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以太網(wǎng)供電(PoE)和智能樓宇:第一部分

發(fā)布時(shí)間:2021-10-18 來源:安森美半導(dǎo)體 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】以太網(wǎng)供電(PoE)正如其名所示:它通過用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐浑娎|供電--足以滿足小型設(shè)備的需求。該技術(shù)被廣泛用于智能樓宇中,由于涉及的電壓較低,普通的電源安全規(guī)則并不適用。這突出了PoE具有吸引力的原因之一;它可以大大降低與安裝和合規(guī)性有關(guān)的成本。

 

以太網(wǎng)供電(PoE)正如其名所示:它通過用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐浑娎|供電--足以滿足小型設(shè)備的需求。該技術(shù)被廣泛用于智能樓宇中,由于涉及的電壓較低,普通的電源安全規(guī)則并不適用。這突出了PoE具有吸引力的原因之一;它可以大大降低與安裝和合規(guī)性有關(guān)的成本。


由于許多辦公大樓已經(jīng)在整個(gè)結(jié)構(gòu)中鋪設(shè)了以太網(wǎng),并安裝了帶有后備電池的不間斷電源(UPS),因此可以很容易地實(shí)施強(qiáng)固的系統(tǒng)。追加PoE設(shè)備可以利用已經(jīng)部署的相同電纜,為照明和安防攝像機(jī)等應(yīng)用供電。電源可以通過以太網(wǎng)電纜輸送到離支持PoE的以太網(wǎng)設(shè)備最遠(yuǎn)100米的設(shè)備上。


用PoE為智能樓宇供電的好處


采用PoE的一個(gè)明顯的好處是,它使直流電能在您現(xiàn)有的以太網(wǎng)上運(yùn)行。雖然您仍需用支持PoE的端口來更新你的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),但不必為受電設(shè)備鋪設(shè)額外的銅線所帶來的成本效益是巨大的。銅的價(jià)格已經(jīng)從2000年的每磅0.65美元上升到2021年的每磅4.05美元(來源:macrotrends)。此外,不在受電設(shè)備上實(shí)施AC-DC轉(zhuǎn)換,可以進(jìn)一步節(jié)省成本。


PoE對(duì)放置受電設(shè)備也更靈活。大多數(shù)交流電源插座都靠近地面,這對(duì)Wi-FI?接入點(diǎn)(AP)、毫微微蜂窩和微微蜂窩以及攝像頭來說不是個(gè)理想的位置。為了最大限度地?cái)U(kuò)大覆蓋范圍,建議避免將這些設(shè)備放置在靠近障礙物的地方,最好放置在天花板高度。與市電網(wǎng)絡(luò)不同,以太網(wǎng)電纜通常要穿過吊頂產(chǎn)生的空隙,從而消除了采用的另一個(gè)障礙。


PoE將電力和數(shù)據(jù)結(jié)合在一起,實(shí)現(xiàn)了對(duì)包括照明、安防攝像頭和數(shù)字標(biāo)牌在內(nèi)的各種應(yīng)用的24/7智能監(jiān)控。配備有電池供電的不間斷電源系統(tǒng)(UPS)的集中式PoE網(wǎng)絡(luò)確保了關(guān)鍵設(shè)備在停電期間的持續(xù)運(yùn)行。


以太網(wǎng)供電(PoE)和智能樓宇:第一部分

圖1:PoE智能樓宇的好處


智能樓宇應(yīng)用和PoE標(biāo)準(zhǔn)


PoE標(biāo)準(zhǔn)(IEEE 802.3af)最初是在2003年獲批準(zhǔn)的,提供最高15瓦的功率。它被廣泛用于IP電話、樓宇訪問控制等應(yīng)用,并為早期的分布式Wi-Fi接入點(diǎn)供電。該標(biāo)準(zhǔn)后來的修訂,包括IEEE 802.3at(30瓦/2009)和IEEE 802.3bt(90瓦/2018),增加了所提供的功率,以實(shí)現(xiàn)更多的高要求應(yīng)用,如更快的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、安防攝像頭、音頻揚(yáng)聲器、銷售終端(POS)、LED照明等。


