所谓“以太网络”，是指依循 IEEE802.3 标准的各种局域网络（LAN）系统。以太网络是工作场所使用的一种协议，例如透过高速数据传输线将 PC 与位处中央的文件服务器链接；目前无论是终端机、无线网络路由器（Access Point）、网络摄影机或网络电话等任何要连接以太网络的设备，都需要使用电池或交流电插座来提供自身所需电源。可以想见，更聪明的一种方法就是将电力和数据同时传输至连到以太网络的设备，而如果这种传输方案能够运用现有的以太网络布线，进而百分之百向下兼容的话，将会更加完美。这也正是由 IEEE802.3af所规范的以太网络供电（Power Over Ethernet；PoE）标准所能达到的目标。

这个新的标准已经在2003 年6月得到IEEE认可，用于在以太网络上传输和接收电源讯号。PoE的优势有：

• ˙由于单项设备只需要一组连接线，让接线变得更简洁，同时成本更低；





• ˙省去 AC 插座和变压器之后，工作环境变得更为安全、整洁，成本也相对地降低；





• ˙将设备挪动位置时更为轻松；





• ˙即使当交流电主电源断电时，仍可由不断电系统确保继续供电；





• ˙连上以太网络的设备可以从远程监视和操控。

以上的这些优点使PoE成为一种突破的新技术，它彻底地改变了一些低功耗设备的供电方式；还有更多的设备可以透过PoE供电（详情参考Power Over Ethernet技术网站）。总的来说，PoE整体市场（Total Available Market；TAM）的成长，主要是由无线网络路由器和网络电话（VoIP）这两种用电的设备在带动 。前者的年复合成长率（CAGR）为38％，并将于2007年达到1500万套（iSuppli）；而主要运用在企业网络的网络电话则预计将于2007年达到300万套。对于这些用电设备的强劲需求，于是也带动了对以太网络交换机供电功能的需求；(图一)中的「中途式」（midspan）便是达成这种需求的重要关键。预计到2007年，这些组件的使用数目将成长到800万套，成长率达到 68％。

在本例中，原先的以太网络交换机，透过一个能"注入"电力到双绞网络线的「中途式」（midspan）PoE集线器，来达到以太网络供电的功能。较新的以太网络交换机则将会内建「中途式」组件，透过高速数据传输线供电给用电设备（PD）。这些用电设备（PD）可包括网络摄影机（web-cam）、网络电话（VoIP）、无线网络路由器或其他设备。同时，不断电系统（UPS）能在主电源断电时提供备用电力。

电源管理组件可在以太网络交换机和PoE「中途式」集线器中做到电压和电流的转换，也可当作用电设备中的DC-DC转换器。下文将详细介绍各种功能。

以太网络交换机中的电源管理组件

最新的以太网络交换机将可透过 24或是48个独立的端口，为用电设备提供PoE，而且可向下兼容非PoE的系统。每个用电设备都可拥有独立的48V供电，最高功率可达15.4W，并由以太网络交换机分别管理。

IEEE802.3af的PoE标准所允许用电设备最大功率在13W 左右，以太网络交换机所提供的15.4W功率可容许在长距脱机路传输中会损失的功耗。用电设备所使用的48V电源，事实上可容许的电压范围是36V到57V之间。而由于开关电压最大可能会达到约一般使用的两倍大（电源开关时突波的经验法则），因此电源开关需要采用VDS为 100V的独立 MOSFET。

(图二) 中显示的是一组PoE控制器，透过独立的MOSFET控制四个端口。在这个例子中采用了4个独立MOSFET组件，这样的配置相当于每个以太网络交换机或中途式组件中有12个控制IC和48个 MOSFET。预计到 2007 年，这类中途式电源管理组件的市场（TAM）将等于3亿8400万组的MOSFET（5700万美元）或是9600万组的（控制）IC（4800万美元）。

PoE 控制器通常指的是「热插入」（hot-swap）控制器。这类 IC 的功能有：

• ˙独立控制四个分离的 PoE端口；





• ˙侦测有效用电设备（PD）的连接情况；





• ˙利用低奥姆感测电阻器（low-ohmic sense resistor）监控稳定状态下 MOSFET 的电流 ；





• ˙当PD刚接上时，控制峰值电流（inrush current）和MOSFET的能源分散（dissipation）；





• ˙拔除PD时有低电流断电功能（Under-current disconnects）。

在一般的运作情况下，一旦端口接了电，而PD的分流电容器也充电之后，外部 MOSFET所分散的电能便相当的少，也就是说一个小型的MOSFET就能胜任。然而，IEEE802.3af有一些其他的需求，如开启时产生的电冲现象（current surge）和连接不兼容的用电设备时所产生的风险，此时便需要一个能瞬间分散大量电能的 MOSFET。这便是为什么要采用独立的 MOSFET 而不使用整合解决方案的原因。

