在過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)中，必須監(jiān)控和測(cè)量溫度、壓力、流速、濕度等重要參數(shù)。在工業(yè)4.0時(shí)代，以太網(wǎng)是一種流行的通信標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)橐蕴W(wǎng)是有線的，而變送器和傳感器通常需要電源，所以問(wèn)題來(lái)了：為什么不使用以太網(wǎng)電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和供電？本文描述了以太網(wǎng)設(shè)備如何同時(shí)使用電纜傳輸數(shù)據(jù)和供電。以太網(wǎng)供電（PoE）系統(tǒng)在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，并將在未來(lái)發(fā)揮重要作用。

PoE標(biāo)準(zhǔn)

IEEE 802.3以太網(wǎng)供電標(biāo)準(zhǔn)中定義了通過(guò)Cat-5電纜供電。借助PoE，以太網(wǎng)設(shè)備可以在通過(guò)RJ45電纜進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)獲得供電。PoE標(biāo)準(zhǔn)過(guò)去僅限于幾瓦，但更新的PoE技術(shù)支持更高的功率。例如，PoE+允許每個(gè)端口高達(dá)25 W的功率，而PoE++(四對(duì)以太網(wǎng)供電系統(tǒng))通過(guò)使用所有現(xiàn)有的電纜線，功率范圍從70 W到100 W。為了擴(kuò)展PoE標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)并給予原始設(shè)備制造商更大的靈活性，PoE制造商正在開(kāi)發(fā)并行標(biāo)準(zhǔn)，為不同的應(yīng)用提供更優(yōu)化的方法。例如，ADI公司定義了LTPoE++標(biāo)準(zhǔn)，支持最高90 W的用電設(shè)備(PD)功率(表1)。與同類(lèi)解決方案相比，LTPoE++降低了PoE系統(tǒng)的技術(shù)復(fù)雜性。LTPoE++的其他特性包括即插即用功能、易于實(shí)施以及安全可靠的電源。此外，LTPoE++可與IEEE的標(biāo)準(zhǔn)PoE規(guī)范互操作并向后兼容。然而，由于系統(tǒng)損耗和電纜損耗，可用功率略低于額定PD功率，PoE+和PoE+也是如此。

PSE的任務(wù)是像電源一樣輸送電力，而PD接收電力并使用它(負(fù)載)。PSE設(shè)備在通電時(shí)有一個(gè)簽名過(guò)程，以保護(hù)不兼容的設(shè)備在連接時(shí)免受損壞。這包括首先檢查PD的特征電阻。僅當(dāng)該值正確(25kΩ)時(shí)，PD才會(huì)通電。如果PSE檢測(cè)到局部放電，它從分類(lèi)開(kāi)始；也就是說(shuō)，確定所連接設(shè)備的功率需求。為此，PSE施加規(guī)定的電壓并測(cè)量產(chǎn)生的電流。PD根據(jù)電流水平被分配到一個(gè)功率等級(jí)。如果一切正常，將提供全部電壓和電流。PD供電后，其任務(wù)是將–48V的PoE電壓轉(zhuǎn)換為適合終端設(shè)備的電源電壓。在典型的PD設(shè)計(jì)中，使用一個(gè)額外的DC-DC轉(zhuǎn)換器(二極管電橋控制器)。它的任務(wù)是調(diào)整或滿足PD提供的組件的功率要求。較新的IC已經(jīng)提供了將接口和dc-to-dc轉(zhuǎn)換器集成到單個(gè)低功耗器件中的可能性，從而簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。

PSE設(shè)備在通電時(shí)有一個(gè)簽名過(guò)程，以保護(hù)不兼容的設(shè)備在連接時(shí)免受損壞。這包括首先檢查PD的簽名電阻

根據(jù)IEEE802.3 PoE規(guī)范，PD必須在其以太網(wǎng)輸入端接受任何極性的直流工作電壓，因此在PD的輸入端前需要兩個(gè)二極管電橋。因此，PD也可以在極性相反的情況下工作，與所用的線對(duì)無(wú)關(guān)。圖2顯示了集成隔離式開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的LTPoE++和PoE+兼容PD控制器。LT4276之類(lèi)的控制器支持正激和反激拓?fù)洌约? W至90 W功率級(jí)的同步操作，較低功率級(jí)的傳統(tǒng)PD控制器集成了功率MOSFET，但在較高功率下，驅(qū)動(dòng)外部MOSFET的選項(xiàng)使PD能夠降低損耗并提高效率。

因?yàn)镮EEE802.3以太網(wǎng)規(guī)范要求與設(shè)備外殼的接地連接電氣隔離，所以系統(tǒng)需要一個(gè)用于PSE的隔離控制器芯片組。數(shù)字接口(圖2中的LTC4271in)連接到非隔離端的PSE主機(jī)，而以太網(wǎng)接口(圖2中的LTC4290in)連接到隔離端。這兩個(gè)組件通過(guò)簡(jiǎn)單的以太網(wǎng)發(fā)送器連接。通過(guò)這種強(qiáng)大的PSE芯片組設(shè)計(jì)，可以避免產(chǎn)生隔離電源的額外組件。

如果PD側(cè)的全橋整流器的兩個(gè)二極管由理想二極管代替，則可以提高整個(gè)PoE系統(tǒng)的功率和效率。因此，使用并控制MOSFETs，使其像典型的二極管一樣工作。這樣，由于低溝道電阻[RDS (ON)]，正向電壓可以顯著降低。理想的二極管電橋控制器與PD控制器一起管理全橋配置中的四個(gè)MOSFETs。

PoE和LTPoE++等并行開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)連接智能工廠和建筑，同時(shí)提供強(qiáng)大的端到端高功率方法來(lái)簡(jiǎn)化電源的設(shè)計(jì)和實(shí)施。