以太網供電解析
發布時間：2009-7-19 13:28
發布者：李寬
關鍵詞：
以太網供電
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以太網供電PoE(Power over Ethernet)指的是在現有的以太網Cat.5布線基礎架構上，在為一些基于IP的終端傳輸數據信號的同時，還能為此類設備提供直流電源的技術。PoE技術已在企業與工業中得到廣泛的應用，據統計，2006年，PoE供電交付量為3200萬個端口，到2011年，交付量將達到1.45億個端口，年增長量將超過30%。目前，業界采用的標準為IEEE802.3af，該標準規定了供電設備可通過以太網向功率在13W以下的受電設備供電。這對于傳統的IP電話和網絡攝像頭而言可以滿足需求，但隨著雙波段接入，視頻電話、PTZ視頻監控等高功率應用的出現，13W的供電功率顯然無法滿足要求。為此，IEEE在2005年開始制訂新的標準802.3at(PoE plus)，以提升PoE可傳送的功率。表1為802.3af與802.3at的參數對照。 按照IEEE的定義，PoE系統包含兩種設備—PSE和PD。顧名思義，PSE(Power Sourcing Equipment)是用來給其它設備進行供電的設備，它又可以分為兩種，即端點設備(End point，PoE功能集成在交換機內)和中跨設備(Midspan，一種沒有交換機功能的中間設備)。PD(Powered Device)是用電設備，會消耗PSE的電能。 同時802.3af標準還定義了PI(Power Interface ● 通過空閑對供電(模式B)，如圖2所示，4、5鏈接成正極，7、8鏈接成負極。 按照標準，PoE工作時嚴格按檢測、分級、通電、斷電順序進行，見圖3，以解決設備是否需要通過以太網供電，按哪級供電的問題。 ● 檢測：在檢測階段，PSE通過有限的電流與電壓來確定是否存在一個25kW特征電阻。一個有效的PD必須在供電端呈現一個阻值在23.75kW與26.25kW間的電阻，對應電壓范圍在2.7V與10.1V之間，并聯電容在0.05mF與0.12mF之間。對于電阻小于15kW或大于33kW以及電容大于10mF的設備，PSE拒絕向它供電，以免損壞該設備。通常檢測過程在500ms內完成，若未檢測到PD，至少在2s后再重復檢測過程。 ● 分級：分級是可選的，向PD施加一個15.5V~20.5V間電壓來測量它的電流。PD最大可使用功率按表2確定。 ● 斷電：PSE會通過特定的檢測方法來判斷PD是否已經斷開，如果PD斷開，PSE將關閉端口輸出電壓，端口返回到檢測狀態，很多設備還具有判斷是真切斷還是假斷開的能力。 IEEE802.3af標準規定了兩種方法讓PSE檢測PD是否斷開：即DC斷路檢測法和AC斷路檢測法。前者根據PSE流向PD的直流電流大小，判斷PD是否在線。當電流在給定時間TDIS(300ms~400ms)內保持低于閾值IMIN(5mA~10mA)時，PSE就認為PD不存在，從而切斷電源;后者測量端口的交流阻抗，接有PD時，端口阻抗會小于26.2kΩ，端口阻抗是通過加一交流電壓和測量得到的電流來決定的。 PoE高集成度解決方案 鑒于PoE技術的潛在應用市場，目前已有多家半導體廠商提供了符合IEEE802.3af標準的PSE控制器。這些器件在簡化電路、降低系統成本、提供更高可靠性的同時，也加速了此項技術的廣泛普及。 博通(Broadcom)公司推出的BCM59101/103是市場上集成度最高的芯片之一，它集成了FETs、檢測電阻器、3.3V開關調節器、微控制器、LED控制以及存儲器。功率消耗對于電源解決方案至關重要。公司通過兩部分設計減少了功率消耗。首先，3.3V開關調節器比其它方案更為有效;其次，內置檢測電阻的功率消耗要遠小于外置電阻。Linear公司的LTC4258/59可以對四路供電端口進行管理，具有自主運行(無需處理器干擾)模式，即可按順序處理各項任務的能力，對每路都可以單獨設置其工作模式(自動、半自動、手動、關閉)。其它產品還有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。 PD接口控制器除有檢測接口和分級接口外，通常還具有欠壓關閉、過壓保護、過沖電流限制、DC電流限制等功能。Maxim和Power Integrations還將用于DC/DC轉換的PWM控制器也集成在芯片中，利用它可以實現非常緊湊且高性價比的PD供電電路。 結語 使用以太網供電的優勢是明顯的： ● PoE只需安裝和支持一條電纜，簡單易行且節省空間，并且設備可隨意移動。 ● 一個單一的UPS就可以為所有設備供電。 ● 像數據傳輸一樣，PoE可通過使用簡單網管協議(SNMP)來監督和控制設備。 ● 用戶可以自動、安全地在網絡上混合使用原有設備和PoE設備。 當然，PoE還面臨一些挑戰，如每個端口的用電設備需要的功率可能各不相同，如何準確地檢測每個用電設備的功率需求是個很重要問題，否則會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，特別是對PD制造商而言，在產品中加入PoE技術就要增加成本。雖然面臨諸多挑戰，但由于市場潛力巨大，存在的問題還不斷地被廠商們加以解決。想信隨著IEEE2.3at的實施，PoE技術將得到進一步發展以及廣泛的應用。 |
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