以太網(wǎng)供電和智能建筑：第 1 部分

以太網(wǎng)供電 (PoE) 顧名思義：它通過用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐桓娎|為小型設(shè)備提供足夠的電力。該技術(shù)廣泛用于智能建筑中，由于所涉及的電壓較低，正常的電源安全規(guī)則不適用。這突出了 PoE 具有吸引力的原因之一；它可以顯著降低與安裝和合規(guī)性相關(guān)的成本。

由于許多辦公樓已經(jīng)在整個(gè)結(jié)構(gòu)中連接了以太網(wǎng)，并且安裝了電池供電的不間斷電源 (UPS)，因此可以輕松實(shí)施強(qiáng)大的系統(tǒng)。追溯添加 PoE 設(shè)備可以利用已部署的相同電纜，還可以為照明和安全攝像頭等應(yīng)用供電。電力可以通過以太網(wǎng)電纜傳輸?shù)骄嚯x支持 PoE 的以太網(wǎng)設(shè)備最遠(yuǎn) 100 米的設(shè)備。

使用 PoE 為智能建筑供電的好處

采用 PoE 的明顯好處之一是它使直流電源能夠在您現(xiàn)有的以太網(wǎng)中運(yùn)行。雖然您仍然需要使用支持 PoE 的端口更新網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，但與不必為受電設(shè)備運(yùn)行額外的銅線相關(guān)的成本優(yōu)勢可能非常顯著。銅價(jià)從 2000 年的每磅 0.65 美元上漲到 2021 年的每磅 4.05 美元（來源：macrotrends）。此外，通過不在受電設(shè)備上實(shí)施 AC 到 DC 轉(zhuǎn)換，可以進(jìn)一步節(jié)省成本。

在定位受電設(shè)備時(shí)，PoE 還提供了更大的靈活性。大多數(shù)交流電源插座都靠近地板，這不是 Wi-FI ?接入點(diǎn) (AP)、毫微微蜂窩和微微蜂窩以及攝像機(jī)的理想位置。為了最大限度地?cái)U(kuò)大覆蓋范圍，建議避免將這些設(shè)備放置在障礙物附近，這意味著它們最好放置在天花板高度。與市電網(wǎng)絡(luò)不同，以太網(wǎng)電纜通常穿過吊頂形成的空隙，從而消除了采用的另一個(gè)障礙。

PoE 將電源和數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，可實(shí)現(xiàn)對各種應(yīng)用的智能 24/7 監(jiān)控和控制，包括照明、安全攝像頭和數(shù)字標(biāo)牌。配備電池供電的不間斷電源系統(tǒng) (UPS) 的集中式 PoE 網(wǎng)絡(luò)可確保關(guān)鍵設(shè)備在停電期間持續(xù)運(yùn)行。?

智能樓宇應(yīng)用和 PoE 標(biāo)準(zhǔn)

最初的 PoE 標(biāo)準(zhǔn) (IEEE 802.3af) 于 2003 年獲得批準(zhǔn)，可提供高達(dá) 15 瓦的功率。它被廣泛用于 IP 電話、樓宇訪問控制等應(yīng)用，并為早期分布式 Wi-Fi 接入點(diǎn)供電。該標(biāo)準(zhǔn)的后續(xù)修訂版，包括 IEEE 802.3at (30 W / 2009) 和 IEEE 802.3bt (90 W / 2018)，增加了提供的功率以支持更苛刻的應(yīng)用，例如更快的 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)、安全攝像頭、音頻揚(yáng)聲器、銷售點(diǎn) (POS)、LED 照明等。

圖 2：PoE 標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用

PoE 拓?fù)?/p>

圖 3 說明了典型的 PoE 拓?fù)?。PoE 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)稱為供電設(shè)備 (PSE)，它為客戶端提供直流電源，稱為受電設(shè)備 (PD)。該規(guī)范規(guī)定 PSE 應(yīng)能夠通過最長 100 米的以太網(wǎng)電纜（通常為 CAT5/6）向 PD 供電。

圖 3：典型的 PoE 拓?fù)洌▉碓矗阂蕴W(wǎng)聯(lián)盟）

由于以太網(wǎng)電纜最長可達(dá) 100 米，因此在此距離上會有一些耗散，因此在最壞的情況下，到達(dá) PD 的功率低于 PSE 提供的功率。在規(guī)范中，802.3af 為 13 瓦，802.3at 為 25.5 W，802.3bt 為 71.3 W。對于“bt”標(biāo)準(zhǔn)，PD 處的直流電壓范圍為 42 到 57 伏 [RB2]。輸入端不支持 PoE 的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備仍可連接并使用 PoE 分配器，以分離數(shù)據(jù)和直流電源。這也可以減少對 AC/DC 轉(zhuǎn)換器和靠近 AC 插座的設(shè)備的需求。

