У наш час все частіше мережеві пристрої (точки доступу Wi-Fi, веб-камери, IP-телефони тощо) отримують електроенергію через самі дроти передачі даних, тим самим уникаючи необхідності мати електричну розетку на 230 в обладнання. Ця технологія відома під назвою PoE, абревіатура, значення якої - Power over Ethernet. Рішення цієї технічної проблеми базується на схемі, яка майже 100 років використовується в телефонних ланцюгах, так звана Фантомні схеми

power

Технічно проблема, яку потрібно вирішити, полягає в тому, як "змішати" джерело постійного струму з даними, які циркулюють по проводах підключення Ethernet, не змінюючи ці дані. У телефонних лініях початку 20 століття була подібна проблема: як управляти трьома незалежними телефонними ланцюгами, використовуючи лише дроти для двох ланцюгів. Тобто, як підключити пару телефонів через дроти інших телефонів, не викликаючи перешкод між ними

Як видно на малюнку, ми маємо живлення у фантомному режимі, використовуючи лише дві телефонні пари три незалежні телефонні схеми. Ось де назва фантом або фантом, оскільки третя телефонна схема, що з'єднує пару телефонів, розташованих у проміжному положенні на зображенні, незважаючи на те, що фізично не існує як така, цілком справна. Ключ цієї схеми в вторинні з проміжним споживанням трансформатори. При такому розташуванні будь-які зміни струму, що створюються парою телефонів, підключених у фантомному режимі не вплине до телефонів, з'єднаних фізичними парами, оскільки коли струм циркулює в протилежних напрямках через дві половини вторинних пристроїв, вони не будуть виробляти жодної індукованої напруги на первинному згаданому трансформаторі.

На наведеній вище схемі спостерігається, як струм у фантомному режимі (Ip) ділиться на два рівні струми, але які циркулюють в протилежних напрямках через кожну половину вторинного трансформатора. Ці два рівні струми, але в протилежних напрямках, виробляють дві протилежні напруги у вторинній трансформаторі, і тому напруга не з'являється в первинній. З іншого боку, струм телефону, підключеного через фізичну пару (Is), коли циркулює в одному напрямку через всю вторинну обмотку, справді створює напругу на первинному трансформаторі (Vs). І це також буде вірно, навіть якщо струм Ip є змінним струмом, оскільки він завжди буде розділений на два однакові струми, але в протилежних напрямках, наслідки яких припиняться на первинному трансформаторі.

З цим ми підійшли до технічного рішення, яке використовують пристрої PoE. Ці пристрої можуть живитися двома різними способами, використовуючи “невикористані” пари для передачі даних або спільне використання пар, що використовуються для передачі даних.

На наведеній вище схемі показаний так званий "метод B" для живлення пристроїв PoE, який використовує пари 4,5 і 7,8, які не використовуються для передачі даних. Ця система діє для пристроїв, які працюють зі стандартами 10BASE-T та 100BASE-TX, але, в принципі, є несумісним із системами 1000BASE-T Y 10GBASE-T, оскільки ці системи використовують усі чотири пари для передачі даних. Власне, сучасне обладнання, яке живиться від PoE вони сумісні з обома енергосистемами, Методом A і Методом B, оскільки вони включають трансформатор із середнім краном на кожній з 4 пар даних.

Вищевказана схема відповідає так званому "методу A" живлення PoE. Ця система сумісна з усіма стандартами Ethernet, оскільки, хоча вона використовує пари 1,2 і 3,6, які також використовуються для даних, вона робить це через систему, засновану на трансформатор з проміжним краном на вторинному, Система, яка, як зазначалося раніше, є основою фантомних схем, що використовуються у телефонії майже 100 років. Це рішення є рекомендованим та застосовується усіма поточними пристроями PoE.

Енергетичне обладнання PoE (PSE) може використовувати будь-яку з двох систем, A або B, для живлення пристроїв PoE (PD), але останні повинні бути сумісними з обома системами, оскільки вони не можуть знати, до якої саме вони будуть підключені. . Якщо обладнання PoE (PD) сумісне зі стандартом IEEE 802.3af, тоді воно підтримує будь-який із двох методів живлення, A або B.

Як видно з попередніх діаграм, джерело живлення PoE зазвичай знаходиться на відносно високій напрузі 48 вольт. Пояснення використання цього значення напруги полягає в тому, що це єдиний спосіб мінімізувати втрати в кабелі, який може бути довжиною до 100 метрів. Опір пари проводів у 100-метровому кабелі категорії 5е становить приблизно 20 Ом (максимальний опір будь-якого провідника Cat 5e довжиною 100 метрів не повинен перевищувати 9,38 Ом).

