針對以太網(wǎng)電源(PoE)的IEEE802.3af標準規(guī)定將直流電源與10/100/1000Mbps數(shù)據(jù)一起傳輸,從而為以太網(wǎng)帶來了新的面貌。其中,PoE帶來了一系列獨特的問題,對于許多具備設(shè)計以太網(wǎng)設(shè)備經(jīng)驗的工程師來說,他們并不熟悉針對這些問題的新的思維方式。PoE現(xiàn)在常用于VoIP電話、無線接入點和安全攝像機。隨著PoE的發(fā)展,有必要增強對該標準的了解以使新的應(yīng)用成為可能。
通過回顧標準可見,PoE鏈接容許受電設(shè)備(PD)從供電設(shè)備(PSE)吸取最多12.95W的功率。PoE鏈接或端口受到PSE的控制,PSE通過在上電前的檢測和分類,可以識別PD并監(jiān)測該端口(ICUT、ILIM和斷開)。PSE承擔了大部分PoE的負擔,它必須檢測PoE并無縫地斷開電源,以避免損壞原有的設(shè)備。如果PSE不能充分地執(zhí)行分類、供電和監(jiān)測等功能,那么,就可能出現(xiàn)間歇性故障并造成供電不穩(wěn)定。PSE不能控制一切;當它提供電源的時候,它相信PD是符合標準的,并以無振蕩的方式打開電源,從而避免吸取比要求更多的功率。因為兩類設(shè)備都必須協(xié)作,所以,PD和PSE設(shè)計工程師要從兩設(shè)備的觀點出發(fā)考慮設(shè)計問題。
新興應(yīng)用需要更到的功率
13W對于基本功能IP電話是足夠的,但是,對于電動攝像機、多點無線接入和大屏幕彩色顯示器等應(yīng)用,功率卻嚴重不足。IEEE目前正在制訂更大功率的標準,稱為PoE+(官方稱為IEEE802.3at)將與目前可用的802.3af設(shè)備共存。由新標準定義的最終功率級別還沒有確定,但是,到目前為止,很可能我們將看到30W的兩對供電系統(tǒng)和60W的4對供電系統(tǒng)。IEEE802.3at委員會已經(jīng)下達了令人畏縮的任務(wù),要定義一種安全、更大功率、后向兼容并與現(xiàn)已部署的802.3af設(shè)備互通的全球標準。因為編寫這種規(guī)范的復雜性很高,我們預期從現(xiàn)在開始算起,一到兩年內(nèi)不可能看到最終規(guī)范。
雖然典型的CAT5電纜有四對雙絞線,但是,802.3af標準僅僅容許其中兩對線在給定時間內(nèi)傳送電流。一種選擇是容許第三和第四對線傳送額外的電流,從而使可用功率翻一番。第二種選擇是提大電流的限制,容許相同的線對傳送更大的功率。這些技術(shù)都已經(jīng)出現(xiàn)在專用的PoE系統(tǒng)之中。然而,每一種方法都有缺點,使在它們之間作出選擇更為復雜。
實現(xiàn)準標準大功率PSE
在過渡時期,有些應(yīng)用需要大功率,等待新標準的到來顯然是不現(xiàn)實的。為此,有幾種解決方案。下列是構(gòu)建在符合基本802.3af標準之上的電路(翻譯注釋:complaint應(yīng)該是compliant),圖1a所示PSE電路采用LTC4258,圖1b所示PD電路采用LTC4257。如果該應(yīng)用需要斷開交流,在PSE電路中可以用LTC4259取代;如果應(yīng)用要集成開關(guān)調(diào)整器,在PD電路中可以采用LTC4267取代。
大功率工作
下列電路例子展示了實現(xiàn)大功率工作的幾種辦法。注意:在下面的一些PSE電路中,通道4被用于描述電路的變化,但是,也可以采用任何其它通道。
兩對大電流方案
通過簡單地改變傳感器電阻的數(shù)值(圖1a中的RS1到RS4),就可以增加PSE的功率級別。RSn被設(shè)為0.5Ω,符合802.3af標準的規(guī)定(375mAICUT,425mAILIM)。例如,將RSn減小到0.25Ω,就可以把電流限制增加一倍(750mAICUT,850mAILIM)。當采用短電纜時,這就可以把PD功率增加一倍;如果電纜較長,其損耗就會增加,從而把傳遞給PD的功率限制為小于原來的兩倍。
