在過程自動化系統中，必須監測和測量溫度、壓力、流速、濕度等重要參數。在工業4.0時代，以太網是一種流行的通信標準。由于以太網是有線的，而變送器和傳感器通常需要電源，因此出現了一個問題：為什么不使用以太網電纜進行數據傳輸和供電？

本文介紹以太網設備如何同時使用電纜傳輸數據和供電。以太網供電（PoE）系統在工業中得到廣泛應用，并將在未來發揮重要作用。

PoE 標準

通過 Cat-5 電纜供電在 IEEE 802.3af 以太網供電標準中定義。PoE 標準過去僅限于幾瓦，但較新的 PoE 技術可實現更高的功率。例如，PoE+ 允許每個端口高達 25 W 的功率，PoE++（四對以太網供電系統）通過使用現有電纜的所有電線，功率范圍為 70 W 至 100 W。在此PoE標準的同時，ADI公司還定義了專有標準LTPoE++?，其中定義了高達 90 W 的受電設備 （PD） 功率規格（請參閱表 1）。

LTPoE++ 降低了 PoE 系統相對于類似解決方案的技術復雜性。即插即用功能、易于實施以及安全、可靠的電源是 LTPoE++ 的進一步特性。此外，LTPoE++是可互操作的，并且與IEEE的標準PoE規范向后兼容。但是，由于系統中的損耗以及電纜損耗，實際可用功率略低于指定的PD功率，PoE+和PoE++也是如此。

PoE 組件

基本上，通過以太網電纜為設備供電需要兩個組件：用電設備和供電設備 （PSE）。

圖1.顯示 PoE 系統主要組件的框圖。

PSE的任務是像電源一樣提供電力，而PD接收電力并使用它（負載）。PSE 設備在通電時具有簽名過程，以保護不兼容的設備在連接時免受損壞。這涉及首先檢查PD的簽名電阻。僅當該值正確（25 kΩ）時，PD才會供電。如果 PSE 檢測到 PD，則從分類開始;也就是說，確定所連接設備的功率要求。為此，PSE施加定義的電壓并測量產生的電流。PD 根據當前水平分配給功率等級。如果一切正確，將提供完整的電壓和電流。一旦提供PD，它的任務就是將–48 V的PoE電壓轉換為適合終端設備的電源電壓。在典型的PD設計中，使用額外的DC-DC轉換器（二極管橋控制器）。它的任務是調整或滿足PD提供的組件的功率要求。 較新的IC已經提供了將接口和DC-DC轉換器集成到單個組件中的可能性，以實現低功耗等級，從而簡化了設計。

由于 PD 必須根據 IEEE 802.3 PoE 規范在其以太網輸入端接受任意極性的直流工作電壓，因此 PD 輸入端前面需要兩個二極管橋。因此，無論使用何種線對，PD也適用于反極性。

PD 實施變得簡單

利用 ADI 公司的 LT4276，存在一款具有集成隔離式開關穩壓器的 LTPoE++、PoE+- 和 PoE 兼容型 PD 控制器。它可以同時用于正激式和反激式拓撲，并同步工作在 2 W 至 90 W 的功率等級下。與同樣具有集成功率 MOSFET 的較低功率等級的傳統 PD 控制器不同，LT4276 提供了驅動一個外部 MOSFET 的選項。通過這種方式，PD減少了損失并提高了效率。

由于 IEEE 802.3 以太網規范要求與器件外殼的接地連接進行電氣隔離，因此 LTC4290 / LTC4271 隔離式控制器芯片組適合用作 PSE。LTC4271 在非隔離側代表與 PSE 主機的數字接口，而 LTC4290 在隔離側提供以太網接口。這兩個組件通過一個簡單的以太網變送器連接。通過這種強大的PSE芯片組設計，可以避免用于產生隔離電源的額外組件。

如果將PD側全橋整流器的兩個二極管替換為理想二極管，則可以提高整個PoE系統的功率和效率。因此，MOSFET的使用和控制使其像典型的二極管一樣工作。這樣，由于通道電阻低（RDS（ON）).利用 LT4321 理想二極管橋控制器與 LT4295 PD 控制器的組合，可在全脊型配置中控制 3 個 MOSFET （參見圖 <>）。

圖2.PoE 電路示例。

圖3.傳統二極管整流與通過二極管橋式控制器驅動。

借助 PoE，以太網設備可以在通過 RJ45 電纜進行實際數據傳輸的同時供電。ADI公司開發了自己的專有標準LTPoE++，與傳統PoE標準并行支持高達90 W的功率。LTPoE++ 提供穩健的端到端高功率 PoE 解決方案，可簡化電源和設計。

新的計時?產品組合是ADI公司面向創新工業以太網產品的產品組合。它包括實時以太網交換機、PHY 和協議處理產品，以及完整的網絡接口產品。ADI公司發布了兩款新的穩健型工業以太網PHY，ADIN1300（具有10 Mbps至1 Gbps范圍）和ADIN1200（具有10 Mbps至100 Mbps范圍），從而擴展了Chronous產品組合。通過將這些新型PHY與ADI的PoE技術相結合，Chronous產品組合可為電源和數據提供一流的系統級解決方案。

審核編輯：郭婷