PoE megtáplálású kütyü (PoE-PD) építése

 ( apal | 2018. október 20., szombat - 13:45 )

Sziasztok!
Van valakinek tapasztalata sajat fejlesztesu/tervezesu PoE-PD (Power over Ethernet powered device) epiteseben? Ugy tunik hogy most egy letezo, W5500 alapu modulunkat boviteni kell PoE-megtaplalasi kepesegekkel. Peldaul: az ugy mennyire mukodik a gyakorlatban, 10/100Mbit-en hogy

  1. a szabvanynak megfeleloen 2 db Graetz-hidat (pl MBS2-eset),
  2. egy interface controllert (pl NCP1090-eset), es
  3. egy magas bemeneti feszultsegu, jo hatasfoku DC-DC konvertert (pl: R-78HB-t)

"sorbakotunk" a megfelelo passziv alkatreszekkel, a transzformator (pl H1102NL) megfelelo megcsapolasaval es a 4/5 ill 7/8-as vezetekek direkt egyeniranyitasaval? Galvanikus levalasztas es/vagy dupla betaplalas elso kozelitesben nem kell - de persze nem baj ha van (ahhoz gondolom egy NCP1092-es, kiegeszitve egy galvanikusan levalasztott fuggetlen DC-DC konverterrel jo lehet mar).
Thx, A.

Hozzászólás megjelenítési lehetőségek

A választott hozzászólás megjelenítési mód a „Beállítás” gombbal rögzíthető.

Szia,

Van nehany dolog amit tudni kellene indulas elott:
- mennyire szamit az ar? / hany darab kell belole? (1-2 darab eseten nem igazan szamit, hogy az IC 0.5 vagy 2USD, mert a munka vele, meg NYAK, stb. ugyis lenyegesebb koltseg (amugy is erdemes total BOM koltseget nezni)
- mekkora teljesitmeny kell?
- hatasfok mennyire szamit?
- meret mennyire fontos?

Szerintem nezd meg a Si3406 sorozatot:
- beepitett Graetz (CT + SP, szoval 8 dioda), kozepes teljesitmenyig nem kell kulso alkatresz)
- PoE+ (AKA Type II / Class4 support)
- beepitett jo hatasfoku DC/DC
- Buck es Flyback mod (galvanikus levalasztas)
- MPS (Maintain Power Signature)

(ha egy-ket darab kell tudok segiteni)

/sza2
--
Digital? Every idiot can count to one - Bob Widlar

Koszi a tippet, ezt a Si3406-osat is akkor megnezem jobban! Ugy nagyjabol ezek az iranyok:

  1. ez kis peldanyszam, prototipus, egyedi darabok (kb 8-10 koruli darabszam lenne jo most nekunk, sajat belso projektekhez) - emiatt hogy most ennek a koltsege az 0.5 vagy 2 taller per darab az nem igazan oszt-szoroz sokat.
  2. teljesitmeny: 0.5, max 1 watt korul
  3. hatasfok: ekkora teljesitmenynel talan nem szamit, bar ketsegtelen hogy egy sima linearis regulator az nem a legjobb valasztas...:)
  4. meret: na, ez erdekes. Nem baj ha minel kisebb/kompaktabb. Most egy din-sines modulba (ami szelessegben akkora mint a sztenderd kismegszakito, ~17mm) van minden beszerelve, es ezt a meretet tartanank. A mostani designt egy kis (vagyis remelhetoleg minimalis) atalakitassal at tudjuk ugy tervezni hogy legyen hely egy (kb) 30x40mm-s "daughterboard"-nak. Ha arra rafer az hogy felmegy a 4 Graetz-input es lejon a tapfesz (5...24V kozott) az tokeletes lehet. Ami a szukebb keresztmetszet az az alkatreszek magassaga. Daughterboard nelkul van kb 12mm magassag, azzal egyutt meg az egyik oldalan kb 5mm, masik oldalan 3mm (azaz az megoldhato, hogy a daughterboard alatt csak SMD alkatreszek legyenek, 1-1.5mm max magassaggal).

Szoval tenyleg az a kerdes, hogy ilyen kis teljesitmeny + kis meret kombinacioval van-e megoldas. Az altalam linkelt R-78HB stabkockat vsz daughterboard nelkul is bele tudnank suriteni okosan, a 2x Graetz, passzivok meg az NCP1090-esnek lenne hely a mostani NYAK aljan is akar (ahol a tokozas miatt szinten csak 1.5mm hely van most kabe).

