PoE LED Lighting產品介紹與實現

PoE市場前景

以太網供電市場（PoE）調查數據以及對全球PoE市場預測情況顯示，截止到2022年底，全球PoE市場的年復合增長率（CAGR）預計將增長13%（如圖1所示），達到10億美金。

圖1 全球PoE市場預測

（數據來源Research And Markets）

最受歡迎的PoE產品主要有交換機、供電器、IP攝像頭、VoIP電話、無線AP這五種。根據市場研究公司Research And Markets的預測，無線AP和PoE Lighting將成為未來十年PoE市場的兩大主要增長動力。

到2025年，無線AP和PoE Lighting將獲得40%的市場份額，占據PoE市場的主導地位。而這一發(fā)展趨勢主要得益于能源、油氣、電信、汽車以及交通行業(yè)對PoE應用需求的急劇增長。

PoE優(yōu)勢

據技術型授權代理商Excelpoint世健的工程師David Rao介紹，POE有以下幾點優(yōu)勢：

節(jié)省時間和成本：由于不需要電源線，成本和安裝時間都會減少。同時由于無需適用市電布線規(guī)定，也不需要合格的電工，因此安裝得到了簡化。

靈活性：靠近電源不再是一個考慮因素，設備可以放置在任何能運行LAN電纜的地方。

可靠性：集中式電源取代了低成本的墻式適配器，允許使用單個不間斷電源來備份系統(tǒng)。

安全性：提供比無線更強大的安全協(xié)議，加強了對黑客的防范。

輕松便捷：可同時傳輸電源和數據，減少線束，高效便捷。

PoE LED Lighting產品介紹

項目背景

PoE LED Lighting的推廣基于新推出的IEEE 802.3bt標準，同時也在傳統(tǒng)的LED Lighting進行了重要改進。這一改進的主要推動因素是通過使用四對網線，在長達100m的電纜上傳輸高達90W的電力。這可讓多個燈具使用菊花鏈連接，從而簡化安裝過程。

應用場景

POE可應用于商業(yè)樓宇體育場館以及大型基礎設施、智能家居。

而將PoE與照明相結合則具有令人興奮的新優(yōu)勢。例如，PoE可用于為UVC燈供電以攻擊病毒，包括COVID-19。

產品框架

將PoE交換機或非PoE交換機（配合PSE供電器）分別與PoE LED燈具以及其它配件，例如無線AP和IoT 傳感器相連，則可建立一個PoE Lighting系統(tǒng)。用戶只需要通過一些裝有配套軟件的移動終端或服務器云端，即可控制整個LED照明系統(tǒng)。

PoE照明系統(tǒng)包括五個基本組件：網關、用戶界面、PoE交換機（非PoE交換機+PSE 供電器）、PoE節(jié)點燈具，以及傳感器或開關等輔助設備。

LED燈具的數據和電源接收，是通過在LED燈具外殼內增加一個“節(jié)點”，并連接到LED電源和調光輸入端來實現的。

圖2 PoE Lighting 系統(tǒng)架構和產品框架

PoE LED Lighting的實現

通過以太網電纜（例如Cat5e/Cat6/Cat6a等）給設備供電主要需要兩個組件：供電設備端（PSE）和受電設備端（PD）。其中PSE端負責像電源一樣供電，而PD端接收并使用功率（負載）。同時在PoE配置中，每個LED燈具都可以是標準的RJ45 連接器（即插即用設備），所以工業(yè)以太網也是不可或缺的重要組件。

圖3 以太網供電框圖

PoE LED Lighting 交換機--供電設備端（PSE）

根據不同的應用場景，供電設備端PSE可以有三種產品型態(tài)：

圖4 PSE端三種產品型態(tài)

1. Endpoint PSE—PoE交換機是實現PoE供電最便捷的方式，PoE交換機直接連接終端PoE受電設備PD進行供電和數據傳輸；

2. Midspan PSE—也稱PoE供電器（injector），一般在網絡中沒有PoE交換機的情況下使用，它的主要功能是將自身的電能和來自普通交換機的數據信號一起通過網線，傳輸給PoE受電設備端PD；

3. Extender PSE—PoE擴展器，擴展PoE供電設備傳輸距離>100m。

ADI定義的專有標準 LTPoE++?，該標準定義高達90W的受電設備（PD）功率規(guī)范，可支持多種功率級別：IEEE PoE（13 W）、IEEE PoE+（25.5 W）、IEEE PoE++（71 W）和 ADI LTPoE++（高達 90 W/123W）標準。

圖5 ADI PoE PSE端支持功率級別

圖6 ADI LTC4279

LTC4279支持123W輸出，默認完全自啟動模式。

圖7 LTC4291-1和LTC4292 PoE++ 4端口PSE芯片組的簡化原理圖

如圖7所示，用戶可以通過I2C 接口與LTC4291-1/LTC4292 PSE芯片組進行通信，并可根據不同應用，選擇四種PSE工作模式（自動、半自動、手動或關斷）中的一種；LTC4291-1提供一個PSE主機隔離數字接口，而LTC4292則提供一個高壓以太網接口。可將多達6個昂貴的光耦和1個隔離電源替換為更便宜、更可靠的10/100Mbps以太網變壓器；可以通過配置setting AUTO high為自動模式。

圖8 采用了LT4290A/LT4271芯片組的工業(yè)PSE交換機

工業(yè)PSE交換機采用了LT4290A/LT4271芯片組，具備6個10/100/1000M RJ45端口、支持IEEE802.3 bt協(xié)議。其中1-4口支持超大功率71W輸出，并向下兼容IEEE 802.3af/at PoE國際標準，單端口PoE功率高達95W；工業(yè)PSE交換機能自動檢測識別符合標準的受電設備，并通過CAT5或更高等級網線為其供電，為大功率無線AP、網絡球機、大功率PoE照明，工業(yè)傳感器等PoE終端設備供電。

PoE Lighting節(jié)點--受電設備（PD）

ADI提供LTPoE++、PoE+和PoE標準，具有集成隔離式開關穩(wěn)壓器的PD控制器；功率等級從2 W至90 W。

部分PD設備集成DC-DC控制器（LT4295/LT4275A 圖8所示），對一些特定應用能簡化設計。

對于那些需要能夠支持輔助電源的LTPoE++ PD設計，PD可以選擇由電源適配器供電，圖12所示的LT4321兼容PoE、PoE+、和 LTPoE++?。

PoE Lighting節(jié)點可以共享通過LED燈具外接傳感器收集數據（如光環(huán)境、人體紅外感應、溫濕度、空氣質量等），用于從自動調節(jié)空氣質量和舒適度到健康和安全威脅偵測、人流控制和優(yōu)化運營等各個方面。

以太網接口	10 BASE-T MDI RJ-45
以太網接口電源等級	兼容 IEEE 802.3af/at/bt, PoE, PoE+, PoE++
最大輸入輸出電壓	60V DC/50V DC
最大輸出功率	高達90 W
最大輸出電流	100- 2000mA