POE標(biāo)準(zhǔn)供電系統(tǒng)的構(gòu)成、原理及供電方法

國產(chǎn)POE以太網(wǎng)睿普康RPC304A.完美替換臺灣九旸IP804A，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，路由器，服務(wù)器等形態(tài)POE系統(tǒng)構(gòu)成:POE供電端PSE,和受電PD兩部分

POE技術(shù)能在確?，F(xiàn)有結(jié)構(gòu)化布線安全的同時保證現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)作，最大限度地降低成本。IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)是基于以太網(wǎng)供電系統(tǒng)POE的新標(biāo)準(zhǔn)，它在IEEE 802.3的基礎(chǔ)上增加了通過網(wǎng)線直接供電的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)有以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，也是第一個關(guān)于電源分配的國際標(biāo)準(zhǔn)。

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相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

PoE早期應(yīng)用沒有標(biāo)準(zhǔn)，采用空閑供電的方式。

1、IEEE 802.3af

IEEE 802.3af(15.4W)成為了首個PoE供電標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了以太網(wǎng)供電標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)在PoE應(yīng)用的主流實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。

IEEE在1999年開始制定該標(biāo)準(zhǔn)，最早參與的廠商有3Com,Intel, PowerDsine,Nortel, Mitel和National Semiconductor。但是，該標(biāo)準(zhǔn)的缺點(diǎn)一直制約著市場的擴(kuò)大。直到2003年6月，IEEE批準(zhǔn)了802. 3af標(biāo)準(zhǔn)，它明確規(guī)定了遠(yuǎn)程系統(tǒng)中的電力檢測和控制事項，并對路由器、交換機(jī)和集線器通過以太網(wǎng)電纜向IP電話、安全系統(tǒng)以及無線LAN接入點(diǎn)等設(shè)備供電的方式進(jìn)行了規(guī)定。IEEE 802.3af的發(fā)展包含了許多公司專家的努力，這也使得該標(biāo)準(zhǔn)可以在各方面得到檢驗(yàn)。

一個典型的以太網(wǎng)供電系統(tǒng)。在配線柜里保留以太網(wǎng)交換機(jī)設(shè)備，用一個帶電源供電集線器(Midspan HUB)給局域網(wǎng)的雙絞線提供電源。在雙絞線的末端，該電源用來驅(qū)動電話、無線接入點(diǎn)、相機(jī)和其他設(shè)備。為避免斷電，可以選用一個UPS。

2、IEEE 802.3at

IEEE802.3at(25.5W)應(yīng)大功率終端的需求而誕生，在兼容802.3af的基礎(chǔ)上，提供更大的供電需求，滿足新的需求。

為了遵循IEEE 802.3af 規(guī)范，受電設(shè)備(PD)上的PoE 功耗被限制為12.95W，這對于傳統(tǒng)的IP 電話以及網(wǎng)絡(luò)攝像頭而言足以滿足需求，但隨著雙波段接入、視頻電話、PTZ視頻監(jiān)控系統(tǒng)等高功率應(yīng)用的出現(xiàn)，13W 的供電功率顯然不能滿足需求，這就限制了以太網(wǎng)電纜供電的應(yīng)用范圍。為了克服PoE 對功率預(yù)算的限制，并將其推向新的應(yīng)用，IEEE 成立了一個新的任務(wù)組，旨在探求提高該國際電源標(biāo)準(zhǔn)的功率限值的方法。IEEE802.3 工作組為了在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上對IEEE802.3at 實(shí)現(xiàn)的可能性進(jìn)行評估，于2004 年11 月創(chuàng)立了PoEPlus 的研究小組。之后又于2005 年7 月批準(zhǔn)了建立IEEE 802.3at 調(diào)查委員會的計劃。新標(biāo)準(zhǔn)稱為 Power-over-Ethernet Plus (PoEP) IEEE 802.3at，它將功率要求高于12.95W 的設(shè)備定義為Class 4(該級別在IEEE 802.3af 中有描述，但留作將來使用)，可將功率水平擴(kuò)展到25W 或更高。

系統(tǒng)構(gòu)成

POE的系統(tǒng)構(gòu)成:一個完整的POE系統(tǒng)包括供電端設(shè)備(PSE, Power Sourcing Equipment)和受電端設(shè)備(PD, Powered Device)兩部分。PSE設(shè)備是為以太網(wǎng)客戶端設(shè)備供電的設(shè)備,同時也是整個POE以太網(wǎng)供電過程的管理者。而PD設(shè)備是接受供電的PSE負(fù)載,即POE系統(tǒng)的客戶端設(shè)備,如IP電話、網(wǎng)絡(luò)安全攝像機(jī)、AP及掌上電腦( PDA)或移動電話充電器等許多其他以太網(wǎng)設(shè)備(實(shí)際上,任何功率不超過13W的設(shè)備都可以從RJ45插座獲取相應(yīng)的電力)。兩者基于IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)建立有關(guān)受電端設(shè)備PD的連接情況、設(shè)備類型、功耗級別等方面的信息聯(lián)系,并以此為根據(jù)PSE通過以太網(wǎng)向PD供電。

