POE

PoE（以太網供電）是指可以為一些基于IP的終端（如IP電話、無線局域網接入點AP、監控攝像頭等）傳輸數據信號的技術。），而無需對現有的以太網布線基礎設施進行任何更改，并且還可以為此類設備提供DC電源。PoE也稱為局域網供電（PoL）或有源以太網，有時簡稱為以太網供電，這是一種通過使用現有標準以太網傳輸電纜同時傳輸數據和電力的標準規范，并保持與現有以太網系統的兼容性。早在20世紀90年代，3Com、PowerD和Cisco等美國設備制造商就已經初步提出了PoE的想法。

2000年，思科提出了自己的思科以太網供電預標準。2003年6月，IEEE批準了IEEE 802.3af標準，解決了各廠商設備的兼容性問題。2009年10月，IEEE 802.3at批準了PoE的第二個協議，該標準中的PoE技術被通俗地稱為PoE+技術。除了完全兼容IEEE802.3af之外，它還支持更多的Type-2電源。2018年，IEEE Std 802.3bt標準帶來了新的PoE技術。基于PoE和PoE+的便捷命名規則，第三代PoE技術簡稱為PoE++技術。

PoE供電技術已應用于網絡設備、安防監控、數據傳輸、無線通信、弱電工程、照明系統等生活的諸多方面。完整的PoE系統包括電源設備（PSE）和電源設備（PD）。

PoE供電原理

根據IEEE802.3af、IEEE 802.3at和IEEE802.3bt的標準，供電設備必須在一定時間內完成對終端網絡設備的檢測和分類，然后決定是否向其供電以及輸出多少功率。這項規定為不兼容的網絡設備提供保護，防止其被48V電源損壞。因此，供電設備的主要功能是檢測兼容設備（PD）是否連接到系統或與系統斷開連接，并對接收設備的電源進行分類，以向電源提供相應的電源或切斷電源。

PoE供電原理主要有以下六個階段:

（1）檢測階段:PSE檢測PD是否存在。PSE通過檢測電源輸出線對之間的阻容值來判斷是否存在局部放電。只有當檢測到局部放電時，PSE才會進行下一步操作。受電設備一般選用24.9K的電阻。

（2）功耗確定階段:PSE確定PD功耗。PSE通過檢測電源的輸出電流來確定局部放電的功率水平。默認情況下，PSE將功率接收設備定義為0級，提供15.4W輸出功率。IEEE802.3af的PD分類:0級設備功率為0~12.95W，1級設備功率為0~3.84W，2級設備功率為3.85~6.49W，3級設備功率為6.5~12.95W。

（3）開始供電階段:PSE向PD提供穩定的電源。當檢測到端口下載器屬于合法PD設備，并且PSE完成該PD的分類時，PSE開始向該設備供電并輸出48V的電壓。

（4）供電階段:實時監控和電源管理。供電期間，PSE還應監控每個端口的電源，并提供欠壓和過流保護。并確認功率接收設備不超過15.4W的功率要求

（5）斷電階段:PSE檢測PD是否斷開，PSE將通過特定的檢測方法判斷PD是否斷開。

（6）檢測階段:PD斷開，PSE將關閉端口的輸出電壓，端口的狀態將返回到信號檢測階段。

無源電源和限制

無源電源：PoE供電時，由于PD不能持續消耗350mA電流或12.95W功率，因此允許在短時間內具有400mA浪涌電流。當旁路電容器充電時，端口電壓上升以進入電源模式，這使得電路的其余部分運行并在同類產品的功耗限制內汲取功率。電流必須主動限制為最小電流（400mA至450 Ma），被動限制為350mA至400 Ma的閾值。端口電流不得超過，如果超過（50毫秒至75毫秒），端口將被關閉。在啟動和供電模式下使用這些限制。雖然IEEE標準要求啟動時的最大電流為，但實際上等于。

電源容量限制：主動限流嚴格控制端口電源，以避免某些故障導致的嚴重事故，并允許PSE用低價MOSFET控制端口。由于PSE經常執行限流，PD必須對其旁路電容充電或在上電50毫秒后限制電流。PSE可以選擇更嚴格的閾值來控制1級和2級PD。PD應保持至少10mA的電流和26.25kΩ或更低的交流阻抗，以避免斷開。恒溫器等功率敏感型應用可以通過脈沖調制將MPS電流保持在10mA，并將脈沖間隔保持在75毫秒至250毫秒之間以降低功耗。PD還必須具有一個電阻小于26.25 kω的共模阻抗，與一個大于50nF的電容并聯。通常，PD的旁路和負載將形成遠低于26.25 kω的阻抗。局部放電設備很容易提供從48V到低壓的轉換，但同時它應該具有1500V的絕緣安全電壓。

電源標準

PoE標準：PoE標準采用2003年發布的國際標準IEEE802.3af，解決了各廠商設備的兼容性問題。標準要求PSE能達到15.4W的輸出功率，到達受電設備的功率為12.95W..

