以太网供电技术特征及应用于转换器的设计

1、以太网供电基本技术特征分折

　　以太网供电（PoE）技术是一种能通过标准以太网电缆提供供电及传送数据的技术。通过以太网获得供电的设备例如网络电话、保安系统摄录机和无线局域网节点都可采用PoE技术。

　　由于通过以太网获得供电的电子设备无需依靠交流电，而且系统的整体成本也较低，因此PoE解决方案很快便大受市场欢迎。以网络电话为例，采用不中断电源供应(UPS)技术可以保证供电更稳定可靠，不易出现浪涌电流、盗电、电力中断等情况。此外，世界各地都普遍采用RJ-45连接器，因此各地的PoE设备可以兼容。采用PoE技术的电子设备不但具有管理上的灵活，而且还具备远程通、断电能力。但以太网集线器的供电量以及以太网电缆的电流传输量毕竟有限。为确保两者不出现过载，国际电子电气工程师协会(IEEE)特别为需要通过以太网获得供电的负载制定802.3afPoE技术标准，确保有关负载的电气特性符合标准。

　　PoE是从中央交换机向以太网连接的设备(VolP电话、WLAN发送器、安全摄像机)供电的方式。使用现有的CAT5电缆就无需交流供电(并省去配线开支)。中央交换机还能够控制用电设备的功率分配，可为重要系统提供复杂的不间断的电源管理。

　　以太网供电工作三个基本功能：一个PoE负载或用电设备(PD)必须具备三个基本功能才可以与供电端的供电设备(PSE)连接。这三个功能分别是发现、分级及欠压锁定。

　　1.1发现阶段-受电设备的检测：

　　当一个激活PoE的以太网电缆插入PD后，即当受电设备(PD)被接入以太网链路时，PSE必须检测每个以太网设备是否需要电源？供电设备(PSE)会向PD发出询问信号判断PD的PoE是否被激活，因而PD必须表现出区别于传统以太网设备的特性，这一阶段被称为发现阶段。IEEE 802.3af标准的PD要求开始于一个25kΩ和小于120nF的特征识别，正是这一特征使PSE通过测量其"检测特征"-共模终端来检测需要供电的设备，将PD从不需要供电的其它以太网设备中区分出来。PD只需要具有这些检测特征，同时其链路处于检测模式，则即可实现检测。也就是说，供电设备(PSE)可以利用特征检测功能，测量电缆阻抗的大小，以确定用电设备(PD)是否已连接。供电设备可以根据其内部设定作出判断，若阻抗的测量值介于23.75kΩ～26.25kΩ，便可断定已连接用电设备。

　　PSE对PD检测的具体方法有二。其一、为实现这种检测，PSE通过测量两个V-I(电压-电流) 点和从它们之间的斜率来计算电阻以判断端口的共模终端来检测需要供电的设备.就是利用2.7V至10.1V的限流电压探测信号线。表1列出检测状态下PSE对要被检测为有效的PD必须具备的参数条件。表1参数之所以允许1.9V的串联电压偏移是因为通常采用二极管桥来控制电压极性。每个PD会用到两个这样的二极管全桥(见图1所示，为用MAX5935 PSE控制器和MAX5940 PD接口/控制器的PoE供电系统简化设计方框图)，因为PD必须向后兼容于中间PSE。而10μA的电流偏移是因为PD内部通常具有一定的泄漏。另外，通过表2给出了另外一系列参数条件，任何满足这些条件的检测都将判定以太网设备为一个无效的PD。

　　但由于许多新一代PoE设备所需的供电量往往超过目前的规定标准，因此如LM5072芯片设有特别的功能，容许芯片利用辅助电源提供的供电，而且最高电流可以设定为800mA，使供电可高达25W。

　　其二、需要指出的是，在发现阶段，PSE向PD释放电压斜波并寻找负载(25 kΩ)产生的一个特性阻抗。如果并未检测到正确的阻抗，PSE假定负载的PoE并未激活并会关断PoE的发送端。之后，系统将按照标准的以太网连接方式工作。如果检测到了阻抗信号，PSE将进入分级阶段。信号识别电压是一个2.5 V至l0 V之间的斜波电压。一个24.9 kΩ的电阻即能为发现阶段提供正确的信号阻抗，见图 2(a)所示。

　　1.2 分级阶段：

　　PSE继续向PD施加斜波电压。

　　在15 V至20 V范围内，分级阶段发生了。在电压转换期间，PD必须吸收一个特定的电流以确定器件的级别(见图2(b)所示)。24.9 kΩ的识别电阻同样可以进行最简单的级别分级(CIass 0)。分级电流描述了PD在正常操作下所需要的功率大小。PSE则将这一信息输送给控制器，使系统能够确定PD所需的总功率。下表1显示了分级电流及PD工作时对功率的要求。

　　1.3 开启阶段：

　　分级阶段后，当欠压锁定(UVLO)线路被释放及PD可以被供电后，PSE继续抬高斜波电压，最高到30V。此时需要软启动电路来控制由PSE吸取的电流。图2(c)显示了一个典型的欠压锁定电路。

　　通过这个过程，PSE与PD共同决定了负载的特性并且仅会向具备PoE功能的设备供电。在中央的系统控制器能够决定负载要求并且在UPS预算供电失败的情况下根据实际需要合理分配功率。