基于PoE电源的解决方案

基于PoE电源的解决方案

    新批准的IEEE802.3af规范规定在Ethernet网络上允许同时传送DC电源和数据。用可得到的13W左右的电源，很多装置可由它们的 Ethernet连接供电，而电源不用来自墙上AC插口。可用Ethernet连接供电的装置包括数字VoIP 电话，网络无线接入点， PDA充电台、HVAC恒温器或由墙插口供电的任何连接Ethernet 的低功率数据装置。

    随着Ethernet连接增加电源，需要安全装置保护通用PC和膝上电脑免遭48V电平破坏。

Ethernet缆线供电

    需要一个PSE(PowerSourcingEquipment 电源设备)为Ethernet的信号线对或备用线对提供额定的48V。所加电源是做为两个供电对之间的共模电压差，供电是借助于耦合差分信号到缆线的隔离变压器中心抽头，由于变压器原因，所以，发送和接收线对之间的48V电势差对另一端的数据收发没有影响。

    PSE也可做为电流限制装置，而PD(用电装置)检测，PD分类、电流限制和断开检测所需的精确测量通常与48V电源开关装置无关。基于此原因，必须开发专用电路，以满足高压电源开关应用中的精确需要和坚固的要求。

PD特性

    所有PD(PoweredDevice用电装置)在电压2.7V和10.1V之间探测时，电源输入必须呈现25KΩ左右特征阻抗。允许特征阻抗具有高达 1.9V偏移串联到所允许的二极管偏置电源调整和自动极性电路(图2)。此特征对PSE是一种指标，表明线末端的装置是一个有效的PD，并且48V不会损坏它。网络接口卡和非用电插口通常呈现出150Ω左右的共模阻抗，这与有效PD阻抗相差甚运。

    另外，在15V和20V之间探测时，会在终端呈现可变的特征阻抗。“分类”(ClassificaTIon)特征表明PD从PSE汲取的最大功率，因此，PSE可以预先排定功率。分类特征表现为在输入端被PD汲取的恒定电流。表1示出分类及其恒定电流特征。

PD检测

    在允许PSE供电到线路前，必须检查特征电阻。为了考虑有效特征，PD必须看似像与120nF或更小电容并联的25KΩ±5%。PSE必须按受 19KΩ~26.5KΩ较宽范围的阻抗，这是基于系统中寄生串联和并联电阻的考虑。PSE必须拒收阻抗低于15KΩ或高于33KΩ以及跨接在终端大于 10mF的负裁。

    PD特征阻抗可高达1.9V电压偏移(通常由两个二极管串联引起的)和10mA电流偏移(通常由PD漏电引起)。这些项使PSE电阻测量变复杂，这是由于在单V-I点测量中将不考虑这些误差。因此，需要PSE至少取两个不同V-I点(在PD中这两点至少相隔1V)。然后，计算两个点之间的差以求得真正电阻斜率，减去电压和电流偏移。

PD分类

    一旦PSE已成功检测PD，则PSE可任意询问PD将汲取多少功率。若PSE具有足够大的电源能同时提供满载功率到所有端口，则可省略分类步骤。一般情况下，PSE具有有限可用的功率，它必须跟踪所连接的PD数和它们的功率分类电平，当达到功率预算时，必须停止接受PD。

    在PD上加上15V~20V电压便可检查分类特征。在15V和20V分类特征范围，PD行为必须像恒流源，PSE测量此电流来确定PD(见表1)。图3示出系统从检测模式到分类模式转换的电流行为。

切断检测

    正如PSE从不发送功率到不要求它的装置中，PSE在用电装置未插入前必须不开着电源，这是因为用电电缆可以立即插入PC或膝上电脑。这需要PSE检测此动作并保证电源不加到“非依从”的PD(即PC，膝上电脑或其他传统Ethernet装置)上。802.3af标准为PSE感测未插入PD规定了两种方法：DC切断和AC切断，允许选择最适合所用系统的实现方法。

DC切断

    DC切断根据流经PSE到PD的DC电流量来确定1个PD的存在。当电流在给定时间tDIS(300ms~400ms)内保持低于阀值IMIN(5mA和10mA之间)，则PSE假定PD不存在并关断电源。

AC切断

    实现AC切断的PSE测量Ethernet口的AC阻抗。当没有装置连接到POE时，口应该是高阻抗(几兆欧姆)。然而，当连接PD时，口阻抗将小于 26.25KΩ。所加电压(VAC)和测量所得到的电流(IAC)确定口阻抗(ZPORT)：ZPORT=VAC/IAC，图4中的LTC4259A实现 AC和DC切断。

结语

    PSE具有检测程序告知它有没有真正的PD连接到端口；分类程序告知它PD将汲取多少功率，因此，可相应地指定它的电源；电源管理特征告知它PD是否仍然存在和工作正常。而PD具有与PSE直接通信的方式、希望多少功率和希望保持的电流。所有这些都不影响任何方式的数据流。因此，把有效PSE和PD器件组合完全没有数据通信硬件，这对于某些应用节省很大的费用，最重要的是检测协议可使传统Ethernet装置损坏的机会最小，因此，维护向后兼容。