PoE-magnetics worden gekozen op basis van center-tap stroom: MagJacks voor 802.3af, at en bt

Power over Ethernet stuurt gelijkstroom door dezelfde magnetische componenten die de data transporteren. Daarom vereist het kiezen van een PoE MagJack aandacht voor stroom, paren en bias:

Belangrijkste punten

• Kies PoE-magnetics op basis van de stroomsterkte van de center-tap voor het PoE-type, niet op basis van de snelheidsklasse — een 1000BASE-T MagJack is niet automatisch geschikt voor PoE.
• IEEE 802.3af (Type 1) levert 15,4 W bij de PSE met 350 mA; IEEE 802.3at (Type 2, PoE+) levert 30 W bij 600 mA per paarset.
• IEEE 802.3bt Types 3 en 4 voeden alle vier de paren — 60 W en 90 W bij de PSE voor klassen 5 tot 8 — waardoor elke center-tap in de jack stroom voert.
• PoE-stroom heft elkaar op in een ideale kern, maar weerstandsonbalans in de paren laat netto gelijkstroom over die de OCL verlaagt. Hierdoor kan een onderdeel dat voldoet aan de OCL-waarde bij 8 mA, tekortschieten onder PoE-bias.
• Een footprint-compatibele niet-PoE MagJack is geen vervanging voor PoE: de center-taps aan de kabelzijde zijn vaak verbonden met een afsluitnetwerk in plaats van naar pinnen geleid.

Vuistregel voor technici: bepaal de rating van de center-tap op basis van de stroomsterkte van de paarset die uw hoogst ondersteunde klasse verbruikt, en lees vervolgens de OCL af bij een PoE-niveau bias — het algemene OCL-cijfer beschrijft een werkpunt zonder PoE.

Waar PoE-stroom door de magnetics vloeit

PoE raakt het differentiële signaal nooit aan. De Power Sourcing Equipment (PSE) brengt gelijkstroom aan tussen twee paarsets: de stroom komt binnen via de center-tap aan de kabelzijde van de 1CT:1CT-transformator van één paar, verdeelt zich gelijkmatig over de twee geleiders van dat paar en keert terug via de center-tap van een ander paar. Omdat de stroom common-mode is op elk paar, wordt de 100 Ω differentiële data ongehinderd doorgegeven.

IEEE 802.3af en 802.3at definiëren twee manieren om dit te doen. Alternatief A voedt de paren op pinnen 1/2 en 3/6; Alternatief B voedt de paren op pinnen 4/5 en 7/8. Een Powered Device (PD) moet stroom op beide kunnen accepteren, wat de reden is dat PD-ingangen achter een bruggelijkrichter zijn geplaatst. IEEE 802.3bt voegt voeding over vier paren toe, waarbij beide sets tegelijkertijd worden gebruikt.

De praktische consequentie voor de keuze van de jack: elk paar dat stroom kan voeren, heeft zijn center-tap aan de kabelzijde nodig — naar buiten gebracht naar een pin op een PD, of aangestuurd door de PSE-controller op een switch. Bij RJ45 MagJacks ligt die center-tap-topologie vast in het onderdeel, dus deze moet vóór de layout uit het interne schema worden gelezen en niet pas worden ontdekt bij het opstarten.

PSE-zijde versus PD-zijde: Wat verandert er voor de jack

Dezelfde snelheidsgraad van MagJack wordt aan elk uiteinde van de verbinding anders gespecificeerd. Aan de PSE-zijde — een switch, injector of netwerkvideorecorder — worden de center-taps aan de kabelzijde verbonden met de uitgang van de PSE-controller, en de jack bevindt zich in een rij met andere gevoede poorten. Poortdichtheid en warmte zijn hierbij doorslaggevend voor de keuze.

Aan de PD-zijde — een camera, access point, industriële sensor of HMI — voeden de center-taps aan de kabelzijde de bruggelijkrichter en de PD-controller. De jack voert altijd slechts de stroom van één poort, maar moet elke gevoede center-tap naar een pin brengen en bevindt zich vaak in een afgesloten behuizing zonder luchtstroom. Of de magnetics zich in de jack of ernaast bevinden, is een aparte beslissing, die wordt behandeld in onze gids over geïntegreerde versus discrete Ethernet-magnetics; de onderstaande classificaties zijn in beide gevallen van toepassing.

De drie classificaties die bepalend zijn voor een PoE MagJack

Een PoE MagJack wordt gekwalificeerd op basis van drie classificaties, en de kopnummers in de datasheet beschrijven zelden uw specifieke werkpunt.

• Center-tap stroom. De wikkelingshelften en het center-tap-pad voeren de volledige stroom van het paar, dus de classificatie moet de stroom dekken die uw hoogst ondersteunde klasse verbruikt — met een marge bij maximale omgevingstemperatuur, niet bij kamertemperatuur.
• OCL onder DC-bias. Idealiter vloeit de PoE-stroom in tegengestelde richtingen door de twee wikkelingshelften en heft de flux elkaar op. Echte kabels en contacten zijn echter nooit perfect in balans, waardoor er een netto DC achterblijft die de kern richting verzadiging duwt. Industrie-typische 100BASE-TX magnetics worden gespecificeerd op 350 µH of meer met 8 mA bias; bij PoE-stroom is de absolute onbalans groter, dus lees de OCL af bij een bias op PoE-niveau.
• Temperatuurstijging. Weerstandsverlies in de wikkelingen en het center-tap-pad verwarmt het onderdeel; controleer dit tegen het nominale omgevingsbereik, dat voor industriële onderdelen loopt van −40 tot +85 °C.

