同时供电和数据传输，此解决方案一次完成〜

在过程自动化系统中，必须监视和测量重要参数，例如温度，压力，流速和湿度。

在工业4.0时代，以太网是一种通用的通信标准。

由于以太网是有线网络，并且发射器和传感器通常需要电源，因此问题是：为什么不同时使用以太网电缆进行数据传输和供电？本文介绍了以太网设备如何使用电缆同时传输数据和电源。

以太网供电（PoE）系统在工业中得到广泛使用，并且在将来也将发挥重要作用。

PoE标准是通过Cat-5电缆电源在IEEE 802.3af以太网供电标准中定义的。

PoE标准以前被限制为几瓦，但是更新的PoE技术可以实现更高的功率。

例如，PoE +允许每个端口最高25 W的功率，而PoE ++（四对以太网供电系统）通过使用现有电缆的所有电线，可以提供70 W至100 W的功率。

与此PoE标准并行的是Analog Devices定义的专有标准LTPoE ++™，该标准定义了高达90W的受电设备（PD）的电源规范（请参见表1）。

表1. ADI最新的PoE标准LTPoE ++降低了PoE系统和类似解决方案的技术复杂性。

LTPoE ++的其他功能是即插即用功能，易于实施以及安全可靠的电源。

另外，LTPoE ++还可以与IEEE的标准PoE规范互操作并向后兼容。

但是，由于系统损耗和电缆损耗，实际可用功率比PoE +和PoE ++略低于指定的PD电源。

PoE组件主要需要两个组件通过以太网电缆为设备供电：受电设备和电源设备（PSE）。

图1.显示PoE系统主要组件的框图。

PSE负责像电源一样提供电源，而PD则接收并使用电源（负载）。

PSE设备在开机时具有签名过程，以保护不兼容的设备在连接后不受损坏。

这涉及首先检查PD的签名抵抗性。

仅当该值正确（25kΩ）时，PD才会上电。

如果PSE检测到PD，它将首先开始分类。

也就是说，确定所连接设备的电源要求。

为此，PSE将施加规定的电压并测量产生的电流。

然后根据当前级别将PD分配给功率级别。

如果一切正常，将提供所有电压和电流。

PD上电后，PD负责将–48 V PoE电压转换为适合终端设备的电源电压。

在典型的PD设计中，使用了额外的DC-DC转换器（二极管桥控制器）。

DC-DC转换器负责调整或覆盖PD提供的组件的电源要求。

较新的IC能够将接口和DC-DC转换器集成到低功率级组件中，从而简化了设计。

根据IEEE 802.3 PoE规范，PD必须通过其以太网输入接受任何极性的DC工作电压，因此PD的输入前端需要两个二极管电桥。

因此，无论使用哪种线对，PD都能以相反极性工作。

PD的实现变得简单。

在ADI的LT4276中，有一个PD控制器符合LTPoE ++-，PoE +-和PoE标准，并具有集成的隔离式开关稳压器。

它既可以用于正向和反激拓扑，又可以用于2W至90W的功率水平。

与更低功率水平的传统PD控制器（它还集成了功率MOSFET）不同，LT4276提供了驱动外部MOSFET的选择。

这样，PD减少了损失并提高了效率。

由于IEEE 802.3以太网规范要求与设备外壳的地面进行电气隔离，因此LTC4290 / LTC4271隔离的控制器芯片组适合用作PSE。

LTC4271在非隔离侧代表PSE主机的数字接口，而LTC4290在隔离侧提供以太网接口。

这两个组件通过一个简单的以太网发送器连接。

通过这种可靠的PSE芯片组设计，可以避免使用其他产生隔离电源的组件。

如果将PD侧全桥整流器的两个二极管替换为理想二极管，则可以提高整个PoE系统的功率和效率。

因此，像典型的二极管一样使用和控制MOSFET。

这样，由于通道电阻低（RDS（ON））。

正向电压大大降低。

结合LT4321理想二极管桥控制器和LT4295 PD控制器，以全桥配置控制四个MOSFET（见图3）。

图2. PoE电路示例。

图3.传统二极管整流和通过二极管驱动b