Контроллеры для проектирования схем Power Over Ethernet (PoE)

Создано: 4 Июня, 2021
Обновлено: 1 Июля, 2024

Следуйте стандартам 802.3af/at/bt для проектирования схем питания через Ethernet (PoE).

Всякий раз, когда у вас большое количество адаптеров питания упаковано в маленькое пространство, возникает слишком знакомая проблема избыточного тепла и громоздких трансформаторов, выходящих из стены или сетевого фильтра. В центре обработки данных, промышленной или офисной среде питание через Ethernet (PoE) является одним из способов обеспечения питания от концентратора, коммутатора или другого контроллера к нескольким нижестоящим устройствам. Примеры приложений включают в себя системы безопасности, сетевое оборудование, точки беспроводного доступа, киоски и многое другое.

Каждая схема PoE, будь то источник питания или приемник питания, требует контроллера ИС для обеспечения питания нижестоящих устройств. Эти контроллеры следуют определенным стандартам, которые регулируют выходную мощность и допустимые входные мощности на каждом конце связи. Подаваемая мощность на нижестоящем конце связи может затем регулироваться с помощью изолированного или неизолированного источника питания в зависимости от количества передаваемой мощности.

Проектирование схемы PoE и стандарты

Системы PoE имеют простую топологию, которая регулирует проектирование связи и передачу питания. Конец связи оборудования питания (PSE) передает питание к устройству питания (PD), часто через несколько портов. Питание передается по кабелю Ethernet от 44 до 57 В (номинальное значение 48 В). Это относительно высокое напряжение позволяет эффективно передавать питание без создания чрезмерной опасности для безопасности.

Рабочая группа IEEE 802.3 отвечает за все стандарты Ethernet и контролирует эволюцию PoE. В таблице ниже перечислены основные спецификации PoE для различных контроллеров и устройств. Эти стандарты регулируют концы PSE и PD связи PoE, и они будут исходной точкой для любого контроллера, который вам нужно выбрать для системы PoE. Эти спецификации действительны для питания, предоставляемого по кабелю Cat5e на расстояние до 100 м.

Задача этих контроллеров - вести переговоры друг с другом, чтобы конец PSE мог определить, сколько мощности (тока) подавать на конец PD связи PoE. Как только мощность доставлена на желаемом уровне, стандартный преобразователь постоянного тока на конце PD связи может быть использован для понижения напряжения до более низкого уровня и обеспечения питания конечных устройств. Преобразователь на выходе контроллера PD может быть изолированным или неизолированным в зависимости от количества тока, протекающего через связь PoE.

Выбор контроллеров источника питания и устройства питания

Контроллеры источника питания и устройства питания являются краеугольным камнем вашего проекта схемы PoE и должны быть выбраны в соответствии с требованиями к мощности на порт для вашей идеальной среды. Контроллеры, разработанные в соответствии с одним из вышеуказанных стандартов, будут иметь рейтинги тока и напряжения, которые обеспечивают надежность в пределах требуемых лимитов мощности, но есть и другие стандарты, которые следует учитывать, такие как интегрированные схемы защиты от перегрузки по мощности или температуре, количество выходов (для контроллеров PSE) и программируемость.

Maxim Integrated, MAX5969A/B

MAX5969A/B от Maxim Integrated - это контроллер интерфейса питаемого устройства, соответствующий стандартам IEEE 802.3af/at для проектирования схем PoE (Классификация 0 до 5). Для передачи энергии MAX5969A/B может выдерживать 100 В на входе и ограничивает пусковой ток ниже 180 мА до переключения на его более высокий токовый предел между (720 и 880 мА). Устройство имеет интегрированные силовые MOSFET и входное UVLO с широкой гистерезисом, чтобы предотвратить любые сбои питания при переключении состояний. Диапазон рабочих температур достигает до 85 °C.

Схема приложения MAX5969A/B для питания через Ethernet. Из технического описания MAX5969A/B.

ON Semiconductor, NCP1096

Контроллер интерфейса питаемого устройства NCP1096 от ON Semiconductor соответствует спецификации IEEE 802.3af/at/bt и поддерживает собственные приложения на 100 Вт и более. Максимальная температура перехода достигает до 125 °C, что делает этот компонент идеальным для суровых условий эксплуатации, требующих PoE. Другие интегрированные функции включают защиту от перегрузки по току и защиту от перегрева. Класс, запрашиваемый NCP1096 во время классификации устройства, может быть установлен через резисторы, подключенные к выводам CLA и CLB. Пример показан на схеме приложения ниже.

Схема приложения для контроллера интерфейса питаемого устройства NCP1096. Из технического описания NCP1096.

Analog Devices, LTC4266A/C

На стороне источника системы PoE контроллер оборудования источника питания (PSE) LTC4266A/C обеспечивает питание до 4 устройств; этот компонент представлен в различных вариантах на основе уровня выходной мощности (13, 38.7, 57.2, 70 и 90 Вт). Варианты этого компонента идеально подходят для питания ряда устройств с низким потреблением энергии. У Analog Devices есть другие контроллеры PSE, совместимые с устройствами до типа 4 PD.

Пример схемы приложения с компонентами LTC4266 и LTC4265 для проектирования схем PoE. Из технического описания LTC4266.

Другие компоненты для проектирования схем PoE

Приведенные выше примеры компонентов охватывают важные интерфейсы контроллера, необходимые с обеих сторон связи PoE. Однако для обеспечения питания на конечном устройстве PD требуются и другие компоненты. Например, если вы используете RJ45 без интегрированных магнитных элементов, вам понадобятся дроссели общего режима и другие пассивные элементы для обеспечения дискретных магнитных элементов и завершения по Бобу Смиту. Еще один распространенный компонент защиты на входе стороны PD - диод TVS. Оба являются примерами компонентов, необходимых для применений в промышленных высокомощных устройствах. Помимо этих компонентов, системам PoE требуется ряд пассивных элементов и других компонентов управления питанием для обеспечения регулируемого питания для компонентов ниже по течению. Вот некоторые из других компонентов, которые вам понадобятся для проектирования схем PoE:

Когда вам нужно выбрать компоненты для проектирования схемы PoE, вы можете найти все необходимые детали с помощью расширенного поиска и функций фильтрации на Octopart. Используя поисковую систему электронных компонентов Octopart, вы получите доступ к полному набору данных дистрибьюторов и спецификациям деталей, и все это доступно в удобном для пользователя интерфейсе. Посмотрите нашу страницу с интегральными схемами управления питанием, чтобы найти необходимые компоненты.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.