PoE磁気部品はセンタータップ電流で選定：802.3af、at、bt対応MagJack

Power over Ethernet（PoE）は、データ伝送に使用する磁気回路（マグネティクス）と同じ経路でDC電源を供給します。そのため、PoE対応のMagJackを選択する際は、電流、ペア、バイアスの要件を考慮する必要があります。

重要なポイント

• PoE用マグネティクスの選択は、速度グレードではなく、PoEタイプに応じたセンタータップの定格電流に基づいて行ってください。1000BASE-T対応のMagJackであっても、自動的にPoE給電に対応しているわけではありません。
• IEEE 802.3af（タイプ1）はPSE側で15.4 W（350 mA）を供給し、IEEE 802.3at（タイプ2、PoE+）はペアセットあたり600 mAで30 Wを供給します。
• IEEE 802.3btのタイプ3およびタイプ4は4ペアすべてに給電し、クラス5～8においてPSE側で60 Wおよび90 Wを供給します。そのため、ジャック内のすべてのセンタータップに電流が流れます。
• PoE電流は理想的なコア内では打ち消し合いますが、ペア間の抵抗不平衡により残留DCが発生し、OCL（開回路インダクタンス）が低下します。そのため、8 mAでOCL値を満たす部品であっても、PoEバイアス下では性能不足になる可能性があります。
• フットプリントに互換性がある非PoE対応のMagJackは、PoEの代替品にはなりません。非PoE対応品では、ケーブル側のセンタータップがピンに引き出されず、終端ネットワークに接続されていることが多いためです。

エンジニアリングの経験則：センタータップの定格は、サポートする最高クラスのペアセット電流に基づいて決定してください。また、OCLはPoEレベルのバイアスで確認してください。製品仕様に記載されている代表的なOCL値は、非PoE動作時の数値です。

PoE電流がマグネティクスを流れる仕組み

PoEは差動信号には一切干渉しません。給電機器（PSE）は2つのペアセット間にDC電圧を印加します。電流は一方のペアの1CT:1CTトランスのケーブル側センタータップから入り、そのペアの2本の導体に均等に分かれて流れ、もう一方のペアのセンタータップを通って戻ります。電流は各ペア上でコモンモードとして流れるため、100 Ωの差動データ信号は影響を受けずに伝送されます。

IEEE 802.3afおよび802.3atでは、この給電方法として2つの方式が定義されています。オルタナティブAはピン1/2および3/6のペアに給電し、オルタナティブBはピン4/5および7/8のペアに給電します。受電機器（PD）はどちらの方式でも受電可能である必要があり、そのためPDの入力部にはブリッジ整流器が配置されています。IEEE 802.3btでは、両方のセットを同時に使用する4ペア給電が追加されました。

ジャック選定における実用上の結論：電力を供給可能なすべてのペアは、ケーブル側のセンタータップが利用可能である必要があります。つまり、PD（受電側）のピンに出力されているか、スイッチのPSE（給電側）コントローラーによって駆動されている必要があります。RJ45 MagJackの場合、そのセンタータップのトポロジーは部品内部で固定されているため、レイアウト前に内部回路図から読み取る必要があり、立ち上げ時に発見するものではありません。

PSE側とPD側の違い：ジャックにとって何が変わるのか

同じ速度グレードのMagJackであっても、リンクの両端では仕様が異なります。スイッチ、インジェクター、ネットワークビデオレコーダーなどのPSE側では、ケーブル側のセンタータップがPSEコントローラーの出力に接続され、ジャックは他の給電ポートと並んで配置されます。ポート密度と熱が選定の主要な要素となります。

カメラ、アクセスポイント、産業用センサー、HMIなどのPD側では、ケーブル側のセンタータップがブリッジ整流器とPDコントローラーに供給されます。ジャックは常に1ポート分の電流しか流しませんが、すべての給電用センタータップをピンに出力する必要があり、多くの場合、空気の流れがない密閉された筐体内に設置されます。磁気部品をジャック内部に配置するか、隣に配置するかは別の判断事項であり、これについては統合型イーサネット磁気部品とディスクリート部品の比較ガイドで解説しています。以下の定格はどちらの場合にも適用されます。

PoE MagJackを決定づける3つの定格

PoE MagJackは3つの定格に基づいて評価されますが、データシートの主要な数値が実際の動作点を示していることは稀です。

• センタータップ電流：巻線の半分とセンタータップの経路にはペアセット全体の電流が流れるため、定格はサポートする最大クラスの消費電流をカバーしている必要があります。その際、室温ではなく最大周囲温度でのマージンを考慮してください。
• DCバイアス下でのOCL（開回路インダクタンス）：理想的には、PoE電流は2つの巻線半分を逆方向に流れ、磁束が打ち消し合います。しかし、実際のケーブルや接点は完全にバランスが取れているわけではないため、正味のDC成分が残り、コアを飽和状態へと押し進めます。業界標準の100BASE-TX磁気部品は、8mAのバイアスで350µH以上と規定されていますが、PoE電流では絶対的な不平衡が大きくなるため、PoEレベルのバイアスでOCLを確認してください。
• 温度上昇：巻線とセンタータップ経路の抵抗損失により部品が発熱します。産業グレードの部品では−40〜+85°Cに達する定格周囲温度範囲に対して確認を行ってください。

