임베디드
산업 제조
PoE(Power over Ethernet)는 단거리(최대 100미터) DC 전원을 전송합니다. PSE(Power Sourcing Equipment)와 PD(Powered Devices) 사이의 이더넷 케이블을 통해
[편집자 주:동일한 케이블을 통해 전원과 데이터를 제공하는 편리함은 매우 매력적이며 USB가 많은 소비자 장치의 유비쿼터스 전원이 된 것처럼 PoE(Power over Ethernet)는 상업 및 산업 분야에 여러 이점을 제공합니다. 응용 프로그램. 2부로 구성된 이 시리즈의 이전 기사에서는 일부 애플리케이션에서 PoE의 역할에 대해 설명했습니다. ]
NFPA(National Fire Protection Association)에 따르면 미국에서 상업용 화재의 세 번째 주요 원인은 전기 및 조명 장비입니다. 일반적인 근본 원인은 낡거나 결함이 있는 배선, 과부하된 회로, 느슨한 연결, 결함 있는 퓨즈, 불균형한 전기 부하 및 기타 많은 전기 또는 조명 문제입니다. 이는 과열로 이어져 궁극적으로 화재를 유발할 수 있는 스파크를 유발할 수 있습니다.
주 전원은 활선, 중성선 및 접지의 3가지 절연 구리선을 통해 장거리 및 단거리 AC 전원을 전송합니다. 활선은 교류 전위차(120VAC 또는 230VAC)를 전달합니다. 중성선은 회로를 완성하고 접지 전위 또는 0V에 가깝게 유지됩니다. 접지선은 고장이 발생한 경우 회로를 접지하는 안전선입니다. 간단히 말해서, 주 전원은 퓨즈 및 회로 차단기와 함께 전체 구리인 접지선의 33%를 안전에 사용합니다.
그림 1:2.5mm2 단선 주동선의 단면(왼쪽), 같은 규모의 단선 23AWG CAT6 케이블(오른쪽) 옆(출처:Ethernet Alliance)
PoE(Power over Ethernet)는 PSE(Power Sourcing Equipment)와 PD(Powered Devices) 사이의 이더넷 케이블을 통해 단거리(최대 100미터) DC 전원을 전송합니다. PoE 표준에 따라 최대 8개의 구리선이 반환 경로를 포함하여 DC 전원을 전달하는 데 사용됩니다. 요컨대, PoE는 안전을 위해 어떠한 구리도 사용하지 않습니다. 철학적으로나 건축적으로나 PoE 표준은 안전 제어를 구리(주전원)에서 실리콘으로 이동합니다. 여기에는 두 가지 이점이 있습니다. 실리콘은 구리보다 훨씬 저렴하며 실리콘을 코딩할 수 있습니다. 구리는 코딩할 수 없습니다.
이더넷은 8개의 접점이 있는 RJ45 커넥터를 사용합니다. 이들은 4개의 차동(diff) 쌍으로 나뉩니다(그림 2). 10BASE-T(10Mbps) 및 100BASE-TX(100Mbps) 네트워크에서 사용 가능한 4개의 diff 쌍 중 2개만 데이터를 전송하는 데 사용되며 두 쌍은 사용되지 않습니다. 기가비트 이더넷(1Gbps) 네트워크에서는 4개의 diff 쌍이 모두 데이터 전송에 사용됩니다.
기존 10/100/1000 이더넷 인프라, 350mA/쌍, 최대 57V를 제공하는 IEEE 802.3af(현재 PoE로 알려짐) 및 600mA/쌍, 최대 57V(PoE로 알려짐)를 제공하는 IEEE 802.3at를 활용합니다. 1) 사용되지 않은 쌍을 사용하여 전력을 전달하고 두 가지 대체 모드를 구현합니다. 대안 A 또는 B:
A. 대안 A(PSE) 또는 모드 A(PD)는 차동 시 전력을 전송합니다. 쌍 2 및 3
B. 대안 B(PSE) 또는 모드 B(PD)는 diff에서 전력을 전송합니다. 쌍 1 및 4
한편, PoE 2 또는 IEEE 802.3bt는 4개의 diff를 모두 사용하여 4쌍 전원으로 작동합니다. 쌍은 960mA/쌍에서 최대 57까지입니다. 이것은 PSE에서 90와트를 달성합니다.
그림 2:2쌍 전원 대 4쌍 전원
Ethernet Alliance는 그림 3에 표시된 대로 4가지 유형을 8개의 개별 클래스로 추가로 분할합니다. PSE(Power Sourcing Equipment)의 경우 각 PoE 2 클래스(5-8)는 15W 슬라이스이고 각 PoE 2 클래스는 11W입니다. PD(Powered Device)용 슬라이스. 클래스 대 유형의 미세한 분할은 특히 연결된 PSE 포트 수가 증가함에 따라 연결된 PD에 다양한 전력을 제공하기 위해 다중 포트 PSE의 효율성을 최적화합니다.
