PoE應(yīng)用前景無限

作為通過以太網(wǎng)電纜輸電的IEEE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以太網(wǎng)供電(PoE)技術(shù)的發(fā)展勢(shì)頭十分強(qiáng)勁。這一新興技術(shù)通過傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的CAT-5電纜進(jìn)行供電，可以簡化用電設(shè)備(PD)的安裝和部署。這些設(shè)備包括無線接入點(diǎn)、監(jiān)控?cái)z像機(jī)和VoIP電話等。

目前，IEEE 802.3af PoE標(biāo)準(zhǔn)允許設(shè)計(jì)師通過以太網(wǎng)電纜為用電設(shè)備（PD）提供高達(dá)12.95W的電力，同時(shí)符合安全特低電壓(SELV)要求。根據(jù) IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)，PD可按所需功率分為四個(gè)不同的級(jí)別。Class 1設(shè)備需要的最高工作功率為3.84W，Class 2設(shè)備需要的工作功率介于3.85W和6.49W之間，Class 3設(shè)備的功率范圍則介于 6.5～12.95W之間。設(shè)計(jì)師可以根據(jù)功率要求將他們的設(shè)備指定為特定的級(jí)別。低成本解決方案可以使用一般的默認(rèn)級(jí)別指定(Class 0)，表示PD最高需要 12.95W的工作功率。

PSE（供電設(shè)備）通過在向PD供電期間提供斜升電壓（從2.5V上升到10V）來確定PD的級(jí)別。如果PSE檢測(cè)到來自PD的適當(dāng)阻抗特征(24.9kΩ)，它便會(huì)繼續(xù)提升電壓。如果檢測(cè)不到特征阻抗，PSE將不會(huì)為電纜加電。在分級(jí)階段，PSE將向PD施加15～20V的電壓，并通過測(cè)量電流大小來確定PD的特定級(jí)別。在此階段，PD的電源部分將被欠壓鎖定(UVLO)電路維持在無源狀態(tài)，以便隔離開關(guān)級(jí)，直至特征和分級(jí)階段完成。一旦分級(jí)完成后，PSE將會(huì)向PD提供全額工作電壓。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的確定方法

要為PoE兼容PD開發(fā)出高效的電源，設(shè)計(jì)師需要低壓轉(zhuǎn)換器IC、功率MOSFET、浪涌保護(hù)、UVLO以及特征和分級(jí)電路配合工作。目前，設(shè)備設(shè)計(jì)師使用兩種方法來滿足這一要求。有些設(shè)計(jì)師使用這樣的集成方法：將浪涌保護(hù)電路、DC/DC控制器、開關(guān)MOSFET以及電流限流和其他保護(hù)功能結(jié)合在一起，然后使用分立電路來增加特征和分級(jí)功能、UVLO以及直通開關(guān)。這種方法可以使所有PoE等級(jí)的設(shè)計(jì)獲得出色的可伸縮性，設(shè)計(jì)師有足夠的空間來修改解決方案，使其符合特定的應(yīng)用。例如，Power Integrations公司推出的14個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換IC系列具有不同的MOSFET選擇和封裝形式，可以滿足廣泛的PoE要求。如果采用此方法，設(shè)計(jì)師則只需少量的外部元件用于特征電路（對(duì)于Class 0設(shè)計(jì)，只需要一個(gè)電阻）、分級(jí)電路和UVLO電路。圖1所示為采用此方法的完全可配置的多級(jí)IEEE 802.3af兼容PD接口。

圖1 可設(shè)定級(jí)別的IEEE802.3at PD接口

其他功率半導(dǎo)體制造商則使用另一種集成方法。他們將浪涌保護(hù)電路和DC/DC控制器，以及UVLO、開關(guān)、特征和分級(jí)功能結(jié)合在一起。這些電路通常都不包括DC/DC開關(guān)MOSFET和限流電路。802.3af前端集成可以進(jìn)一步簡化PoE接口的設(shè)計(jì)。通常情況下，此方法需要客戶來添加分立開關(guān)MOSFET和外部限流元件。由于在此系統(tǒng)中添加開關(guān)元件的工作由設(shè)計(jì)師來負(fù)責(zé)，因此他們必須熟悉模擬功率開關(guān)級(jí)的開關(guān)和控制問題。他們還必須了解與PCB布局和高頻開關(guān)相關(guān)的穩(wěn)定性問題。這些問題都是設(shè)計(jì)過程中不容忽視的重要部分，要求設(shè)計(jì)師對(duì)功率電路有良好的理解，并需要額外的時(shí)間進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)和測(cè)試。

