Os componentes magnéticos PoE são escolhidos pela corrente do tap central: MagJacks para 802.3af, at e bt

O Power over Ethernet (PoE) envia corrente contínua (DC) através dos mesmos componentes magnéticos que transportam os dados, portanto, escolher um MagJack PoE ativa a corrente, os pares e a polarização:

Principais pontos

• Escolha componentes magnéticos PoE pela classificação de corrente do center-tap para o tipo de PoE, não pela velocidade — um MagJack 1000BASE-T não é automaticamente classificado para transportar PoE.
• IEEE 802.3af (Tipo 1) fornece 15,4 W no PSE a 350 mA; IEEE 802.3at (Tipo 2, PoE+) fornece 30 W a 600 mA por conjunto de pares.
• IEEE 802.3bt Tipos 3 e 4 alimentam todos os quatro pares — 60 W e 90 W no PSE nas classes 5 a 8 — portanto, cada center-tap no conector transporta corrente.
• A corrente PoE se cancela em um núcleo ideal, mas o desequilíbrio de resistência dos pares deixa uma corrente contínua (DC) líquida que reduz a OCL, de modo que uma peça que atende ao seu valor de OCL a 8 mA pode não atingir o desempenho sob polarização PoE.
• Um MagJack não PoE compatível com o footprint não é um substituto para PoE: seus center-taps do lado do cabo geralmente são conectados a uma rede de terminação em vez de serem levados aos pinos.

Regra prática de engenharia: dimensione a classificação do center-tap com base na corrente do conjunto de pares que sua classe de maior suporte consome, depois leia a OCL em uma polarização de nível PoE — o valor de OCL principal descreve um ponto de operação não PoE.

Por onde a corrente PoE flui através dos componentes magnéticos

O PoE nunca toca no sinal diferencial. O equipamento de fonte de alimentação (PSE) aplica DC entre dois conjuntos de pares: a corrente entra no center-tap do lado do cabo do transformador 1CT:1CT de um par, divide-se igualmente entre os dois condutores desse par e retorna através do center-tap de outro par. Como a corrente é de modo comum em cada par, os dados diferenciais de 100 Ω passam sem serem afetados.

O IEEE 802.3af e o IEEE 802.3at definem duas maneiras de fazer isso. A Alternativa A alimenta os pares nos pinos 1/2 e 3/6; a Alternativa B alimenta os pares nos pinos 4/5 e 7/8. Um dispositivo alimentado (PD) deve aceitar energia em qualquer um deles, e é por isso que as entradas do PD ficam atrás de uma ponte retificadora. O IEEE 802.3bt adiciona alimentação de quatro pares, usando ambos os conjuntos simultaneamente.

A consequência prática para a seleção do conector: cada par que pode transmitir energia precisa ter seu tap central do lado do cabo disponível — levado a um pino em um PD, ou acionado pelo controlador PSE em um switch. Em RJ45 MagJacks, essa topologia de tap central é fixa dentro da peça, portanto, deve ser lida no esquema interno antes do layout, não descoberta durante a inicialização.

Lado PSE vs. Lado PD: O que muda para o conector

O mesmo nível de velocidade do MagJack é especificado de forma diferente em cada extremidade do link. No lado PSE — um switch, injetor ou gravador de vídeo em rede — os taps centrais do lado do cabo conectam-se à saída do controlador PSE, e o conector fica em uma fileira de outras portas energizadas. A densidade de portas e o calor dominam a seleção.

No lado PD — uma câmera, ponto de acesso, sensor industrial ou IHM — os taps centrais do lado do cabo alimentam a ponte retificadora e o controlador PD. O conector transporta apenas a corrente de uma porta, mas deve levar cada tap central energizado a um pino, e frequentemente fica em um gabinete selado sem fluxo de ar. Se os componentes magnéticos ficam dentro do conector ou ao lado dele é uma decisão separada, abordada em nosso guia sobre componentes magnéticos Ethernet integrados vs. discretos; as classificações abaixo se aplicam a ambos os casos.

As três classificações que definem um MagJack PoE

Um MagJack PoE é qualificado com base em três classificações, e os números principais da folha de dados raramente descrevem seu ponto de operação.

• Corrente do tap central. As metades do enrolamento e o caminho do tap central transportam a corrente total do par, portanto, a classificação deve cobrir a corrente que sua classe de maior suporte consome — com margem na temperatura ambiente máxima, não na temperatura ambiente.
• OCL sob polarização CC. Idealmente, a corrente PoE flui em direções opostas através das duas metades do enrolamento e seu fluxo se cancela. Cabos e contatos reais nunca são perfeitamente equilibrados, então uma CC líquida permanece e empurra o núcleo em direção à saturação. Os componentes magnéticos 100BASE-TX típicos da indústria são especificados em 350 µH ou mais com 8 mA de polarização; na corrente PoE, o desequilíbrio absoluto é maior, portanto, leia a OCL em uma polarização de nível PoE.
• Aumento de temperatura. A perda resistiva nos enrolamentos e no caminho do tap central aquece a peça; verifique-a em relação à faixa ambiente nominal, que vai de −40 a +85 °C em peças de grau industrial.

