PoE供电智能楼宇的方法

大部分办公大楼都有一个现有的以太网基础设施，配有装有电池供电的UPS（不间断电源系统）的集中网络机柜，以在停电时维持重要网络设备的运行。以太网供电（PoE）为智能建筑供电提供了很多优势。通过PoE连接，IT部门可以选择性地为离网箱最远100米的关键电子设备（如摄像头）供电。为进一步降低成本，PoE的安装不需要电工，同时又符合国际安全标准。电源与数据的结合使得照明，安全，标牌等应用更加智能化；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90W功率的支持，以及包括Autoclass在内的额外功能。

IEEE802.3bt支持高达90W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IEEE802.3bt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

IEEE802.3bt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PoE2class（5-8）是一个15W切片，

●而从PD的角度来看，每个PoE2class是11W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25kΩ下拉电阻来识别其检测特征值。然后，该PD在最多五个ClassEvents/MarkEvents期间从PSE产生其要求的class特征值（功率要求）。

IEEE802.3bt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600W（30Wx8=240W，加上90Wx4=360W）。

如果4个802.3btPD中的2个各需要65W，在没有Autoclass的情况下，交换机将不得不为这两个端口分配180W（90Wx2个端口）。

有了Autoclass，假设两个btPD的CAT5电缆长度较短，并为每个端口增加1.75W的余量，该PSE网络交换机将为这两个802.3bt端口分配约136.5W（短电缆长度下每个端口约66.5W，加上每个端口的1.75W余量=68.25W/端口）。如此该PSE网络交换机可以将节省下来的43.5W（180W-136.5W）用于其他十个端口。

IEEE802.3btPD应用框图

下图概述了高能效IEEE802.3bt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。

高效率GreenBridge™2MOSFET方案可以实现全波整流，同时比传统的硅二极管桥消耗更少的功率。NCP1095控制器符合IEEE802.3bt标准的第7引脚建议使用25kΩ来检测下拉电阻。引脚2和3通过Class（电阻值）来确定PD所需的电源，并通过附加后的分类事件与PSE进行沟通。引脚6、8、9和10通过一个外rsense和pass门，共同控制电涌和过流保护（OCP）。13、15和16引脚完成与同伴处理器的三位数位通讯。该引脚14PGO管脚告诉下游DC-DC设备输出正常指示。第4脚可以让NCP1095从本地的辅助电源供电，而第6脚则可以控制自动开关功能，从而提高能源效率。

图4.IEEE802.3bt用电设备（PD）应用图

PoE的未来

通过提供高达90W的功率以及分类、Autoclass和MPS等新功能，IEEE802.3bt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。