所謂“乙太網路”，是指依循 IEEE802.3 標準的各種區域網路（LAN）系統。乙太網路是工作場所使用的一種協定，例如透過高速資料傳輸線將 PC 與位處中央的檔案伺服器連結；目前無論是終端機、無線網路路由器（Access Point）、網路攝影機或網路電話等任何要連接乙太網路的設備，都需要使用電池或交流電插座來提供自身所需電源。可以想見，更聰明的一種方法就是將電力和資料同時傳輸至連到乙太網路的設備，而如果這種傳輸方案能夠運用現有的乙太網路佈線，進而百分之百向下相容的話，將會更加完美。這也正是由 IEEE802.3af所規範的乙太網路供電（Power Over Ethernet；PoE）標準所能達到的目標。

這個新的標準已經在2003 年6月得到IEEE認可，用於在乙太網路上傳輸和接收電源訊號。PoE的優勢有：

• ˙由於單項設備只需要一組連接線，讓接線變得更簡潔，同時成本更低；





• ˙省去 AC 插座和變壓器之後，工作環境變得更為安全、整潔，成本也相對地降低；





• ˙將設備挪動位置時更為輕鬆；





• ˙即使當交流電主電源斷電時，仍可由不斷電系統確保繼續供電；





• ˙連上乙太網路的設備可以從遠端監視和操控。

以上的這些優點使PoE成為一種突破的新技術，它徹底地改變了一些低功耗設備的供電方式；還有更多的設備可以透過PoE供電（詳情參考Power Over Ethernet技術網站）。總的來說，PoE整體市場（Total Available Market；TAM）的成長，主要是由無線網路路由器和網路電話（VoIP）這兩種用電的設備在帶動 。前者的年複合成長率（CAGR）為38％，並將於2007年達到1500萬套（iSuppli）；而主要運用在企業網路的網路電話則預計將於2007年達到300萬套。對於這些用電設備的強勁需求，於是也帶動了對乙太網路交換機供電功能的需求；(圖一)中的「中途式」（midspan）便是達成這種需求的重要關鍵。預計到2007年，這些元件的使用數目將成長到800萬套，成長率達到 68％。

在本例中，原先的乙太網路交換機，透過一個能"注入"電力到雙絞網路線的「中途式」（midspan）PoE集線器，來達到乙太網路供電的功能。較新的乙太網路交換機則將會內建「中途式」元件，透過高速資料傳輸線供電給用電設備（PD）。這些用電設備（PD）可包括網路攝影機（web-cam）、網路電話（VoIP）、無線網路路由器或其他設備。同時，不斷電系統（UPS）能在主電源斷電時提供備用電力。

電源管理元件可在乙太網路交換機和PoE「中途式」集線器中做到電壓和電流的轉換，也可當作用電設備中的DC-DC轉換器。下文將詳細介紹各種功能。

乙太網路交換機中的電源管理元件

最新的乙太網路交換機將可透過 24或是48個獨立的連接埠，為用電設備提供PoE，而且可向下相容非PoE的系統。每個用電設備都可擁有獨立的48V供電，最高功率可達15.4W，並由乙太網路交換機分別管理。

IEEE802.3af的PoE標準所允許用電設備最大功率在13W 左右，乙太網路交換機所提供的15.4W功率可容許在長距離線路傳輸中會損失的功耗。用電設備所使用的48V電源，事實上可容許的電壓範圍是36V到57V之間。而由於開關電壓最大可能會達到約一般使用的兩倍大（電源開關時突波的經驗法則），因此電源開關需要採用VDS為 100V的獨立 MOSFET。

(圖二) 中顯示的是一組PoE控制器，透過獨立的MOSFET控制四個連接埠。在這個例子中採用了4個獨立MOSFET元件，這樣的配置相當於每個乙太網路交換機或中途式元件中有12個控制IC和48個 MOSFET。預計到 2007 年，這類中途式電源管理元件的市場（TAM）將等於3億8400萬組的MOSFET（5700萬美元）或是9600萬組的（控制）IC（4800萬美元）。

PoE 控制器通常指的是「熱插拔」（hot-swap）控制器。這類 IC 的功能有：

• ˙獨立控制四個分離的 PoE連接埠；





• ˙偵測有效用電設備（PD）的連接情況；





• ˙利用低歐姆感測電阻器（low-ohmic sense resistor）監控穩定狀態下 MOSFET 的電流 ；





• ˙當PD剛接上時，控制峰值電流（inrush current）和MOSFET的能源分散（dissipation）；





• ˙拔除PD時有低電流斷電功能（Under-current disconnects）。

在一般的運作情況下，一旦連接埠接了電，而PD的分流電容器也充電之後，外部 MOSFET所分散的電能便相當的少，也就是說一個小型的MOSFET就能勝任。然而，IEEE802.3af有一些其他的需求，如開啟時產生的電衝現象（current surge）和連接不相容的用電設備時所產生的風險，此時便需要一個能瞬間分散大量電能的 MOSFET。這便是為什麼要採用獨立的 MOSFET 而不使用整合解決方案的原因。

