1、以 太 網(wǎng) 供 電 技 術(shù)供電方式式簡介控制系統(tǒng)統(tǒng)的供電電方式有有兩種：一種是是集中式供供電，即電源源都引自自同一處處，另一一種是分布式供供電，即各子子設(shè)備在在安裝位位置附近近獲取電電源。從從抗干擾擾效果的的角度講講，集中中式供電電可以基基本消除除各處參參考電位位不等的的影響。分布式式供電方方式的整整體停電電風(fēng)險(xiǎn)比比較分散散，但存存在著管管理不便便，維護(hù)護(hù)不容易易，成本本高等缺缺點(diǎn)。成本抗干擾效果維護(hù)停電風(fēng)險(xiǎn)管理分布式供電高差不方便分散不方便集中式供電低好方便集中方便802.3af標(biāo)準(zhǔn)介介紹電氣電子子工程師師協(xié)會(huì)IEEE于2003年6月批準(zhǔn)了了以太網(wǎng)網(wǎng)供電PoE（Powerover Ether

2、net）標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3af。PoE這項(xiàng)創(chuàng)新新的技術(shù)術(shù)，指的的是現(xiàn)有有的以太太網(wǎng)CAT-5布線基礎(chǔ)礎(chǔ)架構(gòu)，在不用用做任何何改動(dòng)的的情況下下，借助助一根常常規(guī)以太太網(wǎng)線纜纜在傳輸輸數(shù)據(jù)的的同時(shí)供供應(yīng)電力力，從而而保證該該線纜在在為以太太網(wǎng)終端端設(shè)備如如IP電話機(jī)、無線局局域網(wǎng)接接入點(diǎn)AP、安全網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)攝像像機(jī)以及及其他一一些基于于IP的終端傳傳輸數(shù)據(jù)據(jù)信號的的同時(shí)，還能為為此類設(shè)設(shè)備提供供直流供供電的能能力。實(shí)際上，任何需需要數(shù)據(jù)據(jù)連接并并能在13W或更低功功率下工工作的設(shè)設(shè)備都可可采用以太網(wǎng)供供電技術(shù)術(shù)。PoE技術(shù)將電電源和數(shù)數(shù)據(jù)集成成在同一一有線系系統(tǒng)當(dāng)中中，即在在確保現(xiàn)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)構(gòu)化布

3、線線安全的的同時(shí)，保證了了現(xiàn)有網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的正正常運(yùn)作作。以太網(wǎng)供供電的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)由于每每個(gè)設(shè)備備只需要要一組連連線，因因此每個(gè)個(gè)設(shè)備的的布線更更為簡單單和便宜宜；免去了了AC插座和適適配器，使工作作環(huán)境更更安全、整潔，成本也也更低； 能與與標(biāo)準(zhǔn)以以太網(wǎng)和和快速以以太網(wǎng)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)構(gòu)無縫集集成；(4)不間斷電電源可確確保在AC電源斷電電時(shí)繼續(xù)續(xù)為設(shè)備備供電；(5)設(shè)備移動(dòng)動(dòng)方便，可以移移到任何何有局域域網(wǎng)線的的地方移動(dòng)對對工作場場所影響響最??；(6)可對連接接到以太太網(wǎng)的設(shè)設(shè)備進(jìn)行行遠(yuǎn)程監(jiān)監(jiān)控。以太網(wǎng)供供電系統(tǒng)統(tǒng)的組成成在PoE系統(tǒng)中，提供電電源的設(shè)設(shè)備被稱稱為供電電設(shè)備(PSE:PowerSourcin

4、gEquipment)，而使用用電源的的設(shè)備稱稱為受電電設(shè)備(PD: PoweredDevice)。以太網(wǎng)網(wǎng)供電的的主要設(shè)設(shè)備是PSE，它負(fù)責(zé)責(zé)對PD的檢測、分級、上電、 斷路路檢測等等功能。一旦當(dāng)當(dāng)某個(gè)PD被加載，PSE將立即檢檢測到PD的接入，并將在在設(shè)備被被移開時(shí)時(shí)切斷電電源。PSE還必須提提供過流流保護(hù)，以防止止PSE和PD遭受損壞壞?？梢砸圆捎脙蓛煞N類型型的PSE，一種為為端接式式PSE(EndpointPSE),另一種為為中跨式式PSE(Mid-spanPSE)。以太網(wǎng)供供電系統(tǒng)統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)中跨式PSE(Mid-spanPSE)端接式PSE(EndpointPSE)PSE的的工作原原

