驅(qū)動高功率以太網(wǎng)絡(luò)供電技術(shù)

以太網(wǎng)絡(luò)供電(PoE)技術(shù)能夠透過標準Cat-5電纜進行供電，完全不需要透過墻面轉(zhuǎn)接器或其它外部電源，就能夠驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。這類系統(tǒng)需要兩項主要組件，分別是供電的電源供應(yīng)設(shè)備(power sourcing equipment, PSE)及接收并使用這個電源的動力裝置(power device, PD)，如圖1。

圖1 具備電源設(shè)備及供電裝置的典型PoE網(wǎng)絡(luò)示意圖

目前有許多已開發(fā)的實用PoE應(yīng)用，然而，新推出的應(yīng)用所需要的功率高于現(xiàn)今802.3af標準所定義的功率限制，也就是為用電裝置端提供約13 W的功率?，F(xiàn)今需要新的PoE+標準以滿足增加功率的需求，但這項新標準仍未定義完成。在新標準出爐前，勢必要能夠針對所需功率高于現(xiàn)今可提供功率的PD負載進行供電。

高功率PoE的系統(tǒng)需求

任何采用Cat-5電纜的高功率解決方案都必須符合下列基本規(guī)范：

不得造成以太網(wǎng)絡(luò)纜線、電源供應(yīng)設(shè)備(PSE)或PD過熱

不得造成電流不均衡，以避免變壓器飽和的危險

必須將操作電壓維持在802.3af標準電壓范圍內(nèi)任何解決方案應(yīng)該盡可能提供下列功能：

與802.3af標準兼容：搜尋、分類、電流消耗、欠壓封鎖（undervoltage lockout）、流入電流（in-rush current）、電流限制等

具備電源管理功能

電纜裝置時的損壞電線偵測

在較高電壓下運作

802.3af標準規(guī)定PSE輸出電壓介于44至57V之間，且PSEICUT(表示耗電過載的程度)最低為350mA，而ILIM(表示可能的最高耗電量)最低為400mA。使用長度為100公尺且最壞情況饋電電阻為20的纜線時，在允許最低電壓運作的狀況下，PD輸入受限為12.95W。

若要提供更多的電源，只需要以接近57V限制的較高母線電壓進行運作即可。該解決方案的優(yōu)點是提升系統(tǒng)效能，并降低纜線與PSE及PD輸入階段的耗損。

現(xiàn)有的Cat-5電纜安裝仍可繼續(xù)使用，因為纜線耗損并未增加，而且只要遵照設(shè)計規(guī)則進行，確保不會造成任何不良狀況，此解決方案出現(xiàn)電線不均衡與磁性飽和等風險的機率便不會大于標準PoE安裝方式。另外，此解決方案與802.3af標準兼容，并且使用與802.3af裝置相同的磁性組件。

若要使此解決方案發(fā)揮效用，提供輸入電壓的切換式電源供應(yīng)必須以較嚴格的容差（tolerance）進行調(diào)節(jié)。例如，如果偏差介于53至57V之間，則在電源供應(yīng)的過壓防護之外，需要±3.5%電壓容差。

如今，Cat-5銅質(zhì)通信配線已成為寬帶服務(wù)的最低需求，其中采用的標準是EIA/TIA-568，而Cat-5電纜的設(shè)計采用24AWG導(dǎo)體，因此最壞情況饋電電阻為12.5。

通過四對電纜供電

為達到更高電壓的更高功率需求，將所有四對電纜與兩個PSE操作端口搭配使用是可行的解決方案（如圖2）。采用此解決方案時，仍可達到上述的所有優(yōu)點，而PD端的設(shè)計人員可以選擇以串聯(lián)或并聯(lián)方式連接DC/DC電源供應(yīng)。

圖2 運用現(xiàn)有解決方案管理高功耗裝置

若要使解決方案確實可行，設(shè)計人員必須確保各個饋電之間都能共享可接受的電流分配(電流分配不可與各對線之內(nèi)的平衡相混淆)。由于各個饋電都有個別的二極管與二極管電橋(負溫度系數(shù))、保險絲，以及電阻組件，而各個PD都有負輸出阻抗的切換式電源供應(yīng)，因此建置時必須小心謹慎。另外，可以在PSE端使用兩種不同電壓的電源來驅(qū)動每一對線，以達到兩種不同的電壓等級。如果分配不均，達到的電流限制將遠低于預(yù)期的總電流。

透過雙對線增加供電

若要使用雙對線增加供電，可行的解決方案是提高電壓使每一對的電流增加。在這類應(yīng)用中，PD及PSE上設(shè)定的電流限制高于現(xiàn)今802.3af標準所定義的限制。

PD及PSE電源組件必須有較高的電流能力，這對于數(shù)據(jù)變壓器組件而言尤其重要。我們可以預(yù)估在同一對線中兩條電線之間的直流電流不平衡狀況會高于802.3af標準規(guī)格，然而，不論直流電流的狀況為何，都務(wù)必維持訊號的完整性。

現(xiàn)有的Cat-5電纜安裝仍可繼續(xù)使用，由于周圍環(huán)境溫度與纜線溫度會隨著電線散出的熱能而升高，因此必須確保不超過額定上限的纜線溫度。

強烈建議線纜內(nèi)只有幾條纜線出現(xiàn)較高的電流，以避免線纜的內(nèi)部電線出現(xiàn)高溫上升的狀況。此外，也必須根據(jù)接合力/分離力(電容與電感負載)以及電流傳導(dǎo)能力來選擇連接器。

對于電源需求高于802.3af標準的PD負載，可以使用雙對線或四對線解決方案，然而，這兩種解決方案無法使PSE預(yù)估PD尚需多少電量(超出802.3af標準限制的部分)，也無法預(yù)估應(yīng)該使用一個連接埠或并用兩個連接埠，而且PD也無法得知PSE在標準狀況下能夠再提供多少電量。