POE標(biāo)準(zhǔn)供電系統(tǒng)的主要供電特性參數(shù)為:

供電工作過程

當(dāng)在一個網(wǎng)絡(luò)中布置 POE供電端設(shè)備時,POE以太網(wǎng)供電工作過程如下所示。

1. 檢測:一開始,POE設(shè)備在端口輸出很小的電壓,直到其檢測到線纜終端的連接為一個支持IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)的受電端設(shè)備。

2.PD端設(shè)備分類:當(dāng)檢測到受電端設(shè)備PD之后,POE設(shè)備可能會為PD設(shè)備進(jìn)行分類,并且評估此PD設(shè)備所需的功率損耗。

3. 開始供電:在一個可配置時間(一般小于15μs)的啟動期內(nèi),PSE設(shè)備開始從低電壓向PD設(shè)備供電,直至提供48V的直流電源。

4.供電:為PD設(shè)備提供穩(wěn)定可靠48V的直流電,滿足PD設(shè)備不越過 15.4W的功率消耗。

5.斷電:若PD設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)上斷開時,PSE就會快速地(一般在300~400ms之內(nèi))停止為PD設(shè)備供電,并重復(fù)檢測過程以檢測線纜的終端是否連接PD設(shè)備。

供電的原理

標(biāo)準(zhǔn)的五類網(wǎng)線有四對雙絞線,但是在10M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的兩對。IEEE80 2.3af允許兩種用法,應(yīng)用空閑腳供電時,4、5腳連接為正極，7、8腳連接為負(fù)極。

應(yīng)用數(shù)據(jù)腳供電時,將DC電源加在傳輸變壓器的中點(diǎn),不影響數(shù)據(jù)的傳輸。在這種方式下線對1、2和線對3、6可以為任意極性。

標(biāo)準(zhǔn)不允許同時應(yīng)用以上兩種情況。電源提供設(shè)備PSE只能提供一種用法,但是電源應(yīng)用設(shè)備PD必須能夠同時適應(yīng)兩種情況。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定供電電源通常是48V、13W的。PD設(shè)備提供48V到低電壓的轉(zhuǎn)換是較容易的,但同時應(yīng)有1500V的絕緣安全電壓。

POE的兩種供電方法

POE標(biāo)準(zhǔn)為使用以太網(wǎng)的傳輸電纜輸送直流電到POE兼容的設(shè)備定義了兩種方法:

一種稱作"中間跨接法"( Mid -Span ),使用獨(dú)立的PoE供電設(shè)備，跨接在交換機(jī)和具有PoE功能的終端設(shè)備之間，一般是利用以太網(wǎng)電纜中沒有被使用的空閑線對來傳輸直流電。Midspan PSE是一個專門的電源管理設(shè)備,通常和交換機(jī)放在一起。它對應(yīng)每個端口有兩個RJ45插孔,一個用短線連接至交換機(jī)(此處指傳統(tǒng)的不具有PoE功能的交換機(jī)),另一個連接遠(yuǎn)端設(shè)備。

另一種方法是"末端跨接法"(End-Span),是將供電設(shè)備集成在交換機(jī)中信號的出口端，這類集成連接一般都提供了空閑線對和數(shù)據(jù)線對"雙"供電功能。其中數(shù)據(jù)線對采用了信號隔離變壓器，并利用中心抽頭來實(shí)現(xiàn)直流供電。可以預(yù)見,End-Span會迅速得到推廣,這是由于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)與輸電采用公用線對,因而省去了需要設(shè)置獨(dú)立輸電的專用線,這對于僅有8芯的電纜和相配套的標(biāo)準(zhǔn)RJ-45插座意義特別重大。

RPC304A.以太網(wǎng)供電芯片(POE)

RPC304A

睿普康的POE芯片RPC304A，具有如下功能

兼容IEEE 802.3AF-2003和802.3AT-2009標(biāo)準(zhǔn)

單電源供電，輸入電壓范圍 44~57V 支持4路獨(dú)立的供電端口

支持4路獨(dú)立的供電端口

內(nèi)建FET功率管。

實(shí)時的短路和過溫保護(hù)

空載檢測

超載和限流保護(hù)

端口功率可配置以及功率限制(

總電流限制

內(nèi)建3.3V LDO

支持I2C接口，最多可支持8xRPC304A的級聯(lián)

封裝和工作溫度范圍∶48 Pin（7mmx7mm）QFN，-40~85℃