0.5-1 Watt igen keves, ha meg levalasztas sem kell (mondjuk buck mod) akkor minimalis alkatresz kell hozza (a legnagyobb meg igy is valoszinuleg a tekercs lesz).

Ekkora teljeseitmenynel a hutes sem lesz gond (a Si34xx-ek ePad "laba" kell csatlakozzon egy hutofelulethez, ami az ajanlas szerint a bottom side-on 2 inch^2, de ezesetben ebbol valoszinuleg jocskan lehet faragni. Mint emlitettem, beepitett Graetz van (raadasul ket darab, hogy mukodjon akar center-tap akar spare-pair vonalon jon az 50V), ez is helycsokkento tenyezo. Szoval eselyes, hogy a 30x40mm OK.

Fontos lehet meg az MPS, mivel a PoE szabvany szerint 10mA alatt (ami 0.5W-nal hatar eset (50V * 0.01A = 0.5W)) PoE PSE elveheti a tapot (ennek megakadalyozasara szolgal az MPS, ami impulzus szeruen terhel, hogy a szabvany szerinti PSE ne kapcsolja le a tapot - mashol ugy oldjak meg, hogy beraknak egy extra terhelest (ellenallas) akar a bemenetre akar a kimenetre, de ez azt jelenti, hogy folyamatosan disszipal, akkor is hozzaadodik a teljesitmenhez amikor az aramkor eleget fogyasztana onmagaban is, hogy a PSE ne loje le.

/sza2

--
Digital? Every idiot can count to one - Bob Widlar

Fontos lehet meg az MPS, mivel a PoE szabvany szerint 10mA alatt (ami 0.5W-nal hatar eset (50V * 0.01A = 0.5W)) PoE PSE elveheti a tapot [...]
Ha egy kontrollernel azt allitja a dokumentacio hogy tudja az IEEE 802.3af-t, akkor ez automatikusan azt jelenti hogy tudja az MPS-t is? Nezem (peldaul) ezt az NCP109x-et, es ott nem irja explicite hogy tudná ezt az MPS-t - csak implicite az NCP1092-esnel emliti meg hogyha az aux power-t hasznalod akkor az MPS-t is visszaveszi es akkor az aux-bol kapja a kraftot:

[...] Since the current delivered by the PSE will goes below the DC MPS level (specified in IEEE 802.3 af/at standard), the PSE will disconnect the PoE-PD and the application will remain supplied by the auxiliary supply. The transition will happens without any power conversion interruption since the PGOOD indicator stays active (high impedance state).

Szoval ebbol gondolna az ember hogy ugy egyebkent ez egy MPS-kompatibilis eszkoz.

A szabvany nem irja elo, hogy a PD-nek tudnia kell MPS-t.

Ami az NCP1092 adatlapjaban van, azt en igy ertelmezem:

Amennyiben az AUX-rol tapot kap az eszkoz, a fogyasztas a PoE oldalon leesik, igy a PSE el fogja venni a tapot, de ez nem jar azzal, hogy a kimeneten a tap megszakadna (marmint folyamatos lesz, fuggetlenul a PoE-rol AUX-ra kapcsolastol).

Szerintem ez nem jelenti, hogy tud MPS-t, mashol nincs is emlitve.

Ezzel szemben a Si3406x eseten explicit benne van:

"The hotswap switch (if it is in the on state and conducting) can detect if the current is lower than I MPSth . In this case, the chip turns on MPS pulse generation, which ensures that the PSE will not disconnect."

"If the average current is lower than the PoE maintain power signature (MPS) limit, and if automatic sleep mode is enabled, the chip turns on the MPS generation."

Illetve ezeken kivul tobb helyen van emlitve es a sleep mode is eleg reszletesen el van magyarazva.

Ha az NCP1092 tudna MPS-t akkor szerintem kb. ilyen reszletesseggel benne lenne az adaplapban.

/sza2

--
Digital? Every idiot can count to one - Bob Widlar

Ha az NCP1092 tudna MPS-t akkor szerintem kb. ilyen reszletesseggel benne lenne az adaplapban.
Igenigen, pont ezert kerdeztem :) Nezek most egy hasonlo PD interface-t, a TPS2378-eset, ez elvileg mar Type-2 (802.3at), es itt mar hatarozottan jobban irja/emlegeti az MPS-t. Kozben neztem hogy ez az NCP109x sorozat az Type-1es (.3af), vsz ezert sem emlitik meg ottan az MPS-t.

Igen, akkor egy effele "uj eszkoz tervezese" helyzetben lehet hogy jobban megeri mar Type-2 PD-t epiteni...:)

Lehet, hogy en nem ertek valamit, de azt irod, hogy aranylag kicsiben kellene megcsinalni, de amiket nezel, azoknak az egyik oldalara kell ket Graetz a masikra pedig egy DCDC.

