通过PoE网络为LED灯供电和控制如何创造新颖使用LED灯的机会

本应用笔记解释了以太网供电（PoE）是一种用于有线局域网（LAN）的技术。PoE 通过传输以太网数据的同一电缆供电。在 PoE 网络上使用 LED 照明可提供出色的能效，因为它最大限度地减少了改装的传统交流供电插座中使用的 LED 灯的低效功率转换级。该应用说明还解释了通过PoE网络为LED灯供电和控制如何创造以新颖的方式使用LED灯的机会。给出了示例。

以太网供电 （PoE） 是有线以太网局域网 （LAN） 中使用的一种技术，它通过传输以太网数据的同一根电缆供电。这减少了安装网络并为连接到网络的设备供电而必须铺设的电缆数量。与传统布线相比，它还使维护和调整网络上的接入端口更容易，以满足不断变化的要求。PoE 标准最初是为满足 IT 服务的需求而开发的，适用于各种网络连接设备，包括 IP 电话、IP 安全摄像头、无线接入点、调制解调器、交换机和其他网络产品。

设计师和设施管理人员继续寻找新的方法，通过连接以前从未与LED照明等网络关联的设备来获得使用PoE网络的好处。LED 照明的性质有助于自然地利用 PoE 安装的优势。在我们探讨 LED 照明和 PoE 网络如何以及为什么完美匹配之前，我们将介绍构成 PoE 网络安装的元素。

PoE 技术受 IEEE 802.3 标准的监管。最初的PoE标准于2003年发布，并于2009年更新。它指定电源和通信数据通过单个标准网络电缆线（即 cat 5）直接传送到所连接设备的 RJ45 网络端口。PoE 支持 10BASE-T、100BASE-TX 和 1000BASE-T 网络。

位于交换机/集线器端跨度或中跨中使用的供电设备 （PSE） 为网络上称为用电设备 （PD） 的连接设备供电。端跨 PSE 是一种以太网交换机，在网络布线中包括电源。中跨 PSE 是位于普通以太网交换机和 PD 之间的馈电器，它在网络布线中注入电源而不影响数据。能够在中跨和端跨配置中安装 PSE 支持传统网络，并可以更好地控制哪些网段供电。

在 PoE 中跨插入实施中，PSE 使用对 4-5 和 7-8 进行配电。功率直接通过 10/100Mbps 以太网中跨配置中的未使用对分配（图 1）。正 PSE 输出 （V+） 连接到导线 4 和 5，而负 PSE 输出 （V-） 连接到导线 7 和 8。在这种配置中，电源对与通过 PoE 中跨馈电器的原始信号对分开。中跨馈电器在已经有互联网连接的安装中很有用，并且更换或升级互联网交换机/路由器以提供 PoE 的成本太高。

图1.适用于 10/100Mbps 以太网的 PoE 中跨插入原理图。

在 PoE 端点插入实施中，PSE 使用对 1-2 和 3-6 进行配电（图 2）。端点配置中的电源在电缆对上以共模偏置 （DC） 的形式提供，而以太网数据是变压器耦合和全差分 （AC）。在此配置中，电源和数据共享同一对电缆。PSE 输出的极性未针对端点应用定义。在端点配置中，以太网磁性元件经过专门设计，可承受电源产生的直流偏置。

图2.适用于 10/1000Mbps 以太网的 PoE 端点插入原理图。

为了支持传统安装，PSE 可以使用 Cat 3 或更好的电缆，在 44VDC 至 57VDC 的电压范围内以最大 15.4W 的功率供电。该标准还规定，PSE 可以使用 Cat 5 或更好的电缆在 50VDC 至 57VDC 电压范围内提供 30W（两对）或 60W（四对）。对于这三种功率场景，PD 的最大功耗分别限制为 12.95W、25.5W 或 51W（以考虑电缆中最坏情况下的功率损耗）——全部在 37VDC 至 57VDC 电压范围内。

指定PoE标准是为了避免降低数据通信性能，并通过PSE和PD之间的功耗协商来保护网络设备免受过载。该标准规定了 PSE 在网络中添加或删除 PD 时如何检测 PD，以及如何调整 PSE 的电源电流。

PD 在初始连接期间与 PSE 协商功率等级。所有PD在供电对上均包括一个25kΩ电阻，以允许PSE检测PD何时连接和断开网络。要支持旧版安装，较新的 PSE 必须能够正确为第 3 类和第 5 类电缆上的 PD 供电。同样，PD需要能够检测PSE可以向其提供哪种类型的电源方案。所选电源方案基于 PSE 和 PD 之间的最高兼容性。电源仅输送到兼容设备，并阻止不兼容的旧设备供电。这允许用户在其网络上自由安全地混合传统和 PoE 兼容设备。

完美匹配

LED照明是一种近乎主流的技术，与其他照明技术（尤其是白炽灯和卤素灯）相比，它具有具有竞争力的成本和能源效率优势。LED 采用直流电源工作。PoE PSE 直接向 PD 提供直流电源，在 PoE 网络上使用 LED 照明 PD 可提供更高的能效。它最大限度地减少了LED灯的低效功率转换级，而不是用于改装的传统交流电源插座。

通过 PoE 网络为 LED 灯供电和控制，为以新颖新颖的方式使用 LED 灯创造了机会。例如，使用适当的备用电池或应急发电，这已经是网络安装的一部分;基于 PoE 的 LED 照明可以立即重新利用，并用于在停电期间提供重要照明，而无需专门的辅助照明系统。LED照明不仅可以用于应急照明。它还可用于向建筑物居住者传达重要且可能动态变化的信息，例如显示建筑物外的安全出口路径，或指示建筑物的区域，如果可以通过已安装在PoE网络中的LED控制器命令LED照明改变颜色，则要避免。

将 LED 灯与传感器和控制器耦合是很自然的，这样 LED 灯就可以调整其亮度和颜色，以便在环境照明全天变化时提供一致的照明环境。这种类型的照明调整使LED灯能够比其他照明技术更有效地智能地“收集”阳光。但是，一旦您接受了与LED灯集成的传感器和控制器的成本，在组件中添加额外的传感器和模块的边际成本很小。

在 PoE 网络中安装智能 LED 灯为设施管理人员和居住者创造了与建筑物交互的新方式。例如，设施管理人员可以将智能LED照明系统用作信息收集网络，进行历史和趋势分析，以了解如何根据居住者的实际行为更好地调整温度，通风，照明和清洁计划。同时，居住者可以使用智能LED照明系统访问其他建筑服务，如接近传感器，以发现最近的可用会议室。如果智能 LED 包括用于激活和检测标签的模块，则可以跟踪带有 RFID 标签的物品。带有无线接入点的智能 LED 可用于设置短距离无线网络。

与 PoE 的完美契合使其成为 LED 照明的未来。PoE 使 LED 照明网络能够使用与建筑物的传统电源基础设施一起运行的电源，而无需解决与各种可能的电源基础设施相关的许多技术挑战。在PoE网络中安装智能LED灯的最大好处可能是它提供了一种面向未来的形式，因为照明，电源和数据布线已经安装在人们需要的地方。向智能 LED 集线器添加新传感器或模块是一种低成本的方式，无需昂贵的照明更换即可向现有基础设施添加新功能。随着物联网 （IoT） 功能的不断出现和成熟，能够快速实施这些“必备”功能的好处将累积到那些使用灵活、面向未来的安装（如 PoE 网络上的 LED 照明）的设施中。

审核编辑：郭婷