Bộ điều khiển cho Thiết kế Mạch Power Over Ethernet (PoE)

Created: Tháng Sáu 4, 2021
Updated: Tháng Bảy 1, 2024

Theo các tiêu chuẩn 802.3af/at/bt cho thiết kế mạch điện qua Ethernet (PoE).

Bất cứ khi nào bạn có một số lượng lớn bộ chuyển đổi nguồn được đóng gói trong một không gian nhỏ, bạn sẽ gặp phải vấn đề quá nhiệt và các bộ biến áp cồng kềnh xuất hiện từ tường hoặc dải nguồn. Trong một trung tâm dữ liệu, môi trường công nghiệp, hoặc văn phòng, điện qua Ethernet (PoE) là một cách để cung cấp điện từ một trung tâm, switch, hoặc bộ điều khiển khác cho nhiều thiết bị ở hạ lưu. Các ứng dụng ví dụ bao gồm hệ thống an ninh, thiết bị mạng, điểm truy cập không dây, kiosks, và nhiều hơn nữa.

Mỗi thiết kế mạch PoE, dù là nguồn cung cấp điện hay người nhận điện, đều cần một IC điều khiển để cung cấp điện cho các thiết bị hạ lưu. Những bộ điều khiển này tuân theo các tiêu chuẩn cụ thể quản lý nguồn điện ra và nguồn điện vào được phép ở mỗi đầu của liên kết. Nguồn điện được cung cấp ở đầu hạ lưu của liên kết sau đó có thể được điều chỉnh với một nguồn cung cấp điện cách ly hoặc không cách ly, tùy thuộc vào lượng điện được cung cấp.

Thiết kế Mạch và Tiêu Chuẩn PoE

Các hệ thống PoE có một cấu trúc đơn giản điều khiển thiết kế liên kết và cung cấp điện. Đầu nguồn cung cấp điện (PSE) của liên kết cung cấp điện xuống thiết bị điện (PD), thường qua nhiều cổng. Điện được cung cấp qua cáp Ethernet từ 44 đến 57 V (48 V danh nghĩa). Điện áp tương đối cao này cho phép truyền điện hiệu quả mà không tạo ra nguy cơ an toàn quá mức.

Nhóm làm việc IEEE 802.3 chịu trách nhiệm về tất cả các tiêu chuẩn Ethernet và chịu trách nhiệm giám sát sự phát triển của PoE. Bảng dưới đây liệt kê các thông số kỹ thuật PoE chính cho các bộ điều khiển và thiết bị khác nhau. Những tiêu chuẩn này quản lý cả hai đầu PSE và PD của một liên kết PoE, và chúng sẽ là điểm xuất phát cho bất kỳ bộ điều khiển nào bạn cần chọn cho một hệ thống PoE. Những thông số kỹ thuật này hợp lệ cho nguồn điện được cung cấp qua cáp Cat5e lên đến 100 m.

Trách nhiệm của những bộ điều khiển này là đàm phán với nhau để đầu PSE có thể xác định lượng điện (dòng điện) cần cung cấp cho đầu PD của liên kết PoE. Một khi điện được cung cấp ở mức mong muốn, một bộ chuyển đổi DC-DC tiêu chuẩn ở đầu PD của liên kết có thể được sử dụng để giảm điện áp xuống mức thấp hơn và cung cấp điện cho các thiết bị cuối. Bộ chuyển đổi ở đầu ra của bộ điều khiển PD có thể được cách ly hoặc không cách ly, tùy thuộc vào lượng dòng điện được rút qua liên kết PoE.

Chọn Bộ Điều Khiển Nguồn Cung Cấp và Thiết Bị Điện

Bộ điều khiển nguồn cung cấp và thiết bị điện là nền tảng của thiết kế mạch PoE của bạn và nên được chọn để phù hợp với yêu cầu về nguồn điện mỗi cổng cho môi trường lý tưởng của bạn. Các bộ điều khiển được thiết kế theo một trong những tiêu chuẩn trên sẽ có các xếp hạng dòng điện và điện áp đảm bảo độ tin cậy trong giới hạn nguồn điện yêu cầu, nhưng còn có các tiêu chuẩn khác cần xem xét, như mạch bảo vệ nguồn điện hoặc nhiệt độ tích hợp, số lượng đầu ra (cho các bộ điều khiển PSE), và khả năng lập trình.

