POE是什么，交换机POE的学习

1.使用的PSE芯片：MP3924(MPS)

.本次学习使用的为MPS的MP3924。

1.1 芯片的主要介绍

MP3924是一款四端口电源设备(PSE)电源控制器，适用于IEEE 802.3af/以太网供电(PoE)标准应用。该设备具有IEEE 802.3af/at的所有功能，包括检测、单事件和双事件分类、限流和断开负载检测。通过I2C可将所有功能配置为自动运行模式或软件编程模式。MP3924具有一个9位模数转换器(ADC)来监控电流和电压，一个特殊的I2C接口用于隔离控制器通信，可调节电流限制，以及可配置的系统功能。这些特性为PoE应用程序提供了灵活性.MP3924有QFN-32 (5mmx5mm)包装。

1.2 芯片的主要产品特征

IEEE802.3af/at兼容

四端口4位可配置I2C地址

0.25Ω电流感应电阻

自动模式和I2C命令控制模式自动输入过电源关闭

内部VCC电源

三线I2C接口用于隔离

应用两个INT引脚用于中断优先级选择

断开直流负载检测

瞬时电流/电压读取

热保护

QFN-32 (5mmx5mm)封装

1.3 芯片的主要应用

PSE交换机/路由器

PSE中跨动力喷射器

监测DVR和NVR等

2.PSE的DEMO板：EV3924-U-00A

EV3924-U-00A评估板是为了展示MP3924的能力而设计的。

2.1 EV3924-U-00A的电气规格

2.2  EV3924-U-00A的产品特点

44V~57V 的电压输入。其余产品特点与MP3924特点相同，不再赘述。

2.3 EV3924-U-00A 评估版外形尺寸

 3.  交换机POE的学习

3.1  什么是POE?

定义：通过同一CAT5双绞线提供直流电源(44V ~ 57V)，用于传输以太网数据的系统。

电缆的端部：PSE(Power Sourcing Equipment):以太网交换机，路由器，集线器。

PD(Powered Device):移动电话，无线接入点，安全摄像头。

3.2  POE的价值

1.安装使用方便

-电源和数据电缆结合

-CAT5电缆的长度可达100m

-安装方便（不需要专业人员）

2.可靠性和寿命

-基于IEEE 802.3标准

-PoE端设备寿命长，零件报废现象少见

3.可调功率水平可满足各种需求

-可拓展性高达71W的负载

4.电源冗余

-数据和电源

-电池组，AC/DC电源，等等。

5.插入任何RJ-45端口，无需担心损坏设备

-对于符合IEEE802.3标准的设备，PSE将不会对不符合标准的PD设备或只提供数据的端口供电。

6.以太网联盟认证标志

- EA Logo确保符合IEEE 802.3标准
- 提供认证产品之间互操作性的信心
- 符合标准，便于识别
- 箭头指示功率方向(PSE/PD)
•  PSE:箭头指向标志外=发送功率
•  PD:箭头指向logo =接收功率

-该数字表示支持的最大功率等级

3.3  POE 电源供给基础

1. POE传输功率的发展

 2. IEEE802.3at 2对布线（如下图）

-一根以太网线有四对，每对由两根绞合电线组成。

-我们使用2对在AT标准供电。有2种接线选择:

选择 A：1，2，3，6       1、2、3、6线上传输电源，极性为任意，1、2为正极，3、6为负极或是1、2为负极，3、6为正极，

选择 B：4，5，7，8     并且规定4、5为正极，7、8为负极。

-电源注入在PSE变压器的隔离侧。

-PD在变压器的隔离侧接收电源。

 3.IEEE802.3bt 4-pair布线

 -所有4对以太网线用于提供所有功率级别的供电。

- 减少由于布线造成的功率损耗，提高系统的整体效率。100米CAT5电缆电阻一般为12.5欧姆(2对)

4.IEEE802.3af(2003)和IEEE802.3at(2009)类型和类别

5.IEEE802.3bt(2019)类型和类别

-新的IEEE802.3bt标准增加了3类和4类和5-8类，以适应高达90W的电源级别

3.4 POE 握手协议

-IEEE 802.3BT 电信标准

检测和分类的价值
1. 检测:PSE只检测有效的PD负载并对其供电。
2. 分类是功率协商，PD只抽取与PSE“承诺”相同的功率，这使PD不会拉下PSE电源

 -POE基础知识 | 检测

1.IEEE802.3标准定义了一种通过电缆给PD(带电设备)安全供电的方法，如果PD断开，则断开电源。

2.PSE会在定期检查是否有什么东西被插入时，让电缆不通电。这叫做检测。

3.检测确保，pse仅为有效的pd供电，而不是仅为数据以太网端口供电。

 4.检测是如何工作的？

-PSE发送电流源给PD→四个端口检测。

-PSE通过PD检测电阻器检测dV/dI。

-如果在PD上23.75kΩ< Rdet <26.25kΩ(通常为25kΩ)，则可以接受检测。（在协议中一般为24.9KΩ）

-对于四对POE,连接检测变成检测PSE的一部分，用于区分单个负载还是多个负载。

-POE基础知识 | 分级

1.如果存在有效的PD负载链接，PSE可能会查询PD需要多少功率。这被称为分级。

2.分级是如何工作的/

 -PSE发送电压源给PD(14.5V~20.5V)。

 -PD移除Rdet并打开内部LDO，该LDO应用于整个Rclass 2.5V。

 - PSE测量通过Rclass的电流。

 - 从PSE中通过分级确定功率分配。

 

