PoE供電智能樓宇的方法

大部分辦公大樓都有一個現有的以太網基礎設施，配有裝有電池供電的UPS（不間斷電源系統）的集中網絡機柜，以在停電時維持重要網絡設備的運行。以太網供電（PoE）為智能建筑供電提供了很多優勢。通過PoE連接，IT部門可以選擇性地為離網箱最遠100米的關鍵電子設備（如攝像頭）供電。為進一步降低成本，PoE的安裝不需要電工，同時又符合國際安全標準。電源與數據的結合使得照明，安全，標牌等應用更加智能化；而當戰略位置遠離電源插座時，Wi-Fi性能也得到增強。

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

IEEE802.3bt支持高達90W的功率，與之前的標準相比有了顯著的提高，為更高功率的應用打開了大門，包括智能樓宇內的互聯照明和標識。

本篇文章將概述PoE系統，并重點介紹IEEE802.3bt提供的新功能。

圖1.IEEE智能樓宇應用規范

PoE拓撲

一個PoE系統非常簡單。PoE網絡交換機是供電設備（PSE），通過以太網電纜（通常為CAT5）為一個PoE設備（PD）供電。

圖2.基本PoE拓撲

2對電源對比4對電源

IEEE802.3bt與以前的PoE規范的一個主要區別是，新標準使用了RJ45連接器的全部四對，允許傳輸的功率大大增加。802.3bt規范將線對類型分為八個不同的類別（classes）。

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

●而從PD的角度來看，每個PoE2class是11W的切片。

更精細的classes與類型切片通過向接的PD提供各種功率來優化多端口PSE的能效，尤其是當聯接的PSE端口數量增加時。

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PD提出的25kΩ下拉電阻來識別其檢測特征值。然后，該PD在最多五個ClassEvents/MarkEvents期間從PSE產生其要求的class特征值（功率要求）。

IEEE802.3bt規范引入了一個新的功能，稱為Autoclass。在1.2秒的窗口內，當該PSE學習了該PD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有助于優化PSE的功率分配。例如，一臺PSE網絡交換機可能為8個802.3at端口加上4個802.3bt端口提供服務，共計600W（30Wx8=240W，加上90Wx4=360W）。

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

有了Autoclass，假設兩個btPD的CAT5電纜長度較短，并為每個端口增加1.75W的余量，該PSE網絡交換機將為這兩個802.3bt端口分配約136.5W（短電纜長度下每個端口約66.5W，加上每個端口的1.75W余量=68.25W/端口）。如此該PSE網絡交換機可以將節省下來的43.5W（180W-136.5W）用于其他十個端口。

IEEE802.3btPD應用框圖

下圖概述了高能效IEEE802.3bt用電設備內的元件。從左至右移動，交流變壓器將以太網10/100/1000數據耦合到附近的處理器。

高效率GreenBridge?2MOSFET方案可以實現全波整流，同時比傳統的硅二極管橋消耗更少的功率。NCP1095控制器符合IEEE802.3bt標準的第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進行溝通。引腳6、8、9和10通過一個外rsense和pass門，共同控制電涌和過流保護（OCP）。13、15和16引腳完成與同伴處理器的三位數位通訊。該引腳14PGO管腳告訴下游DC-DC設備輸出正常指示。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功能，從而提高能源效率。

圖4.IEEE802.3bt用電設備（PD）應用圖

PoE的未來

通過提供高達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用打開大門，包括互聯照明。