5、理一、檢測測在允許PSE向線路供供電之前前，它必必須用一一個(gè)有限限功率的的測試源源來檢查查25k特征電阻阻，以避避免將48V電源加給給非兼容容PoE的網(wǎng)絡(luò)設(shè)設(shè)備，對對其造成成危害。在加電電之前，PSE首先用2.8V至10V的探測電電壓去偵偵測是否否有PD接入，具具體實(shí)施施時(shí)是將將2.8V至10V之間的兩兩個(gè)電壓壓（間隔隔在1V或以上）送到網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)鏈路路，然后后根據(jù)得得到的兩兩個(gè)不同同的電流流值再作作運(yùn)算（V/I），通常常我們將將此方法法稱為兩兩點(diǎn)檢測測法。PSE的的工作原原理二、分級級一旦偵測測到有效效的PD，PSE需要了解解PD的用電量量，以便便于系統(tǒng)統(tǒng)對電源源的管理理，這個(gè)個(gè)過程稱稱為PD分

6、級（IEEE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定定此過程程是可選選的）。這一階階段PSE利用一個(gè)個(gè)15.5V至20.5V的探測電電壓來檢檢測PD的功率級級別。PD通過從線線上吸收收一個(gè)恒恒定電流流(分級特征征信號)來向PSE表明自己己所需的的最大功功率。PSE測量這個(gè)個(gè)電流以以確定PD屬于哪個(gè)個(gè)功率級級別，分分級期間間使用的的PSE電壓源必必須限制制到100mA，以避免免損壞失失效的PD，而且它它的連接接時(shí)間不不能超過過75ms，以對PD功耗加以以控制。 級別分級特征電流PSE最小輸出功率說明00-5mA15.4WPD功率未知，不分級18-13mA4.0W低功耗PD216-21mA7.0W中等級功耗PD325-31mA1

7、5.4W高功耗或全功率PD435-45mA15.4W保留，功率情況同0級PSE的的工作原原理三、供電電成功偵測測和分級級后，PSE就可向PD供電了。供電期期間，PSE還要對每每個(gè)端口口的供電電情況進(jìn)進(jìn)行監(jiān)視視，提供供欠壓和和過流保保護(hù)。PSE的的工作原原理四、斷路路檢測PSE不能向非非PD設(shè)備傳輸輸電力，同樣PSE也不能在在PD已經(jīng)斷開開后還使使電源處處于接通通狀態(tài)，因?yàn)楣┕╇婋娎|纜有可能能會(huì)插在在一個(gè)非非PD設(shè)備上，或引起起線纜的的短接。IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定定了兩種種方法讓讓PSE檢測PD是否斷開開，即DC斷路檢測測法和AC斷路檢測測法，不不同的芯芯片供應(yīng)應(yīng)商根據(jù)據(jù)系統(tǒng)的的實(shí)際情情

8、況選擇擇最適合合他們系系統(tǒng)的檢檢測方法法。AC/DC斷路路檢測DC斷路法根根據(jù)從PSE流向PD的直流電電流大小小，從而而判斷PD是否在線線。當(dāng)電電流在給給定時(shí)間間tDIS(300ms到400ms)內(nèi)保持低低于閾值值IMIN(5mA到10mA)，PSE就認(rèn)為PD不存在，從而切切斷電源源。這種種方法的的缺點(diǎn)就就是，當(dāng)當(dāng)PD工作在低低功耗模模式時(shí)，為避免免掉線PD必須周期期性地吸吸取一定定的電流流。AC斷路法利利用端口口阻抗的的低頻AC測量來檢檢測PD的存在。AC斷路法必必須檢測測位于以以太網(wǎng)電電纜遠(yuǎn)端端的一個(gè)個(gè)PD的阻抗，并同時(shí)時(shí)提供一一個(gè)穩(wěn)定定的輸出出電壓來來為PD供電。AC斷路法是是測量以以太