以太網(wǎng)供電(PoE)和智能樓宇:第一部分

圖2:PoE標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用


PoE拓?fù)?/p>


圖3展示了一個(gè)典型的PoE拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。PoE網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)被稱為電源設(shè)備(PSE),它為稱為受電設(shè)備(PD)的客戶端提供直流電。該規(guī)范規(guī)定,PSE應(yīng)該能夠通過最長100米的以太網(wǎng)電纜(通常是CAT5/6)向PD供電。


以太網(wǎng)供電(PoE)和智能樓宇:第一部分

圖3:典型的PoE拓?fù)?來源:以太網(wǎng)聯(lián)盟Ethernet Alliance)


由于以太網(wǎng)電纜可以達(dá)到100米,在這個(gè)距離上有一些耗散,所以在最壞的情況下,到達(dá)PD的功率比PSE提供的功率要低。在規(guī)范中,802.3af的功率為13瓦,802.3at為25.5瓦,802.3bt為71.3瓦。對(duì)于 "bt "標(biāo)準(zhǔn),PD的直流電壓范圍為42至57伏[RB2]。輸入端不支持PoE的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備仍可連接,并使用PoE分配器,以分離數(shù)據(jù)和直流電。這也可以減少對(duì)AC-DC轉(zhuǎn)換器的需求,并將設(shè)備放在靠近交流電插座的地方。


PoE供電的PTZ攝像機(jī)


現(xiàn)在的安防系統(tǒng)通常使用包含小型電機(jī)的攝像機(jī),使其能夠在三個(gè)軸上移動(dòng),或平移、傾斜和變焦(PTZ),并且通常采用高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。這些攝像機(jī)可以通過有線連接(如以太網(wǎng))進(jìn)行手動(dòng)控制,或者當(dāng)在定義的關(guān)注窗口或整個(gè)視野中檢測到物體時(shí),編程自動(dòng)移動(dòng)和縮放。一些攝像機(jī)還可被配置來勘察場景,即不斷進(jìn)行0°至360°平移和0°至180°傾斜,同時(shí),變焦可使用光學(xué)或數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)。這些安防和監(jiān)控?cái)z像機(jī)所需的電源現(xiàn)在可使用基于IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn)的PoE來提供。  


PoE供電的無線網(wǎng)絡(luò)


Wi-Fi接入點(diǎn)和路由器也是PoE的常見應(yīng)用。兩者的功耗通常是支持的速度和流量的函數(shù)?,F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)使用MIMO(多輸入多輸出)等技術(shù)擴(kuò)大了范圍和吞吐量。實(shí)施一個(gè)支持Wi-Fi 6(IEEE 802.11ax)速度的AP/路由器應(yīng)用程序,將映射到PoE標(biāo)準(zhǔn),如下:


1. Wi-Fi 6,4x4雙頻并發(fā):802.3at

2. Wi-Fi 6,8x8雙頻并發(fā):802.3at/bt

3. Wi-Fi 6, 4x4三頻并發(fā):802.3at/bt


盡管Wi-Fi路由器/AP的包裝盒上有一個(gè)AC-DC電源,但它們也可以使用PoE分配器供電。相比之下,像Cisco MerakiTM MR56 Wi-Fi 6(802.11ax,8空間流)接入點(diǎn)這樣的產(chǎn)品現(xiàn)在支持802.3at,這意味著RJ45端口可直接連接到支持PoE的PSE交換機(jī),為設(shè)備供電。


PoE供電的微微蜂窩和毫微微蜂窩


微微蜂窩和毫微蜂窩被用來擴(kuò)展或增加蜂窩的覆蓋范圍,特別是在繁忙的區(qū)域,如樓宇內(nèi)、辦公室、購物中心和體育場。與普通蜂窩不同,微微蜂窩的范圍通常較小,約為200米或更小,而毫微微蜂窩的范圍可能低至10米。這些微小的設(shè)備是PoE的理想候選者,正如下面一個(gè)例子所示:


1. ApexTM 4G/LTE 3.5GHz室外微微蜂窩(35 W):802.3bt


PoE供電的數(shù)字標(biāo)牌


LED電視是一種非常有效的溝通形式。它們可在各種區(qū)域顯示定制的、動(dòng)態(tài)的數(shù)字標(biāo)牌,包括企業(yè)辦公空間、智能零售、酒店和政府市政部門。像Wi-Fi一樣,數(shù)字標(biāo)牌只有放置得當(dāng)才能發(fā)揮好處。例如,較大的屏幕通常懸掛在天花板上,所以人群可以很容易地查看內(nèi)容。相比之下,智能售貨亭或銷售終端(PoS)的應(yīng)用則利用較小的屏幕--有些帶有觸摸屏,以獲得更個(gè)性化的互動(dòng)用戶體驗(yàn)。