另一個乙太網路交換機MOSFET的重要需求是在關閉時的漏電量要低。IEEE802.3af要求一個連接埠的絕對最大漏電量不能超過12(A，這還包括MOSFET 和其他保護電路的總漏電電流。飛利浦半導體的 MOSFET 設計符合便能這個要求，而且其最大漏電量僅為 1(A。

用電設備中的電源管理元件

(圖三)顯示的是用電設備（PD）的模組圖。乙太網路纜線的直流電源透過二極體橋式整流器恢復，使得用電設備電路不會出現電壓極性逆轉（reverse polarity）。當一個設備接上PoE連接埠，乙太網路交換機將執行一個“Discovery”程序，以偵測這個設備是可以使用PoE的裝置，或者是不能接受PoE的舊設備。當用電設備拔除時，也同樣會執行此程式。由於高電壓（48V）接到不能使用PoE的設備上時會造成設備損壞，所以需要“Discovery”程式來避免此一狀況，只有當確定相容之後，高電壓的直流電才會被使用。IEEE802.3af的“Discovery”程式是利用偵測特性阻抗（characteristic impedance）來決定設備是否相容。

透過偵測每個連接埠消耗的功率，PSE 能根據系統供電的輸出能力協助系統電源管理協定決定所能支援的PD總數。為了實現這樣的電源管理，IEEE802.3af標準中加入了一種叫做“Classification”的選用方案。“Classification”讓用電設備將所需的最大用電量回報給乙太網路交換機/中途式元件，讓電源管理協定能將未使用的功率分配給其他的連接埠，讓供電能力達到最佳的效能。

在用電設備的電路中，主要的開關控制是由建構在100V N通道MOSFET之上的介面控制器負責，當48V電源進入可接受的容許範圍之內時，介面控制器才允許連接用電設備的電路。此外，介面控制器設置了峰值電流（inrush current）限制與故障電流（fault cirrent）限制。介面控制器中的MOSFET的浪湧電流（surge）與上述乙太網路交換機中的100V MOSFET 有相似的承受力。

“Discovery”程序的偵測過程完成後，且介面控制器確定電源軌電壓（power rail voltage）在容許範圍內時，介面控制器的MOSFET會打開，電源便輸入到獨立的DC-DC轉換器。獨立的 DC-DC 轉換器要在用電設備前端和電路的其他部分間提供1500V的隔離電壓（這是一個安全功能），在輸入處提供一個或多個總功耗不得超過13W的低DC電壓軌。轉換器的輸入電壓的理論值為48V，採用通用的順向式和反馳式拓撲結構。這是這是很常見的DC-DC轉換器結構，與低功率的電信供電極相似。

根據VDC的預測，到2007年，電源管理矽元件能供應的連接埠將高達4億9600萬組。由於並非所有連結埠都會被使用，因此以一半的使用率來看，預計大約會有 2億4800萬左右的用電設備將投入市場。

結論

總而言之，PoE是一種改變供電方式的革命新技術，假以時日，它將成為許多用電設備普遍採用的技術。而（控制）IC或MOSFET等電源管理元件將成為這項演進最重要的推手。

（作者任職於飛利浦半導體）

延 伸 閱 讀	由於大型IC通常是今日系統中最重要昂貴的組件，因此利用電源順序元件 (power supply sequencer) 來嚴格控制電源轉換特性就成為常見做法。 相關介紹請見「電源順序和追蹤解決方案的設計與選擇」一文。 為了控制和降低電子產品的功率耗損，尋找延長電池壽命的方法成為首要任務。最近的趨勢和法規均要求電子產品包括AC adapter等，必須滿足或超出未來特定的“主動”和“無負載”模式要求。因此業界需作出配合，使符合標準設計的性能得以保持甚至提升。你可在「AC adapter電源轉換器應用概述」一文中得到進一步的介紹。 各種應用設備的電源管理需求差異極大，但藉由將應用分類為可攜式或使用外接電源，就有可能更瞭解市場的發展趨勢、採用最適當的用料和方案來快速設計。 在「電源管理的應用趨勢 」一文為你做了相關的評析。
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