超過60W的POE關(guān)鍵在于符合安全標(biāo)準(zhǔn)

以太網(wǎng)供電標(biāo)準(zhǔn)提供了方便、靈活而增強(qiáng)的管理能力，能夠采用與傳輸數(shù)據(jù)相同的5類電纜提供電源。目前一代基于標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)能夠通過四對(duì)電纜線，提供高達(dá)60W的功率，也較前一代兩對(duì)線方案有更高的效率。

隨著業(yè)界轉(zhuǎn)向通過5類線（或更好的布線架構(gòu)）提供更高的功率，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者與網(wǎng)絡(luò)管理員必須了解各種新興技術(shù)選擇，包括由IEEE主持開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，以及其它帶來高成本而笨重的部署復(fù)雜性，并有潛在安全風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。例如，有些制造商推廣過每端口100W的方案，它在加電前不做檢測(cè)，這是一種危險(xiǎn)的省略。其它提供200W/端口的方案甚至更加危險(xiǎn)，除非在每個(gè)PSE（電源設(shè)備）單元處使用可硬復(fù)位的熔絲，或由有資格的電工做布線。在以太電纜上為設(shè)備供電的唯一安全方案是遵守IEEE802.3at-2009規(guī)范。

HDBaseT聯(lián)盟正開發(fā)100W的電源規(guī)范，針對(duì)那些通過單根LAN電纜傳輸無壓縮、大帶寬多媒體內(nèi)容、100BaseT以太網(wǎng)、電源，以及各種控制信號(hào)的產(chǎn)品。HDBaseT聯(lián)盟是一個(gè)致力于在整個(gè)家庭內(nèi)分配高清晰多媒體內(nèi)容的推廣與標(biāo)準(zhǔn)化跨行業(yè)組織，它創(chuàng)造了一種“五重”功能，將無壓縮、全高清數(shù)字視頻、音頻、100BaseT以太網(wǎng)、IEEE802.3at規(guī)范電源，以及各種用于傳輸?shù)目刂菩盘?hào)都聚合到一根5類電纜上。

盡管獨(dú)立的制造商們正在追求更高功率水平的方案，但HDBaseT供電方案則提供了其它功能，包括符合IEEE802.3at-2009標(biāo)準(zhǔn)Section 33.7.1，它規(guī)定了所有PSE都要滿足國際電工委員會(huì)60950-1:2001規(guī)范，包括作為每端口功率不超過100 VA（或100W），無需特殊過流保護(hù)設(shè)備的有限電源分類。HDBaseT還做供電設(shè)備的檢測(cè)與分類，可在加電前確定設(shè)備的功耗。

隨著業(yè)界轉(zhuǎn)向更高功率，其它標(biāo)準(zhǔn)也紛紛現(xiàn)身。例如，HDBaseT供電的電視與音頻設(shè)備必須符合UL 60065標(biāo)準(zhǔn)，它要求當(dāng)負(fù)載大于15W時(shí)使用阻燃外殼。因此，即使一臺(tái)電視負(fù)荷滿足了IEC 60950-1:2011對(duì)小于100W/端口有限電源的要求，它仍然需要使用防火外殼。

當(dāng)對(duì)有限電源的需求轉(zhuǎn)向100W/端口以上的實(shí)現(xiàn)時(shí)，就要求電纜采用一種特殊的阻燃管，通過支架安裝的金屬盒連接到PSD和電源設(shè)備的輸入端。這種要求適用于電纜長度大于10 英尺（3.05米）。

圖1 該電路有兩個(gè)端口，每端口承載100W。電能在受電設(shè)備端計(jì)算，每個(gè)端口都有限制電源的要求。根據(jù)《美國電力規(guī)定》，采用這種方案為設(shè)備供電的多端口中跨必須在每個(gè)端口處有一個(gè)寫明額定功率的銘牌。

對(duì)于短于10 英尺的電纜，設(shè)計(jì)者可以使用同一種四對(duì)POE/HDBaseT電纜系統(tǒng)，它包括一個(gè)數(shù)據(jù)電纜和一個(gè)RJ-45插頭。但是，此電纜的特性必須超過典型5/E類電纜的要求（圖1）。有些制造商試圖避開100W的上限以及相關(guān)的保護(hù)要求，他們建議，上限可以適用于一根電纜內(nèi)兩個(gè)PSE中的每一個(gè)。使用這種邏輯，他們認(rèn)為一個(gè)符合性PSE可以支持95W，而一個(gè)PSE對(duì)可以在相同電纜上支持大約兩倍的數(shù)量。但這一概念是不正確的，有危險(xiǎn)。

IEEE802.3at-2009標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，要在物理接頭處測(cè)量100W有限電源的供電上限。UL CAN/CSA-C22.2 60950-1-07的表2B和2C以及UL 60950-1文件都清楚地定義了對(duì)有過流器件和沒有過流器件的電源的限制（表1和表2）。從UL觀點(diǎn)看，一根電流上存在兩個(gè)PSE是不恰當(dāng)?shù)?，因?yàn)樗且环N使用單一接頭的盒內(nèi)電源，接頭是唯一輸出電源的連接器，它不得超過100W。

