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1、以以 太太 网网 供供 电电 技技 术术供电方式简介n控制系统的供电方式有两种：一种是集中式供电，即电源都引自同一处，另一种是分布式供电，即各子设备在安装位置附近获取电源。从抗干扰效果的角度讲，集中式供电可以基本消除各处参考电位不等的影响。分布式供电方式的整体停电风险比较分散，但存在着管理不便，维护不容易，成本高等缺点。成本抗干扰效果维护停电风险管理分布式供电高差不方便分散不方便集中式供电低好方便集中方便802.3af标准介绍n电气电子工程师协会IEEE于2003年6月批准了以太网供电PoE（Power over Ethernet）标准IEEE 802.3af。PoE这项创新的技术，指的是现有
2、的以太网CAT-5布线基础架构，在不用做任何改动的情况下，借助一根常规以太网线缆在传输数据的同时供应电力，从而保证该线缆在为以太网终端设备如IP电话机、无线局域网接入点AP、安全网络摄像机以及其他一些基于IP的终端传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的能力。实际上，任何需要数据连接并能在13W或更低功率下工作的设备都可采用以太网供电技术。PoE技术将电源和数据集成在同一有线系统当中，即在确保现有结构化布线安全的同时，保证了现有网络的正常运作。以太网供电的优点n由于每个设备只需要一组连线，因此每个设备的布线更为简单和便宜；n免去了 AC 插座和适配器，使工作环境更安全、整洁，成本也更低
3、；n 能与标准以太网和快速以太网标准架构无缝集成；n(4)不间断电源可确保在 AC 电源断电时继续为设备供电；n(5)设备移动方便，可以移到任何有局域网线的地方移动对工作场所影响最小；n(6)可对连接到以太网的设备进行远程监控。以太网供电系统的组成n在PoE系统中，提供电源的设备被称为供电设备(PSE:Power Sourcing Equipment)，而使用电源的设备称为受电设备(PD:Powered Device)。以太网供电的主要设备是PSE，它负责对PD的检测、分级、上电、断路检测等功能。一旦当某个PD被加载，PSE将立即检测到PD的接入，并将在设备被移开时切断电源。PSE还必須提供过
4、流保护，以防止PSE和PD遭受损坏。可以采用两种类型的PSE，一种为端接式PSE(Endpoint PSE),另一种为中跨式PSE(Mid-span PSE)。以太网供电系统的结构中跨式PSE(Mid-span PSE)端接式PSE(Endpoint PSE)PSE的工作原理一、检测一、检测 在允许PSE向线路供电之前，它必须用一个有限功率的测试源来检查25k特征电阻，以避免将48V电源加给非兼容PoE的网络设备，对其造成危害。在加电之前，PSE首先用2.8V至10V的探测电压去侦测是否有PD接入，具体实施时是将2.8V至10V之间的两个电压（间隔在1V或以上）送到网络链路，然后根据得到的两个
5、不同的电流值再作运算（V/I），通常我们将此方法称为两点检测法。PSE的工作原理二、分级二、分级 一旦侦测到有效的PD，PSE需要了解PD的用电量，以便于系统对电源的管理，这个过程称为PD分级（IEEE标准规定此过程是可选的）。这一阶段PSE利用一个15.5V至20.5V的探测电压来检测PD的功率级别。PD通过从线上吸收一个恒定电流(分级特征信号)来向PSE表明自己所需的最大功率。PSE测量这个电流以确定PD属于哪个功率级别，分级期间使用的PSE电压源必须限制到100mA，以避免损坏失效的PD，而且它的连接时间不能超过75ms，以对PD功耗加以控制。级别级别分级特征电流分级特征电流PSEPSE
6、最小输出功率最小输出功率说明说明00-5mA15.4WPD功率未知，不分级18-13mA4.0W低功耗PD216-21mA7.0W中等级功耗PD325-31mA15.4W高功耗或全功率PD435-45mA15.4W保留，功率情况同0级PSE的工作原理三、供电三、供电 成功侦测和分级后，PSE就可向PD供电了。供电期间，PSE还要对每个端口的供电情况进行监视，提供欠压和过流保护。PSE的工作原理四、断路检测四、断路检测 PSE不能向非PD设备传输电力，同样PSE也不能在PD已经断开后还使电源处于接通状态，因为供电电缆有可能会插在一个非PD设备上，或引起线缆的短接。IEEE802.3af标准规定了
7、两种方法让PSE检测PD是否断开，即DC断路检测法和AC断路检测法，不同的芯片供应商根据系统的实际情况选择最适合他们系统的检测方法。AC/DC断路检测nDC断路法根据从PSE流向PD的直流电流大小，从而判断PD是否在线。当电流在给定时间tDIS(300ms到400ms)内保持低于阈值IMIN(5mA到10mA)，PSE就认为PD不存在，从而切断电源。这种方法的缺点就是，当PD工作在低功耗模式时，为避免掉线PD必须周期性地吸取一定的电流。nAC断路法利用端口阻抗的低频AC测量来检测PD的存在。AC断路法必须检测位于以太网电缆远端的一个PD的阻抗，并同时提供一个稳定的输出电压来为PD供电。AC断路
