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PoE應用前景無限

发布时间:2019-11-09 03:37:43 编辑:笔名

PoE应用前景无限

作为通过以太电缆输电的IEEE工业标准,以太供电(PoE)技术的发展势头十分强劲这一新兴技术通过传输以太数据的CAT-5电缆进行供电,可以简化用电设备(PD)的安装和部署这些设备包括无线接入点、监控摄像机和VoIP等

目前,IEEE 802.3af PoE标准允许设计师通过以太电缆为用电设备(PD)提供高达12.95W的电力,同时符合安全特低电压(SELV)要求根据 IEEE 802.3af标准,PD可按所需功率分为四个不同的级别Class 1设备需要的最高工作功率为3.84W,Class 2设备需要的工作功率介于3.85W和6.49W之间,Class 3设备的功率范围则介于 6.5~12.95W之间设计师可以根据功率要求将他们的设备指定为特定的级别低成本解决方案可以使用一般的默认级别指定(Class 0),表示PD最高需要 12.95W的工作功率

PSE(供电设备)通过在向PD供电期间提供斜升电压(从2.5V上升到10V)来确定PD的级别如果PSE检测到来自PD的适当阻抗特征(24.9kΩ),它便会继续提升电压如果检测不到特征阻抗,PSE将不会为电缆加电在分级阶段,PSE将向PD施加15~20V的电压,并通过测量电流大小来确定PD的特定级别在此阶段,PD的电源部分将被欠压锁定(UVLO)电路维持在无源状态,以便隔离开关级,直至特征和分级阶段完成一旦分级完成后,PSE将会向PD提供全额工作电压

拓扑结构的确定方法

要为PoE兼容PD开发出高效的电源,设计师需要低压转换器IC、功率MOSFET、浪涌保护、UVLO以及特征和分级电路配合工作目前,设备设计师使用两种方法来满足这一要求有些设计师使用这样的集成方法:将浪涌保护电路、DC/DC控制器、开关MOSFET以及电流限流和其他保护功能结合在一起,然后使用分立电路来增加特征和分级功能、UVLO以及直通开关这种方法可以使所有PoE等级的设计获得出色的可伸缩性,设计师有足够的空间来修改解决方案,使其符合特定的应用例如,Power Integrations公司推出的14个DC/DC转换IC系列具有不同的MOSFET选择和封装形式,可以满足广泛的PoE要求如果采用此方法,设计师则只需少量的外部元件用于特征电路(对于Class 0设计,只需要一个电阻)、分级电路和UVLO电路图1所示为采用此方法的完全可配置的多级IEEE 802.3af兼容PD接口

图1 可设定级别的IEEE802.3at PD接口

其他功率半导体制造商则使用另一种集成方法他们将浪涌保护电路和DC/DC控制器,以及UVLO、开关、特征和分级功能结合在一起这些电路通常都不包括DC/DC开关MOSFET和限流电路802.3af前端集成可以进一步简化PoE接口的设计通常情况下,此方法需要客户来添加分立开关MOSFET和外部限流元件由于在此系统中添加开关元件的工作由设计师来负责,因此他们必须熟悉模拟功率开关级的开关和控制问题他们还必须了解与PCB布局和高频开关相关的稳定性问题这些问题都是设计过程中不容忽视的重要部分,要求设计师对功率电路有良好的理解,并需要额外的时间进行电路板设计和测试

新标准

目前,IEEE专门小组正在制定新版标准新标准称为 Power-over-Ethernet Plus (PoEP) IEEE 802.3at,它将功率要求高于12.95W的设备定义为Class 4(该级别在IEEE 802.3af中有描述,但留作将来使用),可将功率水平扩展到25W或更高由于能够支持更高的功率水平,工业专家预计这一新标准会将PoE应用扩展到新的领域,例如WLAN(无线局域)、销售点终端设备、交换机以及倾斜式/变焦式/平移式监控摄像机新标准正由专门小组制定,预计在2008年底发布新标准虽然尚未制定完毕,但可以从下面的评论中大致了解其中的关键特征

图2a 集成PD与控制器功能

图2b 集成DC转换器功能与分立PD

由于新标准是向下兼容802.3af标准的,因此专门小组面临的一个主要问题是,PSE如何判断与之相连的是802.3af兼容PD还是新的802.3at兼容PD(以及PD如何对PSE做出类似的判断)为了解决此问题,802.3at标准将使用与 802.3af中相同的特征来指示PoE兼容PD,但这样会在分级阶段增加第二次电压脉冲,以便指示PSE的802.3at兼容状态802.3at兼容PD将检测到第二次电压脉冲,并判断它们已连接至802.3at兼容PSE由于分级周期持续时间符合 802.3af时间限制,因此与当前802.3af标准兼容的PD会将第二次脉冲仅视为初始查询和响应的一部分

PoEP标准中最引人注目的一个新变化将是,它能够以比现有标准更详尽的细节来控制功率分布兼容802.3af标准的PSE识别PD的级别后,只需提供级别定义所允许的最大功率即可802.3at系统通电后,符合标准的PSE将能够使用Level-2软件与每个PD进行通信,以确定峰值和平均功率要求这一新功能将允许设计师根据功率预算来设计PoE兼容系统,并使系统总功率能力更接近于系统负载要求峰值负载功率和高电流持续时间之间还可以建立通信(例如,摄像机推拉电机具有较高的短时电流要求)不过,新标准尚未对这种Level-2通信进行完整定义

结语

如今广泛应用的许多电子设备,例如VoIP、吸顶式无线接入点和监视摄像机,都无法容易地放置在AC插座附近它们的安装和使用已受到AC电源可用性的严重限制(或者安装成本更高)PoE技术的出现使设计师可以轻易突破这些限制随着功率半导体厂商提供更多样的开关和器件,再加上新的工业标准将支持更高功率水平的使用,这一新兴技术势必将促进新一代应用的出现

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