以太網(wǎng)供電技術(shù)

2013-10-27廣西南寧電子設(shè)備作者：重慶郵電學(xué)院發(fā)：IEEE802.3afDC電源的方法。首先簡要介紹以太網(wǎng)供電系統(tǒng)的構(gòu)成，詳細介紹以太網(wǎng)供電設(shè)備及其功能。然后，闡述受電設(shè)備及其特性，給出一些可用的供設(shè)計IEEE802.3af1999年，通過以太網(wǎng)電纜提供電源已經(jīng)不是什么新理念。在2003年6IEEE最終批準802.3af標準。該標準定義了一種允許通過以太網(wǎng)在傳輸數(shù)據(jù)的同時輸送DC電源的方法。它能安全、可靠地將以太網(wǎng)供電了布線，降低了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)成本。另外，通過UPS備份的局域網(wǎng)供電，還可以使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備免受電1PoE在PoE系統(tǒng)中，提供電源的設(shè)備被稱為供電設(shè)備PSE(PowerSourcingEquipment)，而使用電源的設(shè)備稱為受電設(shè)備PD(PoweredDevice)。PSE負責(zé)將電源注入以太網(wǎng)線，并實施功率的規(guī)劃和管理。可以采用兩PSE：一種為“EndpointPSE”，另一種為“Mid-spanPSE”。EndpointPSE就是支持PoE的以太網(wǎng)交換機、路由器、集線器或其它網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。mid-spanPSE是用來將以太網(wǎng)供電功能添加到現(xiàn)有對應(yīng)每路的兩個RJ-45插孔，一個用短線連接至不具有以太網(wǎng)供電功能的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，作為數(shù)據(jù)輸；而另接到支持802.3af供電的遠端用電設(shè)備(PD)，作為數(shù)據(jù)/電源雙用的RJ-45輸出口。mid-span設(shè)備通常通過未使用的4/5和7/8線對來承載供電，剩下的部分預(yù)留給數(shù)據(jù)傳輸。電源在機箱內(nèi)被注入網(wǎng)線而信號未作任何調(diào)整。PD則有多種形式，如IP機、網(wǎng)絡(luò)攝影機、無線橋接器、收銀機、安全存取與監(jiān)測系統(tǒng)等。實際上，任何需要數(shù)據(jù)連接并能在13W或更低功率下工作的設(shè)備都可無需AC電源或電池供電，僅從RJ-45插座就能夠得到相應(yīng)的電力。PSE負責(zé)PoE系統(tǒng)的電源管理。它連續(xù)監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)上PD設(shè)備的連接狀況，并根據(jù)PD斷電源。EndpointPSEs支持10BASE-T、100BASE-TX和1000BASE-T網(wǎng)絡(luò)。Endpoint的PoE系統(tǒng)中的PSE可以在信號線對之間或備用線對之間(但不是兩者同時)提供標稱48V的DC電源。其中在信號線對之間傳輸電力時，48V電源通過向耦合變壓器的中間抽頭供電以共模方式施加在雙絞線上，對于差分數(shù)據(jù)信100BASE-TX網(wǎng)絡(luò)，而對1000BASE-T網(wǎng)絡(luò)的支持802.3af標準目前還未定義。Mid-spanPSE在備用線對之間提供48V的DC電源。Mid-spanPSE較EndpointPSE需要額外的線纜，占用了的空間，并增加了系統(tǒng)成本。在允許PSE向線路供電之前，它必須用一個有限功率的測試源來檢查特征電阻，以避免將48VPoE的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，對其造成危害。在加電之前，PSE首先用2.8V~10V的探測電壓去PD接入。具體實施時，是將2.8V~10V之間的兩個電壓(間隔在1V或以上)送到網(wǎng)絡(luò)鏈路，然后根據(jù)得到的兩個不同的電流值再作運算(ΔV/ΔI)PSE識別,IEEE802.3af對于PD在偵測過程中的表現(xiàn)(特征)作了規(guī)定。