Van valami amiert az integralt megoldasok nem tetszenek? Azert ezeknek megvan az az elonye, hogy ki vannak probalva egyutt, ellentetben azzal, hogy "sorba" rakod az elemeket, amibol a vegen kialakul az egesz.

Ami a Type 1-et / Type 2-t illeti, ha tudott a teljesitmenyfelvetel, erdemes arra tervezni, lehet, hogy a schematic ugyanaz lesz, de nagyobb teljesitmeny eseten az aramkorodon is valoszinuleg nagyobb lesz az eldisszipalt teljesitmeny igy lehet, hogy a NYAK maskepp alakul (esetleg nagyobb huto felulet kell) - igaz, ez fugg pl. a hotswap FET Rdson erteketol, meg egyeb dolgoktol.

Szoval nem mondom, hogy valaszd a Si3406-ot, biztos vannak mas cegeknek is all-in-one megoldasai, de en biztos valami ilyennel csinalnam, ha mar egyszer van kesz megoldas.

/sza2

--
Digital? Every idiot can count to one - Bob Widlar

Alapjaraton tetszik a Si3406(x) is, egyetlen dologgal viszont nincs tapasztalatom: a flyback-es dc-dc-kkel. [...] Igen, kozben rajottem, hogy helikopter vagyok es az AN1130-ast is el kellene itten olvasnom jobban. Abban mar van pelda buck/stepdown kapcsolasra is.

A helyszuke miatt egy 100-220uH-s shielded tekercs meg beleferhet a daughterboard-hoz de egy trafo mar nem igazan.

Csináltam ilyen áramkört, pipecül működik, de trafó nélkül nem fog menni. Földhurok keletkezik, és megeszi az ethernet IC-t.

Marmint ugyerted, hogy az AN1130-as doksi 35. oldalan levo 5.12-es abrat probaltad ki, es az nem mukodik?

De miert lenne itt foldhurok? Nincs kettos megtaplalas, csak az a lenyeg (nekunk, elso korben) hogy a PoE menjen. Persze, ugy mar izolalt (trafos + optikai/induktiv visszacsatolos) megoldas kell hogyha kettos megtaplalasu a joszag.

Hasonló áramkörrel dolgozom.
Többféle tápegységgel is próbálkoztam, ami pl sima PD-ként tudott üzemelni.
HA nincs elválasztás (isolated), akkor elég bonyolult úton (1x tudtam elkövetni, azóta sem) de földhurok jön létre, ami az eth ic TX bemenetére el fog jutni! Kijön belőle a füst és akkor ott vége !

Ez azert furcsa, mert ilyen alapon a PD-k buck megoldassal nem mukodhetnenek.

Az gondolom nyilvanvalo, hogy nem izolalt esetben nem szabad mindket oldalt foldelni. Szoval ha a PSE foldelet (ami jellemzo), akkor a PD-t nem illik. Ha megnezed pl. a Si3404 Non-Isolated Buck eval board kapcsolasi rajzat, ott a kimeneti 5V a VPOS, amit egy dioda valaszt el a bementtol. Tehat ha pont azon a zsinoron jon a +50V (a PSE GND-jehez kepest) es a PSE GND-je ugyanazon a potencialon van mint a PD kimentet "GND"-je (ami nem is GND-kent van jelolve, csak az az 5V-os kimenet masik fele), akkor gyakorlatilag osszekotod az 5V-ot az 50V-tal - ez nyilvan nem egeszseges.

Long story short, nem levalasztott PD eseten nem szabad a PSE es a PD foldjet osszekotni (altalaban a PD oldalt nem szoktak foldre kotni).

/sza2

--
Digital? Every idiot can count to one - Bob Widlar

De miert kotnenk ossze a kapcsolas GND-jet a PE-vel (marmint a vedofoldeles jellegu foldelessel)? Ez kicsit olyan mintha villanyszerelesnel csak ugy valahol a neutralt osszekotnenk a zold-sargaval... az meg ugye az epulet foldszondajanak par centimeteres sugaru kornyezetet leszamitva tobb mint illetlen dolog :)

Azaz attol meg mert csinalunk egy PoE-PD-t, ami egy femkaszniban van, es a femkasznit lefoldeljuk (vedofolddel), attol meg az eszkoz jelfoldje lehet galvanikusan osszekotve a CT1/CT2/SP1/SP2 vezetekekkel (es/vagy x darab dioda es/vagy FET kozbeiktatasaval a gyakorlatban).

