În zilele noastre este din ce în ce mai frecvent ca dispozitivele de rețea (puncte de acces Wi-Fi, camere web, telefoane IP etc.) să primească energie electrică prin firele de date în sine, evitând astfel necesitatea unei prize electrice la 230 v în apropiere a echipamentului. Această tehnologie este cunoscută sub numele de PoE, un acronim al cărui sens este Power over Ethernet. Soluția la această problemă tehnică se bazează pe un circuit utilizat de aproape 100 de ani în circuitele telefonice, așa-numitul Circuite fantomă

soluție

Din punct de vedere tehnic, problema de rezolvat este cum să „amestecați” o sursă de curent continuu cu datele care circulă prin firele conexiunii Ethernet fără ca aceste date să fie modificate. În liniile telefonice de la începutul secolului al XX-lea a existat o problemă similară: cum se operează trei circuite telefonice independente folosind doar fire pentru două circuite. Adică, cum să conectați o pereche de telefoane prin firele altor telefoane fără a provoca interferențe între ele

După cum se poate vedea în figură, prin alimentarea în modul fantomă, folosind doar două perechi de telefoane, avem trei circuite telefonice independente. De aici se numește fantomă sau fantomă, deoarece al treilea circuit telefonic, cel care conectează perechea de telefoane situate într-o poziție intermediară în imagine, în ciuda faptului că nu există fizic ca atare, este perfect operațional. Cheia acestui circuit este în cele secundare cu aport intermediar transformatoare. Cu acest aranjament, orice variație de curent produsă de perechea de telefoane conectate în modul fantomă nu va afecta la telefoane conectate prin perechi fizice, deoarece atunci când curentul circulă în direcții opuse prin cele două jumătăți ale secundarelor, acestea nu vor produce tensiune indusă în primarul transformatoarelor menționate.

În diagrama de mai sus, se observă cum curentul în modul fantomă (Ip) este împărțit în doi curenți egali, dar care circulă în direcții opuse prin fiecare jumătate a transformatorului secundar. Acești doi curenți egali, dar în direcții opuse, produc două tensiuni opuse în transformatorul secundar și, prin urmare, nu apare nicio tensiune în primar. Pe de altă parte, curentul telefonului conectat prin perechea fizică (Is) atunci când circulă în aceeași direcție prin întreaga înfășurare secundară produce o tensiune în primarul transformatorului (Vs). Și acest lucru va fi adevărat chiar dacă curentul Ip este un curent variabil, deoarece va fi întotdeauna împărțit în doi curenți egali, dar în direcții opuse, ale căror efecte se vor anula în transformatorul primar.

Cu aceasta ajungem la soluția tehnică utilizată de dispozitivele PoE. Aceste dispozitive pot fi alimentate în două moduri diferite, folosind perechi „neutilizate” pentru transmiterea datelor sau partajând utilizarea perechilor utilizate pentru transmiterea datelor.

Diagrama de mai sus arată așa-numita „metodă B” pentru alimentarea dispozitivelor PoE, care utilizează perechile 4,5 și 7,8 care nu sunt utilizate pentru a transmite date. Acest sistem este valabil pentru dispozitivele care funcționează cu standardele 10BASE-T și 100BASE-TX, dar, în principiu, este incompatibil cu sisteme 1000BASE-T Da 10GBASE-T, deoarece aceste sisteme folosesc toate cele patru perechi pentru a transmite date. De fapt, echipamentele de astăzi care sunt alimentate de PoE sunt compatibile cu ambele sisteme de alimentare, Metoda A și Metoda B, deoarece încorporează un transformator cu o atingere medie pe fiecare dintre cele 4 perechi de date.

Schema de mai sus corespunde așa-numitei „Metode A” a sursei de alimentare PoE. Acest sistem este compatibil cu toate standardele Ethernet, deoarece deși folosește perechile 1,2 și 3,6 care sunt utilizate și pentru date, o face prin intermediul sistemului bazat pe un transformator cu robinet intermediar pe secundar, Un sistem care, după cum sa indicat anterior, stă la baza circuitelor fantomă utilizate în telefonie timp de aproape 100 de ani. Această soluție este cea recomandată și este cea utilizată de toate dispozitivele PoE actuale.

Echipamentele de alimentare PoE (PSE) pot utiliza oricare dintre cele două sisteme, A sau B, pentru a alimenta dispozitivele PoE (PD), dar acestea din urmă trebuie să fie compatibile cu ambele sisteme, deoarece nu pot ști care vor fi conectate. . Dacă echipamentul PoE (PD) este compatibil cu standardul IEEE 802.3af, atunci acesta acceptă oricare dintre cele două metode de alimentare, A sau B.

După cum se vede în diagramele anterioare, alimentarea PoE este întotdeauna la o tensiune relativ ridicată, de obicei 48 de volți. Explicația pentru utilizarea acestei valori de tensiune este că este singura modalitate de a minimiza pierderile din cablu, care poate avea o lungime de până la 100 de metri. Rezistența unei perechi de fire într-un cablu de categoria 5e de 100 metri lungime este de aproximativ 20 ohmi (rezistența maximă a oricărui conductor de 5 metri Cat 5e lungime nu trebuie să depășească 9,38 ohmi).

