IEEE 802.3af / at / bt电源配置阶段，IEE 802.3bt PD应用程序框图

根据美国国家消防协会（NFPA）的数据，美国商业火灾的第三大诱因是电气和照明设备。典型的根本原因是布线陈旧或故障，电路过载，连接松动，保险丝故障，电气负载失衡以及许多其他电气或照明问题。这些可能会导致过热，导致产生火花，最终点燃火源。

干线电源通过三个绝缘铜线（带电，中性线和地线）传输长途和短途交流电。火线带有交流电势差（120 VAC或230 VAC）。中性线使电路完整，并保持在或接近地电位或0V。接地线是用于在发生故障时使电路接地的安全线。简而言之，与保险丝和断路器一起，主电源将其总铜（接地线）的33％用于安全。

图1：2.5平方毫米实心铜市电电源线（左）的横截面，旁边是相同比例的实心铜23 AWG CAT6电缆（右）（来源：以太网联盟）

以太网供电（PoE）通过供电设备（PSE）和受电设备（PD）之间的以太网电缆传输短距离（最长100米）的DC电源。根据PoE标准，最多使用八根铜线来传输DC电源，包括返回路径。简而言之，PoE不会将任何铜用于安全。从哲学和体系结构上讲，PoE标准将安全控制从铜（市电）转移到硅。这里有两个好处；硅比铜便宜得多，您可以对硅进行编码。您不能编码铜。

2对电源与4对电源

以太网使用RJ45连接器，该连接器具有八个触点。这些分为四个差分（diff）对（图2）。在10BASE-T（10 Mbps）和100BASE-TX（100 Mbps）网络中，四个可用的差分对中只有两个用于传输数据，而剩下两个对未使用。在千兆以太网（1 Gbps）网络中，所有四个差分对都用于数据传输。

利用现有的10/100/1000以太网基础架构，IEEE 802.3af（现称为PoE）可提供350 mA /对，最大57 V，IEEE 802.3at可提供600 mA /对，最大57 V（即PoE） 1）使用这些未使用的对来供电，实现两种替代模式；备选方案A或B：

A.备选方案A（PSE）或模式A（PD）在差异上传输功率。对2和3

B.备用B（PSE）或模式B（PD）在差分上传输功率。对1和4

同时，PoE 2或IEEE 802.3bt通过使用所有四个差分以4对电源运行。在960 mA /对时最大为57对。这在PSE上达到90瓦。

图2：2对电源与4对电源

IEEE 802.3bt（90 W）分类

以太网联盟进一步将这四种类型划分为八个不同的类别，如图3所示。对于电源设备（PSE），每个PoE 2类别（5-8）为15 W切片，而每个PoE 2类别为11 W受电设备（PD）的切片。类别和类型的更精细切片可优化多端口PSE的效率，从而为连接的PD提供各种电源，尤其是随着连接的PSE端口数量的增加。

图3：IEEE 802.3bt分类

IEEE 802.3af / at / bt电源配置阶段

PSE和PD之间的PoE电源配置遵循五个不同的阶段，如下图和图4所示。

阶段1：检测

阶段2：分类

阶段3：启动

阶段4：操作

阶段5：断开连接

PSE包含一个Rsense电阻，该电阻与返回电流路径串联，用于测量PD执行的任何电流吸收。PD上还有一个25k的下拉签名电阻，用于将检测通知给PSE。

图4：PoE电源供应阶段（来源：以太网联盟）

阶段1.检测

当通过以太网电缆连接PSE和PD时，PD向PSE提供25kΩ下拉电阻（右图4）。然后，PSE在500毫秒的窗口内执行两次电流测量：

1）施加V 2.8 V的力，并测量I

2）施加V 10 V的力，并测量I

通过计算∆V / ∆I，如果PSE的测量值为19KΩ至26.5ΩK，则PSE可以接受检测为有效。否则，PSE必须拒绝检测。进行差分测量的好处是任何周围的噪声（干扰源）对于每次测量都是共同的，因此将被抑制（共模抑制）。

