POE标准供电系统的构成、原理及供电方法

国产POE以太网睿普康RPC304A.完美替换台湾九旸IP804A，网络交换机，路由器，服务器等形态POE系统构成:POE供电端PSE,和受电PD两部分

POE技术能在确保现有结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作，最大限度地降低成本。IEEE 802.3af标准是基于以太网供电系统POE的新标准，它在IEEE 802.3的基础上增加了通过网线直接供电的相关标准，是现有以太网标准的扩展，也是第一个关于电源分配的国际标准。

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相关标准

PoE早期应用没有标准，采用空闲供电的方式。

1、IEEE 802.3af

IEEE 802.3af(15.4W)成为了首个PoE供电标准，规定了以太网供电标准，是现在PoE应用的主流实现标准。

IEEE在1999年开始制定该标准，最早参与的厂商有3Com,Intel, PowerDsine,Nortel, Mitel和National Semiconductor。但是，该标准的缺点一直制约着市场的扩大。直到2003年6月，IEEE批准了802. 3af标准，它明确规定了远程系统中的电力检测和控制事项，并对路由器、交换机和集线器通过以太网电缆向IP电话、安全系统以及无线LAN接入点等设备供电的方式进行了规定。IEEE 802.3af的发展包含了许多公司专家的努力，这也使得该标准可以在各方面得到检验。

一个典型的以太网供电系统。在配线柜里保留以太网交换机设备，用一个带电源供电集线器(Midspan HUB)给局域网的双绞线提供电源。在双绞线的末端，该电源用来驱动电话、无线接入点、相机和其他设备。为避免断电，可以选用一个UPS。

2、IEEE 802.3at

IEEE802.3at(25.5W)应大功率终端的需求而诞生，在兼容802.3af的基础上，提供更大的供电需求，满足新的需求。

为了遵循IEEE 802.3af 规范，受电设备(PD)上的PoE 功耗被限制为12.95W，这对于传统的IP 电话以及网络摄像头而言足以满足需求，但随着双波段接入、视频电话、PTZ视频监控系统等高功率应用的出现，13W 的供电功率显然不能满足需求，这就限制了以太网电缆供电的应用范围。为了克服PoE 对功率预算的限制，并将其推向新的应用，IEEE 成立了一个新的任务组，旨在探求提高该国际电源标准的功率限值的方法。IEEE802.3 工作组为了在技术及经济上对IEEE802.3at 实现的可能性进行评估，于2004 年11 月创立了PoEPlus 的研究小组。之后又于2005 年7 月批准了建立IEEE 802.3at 调查委员会的计划。新标准称为 Power-over-Ethernet Plus (PoEP) IEEE 802.3at，它将功率要求高于12.95W 的设备定义为Class 4(该级别在IEEE 802.3af 中有描述，但留作将来使用)，可将功率水平扩展到25W 或更高。

系统构成

POE的系统构成:一个完整的POE系统包括供电端设备(PSE, Power Sourcing Equipment)和受电端设备(PD, Powered Device)两部分。PSE设备是为以太网客户端设备供电的设备,同时也是整个POE以太网供电过程的管理者。而PD设备是接受供电的PSE负载,即POE系统的客户端设备,如IP电话、网络安全摄像机、AP及掌上电脑( PDA)或移动电话充电器等许多其他以太网设备(实际上,任何功率不超过13W的设备都可以从RJ45插座获取相应的电力)。两者基于IEEE 802.3af标准建立有关受电端设备PD的连接情况、设备类型、功耗级别等方面的信息联系,并以此为根据PSE通过以太网向PD供电。

POE标准供电系统的主要供电特性参数为:

 

类别	802.3af(PoE)	802.3at(PoE plus)
分级(Classification)	0~3	0~4
最大电流	350mA	600mA
PSE输出电压	44~57V DC	50~57V DC
PSE输出功率	<=15.4W	<=30W
PD输入电压	36~57V DC	42.5~57V DC
PD最大功率	12.95W	25.5W
线缆要求	Unstructured	CAT-5e or better
供电线缆对	2	2

 

供电工作过程

当在一个网络中布置 POE供电端设备时,POE以太网供电工作过程如下所示。

1. 检测:一开始,POE设备在端口输出很小的电压,直到其检测到线缆终端的连接为一个支持IEEE802.3af标准的受电端设备。

2.PD端设备分类:当检测到受电端设备PD之后,POE设备可能会为PD设备进行分类,并且评估此PD设备所需的功率损耗。

3. 开始供电:在一个可配置时间(一般小于15μs)的启动期内,PSE设备开始从低电压向PD设备供电,直至提供48V的直流电源。

4.供电:为PD设备提供稳定可靠48V的直流电,满足PD设备不越过 15.4W的功率消耗。

5.断电:若PD设备从网络上断开时,PSE就会快速地(一般在300~400ms之内)停止为PD设备供电,并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备。

供电的原理

标准的五类网线有四对双绞线,但是在10M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的两对。IEEE80 2.3af允许两种用法,应用空闲脚供电时,4、5脚连接为正极，7、8脚连接为负极。

应用数据脚供电时,将DC电源加在传输变压器的中点,不影响数据的传输。在这种方式下线对1、2和线对3、6可以为任意极性。

标准不允许同时应用以上两种情况。电源提供设备PSE只能提供一种用法,但是电源应用设备PD必须能够同时适应两种情况。该标准规定供电电源通常是48V、13W的。PD设备提供48V到低电压的转换是较容易的,但同时应有1500V的绝缘安全电压。

POE的两种供电方法

POE标准为使用以太网的传输电缆输送直流电到POE兼容的设备定义了两种方法:

一种称作"中间跨接法"( Mid -Span ),使用独立的PoE供电设备，跨接在交换机和具有PoE功能的终端设备之间，一般是利用以太网电缆中没有被使用的空闲线对来传输直流电。Midspan PSE是一个专门的电源管理设备,通常和交换机放在一起。它对应每个端口有两个RJ45插孔,一个用短线连接至交换机(此处指传统的不具有PoE功能的交换机),另一个连接远端设备。

另一种方法是"末端跨接法"(End-Span),是将供电设备集成在交换机中信号的出口端，这类集成连接一般都提供了空闲线对和数据线对"双"供电功能。其中数据线对采用了信号隔离变压器，并利用中心抽头来实现直流供电。可以预见,End-Span会迅速得到推广,这是由于以太网数据与输电采用公用线对,因而省去了需要设置独立输电的专用线,这对于仅有8芯的电缆和相配套的标准RJ-45插座意义特别重大。

RPC304A.以太网供电芯片(POE)

RPC304A

睿普康的POE芯片RPC304A，具有如下功能

兼容IEEE 802.3AF-2003和802.3AT-2009标准

单电源供电，输入电压范围 44~57V 支持4路独立的供电端口

支持4路独立的供电端口

内建FET功率管。

实时的短路和过温保护

空载检测

超载和限流保护

端口功率可配置以及功率限制(

总电流限制

内建3.3V LDO

支持I2C接口，最多可支持8xRPC304A的级联

封装和工作温度范围∶48 Pin（7mmx7mm）QFN，-40~85℃ 

　　审核编辑：汤梓红