POE交换机和POE供电模块 (1)

参数
ΔV/ΔI (斜率) 输入电容 输入电感 偏移电压 偏移电流
有效的PD侦测特征
23.75kΩ＜RPD＜26.25kΩ 0.05µF<CPD＜0.12µF LPD＜100µH ＜1.9V ＜10µA
无效的PD侦测特征
RPD＜12kΩ或RPD＞45KΩ CPD＞10µF － — —
PD的工作原理—分级时
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 AP 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 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
分布式供电 集中式供电
成本 高 低
抗干扰效果 差 好
维护 不方便 方便
停电风险 分散 集中
管理 不方便 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（Power over Ethernet）标准－IEEE 802.3af。
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。
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，只需按照电 压要求，焊接相应的元器件即可。
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25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10μA的偏移电流（漏电流）。
基于802.3af标准的PoE-Hub
以太网供电设备在EPA系统中的应用示意图
以太网供电设备 监控PC 802.11b EPA无线网关
EPA无线手持终端
CQUPT NC
网络交换机
OK2 PS
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0111 2 COL ACT-
STA-
3Com
CONSO LE
以太网供电设备
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。
EPA监控上位机
HUB/MAU
NIC
% UTILIZATION
TAB
GD RE I F JA KB L C M7 N 8 O9 GD GD GD BNC 4Mb/s GD T 2 U 3 V0 W. X Y Z
ENTER RUN
PRINT HELP ALPHA SHIFT
Zigbee接入点 EPA有线阀门定位器
EPA有线电磁流量计
CQUPT NC
EPA无线手持终端
EPA无线温度变送器 EPA无线电磁流量计
EPA 无线温度变送器
EPA 无线电磁流量计
本课总结
本课程对POE交换机和POE模块进行了介 绍，主要包括设备供电方式简介、802.3af标准 介绍，以太网供电原理、目前的研究状况等内 容。
设备供电方式简介
级别 0 1 2 3 4
分级特征电流 0-5mA 8-13mA 16-21mA 25-31mA 35-45mA
PSE最小输出功率 15.4W 4.0W 7.0W 15.4W 15.4W
说明 PD功率未知，不分级
低功耗PD 中等级功耗PD 高功耗或全功率PD 保留，功率情况同0级
PSE的工作原理
三、供电
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
Portal
Radius
CMNET
核心交换机 /路由器 AC
汇聚 交换机
以太网 连接线
交换机 POE模块 POE交换机
以太网连接线
合路型
AP
馈线与器件
外置 天线
AP
放装型
自带 天线
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。
POE交换机和POE模块
中国移动通信集团设计院有限公司
刘佳 日期：2011-01
中国移动通信集团设计院有限公司
课程总览
课程编号
课件包
CW01 WLAN通信技术基础
CW02 无线局域网标准
CW03 无线局域网网络设备
CW04 WLAN无线网规划与设计
CW05 WLAN核心网规划与设计
CW06 WLAN网络施工工艺
CW07 WLAN配置与调试
CW08 WLAN测试与验收
CW09 WLAN维护优化
CW10 终端知识
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课件编号 CW03-1 CW03-2 CW03-3 CW03-4 CW03-5 CW03-6 CW03-7
课件名称 天线 馈线与器件 以太网连接线 无线接入点（AP） 路由器和交换机 POE交换机和POE模块 无线控制器（AC）
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。
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。
参数
符号
单位
1
输入电流 Iport
mA
2
输入阻抗 Rpd_d
KΩ
3
输入电容 Cpd_d
µF
Min 10
0.05
Max 26.25
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。
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，Maintain Power Signature）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26.25kΩ或更少与超过0.05µF电容并联，以避免PD掉线(offline）。
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。
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。
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，Power Sourcing Equipment)，而使用电源的设备称为受电设备(PD，Powered Device)。
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。
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 26.5kΩ；如果PD消耗大量功率，那么阻抗通常会更低。
POE交换机和POE模块
802.3af标准介绍 以太网供电原理 目前的研究状况
(网络
物理层) Rx
主处 理器
PSE控制器 （每芯片管理 一到八个端口）
GND 48V电源
48V
开关百度文库
2
2
3
信号线对
3
6
6
4
4
5
5
备用线对
7
7
8
8
CAT 5线缆
48V
注：
Rx PHY
(网络 物理层) Tx
主处 理器
PD接口 控制器
DC/DC
48V 转换器
Endspan设备的供电通道 Midspan设备的供电通道
可以采用两种类型的PSE，一种为端接式PSE(Endpoint PSE),另一种为中跨式 PSE(Mid-span PSE)。
以太网供电系统的结构
以太网交换机/集线器 （Power Sourcing Equipment） RJ-45
1
受电设备 RJ-45 （Powered Device）
1
Tx PHY
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。
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180μF，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180μF，PD就要主动限制浪涌电流， 使它低于400mA。