新標(biāo)準(zhǔn)
目前，IEEE專門小組正在制定新版標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)稱為 Power-over-Ethernet Plus (PoEP) IEEE 802.3at，它將功率要求高于12.95W的設(shè)備定義為Class 4（該級(jí)別在IEEE 802.3af中有描述，但留作將來使用），可將功率水平擴(kuò)展到25W或更高。由于能夠支持更高的功率水平，工業(yè)專家預(yù)計(jì)這一新標(biāo)準(zhǔn)會(huì)將PoE應(yīng)用擴(kuò)展到新的領(lǐng)域，例如WLAN（無線局域網(wǎng)）、銷售點(diǎn)終端設(shè)備、交換機(jī)以及傾斜式/變焦式/平移式監(jiān)控?cái)z像機(jī)。新標(biāo)準(zhǔn)正由專門小組制定，預(yù)計(jì)在2008年底發(fā)布。新標(biāo)準(zhǔn)雖然尚未制定完畢，但可以從下面的評(píng)論中大致了解其中的關(guān)鍵特征。

圖2a 集成PD與控制器功能

圖2b 集成DC轉(zhuǎn)換器功能與分立PD

由于新標(biāo)準(zhǔn)是向下兼容802.3af標(biāo)準(zhǔn)的，因此專門小組面臨的一個(gè)主要問題是，PSE如何判斷與之相連的是802.3af兼容PD還是新的802.3at兼容PD（以及PD如何對(duì)PSE做出類似的判斷）。為了解決此問題，802.3at標(biāo)準(zhǔn)將使用與 802.3af中相同的特征來指示PoE兼容PD，但這樣會(huì)在分級(jí)階段增加第二次電壓脈沖，以便指示PSE的802.3at兼容狀態(tài)。802.3at兼容PD將檢測(cè)到第二次電壓脈沖，并判斷它們已連接至802.3at兼容PSE。由于分級(jí)周期持續(xù)時(shí)間符合 802.3af時(shí)間限制，因此與當(dāng)前802.3af標(biāo)準(zhǔn)兼容的PD會(huì)將第二次脈沖僅視為初始查詢和響應(yīng)的一部分。

PoEP標(biāo)準(zhǔn)中最引人注目的一個(gè)新變化將是，它能夠以比現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)更詳盡的細(xì)節(jié)來控制功率分布。兼容802.3af標(biāo)準(zhǔn)的PSE識(shí)別PD的級(jí)別后，只需提供級(jí)別定義所允許的最大功率即可。802.3at系統(tǒng)通電后，符合標(biāo)準(zhǔn)的PSE將能夠使用Level-2軟件與每個(gè)PD進(jìn)行通信，以確定峰值和平均功率要求。這一新功能將允許設(shè)計(jì)師根據(jù)功率預(yù)算來設(shè)計(jì)PoE兼容系統(tǒng)，并使系統(tǒng)總功率能力更接近于系統(tǒng)負(fù)載要求。峰值負(fù)載功率和高電流持續(xù)時(shí)間之間還可以建立通信（例如，攝像機(jī)推拉電機(jī)具有較高的短時(shí)電流要求）。不過，新標(biāo)準(zhǔn)尚未對(duì)這種Level-2通信進(jìn)行完整定義。

結(jié)語

如今廣泛應(yīng)用的許多電子設(shè)備，例如VoIP電話、吸頂式無線接入點(diǎn)和監(jiān)視攝像機(jī)，都無法容易地放置在AC插座附近。它們的安裝和使用已受到AC電源可用性的嚴(yán)重限制（或者安裝成本更高）。PoE技術(shù)的出現(xiàn)使設(shè)計(jì)師可以輕易突破這些限制。隨著功率半導(dǎo)體廠商提供更多樣的開關(guān)和器件，再加上新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將支持更高功率水平的使用，這一新興技術(shù)勢(shì)必將促進(jìn)新一代應(yīng)用的出現(xiàn)。