Блок живлення PoE: як комутатор PoE забезпечує живлення для пристроїв PoE?

Мігель

Керований потребою підключення та моніторингу розумних пристроїв IoT, мережевий комутатор PoE (Power over Ethernet) прогресував як все більш ефективне середовище для живлення та доставки даних по мережі. Це дозволяє таким пристроям, як IP-телефони, камери IP-спостереження, точки доступу до бездротової локальної мережі та освітлення PoE, отримувати живлення, а також дані через той самий кабель Ethernet, що позбавляє потреби в окремих кабелях даних або живлення. Тоді, як перемикач PoE забезпечує живлення для пристроїв, чи пошкоджує живлення PoE підключені пристрої? Тут пропонуються докладні пояснення джерела живлення PoE.

Визначення джерела живлення PoE та стандарти комутатора PoE

Комутатор PoE полегшує встановлення та управління в таких сценаріях, як домашні програми, побудова WLAN, захист безпеки тощо. Мережевий комутатор PoE діє як PSE (обладнання для джерела живлення), яке забезпечує живлення PD (пристроїв) через кабелі Ethernet на основі різних стандартів PoE. У наступній таблиці перелічені існуючі стандарти PoE та відповідні значення джерела живлення PoE.

IEEE 802.3af IEEE 802.3at IEEE 802.3bt

Категорія	PoE	PoE+	PoE++
Тип	Тип 1	Тип 2	Тип 3	Тип 4
Потужність доступна в PD	12,95 Вт	25,5 Вт	51 Вт	71 Вт
Макс. потужність, що постачається PSE	15,4 Вт	30,0 Вт	60 Вт	100 Вт
Номери пари ліній електропередач	2	2	4
Підтримувані кабелі	Cat3 або краще	Cat5 або краще	Cat5 або краще

Зауважте, що PoE та PoE + - це два загальних стандарти, які може підтримувати більшість пристроїв PoE на ринку, тоді як стандарт PoE ++ IEEE 802.3bt є найновішим, випущеним для інтелектуального будівництва та IoT. Оскільки технологія PoE ++ недостатньо зріла, наразі її підтримують лише деякі виробники, наприклад, комутатор FS S5860-24XB-U.

Пояснено джерело живлення з комутатором PoE

Щоб зрозуміти принципи роботи джерела живлення PoE, візьмемо для прикладу мережевий комутатор PoE, щоб побачити його робочий процес, режим живлення PoE та відстань PoE для живлення.

Робочий процес джерела живлення PoE комутатора PoE

Після підключення PD до комутатора PoE Ethernet він працює у таких процедурах:

Виявлення PD: Це перший крок для комутатора PoE, щоб перевірити, чи пристрій справжній PD чи ні. Вимикач з живленням PoE посилає імпульс напруги виявлення на PD і вимірює струм. Якщо він виявляє дійсний опір із заданим значенням, тоді пристрій, підключений до перемикача PoE, підтверджується як справжній PD. Варто згадати, що цю перевірку виконуватимуть лише активні комутатори мережі PoE, тоді як пасивні комутатори або інжектори мережі PoE - ні. Різниця між активним та пасивним PoE-комутатором буде далі проілюстрована тут: Активний та пасивний комутатор PoE: який слід вибрати?

Класифікація можливостей джерела живлення PoE: Це другий крок для комутатора, щоб виміряти, скільки енергії потрібно PD. Комутатор класифікує пристрій як типи класів 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 і забезпечує належне живлення, коли виявляє резистор.

Клас PSE Вихідна потужність (Вт) PD Вхідна потужність (Вт)

0	15.4	0,44-12,94
1	4	0,44-3,84
2	7	3,84-6,49
3	15.4	6,49-12,95
4	30	12,95-25,50
5	45	40 (4 пари)
6	60	51 (4 пари)
7	75	62 (4 пари)
8	99	71,3 (4 пари)

Почніть подавати електроенергію: Після визначення потужності над класом Ethernet комутатор PoE почне подавати низьку напругу до PD менше ніж за 15 мікросекунд, яка потім піднімається до повного 48 В постійного струму.

Звичайне джерело живлення: Після досягнення напруги до 48 В перемикач PoE забезпечує стабільне та надійне 48 В постійного струму для PD.

Відключення електроживлення: Перемикач PoE відключає живлення і знову вступає в процедуру виявлення PD, коли трапляються такі ситуації:

PD видалено.

Енергоспоживання PD перевантажене або короткозамкнене.

Загальна споживана потужність PD не входить в бюджет живлення комутатора PoE.

Таким чином, він може захистити комутатор і PD у згаданих сценаріях або запобігти пошкодженню пристроїв, які не є PoE, випадково підключених до портів PoE після видалення PD.

Режим живлення PoE перемикача PoE

Режим живлення PoE між PSE та PD можна розділити на три різні категорії. Перемикач живлення через Ethernet, як типовий тип PSE, буде взятий як приклад для пояснення режиму живлення PoE для PD.

Альтернатива A (режим PoE A)

Перемикач PoE подає живлення до PD через пару даних 1-2 і пару 3-6. Пара 1-2 діє як позитивна полярність, тоді як пара 3-6 діє як негативна полярність.

Альтернатива B (режим PoE B)

Перемикач PoE забезпечує живлення PD з допомогою пари 4-5 і пари 7-8. У 10BASE-T та 100BASE-T дві пари не використовуються для передачі даних. Тож їх називають запасними парами в 10/100M PoE живлення. Пара 4-5 діє як позитивна полярність, а пара 7-8 - як негативна.