8、法是测量以太网端口的交流阻抗，当没有设备连接到PSE时，端口应该是高阻抗，可能达到几兆欧；而当接有PD时，端口的阻抗会小于26.5k；如果PD消耗大量功率，那么阻抗通常会更低。PD的工作原理检测时n当PSE在PD端口处用2.7V至10.1V之间的电压侦测时，为了便于PSE识别，IEEE802.3af对于PD在侦测过程中的表现（特征）作了规定，PD必须具有表2-5所示的输入特性。PD的输入端口可具有高达1.9V的偏移电压（以容许二极管的压降）和10A的偏移电流（漏电流）。参数参数有效的有效的PD侦测特征侦测特征无效的无效的PD侦测特征侦测特征V/I(斜率)23.75kRPD26.25kRPD12
9、k或RPD45K输入电容0.05FCPD0.12FCPD10F输入电感LPD100H偏移电压1.9V偏移电流10APD的工作原理分级时n当PSE在PD端口处用14.5V至20.5V之间的电压侦测时，PD需要通过吸收一定的恒流来表明自己所需要消耗的功率（可选），所以PSE能够预算PD的功耗，同时也方便PSE对电源的管理。PD的工作原理上电时n探测和分级完成后，PD就会从PSE获得一个44V到57V的电压，这时PD要遵守几条规定。在端口电压升到30V以前，它不应该消耗太大的负载电流，以避免与分级特征信号互相干扰；当电压达到42V时，它必须处于完全工作状态。工作状态时PD端口电压应该在36至57V之
10、间，而当PD的端口电压跌落到30至36V之间时，PD应该关断端口。PD工作时不能连续消耗350mA电流或12.95W功率，短时内允许有400mA的浪涌电流。PD的输入电容必须低于180F，以便在电源接通时将浪涌电流保持在合理的水平；如果输入电容大180F，PD就要主动限制浪涌电流，使它低于400mA。PD的工作原理掉电检测时n最后，PD还必须通过维持功率特征（Maintain Power Signature:MPS）发送持续工作信号。如果没有MPS，PSE将切断电源，阻止一个受电电缆接入不能通电的以太网设备。PD至少要保持10mA的电流且交流（AC）阻抗要维持在26.25k或更少与超过0.05
11、F电容并联，以避免PD掉线（offline）。参数参数符号符号单单位位MinMinMaxMax1输入电流IportmA102输入阻抗Rpd_dK26.253输入电容Cpd_dF0.05目前的研究状况n目前已有多家半导体厂商提供了符合IEEE802.3af规格的PSE控制器。这些器件在降低系统成本、提供更高可靠性的同时，也加速了以太网供电的广泛普及。这些控制器为凌特公司(Linear)的LTC4258/59，德州仪器的TPS2383、TPS2384、以色列PowerDsine公司的PD64008、美信公司(Maxim)的MAX5935、ST的STE12PS。以太网供电技术正在一步一步向前迈进，大
12、功率以太网供电标准正在开发中。PowerDsine已经在IEEE大会上提交“大功率以太网供电”标准，估计于今年年底颁布新的标准。该标准将支持为笔记本电脑等设备供电。Maxim和ST已经推出了能够提供30W的电源管理芯片。PSE的设计实现（采用TI的Tps2384）MSP430系列单片机TPS2384Port 1Port 2Port 4I2C-Bus PSE系统功能结构图 基于PC的通信接口TPS2384原理图 状态显示电路图 MSP430F148 RS232接口电路图 USB接口电路图 PSE通信模块连接图 软件系统主体设计流程图 I2C操作时序图写I2C流程图读I2C流程图 PD（采用TPS
13、2375）TPS2375功能介绍n作为以太网供电设备与用电设备之间的接口，TPS2375电源接口控制器可完成各种必要的检测、分类、欠压锁定、浪涌电流限定等功能。前图中C1为输入电容，R1为检测、R2为启动限流、R3为分级电阻。在低电压输入时，TPS2375把电流降到12A以下，允许24.9k的外部检测电阻。当输入电压在14.520.5V时,外部电阻设置为分级检测。TPS2375的CLASS引脚用于对PD的功率级别进行分级，通过改变连接到它和VSS之间的一个电阻值来进行设定。当PD端口施加有14.5V20.5V的电压来分级时，TPS2375的CLASS引脚通过吸收相应的电流值来向PSE表明自己的
14、功率级别。在检测和分级完成后，供电设备输出电压将超过42V，到达低电压门限电压(UVLO)时，只要输入电压大于30V，受电设备即可正常工作。对于大多数受电设备，还需要DC/DC变换器来将48V电压降到需要的电压值。基于802.3af标准的PoE-Hub12V/24V/48V高功率 POE-Hubn12V/24V/48V高功率以太网供电集线器(POE-Hub)是根据以太网供电标准802.3af所描述的以太网供电技术原理，在面向工业自动化控制网络设备所需的高功率、12V/24V/48V电压要求下，开发的一种集供电和数据转发功能于一体的特殊设备。他主要由数据通信电路和以太网供电电路两步分组成。12V、24V、48V分别为满足不同的工业自动化控制网络设备电压要求而设计的不同以太网供电集线器。在设计过程中，兼顾三种不同电压要求电路所需元器件的封装、尺寸，从而得到了统一的电路板设计形式，在实际应用中，只需按照电压要求，焊接相应的元器件即可。高功率高功率PoE-Hub的硬件系统结构图的硬件系统结构图 电源管理电路结构电源管理电路结构/原理图原理图 单片机运行控制程序流程图单片机运行控制程序流程图 终端监控程序流程图终端监控程序流程图以太网供电设备在EPA系统中的应用示意图谢谢！演讲完毕，谢谢观看！