Магнетики PoE выбираются по току средней точки: разъемы MagJack для стандартов 802.3af, at и bt

Технология Power over Ethernet (PoE) передает постоянный ток через те же магнитные компоненты, что и данные, поэтому выбор разъема PoE MagJack влияет на ток, пары и смещение:

Основные выводы

• Выбирайте магнитные компоненты PoE по номинальному току центрального отвода для соответствующего типа PoE, а не по классу скорости — разъем 1000BASE-T MagJack не обязательно рассчитан на передачу PoE.
• IEEE 802.3af (тип 1) обеспечивает 15,4 Вт на PSE при 350 мА; IEEE 802.3at (тип 2, PoE+) обеспечивает 30 Вт при 600 мА на пару.
• IEEE 802.3bt (типы 3 и 4) подает питание по всем четырем парам — 60 Вт и 90 Вт на PSE для классов с 5 по 8 — поэтому каждый центральный отвод в разъеме проводит ток.
• Ток PoE компенсируется в идеальном сердечнике, но разбаланс сопротивления пар оставляет чистый постоянный ток, который снижает индуктивность разомкнутой цепи (OCL), поэтому компонент, соответствующий показателю OCL при 8 мА, может не соответствовать требованиям при смещении PoE.
• Совместимый по посадочному месту разъем MagJack без поддержки PoE не является заменой PoE: его центральные отводы со стороны кабеля часто подключены к терминационной сети, а не выведены на контакты.

Инженерное правило: выбирайте номинал центрального отвода исходя из тока пары, потребляемого вашим самым мощным поддерживаемым классом, а затем проверяйте OCL при смещении уровня PoE — базовый показатель OCL описывает рабочую точку без PoE.

Где протекает ток PoE через магнитные компоненты

PoE никогда не затрагивает дифференциальный сигнал. Оборудование питания (PSE) подает постоянный ток между двумя парами: ток входит в центральный отвод со стороны кабеля трансформатора 1CT:1CT одной пары, делится поровну между двумя проводниками этой пары и возвращается через центральный отвод другой пары. Поскольку ток является синфазным для каждой пары, дифференциальные данные 100 Ом проходят без изменений.

Стандарты IEEE 802.3af и 802.3at определяют два способа реализации этого процесса. Вариант A подает питание на пары контактов 1/2 и 3/6; вариант B подает питание на пары контактов 4/5 и 7/8. Устройство с питанием (PD) должно принимать питание любым из этих способов, поэтому входы PD защищены мостовым выпрямителем. Стандарт IEEE 802.3bt добавляет питание по четырем парам, используя оба набора одновременно.

Практический вывод для выбора разъема: каждая пара, способная передавать питание, должна иметь доступ к центральному отводу со стороны кабеля — выведенному на контакт в PD (устройстве-потребителе) или управляемому контроллером PSE (источником питания) на коммутаторе. В разъемах RJ45 MagJack топология центрального отвода фиксирована внутри компонента, поэтому ее необходимо изучить по внутренней схеме до начала трассировки, а не обнаруживать при запуске.

Сторона PSE против стороны PD: что меняется для разъема

Один и тот же класс скорости MagJack имеет разные спецификации на каждом конце линии. На стороне PSE — коммутатора, инжектора или сетевого видеорегистратора — центральные отводы со стороны кабеля подключаются к выходу контроллера PSE, а разъем располагается в ряду других портов с питанием. Плотность портов и тепловыделение являются определяющими факторами при выборе.

На стороне PD — камеры, точки доступа, промышленного датчика или HMI-панели — центральные отводы со стороны кабеля подают питание на мостовой выпрямитель и контроллер PD. Разъем всегда передает ток только одного порта, но он должен выводить каждый запитанный центральный отвод на контакт, и часто он находится в герметичном корпусе без вентиляции. Вопрос о том, должны ли магнитные компоненты находиться внутри разъема или рядом с ним, является отдельным решением, которое рассматривается в нашем руководстве по интегрированным и дискретным Ethernet-магнетикам; приведенные ниже номиналы применимы в обоих случаях.

Три параметра, определяющие выбор PoE MagJack

PoE MagJack оценивается по трем параметрам, и основные цифры в спецификации редко описывают вашу рабочую точку.

• Ток центрального отвода. Половины обмоток и путь центрального отвода несут полный ток пары, поэтому номинал должен покрывать ток, потребляемый вашим самым мощным поддерживаемым классом — с запасом при максимальной температуре окружающей среды, а не при комнатной температуре.
• OCL (индуктивность разомкнутой цепи) при смещении постоянным током. В идеале ток PoE течет в противоположных направлениях через две половины обмотки, и их магнитные потоки компенсируются. Реальные кабели и контакты никогда не бывают идеально сбалансированы, поэтому остается чистый постоянный ток, который подталкивает сердечник к насыщению. Стандартные для отрасли магнитные компоненты 100BASE-TX рассчитаны на 350 мкГн или более при смещении 8 мА; при токе PoE абсолютный дисбаланс выше, поэтому проверяйте OCL при уровне смещения, соответствующем PoE.
• Повышение температуры. Резистивные потери в обмотках и пути центрального отвода нагревают компонент; сверьте это с номинальным диапазоном температуры окружающей среды, который для компонентов промышленного класса составляет от −40 до +85 °C.

Проверка, которую необходимо выполнить для вашей собственной схемы: найдите класс, который запрашивает ваше устройство PD или предоставляет ваше устройство PSE, сопоставьте его с типом и током пары в таблице ниже, подтвердите, поступает ли питание по парам данных, резервным парам или по всем четырем, а затем убедитесь по внутренней схеме разъема, что центральный отвод каждой запитанной пары выведен наружу, а не подключен к терминационной сети.

IEEE 802.3bt: требования для типов 3 и 4

Стандарт IEEE 802.3bt (2018), обычно называемый PoE++, перевел технологию Power over Ethernet с двух пар питания на четыре. Тип 3 обеспечивает 60 Вт на стороне PSE и 51 Вт на стороне PD; Тип 4 обеспечивает 90 Вт и 71,3 Вт соответственно. Классы 5 и 6 относятся к Типу 3, а классы 7 и 8 — к Типу 4.

Питание по четырем парам меняет требования к магнитным компонентам не только количественно, но и качественно. Теперь ток проходит через все четыре центральных отвода со стороны кабеля, поэтому разъем, предназначенный для работы с Типом 1 или Типом 2 (две пары), нельзя использовать для Типа 3 или Типа 4, даже если посадочные места совпадают. Тепловая нагрузка также возрастает вместе с общей мощностью, что особенно важно для герметичных корпусов устройств PD.

Ток на пару для Типов 3 и 4 зависит от класса и распределения тока по четырем парам, поэтому берите данные из спецификации разъема, а не экстраполируйте их из показателей Типа 2. Большинство линеек от производителя модульных разъемов RJ45 разделяют компоненты для PoE++ и компоненты для PoE/PoE+ именно по этой причине.

Многопортовый PoE: накопление тепла в сдвоенных разъемах

Один порт с питанием редко становится причиной тепловых проблем. Устройство PSE, построенное на базе сдвоенных разъемов 1xN или многоуровневых многопортовых разъемов RJ45, объединяет множество комплектов обмоток питания в одном корпусе, и тепло от каждого из них передается соседним. Внутренние порты нагреваются сильнее всего, так как они окружены другими портами с обеих сторон.

При расчете снижения номинальных характеристик (дерейтинга) используйте данные для многопортовых конфигураций, а не для одиночных разъемов. Планируйте поток воздуха вдоль ряда разъемов и рассматривайте максимальный поддерживаемый класс на всех портах одновременно как расчетный случай — именно с такими условиями в конечном итоге столкнется полностью загруженный коммутатор.

Типы PoE и требования к магнитным компонентам

Часто задаваемые вопросы

Является ли PoE+ тем же самым, что и 802.3at?

Да, PoE+ — это общепринятое название стандарта IEEE 802.3at (2009), также обозначаемого как Тип 2. Он обеспечивает мощность 30 Вт на стороне источника питания (PSE) и 25.5 Вт на стороне запитываемого устройства (PD) при токе 600 мА на пару. PoE относится к стандарту IEEE 802.3af (Тип 1), а PoE++ — к IEEE 802.3bt (Типы 3 и 4).

Какие магнитные компоненты мне нужны для PoE?

Вам нужны магнитные компоненты, рассчитанные на ваш тип PoE: с выведенными центральными отводами для каждой запитываемой пары, номинальным током центрального отвода, соответствующим току пары, и индуктивностью (OCL), указанной для уровня постоянного смещения PoE. Скорость передачи данных и класс PoE — это отдельные спецификации, поэтому проверяйте оба параметра в техническом описании, а не предполагайте, что один подразумевает другой.

Может ли MagJack без поддержки PoE передавать ток PoE?

Нет, MagJack без поддержки PoE не следует использовать в портах с питанием. Его центральные отводы со стороны кабеля часто соединены через резистивную сеть терминации, а обмотки не рассчитаны на ток PoE или возникающий при этом дисбаланс. Соответствующие стандартам источники питания (PSE) обнаруживают корректную сигнатуру PD перед подачей питания, однако пассивный инжектор подает напряжение независимо от этого.

Нужны ли для 802.3bt четырехпарные магнитные компоненты?

Да, для работы по Типу 3 и Типу 4. Стандарт IEEE 802.3bt подает питание на все четыре пары, поэтому все четыре центральных отвода со стороны кабеля должны проводить ток и иметь соответствующие характеристики. Двухпарный MagJack для PoE или PoE+ не может служить заменой, даже если его посадочное место совпадает.

Могу ли я использовать MagJack для PoE от другого поставщика без повторной квалификации платы?

Часто да, если замена совпадает не только по посадочному месту. Она должна соответствовать оригиналу по типу PoE, номинальному току средней точки, топологии внутренней средней точки, индуктивности разомкнутой цепи (OCL) под нагрузкой, диапазону рабочих температур и конфигурации светодиодов. Инструмент перекрестных ссылок RJ45 позволяет подобрать кандидатов по номеру оригинальной детали, а взаимозаменяемые аналоги, образцы и чертежи доступны по запросу для проверки.

Выбор магнитных компонентов PoE сводится к типу PoE и количеству пар, которые необходимо поддерживать, номинальному току средней точки, рассчитанному для вашего максимального класса при максимальной температуре окружающей среды, и значению OCL, измеренному при уровне нагрузки PoE, а не по номинальному показателю для устройств без PoE. Перед проектированием топологии платы проверьте внутреннюю схему средней точки на принципиальной схеме — это единственный параметр, который невозможно определить по совпадающему посадочному месту.