Standard de alimentare Ethernet îmbunătățit

În această parte a articolului (a se vedea începutul EC10), sunt discutate avantajele și dezavantajele tehnologiilor moderne pentru transmisia de date de mare viteză pe rețele de energie. Aceste tehnologii avansate sunt promovate în mod activ de către asociații și alianțe internaționale și europene -. HomePlug Powerline Alliance, OPERA, UPA, HD-PLC, etc. O atenție deosebită este acordată HomePlug caietul de sarcini pachet.







Sistemele de control și de monitorizare sunt din ce în ce mai inteligente și ramificate, care necesită toate canalele de comunicare de lățime de bandă mai mare. Recent, pe scară largă a primi noi tipuri de schimb de informații utilizate în dispozitivele, automatizare acasă, rețele de calculatoare pentru birouri mici și de acasă, în sisteme distribuite, de securitate, de incendiu și alte alarme, care sunt, de asemenea nevoie de o infrastructură de rețea dezvoltată și mijloace inteligente de interacțiune. Articolul discută avantajele și dezavantajele unora dintre tehnologiile de transmisie a rețelei electrice.

În cadrul articolelor a două interfețe digitale moderne HDMI și DisplayPort, se iau în considerare modalitățile de protecție a cipurilor de interfață de procesele tranzitorii parazite, metodele de testare și recomandările pentru luarea deciziilor privind problemele apărute la testare. Se discută regulile de bază pentru proiectarea dispozitivelor care utilizează aceste interfețe de mare viteză.

Unul dintre aspectele care necesită o activitate de inginerie atentă este un nou mecanism de clasificare care ar permite ca dispozitivele de alimentare și alimentare să se determine reciproc. Datorită acestei capacități, echipamentul PSE furnizează puterea necesară nu numai dispozitivelor PD de la standardul 802.3.af (așa-numitul echipament de primul tip), dar și dispozitive PD de 802.3at (echipamente de tipul al doilea); Dispozitivele PD 802.3.af - abilitatea de a primi energie de la echipamentele PSE 802.3at și dispozitivele PD 802.3.at - pentru a stabili dacă nivelul necesar de putere pentru ele. Pentru fiecare dintre aceste combinații, este necesară determinarea corectă a comportamentului compatibil al acestor dispozitive pentru a menține abilitatea de a comunica în cadrul standardului 802.3. Posibilitatea de identificare reciprocă a dispozitivelor a fost realizată în PoE + utilizând un mecanism de clasificare a echipamentelor atent gândit, precum și un nou mecanism de nivel de date.
PoE + are o clasificare pentru două evenimente, atunci când alimentatorul repetă testul 802.3af de două ori. La fiecare sondare a dispozitivului alimentat, se formează un singur impuls de curent (vezi figura 1) corespunzând unui anumit nivel de putere.

