以太网供电（PoE）定义

以太网供电（PoE，Power over Ethernet）是指通过现有的网络电缆在传输数据的同时为处于不同网络位 置的低功率应用设备提供电源，它可以保证在CAT5/CAT5e/CAT6等电缆上安全提供48V电压、15W功率电源。PoE可以为IP电话、WLAN接入点、网络照相机和各种网络终端提供大约13W的电源。此外，PoE也被称为Power over LAN，即LAN供电。通常情况下，PoE基于IEEE 802.3af-2003标准。

PoE的主要优势

PoE采用标准CAT-5线缆，在主电源断电时则通过中央控制室的备份UPS继续提供服务，易于使用；

由于只需一套电缆为器件供电，因此简化了安装，节省了空间，而且不需要雇佣佣金昂贵的电工，节省费用和时间；

在需要的时候可以轻松的将器件移动到任何可以进行LAN电缆布线的地方，将对工作场所的破坏性降至最低；

因为在器件工作处无需主电源电压，因此更加安全；

在电源故障时，UPS可保证器件的连续供电，供电稳定性提高；

管理方便，可以通过SNMP网络基础设施监控器件，实行统一的远程管理、关闭和复位；

可以轻松的移动和连接到接入点，因此在无线LAN系统中，可以简化RF调查任务。

IEEE 802.3af-2003标准

都是星形网络结构、都在非屏蔽 双绞线上传输数据和语音，是现代以太网与传统电话网的相同之处，其不同之处在于传统电话网只采用一根电缆实现语音信号的传送和供电，而 以太网终端设备则需通过本地电源供电。采用符合IEEE 802.3af标准的PoE则有助于消除这个不同，该标准规定可以通过通用的RJ45接口向受电设备提供功率高达13W、48V的电源，这就允许设备使用与传输数据一致的电缆提供或吸收功率。标准中规定了两个可选电源实体，即受电设备（PD）和供电设备（PSE），该标准可向下 兼容。

具体规范如下：
PSE输出电压：44-57V
常规模式下，PSE最大输出电流：350mA
PSE连续输出功率：15.4W
PD输入电压：37-57V
PD输入平均功率：12.95W
PD输入浪涌电流：400mA

PoE系统结构

图1给出了单端口PoE的系统结构框图，它由一个PSE设备（可以是集线器或交换机），及一个PD设备构成。图中可清楚地看到，左边的PSE设备利用数据线即CAT-5线缆向右边的PD设备端提供电源，PD设备（如IP电话等）通过变压器从CAT-5电缆上取电。

图1 单端口PoE系统结构框图(略)


电源配送方式

端点PSE方式

端 点PSE方式，是指将电源设备集成在交换机或集线器中。图2和图3给出了两种备选方案，其中方案A（如图2所示）是利用CAT-5电缆的数据线对发射功率，并利用变压器的中心抽头提供（PSE）和接收（PD）功率。方案B（如图3所示）则是利用CAT-5电缆的备用线对发射功率。

图2 端点PSE方式 方案A(略)

图3 端点PSE方式 方案B(略)

中跨PSE方式

中跨PSE方式，是指PSE位于网络交换机/集线器和PoE终端（PD）之间，因此实现了外部电源向以太网供电。该方式利用双绞线对提供数据和电源，不增加每个在网设备端口的负担。因无需更换网络交换机/集线器即可为网络增加PoE功能，所以特别适用于旧网改造。图4给出了在中跨PSE方式下利用备用线对传输功率的示意，而表1则给出了两种方式所对应的线对编号和电源信号。

PoE设备的检测

PoE设备检测的主要要求是，必须分辨出受电设备是PoE兼容设备或非兼容设备，以避免向非PoE兼容设备供电，保证终端设备的安全。PSE供电设备通过检测PoE系统中PD终端的特征阻抗及电压，识别受电设备类型。

图4 中跨PSE方式(略)

在PD设备中一般使用桥式整流器，这主要是因为桥式整流器可以提供意外反接时的极性保护，同时又能够防止电源漏电流反向流回PSE造成故障，如图5所示。

图5 PD中的桥 式整流器(略)

PD中的特征阻抗需具有较小的共差容限，一般规定的有效区域为23.75kΩ到26.25kΩ之间，此值包括二极管串联电阻在内。图6给出了具体的检测和分类步骤：首先，PSE向PD设备发出2-10V的检测电压信号，即握手信号。利用此信号可检测设备的特征阻抗是不是标准规定的25kΩ；如果检测到的是符合标准的PD设备，PSE将加大发送功率，输出15-20V的检测电压，以便对PD设备的功率进行分类；在完成分类后，PSE开始发送0-48V的工作电压，设备进入正常的工作模式。

图6 检测和分类步骤(略)

为 了有效的管理电源功率的分配，将PD设备按照功率级别分成以下几类，功率在0.44-12.95W之间的属于0类，0.44-3.84W为1类，3.84-6.49W为2类，6.49-12.95W为3类，4类保留。

供电器件MCZ34670

飞思卡尔MCZ34670是PoE受电器件，它可以提供高性能分布电源，可以向无线接入点、IP电话、网络摄像机等网络设备供电，从而省去上述设备各自所需的网路连接和独立的供电电源。
M CZ34670集成了符合IEEE 802.3af标准的PoE接口，提供特征检测和分类功能，集成了隔离开关，具有可调欠压锁闭功能，其输入电压范围高达80V。该芯片的浪涌门限值可以通过外部电阻进行设置，因此也可以用作不符合IEEE 802.3af标准的旧式PSE设备的供电。

