IEEE 802．3bt的PoE系統(tǒng)在智能樓宇供電中的應(yīng)用分析

大多數(shù)辦公樓都有一個現(xiàn)有的以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，帶有集中式網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜配備有電池供電的UPS（不間斷電源系統(tǒng)），以便在停電期間維持重要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行。

PoE聯(lián)接允許IT部門有選擇地給距離網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜最遠(yuǎn)100米的關(guān)鍵電子設(shè)備（如安全攝像頭）供電。為了進(jìn)一步降低成本，PoE安裝不需要電工，同時又符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)。電源和數(shù)據(jù)的結(jié)合使照明、安防、標(biāo)牌等應(yīng)用變得更加智能;而當(dāng)戰(zhàn)略位置遠(yuǎn)離電源插座時，Wi-Fi性能也得到增強(qiáng)。

2018年10月，IEEE新的PoE規(guī)范（IEEE802．3bt）獲得批準(zhǔn)，提供了對高達(dá)90 W功率的支持，以及包括Autoclass在內(nèi)的額外功能。

IEEE 802．3bt支持高達(dá)90 W的功率，與之前的標(biāo)準(zhǔn)相比有了顯著的提高，為更高功率的應(yīng)用打開了大門，包括智能樓宇內(nèi)的互聯(lián)照明和標(biāo)識。

本篇文章將概述PoE系統(tǒng)，并重點(diǎn)介紹IEEE 802．3bt提供的新功能。

圖1． IEEE智能樓宇應(yīng)用規(guī)范

PoE 拓?fù)?/p>

一個PoE系統(tǒng)非常簡單。PoE網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)是供電設(shè)備（PSE），通過以太網(wǎng)電纜（通常為CAT5）為一個PoE設(shè)備（PD）供電。

圖 2． 基本PoE 拓?fù)?/p>

2對電源對比4對電源

IEEE 802．3bt與以前的PoE規(guī)范的一個主要區(qū)別是，新標(biāo)準(zhǔn)使用了RJ45連接器的全部四對，允許傳輸?shù)墓β蚀蟠笤黾印?02．3bt規(guī)范將線對類型分為八個不同的類別（classes）。

從供電設(shè)備（PSE）的角度來看，每個PoE 2 class （5-8）是一個15 W切片，

而從PD的角度來看，每個PoE 2 class是11 W的切片。

更精細(xì)的classes與類型切片通過向接的PD提供各種功率來優(yōu)化多端口PSE的能效，尤其是當(dāng)聯(lián)接的PSE端口數(shù)量增加時。

圖3． 2對電源對比4對電源

Autoclass和電源能效

一旦一個PSE連接到一個PD，它就會通過測量該P(yáng)D提出的25 kΩ下拉電阻來識別其檢測特征值。然后，該P(yáng)D在最多五個Class Events/Mark Events期間從PSE產(chǎn)生其要求的class 特征值（功率要求）。

IEEE 802．3bt規(guī)范引入了一個新的功能，稱為Autoclass。在1．2秒的窗口內(nèi)，當(dāng)該P(yáng)SE學(xué)習(xí)了該P(yáng)D的分類，并且PD上電并打開后，PD將吸收其最大電流。然后，PSE測量該電流，根據(jù)PD分類增加一些余量，這就成為該特定PD的最終分配功率。

Autoclass有助于優(yōu)化PSE的功率分配。例如，一臺PSE網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)可能為8個802．3at端口加上4個802．3bt端口提供服務(wù)，共計600 W（30 W x 8 =240 W，加上90 W x 4 = 360 W）。

如果4個802．3bt PD中的2個各需要65 W，在沒有Autoclass的情況下，交換機(jī)將不得不為這兩個端口分配180 W（90 W x 2個端口）。

有了Autoclass，假設(shè)兩個bt PD的CAT5電纜長度較短，并為每個端口增加1．75 W的余量，該P(yáng)SE網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)將為這兩個802．3bt端口分配約136．5 W（短電纜長度下每個端口約66．5 W，加上每個端口的1．75 W余量=68．25 W/端口）。如此該P(yáng)SE網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)可以將節(jié)省下來的43．5 W（180 W-136． 5W）用于其他十個端口。

IEEE 802．3bt PD應(yīng)用框圖

下圖概述了高能效IEEE 802．3bt用電設(shè)備內(nèi)的元件。從左至右移動，交流變壓器將以太網(wǎng)10/100/1000數(shù)據(jù)耦合到附近的處理器。

高效的GreenBridge? 2 MOSFET方案可實(shí)現(xiàn)全波整流，同時比傳統(tǒng)硅二極管橋消耗更少的功率。符合IEEE 802．3bt標(biāo)準(zhǔn)的NCP1095控制器上的第7引腳提出了25 kΩ檢測下拉電阻。

引腳2和3按Class（電阻值）確定PD的功率需求，并在附加后的分類事件中將其傳達(dá)給PSE。引腳6、8、9和10通過一個外部rsense和pass門共同控制浪涌和過電流保護(hù)（OCP）。

13、15和16引腳完成了與同伴處理器的三比特通信。引腳14 PGO引腳告訴一個下游DC-DC器件輸出正常指示。第4腳允許NCP1095從本地、輔助電源上電，第6引腳控制Autoclass功能以提高能效。

圖 4． IEEE 802．3bt 用電設(shè)備（PD） 應(yīng)用圖

PoE的未來

通過提供高達(dá)90 W的功率以及分類、Autoclass和MPS等新功能，IEEE 802．3bt將有助于為PoE的許多新的智能樓宇應(yīng)用打開大門，包括互聯(lián)照明。

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