用PoE為智能樓宇供電的好處

作者：安森美先進(jìn)方案部美國(guó)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Bob Card

以太網(wǎng)供電(PoE)正如其名所示：它通過(guò)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐浑娎|供電——足以滿足小型設(shè)備的需求。該技術(shù)被廣泛用于智能樓宇中，由于涉及的電壓較低，普通的電源安全規(guī)則并不適用。這突出了PoE具有吸引力的原因之一；它可以大大降低與安裝和合規(guī)性有關(guān)的成本。

由于許多辦公大樓已經(jīng)在整個(gè)結(jié)構(gòu)中鋪設(shè)了以太網(wǎng)，并安裝了帶有后備電池的不間斷電源(UPS)，因此可以很容易地實(shí)施強(qiáng)固的系統(tǒng)。追加PoE設(shè)備可以利用已經(jīng)部署的相同電纜，為照明和安防攝像機(jī)等應(yīng)用供電。電源可以通過(guò)以太網(wǎng)電纜輸送到離支持PoE的以太網(wǎng)設(shè)備最遠(yuǎn)100米的設(shè)備上。

用PoE為智能樓宇供電的好處

采用PoE的一個(gè)明顯的好處是，它使直流電能在您現(xiàn)有的以太網(wǎng)上運(yùn)行。雖然您仍需用支持PoE的端口來(lái)更新你的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，但不必為受電設(shè)備鋪設(shè)額外的銅線所帶來(lái)的成本效益是巨大的。銅的價(jià)格已經(jīng)從2000年的每磅0.65美元上升到2021年的每磅4.05美元(來(lái)源：macrotrends)。此外，不在受電設(shè)備上實(shí)施AC-DC轉(zhuǎn)換，可以進(jìn)一步節(jié)省成本。

PoE對(duì)放置受電設(shè)備也更靈活。大多數(shù)交流電源插座都靠近地面，這對(duì)Wi-FI接入點(diǎn)(AP)、毫微微蜂窩和微微蜂窩以及攝像頭來(lái)說(shuō)不是個(gè)理想的位置。為了最大限度地?cái)U(kuò)大覆蓋范圍，建議避免將這些設(shè)備放置在靠近障礙物的地方，最好放置在天花板高度。與市電網(wǎng)絡(luò)不同，以太網(wǎng)電纜通常要穿過(guò)吊頂產(chǎn)生的空隙，從而消除了采用的另一個(gè)障礙。

PoE將電力和數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了對(duì)包括照明、安防攝像頭和數(shù)字標(biāo)牌在內(nèi)的各種應(yīng)用的24/7智能監(jiān)控。配備有電池供電的不間斷電源系統(tǒng)(UPS)的集中式PoE網(wǎng)絡(luò)確保了關(guān)鍵設(shè)備在停電期間的持續(xù)運(yùn)行。

智能樓宇應(yīng)用和PoE標(biāo)準(zhǔn)

PoE標(biāo)準(zhǔn)(IEEE 802.3af)最初是在2003年獲批準(zhǔn)的，提供最高15瓦的功率。它被廣泛用于IP電話、樓宇訪問(wèn)控制等應(yīng)用，并為早期的分布式Wi-Fi接入點(diǎn)供電。該標(biāo)準(zhǔn)后來(lái)的修訂，包括IEEE 802.3at(30瓦/2009)和IEEE 802.3bt(90瓦/2018)，增加了所提供的功率，以實(shí)現(xiàn)更多的高要求應(yīng)用，如更快的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、安防攝像頭、音頻揚(yáng)聲器、銷(xiāo)售終端(POS)、LED照明等。

PoE拓?fù)?/span>

展示了一個(gè)典型的PoE拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。PoE網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)被稱為電源設(shè)備(PSE)，它為稱為受電設(shè)備(PD)的客戶端提供直流電。該規(guī)范規(guī)定，PSE應(yīng)該能夠通過(guò)最長(zhǎng)100米的以太網(wǎng)電纜(通常是CAT5/6)向PD供電。

