PoE(以太网供电)是通过以太网向设备提供电源的技术，它采用于2003年6月制定的IEEE 802.3af标准。PoE系统中的供电设备(PSE)主要包括网络交换设备等，用电设备(PD)主要包括IP电话机、网络摄像机等。最近，越来越多的PoE控制器可支持的功率已超过了IEEE 802.3af制定的功率标准。这是因为，要实现具有更多功能的PoE设备就需要比以往更大的功率。

　　如果PSE与PD里都能够集成支持大功率的PoE控制器，那么就有可能实现25W~70W左右的功率传输。根据IEEE 802.3af标准，PSE每个端口可提供的最大功率为15.4W，考虑到传输过程中的损失，PD允许的最大功耗仅为12.95W。目前，业界正在制定可支持更高功率PoE的IEEE 802.3at标准，预计2008年年中能够制定完毕。

　　目标是多功能

　　如果采用可支持大功率的PoE控制器，那么就能进一步增强PoE设备的功能，并使PoE设备得到更为广泛的应用(见图1)。目前，PD主要包括IP电话机、无线接入点、网络摄像机。如果PoE可提供超过12.95W的功率，那么，IP电话机就能够使用大屏幕液晶屏，甚至可以实现彩色显示，并传输影像;无线接入点能支持WiMAX和多信道输出;网络摄像机可实现Pan(左右移动)、Tilt(上下移动)、Zoom(缩放)等动作。此外，在寒冷地区用于室外的摄像机，因为内置了加热器，所需功率也较大，如果PoE能提供足够大的功率，这种摄像机就可以由PoE供电。

　　图1 支持大功率有利于扩展现有产品功能，并进入新的应用领域

　　由于可提供的功率增加而出现的新应用之一是向笔记本电脑供电。PoE控制器厂商已经向笔记本电脑生产商提出方案，看能否用PoE对笔记本电脑进行供电和充电。此外，新的应用设备还包括工业设备与医疗设备。

　　PoE控制器的生产商都在期待，随着上述设备向着多功能方向的发展，以及新的应用领域的扩展，PoE市场能进一步扩大。在IEEE 802.3af标准推出之后，PoE市场得到了迅速扩大。虽然在这之后其扩展速度曾一度有下降趋势，但一年之前，由于有大功率的PoE控制器上市，该市场又开始逐渐恢复。

　　作为今后的发展型市场，PoE控制器厂商对网络摄像机寄予厚望。TI公司表示：“从用于PD的PoE控制器来看，目前，面向IP电话机的PoE控制器的年增长率超过了25%，面向无线接入点的PoE控制器的年增长率约为15%，而面向网络摄像机的PoE控制器的增长速度更为惊人，其年增长率达40%以上。”

　　可提供2倍以上的功率

　　应用大功率的PoE控制器后，PSE每个端口就可提供25W~35W的输出功率，PD可允许的输入功率也达25W~35W。这符合将于2008年出台的IEEE 802.3at标准。以太网的双绞线由4对8芯铜线组成，其中2对用于数据传输，另外2对为备用线。在现有的IEEE 802.3af标准中，通过2对数据传输线或2对备用线，PSE每个端口可提供最大15.4W的功率，而PD所获得的最大功率为12.95W。如果发布新的IEEE 802.3at标准，那么，PSE每个端口就可以通过2对铜线提供36W左右的功率，而PD的输入功率则可达到30W左右(见图2)。与IEEE 802.3af相比，功率高出2倍以上。

　　图2 可提供大约2倍以上的功率

　　大功率主要是通过提高电流值来实现的。虽然尚未确定，但IEEE 802.3at标准中PSE通过2对铜线可以输出的电流估计会规定为720mA左右，这比IEEE 802.3af标准里规定的350mA(最大电流为400mA)高出2倍以上。另一方面，PSE可提供的电压为50V~57V，而IEEE 802.3af规定的电压为44V~57V，电压的最低值有所提高。

　　IEEE 802.3at最初也曾考虑使用4对铜线提供近70W的功率，因此，支持70W功率的PoE控制器早已上市。但是，如果用4对铜线提供将近70W的功率，那么，以太网电缆就比较容易老化。因此，IEEE 802.3at的最终标准里可能不会使用4对铜线进行功率传输。

　　IEEE 802.3at标准制定之后，目前已上市的大功率产品几乎都可以直接使用。因为厂商都是事先预测了IEEE 802.3at标准的规定，然后再进行开发的。但是，要想得到更广泛的应用，还需符合IEEE 802.3at所规定的的功率范围。

　　而且，在PSE中应用时，需要更新用于控制芯片的MCU的固件。除了电流与电压的变化外，PD对输入功率的识别方法也可能与IEEE 802.3af不一样，如果不能识别，设备就无法使用。

　　选择产品的第一步：确认互通性

　　下面将介绍大功率PoE控制器的选用步骤，这里所说的大功率PoE控制器是指能够使PSE每个端口的输出功率达到15.4W以上的PoE控制器(以下简称PSE控制器)，或能使PD的输入功率达到12.95W以上的PoE控制器(以下简称PD控制器)。

　　在选择大功率PoE控制器时，首先必须留意的是PSE控制器与PD控制器之间的互通性(见图3)。由于大功率产品目前还没实现标准化，因此在功率方面有可能无法满足需求。

　　图3 选择大功率PoE控制器时的注意事项

　　除了可向供应商确认产品互通性之外，也可向提供PoE控制器互通性测试服务的UNH-IOL(New Hampshire大学互通性实验室)查询。确认互通性之后，就可以选择PoE控制器，然后通过PSE与PD实现所需的功能。

