北京高清监控系统中为什么常用poe摄像机？凯源恒润北京监控安装工程公司分享PoE原理及应用！

发布日期：2025-10-03 / 点击次数：128

随着WLAN、VoIP、网络视频监控等新业务的飞速发展，大量的无线LAN访问点、IP电话、IP网络摄像头等基于IP的终端出现在工业现场。这些设备通常数量众多、位置特殊、布线复杂、设备取电困难，实施部署不仅消耗大量人力物力，增加建网成本，而且延长了建设时间。

PoE全称为Power Over Ethernet，即以太网供电技术，也被称为基于局域网的供电系统或有源以太网，是一种通过10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T以太网同时传输数据和电力的技术，其可靠供电的距离最长为100米。通过这种方式，可以为工业现场的IP摄像头、无线AP、数据采集终端等设备进行远程集中供电。对于这些需要供电的设备而言不再需要考虑其电源系统布线的问题，在连上以太网线的同时就可以实现对设备的供电。

在通用性方面，目前的PoE供电也有了国际标准，只要遵循IEEE 802.3af/at/bt标准，就可以解决不同厂家供电和受电设备之间的适配性问题。

按照IEEE 802.3af标准的定义，一个完整的PoE供电系统包含两种设备PSE（Power-sourcing Equipment）和PD（Powered Device），供电端设备（PSE）主要是用来给其它设备进行供电的设备，其又可以分为两种，分别为Midspan（PoE功能在交换机外）和Endpoint（PoE功能集成到交换机内），例如以太网交换机、路由器或者其它网络交换设备都属于PSE设备。

受电端设备（PD）是指通过网线能够被供给电力的设备，例如IP摄像头、无线AP都属于PD设备。

04PoE工作原理

【两种供电方式】

IEEE 802.3af定义了Alternative A（1,2,3,6信号线）和Alternative B（4,5,7,8空闲线）两种供电模式，说明如下：

（1）通过数据对供电—模式A（Alternative A）

如下图所示，PSE可通过数据对给PD供电。由于DC和数据频率互不干扰，所以可以在一对线同时传输电流和数据。其实，对双绞线来说可以看作是一种“复用”。可以把1、2链接形成正（或负）极，把 3、6 链接形成负（或正）极，此时线对1、2和线对3、6的极性可自由设定。

（2）通过空闲对供电—模式B（Alternative B）

如下图所示，4、5 链接形成正极，7、8 链接形成负极。由PSE给PD供电。

一般来说，标准PD必须支持以上两种供电方式，PSE只需支持其中一种。对于10BASE-T和100BASE-TX接口将使用1、2和3、6线对进行数据传输，而1000BASE-T接口则充分利用全部四对线对进行数据传输。

【PoE供电过程】

PSE对PD的供电过程分为四个阶段，流程如下图所示：

（1）信号检测阶段（Detection）

PSE向PD正式供电之前，首先是检测阶段，以避免将48V电源加给非标PD设备，对其造成危害。PSE会用2.8V~10V的探测电压检测电源输出线对之间的直流阻抗与阻容，以判断对端是否是标准的PD设备。IEEE 802.3标准定义PD存在的特征：a.直流阻抗在19K～26.5Kohm之间；b.容值不超过150nF。

如果检测到的特征阻容不符合以上标准定义的值，即认为对端设备为非标PD，不进行供电。如果检测到的特征阻容符合以上标准定义的值，将进入第二阶段分级阶段。

（2）分级阶段（Classification）

一旦检测到对端是标准PD设备，PSE需要判断该PD设备的用电量，便于系统对电源进行管理。PSE利用一个15.5V~20.5V的探测电压来检测PD设备的功率级别。

PD通过从线上吸收一个恒定电流（分级特征信号）向PSE表明自己所需的最大功率。PSE测量这个电流，以确定PD属于哪个功率级别。分级期间使用的PSE电流必须限制到100mA，以避免损坏PD，而且它的连接时间不能超过75ms，以对 PD功耗加以控制。

按照IEEE 802.3af标准定义，PSE最大功率和最大有效功率按如下方法计算：

最大功率：44V * 0.35A＝15.4W（每端口最大输出功率）

最大有效功率：15.4W-0.35A*0.35A*20Ω＝12.95W（除去网线上的功率损耗，每端口下的PD设备能够有效利用的功率）

（3）供电阶段（Powerup）

成功检测和分级后，PSE才会向PD正式供电。供电期间，PSE还要对每个端口的供电情况进行监视，提供欠压和过流保护。

（4）断开阶段（Disconnection）

IEEE 802.3af标准规定了两种方法让PSE检测PD是否断开，即DC断路检测法和AC断路检测法。

DC断路法

DC断路法根据从PSE流向PD的直流电流大小，判断PD是否在线。当电流在给定时间T（300ms~400ms）内保持低于阈值I（5mA~10mA）时，PSE就认为PD不存在，从而切断电源。这种的特点是，当PD工作在低功耗模式时，为避免掉线，PD必须周期性地从线上吸取一定的电流。

AC断路法

AC断路法是测量以太网端口的交流阻抗，当没有设备连接到PSE时，端口应该是高阻抗，可能达到几MΩ，而当接有PD时，端口的阻抗会小于26.5kΩ，如果PD消耗大量功率，那么阻抗通常会更低。