由于以太網(wǎng)電纜可以達(dá)到100米，在這個(gè)距離上有一些耗散，所以在最壞的情況下，到達(dá)PD的功率比PSE提供的功率要低。在規(guī)范中，802.3af的功率為13瓦，802.3at為25.5瓦，802.3bt為71.3瓦。對(duì)于“bt”標(biāo)準(zhǔn)，PD的直流電壓范圍為42至57伏[RB2]。輸入端不支持PoE的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備仍可連接，并使用PoE分配器，以分離數(shù)據(jù)和直流電。這也可以減少對(duì)AC-DC轉(zhuǎn)換器的需求，并將設(shè)備放在靠近交流電插座的地方。

PoE供電的PTZ攝像機(jī)

現(xiàn)在的安防系統(tǒng)通常使用包含小型電機(jī)的攝像機(jī)，使其能夠在三個(gè)軸上移動(dòng)，或平移、傾斜和變焦(PTZ)，并且通常采用高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。這些攝像機(jī)可以通過(guò)有線連接(如以太網(wǎng))進(jìn)行手動(dòng)控制，或者當(dāng)在定義的關(guān)注窗口或整個(gè)視野中檢測(cè)到物體時(shí)，編程自動(dòng)移動(dòng)和縮放。一些攝像機(jī)還可被配置來(lái)勘察場(chǎng)景，即不斷進(jìn)行0°至360°平移和0°至180°傾斜，同時(shí)，變焦可使用光學(xué)或數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)。這些安防和監(jiān)控?cái)z像機(jī)所需的電源現(xiàn)在可使用基于IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn)的PoE來(lái)提供。

PoE供電的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

Wi-Fi接入點(diǎn)和路由器也是PoE的常見(jiàn)應(yīng)用。兩者的功耗通常是支持的速度和流量的函數(shù)?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)使用MIMO(多輸入多輸出)等技術(shù)擴(kuò)大了范圍和吞吐量。實(shí)施一個(gè)支持Wi-Fi 6(IEEE 802.11ax)速度的AP/路由器應(yīng)用程序，將映射到PoE標(biāo)準(zhǔn)，如下：

Wi-Fi 6，4x4雙頻并發(fā)：802.3at

Wi-Fi 6，8x8雙頻并發(fā)：802.3at/bt

Wi-Fi 6，4x4三頻并發(fā)：802.3at/bt

盡管Wi-Fi路由器/AP的包裝盒上有一個(gè)AC-DC電源，但它們也可以使用PoE分配器供電。相比之下，像Cisco MerakiMR56 Wi-Fi 6(802.11ax，8空間流)接入點(diǎn)這樣的產(chǎn)品現(xiàn)在支持802.3at，這意味著RJ45端口可直接連接到支持PoE的PSE交換機(jī)，為設(shè)備供電。

PoE供電的微微蜂窩和毫微微蜂窩

微微蜂窩和毫微蜂窩被用來(lái)擴(kuò)展或增加蜂窩的覆蓋范圍，特別是在繁忙的區(qū)域，如樓宇內(nèi)、辦公室、購(gòu)物中心和體育場(chǎng)。與普通蜂窩不同，微微蜂窩的范圍通常較小，約為200米或更小，而毫微微蜂窩的范圍可能低至10米。這些微小的設(shè)備是PoE的理想候選者，正如下面一個(gè)例子所示：

Apex4G/LTE 3.5GHz室外微微蜂窩(35 W)：802.3bt

PoE供電的數(shù)字標(biāo)牌

LED電視是一種非常有效的溝通形式。它們可在各種區(qū)域顯示定制的、動(dòng)態(tài)的數(shù)字標(biāo)牌，包括企業(yè)辦公空間、智能零售、酒店和政府市政部門(mén)。像Wi-Fi一樣，數(shù)字標(biāo)牌只有放置得當(dāng)才能發(fā)揮好處。例如，較大的屏幕通常懸掛在天花板上，所以人群可以很容易地查看內(nèi)容。相比之下，智能售貨亭或銷(xiāo)售終端(PoS)的應(yīng)用則利用較小的屏幕——有些帶有觸摸屏，以獲得更個(gè)性化的互動(dòng)用戶體驗(yàn)。

不同LED電視的功率消耗差別很大。下面列出的三星55" LED電視指定69 W的典型功耗，而另一個(gè)有相同尺寸和制造商的LED電視需要120 W。重要的是要確保LED電視的功率不超過(guò)PD的功率。使用802.bt標(biāo)準(zhǔn)，這可以從90 W到71.3 W不等，取決于PSE和LED電視(PD)之間的以太網(wǎng)電纜長(zhǎng)度。