IEEE802.3af允許兩種線序供電方法:第一種方法是在4-5和7-8對上傳輸電源，4-5被指定為正極，7-8為負極；第二種方法是用任意極性在1-2和3-6對線上傳輸電力。

PoE+標準版：PoE+標準采用2009年發布的國際標準IEEE802.3at，與IEEE802.3af完全兼容，支持更多電源，使以太網電源的廣泛應用成為可能。標準要求PSE能達到30W輸出功率，到達受電設備的功率為25.5W

PoE++標準版：PoE++標準使用2018年最新的國際標準IEEE802.3bt。因為PoE+和PoE++標準的功率已經不能滿足當前較高功率PD的供電要求，為了滿足當前較高功率PD的供電要求。因此該標準引入了兩個要求:

（1）PSE要求達到60W的輸出功率，到達受電設備的功率為51~60W。

（2）PSE要求達到90W輸出功率，到達受電設備的功率為71~90W。

兩對電源標準

根據IEEEStd 802.3af標準，DC電壓U在44 ~ 57V之間。以典型值為例，取U為48V，典型工作電流為10~350mA，PSE終端典型輸出功率為15.4W

在PoE系統中，由于供電線路是兩對雙絞線，線路的單向總電阻由兩個單線電阻并聯組成。因此，如果單向電阻為10ω，則線路的允許DC電阻為20ω，PoE系統的供電范圍可達:20ω/9.5ω×100m = 210.52m..其中，電纜采用標準CAT5E電纜，其DC電阻值≤9.5ω/100m。因此，在傳輸速率不高的情況下，PoE供電線路的長度可以設置在0 ~ 200 m的范圍內。

在PoE+系統中，電源線與PoE中的電源線相同。同樣，根據6.25ω的總電阻，線路的允許DC電阻值約為12.5ω，因此通過計算PoE系統的供電范圍可達131.58m。因此，當傳輸速率不高時，PoE供電線路的長度可以設置在0 ~ 130 m的范圍內。同時，IEEE Std 802.3af中PSE電源的輸出電壓范圍為44 ~ 57V，IEEE Std 802.3at中的輸出電壓范圍為50 ~ 57V。在此規定范圍內，如果輸出電壓適當增加，線路的容許電阻也會增加。此時，如果負載不變，供電線路的允許長度也可以相應增加。此外，線路的熱損失也會增加。為了避免這種情況，必須綜合考慮輸出功率和線路功率損耗之間的平衡。

四對電源標準

與PoE和PoE+系統不同的是，在IEEE Std 802.3bt標準中，PoE++系統使用四對雙絞線供電，該標準有兩種類型:Type3和Type4。Type3規定電源典型輸出功率為60W，電源最小輸出電壓U為52V，典型負載最大功率為51W。理論上，最大線路DC電阻值為6.63ω，對應的DC電流值為1.962A

類型4規定電源PSE的典型輸出功率為90W，電源的最小輸出電壓U為52V，通過計算典型負載的最大功率為71.3W，最大線路DC電阻值為4.74ω，對應的DC電流值為2.74A在PoE++系統中，系統的供電線路是四對雙絞線，這與兩對雙絞線的情況不同。此時，單向總電阻由四個單線電阻并聯組成。

如果計算3.3ω和3.1ω的單向總電阻，則單線的DC電阻約為13ω和12ω，通過計算可以得出PoE++系統的供電范圍可達136.84m。其中，電纜采用標準CAT5E電纜，其規定的DC電阻≤9.5ω/100m。因此，在傳輸速率不高的情況下，可以將PoE++供電線路的長度設置在0 ~ 126 m的范圍內。

優勢

①簡單方便。PoE只需要安裝和支持一根電纜，簡單且節省空間，設備可以隨意移動。

（2）節約成本。許多帶電設備（如視頻監控攝像機）需要安裝在使用交流電源的地方。PoE不需要電源和安裝電源所花費的時間，這不僅節省了金錢和時間，還減少了電源線的材料成本和人工布線成本。

