超過(guò)60W的POE關(guān)鍵在于符合安全標準

以太網(wǎng)供電標準提供了方便、靈活而增強的管理能力，能夠采用與傳輸數據相同的5類(lèi)電纜提供電源。目前一代基于標準的技術(shù)能夠通過(guò)四對電纜線(xiàn)，提供高達60W的功率，也較前一代兩對線(xiàn)方案有更高的效率。

隨著(zhù)業(yè)界轉向通過(guò)5類(lèi)線(xiàn)（或更好的布線(xiàn)架構）提供更高的功率，系統設計者與網(wǎng)絡(luò )管理員必須了解各種新興技術(shù)選擇，包括由IEEE主持開(kāi)發(fā)的標準，以及其它帶來(lái)高成本而笨重的部署復雜性，并有潛在安全風(fēng)險的標準。例如，有些制造商推廣過(guò)每端口100W的方案，它在加電前不做檢測，這是一種危險的省略。其它提供200W/端口的方案甚至更加危險，除非在每個(gè)PSE（電源設備）單元處使用可硬復位的熔絲，或由有資格的電工做布線(xiàn)。在以太電纜上為設備供電的唯一安全方案是遵守IEEE802.3at-2009規范。

HDBaseT聯(lián)盟正開(kāi)發(fā)100W的電源規范，針對那些通過(guò)單根LAN電纜傳輸無(wú)壓縮、大帶寬多媒體內容、100BaseT以太網(wǎng)、電源，以及各種控制信號的產(chǎn)品。HDBaseT聯(lián)盟是一個(gè)致力于在整個(gè)家庭內分配高清晰多媒體內容的推廣與標準化跨行業(yè)組織，它創(chuàng )造了一種“五重”功能，將無(wú)壓縮、全高清數字視頻、音頻、100BaseT以太網(wǎng)、IEEE802.3at規范電源，以及各種用于傳輸的控制信號都聚合到一根5類(lèi)電纜上。

盡管獨立的制造商們正在追求更高功率水平的方案，但HDBaseT供電方案則提供了其它功能，包括符合IEEE802.3at-2009標準Section 33.7.1，它規定了所有PSE都要滿(mǎn)足國際電工委員會(huì )60950-1:2001規范，包括作為每端口功率不超過(guò)100 VA（或100W），無(wú)需特殊過(guò)流保護設備的有限電源分類(lèi)。HDBaseT還做供電設備的檢測與分類(lèi)，可在加電前確定設備的功耗。

隨著(zhù)業(yè)界轉向更高功率，其它標準也紛紛現身。例如，HDBaseT供電的電視與音頻設備必須符合UL 60065標準，它要求當負載大于15W時(shí)使用阻燃外殼。因此，即使一臺電視負荷滿(mǎn)足了IEC 60950-1:2011對小于100W/端口有限電源的要求，它仍然需要使用防火外殼。

當對有限電源的需求轉向100W/端口以上的實(shí)現時(shí)，就要求電纜采用一種特殊的阻燃管，通過(guò)支架安裝的金屬盒連接到PSD和電源設備的輸入端。這種要求適用于電纜長(cháng)度大于10 英尺（3.05米）。

圖1 該電路有兩個(gè)端口，每端口承載100W。電能在受電設備端計算，每個(gè)端口都有限制電源的要求。根據《美國電力規定》，采用這種方案為設備供電的多端口中跨必須在每個(gè)端口處有一個(gè)寫(xiě)明額定功率的銘牌。

對于短于10 英尺的電纜，設計者可以使用同一種四對POE/HDBaseT電纜系統，它包括一個(gè)數據電纜和一個(gè)RJ-45插頭。但是，此電纜的特性必須超過(guò)典型5/E類(lèi)電纜的要求（圖1）。有些制造商試圖避開(kāi)100W的上限以及相關(guān)的保護要求，他們建議，上限可以適用于一根電纜內兩個(gè)PSE中的每一個(gè)。使用這種邏輯，他們認為一個(gè)符合性PSE可以支持95W，而一個(gè)PSE對可以在相同電纜上支持大約兩倍的數量。但這一概念是不正確的，有危險。

IEEE802.3at-2009標準規定，要在物理接頭處測量100W有限電源的供電上限。UL CAN/CSA-C22.2 60950-1-07的表2B和2C以及UL 60950-1文件都清楚地定義了對有過(guò)流器件和沒(méi)有過(guò)流器件的電源的限制（表1和表2）。從UL觀(guān)點(diǎn)看，一根電流上存在兩個(gè)PSE是不恰當的，因為它是一種使用單一接頭的盒內電源，接頭是唯一輸出電源的連接器，它不得超過(guò)100W。

