輔助電源對以太網(wǎng)供電（PoE）應(yīng)用的擴展

在PoE系統(tǒng)中加入輔助電源通常有三種配置方式：通過受電設(shè)備前端熱插拔部分；直連到受電設(shè)備的電源控制器輸入端；直連到受電設(shè)備的電源隔離輸出電壓。

在第一種配置方式中，電源能復(fù)接到受電設(shè)備的前端并通過熱插拔部分進行傳遞。這種方式有時也稱作前端輔助供電，如圖1所示。

圖1 前端輔助供電

由于電能通過受電設(shè)備的PoE接口控制器傳遞，所以前端輔助供電具有熱插拔保護優(yōu)勢。如果前端輔助供電的電壓低于正常的PoE電壓，先供電的電源輸出就會出現(xiàn)不確定狀態(tài)。這是因為在PoE之前加入輔助電源將使供電設(shè)備喪失PSE能力，因而無法檢測到受電設(shè)備的簽名電阻；而且無論什么時候使用輔助電源都會出現(xiàn)這種問題。但是，如果先給PoE供電，輔助電源的低電壓將受到反偏的功率二極管抑制。低電壓前端輔助供電的另一個缺點是拽取功率限制。熱插拔限流功能對拽取輔助電源電流進行限制的時候，會發(fā)生這種情況。

如果前端輔助供電的電壓大于或等于PoE電壓，情況就更復(fù)雜了，這是由于兩個電源將共享受電設(shè)備的負(fù)載，與它們的穩(wěn)壓電壓成正比，與它們的輸出阻抗成反比。當(dāng)使用高壓輔助電源時，情況將更為復(fù)雜，因為它為控制器引入一種新的熱插拔情況。由于MOSFET對電源的輸入電容充電，受電設(shè)備控制器輸入電壓的突然增長將使熱插拔晶體管進入限流狀態(tài)。這種情況將使系統(tǒng)暫時偏離輸入“電源良好”狀態(tài)，為了持續(xù)供電，必須將這種情況去除。熱插拔控制器的電流限制應(yīng)該高于輸出到負(fù)載上的直流電流。如果直流電流限制設(shè)置得過低，熱插拔控制器在差錯出現(xiàn)前，將無法提供足夠的多余電流來對負(fù)載電容充電?！嚯娺^程必須經(jīng)過仔細(xì)地考慮。如果PoE電源斷開，即前端輔助電源先工作，若斷開輔助電源，供電將無法繼續(xù)，這是因為在供電設(shè)備檢測到一個合法的簽名并繼續(xù)供電之前，模塊的電容上的電荷必須被完全釋放掉。如果前端輔助供電能夠正常工作，那么無論PoE電源在什么時候斷開，都可以持續(xù)供電。

前端輔助供電的應(yīng)用可能是一個十分困難的問題。如果輔助電源直接連接到模塊的電源部分(也稱作后端輔助供電)，如圖2所示，問題的復(fù)雜程度將大為降低。

如果后端輔助電源首先為模塊供電，那么它也將占據(jù)支配地位，這是因為它可以將輸入二極管橋反偏，并阻止供電設(shè)備檢測合法簽名。根據(jù)選擇不同的受電設(shè)備控制器IC，用戶可以在后端輔助供電應(yīng)用中禁用PoE接口。禁用PoE而使用輔助電源供電的配置方式稱為“輔助支配”。輔助支配方式將禁用熱插拔控制器的功率MOSFET開關(guān)，從而禁止PoE供電。如果供電設(shè)備檢測出符合IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)的直流保持電源簽名，供電設(shè)備將認(rèn)為受電設(shè)備將要斷電并關(guān)斷PoE電源。這是后端輔助供電的一個主要優(yōu)點，因為它移除了供電設(shè)備電源，從而將電能分配到其他端口。

如果后端輔助供電配置為非支配模式，且PoE電源先工作，那么輔助電源在PoE斷開之前將不會供電。和前端輔助供電相同，只要后端輔助電源繼續(xù)工作，就可以支配模式或非支配模式持續(xù)供電。如果輔助電源斷開并且PoE電源沒有啟用(因為輔助支配或者輔助電源先工作)，將無法持續(xù)供電。

最后一種配置方式，即輔助電源直接連接到受電設(shè)備的電源輸出方式，是一種簡單卻具備很多優(yōu)點的方案。它需要一個為受電設(shè)備負(fù)載提供所需電流和調(diào)節(jié)電壓的輔助電源。另外，這種配置方式通常需要額外的元件和一些重復(fù)功能，有時甚至需要另一個隔離開關(guān)穩(wěn)壓器或線性二次穩(wěn)壓器。

為PoE供電器件增加輔助電源是一件非常復(fù)雜的、極具挑戰(zhàn)性的工作。只有理解了每種配置方式的成本、優(yōu)點和限制，PoE設(shè)備的設(shè)計者才能夠選擇適合的方案并實現(xiàn)期望的系統(tǒng)性能。