以太网供电技术自动化学院

以太网供电技术供电方式简介控制系统的供电方式有两种：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。成本抗干扰效果维护停电风险管理分布式供电高差不方便分散不方便集中式供电低好方便集中方便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。

以太网供电的优点⑴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；⑵免去了AC插座和适配器，使工作环境更安全、整洁，成本也更低；⑶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AC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。

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还必須提供过流保护，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)。以太网供电系统的结构中跨式PSE(Mid-spanPSE)端接式PSE(EndpointPSE)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（ΔV/ΔI），通常我们将此方法称为两点检测法。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。

级别分级特征电流PSE最小输出功率说明00-5mA15.4WPD功率未知，不分级18-13mA4.0W低功耗PD216-21mA7.0W中等级功耗PD325-31mA15.4W高功耗或全功率PD435-45mA15.4W保留，功率情况同0级PSE的的工工作作原原理理三、、供供电电成功功侦侦测测和和分分级级后后，，PSE就可可向向PD供电电了了。。供供电电期期间间，，PSE还要要对对每每个个端端口口的的供供电电情情况况进进行行监监视视，，提提供供欠欠压压和和过过流流保保护护。。PSE的的工工作作原原理理四、、断断路路检检测测PSE不能能向向非非PD设备备传传输输电电力力，，同同样样PSE也不不能能在在PD已经经断断开开后后还还使使电电源源处处于于接接通通状状态态，，因因为为供供电电电电缆缆有有可可能能会会插插在在一一个个非非PD设备备上上，，或或引引起起线线缆缆的的短短接接。。IEEE802.3af标准准规规定定了了两两种种方方法法让让PSE检测测PD是否否断断开开，，即即DC断路路检检测测法法和和AC断路路检检测测法法，，不不同同的的芯芯片片供供应应商商根根据据系系统统的的实实际际情情况况选选择择最最适适合合他他们们系系统统的的检检测测方方法法。AC/DC断断路路检检测测DC断路路法法根根据据从从PSE流向向PD的直直流流电电流流大大小小，，从从而而判判断断PD是否否在在线线。。当当电电流流在在给给定定时时间间tDIS(300ms到400ms)内保保持持低低于于阈阈值值IMIN(5mA到10mA)，PSE就认认为为PD不存存在在，，从从而而切切断断电电源源。。这这种种方方法法的的缺缺点点就就是是，，当当PD工作作在在低低功功耗耗模模式式时时，，为为避避免免掉掉线线PD必须须周周期期性性地地吸吸取取一一定定的的电电流流。。AC断路路法法利利用用端端口口阻阻抗抗的的低低频频AC测量量来来检检测测PD的存存在在。。AC断路路法法必必须须检检测测位位于于以以太太网网电电缆缆远远端端的的一一个个PD的阻阻抗抗，，并并同同时时提提供供一一个个稳稳定定的的输输出出电电压压来来为为PD供电电。。AC断路路法法是是测测量量以以太太网网端端口口的的交交流流阻阻抗抗，，当当没没有有设设备备连连接接到到PSE时，，端端口口应应该该是是高高阻阻抗抗，，可可能能达达到到几几兆兆欧欧；；而而当当接接有有PD时，，端端口口的的阻阻抗抗会会小小于于26.5kΩΩ；如如果果PD消耗耗大大量量功功率率，，那那么么阻阻抗抗通通常常会会更更低低。。PD的的工工作作原原理理——检检测测时时当PSE在PD端口口处处用用2.7V至10.1V之间间的的电电压压侦侦测测时时，，为为了了便便于于PSE识别别，，IEEE802.3af对于于PD在侦侦测测过过程程中中的的表表现现（（特特征征））作作了了规规定定，，PD必须须具具有有表表2-5所示示的的输输入入特特性性。。PD的输入入端口口可具具有高高达1.9V的偏移移电压压（以以容许许二极极管的的压降降）和和10μμA的偏移移电流流（漏漏电流流）。。