Los componentes magnéticos PoE se eligen según la corriente de toma central: MagJacks para 802.3af, at y bt

Power over Ethernet (PoE) envía corriente continua (CC) a través de los mismos componentes magnéticos que transportan los datos, por lo que elegir un MagJack PoE implica considerar la corriente, los pares y la polarización:

Puntos clave

• Elija los componentes magnéticos PoE según la clasificación de corriente del tap central para el tipo de PoE, no por la velocidad nominal; un MagJack 1000BASE-T no está clasificado automáticamente para transportar PoE.
• IEEE 802.3af (Tipo 1) entrega 15.4 W en el PSE a 350 mA; IEEE 802.3at (Tipo 2, PoE+) entrega 30 W a 600 mA por par de conductores.
• IEEE 802.3bt Tipos 3 y 4 alimentan los cuatro pares — 60 W y 90 W en el PSE en las clases 5 a 8 — por lo que cada tap central en el jack transporta corriente.
• La corriente PoE se cancela en un núcleo ideal, pero el desequilibrio de resistencia de los pares deja una CC neta que reduce la OCL (inductancia de circuito abierto), por lo que un componente que cumple con su cifra de OCL a 8 mA puede no alcanzarla bajo polarización PoE.
• Un MagJack sin PoE compatible en footprint no es un reemplazo para PoE: sus taps centrales del lado del cable a menudo están conectados a una red de terminación en lugar de estar dirigidos a pines.

Regla general de ingeniería: dimensione la clasificación del tap central según la corriente del par que consume su clase más alta admitida, luego lea la OCL con una polarización de nivel PoE; la cifra de OCL principal describe un punto de operación sin PoE.

Por dónde fluye la corriente PoE a través de los componentes magnéticos

El PoE nunca afecta a la señal diferencial. El equipo de fuente de alimentación (PSE) aplica CC entre dos conjuntos de pares: la corriente entra en el tap central del lado del cable de un transformador 1CT:1CT de un par, se divide equitativamente entre los dos conductores de ese par y regresa a través del tap central de otro par. Debido a que la corriente es de modo común en cada par, los datos diferenciales de 100 Ω pasan sin verse afectados.

IEEE 802.3af e IEEE 802.3at definen dos formas de hacer esto. La Alternativa A alimenta los pares en los pines 1/2 y 3/6; la Alternativa B alimenta los pares en los pines 4/5 y 7/8. Un dispositivo alimentado (PD) debe aceptar energía en cualquiera de ellos, razón por la cual las entradas del PD se sitúan detrás de un puente rectificador. IEEE 802.3bt añade la alimentación de cuatro pares, utilizando ambos conjuntos simultáneamente.

La consecuencia práctica para la selección del conector: cada par que pueda transportar energía necesita que su toma central del lado del cable esté disponible, ya sea llevada a un pin en un PD o controlada por el controlador PSE en un switch. En los RJ45 MagJacks, esa topología de toma central es fija dentro de la pieza, por lo que debe leerse en el esquema interno antes del diseño, no descubrirse durante la puesta en marcha.

Lado PSE frente a lado PD: ¿Qué cambia para el conector?

El mismo grado de velocidad de MagJack se especifica de manera diferente en cada extremo del enlace. En el lado PSE (un switch, inyector o grabador de video en red), las tomas centrales del lado del cable se conectan a la salida del controlador PSE, y el conector se ubica en una fila de otros puertos alimentados. La densidad de puertos y el calor dominan la selección.

En el lado PD (una cámara, punto de acceso, sensor industrial o HMI), las tomas centrales del lado del cable alimentan el puente rectificador y el controlador PD. El conector solo transporta la corriente de un puerto, pero debe llevar cada toma central alimentada a un pin, y a menudo se encuentra en una carcasa sellada sin flujo de aire. Si los componentes magnéticos se encuentran dentro del conector o al lado es una decisión independiente, tratada en nuestra guía sobre componentes magnéticos Ethernet integrados frente a discretos; las clasificaciones a continuación se aplican en ambos casos.

Las tres clasificaciones que definen un MagJack PoE

Un MagJack PoE se califica según tres parámetros, y las cifras principales de la hoja de datos rara vez describen su punto de operación.

• Corriente de la toma central. Las mitades del devanado y la ruta de la toma central transportan la corriente total del par, por lo que la clasificación debe cubrir la corriente que consume su clase admitida más alta, con margen a temperatura ambiente máxima, no a temperatura ambiente estándar.
• OCL bajo polarización CC. Idealmente, la corriente PoE fluye en direcciones opuestas a través de las dos mitades del devanado y su flujo se cancela. Los cables y contactos reales nunca están perfectamente equilibrados, por lo que queda una CC neta que empuja el núcleo hacia la saturación. Los componentes magnéticos típicos de la industria 100BASE-TX se especifican a 350 µH o más con 8 mA de polarización; a corriente PoE, el desequilibrio absoluto es mayor, por lo que debe leerse la OCL con una polarización de nivel PoE.
• Aumento de temperatura. La pérdida resistiva en los devanados y la ruta de la toma central calienta la pieza; verifíquelo con el rango de temperatura ambiente nominal, que va de −40 a +85 °C en piezas de grado industrial.

