以太網(wǎng)供電(POE)解析

1、以太網(wǎng)供電（POE）解析以太網(wǎng)供電（POE）標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3af1、 概述早在1999年，以太網(wǎng)供電已經(jīng)不是什么新的理念了。實(shí)際上，當(dāng)時(shí)已經(jīng)有許多公司提供了專用解決方案，其中包括3Com、PowerDsine和Cisco等。但比較新穎的想法是制定一項(xiàng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證各種設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)全面的互操作性。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(chǎng)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

2、的電力檢測(cè)和控制事項(xiàng)，并對(duì)路由器、交換機(jī)和集線器通過(guò)以太網(wǎng)電纜向IP電話、安全系統(tǒng)以及無(wú)線LAN接入點(diǎn)等設(shè)備供電的方式進(jìn)行了規(guī)定。2、 POE的關(guān)鍵技術(shù)1 POE的系統(tǒng)構(gòu)成及供電特性參數(shù)一個(gè)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, Power 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(shí)也是整個(gè)POE以太網(wǎng)供電過(guò)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(dòng)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(guò)13W的設(shè)

3、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(jí)別等方面的信息聯(lián)系，并以此為根據(jù)PSE通過(guò)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：電壓在4457V之間，典型值為48V。 允許最大電流為550mA，最大啟動(dòng)電流為500mA。 典型工作電流為10350mA，超載檢測(cè)電流為350500mA。在空載條件下，最大需要電流為5mA。 為PD設(shè)備提供3.8412.95W五個(gè)等級(jí)的電功率請(qǐng)求，最大不超過(guò)13W。關(guān)于功率五個(gè)等級(jí)的詳細(xì)說(shuō)明：IEEE 802.3af PoE標(biāo)準(zhǔn)允許設(shè)計(jì)師通過(guò)以太網(wǎng)電纜為用電設(shè)備（PD）

4、提供高達(dá)12.95W的電力，同時(shí)符合安全特低電壓(SELV要求。根據(jù) IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)，PD可按所需功率分為四個(gè)不同的級(jí)別（第五個(gè)等級(jí)Class 4是為更高的功率的新標(biāo)準(zhǔn)預(yù)留的）。 Class 1設(shè)備需要的最高工作功率為3.84W；Class 3設(shè)備的功率范圍則介于6.512.95W之間。設(shè)計(jì)師可以根據(jù)功率要求將他們的設(shè)備指定為特定的級(jí)別。低成本解決方案可以使用一般的默認(rèn)級(jí)別指定(Class 0，表示PD最高需要12.95W的工作功率。2 POE供電的工作過(guò)程在分級(jí)階段，PSE將向PD施加1520V的電壓，并通過(guò)測(cè)量電流大小來(lái)確定PD的特定級(jí)別。在此階段，PD的電源部分將被欠壓鎖定

5、(UVLO電路維持在無(wú)源狀態(tài)，以便隔離開關(guān)級(jí)，直至特征和分級(jí)階段完成。一旦分級(jí)完成后，PSE將會(huì)向PD提供全額工作電壓。當(dāng)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中布置 PSE供電端設(shè)備時(shí)，POE以太網(wǎng)供電工作過(guò)程如下所示：檢測(cè)：首先PSE會(huì)發(fā)送一個(gè)測(cè)試電壓給在網(wǎng)設(shè)備以探測(cè)受電設(shè)備中的一個(gè)24.9k共模電阻。測(cè)試信號(hào)開始為2.5V，然后提升到10V，這將有助于補(bǔ)償Cat-5電纜自身阻抗帶來(lái)的損失。因?yàn)檫@種電纜最長(zhǎng)可達(dá)100m。如果PSE檢測(cè)到來(lái)自PD的適當(dāng)阻抗特征(24.9k，它便會(huì)繼續(xù)提升電壓。如果檢測(cè)不到特征阻抗，PSE將不會(huì)為電纜加電。受電設(shè)備電路中的齊納二極管會(huì)保證系統(tǒng)其余部分不受測(cè)試信號(hào)的干擾。PD端設(shè)備分類：當(dāng)

