超過60W的POE關鍵在于符合安全標準

以太網供電標準提供了方便、靈活而增強的管理能力，能夠采用與傳輸數據相同的5類電纜提供電源。目前一代基于標準的技術能夠通過四對電纜線，提供高達60W的功率，也較前一代兩對線方案有更高的效率。

隨著業(yè)界轉向通過5類線（或更好的布線架構）提供更高的功率，系統(tǒng)設計者與網絡管理員必須了解各種新興技術選擇，包括由IEEE主持開發(fā)的標準，以及其它帶來高成本而笨重的部署復雜性，并有潛在安全風險的標準。例如，有些制造商推廣過每端口100W的方案，它在加電前不做檢測，這是一種危險的省略。其它提供200W/端口的方案甚至更加危險，除非在每個PSE（電源設備）單元處使用可硬復位的熔絲，或由有資格的電工做布線。在以太電纜上為設備供電的唯一安全方案是遵守IEEE802.3at-2009規(guī)范。

HDBaseT聯(lián)盟正開發(fā)100W的電源規(guī)范，針對那些通過單根LAN電纜傳輸無壓縮、大帶寬多媒體內容、100BaseT以太網、電源，以及各種控制信號的產品。HDBaseT聯(lián)盟是一個致力于在整個家庭內分配高清晰多媒體內容的推廣與標準化跨行業(yè)組織，它創(chuàng)造了一種“五重”功能，將無壓縮、全高清數字視頻、音頻、100BaseT以太網、IEEE802.3at規(guī)范電源，以及各種用于傳輸的控制信號都聚合到一根5類電纜上。

盡管獨立的制造商們正在追求更高功率水平的方案，但HDBaseT供電方案則提供了其它功能，包括符合IEEE802.3at-2009標準Section 33.7.1，它規(guī)定了所有PSE都要滿足國際電工委員會60950-1:2001規(guī)范，包括作為每端口功率不超過100 VA（或100W），無需特殊過流保護設備的有限電源分類。HDBaseT還做供電設備的檢測與分類，可在加電前確定設備的功耗。

隨著業(yè)界轉向更高功率，其它標準也紛紛現身。例如，HDBaseT供電的電視與音頻設備必須符合UL 60065標準，它要求當負載大于15W時使用阻燃外殼。因此，即使一臺電視負荷滿足了IEC 60950-1:2011對小于100W/端口有限電源的要求，它仍然需要使用防火外殼。

當對有限電源的需求轉向100W/端口以上的實現時，就要求電纜采用一種特殊的阻燃管，通過支架安裝的金屬盒連接到PSD和電源設備的輸入端。這種要求適用于電纜長度大于10 英尺（3.05米）。

圖1 該電路有兩個端口，每端口承載100W。電能在受電設備端計算，每個端口都有限制電源的要求。根據《美國電力規(guī)定》，采用這種方案為設備供電的多端口中跨必須在每個端口處有一個寫明額定功率的銘牌。

對于短于10 英尺的電纜，設計者可以使用同一種四對POE/HDBaseT電纜系統(tǒng)，它包括一個數據電纜和一個RJ-45插頭。但是，此電纜的特性必須超過典型5/E類電纜的要求（圖1）。有些制造商試圖避開100W的上限以及相關的保護要求，他們建議，上限可以適用于一根電纜內兩個PSE中的每一個。使用這種邏輯，他們認為一個符合性PSE可以支持95W，而一個PSE對可以在相同電纜上支持大約兩倍的數量。但這一概念是不正確的，有危險。

IEEE802.3at-2009標準規(guī)定，要在物理接頭處測量100W有限電源的供電上限。UL CAN/CSA-C22.2 60950-1-07的表2B和2C以及UL 60950-1文件都清楚地定義了對有過流器件和沒有過流器件的電源的限制（表1和表2）。從UL觀點看，一根電流上存在兩個PSE是不恰當的，因為它是一種使用單一接頭的盒內電源，接頭是唯一輸出電源的連接器，它不得超過100W。

