以太网供电和智能建筑：第 1 部分

以太网供电 (PoE) 顾名思义：它通过用于数据传输的同一根电缆为小型设备提供足够的电力。该技术广泛用于智能建筑中，由于所涉及的电压较低，正常的电源安全规则不适用。这突出了 PoE 具有吸引力的原因之一；它可以显着降低与安装和合规性相关的成本。

由于许多办公楼已经在整个结构中连接了以太网，并且安装了电池供电的不间断电源 (UPS)，因此可以轻松实施强大的系统。追溯添加 PoE 设备可以利用已部署的相同电缆，还可以为照明和安全摄像头等应用供电。电力可以通过以太网电缆传输到距离支持 PoE 的以太网设备最远 100 米的设备。

使用 PoE 为智能建筑供电的好处

采用 PoE 的明显好处之一是它使直流电源能够在您现有的以太网中运行。虽然您仍然需要使用支持 PoE 的端口更新网络交换机，但与不必为受电设备运行额外的铜线相关的成本优势可能非常显着。铜价从 2000 年的每磅 0.65 美元上涨到 2021 年的每磅 4.05 美元（来源：macrotrends）。此外，通过不在受电设备上实施 AC 到 DC 转换，可以进一步节省成本。

在定位受电设备时，PoE 还提供了更大的灵活性。大多数交流电源插座都靠近地板，这不是 Wi-FI ®接入点 (AP)、毫微微蜂窝和微微蜂窝以及摄像机的理想位置。为了最大限度地扩大覆盖范围，建议避免将这些设备放置在障碍物附近，这意味着它们最好放置在天花板高度。与市电网络不同，以太网电缆通常穿过吊顶形成的空隙，从而消除了采用的另一个障碍。

PoE 将电源和数据结合在一起，可实现对各种应用的智能 24/7 监控和控制，包括照明、安全摄像头和数字标牌。配备电池供电的不间断电源系统 (UPS) 的集中式 PoE 网络可确保关键设备在停电期间持续运行。 

智能楼宇应用和 PoE 标准

最初的 PoE 标准 (IEEE 802.3af) 于 2003 年获得批准，可提供高达 15 瓦的功率。它被广泛用于 IP 电话、楼宇访问控制等应用，并为早期分布式 Wi-Fi 接入点供电。该标准的后续修订版，包括 IEEE 802.3at (30 W / 2009) 和 IEEE 802.3bt (90 W / 2018)，增加了提供的功率以支持更苛刻的应用，例如更快的 Wi-Fi 网络、安全摄像头、音频扬声器、销售点 (POS)、LED 照明等。

图 2：PoE 标准和应用

PoE 拓扑

图 3 说明了典型的 PoE 拓扑。PoE 网络交换机称为供电设备 (PSE)，它为客户端提供直流电源，称为受电设备 (PD)。该规范规定 PSE 应能够通过最长 100 米的以太网电缆（通常为 CAT5/6）向 PD 供电。

图 3：典型的 PoE 拓扑（来源：以太网联盟）

由于以太网电缆最长可达 100 米，因此在此距离上会有一些耗散，因此在最坏的情况下，到达 PD 的功率低于 PSE 提供的功率。在规范中，802.3af 为 13 瓦，802.3at 为 25.5 W，802.3bt 为 71.3 W。对于“bt”标准，PD 处的直流电压范围为 42 到 57 伏 [RB2]。输入端不支持 PoE 的联网设备仍可连接并使用 PoE 分配器，以分离数据和直流电源。这也可以减少对 AC/DC 转换器和靠近 AC 插座的设备的需求。

PoE 供电 PTZ 摄像机

当今的安全系统通常使用带有小型电机的摄像机，使它们能够在三轴或平移、倾斜和变焦 (PTZ) 中移动，并且通常配备高清数码摄像机。这些摄像机可以通过有线连接（例如以太网）进行手动控制，或者通过编程在定义的感兴趣窗口或整个视野中检测到物体时自动移动和缩放。一些相机还可以配置为通过不断执行 0° 到 360° 平移和 0° 到 180° 倾斜来调查场景，而变焦可以使用光学或数字技术实现。现在可以使用基于 IEEE 802.3at 标准的 PoE 为这些安全和监控摄像机提供所需的电力。  

PoE 供电的无线网络

Wi-Fi 接入点和路由器也是 PoE 的常见应用。两者的功耗通常是速度和支持的流数量的函数。现代网络使用 MIMO（多输入多输出）等技术来扩大范围和吞吐量。实现支持 Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) 速度的 AP/路由器应用程序将映射到 PoE 标准，如下所示：

1. Wi-Fi 6，4×4双频并发：802.3at

2. Wi-Fi 6, 8×8 双频并发：802.3at/bt

3. Wi-Fi 6, 4×4 三频并发：802.3at/bt

尽管 Wi-Fi 路由器/AP 配有 AC/DC 电源，但它们也可以使用 PoE 分配器供电。相比之下，Cisco Meraki TM MR56 Wi-Fi 6（802.11ax，8 流）接入点等产品现在支持 802.3at，这意味着 RJ45 端口可以直接连接到支持 PoE 的 PSE 交换机来为设备供电。

