PoE

PoE становится сильнее!

Новейшая версия стандарта PoE 802.3bt обеспечивает более высокую мощность для PD-устройств, тем самым открывая дорогу для новых компонентов и решений. В прошлом году был утвержден новый стандарт PoE 802.3bt. Он значительно повышает уровень мощности, которую устройства могут отбирать от сети Ethernet. Уже сейчас на рынке появляются новые продукты, использующие преимущества PoE 802.3bt. Если вы работаете над созданием Ethernet-устройств, то вам будут интересны новые решения от ON Semiconductor, которые помогут облегчить вашу работу
385
В избранное

Новейшая версия стандарта PoE 802.3bt обеспечивает более высокую мощность для PD-устройств, тем самым открывая дорогу для новых компонентов и решений.

В прошлом году был утвержден новый стандарт PoE 802.3bt. Он значительно повышает уровень мощности, которую устройства могут отбирать от сети Ethernet. Уже сейчас на рынке появляются новые продукты, использующие преимущества PoE 802.3bt. Если вы работаете над созданием Ethernet-устройств, то вам будут интересны новые решения от ON Semiconductor, которые помогут облегчить вашу работу.

Общее положение дел

Кажется, что большая часть устройств и оборудования, которые мы используем каждый день, являются беспроводными. Беспроводные технологии присутствуют везде: это и сотовая связь, и Wi-Fi, и Bluetooth и др. Но беспроводные решения не вытеснили обычные проводные сети. Подтверждением этого факта являются тысячи Ethernet-сетей, которые соединяют серверы с точками доступа Wi-Fi, ПК, телефонами VoIP и IP-камерами.

В настоящее время практически все офисные здания и другие объекты используют Ethernet. Ethernet продолжает активно использоваться в широком спектре промышленных приложений. Совсем недавно была создана специализированная версия Ethernet для автомобильной техники.

Ethernet по-прежнему обеспечивает надежную, безопасную и гибкую связь множества объектов. Одним из наиболее перспективных приложений для Ethernet и Power over Ethernet (PoE) является Интернет вещей (Internet of Things, IoT). Если датчики, исполнительные механизмы и другие устройства должны связываться с некоторым шлюзом для отправки или получения данных, то что может быть лучше, чем Ethernet? Кроме того, все эти IoT-устройства требуют питания. При использовании PoE отпадает необходимость в аккумуляторах или отдельных сетевых источниках питания. Подумайте об этом! Кто сказал, что проводной Ethernet устарел?

Стандарт PoE позволяет передавать данные с обычной скоростью, одновременно снабжая конечные устройства постоянным напряжением и, тем самым, устраняя необходимость в подключении к бытовой сети. Стандарт IEEE 802.3af был введен в 2003 году. В нем максимальная мощность, отбираемая от каждого порта, была ограничена значением 15,4 Вт, при этом гарантируемая отбираемая мощность составляла только 12,95 Вт. Питание для конечных устройств обычно подавалось через порты на коммутаторе Ethernet.

Пользователи быстро обнаружили, что порты PoE не всегда могли обеспечить необходимую мощность. Одним из примеров этого являются IP-камеры наблюдения. В 2009 году IEEE выпустила обновление стандарта PoE Plus с новым обозначением 802.1at. Этот стандарт увеличивал мощность, доступную на каждом порте до 25,5 Вт.

Следующая версия стандарта 802.3bu появилась в 2016 году. В ней передача напряжения для новых промышленных и автомобильных приложений осуществлялась по одной витой паре. В 2018 году был представлен стандарт 802.3bt. Он предложил еще несколько конфигураций, которые дополнительно повысили уровни мощности до 55 Вт и от 90 до 100 Вт.

PoE предполагает передачу напряжения и тока по стандартному кабелю Ethernet. В большинстве случаев это CAT5 и реже CAT6. В таких кабелях присутствует четыре витые пары. Скорость передачи данных может составлять 10 Мбит/с, 100 Мбит/с и 1000 Мбит/с (1 Гбит/с). Версии с пропускной способностью 100 и 1000 Мбит/с являются наиболее распространенными, но все шире применяются и скорости передачи 2,5 и 5 Гбит/с.

Параметры токов и напряжений сильно отличаются для каждого стандарта. Обычные разъемы RJ-45 продолжают использоваться, но подключение контактов может отличаться. Для обеспечения повышенной мощности приходится задействовать все четыре витые пары UTP. Для получения подробной информации по PoE следует напрямую обратиться к стандартам IEEE.

