Übersicht

Gemäß den IEEE 802.3af/at/bt-Standards umfasst der PoE-Einschaltprozess zwischen Standard-PSE (Standard-PoE-Switch oder Active PoE-Switch) und PD (Powered Device) eine vierstufige Verhandlung. Der erste Schritt ist die Erkennung des Standard-PD. Der PSE liefert keinen Strom an Nicht-IEEE802.3af/at/bt-Geräte, dies ist ein notwendiger Schritt, um Schäden an Nicht-PoE-Geräten zu vermeiden. Dann versucht der PSE, die Leistungsklasse des PD zu erkennen und die entsprechende Strommenge zuzuweisen. Nach der Klassifizierung der PoE-Leistung beginnt der PSE mit der Stromversorgung mit einer anfänglich niedrigen Spannung. Der letzte Schritt ist das Einschalten mit angemessener Leistung.

Dieser vierstufige „Handshake“ stellt sicher, dass die PDs die richtige Strommenge erhalten, ohne sie zu beschädigen oder zu überlasten. Dieser gesamte Prozess wird von der PoE-Chipsatz-Hardware automatisch und ohne menschliches Zutun durchgeführt und dauert in der Regel nur ein paar Sekunden.

Schritt 1： Detektion

PSE checks whether the connected device is an IEEE802.3af/at/bt compliant PDs. For non-standard PDs, PSE will not provide power, which prevents damaging a non-PoE device.

During detection, the PSE supplies a low voltage power (2.7V to 10.1V) and measures the current to determine if the PD has a PoE characteristic resistance (R(DET)) within the specified range of the PoE standard. If the measured resistance is within the acceptable limits (typically around 25kΩ for IEEE 802.3af), the device is confirmed as PoE-compatible and can move on to the next step of power negotiation.

Schritt 2：Klassifizierung

Nachdem ein gültiger PD erkannt wurde, führen der PSE und der PD einen simulierten Handshake durch, der „Klassifizierung“ genannt wird. Während dieses Prozesses fordert die PD eine bestimmte Leistungsklasse an, und der PSE antwortet mit der Gewährung der angeforderten Klasse.

Bei PoE bezieht sich der „Typ“ darauf, wie der Handshake durchgeführt wird, während die „Klasse“ die vom PSE gelieferte Leistung und die maximale Leistung angibt, die der PD aufnehmen kann. Da PoE dem Ethernet-Standard folgt, der Kabellängen von bis zu 100 Metern erlaubt, kommt es zu einem gewissen Leistungsverlust über das Kabel.

Nachfolgend finden Sie eine Referenztabelle für PoE-Typen und Leistungsstufen.

PoE-Klassifizierung für Typ-1-PD-Gerät

Der PSE sendet eine Spannung zwischen 15,5 V und 20,5 V und misst den vom PD aufgenommenen Strom. Auf dieser Grundlage ordnet der PSE dem PD eine Leistungsklasse zu. Der PD erhält eine Spannung zwischen 14,5 V und 20,5 V, wobei die Kabelverluste berücksichtigt werden.

PoE-Klassifizierung für Typ-2-PD-Gerät

Typ 2 fügt einen zweiten Klassifizierungsimpuls hinzu, der auf Typ 1 basiert. Der PD sendet einen höheren Strom (40 mA) an das Klasse-4-Signal. Ein PSE des Typs 1 behandelt dies als eine Klasse-3-Anforderung, während ein PSE des Typs 2 mit einer Verringerung der Spannung und dem Senden von zwei Impulsen zur Zuweisung von Klasse-4-Leistung reagiert.

PoE-Klassifizierung für PD-Geräte vom Typ 3 und Typ 4

Diese Typen führen zusätzliche Klassifizierungsimpulse ein, um eine höhere Leistungsabgabe zu ermöglichen.

• Typ 3 verwendet 4 Klassifizierungsimpulse, mit denen der PSE eine Leistungsklasse von bis zu 60 W zuweisen kann.
• Typ 4 verwendet 5 Klassifizierungsimpulse und unterstützt die höchste Leistungsabgabe mit bis zu 100 W.

Die Anzahl der Impulse in diesen Typen hilft dem PSE, die geeignete Leistungsstufe zu bestimmen, die auf den Fähigkeiten des PSE und des PD basiert.

Wenn ein Powered Device (PD) Strom des Typs 3 oder 4 anfordert, nimmt es zunächst 40 mA (Strom der Klassifizierungssignatur 4) für die ersten beiden Impulse auf. Danach senkt es seine Stromaufnahme für die folgenden Impulse auf den Wert der Klassifizierungssignatur 3, 2, 1 oder 0. Dieser niedrigere Strom teilt dem Power Sourcing Equipment (PSE) mit, wie viel Leistung der PD anfordert. Nach dem dritten Impuls hat der PSE bereits die vom PD benötigte Leistung ermittelt, und die verbleibenden Impulse teilen dem PD lediglich mit, wie viel Leistung vom PSE gewährt wird.

