如何用以太網(wǎng)供電為智能樓宇供電

以太網(wǎng)供電（PoE）為智能樓宇供電提供許多好處。大多數(shù)辦公樓都有一個(gè)現(xiàn)有的以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，帶有集中式網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜配備有電池供電的UPS（不間斷電源系統(tǒng)），以便在停電期間維持重要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行。PoE聯(lián)接允許IT部門(mén)有選擇地給距離網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜最遠(yuǎn)100米的關(guān)鍵電子設(shè)備（如安全攝像頭）供電。為了進(jìn)一步降低成本，PoE安裝不需要電工，同時(shí)又符合國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)。電源和數(shù)據(jù)的結(jié)合使照明、安防、標(biāo)牌等應(yīng)用變得更加智能；而當(dāng)戰(zhàn)略位置遠(yuǎn)離電源插座時(shí)，Wi-Fi性能也得到增強(qiáng)。

2018年10月，IEEE新的PoE規(guī)范（IEEE802.3bt）獲得批準(zhǔn)，提供了對(duì)高達(dá)90 W功率的支持，以及包括Autoclass在內(nèi)的額外功能。IEEE 802.3bt支持高達(dá)90 W的功率，與之前的標(biāo)準(zhǔn)相比有了顯著的提高，為更高功率的應(yīng)用打開(kāi)了大門(mén)，包括智能樓宇內(nèi)的互聯(lián)照明和標(biāo)識(shí)。本篇博客將概述PoE系統(tǒng)，并重點(diǎn)介紹IEEE 802.3bt提供的新功能。

圖1. IEEE智能樓宇應(yīng)用規(guī)范

PoE 拓?fù)?/p>

一個(gè)PoE系統(tǒng)非常簡(jiǎn)單。PoE網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)是供電設(shè)備（PSE），通過(guò)以太網(wǎng)電纜（通常為CAT5）為一個(gè)PoE設(shè)備（PD）供電。

圖 2. 基本PoE 拓?fù)?/p>

2對(duì)電源對(duì)比4對(duì)電源

IEEE 802.3bt與以前的PoE規(guī)范的一個(gè)主要區(qū)別是，新標(biāo)準(zhǔn)使用了RJ45連接器的全部四對(duì)，允許傳輸?shù)墓β蚀蟠笤黾印?02.3bt規(guī)范將線(xiàn)對(duì)類(lèi)型分為八個(gè)不同的類(lèi)別（classes）。從供電設(shè)備（PSE）的角度來(lái)看，每個(gè)PoE 2 class （5-8）是一個(gè)15 W切片，而從PD的角度來(lái)看，每個(gè)PoE 2 class是11 W的切片。更精細(xì)的classes與類(lèi)型切片通過(guò)向接的PD提供各種功率來(lái)優(yōu)化多端口PSE的能效，尤其是當(dāng)聯(lián)接的PSE端口數(shù)量增加時(shí)。

圖3. 2對(duì)電源對(duì)比4對(duì)電源

Autoclass和電源能效

一旦一個(gè)PSE連接到一個(gè)PD，它就會(huì)通過(guò)測(cè)量該P(yáng)D提出的25 kΩ下拉電阻來(lái)識(shí)別其檢測(cè)特征值。然后，該P(yáng)D在最多五個(gè)Class Events/Mark Events期間從PSE產(chǎn)生其要求的class 特征值（功率要求）。

IEEE 802.3bt規(guī)范引入了一個(gè)新的功能，稱(chēng)為Autoclass。在1.2秒的窗口內(nèi)，當(dāng)該P(yáng)SE學(xué)習(xí)了該P(yáng)D的分類(lèi)，并且PD上電并打開(kāi)后，PD將吸收其最大電流。然后，PSE測(cè)量該電流，根據(jù)PD分類(lèi)增加一些余量，這就成為該特定PD的最終分配功率。

Autoclass有助于優(yōu)化PSE的功率分配。例如，一臺(tái)PSE網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)可能為8個(gè)802.3at端口加上4個(gè)802.3bt端口提供服務(wù)，共計(jì)600 W（30 W x 8 =240 W，加上90 W x 4 = 360 W）。如果4個(gè)802.3bt PD中的2個(gè)各需要65 W，在沒(méi)有Autoclass的情況下，交換機(jī)將不得不為這兩個(gè)端口分配180 W（90 W x 2個(gè)端口）。有了Autoclass，假設(shè)兩個(gè)bt PD的CAT5電纜長(zhǎng)度較短，并為每個(gè)端口增加1.75 W的余量，該P(yáng)SE網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)將為這兩個(gè)802.3bt端口分配約136.5 W（短電纜長(zhǎng)度下每個(gè)端口約66.5 W，加上每個(gè)端口的1.75 W余量=68.25 W/端口）。如此該P(yáng)SE網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)可以將節(jié)省下來(lái)的43.5 W（180 W-136. 5W）用于其他十個(gè)端口。

IEEE 802.3bt PD應(yīng)用框圖

下圖概述了高能效IEEE 802.3bt用電設(shè)備內(nèi)的元件。從左至右移動(dòng)，交流變壓器將以太網(wǎng)10/100/1000數(shù)據(jù)耦合到附近的處理器。高效的GreenBridge? 2 MOSFET方案可實(shí)現(xiàn)全波整流，同時(shí)比傳統(tǒng)硅二極管橋消耗更少的功率。符合IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)的NCP1095控制器上的第7引腳提出了25 kΩ檢測(cè)下拉電阻。引腳2和3按Class（電阻值）確定PD的功率需求，并在附加后的分類(lèi)事件中將其傳達(dá)給PSE。引腳6、8、9和10通過(guò)一個(gè)外部rsense和pass門(mén)共同控制浪涌和過(guò)電流保護(hù)（OCP）。13、15和16引腳完成了與同伴處理器的三比特通信。引腳14 PGO引腳告訴一個(gè)下游DC-DC器件輸出正常指示。第4腳允許NCP1095從本地、輔助電源上電，第6引腳控制Autoclass功能以提高能效。

圖 4. IEEE 802.3bt 用電設(shè)備（PD） 應(yīng)用圖

PoE的未來(lái)

通過(guò)提供高達(dá)90 W的功率以及分類(lèi)、Autoclass和MPS等新功能，IEEE 802.3bt將有助于為PoE的許多新的智能樓宇應(yīng)用打開(kāi)大門(mén)，包括互聯(lián)照明。

審核編輯：郭婷