圖2 這些電路在長于3.05m (a) 和短于3.05m (b)的電纜上，實(shí)現(xiàn)了250W功率。

實(shí)現(xiàn)250W或250 VA供電的唯一方式，要么在每個(gè)端口使用斷路器或熔絲，要么讓有資格的電工布放電纜，而這實(shí)際上消除了POE技術(shù)部署的優(yōu)點(diǎn)。圖2給出了通過全部導(dǎo)線提供100W以上電源（例如兩個(gè)單端口的200W情況）的正確配置。

對(duì)于信息數(shù)據(jù)設(shè)備或大于15W的電視和音響設(shè)備，如果總供電負(fù)荷大于100W，則兩種情況都需要金屬外殼。圖2a中的情況需要一種非標(biāo)準(zhǔn)的布線結(jié)構(gòu)，以確保安全性。方案不能在PSE處和供電設(shè)備輸入端直接使用RJ-45接頭，并且需要一名有資格的電工做安裝。圖2b中的情況可以使用典型的POE/HDBaseT布線系統(tǒng)，但也需要特殊布線?？傊?，根據(jù)《美國電氣規(guī)則》的標(biāo)準(zhǔn)，采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)布線結(jié)構(gòu)，用單一端口提供大于100W電源是不安全的。

圖3 HDBaseT使用以太網(wǎng)電纜的全部四個(gè)線對(duì)，為受電設(shè)備提供了兩個(gè)電源接口，這樣提供的電能是雙線對(duì)方案的兩倍。

四線對(duì)供電

HDBaseT通過采用IEEE802.3at-2009規(guī)范中針對(duì)四線對(duì)供電的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了大功率供電能力，并保持了完全的標(biāo)準(zhǔn)符合性。四線對(duì)供電在提供更大電能同時(shí)，獲得了更高的效率。它為受電設(shè)備提供了兩個(gè)電源接口，這樣就可以采用以太網(wǎng)電纜的全部四個(gè)線對(duì)，獲得的功率是雙線對(duì)方案的兩倍（圖3）。兩個(gè)電源接口中，一個(gè)使用1、2、3和6線的雙線對(duì)，另一個(gè)使用4、5、7和8線的雙線對(duì)。這種結(jié)構(gòu)能夠增加提供的能量，并完全符合標(biāo)準(zhǔn)。在一個(gè)典型的HDBaseT實(shí)現(xiàn)中，會(huì)裝一個(gè)50至57V-dc的電源為PSE供電，而所有受電設(shè)備都直接通過5類或更高等級(jí)電纜上的HDBaseT鏈路，獲得電能。

表1 無過流保護(hù)器件的電源極限

輸出電壓 輸出電流 表面功率

a UCC：輸出電壓的測(cè)量遵照1.4.5，所有負(fù)載電路都不接。電壓是持續(xù)的正弦ac和無紋波dc。對(duì)于非正弦ac和紋波大于峰值10%的dc，峰值電壓不應(yīng)超過42.4V。

b ISC：沒有任何容性負(fù)荷下的最大輸出電流，包括一個(gè)短路電路。

c S(VA)：沒有任何容性負(fù)荷下的最大輸出VA。

d 如果保護(hù)是來自電子電路或一只正溫度系數(shù)器件，則加上負(fù)載5秒后，測(cè)量ISC和S，其它情況是60秒。

表2 有過流保護(hù)器件的電源極限

輸出電壓 輸出電流 表面功率 過流保護(hù)器件的額定電流

a UCC：輸出電壓的測(cè)量遵照1.4.5，所有負(fù)載電路都不接。電壓是持續(xù)的正弦ac和無紋波dc。對(duì)于非正弦ac和紋波大于峰值10%的dc，峰值電壓不應(yīng)超過42.4V。

b ISC：沒有任何容性負(fù)荷下的最大輸出電流，包括一個(gè)短路電路，在加上負(fù)載后測(cè)量60 秒。

c S(VA)：沒有任何容性負(fù)荷下的最大輸出VA，在加上負(fù)載后測(cè)量60 秒。

d 測(cè)量期間，電路中維持限流阻抗，但過流保護(hù)器件被旁路。注：測(cè)量時(shí)過流保護(hù)器件旁路的理由是，確定在過流保護(hù)器件工作期間，造成可能過熱的能量數(shù)量。

e 過流保護(hù)器件的額定電流：當(dāng)電流等于表中所規(guī)定額定電流的210%時(shí)，在120秒內(nèi)切斷電路熔絲和斷路器的電流。

使用HDBaseT時(shí)，核心POE技術(shù)使用每兩個(gè)電纜對(duì)上的1A電流，并使用三事件的分類法來判斷符合標(biāo)準(zhǔn)的PSE。這種方案使HDBaseT技術(shù)能夠從HDBaseT鏈路一端向另一端，每端口傳輸高達(dá)100W的連續(xù)直流功率。HDBaseT供電標(biāo)準(zhǔn)比IEEE802.3at-2009更前進(jìn)了一步，它使受電設(shè)備能夠識(shí)別電纜長度與阻抗，只要總功耗不超過100W，必要時(shí)可供出更大功率。HDBaseT能夠使用一根LAN電纜，在100m距離上提供高達(dá)100W電源，而無需附加電源，這符合能量使用與需求的趨勢(shì)，以及政府主導(dǎo)的提高能效行動(dòng)。這一功率水平超過了對(duì)今天典型40英寸LED電視（需要70W功率）的支持要求。

