以太網(wǎng)供電技術(shù)簡(jiǎn)介

0 概 述

以太網(wǎng)供電POE(Power Over Ethernet)是一種允許在以太網(wǎng)線(xiàn)雙絞線(xiàn)上同時(shí)傳輸數據和電能的技術(shù)，該技術(shù)作為IEEE標準802.3af在2003年6月得到了批準。IEEE技術(shù)使得以太網(wǎng)雙絞線(xiàn)在傳輸數據包的同時(shí)可以向遠端(100 m)的網(wǎng)絡(luò )設備提供大約13 W的功率.這就意味著(zhù)像I工，電話(huà)、無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)、IP，網(wǎng)絡(luò )照相機這樣的網(wǎng)絡(luò )設備可以不再需要本地的交流電源就能獲得電能而正常工作;同時(shí)使得這些設備的安裝和維護比較方便和靈活;并且由于無(wú)需考慮設備的供電問(wèn)題.因此有效地降低了網(wǎng)絡(luò )基礎建設的成本，由此可見(jiàn)POE技術(shù)的優(yōu)越性是很明顯的。

1 工作原理

通過(guò)以太網(wǎng)線(xiàn)雙絞線(xiàn)完成對網(wǎng)絡(luò )設備的供電，需要兩個(gè)設備，一個(gè)是提供電源的設備稱(chēng)為供電設備PSE(Power Supply Equipment)，PSE在每個(gè)供電端口(RJ-45端口)上提供最大電流約350 mA的48 V直流電源，直接驅動(dòng)以太網(wǎng)雙絞線(xiàn)，扣除以太網(wǎng)雙絞線(xiàn)(最長(cháng)100 m)上的功率損耗，供電設備可以向終端的網(wǎng)絡(luò )設備提供約13 W的功率;而從以太網(wǎng)雙絞線(xiàn)上獲取電能的設備被稱(chēng)為受電設備PD(Powered Device)。以太網(wǎng)供電系統要能與傳統的網(wǎng)絡(luò )系統兼容，要求必須符合802.3af標準。標準規定在一定的時(shí)間內，供電設備PSE必須完成對終端網(wǎng)絡(luò )設備的檢測和分級，然后決定是否對其供電以及輸出多少功率。這一規定可以保障不兼容POE的網(wǎng)絡(luò )設備不至于受到48 V電源的破壞。所以供電設備的卞要功能是檢測是否有兼容POE的設各(PD)連按入POE系統或從POE系統中斷開(kāi)，井對受電設各進(jìn)行分級，以提供相應功率的電源或切斷電源。根據應用類(lèi)刑的不同，802.3af標準允許供電設各有兩種方法實(shí)現對PD供電：

一種是端點(diǎn)PSE(Endpoint PSE)，即在同一個(gè)設各內嵌入了以太網(wǎng)交換機等數據交換模塊和電源模塊。在這種供電模式中，可以選擇以太網(wǎng)雙絞線(xiàn)中的信號線(xiàn)對(1，2和3，6)或者“空閑線(xiàn)對”(4，5和7，8)來(lái)承載48 V直流電源。當選擇信號線(xiàn)對傳輸電源時(shí)，48 V DC通過(guò)加在隔離變壓器的兩個(gè)中心抽頭上來(lái)實(shí)現對受電設各的供電(圖1)，從而避免了對數據信號的影響。由于電源可以疊加在信號線(xiàn)對上，所以這種方式的POE系統可以支持千兆以太網(wǎng)。將端點(diǎn)PSE應用于網(wǎng)絡(luò )系統時(shí)，由于需要更換現有的網(wǎng)絡(luò )設各，所以端點(diǎn)PSE較適合于建設新的網(wǎng)絡(luò )系統。

圖1 端點(diǎn)PSE使用信號線(xiàn)對或空閑線(xiàn)對傳送電源

另一種是中跨PSE(Midspan PSE)，即供電設備和傳統的交換設備是分離的。在這種供電模式中，PSE安裝在傳統的交換設備和終端設備之間，通過(guò)以太網(wǎng)雙絞線(xiàn)中的“空閑線(xiàn)對”注入電源(圖2)。將中跨PSE應用于網(wǎng)絡(luò )系統時(shí)，由于無(wú)需對現有的網(wǎng)絡(luò )設備和結構進(jìn)行大的改動(dòng)，所以中跨PSE較適合于對現有的以太網(wǎng)系統進(jìn)行升級改造。