Ami viszont ketsegtelen hogy problemas lehet az a kettos betaplalas. Ott valamelyik oldalt le kell valasztani mert semmi garancia nincs hogy a betap oldalon nincs-e kozos (tap)vezetek - akar ugy is hogy elviekben ugyanaz a potencial (mert akkoris keletkezhet foldhurok).

De persze javits ki ha valamit rosszul ert(elmez)ek :)

OK, nem voltam egyertelmu.

Szoval a CT1/CT2/SP1/SP2 kozul valamelyik (pl. CT1) 0V,egy masik (pl. CT2) +50V. Ha megnezed a rajzot a VPOS egy dioda nyitofeszultseggel az +50V alatt lesz, de ez galvanikusan ossze van kotve nagyjabol egy darab vezetekkel a kimeno +5V-tal. Igy ha a CT1-et osszekotod a kimentet alacsonyabb potencialju pontjaval (ami elvileg a taplalando aramkor foldje) akkor ott valami eroszak lesz.

Termeszetesen izolalatlan buck converter esetben, izolalt flyback eseten persze OK.

/sza2

--
Digital? Every idiot can count to one - Bob Widlar

Igy ha a CT1-et osszekotod a kimentet alacsonyabb potencialju pontjaval (ami elvileg a taplalando aramkor foldje) akkor ott valami eroszak lesz.
Igenigen, de ugy is kerdezhetjuk hogy a CT1-et miert is kotnem ossze a regulator kimenetnek jelfoldjevel - ami egy 5V-os szabalyozas eseteben a CT2 alatt lesz mondjuk 5.6V-tal (azaz 5V + egy diodanyival)? Van olyan eset ahol ez elofordulhat?

"Van olyan eset ahol ez elofordulhat?" - normalis esetben nem ;-)

De itt ne arra gondoljunk, hogy a PD oldalon a CT1-gyel, az trivialis, a dolog arro szol, hogy a PSE oldalon is ott van a CT1, ami adott esetben a PSE jelfolddel galvanikus kapcsolatban lehet. Szoval a PSE jelfoldje ne legyen semmikepp osszekotve a PD jelfoldjevel, ha buck esetrol beszelunk.

Az egesz ugye onnan indult ki, hogy Kojot kollega felvetette, hogy a buck megoldassal nem mukodik a PD, mert foldhurok lesz. En csak annyit akartam hozzatenni, hogy mukodik az, csak oda kell figyelni.

/sza2

--
Digital? Every idiot can count to one - Bob Widlar

Működik, de minden harmadik bekapcsolásnál megette az ic-t!

OK, en elhiszm, de latatlanban nehez barmit mondani a jelensegrol. Leteznek nem izolalt PD-k es mukodnek is (nem csak 3 bekapcsolasig ;-) szoval nem hiszem, hogy maga az elv hibas, inkabb a megvalositasra tippelnek.

/sza2

--
Digital? Every idiot can count to one - Bob Widlar

Kozben talaltam ilyet is: CX9642. Eleg kraftos, ekkora teljesitmeny itt nalunk biztos nem kell - es ekkora trafo meg nem is igazan fer be :) Ellenben valoban ehhez a Si3406x sorozathoz terveztek.

A Coilcraft jo nehany trafot tervezett a Silabs PD-khez. Ha gondolkodsz flyback-ben es erdekel, szerdan utana tudok nezni, hogy melyik a legkisebb meretu.

Azert azt tudni kell, hogy ezek a cuccok jellemzoen nem ennyire kis teljesitmenyre vannak optimalizalva ;) - sot, a tobbseg altalaban pont a masik oldal, minel nagyobb teljesitmen kellene.

/sza2
--
Digital? Every idiot can count to one - Bob Widlar

Si3406-hoz az alabbi trafo a legkisebb amit hasznalunk:

Coilcraft POE30P-50L, ez 3W-ig jo (elvileg, valoszinuleg kicsit tobb kihozhato belole), 5V-os, de van 3.3V-ra meg 12V-ra is.

Ez szerintem mar eleg kicsi, hogy beferjen a NYAK-ra. Lattam egyebkent olyan megoldast is mostanaban, hogy a trafo bele volt sullyesztve a NYAK-ba, igy ezzel is lehetett nyerni magassagban 1-1.5mm-t (elvileg szinte barmelyik transzformatorral mukodik, de amit lattam az direkt ehhez a megoldashoz volt kialakitva).

