以太網供電技術概述
在過去的一段時間，以太網供電逐漸進入大家的視線，而IEEE802.3af標準的制定，則為以太網供電的大規模應用拉開了序幕。以太網供電(Power over Ethernet， PoE)是一個比較通俗易懂的概念，它通過使用一根五類以太網線纜就可以同時為用戶提供數據連接和電源，不需要另外進行布線。這不僅對于那些需要供電、但電源并不方便獲取的設備特別有幫助，而且一般的終端設備也可以從這項技術中獲益，IP電話、無線接入點、網絡安全照相機都是很好的例子。以太網供電的優點是顯而易見的，主要包括：
·靈活性：交流電源不再是必不可少的部分，無線接入點也不必再位于交流電源附近。
·遠程管理功能：IP電話和無線接入點可以實現遠程供電或斷電；遠程主機可以決定各終端設備需要多少電量，并確定應當啟動哪些設備。
·更高的可靠性：可以在遠方供電端采用冗余電源。
·全球范圍內的兼容性：以太網供電可為我們提供全球范圍內通用電源供電標準。
以太網供電技術通過以太網線纜提供約48伏直流電源，提供給每個受電節點的電流限制在350毫安。扣除線纜傳輸造成的功率損耗，它可提供給每個受電節點的總連續功率為12.95瓦，這對于一般較為小型的用戶端設備已經足夠。
IEEE802.3af標準定義了制造以太網電源供電設備(Power Sourcing Equipment，PSE)和受電設備(Powered Device，PD)的方法。供電設備是向以太網鏈路提供電源的設備，而受電設備是從以太網鏈路接受電源或按照一定規則申請電源的設備。如果要實現真正意義上的以太網供電，兩者缺一不可。下面逐一對以太網供電設備和受電設備進行介紹。
供電設備的主要功能為檢測是否有受電設備通過以太網鏈路請求供電，以及檢測受電設備的類型，并提供相應功率的電源給受電設備。供電設備根據其應用類型可以分為兩種：終端供電設備(Endpoint PSE)和中間供電設備(Midspan PSE)。顧名思義，終端供電設備可以直接通過下行以太網線纜為受電設備提供電源，如采用嵌入式“Power over LAN”技術的以太網交換機；而中間供電設備安裝在傳統交換機和受電設備之間，傳統交換機下行的以太網線是不提供電源的，但以太網線纜通過中間供電設備后就具備了向受電設備輸送電源的能力，用戶可以在保留現有傳統交換機的情況下通過以太網為受電設備提供電源，盡量減少一次性的投資。
供電設備支持兩種以太網供電模式，分別命名為模式A和模式B：模式A采用以太網線纜中的1，2，3，6 四根數據線(注：1，2線為發送數據線，3，6線為接收數據線)來傳輸電源，模式B則采用以太網線纜中的4，5，7，8 四根空閑線來傳輸電源。終端供電設備的下行鏈路可以采用模式A，或模式B，也可針對不同的鏈路分別采用兩種模式。并且這類設備可以兼容十兆，百兆，乃至千兆的以太網。值得注意的是：在實際使用中，終端供電設備不應同時以A和B兩種模式向同一條以太網鏈路上傳輸電源，一條以太網鏈路在同一時刻只會工作在一種模式下。而對于中間供電設備而言，一般只采用以太網線纜中的4，5，7，8 四根空閑線來傳輸電源，即只能工作在模式B，并且目前的標準還不支持千兆以太網。
圖1、圖2和圖3分別給出三種供電模式的示意圖，可以幫助大家更好的了解三種供電設備供電情況的區別及其各自的應用特點。
為了與供電設備的幾種供電模式相配合，IEEE802.3af標準規定：一個標準的受電設備應該既可以從以太網線纜中的1，2，3，6 四根數據線來獲取電源，也可以從以太網線纜中的4，5，7，8 四根空閑線來獲取電源，但不會同時通過兩種途徑。原因是供電設備的一條以太網鏈路不會同時工作于A和B兩種模式，從圖1中也可以清楚的看到這一點。當然，受電設備絕對不允許向以太網線提供電源，而且必須保證受電范圍為直流0-57V電壓而不致損壞，出于安全考慮，這些規定是很必要的。

圖1 終端供電設備(模式A)

圖2 終端供電設備(模式B)

圖3 中間供電設備(模式B)