一旦偵測到有效的PD，PSE需要了解PD的用電量，便于系統(tǒng)對電源的管理。這個過程稱為PD分級(IEEE標準規(guī)定此過程是可選的)。這一階段，PSE利用一個15.5V~20.5V的探測電壓來檢測PD的功率級別。通過從線上吸收一個恒定電流——分級特號，PD向PSE表明自己所需的最大功率。PSE測量這個電流，以確定PD屬于哪個功率級別。分級期間使用的PSE電壓源必須限制到100mA，以避免損壞失效的PD，而且它的連接時間過75ms，以對PD功耗加以控制。表2列出了分級情況及其恒流特征。成功偵測和分級后，PSE就可向PD供電了。供電期間，PSE還要對每個端口的供電情況進行監(jiān)視，提供欠壓和過流保護。PSE不能向非PDPSE也不能在PD已經(jīng)斷準規(guī)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。不同的供應(yīng)商根據(jù)系統(tǒng)的實際情況選擇了最適合他們系統(tǒng)的檢測方法。DCPSE流向PD的直流電流大小，判PDPD工作在低功耗模式時，為避免掉線，PD必須周期性地從線上吸取一定的電流。ACPSE時，端口應(yīng)該是高阻抗，可能達到幾MΩPD時，端口的阻抗會小于26.5kΩPD消耗大量功率，那么阻抗通常會更口阻抗(ZPORT)通過加電壓(VAC)和測量得到的電流(IAC)來決定，即ZPORT=VACIACIEEE802.3afPSE控制器。這些器件在降低系統(tǒng)成本、提供更高可靠性的同時，也加速了以太網(wǎng)供電的廣泛普及。這些控制器為公司(Linear)的LTC4258/59、德州儀器(TI)的TPS2383、以色列PowerDsine公司的PD64008、美信公司()的MAX5922A/B/C及即將上市的MAX5935Linear的LTC4258/59可以對四路以太網(wǎng)供電端口進行管理，具有自主運行(無首先，PDIEEE規(guī)格要求同時只能有一個線對傳輸電源；同時PD應(yīng)該能不受電源極性的限制，這通?？梢允褂谜鳂蚧蚱渌椒▉韺崿F(xiàn)自動極性轉(zhuǎn)換。當(dāng)PSE用2.8V~10V之間的電壓偵測時，PD必須具有表1所列的輸入特性。PD的輸入端口可具有高達1.9V的偏移電壓(以容許二極管的壓降)和10μA的偏移電流(漏電流)。當(dāng)PSE用15.5V~20.5V之間的電壓偵測時，PD需要通過吸收一定的恒流來表明自己所需要消耗的功率(可選)，所以PSE能PD的功耗，同時也方便PSE對電源的管理。探測和分級完成后，PD就會從PSE獲得一個44V~57V的電壓，這時PD要遵守幾條規(guī)定。在端電壓升到30V以前，不應(yīng)該消耗太大的負載電流，以避免與分級特號互相干擾；當(dāng)電壓達到42V時，必須處于完全工作狀態(tài)。工作狀態(tài)時PD端口電壓應(yīng)該在36V~57VPD的端口電壓跌落到30V~36V之間時，PD應(yīng)該關(guān)斷端口。PD工作時不能連續(xù)消耗350mA電流或12.95W功率，短時內(nèi)允許有400mA的浪涌電流。PD的輸入電容必須低于180μF，以便在電源接通時將浪涌電流保持在合理的水平；如果輸入電容大于180μF，PD就要主動限制浪涌電流，使它低于400mA。最后，PD至少要保持10mA的電流且交流阻抗要維持在26.25kΩPDIEEE802.3afPD接口控制器?？捎玫慕涌诳刂破饔械轮輧x器(TI)的TPS2370/TPS2371/TPS2375，公司(Linear)的LTC4257/HV110K4以及PowerIntegrations公司的DPA423G。其中的MAX5941A/BMAX5942A/B和PowerIntegrations的DPA423G將用于DC/DC轉(zhuǎn)換的控制器也集成在中。利用它們可以實現(xiàn)非常緊PD供電電路。IEEE802.3af標準對路由器、交換機和集線器通過以太網(wǎng)電纜向IP、安全系統(tǒng)以及無線LAN接入點等的應(yīng)用也可望涌現(xiàn)出來。值得關(guān)注的是，它有望推動供應(yīng)商為筆記本電腦和便攜式設(shè)備設(shè)計耗電量低于12.95W的組，屆時RJ-45插口將成為一種通用電源插口，若干年后人們甚至將不記得有過以太網(wǎng)端口不能供電的時代。PowerDsine公司甚至今后五年內(nèi)，企業(yè)網(wǎng)