De controle die u op uw eigen schema moet uitvoeren: zoek de klasse die uw PD aanvraagt of uw PSE levert, breng deze in kaart met het type en de stroom per paar in de onderstaande tabel, bevestig of de stroom aankomt via dataparen, reserveparen of alle vier, en controleer vervolgens op het interne schema van de jack of de middenaftakking van elk gevoed paar naar buiten wordt gebracht — en niet is verbonden met een afsluitnetwerk.

IEEE 802.3bt: Wat Type 3 en 4 vereisen

IEEE 802.3bt (2018), algemeen bekend als PoE++, heeft Power over Ethernet verplaatst van twee gevoede paren naar vier. Type 3 levert 60 W bij de PSE en 51 W bij de PD; Type 4 levert 90 W en 71,3 W. Klasse 5 en 6 behoren tot Type 3, en klasse 7 en 8 tot Type 4.

Voeding via vier paren verandert de vereisten voor magnetische componenten fundamenteel, niet alleen in mate. Alle vier de middenaftakkingen aan de kabelzijde voeren nu stroom, dus een jack die is ontworpen voor Type 1 of Type 2-werking met twee paren kan niet worden gebruikt voor Type 3 of Type 4, zelfs niet als de voetafdruk overeenkomt. De thermische belasting stijgt ook met het totale vermogen, wat vooral belangrijk is in afgesloten PD-behuizingen.

De stroom per paar bij Type 3 en 4 hangt af van de klasse en de stroomverdeling over de vier paren; haal deze gegevens daarom uit het datasheet van de jack in plaats van te extrapoleren op basis van het Type 2-cijfer. De meeste lijnen van een fabrikant van RJ45 modulaire jacks scheiden hun PoE++ onderdelen om precies deze reden van PoE en PoE+ onderdelen.

Multi-Port PoE: Warmte stapelt zich op in gekoppelde jacks

Een enkele gevoede poort is zelden het thermische probleem. Een PSE gebouwd op 1xN gekoppelde of 2xN gestapelde multi-port RJ45-connectoren plaatst veel sets gevoede wikkelingen in één behuizing, en de warmte van elk voegt zich bij die van zijn buren. Binnenste poorten worden het heetst omdat ze aan beide kanten omringd zijn.

Pas de specificaties aan volgens het datasheet voor meerdere poorten in plaats van het cijfer voor een enkele poort, plan de luchtstroom over de rij jacks en behandel de maximaal ondersteunde klasse op elke poort tegelijk als het ontwerpgeval — dat is de conditie die een volledig belaste switch uiteindelijk zal zien.

PoE-types en wat de magnetische componenten moeten dragen

Veelgestelde vragen

Is PoE+ hetzelfde als 802.3at?

Ja — PoE+ is de gangbare naam voor IEEE 802.3at (2009), ook wel Type 2 genoemd. Het levert 30 W bij de PSE en 25,5 W bij het gevoede apparaat, bij 600 mA per paarset. PoE verwijst naar IEEE 802.3af (Type 1), en PoE++ naar IEEE 802.3bt (Type 3 en 4).

Welke magnetics heb ik nodig voor PoE?

U heeft magnetics nodig die geschikt zijn voor uw PoE-type: middentaps die naar buiten zijn gebracht voor elk gevoed paar, een stroomsterkte voor de middentap die de stroom van de paarset dekt, en OCL gespecificeerd onder PoE-niveau DC-bias. Snelheidsklasse en PoE-classificatie zijn afzonderlijke specificaties, dus controleer beide op de datasheet in plaats van aan te nemen dat de een de ander impliceert.

Kan een niet-PoE MagJack PoE-stroom voeren?

Nee — een niet-PoE MagJack mag niet worden gebruikt op een gevoede poort. De middentaps aan de kabelzijde zijn vaak verbonden via een weerstandsafsluitnetwerk en de wikkelingen zijn niet geschikt voor PoE-stroom of de onbalans die daarmee gepaard gaat. Standaardconforme PSE's detecteren een geldig PD-signatuur voordat ze stroom leveren, maar een passieve injector levert ongeacht de situatie spanning.

Heeft 802.3bt vier-paar magnetics nodig?

Ja, voor Type 3 en Type 4 werking. IEEE 802.3bt voedt alle vier de paren, dus alle vier de middentaps aan de kabelzijde voeren stroom en moeten naar buiten worden gebracht en dienovereenkomstig worden beoordeeld. Een twee-paar PoE of PoE+ MagJack kan niet als vervanging dienen, zelfs niet als de footprint overeenkomt.

Kan ik een tweede bron voor een PoE MagJack gebruiken zonder het bord opnieuw te kwalificeren?

Vaak wel, mits de vervanger niet alleen qua voetafdruk overeenkomt. Deze moet gelijk zijn aan het origineel wat betreft PoE-type, stroomsterkte van de center-tap, interne center-tap-topologie, OCL onder bias, bedrijfstemperatuurbereik en LED-configuratie. Een RJ45-kruisverwijzingstool selecteert kandidaten op basis van het originele onderdeelnummer, en drop-in equivalenten, monsters en mechanische tekeningen zijn op aanvraag beschikbaar voor verificatie.

Het selecteren van PoE-magnetics hangt af van het PoE-type en het aantal paren dat u moet ondersteunen, een stroomsterkte voor de center-tap die is afgestemd op uw hoogste klasse bij maximale omgevingstemperatuur, en de OCL gemeten bij een PoE-niveau bias in plaats van het cijfer zonder PoE. Controleer de interne center-tap-topologie op het schema vóór de lay-out — dit is de enige specificatie die een overeenkomende voetafdruk niet onthult.