圖1a:采用LTC4258實現(xiàn)的符合基本802.3af標準的PSE電路
圖1b:采用LTC4257實現(xiàn)的符合基本802.3af標準的PD電路。
圖2a:雙電流大功率、符合802.3af標準的PSE。
[page]
注意,LTC4258也采用傳感器電阻來檢測直流的斷路。把該電阻的數(shù)值減少到0.25Ω,直流斷路門限就可以增加一倍,技術(shù)上就不符合標準的要求。其它802.3af參數(shù)就不受影響:檢測和分類仍然符合標準的要求;而交流斷路門限(僅僅對LTC4259)不受傳感器電阻變化的影響。因為所提高的直流門限存在斷開非常低功率的802.3afPD的風險,盡管這種風險比較小;對于具備802.3afPD的互通性,推薦采用交流斷路。
要改變每個通道的其它兩個元件,以處理額外的電流。典型情況下,MOSFETQ4要用較大的器件取代,以在電流限制期間承受更大的功率。在這種應(yīng)用中,采用D2PAK封裝的IRF530類器件就足夠了。此外,也要指定PoE數(shù)據(jù)磁性模塊以承載更高的電流。幾家磁性元件供應(yīng)商最近推出了具有足夠電流能力的器件。
通過增加兩個新元件,我們可以在符合802.3af的工作和大功率條件兩者之間進行切換。在這種情形下,RS4要設(shè)置為原始的0.5Ω數(shù)值,并要選擇RS4B,以便RS4IIRS4B提供期望的更大電流。把RS4B設(shè)置為0.5Ω(與RS4的數(shù)值相同),就可以把大功率模式設(shè)置為802.3af的功率電平的兩倍。
當Q4B關(guān)閉的時候,端口工作在符合802.3af標準的模式。打開Q4B開關(guān),端口就工作在大電流模式。這種切換可以在任何時間進行:在檢測/分類之前;在檢測/分類之后,但是要在端口上電之前;或在供電之后。注意,Q4B可以采用低壓MOSFET,因為僅僅Q4的漏極具有高端口電壓。Q4B要選擇導通電阻非常低的MOSFET,以防止在更大電流限制中精度不夠。例如,IRLML2502就是采用SOT-23封裝的一種合適的器件。
對PD的改變稍微復雜一些(圖2b),因為內(nèi)部的MOSFET被預先配置為工作在375mA限制電流。然而,添加受PWRGD引腳控制的外部無源器件,就容許工作在大電流模式;與此同時,維持完整的802.3af檢測和分類特征,且限制瞬間峰值電流。
圖2b:兩對大功率PD。
四對小電流方案
為了增加傳遞到PD的功率,另外一種技術(shù)是在CAT-5電纜中為所有四對線供電。圖4a所示為四對PSE電路,其中每一對都具有標準的802.3af電源。對傳感器電阻的數(shù)值不需要作出變更。
圖3a:四對802.3af電源。
四對PD電路是最大的變化(圖4b)。現(xiàn)在需要采用兩個LTC4257器件,電源電路必須具備足夠的智能,以便把從每一個通道吸取的電流限制在802.3af規(guī)范容許的范圍之內(nèi)。要做到這一點,就要平衡從每一對線吸取的電流或平衡從每一對線吸取的功率,直到它接近(但是不超過)ICUT極限,然后,才從其它線對吸取電流。這種電路可能相當復雜,不同的設(shè)計之間差異也很大。
圖3b:四對小電流PD。
四對技術(shù)(four-pairtechnique)的優(yōu)點是利用了電纜中的所有導線,最大限度地減少了總的電纜阻抗及長電纜所產(chǎn)生的功率損耗。任何利用標準電流的大功率技術(shù)也完全接近符合802.3af標準,因為僅僅采用信號對或備用對就能夠符合標準的要求。主要缺點是復雜性高,價格昂貴。PSE的每一個端口需要兩個通道的控制器芯片,將端口密度減少了一半;而PD需要兩個通道和附加的電流平衡電路,以確保從每一對線吸取的電流不超過最大值。此外,如果只有信號對具有連續(xù)性,四對技術(shù)就不管用,正如在一些CAT-3建筑安裝中看到的那樣。
因為四對線方案的成本昂貴且復雜性高,在中等功率級別,人們寧愿采用兩對大電流技術(shù)。只有當PD功率上升到35W以上,四對系統(tǒng)才最為適用。
四對大電流方案