그림 3:IEEE 802.3bt 분류
PSE와 PD 간의 PoE 전력 프로비저닝은 아래 및 그림 4에 설명된 5가지 개별 단계를 따릅니다.
PSE에는 PD에 의해 수행되는 모든 전류 싱킹을 측정하기 위한 복귀 전류 경로와 직렬로 연결된 Rsense 저항기가 포함되어 있습니다. PD에 25k 풀다운 서명 저항도 있는데, 이는 PSE에 감지를 알리는 데 사용됩니다.
그림 4:PoE 전원 프로비저닝 단계(출처:Ethernet Alliance)
1단계. 탐지
PSE와 PD가 이더넷 케이블로 연결되면 PD는 PSE에 25kΩ 풀다운 저항(그림 4 오른쪽)을 제공합니다. 그런 다음 PSE는 500밀리초 창 내에서 두 가지 전류 측정을 수행합니다.
1) 힘 V 2.8 V, 측정 I
2) V 10 V에 힘을 가하고 I
를 측정합니다.∆V / ∆I를 계산하여 PSE가 19KΩ ~ 26.5ΩK를 측정하면 PSE는 감지를 유효한 것으로 받아들일 수 있습니다. 그렇지 않으면 PSE는 탐지를 거부해야 합니다. 차동 측정을 수행할 때의 이점은 주변 노이즈(공격자)가 각 측정에 공통적이므로 거부된다는 것입니다(공통 모드 거부).
2단계. 분류
분류 단계 동안 PD는 요청된 클래스 서명 또는 전력 요구 사항을 PSE에 알립니다. 분류 단계는 그림 5와 같이 5개의 클래스 이벤트 또는 시간 슬롯으로 나뉩니다.
1) 클래스 서명 0:1mA ~ 4mA
2) 클래스 서명 1:9mA ~ 12mA
3) 클래스 서명 2:17mA ~ 20mA
4) 클래스 서명 3:26mA ~ 30mA
5) 클래스 서명 4:36mA ~ 44mA
그림 5. PD가 생성한 클래스 서명
이 그림은 PD 클래스(1 – 8)를 식별하기 위해 각 클래스 이벤트(열) 동안 필요한 클래스 서명(행)을 캡처합니다. 예를 들어 클래스 7 PD는 클래스 이벤트 1 동안 40mA, 클래스 이벤트 2 동안 40mA, 클래스 이벤트 3~5 동안 18mA를 제공합니다. PSE는 PD의 클래스를 학습하기 위해 각 시간 이벤트 동안 PD의 전류 싱킹을 측정합니다.
PSE는 아래 그림 6에 표시된 전압을 강제하는 역할을 하는 반면 PD는 클래스 서명이라고 하는 최대 5개의 서로 다른 전류 레벨을 싱킹하는 역할을 합니다.
그림 6:수업 서명 및 현재 수준
자동 클래스
그림 5와 같이 클래스 이벤트 1은 다른 클래스 이벤트보다 깁니다. 이것은 802.3bt에만 해당되며 802.3at 또는 802.3af에는 해당되지 않습니다. PD가 802.3bt와도 호환되는 경우 PD는 클래스 서명 0(1 ~ 4mA) 81밀리초에서 클래스 이벤트 1로 변경할 수 있으며, 이는 PD가 802.3bt이고 Autoclass를 지원함을 802.3bt PSE에 알립니다.
PD가 켜진 후 PD는 ~1.2초 동안 최대 전력을 제공합니다. PSE는 PD 전력을 측정하고 약간의 마진을 추가하며 이것이 PSE에서 제공하는 새로운 최적화된 전력 레벨이 됩니다.
Autoclass는 PSE 전력 할당을 최적화합니다. 예를 들어 PD가 작동 중에 최대 65W를 요구하는 경우 PD는 PD에서 65W를 보장하기 위해 PSE에 대해 자신을 클래스 8로 식별합니다. Autoclass가 없으면 PSE는 PD가 65W를 얻도록 90W를 할당합니다. Autoclass를 사용하면 PSE는 66.5W(짧은 케이블 길이), + 1.75W 마진 =68.25W 할당만 읽을 수 있습니다. 절전은 21.75W 또는 ~25%입니다. 이것이 중요하지 않은 것처럼 보일 수도 있지만 PSE 스위치에 8개의 802.3bt 포트가 있는 경우 Autoclass는 수백 와트의 총 잠재적 효율성 절감을 위해 각 포트(다양한 케이블 길이 포함)를 최적화할 수 있습니다.