9、網(wǎng)端端口的交交流阻抗抗，當(dāng)沒沒有設(shè)備備連接到到PSE時(shí)，端口口應(yīng)該是是高阻抗抗，可能能達(dá)到幾幾兆歐；而當(dāng)接接有PD時(shí)，端口口的阻抗抗會(huì)小于于26.5k；如果PD消耗大量量功率，那么阻阻抗通常常會(huì)更低低。PD的工工作原理理檢測測時(shí)當(dāng)PSE在PD端口處用用2.7V至10.1V之間的電電壓偵測測時(shí)，為為了便于于PSE識別，IEEE802.3af對于PD在偵測過過程中的的表現(xiàn)（特征）作了規(guī)規(guī)定，PD必須具有有表2-5所示的輸輸入特性性。PD的輸入端端口可具具有高達(dá)達(dá)1.9V的偏移電電壓（以以容許二二極管的的壓降）和10A的偏移電電流（漏漏電流）。參數(shù)有效的PD偵測特征無效的PD偵測特征V/I (斜率)

10、23.75kRPD26.25kRPD12k或RPD45K輸入電容0.05FCPD0.12FCPD10F輸入電感LPD100H偏移電壓1.9V偏移電流10APD的工工作原理理分級級時(shí)當(dāng)PSE在PD端口處處用14.5V至20.5V之間的的電壓偵偵測時(shí)，PD需需要通過過吸收一一定的恒恒流來表表明自己己所需要要消耗的的功率（可選），所以以PSE能夠預(yù)預(yù)算PD的功耗耗，同時(shí)時(shí)也方便便PSE對電源源的管理理。PD的工工作原理理上電電時(shí)探測和分分級完成成后，PD就會(huì)從PSE獲得一個(gè)個(gè)44V到57V的電壓，這時(shí)PD要遵守幾幾條規(guī)定定。在端端口電壓壓升到30V以前，它它不應(yīng)該該消耗太太大的負(fù)負(fù)載電流流，以避避免

11、與分分級特征征信號互互相干擾擾；當(dāng)電電壓達(dá)到到42V時(shí)，它必必須處于于完全工工作狀態(tài)態(tài)。工作作狀態(tài)時(shí)時(shí)PD端口電壓壓應(yīng)該在在36至57V之間，而而當(dāng)PD的端口電電壓跌落落到30至36V之間時(shí)，PD應(yīng)該關(guān)斷斷端口。PD工作時(shí)不不能連續(xù)續(xù)消耗350mA電流或12.95W功率，短短時(shí)內(nèi)允允許有400mA的浪涌電電流。PD的輸入電電容必須須低于180F，以便在在電源接接通時(shí)將將浪涌電電流保持持在合理理的水平平；如果果輸入電電容大180F，PD就要主動(dòng)動(dòng)限制浪浪涌電流流，使它它低于400mA。PD的工工作原理理掉電電檢測時(shí)時(shí)最后，PD還必須通通過維持持功率特特征（MaintainPowerSignatu

12、re:MPS）發(fā)送持持續(xù)工作作信號。如果沒沒有MPS，PSE將切斷電電源，阻阻止一個(gè)個(gè)受電電電纜接入入不能通通電的以以太網(wǎng)設(shè)設(shè)備。PD至少要保保持10mA的電流且且交流（AC）阻抗要要維持在在26.25k或更少與與超過0.05F電容并聯(lián)聯(lián)，以避避免PD掉線（offline）。參數(shù)符號單位MinMax1輸入電流IportmA102輸入阻抗Rpd_dK26.253輸入電容Cpd_dF0.05目前的研研究狀況況目前已有有多家半半導(dǎo)體廠廠商提供供了符合合IEEE802.3af規(guī)格的PSE控制器。這些器器件在降降低系統(tǒng)統(tǒng)成本、提供更更高可靠靠性的同同時(shí)，也也加速了了以太網(wǎng)網(wǎng)供電的的廣泛普普及。這這些控制

