Power-over-Ethernet (PoE) - nowy standard IEEE 802.3bt wspomaga rozwój technologii w zastosowaniach IoT

Artykuł ten analizuje i omawia nowe funkcje wprowadzone w najnowszym standardzie IEEE 802.3bt, obsługujące Internet rzeczy (IoT), czyli świat w którym rzeczy są połączone ze sobą, kontrolowane i monitorowane przez Internet.

Tek.info

2020-11-18

Pojedyncza/podwójna sygnatura urządzenia zasilanego – standard IEEE 802.3bt obsługuje dwie konstrukcje urządzeń zasilanych (PD): jednosygnaturowe i dwusygnaturowe. Urządzenie zasilające (PSE) musi obsługiwać zarówno jednosygnaturowe, jak i dwusygnaturowe urządzenia zasilane (PD).

Urządzenia dwusygnaturowe obsługują zastosowania wymagające takiej samej mocy maksymalnej, jak urządzenia jednosygnaturowe, lecz zapewniają dodatkową elastyczność różnych i izolowanych konfiguracji obciążenia. Przykładem może być zewnętrzna kamera monitoringu, która wymaga zasilania wraz z grzałką lub wentylatorem chłodzącym w celu zapanowania nad ekstremalnymi warunkami termicznymi. Innym przykładem mogą być zastosowania IIoT z obwodami rezerwowymi, używanymi ze względu na niezawodność i bezpieczeństwo, które są zasilane naprzemiennie, a nie jednocześnie. Ilustracja 1 ukazuje koncepcję sygnatury pojedynczej i podwójnej.

Ilustracja 1: Koncepcja jednosygnaturowa i dwusygnaturowa (Źródło ilustracji: © Microchip)

Dodatkowe informacje techniczne na temat dwusygnaturowych urządzeń zasilanych IEEE 802.3bt można znaleźć w witrynie internetowej Ethernet Alliance (EA).

Zwiększona moc dostarczana do urządzenia zasilanego – standard IEEE 802.3bt definiuje moc maksymalną dostarczaną przez urządzenie zasilające (PSE) jako 90W, a moc odbieraną przez urządzenie zasilane (PD) jako 71,3W. Ten spadek mocy pomiędzy urządzeniem zasilającym i zasilanym wynika z maksymalnych strat 19W na całej długości maksymalnej kabla zdefiniowanej standardem Ethernet, równej 100m. W nowym standardzie IEEE 802.3bt urządzenie zasilane (PD) jest w stanie zmierzyć rezystancję kabla, obliczyć straty mocy w kablu i określić moc wystarczającą dla skompensowania maksymalnej traconej mocy 19W rozpraszanej na kablu o długości 100 metrów. Jeżeli odległość między urządzeniem zasilającym i zasilanym jest mniejsza od 100 metrów, urządzenie zasilane może otrzymać moc większą niż 71,3W. Na przykład: jeżeli długość kabla jest rzędu 2 do 5 metrów, urządzenie zasilane może otrzymać moc bliską mocy 90W dostarczanej przez urządzenie zasilające.

Udoskonalenia IEEE 802.3bt w dziedzinie sprawności energetycznej

Pomimo że nie jest to wyraźnie zdefiniowane przez standard 802.3bt, wielu wiodących dostawców układów scalonych stosowanych w rozwiązaniach PoE wprowadziło modyfikacje swoich wyrobów zmierzające do poprawy sprawności energetycznej.

Ilustracja 2: Topologia blokowa PoE (Źródło ilustracji: © Microchip)

Przed zapoznaniem się z ilustracją 2 należy zdefiniować funkcje urządzeń zasilających (PSE) i zasilanych (PD). Wymagane funkcje urządzenia zasilającego można pokrótce określić następująco:

Wykrywanie odpowiednich urządzeń zasilanych
Klasyfikacja mocy urządzeń zasilanych
Dostarczanie do urządzeń zasilanych mocy od 4W do 90W przy napięciu od 44V do 57V
Optymalizacja i alokacja mocy
Monitorowanie usterek i odłączanie w razie konieczności
Wyłączanie zasilania odpowiednich portów w przypadku wykrycia zbyt małego prądu
Zabezpieczenie nadnapięciowe
Zapewnienie izolacji od obwodów przełączających

Z kolei funkcje urządzeń zasilanych można podsumować następująco:

Zabezpieczenie przed nieprawidłową polaryzacją
Zapewnienie sygnatur niezbędnych dla wykrywania i prawidłowej klasyfikacji
Optymalizacja mocy
Zapewnienie izolacji
Zapewnienie odpowiedniego napięcia wstępnego przy uruchamianiu z użyciem prądu stałego
Obniżenie napięcia 57V do regulowanego napięcia zasilania wykorzystywanego w danym zastosowaniu

Jak widać na ilustracji 2, moc z urządzenia zasilającego (PSE) jest przesyłana kablem Ethernet do urządzenia zasilanego (PD). Mikroukład mostka diodowego urządzenia zasilanego prostuje napięcie z kabla. W 2-parowych systemach PoE napięcie może być dostarczane jedną z par danych lub parami zapasowymi, ale nie obydwiema. W 4-parowych systemach PoE zdefiniowanych standardem IEEE 802.3bt wszystkie pary są zasilane. Z tego względu urządzenie zasilane musi zawierać dwa mostki (ilustracja 3).