以太網供電技術原理
如果要實現以太網供電，必須遵循一定的條件。這一點很容易理解，因為如果終端設備不支持以太網供電方式，但供電設備對其強行供電的話，很可能會出現問題，所以供電設備必須率先啟動檢測算法，來判斷是否有受電裝置連接到鏈路。具體方法是向各條下行鏈路饋送2.8V至10V的電壓，并實時檢測線路的電流。當有受電設備連接到以太網鏈路后，受電設備將一個阻值在23.75至26.25千歐之間的檢測電阻串聯到鏈路中，致使整條鏈路的電流發生變化，相當于向供電設備發送有效的申請電源信號。于是供電設備知道有受電設備已經連接到以太網鏈路上并正在申請供電。值得說明的是：如果檢測電阻在12至23.75千歐之間或在26.25至45千歐之間，供電設備將會正確檢測到受電設備，但并不認為受電設備在申請電源，當然也不會向受電設備輸送電源，而如果相應的電阻值小于12千歐或者大于45千歐，供電設備將根本不會正確識別受電設備。
一般情況，到此為止供電設備應該可以向受電設備輸送電源了。但受電設備種類眾多，需要的電源功率也存在很大差別，所以供電設備接下來會進行選擇性的功率分級操作，以便知道應該給鏈路上的受電設備分配多大功率的電源。具體實現方法是供電設備會增加向鏈路饋送的電壓至15.5V到20.5V之間，同時檢測鏈路上的電流。此時，受電設備會將一個分級電阻串聯進鏈路中去，該分級電阻的大小同樣會直接改變整個鏈路的電流值，供電設備由此就可以知道受電設備的分級情況。
分級操作是為了向供電設備提供受電設備正常工作時需要的最大功率信息。默認情況下是0級。受電設備最好能夠根據本身的實際情況向供電設備上報自己的實際級別，這樣可以方便供電設備對受電設備進行電源管理。受電設備的電源級別共有0-3級，在表1中詳細的列出了幾種級別的區分標志。
上面提到的檢測電阻和分級電阻在完成其各自的使命后應該可以從電壓饋送鏈路中移去，才不至于成為一個新的功率消耗源。較為常見的用法是通過場效應管控制檢測電阻和分級電阻的連接和斷開，這樣的實現方法較為靈活。
在了解到受電設備的確切電源級別后，供電設備會將饋送電壓升高至48伏，開始向受電設備的電源饋電，但必須注意幾個因素，如浪涌電流限制、過壓保護以及欠壓鎖定等問題，這幾點會結合TPS2370芯片的應用時具體談到。
 
TPS2370的基本特性
TI公司的TPS2370就是一款專用的受電設備側的以太網電源管理芯片，它完全符合IEEE802.3af的相關標準，具備所有必須的檢測、分類、浪涌電流限制等功能，其內置場效應管可以實現最大容量的電量傳送，此外，它還擁有高可靠性的內部過溫保護功能。
* TPS2370應用框圖(見圖4)
* TPS2370引腳說明(見表2)
* TPS2370的應用分析
在以上TPS2370的應用框圖中，前端的整流橋可以用來避免輸入電壓的極性倒轉，并實現自動極性糾正，這樣可以自動適應不同的電源極性，同時，它可以使得輸入電壓適當降低。而放置兩個整流橋的目的是可以兼容供電設備的A和B兩種工作模式，既可以從以太網的數據線中提取電源，也可以從以太網的空閑線中提取電源，這樣可以有較寬的適用范圍。TPS2370的最大允許輸入電壓為68伏，完全滿足IEEE802.3af的要求。實際應用中一般也不會出現大于68伏的情況，然而不排除會有熱插拔而引起超過68V的瞬態高壓，這時，在整流橋后端放置一個齊納二極管就顯得非常重要。齊納二極管可以完成過壓保護功能，最大限度保證后端電路的安全。同時，通過改變TPS2370引腳ILIM連接的限流電阻值，可以設定浪涌電流的限制值，用戶可以根據具體情況進行選擇。
在TPS2370控制下輸出的48伏左右的直流電壓雖然較為穩定，但相對于受電設備的數字電路工作電壓來說顯得太高，所以，緊接著的DC/DC變換器會將48伏電壓降低至數字電路需要的電壓等級。
下面簡要描述一下基于TPS2370作為以太網電源管理芯片的受電設備的受電流程。
首先，供電設備向以太網鏈路上饋送2.8伏至10伏的直流電壓，在前端整流橋和齊納二極管的幫助下，TPS2370可以順利的檢測到該電壓，并立即激活一個內置場效應管，相當于將DET引腳和VEE引腳進行內部連接，其結果是把檢測電阻串聯到電壓鏈路，改變整個鏈路的電流值，此舉將通知供電設備有受電設備在申請電源。這個內部場效應管僅僅在饋送電壓在2.8伏至10伏時才會打開。一旦完成了檢測功能，饋送電壓升高后檢測二極管自動關閉，不再串聯在鏈路中。
在成功的檢測到有受電設備正在申請電源時，供電設備會增加輸出電壓值到15.5伏至20.5伏之間，開始檢測受電設備的功率級別。TPS2370使用內部調節器在CLASS引腳產生一個固定輸出電壓，連接在CLASS引腳和VEE引腳間的分級電阻也會開始吸收一定大小的電流，導致整個鏈路的電流發生變化，供電設備根據此時的鏈路電流值就可以決定受電設備的功率級別，并開始為受電設備分配相應功率的電源，饋送電壓也會快速升高到48伏左右。
一旦電壓越過欠壓鎖定的門限值(如40伏)，TPS2370內部的內置場效應管將自動開啟，相當于將后端的電源回路導通，實現對后端電路的持續供電，只有在輸入電壓減少到30伏以下，內置場效應管才會自動關閉，停止向后端電路供電。
如果TPS2370后端的受電設備發生短路或過載的情況，TPS2370則開始升溫，當達到門檻時，其內置場效應管被關斷，停止向后端饋送電源。當芯片足夠冷卻后，又將重新開啟內置場效應管，如果短路或過載情況仍然沒有消失，TPS2370會重復7次熱關斷過程，如果還不能正常供電，就會自動閉鎖內置場效應管，除非再次上電才能夠解除閉鎖狀態。這種熱保護機制可以為受電設備提供可靠的保護。

結語
隨著五類以太網線纜延伸到生活中的各個角落，以太網供電技術將給我們的生活帶來巨大的方便，也會越來越受到人們的歡迎。對于設備制造商而言，盡管現在只有為數不多的網絡支持以太網供電，但在新的設備中預留以太網供電的接口無疑是很明智的選擇。在今后的幾年中，以太網供電將怎樣改變我們的生活，我們拭目以待。