圖2 這些電路在長(cháng)于3.05m (a) 和短于3.05m (b)的電纜上，實(shí)現了250W功率。

實(shí)現250W或250 VA供電的唯一方式，要么在每個(gè)端口使用斷路器或熔絲，要么讓有資格的電工布放電纜，而這實(shí)際上消除了POE技術(shù)部署的優(yōu)點(diǎn)。圖2給出了通過(guò)全部導線(xiàn)提供100W以上電源（例如兩個(gè)單端口的200W情況）的正確配置。

對于信息數據設備或大于15W的電視和音響設備，如果總供電負荷大于100W，則兩種情況都需要金屬外殼。圖2a中的情況需要一種非標準的布線(xiàn)結構，以確保安全性。方案不能在PSE處和供電設備輸入端直接使用RJ-45接頭，并且需要一名有資格的電工做安裝。圖2b中的情況可以使用典型的POE/HDBaseT布線(xiàn)系統，但也需要特殊布線(xiàn)?？傊?，根據《美國電氣規則》的標準，采用標準的以太網(wǎng)布線(xiàn)結構，用單一端口提供大于100W電源是不安全的。

圖3 HDBaseT使用以太網(wǎng)電纜的全部四個(gè)線(xiàn)對，為受電設備提供了兩個(gè)電源接口，這樣提供的電能是雙線(xiàn)對方案的兩倍。

四線(xiàn)對供電

HDBaseT通過(guò)采用IEEE802.3at-2009規范中針對四線(xiàn)對供電的機制，實(shí)現了大功率供電能力，并保持了完全的標準符合性。四線(xiàn)對供電在提供更大電能同時(shí)，獲得了更高的效率。它為受電設備提供了兩個(gè)電源接口，這樣就可以采用以太網(wǎng)電纜的全部四個(gè)線(xiàn)對，獲得的功率是雙線(xiàn)對方案的兩倍（圖3）。兩個(gè)電源接口中，一個(gè)使用1、2、3和6線(xiàn)的雙線(xiàn)對，另一個(gè)使用4、5、7和8線(xiàn)的雙線(xiàn)對。這種結構能夠增加提供的能量，并完全符合標準。在一個(gè)典型的HDBaseT實(shí)現中，會(huì )裝一個(gè)50至57V-dc的電源為PSE供電，而所有受電設備都直接通過(guò)5類(lèi)或更高等級電纜上的HDBaseT鏈路，獲得電能。

表1 無(wú)過(guò)流保護器件的電源極限

輸出電壓 輸出電流 表面功率

a UCC：輸出電壓的測量遵照1.4.5，所有負載電路都不接。電壓是持續的正弦ac和無(wú)紋波dc。對于非正弦ac和紋波大于峰值10%的dc，峰值電壓不應超過(guò)42.4V。

b ISC：沒(méi)有任何容性負荷下的最大輸出電流，包括一個(gè)短路電路。

c S(VA)：沒(méi)有任何容性負荷下的最大輸出VA。

d 如果保護是來(lái)自電子電路或一只正溫度系數器件，則加上負載5秒后，測量ISC和S，其它情況是60秒。

表2 有過(guò)流保護器件的電源極限

輸出電壓 輸出電流 表面功率 過(guò)流保護器件的額定電流

a UCC：輸出電壓的測量遵照1.4.5，所有負載電路都不接。電壓是持續的正弦ac和無(wú)紋波dc。對于非正弦ac和紋波大于峰值10%的dc，峰值電壓不應超過(guò)42.4V。

b ISC：沒(méi)有任何容性負荷下的最大輸出電流，包括一個(gè)短路電路，在加上負載后測量60 秒。

c S(VA)：沒(méi)有任何容性負荷下的最大輸出VA，在加上負載后測量60 秒。

d 測量期間，電路中維持限流阻抗，但過(guò)流保護器件被旁路。注：測量時(shí)過(guò)流保護器件旁路的理由是，確定在過(guò)流保護器件工作期間，造成可能過(guò)熱的能量數量。

e 過(guò)流保護器件的額定電流：當電流等于表中所規定額定電流的210%時(shí)，在120秒內切斷電路熔絲和斷路器的電流。

使用HDBaseT時(shí)，核心POE技術(shù)使用每?jì)蓚€(gè)電纜對上的1A電流，并使用三事件的分類(lèi)法來(lái)判斷符合標準的PSE。這種方案使HDBaseT技術(shù)能夠從HDBaseT鏈路一端向另一端，每端口傳輸高達100W的連續直流功率。HDBaseT供電標準比IEEE802.3at-2009更前進(jìn)了一步，它使受電設備能夠識別電纜長(cháng)度與阻抗，只要總功耗不超過(guò)100W，必要時(shí)可供出更大功率。HDBaseT能夠使用一根LAN電纜，在100m距離上提供高達100W電源，而無(wú)需附加電源，這符合能量使用與需求的趨勢，以及政府主導的提高能效行動(dòng)。這一功率水平超過(guò)了對今天典型40英寸LED電視（需要70W功率）的支持要求。