3단계:시작
시작 단계에서 PSE는 돌입 전류를 클래스 1~4의 경우 450mA로 제한하고 클래스 5~8의 경우 900mA로 제한합니다.
시작 단계에서 PD는 부하 전류를 클래스 1 – 6의 경우 400mA, 클래스 7 – 8의 경우 800mA로 제한하는 역할을 합니다.
4-5단계:작동, 연결 해제 및 MPS
전력 서명 유지(MPS)는 PD가 연결 해제되지 않았음을 PSE에 알리기 위해 PD가 PSE에서 주기적인 전류 펄스를 싱크하는 연결 유지 기능입니다. PSE가 400밀리초 후에 PD로부터 MPS를 수신하지 않으면 PSE는 PD의 전원을 차단해야 합니다.
그림 7은 PD(Powered Device)에 대한 일반적인 802.3bt 애플리케이션 다이어그램을 보여줍니다. 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하는 변압기 AC는 이더넷 10/100/1000 데이터를 근처 프로세서에 연결합니다. 전파 정류는 GreenBridge™ 2에 의해 수행되며 기존 실리콘 다이오드 브리지보다 전력을 덜 소모합니다. ON Semiconductor ® 의 NCP1095 (핀 7)은 25kΩ 감지 풀다운 저항을 나타내고 핀 2와 3은 PD의 전력 요구 사항을 클래스(저항 값)별로 결정하며, 부착 후 분류 이벤트 동안 PSE에 전달됩니다. 핀 6, 8, 9 및 10은 외부 Rsense 및 통과 게이트를 통해 돌입 및 과전류 보호(OCP)를 집합적으로 제어합니다. 컴패니언 프로세서에 대한 3비트 통신은 핀 13, 15 및 16에서 수행됩니다. 핀 14 PGO 핀은 전력 출력이 양호할 때 다운스트림 DCDC 장치에 알립니다. 핀 4를 사용하면 NCP1095가 로컬 보조 전원에서 전원을 켤 수 있고 핀 6은 802.3bt의 새로운 기능인 Autoclass를 제어합니다.
그림 7:802.3bt 애플리케이션 다이어그램
ON Semiconductor는 외부 FET와 Rsense를 모두 통합하는 NCP1096 컨트롤러도 제공합니다.
퓨즈, 회로 차단기 및 접지선은 특히 IEEE 802.3bt의 기능과 비교할 때 전기 화재를 방지하기 위한 상대적으로 둔한 도구입니다. Classification, Autoclass, inrush 및 MPS와 같이 제공하는 전원 프로비저닝 기능은 훨씬 뛰어납니다. 예를 들어, 주전원을 사용하면 벽이나 천장에 숨어 있는 설치류가 아무런 경고 없이 쉽게 전기 화재를 일으킬 수 있습니다. 반면 PD가 400msec마다 PSE에 MPS를 제공하지 않으면 PSE는 PD에 대한 전원을 자동으로 차단합니다.
계획되지 않은 연결 끊김을 캡처하기 위해 PSE를 코딩하는 것을 쉽게 상상할 수 있습니다. 이는 IT 부서에 조기 경고 플래그를 트리거하여 잠재적으로 건물 화재와 같은 재앙적인 사건을 예방합니다. 한편 Classification 및 Autoclass는 부하에 필요한 정확한 전력을 지능적으로 할당합니다. 이것은 전력을 분배하는 매우 안전하고 효율적인 방법입니다. 앞서 언급했듯이 실리콘은 구리보다 훨씬 저렴하고 실리콘을 코딩할 수 있지만 구리는 코딩할 수 없습니다.
>> 이 기사는 원래 자매 사이트인 Power에 게시되었습니다. 전자 뉴스.
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매우 일반적인 요구 사항은 몇 와트에서 수백 와트 범위의 최종 제품에 대한 내부 AC-DC 전원 공급 장치를 선택하는 것입니다. 로우 엔드에서 대안은 외부 공급 장치 또는 어댑터가 될 수 있지만 약 100W 이상에서는 내장형 제품을 내장형 모듈(아마도 섀시 또는 PCB 장착형)로 선택하는 것이 일반적입니다. 용감한 사람은 특히 필요한 성능이 비표준인 경우 자체 설계를 고려할 수도 있습니다. 왜 내부인가요? 내부 전원 공급 장치를 선택해야 하는 이유를 먼저 검토해 보겠습니다. 상용 제품의 경우 소비자는 부피가 큰 인라인 어댑터를
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