Maxim Integrated, MAX5969A/B

MAX5969A/B từ Maxim Integrated là một bộ điều khiển giao diện thiết bị được cấp nguồn tuân thủ với các tiêu chuẩn IEEE 802.3af/at cho thiết kế mạch PoE (Phân loại 0 đến 5). Đối với việc truyền tải nguồn, MAX5969A/B có thể chịu được 100 V tại đầu vào và giới hạn dòng khởi động dưới 180mA trước khi chuyển sang giới hạn dòng cao hơn giữa (720 và 880 mA). Thiết bị tích hợp power MOSFETs và một UVLO đầu vào với độ trễ rộng để ngăn chặn bất kỳ sự cố nguồn nào khi chuyển trạng thái. Phạm vi nhiệt độ đánh giá mở rộng lên đến 85 °C.

Mạch ứng dụng PoE của MAX5969A/B. Từ tài liệu dữ liệu MAX5969A/B.

ON Semiconductor, NCP1096

Bộ điều khiển giao diện thiết bị được cấp nguồn của ON Semiconductor, NCP1096, tuân thủ với quy định IEEE 802.3af/at/bt và hỗ trợ các ứng dụng độc quyền với công suất trên 100 W. Nhiệt độ nút đánh giá mở rộng lên đến 125 °C, làm cho linh kiện này lý tưởng cho môi trường khắc nghiệt yêu cầu PoE. Các tính năng tích hợp khác bao gồm bảo vệ quá dòng và bảo vệ quá nhiệt. Lớp được yêu cầu bởi NCP1096 trong quá trình phân loại thiết bị có thể được thiết lập thông qua các điện trở kết nối với các chân CLA và CLB. Một ví dụ được hiển thị trong mạch ứng dụng bên dưới.

Mạch ứng dụng cho bộ điều khiển giao diện thiết bị được cấp nguồn NCP1096. Từ tài liệu dữ liệu NCP1096.

Analog Devices, LTC4266A/C

Ở phía nguồn của hệ thống PoE, bộ điều khiển thiết bị cung cấp nguồn (PSE) LTC4266A/C cung cấp nguồn cho tới 4 thiết bị; linh kiện này có các phiên bản dựa trên mức độ công suất đầu ra (13, 38.7, 57.2, 70, và 90 W). Các biến thể của linh kiện này lý tưởng cho việc cung cấp nguồn cho một loạt các thiết bị công suất thấp. Analog Devices cũng có các bộ điều khiển PSE tương thích với tới Type 4 PDs.

Ví dụ mạch ứng dụng với các thành phần thiết kế mạch PoE LTC4266 và LTC4265. Từ tài liệu dữ liệu LTC4266.

Các Linh Kiện Khác cho Thiết Kế Mạch PoE

Các thành phần ví dụ được hiển thị ở trên giải quyết các giao diện điều khiển quan trọng cần thiết ở cả hai phía của một liên kết PoE. Tuy nhiên, các thành phần khác cần thiết để cung cấp năng lượng cho phía PD của liên kết. Ví dụ, nếu bạn sử dụng RJ45 không tích hợp magnetics, bạn sẽ cần các cuộn cảm chế độ chung và các linh kiện thụ động khác để cung cấp magnetics rời và kết thúc Bob Smith. Một thành phần bảo vệ phổ biến khác ở đầu vào của phía PD là diode TVS. Cả hai đều là ví dụ về các thành phần cần thiết cho các ứng dụng công nghiệp công suất cao. Ngoài những thành phần này, hệ thống PoE cần một số linh kiện thụ động và các thành phần quản lý năng lượng khác để cung cấp năng lượng được điều chỉnh cho các thành phần hạ lưu. Dưới đây là một số thành phần khác bạn sẽ cần cho thiết kế mạch PoE:

Khi bạn cần chọn các thành phần cho thiết kế mạch PoE, bạn có thể tìm thấy tất cả các bộ phận bạn cần với các tính năng tìm kiếm và lọc nâng cao trong Octopart. Khi bạn sử dụng công cụ tìm kiếm điện tử của Octopart, bạn sẽ có quyền truy cập vào một bộ dữ liệu nhà phân phối đầy đủ và thông số kỹ thuật của các bộ phận, và tất cả đều dễ dàng truy cập trong một giao diện thân thiện với người dùng. Hãy xem trang mạch tích hợp quản lý năng lượng của chúng tôi để tìm các thành phần bạn cần.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.