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1、POE交换机和POE模块,中国移动通信集团设计院有限公司,日期：2011-01,中国移动通信集团设计院有限公司,刘佳,第 2 页,课程总览,第 2 页,第 3 页,课程目标,通过学习此课程，您应该能够： 了解设备供电方式 了解802.3af标准 了解以太网供电的原理,无线局域网网络设备连接图,第 4 页,上图为无线局域网网络设备连接示意图，本课件主要介绍POE交换机和POE模块。,设备供电方式简介,设备的供电方式有两种：一种是集中式供电，即电源都引自同一处，另一种是分布式供电，即各子设备在安装位置附近获取电源。从抗干扰效果的角度讲，集中式供电可以基本消除各处参考电位不等的影响。分布式供电方式的
2、整体停电风险比较分散，但存在着管理不便，维护不容易，成本高等缺点。,802.3af标准介绍,电气电子工程师协会IEEE于2003年6月批准了以太网供电PoE（Power over Ethernet）标准IEEE 802.3af。 PoE这项创新的技术，指的是现有的以太网CAT-5布线基础架构，在不用做任何改动的情况下，借助一根常规以太网线缆在传输数据的同时供应电力，从而保证该线缆在为以太网终端设备如IP电话机、无线局域网接入点AP、安全网络摄像机以及其他一些基于IP的终端传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的能力。 实际上，任何需要数据连接并能在13W或更低功率下工作的设备都可采用以
3、太网供电技术。PoE技术将电源和数据集成在同一有线系统当中，即在确保现有结构化布线安全的同时，保证了现有网络的正常运作。,以太网供电的优点,由于每个设备只需要一组连线，因此每个设备的布线更为简单和便宜； 免去了 AP 插座和适配器，使工作环境更安全、整洁，成本也更低； 能与标准以太网和快速以太网标准架构无缝集成； (4)不间断电源可确保在 AP电源断电时继续为设备供电； (5) 设备移动方便，可以移到任何有局域网线的地方移动对工作场所影响最小； (6)可对连接到以太网的设备进行远程监控。,以太网供电系统的组成,在PoE系统中，提供电源的设备被称为供电设备(PSE，Power Sourcing
4、Equipment)，而使用电源的设备称为受电设备(PD，Powered Device)。 以太网供电的主要设备是PSE，它负责对PD的检测、分级、上电、 断路检测等功能。一旦当某个PD被加载，PSE将立即检测到PD的接入，并将在设备被移开时切断电源。PSE还必须提供过流保护，以防止PSE和PD遭受损坏。 可以采用两种类型的PSE，一种为端接式PSE(Endpoint PSE),另一种为中跨式PSE(Mid-span PSE)。,以太网供电系统的结构,PSE的工作原理,一、检测 在允许PSE向线路供电之前，它必须用一个有限功率的测试源来检查25k特征电阻，以避免将48V电源加给非兼容PoE的网
5、络设备，对其造成危害。在加电之前，PSE首先用2.8V至10V的探测电压去侦测是否有PD接入，具体实施时是将2.8V至10V之间的两个电压（间隔在1V或以上）送到网络链路，然后根据得到的两个不同的电流值再作运算（V/I），通常我们将此方法称为两点检测法。,PSE的工作原理,二、分级 一旦侦测到有效的PD，PSE需要了解PD的用电量，以便于系统对电源的管理，这个过程称为PD分级（IEEE标准规定此过程是可选的）。这一阶段PSE利用一个15.5V至20.5V的探测电压来检测PD的功率级别。PD通过从线上吸收一个恒定电流(分级特征信号)来向PSE表明自己所需的最大功率。PSE测量这个电流以确定PD属
6、于哪个功率级别，分级期间使用的PSE电压源必须限制到100mA，以避免损坏失效的PD，而且它的连接时间不能超过75ms，以对PD功耗加以控制。,PSE的工作原理,三、供电 成功侦测和分级后，PSE就可向PD供电了。供电期间，PSE还要对每个端口的供电情况进行监视，提供欠压和过流保护。,PSE的工作原理,四、断路检测 PSE不能向非PD设备传输电力，同样PSE也不能在PD已经断开后还使电源处于接通状态，因为供电电缆有可能会插在一个非PD设备上，或引起线缆的短接。IEEE802.3af标准规定了两种方法让PSE检测PD是否断开，即DC断路检测法和AC断路检测法，不同的芯片供应商根据系统的实际情况选
