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以太網(wǎng)供電 (PoE) 連接系統由 IEEE 802.3 標準定義，提供了一種以單一一體化以太網(wǎng)電纜同時(shí)給機器零部件提供數據和電力的方便方式 。有關(guān) PoE 的原理和結構入門(mén)介紹，請參看 2013 年 Digi-Key 文章以太網(wǎng)供電介紹。 如今 PoE 已經(jīng)出了三個(gè)標準子類(lèi)： · PoE 替代方案 B 使用單獨的電線(xiàn)來(lái)傳輸數據和電源。具體說(shuō)來(lái)，就是這個(gè) PoE 子類(lèi)規定了四對雙絞線(xiàn) Cat-5 以太網(wǎng)電纜的使用——兩對用于傳輸數據，兩對用于傳輸電力。因此，PoE 替代方案 B 的安排只能支持最高 100 Mbps 的數據速率 (100BASE-TX)——即使使用了額定規格達到千兆位以太網(wǎng)的電纜。 · 備選方案 A 的數據速率也被限制在 100Mbps，但使用兩個(gè)同樣的線(xiàn)對進(jìn)行數據傳輸和供電。這意味著(zhù) PoE 替代方案 A 的安排與包含兩對雙絞線(xiàn)的以太網(wǎng)電纜以及完整 Cat-5 四線(xiàn)對電纜兼容。 · 4PPoE 使用所有四對雙絞線(xiàn)來(lái)傳輸功率，因此可以提供更高的電流。這些雙絞線(xiàn)還能以千兆位以太網(wǎng)及以上級網(wǎng)絡(luò )的最高數據速率進(jìn)行數據傳輸。 
圖 1：這是以太網(wǎng)供電 (PoE) 裝置的一種布線(xiàn)變型。（圖片來(lái)源：Design World） 這三種主要標準通常簡(jiǎn)稱(chēng)為模式 A、模式 B 和四對 PoE。每種模式都可采用不同的引腳配置。但無(wú)論如何變化，任何用電設備 (PD) 都必須能夠接受模式 A 和模式 B 的連接。 最終，是 PoE 系統的供電設備（有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng) PSE）決定使用哪種模式，可能只支持一種模式，也可能支持多種模式。PD 可以通過(guò)供電線(xiàn)對之間的電阻來(lái)指示其與 PoE 的兼容性。固定 25-kΩ 電阻表示一般符合標準，而變化電阻可用于要求特定的供電模式。
圖 2：MAX5969A/MAX5969B IC 安裝在 PoE 用電設備 (PD) 組件中。這款符合 IEEE 802.3af/at 標準的 IC 提供了具有檢測和分類(lèi)簽名的 PD，以及具有浪涌電流控制的隔離電源開(kāi)關(guān)。（圖片來(lái)源：Maxim Integrated） 差分信令和支持的功率容量 以太網(wǎng)電纜利用差分信令在雙絞線(xiàn)上傳輸數據。這意味著(zhù)雙絞線(xiàn)中的每根線(xiàn)都攜帶相同的信息，這樣信號接收設備就可以測量?jì)筛�(xiàn)之間的電壓差。這種安排比簡(jiǎn)單地跟蹤單個(gè)導線(xiàn)上相對于地的電壓的設計要可靠得多，因為這些設計可以檢測和拒絕任何影響電纜的電磁干擾 (EMI)。PoE 使用雙絞線(xiàn)也意味著(zhù)可以提高線(xiàn)對中電壓來(lái)傳輸功率，而不會(huì )對電纜中攜帶的數據信號產(chǎn)生負面影響。
圖 3 ：各種 PoE 安排均采用雙線(xiàn)對和 Cat-5 四線(xiàn)對以太網(wǎng)電纜。一個(gè)主要 PoE 好處是只需要鋪設一條電纜來(lái)連接 PoE 設備。（圖片來(lái)源：Getty Images） 隨著(zhù) PoE 標準的發(fā)展，可以傳輸的功率也在增加。這些都是四代 PoE 或類(lèi)型的代表特征。 · 原有的 1 型 PoE 支持最高 13W 的功率傳輸，電壓范圍為 37 至 57 V，一般情況下足以滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)和門(mén)禁面板等設備的需求。 · 2 型或 PoE+ 支持最高 25 W 的功率傳輸，電壓范圍為 42 至 57 V。在這種功率水平下，還可以支持安全攝像頭、RFID 讀取器和報警系統等設備。 · 3 型則支持最高 51 W 的功率傳輸，電壓范圍為 42 至 57 V，這足以為筆記本電腦和控制面板供電。 · 4 型支持最高 71 W 的功率輸送，電壓范圍為 41 至 57 V，特別適用于為 LED 照明供電，實(shí)現無(wú)市電智能照明。 對于 1 型的最大電纜電阻是 20 Ω，但后幾代的高電流將其限制在 12.5 Ω。 PoE 裝置中的常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò )組件 用于構建 PoE 網(wǎng)絡(luò )的設備包括： · PoE 交換機，是指在其端口上提供 PoE 的網(wǎng)絡(luò )交換機。它們是擴展 PoE 網(wǎng)絡(luò )的基本構件——通常在大多數網(wǎng)絡(luò )中充當 PSE。 · PoE 供電器，將電力添加到無(wú)電源的以太網(wǎng)電纜上。它們可以集成到設計中，為非 PoE 網(wǎng)絡(luò )增加電源。例如，考慮一個(gè)系統，其中一個(gè)非 PoE 網(wǎng)絡(luò )交換機將某個(gè)設備連接到網(wǎng)絡(luò )。如果目標是通過(guò)其以太網(wǎng)電纜為該設備供電，安裝人員可以將電纜從網(wǎng)絡(luò )交換機插入 PoE 供電器，然后用第二條電纜將供電器連接到該設備。供電器需要自己的電源。 · PoE 分路器，將電源和數據從 PoE 電纜中分開(kāi)，允許非 PoE 兼容設備使用單獨的輸入進(jìn)行供電。分路器可以視為一個(gè)反向的供電器。
圖 4：這款 PoE 分路器（更多信息請參見(jiàn) Phihong PTM）可以在選定的 IEEE802.3 系統上提供最高 45 W 的功率，具有過(guò)流以及過(guò)壓保護功能。（圖片來(lái)源：Phihong USA） · PoE 集線(xiàn)器，本質(zhì)上是一堆供電器。多根非電電纜插在一邊，然后另一邊插入用電電纜。 · PoE 擴展器，能夠讓以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的工作范圍超出正常的 100 米范圍。 PoE 應用實(shí)例 能夠通過(guò)單一電纜進(jìn)行供電和傳輸數據對于許多應用來(lái)說(shuō)是不可或缺的，因為它簡(jiǎn)化了自動(dòng)化功能并降低了成本。事實(shí)上，PoE 在沒(méi)有電源的地方特別有用。更重要的是，由于涉及的電壓較低，PoE 電纜的安裝不需要電工。如果替代方案只是安裝額外的電源插座，那么就可以節省大量成本。它也可以使用設施中已有的現有網(wǎng)絡(luò )或電話(huà)線(xiàn)實(shí)現 PoE。 因為電壓很低，所以系統比較安全。這也意味著(zhù)不需要管道和接地外殼...從而進(jìn)一步降低了安裝成本。最大電壓保持在安全范圍內，PSE 在全功率供電前會(huì )發(fā)出一個(gè) 10V 的測試電流。只有在 PD 上檢測到 25 Ω 電阻時(shí)，才會(huì )施加全電壓。這樣可以防止連接設備受損。 當需要更改時(shí)，更換以太網(wǎng)連接設備和交換電纜相對容易。只需要技術(shù)人員將新設備的線(xiàn)纜插入網(wǎng)絡(luò )交換機即可。與靠交流電運行的自動(dòng)化機器部分相比（在某些情況下，需要在工作時(shí)隔離整個(gè)自動(dòng)化樓層），PoE 是即插即用的。這意味著(zhù)可以在網(wǎng)絡(luò )繼續運行時(shí)進(jìn)行更改。它還可以很容易地采用設備使用的數據來(lái)控制電力進(jìn)入特定設備。這種開(kāi)關(guān)進(jìn)入設備的電力的能力可以大大降低功耗。 考慮這樣一個(gè) PoE 應用：PoE 照明系統是一個(gè)越來(lái)越普及的應用，具有廣泛的適用性。它們涉及帶有傳感器和照明控制的 LED 燈，通過(guò)以太網(wǎng)電纜和開(kāi)關(guān)連接。其中一個(gè)用途是在倉庫設施中模擬自然日光周期，以改善工人的健康、舒適度和生產(chǎn)力。通過(guò)整合運動(dòng)傳感器和運行在 PoE 控制器上的預測算法，可以最有效地利用燈光，以節約能源和削減運營(yíng)成本。 PoE 的另一個(gè)比較新的應用是電機。集成 PoE 電機可以減少分立自動(dòng)化器件所需的布線(xiàn)量，因為它們消除了電機和外部運動(dòng)控制器之間的專(zhuān)用反饋電纜的要求。在將驅動(dòng)器集成到電機外殼中的裝置中，電機可以簡(jiǎn)單地通過(guò)一根以太網(wǎng)電纜接收控制命令和電力。這減少了總的安裝量，同時(shí)簡(jiǎn)化了安裝過(guò)程。 這種集成式 PoE 就緒型電機可以通過(guò)以太網(wǎng)數據連接接收運動(dòng)控制程序或實(shí)時(shí)命令。 結語(yǔ) 以太網(wǎng)供電 (PoE) 對于需要電力和數據連接的設備非常有用。它降低了安裝成本，帶來(lái)了設計上的便利，而且比電源和數據分開(kāi)的連接更安全、更可靠。有兩種類(lèi)型的設備在增加使用 PoE： · 像燈具這樣傳統上只需要電的設備...卻越來(lái)越多地當作依靠數據傳輸的智能設備而銷(xiāo)售，實(shí)現了更新、更先進(jìn)的功能。 · 諸如電機之類(lèi)組件，已經(jīng)開(kāi)始利用 PoE 的容量增加，將之作為一種經(jīng)濟、安全、便捷的電源和數據連接選擇。 難怪 PoE 已經(jīng)迅速成為消費品以及智能建筑和機器自動(dòng)化利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 功能的核心技術(shù)。 來(lái)源：Digi-Key 作者：Jody Muelaner |
