Перейти к содержанию

PoE (питание по Ethernet)

Камера под потолком или точка доступа получает и данные, и питание по одному кабелю витой пары. Источник не подаёт 48 В вслепую: сначала он находит на другом конце подпись PoE-устройства, узнаёт его класс и только потом включает питание.

Обновлено Редакция GAW

PoE (Power over Ethernet) — способ передать питание устройству по тому же кабелю витой пары, по которому идут данные Ethernet. Стороны называются PSE (power sourcing equipment — коммутатор или инжектор) и PD (powered device — камера, точка доступа, датчик). Базовые требования задают IEEE 802.3-2008, раздел 33, и дополнение IEEE 802.3at; в даташите TI устройства по первому называют типом 1, по второму с повышенной мощностью — типом 2.

Как включается питание

  1. Обнаружение. PSE подаёт на пары небольшое напряжение и измеряет сопротивление. PD показывает подпись — резистор 25 кОм ± 5 % (TI рекомендует 24,9 кОм ± 1 %), который подключён при напряжении 1,4–10,9 В.
  2. Классификация. При 10,9–22 В PD задаёт ток резистором класса; по нему PSE узнаёт нужную мощность. Для класса 4 мощный PSE проводит второй цикл.
  3. Включение и работа. PSE подаёт рабочее напряжение. PD должен показывать подпись поддержания питания (MPS), иначе источник выключит порт.
Параметр по TI SLVSB99CТип 1Тип 2 (802.3at)
сопротивление петли кабеля, макс.20 Ом12,5 Ом
мощность PSE, мин.15,4 Вт30 Вт
напряжение PSE, мин.44 В50 В
мощность на входе PD, макс.13 Вт25,5 Вт
напряжение на входе PD37–57 В37–57 В, свыше 13 Вт — 42,5–57 В

Разница между мощностью PSE и PD — потери в кабеле. Почему в одном даташите и 12,95, и 13 Вт: в таблице классов TI (табл. 1) верхняя граница классов 0 и 3 записана как 12,95 Вт, а в табл. 2 ревизия C того же даташита заменила 12,95 Вт на округлённые 13 Вт (список изменений SLVSB99C); речь об одном и том же пределе мощности PD типа 1. Предел 25,5 Вт на входе PD — это потолок 802.3at; более мощные классы в этих даташитах TI не описаны. Какие контакты разъёма заняты питанием в вариантах A и B, показано на странице распиновки RJ-45: PSE подаёт напряжение либо по парам 1–2 и 3–6 вместе с данными, либо по парам 4–5 и 7–8. Свободными эти пары бывают только в 10BASE-T и 100BASE-T; в 1000BASE-T данные идут по всем четырём парам, и IEEE 802.3at признаёт подачу питания по тем же сочетаниям контактов уже без понятия «свободные пары». Одновременно PSE питает только одну группу пар, а PD принимает любую полярность через диодные мосты.

Что нужно на стороне устройства

  • Контроллер PD — подпись, класс, ограничение пускового тока и ключ, который подключает нагрузку. TPS2378, например, держит ток включения на 140 мА и пропускает до 0,85 А.
  • Преобразователь с 37–57 В до 5 или 3,3 В, обычно изолированный, например обратноходовый.
  • Изоляция. TI напоминает: по стандарту проводники интерфейса PI изолируют от земли и всех цепей системы; для внешнего адаптера в вариантах подключения 1 и 2 из даташита TPS23753A нужна проверка электрической прочности не менее 1500 В переменного тока между выходом и всеми остальными цепями, а в варианте 3 — только если эту изоляцию не обеспечивает преобразователь. На типовой схеме TPS2378 вход контроллера подключён к трансформаторам Ethernet со стороны кабеля и к парам 4–5 и 7–8 — оттуда и снимается питание.
  • Защита. TVS-диод на выпрямленном напряжении PoE обязателен; TI рекомендует SMAJ58A для применения в помещениях.