　　选择内置/非内置MOSFET

　　选择大功率PSE控制器时要注意以下几点：①是否有用于控制电流的内置MOSFET;②MOSFET的导通电阻;③每个端口的输出功率;④输出端口数量;⑤ 耐压性等(见表1)。

　　如果希望控制成本、减小封装面积，那么应该选择具有内置MOSFET的产品，因为这样无需另外增加用于控制电流的MOSFET。据某业内技术工程师介绍：“当产品具有4个输出端口时，如果能将4个端口的的外置MOSFET集成到芯片内部，封装面积就可以减少将近一半。”表1中各厂商均能提供具有内置MOSFET的产品。

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　　如果希望减少功率损失、抑制控制器温度上升，那就应该注意MOSFET是否具有较低的导通电阻。这时就应该选择具有外置MOSFET的PSE控制器。这是因为，内置MOSFET的导通电阻是固定值，无法改变;但如果是外置产品，就可以选择导通电阻较低的MOSFET。外置产品包括凌力尔特公司的LTC4258/LTC4259A和Maxim公司的MAX5952。

　　如果是内置MOSFET的控制器，当然要选择MOSFET导通电阻较低的产品。如Microsemi公司的PD64004AH与PD64012GH中内置MOSFET的导通电阻最大值仅为0.5W。

　　提高输出功率

　　为了尽可能地驱动更大功率的设备，就应该选择每端口输出功率较大的产品。比如，当没有外置MOSFET时，如果希望每个端口的最大输出功率能达到30W，就应该选择凌力尔特公司的LTC4263-1与意法半导体公司的STE12PS。

　　如果又想增加外置元件，又想得到较高的输出功率，那就可以选择Maxim公司的MAX5922。该产品在采用外置MOSFET的情况下，能够输出70W的功率。但在提供70W功率时，考虑到安全性问题，必须要使用4对铜线。现在使用70W产品的用户大都是用4对铜线来传输功率的。

　　对于具有较多端口的网络交换机来说，输出端口的数量比较重要。Microsemi公司的PD64012GH最多有12个端口，可输出超过15.4W的功率。

　　在IEEE 802.3af和IEEE 802.3at里，PSE输出的电压约为50V，比消费电子设备所用的5V或12V高很多。如果希望PoE能提供更高的电压，那就要考虑耐压性的问题，要选择高耐压的产品。如意法半导体公司的STE12PS，其耐压高达90V。

　　是否具有DC-DC控制电路

　　在PD控制器的选择上需要注意以下几点：①是否具有DC-DC转换器的控制电路;②可接受的最大功率;③电流控制MOSFET的导通电阻;④耐压性(见表2)。

　　由于在驱动PD时要将50V左右的电压降到12V，因此，PD必须要具有DC-DC转换器。如果能选择内置DC-DC转换器控制电路的产品，就可以削减DC-DC转换器电路的封装面积，在设计上也更容易。

　　不同产品的开关频率与占空比也有所不同。如果选择开关频率高的产品，就可以实现电容器等外围元件的小型化，电路面积也能够相应减小。开关频率最高的产品是美国国家半导体公司的LM5072，开关频率高达1MHz。

　　正激转换器与反激转换器

　　PD中使用的主要是绝缘型DC-DC转换器电路，其中常用的有正激式与反激式2种方式。通常，正激式用于大功率。但是，与反激式相比，由于在负载端需要线圈与二极管，因此正激式的成本较高。

　　反激式在负载端无需上述元件，电路较为简单，所以相对来说成本较低，但很难支持大功率应用。在内置DC-DC转换器控制电路的产品中，为了能根据不同的方式来区分使用，各公司可提供最大占空比分别为50%和80%的产品。

　　最大占空比为50%的产品包括Maxim公司的MAX5941B与MAX5942B、美国国家半导体公司的LM5072、意法半导体公司的PM8800。

　　最大占空比为80%左右的产品包括凌力尔特公司的LTC4268-1、Maxim公司的MAX5941A与MAX5942A，以及美国国家半导体的LM5072和意法半导体的PM8800。其中，LTC4268-1、MAX5941A和MAX5942A的最大占空比为85%，而LM5072与PM8800的最大占空比为80%。

　　产品中内置的DC-DC转换器控制电路往往在某种程度上决定了DC-DC转换器的性能。相对的，如果使用非内置产品，就更容易设计出所需的DC-DC转换器。如果想要沿用原有的DC-DC转换器电路的设计时，也应使用非内置产品。

　　其它选择与PSE一样

　　此外，其它选择参数基本与PSE控制器相同。如果想驱动大功率的设备，就要选择最大输入功率够大的控制器。输入功率最大的是Maxim公司的产品，可支持70W。使用该产品传输70W功率时，与PSE控制器一样，最好使用4对铜线，以增强安全性。

　　如果想减少功率损耗，就应当选用MOSFET导通电阻低的PD控制器。如果需要承受更高的电压，就应该采用耐压高的产品。导通电阻小的产品包括凌力尔特公司的LTC4264与LTC4268-1，其MOSFET的导通电阻只有0.8W。而美国国家半导体公司与意法半导体公司、TI公司则准备了耐压高达100V的产品。

　　[NIKKEI ELECTRONICS 2008. Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.] (南庭 译)

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