Napájení spotřebičů prostřednictvím signálových spojů? Třebaže se princip skloňoval již v éře prvních telefonů, v případě datových spojů trvala standardizace nebývale dlouho. Počítačový svět naštěstí tuto možnost znovu oživil s příchodem rozhraní USB a FireWire. Poněkud paradoxně však nebyla hnací silou průmyslová automatizace, u níž by se tlak na vytvoření standardu umožňujícího napájení koncových zařízení připojených k Ethernetu zdál být účelnější, ale počátky hledejme za potřebou internetové telefonie (VoIP) napájet koncové stanice.
Jednoduše, bezpečně a se zálohou
Power Over Ethernet (PoE), někdy také Power Over LAN (PoL), je možnost jak dopravit data a zároveň i napájecí napětí k ethernetovému zařízení pomocí stávající kabeláže. Souhlasíme, že kroucené páry nejsou úplně ideálním přenosovým médiem pro dopravu velkých výkonů od zdroje PSE (Power Sourcing Equipment, např. router nebo Ethernet switch) směrem ke spotřebiči PD (Powered Device) na druhém konci kabelu. Při použití vyššího napětí se nicméně vliv většího ohmického odporu tenkých vodičů a přechodových odporů konektorů RJ45 zase tolik neuplatní a my tak můžeme pracovat klidně i v řádu desítek wattů.
To již postačuje pro celou řadu běžných aplikací - VoIP telefony, webkamery, přístupové body bezdrátových sítí, zabezpečovací technika, bezpečnostní kamery, dveřní systémy apod. S využitím PoE dle IEEE802.3af a IEEE802.3at bude jejich instalace snadná a to i na těžko přístupných místech bez el. zásuvky. Díky záložní UPS pak vše ještě ochráníme pro případ výpadku napájení.
Provoz zařízení s možností centrální správy máme také o poznání bezpečnější. Nejedná se přitom jen o použitých 48 V DC, ale především o vlastnosti samotného přenosu. Dojde - li totiž k výpadku, PSE automaticky zastavuje další dodávku energie a před jejím obnovením znovu spouští proces typu handshake. Systém tak počítá nejen s prodřením kabelu, ale také třeba hlodavci, kteří ještě „nesnídali.“ Sluší se však zmínit určitá omezení vyplývající z dodržování specifikace IEEE a těmi jsou především výkony 12 W, resp. 24 W dostupné na konci ethernetového kabelu maximální délky 100 metrů.PoE, IoT a Raspberry Pi
S napájením po Ethernetu se budeme potkávat stále častěji. Společnost Silvertel, britský výrobce modulů pro telekomunikační techniku, napájecí zdroje a samozřejmě též oblast PoE, proto připravil jednoduchý referenční návrh 5 V PoE adapter boardu, který může první společné „krůčky“ zjednodušit.
Prostřednictvím standardního USB kabelu nebo DC zdířky bude napájet jakékoli 5 V zařízení s výkonem do 9 W (tj. výstup 5 V / 1,8 A) a my jej tak můžeme připojit k MarS i.MX6, Olimex A10-OLinuXino-LIME, BeagleBone Black, Element 14 RIoTboard a pochopitelně též Raspberry Pi modelům A a B. S využitím signatury dle IEEE802.3af dále zabráníme škodám, které by mohly vzniknout nesprávným zapojením nebo zkratovanými ethernetovými kabely. Schéma zapojení, desku plošných spojů a rozpisku materiálu si můžete stáhnout zde.
Od PoE je už pak jen krůček k další kouzelné zkratce dnešních dní, IoT. Na videu níže si můžete prohlédnout nový modul nízkonapěťového budiče LED od Silvertelu spolu s open source vývojovou platformou Arduino v akci.
Řízení osvětlení s LED se odehrává na smartphonu nebo jiném zařízení s Androidem a v kontextu výše uvedeného se pochopitelně nebráníme ani náhradě desky Arduino za něco na způsob Raspberry Pi s podporou PoE. Možnosti napájení po ethernetovém kabelu podle všeho plně vyniknou právě ve spojení s internetem věcí, ale to přece není nic nového.
Napájet nebo napájet po Ethernetu?
Moduly pro rozhraní v telekomunikační technice, moduly bezdrátového nabíjení, řízení nabíjení SLA baterií nebo zvyšující DC/DC měniče. I taková může být nabídka řešení společnosti Silvertel. Místo, kde však vynikne celá krása, bude právě v oblasti Power over Ethernet. Řešení je mnoho a firma je přehledně dělí do několika skupin. Miniaturní provedení nebo poněkud „nestandardní“ výkony, zdroje PSE nebo napájená zařízení PD? Pojďme vybírat...