圖2 這些電路在長于3.05m (a) 和短于3.05m (b)的電纜上，實現了250W功率。

實現250W或250 VA供電的唯一方式，要么在每個端口使用斷路器或熔絲，要么讓有資格的電工布放電纜，而這實際上消除了POE技術部署的優(yōu)點。圖2給出了通過全部導線提供100W以上電源（例如兩個單端口的200W情況）的正確配置。

對于信息數據設備或大于15W的電視和音響設備，如果總供電負荷大于100W，則兩種情況都需要金屬外殼。圖2a中的情況需要一種非標準的布線結構，以確保安全性。方案不能在PSE處和供電設備輸入端直接使用RJ-45接頭，并且需要一名有資格的電工做安裝。圖2b中的情況可以使用典型的POE/HDBaseT布線系統(tǒng)，但也需要特殊布線?？傊?，根據《美國電氣規(guī)則》的標準，采用標準的以太網布線結構，用單一端口提供大于100W電源是不安全的。

圖3 HDBaseT使用以太網電纜的全部四個線對，為受電設備提供了兩個電源接口，這樣提供的電能是雙線對方案的兩倍。

四線對供電

HDBaseT通過采用IEEE802.3at-2009規(guī)范中針對四線對供電的機制，實現了大功率供電能力，并保持了完全的標準符合性。四線對供電在提供更大電能同時，獲得了更高的效率。它為受電設備提供了兩個電源接口，這樣就可以采用以太網電纜的全部四個線對，獲得的功率是雙線對方案的兩倍（圖3）。兩個電源接口中，一個使用1、2、3和6線的雙線對，另一個使用4、5、7和8線的雙線對。這種結構能夠增加提供的能量，并完全符合標準。在一個典型的HDBaseT實現中，會裝一個50至57V-dc的電源為PSE供電，而所有受電設備都直接通過5類或更高等級電纜上的HDBaseT鏈路，獲得電能。

表1 無過流保護器件的電源極限

輸出電壓 輸出電流 表面功率

a UCC：輸出電壓的測量遵照1.4.5，所有負載電路都不接。電壓是持續(xù)的正弦ac和無紋波dc。對于非正弦ac和紋波大于峰值10%的dc，峰值電壓不應超過42.4V。

b ISC：沒有任何容性負荷下的最大輸出電流，包括一個短路電路。

c S(VA)：沒有任何容性負荷下的最大輸出VA。

d 如果保護是來自電子電路或一只正溫度系數器件，則加上負載5秒后，測量ISC和S，其它情況是60秒。

表2 有過流保護器件的電源極限

輸出電壓 輸出電流 表面功率 過流保護器件的額定電流

a UCC：輸出電壓的測量遵照1.4.5，所有負載電路都不接。電壓是持續(xù)的正弦ac和無紋波dc。對于非正弦ac和紋波大于峰值10%的dc，峰值電壓不應超過42.4V。

b ISC：沒有任何容性負荷下的最大輸出電流，包括一個短路電路，在加上負載后測量60 秒。

c S(VA)：沒有任何容性負荷下的最大輸出VA，在加上負載后測量60 秒。

d 測量期間，電路中維持限流阻抗，但過流保護器件被旁路。注：測量時過流保護器件旁路的理由是，確定在過流保護器件工作期間，造成可能過熱的能量數量。

e 過流保護器件的額定電流：當電流等于表中所規(guī)定額定電流的210%時，在120秒內切斷電路熔絲和斷路器的電流。

使用HDBaseT時，核心POE技術使用每兩個電纜對上的1A電流，并使用三事件的分類法來判斷符合標準的PSE。這種方案使HDBaseT技術能夠從HDBaseT鏈路一端向另一端，每端口傳輸高達100W的連續(xù)直流功率。HDBaseT供電標準比IEEE802.3at-2009更前進了一步，它使受電設備能夠識別電纜長度與阻抗，只要總功耗不超過100W，必要時可供出更大功率。HDBaseT能夠使用一根LAN電纜，在100m距離上提供高達100W電源，而無需附加電源，這符合能量使用與需求的趨勢，以及政府主導的提高能效行動。這一功率水平超過了對今天典型40英寸LED電視（需要70W功率）的支持要求。

