Power over Ethernet (PoE) este un concept aplicat zi de zi și în continuă expansiune în diverse aplicații. Aparate distribuite într-o arie largă sau în clădiri sunt alimentate cu putere electrică chiar prin cablul de rețea Ethernet. Acest concept permite ca diverse dispozitive conectabile IP, să nu mai necesite alimentarea de la rețeaua publică AC prin adaptoare de putere. PoE este standardizat, dar în principal se folosește în aplicații din domeniul comercial, supraveghere, control acces și în general unde conexiunile sunt de tipul stea. PoE se extinde și în domeniul industrial, deși conexiunea punct-la-punct este o restricție. Industrial Ethernet-ul tinde să înlocuiască alte standarde precum Profibus, iar acesta variază de la intrarea de nivel mic și switch-uri gigabit modulare pentru Wireless LAN Access Point (WLAN).
Power-over-Ethernet (PoE) folosește două perechi de conductoare răsucite într-un cablu de conectare Ethernet standard TIA-568B CAT5/5e RJ-45 pentru a livra putere DC la un dispozitiv activat prin PoE.
Este util când nu se dispune de prize de rețea AC și adaptoare AC/DC. Cablul CAT5 are 4 perechi de fire răsucite: 2 perechi sunt pentru transfer de date, iar alte 2 perechi sunt neutilizate și pot fi alocate la transmiterea PoE.
Tehnologia Power-over-Ethernet (PoE) permite ca telefoane IP, puncte de acces LAN wireless și alte dispozitive ce înglobează microcontrolere, dar pot fi cuplate la Ethernet într-o structură de tip stea, să primească putere electrică simultan cu datele comunicate prin cablurile de rețea existente, respectând standarde IEEE.
Definiții importante
:
• IEEE 802.3af (15.4W/port): Standardul a fost aprobat în anul 2003. Oferă 48VDC la o sarcină efectivă de până la 12.95W la o distanță de 100 de metri. (PSE trimite o putere maximă de 15.4W cu 350mA la tensiunea minimă de 44V la PD. Un cablu standard Cat5 de 100m are o rezistență de aprox. 20Ω, având pierderi aprox. 2.45W). Standardul facilitează interoperabilitatea, asigură aplicarea de putere numai acolo unde este cazul, precum și mandatele de precauție și de protecție împotriva defectării. Dezavantaje ca nedefinirea polarității și nealocarea perechilor de fire și faptul că permite tensiune de vârf până la 60V (multe componente au limita ~30 V) au dus la adaptarea standardului.
• IEEE 802.3at PoE Plus (30W/port): Standardul a fost ratificat în anul 2009. Oferă 48VDC la o sarcină efectivă de până la 30W (sau mai mult). Beneficiază de el produse noi: puncte de acces wireless și multi-radio, camere de securitate Pan Tilt Zoom și telefoane IP cu video display. Pentru aplicații distribuite în care nu se pot alimenta individual aparatele, s-a extins limita de putere injectată în rețea.
• Ultra PoE (60-80W/port): Aplicații mari și variate precum stații de lucru, panouri LCD display și WAP arrays, aplicații de iluminat, senzori în sisteme de securitate și motorizare medical necesită puteri mai mari.
• Mega PoE (95W/port): Permite cea mai avantajoasă variantă de upgradare a capabilității rețelei actuale dotată cu midspan injector.
• PD – Powered Device: PD este dipozitivul final care acceptă puterea electrică transmisă prin cablul Ethernet CAT5.
• PSE – Power Source Equipment: PSE injectează putere electrică în cablul Ethernet.
Parametrii de intrare ai PD, care sunt testați de PSE, pentru validarea alimentării PoE sunt:
– rezistența caracteristică = RGOOD (19k − 26, 5k),
– rezistența tipică = RTY P (25k),
– capacitatea caracteristică = CGOOD (max.150nF).
Criterii de rejecție a PD:
– rezistența RBADmin (<= 15k) sau
- rezistența RBADmax (>= 33k) sau
– capacitatea CBADmin (>= 10μF)
• Endspan injector: Puterea este injectată în cablul Ethernet din fiecare Switch Layer 2 Ethernet (care este capabil să comunice date prin cablul Ethernet). Se găsesc injectoare endspan montate în rack-uri de echipamente.
• Midspan injector: Puterea este injectată în cablul Ethernet folosind un dispozitiv (situat între Switch Ethernet și dipozitivul final) care are un port Data-IN și un port Data + Power-OUT. Acest dispozitiv, având tipic un factor de formă 2×1×3 (inch), este alimentat cu un adaptor AC/DC. Se găsesc injectoare midspan montate pe perete sau pe un raft din dulapul de cablare. Termenul “PoE Injector” folosit frecvent se referă la un injector midspan și este de obicei, un singur port injector.
