接口中最關(guān)鍵的部分（圖 1）。八根導(dǎo)線電纜對(duì)中的兩對(duì)始終一起供電，兩對(duì)（正對(duì)和負(fù)對(duì)）形成一對(duì)。最初的標(biāo)準(zhǔn)將每個(gè)配對(duì)稱(chēng)為備選方案 A/模式 A 或備選方案 B/模式 B。

圖 1：八線以太網(wǎng)電纜的電源接口架構(gòu)。（來(lái)源：以太網(wǎng)聯(lián)盟）

PoE 與 Type 3 和 Type 4 應(yīng)用的演變

隨著 PoE 成為為有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電的可行方式，以這種方式傳輸?shù)碾娏恳彩艿搅讼拗?。Type 1 和 Type 2 雖然可為許多簡(jiǎn)單設(shè)備提供足夠的電力，但無(wú)法為銷(xiāo)售點(diǎn)終端、基于 IP 的智能 PTZ 攝像機(jī)和 IP 可視電話(huà)等 PD 應(yīng)用提供足夠的電力。此外，智能工廠和智能辦公產(chǎn)品的出現(xiàn)將利用 PoE 產(chǎn)生的組合電源和數(shù)據(jù)功能。

2013 年，IEEE 802.3 工作組回應(yīng)了行業(yè)對(duì)提高功率容量的需求，目標(biāo)是在所有四個(gè)對(duì)上提供功率。這項(xiàng)工作最終于 2018 年 9 月批準(zhǔn)并啟動(dòng)了 802.3bt 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)引入了 3 類(lèi)和 4 類(lèi)設(shè)備以及從 5 類(lèi)（PSE 45W）到 8 類(lèi)（PSE 90W）的四個(gè)功率等級(jí)。這四個(gè)對(duì)始終用于 Class 5 到 Class 8 802.3bt 兼容設(shè)備。802.3bt 標(biāo)準(zhǔn)還向后兼容兩對(duì)組的 Type 3 PD。

在四種成對(duì)配置中，802.3bt 標(biāo)準(zhǔn)還引入了兩種為同一 PD 中的一個(gè)或多個(gè)電路供電的方式。稱(chēng)為單特征或雙特征 PD，四對(duì)組被整流并提供給負(fù)載的方式如圖 2 所示。

圖 2：?jiǎn)魏灻碗p簽名 PD 架構(gòu)。（來(lái)源：微芯科技）

Microchip PoE 系列

如果您正在將 PoE 功能整合到您的下一個(gè)設(shè)計(jì)中，Microchip Technology提供了全面的 PSE 和 PD 設(shè)備產(chǎn)品組合。示例產(chǎn)品包括Microchip Microsemi PD69208，這是一個(gè) PSE 以太網(wǎng) IC 系列，在單個(gè) QFN 封裝中集成了 802.3at 或 803.bt 功率傳輸和模擬數(shù)據(jù)（圖 3）。它們支持 32V 至 57V 的以太網(wǎng)供電電壓，適用于以太網(wǎng)交換機(jī)和中跨設(shè)備。對(duì)于供電應(yīng)用，PD70224EVB開(kāi)發(fā)板有助于基于 PD 的設(shè)計(jì)的評(píng)估和原型設(shè)計(jì)。

Microchip/Microsemi除了提供IC外，還提供PD-96xxGC系列等一系列集成中跨功率注入器。提供 1、6、12 和 24 端口版本，能夠提供符合 IEEE 802.3bt 標(biāo)準(zhǔn)的 90W，中跨可以為各種 IP PTZ 攝像機(jī)、IP 視頻電話(huà)和瘦客戶(hù)端工作站供電。

圖 3：Microchip Technology 的 PSE 和 PD 設(shè)備每通道提供高達(dá) 90W 的功率，是 PoE 802.3bt 應(yīng)用的理想選擇。（來(lái)源：微芯科技）

結(jié)論

隨著以太網(wǎng)供電供電能力的增長(zhǎng)，其范圍也在擴(kuò)大以支持越來(lái)越多的應(yīng)用。許多新應(yīng)用將 PoE 帶到傳統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備領(lǐng)域之外，以涵蓋建筑環(huán)境的控制和管理，例如占用感知辦公室照明、供暖和通風(fēng)以及訪問(wèn)安全。

Robert Huntley 是一位獲得 HND 資格的工程師和技術(shù)作家。憑借他在電信、導(dǎo)航系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用工程方面的背景，他代表 Mouser Electronics 撰寫(xiě)了各種技術(shù)和實(shí)用文章。

審核編輯黃宇