В днешно време все по-често мрежовите устройства (точки за достъп до Wi-Fi, уеб камери, IP телефони и др.) Получават електрическа енергия през самите проводници за данни, като по този начин се избягва необходимостта от електрически контакт при 230 v в близост на оборудването. Тази технология е известна с името PoE, съкращение, чието значение е Power over Ethernet. Решението на този технически проблем се основава на схема, използвана почти 100 години в телефонни вериги, т.нар Фантомни вериги

решение

Технически проблемът, който трябва да бъде решен, е как да се "смеси" захранването с постоянен ток с данните, които циркулират през проводниците на Ethernet връзката, без тези данни да се променят. В телефонните линии в началото на 20 век имаше подобен проблем: как да се управляват три независими телефонни вериги, като се използват само проводници за две вериги. Тоест, как да свържете чифт телефони през проводниците на други телефони, без да причинявате смущения между тях

Както може да се види на фигурата, имаме захранване във фантомен режим, като се използват само две телефонни двойки три независими телефонни вериги. Ето къде е името на фантом или фантом, тъй като третата телефонна верига, тази, която свързва двойката телефони, разположени в междинно положение на изображението, въпреки че не съществува физически като такава, е напълно работеща. Ключът към тази схема е в вторичните с междинен прием трансформатори. С тази подредба, всяка промяна в тока, произведена от двойката телефони, свързани във фантомен режим няма да повлияе към телефони, свързани чрез физически двойки, тъй като когато токът циркулира в противоположни посоки през двете половини на вторичните, те няма да произвеждат индуцирано напрежение в първичната част на споменатите трансформатори.

В горната диаграма се наблюдава как токът във фантомен режим (Ip) се разделя на два равни тока, но които циркулират в противоположни посоки през всяка половина на вторичния трансформатор. Тези два равни тока, но в противоположни посоки, произвеждат две противоположни напрежения във вторичната част на трансформатора и следователно не се появява напрежение в първичната. От друга страна, токът на телефона, свързан посредством физическата двойка (Is), когато циркулира в една и съща посока през вторичната намотка, произвежда напрежение в първичната част на трансформатора (Vs). И това също ще е вярно, дори ако токът Ip е променлив ток, тъй като той винаги ще бъде разделен на два равни тока, но в противоположни посоки, ефектите от които ще се премахнат в първичната част на трансформатора.

С това стигаме до техническото решение, използвано от PoE устройствата. Тези устройства могат да се захранват по два различни начина, като се използват „неизползвани“ двойки за предаване на данни или споделяне на използването на двойки, използвани за предаване на данни.

Горната диаграма показва така наречения „Метод В“ за захранване на PoE устройства, който използва двойки 4,5 и 7,8, които не се използват за предаване на данни. Тази система е валидна за устройства, които работят със стандартите 10BASE-T и 100BASE-TX, но по принцип, е несъвместимо със системи 1000BASE-T Y. 10GBASE-T, тъй като тези системи използват и четирите двойки за предаване на данни. Всъщност днешното оборудване, което се захранва от PoE те са съвместими с двете системи за захранване, метод A и метод B, тъй като те включват трансформатор със среден кран на всяка от 4-те двойки данни.

Горната схема съответства на така наречения „метод A“ на PoE захранването. Тази система е съвместима с всички Ethernet стандарти, тъй като въпреки че използва двойки 1,2 и 3,6, които също се използват за данни, тя го прави чрез системата, базирана на трансформатор с междинен кран на вторичния, Система, която, както беше посочено по-рано, е в основата на фантомните вериги, използвани в телефонията в продължение на почти 100 години. Това решение е препоръчителното и се използва от всички текущи PoE устройства.

PoE захранващото оборудване (PSE) може да използва някоя от двете системи, A или B, за захранване на PoE (PD) устройства, но последните трябва да са съвместими с двете системи, тъй като не могат да знаят коя ще бъде свързана. . Ако PoE (PD) оборудването е съвместимо със стандарта IEEE 802.3af, то поддържа един от двата метода на захранване, A или B.

Както се вижда в предишните диаграми, PoE захранването винаги е на относително високо напрежение, обикновено 48 волта. Обяснението за използването на тази стойност на опън е, че това е единственият начин да се минимизират загубите в кабела, който може да бъде дълъг до 100 метра. Съпротивлението на двойка проводници в 100-метров кабел Категория 5е е приблизително 20 ома (максималното съпротивление на всеки 100-метров проводник Cat 5e не трябва да надвишава 9,38 ома).

