面向以太网供电(PoE)的IEEE 802.3af标准将以太网网络连接引向了一个全新的方向,即以10/100/1000Mbps数据速率一并输送DC功率。伴随PoE而出现的一组独特的问题和崭新的思维方式是许多拥有以太网设备设计经验的工程师过去所并不熟悉的。目前,PoE一般用于VoIP电话、无线接入点和安全摄像机。而随着PoE技术的进步,改进标准的呼声渐起,旨在造就新兴的应用。
以太网链路允许一部受电设备(PD)从供电设备(PSE)吸取高达12.95W的功率。PoE链路或端口受控于PSE,后者在对端口(ICUT、ILIM和断接)进行供电和监视之前要通过检测和分级来识别PD。PoE的大部分任务都由PSE来承担,它必须执行检测并准确无误地完成断接,以避免老式设备受到损坏。如果PSE未能适当地执行分级、功率输送和监视,则有可能导致设备间歇式故障。当PSE施加电量时,PD将遵循IEEE 802.3af标准、无振荡地接通并避免吸取超过需要的功率。由于这两种类型的设备必须相互合作,PD和PSE设计师也应当从对方的角度来考虑问题。
面向新兴应用的较高功率
虽然13W的功率对基本型IP电话已经够用,但对于电动照相机、多无线接入点和具有大型彩色显示屏的设备来说就显得严重的不足了。眼下,IEEE正在制定一项功率更高的标准(俗称PoE+,正式名称为IEEE 802.3at),它将与现用的802.3af标准共存。虽然新标准所规定的极限功率级尚未确定,但从目前的情况来看,我们将很有可能看到30W的双线对系统和60W的四线对系统。IEEE 802.3at委员会已经承接了一项旨在制定一种世界性标准的艰巨任务,它将成为具有与目前广泛使用的802.3af设备的反向兼容和互操作的安全、高功率标准。由于该规范的编写过程十分复杂,因此其最终版本不大可能在未来的一年半到两年的时间里与我们见面。
图1 1a采用LTC4258及符合802.3af标准的基本PSE电路
虽然标准的CAT-5电缆具4根双绞线,但在任何给定的时刻,802.3af标准只允许其中的两根双绞线传输电流。一种可选方案是允许通过第三根和第四根双绞线来传输额外的电流,从而使可用功率倍增。第二种可选方案是提高电流限值,从而使得相同的两根双绞线可输送更多的功率。这两种方法均已在专有的PoE系统中使用。然而,由于它们各有缺陷,因此选择起来很复杂。
图1b STC4257及符合802.3af标准的基本PD电路
实现准标准(Pre-Standard)高功率PSE
在过渡期间,有些应用需要高功率,而且不可能等待新标准的颁布。实现该目标有多条途径。下面的电路基于了采用LTC4258、符合802.3af标准的基本PSE电路(如图1a所示)和采用LTC4257的基本PD电路(如图1b所示)。如果应用需要AC断接功能,则可在PSE电路中换用LTC4259;如果应用需要一个集成开关稳压器,则可在PD电路中换用LTC4267。
图2a 双电流高功率/802.3af PSE
下面的电路实例说明了实现高功率操作的几种方法。请注意,在以下的PSE电路中,虽然有些采用通道4来举例说明电路的变化,但实际上任何通道都是可以使用的。
双线对、高电流
可以简单地通过改变检测电阻器(图2a中的RS1~RS4)的阻值来提升功率级别。为了符合802.3af标准(375mA ICUT、425mA ILIM),RSn被设定为0.5Ω。例如,把RSn的阻值减小至0.25Ω将使所有的电流限值增加一倍(750mA ICUT、850mA ILIM)。当采用一根很短的电缆时,这将使输送至PD的功率倍增;而当采用较长的电缆时,由于损耗增加,因此使得输送至PD的功率的增幅略低于2倍。
请注意,LTC4258也是采用检测电阻器来检测DC断接的。把电阻器的阻值减小至0.25Ω将把DC断接门限提高一倍,因而使其在技术上与802.3af标准不符。其他的802.3af参数并未受到影响:检测和分级将保持与标准的相符性,而且,检测电阻器的改变不会影响AC断接门限(仅LTC4259)。由于DC门限的提升会使一部功率非常低的802.3af PD有断接的微弱危险,因此建议采用AC断接,以实现与802.3af PD的互操作性。
图2b 双线对高功率PD
为了处理额外的电流,需要变更另外两个元件(每个通道)。在通常情况下,将需要采用一个较大的器件来替换MOSFET Q4,以耐受电流限制期间的较高功率。在该应用中,D2PAK封装的IRF530型器件是合适之选。但还必需拟订PoE数据磁性元件的规格,以传输较高的电流。多家磁性元件供应商新近推出了具有足够电流承载能力的组件。
图3 a 四线对802.3af电路
图3b 四线对低电流PD
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