13、制器為凌凌特公司司(Linear)的LTC4258/59，德州儀儀器的TPS2383、TPS2384、以色列列PowerDsine公司的PD64008、美信公公司(Maxim)的MAX5935、ST的STE12PS。以太網(wǎng)網(wǎng)供電技技術(shù)正在在一步一一步向前前邁進(jìn)，大功率率以太網(wǎng)網(wǎng)供電標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)正在在開發(fā)中中。PowerDsine已經(jīng)在IEEE大會(huì)上提提交“大大功率以以太網(wǎng)供供電”標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，估估計(jì)于今今年年底底頒布新新的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。該標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)將支支持為筆筆記本電電腦等設(shè)設(shè)備供電電。Maxim和ST已經(jīng)推出出了能夠夠提供30W的電源管管理芯片片。PSE的設(shè)計(jì)實(shí)實(shí)現(xiàn)（采采用TI的Tps2384）MSP430系列單

14、片機(jī)TPS2384Port 1Port 2Port 4I2C-BusPSE系系統(tǒng)功能能結(jié)構(gòu)圖圖基于PC的通信信接口TPS2384原理圖圖狀態(tài)顯示示電路圖圖MSP430F148RS232接口口電路圖圖USB接接口電路路圖PSE通通信模塊塊連接圖圖軟件系統(tǒng)統(tǒng)主體設(shè)設(shè)計(jì)流程程圖I2C操操作時(shí)序序圖寫I2C流程圖圖讀I2C流程圖圖PD（采采用TPS2375）TPS2375功能介介紹作為以太太網(wǎng)供電電設(shè)備與與用電設(shè)設(shè)備之間間的接口口，TPS2375電源接口口控制器器可完成成各種必必要的檢檢測、分分類、欠欠壓鎖定定、浪涌涌電流限限定等功功能。前圖中中C1為輸入電電容，R1為檢測、R2為啟動(dòng)限限流、R3為分

15、級電電阻。在在低電壓壓輸入時(shí)時(shí)，TPS2375把電流降降到12A以下，允允許24.9k的外部檢檢測電阻阻。當(dāng)輸輸入電壓壓在14.520.5V時(shí),外部電阻阻設(shè)置為為分級檢檢測。TPS2375的CLASS引腳用于于對PD的功率級級別進(jìn)行行分級，通過改改變連接接到它和和VSS之間的一一個(gè)電阻阻值來進(jìn)進(jìn)行設(shè)定定 。當(dāng)當(dāng)PD端口施加加有14.5V20.5V的電壓來來分級時(shí)時(shí)，TPS2375的CLASS引腳通過過吸收相相應(yīng)的電電流值來來向PSE表明自己己的功率率級別。在檢測測和分級級完成后后，供電電設(shè)備輸輸出電壓壓將超過過42V，到達(dá)低低電壓門門限電壓壓(UVLO)時(shí)，只要要輸入電電壓大于于30V，受電設(shè)設(shè)備即可可正常工工作。對對于大多多數(shù)受電電設(shè)備，還需要要DC/DC變換器來來將48V電壓降到到需要的的電壓值值。基于802.3af標(biāo)準(zhǔn)的PoE-Hub12V/24V/48V高功率POE-Hub12V/24V/48V高功率以以太網(wǎng)供供電集線線器(POE-Hub)是根據(jù)以以太網(wǎng)供供電標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)802.3af所描述的的以太網(wǎng)網(wǎng)供電技技術(shù)原理理，在面面向工業(yè)業(yè)自動(dòng)化化控制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備備所需的的高功率率、12V/24V/48V電壓要求求下，開開發(fā)的一一種集供供電和數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)功能于于一體的的特殊設(shè)設(shè)備。他他主要由由數(shù)據(jù)通通信電路路和以太太網(wǎng)供電電電路兩兩