PoE 供电标准 802.3af / at / bt 差异与受电端(PD)设计:到底拿得到几瓦?
PoE 三代标准(802.3af / at / bt)供电功率差很多,而且供电端(PSE)标的瓦数,设备端(PD)拿不到那么多。本文讲清楚 af/at/bt 的功率与用线差异、供电握手机制、PD 端电源设计重点,并以 WIZnet WIZPoE-P1 模组示范最快的受电方案。
PoE 三代标准:af / at / bt 的功率差异
PoE 把电力和数据一起走网线。三代标准的供电端(PSE)功率逐代提升:802.3af(PoE,Type 1)每端口约 15.4W;802.3at(PoE+,Type 2)约 30W;802.3bt(PoE++,Type 3)约 60W、Type 4 约 90W(IEEE 规范值,部分实作标到接近 100W)。用几对线也不同:af/at 用 2 对,bt 的 Type 3/4 同时用上全部 4 对,让每根导线电流减半、线缆损耗更低,才撑得起更高功率;功率分级也从 Class 0~4 扩展到 Class 0~8。
为什么 PSE 标 30W、PD 只拿 25.5W
一个常被搞错的重点:交换机(PSE)标的瓦数,设备端(PD)拿不到那么多。电力走最长 100 米双绞线,线阻会以 I²R 的形式把一部分功率变成热耗掉。所以 IEEE 保证的是「最坏情况下 PD 端一定拿得到」的功率:af = 12.95W、at = 25.5W、bt Type 3 = 51W、Type 4 = 71.3W(约 71W)。设计电源预算时,一定要用 PD 端这组数字当上限,而不是 PSE 端的 15.4 / 30 / 60 / 90W。
供电前的「握手」:不会烧坏非 PoE 设备
PoE 不会冒然送上 48V 把非 PoE 设备烧坏——供电前有两段握手。先是侦测(detection):PSE 用低电压(约 2.7~10V)量测线上有没有约 25kΩ 的特征电阻,确认对方是合规的 PD。通过后是分级(classification):PSE 用稍高电压读取 PD 的分级信号(Class 0~4 对应 Type 1/2,Class 0~8 对应 Type 3/4,更高功率再以 LLDP 协商),知道该配多少功率预算后,才送上完整的工作电压。没有正确特征电阻的设备不会被供电。
受电端(PD)电源设计三块
一、数据路径与供电路径要分开:RJ45 进来,数据信号要经网络变压器(LAN magnetics)耦合到 PHY,供电则从数据对(Mode A)或备用对(Mode B)取出——注意像 WIZnet WIZPoE-P1 这类 PD「电源」模组通常不含数据用的网络变压器,需另外提供带磁性的 RJ45。二、PD 接口:入口要有整流桥(因 Mode A/B 与极性不固定,需自动桥接)加上 PD 接口控制器,负责呈现约 25kΩ 特征电阻、提供分级信号与保护,这是「被 PSE 认得、拿到正确功率」的关键。三、隔离式 DC-DC:把线上的 ~37~57V 经隔离式转换(典型 flyback)降到负载轨(5V / 3.3V / 12V),并提供安规隔离。
选型与 WIZPoE-P1 快速方案
选型先抓功率预算:用 PD 端可用瓦数(af 12.95W / at 25.5W / bt 51 / 71.3W)扣掉 DC-DC 转换损耗(再损约 10~25%)后,才是真正可用功率,接近上限就升级到下一级标准。低功率(约 5W/5V)用最基本的 802.3af 就够,而最快的做法是直接用现成的 PD 电源模组:WIZnet WIZPoE-P1 是 802.3af 的 PD 模组,输入 41~61V、输出 5V 约 7W(数据表标到约 8~9W)、效率 70~90%、内建桥式整流加隔离 DC-DC、支持 Mode A/B,把 PoE 转 5V 的前端整包搞定(记得数据路径的网络变压器仍需自己外加)。傑聯特科技是 WIZnet 授权代理商,欢迎洽询 WIZPoE 系列的规格、样品与报价。
文中提及的产品
WIZPoE-P1 PoE 受电模块(8W)
WIZPoE-P1 是 WIZnet 推出的 IEEE 802.3af/at 标准 PoE 受电装置(PD)模块,可直接从网络线取得电力,输出 5V / 最高 8W,无需另接电源线。适合 IP 摄像机、工业传感器、AP、门禁设备等需要 PoE 供电的应用。
W5500 硬件 TCP/IP Ethernet 控制器
W5500 是 WIZnet 的旗舰以太网控制器,采用独特的硬件 TCP/IP stack,无需软件实现 TCP/IP 协议即可直接建立网络连接。通过 SPI 接口与主控 MCU 连接,内置 32KB 收发 Buffer,支持最多 8 个 socket,是 Arduino/Raspberry Pi 生态系最广泛采用的以太网芯片。