驅動高功率以太網絡供電技術的分析和設計

以太網絡供電 (PoE) 技術能夠透過標準 Cat-5 電纜進行供電，完全不需要透過墻面轉接器或其它外部電源，就能夠驅動網絡設備。這類系統需要兩項主要組件，分別是供電的電源供應設備 (power sourcing equipment, PSE) 及接收并使用這個電源的動力裝置 (power device, PD)，如圖1。

圖 1 具備電源設備及供電裝置的典型 PoE 網絡示意圖

目前有許多已開發的實用PoE 應用，然而，新推出的應用所需要的功率高于現今 802.3af 標準所定義的功率限制，也就是為用電裝置端提供約 13 W 的功率。現今需要新的 PoE+ 標準以滿足增加功率的需求，但這項新標準仍未定義完成。在新標準出爐前，勢必要能夠針對所需功率高于現今可提供功率的 PD 負載進行供電。

高功率 PoE 的系統需求

任何采用 Cat-5 電纜的高功率解決方案都必須符合下列基本規范：

• 不得造成以太網絡纜線、電源供應設備 (PSE) 或 PD 過熱

• 不得造成電流不均衡，以避免變壓器飽和的危險
• 必須將操作電壓維持在 802.3af 標準電壓范圍內

任何解決方案應該盡可能提供下列功能：
• 與 802.3af 標準兼容：搜尋、分類、電流消耗、欠壓封鎖（undervoltage lockout）、流入電流（in-rush current）、電流限制等
• 具備電源管理功能
• 電纜裝置時的損壞電線偵測

在較高電壓下運作

802.3af 標準規定 PSE 輸出電壓介于 44 至 57 V 之間，且 PSE ICUT (表示耗電過載的程度) 最低為 350 mA，而 ILIM (表示可能的最高耗電量) 最低為 400 mA。使用長度為 100 公尺且最壞情況饋電電阻為 20 的纜線時，在允許最低電壓運作的狀況下，PD 輸入受限為 12.95 W。

若要提供更多的電源，只需要以接近 57 V 限制的較高母線電壓進行運作即可。該解決方案的優點是提升系統效能，并降低纜線與 PSE 及 PD 輸入階段的耗損。

現有的 Cat-5 電纜安裝仍可繼續使用，因為纜線耗損并未增加，而且只要遵照設計規則進行，確保不會造成任何不良狀況，此解決方案出現電線不均衡與磁性飽和等風險的機率便不會大于標準 PoE 安裝方式。另外，此解決方案與 802.3af 標準兼容，并且使用與 802.3af 裝置相同的磁性組件。

若要使此解決方案發揮效用，提供輸入電壓的切換式電源供應必須以較嚴格的容差（tolerance）進行調節。例如，如果偏差介于 53 至 57 V 之間，則在電源供應的過壓防護之外，需要 ±3.5% 電壓容差。

如今，Cat-5 銅質通信配線已成為寬帶服務的最低需求，其中采用的標準是 EIA/TIA-568，而 Cat-5 電纜的設計采用 24 AWG 導體，因此最壞情況饋電電阻為 12.5。