1. บทนำ
PoE เรียกอีกอย่างว่า Power over LAN (PoL) หรือ Active Ethernet บางครั้งเรียกสั้น ๆ ว่า Power over Ethernetนี่เป็นข้อกำหนดมาตรฐานล่าสุดที่ใช้สายเคเบิลส่งสัญญาณอีเทอร์เน็ตมาตรฐานที่มีอยู่เพื่อส่งข้อมูลและพลังงานในเวลาเดียวกัน และรักษาความเข้ากันได้กับระบบอีเทอร์เน็ตและผู้ใช้ที่มีอยู่มาตรฐาน IEEE 802.3af เป็นมาตรฐานใหม่ที่ใช้ POE ของระบบ Power-over-Ethernetเพิ่มมาตรฐานที่เกี่ยวข้องสำหรับการจ่ายไฟโดยตรงผ่านสายเคเบิลเครือข่ายบนพื้นฐานของ IEEE 802.3เป็นส่วนขยายของมาตรฐานอีเธอร์เน็ตที่มีอยู่และเป็นมาตรฐานสากลฉบับแรกสำหรับการจ่ายพลังงานมาตรฐาน.
IEEE เริ่มพัฒนามาตรฐานดังกล่าวในปี 1999 และผู้จำหน่ายที่เข้าร่วมรายแรกๆ ได้แก่ 3Com, Intel, PowerDsine, Nortel, Mitel และ National Semiconductorอย่างไรก็ตาม การขาดมาตรฐานนี้ได้จำกัดการขยายตัวของตลาดจนถึงเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2546 IEEE ได้อนุมัติมาตรฐาน 802.3af ซึ่งระบุรายการตรวจจับและควบคุมพลังงานในระบบระยะไกลอย่างชัดเจน และเราเตอร์ สวิตช์ และฮับที่เชื่อมต่อกับโทรศัพท์ IP ระบบรักษาความปลอดภัย และเครือข่ายท้องถิ่นไร้สายผ่านสายอีเธอร์เน็ตมีการควบคุมวิธีการจ่ายไฟสำหรับจุดและอุปกรณ์อื่นๆการพัฒนา IEEE 802.3af รวมถึงความพยายามของผู้เชี่ยวชาญหลายบริษัท ซึ่งทำให้สามารถทดสอบมาตรฐานได้อย่างสมบูรณ์
ระบบจ่ายไฟผ่านอีเธอร์เน็ตทั่วไปวางอุปกรณ์สวิตช์อีเทอร์เน็ตไว้ในตู้เดินสาย และใช้ฮับช่วงกลางพร้อมฮับจ่ายไฟเพื่อจ่ายไฟให้กับคู่บิดของ LANที่ส่วนท้ายของสายคู่ตีเกลียว แหล่งจ่ายไฟจะใช้ในการจ่ายไฟให้กับโทรศัพท์ จุดเชื่อมต่อไร้สาย กล้อง และอุปกรณ์อื่นๆเพื่อหลีกเลี่ยงไฟฟ้าดับ สามารถใช้ UPS ได้
หลักการที่ 2
สายเคเบิลเครือข่าย Category 5 มาตรฐานมีคู่บิดเกลียวสี่คู่ แต่มีเพียงสองคู่เท่านั้นที่ใช้ใน l0M BASE-T และ 100M BASE-TIEEE80 2.3af อนุญาตให้ใช้งานได้สองแบบเมื่อใช้พินว่างเป็นแหล่งจ่ายไฟ พิน 4 และ 5 จะเชื่อมต่อเป็นขั้วบวก และพิน 7 และ 8 จะเชื่อมต่อเป็นขั้วลบ
เมื่อใช้พินข้อมูลสำหรับแหล่งจ่ายไฟ แหล่งจ่ายไฟ DC จะถูกเพิ่มที่จุดกึ่งกลางของหม้อแปลงส่งกำลัง ซึ่งจะไม่ส่งผลต่อการส่งข้อมูลด้วยวิธีนี้ คู่ที่ 1, 2 และคู่ที่ 3, 6 สามารถมีขั้วใดๆ ก็ได้
มาตรฐานไม่อนุญาตให้ใช้สองเงื่อนไขข้างต้นพร้อมกันอุปกรณ์จ่ายไฟ PSE สามารถใช้งานได้เพียงครั้งเดียวเท่านั้น แต่อุปกรณ์จ่ายไฟ PD จะต้องสามารถปรับให้เข้ากับทั้งสองสถานการณ์ได้ในเวลาเดียวกันมาตรฐานกำหนดว่าแหล่งจ่ายไฟมักจะเป็น 48V, 13Wเป็นเรื่องง่ายสำหรับอุปกรณ์ PD ที่จะแปลงแรงดันไฟฟ้า 48V เป็นแรงดันไฟฟ้าต่ำ แต่ในขณะเดียวกันก็ควรมีแรงดันไฟฟ้าความปลอดภัยของฉนวนที่ 1500V