（3）實時監控。與數據傳輸一樣，PoE可以使用簡單網絡管理協議（SNMP）來監督和控制設備。

④安全性。PoE供電終端設備將只向需要供電的設備供電。只有當需要供電的設備連接時，以太網電纜上才會有電壓，從而消除了線路漏電的風險。

⑤集中供電。單臺UPS可在停電時為所有相關設備供電。

⑹兼容性。用戶可以在網絡上自動安全地混合原始設備和PoE設備，并且這些設備可以與現有的以太網電纜共存。

劣勢

（1）非標準設備的安全隱患。目前市場上有非標準的PoE供電設備和受電設備。它們的供電電壓只有48V/24V/12V等。

（2）傳輸距離有限。PoE交換機的最大傳輸距離主要取決于數據傳輸距離。當傳輸距離超過100米時，可能會出現數據延遲和數據包丟失。在實際施工過程中，傳輸距離盡量不要超過100米。

③“不穩定”。在實際建設和應用中，經常會發生PoE交換機無法供電或電源不穩定的情況，而標準的PoE電源一直穩定安全。大多數情況是由于非標準PoE交換機或電線的質量差，或者方案本身的設計不合理。

（4）風險過于集中。PoE交換機將同時為多個前端設備供電。交換機的PoE供電模塊出現任何故障都會導致所有攝像機出現故障，風險過于集中。

電源技術參數：PoE、PoE+和PoE++電源的技術參數如下表所示。用戶可以根據現有網絡的實際情況使用相應的供電技術為PD供電。

PoE中常用的三種傳輸模式：目前，PoE交換機通過三種PoE供電模式為受電終端設備提供傳輸兼容的直流電:模式A（端跨終端橋接法）、模式B（中跨中間橋接法）和4對。

模式a：即端跨法。在這種模式下，PoE交換機通過導線1、2、3和6向接收終端設備供電，并傳輸數據，其中導線1和2為正極，導線3和6為負極。

模式b：即中跨法。在這種模式下，PoE交換機通過電線4、5、7和8向接收端設備供電。當應用于10BASE-T和100BASE-T以太網時，導線4、5、7和8僅傳輸功率，而不傳輸數據，因此這四條線路也稱為空閑線路。4和5用作正極，7和8用作負極。

四對：PoE供電模式在該模式下，PoE開關將通過所有電線向接收終端設備供電，其中1、2、4和5為正極，3、6、7和8為負極。

網絡設備：PoE技術可以為IP電話、無線AP、視頻電話、門禁、POS機、樓宇控制器和傳感器、數字標牌等終端設備供電。

安全監控：視頻監控系統目前，國內的視頻監控系統已經發展成為一個完全數字化的網絡，并且所有的攝像機都是數字設備。PoE電源的應用大大降低了設計人員和施工人員的勞動強度。

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數據傳輸：PoE技術可以傳輸未壓縮的高清視頻（高達4K）、音頻、電源、家庭網絡、以太網、USB和其他控制信號（如RS232和IR），并在普通網絡電纜上提供100瓦的功率。使用的連接器是以太網中使用的RJ45模塊化設備，不需要特定的電纜或專有連接器。HDBaseT的傳輸距離可長達100米，實現了視頻、音頻、網絡、控制和電源的一體化傳輸。

無線通信：PoE是無線局域網的熱門補充技術之一。在建設大規模WLAN時，PoE的優勢非常明顯，在大規模場所建設WLAN是一種非常常見的設計。例如，普渡大學建立了一個擁有1，100多個無線接入點的WLAN，可以為140多棟建筑和40，000名學生提供無線互聯網接入服務。支持PoE的設備為無線網絡供電，每個無線接入點平均節省350至1000美元。

弱電工程：大量電纜，如電源線、網線、控制線等。，在弱電工程的施工過程中經常需要鋪設。此外，還需要為設備購買專用電源。使用PoE供電技術不僅節省了購買電纜和電源的成本，還節省了鋪設電纜和安裝電源的人工成本。

照明系統：近年來，PoE在LED照明領域蓬勃發展。美國的NULEDS公司、創新照明公司、思科公司和歐洲的皇家飛利浦公司都生產了相應的PoE產品。例如，荷蘭皇家飛利浦公司將PoE技術與LED智能照明相結合，推出了全球首個PoE智能辦公照明互聯系統。通過使用現有的以太網布局，每個照明設備都具有照明和信息收集功能，為物聯網和大數據的發展鋪平了道路。