Wenn der PSE vier Klassifizierungsimpulse erzeugt, wird dem PD Leistung des Typs 3 gewährt. Fünf Klassifizierungsimpulse signalisieren, dass die Leistung des Typs 4 gewährt wird. Mit anderen Worten: Wenn die PD Leistung der Klasse 7 oder 8 anfordert und der PSE Typ 4 gewährt, erhält die PD die angeforderte Leistung. Wenn die PD eine Leistung der Klasse 5 oder 6 anfordert und der PSE den Typ 3 gewährt, erhält die PD ebenfalls die angeforderte Leistung.

Power Demotion und Unterspannung

Power Demotion ist ein Mechanismus des POE-Stromversorgungsprotokolls, bei dem, wenn ein eingeschaltetes Gerät (PD) mehr Leistung anfordert als die maximale Leistung, die der Stromversorger (PSE) bereitstellen kann, der PSE automatisch die bereitgestellte Leistung reduziert, um eine Überlastung zu vermeiden. Dieser Prozess findet während der Leistungsverhandlungsphase statt, wenn das PD die von ihm benötigte Leistung meldet und der PSE seine Leistung entsprechend seiner eigenen Leistungsfähigkeit anpasst.

Wenn beispielsweise ein PD eine Leistung der Klasse 8 anfordert, der PSE aber nur die Klasse 6 unterstützt, stuft der PSE das PD auf Typ 3 herab und versorgt es mit Leistung der Klasse 6.

Wenn jedoch die Leistungsanforderung des PD reduziert wird, kann er sich in einem Zustand mit zu geringer Leistung befinden, was den normalen Betrieb des PD beeinträchtigen kann.

Schritt 3 Start-up

Nach Abschluss der Klassifizierungsphase beginnt der PSE mit der Stromversorgung des PD bei niedriger Spannung. Diese anfängliche Einschaltphase dauert eine konfigurierbare Anlaufzeit, in der Regel weniger als 15 μs, während der die Spannung allmählich ansteigt, bis sie die erforderlichen 48 V DC erreicht.

Schritt 4 Power ON

Sobald die Spannung 48 V DC erreicht hat, tritt der PSE in eine Stabilisierungsphase ein. Zu diesem Zeitpunkt ist die PoE-Stromversorgung voll funktionsfähig und kann zuverlässig und kontinuierlich einen stabilen 48-V-Gleichstromausgang an den PD liefern.

Vorteile des 4-stufigen PoE-Einschaltvorgangs

Der Prozess stellt sicher, dass PD-Geräte auf kontrollierte und sichere Weise mit Strom versorgt werden, um mögliche Schäden zu vermeiden.

Wenn Sie beispielsweise ein IEEE 802.3af 15W-Gerät an einen IEEE 802.3bt 90W-PoE-Port anschließen, wird der PSE (z. B. PoE-Switch) die Stromversorgung automatisch anpassen und aushandeln, um im 802.3af-Modus zu arbeiten. Das bedeutet, dass das PD, obwohl der Port eine höhere Leistung liefern kann, nur die für seinen Bedarf angemessene Leistung erhält - in diesem Fall 15 W - ohne das Risiko einer Überlastung oder Beschädigung des Geräts.

Wenn ein Nicht-PoE-Gerät an einen Standard-PoE-PSE angeschlossen wird, sorgt der 4-Stufen-Prozess dafür, dass der PSE das Gerät automatisch erkennt und im Nicht-PoE-Modus arbeitet. Das bedeutet, dass Sie sowohl PoE- als auch Nicht-PoE-Geräte sicher an die PoE-Ports anschließen können, ohne dass die Gefahr einer Beschädigung besteht.

Bei passiven PoE-Switches (Nicht-Standard-PSE) kann die Situation jedoch ganz anders aussehen. Passive PoE-Switches überspringen den Erkennungs- und Klassifizierungsprozess, was bedeutet, dass ein PD den vollen, ungeregelten Strom vom Port erhalten könnte, was zu Schäden führen könnte. Dies macht passive PoE-Switches im Vergleich zu IEEE 802.3af/at/bt-konformen PoE-Switches wesentlich risikoreicher.

Darüber hinaus verwenden einige preisgünstige PoE-Switches softwarebasierte Simulationen für den PoE-Einschaltvorgang anstelle von dedizierten Hardware-Chipsätzen. Diese softwaregesteuerten Lösungen können zwar grundlegende Aufgaben wie Erkennung und Klassifizierung bewältigen, haben aber oft Probleme mit der Kompatibilität und Stabilität. Infolgedessen werden Geräte möglicherweise nicht konsistent erkannt, und die Stromversorgung kann weniger zuverlässig und anfälliger für Schwankungen sein als bei Switches, die standardmäßige hardwarebasierte PoE-Chipsätze verwenden.

Einschränkungen

Für ein nicht standardisiertes PD wird dringend empfohlen, einen passiven PoE-Switch zu verwenden, da standardmäßige PoE-Switches nicht in der Lage sind, nicht standardisierte PDs mit Strom zu versorgen. Standard-PoE-Switches erfordern, dass die PDs den IEEE 802.3af/at/bt-Protokollen für die Stromerkennung und -klassifizierung folgen, und nicht standardmäßige PDs werden möglicherweise nicht erkannt, was dazu führt, dass kein Strom geliefert wird.