驅動(dòng)高功率以太網(wǎng)絡(luò )供電技術(shù)

以太網(wǎng)絡(luò )供電(PoE)技術(shù)能夠透過(guò)標準Cat-5電纜進(jìn)行供電，完全不需要透過(guò)墻面轉接器或其它外部電源，就能夠驅動(dòng)網(wǎng)絡(luò )設備。這類(lèi)系統需要兩項主要組件，分別是供電的電源供應設備(power sourcing equipment, PSE)及接收并使用這個(gè)電源的動(dòng)力裝置(power device, PD)，如圖1。

圖1 具備電源設備及供電裝置的典型PoE網(wǎng)絡(luò )示意圖

目前有許多已開(kāi)發(fā)的實(shí)用PoE應用，然而，新推出的應用所需要的功率高于現今802.3af標準所定義的功率限制，也就是為用電裝置端提供約13 W的功率?，F今需要新的PoE+標準以滿(mǎn)足增加功率的需求，但這項新標準仍未定義完成。在新標準出爐前，勢必要能夠針對所需功率高于現今可提供功率的PD負載進(jìn)行供電。

高功率PoE的系統需求

任何采用Cat-5電纜的高功率解決方案都必須符合下列基本規范：

不得造成以太網(wǎng)絡(luò )纜線(xiàn)、電源供應設備(PSE)或PD過(guò)熱

不得造成電流不均衡，以避免變壓器飽和的危險

必須將操作電壓維持在802.3af標準電壓范圍內任何解決方案應該盡可能提供下列功能：

與802.3af標準兼容：搜尋、分類(lèi)、電流消耗、欠壓封鎖（undervoltage lockout）、流入電流（in-rush current）、電流限制等

具備電源管理功能

電纜裝置時(shí)的損壞電線(xiàn)偵測

在較高電壓下運作

802.3af標準規定PSE輸出電壓介于44至57V之間，且PSEICUT(表示耗電過(guò)載的程度)最低為350mA，而ILIM(表示可能的最高耗電量)最低為400mA。使用長(cháng)度為100公尺且最壞情況饋電電阻為20的纜線(xiàn)時(shí)，在允許最低電壓運作的狀況下，PD輸入受限為12.95W。

若要提供更多的電源，只需要以接近57V限制的較高母線(xiàn)電壓進(jìn)行運作即可。該解決方案的優(yōu)點(diǎn)是提升系統效能，并降低纜線(xiàn)與PSE及PD輸入階段的耗損。

現有的Cat-5電纜安裝仍可繼續使用，因為纜線(xiàn)耗損并未增加，而且只要遵照設計規則進(jìn)行，確保不會(huì )造成任何不良狀況，此解決方案出現電線(xiàn)不均衡與磁性飽和等風(fēng)險的機率便不會(huì )大于標準PoE安裝方式。另外，此解決方案與802.3af標準兼容，并且使用與802.3af裝置相同的磁性組件。

若要使此解決方案發(fā)揮效用，提供輸入電壓的切換式電源供應必須以較嚴格的容差（tolerance）進(jìn)行調節。例如，如果偏差介于53至57V之間，則在電源供應的過(guò)壓防護之外，需要±3.5%電壓容差。

如今，Cat-5銅質(zhì)通信配線(xiàn)已成為寬帶服務(wù)的最低需求，其中采用的標準是EIA/TIA-568，而Cat-5電纜的設計采用24AWG導體，因此最壞情況饋電電阻為12.5。

通過(guò)四對電纜供電

為達到更高電壓的更高功率需求，將所有四對電纜與兩個(gè)PSE操作端口搭配使用是可行的解決方案（如圖2）。采用此解決方案時(shí)，仍可達到上述的所有優(yōu)點(diǎn)，而PD端的設計人員可以選擇以串聯(lián)或并聯(lián)方式連接DC/DC電源供應。

圖2 運用現有解決方案管理高功耗裝置

若要使解決方案確實(shí)可行，設計人員必須確保各個(gè)饋電之間都能共享可接受的電流分配(電流分配不可與各對線(xiàn)之內的平衡相混淆)。由于各個(gè)饋電都有個(gè)別的二極管與二極管電橋(負溫度系數)、保險絲，以及電阻組件，而各個(gè)PD都有負輸出阻抗的切換式電源供應，因此建置時(shí)必須小心謹慎。另外，可以在PSE端使用兩種不同電壓的電源來(lái)驅動(dòng)每一對線(xiàn)，以達到兩種不同的電壓等級。如果分配不均，達到的電流限制將遠低于預期的總電流。

透過(guò)雙對線(xiàn)增加供電

若要使用雙對線(xiàn)增加供電，可行的解決方案是提高電壓使每一對的電流增加。在這類(lèi)應用中，PD及PSE上設定的電流限制高于現今802.3af標準所定義的限制。

PD及PSE電源組件必須有較高的電流能力，這對于數據變壓器組件而言尤其重要。我們可以預估在同一對線(xiàn)中兩條電線(xiàn)之間的直流電流不平衡狀況會(huì )高于802.3af標準規格，然而，不論直流電流的狀況為何，都務(wù)必維持訊號的完整性。

現有的Cat-5電纜安裝仍可繼續使用，由于周?chē)h(huán)境溫度與纜線(xiàn)溫度會(huì )隨著(zhù)電線(xiàn)散出的熱能而升高，因此必須確保不超過(guò)額定上限的纜線(xiàn)溫度。

強烈建議線(xiàn)纜內只有幾條纜線(xiàn)出現較高的電流，以避免線(xiàn)纜的內部電線(xiàn)出現高溫上升的狀況。此外，也必須根據接合力/分離力(電容與電感負載)以及電流傳導能力來(lái)選擇連接器。

對于電源需求高于802.3af標準的PD負載，可以使用雙對線(xiàn)或四對線(xiàn)解決方案，然而，這兩種解決方案無(wú)法使PSE預估PD尚需多少電量(超出802.3af標準限制的部分)，也無(wú)法預估應該使用一個(gè)連接埠或并用兩個(gè)連接埠，而且PD也無(wú)法得知PSE在標準狀況下能夠再提供多少電量。