電子發(fā)燒友網報道（文/李寧遠）PoE以太網供電是一項歷史悠久被廣泛采用的供電技術，可以看到我們身邊和PoE相關的設備越來越多，互聯(lián)網協(xié)議IP電話、Wi-Fi連接的無線接入點和IP攝像頭等等，現在以太網供電PoE已經成為幾乎所有企業(yè)和工業(yè)物聯(lián)網部署的必備技術。

PoE市場演進方向

傳統(tǒng)設備一般采用從市電通過適配器向設備供電這種模式，信號再通過網線單獨傳輸，PoE以太網供電則通過利用現存標準以太網傳輸電纜同時傳送數據和電功率，像互聯(lián)網協(xié)議IP電話、IP攝像頭這些PoE設備就是通過100 m的標準CAT5以太網電纜實現電力和信號的傳輸，這類供電功率在25.5W和30W（接受/發(fā)送）水平。PoE以太網供電帶來的好處是顯而易見的，在成本、布線、遠程控制、兼容性方面都很有競爭力。

從功率水平的演進來看，1999年的PoL的10W，到IEEE 802.3af的15W，at的30W以及bt的90W，PoE功率的升級讓其適配的應用也越來越多。尤其是802.3bt標準推出并引入了以太網聯(lián)盟EA徽標計劃后，802.3bt可向后兼容802.3at和802.3af，一個較低功率802.3at或802.3af的PD設備可連接至一個較高功率802.3bt的PSE，并可通過4對以上CAT5E線纜最高提供90W功率輸出，PoE的應用開始在各個領域快速發(fā)展。

PoE設備不再局限于IP電話、IP攝像頭這些小型應用，現在如HMI、5G微基站等新的終端都開始使用PoE進行供電傳輸，照明領域的PoE應用的普及尤為快速，PoE設備不僅僅提供基礎的照明功能，還能夠集成多種傳感器，成為一個多功能節(jié)點，可以通過LED，PoE和KNX設備尋址，目前很多廠商都在關注這一領域的應用。

PoE實現中的細節(jié)

PoE設計中供電設備PSE和受電設備PD的互操作性以及是否符合標準是至關重要的。實現PoE的整個流程分為四個部分，首先需要PSE判斷PD是否符合標準。如果符合標準，PSE就會和PD通信，確定PD需要的功率等級。確定功率等級后，PSE開始對PD進行上電操作。上電后PSE會對PD進行電源管理，一是功率上限管理，二是PD斷開后的PSE斷電管理。

在判斷PD是否符合標準的環(huán)節(jié)，具體來看是PSE判斷負極輸出的接入電阻是否符合23.7K-26.3K這個區(qū)間，為了確保判斷的準確性，PSE會產生兩次電壓或電流分別去測量電流或電壓，然后根據計算出的阻值判斷PD設備的合規(guī)性。

然后是功率分類階段，PSE會先把電壓升到15.5V-20.5V之間，判斷流出電流的大小，對PD等級進行劃分。Class1-3只需要做一次判斷，整個環(huán)節(jié)最多需要做5次測量分類。PD設備在該環(huán)節(jié)做得就簡單很多，在Class電壓范圍內通過一個LDO接一個電阻去產生一個對應的電流。

到上電環(huán)節(jié)，PSE會對上電電流做限制，比如Class4最大的上電電流不能超過400mA。因為電流較小，為了減小電容對PD輸入電壓的影響，PD的輸入電容不能超過120nF。但是后續(xù)的DCDC一般又需要較大的輸入電容，這就需要PD用一個MOSFET對PD的輸入電容和DCDC的輸入電容進行隔離。等開始上電后，慢慢打開MOSFET對DCDC電容進行充電，以滿足PSE對上電電流的要求。

雖然PSE對功率做了詳細劃分，但是每個功率等級還是有一定的范圍，當PD需求的功率在兩個范圍之間時，PSE提供的功率會有一些浪費。為了避免這個問題，802.3bt標準在推出時引入了自動分類功能。在第一次Class過程的最后時間，PD會把電流切換回Class0的功率等級，PSE檢測到該信號就會自動開啟該功能。在PSE完成大概的功率等級區(qū)分開始上電后，會在極短的時間內讀取實際電流然后將功率進行精準調整。

PoE設計挑戰(zhàn)

在以前的PoE中，一個電源通道就足以為每個PoE端口供電，現在不僅增加了電源通道用以實現不同等級的電平，還需要提高每個通道的功率密度。隨著這些設備的發(fā)展，功能越來越多，尺寸越來越小，設計也在進一步簡化。電源模塊是這些PoE設備的核心，如何減少電源模塊體積，體積減小后如何保證效率以及如何將溫升維持在需求范圍內都是PoE設備設計中的挑戰(zhàn)。

從PSE設計的角度來說，挑戰(zhàn)來自浪涌和電纜放電、系統(tǒng)級的隔離需求、LED照明支持、復雜802.3bt標準的變更、端口混合設計、多樣的寄存器接口、熱效率以及功率輸出效率等，其交換芯片的上電延遲也極大影響了PSE是否會受到PD延遲影響。為了權衡尺寸、效率以及散熱，很多廠商選擇采用外部FET架構來設計并為PSE系統(tǒng)保留可拓展性以便按照功率需求確定端口數量。

PD控制器也越來越多地開始集成高效率DCDC轉換器以簡化設計，除了提供更多的PD功率之外，采用外部功率MOSFET也能進一步地大幅降低總體PD散熱量并提高電源效率。

小結

PoE利用現存標準以太網傳輸電纜的同時傳送數據和電功率的最新標準規(guī)范，并保持了與現存以太網系統(tǒng)和用戶的兼容性。隨著PSE、PD設計在功率、尺寸、效率上更進一步，PoE將在智能照明、醫(yī)學成像、數字標牌等越來越多新型應用領域里大展身手。