以太网供电 (PoE) 的功率传输能力不断提高,根据最新的 IEEE 802.3bt 标准,它可以提供高达每通道 90W 的功率。在此博客中,我们将研究 802.3bt 供电和供电标准背后的基本概念,以及它们如何演变以满足当今发展的电力需求。我们还将讨论为什么 PoE 是建筑环境的理想选择,为智能办公照明、房间门禁和供暖控制提供数据和电力。
以太网供电
通过网络布线供电的概念可以追溯到 2003 年,当时 IEEE 批准了第一个以太网供电 (PoE) 标准,这是对核心 IEEE 802.3bt 标准的修订。第一个标准,名为数据终端设备 (DTE) 通过媒体相关接口 (MDI) 供电,是 IEEE 802.3af。在部署越来越多的以太网连接设备时,以这种方式供电的前提是围绕降低成本的举措。任何联网设备,无论是安全摄像头、无线接入点还是工业传感器,都需要电源才能运行。通常,这会涉及在设备附近放置一个线路电源插座,用于其相关的插入式电源适配器,即使低压功率要求相对较小,通常不超过 10W。在大多数情况下,该设备可能是需要线路电源插座的唯一原因,而且显然,广泛部署可能与连接所有设备之前的大量电气安装成本相关。PoE 的另一个好处是为重要的基础设施提供备用电源,
在深入研究 PoE 之前,让我们先解释一下所涉及的一些术语。以太网供电是一种通过链路(以太网电缆)从供电设备 (PSE) 向受电设备 (PD) 供电的方法。该标准根据功率传输要求定义了不同类型的设备。例如,类型 1 指的是最初的 IEEE 802.3af 标准,该标准指定为 PD 负载提供最多 15.4W 的电缆损耗(表 1)。IEEE 802.3at 标准随后在 2009 年将其提高到 30W,也称为 PoE+,并引入了 Type 2 设备。每个配对使用的电压在 44V DC到 52V AC范围内,并且取决于类型。
表 1:按类型、等级和标准分类的以太网供电功能。(来源:以太网联盟)
电力与数据一起通过两对或多对以太网电缆传输(参见表 2)。定义了两种 PSE:
端点 PSE:端点 PSE 通常是具有标准设计的 PoE 电源功能的网络交换机。
中跨 PSE:中跨 PSE 提供了一种将电源注入以太网链路段的方法,例如,交换机和 PD 之间的连接。通过这种方式,以前不具备 PoE 功能的任何网络都可以进行改造,以包含 PD 设备,例如平移、倾斜和变焦 (PTZ) IP 摄像机。
除了类型之外,类别参数还定义了从 1 到 8 的八个类别,其中 8 是最高功率,表示可在任何基于 PoE 的系统中提供或能够提供的最大功率。
电源接口 (PI) 可能是任何 PoE 接口中最关键的部分(图 1)。八根导线电缆对中的两对始终一起供电,两对(正对和负对)形成一对。最初的标准将每个配对称为备选方案 A/模式 A 或备选方案 B/模式 B。
图 1:八线以太网电缆的电源接口架构。(来源:以太网联盟)
PoE 与 Type 3 和 Type 4 应用的演变
随着 PoE 成为为有线网络设备供电的可行方式,以这种方式传输的电量也受到了限制。Type 1 和 Type 2 虽然可为许多简单设备提供足够的电力,但无法为销售点终端、基于 IP 的智能 PTZ 摄像机和 IP 可视电话等 PD 应用提供足够的电力。此外,智能工厂和智能办公产品的出现将利用 PoE 产生的组合电源和数据功能。
2013 年,IEEE 802.3 工作组回应了行业对提高功率容量的需求,目标是在所有四个对上提供功率。这项工作最终于 2018 年 9 月批准并启动了 802.3bt 标准,该标准引入了 3 类和 4 类设备以及从 5 类(PSE 45W)到 8 类(PSE 90W)的四个功率等级。这四个对始终用于 Class 5 到 Class 8 802.3bt 兼容设备。802.3bt 标准还向后兼容两对组的 Type 3 PD。
在四种成对配置中,802.3bt 标准还引入了两种为同一 PD 中的一个或多个电路供电的方式。称为单特征或双特征 PD,四对组被整流并提供给负载的方式如图 2 所示。
图 2:单签名和双签名 PD 架构。(来源:微芯科技)
Microchip PoE 系列
如果您正在将 PoE 功能整合到您的下一个设计中,Microchip Technology提供了全面的 PSE 和 PD 设备产品组合。示例产品包括Microchip Microsemi PD69208,这是一个 PSE 以太网 IC 系列,在单个 QFN 封装中集成了 802.3at 或 803.bt 功率传输和interwetten与威廉的赔率体系 数据(图 3)。它们支持 32V 至 57V 的以太网供电电压,适用于以太网交换机和中跨设备。对于供电应用,PD70224EVB开发板有助于基于 PD 的设计的评估和原型设计。
Microchip/Microsemi除了提供IC外,还提供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,能够提供符合 IEEE 802.3bt 标准的 90W,中跨可以为各种 IP PTZ 摄像机、IP 视频电话和瘦客户端工作站供电。
图 3:Microchip Technology 的 PSE 和 PD 设备每通道提供高达 90W 的功率,是 PoE 802.3bt 应用的理想选择。(来源:微芯科技)
结论
随着以太网供电供电能力的增长,其范围也在扩大以支持越来越多的应用。许多新应用将 PoE 带到传统联网设备领域之外,以涵盖建筑环境的控制和管理,例如占用感知办公室照明、供暖和通风以及访问安全。
Robert Huntley 是一位获得 HND 资格的工程师和威廉希尔官方网站 作家。凭借他在电信、导航系统和嵌入式应用工程方面的背景,他代表 Mouser Electronics 撰写了各种威廉希尔官方网站 和实用文章。
审核编辑黄宇
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