另一个以太网络交换机MOSFET的重要需求是在关闭时的漏电量要低。IEEE802.3af要求一个端口的绝对最大漏电量不能超过12(A，这还包括MOSFET 和其他保护电路的总漏电电流。飞利浦半导体的 MOSFET 设计符合便能这个要求，而且其最大漏电量仅为 1(A。

用电设备中的电源管理组件

(图三)显示的是用电设备（PD）的模块图。以太网络缆线的直流电源透过二极管桥式整流器恢复，使得用电设备电路不会出现电压极性逆转（reverse polarity）。当一个设备接上PoE端口，以太网络交换机将执行一个“Discovery”程序，以侦测这个设备是可以使用PoE的装置，或者是不能接受PoE的旧设备。当用电设备拔除时，也同样会执行此程序。由于高电压（48V）接到不能使用PoE的设备上时会造成设备损坏，所以需要“Discovery”程序来避免此一状况，只有当确定兼容之后，高电压的直流电才会被使用。IEEE802.3af的“Discovery”程序是利用侦测特性阻抗（characteristic impedance）来决定设备是否兼容。

透过侦测每个端口消耗的功率，PSE 能根据系统供电的输出能力协助系统电源管理协议决定所能支持的PD总数。为了实现这样的电源管理，IEEE802.3af标准中加入了一种叫做“Classification”的选用方案。“Classification”让用电设备将所需的最大用电量回报给以太网络交换机/中途式组件，让电源管理协议能将未使用的功率分配给其他的端口，让供电能力达到最佳的效能。

在用电设备的电路中，主要的开关控制是由建构在100V N信道MOSFET之上的接口控制器负责，当48V电源进入可接受的容许范围之内时，接口控制器才允许连接用电设备的电路。此外，接口控制器设置了峰值电流（inrush current）限制与故障电流（fault cirrent）限制。接口控制器中的MOSFET的浪涌电流（surge）与上述以太网络交换机中的100V MOSFET 有相似的承受力。

“Discovery”程序的侦测过程完成后，且接口控制器确定电源轨电压（power rail voltage）在容许范围内时，接口控制器的MOSFET会打开，电源便输入到独立的DC-DC转换器。独立的 DC-DC 转换器要在用电设备前端和电路的其他部分间提供1500V的隔离电压（这是一个安全功能），在输入处提供一个或多个总功耗不得超过13W的低DC电压轨。转换器的输入电压的理论值为48V，采用通用的顺向式和反驰式拓扑结构。这是这是很常见的DC-DC转换器结构，与低功率的电信供电极相似。

根据VDC的预测，到2007年，电源管理硅组件能供应的端口将高达4亿9600万组。由于并非所有链接埠都会被使用，因此以一半的使用率来看，预计大约会有 2亿4800万左右的用电设备将投入市场。

结论

总而言之，PoE是一种改变供电方式的革命新技术，假以时日，它将成为许多用电设备普遍采用的技术。而（控制）IC或MOSFET等电源管理组件将成为这项演进最重要的推手。

（作者任职于飞利浦半导体）

延 伸 阅 读	由于大型IC通常是今日系统中最重要昂贵的组件，因此利用电源顺序组件 (power supply sequencer) 来严格控制电源转换特性就成为常见做法。相关介绍请见「电源顺序和追踪解决方案的设计与选择」一文。 为了控制和降低电子产品的功率耗损，寻找延长电池寿命的方法成为首要任务。最近的趋势和法规均要求电子产品包括AC adapter等，必须满足或超出未来特定的“主动”和“无负载”模式要求。因此业界需作出配合，使符合标准设计的性能得以保持甚至提升。你可在「AC adapter电源转换器应用概述」一文中得到进一步的介绍。 各种应用设备的电源管理需求差异极大，但藉由将应用分类为可携式或使用外接电源，就有可能更了解市场的发展趋势、采用最适当的用料和方案来快速设计。在「电源管理的应用趋势」一文为你做了相关的评析。
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