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）標準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。實際上，當時已經(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工業(yè)標準，以保證各種設(shè)備之間實現(xiàn)全面的互操作性。IEEE在1999年開始制定該標準，最早參與的廠商有3Com, Intel, PowerDsine, Nortel, Mitel和National Semiconductor。但是，該標準的缺點一直制約著市場的擴大。直到2003年6月，IEEE批準了802. 3af標準，它明確規(guī)定了遠程系統(tǒng)中

2、的電力檢測和控制事項，并對路由器、交換機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接入點等設(shè)備供電的方式進行了規(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、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（實際上，任何功率不超過13W的設(shè)

3、備都可以從RJ45插座獲取相應的電力）。兩者基于IEEE 802.3af標準建立有關(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標準供電系統(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，最大啟動電流為500mA。 典型工作電流為10350mA，超載檢測電流為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五個等級的電功率請求，最大不超過13W。關(guān)于功率五個等級的詳細說明：IEEE 802.3af PoE標準允許設(shè)計師通過以太網(wǎng)電纜為用電設(shè)備（PD）

4、提供高達12.95W的電力，同時符合安全特低電壓(SELV要求。根據(jù) IEEE 802.3af標準，PD可按所需功率分為四個不同的級別（第五個等級Class 4是為更高的功率的新標準預留的）。 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)計師可以根據(jù)功率要求將他們的設(shè)備指定為特定的級別。低成本解決方案可以使用一般的默認級別指定(Class 0，表示PD最高需要12.95W的工作功率。2 POE供電的工作過程在分級階段，PSE將向PD施加1520V的電壓，并通過測量電流大小來確定PD的特定級別。在此階段，PD的電源部分將被欠壓鎖定

5、(UVLO電路維持在無源狀態(tài)，以便隔離開關(guān)級，直至特征和分級階段完成。一旦分級完成后，PSE將會向PD提供全額工作電壓。當在一個網(wǎng)絡(luò)中布置 PSE供電端設(shè)備時，POE以太網(wǎng)供電工作過程如下所示：檢測：首先PSE會發(fā)送一個測試電壓給在網(wǎng)設(shè)備以探測受電設(shè)備中的一個24.9k共模電阻。測試信號開始為2.5V，然后提升到10V，這將有助于補償Cat-5電纜自身阻抗帶來的損失。因為這種電纜最長可達100m。如果PSE檢測到來自PD的適當阻抗特征(24.9k，它便會繼續(xù)提升電壓。如果檢測不到特征阻抗，PSE將不會為電纜加電。受電設(shè)備電路中的齊納二極管會保證系統(tǒng)其余部分不受測試信號的干擾。PD端設(shè)備分類：當

6、檢測到受電端設(shè)備PD之后，PSE將向PD施加1520V的電壓，并通過測量電流大小來確定PD的特定級別。如果除了探測到第一級的電阻外沒發(fā)現(xiàn)其他分級電路，該設(shè)備被定義成零級別。在此階段，PD的電源部分將被欠壓鎖定(UVLO電路維持在無源狀態(tài)，以便隔離開關(guān)級，直至特征和分級階段完成。開始供電：分級完成后，在一個可配置時間(一般小于15s的啟動期內(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12.95W的功率消耗。c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300400ms之內(nèi)停止為PD設(shè)備供電，并重

7、 復檢測過程以檢測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，PSE必須先檢測設(shè)備是不是PD，以保證不給不符合POE標準的以太網(wǎng)設(shè)備提供電流，因為這可能會造成損壞。這種檢查是通過給電纜提供一個電流受限的小電壓來檢查遠端是否具有符合要求的特性電阻來實現(xiàn)的。只有檢測到該電阻時才會提供全部的48V電壓，但是電流仍然受限，以免終端設(shè)備處在錯誤的狀態(tài)。作為發(fā)現(xiàn)過程的一個擴展，PD還可以對要求PSE的供電方式進行分類，有助于使PSE以高效的方式提供電源。一旦PSE開始提供電源，它會連續(xù)監(jiān)測PD電流輸入，當PD電流消耗下降到最低值以下，如在拔下設(shè)備時或遇到PD設(shè)備功率消耗過載、短路、超過PS

8、E的供電負荷等，PSE會斷開電源并再次啟動檢測過程。電源提供設(shè)備也可以被提供一種系統(tǒng)管理的能力，例如應用簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP。這個功能可以提供諸如夜晚關(guān)機、遠端重啟之類的功能。研究POE的供電方式可以看出，在供電的過程中有兩個關(guān)鍵的問題需要考慮，一個是對于PD設(shè)備的識別，另一個是系統(tǒng)中UPS的容量。3 POE通過電纜供電的原理標準的五類網(wǎng)線有四對雙絞線，但是在l0M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的兩對。IEEE80 2.3af允許兩種用法如圖1和圖2所示。圖1 通過空閑腳供電圖2 通過數(shù)據(jù)腳供電應用空閑腳供電時，4、5腳連接為正極，7、8腳連接為負極。應用數(shù)據(jù)腳供電時

9、，將DC電源加在傳輸變壓器的中點，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。標準不允許同時應用以上兩種情況。電源提供設(shè)備PSE只能提供一種用法，但是電源應用設(shè)備PD必須能夠同時適應兩種情況。該標準規(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，但同時應有1500V的絕緣安全電壓。POE標準還規(guī)范了傳送電功率應使用的非屏蔽雙絞線對電纜，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，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標準與IEEE 802.3標準系列兼容。4

10、POE的兩種供電方法POE標準為使用以太網(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)電纜中沒有被使用的空閑線對來傳輸直流電，相應的Endpoint PSE支持POE功能的以太網(wǎng)交換機、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)所用的芯線上同時傳輸直流電，其輸電采用與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號不同的頻率。Midspan PSE是一個專門的電源管理設(shè)備，通常和交換機放在一起。它對應每個端口有兩個RJ45插孔，一個用短線連接至交換機，另一個連接遠端設(shè)備。可以預見，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)置獨立輸電的專用線，這對于僅有8芯的電纜和相配套的標準RJ-45插座意義特別重大。圖3是POE供電系統(tǒng)的一個實例，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