单个以太网电缆中组合了数据和电源传输

由于在单个以太网电缆中组合了数据和电源传输，PoE（以太网供电）在以太网系统中很受欢迎。它广泛应用于以太网交换机、IP电话、IP网络摄像头应用。对于一些智能家居系统而言，以太网也是中央控制器和一些末端设备（如智能面板和无线AP）之间的一种关键连接法。除了标准48V电缆电压外，一些客户也愿意采用30V的电源传输。其中考虑了两大关键因素，一个是30V电压在36V人身安全电压范围之内，另一个是低至30V的电压可以节省电源解决方案成本。除了电流限制和过流保护功能外，末端设备检测对于系统设计也是有益的，可以确保中央控制器在无合适末端设备的情况下不会通电。

在IEEE 802.3at标准中，如下面表1和表2所示，PSE端口输出电压范围为44~57V（1型）和50~57V（2型），而PD端口功率为37~57V（1型）和42.5~57V（2型）。

表1 所有PD级的PSE输出PI电气要求（除另有规定外）

 

序号	参数	符号	单位	最小值	最大值	PSE类型	附加信息
1	POWER_ON状态下的输出电压	VPOR_PSE	V	44.0	57.0	1	见33.2.7.1
50.0	57.0	2

 

表2 PD电源限制

 

序号	参数	符号	单位	最小值	最大值	PD类型	附加信息
1	输入电压	VPOR_PD	V	37.0	57.0	1	见33.2.7.1表33-1
42.5	57.0	2

 

在TPS23861电源规格（表3）中，VPWR欠压下降阈值为26.5V（典型值）和28V（最大值），这意味着TPS23861可以在30V电压下工作。PSE系统结构恰恰与标准48V PoE系统类似。图1显示了TI PSE侧的总体解决方案。如果系统设计中使用半自动或手动模式，则MSP430可用于控制PSE工作状态。

表3 TPS23861输入电源规格

 

参数	试验条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电源VPWR
IVPWR	VPWR电流消耗	VVPWR=57V		3.5	7	mA
VUVLOPW_F	VPWR UVLO下降阈值	内部振荡器停止工作	14.5		17.5	V
VPUV_F	VPWR欠压下降阈值	端口去断言VPUV	25	26.5	28	V
VUVLOPW_R	VPWR UVLO上升阈值		15.5		18.5	V

 

图1 TI TPS23861+MSP430解决方案

而对于PD而言， UVLO通常为35~39V，因此标准PD不能在30V系统中使用。

图2为IEEE 802.3af端口通电进度。检测是接通端口的第一阶段。继成功检测之后，1型PSE可以选择性地使用1事件物理层分类法对PD进行分类。有效分类结果为0、1、2、3和4类。如果1型PSE未能实现分类，则1型PSE应将所有PD分配给0类。1型PSE可以选择性地实现数据链路层分类。

图2 IEEE 802.3af标准端口接通进度

根据标准，单个“伪”PD设计用于实现PoE功率传输，如图3所示。VDD和VSS之间的一个24.9kΩ电阻器和0.1uF电容器是检测电阻器。分级电压通常为18.5V（典型值），因此放置一个18V齐纳二极管以确保在PSE分类期间切断VSS FET。分类后，PSE接通端口，当VDD-VSS电压高于18V+VGS(th)时，VSS FET导通。10V齐纳二极管用于GS电压钳制。图x显示了非隔离式PD电源解决方案，这是一个也可选择的隔离式电源转换器解决方案。

图3 “伪”PD结构

具有30V电缆电压的整体PoE电源传输系统，如图4所示。

图4 具有30V电缆电源的PoE系统

总之，该PSE +“伪”PD解决方案可以实现PoE功能。它可以在保证电流保护和末端设备检测的同时通过以太网电缆传输电力。因为没有分类，所以1型和0类是唯一的选择，末端设备侧的最大输出功率为12.95W。

审核编辑：何安