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【电源】POE系统供电原理(二)

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​ 上一篇文章中,有提到POE系统工作原理及动态检测机制,下面我们继续介绍受电端PD技术及原理。POE供电系统包含PSE、PD及互联接口部分组成,如下图所示。

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图1 POE供电系统

PSE控制器的主要作用:

​ PSE控制器只有当设备接入时,判断出负载能够满足供电要求后,才会输出48V电压。这样设计的目的是确保设备接入时,能根据实际需要提供足够的电能,以支持其正常运行,同时有效避免供电不足或过载等问题导致设备损坏或影响其性能。

PD控制的主要作用:

​ PD控制器支持热插拔,这意味着无需断电,就可以将新的PD设备插入电源。当供电设备接入时,PD控制器会配置成标准的POE负载设备,并自动将源端提供的电能最大程度地传递到PD设备上,从而提高了电源的灵活性和扩展性。

POE系统工作阶段:

  1. 侦测状态:当PSE控制器处于插入侦测状态,并且未接收到有效PD负载或处于悬空状态时,它会产生一个2V~8V的电势差电压输出,用于侦测有效的PD负载;
  2. 功率分级:按负载功率等级,在有效负载接入后,需要识别负载功率需求,配置功率限制要求;
  3. 输出电压:产生48V电势差电压输出;
  4. 设备拔出:当设备被拔出时,PSE控制器会进入插入侦测状态。

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图2 POE供电阶段

1.PSE应用电路

​ 以IP804为例,其典型应用电路集成了AF/AT协议检测和多端口管理功能,如图所示。IP804是一种4端口PSE控制器IC,专门为PoE系统设计。支持多点电阻检测、PD分类、直流断开和中途拔出检测功能,涵盖两事件分类和每个端口最多提供36W。为了防止结过热,IP804包括内部温度监测和热保护。多个IP804可集成搭建一个4 × N端口PSE系统。i2c总线用于采集每个IP804的PD电源状态,支持全局电源管理。

主要功能简介:

  1. 48V直流电压通过网变中心抽头,以共模电压形式向后级供电。POE供电采用正极电压固定,负极受控方式;
  2. PSE controller控制负极,并提供过流检测机制,用于判断负载的工作状态;

设计注意事项:

  1. 因成本因素,部分场景会使用非隔离应用,需考虑互联设备共地问题;
  2. 抗浪涌等级设计,需考虑PCB设计、浪涌抑制措施和浪涌泄放路径;
  3. PSE供电有最小负载需求(稳态工作不小于10mA),需结合产品应用场景考虑;

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图3 IP804应用电路

2.PD应用电路

​ 以MP8009为例,它集成了AF/AT协议和隔离电源正/反激拓扑二合一控制器,其典型应用电路如下图所示。

主要功能简介:

  1. PD controller支持输入热插拔,自带热插拔冲击电流限制功能;
  2. PD controller支持PSR、SSR反激拓扑和SSR有源钳位正激拓扑应用;

设计注意事项:

  1. 根据产品抗浪涌等级要求,考虑浪涌防护设计;
  2. 根据PD端的产品类型,部分产品低功耗场景需考虑加假负载,避免PSE控制器识别到断连状态;
  3. 隔离电源效率问题,根据不同产品类型,对效率要求较高需重点考量(这部分内容后面会单独讲)。

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图4 MP8009应用电路

参考资料

  • IP804 datasheet
  • MP8009 datasheet
  • IEEE Std 802.3at-2009

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