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以太网供电技术

2015-03-05 浏览量 2844

以太网供电（PoweroverEthernet，PoE）给有线以太局域网的设计、应用和长期可用性带来诸多好处，成本、灵活性、乃至安全都得到增强。它克服了系统设计人员经常遭遇的限制——凭什么他们非得把用电的网络设备和交流插座放置在一起呢。

有了PoE，数据和电力就以安全标称48V直流电传输于同一条以太网电缆上。如果网络设备能配置为48V工作，那么，网络设备对本质不安全的交流供电——通过某个建筑物交流环网引出单独电缆线——的需求，得以消除，

PoE给设备定位带来免于电源线限制的自由，使设备拥有随商务需求变化而迁移的长期易用性，这两点都是任何组织都想要的好处。

比如，对于网络安全摄像机，当它们需要高挂在墙上而脱离交流电源时，PoE对其就很有用。在供电以太网上使用的典型设备，比如VoIP电话、摄像机和Wi-Fi接入点，可能需要特别设计以适应在以太网48V直流情况下工作。

在网络设备中，DC/DC转换器通常需要隔离48V电源，并下调到一个低电压，如5V，以适合设备的电路系统。为了充分利用PoE，网络设备也会需要进行握手过程，以允许网络集线器确认这个支持PoE的设备，理解和管理它的特定功率需要。

PoE网络基础

一个PoE系统主要有三个部分，供电设备（powersourcingequipment，PSE)，受电设备（powereddevice，PD)和电缆。PSE连接于以太网交换机，一般由UPS不间断电源供以48V直流电。PSE为网络上所有设备提供数据，为所有PoE兼容设备提供数据和电力。尽管标称电压是48V直流，但其支持范围是44-57V直流。

PoE受电设备的范围持续迅速地增长，PoE技术被采用被市场所接受。当前能够使用的设备类型主要包括VoIP电话、EPOS系统和WiFi接入点。
PD给PSE一个“签名”，告诉它自己支持PoE，以及其所需的电量。对于输入的电力管理和转换通常由PD内的DC/DC转换器进行处理，更多细节可见文章后半部分。

CAT5（五类线缆）本是用来传输数据，空余的导线可以用来传输附加的电力到另一导线的末端。PoE标准IEEE802.3af详细定义了其如何工作，并提供了一种PoE设计和实施方式的工业平台。

电力传送
标准CAT5以太网电缆有四路双绞线，其中只有两路用来传输数据。通过PoE，IEEE802.3af标准支持直流电源不受极性限制通过两路空闲线路进行传输，或者把电力加载在两路数据线路上，高度灵活。PoE全兼容设备必须能够从这两种方式中选择一项。

当前，IEEE标准允许标称电压48V和大约15W功率，通过一条传输容量13W 的以太线路，给予受电设备。对于有效功率的限定确实影响了可用PoE的外围设备类型。

不过，标准被建议改变以支持更高的功率，因而，更多类型的设备可在以太网上通过CAT5线路供电工作。比如支持PoE的笔记本可以直接从网络连接中充电，而不必用笨重的AC适配器。

为防止损坏已有的可能并不兼容PoE的以太网设备，IEEE802.3af标准要求有一个PSE发起的“发现进程”。这个进程将检查电缆寻找支持PoE的设备。它将校验远程设备能否呈现出25KΩ的排阻，如是将会发送48V电压供电。

同时，供电也将进行限流，以防在错误情况下对设备和线路的任何损坏。在连接之前，PD也会返回PSE一个信号以表明在四个功率级别中自己的类型。
如果受电设备从电缆上汲取的电流小于一个阀值——设备掉线时这将可能发生——PSE在这条线路上就会切断电源，此外并可察觉电力供应对于其他装置是可用的。在供电中断时，PSE可能从选择的非关键设备上移去电力供应，以增加UPS的最大运行时间，维持更多的关键安全设备运行。

电力转换

支持PoE的设备通常需要隔离的DC/DC转换器来变换电压，从48V到PD所需合适低压值。在PoE应用中，IEEE802.3af严格定义了转换器低噪、启动和隔离要求。比如，C&D技术公司NPH10系列就是一个理想的兼容产品。C&D在它的NMPD产品中提供了一个完整的接口方案。它集成了数据隔离转换、PoE握手过程和能够转换到用户指定输出电压的DC/DC转换器，SIP（会话发起协议）模块提供了连接以太网线缆的遵循PoE的数据和供电接口。

连在网络集线器上的48V以太网电源也由IEEE标准所定义（实际电压可为44-57V直流）。然而，因为以太网线路上有明显的压降，PoE标准允许受电设备的最小工作电压值低至30V。48V不仅可以来自于AD转换器，而且可以引自现有系统。在这种情况下，PSE端需要另一个高功率隔离的DC/DC转换器。
设计合并在PSE中的DC/DC转换器，尽管PoE标准没有定义，但仍需拥有多个理想特性使它更符合需求。以C&D技术的HHS04-520为例，其设计完全基于PoE，不仅遵循标准，而且有着很高的功率密度，它能够从一个非常小的模块中处理输出200W功率。
这一点是重要的，因为很多非PoE集线器可能需要重新设计以使他们

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