IEEE 802.3af/at/bt 跨协议 PoE 供电流程

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简介

电源的种类很多，本文将专门介绍以太网供电 (PoE) 电源。在 PoE 电源中，供电设备 (PSE) 通过网线向受电设备 (PD) 终端供电。图 1 显示了常见的 PoE 供电设备，其中包括 PoE 交换机和受电设备（如无线 AP、IP 摄像头和 IP 电话等）。

图1: 常见的 PoE 供电设备

PoE 电源越来越流行，主要源于其三个主要优势：

布局简单、成本低
多设备远程管理
安全、可靠

不同功率等级下的网口供电模式

网线接口内部的线缆结构如图 2 所示。

图2: 网线接口内部的线缆结构

网线由 4 对双绞线组成：线对 1、2 和线对 3、6 用于传输数据信号，而线对 4、5 和线对 7、8 均空闲线对。

图 3 显示了 PSE 和 PD 的连接示意图。

图3: PSE 和PD 网络示意图

IEEE802.3af/IEEE802.3at

IEEE802.3af 和 IEEE802.3at 标准允许 PoE 有两种 2 线对的供电方案，如下所述：

Alternative A (Mid-Span): 利用信号线 (1,2,3,6) 同时传递数据信号和 48V 电源；
Alternative B (End-Span): 利用空闲线 (4,5,7,8) 传递 48V 电源。

IEEE 802.3bt

对 2 线或 4 线对电源而言，任何超过 30W 的电源均由 4 线对供电。

标准 PoE 供电流程

为标准 PoE 设备供电之前有三个阶段：检测、分类和启动。下面将详细讨论每个阶段。

阶段1: 检测

第一个阶段用于检测受电设备是否为标准 PoE 供电设备。该阶段可确保 48V 电压不会直接施加到非 PD 设备上，从而保证设备的安全受电。

PSE 提供两组 2.7V 至 10.1V 的电压，并通过测得的电流来判断 PD 的特征阻抗 (R_DET) 是否在协议范围内。如果 R_DET 在协议标准范围内，则认为该设备支持 PoE 供电，可以进入下一阶段（见图 4）。

图4: 特征阻抗检测

阶段2: 分类

第二个阶段用于决定 PD 设备的功率级别。PSE 向 PD 施加 14.5V 至 20.5V 的电压，并利用获得的电流反馈对PD设备的功率等级进行分类。Class 0、Class 1、Class 2 和 Class 3 在启动供电过程之前仅检测一组电压的功率级别。Class 4 在启动后续供电过程之前需确定两组电压的功率级别。

图5: PD 设备功率级别的分类过程

阶段3: 启动

第三个阶段用于给 VDD 和 RTN 之间的电容充电。由于协议已规定了启动时的最大允许浪涌电流，因此 RTN 和 VSS 之间的 MOSFET （通路开关）电流可以实现软启动。从 RTN 到 VSS 的通路开关在正常 PoE 供电时保持完全打开，直到 VDD 和 RTN 之间的电容充电至目标值。

图6: PoE 启动

IEEE 802.3 af/at/bt 握手协议比较

bt 和 at 协议的主要区别在分类阶段。bt 协议包括 8 个等级，因此该阶段需要多次分类过程以确定 PD 终端的功率级别。

在图 7 显示的电路图中，bt 协议有两级电阻，而 af/at 协议只有一级电阻。其他阶段也类似。

图7: af/at/bt 协议比较

支持 IEEE 802.3 af/at/bt 的 MPS PoE PD 接口

MPS 提供多种支持 IEEE 802.3 af/at/bt 协议的 PoE PD 接口产品，包括 MP8007、MP8017、MP8009 和 MP8030。

MP8007 和 MP8017 均为符合 IEEE 802.3 af 标准的 PoE PD，专为安全摄像头和物联网 (IoT) 设备等 13W 应用而设计。其中，MP8007 支持 DC/DC 变换器采用固定峰值电流和变频断续导通模式 (DCM) 来调节恒定输出电压；而 MP8017 则适用于反激拓扑中的有源钳位原边调节 (PSR) 和副边调节 (SSR)。

MP8009 是符合 IEEE 802.3af/at 标准的 PoE PD，非常适合要求高性价比且空间受限的隔离式解决方案。它为反激式应用提供 PSR，并为有源钳位正激应用提供高效率 SSR。该器件适用于 WLAN 接入点、安全摄像头和视频电话等应用。

MP8030 符合 IEEE 802.3af/at/bt 规范，具有高功率水平，适用于大于 51W 的设计。和 MP8009 一样，MP8030 可以为反激式应用提供 PSR ，并为有源钳位正激应用提供 SSR；同时因具有高功率水平，还可用于微微基站。

图 8 罗列了 MPS 适用于不同协议和标准应用的 PoE PD 接口产品。