市場(chǎng)上也有一些帶PoE的標(biāo)牌電視。令人關(guān)注的是，LED電視制造商是否開(kāi)始將802.bt集成到他們的大型LED電視中，以滿足日益增長(zhǎng)的數(shù)字標(biāo)牌市場(chǎng)的需求。

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

46"，高清帶觸摸屏的Thinlabs, Inc：802.3bt (不需要PoE 分配器)

10"，三星數(shù)字標(biāo)牌(DB10E-TPOE) 802.3at (不需要PoE分配器)

48"，三星數(shù)字標(biāo)牌(DH48E) 44 W(典型值) 802.3bt (需要PoE分配器)

40"，三星數(shù)字標(biāo)牌(H40B) 44 W(典型值) 802.3bt (需要PoE分配器)

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

PoE智聯(lián)照明

PoE和LED照明是天然的搭檔，因?yàn)長(zhǎng)ED消耗直流電，而PoE提供直流電。這使您在用PoE為L(zhǎng)ED供電時(shí)，可以省去AC-DC電源轉(zhuǎn)換成本。

安森美(onsemi)互聯(lián)照明平臺(tái)(圖4)是PoE如何增強(qiáng)智能樓宇的一個(gè)很好的例子。該平臺(tái)基于模塊化設(shè)計(jì)，能夠?yàn)閮纱?6顆LED提供7,000流明，由雙FL7760 LED驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。一個(gè)基于NCP1096 802.3bt控制器的PoE模塊為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)模塊提供高達(dá)90瓦的直流電。同時(shí)，在LED驅(qū)動(dòng)模塊上有第二個(gè)連接器，可接收RSL10藍(lán)牙5無(wú)線電，用于無(wú)線聯(lián)接到智能手機(jī)網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)云聯(lián)接。這就是智能照明。

PoE供電的商用電話(VoIP)

網(wǎng)絡(luò)電話(VoIP)可能是PoE最常見(jiàn)的應(yīng)用。VoIP通過(guò)廣域網(wǎng)使用以太網(wǎng)協(xié)議將低頻模擬語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化為數(shù)據(jù)包。從那里，它將通過(guò)交換機(jī)和路由器，進(jìn)入云端，前往目的地。VoIP只消耗4到7瓦，所以它與802.3af PoE標(biāo)準(zhǔn)非常兼容。裝有RJ45連接器的現(xiàn)代VoIP電話被設(shè)計(jì)為通過(guò)以太網(wǎng)電纜同時(shí)接收數(shù)據(jù)和功率，因此不需要外部PoE分配器。

//總結(jié)//

通過(guò)同一根電纜提供電源和數(shù)據(jù)連接的便利性是極具吸引力的；我們只需看看USB是如何成為許多消費(fèi)設(shè)備無(wú)處不在的電源的。商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中的PoE也是如此。它推進(jìn)了單電纜方案的概念，其目標(biāo)應(yīng)用是能夠直接從其帶來(lái)的簡(jiǎn)單性中受益的應(yīng)用。

安森美在數(shù)字通信和電源管理方面擁有成熟的專(zhuān)業(yè)技術(shù)，有實(shí)力提供好的PoE方案。隨著更多制造商發(fā)現(xiàn)PoE的好處，最終用戶將開(kāi)始需要PoE?，F(xiàn)在是時(shí)候開(kāi)始向更智能、集成的電源/數(shù)據(jù)組合過(guò)渡了。

所有商標(biāo)都?xì)w各自所有者所有。安森美是 Semiconductor Components Industries， LLC dba或其子公司在美國(guó)和/或其他國(guó)家的商標(biāo)。Wi-Fi是Wi-Fi Alliance的注冊(cè)商標(biāo)。Cisco Meraki是Cisco Systems, Inc.和/或其附屬公司在美國(guó)和某些其他國(guó)家的商標(biāo)。Apex是Casa Systems, Inc.的商標(biāo)。三星是三星電子有限公司的商標(biāo)。medTV是PDi Communication Systems, Inc的注冊(cè)商標(biāo)。藍(lán)牙字樣和標(biāo)識(shí)是Bluetooth SIG, Inc.的注冊(cè)商標(biāo)。

原文標(biāo)題：以太網(wǎng)供電(PoE)和智能樓宇：第一部分

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