11 мифов о питании по Ethernet (PoE)

Во время взлета эпохи беспроводной связи Ethernet может показаться вчерашней технологией, но его присутствие можно увидеть практически повсюду. Это даже будет иметь решающее значение в предоставлении услуг 5G, отчасти благодаря Power over Ethernet (PoE) и последней итерации спецификации, которая повышает общую доступную мощность передачи по кабельному соединению до 90 Вт.

Это значительное увеличение мощности по сравнению с предыдущими версиями PoE, что позволяет более сложным подключенным устройствам работать без необходимости автономного источника питания. Несмотря на очевидные преимущества, у многих инженеров могут возникнуть опасения относительно использования технологии в их следующем проекте, поэтому давайте взглянем на некоторые из мифов, которые окружают Power over Ethernet, и приступим к их разоблачению рациональным и разумным способом.

PoE не является экономически выгодным

Наверное, это самый легкий миф для развенчания, потому что питание по Ethernet объединяет две основные функции в одном кабеле. Power over Ethernet означает именно это: одни и те же проводники используются как для питания, так и для связи, а это означает, что вам действительно нужен только один кабель вместо двух. Кроме того, вам не нужно устанавливать электрическую розетку рядом с оборудованием или устройством с питанием (PD), если его нет, потому что вся энергия подается от маршрутизатора или источника питания (PSE), как известно — по кабелю Ethernet.

А это значит, что вы не только экономите на затратах на прокладку кабелей, но и потенциально можете сэкономить на стоимости установки сетевой розетки. Добавление источника питание в вашу инфраструктуру также намного проще и быстрее. Использование PoE дает возможность (без шуток) передать оборудование в руки администратора сети, а не электрика или персонала по обслуживанию здания.

Эффективность низковольтного преобразования и распределения электрической энергии в сочетании с возможностью управления питанием для каждого устройства отдельно означает, что общую стоимость эксплуатации также будет легче контролировать, что в конечном итоге должно уменьшить количество потребляемой мощности.

Сложность проектирования

Как и в случае любой стандартной технологии, поставщики, такие как ON Semiconductor, должны предоставлять решения, отвечающие требованиям, установленным независимыми органами. В данном случае это включает в себя эталонные конструкции (рисунок ниже) с документацией, которая соответствуют Программе сертификации PoE Ethernet Alliance. Эксперименты других испытательных лабораторий также могут быть использованы для подтверждения соответствия.

Типичная схема питания по Ethernet (PoE)

Эталонные конструкции обеспечивают идеальный фундамент для начала проектирования, но при этом предоставляют производителям достаточно свободы для добавления собственной добавленной стоимости на прикладном уровне. Использование эталонного дизайна в качестве основы для сети Ethernet с питанием не только даст командам разработчиков надежную отправную точку, но также поможет гарантировать, что их устройство питания совместимы с любыми источниками питания на рынке.

Имеет ограниченное применение

Возможно, это было так с более ранними версиями технологии, но последняя спецификация (IEEE 802.3bt) увеличивает мощность, доступную для устройств с питанием, до 90 Вт. Полупроводниковая индустрия в течение многих лет находится на агрессивной кривой развития, снижая энергопотребление для отдельных транзисторов. Это позволяет производителям интегрированных устройств (IDM) добавлять больше функций при меньшем энергопотреблении, поэтому мы видим два фактора: увеличение количества энергии, доступной для устройств с питанием, и устройства с питанием, которые расходуют меньше энергии при большей мощности.

Для большинства инженеров-проектировщиков это означает, что теперь у них относительно больший бюджет энергопотребления, прежде чем станет вопрос об использовании автономного питания, что связано с сопутствующими затратами на проектирование, спецификацию и сертификацию. Если учесть эти факторы, то будет справедливо сказать, что питанием через Ethernet (PoE) теперь может удовлетворить требования большего количества приложений, чем когда-либо прежде.

Вы не можете совмещать гигабитные скорости Ethernet с питанием

Возможно, это распространенное заблуждение, потому что идея размещения протоколов связи поверх силовых проводников была известна уже некоторое время, и в прошлом она действительно заставляла искать компромиссы между передачей данных и энергии. Но с Power over Ethernet это становится мифом, благодаря новой задумке и внедрению технологии.