3 พารามิเตอร์
ระบบ POE ที่สมบูรณ์ประกอบด้วยสองส่วน: อุปกรณ์จ่ายไฟ (PSE) และอุปกรณ์จ่ายไฟ (PD)อุปกรณ์ PSE เป็นอุปกรณ์ที่จ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ไคลเอนต์อีเทอร์เน็ต และยังเป็นผู้จัดการกระบวนการจ่ายไฟอีเทอร์เน็ต POE ทั้งหมดอีกด้วยอุปกรณ์ PD เป็นโหลด PSE ที่รับพลังงาน กล่าวคือ อุปกรณ์ไคลเอ็นต์ของระบบ POE เช่น โทรศัพท์ IP, กล้องรักษาความปลอดภัยเครือข่าย, AP และอุปกรณ์อีเทอร์เน็ตอื่นๆ มากมาย เช่น PDA หรือที่ชาร์จโทรศัพท์มือถือ (อันที่จริง กำลังไฟใด ๆ ไม่เกิน 13W อุปกรณ์สามารถรับพลังงานที่สอดคล้องกันจากเต้ารับ RJ45)ทั้งสองเป็นไปตามมาตรฐาน IEEE 802.3af และสร้างการเชื่อมต่อผ่านการเชื่อมต่อ PD ประเภทอุปกรณ์ ระดับการใช้พลังงาน และข้อมูลอื่นๆ ของอุปกรณ์รับพลังงาน และด้วยเหตุนี้ PD จึงได้รับพลังงานจาก PSE ผ่านทางอีเทอร์เน็ต
พารามิเตอร์ลักษณะแหล่งจ่ายไฟหลักของระบบจ่ายไฟมาตรฐาน POE คือ:
1. แรงดันไฟฟ้าอยู่ระหว่าง 44V ถึง 57V โดยมีค่าปกติอยู่ที่ 48V
2. กระแสสูงสุดที่อนุญาตคือ 550mA และกระแสเริ่มต้นสูงสุดคือ 500mA
3. กระแสไฟฟ้าทำงานทั่วไปคือ 10-350mA และกระแสการตรวจจับเกินพิกัดคือ 350-500mA
4. ภายใต้สภาวะที่ไม่มีโหลด กระแสไฟฟ้าสูงสุดที่ต้องการคือ 5mA
5. ให้ความต้องการพลังงานไฟฟ้าสามระดับ 3.84 ~ 12.95W สำหรับอุปกรณ์ PD สูงสุดไม่เกิน 13W(โปรดทราบว่า PD ระดับ 0 และ 4 จะไม่แสดงและไม่ควรใช้)
4 ขั้นตอนการทำงาน
เมื่อจัดอุปกรณ์ปลายทางจ่ายไฟ PSE ในเครือข่าย ขั้นตอนการทำงานของ POE Power over Ethernet จะแสดงอยู่ด้านล่าง
1. การตรวจจับ
ในตอนแรก อุปกรณ์ PSE จะส่งแรงดันไฟฟ้าที่น้อยมากที่พอร์ตจนกระทั่งตรวจพบว่าการเชื่อมต่อของขั้วต่อสายเคเบิลเป็นอุปกรณ์รับพลังงานที่รองรับมาตรฐาน IEEE 802.3af
2. การจำแนกประเภทอุปกรณ์ PD
เมื่อตรวจพบ PD ของอุปกรณ์ปลายทางที่รับ อุปกรณ์ PSE อาจจัดประเภทอุปกรณ์ PD และประเมินการสูญเสียพลังงานที่ต้องการโดยอุปกรณ์ PD
ในช่วงเริ่มต้นของเวลาที่กำหนดค่าได้ (โดยทั่วไปจะน้อยกว่า 15μs) อุปกรณ์ PSE จะเริ่มจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ PD จากแรงดันไฟฟ้าต่ำจนกระทั่งจ่ายไฟ 48V DC
4. แหล่งจ่ายไฟ
ให้พลังงาน 48V DC ที่เสถียรและเชื่อถือได้สำหรับอุปกรณ์ PD เพื่อตอบสนองการใช้พลังงานของอุปกรณ์ PD ที่ไม่เกิน 15.4W
