Controladores para Design de Circuito de Power Over Ethernet (PoE)

Criada: Junho 4, 2021
Atualizada: Julho 1, 2024

Siga os padrões 802.3af/at/bt para o design de circuitos de energia sobre ethernet (PoE).

Sempre que você tem um grande número de adaptadores de energia compactados em um pequeno espaço, você enfrenta um problema muito familiar de excesso de calor e transformadores volumosos saindo de uma parede ou régua de energia. Em um centro de dados, ambiente industrial ou de escritório, a energia sobre Ethernet (PoE) é uma maneira de fornecer energia de um hub, switch ou outro controlador para vários dispositivos downstream. Exemplos de aplicações incluem sistemas de segurança, equipamentos de rede, pontos de acesso sem fio, quiosques e muito mais.

Todo design de circuito PoE, seja um fornecedor de energia ou um receptor de energia, precisa de um IC controlador para fornecer energia aos dispositivos downstream. Esses controladores seguem padrões específicos que governam a saída de energia e as entradas de energia permitidas em cada extremidade de um link. A energia entregue na extremidade downstream de um link pode então ser regulada com uma fonte de alimentação isolada ou não isolada, dependendo da quantidade de energia sendo entregue.

Design de Circuito PoE e Padrões

Os sistemas PoE têm uma topologia simples que governa o design do link e a entrega de energia. A extremidade do equipamento de fornecimento de energia (PSE) do link fornece energia para um dispositivo de energia (PD), muitas vezes por meio de múltiplas portas. A energia é entregue por um cabo Ethernet de 44 a 57 V (48 V nominais). Esta tensão relativamente alta permite uma transferência de energia eficiente sem criar um perigo de segurança excessivo.

O grupo de trabalho IEEE 802.3 é responsável por todos os padrões Ethernet e está encarregado de supervisionar a evolução do PoE. A tabela abaixo lista as principais especificações do PoE para diferentes controladores e dispositivos. Esses padrões governam as extremidades PSE e PD de um link PoE, e eles formarão o ponto de partida para qualquer controlador que você precise selecionar para um sistema PoE. Essas especificações são válidas para energia fornecida por cabo Cat5e até 100 m.

A responsabilidade desses controladores é negociar entre si para que a extremidade PSE possa determinar quanto de energia (corrente) fornecer à extremidade PD do link PoE. Uma vez que a energia é entregue no nível desejado, um conversor DC-DC padrão na extremidade PD do link pode ser usado para reduzir a tensão para um nível mais baixo e fornecer energia aos dispositivos finais. O conversor na saída do controlador PD pode ser isolado ou não isolado, dependendo da quantidade de corrente puxada através do link PoE.

Selecionando Controladores de Fornecimento de Energia e Dispositivos de Energia

O controlador de fornecimento de energia e o dispositivo de energia são a pedra angular do seu design de circuito PoE e devem ser escolhidos para corresponder aos requisitos de energia por porta para o seu ambiente ideal. Controladores que são projetados para um dos padrões acima terão classificações de corrente e tensão que garantem a confiabilidade dentro dos limites de energia necessários, mas existem outros padrões a considerar, como circuitos de proteção de energia ou térmica integrados, número de saídas (para controladores PSE) e programabilidade.

Maxim Integrated, MAX5969A/B

O MAX5969A/B da Maxim Integrated é um controlador de interface de dispositivo alimentado que está em conformidade com os padrões IEEE 802.3af/at para design de circuito PoE (Classificação 0 a 5). Para transferência de energia, o MAX5969A/B pode suportar 100 V na entrada e limita a corrente de irrupção abaixo de 180mA antes de mudar para seu limite de corrente mais alto entre (720 e 880 mA). O dispositivo possui MOSFETs de potência integrados e um UVLO de entrada com ampla histerese para evitar quaisquer falhas de energia ao mudar de estados. A faixa de temperatura nominal vai até 85 °C.

Circuito de aplicação do MAX5969A/B para alimentação via Ethernet. Do datasheet do MAX5969A/B.

ON Semiconductor, NCP1096

O controlador de interface de dispositivo alimentado NCP1096 da ON Semiconductor está em conformidade com a especificação IEEE 802.3af/at/bt e suporta aplicações proprietárias de mais de 100 W. A temperatura de junção nominal vai até 125 °C, tornando este componente ideal para ambientes severos que requerem PoE. Outras características integradas incluem proteção contra sobrecorrente e proteção contra sobreaquecimento. A classe solicitada pelo NCP1096 durante a classificação do dispositivo pode ser definida através dos resistores conectados aos pinos CLA e CLB. Um exemplo é mostrado no circuito de aplicação abaixo.

Circuito de aplicação para o controlador de interface de dispositivo alimentado NCP1096. Do datasheet do NCP1096.

Analog Devices, LTC4266A/C

No lado da fonte de um sistema PoE, o controlador de equipamento de fornecimento de energia (PSE) LTC4266A/C fornece energia para até 4 dispositivos; este componente está disponível em diferentes graus baseados no nível de saída de potência (13, 38.7, 57.2, 70 e 90 W). As variantes deste componente são ideais para alimentar uma gama de dispositivos de baixa potência. A Analog Devices possui outros controladores PSE compatíveis com PDs de até Tipo 4.

Exemplo de circuito de aplicação com os componentes de design de circuito PoE LTC4266 e LTC4265. Do datasheet do LTC4266.

Outros Componentes para Design de Circuito PoE

Os componentes de exemplo mostrados acima abordam as interfaces de controle importantes necessárias em ambos os lados de um link PoE. No entanto, outros componentes são necessários para fornecer entrega de energia ao final PD do link. Por exemplo, se você está usando um RJ45 sem magnéticos integrados, você precisará de choques de modo comum e outros passivos para fornecer magnéticos discretos e terminação Bob Smith. Outro componente comum de proteção na entrada do lado PD é um diodo TVS. Ambos são exemplos de componentes necessários para aplicações industriais de alta potência. Além desses componentes, os sistemas PoE precisam de vários passivos e outros componentes de gerenciamento de energia para fornecer energia regulada aos componentes downstream. Aqui estão alguns dos outros componentes que você precisará para o design de circuitos PoE:

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