Power Over Ethernet (PoE) 回路設計用コントローラー

投稿日六月 4, 2021
更新日七月 1, 2024

イーサネット経由での電力供給（PoE）回路設計に関する802.3af/at/bt規格に従ってください。

小さなスペースに多数の電源アダプターを詰め込むときはいつでも、過剰な熱と壁や電源タップから出るかさばるトランスフォーマーという、あまりにも馴染みのある問題に直面します。データセンター、工業、またはオフィス環境では、イーサネット経由での電力供給（PoE）が、ハブ、スイッチ、または他のコントローラーから複数の下流デバイスに電力を供給する方法の一つです。例としては、セキュリティシステム、ネットワーク機器、ワイヤレスアクセスポイント、キオスクなどがあります。

電力供給者であれ電力受信者であれ、すべてのPoE回路設計には、下流デバイスに電力を供給するためのコントローラICが必要です。これらのコントローラーは、リンクの両端で許可される電力出力と電力入力を管理する特定の規格に従います。リンクの下流端で供給される電力は、供給される電力の量に応じて、絶縁または非絶縁の電源で調整することができます。

PoE回路設計と規格

PoEシステムには、リンク設計と電力供給を管理するシンプルなトポロジーがあります。リンクの電源供給装置（PSE）側が、しばしば複数のポートを介して、電力デバイス（PD）に電力を供給します。電力は、44Vから57V（48Vが標準）のイーサネットケーブルを介して供給されます。この比較的高い電圧により、過度の安全リスクを生じることなく効率的な電力伝送が可能になります。

IEEE 802.3ワーキンググループは、すべてのイーサネット規格を担当し、PoEの進化を監督しています。以下の表は、異なるコントローラーとデバイスの主なPoE仕様をリストアップしています。これらの規格は、PoEリンクのPSEとPDの両端を管理し、PoEシステムに必要なコントローラーを選択するための出発点となります。これらの仕様は、Cat5eケーブルを介して最大100mまでの電力供給に有効です。

これらのコントローラーの責任は、PSE側がPoEリンクのPD側に供給する電力（電流）の量を決定できるように互いに交渉することです。所望のレベルで電力が供給されると、リンクのPD側の出力にある標準のDC-DCコンバーターを使用して電圧を下げ、エンドデバイスに電力を供給することができます。PDコントローラーの出力にあるコンバーターは、PoEリンクを通じて引き出される電流の量に応じて、絶縁されているか非絶縁のいずれかです。

電源供給および電力デバイスコントローラーの選択

電源供給および電力デバイスコントローラーは、PoE回路設計の基盤であり、理想的な環境ごとのポートごとの電力要件に合わせて選択するべきです。上記の規格のいずれかに設計されたコントローラーは、必要な電力制限内での信頼性を保証する電流および電圧の定格を持っていますが、統合電力や熱保護回路、出力数（PSEコントローラー用）、およびプログラム可能性など、考慮すべき他の規格もあります。

Maxim Integrated, MAX5969A/B

Maxim IntegratedのMAX5969A/Bは、IEEE 802.3af/at規格に準拠したPoE回路設計用のパワーデバイスインターフェースコントローラです（クラス分類0から5）。電力伝送のため、MAX5969A/Bは入力で100Vに耐え、スイッチングする前に突入電流を180mA以下に制限し、その後はより高い電流制限（720mAから880mAの間）に切り替えます。このデバイスは、統合されたパワーMOSFETと、スイッチング状態時の電力の不具合を防ぐための広いヒステリシスを持つ入力UVLOを特長としています。定格温度範囲は最大85°Cまでです。

MAX5969A/Bのイーサネット経由の電力供給アプリケーション回路。MAX5969A/Bデータシートより。

ON Semiconductor, NCP1096

ON SemiconductorのNCP1096パワーデバイスインターフェースコントローラは、IEEE 802.3af/at/bt仕様に準拠しており、独自の100W以上のアプリケーションをサポートしています。定格ジャンクション温度は最大125°Cまでで、PoEが必要な厳しい環境に理想的です。その他の統合機能には、過電流保護と過熱保護があります。NCP1096によるデバイス分類時に要求されるクラスは、CLAおよびCLBピンに接続された抵抗器を通じて設定することができます。下記のアプリケーション回路で例を示します。

NCP1096パワーデバイスインターフェースコントローラのアプリケーション回路。NCP1096データシートより。

Analog Devices, LTC4266A/C

PoEシステムのソース側では、LTC4266A/Cパワーソーシング機器（PSE）コントローラが最大4台のデバイスに電力を供給します。このコンポーネントは、電力出力レベル（13、38.7、57.2、70、および90W）に基づいて異なるグレードで提供され、低電力デバイスの範囲に電力を供給するのに理想的です。Analog Devicesには、タイプ4 PDに対応する他のPSEコントローラもあります。

LTC4266およびLTC4265のPoE回路設計コンポーネントを使用した例示アプリケーション回路。LTC4266データシートより。

PoE回路設計のためのその他のコンポーネント

上記で示された例のコンポーネントは、PoEリンクの両側に必要な重要なコントローラーインターフェースに対処しています。しかし、リンクのPD（Powered Device）側に電力を供給するためには、他のコンポーネントも必要です。たとえば、統合マグネティクスを備えていないRJ45を使用している場合、共通モードチョークやその他の受動部品を使用して、個別のマグネティクスとボブ・スミス終端を提供する必要があります。PD側の入力に一般的な保護コンポーネントとしてTVSダイオードもあります。これらは、高電力産業用途に必要なコンポーネントの例です。これらのコンポーネントに加えて、PoEシステムには、下流のコンポーネントに規制された電力を提供するために、多数の受動部品やその他の電力管理コンポーネントが必要です。PoE回路設計に必要なその他のコンポーネントは次のとおりです：

PoE回路設計用のコンポーネントを選択する必要がある場合、Octopartの高度な検索およびフィルタリング機能で必要な部品をすべて見つけることができます。Octopartの電子部品検索エンジンを使用すると、ディストリビューターデータと部品仕様の完全なセットにアクセスでき、すべてがユーザーフレンドリーなインターフェースで自由に利用可能です。電力管理集積回路のページをご覧ください必要なコンポーネントを見つけてください。

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