La comprobación que debe realizar en su propio esquema: encuentre la clase que solicita su PD o que suministra su PSE, asígnela a su tipo y a la corriente del par en la tabla siguiente, confirme si la alimentación llega a través de los pares de datos, los pares de reserva o los cuatro, y luego verifique en el esquema interno del conector que la toma central de cada par alimentado esté conectada hacia afuera, no integrada en una red de terminación.

IEEE 802.3bt: Lo que exigen los tipos 3 y 4

El estándar IEEE 802.3bt (2018), comúnmente llamado PoE++, trasladó la alimentación a través de Ethernet (PoE) de dos pares alimentados a cuatro. El tipo 3 entrega 60 W en el PSE y 51 W en el PD; el tipo 4 entrega 90 W y 71,3 W. Las clases 5 y 6 pertenecen al tipo 3, y las clases 7 y 8 al tipo 4.

La alimentación de cuatro pares cambia el requisito magnético en naturaleza, no solo en grado. Las cuatro tomas centrales del lado del cable ahora transportan corriente, por lo que un conector diseñado para el funcionamiento de tipo 1 o tipo 2 de dos pares no puede utilizarse para el servicio de tipo 3 o tipo 4, incluso cuando la huella coincida. La carga térmica también aumenta con la potencia total, lo cual es más importante en carcasas de PD selladas.

La corriente por par en los tipos 3 y 4 depende de la clase y de la distribución de corriente en los cuatro pares, así que obténgala de la hoja de datos del conector en lugar de extrapolarla a partir de la cifra del tipo 2. La mayoría de las líneas de un fabricante de conectores modulares RJ45 separan sus piezas PoE++ de las piezas PoE y PoE+ precisamente por esta razón.

PoE multipuerto: el calor se acumula en los conectores agrupados

Un solo puerto alimentado rara vez representa un problema térmico. Un PSE construido sobre conectores RJ45 multipuerto agrupados 1xN o apilados 2xN coloca muchos conjuntos de bobinados alimentados en una sola carcasa, y el calor de cada uno se suma al de sus vecinos. Los puertos internos son los que más se calientan porque están rodeados por ambos lados.

Aplique una reducción de potencia (derating) según la hoja de datos del multipuerto en lugar de la cifra de puerto único, planifique el flujo de aire a través de la fila de conectores y considere la clase máxima admitida en todos los puertos a la vez como el caso de diseño; esa es la condición que un switch completamente cargado experimentará eventualmente.

Tipos de PoE y lo que deben soportar los componentes magnéticos

Preguntas frecuentes

¿Es PoE+ lo mismo que 802.3at?

Sí, PoE+ es el nombre común para IEEE 802.3at (2009), también designado como Tipo 2. Entrega 30 W en el PSE y 25.5 W en el dispositivo alimentado, a 600 mA por par. PoE se refiere a IEEE 802.3af (Tipo 1), y PoE++ a IEEE 802.3bt (Tipos 3 y 4).

¿Qué componentes magnéticos necesito para PoE?

Necesita componentes magnéticos clasificados para su tipo de PoE: tomas centrales disponibles para cada par alimentado, una clasificación de corriente de toma central que cubra la corriente del conjunto de pares y OCL especificado bajo polarización de CC de nivel PoE. El grado de velocidad y la clasificación PoE son especificaciones separadas, así que confirme ambas en la hoja de datos en lugar de asumir que una implica la otra.

¿Puede un MagJack sin PoE transportar corriente PoE?

No, un MagJack sin PoE no debe usarse en un puerto alimentado. Sus tomas centrales del lado del cable a menudo están unidas a través de una red de terminación de resistencia, y sus devanados no están clasificados para corriente PoE o el desequilibrio que conlleva. Los PSE que cumplen con los estándares detectan una firma de PD válida antes de aplicar energía, pero un inyector pasivo aplica voltaje independientemente.

¿Necesita 802.3bt componentes magnéticos de cuatro pares?

Sí, para la operación de Tipo 3 y Tipo 4. IEEE 802.3bt alimenta los cuatro pares, por lo que las cuatro tomas centrales del lado del cable transportan corriente y deben estar disponibles y clasificadas en consecuencia. Un MagJack PoE o PoE+ de dos pares no puede sustituirlo, incluso cuando su huella coincide.

¿Puedo usar un segundo proveedor para un MagJack PoE sin volver a calificar la placa?

A menudo sí, si el reemplazo coincide en algo más que en la huella. Debe ser igual al original en cuanto a tipo de PoE, capacidad de corriente de toma central, topología de toma central interna, OCL bajo polarización, rango de temperatura de funcionamiento y configuración de LED. Una herramienta de referencia cruzada RJ45 enumera los candidatos por número de pieza original, y hay equivalentes directos, muestras y dibujos mecánicos disponibles bajo petición para su verificación.

La selección de componentes magnéticos PoE depende del tipo de PoE y del número de pares que deba admitir, de una capacidad de corriente de toma central dimensionada para su clase más alta a la temperatura ambiente máxima, y de la OCL medida con una polarización de nivel PoE en lugar de la cifra principal sin PoE. Confirme la topología de la toma central interna en el esquema antes del diseño: es la única clasificación que una huella coincidente no revelará.