如何傳輸電力至偏遠地區

作者：ADI電源管理專家 Frederik Dostal

摘要

本文將介紹如何透過單對數據線傳輸電力。透過新型單對乙太網路供電(SPoE)可以遠距離傳輸電力和數據，並將說明系統設定以及如何為電纜供電，以及介紹支援此類SPoE解決方案的架構和獨立積體電路。

遠距離傳輸電能（例如在工廠內）並非易事。當然，電氣技師可以在製造廠的任何位置將設備與電網連接。然而，這非常耗時且成本很高。

多年來，乙太網路供電(PoE)一直都是獨立電網連接的替代方案。借助PoE，可以向設備提供高達71 W的功率（傳輸距離可遠至100公尺）。PoE使用Cat 5和更高規格的雙絞線電纜，可支援許多已佈設乙太網路電纜的應用。

而一種名為SPoE的PoE技術也適用於雙線電纜，為供電提供了一種新選擇。利用SPoE，透過一根雙線電纜就能傳輸高達52 W的功率。傳輸距離可長達1公里。許多工廠已將雙線電纜用於4 mA至20 mA應用，同樣可輕鬆用於SPoE。而如果沒有現有的佈線，即使沒有電氣技師的協助，也可以輕鬆增加新佈線。

與PoE一樣，SPoE既可傳輸資料，也能傳輸電力。這一點很重要，因為遠端電子設備通常需要電源和資料連接。圖1顯示T1L PHY模組的情況。

如果僅傳輸電能，為什麼要使用SPoE技術？SPoE是一項IEEE標準化技術，與來自各種不同製造商的SPoE硬體相容，提供全面的系統遙測（用於監控能量傳輸狀態、檢測故障），並提供過壓保護和接地迴路隔離。

SPoE解決方案需要一個供電設備(PSE)控制器和一個受電裝置(PD)控制器，前者是一種透過雙線電纜傳輸電能的電路，後者從雙線電纜接收能量。圖1所示為點對點連接。也可以進行星形和菊鍊連接。如果使用現有的電纜，則可以減少電路重新佈線所需的成本和工作量。

PSE控制器通常是為多個通道（電纜）設計的。這對於為多個遠端元件（即感測器）供電的系統十分重要。例如，ADI LTC4296-1 可以為五個負載供電（圖2）。每條供電線可長達1000公尺。

圖3顯示採用 LTC9111 的PD接收器電路的方框圖。透過雙線電纜供電。PD電路負責對線路傳輸進行分類和監控。透過分類確定電能傳輸的功率等級。如果運作的電氣設備需要24 V或55 V以外的電壓，則需要使用額外的DC-DC轉換器。

除了SPoE，另外還有資料線供電(PoDL)技術，這兩種技術非常相似。SPoE的工作電壓為24 V或55 V，橋接距離可達1000公尺，而PoDL主要用於短距離（15公尺或40公尺）系統，工作電壓為12 V、24 V或48 V。簡言之，PoDL主要用於汽車領域和類似應用（如建築設備），SPoE主要則應用於工業環境。

透過本文可知，借助一些巧妙的方式，即可透過雙線電纜安全供電。如此便能實現大功率應用（如邊緣智慧），重用現有的工業設施佈線，進一步降低成本。