POE电源讲解

POE电源简介
POE是Power Over Ethernet的缩写，中文意思是“基于以太网线的供电技术”。

它能保持在现有的以太网5类双绞线基础架构不变的情况下，通过5类双绞线为IP终端提供直流48V电源，可靠传输距离可达100米。

POE有效的解决了IP电话、无线AP、便携式充电器、刷卡机、网络摄像头及数据终端的电源供给问题，使这些设备的设计和应用更为简单、方便。

IEEE在1999年开始制定该标准，最早参与的厂商有3Com, Intel, PowerDsine, Nortel, Mitel和National Semiconductor。

但是，该标准的缺点一直制约着市场的扩大。

直到2003年6月，IEEE批准了802. 3af标准，它明确规定了远程系统中的电力检测和控制事项，并对路由器、交换机和集线器通过以太网电缆向IP电话、安全系统以及无线LAN接入点等设备供电的方式进行了规定。

IEEE 802.3af中规定的POE相关参数如下：
1).电压在36～57V之间,典型值为48V；
2).允许最大电流为550mA,最大启动电流为500mA；
3).典型工作电流为10～350mA,超载检测电流为350～500mA；
4).在空载条件下,最大需要电流为5mA；
5).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。

POE系统由PSE(Power Sourcing Equipment，供电设备)和PD(Powered Device，受电设备)两部分组成。

IEEE 802.af标准中，PSE所能给PD提供的最大功率只有30W，随着电子、通信技术的发展，一批大功率网络设备的涌现，30W的最大功率已经满足不了这些大功率设备的要求，IEEE 802.3af显得有些力不从心。

为了满足更大功率网络设备的供电需求，从2005年9月开始，IEEE开始着手制定新的POE标准IEEE 802.3at，在新标准下，PSE最大能为PD提供70W的
功率。

不过遗憾的是，时至今日，已过五载，仍然没有一个正式版的IEEE 802.3at 标准发布，目前最新的IEEE 802.3at标准是草稿第三版，即IEEE 802.3at Draft3.0。

♦POE的供电方式
按照POE电源在网络中的接入点位置分类，可分为Endpoint和Midspan两种方式。

Endpoint方式下，48V电源从数据设备端输入，一般是从以太网变压器外侧的中心抽头上接入；Midspan方式下，48V电源从网络的中间接入。

按照POE电源所使用的线路又可分为：A方式和B方式。

利用双绞线的第1、2、3、6四根线供电的方式叫A方式；利用双绞线的第4、5、7、8四根线进行供电的方式叫B方式。

如下图所示：
上图中，48V PSE电源从百兆以太网的数据设备端(Switch/Hub)五类双绞线的第1、2根传给PD端，从第3、6根返回，构成一个完整的供电回路。

这里说明下，百兆以太网只用了五类双绞线8根线中的4根，即1、2、3、6，而另外四根4、5、7、8空闲未使用，Alternative B方式就是利用这四根空闲的线来供电。

下图为POE电源为千兆以太网供电，供电方式为Midspan Alternative B方式。

从上图中，我们可以看到，千兆以太网使用了5类双绞线的全部8根线，我们还看到Midspan方式是从线路的中间通过专门的设备将POE电源接入网线上的，由于Midspan方式需要专用的设备，比较麻烦，所以现在基本上都使用Endpoint方式。

这里补充下，在有的规范中，为了增加PSE所能提供的功率，将目前的4根线传输方式增加到8根线。

当前，在数据设备的PSE设计方案中，Alternative A 和Alternative B方式都有，业界也没有具体规范，究竟选择哪种方式，就看设计人员的喜好了。

但是，对于PD设备来说，就必须要兼容Alternative A和Alternative B两种方式，因为它不知道它对端的PSE设备是A方式还是B方式。

兼容两种受电方式的电路原理图如下所示。

♦POE供电过程
POE供电过程分为：PD Detection、PD Classification、Power Up、RTP&Power Management和Disconnection五种状态。

1).PD Detection，即PD设备探测。

在PSE向线路供电之前，必须先检测线路上是否有PD设备连接以及所连接的PD设备是否能受电，以避免将48V电源加给非兼容的POE网络设备，对其造成危害。

具体方法是通过检测电源输出线对之间的电阻电容值大小来判断是否有合法的PD设备存在。

只有在检测到符合规范标准的PD设备存在后，才会启动下一步的操作。

检测动作是周期性进行的，规范要求两次检测的最小时间间隔为2ms。

测试过程的判定标准如下：
A).直流阻抗在19K~26.5Kohm之间，电容值小于等于150nF，被认为是合法的PD设备，可以供电；
B).直流阻抗小于15K或大于33Kohm，或电容值大约10uF，被认为是无效的PD设备，禁止供电；
C).直流阻抗在15K~19Kohm，或26.5~33Kohm之间被认为是过渡保护阻抗区，可以供电也可以不供电；
D).直流阻抗在500Kohm以上，被认为线路上无PD设备。

这里介绍下具体的检测方法，在实际检测操作中，先后从PSE端口输出幅度在2.8V~10V之间的两次检测电压(两次电压的幅度间隔需在1V或以上)，然后记录两次所加加压所对应的电流值，从而可以得到两个电流与电压的交点，根据两点确定一条直线的原理，那么这两个点所构成直线的斜率(V-I斜率)就是线路上的直流阻抗值。

2).PD Classification，即PD功率分级。

由于受电设备种类很多，需要的电源功率也各不相同，所以在供电设备正确检测到受电设备以后，就要检测对端PD设备的功率等级。

分级的具体方法是向线缆上施加一个15.5V至20.5V的探测电压，电流限制在100mA以下，时间限制在10~75ms之间。

根据PD设计规范，PD设备会将一个分级电阻串联到线路中，用来标识自己的功率。

PSE通过测试给PD加电压，然后根据返回电路的大小来确定PD设备属于哪个等级。

分级标准如下：
3).Power Up，即上电的意思。

在PD Dectection和PD Classification两个步骤完成后，接着将施加在双绞线对上的电压迅速升高到48V，开始向PD正常供电，同时PD设备中的检测电路(检测电阻和分级电阻)立即被切断，使得检测电路不会继续消耗电源功率。

PD上电过程示意图如下所示。

4).RTP&Power Management，对PD设备实时监控和电源管理。

5).Disconnection，PSE实时检测PD设备是否断开，以便关闭电源输出。

802.3af标准定义了两种断开检测方式，即DC方式和AC方式。

DC方式，也叫直流方式，其原理是通过测量PD从线路上吸收的最小电路来确定其是否已经断开；AC方式，也叫交流方式，也通过测量线路的阻抗来判定的，这种方式被认为是一种更加准确的受电设备断开检测方法。

♦POE的未来发展趋势
PoE技术由于其易安装、易管理、简便性、安全性、稳定性、可扩展性和利旧原则，在家庭应用、无线建网、安全防护、建筑物管理、零售、娱乐等领域，都具有巨大的应用前景，并推动了相关领域的发展。

如下图所示。