/sza2

--
Digital? Every idiot can count to one - Bob Widlar

Coilcraft POE30P-50L, ez 3W-ig jo
Koszi, ez tenyleg eleg kicsinek tunik! Vagyis most ugy nezem hogy a daughterboard nelkuli valtozatba siman beferne, a daughterboardos valtozatba pedig ugy ferne bele, ahogy irod is, hogy belesullyesztjuk a NYAK-ba.

A Si3406-ra van kesz kapcsolasi rajza az olimexnek is (az os esp32-poe moduljuk kapcsolasi rajzaban):
https://github.com/OLIMEX/ESP32-POE/raw/master/HARDWARE/ESP32-PoE-hardware-revision-B2/ESP32-PoE_Rev_B2_Color.pdf

A wesp32 projektnek is fenn van a kapcsolasi rajza:
https://cdn.hackaday.io/files/853893653282976/wESP32-1.pdf

O Si3404-est hasznal.

En egy kesz rajzbol indulnek ki:)

---
Saying a programming language is good because it works on all platforms is like saying anal sex is good because it works on all genders....

Annyi kiegeszites, hogy a Si3404-ben nincsenek benne a diodak, igy azt meg hozza kell tenni (az Olimex board-on a MagJACK-ben van integralva).

(A Si3404-nek emiatt nincs is CT1/2, SP1/2 laba, csak VPOS es VNEG)

Ha az arkulonbseg kevesbe szamit, akkor inkabb a Si3406 mint a Si3406 (nem csak a diodak, egyeb feature-ok, pl. MPS miatt is).

/sza2

--
Digital? Every idiot can count to one - Bob Widlar

Igen, a kis fogyasztas miatt biztos kell MPS a mi esetunkben. Kerdes, hogy egy Type-2 (802.3at) kompatibilis PD-interface az automatikusan tudja az MPS-t is? Es csak a Type-1nel kell erre kulon figyelni hogy legyen MPS?

Szerintem ezt irtam korabban, az MPS feature ami pl. a Si3406-ban van nem szabvany eloiras.

Az MPS (maintain power signature) alapvetoen arrol szol, hogy a PSE elveheti a tapot a PD-tol ha az 10mA alatt fogyaszt. Mivel ez akkor is 0.5W fogyasztast eredmenyez ha a taplalt eszkoznek bizonyos korulmenyek kozott nincs szuksege erre, ez feleslegesen elhasznalt energia lesz. A szabvan azonban megengedi, hogy ezt a 10mA-t ne kelljen folyamatosan felvenni az aramkornek, eleg impulzus szeruen, igy nyilvan a fogyasztas a kitoltesi tenyezovel aranyosan csokken. Egyes PD kontrollerekben ez implementalva van, masokban nincs - de ez nem kotelezo.

Szoval az MPS nem ezt az impulzusos megoldast fedi, MPS lesz akkor is ha egy ellenallassal van terhelve a PSE.

/sza2

--
Digital? Every idiot can count to one - Bob Widlar

Megnézheted a PEM1205 modulokat is:
https://hu.farnell.com/infomart-it-solutions/pem1205/module-poe-802-3af-5v-12-95w/dp/1902521

Ebből van 3,3v vagy 12v-os változat is. Viszonylag kis méretű, izolált, csak épp 5e Ft feletti ára van.

Ha nem kell galvanikus leválasztás, akkor meg lehet nézni az LM2576 HV változatát is (1300 Ft/db ár körül van):
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2576.pdf

A másik megoldás, ha nem csak POE controllert, hanem a DC-DC konverter is tartalmazó IC-t néztek, pl.:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps23753.pdf

Ha nem kell galvanikus leválasztás, akkor meg lehet nézni az LM2576 HV változatát is (1300 Ft/db ár körül van)
A, koszi, ez jo otlet. Igen, ilyenekben nem is gondolkodtam valamiert elsore pedig mar hasznaltam is hasonlot (igaz, nagyon kis teljesitmenyeknel, az LM3674-es sorozatbol). Meg ezeknek az is az elonye hogy a tobbi alkatresz jobban eloszthato a viszonylag kicsi (ld. fentebb) terfogatban.

Subscribe

Egy lazan kapcsolodo kerdes: ugye a H1102NL-nel meg a hozza teljesen identikus felepitesu trafok eseteben minden tovabbi extra kovetkezmeny nelkul felcserelhetem az 1-3 es 14-16 labakat egyszerre? Tehat hogy a TX+/- ágbol TX-/+ legyen. Es hasonloan az RX-nel? Es mivel ez az alkatresz ket identikus trafot tartalmaz ezert akar az RX ágat a TX ággal is felcserelhetjuk?