POE供电在通信系统中的应用

POE供电在通信系统中的应用
曾凡海
【期刊名称】《《低碳世界》》
【年(卷),期】2019(009)010
【总页数】2页(P67-68)
【关键词】POE; PSE; PD; 通信系统
【作者】曾凡海
【作者单位】中铁二局集团电务工程有限公司四川成都610031
【正文语种】中文
【中图分类】TP277
0 引言
随着互联网和5G技术的飞速发展，各种基于互联网的终端设备被广泛地应用在日常生活中，大量的WLAN、安防、视频IP电话、个人电脑、便携式物联网设备、室内通信基站等应用将会大量出现，这些设备和应用具有数量众多、安装位置特殊、功耗范围相对较广的特点，因此数据通信和供电的线路设计较复杂，传统的通信和供电设计方法如集中供电和点对点供电，存在诸多的弊端，容易造成资源浪费、设备管理复杂，牺牲人力物力，增加了建设的成本，基于POE的供电系统具有诸多
优势，将POE系统应用在通信系统中可以高效便捷的对通信系统中相关的终端设
备进行电源管理。

1 POE供电的优势
POE供电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的终端传输数据信号的同时，还能为此类设备提供供电的技术[1]，基于通信系统中POE供电可以简化供电系统设计，有效降低成本，可以高效的对
受电设备进行管理，但是供电距离通常比较近。

2 POE系统组成
POE 是由 PSE、PD、PL、PTS 组成，在 POE（power over ethernet）系统中提供电源的被称为PSE（power sourcing equipment），PSE叫做供电设备，它负责将电源注入通信的以太网线上，并对电源进行科学的规划和管理，PSE按照电源在网络中的接入点位置分为两种类型，一种是中间跨接法（midspan），另外一
种是末端跨接法（endpoint）[2]。

PD（powerd device）受电设备，通常是接受供电的负载，如网络IP电话、安防摄像头、室内基站等终端设备。

PI（power interface）是指具备POE供电能力的以太网接口，也称为POE接口。

PTL（power transmission Line）是能够传输电能量的线，通常由RJ45、网线等组成。

PSE和PD按照一定的标准建立连接，完成对PD受电设备的供电，IEEE
802.3af/at/bt标准规定了POE系统应该遵循的协议标准，建立连接，PSE通过以太网向PD进行供电。

三种标准对比如表1所示，标准的CAT-5及以上类型的网
线有四对双绞线，IEEE 802.3af定义了PI的两种方式，Alternative A和Alternative B，Alternative A是由线对 1、2和线对 3、6进行供电，Alternative B是由线对4、5和线对7、8进行供电。

不同的数据传输速率使用的传输线对存在一定的差异，1000BASE-T和需要使用
四对传输线，数据传输和电源接入到同一组线对，数据传输和供电的频率不一样，
因此供电不会影响数据传输，线对1、2和线对4、5的中心抽头接入电源的正极，线对3、6和7、8的中心抽头连接电源地，四个线对同时进行供电和数据传输。

表1 POE三种标准对比遵循标准 802.3 a f 802.3 a t 802.3 b t供电距离 100 m 100 m 100 m分级 0～3 0～4 0～8最大供电电流 350 m A 720 m A 960 m A P S E 输出电压范围 44～57 V D C 50～57 V D C 50～57 V D C P S E最大输出功
率 15.4 W 30 W 90 W P D 输入电压范围 36～57 V D C 42.5～57 V D C 42.5～
57 V D C P D最大功率 12.95 W 25.5 W 71 W线缆要求 U n s t r u c t u r e d
C A T-5以上 C A T-5以上供电线缆对数 2 2 4
3 POE系统的工作流程
PSE向PD供电时遵循一定的协议，POE系统的工作流程如下：
第一步，PSE开始检测电流信息，从而来判断PD是否存在，PSE通过检测线对间的电容值和阻抗来判断PD的存在，当阻抗为25 K时PSE提供2.7 V的测试电压，然后提升到10.1 V，有助于补偿线缆阻抗带来的压降，然后检测对应的电流，通
过△V/△I来判断阻抗值，PSE检测到线对间合适的阻抗（通常是25 K）后才会继
续提升电压，如果检测到的阻抗不正确，PSE将不会提升电压，阻抗值为25 K时判定PD存在，此时检测完成。

第二步，PSE将会对PD进行分级，评估PD的功耗，PSE在线对间提供14.5～20.5 V的电压，来检测电流值，通过检测到的电流值来确定PD的等级，列出了
检测到的电流值与等级对应关系，确定PD等级以后，PD对应的功耗确定。