7、择最适合系统的检测方法。,AC/DC断路检测,DC断路法根据从PSE流向PD的直流电流大小，从而判断PD是否在线。当电流在给定时间tDIS(300ms到400ms)内保持低于阈值IMIN(5mA到10mA)，PSE就认为PD不存在，从而切断电源。这种方法的缺点就是，当PD工作在低功耗模式时，为避免掉线PD必须周期性地吸取一定的电流。 AC断路法利用端口阻抗的低频AC测量来检测PD的存在。AC断路法必须检测位于以太网电缆远端的一个PD的阻抗，并同时提供一个稳定的输出电压来为PD供电。AC断路法是测量以太网端口的交流阻抗，当没有设备连接到PSE时，端口应该是高阻抗，可能达到几兆欧；而当接有PD时，
8、端口的阻抗会小于26.5k；如果PD消耗大量功率，那么阻抗通常会更低。,PD的工作原理检测时,当PSE在PD端口处用2.7V至10.1V之间的电压侦测时，为了便于PSE识别，IEEE802.3af对于PD在侦测过程中的表现（特征）作了规定，PD必须具有表2-5所示的输入特性。PD的输入端口可具有高达1.9V的偏移电压（以容许二极管的压降）和10A的偏移电流（漏电流）。,PD的工作原理分级时,当PSE在PD端口处用14.5V至20.5V之间的电压侦测时，PD需要通过吸收一定的恒流来表明自己所需要消耗的功率（可选），所以PSE能够预算PD的功耗，同时也方便PSE对电源的管理。,PD的工作原理上电时
9、,探测和分级完成后，PD就会从PSE获得一个44V到57V的电压，这时PD要遵守几条规定。在端口电压升到30V以前，它不应该消耗太大的负载电流，以避免与分级特征信号互相干扰；当电压达到42V时，它必须处于完全工作状态。工作状态时PD端口电压应该在36至57V之间，而当PD的端口电压跌落到30至36V之间时，PD应该关断端口。PD工作时不能连续消耗350mA电流或12.95W功率，短时内允许有400mA的浪涌电流。PD的输入电容必须低于180F，以便在电源接通时将浪涌电流保持在合理的水平；如果输入电容大180F，PD就要主动限制浪涌电流，使它低于400mA。,PD的工作原理掉电检测时,最后，PD
10、还必须通过维持功率特征（MPS，Maintain Power Signature）发送持续工作信号。如果没有MPS，PSE将切断电源，阻止一个受电电缆接入不能通电的以太网设备。PD至少要保持10mA的电流且交流（AC）阻抗要维持在26.25k或更少与超过0.05F电容并联，以避免PD掉线(offline）。,目前的研究状况,目前已有多家半导体厂商提供了符合IEEE802.3af规格的PSE控制器。这些器件在降低系统成本、提供更高可靠性的同时，也加速了以太网供电的广泛普及。这些控制器为凌特公司(Linear)的LTC4258/59，德州仪器的TPS2383 、TPS2384、以色列PowerDs
11、ine公司的PD64008、美信公司(Maxim)的MAX5935 、 ST的STE12PS。以太网供电技术正在一步一步向前迈进，大功率以太网供电标准正在开发。PowerDsine 已经在IEEE大会上提交“大功率以太网供电”标准，估计于2011年年底颁布新的标准。该标准将支持为笔记本电脑等设备供电。Maxim和ST已经推出了能够提供30W的电源管理芯片。,12V/24V/48V高功率 POE-Hub,12V/24V/48V高功率以太网供电集线器(POE-Hub)是根据以太网供电标准802.3af所描述的以太网供电技术原理，在面向工业自动化控制网络设备所需的高功率、12V/24V/48V电压要
12、求下，开发的一种集供电和数据转发功能于一体的特殊设备。他主要由数据通信电路和以太网供电电路两步分组成。12V、24V、48V分别为满足不同的工业自动化控制网络设备电压要求而设计的不同以太网供电集线器。在设计过程中，兼顾三种不同电压要求电路所需元器件的封装、尺寸，从而得到了统一的电路板设计形式，在实际应用中，只需按照电压要求，焊接相应的元器件即可。,基于802.3af标准的PoE-Hub,以太网供电设备在EPA系统中的应用示意图,本课总结,第 23 页,本课程对POE交换机和POE模块进行了介绍，主要包括设备供电方式简介、802.3af标准介绍，以太网供电原理、目前的研究状况等内容。,谢 谢,中国移动通信集团设计院有限公司,2011-01,