5. ปิดเครื่อง
หากอุปกรณ์ PD ถูกตัดการเชื่อมต่อจากเครือข่าย PSE จะหยุดจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ PD อย่างรวดเร็ว (โดยปกติภายใน 300-400 มิลลิวินาที) และทำตามขั้นตอนการตรวจจับซ้ำเพื่อตรวจสอบว่าขั้วต่อของสายเคเบิลเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ PD หรือไม่
5 วิธีการจ่ายไฟ
มาตรฐาน PoE กำหนดสองวิธีในการใช้สายเคเบิลส่งสัญญาณอีเธอร์เน็ตเพื่อส่งพลังงาน DC ไปยังอุปกรณ์ที่รองรับ POE:
1. ช่วงกลาง
ใช้คู่สายที่ไม่ได้ใช้งานที่ไม่ได้ใช้ในสายอีเธอร์เน็ตเพื่อส่งไฟ DCใช้ระหว่างสวิตช์ธรรมดาและอุปกรณ์ปลายทางเครือข่ายสามารถจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์เทอร์มินัลเครือข่ายผ่านสายเคเบิลเครือข่ายMidspan PSE (อุปกรณ์จ่ายไฟช่วงกลาง) เป็นอุปกรณ์การจัดการพลังงานแบบพิเศษ ซึ่งมักจะประกอบเข้ากับสวิตช์มีแจ็ค RJ45 สองตัวในแต่ละพอร์ต แจ็คหนึ่งเชื่อมต่อกับสวิตช์ด้วยสายสั้น และอีกแจ็คเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ระยะไกล
สิ้นสุดช่วง
กระแสตรงจะถูกส่งพร้อมกันบนสายหลักที่ใช้สำหรับการรับส่งข้อมูล และการส่งข้อมูลจะใช้ความถี่ที่แตกต่างจากสัญญาณข้อมูลอีเธอร์เน็ตEndpoint PSE (อุปกรณ์จ่ายไฟที่เทอร์มินัล) ที่สอดคล้องกันมีสวิตช์อีเทอร์เน็ต เราเตอร์ ฮับ หรืออุปกรณ์สวิตช์เครือข่ายอื่นๆ ที่รองรับฟังก์ชัน POEคาดการณ์ได้ว่า End-Span จะได้รับการเลื่อนตำแหน่งอย่างรวดเร็วเนื่องจากข้อมูลอีเธอร์เน็ตและการส่งพลังงานใช้คู่ร่วมกัน ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการตั้งค่าสายเฉพาะสำหรับการส่งพลังงานอิสระใช้สำหรับสายเคเบิลแบบ 8 คอร์เท่านั้นและช่องเสียบ RJ-45 มาตรฐานที่ตรงกันมีความสำคัญอย่างยิ่ง
6 การพัฒนา
PowerDsine ผู้ผลิตชิปจ่ายไฟผ่านอีเธอร์เน็ต จะจัดการประชุม IEEE เพื่อยื่นมาตรฐาน "พลังงานสูงผ่านอีเธอร์เน็ต" อย่างเป็นทางการ ซึ่งจะรองรับการจ่ายไฟสำหรับแล็ปท็อปและอุปกรณ์อื่น ๆPowerDsine จะส่งเอกสารไวท์เปเปอร์ โดยแนะนำว่าอินพุต 48v มาตรฐาน 802.3af และขีดจำกัดพลังงานที่มีอยู่ 13w ควรเพิ่มเป็นสองเท่านอกเหนือจากคอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊กแล้ว มาตรฐานใหม่ยังอาจจ่ายไฟให้กับจอแสดงผลคริสตัลเหลวและโทรศัพท์วิดีโออีกด้วยเมื่อวันที่ 30 ตุลาคม พ.ศ. 2552 IEEE ได้ออกมาตรฐาน 802.3at ใหม่ล่าสุด ซึ่งกำหนดว่า POE สามารถให้พลังงานที่สูงกว่า ซึ่งเกิน 13W และสามารถเข้าถึง 30W!