PoE与LED照明的完美结合

日期:2015-10-28

作者:Alec Makdessian和Thong Huynh,Maxim

以太网供电(PoE)技术用于有线局域网(LAN),利用以太网数据传输线进行供电,减少了安装网络以及网络连接设备供电所需的缆线。相对于传统布线,这项技术使得维护并调整接入网络端口更加容易,满足不断变化的需求。制定PoE标准的初衷是为了满足IT服务需求,适合不同的联网设备,包括IP电话、IP监控摄像头、无线接入点、调制解调器、交换机以及其它联网产品。
设计人员和设施管理人员通过将之前与网络毫不相关的设备联网,例如LED灯,不断开拓利用PoE网络优势的新途径。LED照明的自身特点顺其自然地利用了PoE的优点。在探讨LED照明和PoE网络为什么以及如何完美匹配之前,我们首先了解PoE网络的架构。
PoE技术遵循IEEE 802.3标准,最初的PoE标准颁布于2003年,2009年更新。标准规定通过单根标准网线(如cat 5)直接为连接在RJ45网口的设备供电,并进行数据通信。PoE支持10BASE-T、100BASE-TX和1000BASE-T网络。
供电设备(PSE)可位于交换机/集线器的端跨(endspan)或中跨(midspan),为网络上的受电设备(PD)供电。端跨PSE为以太网交换机,包括网线电源;中跨PSE为供电注入器,位于标准以太网交换机和PD之间,向网线供应电源,不会影响数据传输。如果能够以中跨和端跨配置安装PSE,则能够支持传统网络,并对供电网络进行更好控制。
在PoE中跨方案中,PSE使用线对4-5和7-8配电。中跨配置中,直接通过不使用的线对为10/100MHz以太网供电(1)。PSE正端输出(V+)连接至4/5线对,PSE负端输出(V-)连接至7/8线对。这种配置下,电源线与原始信号线分离,通过PoE中跨供电注入器。对于已经有互联网连接,通过更换或升级互联网交换机/路由器来实现PoE太过昂贵的情况,中跨供电注入器非常有用。



在PoE端跨方案中,PSE使用1/2线对和3/6线对配电(2)。在端跨配置中,电源作为线对上的共模电压 (DC)传输,而以太网数据则通过变压器耦合,全差分(AC)传输。这种配置下,电源和数据共用相同线对。对于端跨应用,没有定义PSE输出极性。端跨配置中,特别设计了以太网变压器,以承受电源产生的直流偏压。

为支持传统设备,PSE可通过两对线供电,使用3类或更好电缆时,最大功率为15.4W,电压范围为44VDC至57VDC。该标准也规定,使用5类或更好电缆时,PSE可提供30W功率(通过两对线)或60W功率(通过四对线),电压范围为50VDC至57VDC。对于这三种功率,PD最大功率限制分别为12.95W、25.5W或51W(考虑到电缆在最差工作条件下的功耗)——均为37VDC至57VDC电压范围。
为避免影响数据传输性能,防止网络设备在PSE与PD侦测功率期间造成过载,制定了PoE标准。标准规定PSE如何检测PD接入网络或从网络断开,以及如何确定PSE的供电电流。
初次连接期间,PD与PSE建立通信并确定功率等级。所有PD在其供电线对上有一个25kΩ电阻,允许PSE检测PD何时连接到网络以及何时从网络断开。为了支持传统设备,新PSE必须能够通过cat 3和cat 5电缆为PD供电。同样,PD需要能够检测PSE的供电类型。根据PSE和PD之间的最高兼容性选择供电方法。只为兼容设备供电,避免向非兼容设备供电。这种方法允许用户在其网络上随意、安全地混合使用传统设备和PoE兼容设备。
完美组合
LED照明是一种主流技术,相对于其它照明技术,尤其是白炽灯和卤素灯,具有无可比拟的成本和能效优势。LED采用直流电源供电,而PoE的PSE直接为PD提供直流电源。在PoE网络上使用LED灯PD,相比改造传统的交流电源插座,可获得更高能效,因为最大程度地减少低效的电源转换。
通过PoE网络为LED灯供电并对其进行控制,创造了新的LED灯使用机遇。例如,在已经安装了备份电池或应急备用发电机的网络,通过使用基于PoE的LED照明,可以轻松保障断电期间重要场景的照明需求,无需专用的辅助照明系统。LED照明也可用于应急照明之外的其它用途,向大厦居民传递重要以及动态变化的信息,例如指示安全出口,或者,如果PoE网络已安装LED控制器,能够命令LED灯改变颜色,可以指示应该避让的大厦区域。
将带有传感器的LED灯与控制器配合使用,当照明环境发生变化时,LED灯可调节亮度和颜色,提供一致的照明条件。这种类型的照明调节支持LED灯智能“收集”太阳能,比其它照明技术效率更高。一旦您接受了LED灯集成传感器和控制器的成本,为增加其它传感器和模块留出成本裕量就很小了。
在PoE网络中安装智能LED灯,为设施管理人员和居民建立了新的交互方式。例如,设施管理人员可以利用智能LED照明系统作为信息收集网络,支持历史数据和趋势分析,从而知道如何更好地调节温度、通风、照明设备,根据居民的实际行为定制清洁计划。同时,居民可利用智能LED照明系统访问其它建筑服务,例如接近检测,从而查找最近的会议室。如果智能LED包括用于激活和检测标签的模块,则可跟踪带有RFID标签的货物。带有无线接入点的智能LED可用于建立近距离无线网络。
与PoE完美结合使得LED照明前途远大。PoE支持LED照明网络的供电与建筑原有的电源设施,不必担忧与各种供电基础设施相关的技术挑战。在PoE网络中安装智能LED照明的最大好处可能就是适应未来发展,因为照明、供电和数据线已经部署在人们需要的位置。向智能LED集线器增加新传感器或模块,是为现有基础设施增加新功能的低成本方式,没有昂贵的更换费用。随着物联网(IoT)能力的不断增长和成熟,能够快速部署这些“必不可少”的功能将提升灵活性,适应未来发展的需求,例如PoE网络LED灯。
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