A verificação a ser feita em seu próprio esquema: encontre a classe que seu PD solicita ou que seu PSE fornece, mapeie-a para seu tipo e corrente de par na tabela abaixo, confirme se a energia chega nos pares de dados, pares sobressalentes ou em todos os quatro, e então verifique no esquema interno do conector se o tap central de cada par energizado é trazido para fora — não conectado a uma rede de terminação.

IEEE 802.3bt: O que os Tipos 3 e 4 exigem

O padrão IEEE 802.3bt (2018), comumente chamado de PoE++, mudou o Power over Ethernet de dois pares energizados para quatro. O Tipo 3 fornece 60 W no PSE e 51 W no PD; o Tipo 4 fornece 90 W e 71,3 W. As classes 5 e 6 pertencem ao Tipo 3, e as classes 7 e 8 ao Tipo 4.

A alimentação de quatro pares altera o requisito magnético em natureza, não apenas em grau. Todos os quatro taps centrais do lado do cabo agora transportam corrente, portanto, um conector projetado para operação de dois pares Tipo 1 ou Tipo 2 não pode ser utilizado para o Tipo 3 ou Tipo 4, mesmo quando a pegada (footprint) for compatível. A carga térmica também aumenta com a potência total, o que é mais importante em gabinetes de PD selados.

A corrente por par nos Tipos 3 e 4 depende da classe e do compartilhamento de corrente de quatro pares, portanto, consulte a folha de dados do conector em vez de extrapolar a partir do valor do Tipo 2. A maioria das linhas de um fabricante de conectores modulares RJ45 separa suas peças PoE++ das peças PoE e PoE+ exatamente por esse motivo.

PoE Multi-Porta: O calor se acumula em conectores agrupados

Uma única porta energizada raramente é o problema térmico. Um PSE construído em conectores RJ45 multiportas agrupados 1xN ou empilhados 2xN coloca muitos conjuntos de enrolamentos energizados em uma única carcaça, e o calor de cada um se soma ao de seus vizinhos. As portas internas operam mais quentes porque estão cercadas em ambos os lados.

Aplique o derating de acordo com a folha de dados multiportas em vez do valor de porta única, planeje o fluxo de ar através da fileira de conectores e trate a classe máxima suportada em todas as portas simultaneamente como o cenário de projeto — essa é a condição que um switch totalmente carregado eventualmente enfrentará.

Tipos de PoE e o que os componentes magnéticos devem suportar

Perguntas Frequentes

PoE+ é o mesmo que 802.3at?

Sim — PoE+ é o nome comum para o IEEE 802.3at (2009), também designado como Tipo 2. Ele fornece 30 W no PSE e 25,5 W no dispositivo alimentado, a 600 mA por par. PoE refere-se ao IEEE 802.3af (Tipo 1), e PoE++ ao IEEE 802.3bt (Tipos 3 e 4).

Quais componentes magnéticos preciso para PoE?

Você precisa de componentes magnéticos classificados para o seu tipo de PoE: taps centrais disponibilizados para cada par alimentado, uma classificação de corrente de tap central que cubra a corrente do conjunto de pares e OCL especificado sob polarização CC de nível PoE. A classificação de velocidade e a classificação PoE são especificações separadas, portanto, confirme ambas no datasheet em vez de presumir que uma implica a outra.

Um MagJack não PoE pode transportar corrente PoE?

Não — um MagJack não PoE não deve ser usado em uma porta energizada. Seus taps centrais do lado do cabo são frequentemente unidos através de uma rede de terminação de resistor, e seus enrolamentos não são classificados para corrente PoE ou para o desequilíbrio que a acompanha. PSEs compatíveis com os padrões detectam uma assinatura PD válida antes de aplicar energia, mas um injetor passivo aplica tensão independentemente.

O 802.3bt precisa de componentes magnéticos de quatro pares?

Sim, para operação Tipo 3 e Tipo 4. O IEEE 802.3bt alimenta todos os quatro pares, portanto, todos os quatro taps centrais do lado do cabo transportam corrente e devem ser disponibilizados e classificados adequadamente. Um MagJack PoE ou PoE+ de dois pares não pode substituí-los, mesmo quando o footprint for compatível.

Posso usar um segundo fornecedor para um MagJack PoE sem revalidar a placa?

Frequentemente sim, se a substituição corresponder a mais do que apenas a pegada (footprint). Ela deve ser igual à original em relação ao tipo de PoE, classificação de corrente do center-tap, topologia interna do center-tap, OCL sob polarização, faixa de temperatura operacional e configuração de LED. Uma ferramenta de referência cruzada RJ45 lista candidatos por número de peça original, e equivalentes drop-in, amostras e desenhos mecânicos estão disponíveis mediante solicitação para verificação.

A seleção de componentes magnéticos PoE resume-se ao tipo de PoE e à contagem de pares que você precisa suportar, uma classificação de corrente de center-tap dimensionada para sua classe mais alta na temperatura ambiente máxima, e OCL lido em uma polarização de nível PoE em vez do valor nominal sem PoE. Confirme a topologia interna do center-tap no esquema antes do layout — é a única classificação que uma pegada correspondente não revelará.