Fig. 1. Clasificarea prin două evenimente și un protocol de strat de legătură

În primul rând, sursa de alimentare generează un impuls de tensiune în domeniul 15,5 ... 20,5 V într-o linie de date cu două fire sau o linie de rezervă. Dispozitivul alimentat răspunde cu un impuls de curent PSE de până la 40 mA pentru una dintre cele patru clase de putere. Un impuls dual este un semnal pentru dispozitivul alimentat de faptul că sursa de alimentare conectată oferă de fapt niveluri de putere în conformitate cu 802.3at.
Alimentatorul de curent 802.3at răspunde cu un semnal de curent de clasă 4, informând sursa de alimentare că are nevoie de o injecție completă de energie. Metoda de clasificare a nivelului 1 în 802.3af a furnizat o cerere PDE opțională pentru un dispozitiv PD pentru a determina cerința de putere. Cu toate acestea, în specificația 802.3at, echipamentul PSE de tipul al doilea este necesar pentru a efectua clasificarea dispozitivului pentru cel puțin un eveniment.
După îmbunătățirea metodei de clasificare a echipamentelor, grupul de dezvoltatori ai standardului PoE + a definit clasificarea unui nou nivel de date (nivelul 2) - un protocol de nivel de legătură (LLDP) pentru comunicarea între sursa de alimentare și dispozitivele alimentate. După stabilirea legăturii, aceste dispozitive pot utiliza LLDP pentru a determina cerința de putere a PD, precum și pentru a re-interoga dispozitivul PD cu echipamentul PSE, pentru a determina starea sa și cerințele de alimentare.
Acest mecanism permite echipamentului de alimentare să aloce în mod dinamic nivelurile de putere aparatelor PD în trepte de 0,1 W, iar aceste dispozitive pot să solicite energie și apoi să o respingă. Comunicarea la nivelul 2 are funcții suplimentare pentru interogarea unor astfel de informații, cum ar fi puterea de vârf, puterea medie și ciclul de funcționare. Importanța noii funcții de atribuire a nivelului de putere nu poate fi accentuată în ceea ce privește cerințele în creștere pentru sistemele ecologice. Protocolul LLDP este un mecanism de clasificare opțional pentru PSE, dar trebuie implementat pe PD. Dacă echipamentul PSE efectuează o singură clasificare a evenimentelor, PD poate solicita o putere de alimentare mai mare pe protocolul LLDP. Figura 1 prezintă atât metoda de clasificare utilizată în PoE +.
Sunt cunoscute două tipuri de dispozitive de alimentare: injector intermediar (Midspan) și terminale de alimentare (Endspan). Controlerele intermediare (sau injectorii de putere) alimentează cablurile Ethernet între comutatorul LAN și dispozitivul PD alimentat. Injectorii intermediari oferă o transmisie de date de la un capăt la altul. Utilizarea lor este recomandată pentru instalarea echipamentelor energetice în rețelele existente, deoarece în timp ce nu este nevoie să înlocuiți comutatorul.
Terminalul de alimentare este un comutator cu funcții PoE încorporate și, prin urmare, utilizarea acestuia nu necesită un injector intermediar. Terminalele de alimentare sunt utilizate atunci când se construiesc noi rețele de la zero. Deoarece injectorii intermediari au acces doar la nivelul de putere, în PoE + folosesc o clasificare cu două evenimente pentru a solicita o putere de mare putere. Protocolul LLDP folosește un strat de date și, prin urmare, controlerele terminale pot comunica cu dispozitivul alimentat utilizând această metodă suplimentară de clasificare.
Sistemele PoE au două sarcini, pentru care se determină puterea, - conectorul de ieșire al echipamentului de alimentare și conectorul de intrare al dispozitivului alimentat. Una dintre cele mai importante realizări ale specificației PoE + este o creștere a curentului de până la 600 mA. Aceasta înseamnă că dispozitivul PSE trebuie să furnizeze un curent continuu de cel puțin 600 mA cu o tensiune de ieșire minimă de 50 V, care corespunde unei puteri de 30 wați. Cu o rezistență nominală a cablului de cel mult 12,5 ohmi, se obține o putere de 25,5 W la conectorul sursei de alimentare. Având în vedere eficiența conversiei în magistrala 48-V, sarcina PD de ieșire primește o putere de 24,6 W.






Desigur, o nevoie mai mare de putere - o cerință a pieței, iar acum este deja a existat o nevoie urgentă de o soluție puternică pentru PD, care ar depăși capacitatea propuse 12,95 wați. Există mai multe dispozitive de rețea au nevoie de o capacitate mai mare de putere. Pentru a rezolva această problemă, sistemul ar trebui să fie proiectat cu noua oferta de motor și standard de PoE + dispozitive (de exemplu, Linear Technology Company), care permit să se încadreze în bugetul de putere în conformitate cu noua specificație, și chiar crește consumul de energie în aplicații proprietare.