表3 擬議的6.0版，2012年夏季生效（可視屏幕面積）

今年，美國環(huán)境保護署的最新能源之星5.3規范將限制所有電視功耗不超過(guò)108W，無(wú)論是多大屏幕，而能源之星6.0的目標是所有尺寸屏幕電視耗電不高于85W。表3給出了擬議的6.0版電源規范，它應在今年夏天生效（參考文獻1）。無(wú)論LCD電視還是LED電視，很快都應達到每英寸屏幕大約耗電1W的水平。以這種水平，HDBaseT供電規范甚至可以支持更大的顯示屏。

盡管今天的以太交換機可以且經(jīng)常內置了POE技術(shù)，但還有另一種有能效方式是POE的中跨部署（midspan），它位于一個(gè)非POE交換機和一個(gè)網(wǎng)絡(luò )供電設備之間。中跨也是HDBaseT最喜歡的部署模型，因為要在一個(gè)以太/HDBaseT交換機的每個(gè)端口增加100W，將會(huì )是一個(gè)令人生畏的任務(wù)，會(huì )大大降低系統的可靠性。中跨方式亦能實(shí)現遠程電源設備監控與配置，從而顯著(zhù)減少了功耗。網(wǎng)絡(luò )管理員可以監控每個(gè)端口的功耗和總功耗，并配置端口的即時(shí)開(kāi)/關(guān)和定期開(kāi)/關(guān)功能，以及不間斷電源狀態(tài)端口的開(kāi)/關(guān)功能。

POE技術(shù)還可以提高能效，方式是盡量減少空閑功耗。很多POE中跨與交換機都采用了開(kāi)關(guān)電源，其效率在滿(mǎn)負荷時(shí)為90%，意味著(zhù)一個(gè)220W POE電源要消耗220W交流能量，而400W POE電源則消耗440W。不幸的是，當200W額定單元開(kāi)關(guān)電源空閑時(shí)，0W負載的開(kāi)關(guān)功率損失為20至40W，而400W額定單元的0W負載時(shí)損失為40至80W。通過(guò)調整POE的分布式電源結構可以解決這個(gè)問(wèn)題。例如，網(wǎng)絡(luò )管理員可以先用一個(gè)450W的內部電源處理所有的實(shí)時(shí)需求，必要時(shí)再用一個(gè)外接的450W至1 kW電源，升級到每端口的滿(mǎn)功率。

POE創(chuàng )新的另一個(gè)重要領(lǐng)域是距離的延伸。四線(xiàn)對電源能夠用最長(cháng)100m電纜為設備供電，這是HDBaseT標準定義的距離。今天的POE中跨從中間測量電纜長(cháng)度，當電纜長(cháng)度和設備的最大功率需求均為已知時(shí)，可以正確地向受電設備提供電能。這種方案確保了一臺距離100 m需要22.8W以上功率的受電設備，在達到最大負荷時(shí)不會(huì )出現意外掉電。

圖4 得到的基線(xiàn)距離延伸

PSE 源 200m處受電設備的功率

四線(xiàn)對IEEE802.3at PSE（60W） 25W（802.3at受電設備） 12.95W（802.3af受電設備） 12.3W（802.3af Class 2受電設備）

網(wǎng)絡(luò )管理員可以使用延長(cháng)器技術(shù)，同時(shí)向200m基線(xiàn)距離的網(wǎng)絡(luò )設備提供數據和電源，如WLAN接入點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò )攝像頭，這一距離是IEEE規范的兩倍。延長(cháng)設備簡(jiǎn)單地連接到一個(gè)中跨上，并通過(guò)POE輸入獲得電能。表4給出了延長(cháng)的基線(xiàn)距離。另外還可以做級聯(lián)，達到更遠的距離。

POE在不斷發(fā)展，提供了更多高價(jià)值的供電功能與管理功能。當技術(shù)超越60W限制，具備了新一代更大功率能力時(shí)，設計者的要點(diǎn)是保持與所有IEEE802.3at-2009標準的符合性，包括確保安全供電的標準。HDBaseT聯(lián)盟已采用IEEE802.3at-2009作為100W的技術(shù)，它完全支持所有安全供電要求，并提供了在單根100m 5e/6類(lèi)電纜上，聚合無(wú)壓縮高清數字視頻、音頻、100BaseT以太網(wǎng)、標準化供電，以及各種控制信號的機會(huì )。