În orice caz, dispozitivul PoE în sine încorporează un convertor DC/DC pentru a obține tensiunea continuă de care aveți nevoie pentru funcționare, 5v, 9v, 12v sau altele. Evident, dacă folosim un splitter PoE, atunci va trebui să ne asigurăm că furnizează tensiunea DC adecvată pentru dispozitivul nostru care nu acceptă PoE în mod nativ. Următoarea imagine prezintă separatorul DWL-P50 și specificațiile sale tehnice, unde se poate vedea că este capabil să furnizeze ieșire de 5v sau 12v, în funcție de poziția unui comutator de configurare.

Este necesar să știm că standardul IEEE 802.3af stabilește un mecanism complex și sigur pentru „autentificarea” dispozitivelor PoE pentru a verifica dacă există un dispozitiv care acceptă PoE sau nu la celălalt capăt al cablului. Un dispozitiv care furnizează energie PoE (PSE) înainte de a aplica tensiunea PoE va face unele măsurători de tensiune și curent și va determina cu exactitate dacă există un dispozitiv PoE la celălalt capăt. Dacă da, va furniza puterea PoE corespunzătoare, de obicei 48 de volți, dar dacă detectarea unui dispozitiv PoE eșuează, atunci nu va injecta putere PoE și în acest fel se vor evita eventualele deteriorări ale echipamentului conectat.

Diagrama anterioară arată cum aplicarea energiei prin PoE necesită trei faze:

În faza de „descoperire”, dispozitivul care furnizează PoE (PSE) verifică dacă există o rezistență între perechile de transmisie și recepție între 19 K și 26,5 K, valoarea tipică fiind de 25 K ohmi. Pentru a efectua această verificare, PSE injectează o tensiune între 2,5 și 10 volți și măsoară curentul care circulă prin circuit. Această rezistență de 25 k dintre perechile emițătoare și receptoare poate fi înțeleasă ca un fel de Semnatura electronica care identifică dispozitivele PoE. Un dispozitiv care nu îndeplinește standardul PoE nu va avea această rezistență de 25K între perechile de transmisie și recepție.

În faza de „clasificare”, echipa PSE determină necesarul de energie al dispozitivului PoE care trebuie alimentat, în așa fel încât să se împiedice conectarea unui dispozitiv PoE care are nevoie de mai multă energie decât PSE în sine. Dispozitivele PoE sunt clasificate în termeni de necesități de energie în conformitate cu următorul tabel:

Pentru clasificarea puterii dispozitivelor PoE, PSE va injecta o tensiune între 15,5 și 20,5 volți și limitată la 100 mA pentru un timp de 10 ms în mod obișnuit și niciodată mai mare de 75 ms. Cu această tensiune aplicată, PSE va măsura curentul pe care dispozitivul PoE îl atrage la celălalt capăt și îi va determina nevoile de energie. În mod logic, din cauza pierderilor de putere din fire, echipamentul PSE trebuie să furnizeze puțin mai multă energie decât echipamentul PoE (PD) are strict nevoie.

În cele din urmă, o nouă revizuire a standardului PoE, IEE 802.3at permite furnizarea de puteri mai mari către dispozitivele PD, până la 24 de wați. Pentru aceasta, echipamentul PSE trebuie să fie capabil să livreze până la 30 de wați și trebuie să fie compatibil cu standardul IEEE 802.3af anterior. Acest nou standard permite, de asemenea, livrarea a până la 51 de wați către echipamentul PD folosind cele 4 perechi de cablu.

Imaginea următoare arată funcționarea unui telefon IP utilizând alimentarea PoE. După cum se poate vedea în fotografia menționată, sursa de alimentare a telefonului IP este deconectată și comutatorul PoE furnizează o tensiune apropiată de 48 în perechile 1,2 și 3,6

Dacă deconectăm telefonul IP de la comutator comutatorul PoE este verificat pentru a opri alimentarea tensiunii PoE

Și dacă în loc să conectăm un dispozitiv PoE la comutatorul PoE, conectăm un dispozitiv care nu acceptă alimentarea PoE, de exemplu un comutator de bază cu 10 porturi 10/100, vom vedea că se întâmplă exact același lucru, adică Comutatorul PoE detectează că nu există niciun dispozitiv PoE pe cealaltă parte și nu furnizează energie PoE

Ca o curiozitate, dacă conectăm comutatorul PoE la un dispozitiv care nu este PoE, la intervale regulate, comutatorul PoE încearcă să „descopere” dacă dispozitivul conectat este sau nu PoE pe cealaltă parte. În acest fel, dacă deconectăm dispozitivul non-PoE de la portul de comutare și conectăm un dispozitiv PoE, comutatorul va detecta rapid acea modificare și va continua să furnizeze energie PoE.

Evident, un switch PoE are nevoie de o sursă de alimentare mai mare decât un alt switch non-PoE cu același număr de porturi. În plus, acest alimentator furnizează 48 de volți, ceea ce nu se întâmplă în niciun caz la comutatoarele non-PoE.

Comutatorul PoE împreună cu sursa de alimentare

Tensiunea de ieșire a sursei de alimentare a comutatorului PoE = 48 de volți