2003年，針對()的IEEE802.3af標準為以太網(wǎng)開辟了一個新的應用領域，即通過以太網(wǎng)同時傳輸DC功率和10/100/1000Mbps數(shù)據(jù)。該標準規(guī)定了12.95W的標稱傳輸功率，對于早期接受這項新技術的應用(包括標準電話、安全攝像機和無線接入點)來說，該功率綽綽有余。

自人們開始考慮制定基于IEEE802.3af規(guī)范的IEEE802.3at(亦稱PoE+)標準，旨在適應新的高功率應用需求。

?PoE+滿足高功率需求

?需要進行謹慎工程設計的領域之一是將被用來實現(xiàn)PSE和PD相互識別的新型分級機理。實現(xiàn)這種相互識別需具備以下能力：PSE可以正確地為802.3af(也稱作Type 1硬件)和802.3at(Type 2硬件)PD供電；可以由802.3at PSE來為802.3af PD供電；802.3at PD可以知曉它們是否具有其較高負載所需要的完整可用功率。每種組合都需要擁有一種明確定義和一致的工作特性，以保持802.3標準內部的互操作性。借助一種更加精細的硬件分級機理和一種新型數(shù)據(jù)層機理，這種相互識別能力在PoE+中得以實現(xiàn)。

?PoE+增添了一種被稱為“兩事件分級”的新型硬件分級，并要求PSE必需重復進行兩次802.3af電壓探測。PD的每次電壓探測都將導致吸收單個電流脈沖(圖1)，這對應于一個特定的功率級。作為開始，PSE將在數(shù)據(jù)或備用線對上確定一個約15.5V至20.5V的電壓脈沖。PD以一個高達40mA的電流做出響應，該電流把4種功率等級之一傳送至PSE。雙脈沖是一個發(fā)送至PD的指示信號，表明連接的PSE確實是一個高功率PSE，能夠提供與802.3at功率相關聯(lián)的較高功率級。802.3at PD以一個Class 4電流做出響應，由此向PSE傳遞這樣的信息：自己是一個需要完整可用功率的高功率PD。802.3af中的Layer 1分級方法提供了一種可任選的方法，供PSE向PD發(fā)出詢問信號以確定PD的功率需求。然而，在802.3at規(guī)范中，目前指令要求Type 2 PSE至少應執(zhí)行單事件硬件分級。?

?除了硬件分級的升級之外，PoE+特別工作組還定義了一種被稱為鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議(LLDP)的新型數(shù)據(jù)層(Layer 2)分級，用于實現(xiàn)PSE和PD之間的通信。一旦建立了一條鏈路，PSE和PD便能夠采用LLDP來確定PD的功率需求。LLDP的運用使得PSE能夠反復詢問PD并確定PD的狀態(tài)及其功率需求。利用該機理，如今可以實現(xiàn)動態(tài)功率分配，此時，PSE能夠連續(xù)地分配功率至PD(以0.1W為增量)，而且PD可以提出請求，并隨后交出功率。通過Layer 2進行的通信實現(xiàn)了用于獲得諸如峰值功率、平均功率和占空比等更多信息的高級功能。隨著系統(tǒng)朝著更“綠色”電源環(huán)境的方向發(fā)展，這種動態(tài)功率分配肯定將成為一個重要的特點。LLDP是一種用于PSE的任選分級機理，但必需由PD來執(zhí)行。如果PSE僅執(zhí)行單事件分級，則PD可以通過LLDP協(xié)議來協(xié)商獲取較高的功率。圖1給出了PoE+采用的這兩種分級方法。

?有兩類PSE，即“中跨”和“端跨”。顧名思義，被稱為“功率注入器”的中跨控制器負責將功率注入現(xiàn)有的以太網(wǎng)電纜，并被放置于LAN交換器和受電設備之間。數(shù)據(jù)不經修改地通過一個中跨PSE進行傳送。由于無需更換交換器，因此這些控制器尤其便于現(xiàn)有網(wǎng)絡中的PoE安裝。另一方面，端跨設備則是一種具內置PoE能力的交換器(因而無需中跨)。當從頭開始構建一個新網(wǎng)絡時，采用端跨PSE。由于中跨僅可以使用電源層，因此它們運用PoE+中的新型兩事件分級來表達高功率能力。LLDP使用數(shù)據(jù)層，因此端跨控制器可以選擇運用這種附加分級法來與PD協(xié)商功率。

?對于PoE系統(tǒng)而言，有兩個截然不同用于定義功率的位置，即：PSE輸出連接器和PD輸入連接器。PoE+規(guī)范中更加重要的改進之一是將電流的上限值規(guī)定為600mA?，F(xiàn)在，PSE必須要能夠連續(xù)提供至少600mA的電流和一個50V的最小輸出電壓。這轉化為一個30W的PSE輸出功率。電纜電阻的模型化設計值不大于12.5Ω，因而在PD連接器上產生了25.5W的可用功率。有必要把48V轉換效率考慮在內，這樣最終傳輸至PD負載的可用功率約為24.6W。

?對于較高功率的需求當然是由市場驅動的，而且目前對可提供超出現(xiàn)行12.95W限值的功率的PD電源解決方案的需求已經很強烈。現(xiàn)在許多高耗能網(wǎng)絡設備都提出了更高的功率要求。那么，電路設計師如何應對他所面臨的高功率需求呢？解決方案是：采用由凌力爾特(Linear)公司提供的并符合新型PoE+標準的PSE和PD產品進行設計。這些產品滿足新標準所設定的功率限值，而且還可為專有應用提供更高的功率。

?PoE+ PSE設計方案

?目前所面臨的挑戰(zhàn)是PSE制造商必需將高功率PoE+端口迅速投入實際應用。針對PoE+標準進行現(xiàn)有PSE設計的升級需要滿足以下要求：能夠在不增加誤碼率的情況下接受更多偏置電流的改進型以太網(wǎng)磁性元件；具較高截止電流門限的新型PSE控制器芯片；視所采用的控制器芯片的不同，有可能需要使用具較大安全工作區(qū)(SOA)的較大MOSFET；較大的主電源；可能需要對各種各樣的元件(例如連接器、熔斷器、共模扼流圈、瞬態(tài)電壓抑制器二極管、電流檢測電阻器和EMI濾波器)進行升級以提供較高的電流。

?所有這些元件在市面上均有供貨，而且802.3at磁性元件和芯片常?？梢院唵蔚刂苯犹娲?02.3af同類產品。盡管在將PSE從802.3af過渡至802.3at時需要進行很多設計變更，但我們將重點關注有助于這種過渡的關鍵元件——PoE+ PSE控制器。

?凌力爾特的LTC4266(見圖2)是市面上首個完全符合802.3at標準的四通道PSE控制器，而且向后兼容至廣受歡迎的802.3af器件LTC4259A。LTC4266不僅為PD提供了新標準強制要求的功率級，而且還向后兼容最初的PoE標準，因而使得用戶能夠混合并匹配多達4個PoE和PoE+ PD。如前文所述，為符合802.3at標準，一個PSE必須要能夠在PSE連接器的輸出端上提供30W功率，這樣在補償了電纜損耗之后可向PD輸送25.5W功率。LTC4266可提供30W功率，但它是在大幅度降低熱耗散的情況下做到這一點的。

?在設計下一代PSE時，應選擇一個能夠提供較高功率級、執(zhí)行新的分級機理、提供一個能夠高效輸送功率的可靠PoE系統(tǒng)的PSE控制器。LTC4266具有極低的熱耗散，因而與那些集成了不太魯棒、且RDS(ON)通常較高的MOSFET的PSE控制器相比，其應用方案的熱設計得到了顯著簡化。LTC4266支持外部MOSFET，而且如果某個端口由于MOSFET失效發(fā)生故障，這種失效也不會產生“骨牌”效應而導致相鄰通道受到牽連。而這一點恰好是采用內部MOSFET時所擔心的。LTC4266的準確度允許采用低價值的檢測電阻器。更重要的是，在管理線路電流和電壓時還可采用低RDS(ON) MOSFET。由于阻值可以低至0.25Ω(對于檢測電阻器)和0.09Ω(對于MOSFET)，因而它的最大總通道電阻僅為其他PSE控制器的一半。這樣，熱耗散的顯著降低，使得設計師能在未使用散熱器的情況下輕松、可靠地使用LTC4266。

?采用凌力爾特完全符合IEEE802.3at標準的四通道PSE控制器的供電設備已經投入使用?？稍诿總€端口上提供30W功率的中跨和端跨設備目前已有現(xiàn)貨供應。對于那些不愿意勞心費力地從零開始設計的PSE設計師而言，由諸多供應商(包括Molex、Tyco和Belfuse公司)提供的新型PoETec PSE ICM (集成化連接器模塊)是一種理想的8端口和12端口替代解決方案(采用了LTC4266PSE控制器)。?

?PoE+ PD設計方案

?PD側的802.3af至802.3at的過渡會稍簡單一些，或者至少設計師所需考慮變更的元件較少，這是因為可能需要升級的僅有橋式整流元件、PD控制器、DC/DC控制器和變壓器，就基本可以滿足這PD負載的功率要求。相比于PSE，熱耗散在PD中并不是大問題，但仍需要優(yōu)先考慮功率效率。設計師還必須決定一個PD是否將能夠支持來自墻上適配器的輔助電源，或是否需要對PD負載進行隔離。與PSE升級至PoE+時相似，PD設計是否成功在很大程度上取決于PoE+ PD控制器。

?為最大限度地提升PD的效率，必須做出某些關鍵決定。對于隔離型設計，最好避免使用轉換器反饋環(huán)路中常用的光耦合器。不過，最重要的決定或許是選擇一個可實現(xiàn)這些高效率方法的靈活PD控制器。作為一個基準點，凌力爾特的LTC4269為隔離型設計提供的效率水平達到了令人難忘的94%。

?LTC4269是一款完全符合IEEE802.3at標準的PD控制器，而且是LTC4266的配套器件(見圖2)。LTC4269是一款具有一個集成開關穩(wěn)壓器的全功能PD控制器，并具有低至16V的輔助電源支持能力。盡管802.3at標準將PD功率的上限值規(guī)定為25.5W，但LTC4269并未設定電流限值，且能方便地提供30W以上的功率，從而造就了專有的功率級，并為實現(xiàn)超出PoE+標準規(guī)定范圍以外的PD功能開辟了道路。LTC4269的可靠性通過集成一個魯棒型100V熱插拔(Hot Swap)MOSFET得到了增強。該MOSFET負責在檢測和分級期間對PD控制器和DC/DC轉換器進行隔離，并提供100mA的浪涌電流，以便在采用任何PSE的情況下實現(xiàn)平滑的上電變換。

?為優(yōu)化PD設計，LTC4269提供了兩種版本。這兩種版本之間的差異在于所使用的特殊開關電源。LTC4269-1集成了一個同步反激式控制器，而LTC4269-2則集成了一個同步正激式控制器。反激式轉換器提供了一種低元件數(shù)目設計，其優(yōu)點是可通過簡單地增加繞組來獲得額外的輸出，而正激式控制器則可在較高的負載電流條件下提供略優(yōu)于反激式控制器的效率。在這兩種場合中，同步整流均提供較高的輸出功率、提升的轉換效率和改善的交叉調節(jié)性能(在具有多個輸出的應用中)等好處。此外，在低噪聲系統(tǒng)設計中，還可以使控制器同步至一個外部振蕩器。

?還有一點值得注意的是，LTC4269-1采用了凌力爾特公司的專利No-Opto(無光隔離器)反饋拓撲結構，以在無需增設光隔離器電路的情況下提供完整的IEEE802.3隔離(見圖3)。這消除了執(zhí)行光耦合器反饋的缺點，包括由于光耦合器容差所導致的易變環(huán)路增益、高溫敏感性和較高的成本。反饋環(huán)路中使用的傳統(tǒng)光耦合器和并聯(lián)穩(wěn)壓器被現(xiàn)有變壓器上的一個附加繞組所取代，旨在改善穩(wěn)壓性能和效率并簡化電路。?

本文小結

?PoE+標準為業(yè)已確立的PoE網(wǎng)絡產業(yè)帶來了更高功率和更好的分級方法。為與PoE+標準相符，一個PSE必須為數(shù)據(jù)或備用線對提供30W功率，而一個PD在RJ45連接器輸入端上所吸取的功率一定不得超過25.5W。符合PoE+標準的PSE必須能夠執(zhí)行單事件硬件分級，而新型兩事件分級和LLDP數(shù)據(jù)層分級則是可任選的高功率分級機理。在受電設備側，PD必須要能夠對兩事件分級(由PD控制器)和LLDP(由PD微處理器)做出響應。PoE+兼容型設計方案已經投入使用。

?凌力爾特的LTC4266和LTC4269是率先面市的新型PoE+設計，它們的推出使得PSE和PD制造商能生產出下一代設備。凌力爾特積極參與IEEE802.3at特別工作組的相關工作，并正在開發(fā)更多符合IEEE802.3at標準的產品。表1完整地列出了凌力爾特發(fā)布的PoE+器件。這些新產品將為凌力爾特現(xiàn)有的PD產品提供一條引腳兼容型升級途徑，旨在實現(xiàn)至PoE+新標準的平穩(wěn)過渡。凌力爾特的產品將繼續(xù)提供堅固型設計和經過實地應用驗證的可靠性，并得到豐富技術經驗的有力支持，而這是通過多年設計面向眾多應用的PoE產品積累起來的。