以太网供电（PoE）基础：通过数据线缆传输直流电力
以太网供电（PoE）技术可在标准以太网线缆上传输高达90W的直流电力，传输距离达100米。该技术将电力与数据融合于单一布线基础设施，简化商业、工业和企业环境的安装部署。
编者注：单线缆传输电力与数据改变现代网络游戏规则。正如USB成消费电子标配，PoE为连接基础设施提供可扩展、安全、高性价比的解决方案。
美国国家消防协会（NFPA）将电气和照明设备列为美国商业火灾第三大诱因。常见罪魁包括老化线路、过载电路、松动连接、故障保险丝、不平衡负载——皆可导致过热引发火灾。PoE内置电源管理通过硅级控制电压、电流和负载保护，缓解这些风险。
市电通过三根绝缘导体长距离传输交流电：火线（120V或230V AC）、零线（近0V）、地线（接地）。地线可占总铜截面33%，对安全至关重要。相比之下，PoE利用以太网线缆八根导体传输直流电，释放铜资源用于数据，通过集成硅控制处理安全。
图1：2.5mm²市电线与23AWG CAT6线缆对比（来源：Ethernet Alliance）
2对供电 vs 4对供电
RJ45连接器提供八个触点，分为四对差分线。10BASE-T和100BASE-TX网络仅两对传数据，留两对闲置。千兆以太网使用全四对。PoE利用闲置线对（IEEE 802.3af）或全四对（IEEE 802.3bt）供电。
IEEE 802.3af（PoE）每对350mA，最高57V。IEEE 802.3at（PoE+）提升至每对600mA，仍57V。IEEE 802.3bt（PoE 2）使用全四对，每对960mA，单端口达90W。
图2：2对与4对供电对比
IEEE 802.3bt（90W）分级
Ethernet Alliance将PoE 2细分为八个等级（5-8类），每类代表PSE 15W切片和PD 11W切片。这种颗粒度方法让多端口PSE按设备需求高效分配电力。
图3：IEEE 802.3bt等级与类型细分
PoE供电五阶段
PoE遵循五步供电周期：
- 检测
- 分类
- 启动
- 运行
- 断开
PSE内置Rsense电阻测量PD消耗电流，PD侧25kΩ下拉电阻信号检测。
图4：PoE供电五阶段（来源：Ethernet Alliance）
阶段1——检测
连接时，PD的25kΩ下拉电阻触发PSE在500ms窗口内进行两次电压-电流测量：2.8V和10V。通过计算ΔV/ΔI比值，PSE确认PoE设备存在。有效检测范围19kΩ–26.5kΩ；否则PSE拒绝设备。
阶段2——分类
分类阶段，PD通过五个定时“类别事件”宣告所需功率等级。每事件对应特定电流签名（如0类：1-4mA，1类：9-12mA等）。PSE测量各事件PD汲取电流确定其等级（1-8类）。
图5：分类阶段使用的类别签名
确定等级后，PSE施加相应电压电平（图6）并设定功率分配。PoE 2设备在类别事件1后半段可切换至“0类”签名，表明支持自动分类。这使PSE在测量设备峰值消耗后微调供电。
图6：类别签名与电流电平
自动分类优化
自动分类下，需65W的PD标识为8类。PSE分配略超66W加小余量，而非默认90W。八端口交换机可节省高达200W，提升安全与能效。
阶段3——启动
PSE限制1-4类浪涌电流450mA，5-8类900mA。同时PD限制负载电流：1-6类400mA，7-8类800mA，保护双方电源爬坡期。
阶段4&5——运行与断开
运行期，PD每400ms周期性汲取小电流脉冲（维持功率签名MPS）。若PSE未收到MPS，切断电力防止僵连接。
典型802.3bt受电设备架构
图7展示典型PoE 2 PD电路。交流耦合变压器馈入以太网接口，驱动GreenBridge™ 2整流器——比传统硅二极管桥更高效。NCP1095控制器（ON Semiconductor）通过专用引脚处理检测、分类、浪涌、过流保护。引脚6启用自动分类，引脚14向下游DC-DC变换器发出输出就绪信号。
图7：802.3bt应用图（来源：ON Semiconductor）
ON Semiconductor还提供NCP1096，集成外置FET和Rsense以简化设计。
硅技术的关键作用
传统消防安全器件——保险丝、断路器、地线——均为被动式，常在故障发生后才反应。PoE基于硅的控制（分类、自动分类、浪涌限制、MPS）提供实时监测和自动关断，大幅降低火灾风险。例如，无响应设备触发早期断开，允许IT人员在故障升级前排查。
此外，硅成本远低于铜且可编程，提供比传统布线更灵活、可扩展、更安全的供电方案。
▶ 本文原载Power Electronics News。
Bob Card是ON Semiconductor高级解决方案组美洲营销经理。
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