Există o mulţime de articole şi note de aplicaţie care explică teoria telealimentării prin reţeaua Ethernet. Acesta se vrea un ghid practic de implementare a unei soluţii PoE, pentru cei ce doresc să dezvolte propria soluţie.
Conform figurii 1, primul etaj component al unei astfel de structuri este cel numit “Polarity Protection” (detectarea polarităţii cu autoinversare). Acest etaj este necesar datorită faptului că IEEE 802.3af permite aplicarea tensiunii de telealimentare într-un cablu CAT5e prin mai multe configuraţii.
Configuraţia A, conform figurii 2, permite aplicarea şi extragerea tensiunii folosind priza mediană a transformatoarelor de adaptare din MDI (Media Dependant Interface). Polaritatea tensiunii injectate de PSE (Power Sourcing Equipment) poate fi aleasă cu (+) la linia TX şi (-) la linia RX, unic determinat, dar poate să se schimbe la destinaţie datorită utilizării unui cablu încrucişat (crossover). Pentru această configuraţie o simplă punte redresoare la dispozitivul alimentat (PD – Powered Device) rezolvă problema, iar standardul IEEE permite instalarea acesteia.
În celelalte configuraţii acceptate de IEEE (figurile 3 şi 4), tensiunea este aplicată de PSE prin perechile nefolosite ale unei reţele 10BASE-T sau 100BASE-T. IEEE specifică faptul că polul pozitiv trebuie legat la perechea 4&5, iar cel negativ la perechea 7&8. În acest caz nu mai este nevoie de o punte redresoare la PD, dar este utilă în practică.
Specificaţiile IEEE detaliază reţelele 10BASE-T şi 100BASE-T, făcând referiri sumare la 1000BASE-T, care utilizează toate cele patru perechi pentru a transmite date. Soluţiile de mai sus (conform figurilor 3 şi 4) scurtcircuitează perechile de date într-o reţea 1000BASE-T. Figura 5 arată configuraţia corectă de telealimentare pe astfel de reţele.
Al doilea etaj este cel pentru Semnătura şi Clasa echipamentului alimentat (PD). Pentru a evita ca PSE să aplice o tensiune de 48V către un echipament care nu are nevoie de alimentare, PSE aplică iniţial o tensiune mică (2,7V – 10,1V) şi aşteaptă să “vadă” o rezistenţă de 25Kohm ca “semnătură”. Capacitatea pe intrarea PD trebuie să fie de maxim 150nF. Multe PSE nu verifică acest parametru, dar unele o fac. Este important de reţinut că dacă rezistenţa de semnătură nu este scoasă din circuit după validare, ea va trebui să suporte tensiunea maximă a PSE şi să disipe un maxim de ~130mW (25K @ 57V).
“Clasificarea de curent” sau “Clasa circuitului” este utilizată pentru a informa PSE cu privire la puterea maximă solicitată de PD. Aceasta este foarte utilă în managementul sursei de alimentare în cazul switch-urilor sau hub-urilor de mari dimensiuni.
După “citirea” unei semnături valide, PSE va creşte tensiunea de ieşire la o valoare între 14,5V şi 20,5V şi va măsura curentul. Tabelul de mai jos arată domeniile de curent pentru diferite Clase. Un curent măsurat mai mic de 4mA va clasifica PD în Clasa 0. Clasa 4 este rezervată pentru dezvoltări ulterioare.
Al treilea etaj este cel de control al tensiunii de intrare. Este important să nu se admită funcţionarea convertorului DC/DC în momentul în care PSE verifică semnătura şi clasificarea de curent. Acest etaj trebuie să valideze funcţionarea convertorului pentru tensiuni de intrare mai mari de 35V. Aceasta rezultă din tensiunea de lucru minimă a PSE=42V, 20Ohm rezistenţă serie a cablării şi conectării, la un curent maxim livrat de PSE de 350mA.
Al patrulea etaj este convertorul DC/DC. O tensiune nominală de intrare de 48V nu este cea mai potrivită, având în vedere că echipamentul alimentat va utiliza în cele mai multe cazuri 3.3V, 5V sau 12V, dar ţinând cont de specificaţiile IEEE pentru tensiunea de ieşire a PSE, este recomandabil să se proiecteze un DC/DC cu plaja de intrare între 36V şi 57V.
O întrebare foarte frecventă este “câtă putere este disponibilă?”. Trebuie ţinut cont de faptul că la PSE puterea totală disponibilă minimă este de 15,4W (350mA@44V), pierderea de putere pe cablu este de 2,45W (20Ohm@350mA), iar randamentul convertorului DC/DC este 75% – 80% (pentru o schemă nu foarte pretenţioasă). Astfel puterea totală disponibilă ajunge la 10,36W (cu 80% randament).
nicodin.turdeanu@codico.com