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以太網供電 (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電纜同時給機器零部件提供數據和電力的方便方式 。有關 PoE 的原理和結構入門介紹，請參看 2013 年 Digi-Key 文章以太網供電介紹。 如今 PoE 已經出了三個標準子類： · PoE 替代方案 B 使用單獨的電線來傳輸數據和電源。具體說來，就是這個 PoE 子類規定了四對雙絞線 Cat-5 以太網電纜的使用——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的電纜。 · 備選方案 A 的數據速率也被限制在 100Mbps，但使用兩個同樣的線對進行數據傳輸和供電。這意味著 PoE 替代方案 A 的安排與包含兩對雙絞線的以太網電纜以及完整 Cat-5 四線對電纜兼容。 · 4PPoE 使用所有四對雙絞線來傳輸功率，因此可以提供更高的電流。這些雙絞線還能以千兆位以太網及以上級網絡的最高數據速率進行數據傳輸。 
圖 1：這是以太網供電 (PoE) 裝置的一種布線變型。（圖片來源：Design World） 這三種主要標準通常簡稱為模式 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（有時簡稱 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 可以通過供電線對之間的電阻來指示其與 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簽名的 PD，以及具有浪涌電流控制的隔離電源開關。（圖片來源：Maxim Integrated） 差分信令和支持的功率容量 以太網電纜利用差分信令在雙絞線上傳輸數據。這意味著雙絞線中的每根線都攜帶相同的信息，這樣信號接收設備就可以測量兩根線之間的電壓差。這種安排比簡單地跟蹤單個導線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 使用雙絞線也意味著可以提高線對中電壓來傳輸功率，而不會對電纜中攜帶的數據信號產生負面影響。
圖 3 ：各種 PoE 安排均采用雙線對和 Cat-5 四線對以太網電纜。一個主要 PoE 好處是只需要鋪設一條電纜來連接 PoE 設備。（圖片來源：Getty Images） 隨著 PoE 標準的發展，可以傳輸的功率也在增加。這些都是四代 PoE 或類型的代表特征。 · 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，一般情況下足以滿足無線接入點和門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，實現無市電智能照明。 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 裝置中的常見網絡組件 用于構建 PoE 網絡的設備包括： · PoE 交換機，是指在其端口上提供 PoE 的網絡交換機。它們是擴展 PoE 網絡的基本構件——通常在大多數網絡中充當 PSE。 · PoE 供電器，將電力添加到無電源的以太網電纜上。它們可以集成到設計中，為非 PoE 網絡增加電源。例如，考慮一個系統，其中一個非 PoE 網絡交換機將某個設備連接到網絡。如果目標是通過其以太網電纜為該設備供電，安裝人員可以將電纜從網絡交換機插入 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，允許非 PoE 兼容設備使用單獨的輸入進行供電。分路器可以視為一個反向的供電器。
圖 4：這款 PoE 分路器（更多信息請參見 Phihong PTM）可以在選定的 IEEE802.3 系統上提供最高 45 W 的功率，具有過流以及過壓保護功能。（圖片來源：Phihong USA） · PoE 集線器，本質上是一堆供電器。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，能夠讓以太網網絡的工作范圍超出正常的 100 米范圍。 PoE 應用實例 能夠通過單一電纜進行供電和傳輸數據對于許多應用來說是不可或缺的，因為它簡化了自動化功能并降低了成本。事實上，PoE 在沒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絡或電話線實現 PoE。 因為電壓很低，所以系統比較安全。這也意味著不需要管道和接地外殼...從而進一步降低了安裝成本。最大電壓保持在安全范圍內，PSE 在全功率供電前會發出一個 10V 的測試電流。只有在 PD 上檢測到 25 Ω 電阻時，才會施加全電壓。這樣可以防止連接設備受損。 當需要更改時，更換以太網連接設備和交換電纜相對容易。只需要技術人員將新設備的線纜插入網絡交換機即可。與靠交流電運行的自動化機器部分相比（在某些情況下，需要在工作時隔離整個自動化樓層），PoE 是即插即用的。這意味著可以在網絡繼續運行時進行更改。它還可以很容易地采用設備使用的數據來控制電力進入特定設備。這種開關進入設備的電力的能力可以大大降低功耗。 考慮這樣一個 PoE 應用：PoE 照明系統是一個越來越普及的應用，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，通過以太網電纜和開關連接。其中一個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、舒適度和生產力。通過整合運動傳感器和運行在 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成本。 PoE 的另一個比較新的應用是電機。集成 PoE 電機可以減少分立自動化器件所需的布線量，因為它們消除了電機和外部運動控制器之間的專用反饋電纜的要求。在將驅動器集成到電機外殼中的裝置中，電機可以簡單地通過一根以太網電纜接收控制命令和電力。這減少了總的安裝量，同時簡化了安裝過程。 這種集成式 PoE 就緒型電機可以通過以太網數據連接接收運動控制程序或實時命令。 結語 以太網供電 (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，帶來了設計上的便利，而且比電源和數據分開的連接更安全、更可靠。有兩種類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...卻越來越多地當作依靠數據傳輸的智能設備而銷售，實現了更新、更先進的功能。 · 諸如電機之類組件，已經開始利用 PoE 的容量增加，將之作為一種經濟、安全、便捷的電源和數據連接選擇。 難怪 PoE 已經迅速成為消費品以及智能建筑和機器自動化利用工業物聯網 (IIoT) 功能的核心技術。 來源：Digi-Key 作者：Jody Muelaner |
