POE交换机和POE供电模块PPT课件.ppt

POE交换机和POE模块 中国移动通信集团设计院有限公司 日期 2011 01 中国移动通信集团设计院有限公司 刘佳 第2页 课程总览 第2页 第2页 第3页 课程目标 通过学习此课程 您应该能够 了解设备供电方式了解802 3af标准了解以太网供电的原理 第3页 无线局域网网络设备连接图 第4页 上图为无线局域网网络设备连接示意图 本课件主要介绍POE交换机和POE模块 第4页 设备供电方式简介 设备的供电方式有两种 一种是集中式供电 即电源都引自同一处 另一种是分布式供电 即各子设备在安装位置附近获取电源 从抗干扰效果的角度讲 集中式供电可以基本消除各处参考电位不等的影响 分布式供电方式的整体停电风险比较分散 但存在着管理不便 维护不容易 成本高等缺点 第5页 802 3af标准介绍 电气电子工程师协会IEEE于2003年6月批准了以太网供电PoE PoweroverEthernet 标准 IEEE802 3af PoE这项创新的技术 指的是现有的以太网CAT 5布线基础架构 在不用做任何改动的情况下 借助一根常规以太网线缆在传输数据的同时供应电力 从而保证该线缆在为以太网终端设备如IP电话机 无线局域网接入点AP 安全网络摄像机以及其他一些基于IP的终端传输数据信号的同时 还能为此类设备提供直流供电的能力 实际上 任何需要数据连接并能在13W或更低功率下工作的设备都可采用以太网供电技术 PoE技术将电源和数据集成在同一有线系统当中 即在确保现有结构化布线安全的同时 保证了现有网络的正常运作 第6页 以太网供电的优点 由于每个设备只需要一组连线 因此每个设备的布线更为简单和便宜 免去了AP插座和适配器 使工作环境更安全 整洁 成本也更低 能与标准以太网和快速以太网标准架构无缝集成 4 不间断电源可确保在AP电源断电时继续为设备供电 5 设备移动方便 可以移到任何有局域网线的地方 移动对工作场所影响最小 6 可对连接到以太网的设备进行远程监控 第7页 以太网供电系统的组成 在PoE系统中 提供电源的设备被称为供电设备 PSE PowerSourcingEquipment 而使用电源的设备称为受电设备 PD PoweredDevice 以太网供电的主要设备是PSE 它负责对PD的检测 分级 上电 断路检测等功能 一旦当某个PD被加载 PSE将立即检测到PD的接入 并将在设备被移开时切断电源 PSE还必须提供过流保护 以防止PSE和PD遭受损坏 可以采用两种类型的PSE 一种为端接式PSE EndpointPSE 另一种为中跨式PSE Mid spanPSE 第8页 以太网供电系统的结构 第9页 PSE的工作原理 一 检测在允许PSE向线路供电之前 它必须用一个有限功率的测试源来检查25k特征电阻 以避免将48V电源加给非兼容PoE的网络设备 对其造成危害 在加电之前 PSE首先用2 8V至10V的探测电压去侦测是否有PD接入 具体实施时是将2 8V至10V之间的两个电压 间隔在1V或以上 送到网络链路 然后根据得到的两个不同的电流值再作运算 V I 通常我们将此方法称为两点检测法 第10页 PSE的工作原理 二 分级一旦侦测到有效的PD PSE需要了解PD的用电量 以便于系统对电源的管理 这个过程称为PD分级 IEEE标准规定此过程是可选的 这一阶段PSE利用一个15 5V至20 5V的探测电压来检测PD的功率级别 PD通过从线上吸收一个恒定电流 分级特征信号 来向PSE表明自己所需的最大功率 PSE测量这个电流以确定PD属于哪个功率级别 分级期间使用的PSE电压源必须限制到100mA 以避免损坏失效的PD 而且它的连接时间不能超过75ms 以对PD功耗加以控制 第11页 PSE的工作原理 三 供电成功侦测和分级后 PSE就可向PD供电了 供电期间 PSE还要对每个端口的供电情况进行监视 提供欠压和过流保护 第12页 PSE的工作原理 四 断路检测PSE不能向非PD设备传输电力 同样PSE也不能在PD已经断开后还使电源处于接通状态 因为供电电缆有可能会插在一个非PD设备上 或引起线缆的短接 