I componenti magnetici PoE vengono scelti in base alla corrente del center-tap: MagJack per 802.3af, at e bt

Il Power over Ethernet (PoE) trasmette corrente continua (DC) attraverso gli stessi componenti magnetici che trasportano i dati; pertanto, la scelta di un MagJack PoE attiva corrente, coppie e polarizzazione:

Punti chiave

• Scegli i componenti magnetici PoE in base alla corrente nominale del center-tap per il tipo di PoE, non in base alla velocità: un MagJack 1000BASE-T non è automaticamente certificato per trasportare PoE.
• IEEE 802.3af (Tipo 1) fornisce 15,4 W al PSE a 350 mA; IEEE 802.3at (Tipo 2, PoE+) fornisce 30 W a 600 mA per coppia.
• IEEE 802.3bt Tipi 3 e 4 alimentano tutte e quattro le coppie — 60 W e 90 W al PSE nelle classi da 5 a 8 — quindi ogni center-tap nel jack trasporta corrente.
• La corrente PoE si annulla in un nucleo ideale, ma lo squilibrio di resistenza delle coppie lascia una corrente continua netta che riduce l'OCL (induttanza a circuito aperto); pertanto, un componente che soddisfa il valore OCL a 8 mA potrebbe non essere sufficiente sotto polarizzazione PoE.
• Un MagJack non PoE con lo stesso footprint non è un sostituto per il PoE: i suoi center-tap lato cavo sono spesso collegati a una rete di terminazione invece di essere portati ai pin.

Regola empirica di progettazione: dimensiona la portata del center-tap in base alla corrente di coppia richiesta dalla classe più elevata supportata, quindi leggi l'OCL a un livello di polarizzazione PoE — il valore OCL nominale descrive un punto operativo non PoE.

Dove scorre la corrente PoE attraverso i componenti magnetici

Il PoE non interferisce mai con il segnale differenziale. L'apparecchiatura di alimentazione (PSE) applica una tensione continua tra due coppie: la corrente entra nel center-tap lato cavo del trasformatore 1CT:1CT di una coppia, si divide equamente tra i due conduttori di quella coppia e ritorna attraverso il center-tap di un'altra coppia. Poiché la corrente è di modo comune su ciascuna coppia, i dati differenziali a 100 Ω transitano senza subire alterazioni.

Gli standard IEEE 802.3af e 802.3at definiscono due modi per farlo. L'Alternativa A alimenta le coppie sui pin 1/2 e 3/6; l'Alternativa B alimenta le coppie sui pin 4/5 e 7/8. Un dispositivo alimentato (PD) deve accettare l'alimentazione su entrambi, motivo per cui gli ingressi PD sono posti dietro un ponte raddrizzatore. Lo standard IEEE 802.3bt aggiunge l'alimentazione a quattro coppie, utilizzando entrambi i set contemporaneamente.

La conseguenza pratica per la scelta del jack: ogni coppia in grado di trasportare alimentazione deve avere il suo centro di derivazione (center tap) lato cavo disponibile — portato su un pin in un PD, o pilotato dal controller PSE su uno switch. Sui connettori RJ45 MagJack, quella topologia a centro di derivazione è fissa all'interno del componente, quindi deve essere letta dallo schema interno prima del layout, non scoperta durante l'avvio.

Lato PSE vs. Lato PD: Cosa cambia per il jack

Lo stesso grado di velocità del MagJack viene specificato in modo diverso a ciascuna estremità del collegamento. Sul lato PSE — uno switch, un iniettore o un videoregistratore di rete — i centri di derivazione lato cavo si collegano all'uscita del controller PSE e il jack si trova in una fila di altre porte alimentate. La densità delle porte e il calore dominano la selezione.

Sul lato PD — una telecamera, un access point, un sensore industriale o un'interfaccia HMI — i centri di derivazione lato cavo alimentano il ponte raddrizzatore e il controller PD. Il jack trasporta sempre solo la corrente di una porta, ma deve portare ogni centro di derivazione alimentato su un pin, e spesso si trova in un involucro sigillato senza flusso d'aria. Se i componenti magnetici si trovino all'interno del jack o accanto ad esso è una decisione separata, trattata nella nostra guida sui componenti magnetici Ethernet integrati vs. discreti; le valutazioni seguenti si applicano in entrambi i casi.

Le tre valutazioni che determinano un MagJack PoE

Un MagJack PoE è qualificato in base a tre valutazioni, e i numeri principali della scheda tecnica descrivono raramente il tuo punto operativo.

• Corrente del centro di derivazione (Center-tap current). Le metà dell'avvolgimento e il percorso del centro di derivazione trasportano l'intera corrente della coppia, quindi la valutazione deve coprire la corrente assorbita dalla classe più alta supportata — con un margine alla temperatura ambiente massima, non a temperatura ambiente.
• OCL sotto polarizzazione DC. Idealmente, la corrente PoE scorre in direzioni opposte attraverso le due metà dell'avvolgimento e il suo flusso si annulla. I cavi e i contatti reali non sono mai perfettamente bilanciati, quindi rimane una corrente continua netta che spinge il nucleo verso la saturazione. I componenti magnetici 100BASE-TX tipici del settore sono specificati a 350 µH o più con 8 mA di polarizzazione; alla corrente PoE lo squilibrio assoluto è maggiore, quindi leggi l'OCL a una polarizzazione di livello PoE.
• Aumento di temperatura. La perdita resistiva negli avvolgimenti e nel percorso del centro di derivazione riscalda il componente; controllalo rispetto all'intervallo di temperatura ambiente nominale, che arriva da −40 a +85 °C sui componenti di grado industriale.