PoE 供电的微微蜂窝和毫微微蜂窝

微微蜂窝和毫微微蜂窝用于扩展或增加蜂窝覆盖，特别是在建筑物、办公室、购物中心和体育场等繁忙区域。与常规蜂窝不同，微微蜂窝的范围通常很小，约为 200 米或更小，而毫微微蜂窝的范围可能低至 10 米。这些微型设备是 PoE 的理想选择，如下面的一个示例所示：

1. Apex TM 4G/LTE 3.5GHz 室外微微蜂窝 (35W)：802.3bt

PoE 供电数字标牌

LED 电视是一种非常有效的交流方式。它们可以在各种领域展示定制的动态数字标牌，包括企业办公空间、智能零售、酒店和政府直辖市。与 Wi-Fi 一样，数字标牌的好坏取决于其位置。例如，较大的屏幕通常悬挂在天花板上，以便人群可以轻松查看内容。相比之下，智能信息亭或销售点 (PoS) 应用程序利用较小的屏幕——一些带有触摸屏的应用程序可提供更加个性化的交互式用户体验。

LED电视功耗变化很大。下面列出的三星® 55 英寸 LED 电视指定 69 W 的典型功耗，而另一个相同尺寸和制造商的要求 120 W。确保 LED 电视功率不超过 PD 功率很重要。使用 802.bt 标准，根据 PSE 和 LED 电视 (PD) 之间的以太网电缆长度，这可以在 90 W 到 71.3 W 的范围内。 

市场上还提供多种带 PoE 的标牌电视。看看 LED 电视制造商是否开始将 802.bt 集成到他们更大的 LED 电视中，以适应不断增长的数字标牌市场，这将会很有趣。

1. 55 英寸，三星 4K LED 电视 (#Q70T) 69W（典型值）：802.3bt（需要 PoE 分配器）         

2. Thinlabs, Inc 的 46 英寸高清带触摸屏：802.3bt（不需要 PoE 分配器）  

3. 10 英寸，三星数字标牌 (DB10E-TPOE) 802.3at（不需要 PoE 分配器）

4. 48”, 三星数字标牌 (DH48E) 44W (typ) 802.3bt（需要 PoE 分配器）

5. 40 英寸，三星数字标牌 (H40B) 44W（典型值）802.3bt（需要 PoE 分配器）

6. 16” medTV ® PDI-P16TV-GB2-P电视（25W）的802.3at供电（PoE分配器不是必需的）

PoE 智能互联照明

PoE 和 LED 照明是天作之合，因为 LED 消耗直流电源，而 PoE 提供直流电源。这使您可以在使用 PoE 为 LED 供电时消除 AC 到 DC 电源转换的成本。

PoE 如何增强智能建筑的一个很好的例子是安森美半导体®互联照明平台（图 4）。该平台基于模块化设计，能够为两串 16 个 LED 提供 7,000 流明，由双 FL7760 LED 驱动器驱动。基于 NCP1096 802.3bt 控制器的 PoE 模块可为 LED 驱动器模块提供高达 90 瓦的直流电源。同时，LED 驱动器模块上还有第二个连接器，它接受 RSL10 蓝牙® 5 无线电以无线连接到智能手机网关，从而实现云连接。现在是智能照明。

图 4：带有 PoE 模块的互联照明平台

PoE 供电的商务电话 (VoIP)

互联网协议语音 (VoIP) 可能是 PoE 最常见的应用。VoIP 使用以太网协议在广域网上将低频模拟语音信号数字化为数据包。从那里，它将通过交换机和路由器进入云，到达目的地。VoIP 仅消耗 4 到 7 瓦特，因此与 802.3af PoE 标准非常兼容。配备 RJ45 连接器的现代 VoIP 电话旨在通过以太网电缆接收数据和电源，因此不需要外部 PoE 分配器。 

结论

通过同一根电缆提供电力和数据连接的便利性令人信服；我们只需要看看 USB 如何成为许多消费设备无处不在的电源。商业和工业应用中的 PoE 也是如此。它通过针对可以直接受益于它带来的简单性的应用，推进了单电缆解决方案的概念。

凭借在数字通信和电源管理方面的成熟专业知识，安森美半导体非常适合提供 PoE 解决方案。随着越来越多的制造商发现其优势，最终用户将开始要求 PoE。现在是开始过渡到更智能的集成电源/数据组合的时候了。 

所有商标均为其各自所有者的财产。ON Semiconductor 是 Semiconductor Components Industries, LLC dba ON Semiconductor 或其子公司在美国和/或其他国家/地区的商标。Wi-Fi 是 Wi-Fi Alliance® 的注册商标。Cisco Meraki 是 Cisco Systems, Inc. 和/或其附属公司在美国和某些其他国家/地区的商标。Apex 是 Casa Systems, Inc. 的商标。Samsung 是 Samsung Electronics Co., Ltd. 的商标。medTV 是 PDi Communication Systems, Inc. 的注册商标。Bluetooth 文字标记和徽标是 Bluetooth SIG, Inc. 的注册商标。

审核编辑 黄昊宇