IEEE802 3af标准规定了两种方法让PSE检测PD是否断开 即DC断路检测法和AC断路检测法 不同的芯片供应商根据系统的实际情况选择最适合系统的检测方法 第13页 AC DC断路检测 DC断路法根据从PSE流向PD的直流电流大小 从而判断PD是否在线 当电流在给定时间tDIS 300ms到400ms 内保持低于阈值IMIN 5mA到10mA PSE就认为PD不存在 从而切断电源 这种方法的缺点就是 当PD工作在低功耗模式时 为避免掉线PD必须周期性地吸取一定的电流 AC断路法利用端口阻抗的低频AC测量来检测PD的存在 AC断路法必须检测位于以太网电缆远端的一个PD的阻抗 并同时提供一个稳定的输出电压来为PD供电 AC断路法是测量以太网端口的交流阻抗 当没有设备连接到PSE时 端口应该是高阻抗 可能达到几兆欧 而当接有PD时 端口的阻抗会小于26 5k 如果PD消耗大量功率 那么阻抗通常会更低 第14页 PD的工作原理 检测时 当PSE在PD端口处用2 7V至10 1V之间的电压侦测时 为了便于PSE识别 IEEE802 3af对于PD在侦测过程中的表现 特征 作了规定 PD必须具有表2 5所示的输入特性 PD的输入端口可具有高达1 9V的偏移电压 以容许二极管的压降 和10 A的偏移电流 漏电流 第15页 PD的工作原理 分级时 当PSE在PD端口处用14 5V至20 5V之间的电压侦测时 PD需要通过吸收一定的恒流来表明自己所需要消耗的功率 可选 所以PSE能够预算PD的功耗 同时也方便PSE对电源的管理 第16页 PD的工作原理 上电时 探测和分级完成后 PD就会从PSE获得一个44V到57V的电压 这时PD要遵守几条规定 在端口电压升到30V以前 它不应该消耗太大的负载电流 以避免与分级特征信号互相干扰 当电压达到42V时 它必须处于完全工作状态 工作状态时PD端口电压应该在36至57V之间 而当PD的端口电压跌落到30至36V之间时 PD应该关断端口 PD工作时不能连续消耗350mA电流或12 95W功率 短时内允许有400mA的浪涌电流 PD的输入电容必须低于180 F 以便在电源接通时将浪涌电流保持在合理的水平 如果输入电容大180 F PD就要主动限制浪涌电流 使它低于400mA 第17页 PD的工作原理 掉电检测时 最后 PD还必须通过维持功率特征 MPS MaintainPowerSignature 发送持续工作信号 如果没有MPS PSE将切断电源 阻止一个受电电缆接入不能通电的以太网设备 PD至少要保持10mA的电流且交流 AC 阻抗要维持在26 25k 或更少与超过0 05 F电容并联 以避免PD掉线 offline 第18页 目前的研究状况 目前已有多家半导体厂商提供了符合IEEE802 3af规格的PSE控制器 这些器件在降低系统成本 提供更高可靠性的同时 也加速了以太网供电的广泛普及 这些控制器为凌特公司 Linear 的LTC4258 59 德州仪器的TPS2383 TPS2384 以色列PowerDsine公司的PD64008 美信公司 Maxim 的MAX5935 ST的STE12PS 以太网供电技术正在一步一步向前迈进 大功率以太网供电标准正在开发 PowerDsine已经在IEEE大会上提交 大功率以太网供电 标准 估计于2011年年底颁布新的标准 该标准将支持为笔记本电脑等设备供电 Maxim和ST已经推出了能够提供30W的电源管理芯片 第19页 12V 24V 48V高功率POE Hub 12V 24V 48V高功率以太网供电集线器 POE Hub 是根据以太网供电标准802 3af所描述的以太网供电技术原理 在面向工业自动化控制网络设备所需的高功率 12V 24V 48V电压要求下 开发的一种集供电和数据转发功能于一体的特殊设备 他主要由数据通信电路和以太网供电电路两步分组成 12V 24V 48V分别为满足不同的工业自动化控制网络设备电压要求而设计的不同以太网供电集线器 在设计过程中 兼顾三种不同电压要求电路所需元器件的封装 尺寸 从而得到了统一的电路板设计形式 在实际应用中 只