PoE-Stromversorgung: Wie liefert ein PoE-Switch Strom für PoE-Geräte?

Angetrieben von der Nachfrage nach Anschluss und Überwachung intelligenter IoT-Geräte hat sich der PoE-Switch (Power over Ethernet) zu einem immer effizienteren Medium für die Strom- und Datenübertragung im Netzwerk entwickelt. Am Beispiel des PoE-Switches wird untersucht, wie der PoE-Switch die PDs mit Strom versorgt und ob Power over Ethernet die angeschlossenen Geräte beschädigt oder nicht. Der Beitrag bietet detaillierte Erklärungen zur Stromversorgung von PoE-Switches.

Definition von Power over Ethernet & Standards für PoE-Switches

Power over Ethernet ist der vollständige Name von PoE, der es Geräten wie IP-Telefonen, IP-Kameras, WLAN Access Points und PoE-Beleuchtung ermöglicht, sowohl Strom als auch Daten über dasselbe Ethernet-Kabel zu erhalten, wodurch separate Daten- und Stromkabel überflüssig werden. Als PSE (Power Sourcing Equipment) versorgt der PoE-Switch beispielsweise PDs (Powered Devices) über Ethernet-Kabel mit Strom, basierend auf verschiedenen PoE-Standards, die in PoE, PoE+ und PoE++ unterteilt sind. Weitere Einzelheiten finden Sie unter: PoE-Standards und PoE-Leistung.

Da die PoE++-Technologie noch nicht ausgereift ist, wird sie derzeit nur von einigen wenigen Anbietern unterstützt, z. B. FS S5860-24XB-U Switch.

Erklärung der PoE-Switch-Stromversorgung

Um die Funktionsweise der Stromversorgung von PoE-Switches zu verstehen, nehmen wir den PoE-Switch und die PoE-IP-Kamera als Beispiel, um zu erfahren, wie das PoE-Switch-Netzteil funktioniert. Als Nächstes werden wir den Arbeitsprozess, den PoE-Versorgungsmodus und die PoE-Entfernung für die Stromversorgung analysieren.

PoE-Switch-Netzteil: Arbeitsprozess

Nachdem Sie eine PoE-IP-Kamera an einen PoE-Switch angeschlossen haben, gehen Sie wie folgt vor:

Erkennung von PDs: Zu Beginn gibt der PoE-Switch eine sehr geringe Spannung am Port aus, bis er erkennt, dass es sich bei dem Kabelanschluss um ein PD handelt, das den IEEE802.3af-Standard unterstützt. Im Allgemeinen wird ein 24,9kΩ-Widerstand in der Blitzlichtausrüstung gewählt, um die Last IEEE802.3AF Stromversorgungsstandard zu bestätigen. Es ist erwähnenswert, dass nur aktive PoE-Switches diese Prüfung durchführen, während passive PoE-Switches oder Injektoren dies nicht tun. Die Unterschiede zwischen aktiven und passiven PoE-Switches werden hier näher erläutert: Aktiver vs. passiver PoE-Switch: Welche Option sollten Sie wählen?

Einstufung der Stromversorgungsfähigkeit des PoE-Switch: Nachdem der PoE-Switch das PD erkannt hat, legt er eine Spannung von 15-20 V an das PD an und bestimmt den spezifischen Pegel des PD durch Messung des Stroms. Der Switch klassifiziert das Gerät als Klasse 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und liefert den richtigen Strom, wenn er einen Widerstand erkennt.

Start der Stromzufuhr: Nach Abschluss der Klassifizierung von Power over Ethernet beginnt das PSE-Gerät innerhalb einer konfigurierbaren Anlaufzeit (im Allgemeinen weniger als 15 μs) mit der Stromversorgung des PD-Geräts mit einer niedrigen Spannung, bis diese schließlich auf die vollen 48 V DC erhöht wird.

Normale Stromzufuhr: Nachdem die Spannung von 48 V erreicht ist, versorgt der PoE-Switch das PD-Gerät stabil und zuverlässig mit 48 V Gleichstrom.

Unterbrechung der Stromversorgung des PoE-Switches: Der PoE-Switch unterbricht die Stromversorgung schnell (in der Regel innerhalb von 300-400 ms) und nimmt die PD-Erkennung wieder auf, wenn die folgenden Situationen eintreten.

• Das PD wird entfernt.

• Der Stromverbrauch des PD ist überlastet oder kurzgeschlossen.

• Die Gesamtleistungsaufnahme der PDs liegt außerhalb des Leistungsbudgets des PoE-basierten Switches.

In den genannten Szenarien sind der Switch und die PDs geschützt, wodurch Schäden an Nicht-PoE-Geräten verhindert werden, die versehentlich an die PoE-Ports angeschlossen werden, nachdem die PDs entfernt wurden.

PoE-Switch-Netzteil: Modus

Der Modus der PoE-Switch-Stromversorgung zwischen dem PSE und den PDs kann in drei verschiedene Kategorien unterteilt werden. Power-over-Ethernet-Switch als typischer PSE-Typ wird hier als Beispiel für die Erläuterung des PoE-Versorgungsmodus für PDs verwendet.

Modus A

Der PoE-Switch versorgt die PDs über das Datenpaar 1-2 und das Paar 3-6 mit Strom. Das Paar 1-2 fungiert als positive Polarität, während das Paar 3-6 als negative Polarität fungiert.

Modus B

Der PoE-Switch versorgt die PDs über das Datenpaar 4-5 und das Paar 7-8 mit Strom. Bei 10BASE-T und 100BASE-T werden die beiden Paare nicht für die Datenübertragung verwendet. Daher werden sie bei der 10/100M-PoE-Stromversorgung als Ersatzpaare bezeichnet. Das Paar 4-5 fungiert als positive Polarität, während Paar 7-8 als negative Polarität fungiert.

Der Hauptunterschied zwischen Modus A und Modus B liegt in der Verwendung von PINs. Das folgende Diagramm veranschaulicht den Unterschied visuell:

Ein PSE, der Strom über die Datenpaare (Modus A) weiterleitet, wird als „Endspan“ bezeichnet, während ein PSE, der Strom über die Ersatzpaare (Modus B) weiterleitet, als „Mittespan“ bezeichnet wird. Normalerweise können konforme PSEs Modus A, Modus B oder beides unterstützen, und konforme PDs unterstützen sowohl Modus A als auch Modus B, während kompatible PDs normalerweise nur Modus B unterstützen. Im Folgenden werden die Arbeitsszenarien zwischen Switches und IP-Kameras auf der Grundlage der beiden unterschiedlichen Modi dargestellt.

4-Paar-Lieferung

In diesem Modus wird der Strom auf vier Paaren geliefert. Paar 1-2 und Paar 4-5 sind die positiven Polaritäten, Paar 3-6 und Paar 7-8 sind die negativen Polaritäten.

In der nachstehenden Tabelle sind die drei Modi in zwei verschiedenen Netzsituationen dargestellt:

Beachten Sie, dass der PoE-Versorgungsmodus vom PSE bestimmt wird. Sowohl PoE-Switch als auch PoE-Injektor können als PSE fungieren, um Strom und Daten an die PDs zu senden. PoE-Switch, als Endspan (IEEE 802.3af bezeichnet ihn als Endpunkt), verwendet oft PoE-Modus A. Der PoE-Injektor (auch Midspan-Gerät genannt) ist ein Zwischengerät zwischen einem Nicht-PoE-Switch und einem PD. Er unterstützt nur PoE-Modus B.

PoE-Switch-Netzteil: Distanz für die Stromzufuhr

PoE kann 100 Meter vom PSE zu den PDs übertragen. In der Tat ist die Leistung nicht der begrenzende Faktor. Aufgrund der vorhandenen Signaldämpfung begrenzen die Ethernet-Verkabelungsstandards jedoch die Gesamtlänge der Verkabelung auf 100 Meter. Um einen PoE-Switch als Beispiel zu nehmen, sind 100 Meter die weiteste Entfernung, die ein PoE-Switch für die Stromversorgung erreichen kann. Ein PoE-Extender kann jedoch die Reichweite von Ethernet-Daten und PoE-Strom auf bis zu 1219 m erweitern.

Fazit

Die PoE-Technologie wird zu einem wichtigen Bestandteil der digitalen Transformation. Die Kenntnis der Details der PoE-Switch-Stromversorgung trägt zum Schutz von PoE- und Nicht-PoE-Geräten bei. Wenn Sie sich außerdem mit häufigen Problemen und Lösungen für die Verbindung mit PoE-Switches vertraut machen, können Sie unerwünschte Zeit- und Geldverschwendung bei der Einrichtung von PoE-Netzwerken vermeiden.

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