În prezent, producătorii de echipamente PSE doresc să instaleze în rețea cât mai curând posibil porturi PoE + puternice. Pentru actualizarea echipamentelor PSE existente în conformitate cu specificația PoE +, aveți nevoie de:
- componente magnetice, a căror utilizare la un curent mai mare de polarizare nu va determina o creștere a ratei de eroare;
- un nou controler al echipamentului de alimentare cu un prag mai mare al curentului transmis;
- MOSFET-uri cu o suprafață mai mare de funcționare stabilă (în funcție de cipul de control folosit);
- consum mare de energie din rețea;
- Modernizarea componentelor cum ar fi conectori, siguranțe, inductoare, diode de protecție împotriva supratensiunilor apărute în timpul proceselor tranzitorii, rezistențe sensibile la curent și filtre de interferență electromagnetică.
Componentele magnetice și semiconductorii utilizați în standardul 802.3af, în multe cazuri, pot fi ușor înlocuiți cu echivalentul a 802.3at. În ciuda faptului că, odată cu trecerea echipamentelor PSE de la 802.3af la 802.3at, sistemul trebuie să facă multe schimbări, vom considera doar componenta cheie care facilitează această tranziție, controlerul PoE + PSE.
LTC4266 de Linear Technology (vezi. Fig. 2) reprezintă primul controlor PSE cu patru porturi, complet compatibile cu 802.3at și înapoi compatibile cu controler populare LTC4259A, utilizate în 802.3af. Acesta nu numai că oferă niveluri de putere cu alimentare dispozitiv, care oferă un nou standard, dar, de asemenea, compatibil înapoi cu standardul original PoE, permițându-vă să partajați până la patru PoE PD-PoE + dispozitive, precum și în diverse combinații. După cum sa menționat deja, în conformitate cu echipamentul de alimentare 802.3at caietul de sarcini trebuie să furnizeze o putere de ieșire de 30 wați per conector PSE, astfel că, după pierderea cablului la dispozitivul alimentat a fost aplicat la 25,5 wați. regulator LTC4266 oferă 30 Watts, având o disipare a căldurii considerabil mai mici.

Fig. 2. Regulator PoE + PSE cu patru canale LTC4266 și PoE + PD controler LTC4269 cu regulator de impuls integrat

La proiectarea PSE de generație următoare, este important să selectați un injector cu putere mai mare care funcționează în conformitate cu noile mecanisme de clasificare și să asigure funcționarea fiabilă și eficientă a sistemului PoE. controlerul LTC4266 are un transfer extrem de scăzut de căldură, ceea ce simplifică foarte mult proiectarea termică a sistemului în raport cu PSE-operatori care folosesc MOSFETs mai puternic RDS rezistență în general mai mari (ON). LTC4266 sprijină MOS externe tranzistori, în cazul defectării portului din cauza eșecului nu apare un efect de domino MOS tranzistor, în care canalele adiacente încetează să funcționeze.
LTC4266 de înaltă precizie permite utilizarea de rezistență redusă rezistoare detecție curent și, mai important, tranzistori MOS cu o valoare scăzută RDS (ON) atunci când controlul liniar curent și tensiune. Valoarea minimă a rezistor curent poate fi de 0,25 ohmi și RDS (ON) - 0,09 ohmi, prin rezistența totală maximă a canalului este de jumătate din această valoare, în cazul altor PSE-operatori. Ca urmare, producția de căldură este redusă semnificativ, ceea ce permite dezvoltatorilor să utilizeze cu ușurință și în mod fiabil LTC4266 fără radiator.
Dezvoltatorii PSE-echipamente, nu doresc să proiecteze propriul dispozitiv de la zero, au posibilitatea de a profita de noi module detașabile PoETec PSE ICM (conector integrat Module), care oferă o serie de furnizori, inclusiv Molex, Tyco și Belfuse. În special, o soluție elegantă de 8 și 12 porturi este oferită cu controlerul LTC4266 PSE.

