PoE應用前景無(wú)限

作為通過(guò)以太網(wǎng)電纜輸電的IEEE工業(yè)標準，以太網(wǎng)供電(PoE)技術(shù)的發(fā)展勢頭十分強勁。這一新興技術(shù)通過(guò)傳輸以太網(wǎng)數據的CAT-5電纜進(jìn)行供電，可以簡(jiǎn)化用電設備(PD)的安裝和部署。這些設備包括無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)、監控攝像機和VoIP電話(huà)等。

目前，IEEE 802.3af PoE標準允許設計師通過(guò)以太網(wǎng)電纜為用電設備（PD）提供高達12.95W的電力，同時(shí)符合安全特低電壓(SELV)要求。根據 IEEE 802.3af標準，PD可按所需功率分為四個(gè)不同的級別。Class 1設備需要的最高工作功率為3.84W，Class 2設備需要的工作功率介于3.85W和6.49W之間，Class 3設備的功率范圍則介于 6.5～12.95W之間。設計師可以根據功率要求將他們的設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。

PSE（供電設備）通過(guò)在向PD供電期間提供斜升電壓（從2.5V上升到10V）來(lái)確定PD的級別。如果PSE檢測到來(lái)自PD的適當阻抗特征(24.9kΩ)，它便會(huì )繼續提升電壓。如果檢測不到特征阻抗，PSE將不會(huì )為電纜加電。在分級階段，PSE將向PD施加15～20V的電壓，并通過(guò)測量電流大小來(lái)確定PD的特定級別。在此階段，PD的電源部分將被欠壓鎖定(UVLO)電路維持在無(wú)源狀態(tài)，以便隔離開(kāi)關(guān)級，直至特征和分級階段完成。一旦分級完成后，PSE將會(huì )向PD提供全額工作電壓。

拓撲結構的確定方法

要為PoE兼容PD開(kāi)發(fā)出高效的電源，設計師需要低壓轉換器IC、功率MOSFET、浪涌保護、UVLO以及特征和分級電路配合工作。目前，設備設計師使用兩種方法來(lái)滿(mǎn)足這一要求。有些設計師使用這樣的集成方法：將浪涌保護電路、DC/DC控制器、開(kāi)關(guān)MOSFET以及電流限流和其他保護功能結合在一起，然后使用分立電路來(lái)增加特征和分級功能、UVLO以及直通開(kāi)關(guān)。這種方法可以使所有PoE等級的設計獲得出色的可伸縮性，設計師有足夠的空間來(lái)修改解決方案，使其符合特定的應用。例如，Power Integrations公司推出的14個(gè)DC/DC轉換IC系列具有不同的MOSFET選擇和封裝形式，可以滿(mǎn)足廣泛的PoE要求。如果采用此方法，設計師則只需少量的外部元件用于特征電路（對于Class 0設計，只需要一個(gè)電阻）、分級電路和UVLO電路。圖1所示為采用此方法的完全可配置的多級IEEE 802.3af兼容PD接口。

圖1 可設定級別的IEEE802.3at PD接口

其他功率半導體制造商則使用另一種集成方法。他們將浪涌保護電路和DC/DC控制器，以及UVLO、開(kāi)關(guān)、特征和分級功能結合在一起。這些電路通常都不包括DC/DC開(kāi)關(guān)MOSFET和限流電路。802.3af前端集成可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化PoE接口的設計。通常情況下，此方法需要客戶(hù)來(lái)添加分立開(kāi)關(guān)MOSFET和外部限流元件。由于在此系統中添加開(kāi)關(guān)元件的工作由設計師來(lái)負責，因此他們必須熟悉模擬功率開(kāi)關(guān)級的開(kāi)關(guān)和控制問(wèn)題。他們還必須了解與PCB布局和高頻開(kāi)關(guān)相關(guān)的穩定性問(wèn)題。這些問(wèn)題都是設計過(guò)程中不容忽視的重要部分，要求設計師對功率電路有良好的理解，并需要額外的時(shí)間進(jìn)行電路板設計和測試。

新標準
目前，IEEE專(zhuān)門(mén)小組正在制定新版標準。新標準稱(chēng)為 Power-over-Ethernet Plus (PoEP) IEEE 802.3at，它將功率要求高于12.95W的設備定義為Class 4（該級別在IEEE 802.3af中有描述，但留作將來(lái)使用），可將功率水平擴展到25W或更高。由于能夠支持更高的功率水平，工業(yè)專(zhuān)家預計這一新標準會(huì )將PoE應用擴展到新的領(lǐng)域，例如WLAN（無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)）、銷(xiāo)售點(diǎn)終端設備、交換機以及傾斜式/變焦式/平移式監控攝像機。新標準正由專(zhuān)門(mén)小組制定，預計在2008年底發(fā)布。新標準雖然尚未制定完畢，但可以從下面的評論中大致了解其中的關(guān)鍵特征。

圖2a 集成PD與控制器功能

圖2b 集成DC轉換器功能與分立PD

由于新標準是向下兼容802.3af標準的，因此專(zhuān)門(mén)小組面臨的一個(gè)主要問(wèn)題是，PSE如何判斷與之相連的是802.3af兼容PD還是新的802.3at兼容PD（以及PD如何對PSE做出類(lèi)似的判斷）。為了解決此問(wèn)題，802.3at標準將使用與 802.3af中相同的特征來(lái)指示PoE兼容PD，但這樣會(huì )在分級階段增加第二次電壓脈沖，以便指示PSE的802.3at兼容狀態(tài)。802.3at兼容PD將檢測到第二次電壓脈沖，并判斷它們已連接至802.3at兼容PSE。由于分級周期持續時(shí)間符合 802.3af時(shí)間限制，因此與當前802.3af標準兼容的PD會(huì )將第二次脈沖僅視為初始查詢(xún)和響應的一部分。

PoEP標準中最引人注目的一個(gè)新變化將是，它能夠以比現有標準更詳盡的細節來(lái)控制功率分布。兼容802.3af標準的PSE識別PD的級別后，只需提供級別定義所允許的最大功率即可。802.3at系統通電后，符合標準的PSE將能夠使用Level-2軟件與每個(gè)PD進(jìn)行通信，以確定峰值和平均功率要求。這一新功能將允許設計師根據功率預算來(lái)設計PoE兼容系統，并使系統總功率能力更接近于系統負載要求。峰值負載功率和高電流持續時(shí)間之間還可以建立通信（例如，攝像機推拉電機具有較高的短時(shí)電流要求）。不過(guò)，新標準尚未對這種Level-2通信進(jìn)行完整定義。

結語(yǔ)

如今廣泛應用的許多電子設備，例如VoIP電話(huà)、吸頂式無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)和監視攝像機，都無(wú)法容易地放置在A(yíng)C插座附近。它們的安裝和使用已受到AC電源可用性的嚴重限制（或者安裝成本更高）。PoE技術(shù)的出現使設計師可以輕易突破這些限制。隨著(zhù)功率半導體廠(chǎng)商提供更多樣的開(kāi)關(guān)和器件，再加上新的工業(yè)標準將支持更高功率水平的使用，這一新興技術(shù)勢必將促進(jìn)新一代應用的出現。