Безопасность. Напряжение до 57 В постоянного тока — уже не «низковольтная мелочь»: при касании оно ощутимо, а ошибка в плате закорачивает его на логические цепи. Не подключайте самодельное устройство к пассивным инжекторам, которые подают питание без обнаружения, и не соединяйте землю платы с цепями PoE напрямую, если преобразователь задуман изолированным.

Частые вопросы

Какое напряжение в PoE?

По таблице TI для IEEE 802.3at источник (PSE) выдаёт не менее 44 В в типе 1 и не менее 50 В в типе 2, а на входе устройства (PD) после потерь в кабеле допускается 37–57 В; при потреблении больше 13 Вт — 42,5–57 В. Это не безопасные 5 В USB: держите цепи PoE на плате отдельно от доступных пользователю разъёмов и изолируйте их.

Не сожжёт ли PoE-коммутатор устройство без PoE?

Стандартный — нет: PSE сначала измеряет сопротивление на парах малым напряжением и ищет подпись 25 кОм ± 5 %. TI пишет, что уровни при обнаружении вряд ли повредят устройство, не рассчитанное на PoE. Опасны пассивные инжекторы, которые подают напряжение постоянно без проверки: для них этот механизм не работает.

Чем отличаются классы PoE?

Класс сообщает источнику, сколько мощности возьмёт устройство. PD задаёт его резистором, через который течёт ток при 10,9–22 В. По таблице TI: класс 1 — до 3,84 Вт, 2 — до 6,49 Вт, 3 и 0 — до 12,95 Вт, класс 4 (тип 2, PoE+) — до 25,5 Вт на входе PD. Для класса 4 мощный источник проводит два цикла классификации.

Источники

  1. Texas Instruments. TPS2378 IEEE 802.3at PoE High-Power PD Interface (SLVSB99C, March 2012, revised July 2015) — разд. 1–3: внутренний ключ 0,5 Ом на 100 В, рабочий ток до 0,85 А, ограничение пускового тока 140 мА; разд. 7.3.3: на резистор классификации подаётся ≈ 2,5 В при напряжении PD 10,9–22 В; табл. 1: классы 0 (0,44–12,95 Вт), 1 (0,44–3,84), 2 (3,84–6,49), 3 (6,49–12,95), 4 (12,95–25,5 Вт), резисторы 1270 / 243 / 137 / 90,9 / 63,4 Ом; мощные PSE проводят два цикла классификации при классе 4; разд. 7.3.4: подпись обнаружения действует при 1,4–10,9 В, по IEEE 802.3at сопротивление подписи 23,75–26,25 кОм (25 кОм ± 5 %), TI рекомендует 24,9 кОм ± 1 %; разд. 7.4: PSE опрашивает кабель малыми уровнями, которые вряд ли повредят устройство без PoE, затем классифицирует и включает питание; PD поддерживает подпись поддержания питания (MPS), без неё PSE отключает порт; табл. 2: тип 1 — петля 20 Ом, PSE не менее 15,4 Вт и 44 В, PD до 13 Вт при 37–57 В; тип 2 — петля 12,5 Ом, PSE 30 Вт и 50 В, PD до 25,5 Вт, свыше 13 Вт — при 42,5–57 В; питание по парам 1–2 и 3–6 или 4–5 и 7–8, PD принимает любую полярность через диодные мосты; PD типа 2 не должен брать больше 13 Вт первые 80 мс после включения
  2. Texas Instruments. TPS23753A IEEE 802.3 PoE Interface and Converter Controller with Enhanced ESD (SLVS933D, July 2009, revised December 2020) — разд. 8.4.12: стандарты IEEE требуют изолировать проводники PI от земли и всех потенциалов системы, не относящихся к PI; адаптер в вариантах 1 и 2 — испытание электрической прочности не менее 1500 В переменного тока между выходом и остальными цепями; разд. 8.4.13: TVS на выпрямленном напряжении PoE обязателен, для помещений TI рекомендует SMAJ58A или лучше

Нашли ошибку?

Смотрите также