IEEE 802.3af / at / bt電源配置階段，IEE 802.3bt PD應(yīng)用程序框圖

根據(jù)美國國家消防協(xié)會（NFPA）的數(shù)據(jù)，美國商業(yè)火災(zāi)的第三大誘因是電氣和照明設(shè)備。典型的根本原因是布線陳舊或故障，電路過載，連接松動，保險絲故障，電氣負(fù)載失衡以及許多其他電氣或照明問題。這些可能會導(dǎo)致過熱，導(dǎo)致產(chǎn)生火花，最終點燃火源。

干線電源通過三個絕緣銅線（帶電，中性線和地線）傳輸長途和短途交流電。火線帶有交流電勢差（120 VAC或230 VAC）。中性線使電路完整，并保持在或接近地電位或0V。接地線是用于在發(fā)生故障時使電路接地的安全線。簡而言之，與保險絲和斷路器一起，主電源將其總銅（接地線）的33％用于安全。

圖1：2.5平方毫米實心銅市電電源線（左）的橫截面，旁邊是相同比例的實心銅23 AWG CAT6電纜（右）（來源：以太網(wǎng)聯(lián)盟）

以太網(wǎng)供電（PoE）通過供電設(shè)備（PSE）和受電設(shè)備（PD）之間的以太網(wǎng)電纜傳輸短距離（最長100米）的DC電源。根據(jù)PoE標(biāo)準(zhǔn)，最多使用八根銅線來傳輸DC電源，包括返回路徑。簡而言之，PoE不會將任何銅用于安全。從哲學(xué)和體系結(jié)構(gòu)上講，PoE標(biāo)準(zhǔn)將安全控制從銅（市電）轉(zhuǎn)移到硅。這里有兩個好處；硅比銅便宜得多，您可以對硅進(jìn)行編碼。您不能編碼銅。

2對電源與4對電源

以太網(wǎng)使用RJ45連接器，該連接器具有八個觸點。這些分為四個差分（diff）對（圖2）。在10BASE-T（10 Mbps）和100BASE-TX（100 Mbps）網(wǎng)絡(luò)中，四個可用的差分對中只有兩個用于傳輸數(shù)據(jù)，而剩下兩個對未使用。在千兆以太網(wǎng)（1 Gbps）網(wǎng)絡(luò)中，所有四個差分對都用于數(shù)據(jù)傳輸。

利用現(xiàn)有的10/100/1000以太網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)，IEEE 802.3af（現(xiàn)稱為PoE）可提供350 mA /對，最大57 V，IEEE 802.3at可提供600 mA /對，最大57 V（即PoE） 1）使用這些未使用的對來供電，實現(xiàn)兩種替代模式；備選方案A或B：

A.備選方案A（PSE）或模式A（PD）在差異上傳輸功率。對2和3

B.備用B（PSE）或模式B（PD）在差分上傳輸功率。對1和4

同時，PoE 2或IEEE 802.3bt通過使用所有四個差分以4對電源運行。在960 mA /對時最大為57對。這在PSE上達(dá)到90瓦。

圖2：2對電源與4對電源

IEEE 802.3bt（90 W）分類

以太網(wǎng)聯(lián)盟進(jìn)一步將這四種類型劃分為八個不同的類別，如圖3所示。對于電源設(shè)備（PSE），每個PoE 2類別（5-8）為15 W切片，而每個PoE 2類別為11 W受電設(shè)備（PD）的切片。類別和類型的更精細(xì)切片可優(yōu)化多端口PSE的效率，從而為連接的PD提供各種電源，尤其是隨著連接的PSE端口數(shù)量的增加。

圖3：IEEE 802.3bt分類

IEEE 802.3af / at / bt電源配置階段

PSE和PD之間的PoE電源配置遵循五個不同的階段，如下圖和圖4所示。

階段1：檢測

階段2：分類

階段3：啟動

階段4：操作

階段5：斷開連接

PSE包含一個Rsense電阻，該電阻與返回電流路徑串聯(lián)，用于測量PD執(zhí)行的任何電流吸收。PD上還有一個25k的下拉簽名電阻，用于將檢測通知給PSE。

圖4：PoE電源供應(yīng)階段（來源：以太網(wǎng)聯(lián)盟）

階段1.檢測

當(dāng)通過以太網(wǎng)電纜連接PSE和PD時，PD向PSE提供25kΩ下拉電阻（右圖4）。然后，PSE在500毫秒的窗口內(nèi)執(zhí)行兩次電流測量：

1）施加V 2.8 V的力，并測量I

2）施加V 10 V的力，并測量I

通過計算?V / ?I，如果PSE的測量值為19KΩ至26.5ΩK，則PSE可以接受檢測為有效。否則，PSE必須拒絕檢測。進(jìn)行差分測量的好處是任何周圍的噪聲（干擾源）對于每次測量都是共同的，因此將被抑制（共模抑制）。

