POE之刨根问底!

POE之刨根问底!

Scroll Down

先说一下什么是POE

1.jpg

POE (Power Over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下,在为一些基于IP的终端(如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等)传输数据信号的同时,还能为此类设备提供直流供电的技术。POE技术能在确保现有结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作,最大限度地降低成本。

简单地说,POE就是通过网线传输电力,给设备供电。

POE的系统构成及供电特性参数

一个完整的POE系统包括供电端设备(PSE, Power Sourcing Equipment)和受电端设备(PD, Power Device)两部分。

PSE设备是为以太网客户端设备供电的设备,同时也是整个POE以太网供电过程的管理者,它负责检测、分级和控制电源。

PD设备是接受供电的PSE负载,即POE系统的客户端设备,如IP电话、网络安全摄像机、AP及掌上电脑( PDA)或移动电话充电器等许多其他以太网设备(实际上,任何功率不超过13W的设备都可以从RJ45插座获取相应的电力)。两者基于IEEE 802.3af标准建立有关受电端设备PD的连接情况、设备类型、功耗级别等方面的信息联系,并以此为根据PSE通过以太网向PD供电。

POE标准供电系统的主要供电特性参数为:

  • 电压在44~57V之间,典型值为48V。(24V为非标POE)
  • 允许最大电流为550mA,最大启动电流为500mA。
  • 典型工作电流为10~350mA,超载检测电流为350~500mA。
  • 在空载条件下,最大需要电流为5mA。
  • 为PD设备提供3.84~12.95W五个等级的电功率请求,最大不超过13W。

关于功率五个等级的详细说明:

IEEE 802.3af PoE标准允许设计师通过以太网电缆为用电设备(PD)提供高达12.95W的电力,同时符合安全特低电压(SELV)要求。根据 IEEE 802.3af标准,PD可按所需功率分为四个不同的级别(第五个等级Class 4是为更高的功率的新标准预留的)。

IEEE802.3af PoE供电标准的分级参数:

  • Class 0设备需要的最高工作功率为0~12.95W
  • Class 1设备需要的最高工作功率为0~3.84W;
  • Class 2设备需要的工作功率介于3.85W~6.49W;
  • Class 3设备的功率范围则介于6.5~12.95W。

设计师可以根据功率要求将他们的设备指定为特定的级别。低成本解决方案可以使用一般的默认级别指定(Class 0),表示PD最高需要12.95W的工作功率。

供电的过程

在分级阶段,PSE将向PD施加15~20V的电压,并通过测量电流大小来确定PD的特定级别。在此阶段,PD的电源部分将被欠压锁定(UVLO)电路维持在无源状态,以便隔离开关级,直至特征和分级阶段完成。一旦分级完成后,PSE将会向PD提供全额工作电压。

当在一个网络中布置 PSE供电端设备时,POE以太网供电工作过程如下所示:

检测:

首先PSE会发送一个测试电压给在网设备以探测受电设备中的一个24.9kΩ共模电阻。测试信号开始为2.5V,然后提升到10V,这将有助于补偿Cat-5电缆自身阻抗带来的损失。因为这种电缆最长可达100m。如果PSE检测到来自PD的适当阻抗特征(24.9kΩ),它便会继续提升电压。如果检测不到特征阻抗,PSE将不会为电缆加电。

受电设备电路中的齐纳二极管会保证系统其余部分不受测试信号的干扰。

PD端设备分级:

当检测到受电端设备PD之后,PSE将向PD施加15~20V的电压,并通过测量电流大小来确定PD的特定级别。如果除了探测到第一级的电阻外没发现其他分级电路,该设备被定义成零级别。在此阶段,PD的电源部分将被欠压锁定(UVLO)电路维持在无源状态,以便隔离开关级,直至特征和分级阶段完成。

开始供电:

分级完成后,在一个可配置时间(一般小于15μs)的启动期内,PSE设备开始从低电压向PD设备供电,直至提供48V的直流电源。 供电:为PD设备提供稳定可靠48V的直流电,满足PD设备不越过12.95W的功率消耗。 断电:若PD设备从网络上断开时,PSE就会快速地(一般在300~400ms之内)停止为PD设备供电,并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备。

在把任何网络设备连接到PSE时,PSE必须先检测设备是不是PD,以保证不给不符合POE标准的以太网设备提供电流,因为这可能会造成损坏。这种检查是通过给电缆提供一个电流受限的小电压来检查远端是否具有符合要求的特性电阻来实现的。只有检测到该电阻时才会提供全部的48V电压,但是电流仍然受限,以免终端设备处在错误的状态。作为发现过程的一个扩展,PD还可以对要求PSE的供电方式进行分类,有助于使PSE以高效的方式提供电源。一旦PSE开始提供电源,它会连续监测PD电流输入,当PD电流消耗下降到最低值以下,如在拔下设备时或遇到PD设备功率消耗过载、短路、超过PSE的供电负荷等,PSE会断开电源并再次启动检测过程。

电源提供设备也可以被提供一种系统管理的能力,例如应用简单网络管理协议(SNMP)。这个功能可以提供诸如夜晚关机、远端重启之类的功能。

研究POE的供电方式可以看出,在供电的过程中有两个关键的问题需要考虑,一个是对于PD设备的识别,另一个是系统中UPS的容量。

以上通俗的理解为,一步一步的测试出用电设备的电压值,然后供电。否则就没电!

POE的优势

从解释看很容易看出POE的优势,就是不用再单独布设电线了!在大型工程提现的尤为明显!工程量少了,成本也大大的减少了!

供电方式

说到这就要提一下,为什么网线有八条线,这是因为最早设计现在不用的两条双绞线,是预留给电话用的!目前,许多农村的电信给村民接入宽带,为了省事就这样用。但事实同时使用电话和宽带效果都会有所下降。因此不建议这样做。不过以后,估计这样也会很少见了。因为农村都已经普及光纤了。

下面是两种供电方式:

1.使用备用线对。图1说明针脚4和针脚5上的线对连接在一起,构成正极,针脚7和针脚8上的线对连接在一起,构成负极。(事实上,最后修改的规范允许使用任一极性。)

2.jpg

2.使用数据线对。由于以太网线对是在每一端耦合的变压器,因此可以为隔离变压器的中心分接点提供DC功率,而不会扰乱数据传送。在这种工作模式下,针脚3和针脚6上的线对及针脚1和针脚2上的线对可以采用任一极性。如图2所示。

3.jpg

规范不允许同时使用上述两种线缆供电方案,要求必须作出选择。供电设备(PSE)只为其中一种方案线缆供电。被供电设备(PD)必须能够从这两种选项中接收供电。

注: POWER SOURCING EQUIPMENT (PSE): 供电设备 POWERED DEVICE (PD): 被供电设备(PD) SPARE PAIR: 备用线对 SIGNAL PAIR: 信号线对 DC/DC Converter: DC/DC转换器