阶段2。分类

在分类阶段，PD会向PSE宣布其请求的类签名或功率要求。分类阶段分为五个类事件或时隙，如图5所示。

1）类别签名0：1 mA至4 mA

2）类签名1：9 mA至12 mA

3）类签名2：17 mA至20 mA

4）类签名3：26 mA至30 mA

5）类别签名4：36 mA至44 mA

图5. PD产生的类签名

该图捕获了每个班级事件（列）中需要哪个班级签名（行），以便标识PD班级（1 – 8）。例如，第7类PD将在第1类事件期间提供40 mA的电流，在第2类事件期间提供40 mA的电流，而在第3类到第5类事件期间提供18 mA的电流。PSE会在每次事件期间测量PD的电流吸收，以学习PD的类。

PSE负责施加下面图6所示的电压，而PD负责吸收多达五个不同的电流电平，称为类签名。

图6：类签名和当前级别

自动分类

如图5所示，类事件1比其他类事件长。这是802.3bt特有的，而不是802.3at或802.3af的情况。如果PD还符合802.3bt，则PD可以在81毫秒内将类签名0（1到4 mA）更改为类事件1，这将通知802.3bt PSE该PD也是802.3bt并支持自动分类。

PD开启后，PD将提供约1.2秒的最大功率。PSE测量PD功率，增加一些余量，这成为PSE提供的新的优化功率水平。

自动分类可优化PSE功率分配。例如，如果PD在操作期间需要最大65W的功率，则PD会将其自身标识为PSE的8级，以保证PD处的65W。如果没有自动分类，则PSE将分配90W，以确保PD获得65W。使用自动分类时，PSE只能读取66.5 W（短电缆长度），+ 1.75 W裕量= 68.25 W分配。节省的功率为21.75 W，或〜25％。尽管这似乎并不重要，但是如果PSE交换机具有八个802.3bt端口，则Autoclass可以优化每个端口（具有各种电缆长度），从而可以节省数百瓦的总效率。

阶段3：启动

在启动阶段，PSE负责将1级至4级的浪涌电流限制为450 mA，将5级至8级的浪涌电流限制为900 mA。

在启动阶段，PD负责将负载电流限制为1 – 6级为400 mA，将7 – 8级为800 mA。

阶段4-5：操作，断开连接和MPS

保持电源签名（MPS）是保持活动的功能，其中PD吸收来自PSE的周期性电流脉冲，以通知PSE PD尚未断开连接。如果PSE在400毫秒后仍未从PD接收MPS，则PSE必须断开PD的电源。

IEE 802.3bt PD应用程序框图

图7描绘了受电设备（PD）的典型802.3bt应用图。从左向右移动，变压器AC将以太网10/100/1000数据耦合到附近的处理器。全波整流通过GreenBridge™2完成，比传统的硅二极管电桥消耗更少的功率。安森美半导体的NCP1095®（引脚7）表示25kΩ检测下拉电阻，而引脚2和3根据类别（电阻值）确定PD的功率要求，并在连接后的分类事件期间与PSE进行通信。引脚6、8、9和10通过外部Rsense和通过门共同控制浪涌和过流保护（OCP）。与引脚处理器的三位通信是通过引脚13、15和16完成的。当电源输出良好时，引脚14的PGO引脚会通知下游DCDC设备。引脚4允许NCP1095从本地辅助电源上电，而引脚6控制自动分类，这是802.3bt的新功能。

图7：802.3bt应用图

安森美半导体还提供NCP1096控制器，该控制器集成了外部FET和Rsense。

您可以编码硅

保险丝，断路器和地线是用于防止电气火灾的相对较钝的工具，尤其是与IEEE 802.3bt的功能相比时。它提供的电源配置功能（例如，分类，自动分类，浪涌和MPS）要优越得多。例如，在使用主电源的情况下，隐藏在墙壁或天花板中的啮齿动物很容易在没有任何警告的情况下引起电气火灾。相反，如果PD并非每隔400毫秒向PSE提供一次MPS，则PSE会自动断开与PD的电源连接。

可以轻松想象对PSE进行编码以捕获计划外的断开连接，这会触发向IT部门发出预警信号，从而有可能防止灾难性事件（如建筑火灾）的发生。同时，“分类”和“自动分类”可以智能地分配负载所需的确切功率。这是一种非常安全有效的配电方式。如前所述，硅比铜便宜很多，您可以对硅进行编码，但不能对铜进行编码。

编辑：hfy