Contrôleurs pour la conception de circuits Power Over Ethernet (PoE)

Suivez les normes 802.3af/at/bt pour la conception de circuits d'alimentation par Ethernet (PoE).

Chaque fois que vous avez un grand nombre d'adaptateurs d'alimentation entassés dans un petit espace, vous rencontrez un problème trop familier de chaleur excessive et de transformateurs encombrants sortant d'un mur ou d'une multiprise. Dans un centre de données, un environnement industriel ou de bureau, l'alimentation par Ethernet (PoE) est un moyen de fournir de l'énergie depuis un hub, un commutateur ou un autre contrôleur vers plusieurs dispositifs en aval. Les applications exemples incluent les systèmes de sécurité, l'équipement de réseau, les points d'accès sans fil, les kiosques et bien plus encore.

Chaque conception de circuit PoE, qu'il s'agisse d'un fournisseur d'énergie ou d'un récepteur d'énergie, nécessite un circuit intégré de contrôleur pour fournir de l'énergie aux dispositifs en aval. Ces contrôleurs suivent des normes spécifiques qui régissent la sortie d'énergie et les entrées d'énergie autorisées à chaque extrémité d'un lien. L'énergie délivrée à l'extrémité en aval d'un lien peut ensuite être régulée avec une alimentation isolée ou non isolée, selon la quantité d'énergie délivrée.

Conception de circuit PoE et normes

Les systèmes PoE ont une topologie simple qui régit la conception des liens et la livraison d'énergie. L'extrémité de l'équipement d'alimentation électrique (PSE) du lien fournit de l'énergie jusqu'à un dispositif d'alimentation (PD), souvent sur plusieurs ports. L'énergie est transmise par un câble Ethernet de 44 à 57 V (48 V nominal). Cette tension relativement élevée permet un transfert d'énergie efficace sans créer de danger de sécurité excessif.

Le groupe de travail IEEE 802.3 est responsable de toutes les normes Ethernet et est chargé de superviser l'évolution du PoE. Le tableau ci-dessous répertorie les principales spécifications PoE pour différents contrôleurs et dispositifs. Ces normes régissent les extrémités PSE et PD d'un lien PoE, et elles formeront le point de départ pour tout contrôleur que vous devez sélectionner pour un système PoE. Ces spécifications sont valables pour l'énergie fournie sur un câble Cat5e jusqu'à 100 m.

La responsabilité de ces contrôleurs est de négocier entre eux afin que l'extrémité PSE puisse déterminer quelle quantité de puissance (courant) fournir à l'extrémité PD du lien PoE. Une fois l'énergie livrée au niveau souhaité, un convertisseur DC-DC standard à l'extrémité PD du lien peut être utilisé pour réduire la tension à un niveau inférieur et fournir de l'énergie aux dispositifs finaux. Le convertisseur à la sortie du contrôleur PD peut être isolé ou non isolé, selon la quantité de courant tirée à travers le lien PoE.

Sélection des contrôleurs d'alimentation et de dispositif d'alimentation

Le contrôleur d'alimentation et le contrôleur de dispositif d'alimentation sont la pierre angulaire de votre conception de circuit PoE et doivent être choisis pour correspondre aux exigences de puissance par port pour votre environnement idéal. Les contrôleurs conçus selon l'une des normes ci-dessus auront des évaluations de courant et de tension qui assurent la fiabilité dans les limites de puissance requises, mais il existe d'autres normes à considérer, telles que les circuits de protection intégrés contre la surpuissance ou la surchauffe, le nombre de sorties (pour les contrôleurs PSE) et la programmabilité.

Maxim Integrated, MAX5969A/B

Le MAX5969A/B de Maxim Integrated est un contrôleur d'interface pour dispositif alimenté conforme aux normes IEEE 802.3af/at pour la conception de circuits PoE (Classification 0 à 5). Pour le transfert de puissance, le MAX5969A/B peut supporter 100 V à l'entrée et limite le courant d'appel en dessous de 180mA avant de passer à sa limite de courant supérieure entre (720 et 880 mA). Le dispositif intègre des MOSFETs de puissance et une UVLO d'entrée avec une large hystérésis pour éviter tout problème de puissance lors du changement d'états. La plage de température nominale s'étend jusqu'à 85 °C.

Circuit d'application PoE pour le MAX5969A/B. Tiré de la fiche technique du MAX5969A/B.

ON Semiconductor, NCP1096

Le contrôleur d'interface pour dispositif alimenté NCP1096 d'ON Semiconductor est conforme à la spécification IEEE 802.3af/at/bt et prend en charge des applications propriétaires de plus de 100 W. La température de jonction nominale va jusqu'à 125 °C, ce qui rend ce composant idéal pour les environnements difficiles nécessitant du PoE. Parmi les autres caractéristiques intégrées, on trouve la protection contre les surintensités et la surchauffe. La classe demandée par le NCP1096 lors de la classification du dispositif peut être définie par les résistances connectées aux broches CLA et CLB. Un exemple est montré dans le circuit d'application ci-dessous.

Circuit d'application pour le contrôleur d'interface pour dispositif alimenté NCP1096. Tiré de la fiche technique du NCP1096.

Analog Devices, LTC4266A/C

Du côté source d'un système PoE, le contrôleur d'équipement fournisseur d'énergie (PSE) LTC4266A/C fournit de l'énergie pour jusqu'à 4 dispositifs ; ce composant est disponible en différentes versions basées sur le niveau de sortie de puissance (13, 38.7, 57.2, 70 et 90 W). Les variantes de ce composant sont idéales pour alimenter une gamme de dispositifs à faible consommation. Analog Devices propose d'autres contrôleurs PSE compatibles avec les PD de type 4.

Exemple de circuit d'application avec les composants de conception de circuit PoE LTC4266 et LTC4265. Tiré de la fiche technique du LTC4266.

Autres composants pour la conception de circuits PoE

Les composants exemples présentés ci-dessus abordent les interfaces de contrôleur importantes requises des deux côtés d'un lien PoE. Cependant, d'autres composants sont nécessaires pour fournir l'alimentation électrique à l'extrémité PD du lien. Par exemple, si vous utilisez un RJ45 sans magnétiques intégrés, vous aurez besoin de chokes en mode commun et d'autres passifs pour fournir des magnétiques discrets et une terminaison Bob Smith. Un autre composant de protection courant à l'entrée du côté PD est une diode TVS. Les deux sont des exemples de composants nécessaires pour les applications industrielles de haute puissance. En plus de ces composants, les systèmes PoE ont besoin d'un certain nombre de passifs et d'autres composants de gestion de l'énergie pour fournir une alimentation régulée aux composants en aval. Voici certains des autres composants dont vous aurez besoin pour la conception de circuits PoE :

• Prises RJ45 avec magnétiques intégrés

• Inductances, transformateurs et chokes en mode commun

• Convertisseurs DC-DC pour le côté du dispositif d'alimentation

Lorsque vous devez sélectionner des composants pour la conception de circuits PoE, vous pouvez trouver toutes les pièces dont vous avez besoin avec les fonctionnalités de recherche avancée et de filtration sur Octopart. Lorsque vous utilisez le moteur de recherche électronique d'Octopart, vous aurez accès à un ensemble complet de données de distributeurs et de spécifications de pièces, et tout est librement accessible dans une interface conviviale. Jetez un œil à notre page de circuits intégrés de gestion de l'énergie pour trouver les composants dont vous avez besoin.

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