通过数据线为以太网设备供电怎么办（数据线提供网络）

在过程自动化系统中，必须对温度、压力、流量、湿度等重要参数进行监控和测量。在工业4.0时代，以太网是一种流行的通信标准。由于以太网是有线的，并且发射器和传感器通常需要电源，因此出现了一个问题：为什么不使用以太网电缆进行数据传输和供电？

本文介绍了以太网设备如何使用电缆来传输数据并同时提供电源。以太网供电（PoE）系统在工业中得到广泛应用，并将在未来发挥重要作用。

PoE标准

IEEE 802.3af 以太网供电标准定义了Cat-5 电缆供电。 PoE 标准过去仅限于几瓦，但更新的PoE 技术可实现更高的功率。例如，PoE+ 允许每个端口提供高达25 W 的功率，而PoE++（四对以太网供电系统）通过使用现有电缆的所有电线，功率范围为70 W 至100 W。与此PoE 标准并行，ADI 公司还定义了专有标准LTPoE++，该标准定义了高达90 W 的受电设备(PD) 功率规格（参见表1）。

PoE 标准PoE 类型局部放电功率(W) 可用功率(W) PoE (IEEE 802.3af) 类型11311.25PoE+ (IEEE 802.3at) 类型22522ADI 的LTPoE++ LTPoE++ 38.732.9LTPoE++ 52.744.8LTPoE++ 7060.8LTPoE ++9076.8

相对于类似的解决方案，LTPoE++ 降低了PoE 系统的技术复杂性。即插即用功能、易于实施以及安全可靠的电源是LTPoE++ 的其他特性。此外，LTPoE++ 与IEEE 标准PoE 规范可互操作并向后兼容。然而，由于系统损耗以及电缆损耗，实际可用功率略低于指定的PD 功率，对于PoE+ 和PoE++ 也是如此。

PoE 组件

基本上，通过以太网电缆为设备供电需要两个组件：受电设备和供电设备(PSE)。

图1. 显示PoE 系统主要组件的框图。

PSE的任务是像电源一样提供电力，而PD则接收电力并使用它（负载）。 PSE 设备在开机时有一个签名过程，以保护不兼容的设备在连接时免受损坏。这首先需要检查PD 的签名电阻。仅当该值正确(25 k) 时，PD 才会供电。如果PSE 检测到PD，则从分类开始；也就是说，确定所连接设备的电源要求。为此，PSE 施加定义的电压并测量产生的电流。根据电流水平将PD 分配给功率等级。如果一切正确，将提供完整的电压和电流。提供PD 后，其任务是将48 V PoE 电压转换为适合终端设备的电源电压。在典型的PD 设计中，会使用额外的DC-DC 转换器（二极管桥控制器）。它的任务是调整或满足PD提供的组件的功率要求。较新的IC 已经能够将接口和DC-DC 转换器集成到单个组件中，以实现低功耗水平，从而简化设计。

由于根据IEEE 802.3 PoE 规范，PD 必须在其以太网输入端接受任何极性的直流工作电压，因此在PD 输入端之前需要两个二极管电桥。因此，无论使用何种线对，PD 也可以反极性工作。

PD 实施变得简单

Analog Devices 的LT4276 具有LTPoE++、PoE+- 和PoE 兼容PD 控制器，并带有集成隔离式开关稳压器。它可用于正向和反激式拓扑，并可在2 W 至90 W 的功率水平下同时工作。与同样具有集成功率MOSFET 的较低功率水平的传统PD 控制器不同，LT4276 提供了驱动外部MOSFET 的选项。通过这种方式，PD减少了损耗并提高了效率。

由于IEEE 802.3 以太网规范要求从接地连接到设备外壳进行电气隔离，因此LTC4290/LTC4271 隔离控制器芯片组适合用作PSE。 LTC4271 代表非隔离侧PSE 主机的数字接口，而LTC4290 提供隔离侧的以太网接口。这两个组件通过一个简单的以太网发射器连接。凭借这种强大的PSE 芯片组设计，无需使用额外的组件来生成隔离电源。

如果将PD侧全桥整流器的两个二极管替换为理想二极管，则可以提高整个PoE系统的功率和效率。因此，MOSFET 的使用和控制就像典型的二极管一样。这样，由于沟道电阻(RDS(ON)) 较低，因此可以使用LT4321 理想二极管电桥控制器与LT4295 PD 控制器（见图）在全脊配置中控制3 个MOSFET。

图2. PoE 电路示例。

图3. 传统二极管整流与通过二极管电桥控制器驱动的比较。

借助PoE，可以在通过RJ45 电缆传输实际数据的同时为以太网设备供电。 Analog Devices 开发了自己的专有标准LTPoE++，与传统PoE 标准并行支持高达90 W 的功率。 LTPoE++ 提供了强大的端到端高功率PoE 解决方案，可简化电源和设计。

新的Timing 产品组合是Analog Devices 的创新工业以太网产品组合。它包括实时以太网交换机、PHY和协议处理产品，以及完整的网络接口产品。 Analog Devices 发布了两款强大的新型工业以太网PHY：ADIN1300（10 Mbps 至1 Gbps 范围）和ADIN1200（10 Mbps 至100 Mbps 范围），扩展了Chronous 产品组合。通过将这些新型PHY 与ADI 的PoE 技术相结合，Chronous 产品组合可为电源和数据提供一流的系统级解决方案。

审稿编辑：郭婷