PoE 供電 PTZ 攝像機(jī)

當(dāng)今的安全系統(tǒng)通常使用帶有小型電機(jī)的攝像機(jī)，使它們能夠在三軸或平移、傾斜和變焦 (PTZ) 中移動，并且通常配備高清數(shù)碼攝像機(jī)。這些攝像機(jī)可以通過有線連接（例如以太網(wǎng)）進(jìn)行手動控制，或者通過編程在定義的感興趣窗口或整個(gè)視野中檢測到物體時(shí)自動移動和縮放。一些相機(jī)還可以配置為通過不斷執(zhí)行 0° 到 360° 平移和 0° 到 180° 傾斜來調(diào)查場景，而變焦可以使用光學(xué)或數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在可以使用基于 IEEE 802.3at 標(biāo)準(zhǔn)的 PoE 為這些安全和監(jiān)控?cái)z像機(jī)提供所需的電力。??

PoE 供電的無線網(wǎng)絡(luò)

Wi-Fi 接入點(diǎn)和路由器也是 PoE 的常見應(yīng)用。兩者的功耗通常是速度和支持的流數(shù)量的函數(shù)?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)使用 MIMO（多輸入多輸出）等技術(shù)來擴(kuò)大范圍和吞吐量。實(shí)現(xiàn)支持 Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) 速度的 AP/路由器應(yīng)用程序?qū)⒂成涞?PoE 標(biāo)準(zhǔn)，如下所示：

1. Wi-Fi 6，4×4雙頻并發(fā)：802.3at

2. Wi-Fi 6, 8×8 雙頻并發(fā)：802.3at/bt

3. Wi-Fi 6, 4×4 三頻并發(fā)：802.3at/bt

盡管 Wi-Fi 路由器/AP 配有 AC/DC 電源，但它們也可以使用 PoE 分配器供電。相比之下，Cisco Meraki TM MR56 Wi-Fi 6（802.11ax，8 流）接入點(diǎn)等產(chǎn)品現(xiàn)在支持 802.3at，這意味著 RJ45 端口可以直接連接到支持 PoE 的 PSE 交換機(jī)來為設(shè)備供電。

PoE 供電的微微蜂窩和毫微微蜂窩

微微蜂窩和毫微微蜂窩用于擴(kuò)展或增加蜂窩覆蓋，特別是在建筑物、辦公室、購物中心和體育場等繁忙區(qū)域。與常規(guī)蜂窩不同，微微蜂窩的范圍通常很小，約為 200 米或更小，而毫微微蜂窩的范圍可能低至 10 米。這些微型設(shè)備是 PoE 的理想選擇，如下面的一個(gè)示例所示：

1. Apex TM 4G/LTE 3.5GHz 室外微微蜂窩 (35W)：802.3bt

PoE 供電數(shù)字標(biāo)牌

LED 電視是一種非常有效的交流方式。它們可以在各種領(lǐng)域展示定制的動態(tài)數(shù)字標(biāo)牌，包括企業(yè)辦公空間、智能零售、酒店和政府直轄市。與 Wi-Fi 一樣，數(shù)字標(biāo)牌的好壞取決于其位置。例如，較大的屏幕通常懸掛在天花板上，以便人群可以輕松查看內(nèi)容。相比之下，智能信息亭或銷售點(diǎn) (PoS) 應(yīng)用程序利用較小的屏幕——一些帶有觸摸屏的應(yīng)用程序可提供更加個(gè)性化的交互式用戶體驗(yàn)。

LED電視功耗變化很大。下面列出的三星? 55 英寸 LED 電視指定 69 W 的典型功耗，而另一個(gè)相同尺寸和制造商的要求 120 W。確保 LED 電視功率不超過 PD 功率很重要。使用 802.bt 標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù) PSE 和 LED 電視 (PD) 之間的以太網(wǎng)電纜長度，這可以在 90 W 到 71.3 W 的范圍內(nèi)。?

