PoE供電智能樓宇的方法

大部分辦公大樓都有一個(gè)現(xiàn)有的以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，配有裝有電池供電的UPS（不間斷電源系統(tǒng)）的集中網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜，以在停電時(shí)維持重要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行。以太網(wǎng)供電（PoE）為智能建筑供電提供了很多優(yōu)勢。通過PoE連接，IT部門可以選擇性地為離網(wǎng)箱最遠(yuǎn)100米的關(guān)鍵電子設(shè)備（如攝像頭）供電。為進(jìn)一步降低成本，PoE的安裝不需要電工，同時(shí)又符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)。電源與數(shù)據(jù)的結(jié)合使得照明，安全，標(biāo)牌等應(yīng)用更加智能化；而當(dāng)戰(zhàn)略位置遠(yuǎn)離電源插座時(shí)，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)90W功率的支持，以及包括Autoclass在內(nèi)的額外功能。

IEEE802.3bt支持高達(dá)90W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IEEE802.3bt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(gè)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(gè)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

IEEE802.3bt與以前的PoE規(guī)范的一個(gè)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(gè)不同的類別（classes）。

●從供電設(shè)備（PSE）的角度來看，每個(gè)PoE2class（5-8）是一個(gè)15W切片，

●而從PD的角度來看，每個(gè)PoE2class是11W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(shí)。

圖3.2對電源對比4對電源

Autoclass和電源能效

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

IEEE802.3bt規(guī)范引入了一個(gè)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(gè)802.3at端口加上4個(gè)802.3bt端口提供服務(wù)，共計(jì)600W（30Wx8=240W，加上90Wx4=360W）。

如果4個(gè)802.3btPD中的2個(gè)各需要65W，在沒有Autoclass的情況下，交換機(jī)將不得不為這兩個(gè)端口分配180W（90Wx2個(gè)端口）。

有了Autoclass，假設(shè)兩個(gè)btPD的CAT5電纜長度較短，并為每個(gè)端口增加1.75W的余量，該P(yáng)SE網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)將為這兩個(gè)802.3bt端口分配約136.5W（短電纜長度下每個(gè)端口約66.5W，加上每個(gè)端口的1.75W余量=68.25W/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43.5W（180W-136.5W）用于其他十個(gè)端口。

IEEE802.3btPD應(yīng)用框圖

下圖概述了高能效IEEE802.3bt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。

高效率GreenBridge?2MOSFET方案可以實(shí)現(xiàn)全波整流，同時(shí)比傳統(tǒng)的硅二極管橋消耗更少的功率。NCP1095控制器符合IEEE802.3bt標(biāo)準(zhǔn)的第7引腳建議使用25kΩ來檢測下拉電阻。引腳2和3通過Class（電阻值）來確定PD所需的電源，并通過附加后的分類事件與PSE進(jìn)行溝通。引腳6、8、9和10通過一個(gè)外rsense和pass門，共同控制電涌和過流保護(hù)（OCP）。13、15和16引腳完成與同伴處理器的三位數(shù)位通訊。該引腳14PGO管腳告訴下游DC-DC設(shè)備輸出正常指示。第4腳可以讓NCP1095從本地的輔助電源供電，而第6腳則可以控制自動開關(guān)功能，從而提高能源效率。

圖4.IEEE802.3bt用電設(shè)備（PD）應(yīng)用圖

PoE的未來

通過提供高達(dá)90W的功率以及分類、Autoclass和MPS等新功能，IEEE802.3bt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。