Некоторые особенности PoE-устройств

В PoE различают устройства, поставляющие энергию (power sourcing equipment, PSE), и устройства, потребляющие энергию (powered device, PD). На рис. 1 показана общая схема подключения PoE-устройств.

Упрощенная схема подключения PSE-PD через Ethernet

Рис. 1. Упрощенная схема подключения PSE-PD через Ethernet

Мощность передается по неэкранированной витой паре (UTP) от PSE-устройства к PD-устройству. В PD-устройстве присутствует PD-контроллер и DC-DC-преобразователь.

PSE-устройство подает питание на кабель через трансформаторы, которые обычно используются для развязки сигнальных линий. Подключение зависит от стандарта. На стороне PD-устройства также присутствуют развязывающие трансформаторы. После подключения PD-контроллер и PSE-контроллер обмениваются данными для согласования совместной работы. PD-контроллер также может иметь встроенный DC/DC-преобразователь.

Особое внимание уделяется DC-входу. Как правило, на входе устройства присутствует специальная цепь, которая гарантирует правильную полярность входного напряжения. Обычно для этого используется диодный мост. В таком случае вне зависимости от полярности входного напряжения, на выходе выпрямителя будет напряжение правильной полярности. Это напряжение используется для питания PD-устройства.

К сожалению, диодные мосты характеризуются значительным падением напряжения, а значит и высоким уровнем потерь. Эта проблема может быть решена с помощью одного из продуктов от ON Semi - Fairchild – микросхемы MDMQ8205. MDMQ8205 представляет собой мост, состоящий из четырех МОП-транзисторов. Включением и выключением МОП-транзисторов управляют внешние сигналы. Потери на таком мосте оказываются существенно ниже, чем на диодном мосте, собранном на диодах Шоттки (рис. 2). Эта микросхема является представителем семейства транзисторных мостов GreenBridge. Разработчикам предлагаются различные модели мостов, отличающиеся номинальными уровнями напряжений и токов.

FDMQ8201 – интегральный мост, состоящий из МОП-транзисторов

Рис. 2. FDMQ8201 – интегральный мост, состоящий из МОП-транзисторов

FDMQ8201 защищает от обратной полярности и обеспечивает меньший уровень потерь по сравнению с традиционными выпрямительными диодными мостами.

Проектирование PoE-оборудования

Если вы разрабатываете PoE PD, то вам потребуется интерфейс с кабелем Ethernet и контроллер DC/DC-преобразователя. Количество энергии, потребляемой PD-устройством, определяет его класс. Стандарт 802.3bt описывает восемь классов мощности от 4 Вт (класс 1) до 90 Вт (класс 8). PSE-устройство обнаруживает подключенное PD-устройство, опрашивает его для определения класса мощности и дальнейшей конфигурации.

На рис. 3 показана одна из возможных конфигураций, в которой используется PD-контроллер NCP1096 PD от ON Semiconductor. Он поддерживает новейший стандарт 802.3bt и может работать с PD-устройствами вплоть до 8 класса мощности. Обратите внимание, что в данном случае для защиты от переполюсовки вместо диодных выпрямителей используются мосты на МОП-транзисторах.

Вариант реализации схемы питания PD-устройства на базе PD-контроллера NCP1096

Рис. 3. Вариант реализации схемы питания PD-устройства на базе PD-контроллера NCP1096

Если вы хотите быстро реализовать референсную схему IEEE 802.3bt PoE Class 8 PD, тогда для ускорения разработки вам следует объединить оценочную плату IEEE 802.3bt PoE-PD (EVB) и оценочную плату преобразователя на базе NCP1566 от ON Semi. NCP1566 представляет собой двухрежимный ШИМ-контроллер со схемой активного ограничения, предназначенный для создания изолированных DC/DC-преобразователей малой и средней мощности для телекоммуникационных приложений. Плата NCP1566TELECGEVB предназначена для быстрого знакомства с возможностями NCP1566.

Мифы о PoE

Ethernet может показаться устаревшей технологией. Тем не менее, именно Ethernet будет играть решающую роль в предоставлении услуг 5G. Последняя версия стандарта PoE повышает общую мощность, доступную для PD-устройств до 90 Вт. Если вы работаете c оборудованием PoE, то вам в обязательном порядке нужна копия официального стандарта IEEE 802.bt-2018, который доступен на сайте ANSI.

Источник: https://www.electronicdesign.com

 
Производитель: On Semiconductor
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
NCP1096GEVB
NCP1096GEVB
On Semiconductor
Арт.: 3494244 ИНФО RD
Поиск
предложений
POE-PD Interface Controller Evl Board.
NCP1096GEVB
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()