市場上還提供多種帶 PoE 的標(biāo)牌電視?？纯?LED 電視制造商是否開始將 802.bt 集成到他們更大的 LED 電視中，以適應(yīng)不斷增長的數(shù)字標(biāo)牌市場，這將會很有趣。

1. 55 英寸，三星 4K LED 電視 (#Q70T) 69W（典型值）：802.3bt（需要 PoE 分配器） ????????

2. Thinlabs, Inc 的 46 英寸高清帶觸摸屏：802.3bt（不需要 PoE 分配器） ?

3. 10 英寸，三星數(shù)字標(biāo)牌 (DB10E-TPOE) 802.3at（不需要 PoE 分配器）

4. 48”, 三星數(shù)字標(biāo)牌 (DH48E) 44W (typ) 802.3bt（需要 PoE 分配器）

5. 40 英寸，三星數(shù)字標(biāo)牌 (H40B) 44W（典型值）802.3bt（需要 PoE 分配器）

6. 16” medTV ? PDI-P16TV-GB2-P電視（25W）的802.3at供電（PoE分配器不是必需的）

PoE 智能互聯(lián)照明

PoE 和 LED 照明是天作之合，因?yàn)?LED 消耗直流電源，而 PoE 提供直流電源。這使您可以在使用 PoE 為 LED 供電時(shí)消除 AC 到 DC 電源轉(zhuǎn)換的成本。

PoE 如何增強(qiáng)智能建筑的一個(gè)很好的例子是安森美半導(dǎo)體?互聯(lián)照明平臺（圖 4）。該平臺基于模塊化設(shè)計(jì)，能夠?yàn)閮纱?16 個(gè) LED 提供 7,000 流明，由雙 FL7760 LED 驅(qū)動器驅(qū)動?；?NCP1096 802.3bt 控制器的 PoE 模塊可為 LED 驅(qū)動器模塊提供高達(dá) 90 瓦的直流電源。同時(shí)，LED 驅(qū)動器模塊上還有第二個(gè)連接器，它接受 RSL10 藍(lán)牙? 5 無線電以無線連接到智能手機(jī)網(wǎng)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)云連接?，F(xiàn)在是智能照明。

圖 4：帶有 PoE 模塊的互聯(lián)照明平臺

PoE 供電的商務(wù)電話 (VoIP)

互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議語音 (VoIP) 可能是 PoE 最常見的應(yīng)用。VoIP 使用以太網(wǎng)協(xié)議在廣域網(wǎng)上將低頻模擬語音信號數(shù)字化為數(shù)據(jù)包。從那里，它將通過交換機(jī)和路由器進(jìn)入云，到達(dá)目的地。VoIP 僅消耗 4 到 7 瓦特，因此與 802.3af PoE 標(biāo)準(zhǔn)非常兼容。配備 RJ45 連接器的現(xiàn)代 VoIP 電話旨在通過以太網(wǎng)電纜接收數(shù)據(jù)和電源，因此不需要外部 PoE 分配器。?

結(jié)論

通過同一根電纜提供電力和數(shù)據(jù)連接的便利性令人信服；我們只需要看看 USB 如何成為許多消費(fèi)設(shè)備無處不在的電源。商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中的 PoE 也是如此。它通過針對可以直接受益于它帶來的簡單性的應(yīng)用，推進(jìn)了單電纜解決方案的概念。

憑借在數(shù)字通信和電源管理方面的成熟專業(yè)知識，安森美半導(dǎo)體非常適合提供 PoE 解決方案。隨著越來越多的制造商發(fā)現(xiàn)其優(yōu)勢，最終用戶將開始要求 PoE?，F(xiàn)在是開始過渡到更智能的集成電源/數(shù)據(jù)組合的時(shí)候了。?

所有商標(biāo)均為其各自所有者的財(cái)產(chǎn)。ON Semiconductor 是 Semiconductor Components Industries, LLC dba ON Semiconductor 或其子公司在美國和/或其他國家/地區(qū)的商標(biāo)。Wi-Fi 是 Wi-Fi Alliance? 的注冊商標(biāo)。Cisco Meraki 是 Cisco Systems, Inc. 和/或其附屬公司在美國和某些其他國家/地區(qū)的商標(biāo)。Apex 是 Casa Systems, Inc. 的商標(biāo)。Samsung 是 Samsung Electronics Co., Ltd. 的商標(biāo)。medTV 是 PDi Communication Systems, Inc. 的注冊商標(biāo)。Bluetooth 文字標(biāo)記和徽標(biāo)是 Bluetooth SIG, Inc. 的注冊商標(biāo)。

審核編輯 黃昊宇