通过以太网供电技术为智慧建筑供电

以太网供电(PoE)顾名思义：它通过用于数据传输的同一根电缆为小型设备提供足够的电力。该技术被广泛应用于智慧建筑中，由于涉及的电压较低，正常的市电电气安全规则不适用。这凸显了PoE具有吸引力的原因之一；它能够显著降低与安装和合规性相关的成本。

由于很多办公大楼已经在整个结构中安装了以太网线缆，并安装了电池支持的不间断电源(UPS)，因此能够很容易地实现强大的系统。添加PoE设备能够利用已部署的相同电缆，为照明和安全摄像头等应用提供电力。电源能够通过以太网电缆传输到距离PoE以太网设备100米以内的设备。

使用PoE为智慧建筑供电的好处

采用PoE的明显好处之一是它使直流电源能够在您现有的以太网上运行。虽然您仍然要使用支持PoE的端口更新您的网络交换机，但不必为受电设备运行铺设额外的铜线带来的成本优势可能非常显着。铜价已从2000年的每磅0.65美元上涨到2021年的每磅4.05美元（来源：macrotrends）。另外，通过不在受电设备上实现AC到DC转换，也能够进一步节省成本。

在定位受电设备时，PoE还提供了更大的灵活性。大多数交流电源插座都位于靠近地板的位置，这不是Wi-FI接入点(AP)、毫微微蜂窝和微微蜂窝（femtocells and picocells）以及摄像头的理想位置。为了最大限度地扩大覆盖范围，建议避免将这些设备放置在障碍物附近，这意味着它们最好放置在天花板高度。与市电网络不同的是，以太网电缆通常是通过天花板吊顶形成的空隙布线的，这消除了采用的另一个障碍。

PoE将电力和数据相结合，实现了对各种应用的全天候智能监控，包括照明、安全摄像头和数字标牌。配备电池供电的不间断电源系统(UPS)的集中式PoE网络可确保关键设备在停电期间持续运行。

图1：PoE智能楼宇优势

智能楼宇应用和PoE标准

最初的PoE标准(IEEE 802.3af)于2003年获得批准，并提供高达15瓦的功率。它被广泛应用于IP电话、楼宇门禁控制和为早期分布式Wi-Fi接入点供电等应用中。该标准的后续修订版，包括IEEE 802.3at(30W/2009)和IEEE 802.3bt(90W/2018)，增加了提供的功率以支持更高要求的应用，比如更快的Wi-Fi网络、安全摄像头、音频扬声器、销售终端(POS)、LED照明等。

图2：PoE标准和应用

PoE拓扑

图3显示了典型的PoE拓扑。PoE网络交换机称为电源设备(PSE)，它为客户端提供直流电源，称为受电设备(PD)。该规范规定PSE应能够通过最长100米的以太网电缆（通常为CAT5/6以上）向PD供电。

图3：典型PoE拓扑（来源：以太网联盟）

由于以太网电缆最长可达100米，在此距离上存在一些损耗，因此在最坏的情况下，到达PD的功率低于PSE提供的功率。这在标准规范中802.3af为13瓦，802.3at为25.5瓦，802.3bt为71.3瓦。对于“bt”标准，PD处的直流电压范围为42至57伏[RB2]。输入端不支持PoE的联网设备仍然能够连接并使用PoE分离器，以分离数据和直流电源。这也能够减少对AC/DC转换器和将设备定位在AC插座附近的需求。

PoE供电的PTZ摄像机

当今的安全系统通常使用包含小型电机的摄像机，以使它们能够在三个轴或平移、倾斜和缩放(PTZ)上移动，并且通常配备高清数码摄像机。这些摄像机能够通过以太网等有线连接手动控制，也能够编程为在定义的感兴趣窗口或整个视野中检测到对象时自动移动和缩放。一些摄像机还能够配置为通过不断执行0°到360°平移和0°到180°倾斜来测量场景，而变焦能够使用光学或数字技术实现。这些安全和监控摄像头所需的电源现在能够使用基于IEEE 802.3at标准的PoE提供。

PoE供电的无线网络

Wi-Fi接入点和路由器也是PoE的常见应用。二者的功耗通常是速度和支持的流数量的函数关系。现代网络使用诸如MIMO（多输入多输出）等技术来扩大范围和吞吐量。实施支持Wi-Fi6(IEEE 802.11ax)速度的AP/路由器应用将对应到PoE标准，如下所示：

1、Wi-Fi6、4×4双频并发：802.3at

2、Wi-Fi6、8×8双频并发：802.3at/bt

3、Wi-Fi6、4×4三频并发：802.3at/bt

尽管Wi-Fi路由器/AP随附AC/DC电源，但它们也能够使用PoE分离器供电。相比之下，CiscoMeraki^TMMR56Wi-Fi6（802.11ax，8个流）接入点等产品现在支持802.3at，这意味着RJ45端口能够直接连接到支持PoE的PSE交换机为设备供电。

PoE供电的微微蜂窝和毫微微蜂窝

微微蜂窝和毫微微蜂窝用于扩展或增加蜂窝覆盖范围，特别是在建筑物内部、办公室、购物中心和体育场等繁忙区域。与常规小区不同，微微小区的范围通常很小，约为200米或更短，而毫微微小区的范围可能低至10米。这些微型设备是PoE的理想选择，如下面的一个示例所示：

1.Apex^TM4G/LTE3.5GHz室外微微蜂窝（35W）：802.3bt

PoE供电的数字标牌

LED电视是一种非常有效的交流方式。它们能够在各种领域显示定制的动态数字标牌，包括企业办公空间、智能零售、酒店以及城市公共宣传等。与Wi-Fi一样，数字标牌的好坏取决于其位置。比如，较大的屏幕通常悬挂在天花板上，以便人群能够轻松查看内容。相比之下，智能信息亭或销售终端(PoS)应用利用较小的屏幕——其中一些带有触摸屏，可提供更为个性化的交互式用户体验。

LED电视的功耗变化很大。下面列出的Samsung^®55英寸LED电视指定了69W的典型功耗，而另一款相同尺寸和制造商的要求为120W。确保LED电视功率不超过PD功率非常重要。使用802.bt标准，根据PSE和LED电视(PD)之间的以太网电缆长度，其范围能够从90W到71.3W。

市场上也有几种带有PoE的LED电视。对于不断增长的数字标牌市场，LED电视制造商是否开始将802.bt集成到他们更大的LED电视中将会很有趣。

1.55英寸，三星4KLED电视(#Q70T)69W（典型值）：802.3bt（要PoE分路器）

2.Thinlabs,Inc的46英寸高清触摸屏：802.3bt（不要PoE分路器）

3.10”，三星数字标牌(DB10E-TPOE)802.3at（不要PoE分路器）

4.48”，三星数字标牌(DH48E)44W（典型值）802.3bt（要PoE分路器）

5.40”，三星数字标牌(H40B)44W（典型值）802.3bt（要PoE分路器）

6.16”medTV^®PDI-P16TV-GB2-P电视(25W)802.3at（不要PoE分路器）

PoE智能互联照明

PoE和LED照明是天作之合，因为LED消耗直流电源，而PoE提供直流电源。这使用户能够在使用PoE为LED供电时省去了AC到DC电源转换的成本。

PoE怎样增强智慧建筑的一个很好的例子是ONSemiconductor^®互联照明平台（图4）。该平台基于模块化设计，能够为两串16个LED提供7,000流明，由双FL7760LED驱动器驱动。基于NCP1096802.3bt控制器的PoE模块可为LED驱动器模块提供高达90瓦的直流电源。同时，LED驱动器模块上还有第二个连接器，该连接器接受RSL10蓝牙^®5无线电，以无线连接到智能手机网关，从而实现云连接。现在是智能照明。

图4：带PoE模块的互联照明平台

PoE供电的商务电话(VoIP)

Internet协议语音(VoIP)可能是PoE最常见的应用。VoIP在广域网上使用以太网协议将低频模拟语音信号数字化为数据包。从那里，它将通过交换机和路由器进入云，到达目的地。VoIP的功耗仅为4到7瓦，因此非常符合802.3afPoE标准。配备RJ45连接器的现代VoIP电话旨在通过以太网电缆接收数据和电源，因此不要外部PoE分离器。

结论

通过同一根电缆提供电力和数据连接的便利性令人信服；我们只要看看USB怎样成为很多消费类设备无处不在的电源。商业和工业应用中的PoE也是如此。它通过针对能够直接受益于其带来的简单性的应用推进了单电缆解决方案的概念。随着愈来愈多的制造商发现它的好处，最终用户将开始要PoE。是时候开始向更智能的集成电源/数据组合过渡了。