6、檢測(cè)到受電端設(shè)備PD之后，PSE將向PD施加1520V的電壓，并通過(guò)測(cè)量電流大小來(lái)確定PD的特定級(jí)別。如果除了探測(cè)到第一級(jí)的電阻外沒(méi)發(fā)現(xiàn)其他分級(jí)電路，該設(shè)備被定義成零級(jí)別。在此階段，PD的電源部分將被欠壓鎖定(UVLO電路維持在無(wú)源狀態(tài)，以便隔離開關(guān)級(jí)，直至特征和分級(jí)階段完成。開始供電：分級(jí)完成后，在一個(gè)可配置時(shí)間(一般小于15s的啟動(dòng)期內(nèi)，PSE設(shè)備開始從低電壓向PD設(shè)備a供電，直至提供48V的直流電源。b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(guò)12.95W的功率消耗。c斷電：若PD設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)上斷開時(shí)，PSE就會(huì)快速地(一般在300400ms之內(nèi)停止為PD設(shè)備供電，并重

7、 復(fù)檢測(cè)過(guò)程以檢測(cè)線纜的終端是否連接PD設(shè)備。在把任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接到PSE時(shí)，PSE必須先檢測(cè)設(shè)備是不是PD，以保證不給不符合POE標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)設(shè)備提供電流，因?yàn)檫@可能會(huì)造成損壞。這種檢查是通過(guò)給電纜提供一個(gè)電流受限的小電壓來(lái)檢查遠(yuǎn)端是否具有符合要求的特性電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只有檢測(cè)到該電阻時(shí)才會(huì)提供全部的48V電壓，但是電流仍然受限，以免終端設(shè)備處在錯(cuò)誤的狀態(tài)。作為發(fā)現(xiàn)過(guò)程的一個(gè)擴(kuò)展，PD還可以對(duì)要求PSE的供電方式進(jìn)行分類，有助于使PSE以高效的方式提供電源。一旦PSE開始提供電源，它會(huì)連續(xù)監(jiān)測(cè)PD電流輸入，當(dāng)PD電流消耗下降到最低值以下，如在拔下設(shè)備時(shí)或遇到PD設(shè)備功率消耗過(guò)載、短路、超過(guò)PS

8、E的供電負(fù)荷等，PSE會(huì)斷開電源并再次啟動(dòng)檢測(cè)過(guò)程。電源提供設(shè)備也可以被提供一種系統(tǒng)管理的能力，例如應(yīng)用簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP。這個(gè)功能可以提供諸如夜晚關(guān)機(jī)、遠(yuǎn)端重啟之類的功能。研究POE的供電方式可以看出，在供電的過(guò)程中有兩個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題需要考慮，一個(gè)是對(duì)于PD設(shè)備的識(shí)別，另一個(gè)是系統(tǒng)中UPS的容量。3 POE通過(guò)電纜供電的原理標(biāo)準(zhǔn)的五類網(wǎng)線有四對(duì)雙絞線，但是在l0M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的兩對(duì)。IEEE80 2.3af允許兩種用法如圖1和圖2所示。圖1 通過(guò)空閑腳供電圖2 通過(guò)數(shù)據(jù)腳供電應(yīng)用空閑腳供電時(shí)，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(shí)

9、，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(duì)1、2和線對(duì)3、6可以為任意極性。標(biāo)準(zhǔn)不允許同時(shí)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(shí)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(shí)應(yīng)有1500V的絕緣安全電壓。POE標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)范了傳送電功率應(yīng)使用的非屏蔽雙絞線對(duì)電纜，即3、5、5e或6類電纜。明確了與其一起工作的現(xiàn)存電纜設(shè)施不需要任何改動(dòng)，這其中包括3、5、5e或6類電纜、各種短接線與接線板、電源插座引線和連接的硬件等。POE標(biāo)準(zhǔn)與IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)系列兼容。4

10、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 ，使用以太網(wǎng)電纜中沒(méi)有被使用的空閑線對(duì)來(lái)傳輸直流電，相應(yīng)的Endpoint PSE支持POE功能的以太網(wǎng)交換機(jī)、路由器、集線器或其他網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。另一種方法是“末端跨接法”(End-Span，是在傳輸數(shù)據(jù)所用的芯線上同時(shí)傳輸直流電，其輸電采用與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)不同的頻率。Midspan PSE是一個(gè)專門的電源管理設(shè)備，通常和交換機(jī)放在一起。它對(duì)應(yīng)每個(gè)端口有兩個(gè)RJ45插孔，一個(gè)用短線連接至交換機(jī)，另一個(gè)連接遠(yuǎn)端設(shè)備?？梢灶A(yù)見，End-Span會(huì)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(duì)，因而省去了需要設(shè)置獨(dú)立輸電的專用線，這對(duì)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。圖3是POE供電系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例，由供電設(shè)備PSE 、受電設(shè)備PD和相關(guān)的配套設(shè)備及以太網(wǎng)傳輸電纜組成。圖3 符合IEEE 8