硬件电路设计之POE供电电路设计
1 简介
PoE(Power over Ethernet)是以太网供电的简称。通俗说就是以太网能同时传输数据和电能，不需要额外的线缆。今天我们主要讲述的村田相关的PoE电源传输方案，后续还会设计TI的相关方案。
2 PoE组成
POE一般由以下两个部分组成：
- PSE（Power Sourcing Equipment）:电源设备，提供电能。
- PD(Powered Decive):受电设备，用电设备，常见有IP摄像头，交换机等。
在PoE方案中，
3 POE协议标准
PoE的协议标准主要有一些三种，分别是PoE、PoE+、PoE++。详见下：
| Standard | Type | Class | PSE's maximum suppling power | PD's maximum power | Main application |
|---|---|---|---|---|---|
| PoE IEEE802.3af | Type1 | 0 | 15.4W | 12.95W | Network CameraWireless Access PointIP Phone |
| 1 | 4W | 3.84W | |||
| 2 | 7W | 6.49W | |||
| 3 | 15.4W | 12.95W | |||
| PoE+ IEEE802.3at | Type2 | 4 | 30W | 25.5W | PTZ CameraWireless Access PointIP Video Phone |
| PoE++ IEEE802.3bt | Type3 | 5 | 45W | 40W | 4K/8K PTZ CameraWireless Access PointDigital SignageDisplayEdge Computer for Industry |
| 6 | 60W | 51W | |||
| Type4 | 7 | 75W | 62W | ||
| 8 | 90W | 71.3W |
4 PoE方案设计
今天参考设计主要以村田的模组为例，后续还有设计TI的相关方案。
- PSE方案
PSE的方案以MYBSS054R6EBF为例，实物和内部框图见下：
具体的参数见下：
| Output power (W)Max | 30W |
|---|---|
| Vin(V) | 10.8V to 27V |
| Vin(V)typ | 24V |
| Vout(V) | 54V |
| Vout(V)typ | 54V |
| Isolation Voltage (V) | 2250V |
| Efficiency (%) | 90.5％ |
| Size(mm)W | 35.5mm |
| Size(mm)L | 22.4mm |
| Size(mm)T | 8.9mm |
| Operatingtemperature(degC) | -40℃ to 85℃ |
| Outputs (#) | 1 |
| Iout(A)Max | 0.6A |
| Package | SMD |
该模块的使用方法比较简单，仅包含四个PIN脚，每个PIN脚的功能如下：
- PIN1:电源输入引脚。
- PIN4：电源输出引脚；
- PIN2、PIN3：分别输入电压和输出电压的参考地。
电路设计相对也比较简单，其中C1为100uF电解电容,C2为33~56uF电解电容。RL为电子负载。
- PD方案
PD的方案以MYBSP0122BABFT为例，实物和内部框图见下：
具体的参数见下：
| Output power (W)Max | 25.5W |
|---|---|
| Vin(V) | 37V to 57V |
| Vin(V)typ | 48V |
| Vout(V) | 12V |
| Vout(V)typ | 12V |
| Isolation Voltage (V) | 2250V |
| Efficiency (%) | 92.5％ |
| Size(mm)W | 35.5mm |
| Size(mm)L | 22.4mm |
| Size(mm)T | 10.55mm |
| Operatingtemperature(degC) | -40℃ to 85℃ |
| Outputs (#) | 1 |
| Iout(A)Max | 2.125A |
| Package | SMD |
该模块的使用方法比较简单，仅包含四个PIN脚，每个PIN脚的功能如下：
- PIN1：电源输入正极性。
- PIN2：检测以使能引脚。
- PIN3：PSE在线指示。
- PIN4：电压控制。
- PIN5：电源输入负极性，一般为输出端的参考地。
- PIN6：电源输出负极性，一般为输入端的参考地。
- PIN7：电源输出正极性。
电路设计相对比较复杂，其中C1为0-400uF电解电容,RL为电子负载，常见的有IP摄像头，交换机。
5 POE的优势
- 安装方便
PoE安装比较比较方便，无需额外的电源线缆。
- 简化布线，降低安装与日常维护成本
采用 PoE 供电的设备，由于只需要一根网线便能同时完成供电和传输数据的作用 ，所以可以避免过多的电源适配器和电缆的连接。还将有助于降低基础设施的安装和日常运营成本，因为可以利用现有网络基础设施，所以能够轻松完成部署，用户还能通过交换机集中管理电力输出节约成本。
- 安全可靠
主动 PoE 在设备接通前会有“握手”测试，确认两者间的兼容性。（在文末有提及具体的原理）此外，面对断电等突发状况，PoE 技术也能够提供可靠性保障。例如，对于配备了不间断供电系统的现代化机房，使用 PoE 供电的安全摄像头、门禁系统等设备不会因电力中断而被解除安全保护。
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