Různá pouzdření, výkony a rovněž výstupní napětí, která „padnou“ spoustě jinak odlišných aplikací. PoE moduly Silvertel vyžadují minimum vnějších součástek a všechny dále podporují rozpoznávání signatury dle standardu IEEE802.3af. Nechybí teplotní ochrana, seřízení offsetu výstupního napětí, pojistka pro případ přetížení či zkratu nebo volba provedení ve stylu SIL (single in line), DIL (dual in line) a SMT (surface mount).
V nabídce se zorientujeme docela rychle - moduly vybíráme dle jejich umístění, tj. jako PSE nebo izol. / neizolované PD, a následně pak v pěti podskupinách IEEE 802.3af 13 W, IEEE 802.3at 30 W, PoE Ultra 60 W, Power over HDBaseT 100 W a konečně ještě pěkných Power over Ethernet 200 W. Podrobnosti naleznete na stránkách výrobce a s moduly se přehledně seznámíte rovněž v dokumentu dole pod článkem.
Nezaberou mnoho místa a svou výškou odpovídají konektorům RJ45, jsou plně testovány a vyhovují tak požadavkům IEEE 802.3af resp. IEEE 802.3at. Výrobce moduly pro PoE optimalizoval, takže se rozhodně nejedná o „nafouknuté“ referenční návrhy se spoustou vnějších součástek a pokud jde o EMC, vyhovují mezinárodním standardům (na HW serveru viz také článek Napájíme po Ethernetu aneb nepatrné rozměry s minimem součástek).
Když je 48 V příliš
Všechny zdrojové moduly PSE (Power Sourcing Equipment) od Silvertelu vystačí se stejnosměrným napájením od 48 V až do 57 V. Takové rozpětí se již ale vymyká možnostem zákazníků, kteří běžně pracují a mají k dispozici standardní hladiny 12 V nebo 24 V DC, zejména hovoříme - li pak o bateriové záloze.
Silvertel proto nyní přichází s řešením. Jmenuje se Ag7100 a vystupuje na pozici samostatného, odděleného a zvyšujícího DC/DC měniče pro 12/24 V vstupy s výstupním napětím 48 V. Výrobce jej nabízí v miniaturním provedení typu DIL o rozměrech jen 51 x 30 mm. Ve spoustě případů si vystačíme bez chladiče a díky použitému oddělení (1 500 V) plně a bez potíží vyhovíme specifikacím IEEE pro PoE či souvisejícím bezpečnostním standardům IEC60950.
Na obrázku názorně vidíme celé zapojení. Modul Ag7100 v našem novém návrhu napájí modul PSE (Ag6100, vyhovuje PoE a PoE+) a jako celek pak dodává energii modulům PD (Ag9800, Ag5300).
A klíčové vlastnosti v bodech? Na vstupu 11 - 27 V DC, na výstupu stavitelných 48 - 57 V DC a maximálně 40 W. Rozměry 51 x 30 x 16 mm, izolační bariéra 1 500 V, ochrana proti přepětí, nadproudům a teplotnímu přetížení, vysoká účinnost, nízké zvlnění (rušení) a přístup ve stylu „Plug&Play.“ Více o novince na webu výrobce.
Do průmyslu a taky bez drátů
Silvertel své řady dále rozšířil o nové moduly Ag9724-FL z rodiny „Low cost IEEE802.3af PoE PD.“ 12 W modul s výstupním napětím 24 V splňuje požadavky standardu 802.3af a při své činnosti tak získává energii z tradičního krouceného páru kabelu cat. 5. Patří k němu vestavěné můstkové usměrňovače a rovněž posílený teplotní rozsah od -40 °C až do +85 °C. V případě rodiny Ag9700-FL dostáváme na výběr ze čtyř výstupních napětí, 3,3 V, 5 V, 12 V a konečně zmiňovaných 24 V DC. Více na stránkách výrobce zde.
Britský výrobce se zároveň pouští i do oblasti populárního bezdrátového nabíjení. Telefony, ruční a jiná „nerozebíratelná“ zařízení budou nyní dle standardu Qi (Wireless Power Consortium) udržovat v chodu bezdrátové moduly přijímače a vysílače AG301/311.
A energií se rozhodně šetří, protože transmitter ji bude dodávat pouze v přítomnosti ověřeného receiveru - detekce cizích objektů tak zabraňuje „nepodloženým“ přenosům. Podrobnosti k bezdrátovému 5 W systému pro pohodlné nabíjení naleznete tady.
V případě zájmu o produkty Silvertel (www.silvertel.com) kontaktujte distributora, společnost Codico GmbH (www.codico.com, e-mail: Petr.Rocek@codico.com). Zde také můžete směřovat veškeré své dotazy a to včetně požadavků na vzorky, vývojové kity, nabídky či konzultaci (ne)typických řešení.
Download a odkazy:
