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用PoE为智能楼宇供电的好处

安森美 来源:安森美 作者:安森美 2022-01-07 18:19 次阅读

作者:安森美先进方案部美国营销经理Bob Card

以太网供电(PoE)正如其名所示:它通过用于数据传输的同一电缆供电——足以满足小型设备的需求。该技术被广泛用于智能楼宇中,由于涉及的电压较低,普通的电源安全规则并不适用。这突出了PoE具有吸引力的原因之一;它可以大大降低与安装和合规性有关的成本。

由于许多办公大楼已经在整个结构中铺设了以太网,并安装了带有后备电池的不间断电源(UPS),因此可以很容易地实施强固的系统。追加PoE设备可以利用已经部署的相同电缆,为照明和安防摄像机等应用供电。电源可以通过以太网电缆输送到离支持PoE的以太网设备最远100米的设备上。

用PoE为智能楼宇供电的好处

采用PoE的一个明显的好处是,它使直流电能在您现有的以太网上运行。虽然您仍需用支持PoE的端口来更新你的网络交换机,但不必为受电设备铺设额外的铜线所带来的成本效益是巨大的。铜的价格已经从2000年的每磅0.65美元上升到2021年的每磅4.05美元(来源:macrotrends)。此外,不在受电设备上实施AC-DC转换,可以进一步节省成本。

PoE对放置受电设备也更灵活。大多数交流电源插座都靠近地面,这对Wi-FI接入点(AP)、毫微微蜂窝和微微蜂窝以及摄像头来说不是个理想的位置。为了最大限度地扩大覆盖范围,建议避免将这些设备放置在靠近障碍物的地方,最好放置在天花板高度。与市电网络不同,以太网电缆通常要穿过吊顶产生的空隙,从而消除了采用的另一个障碍。

PoE将电力和数据结合在一起,实现了对包括照明、安防摄像头和数字标牌在内的各种应用的24/7智能监控。配备有电池供电的不间断电源系统(UPS)的集中式PoE网络确保了关键设备在停电期间的持续运行。

智能楼宇应用和PoE标准

PoE标准(IEEE 802.3af)最初是在2003年获批准的,提供最高15瓦的功率。它被广泛用于IP电话、楼宇访问控制等应用,并为早期的分布式Wi-Fi接入点供电。该标准后来的修订,包括IEEE 802.3at(30瓦/2009)和IEEE 802.3bt(90瓦/2018),增加了所提供的功率,以实现更多的高要求应用,如更快的Wi-Fi网络、安防摄像头、音频扬声器、销售终端(POS)、LED照明等。

PoE拓扑

展示了一个典型的PoE拓扑结构。PoE网络交换机被称为电源设备(PSE),它为称为受电设备(PD)的客户端提供直流电。该规范规定,PSE应该能够通过最长100米的以太网电缆(通常是CAT5/6)向PD供电。

由于以太网电缆可以达到100米,在这个距离上有一些耗散,所以在最坏的情况下,到达PD的功率比PSE提供的功率要低。在规范中,802.3af的功率为13瓦,802.3at为25.5瓦,802.3bt为71.3瓦。对于“bt”标准,PD的直流电压范围为42至57伏[RB2]。输入端不支持PoE的联网设备仍可连接,并使用PoE分配器,以分离数据和直流电。这也可以减少对AC-DC转换器的需求,并将设备放在靠近交流电插座的地方。

PoE供电的PTZ摄像机

现在的安防系统通常使用包含小型电机的摄像机,使其能够在三个轴上移动,或平移、倾斜和变焦(PTZ),并且通常采用高清数字摄像机。这些摄像机可以通过有线连接(如以太网)进行手动控制,或者当在定义的关注窗口或整个视野中检测到物体时,编程自动移动和缩放。一些摄像机还可被配置来勘察场景,即不断进行0°至360°平移和0°至180°倾斜,同时,变焦可使用光学或数字技术实现。这些安防和监控摄像机所需的电源现在可使用基于IEEE 802.3at标准的PoE来提供。

PoE供电的无线网络

Wi-Fi接入点和路由器也是PoE的常见应用。两者的功耗通常是支持的速度和流量的函数。现代网络使用MIMO(多输入多输出)等技术扩大了范围和吞吐量。实施一个支持Wi-Fi 6(IEEE 802.11ax)速度的AP/路由器应用程序,将映射到PoE标准,如下:

Wi-Fi 6,4x4双频并发:802.3at

Wi-Fi 6,8x8双频并发:802.3at/bt

Wi-Fi 6,4x4三频并发:802.3at/bt

尽管Wi-Fi路由器/AP的包装盒上有一个AC-DC电源,但它们也可以使用PoE分配器供电。相比之下,像Cisco MerakiMR56 Wi-Fi 6(802.11ax,8空间流)接入点这样的产品现在支持802.3at,这意味着RJ45端口可直接连接到支持PoE的PSE交换机,为设备供电。

PoE供电的微微蜂窝和毫微微蜂窝

微微蜂窝和毫微蜂窝被用来扩展或增加蜂窝的覆盖范围,特别是在繁忙的区域,如楼宇内、办公室、购物中心和体育场。与普通蜂窝不同,微微蜂窝的范围通常较小,约为200米或更小,而毫微微蜂窝的范围可能低至10米。这些微小的设备是PoE的理想候选者,正如下面一个例子所示:

Apex4G/LTE 3.5GHz室外微微蜂窝(35 W):802.3bt

PoE供电的数字标牌

LED电视是一种非常有效的沟通形式。它们可在各种区域显示定制的、动态的数字标牌,包括企业办公空间、智能零售、酒店和政府市政部门。像Wi-Fi一样,数字标牌只有放置得当才能发挥好处。例如,较大的屏幕通常悬挂在天花板上,所以人群可以很容易地查看内容。相比之下,智能售货亭或销售终端(PoS)的应用则利用较小的屏幕——有些带有触摸屏,以获得更个性化的互动用户体验。

不同LED电视的功率消耗差别很大。下面列出的三星55" LED电视指定69 W的典型功耗,而另一个有相同尺寸和制造商的LED电视需要120 W。重要的是要确保LED电视的功率不超过PD的功率。使用802.bt标准,这可以从90 W到71.3 W不等,取决于PSE和LED电视(PD)之间的以太网电缆长度。

市场上也有一些带PoE的标牌电视。令人关注的是,LED电视制造商是否开始将802.bt集成到他们的大型LED电视中,以满足日益增长的数字标牌市场的需求。

55英寸,三星4K LED电视(#Q70T) 69 W(典型值):802.3bt (需要PoE分配器 )

46",高清带触摸屏的Thinlabs, Inc:802.3bt (不需要PoE 分配器)

10",三星数字标牌(DB10E-TPOE) 802.3at (不需要PoE分配器)

48",三星数字标牌(DH48E) 44 W(典型值) 802.3bt (需要PoE分配器)

40",三星数字标牌(H40B) 44 W(典型值) 802.3bt (需要PoE分配器)

16",medTV PDI-P16TV-GB2-P电视(25 W) 802.3at(不需要PoE分配器)

PoE智联照明

PoE和LED照明是天然的搭档,因为LED消耗直流电,而PoE提供直流电。这使您在用PoE为LED供电时,可以省去AC-DC电源转换成本。

安森美(onsemi)互联照明平台(图4)是PoE如何增强智能楼宇的一个很好的例子。该平台基于模块化设计,能够为两串16颗LED提供7,000流明,由双FL7760 LED驱动器驱动。一个基于NCP1096 802.3bt控制器的PoE模块为LED驱动模块提供高达90瓦的直流电。同时,在LED驱动模块上有第二个连接器,可接收RSL10蓝牙5无线电,用于无线联接到智能手机网关,实现云联接。这就是智能照明。

PoE供电的商用电话(VoIP)

网络电话(VoIP)可能是PoE最常见的应用。VoIP通过广域网使用以太网协议将低频模拟语音信号数字化为数据包。从那里,它将通过交换机和路由器,进入云端,前往目的地。VoIP只消耗4到7瓦,所以它与802.3af PoE标准非常兼容。装有RJ45连接器的现代VoIP电话被设计为通过以太网电缆同时接收数据和功率,因此不需要外部PoE分配器。

//总结//

通过同一根电缆提供电源和数据连接的便利性是极具吸引力的;我们只需看看USB是如何成为许多消费设备无处不在的电源的。商业和工业应用中的PoE也是如此。它推进了单电缆方案的概念,其目标应用是能够直接从其带来的简单性中受益的应用。

安森美在数字通信和电源管理方面拥有成熟的专业技术,有实力提供好的PoE方案。随着更多制造商发现PoE的好处,最终用户将开始需要PoE。现在是时候开始向更智能、集成的电源/数据组合过渡了。

所有商标都归各自所有者所有。安森美是 Semiconductor Components Industries, LLC dba或其子公司在美国和/或其他国家的商标。Wi-Fi是Wi-Fi Alliance的注册商标。Cisco Meraki是Cisco Systems, Inc.和/或其附属公司在美国和某些其他国家的商标。Apex是Casa Systems, Inc.的商标。三星是三星电子有限公司的商标。medTV是PDi Communication Systems, Inc的注册商标。蓝牙字样和标识是Bluetooth SIG, Inc.的注册商标。

原文标题:以太网供电(PoE)和智能楼宇:第一部分

文章出处:【微信公众号:安森美】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
审核编辑:汤梓红

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原文标题:以太网供电(PoE)和智能楼宇:第一部分

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