PD&PSE 握手 | AF&AT  标准

1. 检测

a. [PSE]发送4端口检测信号   b. [PD]为25kΩ检测电阻（一般为24.9KΩ）

2. 分级(1)

a. [PSE]发送第1个分级信号    b. [PD]在Rclass上显示0-3级电流。c. [PSE]测量PD上的 Iclass

d. [PSE]决定分级级别  e. [PSE]随后打开端口

3. 分级（2）

a. [PSE]如果第一次分级时检测到为4级电流，就发送第二个分级信号.  b. [PD]在Rclass上显示4级电流。

c. [PSE]测量  Iclass   d. [PSE]随后打开端口

 PD&PSE 握手 | BT 标准

-PSE发送较长的第一个信号通知PD它是PSE的Type3或Type4。

-PD使用第二Rclass来识别更高的功率等级。

-PSE发送5个信号，最大功率为90W。

 对应ID表格

这个表演示了PSE如何通过分级电流识别PD。

 例:Type3/ 5设计如何选择Rclass ?

生成第一个Rclass在PD上生成4级class
生成第二个Rclass在PD上生成0级的class
在Finger4之后，PSE开启45W电源

对于上述检测过程在做此详细介绍

PoE基础知识|检测

连接检查
—IEEE802.3bt支持单签名和双签名两种方式。
—对于4对PoE，连接检查成为检测操作的一部分。
—连接检查后，PSE需要判断该端口连接的是单签名PD还是双签名PD。

3.4 POE 操作

启动|输入

-经过有效的分级后，PSE和PD将经过涌流阶段，才能正常运行。
-涌流是对电源的控制应用，可以从无电源状态缓慢切换到有电源状态，并且涌流保护允许PD的输入电容充电到电源接口的全输入电压，同时确保通场效应晶体管保持在其安全操作区域内。
-如果涌流要求没有按照IEEE802.3标准正确实现，可能会出现互操作性问题。

​编辑启动的过程是怎样的?

1. PSE打开端口(发送44V-57V)并开始监测浪涌(检测时间 50ms到75ms)。
2. 一旦Vvdd超过UVLO阈值，PD进入涌流阶段，由PD控制限制涌流。
3.PD必须表现为50ms的1型PD，然后必须小于400 mA直到80ms，以便让PSE对PD上的bulk电容充电。
4. 在功率延迟阶段之后，PD可以将功率提高到它指定的级别。

启动|输入电流限制

-IEEE标准输入电流限制

 -如果输入电流超过了PSE的限制会怎么做?

PSE将关闭端口电源，然后进入冷却期，该端口的任何检测/类启用命令将被延迟。在冷却期后，如果它们被启用，PSE将重新启动检测/分类周期。

正常操作和保护| PSE

-上电后，PSE对端口提供2级电源保护。
1. Icut/Pcut:提供保护，防止在中等负荷瞬态过程中虚假电源关闭。
2. Ilim:在极端过载或短路的情况下会触发保护。

-Icut 限流条件应该发生在PSE通过I lim限流限制对端口电流进行折叠控制之前。
-设置的I lim电流阈值必须大于I cut电流阈值。
-如果发生过流情况，PSE将关闭端口电源，然后进入任何冷却期，该端口的检测/类启用命令将被延迟。冷却期后，PSE将重新启动如果启用检测/分类周期。

 正常操作和保护| PD

-TI 1-4型PD控制器的典型RTN通过FET电流限制:
1. 类型1:550mA (TPS23755 / TPS23758)
2. 2型:970mA (TPS23754/6)， 1A (tps23755 /2)
3.类型3:1.85A (TPS2373-3 / TPS2372-3)
4. 类型4:2.2A (TPS2373-4 / TPS2372-4)
-一旦RTN-VSS电压超过Foldback阈值，电流限位在故障时间后下降到冲击电流限位的水平。
-PDs有一个比PSE更高的固定的Ilim，以便PSE能够更早地捕捉电源故障并去除电源。

 直流断开和维护电源信号(MPS)

-DC disconnect的价值:
负载断开时，需要断电。这是为了安全起见，这样48V就不会热插到笔记本电脑或其他数据设备上。

-PSE如何知道是否有负载?
PSE监控PD的有效MPS，如果丢失MPS，则关闭端口。丢失MPS，返回PSE到空闲状态。

-MPS是什么?
- MPS是由PD提供的一种电子签名，以确保在施加工作电压后，它仍然存在。
-一个有效的MPS包括最小10ma的直流电流(或每325ms至少75ms的10 mA脉冲电流)和低于26.3 kΩ的交流阻抗，并以0.05 μF为标准。(PD)

 IEEE 802.3bt新特性-新的MPS

新的维护功率签名(MPS)
•采用“新的”更低的维护功率签名计时，以实现更低的待机功率。
- PSE TMPS最大6毫秒(原来是60毫秒)。
- PSE TMPDO最小值320ms(原来为300ms)。
•在分类过程中定义了一个很长的第一类事件，以便PSE告诉PD它可以使用新的MPS计时。

​审核编辑：符乾江