不同LED電視的功率消耗差別很大。下面列出的三星?55 "LED電視指定69 W的典型功耗,而另一個(gè)有相同尺寸和制造商的LED電視需要120 W。重要的是要確保LED電視的功率不超過PD的功率。使用802.bt標(biāo)準(zhǔn),這可以從90 W到71.3 W不等,取決于PSE和LED電視(PD)之間的以太網(wǎng)電纜長度。


市場上也有一些帶PoE的標(biāo)牌電視。令人關(guān)注的是,LED電視制造商是否開始將802.bt集成到他們的大型LED電視中,以滿足日益增長的數(shù)字標(biāo)牌市場的需求。


1. 55英寸,三星4K LED電視(#Q70T)69 W(典型值): 802.3bt(需要PoE分配器 

2. 46", 高清帶觸摸屏的Thinlabs, Inc:         802.3bt (不需要PoE 分配器) 

3. 10", 三星數(shù)字標(biāo)牌 (DB10E-TPOE)        802.3at (不需要PoE分配器)

4. 48", 三星數(shù)字標(biāo)牌 (DH48E) 44 W (典型值)       802.3bt (需要PoE分配器)

5. 40", 三星數(shù)字標(biāo)牌 (H40B) 44 W (典型值)        802.3bt (需要PoE分配器)

6. 16 "medTV? PDI-P16TV-GB2-P電視(25 W) 802.3at(不需要PoE分配器


PoE智聯(lián)照明


PoE和LED照明是天然的搭檔,因?yàn)長ED消耗直流電,而PoE提供直流電。這使您在用PoE為LED供電時(shí),可以省去AC-DC電源轉(zhuǎn)換成本。


安森美互聯(lián)照明平臺(tái)(圖4)是PoE如何增強(qiáng)智能樓宇的一個(gè)很好的例子。該平臺(tái)基于模塊化設(shè)計(jì),能夠?yàn)閮纱?6顆LED提供7,000流明,由雙FL7760 LED驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。一個(gè)基于NCP1096 802.3bt控制器的PoE模塊為LED驅(qū)動(dòng)模塊提供高達(dá)90瓦的直流電。同時(shí),在LED驅(qū)動(dòng)模塊上有第二個(gè)連接器,可接收RSL10 藍(lán)牙 5無線電,用于無線聯(lián)接到智能手機(jī)網(wǎng)關(guān),實(shí)現(xiàn)云聯(lián)接。這就是智能照明。


以太網(wǎng)供電(PoE)和智能樓宇:第一部分

圖4:含PoE模塊的互聯(lián)照明平臺(tái)


PoE供電的商用電話(VoIP)


網(wǎng)絡(luò)電話(VoIP)可能是PoE最常見的應(yīng)用。VoIP通過廣域網(wǎng)使用以太網(wǎng)協(xié)議將低頻模擬語音信號(hào)數(shù)字化為數(shù)據(jù)包。從那里,它將通過交換機(jī)和路由器,進(jìn)入云端,前往目的地。VoIP只消耗4到7瓦,所以它與802.3af PoE標(biāo)準(zhǔn)非常兼容。裝有RJ45連接器的現(xiàn)代VoIP電話被設(shè)計(jì)為通過以太網(wǎng)電纜同時(shí)接收數(shù)據(jù)和功率,因此不需要外部PoE分配器。


總結(jié)


通過同一根電纜提供電源和數(shù)據(jù)連接的便利性是極具吸引力的;我們只需看看USB是如何成為許多消費(fèi)設(shè)備無處不在的電源的。商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中的PoE也是如此。它推進(jìn)了單電纜方案的概念,其目標(biāo)應(yīng)用是能夠直接從其帶來的簡單性中受益的應(yīng)用。


安森美在數(shù)字通信和電源管理方面擁有成熟的專業(yè)技術(shù),有實(shí)力提供好的PoE方案。隨著更多制造商發(fā)現(xiàn)PoE的好處,最終用戶將開始需要PoE?,F(xiàn)在是時(shí)候開始向更智能、集成的電源/數(shù)據(jù)組合過渡了。



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