Tranziția de la 802.3af standard 802.3at lateral dispozitiv alimentat poate fi simplificată sau parțial redusă pentru a înlocui mai multe componente, deoarece acestea includ punte redresoare, PD-controler, DC / DC-transformator și controler, care permite de a satisface toate cererile de sarcină consumul de energie.
Problema transferului de căldură nu este atât de acută pentru dispozitivele alimentate, spre deosebire de echipamentul de alimentare, dar în primul rând este necesar să se obțină o eficiență energetică ridicată. De asemenea, dezvoltatorii trebuie să decidă dacă dispozitivele PD pot funcționa de la o unitate auxiliară de alimentare și dacă este necesară izolarea încărcării PD. Ca și în cazul upgrade-urilor PSE la PoE +, implementarea cu succes a dispozitivelor alimentate este în mare măsură dependentă de controlerul PoE + PD.
Pentru a maximiza eficiența dispozitivului PD, este necesară rezolvarea problemelor cheie. Deci, atunci când implementați un circuit izolat, nu utilizați optocuploare, care sunt utilizate de obicei în buclă de feedback a convertorului. Cea mai importantă decizie poate fi alegerea unui controler PD flexibil, care să permită obținerea unei eficiențe ridicate a soluției. Ca referință, tehnologia Linear oferă un exemplu de LTC4269 cu o eficiență impresionantă de 94% pentru circuitele izolate.
Fiind LTC4266 echivalent (vezi. Fig. 2), LTC4269 este complet compatibil cu controlerul IEEE 802.3at cu un stabilizator de puls integrat full-featured și suportul auxiliar de până la 16 V. Deși standardul 802.3at care limitează puterea 25,5 valorii W, LTC4269 nu are limite curente - controlerul poate consuma 30 de wați sau mai mult, ceea ce vă permite să setați propriile niveluri de putere și să accesați funcțiile dispozitivului PD în afara specificațiilor PoE +. Regulatorul are o fiabilitate crescută datorită încorporat 100 MOSFET hot swappable, care izolează PD-controler și DC / DC-convertizor pentru detectare și clasificare, oferind un curent de anclanșare de 100 mA pentru toate PSE-echipament.
Piața oferă două modele de LTC4269 pentru optimizarea soluțiilor PD. Diferența dintre ele se află în întrerupătoare - LTC4269 include un controler sincron, în timp ce LTC4269-2 are un controler sincron înainte. Controlerul de revenire poate reduce numărul de componente utilizate și poate crea numărul necesar de ieșiri prin înfășurare suplimentară. Controlerul cu direcție directă are o eficiență ușor mai mare, comparativ cu dispozitivul flyback, la curenți de sarcină mare.
În ambele cazuri, detectarea sincronă face posibilă creșterea puterii de ieșire, eficiența conversiei și îmbunătățirea reglajului încrucișat în aplicații cu un număr mare de cabluri. În plus, în sistemele cu zgomot redus, controlerele sunt sincronizate cu un generator extern. Trebuie remarcat faptul că patentat LTC4269-1 feedback-ul topologie No-opto companie Linear Technology, oferind izolare completă, în conformitate cu IEEE 802.3, fără circuit de optocuplor [1].
Utilizarea unui optocuplor implică astfel de dezavantaje ca feedback-ul, inclusiv. coeficientul variabil de amplificare a circuitului închis, determinat de abaterea permisă a parametrilor optocuplorului, precum și sensibilitatea la temperaturi ridicate și aprecierea soluției. Optocuplarea și stabilizatorul paralel în circuitul de reacție sunt înlocuite de o înfășurare adițională pe transformator, ceea ce permite îmbunătățirea stabilizării, eficienței și simplificării circuitului.

PoE + oferă mai multă putere și metode mai bune de clasificare în rețelele PoE existente. Pentru a fi compatibile cu acest injector standard trebuie să livreze putere de 30 de wați în linia de date sau linia de așteptare, iar PD-dispozitiv - nu consuma mai mult de 25.5 W intrare conector RJ45. O sursă de alimentare compatibilă cu PoE + trebuie să realizeze o clasificare hardware pentru un eveniment; cu clasificarea a două evenimente și clasificarea stratului de date al protocolului stratului de legătură sunt mecanisme opționale.
Dispozitivul PD trebuie să răspundă la o încercare de a clasifica două evenimente (prin intermediul unui controler PD) și un protocol de strat de legătură (prin intermediul unui microprocesor PD). În prezent, sunt deja compatibile cu sistemele PoE +.

1. Christopher Gobok, Power over Ethernet (PoE) crește: este acum PoE + // www.industrialcontroldesignline.com/howto/219501121.







Trimiteți-le prietenilor: