IEEE 802．3bt的PoE系统在智能楼宇供电中的应用分析

大多数办公楼都有一个现有的以太网基础设施，带有集中式网络机柜配备有电池供电的UPS（不间断电源系统），以便在停电期间维持重要的网络设备的运行。

PoE联接允许IT部门有选择地给距离网络机柜最远100米的关键电子设备（如安全摄像头）供电。为了进一步降低成本，PoE安装不需要电工，同时又符合国际安全标准。电源和数据的结合使照明、安防、标牌等应用变得更加智能;而当战略位置远离电源插座时，Wi-Fi性能也得到增强。

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。

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。

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。

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。

高效的GreenBridge™ 2 MOSFET方案可实现全波整流，同时比传统硅二极管桥消耗更少的功率。符合IEEE 802．3bt标准的NCP1095控制器上的第7引脚提出了25 kΩ检测下拉电阻。

引脚2和3按Class（电阻值）确定PD的功率需求，并在附加后的分类事件中将其传达给PSE。引脚6、8、9和10通过一个外部rsense和pass门共同控制浪涌和过电流保护（OCP）。

13、15和16引脚完成了与同伴处理器的三比特通信。引脚14 PGO引脚告诉一个下游DC-DC器件输出正常指示。第4脚允许NCP1095从本地、辅助电源上电，第6引脚控制Autoclass功能以提高能效。

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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