在過程自動化系統中，必須監控和測量溫度、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。因為以太網是有線的，而變送器和傳感器通常需要電源，所以問題來了：為什麼不使用以太網電纜進行數據傳輸和供電？本文描述了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，並將在未來發揮重要作用。

PoE標準

IEEE

802.3以太網供電標準中定義了通過Cat-5電纜供電。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獲得供電。PoE標準過去僅限於幾瓦，但更新的PoE技術支持更高的功率。例如，PoE+允許每個端口高達25 W的功率，而PoE++(四對以太網供電系統)通過使用所有現有的電纜線，功率範圍從70 W到100 W。為了擴展PoE標準的優勢並給予原始設備製造商更大的靈活性，PoE製造商正在開發並行標準，為不同的應用提供更優化的方法。例如，ADI公司定義了LTPoE++標準，支持最高90 W的用電設備(PD)功率(表1)。與同類解決方案相比，LTPoE++降低了PoE系統的技術複雜性。LTPoE++的其他特性包括即插即用功能、易於實施以及安全可靠的電源。此外，LTPoE++可與IEEE的標準PoE規範互操作並向後兼容。然而，由於系統損耗和電纜損耗，可用功率略低於額定PD功率，PoE+和PoE+也是如此。

表1. PoE標準

PoE組件

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

圖一. 顯示PoE系統主要組件的框圖。

PSE的任務是像電源一樣輸送電力，而PD接收電力並使用它(負載)。PSE設備在通電時有一個簽名過程，以保護不兼容的設備在連接時免受損壞。這包括首先檢查PD的特徵電阻。僅當該值正確(25kΩ)時，PD才會通電。如果PSE檢測到局部放電，它從分類開始；也就是說，確定所連接設備的功率需求。為此，PSE施加規定的電壓並測量產生的電流。PD根據電流水平被分配到一個功率等級。如果一切正常，將提供全部電壓和電流。PD供電後，其任務是將–48V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，使用一個額外的DC-DC轉換器(二極管電橋控制器)。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-to-dc轉換器集成到單個低功耗器件中的可能性，從而簡化了設計。

PSE设备在通电时有一个签名过程，以保护不兼容的设备在连接时免受损坏。这包括首先检查PD的签名电阻

根据IEEE802.3 PoE规范，PD必须在其以太网输入端接受任何极性的直流工作电压，因此在PD的输入端前需要两个二极管电桥。因此，PD也可以在极性相反的情况下工作，与所用的线对无关。图2显示了集成隔离式开关调节器的LTPoE++和PoE+兼容PD控制器。LT4276之类的控制器支持正激和反激拓扑，以及2 W至90 W功率级的同步操作，较低功率级的传统PD控制器集成了功率MOSFET，但在较高功率下，驱动外部MOSFET的选项使PD能够降低损耗并提高效率。

因为IEEE802.3以太网规范要求与设备外壳的接地连接电气隔离，所以系统需要一个用于PSE的隔离控制器芯片组。数字接口(图二中的LTC4271in)连接到非隔离端的PSE主机，而以太网接口(图2中的LTC4290in)连接到隔离端。这两个组件通过简单的以太网发送器连接。通过这种强大的PSE芯片组设计，可以避免产生隔离电源的额外组件。

如果PD侧的全桥整流器的两个二极管由理想二极管代替，则可以提高整个PoE系统的功率和效率。因此，使用并控制MOSFETs，使其像典型的二极管一样工作。这样，由于低沟道电阻[RDS (ON)]，正向电压可以显著降低。理想的二极管电桥控制器与PD控制器一起管理全桥配置中的四个MOSFETs(图三)。

图二. PoE电路示例。

图三. 传统二极管整流与通过二极管电桥控制器驱动的比较。

PoE和LTPoE++等并行开发的标准连接智能工厂和建筑，同时提供强大的端到端高功率方法来简化电源的设计和实施。