第三步，在启动期内，PSE设备开始从低电压向PD供电，直至PSE向PD提供合适的电源。

第四步，PSE向PD设备提供稳定的电源，PD端受电后开始正常工作，同时PSE
会连续监测PD电流，对POE系统进行管理。

第五步，当PD设备的电流值降低到最低值以下，如PD设备断开，PSE设备会断
开电源。

4 基于通信系统的POE设计
4.1 PSE的设计与实现
本论文设计的POE系统基于凌特的PSE控制器LTC4279，该控制器兼容IEEE 802.3bt Type 1和Type 2，PSE端最高输出功率可达90 W，系统的效率很高，同时具有短路保护功能，这个控制器可用于设计末端跨接法和中间跨接法，可应用于通信基站以及安防系统中。

上电时，PSE先检测PD端的电容和阻抗，当电容小于10 uf以及阻抗在合适的范围内时，PSE提供电压Voc（10.4 V），PD检测流程完成，接下来开始进行PD 分级，PSE在线对间提供15.5～20.5 V电压，根据检测到的电流来对PD进行分级，PD的最大功耗确定，最终PSE对PD进行供电，同时PSE对系统进行实时监控。

下电时，电流下降后电压同时降低，电压低于最低电压时，PSE设备会切断PD设备的供电，最终POE系统停止对PD设备进行供电。

图1为PSE设备的设计原理图，数据从四组线对（线对12、线对36、线对 45、线对78）进入，通过网络变压器进行隔离，可以提高数据信号的抗干扰能力，网络变压器的另外一端数据经过四对数据线进行传输，电源从网络变压器的中心抽头处接入，通过控制器LTC4279进行上下电控制，同时数据和供电将会经过变压器的四个线对进入另外一个RJ45，PD端将从这个RJ45进行取电和对数据的传输。

图1 PSE设计原理
4.2 PD的设计与实现
PD是基于凌特的PD控制芯片LT4294来实现的，此控制器兼容
IEEE802.3af/at/bt标准，最高支持PD端供电功率达到71.3 W，支持5个级别的PD分类，芯片集成了检测电阻，此控制器可应用于高功率通信系统中，室外安防
摄像头等场景中。

在上电时，PSE先检测PD端的电容和阻抗，PSE将提供测试电压Voc，当测试的电容和阻抗在允许的范围内时，PD检测流程完成，接下来开始进行PD分级，PSE在线对间提供15.5～20.5 V测试电压，根据检测到的电流来对PD进行分级，PD的最大功耗确定，最终PSE对PD进行供电，PD端完成上电。

图2为PD设计原理图，数据和来自PSE端的供电信号进入RJ45端，数据经过四个线对进行传输，同时电源从网络变压器的中心抽头处被取出来，电源的正极和电源地连接到PD控制器进行控制，整流桥用来做极性保护，瞬间电压抑制器做过电压保护，当电压高于57 V时，保护后级电路，电流通过PD控制器后经过EMI滤波器可以降低电磁干扰信号，再经过DC/DC变换到后级电路正常工作需要的电压。

4.3 POE系统测试
将PSE供电端的RJ45和PD受电端的RJ45通过CAT-5线缆连接，PSE端供电
54 V，终端连接的PHY型号是KSZ9031，支持100 M/1000 M自适应，PSE端连接支持1000 M网卡的电脑，连接PSE和PD后，电脑端通过以太网网口可以
自适应到1000 M速率上，同时终端可以正常的工作，测试PSE端供电瞬间和PD 端受电瞬间的波形如图3所示，可以看到受电流程中有检测、分级、供电，断电
流程也满足要求。

图2 PD设计原理
图3 PSE供电时序和PD受电时序
从测试的PSE供电波形可以看到，在上电前PSE设备一直处于检测状态，测试电
压在2.7～10.1 V之间，此时PSE判定PD不存在，所以不会进行供电，当PD设备连接后，PSE检测到PD设备，然后对PD设备进行分级，确定PD设备的功耗，分级完成后PSE对PD设备进行供电，端口电压达到额定电压52 V，设备开始正
常工作，PD的受电电压波形也可以看到，受电过程经过了检测、分级、供电流程。

5 结束语
本文提出了一种可应用于通信系统中的POE供电技术，可应用在千兆速率以太网中，具有较高的实用价值，简化了电路的设计，降低系统成本，终端分布和安装更加灵活。

参考文献
【相关文献】
[1]林亮.PoE 技术的应用与优势[J].信息通信，2015（6）：240-241.
[2]张华圣.以太网供电技术（POE）浅析[J].科技与生活，2010（19）：38.。