MCZ34670内部集成了一个高性能电流模式开关电源，其PWM控制器无需辅助线圈，即可直接用VPWR为器件供电。电流型控制提供了快速响应和出色的稳定性。内置可调振荡器，具有上升沿消隐能力，并提供内部斜率补偿电路和过压保护功能。图7为芯片的原理框图，图8和图9为利用MCZ34670实现反向式和正向式电源的原理图。

图7 MCZ34670结构图(略)

图8 MCZ34670的 典型应用－反向式(略)

图9 MCZ34670的 典型应用－正(略)

向式 飞 思卡尔公司针对MCZ34670推出了一款评估板KIT34670EVB，该板可以演示芯片的主要特性，其PD接口符合IEEE 802.3af规范，具有5V的隔离电压输出及可调的UVLO和浪涌电流，且可配置设备类别（0-4类）。

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问答选编

问：DC/DC的输出电压如何调节？调节是否方便？

答：可以调整反馈分压器的比例来调节DC-DC的输出 电 压，至于是否方便这很难说，取决于具体的DC/DC 设计。

问：端点PoE是否只支持数据线对供电？

答：端 点PoE方式支持数据线对供电，也支持备用线对 供 电， 而在中跨方式中，必须使用备用线对供电。

问：MCZ34670 评估板有何功能?

答：评估板 KIT34670EVB可以验证 MCZ34670 的主要特 性 。它提供符合IEEE802.3af规范的受电设备接口； 5 V 隔离电压输出；可调节浪涌电 流；欠压监控调节 及可配置设备类型为0到4类等。

问：MCZ34670有无瞬态过压保护？如果没有，如何在 PD端添加瞬态过压保护功能？

答：MCZ34670 有瞬态过压保护功能，当输入电压高于 65V时，过压保护功能将发挥作用。

问：MCZ34670 中DC/DC的输出可调吗？

答：MCZ34670是一个DC/DC控制器，因此其DC/DC输 出电压可以通过外部器件调整。

问：PoE的供电距离有没有限制? 是多少？它和哪些因 素有关?

答：PoE 供电距离是100m，它和电缆质量有关，但按规 定采用 CAT5、CAT5-e或CAT6就应该没有问题。

问：P oE供电的通路是否有限？如果采用这种网络功 率 截取方法的设备过多，是否对网络的稳定运行 构 成威胁？

答：PoE只能为网络设备提供350mA/15W的最大功率。 P SE会限定连接的PD器件，以满足PoE指标，因此 ， 它不会影响网络的稳定性。

问：对受电设备PSE是否具有软启动功能以减小浪涌 电流?

答：飞 思卡尔的MCZ34670是提供多种智能方式的PD 芯 片，它可通过调节外部电阻值来设置浪涌电流的 门 限值。当设置为较小值时 ， 受电设备可对PSE 端 索取较小电流，以减少浪涌。MCZ34670也提供 了软启动功能。

问：R J45中信号传输对PoE的影响有多大? 所引起的 噪音占多大比例? 如何避免?

答：RJ45信号线上的信号对PoE供电影响不大，因为电 源 可在备用线对上传输。当电源在数据线对上传 输 时，数据的电压会通过PD稳压电路滤除。

问：DC的掉电检测在低功耗应用中可能被误判为设备 移除，飞思卡尔是如何解决这个问题的？

答：P SE会产生特征检测电压，来检测是否存在PD器 件 ，所以通常只吸收极少的电流。因此，正常工作 是没有问题的。特征检测的定义如IEEE 802.3af的 PoE指标所述。

问：当前，PoE存在的主要问题是什么? 有什么解决方 案?

答：从市场发展的角度讲，它是比较新的技术，需要大 家的接受和认同，包括：成本、方便性及实用性等； 从 技术角度讲， 相对PD端，PSE端的设计较 为复杂， 但 是使用中跨方式可以分担其负荷。PoE设计的 灵活性为达到目的提供了多种手段。

问：一般以太网供电中，用电设备电流应控制在多大的 范围内?

答：IEEE802.3af规定PD功率应在13W以下。

问：在上电检测期间，因为要检测特征电阻，那么怎样 估计整流桥在检测期间的影响？

答：您的问题非常好，我们提供了针对 MCZ34670 特征 电 子检测的一个计算公式，请您参考我们的应用 笔记AN3279，获得详细信息。

问：对 PSE 电源有特殊要求吗？使用普通的 48V 电源 是否可以向 PD 供电？

答：因为瞬态电流和浪涌电流可能很高，所以只要瞬间 起峰电流、OVLO、过电压不超过设定值和器件限定 值 ，就能够实现这种操作 。但是，我们不建议这么 做，因为这不符合PoE IEEE 802.3af规范的要求，同 时，该规范要求须满足电缆标准，并强调安全问题。 因此，建议使用带有PSE的PD。

问：如何对PD进行检测? 包括哪些内容?

答：首 先，PSE向PD发送2-10V的检测电压，用来检测 P D端的特征电阻是不是标准规定的25 kΩ。如果 检 测到是符合标准的PD设备后，PSE会加大功率， 发 送15-20V的检测电压，以便对PD设备的功率进 行分类。

问：实 现 IEEE 802.3af标准的 PoE，是否意味着需要更 换新的交换机?

答：有两种选择：
a. 可以不更换现有交换机，只需加装一台电源抑 制 设备将信号与电源一起注入网络传输线；
b. 更换为有PoE功能的交换机。

问：在 PoE上，如何解决脉冲和辐射保护问题？

答：在PD端变压器上，要注意绕线部份应尽量减少使 用杂散电感，并安装接地屏蔽，从而降低幅射；PCB 布局方面，则需注意电源与信号要明确隔离。