表3 擬議的6.0版，2012年夏季生效（可視屏幕面積）

今年，美國環(huán)境保護(hù)署的最新能源之星5.3規(guī)范將限制所有電視功耗不超過108W，無論是多大屏幕，而能源之星6.0的目標(biāo)是所有尺寸屏幕電視耗電不高于85W。表3給出了擬議的6.0版電源規(guī)范，它應(yīng)在今年夏天生效（參考文獻(xiàn)1）。無論LCD電視還是LED電視，很快都應(yīng)達(dá)到每英寸屏幕大約耗電1W的水平。以這種水平，HDBaseT供電規(guī)范甚至可以支持更大的顯示屏。

盡管今天的以太交換機(jī)可以且經(jīng)常內(nèi)置了POE技術(shù)，但還有另一種有能效方式是POE的中跨部署（midspan），它位于一個(gè)非POE交換機(jī)和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)供電設(shè)備之間。中跨也是HDBaseT最喜歡的部署模型，因?yàn)橐谝粋€(gè)以太/HDBaseT交換機(jī)的每個(gè)端口增加100W，將會(huì)是一個(gè)令人生畏的任務(wù)，會(huì)大大降低系統(tǒng)的可靠性。中跨方式亦能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電源設(shè)備監(jiān)控與配置，從而顯著減少了功耗。網(wǎng)絡(luò)管理員可以監(jiān)控每個(gè)端口的功耗和總功耗，并配置端口的即時(shí)開/關(guān)和定期開/關(guān)功能，以及不間斷電源狀態(tài)端口的開/關(guān)功能。

POE技術(shù)還可以提高能效，方式是盡量減少空閑功耗。很多POE中跨與交換機(jī)都采用了開關(guān)電源，其效率在滿負(fù)荷時(shí)為90%，意味著一個(gè)220W POE電源要消耗220W交流能量，而400W POE電源則消耗440W。不幸的是，當(dāng)200W額定單元開關(guān)電源空閑時(shí)，0W負(fù)載的開關(guān)功率損失為20至40W，而400W額定單元的0W負(fù)載時(shí)損失為40至80W。通過調(diào)整POE的分布式電源結(jié)構(gòu)可以解決這個(gè)問題。例如，網(wǎng)絡(luò)管理員可以先用一個(gè)450W的內(nèi)部電源處理所有的實(shí)時(shí)需求，必要時(shí)再用一個(gè)外接的450W至1 kW電源，升級(jí)到每端口的滿功率。

POE創(chuàng)新的另一個(gè)重要領(lǐng)域是距離的延伸。四線對(duì)電源能夠用最長100m電纜為設(shè)備供電，這是HDBaseT標(biāo)準(zhǔn)定義的距離。今天的POE中跨從中間測(cè)量電纜長度，當(dāng)電纜長度和設(shè)備的最大功率需求均為已知時(shí)，可以正確地向受電設(shè)備提供電能。這種方案確保了一臺(tái)距離100 m需要22.8W以上功率的受電設(shè)備，在達(dá)到最大負(fù)荷時(shí)不會(huì)出現(xiàn)意外掉電。

圖4 得到的基線距離延伸

PSE 源 200m處受電設(shè)備的功率

四線對(duì)IEEE802.3at PSE（60W） 25W（802.3at受電設(shè)備） 12.95W（802.3af受電設(shè)備） 12.3W（802.3af Class 2受電設(shè)備）

網(wǎng)絡(luò)管理員可以使用延長器技術(shù)，同時(shí)向200m基線距離的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供數(shù)據(jù)和電源，如WLAN接入點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)攝像頭，這一距離是IEEE規(guī)范的兩倍。延長設(shè)備簡單地連接到一個(gè)中跨上，并通過POE輸入獲得電能。表4給出了延長的基線距離。另外還可以做級(jí)聯(lián)，達(dá)到更遠(yuǎn)的距離。

POE在不斷發(fā)展，提供了更多高價(jià)值的供電功能與管理功能。當(dāng)技術(shù)超越60W限制，具備了新一代更大功率能力時(shí)，設(shè)計(jì)者的要點(diǎn)是保持與所有IEEE802.3at-2009標(biāo)準(zhǔn)的符合性，包括確保安全供電的標(biāo)準(zhǔn)。HDBaseT聯(lián)盟已采用IEEE802.3at-2009作為100W的技術(shù)，它完全支持所有安全供電要求，并提供了在單根100m 5e/6類電纜上，聚合無壓縮高清數(shù)字視頻、音頻、100BaseT以太網(wǎng)、標(biāo)準(zhǔn)化供電，以及各種控制信號(hào)的機(jī)會(huì)。