让我们的 PSE 系统更智能、更高效

以太网供电 (PoE) 使以太网电缆能够承载电力和数据。例如，旧的互联网协议 (IP) 电话通常需要直流电源和以太网电缆来分别提供电力和数据。通过在以太网交换机中实施 PoE，电力通过以太网电缆传输到 IP 电话，无需电源。参见图 1。

图 1：新旧 IP 电话数据/电源路径

以太网电缆的两侧有两种类型的设备：供电设备 (PSE) 和受电设备 (PD)。在采购端，PSE 设备通常安装在以太网交换机、路由器、网关和无线回程中。PD在负载侧管理和保护PoE系统。PD 通常安装在 IP 电话、安全摄像头和接入点中。

在这篇文章中，我将解释何时需要系统软件来控制 PSE 以实现比 IEEE802.3at（电气和电子工程师协会以太网标准）中定义的功能更多的功能，以及如何开始使用 TPS23861 PoE MSP430™用于开发我们自己的系统软件的微控制器 (MCU) 参考代码。

该TPS23861下，PoE PSE控制器，适用于大众市场应用最流行的PSE设备之一，在产品，如监控的NVR，以太网交换机和无线接入点设计。它具有三种模式：自动模式、半自动模式和手动模式。在自动模式下，不需要主机控制，TPS23861可以自行操作（包括检测、分类、上电和故障处理）。这种模式通常用于标准的低端口数 PSE 系统。在半自动模式下，只要使能检测和分类（0x14），端口就会自动进行检测和分类。需要一个按钮命令 (0x19h) 来打开端口的电源。半自动模式通常用于设计人员可以实现多端口电源管理的高端口数 PSE 系统。手动模式提供了最大的灵活性。它用于非标准的 PoE 应用，例如大功率 PoE PD 和非 PoE 负载。

在半自动或手动模式下运行时，具有这些标准的系统将需要一个外部 MCU 来控制 PSE：

· 系统的端口数很高（超过八个端口）。

· 系统需要接入大功率PoE PD等非标准PD。

· 电源无法在满载的情况下为所有端口供电，因此需要多端口电源管理模块。

一旦我们确定我们的系统是否需要外部 MCU，可用于开发我们自己的软件的一个很好的资源是 TPS23861 PoE MSP430 MCU 参考代码。本系统软件支持：

· 完全符合 IEEE802.3at PoE 规范。

· 设备检测、分类和开机。

· 故障报告（过流、过热、直流断开等）。

· 多端口电源管理。

多端口电源管理

多端口电源管理方法管理 PD 的分布和优先级。IEEE 规范本身没有定义电源管理；相反，它是一种利用 PoE 规范的功能，因为它定义了端口和系统电源等术语。

启用 POE 的系统中多端口电源管理的目标有两个：为尽可能多的 PoE PD 供电并限制 PoE PD 的电源循环。

可用的最大系统功率限制了可供电端口的总数。例如，每个 PoE PD 最多可以消耗 30W，一个 48 端口的系统可以消耗超过 1,440W 的总系统功率。如果可用的最大系统功率小于 1,440W，则需要多端口电源管理，以便在满足目标的同时最有效地使用可用系统功率。

在 TPS23861 PoE MSP430 MCU 参考代码中，多端口电源管理模块在半自动模式参考代码中实现。

有两种实现电源管理功能的方法：

· 在不检查剩余功率的情况下打开每个端口的电源，如果系统总功率超过功率预算，则关闭端口。

· 在给每个端口上电之前，计算系统总电量并检查剩余电量是否足以为端口上电。

TPS23861 PoE  MSP430 MCU 参考代码实现了第二种方法，考虑了更严重的情况，即软件中的功率预算与电源的实际功率容量之间的余量不足以打开一个额外的端口。

在 PSE 发现有效的 PoE PD 后插入多端口电源管理模块。我最初的想法是计算剩余的功率，并将其与当前端口请求的功率进行比较（通过分类后的分类结果估计）。如果剩余电量足够开启当前端口，则会发起开机命令；否则，系统软件或主机会检查是否有任何低优先级的端口上电。当PD设备连接到PSE端口时，PSE产生中断；那么主机就知道哪个端口连接了PD。

如果存在优先级较低的端口，主机将关闭该端口，以便有足够的电力打开当前端口。

如果你再深入思考一下，你会发现上面的逻辑还有一些没有考虑到的极端情况：

· 如果关闭所有低优先级端口后，剩余电量仍然不足以打开当前端口怎么办？

· 由于系统功率只有在端口插入完成分类时才计算，如果PD处于休眠模式或者上电后没有拉满负载，并且在某个时间负载突然增加怎么办？

考虑到这两种极端情况，我们从两个方面优化了多端口电源管理算法：

· 我们不是在识别出电量不足后关闭优先级较低的端口，而是在关闭所有优先级低于当前端口的端口后，先检查剩余电量是否足够。如果电量仍然不够，我们就让当前端口等待。否则我们关闭每个循环中最低优先级的端口。

· 为避免负载阶跃变化损坏电源，我们添加了一个模块，该模块在定时器触发的中断中运行，用于监控消耗的系统总功率。如果超过功率预算，它将关闭最低优先级的端口。

图 2 为上电决策流程图，图 3 为系统电源监控流程图。

图2：开机决策流程图

图 3：系统电源监控流程图