У будь-якому випадку, саме пристрій PoE містить перетворювач постійного/постійного струму для отримання постійної напруги, необхідної для вашої роботи, 5v, 9v, 12v або іншої. Очевидно, що якщо ми використовуємо PoE сплітер, тоді нам доведеться переконатися, що він подає достатню напругу постійного струму для нашого пристрою, який не підтримує PoE. На наступному зображенні показано спліттер DWL-P50 та його технічні характеристики, де видно, що він здатний подавати на вихід 5 В або 12 В, залежно від положення перемикача конфігурації.

Необхідно знати, що стандарт IEEE 802.3af встановлює складний та безпечний механізм "автентифікації" пристроїв PoE, щоб перевірити, чи є на іншому кінці кабелю пристрій, що підтримує PoE, чи ні. Пристрій, що подає живлення PoE (PSE) перед подачею напруги PoE, виконає деякі вимірювання напруги та струму та точно визначить, чи є пристрій PoE на іншому кінці. Якщо так, він подаватиме відповідну потужність PoE, як правило, 48 вольт, але якщо виявлення PoE-пристрою не вдається, тоді не буде вводити живлення PoE і таким чином вдасться уникнути можливих пошкоджень підключеного обладнання.

Попередня діаграма показує, як застосування енергії через PoE вимагає трьох фаз:

На фазі «виявлення» пристрій, що постачає PoE (PSE), перевіряє наявність опору між парами передачі та прийому між 19 К і 26,5 КБ, типовим значенням є 25 К Ом. Для проведення цієї перевірки PSE вводить напругу від 2,5 до 10 вольт і вимірює струм, що протікає по ланцюгу. Цей опір 25 кВ між передавальною та приймальною парами можна зрозуміти як свого роду Електронний підпис що ідентифікує пристрої PoE. Пристрій, який не відповідає стандарту PoE, не матиме цього опору 25 К між цими парами передачі та прийому.

На фазі "класифікації" команда PSE визначає потреби в живленні пристрою PoE, що підлягає живленню, таким чином, щоб запобігти факту підключення пристрою PoE, який потребує більше енергії, ніж здатна забезпечити сама PSE. Пристрої PoE класифікуються за потребою в енергії відповідно до наступної таблиці:

Для класифікації потужності PoE-пристроїв PSE подаватиме напругу від 15,5 до 20,5 вольт і обмежене до 100 мА протягом 10 мс, як правило, і ніколи не більше 75 мс. При застосуванні цієї напруги PSE вимірюватиме струм, який витрачає пристрій PoE на іншому кінці, і визначатиме його потреби в енергії. Логічно, що через втрати потужності в проводах обладнання PSE має подавати трохи більше енергії, ніж обладнання PoE (PD) суворо потрібно.

Нарешті, новий перегляд стандарту PoE, IEE 802.3at, забезпечує передачу пристроям PD більш високої потужності до 24 Вт. Для цього обладнання PSE має забезпечувати потужність до 30 Вт і має бути сумісним із попереднім стандартом IEEE 802.3af. Цей новий стандарт також дозволяє подавати до 51 Вт на обладнання PD, використовуючи 4 пари кабелю.

На наступному малюнку показано роботу IP-телефону з використанням живлення PoE. Як видно на згаданій фотографії, джерело живлення IP-телефону відключений, а перемикач PoE подає напругу близько 48 в парах 1,2 і 3,6

Якщо ми відключимо IP-телефон від комутатора перемикач PoE перевіряється, щоб припинити подавати напругу PoE

І якщо замість того, щоб підключити пристрій PoE до комутатора PoE, ми підключимо пристрій, який не підтримує живлення PoE, наприклад, базовий 5-портовий перемикач 10/100, ми побачимо, що відбувається те саме те саме, тобто Перемикач PoE виявляє, що з іншого боку відсутній пристрій PoE і не подає живлення PoE

Як цікавість, якщо ми підключаємо PoE-комутатор до пристрою, який не є PoE, через рівні проміжки часу комутатор PoE намагається "виявити", чи є підключений пристрій PoE з іншого боку. Таким чином, якщо ми від'єднаємо пристрій, що не є PoE, від порту комутатора і підключимо пристрій PoE, комутатор швидко виявить цю зміну і продовжить подавати живлення PoE.

Очевидно, комутатор PoE потребує більшого джерела живлення, ніж інший комутатор, який не має PoE, з такою ж кількістю портів. Крім того, ця годівниця подає 48 вольт, що ні в якому разі не відбувається в комутаторах, що не є PoE.

Перемикач PoE разом із джерелом живлення

Вихідна напруга джерела живлення перемикача PoE = 48 вольт