圖2 中跨PSE使用空閑線(xiàn)對傳送電源

以太網(wǎng)供電系統要能正確而安全的工作，要求供電設各和受電設各的設計必須遵循IEEE 802.3af以太網(wǎng)供電規范中所定義的幾個(gè)條件。下面介紹以太網(wǎng)供電系統在工作時(shí)的四個(gè)主要過(guò)程：

(1)檢測

供電設各首先要檢測連按在線(xiàn)纜上的終端網(wǎng)絡(luò )設各是否符合802.3af標準的PD，一個(gè)符合規范的PD必須在一定的時(shí)限內提供特有的檢測特征。PSE的檢測過(guò)程如下：在建立以太網(wǎng)供電連按時(shí)，PSE首先向線(xiàn)纜上送出2.8 V至10.1 V的限流電壓，同時(shí)啟動(dòng)檢測算法。此時(shí)，如果終端用電設各通過(guò)以太網(wǎng)線(xiàn)纜旱現出如表1的特征值，則該用電設各被稱(chēng)為有效的PD;這將導致線(xiàn)纜中的電流發(fā)生特定的變化，即相當于向PSE提出供電請求。而傳統網(wǎng)絡(luò )設各在RJ45端口上的特征阻抗通常較小，約為150 Ω，稱(chēng)為無(wú)效的PD。其特征值如表2所示，PSE將不會(huì )向這些網(wǎng)絡(luò )設各輸出48 V直流電源，以保障傳統網(wǎng)絡(luò )設各不會(huì )受到破壞。此外，從表1和表2可以看出，供電設各PSE可以按受一個(gè)寬范圍的特征阻抗(19 kΩ～26.5 kΩ)，以減少網(wǎng)絡(luò )系統中存在的寄生電阻的影響。至此，PSE完成了對終端用電設各的檢測，即區分出了哪些網(wǎng)絡(luò )設各是符合標準的受電設各。

表1 有效PD的特征

表2 無(wú)效PD的特征

(2)分級

由于受電設備的種類(lèi)很多，需要的電源功率各不相同，所以在供電設備正確檢測到受電設備以后，接著(zhù)向線(xiàn)纜上施加一個(gè)15 V至20 V的探查電壓，以決定輸出多大的功率給連接在線(xiàn)纜上的受電設備，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為PD功率分級。在這個(gè)過(guò)程中，符合規范的受電設備會(huì )將一個(gè)分級電阻串聯(lián)到線(xiàn)纜中。同時(shí)，受電設備表現得近似為一個(gè)恒流源，用來(lái)指示本用電設備將要吸取的最大功率。供電設備通過(guò)測量以太網(wǎng)雙絞線(xiàn)中的電流大小來(lái)確定受電設備屬于哪個(gè)功率分級，然后輸出相應的功率。802.3af標準規定了。0～4共5個(gè)功率級別，如表3所示。

表3 PD功率分級及其分級特征

(3)供電

PSE在成功檢測到PD和完成對PD的分級以后，接著(zhù)將施加在雙絞線(xiàn)對上的電壓迅速升高到48 V，開(kāi)始向受電設各正常供電，同時(shí)受電設各中的檢測電路(檢測電阻和分級電阻)立即被切斷，使得檢測電路不會(huì )繼續消耗電源的功率。

(4)斷開(kāi)檢測

供電設各給受電設各供電以后，如果供電設備不能在受電設各己經(jīng)從系統中斷開(kāi)后迅速切斷電源，則這一帶電的RJ45端口可能接通一個(gè)傳統的網(wǎng)絡(luò )設備，使其受到破壞性的影響。所以供電設各必須能夠檢測PD的”維持功率”特征來(lái)判斷受電設各是否己經(jīng)從系統中斷開(kāi)，從而決定是否斷開(kāi)對受電設各的供電。802.3af標準定義了兩種檢測受電設各斷開(kāi)的方式，即DC斷接和AC斷接，DC斷接是通過(guò)測量從一個(gè)RJ45端口吸收的最小電流，以確定受電設各是否己經(jīng)從線(xiàn)纜中斷開(kāi);AC斷接是通過(guò)測量受電設各的阻抗來(lái)進(jìn)行斷開(kāi)檢測，這種方式被認為是一種更加準確的受電設各斷接檢測法。