POE交换机和POE供电模块

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1、POE交换机和POE模块中国移动通信集团设计院有限公司日期：2011-01中国移动通信集团设计院有限公司刘佳第 2 页课程总览第 2 页课程编号课件包 CW01 WLAN通信技术基础 CW02 无线局域网标准 CW03 无线局域网网络设备 CW04 WLAN无线网规划与设计 CW05 WLAN核心网规划与设计 CW06 WLAN网络施工工艺 CW07 WLAN配置与调试 CW08 WLAN测试与验收 CW09 WLAN维护优化 CW10 终端知识课件编号课件名称 CW03-1天线 CW03-2馈线与器件 CW03-3以太网连接线 CW03-4无线接入点（AP） CW03-5路由器和交换机 CW

2、03-6POE交换机和POE模块 CW03-7无线控制器（AC）第 3 页课程目标l通过学习此课程，您应该能够：l了解设备供电方式l了解802.3af标准l了解以太网供电的原理无线局域网网络设备连接图第 4 页l上图为无线局域网网络设备连接示意图，本课件主要介绍POE交换机和 POE模块。设备供电方式简介l设备的供电方式有两种：一种是集中式供电，即电源都引自同一处，另 一种是分布式供电，即各子设备在安装位置附近获取电源。从抗干扰效 果的角度讲，集中式供电可以基本消除各处参考电位不等的影响。分布 式供电方式的整体停电风险比较分散，但存在着管理不便，维护不容易 ，成本高等缺点。成本抗干扰效果维护停

3、电风险管理分布式供电高差不方便分散不方便 集中式供电低好方便集中方便802.3af标准介绍l电气电子工程师协会IEEE于2003年6月批准了以太网供电PoE（Power over Ethernet）标准IEEE 802.3af。lPoE这项创新的技术，指的是现有的以太网CAT-5布线基础架构，在不用做任 何改动的情况下，借助一根常规以太网线缆在传输数据的同时供应电力，从而 保证该线缆在为以太网终端设备如IP电话机、无线局域网接入点AP、安全网 络摄像机以及其他一些基于IP的终端传输数据信号的同时，还能为此类设备提 供直流供电的能力。l实际上，任何需要数据连接并能在13W或更低功率下工作的设备都

4、可采用以太 网供电技术。PoE技术将电源和数据集成在同一有线系统当中，即在确保现有 结构化布线安全的同时，保证了现有网络的正常运作。 以太网供电的优点l由于每个设备只需要一组连线，因此每个设备的布线更为简单和便宜； l免去了 AP 插座和适配器，使工作环境更安全、整洁，成本也更低； l 能与标准以太网和快速以太网标准架构无缝集成；l(4)不间断电源可确保在 AP电源断电时继续为设备供电；l(5) 设备移动方便，可以移到任何有局域网线的地方移动对工作场所影 响最小；l(6)可对连接到以太网的设备进行远程监控。 以太网供电系统的组成l在PoE系统中，提供电源的设备被称为供电设备(PSE，Power

5、 Sourcing Equipment)，而使用电源的设备称为受电设备(PD，Powered Device)。l以太网供电的主要设备是PSE，它负责对PD的检测、分级、上电、 断路检测 等功能。一旦当某个PD被加载，PSE将立即检测到PD的接入，并将在设备被 移开时切断电源。PSE还必须提供过流保护，以防止PSE和PD遭受损坏。l可以采用两种类型的PSE，一种为端接式PSE(Endpoint PSE),另一种为中跨式 PSE(Mid-span PSE)。 以太网供电系统的结构PSE的工作原理一、检测在允许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25k 特征电阻，以避免将48V电

6、源加给非兼容PoE的网络设备，对其造成危害。在 加电之前，PSE首先用2.8V至10V的探测电压去侦测是否有PD接入，具体实施 时是将2.8V至10V之间的两个电压（间隔在1V或以上）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（V/I），通常我们将此方法称为两点 检测法。PSE的工作原理二、分级一旦侦测到有效的PD，PSE需要了解PD的用电量，以便于系统对电源的 管理，这个过程称为PD分级（IEEE标准规定此过程是可选的）。这一阶段PSE 利用一个15.5V至20.5V的探测电压来检测PD的功率级别。PD通过从线上吸收一 个恒定电流(分级特征信号)来向PSE表明自己所需的最大功率。

7、PSE测量这个电 流以确定PD属于哪个功率级别，分级期间使用的PSE电压源必须限制到100mA ，以避免损坏失效的PD，而且它的连接时间不能超过75ms，以对PD功耗加以控 制。级别分级特征电流PSE最小输出功率说明 00-5mA15.4WPD功率未知，不分级 18-13mA4.0W低功耗PD 216-21mA7.0W中等级功耗PD 325-31mA15.4W高功耗或全功率PD 435-45mA15.4W保留，功率情况同0级PSE的工作原理三、供电成功侦测和分级后，PSE就可向PD供电了。供电期间，PSE还要对每个 端口的供电情况进行监视，提供欠压和过流保护。 PSE的工作原理四、断路检测PS

8、E不能向非PD设备传输电力，同样PSE也不能在PD已经断开后还使电 源处于接通状态，因为供电电缆有可能会插在一个非PD设备上，或引起线缆的 短接。IEEE802.3af标准规定了两种方法让PSE检测PD是否断开，即DC断路检 测法和AC断路检测法，不同的芯片供应商根据系统的实际情况选择最适合系统 的检测方法。AC/DC断路检测lDC断路法根据从PSE流向PD的直流电流大小，从而判断PD是否在线。当电流 在给定时间tDIS(300ms到400ms)内保持低于阈值IMIN(5mA到10mA)，PSE就 认为PD不存在，从而切断电源。这种方法的缺点就是，当PD工作在低功耗模 式时，为避免掉线PD必须

9、周期性地吸取一定的电流。 lAC断路法利用端口阻抗的低频AC测量来检测PD的存在。AC断路法必须检测 位于以太网电缆远端的一个PD的阻抗，并同时提供一个稳定的输出电压来为 PD供电。AC断路法是测量以太网端口的交流阻抗，当没有设备连接到PSE时 ，端口应该是高阻抗，可能达到几兆欧；而当接有PD时，端口的阻抗会小于 26.5k；如果PD消耗大量功率，那么阻抗通常会更低。PD的工作原理检测时l当PSE在PD端口处用2.7V至10.1V之间的电压侦测时，为了便于PSE识别， IEEE802.3af对于PD在侦测过程中的表现（特征）作了规定，PD必须具有表2- 5所示的输入特性。PD的输入端口可具有高

10、达1.9V的偏移电压（以容许二极管 的压降）和10A的偏移电流（漏电流）。参数有效的PD侦测特征无效的PD侦测特征V/I (斜率)23.75kRPD26.25kRPD12k或RPD45K输入电容0.05FCPD0.12FCPD10F输入电感LPD100H偏移电压1.9V偏移电流10APD的工作原理分级时l当PSE在PD端口处用14.5V至20.5V之间的电压侦测时，PD需要通过吸收一定 的恒流来表明自己所需要消耗的功率（可选），所以PSE能够预算PD的功耗 ，同时也方便PSE对电源的管理。 PD的工作原理上电时l探测和分级完成后，PD就会从PSE获得一个44V到57V的电压，这时PD要遵守几

11、条规定。在端口电压升到30V以前，它不应该消耗太大的负载电流，以避免与分 级特征信号互相干扰；当电压达到42V时，它必须处于完全工作状态。工作状态 时PD端口电压应该在36至57V之间，而当PD的端口电压跌落到30至36V之间时， PD应该关断端口。PD工作时不能连续消耗350mA电流或12.95W功率，短时内允 许有400mA的浪涌电流。PD的输入电容必须低于180F，以便在电源接通时将浪 涌电流保持在合理的水平；如果输入电容大180F，PD就要主动限制浪涌电流， 使它低于400mA。 PD的工作原理掉电检测时l最后，PD还必须通过维持功率特征（MPS，Maintain Power Sign

12、ature）发 送持续工作信号。如果没有MPS，PSE将切断电源，阻止一个受电电缆接入 不能通电的以太网设备。PD至少要保持10mA的电流且交流（AC）阻抗要维 持在26.25k或更少与超过0.05F电容并联，以避免PD掉线(offline）。参数符号单位MinMax1输入电流IportmA102输入阻抗Rpd_dK26.253输入电容Cpd_dF0.05目前的研究状况l目前已有多家半导体厂商提供了符合IEEE802.3af规格的PSE控制器。这些器件在 降低系统成本、提供更高可靠性的同时，也加速了以太网供电的广泛普及。这些 控制器为凌特公司(Linear)的LTC4258/59，德州仪器的T

13、PS2383 、TPS2384、以 色列PowerDsine公司的PD64008、美信公司(Maxim)的MAX5935 、 ST的 STE12PS。以太网供电技术正在一步一步向前迈进，大功率以太网供电标准正在 开发。PowerDsine 已经在IEEE大会上提交“大功率以太网供电”标准，估计于 2011年年底颁布新的标准。该标准将支持为笔记本电脑等设备供电。Maxim和ST 已经推出了能够提供30W的电源管理芯片。 12V/24V/48V高功率 POE-Hubl12V/24V/48V高功率以太网供电集线器(POE-Hub)是根据以太网供电标准 802.3af所描述的以太网供电技术原理，在面向

14、工业自动化控制网络设备所需 的高功率、12V/24V/48V电压要求下，开发的一种集供电和数据转发功能于一 体的特殊设备。他主要由数据通信电路和以太网供电电路两步分组成。12V、 24V、48V分别为满足不同的工业自动化控制网络设备电压要求而设计的不同 以太网供电集线器。在设计过程中，兼顾三种不同电压要求电路所需元器件的 封装、尺寸，从而得到了统一的电路板设计形式，在实际应用中，只需按照电 压要求，焊接相应的元器件即可。基于802.3af标准的PoE-Hub以太网供电设备在EPA系统中的应用示意图本课总结第 23 页本课程对POE交换机和POE模块进行了介绍，主要包括设备供电方式简介、802.3af标准介绍，以太网供电原理、目前的研究状况等内容。谢 谢中国移动通信集团设计院有限公司2011-01