Il controllo da eseguire sul proprio schema: individua la classe richiesta dal tuo PD o fornita dal tuo PSE, mappala sul relativo tipo e sulla corrente della coppia di fili nella tabella sottostante, conferma se l'alimentazione arriva sulle coppie di dati, sulle coppie di riserva o su tutte e quattro, e infine verifica sullo schema interno del jack che la presa centrale di ogni coppia alimentata sia portata all'esterno, e non collegata a una rete di terminazione.

IEEE 802.3bt: Cosa richiedono i tipi 3 e 4

Lo standard IEEE 802.3bt (2018), comunemente chiamato PoE++, ha esteso il Power over Ethernet da due coppie alimentate a quattro. Il Tipo 3 fornisce 60 W al PSE e 51 W al PD; il Tipo 4 fornisce 90 W e 71,3 W. Le classi 5 e 6 appartengono al Tipo 3, mentre le classi 7 e 8 al Tipo 4.

L'alimentazione a quattro coppie modifica i requisiti magnetici non solo in termini di entità, ma anche di tipologia. Tutte e quattro le prese centrali lato cavo trasportano ora corrente, pertanto un jack progettato per il funzionamento a due coppie di Tipo 1 o Tipo 2 non può essere utilizzato per il servizio di Tipo 3 o Tipo 4, anche se l'ingombro corrisponde. Anche il carico termico aumenta con la potenza totale, il che è particolarmente critico negli involucri PD sigillati.

La corrente per coppia nei tipi 3 e 4 dipende dalla classe e dalla condivisione della corrente sulle quattro coppie, quindi è necessario fare riferimento alla scheda tecnica del jack piuttosto che estrapolare il dato dal Tipo 2. La maggior parte delle linee di un produttore di jack modulari RJ45 separa i componenti PoE++ da quelli PoE e PoE+ proprio per questo motivo.

PoE multi-porta: il calore si accumula nei jack raggruppati

Una singola porta alimentata raramente rappresenta un problema termico. Un PSE costruito su connettori RJ45 multi-porta raggruppati 1xN o sovrapposti 2xN inserisce molti set di avvolgimenti alimentati in un unico alloggiamento, e il calore di ciascuno si somma a quello dei vicini. Le porte interne sono quelle che raggiungono le temperature più elevate perché circondate su entrambi i lati.

Effettua il derating in base alla scheda tecnica multi-porta anziché al valore del singolo porto, pianifica il flusso d'aria lungo la fila di jack e considera la classe massima supportata su ogni porta contemporaneamente come scenario di progettazione: questa è la condizione che uno switch a pieno carico si troverà ad affrontare.

Tipi di PoE e cosa devono supportare i componenti magnetici

Domande frequenti

PoE+ è uguale a 802.3at?

Sì, PoE+ è il nome comune per lo standard IEEE 802.3at (2009), designato anche come Tipo 2. Eroga 30 W al PSE e 25,5 W al dispositivo alimentato, a 600 mA per coppia. PoE si riferisce allo standard IEEE 802.3af (Tipo 1), mentre PoE++ allo standard IEEE 802.3bt (Tipi 3 e 4).

Quali componenti magnetici servono per il PoE?

Sono necessari componenti magnetici classificati per il proprio tipo di PoE: prese centrali disponibili per ogni coppia alimentata, una corrente nominale della presa centrale che copra la corrente del set di coppie e OCL specificato sotto polarizzazione DC di livello PoE. La velocità di trasmissione e la classificazione PoE sono specifiche separate, pertanto è necessario verificare entrambe sulla scheda tecnica anziché presumere che una implichi l'altra.

Un MagJack non PoE può trasportare corrente PoE?

No, un MagJack non PoE non dovrebbe essere utilizzato su una porta alimentata. Le sue prese centrali lato cavo sono spesso collegate tramite una rete di terminazione a resistori e i suoi avvolgimenti non sono classificati per la corrente PoE o per lo squilibrio che ne deriva. I PSE conformi agli standard rilevano una firma PD valida prima di applicare l'alimentazione, ma un iniettore passivo applica la tensione a prescindere.

Lo standard 802.3bt richiede componenti magnetici a quattro coppie?

Sì, per il funzionamento di Tipo 3 e Tipo 4. Lo standard IEEE 802.3bt alimenta tutte e quattro le coppie, quindi tutte e quattro le prese centrali lato cavo trasportano corrente e devono essere estratte e classificate di conseguenza. Un MagJack PoE o PoE+ a due coppie non può essere utilizzato come sostituto, anche se l'ingombro corrisponde.

Posso utilizzare un secondo fornitore per un MagJack PoE senza riqualificare la scheda?

Spesso sì, se il ricambio corrisponde non solo per ingombro. Deve essere equivalente all'originale per tipo di PoE, corrente nominale della presa centrale (center-tap), topologia interna della presa centrale, OCL sotto carico, intervallo di temperatura operativa e configurazione dei LED. Uno strumento di riferimento incrociato RJ45 seleziona i candidati in base al numero di parte originale; equivalenti drop-in, campioni e disegni meccanici sono disponibili su richiesta per la verifica.

La scelta dei componenti magnetici PoE dipende dal tipo di PoE e dal numero di coppie da supportare, da una corrente nominale della presa centrale dimensionata per la classe più elevata alla temperatura ambiente massima e dall'OCL misurato con un bias a livello PoE anziché con il valore nominale non PoE. Verificare la topologia interna della presa centrale sullo schema prima del layout: è l'unico parametro che un ingombro corrispondente non rivela.