以太网供电（POE）技术原理及过程分析

一、以太网供电技术

　　以太网供电技术（POE，Power Over Ethernet）是指通过常用的语音、数据和视频的双纹线提供电源的技术。以太网供电技术是在现有以太网布线基础上就能保证为IP终端传输数据信号，同时为此类设备提供直流供电。借助通用以太网电缆同时传输以太网信号和直流电源，将电源和数据集成在同- -有线系统当中，在确保现有结构化布线安全的同时保证了网络的正常运作。以太网供电采用IEEE802.3af标准，802.3af突破了以太网的应用，它主要是- 一个电源传输协议，而不是数据协议。

　　二、以太网供电系统构成及原理

　　2.1POE系统构成。一个完整的POE系统包括供电端设备和受电端设备在POE系统中，提供电力的叫做“供电设备（PSE，Power两部分。Sourcing Equipment），负责将电源注入以太网线，并实施功率的规划和管理，而使用电源的称为“受电设备”（PD，Power Device）。

　　以太网供电开始于能提供电源的供电设备，该设备通过测量其共模终端来检测需要供电的设备。有效的受电设备必须具有一个25k9共模电阻的“检测特征”。PSE用- 一个称为分级的第：二次测量来判断PD的峰值功率要求，掌握这一信息后PSE就能对那些需要供电的设备提供电源，而不会损坏不需要供电的设备，并能有效地分配可用功率。

　　2.2 POE供电传输方式。802 .3af标准定义了两种不同类型的PSEi一种是“Endpoint PSE”，即末端跨度PSE，把供电功能与网络交换机集成在-一起。EndpointPSE就是支持POE功能的以太网交换机、路由器或其他网络交换设备。末端跨度设备在双绞线中的1、2、3、6号线缆上同时接入电源和数据，如图1所示。

　　末端跨度PSE支持10BASE-T.100BASE TX和1000BASE-T网络。末端跨度的POE系统中的PSE可以在信号线对之间或备用线对之间提供标称48V的DC电源。

　　Midspan PSE是一个专即中闻跨度PSE，另一种是“MidspanPSE”是一个专门的电源管理设备，通常和交换机放在- 一起。它对应每个端口有两个RJ45接口，一个用短线连接至交换机，另一个连接远端设备。PD则有多种形式，如IP电话、AP.PDA或移动电话充电器等。

　　中间跨度PSE在交换机和PD之间，它通过双统线中没有使用4、5、7、8号线缆提供电源。数据通过中间跨度设备路由，不会有任何改动，中间跨度PSE通常与以太网交换机相邻安装在设备机架中，如图2所示。

　　空用段对中间跨度PSE只支持10BASE-T和100BASE -TX网络，而802.3af标准目前还未定义对1000BASE T网络的支持。中间跨度PSE在备用线对之间提供48V的DC电源。

　　三、POE供电设备原理详解

　　标准的五类网线有四对双绞线但是在10M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的两对。IEEE80 2.3af允许两种用法：

　　1.应用空闲脚供电时4、5脚连接为正极，7、8脚连接为负极。下图为利用空闲线（4，5，7，8）传递48V的电源。

　　2.利用信号线（1，2，3，6）同时传递数据信号和48V的电源。应用数据脚供电时，将DC电源加在传输变压器的中点，在这种方式下线对1、2和线对3、6可以为任意极性。传输数据所用的芯线上同时传输直流电，其输电采用与以太网数据信号不同的频率，不影响数据的传输。

　　标准不允许同时应用以上两种情况。电源提供设备PSE只能提供一种用法，但是电源应用设备PD必须能够同时适应两种情况。该标准规定供电电源通常是48V、13W的。PD设备提供48V到低电压的转换是较容易的，但同时应有1500V的绝缘安全电压。

　　下面谈一下1000M BASE-T POE 供电系统

　　1000M BASE-T POE 供电系统 4个线序对均传输数据，故无空闲对，均采用数据对供电，图4左图，1脚和2脚、3脚和6脚通过网络变压器进行电压、信号的分频、分离出来的电压连接到桥式整流进行整流供电，如图5

　　以上讨论的是POE adapter 供电模式，典型的POE adapter 如下图

　　另一种是通过POE供电交换机供电

　　POE交换机供电示意图

　　协商供电

　　当在一个网络中布置PSE供电端设备时，POE以太网供电工作过程如下所示。

　　1. 检测：一开始，PSE设备在端口输出很小的电压，直到其检测到线缆终端的连接为一个支持IEEE802.3af标准的受电端设备。

　　2.PD端设备分类：当检测到受电端设备PD之后，PSE设备可能会为PD设备进行分类，并且评估此PD设备所需的功率损耗。

　　3. 开始供电：在一个可配置时间（一般小于15μs）的启动期内，PSE设备开始从低电压向PD设备供电，直至提供48V的直流电源。

　　4.供电：为PD设备提供稳定可靠48V的直流电，满足PD设备不越过15.4W的功率消耗。

　　5.断电：若PD设备从网络上断开时，PSE就会快速地（一般在300～400ms之内）停止为PD设备供电，并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备。

　　四、以太网供电过程

　　3.1侦测。在允许PSE向线路供电之前，它必须用- 一个有限功率的测试源来检查特征电阻，以避免将48V电源加给非兼容POE的网络设备，造成危害。在加电之前，PSE首先2.8V- 10V的探测电压去侦测是否有PD接入。具体实施时，是将2 8V 10V之间的两个电压送到网络链路，然后根据得到的两个不同的电流值再作运算（OV/OI）。

　　3.2 P0端设备分类。当检测到受电端设备PD之后，PSE设备可能会为PD设备进行分类，并且评估此PD设备所需的功率损耗。802.3af标准的PD要求开始于一个25kQ和小于120nF的特征识别，正是这-特征使PSE 将PD从不需要供电的其它以太网设备中区分出来。PD只需要具有这些检测特征，而同时链路处于检测模式即可实现检测。分级特征表明PD的峰值功耗，要求在端口电压为14.5到20.5V之间时PD吸收- 一个特定的DC电流。

　　3 3 供电。在一个可配置时间的启动期内，PSE设备开始从低电压向PD设备供电，直至正常提供48V的直流电源。使电路的其当旁路电容充电完成后，端口电压就升高进入供电模式，余部分运行，并在它所在类的功耗极限内吸取电源。如果电流过高的时间超出50ms将会使电源关断。此外，PD必须吸收最低为10mA的电流，这样PSE就能知道它还保持连接。像恒温调节器这类功率敏感的应用可以通过脉电流为10mA，并且脉冲间隔时间保持冲调制使“保持功耗特征（MPS）75ms到250ms之间以减少功耗。PSE 为PD设备提供稳定可靠48V的直流电，满足PD设备不越过15.4W的功率消耗。

　　3.4 断电。若PD设备从网络上断开时，PSE 就会快速地（300~ 400ms）停止为PD设备供电，并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备。如果PD 直未接入或处于关断状态，PSE就停止输送电源，并不断检测有效PD的25kQ电阻特征电阻。以太网供电连接完全由PSE来进行控制。