Магнітні компоненти PoE обираються за струмом середньої точки: роз'єми MagJack для стандартів 802.3af, at та bt

Технологія Power over Ethernet (PoE) передає постійний струм через ті самі магнітні компоненти, що й дані, тому вибір PoE MagJack передбачає врахування сили струму, пар та зміщення:

Основні висновки

• Вибирайте магнітні компоненти PoE за номінальним струмом середньої точки для відповідного типу PoE, а не за класом швидкості — роз'єм 1000BASE-T MagJack не автоматично розрахований на передачу PoE.
• IEEE 802.3af (Тип 1) забезпечує 15,4 Вт на PSE при 350 мА; IEEE 802.3at (Тип 2, PoE+) забезпечує 30 Вт при 600 мА на пару.
• IEEE 802.3bt (Типи 3 та 4) живлять усі чотири пари — 60 Вт та 90 Вт на PSE для класів від 5 до 8 — тому кожна середня точка в роз'ємі проводить струм.
• Струм PoE компенсується в ідеальному осерді, але незбалансованість опору пар залишає чистий постійний струм, що знижує індуктивність розімкненого кола (OCL), тому компонент, який відповідає показнику OCL при 8 мА, може не відповідати вимогам під зміщенням PoE.
• MagJack без підтримки PoE, сумісний за посадковим місцем, не є заміною для PoE: його середні точки з боку кабелю часто підключені до термінаційної мережі, а не виведені на контакти.

Інженерне правило: обирайте номінал середньої точки відповідно до струму пари, який споживає ваш найвищий підтримуваний клас, а потім перевіряйте OCL при рівні зміщення PoE — основний показник OCL описує робочу точку без PoE.

Де струм PoE проходить через магнітні компоненти

PoE ніколи не впливає на диференціальний сигнал. Обладнання живлення (PSE) подає постійний струм між двома парами: струм входить у середню точку трансформатора 1CT:1CT однієї пари, розділяється порівну між двома провідниками цієї пари та повертається через середню точку іншої пари. Оскільки струм є синфазним для кожної пари, диференціальні дані 100 Ом проходять без змін.

Стандарти IEEE 802.3af та 802.3at визначають два способи реалізації цього. Альтернатива A живить пари на контактах 1/2 та 3/6; Альтернатива B живить пари на контактах 4/5 та 7/8. Пристрій, що отримує живлення (PD), повинен приймати живлення будь-яким із цих способів, тому входи PD розміщуються після діодного моста. Стандарт IEEE 802.3bt додає живлення по чотирьох парах, використовуючи обидва набори одночасно.

Практичний висновок для вибору роз'єму: кожна пара, що може передавати живлення, потребує доступу до центрального відводу з боку кабелю — виведеного на контакт у PD (пристрої живлення) або керованого контролером PSE (джерела живлення) на комутаторі. У роз'ємах RJ45 MagJack топологія центрального відводу фіксована всередині компонента, тому її необхідно вивчити за внутрішньою схемою перед розведенням плати, а не під час запуску.

Сторона PSE проти сторони PD: що змінюється для роз'єму

Один і той самий клас швидкості MagJack визначається по-різному на кожному кінці лінії. З боку PSE — комутатора, інжектора або мережевого відеореєстратора — центральні відводи з боку кабелю підключаються до виходу контролера PSE, а роз'єм розташовується в ряду інших портів з живленням. Щільність портів і тепловідведення є вирішальними факторами при виборі.

З боку PD — камери, точки доступу, промислового датчика або HMI — центральні відводи з боку кабелю живлять діодний міст і контролер PD. Роз'єм завжди передає струм лише одного порту, але він повинен виводити кожен центральний відвід живлення на контакт, і часто він знаходиться в герметичному корпусі без вентиляції. Питання про те, чи розміщувати магнітні компоненти всередині роз'єму чи поруч із ним, є окремим рішенням, яке розглядається в нашому посібнику щодо інтегрованих та дискретних магнітних компонентів Ethernet; наведені нижче характеристики застосовні в обох випадках.

Три показники, що визначають вибір PoE MagJack

PoE MagJack оцінюється за трьома показниками, і основні цифри в технічному паспорті рідко описують вашу робочу точку.

• Струм центрального відводу. Половини обмотки та шлях центрального відводу несуть повний струм пари, тому номінал повинен покривати струм, який споживає ваш пристрій найвищого підтримуваного класу — із запасом при максимальній температурі навколишнього середовища, а не при кімнатній температурі.
• OCL (індуктивність розімкненого кола) при зміщенні постійного струму. В ідеалі струм PoE тече в протилежних напрямках через дві половини обмотки, і їхній магнітний потік взаємно компенсується. Реальні кабелі та контакти ніколи не бувають ідеально збалансованими, тому залишається чистий постійний струм, який штовхає осердя до насичення. Типові для галузі магнітні компоненти 100BASE-TX розраховані на 350 мкГн або більше при зміщенні 8 мА; при струмі PoE абсолютний дисбаланс більший, тому перевіряйте OCL при рівні зміщення PoE.
• Підвищення температури. Резистивні втрати в обмотках і шляху центрального відводу нагрівають компонент; перевірте це відносно номінального діапазону навколишньої температури, який для компонентів промислового класу становить від −40 до +85 °C.