В этом случае питание подается на проводники связи с использованием синфазного напряжения для каждой пары проводников, в то время как в витой паре Ethernet используется дифференциальная сигнализация. Устройство с питанием получает доступ к источнику напряжения, используя центральный отвод стандартного импульсного трансформатора Ethernet.

Питание по Ethernet и IoT

Для скоростей передачи данных 10 или 100 Мбит / с питание по Ethernet предлагает два метода объединения передачи энергии и данных. Первый вариант использует одни и те же провода для передачи энергии и данных, а второй — отдельные витые пары. Чтобы достичь 1 Гбит / с, для передачи данных необходимы все проводники, поэтому первый является единственным реальным вариантом. Чтобы достичь 90 Вт, IEEE 802.3bt требует добавления питания ко всем витым парам в кабеле Ethernet, а Gigabit Ethernet также использует все четыре витые пары для передачи данных. Таким образом, можно обеспечить 90 Вт мощности и скорости Gigabit Ethernet, используя совместимый с IEEE 802.3bt кабель Ethernet.

Питание по Ethernet не подходит для IoT

Да, это правда, что PoE возник почти параллельно с IoT. Однако в первые дни они, вероятно, даже не знали друг о друге. Однако в настоящее время наблюдается несколько важных тенденций, которые указывают на то, что эти две технологии идеально согласованы.

Во-первых, ожидается, что число конечных точек интернет вещей (IoT) будет увеличиваться в годовом исчислении, по крайней мере, в течение следующих пяти лет. Многие из этих устройств будут интеллектуальными датчиками или интеллектуальными исполнительными механизмами — относительно небольшими устройствами, которые нуждаются в небольшом количестве энергии, но обязательно должны быть подключены к интернету. Многие популярные на сегодняшний день беспроводные протоколы все еще борются за обеспечение прямой IP-адресации, что означает, что они должны быть подключены с использованием локального шлюза, который, в свою очередь, вероятно, будет подключен к интернету с помощью проводного соединения Ethernet.

Интернет вещей и питание по Ethernet могут значительно помочь друг другу

Добавление питания по Ethernet к шлюзу может быть вариантом с нулевыми издержками. Для беспроводных подключенных конечных точек по-прежнему требуется питание, которое будет подаваться либо с использованием аккумуляторов первичных элементов (и, следовательно, требуют замены), либо с использованием автономного питания (поэтому им необходим преобразователь переменного тока в постоянный). Использование PoE устранит необходимость, как в наличии аккумуляторных батарей, так и в автономном питании, а также в наличии беспроводного соединения.

Безопасность в IoT — это растущая проблема, тесно связанная с беспроводным соединением, поскольку единственным препятствием для подключения к незащищенной конечной точке является близость. При проводном соединении Ethernet безопасность неявна, поскольку требует физического доступа к конечной точке.

Кроме того, по очевидным причинам наиболее популярные беспроводные протоколы, используемые в IoT, работают в не лицензированной части спектра. Это привело к высокому уровню перегрузки радиочастотного спектра, и, хотя используемые протоколы очень хорошо справляются с этим, все же возникают проблемы надежности и стабильности. Это также потенциально увеличивает рабочую мощность из-за количества отброшенных пакетов, которые, возможно, потребуется отправить повторно. Питание по Ethernet не страдает от тех же проблем и обеспечивает гораздо более надежный и стабильный канал связи.

Рассеиваемая мощность в кабеле создает проблемы

Идея передачи относительно большой мощности по проводам, которые были разработаны исключительно для передачи данных, может вызывать беспокойство среди инженеров, которые уже имеют дело с такими проблемами, как целостность сигнала и рассеяние мощности. Но важно понимать, что PoE — это не запоздалая мысль, которая была ретроспективно добавлена ​​таким образом, чтобы подчеркнуть основную технологию. Спецификации IEEE 802.3 были разработаны инженерами, которые разбираются в этих проблемах и учитывают их.

Например, в спецификации IEEE 802.3bt предусмотрено, что мощность 90 Вт требует использования всех четырех витых пар в кабеле. Тем не менее, стандарт также предусматривает максимальную длину кабеля 100 метров. При использовании только двух витых пар (набор пар) для подачи питания максимальное сопротивление контура постоянного тока для набора пар не должно превышать 12,5 Ом. Это гарантируется использованием кабеля категории 5 или выше.

Из этого можно сделать вывод, что рассеяние мощности не будет проблемой до тех пор, пока требования спецификации будут выполняться.

Новый стандарт требует нового оборудования

Как и в большинстве отраслевых стандартов, важно поддерживать обратную совместимость. Спецификация IEEE 802.3bt полностью обратно совместима с IEEE 802.3af (12,95 Вт на источнике питания) и IEEE 802.3at (25,50 Вт на источнике питания).

Интегрированные контроллеры NCP1095 и NCP1096 предназначены для приложений питания по Ethernet (PoE)

Это означает, что реализация нового стандарта не потребует аппаратного изменения всех источников питания в существующей сети. Это важно, так как позволяет сочетать стандарты питания по  Ethernet в одной сети.

Для подачи питания все равно понадобится изолированный источник питания

Это не предписано спецификацией, но в некоторых случаях может потребоваться реализация изолированной топологии DC-DC. Как правило, это требуется, если нет корпуса, оставлены открытые контакты или если изоляция выводов MDI от замыкания на землю невозможна. Если источник питания полностью закрыт, приемлемым будет не изолированный преобразователь постоянного тока.

Однако нет ни одного однозначного ответа на этот вопрос; это будет зависеть от приложения. В некоторых случаях было бы совершенно приемлемым использовать не изолированную топологию, например, в приложении освещения.

Вам нужна дополнительная защита в вашем устройстве

Защита от скачков напряжения и тока необходима в любом приложении, поэтому PoE ничем не отличается в этом отношении. Надлежащая практика проектирования должна включать использование ограничителей переходных напряжений, выбранных для обеспечения надлежащего уровня защиты. Это ограничит напряжение, которое может быть приложено к приемнику электроэнергии и его компонентам во время скачков напряжения.

Использование питания по Ethernet не увеличивает риск повреждения от скачков напряжения, но технология не защищена от него. Таким образом, потребность в защите не выше, чем при использовании других форм подачи питания.

Вы не можете комбинировать устройства разных производителей

Это может иметь место в случае некоторых беспроводных технологий, основанных на дополнительных протоколах, но стандарт IEEE 802.3bt был разработан с учетом возможности взаимодействия. Это означает, что любой источник питания будет работать с любым потребителем электроэнергии, независимо от производителей.

Такие компании, как Sifos Technologies, специализируются на разработке автоматизированного контрольно-измерительного оборудования для тестирования PSE и PD. Между тем, Лаборатория взаимодействия Университета Нью-Гемпшира является эксклюзивным сторонним испытательным центром для программы сертификации PoE Ethernet Alliance, позволяющей компаниям сертифицировать свои продукты PSE и PD собственными силами.

Вы не можете иметь питание по Ethernet без самого Ethernet

Это понятное предположение, но на самом деле можно использовать соединение PoE исключительно для доставки энергии. Даже если электроэнергия подается вместе с данными по одним и тем же проводникам, они сосуществуют чисто с физической точки зрения. Любое устройство, которому не требуется более 30 Вт и которое имеет правильный аппаратный интерфейс, сможет извлекать питание из кабеля Ethernet и использовать его для любых целей без необходимости обратной связи с источником питания. Для большей мощности требуется, чтобы устройство соответствовало стандартам связи PoE PSE.

Хотя это не тот способ, которым PoE действительно предназначен для использования, он жизнеспособен и еще более расширяет его потенциал.

Энергия и данные тесно связаны, особенно в IoT. Питание по Ethernet обладает потенциалом для предоставления устройств нового поколения, которые требуют высоких скоростей передачи данных и высокого уровня безопасности. Возможность подачи до 90 Вт электроэнергии на устройство с гигабитной скоростью передачи данных по одному кабелю, который может быть установлен сетевыми инженерами, откроет новые возможности на всех рынках.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *