PoEスイッチの給電動作原理を解説
Jul 6th 2022より更新読了時間約1分
スマートIoTデバイスの接続とモニタリングの需要に後押しされ、PoEスイッチはネットワークを介した電力とデータ配信のためのますます効率的な媒体として進歩してきました。この記事では、PoEスイッチ電源の動作原理と動作モード、制限距離、PoEスイッチ電源の最大電圧について説明します。
PoEネットワーク内のデバイス
PoEネットワークでは、PSE（給電機器）とPD（給電機器）の2種類の機器が存在します。PSEはPDに電力を供給します。PSE機器はより一般的なPoEスイッチであり、PD機器には一般的にIP電話、IP監視カメラ、無線LANアクセスポイント、PoE照明などがあります。
PoEスイッチ電源の動作プロセス
PoEスイッチ電源の動作原理を理解するために、PoEネットワークスイッチとPoE IPカメラを例にして、PoEスイッチ電源がどのように動作するかを見てみましょう。PoE IPカメラをPoEイーサネットスイッチに接続した後の動作プロセスは以下の通りです:
PDの検出: 最初、PoEスイッチは、ケーブル端子の接続がIEEE802.3af規格に対応したPDであることを検出するまで、ポートに最小限の電圧を出力します。一般的に、負荷IEEE802.3af電源規格を確認するための懐中電灯装置では、24.9kΩの抵抗が選択されます。アクティブPoEネットワークスイッチのみがこのチェックを行い、パッシブPoEネットワークスイッチやインジェクターは行わないことは、言及しておく価値があります。ここでは、アクティブPoEスイッチとパッシブPoEスイッチの違いをさらに詳しく説明する：「アクティブPoEスイッチとパッシブPoEスイッチ：どちらを選ぶべきか？」
PoEスイッチの電源供給能力の分類: PoEスイッチはPDを検出した後、15 ～ 20Vの電圧をPDに適用し、電流を測定してPDの特定のレベルを決定します。スイッチはデバイスをクラス0、1、2、3、4、5、6、7、8のタイプに分類し、抵抗を検出すると適切な電力を供給します。
クラス | PSE出力電力(W) | PD入力電力(W) |
0 | 15.4 | 0.44-12.94 |
1 | 4 | 0.44-3.84 |
2 | 7 | 3.84-6.49 |
3 | 15.4 | 6.49-12.95 |
4 | 30 | 12.95-25.50 |
5 | 45 | 40 (4ペア) |
6 | 60 | 51 4ペア) |
7 | 75 | 62 (4ペア) |
8 | 99 | 71.3 (4ペア) |
電力供給開始: パワー・オーバー・イーサネットの分類が完了すると、設定可能な時間（一般に15μs未満）の起動期間内に、PSEデバイスはPDデバイスへの電力供給を低電圧から開始し、最終的にDC48Vまで上昇します。
通常の電源供給: 電圧が48Vに達した後、PoEスイッチは安定した信頼性の高い48V DC電力をPDに供給します。
PoEスイッチ電源の切断: PoEスイッチは、以下の状況が発生した場合、速やかに（通常300～400ms以内に）電源を切断し、PD検出手順に再度入ります。:
PDが取り外されています。
PDの電力消費が過負荷または短絡しています。
PDの消費電力の合計がPoE給電スイッチのパワーバジェットを超えています。
前述のシナリオでは、スイッチとPDが保護されているため、PDが取り外された後に不注意でPoEポートに接続された非PoEデバイスの損傷を防ぐことができます。
PoEスイッチ給電モード
PSEとPD間のPoEスイッチ給電モードは、3つの異なるカテゴリーに分けられます。
モードA
PoEスイッチは、データペア1-2とデータペア3-6によってPDに電力を供給します。ペア1-2は正極性、ペア3-6は負極性として動作します。
モードB
PoEスイッチは、ペア4-5とペア7-8を介してPDに電力を供給します。10BASE-Tと100BASE-Tでは、この2つのペアはデータ伝送に使用されません。そのため、10/100M PoE給電ではスペア・ペアと呼ばれます。ペア4-5は正極性、ペア7-8は負極性として機能します。
モードAとモードBの主な違いはPINの使い方にあります。次の図は、その違いを視覚的に説明したものです：
データペア（モードA）を通して電力を中継するPSEは「エンドスパン」と呼ばれ、スペアペア（モードB）を通して電力を中継するPSEは「ミッドスパン」と呼ばれます。通常、準拠PSEはモードA、モードB、またはその両方をサポートし、準拠PDはモードAとモードBの両方をサポートするが、互換PDは通常モードBのみをサポートします。ここでは、2つの異なるモードに基づいて、スイッチとIPカメラの間の作業シナリオを提供します。
4ペアの供電
このモードでは、電力は4ペアで供給されます。ペア1-2とペア4-5が正極性で、ペア3-6とペア7-8が負極性です。
以下のチャートは、2つの異なるネットワーク状況における3つのモードを示しています：
10/100BASE-Tネットワーク | 1000BASE-Tネットワーク | |||||
スイッチ上のピン | PoEモードA (データと混合DC) | PoEモードB (スペア上のDC) | 4ペアPoE | PoEモードA (二重データ & DC) | PoEモードB (二重データ & DC) | 4ペアPoE |
ピン1 | Rx + & DC + | Rx + | Rx + & DC + | TxRx A + & DC + | TxRx A + | TxRx A + & DC + |
ピン2 | Rx - & DC + | Rx - | Rx - & DC + | TxRx A - & DC + | TxRx A - | TxRx A - & DC + |
ピン3 | Tx + & DC - | Tx + | Tx + & DC - | TxRx B + & DC - | TxRx B + | TxRx B + & DC - |
ピン4 | 未使用 | DC + | DC + | TxRx C + | TxRx C + & DC + | TxRx C + & DC + |
ピン5 | 未使用 | DC + | DC + | TxRx C - | TxRx C - & DC + | TxRx C - & DC + |
ピン6 | Tx - & DC - | Tx - | Tx - & DC - | TxRx B - & DC - | TxRx B - | TxRx B - & DC - |
ピン7 | 未使用 | DC - | DC - | TxRx D + | TxRx D + & DC - | TxRx D + & DC - |
ピン8 | 未使用 | DC - | DC - | TxRx D - | TxRx D - & DC - | TxRx D - & DC - |
PoE給電モードはPSEによって決定されます。そして、PoEスイッチとPoEインジェクタは、PDに電力とデータを送るPSEとして機能することができます。PoEイーサネットスイッチは、エンドスパン（IEEE 802.3afではエンドポイントと呼ばれる）として、多くの場合PoEモードAを使用します。PoEインジェクター（ミッドスパンデバイスとも呼ばれる）は、非PoEスイッチとPDの間の中間デバイスです。PoEモードBのみをサポートします。
PoEスイッチ電源供給距離
PoEはPSEからPDまで100メートル伝送できます。実際、電力は制限の要因ではありません。しかし、信号の減衰が存在するため、イーサネットのケーブル規格では、ケーブルの総延長を100メートルに制限しています。一般的に、PoEスイッチを例にとると、100メートルはPoEスイッチが到達できる最も遠い給電距離です。PoEの伝送距離は、ネットワークケーブルによって異なります。Cat5e、Cat6、Cat6a、Cat7の場合、最大伝送距離は100mです。Cat8は25/40 Base-Tの伝送速度に達することができるが、伝送距離の上限は30mしかありません。
PoE スイッチの供給電圧と種類
PoEスイッチは、IEEE 802.3規格に従って4つのタイプに分類さ れます。また、タイプごとに電源電圧も異なります。以下の表は、各タイプの電源電圧の詳細です。
PoE | PoE+ | PoE++ | ||
IEEE規格 | IEEE 802.3af | IEEE 802.3at | IEEE 802.3bt | |
PoEタイプ | タイプ1 | タイプ2 | タイプ3 | タイプ4 |
スイッチポート電源 | ||||
ポートあたりの最大電力 | 15.4W | 30W | 60W | 100W |
ポート電圧範囲 | 44-57V | 50-57V | 50-57V | 52-57V |
受電デバイスの電源 | ||||
デバイスへの最大電力 | 12.95W | 25.5W | 51W | 71W |
デバイスへの電圧範囲 | 37-57V | 42.5-57V | 42.5-57V | 41.1-57V |
結論
PoEテクノロジーは、デジタル変革の取り組みにおいて不可欠な要素になりつつあります。PoEスイッチの電源供給の詳細を知ることは、PoEデバイスと非PoEデバイスの保護に役立ちます。さらに、PoEスイッチ接続の一般的な問題と解決策を理解することで、PoEネットワークを展開する際に不要な時間と費用の無駄を回避できます。