Основна відмінність режиму A від режиму B полягає у використанні PIN-кодів. Наступна діаграма наочно ілюструє різницю:

PSE, який передає потужність через пари даних (режим A), називається "кінцевим інтервалом", тоді як PSE, який передає потужність через запасні пари (режим B), відомий як "midspan". Зазвичай, сумісний PSE може підтримувати режим A, режим B або обидва, а сумісні PD підтримують як режим A, так і режим B, тоді як сумісні PD зазвичай підтримують лише режим B. Тут наводяться робочі сценарії між комутаторами та IP-камерами на основі двох різних режимів.

Доставка з 4 парами

У цьому режимі живлення подається на чотири пари. Пара 1-2 і пара 4-5 - це позитивні полярності, а пара 3-6 і пара 7-8 - негативні полярності.

На діаграмі нижче представлені три режими в двох різних мережевих ситуаціях:

Мережа 10/100BASE-T Мережа 1000BASE-T

Шпильки на комутаторі	Режим PoE A (дані та змішаний постійний струм)	Режим PoE B (постійний струм на запасні частини)	4-парне PoE	Режим PoE A (Bi-Data & DC)	Режим PoE B (Bi-Data & DC)	4-парне PoE
Pin 1	Rx + & DC +	Rx +	Rx + & DC +	TxRx A + & DC +	TxRx A +	TxRx A + & DC +
Штифт 2	Rx - & DC +	Rx -	Rx - & DC +	TxRx A - & DC +	TxRx A -	TxRx A - & DC +
Штифт 3	Tx + & DC -	Tx +	Tx + & DC -	TxRx B + & DC -	TxRx B +	TxRx B + & DC -
Контакт 4	Невикористані	Постійного струму +	Постійного струму +	TxRx C +	TxRx C + & DC +	TxRx C + & DC +
Штифт 5	Невикористані	Постійного струму +	Постійного струму +	TxRx C -	TxRx C - & DC +	TxRx C - & DC +
Штифт 6	Tx - & DC -	Tx -	Tx - & DC -	TxRx B - & DC -	TxRx B -	TxRx B - & DC -
Штифт 7	Невикористані	Постійного струму -	Постійного струму -	TxRx D +	TxRx D + & DC -	TxRx D + & DC -
Штифт 8	Невикористані	Постійного струму -	Постійного струму -	TxRx D -	TxRx D - & DC -	TxRx D - & DC -

Зверніть увагу, що режим живлення PoE визначається PSE. І перемикач PoE, і інжектор PoE можуть виконувати функції PSE для передачі живлення та даних до PD. Комутатор PoE Ethernet, як кінцевий інтервал (IEEE 802.3af позначає його як кінцеву точку), часто використовує режим PoE A. Інжектор PoE (також званий пристрій середнього інтервалу) - це посередницький пристрій між комутатором, що не є PoE, і PD. Він підтримує лише режим PoE B.

Відстань PoE для живлення

PoE може передавати 100 метрів від перемикача PoE до PD. Потужність не є фактором обмеження. Насправді саме стандарти Ethernet для кабелів обмежують загальну довжину кабелів до 100 метрів через існуюче ослаблення сигналу. Як правило, 100 метрів - це найдальша відстань для живлення, яку може досягти комутатор PoE. Однак розширювач PoE може розширити діапазон даних Ethernet і потужність PoE до 1219 м.

Усунення несправностей джерела живлення PoE

Коли система PoE вимкнена, рекомендується виконати наступні дії для діагностики проблеми.

Переконайтеся, що пристрій із підтримкою PoE підтримує. Пам’ятайте, що не всі мережеві пристрої підтримують технологію PoE. Перш ніж підключати його до комутатора PoE, перевірте, чи підтримує пристрій PoE чи ні.

Переконайтеся, що потужність PoE потужності пристрою не перевищує максимальної потужності одного порту на комутаторі PoE. Наприклад, існує мережевий комутатор PoE, який підтримує лише IEEE 802.3af, що означає, що комутатор може подавати максимальну вихідну потужність 15,4 Вт для кожного порту. Отже, пристрій з живленням, який вимагає живлення 16 Вт або більше, не можна підключити до перемикача, інакше пристрій, що живиться, може бути пошкоджений нестабільним живленням або його відключенням.

Переконайтеся, що загальна потужність усіх необхідних підключених PD не перевищує потужності, яку може подавати комутатор. Наприклад, ось 24-портовий комутатор PoE з бюджетом потужності 370 Вт. Це означає, що цей комутатор може одночасно підключити 24 пристрої (15,4 Вт × 24 = 369,6 × 370 Вт) зі стандартом PoE. І він може підтримувати до 12 пристроїв (30W × 12 = 360W ＜ 370W) зі стандартом PoE +.

Перевірте сумісність режимів живлення між PSE та PD. Наприклад, якщо PD підтримує лише подачу живлення в режимі PoE, тоді як перемикач PoE базується на режимі PoE A, як результат, перемикач PD і PoE не можуть працювати разом.

Висновок

Технологія PoE стає життєво важливою частиною шляху цифрової трансформації. Знання деталей джерела живлення PoE, таких як конкретний клас PoE та потужність PoE, сприятиме захисту пристроїв PoE та не PoE. Крім того, ознайомлення із загальними проблемами та рішеннями підключення комутатора PoE дозволяє уникнути небажаного витрачання часу та грошей під час розгортання мереж PoE.