Tìm hiểu về Switch PoE và nguyên lý hoạt động của chúng

Switch PoE là một thiết bị chuyển mạch có khả năng truyền tải đồng thời cả dữ liệu. Và nguồn điện trên cùng một sợi cáp mạng duy nhất. Thường là cáp CAT5E hoặc CAT6. 

Giới thiệu về Switch PoE

Switch PoE (Power over Ethernet) là một thiết bị chuyển mạch thông minh. Ngoài chức năng truyền tải dữ liệu như Switch thông thường. Nó còn có khả năng cấp nguồn điện trực tiếp trên sợi cáp mạng. Thay vì phải cắm một dây để lấy mạng và một dây để lấy điện. Thiết bị của bạn chỉ cần duy nhất một sợi cáp mạng cắm vào Switch PoE là có thể hoạt động được. 

• Switch thường: Chỉ truyền tín hiệu mạng. Thiết bị đầu cuối (Camera, Wifi) cần thêm một dây điện và ổ cắm riêng
• Switch PoE: Truyền cả “Mạng + Điện” qua 1 sợi dây duy nhất. 

Nguyên lý hoạt động 

1. Quy trình 4 bước cấp nguồn (PoE Handshaking)

Switch PoE không cấp điện một cách ngẫu nhiên. Để tránh làm hỏng các thiết bị không hỗ trợ PoE như máy tính xách tay hoặc PC. Nó thực hiện quy trình như sau: 

• Phát hiện (Detection): Switch gửi một dòng điện điện áp thấp để kiểm tra điện trở của thiết bị đầu cuối. Nếu thiết bị có điện trở đặc trưng (khoảng 25kΩ), Switch mới xác định đây là thiết bị nhận nguồn. 
• Phân loại (Classification): Sau khi xác nhận là thiết bị PoE.  Switch sẽ kiểm tra xem thiết bị đó cần bao nhiêu điện năng để dự phòng đúng mức công suất. 
• Cấp nguồn (Start – up): Switch bắt đầu năng điện áp lên mức hoạt động tiêu chuẩn (thường từ 44V – 57V DC) 
• Giám sát & Ngắt nguồn (Disconnection): Trong suốt quá trình hoạt động, Switch liên tục giám sát. Nếu thiết bị bị rút dây hoặc tiêu thụ điện vượt mức an toàn. Switch sẽ tự động ngắt nguồn ngay lập tức. 

2. Cách thức truyền tải điện trên lõi dây

Một sợi cáp mạng có 8 lõi (4 cặp dây). Tùy vào tiêu chuẩn, Switch PoE sẽ truyền điện theo một trong hai phương thức: 

• Alternative A (Endspan): Điện năng được truyền trên các cặp dây đang truyền dữ liệu. Nhờ kỹ thuật ghép tín hiệu, dòng điện DC và dữ liệu AC không gây nhiễu cho nhau. 
• Alternative B (Midspan): Điện năng được truyền trên các cặp dây “nhàn rỗi”. Phương thức này thường thấy ở các bộ PoE Injector hoặc Switch tốc độ thấp. 

3. Tại sao điện và dữ liệu không bị nhiễu? 

Đây là điểm mấu chốt của công nghệ PoE. Sử dụng nguyên lý phép cộng tín hiệu: 

• Dữ liệu được truyền dưới dạng sóng xoay chiều tần số cao 
• Năng lượng điện được truyền dưới dạng dòng điện một chiều (DC)

Tại hai đầu thiết bị, người ta sử dụng các cuộn biến áp trung tâm. Cuộn dây này cho phép dòng điện DC đi vào mạch nguồn mà không cần ảnh hưởng đến tín hiệu dữ liệu đi vào chip xử lý mạng. 

4. Phân biệt PoE chủ động (Active) và Bị động (Passive)

Hiểu nguyên lý hoạt động cũng giúp bạn phân biệt hai loại Switch phổ biến: 

• Active PoE: Tuân thủ các tiêu chuẩn IEEE (802.3af/at/bt). Cực kỳ an toàn, chỉ cấp điện khi thiết bị yêu cầu
• Passive PoE: Không có quy trình bắt tay. Switch sẽ đưa một dòng điện cố định (thường là 24V hoặc 48V) xuống dây mạng ngay khi cắm. Lưu ý: Nếu cắm nhầm thiết bị không hỗ trợ PoE vào cổng này, thiết bị đó có thể bị cháy ngay lập tức

Mức tiêu thụ điện năng của Switch PoE 

Khi thiết kế hệ thống mạng tích hợp nguồn, việc hiểu rõ mức tiêu thụ điện năng của Switch PoE là yếu tố sống còn để đảm bảo hệ thống vận hành ổn định. Không bị quá tải hay cháy nổ. Mỗi Switch PoE đều có một thông số gọi PoE Budget. Đây là mức công suất tối đa một bộ nguồn bên trong Switch có thể cung cấp cho tất cả các thiết bị đang cắm vào. 

Nhiều người dùng thường nhầm lẫn giữa điện áp đầu vào và điện áp cấp nguồn PoE. 

• Điện áp vào: Thường là điện lưới 100V – 240V AC. 
• Điện áp ra tại cổng PoE: Theo tiêu chuẩn IEEE, điện áp này thường nằm trong khoảng 44V – 57V DC. 

Mức tiêu thụ điện năng của mỗi Switch PoE được quy định bởi các tiêu chuẩn IEEE khác nhau. Hiệu suất thực tế sẽ chia làm hai phần: Công suất tại cổng Switch và công suất thực nhận tại thiết bị (PD) do có sự hao hụt trên đường dây. Switch PoE không phải lúc nào cũng chạy hết công suất định mức. Lượng điện tiêu thụ thực tế sẽ dao động tùy thuộc vào “độ ngốn điện” của thiết bị đầu cuối (PD). 

• Nhóm tiêu thụ thấp (Chuẩn PoE): Camera IP cố định, điện thoại VoIP cơ bản, các cảm biến thông minh 
• Nhóm tiêu thụ trung bình (Chuẩn PoE+): Điểm truy cập không dây (Wifi AP), camera IP PTZ có chức năng xoay quét. Điện thoại IP hỗ trợ video call 
• Nhóm tiêu thụ cao (chuẩn PoE++): Máy tính xách tay (Laptop), hệ thống đèn LED PoE man hình kỹ thuật số, các thiết bị IoT công nghiệp nặng. 

Ứng dụng thực tế 

Hệ thống Camera giám sát IP 

Đây là ứng dụng phổ biến nhất. Trước đây, mỗi camera cần một dây mạng và một ổ cắm điện kế bên. Với Switch PoE. Bạn có thể lắp camera ở những vị trí cao, góc khuất hoặc ngoài trời mà không cần lo lắng về kéo dây điện. Chỉ cần một bộ lưu điện (UPS) cho Switch là toàn bộ hệ thống camera vẫn hoạt động cả khi mất điện. Đảm bảo an ninh 24/7. 

Hệ thống Wifi chuyên dụng

Trong các tòa nhà, văn phòng hoặc khách sạn, bộ phát Wifi thường được gắn trần nhà để tối ưu sóng. Việc kéo dây điện lên trần nhà vừa tốn kém vừa mất thẩm mỹ. Switch PoE giúp cấp nguồn trực tiếp qua cáp mạng. Hỗ trợ tốt cho các chuẩn Wifi 6/7 vốn đòi hỏi công suất cao (PoE+ hoặc PoE++). 

Hệ thống liên lạc VoIP 

Tại các văn phòng hiện đại, điện thoại bàn không còn dùng dây điện thoại truyền thống mà dùng điện thoại IP. Khi sử dụng Switch PoE, mỗi bàn làm việc chỉ cần một sợi dây mạng duy nhất cho điện thoại. Khi cần di chuyển vị trí chỗ ngồi, nhân viên chỉ việc rút máy và cắm vào cổng mạng mà không cần tìm ổ cắm điện. 

Hệ thống nhà thông minh (Smart Home) và IoT

Switch PoE đang dần thay thế các kết nối không dây thiếu ổn định trong nhà thông minh: 

• Chuông cửa màn hình: Cấp nguồn và truyền hình ảnh ổn định, không lo hết pin 
• Hệ thống chiếu sáng LED PoE: Điều khiển độ sáng và màu sắc đèn trực tiếp qua mạng
• Rèm cửa tự động, cảm biến nhiệt độ: Hoạt động bền bỉ với nguồn điện tập trung 

Tòa nhà thông minh và công nghiệp

• Hệ thống kiểm soát ra vào (Access Control): Các máy chấm công, đầu đọc thẻ từ tại cửa ra vào thường sử dụng PoE để đơn giản hóa thi công
• Màn hình quảng cáo (Digital Signage): Các màn hình thông tin tại sân bay, trung tâm thương mại có thể nhận dữ liệu và nguồn chỉ qua một sợi cáp quang.

Kết luận về Switch PoE

Qua việc tìm hiểu về Switch PoE, có thể khẳng định đây không chỉ là một thiết bị chuyển mạch thông thường mà là một cuộc cách mạng trong việc đơn giản hóa hạ tầng viễn thông. Dưới đây là những điểm cốt lõi bạn cần ghi nhớ: 

• Sự kết hợp hoàn hảo: Switch PoE loại bỏ sự rườm rà bằng cách hợp nhất dữ liệu và nguồn điện trên một sợi cáp duy nhất. Giúp tiết kiệm tới 50% chi phí thi công và vật tư dây điện
• Nguyên lý thông minh: Nhờ quy trình theo tiêu chuẩn IEEE, thiết bị đảm bảo an toàn tuyệt đối. Chỉ cấp nguồn cho những thiết bị tương thích. Loại bỏ hoàn toàn rủi ro cháy nổ cho các thiết bị mạng thông thường. 
• Hiệu suất và tiêu chuẩn: Tùy vào nhu cầu, người dùng có thể lựa chọn các chuẩn PoE, PoE+ hoặc PoE++. Việc hiểu rõ điện áp và tổng quỹ công suất là chìa khóa để vận hành hệ thống ổn định. 
• Ứng dụng đa dạng: Từ an ninh giám sát, văn phòng thông minh cho đến các hệ thống IoT phức tạp. Switch PoE đóng vai trò là “trạm năng lượng” trung tâm, dễ dàng quản lý và bảo trì. 

Mong rằng với bài viết này, bạn đọc đã hiểu rõ hơn về Switch PoE, các nguyên lý hoạt động cũng như ứng dụng của chúng. 

Quý khách có nhu cầu mua hàng vui lòng liên hệ Hotline 0888.550.111 để được tư vấn cũng như hỗ trợ mua hàng với giá ưu đãi nhất!