在過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)中，必須監(jiān)測(cè)和測(cè)量溫度、壓力、流速、濕度等重要參數(shù)。在工業(yè)4.0時(shí)代，以太網(wǎng)是通用通信標(biāo)準(zhǔn)。由于以太網(wǎng)是有線(xiàn)網(wǎng)，而發(fā)送器和傳感器通常需要電源，這樣問(wèn)題就來(lái)了：為何不使用以太網(wǎng)電纜同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和供電？

本文介紹以太網(wǎng)設(shè)備如何同時(shí)使用電纜傳輸數(shù)據(jù)和供電。以太網(wǎng)供電(PoE)系統(tǒng)在工業(yè)中廣泛使用，未來(lái)也將發(fā)揮重要的作用。

PoE標(biāo)準(zhǔn)

通過(guò)Cat-5電纜供電在IEEE 802.3af以太網(wǎng)供電標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行了定義。PoE標(biāo)準(zhǔn)以前限制在幾瓦以?xún)?nèi)，但更新的PoE技術(shù)可實(shí)現(xiàn)更高的功率。例如，PoE+允許每端口功率高達(dá)25 W，而PoE++（四 對(duì)以太網(wǎng)供電系統(tǒng)）通過(guò)使用現(xiàn)有電纜的所有電線(xiàn)允許70 W到100 W的功率。與此PoE標(biāo)準(zhǔn)并行的是ADI公司定義的專(zhuān)有標(biāo)準(zhǔn) LTPoE++，該標(biāo)準(zhǔn)定義高達(dá)90W的受電設(shè)備(PD)功率規(guī)范（請(qǐng)參見(jiàn)表1）。

表1. ADI的最新PoE標(biāo)準(zhǔn)

LTPoE++ 降低了PoE系統(tǒng)與類(lèi)似解決方案相關(guān)的技術(shù)復(fù)雜性。即插即用功能、易于實(shí)現(xiàn)和安全可靠的電源是LTPoE++的其他特性。此外，LTPoE++還可與IEEE的標(biāo)準(zhǔn)PoE規(guī)范互操作和向后兼容。但是，由于系統(tǒng)損耗和電纜損耗，實(shí)際可用功率略低于指定的PD功率，PoE+和PoE++也是如此。

PoE組件

通過(guò)以太網(wǎng)電纜給設(shè)備供電主要需要兩個(gè)組件：受電設(shè)備和供電設(shè)備(PSE)。

圖1. 顯示PoE系統(tǒng)的主要組件的方框圖。

PSE負(fù)責(zé)像電源一樣供電，而PD接收并使用功率（負(fù)載）。PSE設(shè)備在通電時(shí)有一個(gè)簽名過(guò)程，以保護(hù)不兼容設(shè)備在連接時(shí)不受損壞。這涉及先檢查PD的簽名電阻。僅當(dāng)此值正確時(shí)(25kΩ)， 才會(huì)為PD供電。如果PSE檢測(cè)到PD，會(huì)先開(kāi)始分類(lèi)；即確定連接設(shè)備的電源要求。為此，PSE將施加規(guī)定電壓并測(cè)量產(chǎn)生的電流。然后根據(jù)電流電平將PD分配至一個(gè)功率等級(jí)。如果一切正常，將供應(yīng)全部電壓和電流。一旦為PD供電，PD就要負(fù)責(zé)將–48 V的PoE電壓轉(zhuǎn)換為適合終端設(shè)備的電源電壓。在典型的PD設(shè)計(jì)中，使用一個(gè)附加DC-DC轉(zhuǎn)換器（二極管橋控制器）。該DC-DC轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)調(diào)整或覆蓋PD提供的組件的電源要求。更新的IC已經(jīng)能夠?qū)?a target="_blank">接口和DC-DC轉(zhuǎn)換器集成到一個(gè)低功率等級(jí)的組件中，這就簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。

根據(jù)IEEE 802.3 PoE規(guī)范，PD必須通過(guò)其以太網(wǎng)輸入接受任何極性的直流工作電壓，因此PD的輸入前端需要兩個(gè)二極管橋。因此，不管使用什么線(xiàn)對(duì)，PD也都可以使用反極性工作。

PD實(shí)現(xiàn)變得簡(jiǎn)單

在A(yíng)DI的LT4276中，存在符合LTPoE++-, PoE+-和PoE標(biāo)準(zhǔn)、具有集成隔離式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的PD控制器。它可以同時(shí)用于正激和反激拓?fù)?，以? W至90 W的功率等級(jí)。與較低功率等級(jí)的傳統(tǒng)PD控制器不同（它也有集成功率MOSFET），LT4276提供驅(qū)動(dòng)外部MOSFET的選項(xiàng)。通過(guò)這種方式，PD減少了損耗，提高了效率。

由于IEEE 802.3以太網(wǎng)規(guī)范要求從設(shè)備外殼的接地處進(jìn)行電氣隔離，LTC4290/LTC4271 隔離式控制器芯片組適合用作PSE。LTC4271代表非隔離側(cè)PSE主機(jī)的數(shù)字接口，而LTC4290在隔離側(cè)提供以太網(wǎng)接口。這兩個(gè)組件通過(guò)簡(jiǎn)單的以太網(wǎng)變送器連接。通過(guò)這種可靠的PSE芯片組設(shè)計(jì)，可避免使用產(chǎn)生隔離電源的附加組件。

如果用理想二極管替換PD側(cè)全橋整流器的兩個(gè)二極管，可提高整個(gè)PoE系統(tǒng)的功率和效率。因此，就像對(duì)待典型二極管一樣使用和控制MOSFET。通過(guò)這種方式，由于低通道電阻(RDS(ON))。正向電壓大幅降低。將LT4321理想二極管電橋控制器和LT4295 PD控制器結(jié)合，可以全橋配置控制四個(gè)MOSFET（參見(jiàn)圖3）。

圖2. PoE電路示例。

圖3. 傳統(tǒng)二極管整流與通過(guò)二極管電橋控制器驅(qū)動(dòng)。

借助PoE，可在為以太網(wǎng)設(shè)備供電的同時(shí)通過(guò)RJ45電纜進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸。ADI開(kāi)發(fā)了自己的專(zhuān)有標(biāo)準(zhǔn)LTPoE++，該標(biāo)準(zhǔn)支持高達(dá)90W的功率，與傳統(tǒng)PoE標(biāo)準(zhǔn)并行。LTPoE++提供的可靠、端到端、高功率PoE解決方案簡(jiǎn)化了電源和設(shè)計(jì)。

新的Chronous產(chǎn)品系列是ADI創(chuàng)新工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品系列。它包括實(shí)時(shí)以太網(wǎng)交換機(jī)、PHY、協(xié)議處理產(chǎn)品，以及完整的網(wǎng)絡(luò)接口產(chǎn)品。ADI推出兩個(gè)可靠的工業(yè)以太網(wǎng)PHY新產(chǎn)品ADIN1300（速率范圍為10 Mbps至1 Gbps）和ADIN1200（速率范圍為10 Mbps至100 Mbps），由此擴(kuò)大了Chronous產(chǎn)品系列。通過(guò)將這些新的PHY和ADI的PoE技術(shù)相結(jié)合，Chronous產(chǎn)品系列實(shí)現(xiàn)了出色的系統(tǒng)級(jí)電源和數(shù)據(jù)解決方案。

審核編輯：湯梓紅