工业4.0以太网PoE供电 经过数据线向以太网设施供电

在环节智能化系统中，必定监控和测量温度、压力、流速、湿度等关键参数。在工业4.0时代，以太网是一种盛行的通讯规范。由于以太网是有线的，而变送器和传感器通常须要电源，所以疑问来了：为什么不经常使用以太网电缆启动数据传输和供电？本文形容了以太网设施如何同时经常使用电缆传输数据和供电。以太网供电（PoE）系统在工业中获取宽泛运行，并将在未来施展关键作用。

PoE规范

802.3以太网供电规范中定义了经过Cat-5电缆供电。借助PoE，以太网设施可以在经过RJ45电缆启动实践数据传输的同时取得供电。PoE规范过去仅限于几瓦，但降级的PoE技术支持更高的功率。例如，PoE+准许每个端口高达25 W的功率，而PoE++(四对以太网供电系统)经过经常使用一切现有的电缆线，功率范围从70 W到100W。为了裁减PoE规范的好处并给予原始设施制作商更大的灵敏性，PoE制作商正在开发并行规范，为不同的运行提供更优化的方法。例如，ADI公司定义了LTPoE++规范，支持最高90W的用电设施(PD)功率(表1)。与同类处置打算相比，LTPoE++降落了PoE系统的技术复杂性。LTPoE++的其余个性包含即插即用性能、易于实施以及安保牢靠的电源。此外，LTPoE++可与IEEE的规范PoE规范互操作并向后兼容。但是，由于系统损耗和电缆损耗，可用功率略低于额外PD功率，PoE+和PoE+也是如此。

表1. PoE规范

PoE组件

基本上，经过以太网电缆为设施供电须要两个组件:受电设施和电源设施(PSE)。

图一. 显示PoE系统关键组件的框图。

PSE的义务是像电源一样保送电力，而PD接纳电力并经常使用它(负载)。PSE设施在通电时有一个签名环节，以包全不兼容的设施在衔接时免受损坏。这包含首先审核PD的特色电阻。仅当该值正确(25kΩ)时，PD才会通电。假设PSE检测到部分放电，它从分类开局；也就是说，确定所衔接设施的功率需求。为此，PSE施加规则的电压并测量发生的电流。PD依据电流水平被调配到一个功率等级。假设一切反常，将提供所有电压和电流。PD供电后，其义务是将–48V的PoE电压转换为适宜终端设施的电源电压。在典型的PD设计中，经常使用一个额外的DC-DC转换器(二极管电桥控制器)。它的义务是调整或满足PD提供的组件的功率要求。较新的IC曾经提供了将接口和dc-to-dc转换器集成到单个低功耗器件中的或许性，从而简化了设计。

依据IEEE802.3 PoE规范，PD必定在其以太网输入端接受任何极性的直流上班电压，因此在PD的输入端前须要两个二极管电桥。因此，PD也可以在极性同样的状况下上班，与所用的线对有关。图2显示了集成隔离式开关调理器的LTPoE++和PoE+兼容PD控制器。LT4276之类的控制器支持正激和反激拓扑，以及2 W至90W功率级的同步操作，较低功率级的传统PD控制器集成了功率MOSFET，但在较高功率下，驱动外部MOSFET的选项使PD能够降落损耗并提高效率。

由于IEEE802.3以太网规范要求与设施外壳的接地衔接电气隔离，所以系统须要一个用于PSE的隔离控制器芯片组。数字接口(图二中的LTC4271in)衔接到非隔离端的PSE服务器，而以太网接口(图2中的LTC4290in)衔接到隔离端。这两个组件经过便捷的以太网发送器衔接。经过这种弱小的PSE芯片组设计，可以防止发生隔离电源的额外组件。

假设PD侧的全桥整流器的两个二极管由理想二极管替代，则可以提高整个PoE系统的功率和效率。因此，经常使用并控制MOSFETs，使其像典型的二极管一样上班。这样，由于低沟道电阻[RDS (ON)]，正向电压可以清楚降落。理想的二极管电桥控制器与PD控制器一同治理全桥性能中的四个MOSFETs(图三)。

图二. PoE电路示例。

图三. 传统二极管整流与经过二极管电桥控制器驱动的比拟。

PoE和LTPoE++等并行开发的规范衔接智能工厂和修建，同时提供弱小的端到端高功率方法来简化电源的设计和实施。