新建筑的建造為建筑師提供了接受新技術的機會，以減少現場的碳足跡。固態照明（SSL）的高效率和長壽命使其成為環保項目照明的首選。例如，消費電子巨頭蘋果公司已經為所有正在進行建設或重大改造的設施制定了LED照明標準。

然而，將SSL安裝到現有建筑物會帶來一些挑戰。傳統的白熾燈泡或熒光燈管直接來自交流電源。相比之下，LED需要低壓，恒流直流電源，因此將SSL連接到傳統接線需要使用稱為LED驅動器的專用電源。這些LED驅動器增加了成本，占用空間并產生熱量。

但是，最近一種替代方案 - 特別適用于現代辦公環境并且可以顯著降低改造SSL的成本 - 已經脫穎而出：以太網供電（PoE）。 PoE允許局域網（LAN）的布線將數據和電力傳輸到連接的設備。本文介紹了基于PoE的LED照明基礎設施優于其他布線系統的優勢，并介紹了設計人員如何利用最新一代寬電壓輸入，恒流LED驅動器實施PoE SSL解決方案。

改裝LED

典型的辦公環境主要是熒光燈的穩定冷白光。雖然熒光燈管具有合理的效率，平均為60至100流明/瓦，但其電氣性能已被最新一代LED燈黯然失色。甚至像Luminus Devices的MP-3030系列這樣的“中功率”LED也具有122 lm/W（3 V和150 mA）的功效。 Cree'sXLamp XP-L系列的大功率器件（價格稍貴）可以輸出超過150 lm/W（2.95 V和1.05 A）。

LED的使用壽命更長比熒光燈管。在正常使用中，辦公室經理可能會合理地期望熒光燈管可以持續使用大約10,000小時 - LED常常發光五倍;由于燈中使用的汞，熒光燈管確實帶來了一些環境問題。汞的含量很少，但這種重金屬的健康影響是累積的，因此需要謹慎處理。 LED不會出現這種有毒金屬問題。蘋果等公司熱衷于轉而采用SSL來照亮其運營，這也許不足為奇了。

熒光燈管采用交流電源供電（某些電子管可以使用直流電源供電，但這是不同的是，電流從400 mA到1.5 A.相反，LED采用恒流，低直流電壓供電。當然，操作特性因制造商而異，但通常LED需要2.8至3.5 V的電壓和150 mA至2 A的電流。例如Lumileds LUXEON TX等流行的高亮度LED的操作要求，正向電壓為2.8 V，電流為700 mA至1.5 A. LED驅動器提供解決方案。

除了電壓調節，LED驅動器還可以將控制信號解釋為暗淡并改變顏色發出的光。這些器件有恒壓或恒流兩種類型。恒流驅動器支持脈沖寬度調制（PWM）和恒定電流降低方法，用于在調暗LED時調節輸出電流。例如，Richtek最近推出了RT8471 LED驅動器。該產品是一款連續模式降壓（“降壓”）穩壓器，設計用于驅動7至36 V電源的單個或多個LED。通過模擬或PWM輸入信號的PWM調光實現LED亮度控制。輸出電流高達1.2 A.

設計人員根據應用要求將LED驅動器與LED匹配，包括要供電的LED數量，供電類型和功能等因素LED的特性。

一些LED制造商提供“AC LED”，它可以直接擰入傳統燈泡騰出的插座中。 LED仍然必須由低壓直流電源驅動，照明制造商通過將整流器和LED驅動器集成到燈具中來解決問題，同時降低了單元的價格。

PoE提供了一種從傳統布線為SSL供電的低成本替代方案。許多辦公室已經使用PoE系統來連接VoIP電話，無線接入點，調制解調器和其他建筑服務，例如安全攝像頭和運動傳感器，并且將LED照明添加到這樣的網絡中相對簡單且便宜。第二個主要優勢是以太網網絡的信息承載能力賦予SSL一定程度的智能，而無需采用“智能”照明通常所需的復雜無線技術。

什么是POE ？

首先出現的PoE是對互聯網協議語音（VoIP）電話供電問題的回答。 2000年，電信設備供應商思科推出了允許以太網電纜承載48 VDC電源以支持VoIP電話的技術。

到2003年6月，IEEE以太網小組委員會批準了IEEE 802.3af PoE標準。 2009年，第二個標準IEEE 802.3at被批準，它定義了一種可以處理更多功率的類似技術。 IEEE 802.3af詳細介紹了一種PoE技術，旨在為每個設備提供高達15.4 W的直流電源（最低44 VDC和350 mA）。 （由于電纜損耗，設備只能提供12.95 W的功率。）該技術使用單個標準RJ45連接器和CAT 5（甚至CAT 3）電纜，可處理數十瓦（圖1）。

圖1：PoE使用標準RJ45連接器和CAT 5電纜。

可以傳輸電源在以太網電纜的未使用導體上，因為典型的10到100 Mbps以太網物理層只需要CAT 5電纜中的四對中的兩對。通過向每對應用共模電壓，也可以在電纜的數據導體上傳輸功率 - 由于以太網技術的差分信號，這不會干擾電纜的數據傳輸。

IEEE 802.3af定義了兩種類型的PoE設備，即供電設備（PSE）和受電設備（PD）。 PSE從其自身的傳統電源獲取電力，然后管理通過以太網電纜網絡發送到PD的電力，PD通過RJ45連接器獲取所需的電力，而無需內置電源。 PoE能夠通過長達數十米的典型以太網電纜為PD供電。

圖2：PoE端點電源插入實現。 （由Maxim Integrated提供）

PoE增加情報

SSL是“智能家居”的關鍵組成部分 - 這是一個網絡服務和設備可以自動完成許多日常任務的住所。通過將燈連接到強大的計算設備（如專有控制器，智能手機，平板電腦和PC），SSL系統可以“未來驗證”，并能夠利用物聯網（IoT）的新興功能。將SSL連接到現有的PoE局域網（LAN）可以為系統增加智能，而無需增加無線連接的復雜性和費用。

在PoE配置中，每個SSL實際上都是標準的RJ45連接器“插頭并播放具有自己的Internet協議（IP）地址的設備。該即插即用設備還可以包含傳感器（例如，用于檢測環境光水平并相應地調整光的輸出），甚至還有其他功能，例如充當無線接入點。 PoE連接使每個SSL能夠發送有關本地環境的實時信息，例如，可以更精確地調整溫度和濕度（圖3）。

圖3：PoE連接的LED燈可以包含將數據發送回中央控制器的傳感器。 （由Maxim提供）

與傳統供電的照明相比，PoE連接的SSL還具有操作優勢，特別是在緊急情況下。例如，在緊急情況下，燈可以照亮建筑物外的安全路線或通過改變顏色來指示危險區域。

Maxim Integrated已經編寫了一份應用說明 [3] ，它描述了與傳統的基礎設施供電系統相比，PoE連接LED的優勢。

符合PoE標準的LED驅動器

從照明設計師的角度來看，PoE連接SSL的關鍵優勢在于降低了LED燈電源的復雜性。這使得LED產品更容易設計，更便宜，更緊湊，同時也減輕了熱管理挑戰。

連接到PoE插座的LED燈充當PD，從網絡吸取干凈，可調節的直流電源需要一個主功率調節級來從AC轉換為DC并降低電源電壓。然而，PoE（標稱）44 VDC電源不適合直接為LED供電，因為它們需要精心控制的恒流恒壓源。

有許多DC-DC LED驅動器適用于調節PoE電源。一些制造商甚至聲稱他們的設備符合“符合PoE標準”，而其他制造商則沒有提及合規性，即使他們的設備可以安全地用于PD。 “兼容”LED驅動器基本上可以接受PoE工作范圍內的輸入電壓（標稱44 VDC，但通常在37-57 V范圍內）。但是，有一些規則將PD的合規性作為一個完整的單元。例如，除了標準化備用對和共模數據對電力傳輸的現有實踐之外，PoE標準還提供PSE和PD之間的信令。該信令允許PSE檢測符合設備，避免損壞連接到網絡的非PoE設備。為了檢測PD，PSE在導體上施加2.8到10V之間的DC電壓，并通過測量回路電流來確定是否連接了PD。 PD應提供19至27kΩ的電阻負載，并且120 nF或更小的并聯電容作為“特征”。

Maxim Integrated的MAX16832是適用于PoE照明的LED驅動器。該器件具有6.5至65 V的寬電壓輸入范圍（可輕松適應PoE的37-57 V輸入范圍），并提供高達1 A的恒定輸出電流，精度為±3％。專用的PWM輸入可在很寬的亮度范圍內實現脈沖LED調光。 2 MHz開關鼓勵使用更小的磁性元件。從45 V輸入驅動串聯驅動五個LED時，效率據稱約為95％。當LED燈串的溫度超過指定點時，模擬熱折返功能可降低LED電流。圖4顯示了MAX16832的典型應用電路。

圖4：Maxim MAX16832 LED驅動器的應用電路。

雖然該公司沒有專門為PoE應用推廣其降壓LED驅動器，英飛凌的DEG6070芯片是符合PoE標準的產品電源的合適基礎。 ILD6070設計用于驅動普通照明應用中的高功率LED，平均電流高達0.7 A，在輸入電壓范圍內具有±3％的精度。芯片的輸入范圍為4.5至60 V，多功能PWM輸入信號允許使用模擬DC電壓或外部PWM信號對LED進行調光。一旦超過IC的可調結溫閾值，集成的過溫保護電路可降低LED電流。該公司表示，LED驅動器的效率可在很寬的范圍內達到98％。

同樣，德州儀器（TI）提供多種寬輸入降壓LED驅動器，適用于PoE連接的LED燈應用。一個很好的例子是LM3414HV，一種輸入電壓范圍為4到65 V的恒流器件，能夠以±3％的精度提供高達1 A的電流。據稱效率高達96％。據稱，該公司專有的脈沖電平調制（PLM）控制方法可確保高轉換效率和真正的平均電流調節。

即插即用LED燈

已配備PoE LAN的辦公設施，將SSL改造到網絡提供了一種享受LED照明優勢的廉價方式。由于基礎設施已經到位，因此可以大大節省布線和專業人員的費用。不僅可以將燈插入RJ45連接器插座，而且網絡的信息承載能力增加了智能，而無需增加費用和無線連接的復雜性。

對于改裝LED燈的設計者，提供其產品的PoE版本是增加銷售的有希望的途徑。此外，由于該設計不需要相對低效的整流和初始電壓降壓階段，因此可以使LED燈的電源更小，更簡單，更便宜和更有效。許多芯片供應商提供一系列集成降壓DC-DC LED驅動器，具有寬電壓輸入范圍，適用于PoE連接LED燈的電源。但是，設計人員有責任確保其產品符合IEEE802.3at或af標準，然后才能作為“PoE投訴”產品銷售。