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關于PoE以太網供電技術詳解

返回 發布日期: 2019.03.22

本文來源: 中電合創 責任編輯:
【文章導讀】

隨著物聯網技術飛速發展,需要提供網絡服務的終端越來越豐富,使用傳統強電的方式為多種多樣的智能終端供電變得越來越困難,以太網供電(PoweroverEtheret,簡稱PoE)技術的普及,正逐一解決各類智能終端的供電問題。目前PoE技術已經從傳統的WLAN、網絡監控、IP電話等應用場景延伸到新零售、IoT(IteretofThig,物聯......

隨著物聯網技術飛速發展,需要提供網絡服務的終端越來越豐富,使用傳統強電的方式為多種多樣的智能終端供電變得越來越困難,以太網供電(Power over Ethernet,簡稱PoE)技術的普及,正逐一解決各類智能終端的供電問題。目前PoE技術已經從傳統的WLAN、網絡監控、IP電話等應用場景延伸到新零售、IoT(Internet of Things,物聯網)、智慧城市等多種場景被廣泛應用,具有成本低、施工方便、供電穩定、運維效率高等特點,本文將結合PoE技術發展歷程,講述PoE技術實現原理。

關于PoE以太網供電技術詳解

技術背景

PoE技術在現有的以太網布線結構不做任何改動的情況下,可以實現為基于IP的終端(如IP電話、無線AP、網絡監控等)傳輸數據信號和提供直流供電,并保持了與現存以太網和用戶的兼容性。這樣不必在施工環境增加開槽、鋪管、穿線、調試、墻體和地面美化等工序,大幅縮短了施工周期,降低了成本。

PoE供電系統中的幾個角色定義:

1、供電設備(PSE):Power Sourcing Equipment,給終端供電的設備;

2、受電設備(PD):Power Device,需要供電的終端。

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PoE技術發展歷程

PoE技術出現較早,但早期的PoE技術無規范可循。IEEE 802.3工作組在2003年將其標準化,后來逐漸發展到802.3af、802.3at再到最新的802.3bt,接下來,我們一起看看PoE技術的發展歷程。

IEEE 802.3af(PoE)

2003年發布的IEEE 802. 3af標準,它明確規定了遠程系統中的電力檢測和控制事項,并對路由器、交換機和集線器通過以太網電纜向IP電話、安防系統以及無線接入點等設備供電的方式進行了規定,為符合802. 3af標準的設備提供不超過15W的電功率。

IEEE 802.3at(PoE+)

PoE最大功率難以滿足更大功率無線接入點、視頻電話、視頻監控系統等設備的供電需求,在兼容IEEE 802. 3af的基礎上,2009年IEEE 802.3at標準發布,通過CAT-5或更高級別線纜最大能提供30W的功率。

IEEE 802.3bt

IEEE 802.3bt在2018年9月正式被批準,此次標準主要為提供更大功率終端的需求而誕生,在兼容802.3af、802.3at的基礎上,可完成最高不超過90W的末端供電和數據傳輸,突破了PoE+供電30W的局限性。

注:802.3bt已被批準但暫未正式發布,也沒有正式命名,當前常用HPoE、PoE++、PoH、UPoE等名稱表示。

有了更大的功率,開發人員就可以非常容易地增加更多功能并升級已有產品,以滿足監控、門禁、信息發布、停車場,甚至是筆記本電腦、電視等系統中大功率終端供電需求。

相比802.3at(PoE+)標準,802.3bt新增兩種供電類型,對應60W、90W輸出功率。PSE端能夠輸出的功率選擇性更大,根據PD需要選擇相應的PSE端的功率。

三種PoE供電技術標準對比如下:

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PoE是怎樣供電的

PoE供電流程說明

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1.檢測(Detection):PSE設備在端口發出2~10V的電壓脈沖,用于檢測其線纜終端連接的PD是否為標準支持的受電設備。只有檢測到PD是一個標準設備,才會繼續下一步操作。

2.PD分類(Classification):由于PD種類很多,需要的電源功率也各不相同,所以在供電設備正確檢測到受電設備以后,就要檢測對端PD設備的功率等級。

當檢測到PD之后,PSE會為PD設備進行分類。PSE施加15.5V~20.5V探測電壓(電流限制在100mA以下),PD設備會將一個分級電阻串聯到線路中,用來標識自己的功率,PSE通過測試返回特征電流的大小來確定PD設備屬于哪個分類。

注:0為默認分類

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3.開始供電(Power up):當PSE檢測到線纜末端接的是一個標準PD,并且已經為PD進行了分類后,就開始為PD供電,輸出44~57V的直流電壓。

4.供電(Power supply):PSE為PD提供穩定可靠的直流電壓,并根據PD的分類結果輸出對應等級的功率。

5.斷電(Disconnection):如果和PD相連的連接線纜被拔掉或者用戶從軟件上將交換機端口的PoE供電功能關閉,PSE會快速地(一般在30-40ms的時間之內)停止為PD供電。在PSE給PD供電整個過程的任意時刻,如果發生PD設備短路、分類時消耗的功率超過 PSE對應能提供的功率、消耗功率超過等級功率等情況,則整個供電過程會中斷,并重新從第一步檢測過程開始。

PoE供電線序說明 

以PoE標準為例,標準定義了兩種供電線序,PSE可適應PD采用任意一種供電線序。

空閑線供電:使用以太網電纜中沒有被使用的空閑線對(4/5、7/8)來傳輸直流電。

信號線供電:在傳輸數據所用的芯線上同時傳輸直流電(1/2,3/6),其輸電采用與以太網數據信號不同的頻率,以實現傳輸數據與傳輸電流的復用。

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PoE+沿用PoE線序,在線序上同PoE保持一致。

802.3bt如何實現更高的功率 

隨著市場發展,終端對高功率需求日益增加。同時伴隨功率負載的增加,電纜溫度也會提升。當電纜溫度過高時,電纜可能會超出其額定溫度,從而降低性能和可靠性(可能導致電纜損壞)。因此,對于超過30W供電需求的設備,則不能像PoE與PoE+僅使用雙絞線8芯中的4芯供電。

IEEE 802.3bt標準定義使用雙絞線的8芯進行電壓輸出,以應對市場上對更強大和更高效的以太網供電能力的需求。可以實現:

(1)最高速率兼容10GBASE-T; 

(2)在PD端能夠得到最低40W、最高90W的功率。 

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PSE端在實現802.3bt時,在RJ45的8芯上都加載了電壓。在1/2和4/5線對上加載54V正極,在3/6和7/8線對上加載54V負極。PD端使用兩個二極管橋,兩個二極管橋都有電流流過,需要PD端的芯片對兩路電流進行控制,輸出給 DC-DC 轉換電路。

PoE技術總結

現如今PoE技術已經被廣泛運用于智慧城市、IoT等行業中,相信在不久的將來PoE技術會得到更大的發展和突破,隨著今年802.3bt正式批準(預計2019年正式發布)更高功率終端很快會被大量應用,將助力IoT行業的快速發展。 

銳捷網絡支持PoE技術的產品覆蓋在各類園區交換機中,產品大量應用在新零售、互聯網、教育、醫療、交通、能源等各個行業,其中接入交換機S2910-H系列還支持大功率802.3bt輸出,做到全場景覆蓋,電力輸出更穩定、安全。


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