Във всеки случай, самото PoE устройство включва DC/DC преобразувател за да получите постояннотоково напрежение, необходимо за вашата операция, 5v, 9v, 12v или друго. Очевидно, ако използваме PoE сплитер, тогава ще трябва да се уверим, че той доставя адекватното постояннотоково напрежение за нашето устройство, което не поддържа PoE първоначално. Следващото изображение показва сплитера DWL-P50 и неговите технически спецификации, където може да се види, че той може да подава 5v или 12 v към изхода, в зависимост от позицията на конфигурационен превключвател.

Необходимо е да се знае, че стандартът IEEE 802.3af установява сложен и сигурен механизъм за „удостоверяване“ на PoE устройства, за да се провери дали в другия край на кабела има устройство, което поддържа PoE или не. Устройство, което доставя PoE (PSE) захранване преди прилагане на PoE напрежение, ще направи някои измервания на напрежение и ток и ще определи точно дали има PoE устройство в другия край. Ако е така, той ще достави съответната PoE мощност, обикновено 48 волта, но ако откриването на PoE устройство не успее, тогава няма да инжектира PoE мощност и по този начин ще се избегнат възможни повреди на свързаното оборудване.

Предишната диаграма показва как прилагането на енергия чрез PoE изисква три фази:

Във фаза „откриване“ устройството, което доставя PoE (PSE), проверява дали има съпротивление между двойките на предаване и приемане между 19 K и 26,5K, като типичната стойност е 25 K ома. За да извърши тази проверка, PSE инжектира напрежение между 2,5 и 10 волта и измерва тока, протичащ през веригата. Това 25 k съпротивление между предаващата и приемащата двойки може да се разбере като един вид Електронен подпис който идентифицира PoE устройства. Устройство, което не отговаря на PoE стандарта, няма да има това 25K съпротивление между тези двойки за предаване и приемане.

Във фазата на "класификация" екипът на PSE определя нуждите от захранване на PoE устройството, което трябва да се захранва, по такъв начин, че се предотвратява фактът на свързване на PoE устройство, което се нуждае от повече мощност, отколкото PSE може да достави. PoE устройствата са класифицирани по отношение на енергийните нужди съгласно следната таблица:

За класификация на мощността на PoE устройства PSE ще инжектира напрежение между 15,5 и 20,5 волта и ограничено до 100 mA за време от 10 ms, обикновено и никога повече от 75 ms. С това напрежение PSE ще измери тока, който PoE устройството черпи в другия край и ще определи своите нужди от мощност. Логично поради загубите на мощност в проводниците, PSE оборудването трябва да достави малко повече мощност, отколкото PoE (PD) оборудването е строго необходимо.

И накрая, нова ревизия на PoE стандарта, IEE 802.3at, позволява предоставянето на по-високи мощности на PD устройства, до 24 вата. За това оборудването PSE трябва да може да доставя до 30 вата и да е съвместимо с предишния стандарт IEEE 802.3af. Този нов стандарт също така позволява доставката на до 51 вата към PD оборудването, използвайки 4-те двойки кабел.

Следващата снимка показва работата на IP телефон, използващ PoE захранване. Както може да се види на споменатата снимка, захранването на IP телефона е изключено и PoE превключвателят подава напрежение близо до 48 в двойки 1,2 и 3,6

Ако изключим IP телефона от комутатора превключвателят PoE е проверен, за да спре подаването на PoE напрежение

И ако вместо да свържем PoE устройство към PoE превключвателя, свържем устройство, което не поддържа PoE захранване, например основен 5-портов 10/100 превключвател, ще видим, че се случва точно същото нещо, т.е. PoE превключвателят открива, че няма PoE устройство от другата страна и не подава PoE захранване

За любопитство, ако свържем PoE превключвателя към устройство, което не е PoE, на редовни интервали PoE превключвателят се опитва да „открие“ дали свързаното устройство е PoE от другата страна. По този начин, ако изключим не-PoE устройството от порта за превключване и свържем PoE устройство, превключвателят бързо ще открие тази промяна и ще продължи да захранва PoE захранване.

Очевидно е, че PoE комутаторът изисква по-голямо захранване от този, който не е PoE, със същия брой портове. Освен това, тази хранилка захранва 48 волта, което не се случва в никакъв случай при не-PoE комутатори.

PoE превключвател заедно с неговото захранване

PoE превключвател захранващо изходно напрежение = 48 волта