参数有效的PD侦测特征无效的PD侦测特征ΔV/ΔI(斜率)23.75kΩ＜RPD＜26.25kΩRPD＜12kΩ或RPD＞45KΩ输入电容0.05µF<CPD＜0.12µFCPD＞10µF输入电感LPD＜100µH－偏移电压＜1.9V—偏移电流＜10µA—PD的的工作作原理理—分分级时时当PSE在在PD端口口处用用14.5V至至20.5V之之间的的电压压侦测测时，，PD需要要通过过吸收收一定定的恒恒流来来表明明自己己所需需要消消耗的的功率率（可可选）），所所以PSE能够够预算算PD的功功耗，，同时时也方方便PSE对电电源的的管理理。PD的的工作作原理理—上上电时时探测和和分级级完成成后，，PD就会从从PSE获得一一个44V到57V的电压压，这这时PD要遵守守几条条规定定。在在端口口电压压升到到30V以前，，它不不应该该消耗耗太大大的负负载电电流，，以避避免与与分级级特征征信号号互相相干扰扰；当当电压压达到到42V时，它它必须须处于于完全全工作作状态态。工工作状状态时时PD端口电电压应应该在在36至57V之间，，而当当PD的端口口电压压跌落落到30至36V之间时时，PD应该关关断端端口。。PD工作时时不能能连续续消耗耗350mA电流或或12.95W功率，，短时时内允允许有有400mA的浪涌涌电流流。PD的输入入电容容必须须低于于180μF，以便便在电电源接接通时时将浪浪涌电电流保保持在在合理理的水水平；；如果果输入入电容容大180μF，PD就要主主动限限制浪浪涌电电流，，使它它低于于400mA。PD的的工作作原理理—掉掉电检检测时时最后，，PD还必须须通过过维持持功率率特征征（MaintainPowerSignature:MPS）发送送持续续工作作信号号。如如果没没有MPS，PSE将切断断电源源，阻阻止一一个受受电电电缆接接入不不能通通电的的以太太网设设备。。PD至少要要保持持10mA的电流流且交交流（（AC）阻抗抗要维维持在在26.25kΩΩ或更少少与超超过0.05µµF电容并并联，，以避避免PD掉线（（offline）。参数符号单位MinMax1输入电流IportmA102输入阻抗Rpd_dKΩ26.253输入电容Cpd_dµF0.05目前的的研究究状况况目前已已有多多家半半导体体厂商商提供供了符符合IEEE802.3af规格的的PSE控制器器。这这些器器件在在降低低系统统成本本、提提供更更高可可靠性性的同同时，，也加加速了了以太太网供供电的的广泛泛普及及。这这些控控制器器为凌凌特公公司(Linear)的LTC4258/59，德州州仪器器的TPS2383、TPS2384、以色色列PowerDsine公司的的PD64008、美信信公司司(Maxim)的MAX5935、ST的STE12PS。以太太网供供电技技术正正在一一步一一步向向前迈迈进，，大功功率以以太网网供电电标准准正在在开发发中。。PowerDsine已经在在IEEE大会上上提交交“大大功率率以太太网供供电””标准准，估估计于于今年年年底底颁布布新的的标准准。该该标准准将支支持为为笔记记本电电脑等等设备备供电电。Maxim和ST已经推推出了了能够够提供供30W的电源源管理理芯片片。PSE的设计计实现现（采采用TI的Tps2384）MSP430系列单片机TPS2384Port1Port2Port4I2C-BusPSE系统统功能能结构构图基于PC的的通信信接口口TPS2384原理理图状态显显示电电路图图MSP430F148RS232接口口电路路图USB接口口电路路图PSE通信信模块块连接接图软件系系统主主体设设计流流程图图I2C操作作时序序图写I2C流流程图图读I2C流流程图图PD（（采用用TPS2375））TPS2375功能能介绍绍作为以以太网网供电电设备备与用用电设设备之之间的的接口口，TPS2375电源接接口控控制器器可完完成各各种必必要的的检测测、分分类、、欠压压锁定定、浪浪涌电电流限限定等等功能能。前图图中C1为输入入电容容，R1为检测测、R2为启动动限流流、R3为分级级电阻阻。在在低电电压输输入时时，TPS2375把电流流降到到12µµA以下，，允许许24.9kΩ的外部部检测测电阻阻。当当输入入电压压在14.5～20.5V时,外部电电阻设设置为为分级级检测测。TPS2375的CLASS引脚用用于对对PD的功率率级别别进行行分级级，通通过改改变连连接到到它和和VSS之间的的一个个电阻阻值来来进行行设定定。。当PD端口施施加有有14.5V～20.5V的电压压来分分级时时，TPS2375的CLASS引脚通通过吸吸收相相应的的电流流值来来向PSE表明自自己的的功率率级别别。在在检测测和分分级完完成后后，供供电设设备输输出电电压将将超过过42V，到达低低电压门门限电压压(UVLO)时，只要要输入电电