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以太網供電(PoE)為智能樓宇供電提供許多好處。新規
大多數辦公樓都有一個現有的范新以太網基礎設施,帶有集中式網絡機柜配備有電池供電的何供UPS(不間斷電源系統),以便在停電期間維持重要的電智網絡設備的運行。
PoE聯接允許IT部門有選擇地給距離網絡機柜最遠100米的新規關鍵電子設備(如安全攝像頭)供電。為了進一步降低成本,范新PoE安裝不需要電工,何供同時又符合國際安全標準。電源和數據的結合使照明、安防、標牌等應用變得更加智能;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90 W功率的支持,以及包括Autoclass在內的額外功能。
IEEE 802.3bt支持高達90 W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IEEE 802.3bt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
IEEE 802.3bt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PoE 2 class (5-8)是一個15 W切片,
而從PD的角度來看,每個PoE 2 class是11 W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25 kΩ下拉電阻來識別其檢測特征值。然后,該PD在最多五個Class Events/Mark Events期間從PSE產生其要求的class 特征值(功率要求)。
IEEE 802.3bt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600 W(30 W x 8 =240 W,加上90 W x 4 = 360 W)。
如果4個802.3bt PD中的2個各需要65 W,在沒有Autoclass的情況下,交換機將不得不為這兩個端口分配180 W(90 W x 2個端口)。
有了Autoclass,假設兩個bt PD的CAT5電纜長度較短,并為每個端口增加1.75 W的余量,該PSE網絡交換機將為這兩個802.3bt端口分配約136.5 W(短電纜長度下每個端口約66.5 W,加上每個端口的1.75 W余量=68.25 W/端口)。如此該PSE網絡交換機可以將節省下來的43.5 W(180 W-136. 5W)用于其他十個端口。
IEEE 802.3bt PD應用框圖
下圖概述了高能效IEEE 802.3bt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。
高效的GreenBridge? 2 MOSFET方案可實現全波整流,同時比傳統硅二極管橋消耗更少的功率。符合IEEE 802.3bt標準的NCP1095控制器上的第7引腳提出了25 kΩ檢測下拉電阻。
引腳2和3按Class(電阻值)確定PD的功率需求,并在附加后的分類事件中將其傳達給PSE。引腳6、8、9和10通過一個外部rsense和pass門共同控制浪涌和過電流保護(OCP)。
13、15和16引腳完成了與同伴處理器的三比特通信。引腳14 PGO引腳告訴一個下游DC-DC器件輸出正常指示。第4腳允許NCP1095從本地、輔助電源上電,第6引腳控制Autoclass功能以提高能效。
圖 4. IEEE 802.3bt 用電設備(PD) 應用圖
PoE的未來
通過提供高達90 W的功率以及分類、Autoclass和MPS等新功能,IEEE 802.3bt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。
一系列完整的技術培訓演講,提供包括對無線聯接和USB Type C?在內的主題的見解,現已可點播。
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