以太網供電PoE面臨的挑戰

電子發燒友網報道（文/李寧遠）PoE被稱為基于局域網的供電系統或有源以太網，有時也被簡稱為以太網供電。以太網供電PoE是一項歷史悠久且被廣泛采用的供電技術，PoE利用現存標準以太網傳輸電纜的同時傳送數據和電功率的最新標準規范，并保持了與現存以太網系統和用戶的兼容性。該技術簡化了很多終端設備的安裝，并提供了電源冗余和平滑電源轉換等功能。

功率提升，PoE快速發展

早期PoE多用在互聯網協議IP電話、Wi-Fi連接的無線接入點和IP攝像頭這類應用中，通過100 m的標準CAT5以太網電纜為終端設備注入電力，功率在25.5W發送和30W。隨著PoE條款802.3bt標準推出，并引入了以太網聯盟EA徽標計劃，此后PoE的應用開始在各個領域快速發展。PoE條款802.3bt標準推出，也就是PoE 90W的供電方案發布之后，供電功率水平從25.5W和30W（接受/發送）提高到了71.3W和90W（接受/發送），通過四對CAT5雙絞線電纜供電。

擴展負載輸入端功率范圍的好處是顯而易見的，更多的應用可以與PoE相匹配，現在例如HMI等新的終端設備都開始PoE進行供電。在智能照明、工業照明、醫學成像、專業音視頻設備和數字標牌等等應用領域里，PoE應用開始快速地增長。尤其是智能家居照明和工業照明領域，PoE的應用不僅提高了電能的使用效率，還為照明設備添加了連接功能。PoE加持下的設備不僅僅提供基礎的照明功能，還能夠集成多種傳感器，成為一個多功能節點。

PoE中的PSE與PD

PoE設計中供電設備PSE和受電設備PD的互操作性以及是否符合802.3bt標準是至關重要的。在以前的PoE中，一個電源通道就足以為每個PoE端口供電，現在不僅增加了電源通道用以實現不同等級的電平，還需要提高每個通道的功率密度。

在供電設備PSE和受電設備PD的IC上大家一般都會選擇參與了802.3bt標準與以太網聯盟徽標計劃的廠商來做，這樣在互操作性和合規性上更有把握。出色的PSE和PD控制器能給開發人員能夠提供完整的端到端PoE系統。

PSE設計面臨的挑戰非常多，浪涌和電纜放電、系統級的隔離需求、LED照明支持、復雜802.3bt標準的變更、端口混合設計、多樣的寄存器接口、熱效率以及功率輸出效率等等。將數字和模擬組件組合起來，以解決系統面臨的挑戰。

TI的90W PSE設計里采用了可配置的系統固件解決方案FirmPSE，提供了一種完全可配置的解決方案用于控制系統，可提供多達48個4線對PoE電源端口的。每個端口的專用14bit ADC進行持續的端口電流監控（2%精度），并執行并行分級測量，從而實現更短的端口開啟時間?？紤]到尺寸、效率以及散熱，設計采用了外部FET架構（200mΩ），而且芯片組±2.5%可編程功率限制精度可以將PoE最大功率從90W擴展到125W以上。

該設計里與之匹配的PD接口芯片則配置了可靠的100V熱插拔MOSFET，具有符合PSE浪涌要求的帶浪涌延遲的PG輸出。該芯片的自動維持功率特性能自動調節新標準下PSE的MPS并支持多種需要極低功耗待機模式的應用。

ADI作為PoE領域的帶頭人之一也設計了非常多高端口數量的PSE芯片以及PD控制器。目前推的LTC9101帶閃存數字控制＋LTC9102/9103模擬控制的PSE系統是大型PSE系統常見的可拓展性設計，根據功率需要確定端口數量。

LTC9101是芯片組的核心，每個LTC9102/LTC9103電源通道都采用專用的檢測和分級硬件以保證電源路徑的高效率和耐用性。這可以大幅降低交換芯片中的上電延遲，使PSE不容易受到PD延遲影響。同樣的，為了降低功耗，也采用了外部MOSFET來控制電源通道。

與之相對應的PD控制器設計上，有些PD控制器集成了高效率DC-DC轉換器，可以簡化設計。除了提供更多的PD功率之外，采用外部功率MOSFET更是進一步地大幅降低總體PD散熱量并提高了電源效率。

小結

隨著PoE在智能照明、醫學成像、專業音視頻設備和數字標牌等等非傳統應用領域里快速普及，PSE和PD的設計難度也大大增加，PoE系統需要比以往提供更多的端口數、更先進的電源管理、更高的電源效率以及更低的散熱。