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    亞德諾半導體(中國)有限公司

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    亞德諾新聞
    利用以太網供電 (PoE2) 恢復正常工作(二)
    發布時間:2022-05-07        瀏覽次數:3403        返回列表
     

    PoE 2拓撲、檢測方案和功率分級

    PoE 2引入了兩種不同的PD特征配置:單特征和雙特征PD。單特征PD(圖4)是在兩個線對(pairset)之間共用相同的檢測特征和分級特征的PoE2 PD PD。雙特征PD是在每個線對上都具有獨立特征的PoE 2 PD,允許每個線對具有完全獨立的分級和功率分配。雙特征PD解決方案非常復雜,其成本是單特征PD的兩倍。值得注意的是,盡管共用一個相同的架構,802.3bt雙特征PD并不等同于先前標準的UPoE設備。LTC9101/LTC9102/LTC9103支持可靠的PoE 2 PD檢測過程,包含新的連接檢查子過程,以確定PSE連接哪種PD特征配置。

    除了進行連接檢查外,器件還需驗證連接的PD是否是符合IEEE標準的PD。雖然IEEE要求PSE使用2點電壓或2點電流檢測方案之一來檢測有效PD特征(25 kΩ),但LTC9101/LTC9102/LTC9103通過同時采用兩種類型的檢測方案以實現更穩定可靠的方案。這種多點(多電壓和多電流)檢測機制可用來消除誤報,并可避免損壞未針對PoE直流電壓承受力而設計的網絡設備。

    PoE 2為兩對導體(4線)供電,以提供高達25.5 W的功率,為四對導體(8線)供電,以提供高達71.3 W的功率。這不僅能實現更高功率水平,而且由于在所有導體通電后,電纜中的功率損耗減少了一半,因此使用更多導體可以提高舊有的低功率水平系統的效率。例如,為確保PoE 1 PD可接收到25.5 W,需要采用PoE 1 (PoE+) PSE提供30 W功率,因為在100 m的CAT5e電纜上的損耗為4.5 W。四對導體通過PoE 2為相同的25.5 W PD供電,通??蓪p耗降低至2.25 W以下,從而使總功率傳輸效率從85%提高至92.5%??紤]到全球PoE PD的數量,這意味著大幅降低功耗,在許多用例中,碳排放量可降低7.5%。

    ADI 技術文章圖4 - 利用以太網供電 (PoE2) 恢復正常工作

    4.單特征與雙特征PD的拓撲結構

    PoE 2引入四種新的大功率PD分級,從而使單特征分級總數達到9個(如表2所示)。分級5至8是PoE 2的新增分級,相當于40 W至71.3 W的PD功率水平。PSE仍然可選擇使用物理層(即用于71.3 W的5事件分級)或數據鏈路層(即鏈路層發現協議,LLDP)進行PD的分級,而且PD依然必須能夠支持兩種分級方案以與標準相符。請記住,因為每個線對在雙特征PD中獨立運行,所以每個線對都可以是不同的分級。例如,個線對上的Class 1 (3.84 W)和第二個線對上的Class 2 (6.49 W)將形成一個雙特征Class 1和Class 2 (10.3 W) PD。

    表2.PoE 2 PD分級和功率水平

     QQ截圖20220507133929

     

    PoE 2 PD還可以實現物理層分級的一種可選擴展(稱為Autoclass),其中PoE 2 PSE(如LTC9101/LTC9102/LTC9103)芯片組測量連接PD的實際最大吸取功率。這樣,利用這種電源管理功能,可以將剩余的功率分配給其他燈泡(如果測量某個燈泡,由于較低的亮度設置或電纜較短,其功耗低于其分級功率)。

    不言而喻,PoE 2可向后兼容舊的 25.5 W 和13 W PoE 1標準。較低功率的PoE 1 PD可以連接至較高功率的PoE 2 PSE,這不會有任何問題。而且,當情況反過來時,即較高功率的PoE 2 PD連接至較低功率的PoE 1 PSE時,PD可在經協商的較低功率狀態下工作,這被稱為降級。如果PD忽略降級并工作在其功率狀態,則高耗電的PD將導致PSE反復地接通,達到其電流限值,然后關斷,這實際上使PSE產生低頻寄生振蕩。因此,PoE 1和PoE 2 PD都需要降級,但遺憾的是在許多實施方案中降級被忽視了。

     

    非常高效的PD

    ADI提供大量獨特的IC,包括Maxim Integrated(現已成為ADI的一部分)設計的那些IC,以盡可能提高PoE 2 PD的性能。圖3顯示了帶有輔助輸入的高效單特征PoE 2 PD接口的簡化框圖。該解決方案擁有高于94%的端到端(RJ-45輸入至PD負載)效率,并可在-40℃至125℃的溫度范圍內工作。

    圖5中RJ-45接口上的LT4321是一款有源二極管橋控制器,可用來取代所需的二極管橋式整流器。LT4321采用低損耗N溝道MOSFET橋,可同時提高PD的可用功率并減少散熱量。PoE 2要求PD在其以太網輸入端上能夠接受任何極性的直流電源電壓,因此LT4321可將來自兩組數據線對的電源進行平滑的整流,并將其整合為極性正確的單個電源輸出。由于電源效率提高實際上免除了散熱要求,所以總體電路尺寸和成本得以降低,并且功率可降低10倍或更多,從而使PD能夠保持在分級功率預算之內,或者使PD能夠增加功能。

    圖5所示的理想二極管橋控制器是PD接口的“大腦中樞”,LT4295是一款PoE 2 PD接口控制器,集成了一個高效的正激式或無光耦合反激式控制器。LT4295利用一個集成型25 kΩ特征電阻、高達5事件分級和單特征拓撲支持所有9種IEEE PD分級。除了提供更多的PD功率之外,使LT4295優于傳統PD控制器的因素是其采用一個外部功率MOSFET以進一步地大幅降低總體PD散熱量并充分提高電源效率,由于PoE 2的功率水平更高,因此這一點變得更為重要。

    對于那些需要能夠支持輔助電源的PoE 2 PD設計,PD可以選擇由電源適配器供電,圖3頂部所示的LT4320是一款9 V至72 V有源二極管電橋控制器,它采用低損耗N‐溝道MOSFET取代了全波橋式整流器中的全部4個二極管,以顯著降低功耗并增加可用電壓。由于電源效率的提升免除了笨重和昂貴的散熱器,因此可縮減電源和墻上變壓器的尺寸。通過幾乎消除熱運行二極管橋中固有的兩個完整二極管壓降(~1.2V,即12V的10%)提供了額外的裕量,從而增加了應用的儲備空間,低電壓應用亦能從中獲益。

     

    結論

    在如今不斷發展的全球以太網市場中,PoE 2仍然相當重要,即使在遠程工作持續凸顯優勢的情況下也是如此。大中小型企業都對大樓進行改造,安裝支持PoE的掃描儀、攝像頭和其他系統來保護員工安全,所以比以往更加需要高端口數PSE。ADI公司的LTC9101/LTC9102/LTC9103 PoE 2 PSE芯片組能夠滿足這種需求,它們讓交換芯片供應商能夠高效、可靠地為高達48個以太網端口供電,且為設施和IT經理提供先進電源管理功能。同時,PD開發人員可以在電纜的另一端繼續使用ADI公司的多款IC來提高集成度,減少散熱量,并提高電源效率。

     ADI 技術文章圖5 - 利用以太網供電 (PoE2) 恢復正常工作

    5.帶有輔助輸入的高效IEEE 802.3bt單特征PD接口的簡化框圖

     

     

     
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