PoE如何供电智能楼宇

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大部分办公大楼都有一个现有的以太网基础设施,配有装有电池供电的 UPS (不间断电源系统)的集中网络机柜,以在停电时维持重要网络设备的运行。以太网供电(PoE)为智能建筑供电提供了很多优势。通过 PoE连接, IT部门可以选择性地为离网箱最远100米的关键电子设备(如摄像头)供电。为进一步降低成本, PoE的安装不需要电工,同时又符合国际安全标准。电源与数据的结合使得照明,安全,标牌等应用更加智能化;而当战略位置远离电源插座时,Wi-Fi性能也得到增强。

供电

2018年10月,IEEE新的PoE规范(IEEE802.3bt)获得批准,提供了对高达90 W功率的支持,以及包括Autoclass在内的额外功能。

IEEE 802.3bt支持高达90 W的功率,与之前的标准相比有了显著的提高,为更高功率的应用打开了大门,包括智能楼宇内的互联照明和标识。

本篇文章将概述PoE系统,并重点介绍IEEE 802.3bt提供的新功能。

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图1. IEEE智能楼宇应用规范

PoE 拓扑

一个PoE系统非常简单。PoE网络交换机是供电设备(PSE),通过以太网电缆(通常为CAT5)为一个PoE设备(PD)供电。

 

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图 2. 基本PoE 拓扑

2对电源对比4对电源

IEEE 802.3bt与以前的PoE规范的一个主要区别是,新标准使用了RJ45连接器的全部四对,允许传输的功率大大增加。802.3bt规范将线对类型分为八个不同的类别(classes)。

●   从供电设备(PSE)的角度来看,每个PoE 2 class (5-8)是一个15 W切片,

●   而从PD的角度来看,每个PoE 2 class是11 W的切片。

更精细的classes与类型切片通过向接的PD提供各种功率来优化多端口PSE的能效,尤其是当联接的PSE端口数量增加时。

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图3. 2对电源对比4对电源

Autoclass和电源能效

一旦一个PSE连接到一个PD,它就会通过测量该PD提出的25 kΩ下拉电阻来识别其检测特征值。然后,该PD在最多五个Class Events/Mark Events期间从PSE产生其要求的class 特征值(功率要求)。

IEEE 802.3bt规范引入了一个新的功能,称为Autoclass。在1.2秒的窗口内,当该PSE学习了该PD的分类,并且PD上电并打开后,PD将吸收其最大电流。然后,PSE测量该电流,根据PD分类增加一些余量,这就成为该特定PD的最终分配功率。

Autoclass有助于优化PSE的功率分配。例如,一台PSE网络交换机可能为8个802.3at端口加上4个802.3bt端口提供服务,共计600 W(30 W x 8 =240 W,加上90 W x 4 = 360 W)。

如果4个802.3bt PD中的2个各需要65 W,在没有Autoclass的情况下,交换机将不得不为这两个端口分配180 W(90 W x 2个端口)。

有了Autoclass,假设两个bt PD的CAT5电缆长度较短,并为每个端口增加1.75 W的余量,该PSE网络交换机将为这两个802.3bt端口分配约136.5 W(短电缆长度下每个端口约66.5 W,加上每个端口的1.75 W余量=68.25 W/端口)。如此该PSE网络交换机可以将节省下来的43.5 W(180 W-136. 5W)用于其他十个端口。

IEEE 802.3bt PD应用框图

下图概述了高能效IEEE 802.3bt用电设备内的元件。从左至右移动,交流变压器将以太网10/100/1000数据耦合到附近的处理器。

高效率 GreenBridge™2 MOSFET方案可以实现全波整流,同时比传统的硅二极管桥消耗更少的功率。NCP1095控制器符合 IEEE802.3 bt标准的第7引脚建议使用25 kΩ来检测下拉电阻。引脚2和3通过 Class (电阻值)来确定 PD所需的电源,并通过附加后的分类事件与 PSE进行沟通。引脚6、8、9和10通过一个外rsense和pass门,共同控制电涌和过流保护(OCP)。13、15和16引脚完成与同伴处理器的三位数位通讯。该引脚14 PGO管脚告诉下游DC-DC设备输出正常指示。第4脚可以让NCP1095从本地的辅助电源供电,而第6脚则可以控制自动开关功能,从而提高能源效率。

 

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图 4. IEEE 802.3bt 用电设备(PD) 应用图

PoE的未来

通过提供高达90 W的功率以及分类、Autoclass和MPS等新功能,IEEE 802.3bt将有助于为PoE的许多新的智能楼宇应用打开大门,包括互联照明。

 

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