表3 擬議的6.0版，2012年夏季生效（可視屏幕面積）

今年，美國環(huán)境保護署的最新能源之星5.3規(guī)范將限制所有電視功耗不超過108W，無論是多大屏幕，而能源之星6.0的目標是所有尺寸屏幕電視耗電不高于85W。表3給出了擬議的6.0版電源規(guī)范，它應在今年夏天生效（參考文獻1）。無論LCD電視還是LED電視，很快都應達到每英寸屏幕大約耗電1W的水平。以這種水平，HDBaseT供電規(guī)范甚至可以支持更大的顯示屏。

盡管今天的以太交換機可以且經常內置了POE技術，但還有另一種有能效方式是POE的中跨部署（midspan），它位于一個非POE交換機和一個網絡供電設備之間。中跨也是HDBaseT最喜歡的部署模型，因為要在一個以太/HDBaseT交換機的每個端口增加100W，將會是一個令人生畏的任務，會大大降低系統(tǒng)的可靠性。中跨方式亦能實現遠程電源設備監(jiān)控與配置，從而顯著減少了功耗。網絡管理員可以監(jiān)控每個端口的功耗和總功耗，并配置端口的即時開/關和定期開/關功能，以及不間斷電源狀態(tài)端口的開/關功能。

POE技術還可以提高能效，方式是盡量減少空閑功耗。很多POE中跨與交換機都采用了開關電源，其效率在滿負荷時為90%，意味著一個220W POE電源要消耗220W交流能量，而400W POE電源則消耗440W。不幸的是，當200W額定單元開關電源空閑時，0W負載的開關功率損失為20至40W，而400W額定單元的0W負載時損失為40至80W。通過調整POE的分布式電源結構可以解決這個問題。例如，網絡管理員可以先用一個450W的內部電源處理所有的實時需求，必要時再用一個外接的450W至1 kW電源，升級到每端口的滿功率。

POE創(chuàng)新的另一個重要領域是距離的延伸。四線對電源能夠用最長100m電纜為設備供電，這是HDBaseT標準定義的距離。今天的POE中跨從中間測量電纜長度，當電纜長度和設備的最大功率需求均為已知時，可以正確地向受電設備提供電能。這種方案確保了一臺距離100 m需要22.8W以上功率的受電設備，在達到最大負荷時不會出現意外掉電。

圖4 得到的基線距離延伸

PSE 源 200m處受電設備的功率

四線對IEEE802.3at PSE（60W） 25W（802.3at受電設備） 12.95W（802.3af受電設備） 12.3W（802.3af Class 2受電設備）

網絡管理員可以使用延長器技術，同時向200m基線距離的網絡設備提供數據和電源，如WLAN接入點和網絡攝像頭，這一距離是IEEE規(guī)范的兩倍。延長設備簡單地連接到一個中跨上，并通過POE輸入獲得電能。表4給出了延長的基線距離。另外還可以做級聯(lián)，達到更遠的距離。

POE在不斷發(fā)展，提供了更多高價值的供電功能與管理功能。當技術超越60W限制，具備了新一代更大功率能力時，設計者的要點是保持與所有IEEE802.3at-2009標準的符合性，包括確保安全供電的標準。HDBaseT聯(lián)盟已采用IEEE802.3at-2009作為100W的技術，它完全支持所有安全供電要求，并提供了在單根100m 5e/6類電纜上，聚合無壓縮高清數字視頻、音頻、100BaseT以太網、標準化供電，以及各種控制信號的機會。