ご自身の回路図で確認すべきチェック項目は以下の通りです。PDが要求する、またはPSEが供給するクラスを特定し、下の表でそのタイプとペアセット電流に照らし合わせます。データペア、スペアペア、または4ペアすべてで電力が供給されるかを確認し、ジャックの内部回路図で、給電されるすべてのペアのセンタータップが引き出されていること（終端ネットワークに接続されていないこと）を検証してください。

IEEE 802.3bt：タイプ3およびタイプ4の要件

IEEE 802.3bt（2018年）は、一般的にPoE++と呼ばれ、Power over Ethernet（PoE）を2ペア給電から4ペア給電へと進化させました。タイプ3はPSEで60W、PDで51Wを供給し、タイプ4はPSEで90W、PDで71.3Wを供給します。クラス5と6はタイプ3に、クラス7と8はタイプ4に分類されます。

4ペア給電への移行は、単なる規模の拡大にとどまらず、磁気部品（マグネティクス）に対する要件を根本から変えるものです。ケーブル側の4つのセンタータップすべてに電流が流れるため、タイプ1やタイプ2の2ペア動作向けに設計されたジャックは、フットプリントが一致していても、タイプ3やタイプ4の用途に流用することはできません。また、総電力の増加に伴い熱負荷も上昇するため、密閉されたPD筐体では特に注意が必要です。

タイプ3およびタイプ4におけるペアあたりの電流は、クラスと4ペアの電流配分に依存するため、タイプ2の数値から推測するのではなく、必ずジャックのデータシートを参照してください。RJ45モジュラージャックメーカーが提供する製品ラインの多くが、PoE++対応部品をPoE/PoE+対応部品と分けているのは、まさにこの理由によるものです。

マルチポートPoE：ギャング型ジャックにおける発熱の蓄積

単一の給電ポートが熱問題を引き起こすことは稀です。1xNギャング型や2xNスタック型のマルチポートRJ45コネクタで構成されたPSEは、多数の給電巻線を一つのハウジング内に収めるため、各ポートからの熱が隣接するポートに加算されます。内側のポートは両側を囲まれているため、最も高温になります。

単一ポートの数値ではなく、マルチポート用のデータシートに基づいてディレーティング（定格軽減）を行い、ジャック列全体の通風を計画してください。また、すべてのポートで最大サポートクラスが同時に使用される状態を設計上の基準としてください。これは、フルロード状態のスイッチが最終的に直面する条件です。

PoEタイプと磁気部品の許容電流

よくある質問

PoE+は802.3atと同じですか？

はい。PoE+はIEEE 802.3at (2009)の一般的な呼称であり、タイプ2とも呼ばれます。PSEで30 W、受電デバイス（PD）で25.5 Wを供給し、ペアセットあたり600 mAを流します。PoEはIEEE 802.3af（タイプ1）を指し、PoE++はIEEE 802.3bt（タイプ3および4）を指します。

PoEにはどのようなマグネティクスが必要ですか？

ご使用のPoEタイプに対応した定格のマグネティクスが必要です。すべての受電ペアに対してセンタータップが引き出されていること、ペアセットの電流をカバーするセンタータップ電流定格であること、およびPoEレベルのDCバイアス下でOCLが規定されていることが条件です。通信速度とPoE定格は個別の仕様であるため、一方から他方を推測せず、データシートで両方を確認してください。

PoE非対応のMagJackでPoE電流を流せますか？

いいえ。PoE非対応のMagJackを給電ポートに使用しないでください。ケーブル側のセンタータップは抵抗終端ネットワークを介して接続されていることが多く、巻線はPoE電流やそれに伴う不平衡に対して定格化されていません。規格準拠のPSEは給電前に有効なPDシグネチャを検出しますが、パッシブインジェクターはそれに関係なく電圧を印加してしまいます。

802.3btには4ペアのマグネティクスが必要ですか？

はい、タイプ3およびタイプ4の動作には必要です。IEEE 802.3btは4ペアすべてに給電するため、4つのケーブル側センタータップすべてに電流が流れます。そのため、これらが引き出され、適切に定格化されている必要があります。フットプリントが一致していても、2ペア用のPoEまたはPoE+ MagJackで代用することはできません。

ボードの再評価なしでPoE MagJackをセカンドソース（代替品）として使用できますか？

多くの場合、フットプリント以外にも適合する交換品であれば可能です。PoEタイプ、センタータップ電流定格、内部センタータップトポロジー、バイアス時のOCL（開回路インダクタンス）、動作温度範囲、およびLED構成がオリジナル製品と一致している必要があります。RJ45クロスリファレンスツールを使用すると、元の部品番号から候補を絞り込むことができます。また、検証用にドロップイン互換品、サンプル、および機械図面をリクエストに応じて提供可能です。

PoEマグネティクスの選定は、サポートが必要なPoEタイプとペア数、最高周囲温度における最大クラスに対応したセンタータップ電流定格、そして非PoE時の公称値ではなくPoEレベルのバイアスで測定されたOCLに基づいて決定されます。レイアウトを行う前に、回路図上で内部センタータップトポロジーを確認してください。これは、フットプリントが一致していても判別できない唯一の定格です。