Controller per il design di circuiti Power Over Ethernet (PoE)

Creato: giugno 4, 2021
Aggiornato: luglio 1, 2024

Segui gli standard 802.3af/at/bt per la progettazione di circuiti power over ethernet (PoE).

Ogni volta che si ha un gran numero di adattatori di alimentazione racchiusi in uno spazio piccolo, si verifica un problema troppo familiare di eccessivo calore e trasformatori ingombranti che fuoriescono da una parete o da una ciabatta elettrica. In un data center, ambiente industriale o ufficio, il power over Ethernet (PoE) è un modo per fornire alimentazione da un hub, switch o altro controller a più dispositivi a valle. Esempi di applicazioni includono sistemi di sicurezza, attrezzature di rete, punti di accesso wireless, chioschi e molto altro.

Ogni progettazione di circuito PoE, sia che si tratti di un fornitore di energia o di un ricevitore, necessita di un IC controller per fornire energia ai dispositivi a valle. Questi controller seguono specifici standard che governano l'uscita di potenza e gli ingressi di potenza consentiti ad ogni estremità di un collegamento. L'energia fornita all'estremità a valle di un collegamento può quindi essere regolata con un alimentatore isolato o non isolato, a seconda della quantità di energia fornita.

Progettazione di circuiti PoE e standard

I sistemi PoE hanno una topologia semplice che governa la progettazione dei collegamenti e la fornitura di energia. L'estremità dell'attrezzatura di fornitura di energia (PSE) del collegamento fornisce energia a un dispositivo di potenza (PD), spesso su più porte. L'energia viene fornita tramite un cavo Ethernet da 44 e 57 V (48 V nominali). Questa tensione relativamente alta consente un trasferimento di energia efficiente senza creare un eccessivo pericolo per la sicurezza.

Il gruppo di lavoro IEEE 802.3 è responsabile di tutti gli standard Ethernet ed è incaricato di supervisionare l'evoluzione del PoE. La tabella sottostante elenca le principali specifiche PoE per diversi controller e dispositivi. Questi standard governano le estremità PSE e PD di un collegamento PoE, e costituiranno il punto di partenza per qualsiasi controller che è necessario selezionare per un sistema PoE. Queste specifiche sono valide per l'alimentazione fornita tramite cavo Cat5e fino a 100 m.

La responsabilità di questi controller è di negoziare tra loro in modo che l'estremità PSE possa determinare quanta energia (corrente) fornire all'estremità PD del collegamento PoE. Una volta che l'energia viene fornita al livello desiderato, un convertitore DC-DC standard all'estremità PD del collegamento può essere utilizzato per ridurre la tensione a un livello inferiore e fornire energia ai dispositivi finali. Il convertitore sull'uscita del controller PD può essere isolato o non isolato, a seconda della quantità di corrente prelevata attraverso il collegamento PoE.

Selezione dei controller per l'alimentazione e il dispositivo di potenza

Il controller dell'alimentazione e del dispositivo di potenza sono la pietra angolare della tua progettazione di circuito PoE e dovrebbero essere scelti per corrispondere ai requisiti di potenza per porta per il tuo ambiente ideale. I controller progettati secondo uno degli standard sopra menzionati avranno valutazioni di corrente e tensione che garantiscono l'affidabilità entro i limiti di potenza richiesti, ma ci sono altri standard da considerare, come circuiti di protezione termica o di potenza integrati, numero di uscite (per i controller PSE) e programmabilità.

Maxim Integrated, MAX5969A/B

Il MAX5969A/B di Maxim Integrated è un controller di interfaccia per dispositivi alimentati che è conforme agli standard IEEE 802.3af/at per la progettazione di circuiti PoE (Classificazione da 0 a 5). Per il trasferimento di potenza, il MAX5969A/B può sopportare 100 V in ingresso e limita la corrente di spunto al di sotto di 180mA prima di passare al suo limite di corrente più elevato tra (720 e 880 mA). Il dispositivo presenta MOSFET di potenza integrati e un UVLO di ingresso con ampia isteresi per prevenire qualsiasi disturbo di alimentazione durante il cambio di stato. La gamma di temperature nominali si estende fino a 85 °C.

Circuito di applicazione PoE MAX5969A/B. Dal datasheet MAX5969A/B.

ON Semiconductor, NCP1096

Il controller di interfaccia per dispositivi alimentati NCP1096 di ON Semiconductor è conforme alla specifica IEEE 802.3af/at/bt e supporta applicazioni proprietarie oltre 100 W. La temperatura di giunzione nominale si estende fino a 125 °C, rendendo questo componente ideale per ambienti difficili che richiedono PoE. Altre caratteristiche integrate includono la protezione da sovracorrente e da sovratemperatura. La classe richiesta dal NCP1096 durante la classificazione del dispositivo può essere impostata tramite le resistenze collegate ai pin CLA e CLB. Un esempio è mostrato nel circuito di applicazione qui sotto.

Circuito di applicazione per il controller di interfaccia per dispositivi alimentati NCP1096. Dal datasheet NCP1096.

Analog Devices, LTC4266A/C

Sul lato sorgente di un sistema PoE, il controller di apparecchiature di alimentazione (PSE) LTC4266A/C di Analog Devices fornisce energia fino a 4 dispositivi; questo componente è disponibile in diverse varianti basate sul livello di potenza in uscita (13, 38.7, 57.2, 70 e 90 W). Le varianti di questo componente sono ideali per alimentare una gamma di dispositivi a bassa potenza. Analog Devices dispone di altri controller PSE compatibili con dispositivi PD fino al Tipo 4.

Esempio di circuito di applicazione con i componenti di progettazione circuiti PoE LTC4266 e LTC4265. Dal datasheet LTC4266.

Altri Componenti per la Progettazione di Circuiti PoE

Gli esempi di componenti mostrati sopra affrontano le importanti interfacce di controllo richieste su entrambi i lati di un collegamento PoE. Tuttavia, sono necessari altri componenti per fornire l'alimentazione all'estremità PD del collegamento. Ad esempio, se si utilizza un RJ45 senza magnetica integrata, saranno necessari induttori di modo comune e altri passivi per fornire magnetica discreta e terminazione Bob Smith. Un altro componente di protezione comune all'ingresso del lato PD è un diodo TVS. Entrambi sono esempi di componenti necessari per applicazioni industriali ad alta potenza. Oltre a questi componenti, i sistemi PoE necessitano di un numero di passivi e altri componenti di gestione della potenza per fornire energia regolata ai componenti a valle. Ecco alcuni degli altri componenti di cui avrai bisogno per la progettazione di circuiti PoE:

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