作者： Microchip以太网供电业务部高级产品营销经理Alan Jay Zwiren

对于那些看过电视剧《生活大爆炸》的人来说，你可能还记得谢尔顿饰演的角色谈论托马斯·爱迪生和尼古拉·特斯拉之间的竞争。他们的宿怨被称为“潮流之战”，发生在19世纪80年代。当时，随着电力成为每栋建筑都需要提供的基本服务，爱迪生倡导提供直流电（DC），并拥有该专利。特斯拉为交流电（AC）的多相系统申请了专利，并认为AC是为城市供电的解决方案，因为它可以在更长的距离上提供更多的电力。


图1a：爱迪生
 

图1b：特斯拉

1888年，乔治·威斯汀豪斯收购了尼古拉·特斯拉的专利。尽管托马斯·爱迪生继续通过爱迪生通用电气公司推广直流电，但到19世纪90年代中期，交流电已经赢得了“当前战争”的胜利。最终，由于爱迪生通用电气与同样专注于交流电的汤逊休斯顿电气公司合并，通用电气于1892年成立。
成长于60年代，家里的大多数电器都使用交流电。这包括冰箱、洗衣机、烘干机、灯、电视和收音机。然而，到了80年代，当我离开大学时，已经发生了变化。尽管其他一些流行的设备，如吹风机，使用交流电，但对直流电的需求开始出现。当我开始学习工程学时，我的学校要求所有学生拥有一台用直流电运行的电脑。由于只有交流电可用，所有计算机都需要从交流电转换为直流电才能为设备供电。
每次交流电转换为直流电时，都会损失电力。快进到今天，我们依赖的许多设备都是依靠直流电流运行的。这不仅仅是笔记本电脑、平板电脑和手机等显而易见的产品；大多数设备具有AC到DC转换，因为它们需要DC电源。这包括电视、收音机和立体声音响。随着时间的推移，每个单独设备从交流到直流的功率损失加起来会造成巨大的功率损失。
问题在于如何以最小的电力损失高效地向建筑物输送电力？为了了解这些选项，让我们首先看看今天可用的电源类别。

国家电气规范电力等级

美国国家消防协会（NFPA）每三年更新并发布一次《国家电气规范》（NEC）。NEC被高度评价为电气安全的权威标准。直到最近，有三类电力：

• Class 1：高达600V的高压电路，必须由经过认证的电工处理，并穿过保护导管
• Class 2：100W、30V AC或60V DC的低压电路，无需导管或电工
• Class 3：大于30V和小于100V的电压，能够引起触电，并具有额外的防护措施，不会构成PA和安全系统中通常使用的火灾隐患

以太网供电出现

20世纪90年代末，随着IP电话进入市场，引入了一种通过网络供电的新方式，即以太网供电（PoE）。PoE是一种Class 2电源级别，通过以太网Cat 5/6/7电缆运行，不需要电工安装，也不需要通过导管运行。


图2：以太网供电
 
该技术最初旨在通过与语音传输相同的以太网连接为IP电话提供直流电源，很快被许多其他技术采用，如无线接入点和IP摄像头。PoE提供了许多好处，包括：

• 国际电源标准——基于IEEE 802.3 af/at/bt标准，通过一个接口RJ45连接器交付
• 降低安装成本——不需要额外的基础设施，如导管，也不需要持证电工进行安装
• 灵活性和可扩展性——轻松运行长达100米的以太网电缆，并在需要时重新布线，从而减轻了附近有电源的需要
• 远程电源管理——许多提供电源的PoE设备上都有此功能，特别是那些具有多个端口的设备，因此可以在需要时打开和关闭电源
• 安全电源——除了电压低且仅高达90W外，PoE永远不会供电，除非设备发出请求，并在检测到故障时自动关闭

一家名为PowerDsine的公司首先推出了PoE，并被Microchip Technology收购，成立了以太网供电业务部门。有数百种设备可以在PoE上运行，由于PoE只在需要时提供所需的确切电量，因此它具有很高的能效，使其成为一种可持续的技术。
然而，PoE确实有其局限性。最大的是100米的网络长度，这是当前标准下以太网电缆的最长长度。例如，要输送超过100米的电力，在整个建筑中运行电力，需要运行超过100米。这就是故障管理电源发挥作用的地方。

NEC Class 4故障管理电源和为未来供电

最近，NEC推出了一种新的电力类别，即Class 4故障管理电源。通过持续的故障管理，这种新类别可以安全地承载高达450V的电力。虽然不是真正的直流电，但它本质上是直流电，可以以最小的功率损耗转换为直流电。


图3：通过长线传输的交流电流

Class 4电力将对电力的输送、分配和利用方式产生影响。如今，大功率交流输电线路仍然是向建筑物输送电力的最有效方法。一些交流电可以输送到仍在交流电上运行的设备；然而，大多数可以转换为Class 4故障管理电源。由于Class 4没有PoE的100米限制，它可以分布在整个结构中。然而，大多数设备不是为在Class 4电源上运行而设计的。这就是PoE可以发挥作用的地方，因为Class 4可以轻松有效地转换为PoE并分布在最后100米，利用了当今许多在PoE上运行的设备。
设备也在重新设计，以利用这一新的基础设施。这种方法的第一个应用是在德克萨斯州沃思堡的辛克莱酒店。酒店房间里的大多数设备都可以在PoE上运行，包括在这里添加设备。房间里的其他设备，如熨斗，需要更多的电力。一种解决方案是重新设计熨斗，以结合电池存储。由于不经常使用，熨斗可以放在充电站上充电，并在需要时随时准备使用。
如今，有几家供应商正在开发Class 4故障管理电源。此外，UL还定义了业界首个Class 4布线系统UL 1400-2。随着时间的推移，越来越多的公司将开发创新的解决方案，新兴市场也将扩大。
随着世界不断寻找更有效的能源输送解决方案，Class 4故障管理电源和PoE效率的结合将在建筑物和家庭的布线方式中发挥关键作用。
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