Перевірка, яку слід виконати для вашої власної схеми: знайдіть клас, який запитує ваш PD або надає ваш PSE, зіставте його з типом і струмом пари в таблиці нижче, підтвердьте, чи надходить живлення на пари даних, резервні пари чи на всі чотири, а потім перевірте на внутрішній схемі роз'єму, що центральний відвід кожної пари живлення виведений назовні, а не підключений до термінаційної мережі.

IEEE 802.3bt: Вимоги до типів 3 та 4

Стандарт IEEE 802.3bt (2018), який зазвичай називають PoE++, перевів технологію Power over Ethernet з двох пар живлення на чотири. Тип 3 забезпечує 60 Вт на PSE та 51 Вт на PD; Тип 4 забезпечує 90 Вт та 71,3 Вт відповідно. Класи 5 і 6 належать до Типу 3, а класи 7 і 8 — до Типу 4.

Живлення по чотирьох парах змінює вимоги до магнітних компонентів не лише за рівнем, а й за суттю. Оскільки всі чотири центральні відводи з боку кабелю тепер несуть струм, роз'єм, розроблений для роботи з Типом 1 або Типом 2 (дві пари), не можна використовувати для Типу 3 або Типу 4, навіть якщо конфігурація виводів збігається. Теплове навантаження також зростає разом із загальною потужністю, що є критично важливим для герметичних корпусів PD.

Струм на пару для Типів 3 та 4 залежить від класу та розподілу струму по чотирьох парах, тому беріть ці дані з технічного опису роз'єму, а не екстраполюйте їх із показників Типу 2. Більшість лінійок від виробника модульних роз'ємів RJ45 саме з цієї причини розділяють компоненти для PoE++ та компоненти для PoE і PoE+.

Багатопортовий PoE: накопичення тепла в групових роз'ємах

Один порт живлення рідко стає причиною теплових проблем. PSE, побудований на групових роз'ємах 1xN або багатоярусних багатопортових роз'ємах RJ45, розміщує багато комплектів обмоток живлення в одному корпусі, і тепло від кожного з них додається до тепла сусідніх. Внутрішні порти нагріваються найбільше, оскільки вони оточені з обох боків.

Знижуйте номінальні характеристики згідно з технічним описом багатопортового пристрою, а не за показниками одного порту, плануйте потік повітря вздовж ряду роз'ємів і розглядайте максимальний підтримуваний клас на кожному порті одночасно як базовий сценарій проектування — саме з такими умовами зрештою зіткнеться повністю завантажений комутатор.

Типи PoE та вимоги до магнітних компонентів

Часті запитання

Чи є PoE+ тим самим, що й 802.3at?

Так — PoE+ є загальноприйнятою назвою для IEEE 802.3at (2009), також відомого як Тип 2. Він забезпечує 30 Вт на стороні PSE та 25.5 Вт на стороні пристрою, що живиться, при 600 мА на пару. PoE відноситься до IEEE 802.3af (Тип 1), а PoE++ — до IEEE 802.3bt (Типи 3 та 4).

Які магнітні компоненти потрібні для PoE?

Вам потрібні магнітні компоненти, розраховані на ваш тип PoE: виведені центральні відводи для кожної пари, номінальний струм центрального відводу, що відповідає струму пари, та індуктивність розімкненого кола (OCL), визначена для рівня постійного струму PoE. Клас швидкості та рейтинг PoE — це окремі специфікації, тому перевіряйте обидві в технічному описі, а не припускайте, що одна передбачає іншу.

Чи може MagJack без підтримки PoE передавати струм PoE?

Ні — MagJack без підтримки PoE не слід використовувати на портах з живленням. Його центральні відводи з боку кабелю часто з'єднані через мережу резисторів, а обмотки не розраховані на струм PoE або дисбаланс, який виникає при цьому. PSE, що відповідають стандартам, виявляють дійсний підпис PD перед подачею живлення, але пасивний інжектор подає напругу незалежно від цього.

Чи потребує 802.3bt чотирипарні магнітні компоненти?

Так, для роботи Типу 3 та Типу 4. IEEE 802.3bt живить усі чотири пари, тому всі чотири центральні відводи з боку кабелю проводять струм і повинні бути виведені та розраховані відповідним чином. Двопарний PoE або PoE+ MagJack не може бути заміною, навіть якщо його посадкове місце збігається.

Чи можу я використовувати іншого виробника для PoE MagJack без повторної сертифікації плати?

Часто так, якщо заміна збігається не лише за посадковим місцем. Вона повинна відповідати оригіналу за типом PoE, номінальним струмом середньої точки, внутрішньою топологією середньої точки, індуктивністю розімкненого кола (OCL) під навантаженням, діапазоном робочих температур та конфігурацією світлодіодів. Інструмент перехресних посилань RJ45 дозволяє відібрати кандидатів за оригінальним номером деталі, а готові аналоги, зразки та креслення для перевірки доступні за запитом.

Вибір магнітних компонентів PoE зводиться до типу PoE та кількості пар, які необхідно підтримувати, номінального струму середньої точки, розрахованого на ваш найвищий клас при максимальній температурі навколишнього середовища, та OCL, виміряної при рівні зміщення PoE, а не за показником без PoE. Перед розробкою компонування перевірте внутрішню топологію середньої точки на схемі — це єдиний параметр, який неможливо визначити за відповідністю посадкового місця.