階段2。分類

在分類階段，PD會向PSE宣布其請求的類簽名或功率要求。分類階段分為五個類事件或時隙，如圖5所示。

1）類別簽名0：1 mA至4 mA

2）類簽名1：9 mA至12 mA

3）類簽名2：17 mA至20 mA

4）類簽名3：26 mA至30 mA

5）類別簽名4：36 mA至44 mA

圖5. PD產(chǎn)生的類簽名

該圖捕獲了每個班級事件（列）中需要哪個班級簽名（行），以便標(biāo)識PD班級（1 – 8）。例如，第7類PD將在第1類事件期間提供40 mA的電流，在第2類事件期間提供40 mA的電流，而在第3類到第5類事件期間提供18 mA的電流。PSE會在每次事件期間測量PD的電流吸收，以學(xué)習(xí)PD的類。

PSE負(fù)責(zé)施加下面圖6所示的電壓，而PD負(fù)責(zé)吸收多達(dá)五個不同的電流電平，稱為類簽名。

圖6：類簽名和當(dāng)前級別

自動分類

如圖5所示，類事件1比其他類事件長。這是802.3bt特有的，而不是802.3at或802.3af的情況。如果PD還符合802.3bt，則PD可以在81毫秒內(nèi)將類簽名0（1到4 mA）更改為類事件1，這將通知802.3bt PSE該P(yáng)D也是802.3bt并支持自動分類。

PD開啟后，PD將提供約1.2秒的最大功率。PSE測量PD功率，增加一些余量，這成為PSE提供的新的優(yōu)化功率水平。

自動分類可優(yōu)化PSE功率分配。例如，如果PD在操作期間需要最大65W的功率，則PD會將其自身標(biāo)識為PSE的8級，以保證PD處的65W。如果沒有自動分類，則PSE將分配90W，以確保PD獲得65W。使用自動分類時，PSE只能讀取66.5 W（短電纜長度），+ 1.75 W裕量= 68.25 W分配。節(jié)省的功率為21.75 W，或?25％。盡管這似乎并不重要，但是如果PSE交換機(jī)具有八個802.3bt端口，則Autoclass可以優(yōu)化每個端口（具有各種電纜長度），從而可以節(jié)省數(shù)百瓦的總效率。

階段3：啟動

在啟動階段，PSE負(fù)責(zé)將1級至4級的浪涌電流限制為450 mA，將5級至8級的浪涌電流限制為900 mA。

在啟動階段，PD負(fù)責(zé)將負(fù)載電流限制為1 – 6級為400 mA，將7 – 8級為800 mA。

階段4-5：操作，斷開連接和MPS

保持電源簽名（MPS）是保持活動的功能，其中PD吸收來自PSE的周期性電流脈沖，以通知PSE PD尚未斷開連接。如果PSE在400毫秒后仍未從PD接收MPS，則PSE必須斷開PD的電源。

IEE 802.3bt PD應(yīng)用程序框圖

圖7描繪了受電設(shè)備（PD）的典型802.3bt應(yīng)用圖。從左向右移動，變壓器AC將以太網(wǎng)10/100/1000數(shù)據(jù)耦合到附近的處理器。全波整流通過GreenBridge?2完成，比傳統(tǒng)的硅二極管電橋消耗更少的功率。安森美半導(dǎo)體的NCP1095?（引腳7）表示25kΩ檢測下拉電阻，而引腳2和3根據(jù)類別（電阻值）確定PD的功率要求，并在連接后的分類事件期間與PSE進(jìn)行通信。引腳6、8、9和10通過外部Rsense和通過門共同控制浪涌和過流保護(hù)（OCP）。與引腳處理器的三位通信是通過引腳13、15和16完成的。當(dāng)電源輸出良好時，引腳14的PGO引腳會通知下游DCDC設(shè)備。引腳4允許NCP1095從本地輔助電源上電，而引腳6控制自動分類，這是802.3bt的新功能。

圖7：802.3bt應(yīng)用圖

安森美半導(dǎo)體還提供NCP1096控制器，該控制器集成了外部FET和Rsense。

您可以編碼硅

保險絲，斷路器和地線是用于防止電氣火災(zāi)的相對較鈍的工具，尤其是與IEEE 802.3bt的功能相比時。它提供的電源配置功能（例如，分類，自動分類，浪涌和MPS）要優(yōu)越得多。例如，在使用主電源的情況下，隱藏在墻壁或天花板中的嚙齒動物很容易在沒有任何警告的情況下引起電氣火災(zāi)。相反，如果PD并非每隔400毫秒向PSE提供一次MPS，則PSE會自動斷開與PD的電源連接。

可以輕松想象對PSE進(jìn)行編碼以捕獲計劃外的斷開連接，這會觸發(fā)向IT部門發(fā)出預(yù)警信號，從而有可能防止災(zāi)難性事件（如建筑火災(zāi)）的發(fā)生。同時，“分類”和“自動分類”可以智能地分配負(fù)載所需的確切功率。這是一種非常安全有效的配電方式。如前所述，硅比銅便宜很多，您可以對硅進(jìn)行編碼，但不能對銅進(jìn)行編碼。

編輯：hfy