根據(jù)美國(guó)國(guó)家消防協(xié)會(huì)（NFPA）的數(shù)據(jù)，美國(guó)商業(yè)火災(zāi)的第三大誘因是電氣和照明設(shè)備。典型的根本原因是布線陳舊或故障，電路過載，連接松動(dòng)，保險(xiǎn)絲故障，電氣負(fù)載失衡以及許多其他電氣或照明問題。這些可能會(huì)導(dǎo)致過熱，導(dǎo)致產(chǎn)生火花，最終點(diǎn)燃火源。

干線電源通過三個(gè)絕緣銅線（帶電，中性線和地線）傳輸長(zhǎng)途和短途交流電。火線帶有交流電勢(shì)差（120 VAC或230 VAC）。中性線使電路完整，并保持在或接近地電位或0V。接地線是用于在發(fā)生故障時(shí)使電路接地的安全線。簡(jiǎn)而言之，與保險(xiǎn)絲和斷路器一起，主電源將其總銅（接地線）的33％用于安全。

圖1：2.5平方毫米實(shí)心銅市電電源線（左）的橫截面，旁邊是相同比例的實(shí)心銅23 AWG CAT6電纜（右）（來源：以太網(wǎng)聯(lián)盟）

以太網(wǎng)供電（PoE）通過供電設(shè)備（PSE）和受電設(shè)備（PD）之間的以太網(wǎng)電纜傳輸短距離（最長(zhǎng)100米）的DC電源。根據(jù)PoE標(biāo)準(zhǔn)，最多使用八根銅線來傳輸DC電源，包括返回路徑。簡(jiǎn)而言之，PoE不會(huì)將任何銅用于安全。從哲學(xué)和體系結(jié)構(gòu)上講，PoE標(biāo)準(zhǔn)將安全控制從銅（市電）轉(zhuǎn)移到硅。這里有兩個(gè)好處；硅比銅便宜得多，您可以對(duì)硅進(jìn)行編碼。您不能編碼銅。

2對(duì)電源與4對(duì)電源

以太網(wǎng)使用RJ45連接器，該連接器具有八個(gè)觸點(diǎn)。這些分為四個(gè)差分（diff）對(duì)（圖2）。在10BASE-T（10 Mbps）和100BASE-TX（100 Mbps）網(wǎng)絡(luò)中，四個(gè)可用的差分對(duì)中只有兩個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)，而剩下兩個(gè)對(duì)未使用。在千兆以太網(wǎng)（1 Gbps）網(wǎng)絡(luò)中，所有四個(gè)差分對(duì)都用于數(shù)據(jù)傳輸。

利用現(xiàn)有的10/100/1000以太網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)，IEEE 802.3af（現(xiàn)稱為PoE）可提供350 mA /對(duì)，最大57 V，IEEE 802.3at可提供600 mA /對(duì)，最大57 V（即PoE） 1）使用這些未使用的對(duì)來供電，實(shí)現(xiàn)兩種替代模式；備選方案A或B：

A.備選方案A（PSE）或模式A（PD）在差異上傳輸功率。對(duì)2和3

B.備用B（PSE）或模式B（PD）在差分上傳輸功率。對(duì)1和4

同時(shí)，PoE 2或IEEE 802.3bt通過使用所有四個(gè)差分以4對(duì)電源運(yùn)行。在960 mA /對(duì)時(shí)最大為57對(duì)。這在PSE上達(dá)到90瓦。

圖2：2對(duì)電源與4對(duì)電源

IEEE 802.3bt（90 W）分類

以太網(wǎng)聯(lián)盟進(jìn)一步將這四種類型劃分為八個(gè)不同的類別，如圖3所示。對(duì)于電源設(shè)備（PSE），每個(gè)PoE 2類別（5-8）為15 W切片，而每個(gè)PoE 2類別為11 W受電設(shè)備（PD）的切片。類別和類型的更精細(xì)切片可優(yōu)化多端口PSE的效率，從而為連接的PD提供各種電源，尤其是隨著連接的PSE端口數(shù)量的增加。

圖3：IEEE 802.3bt分類

IEEE 802.3af / at / bt電源配置階段

PSE和PD之間的PoE電源配置遵循五個(gè)不同的階段，如下圖和圖4所示。

階段1：檢測(cè)

階段2：分類

階段3：?jiǎn)?dòng)

階段4：操作

階段5：斷開連接

PSE包含一個(gè)Rsense電阻，該電阻與返回電流路徑串聯(lián)，用于測(cè)量PD執(zhí)行的任何電流吸收。PD上還有一個(gè)25k的下拉簽名電阻，用于將檢測(cè)通知給PSE。

圖4：PoE電源供應(yīng)階段（來源：以太網(wǎng)聯(lián)盟）

階段1.檢測(cè)

當(dāng)通過以太網(wǎng)電纜連接PSE和PD時(shí)，PD向PSE提供25kΩ下拉電阻（右圖4）。然后，PSE在500毫秒的窗口內(nèi)執(zhí)行兩次電流測(cè)量：

1）施加V 2.8 V的力，并測(cè)量I

2）施加V 10 V的力，并測(cè)量I

通過計(jì)算?V / ?I，如果PSE的測(cè)量值為19KΩ至26.5ΩK，則PSE可以接受檢測(cè)為有效。否則，PSE必須拒絕檢測(cè)。進(jìn)行差分測(cè)量的好處是任何周圍的噪聲（干擾源）對(duì)于每次測(cè)量都是共同的，因此將被抑制（共模抑制）。