对于PoE供电系统，其理想的输出波形如下图所示：

05 PoE标准演进

为了规范和促进PoE供电技术的发展，解决不同厂家供电和受电设备之间的适配性问题，IEEE标准委员会先后发布了三个PoE标准：IEEE 802.3af标准、IEEE 802.3at标准、IEEE 802.3bt标准。

2003年6月，IEEE 802.3工作组制定了IEEE 802.3af标准，作为以太网标准的延伸，对网络供电的电源、传输和接收都做了细致的规定。例如：IEEE 802.3af标准规定PSE设备需要在每个端口上提供最高15.4W的直流电源。由于电缆中的一些功率耗散，因此受电设备仅有12.95W可用。

2009年10月，为对应大功率终端的需求，诞生了IEEE 802.3at标准，IEEE 802.3at标准在兼容802.3af标准的基础上，提供最高25.5W的功率，满足新的需求。

2018年9月，为进一步提升PoE供电功率以及对标准进行优化，IEEE标准委员会发布了IEEE 802.3bt标准。IEEE 802.3bt标准进一步提升了供电能力，Type 3可提供高达51W的供电功率，Type 4可提供高达71.3W的供电功率。此外，还包括对2.5GBase-T、5GBase-T和10GBase-T的支持，扩大了高性能无线接入点和监控摄像头等设备的接入。

通常来说，符合IEEE 802.3af或IEEE 802.3at标准的设备，称为Type 1 (Class 0 至Class 3) 或Type 2 (Class 4) 设备。符合IEEE 802.3bt标准的设备，称为Type 3 (Class 5、Class 6) 或Type 4 (Class 7、Class 8) 设备。

我们将IEEE 802.3af标准对应的供电技术称为PoE供电，将IEEE 802.3at标准对应的供电技术称为PoE+供电，将IEEE 802.3bt标准对应的供电技术称为PoE++供电，也称为4PPoE（4-Pair PoE）。三种标准对应的性能参数如下表所示。

06PoE应用场景

PoE技术能够在电路设施不便接入的多种场合为网络设备同时提供电力和数据。以下是它的一些典型应用场景：

安全监控系统

PoE技术能够为IP摄像头和门禁控制系统提供电力，使得在电源设施有限的场所也能灵活部署安全设备，从而提升整个设施的安全监控能力。

网络电话系统（VoIP）

PoE减少了对附近电源插座的依赖，使得在偏远地区安装VoIP电话成为可能，确保了网络中的语音通信稳定流畅。

无线接入点

PoE技术有助于扩大Wi-Fi信号覆盖范围，特别是在那些安装新电源线路困难或成本高昂的地方，保证了整个设施内的无缝网络连接。

智能楼宇自动化

PoE简化了智能楼宇设备的安装过程，无论是接触传感器、湿度传感器还是报警控制系统，都能在电源插座数量有限的环境中轻松部署。

零售展示

PoE技术为数字标牌和互动亭提供电力，无需额外的电源供应，减少了电缆杂乱，为零售环境带来更整洁美观的视觉效果。

制造执行系统（MES）

在制造业中，PoE技术能够为监控和控制生产线的设备供电，使得工厂现场的数据收集更加高效。

工厂自动化

PoE技术能够将生产线上的各种传感器和设备无缝集成，通过集中的电源管理提升整体操作效率。

智能交通系统（ITS）

PoE技术为ITS设备提供了一个可靠的数据通信网络，如交通监控摄像头或铁路通信系统，即使在电源供应受限的区域也能稳定运行。重要的是，要使用能够承受震动和冲击的PoE交换机，以确保这些应用的顺畅运作。

07PoE典型电路设计

下图所示为常见PoE典型电路设计，直流电源和负载连接可从PSE和PD侧变压器的中心抽头获取。每对线对通过中心抽头以共模方式工作，作为直流电源（正极或负极）的一侧，直流电源的极性并不重要，因为整流在受电设备（PD）侧进行。受电设备必须使用以下两对线对中的一对进行供电：备用线对4、5和7、8，或数据线对1、2和3、6。

（1）网络变压器

网络变压器在PoE供电系统中扮演着重要角色，其主要功能包括：

电气隔离：防止高压干扰进入敏感的数据链路，确保数据信号的完整性；
阻抗匹配：优化发送端与接收端之间的能量传递效率，减少信号反射；
共模抑制：减少电磁兼容性问题带来的影响，提高信号质量；
信号耦合与解耦：允许数据信号顺利通过，同时提取嵌套于其中的直流成分。

（2）整流二极管电桥

如上图所示，PSE端4对差分线各自的正负极性是不确定的，即使4、5引脚为正，7、8引脚为负，但因直连网线和交叉网线的存在，结果是1、2引脚可为正或负，3、6引脚可为负或正。在标准PD前端，用整流二极管电桥BR1将“1、2”和“3、6”这两对引脚的正负极翻转过来，再用整流二极管电桥BR2将“4、5”和“7、8”这两对引脚的正负极翻转过来，再将翻转后的正负极分别连接，作为PD设备的正负极。硬件电路上如此设计，便可以适配“直连网线”和“交叉网线”，而不会因错用“交叉网线”导致正负极反相或短路的问题。

PD前端若只使用一个整流二极管电桥，由于直连网线和交叉网线的存在，会导致硬件短路风险。

（3）PD模块/芯片

PD模块/芯片负责将PoE标准的37~57V降到板级需要的12V或者其它电压。

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