Beneficiile PoE
Portabilitatea: se pot instala dispozitive în locuri unde e greu de asigurat alimentarea cu energie electrică. De exemplu, camere video de supraveghere sau puncte de acces wireless în locuri fără prize la rețea electrică.
Reducerea costurilor: nu mai sunt necesare fire de alimentare și adaptoare AC/DC.
Simplitatea: în același cablu de ethernet se folosesc perechi de fire oricum disponibile.
Siguranța în funcționare: se poate folosi o sursă UPS care va alimenta PoE numai când cade rețeaua de alimentare AC.
Siguranța în utilizare: nu se transmit tensiuni alternative mari, cum ar fi cazul rețelei de 220Vac. Nivelele de tensiune sunt comparabile ce cele ale unei linii telefonice standard (48VDC).
Întreținerea ușoară: se poate restarta dispozivul alimentat PoE de la distanță, fără apăsarea unui buton de reset. Dispozitivele pot fi repoziționate punând un cablu LAN.
Flexibilitatea: se poate trece la alt nivel de putere dacă se adaugă dispozitive noi în rețea.
Limitările PoE
Dispozitivele trebuie să aibă consum mic de energie.
Dacă se depășește distanța de 100m trebuie intercalate dispozitive numite extendere.
Trebuie pusă o diodă supresoare la intrarea în PD pentru protecția la tensiuni peste 58V (standardul specifică o tensiune PoE nominală de 57V).
Dispozitivele PD trebuie să limiteze curentul in-rush (curent absorbit de capacitoare pe intrare) la conectare pentru a nu forța injectorul de putere PSE.
Texas Instruments oferă un portofoliu complet de circuite integrate PoE pentru Echipamente Surse de Putere (PSE) și dispozitive alimentate cu putere (PD). Cu
soluții pentru o varietate de aplicații, cum ar fi telefoanele PoE VoIP, camere video de securitate, monitoare subțiri, cititoare RFID și puncte de acces wireless, controlerele respectă IEEE 802.3af, IEEE 802.3at și oferă soluții conforme cu Universal Power over Ethernet (UPOE). Se oferă, de asemenea, modele de referință, note de aplicații actuale și open-source Link Layer Discovery Protocol-(LLDP) software (în curând!), pentru a face soluțiile PoE mai ușor de folosit în proiecte. Cele mai recente componente PoE din familie – TPS2378 si TPS2379 – vizează echipamente care necesită putere > 25.5W livrată PoE.
Detalii și Note de aplicații: www.ti.com/ww/en/analog/poe/
Portofoliul PSE
TPS23841 – High Power Wide Voltage Range Quad Port Ethernet Power Sourcing Equipment Manager
TPS2384 – Quad Ethernet Power Sourcing Equipment Power Manager
TPS23851 – High Power Wide Voltage Range Quad Port Ethernet Power Sourcing Equipment Manager
Portofoliul PD
TPS23751 – IEEE 802.3at PoE Interface and Green-mode DC/DC Controller
TPS2379 – IEEE 802.3at PoE High-Power PD Interface with External
TPS2378 – IEEE 802.3at PoE High-Power PD Interface with AUX Control
TPS23757 – High Efficiency PoE Interface and DC/DC Controller
TPS23753A – IEEE 802.3-2005 PoE Interface and Isolated Converter Controller with Enhanced ESD Ride-Through
TPS23754-1 – IEEE 802.3at PoE Interface and Isolated Converter Controller
TPS23754 – High Power/High Efficiency PoE Interface and DC/DC Controller
TPS23753 – IEEE 802.3-2005 PoE Interface and Isolated Converter and Controller
TPS2376-H – IEEE 802.3af PoE HIGH POWER PD CONTROLLER
TPS23750 – IEEE 802.3af PD Controller with Integrated DC/DC
TPS2377 – IEEE 802.3af PoE Powered Device Controllers
TPS2376 – IEEE 802.3af PoE Powered Device Controllers
TPS2375 – IEEE 802.3af PoE Powered Device Controllers
TPS23770 – IEEE 802.3af PD Controller with Integrated DC/DC
TPS2377-1 – IEEE 802.3af PoE Powered Device Controllers
TPS23756 – High Power/High Efficiency PoE Interface and DC/DC Controller
TPS23752 – IEEE 802.3at PoE Interface and Green-mode DC/DC Controller
TPS2375-1 – IEEE 802.3af PoE Powered Device Controllers
LM5073 – 100V Power Over Ethernet PD Interface with Aux Support
LM5072 – Integrated 100V Power Over Ethernet PD Interface and PWM Controller with Aux Suppor
LM5071 – Power Over Ethernet PD Controller with Auxiliary Power Interface
LM5070 – Integrated Power Over Ethernet PD Interface and PWM Controller
ECAS
ELECTRO este distribuitor autorizat al companiei Texas Instruments [ www.ti.com ]
Autor:
Ing. Emil Floroiu
ECAS ELECTRO
emil.floroiu@ecas.ro
www.ecas.ro