階段2。分類

在分類階段，PD會(huì)向PSE宣布其請(qǐng)求的類簽名或功率要求。分類階段分為五個(gè)類事件或時(shí)隙，如圖5所示。

1）類別簽名0：1 mA至4 mA

2）類簽名1：9 mA至12 mA

3）類簽名2：17 mA至20 mA

4）類簽名3：26 mA至30 mA

5）類別簽名4：36 mA至44 mA

圖5. PD產(chǎn)生的類簽名

該圖捕獲了每個(gè)班級(jí)事件（列）中需要哪個(gè)班級(jí)簽名（行），以便標(biāo)識(shí)PD班級(jí)（1 – 8）。例如，第7類PD將在第1類事件期間提供40 mA的電流，在第2類事件期間提供40 mA的電流，而在第3類到第5類事件期間提供18 mA的電流。PSE會(huì)在每次事件期間測(cè)量PD的電流吸收，以學(xué)習(xí)PD的類。

PSE負(fù)責(zé)施加下面圖6所示的電壓，而PD負(fù)責(zé)吸收多達(dá)五個(gè)不同的電流電平，稱為類簽名。

圖6：類簽名和當(dāng)前級(jí)別

自動(dòng)分類

如圖5所示，類事件1比其他類事件長(zhǎng)。這是802.3bt特有的，而不是802.3at或802.3af的情況。如果PD還符合802.3bt，則PD可以在81毫秒內(nèi)將類簽名0（1到4 mA）更改為類事件1，這將通知802.3bt PSE該P(yáng)D也是802.3bt并支持自動(dòng)分類。

PD開啟后，PD將提供約1.2秒的最大功率。PSE測(cè)量PD功率，增加一些余量，這成為PSE提供的新的優(yōu)化功率水平。

自動(dòng)分類可優(yōu)化PSE功率分配。例如，如果PD在操作期間需要最大65W的功率，則PD會(huì)將其自身標(biāo)識(shí)為PSE的8級(jí)，以保證PD處的65W。如果沒有自動(dòng)分類，則PSE將分配90W，以確保PD獲得65W。使用自動(dòng)分類時(shí)，PSE只能讀取66.5 W（短電纜長(zhǎng)度），+ 1.75 W裕量= 68.25 W分配。節(jié)省的功率為21.75 W，或?25％。盡管這似乎并不重要，但是如果PSE交換機(jī)具有八個(gè)802.3bt端口，則Autoclass可以優(yōu)化每個(gè)端口（具有各種電纜長(zhǎng)度），從而可以節(jié)省數(shù)百瓦的總效率。

階段3：?jiǎn)?dòng)

在啟動(dòng)階段，PSE負(fù)責(zé)將1級(jí)至4級(jí)的浪涌電流限制為450 mA，將5級(jí)至8級(jí)的浪涌電流限制為900 mA。

在啟動(dòng)階段，PD負(fù)責(zé)將負(fù)載電流限制為1 – 6級(jí)為400 mA，將7 – 8級(jí)為800 mA。

階段4-5：操作，斷開連接和MPS

保持電源簽名（MPS）是保持活動(dòng)的功能，其中PD吸收來自PSE的周期性電流脈沖，以通知PSE PD尚未斷開連接。如果PSE在400毫秒后仍未從PD接收MPS，則PSE必須斷開PD的電源。

IEE 802.3bt PD應(yīng)用程序框圖

圖7描繪了受電設(shè)備（PD）的典型802.3bt應(yīng)用圖。從左向右移動(dòng)，變壓器AC將以太網(wǎng)10/100/1000數(shù)據(jù)耦合到附近的處理器。全波整流通過GreenBridge?2完成，比傳統(tǒng)的硅二極管電橋消耗更少的功率。安森美半導(dǎo)體的NCP1095?（引腳7）表示25kΩ檢測(cè)下拉電阻，而引腳2和3根據(jù)類別（電阻值）確定PD的功率要求，并在連接后的分類事件期間與PSE進(jìn)行通信。引腳6、8、9和10通過外部Rsense和通過門共同控制浪涌和過流保護(hù)（OCP）。與引腳處理器的三位通信是通過引腳13、15和16完成的。當(dāng)電源輸出良好時(shí)，引腳14的PGO引腳會(huì)通知下游DCDC設(shè)備。引腳4允許NCP1095從本地輔助電源上電，而引腳6控制自動(dòng)分類，這是802.3bt的新功能。

圖7：802.3bt應(yīng)用圖

安森美半導(dǎo)體還提供NCP1096控制器，該控制器集成了外部FET和Rsense。

您可以編碼硅

保險(xiǎn)絲，斷路器和地線是用于防止電氣火災(zāi)的相對(duì)較鈍的工具，尤其是與IEEE 802.3bt的功能相比時(shí)。它提供的電源配置功能（例如，分類，自動(dòng)分類，浪涌和MPS）要優(yōu)越得多。例如，在使用主電源的情況下，隱藏在墻壁或天花板中的嚙齒動(dòng)物很容易在沒有任何警告的情況下引起電氣火災(zāi)。相反，如果PD并非每隔400毫秒向PSE提供一次MPS，則PSE會(huì)自動(dòng)斷開與PD的電源連接。

可以輕松想象對(duì)PSE進(jìn)行編碼以捕獲計(jì)劃外的斷開連接，這會(huì)觸發(fā)向IT部門發(fā)出預(yù)警信號(hào)，從而有可能防止災(zāi)難性事件（如建筑火災(zāi)）的發(fā)生。同時(shí)，“分類”和“自動(dòng)分類”可以智能地分配負(fù)載所需的確切功率。這是一種非常安全有效的配電方式。如前所述，硅比銅便宜很多，您可以對(duì)硅進(jìn)行編碼，但不能對(duì)銅進(jìn)行編碼。

編輯：hfy