把大電流電路與四對連接結(jié)合起來,可以沿著電纜比其它任何技術(shù)傳遞更多的功率。四對大電流容許沿著100米的CAT-5電纜向PD傳遞50W的功率,如果電纜長度縮短的話,所傳遞的功率要更大。盡管這種方案存在所有以前方案的缺點,但是,所傳輸?shù)墓β蕝s最大。對于50W以上的功率,長的電纜很快會出現(xiàn)“阻抗匹配”問題,在此,電纜所消耗的功率比傳輸給PD的功率還要大。如果縮短電纜的長度,就可以進一步增加電流,其數(shù)值最終受限于RJ45連接器、磁性元件的偏置電流和CAT-5電纜中溫度上升的程度。極大功率(>50W)電路只應(yīng)該用于由同一供應(yīng)商指定整個解決方案的系統(tǒng)之中。
分類:何時適用大功率
特別情況下,如果不采用上述電路,一種辦法就是確定何時把大功率施加在線路上。在正常情形下,所有技術(shù)都將成功地為符合802.3af標準的PD供電。雙門限電路需要從PD獲取一些信息以了解何時切換門限;而四對方案需要了解何時才適合切換到第二組導線。IEEE802.3at委員會正在努力解決這些問題,但是,還沒有確定最終方案。在過渡時期,需要采用特殊的方案來識別大功率PD。
802.3af定義了不使用的類(第四類),看起來就像為大功率PD特制的;LTC4258/59PSE芯片和LTC4257/67PD芯片都支持第四類。幸運的是,第四類PD如果插入標準的802.3afPSE之中的話,它就可以采用第三類限制電流供電;而如果它試圖吸取更大的功率,它就會重復地打開和關(guān)閉。第四類可以被用作為連接了大功率PD的“報警”信號,但是,建議在傳輸更大功率之前,先發(fā)出一個附加的握手信號。理想情況下,大功率PD應(yīng)該從大功率PSE接收某種信號,確認“工作在大功率模式”是可接受的。如果沒有收到握手信號,PD就應(yīng)該向用戶發(fā)出某種信號,表示它插入了錯誤類型的PSE。
針對準標準大功率PSE和PD的最佳技術(shù)取決于應(yīng)用。在功率最大為30W的級別,兩對大電流技術(shù)的成本和復雜性最低,而利用雙門限電路可以完全符合802.3af標準。如果需要最大功率(50W或以上),四對大電流技術(shù)就是最佳的選擇。
特別推薦
- 增強視覺傳感器功能:3D圖像拼接算法幫助擴大視場
- PNP 晶體管:特性和應(yīng)用
- 使用IO-Link收發(fā)器管理數(shù)據(jù)鏈路如何簡化微控制器選擇
- 用好 DMA控制器這兩種模式 MCU效率大大提高!
- 深入分析帶耦合電感多相降壓轉(zhuǎn)換器的電壓紋波問題
- Honda(本田)與瑞薩簽署協(xié)議,共同開發(fā)用于軟件定義汽車的高性能SoC
- 第13講:超小型全SiC DIPIPM
技術(shù)文章更多>>
- IGBT的并聯(lián)知識點梳理:靜態(tài)變化、動態(tài)變化、熱系數(shù)
- 技術(shù)創(chuàng)新+場景多元,協(xié)作機器人產(chǎn)業(yè)騰飛正當時
- 躍昉科技五周年:以技術(shù)創(chuàng)新為引擎,推動行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型
- 2025第六屆深圳國際芯片、模組與應(yīng)用方案展覽會
- 接線端子的類型與設(shè)計選擇考慮事項
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
Lattice
LCD
LCD模組
LCR測試儀
lc振蕩器
Lecroy
LED
LED保護元件
LED背光
LED調(diào)光
LED模擬調(diào)光
LED驅(qū)動
LED驅(qū)動IC
LED驅(qū)動模塊
LED散熱
LED數(shù)碼管
LED數(shù)字調(diào)光
LED顯示
LED顯示屏
LED照明
LED照明設(shè)計
Lightning
Linear
Litepoint
Littelfuse
LTC
LTE
LTE功放
LTE基帶
Marvell