一、什么是以太网供电（PoE）
以太网供电（Power over Ethernet，PoE）是指在同一根双绞线以太网线缆上，同时传输数据信号与直流电力的技术。它让网络设备在获得数据连接的同时直接从网线取电，从而省去单独布设电源线的成本。对于监控摄像头、无线接入点、VoIP 电话，以及工业现场的传感器、控制器等设备，PoE 都能显著简化布线、提升部署灵活性。
PoE 由 IEEE 802.3 系列标准定义，自 2003 年起逐步标准化。其核心角色有两个：供电设备（PSE，Power Sourcing Equipment）和受电设备（PD，Powered Device）。PSE 负责在网线上施加电力并管理供电过程，PD 则从网线取电运行。
二、供电方式：Mode A、Mode B 与四对线模式
双绞线以太网线缆共有 4 对（8 根）线芯。PoE 通过以下三种方式注入电力：
- Alternative A（Mode A）：使用 10BASE-T/100BASE-TX 传输数据时所用的一对数据线对（T568A/T568B 中的第 2、3 对）同时承载电力，也就是把“幻象电源”（phantom power）加在数据线对上。
- Alternative B（Mode B）：使用数据通信中未使用的空闲线对（第 1、4 对，即引脚 4-5 与 7-8）传输电力。这种方式要求连接器的全部四对线都接线到位。
- 四对线模式（4PPoE / 4-pair mode）：利用全部四对线并行供电，以获得更高的功率。
电力以共模（common-mode）方式施加在差分线对上，并借助以太网脉冲变压器的中心抽头提取直流，因此不会干扰差分数据信号。对于千兆以太网（1000BASE-T）及更高速率（2.5GBASE-T、5GBASE-T、10GBASE-T），由于四对线全部用于数据传输，已不存在空闲线对，此时电力均以幻象方式加载在数据线对上。
在 Mode A 中，引脚 1-2 构成 48V 直流的一极、引脚 3-6 构成另一极，且允许极性反转，以兼容交叉线与自动 MDI-X。在 Mode B 中，引脚 4-5 为一极、引脚 7-8 为回路。究竟使用 Mode A 还是 Mode B 由 PSE 决定，而不是由 PD 决定；只支持单一模式的 PD 不符合标准要求。
三、标准演进与功率等级
PoE 标准经历了三个主要阶段，功率能力逐代提升：
| 类型 | 标准 | PSE 最大输出功率 | PD 最小可用功率 | PSE 电压范围 | 最大电流 | 供电线对 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Type 1（PoE） | IEEE 802.3af-2003 | 15.4 W | 12.95 W | 44–57 V | 350 mA | 2 对 |
| Type 2（PoE+） | IEEE 802.3at-2009 | 30 W | 25.5 W | 50–57 V | 600 mA/对 | 2 对 |
| Type 3（PoE++） | IEEE 802.3bt-2018 | 60 W | 51 W | 50–57 V | 600 mA/对 | 2 或 4 对 |
| Type 4（PoE++） | IEEE 802.3bt-2018 | 90 W | 71.3 W | 52–57 V | 960 mA/对 | 4 对 |
PSE 输出功率与 PD 可用功率之间的差值，来自线缆上的功率损耗。Type 1 的 15.4 W 对应 PD 端保证 12.95 W；Type 2 的 30 W 对应 25.5 W；Type 3 的 60 W 对应 51 W；Type 4 的 90 W 对应 71.3 W。
在后期的规范修订中，802.3af 最早作为 Clause 33 被并入 IEEE 802.3-2005，802.3at 随后随 IEEE 802.3-2012 合并入标准，而 802.3bt 则被并入 IEEE 802.3-2022。线缆方面，Type 1 允许使用 Cat3 或更高等级线缆；Type 2 通常要求 Cat5 或更高等级；Type 3/Type 4（802.3bt）通常要求 Cat5e 或更高等级。
四、检测、分级与供电管理
PoE 并非“插上即供电”。为保护不支持 PoE 的普通以太网设备，PSE 在供电前必须完成检测流程。
4.1 检测（Detection）
PSE 会周期性发送探测脉冲（约每 2 秒一次，单次脉冲时长小于 500 毫秒），以发现新接入的负载。检测阶段，PSE 用至少两个电压/电流采样点测量受电端的等效电阻：在 2.7–10 V 的电压范围内施加低压脉冲，若测得等效电阻约为 25 kΩ（允许区间 23.7–26.3 kΩ），则判定为有效 PD。检测期间，PSE 施加的电压不得超过 30 V、电流不得超过 5 mA。若测得电阻过高、过低或短路，则不会供电。
检测对输入电容同样有要求：PD 的输入电容须在 50 nF 至 120 nF 之间，输入串联电感应小于 100 μH。
4.2 分级（Classification）
可选的分级功能允许 PD 通过改变检测电阻来声明自身功率需求。802.3af 定义了 Class 0–3，802.3at 增加到 Class 0–4。802.3bt 进一步将功率等级扩展到 Class 0–8，并扩展了物理层多事件分级机制；而数据链路层基于 LLDP 的功率协商最早由 IEEE 802.3at 引入，802.3bt 继续支持并扩展。功率等级与类型的常见对应关系为：Class 0–3 对应 Type 1，Class 4 对应 Type 2，Class 5–6 通常对应 Type 3，Class 7–8 通常对应 Type 4。
4.3 维持供电（MPS）
为保持供电，PD 必须持续消耗电流以形成“维持功率特征”（Maintain Power Signature，MPS）：常见口径为：PD 至少抽取约 10 mA 的电流并持续不短于 60 ms；当电流低于约 5 mA 且持续时间超过阈值（常见约 300–400 ms）时，PSE 判定设备已断开并出于安全考虑切断供电。需要说明的是，MPS 的具体电流与时间阈值会随 Type 和标准版本略有差异，上述为一组概括性描述。
五、供电设备与部署形式
按部署位置，PSE 分为两类：
- Endpoint PSE（端点供电，常称 endspan）：由支持 PoE 的以太网交换机直接供电，适用于全新部署或交换机更新换代的场景。
- Midspan PSE（中跨供电，即 PoE 注入器 injector）：位于不支持 PoE（或供电不足）的交换机与受电设备之间，只注入电力而不影响数据，适合为已建网络中的单个设备补电。
在受电侧，若设备本身不含 PoE 受电电路，可使用 PoE 分离器（splitter）从网线中分离出数据与电力；部分小型交换机还支持 PoE 直通（pass-through），将电力继续向下游设备传递。
六、工业应用与选型要点
在工业自动化场景中，PoE 让现场设备通过一根网线同时获得数据与电力，减少电源布线，便于集中管理与远程部署。工业选型时可关注以下要点：
- 功率预算匹配：依据现场设备的实际功耗选择对应的 Type 等级，并核对交换机整机的 PoE 供电总预算，避免多个端口同时满载而超出限值。
- 线缆与距离：以太网链路的标准距离为 100 米；线缆等级、线径与线对数量会直接影响压降与可到达的功率。
- 温度降额：高功率 PoE（尤其四对线满载）会带来线缆温升，标准对线缆最高环境工作温度提出了降额要求——例如 Type 2 在仅两对线满载时降额约 5℃，Type 3/Type 4 在全部线对满载时降额约 10℃；高密度线束部署时需做温度规划。
- 兼容性与保护：确认设备支持标准 PoE 的检测与分级机制；在存在浪涌、雷击风险的户外或工业现场，应配合相应的防护设计。
- 非标准方案的识别：除 IEEE 标准外，业界还存在若干私有或扩展方案（如厂商自定义的高功率供电方式、用于单对线以太网的 PoDL 等），混用前需确认兼容性，避免损坏设备。
七、小结
以太网供电通过在同一根网线上叠加共模直流电力，实现了数据与电力的统一传输。从 802.3af 的 15.4 W，到 802.3at 的 30 W，再到 802.3bt 的 60 W 与 90 W（PD 端分别为 51 W、71.3 W），标准在保持向下兼容的前提下持续提升功率上限，并完善了检测、分级与供电管理机制。对于工业网络设备与工控现场供电设计而言，理解供电方式、功率等级与检测机制，是正确选型和可靠部署的前提。
