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PoE应用前景无限
来源:本站整理  作者:佚名  2008-02-26 13:47:00



作为通过以太网电缆输电的IEEE工业标准,以太网供电(PoE)技术的发展势头十分强劲。这一新兴技术通过传输以太网数据的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电话等。


目前,IEEE 802.3af PoE标准允许设计师通过以太网电缆为用电设备(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(无线局域网)、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电话、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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