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Energiemanagement

PoE mit dreifacher Leistung

19. November 2013, 13:56 Uhr   |  Elie Antoun

PoE mit dreifacher Leistung
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Ethernet bietet viele Möglichkeiten.

Moderne Power-Management-ICs ermöglichen die Einführung neuer Power-over-Ethernet-Produkte mit Leistungsaufnahmen bis zu 90 Watt. Erweiterte Gerätenetzwerke stellen dabei erhöhte Anforderungen an ein intelligentes Energiemanagement.

Bild 1. Die Entwicklung von Power over Ethernet hat den derzeitigen 30-W-Standard hinter sich gelassen.
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Bild 1. Die Entwicklung von Power over Ethernet hat den derzeitigen 30-W-Standard hinter sich gelassen.

Power over Ethernet (PoE) hat sich in den letzten zehn Jahren vom anfänglichen 7-W-„Inline Power“-Standard, der im Jahr 2000 von Cisco eingeführt wurde, über den 13-W-PoE-Standard IEEE 802.3af aus dem Jahr 2003 bis hin zum heutigen PoE+-Standard IEEE 802.3at mit 30 W entwickelt. Die heutigen PoE-Standards entwickeln sich allerdings rasant in Richtung der Versorgung von Geräten mit weitaus höheren Leistungsaufnahmen.

Im Jahr 2011 hat Cisco eine neue 60-W-PoE-Technologie namens UPOE vorgestellt (Bild 1). IEEE arbeitet ebenfalls an einem neuen Standard für höhere Leistungsanforderungen. Mit einer Leistung von 60 W und einer möglichen Erweiterung auf 90 W, die über ein Standard Cat5e- oder Cat6-Ethernet-Kabel mit RJ-45-Anschluss bereitgestellt werden kann, ermöglicht die PoE-Technologie die Stromversorgung eines außergewöhnlich breiten Spektrums an Produkten, z.B. Thin Clients, IPTVs, IP-Turrets, ferngesteuerten Videokameras, Point-of-Sale Terminals und weiteren Geräten, die derzeit noch eine separate Stromversorgung benötigen.

Bild 2. Standard-Konfigurationen für PoE (a) und PoE+ (b).
© Elektronik

Bild 2. Standard-Konfigurationen für PoE (a) und PoE+ (b).

Der vielleicht wichtigste Vorteil der PoE-Entwicklung ist die Möglichkeit der intelligenten Verwaltung des Energieverbrauchs im gesamten Unternehmen. Durch das Verwenden von ICs zur Energieverwaltung in jedem versorgten Gerät (PD) kann die Stromversorgung (PSE) die Versorgungsspannung auf Knotenbasis aufmodulieren, was eine weitaus effizientere Nutzung der PSE-Stromversorgung ermöglicht. Mit der Einbindung von immer mehr Verbrauchern mit höheren Leistungsaufnahmen in das PoE-Netzwerk wird ein intelligentes Energiemanagement zunehmend wichtiger.

PoE-Struktur mit höherer Leistung

Bei einem typischen 15-W-PoE oder 30-W-PoE+-System wird die Versorgungsspannung von der Stromversorgung zum versorgten Gerät über zwei der vier Twisted-Pair-Leitungen eines Standard Cat5e- oder Cat 6-Kabels übertragen. Zwei Varianten dieses Anschlussschemas sind möglich: Beim gebräuchlichsten Implementierungsschema wird die Energie auf die Signaladernpaare gelegt (Bild 2a), beim anderen werden die Reserve-Adernpaare zur Energieübertragung verwendet (Bild 2b). In jedem Fall liefert die PSE eine Nenn-Gleichspannung von 48 V jeder Polarität an das PD. Jedes PD entnimmt seine Versorgungsspannung unter Verwenden einer Diodenbrücke, über die diese an die Wandlerschaltung weitergegeben wird.

Bild 3. PoE-Systeme (60 bis 90 W) mit zwei Stromquellen erfordern alle vier Adernpaare des Ethernet-Kabels.
© Elektronik

Bild 3. PoE-Systeme (60 bis 90 W) mit zwei Stromquellen erfordern alle vier Adernpaare des Ethernet-Kabels.

In Hochleistungs-PoE-Systemen (60 bis 90 W) werden alle vier Adernpaare des Kabels zur Stromversorgung verwendet. Die PSE verfügt über zwei separate Stromversorgungen, die jeweils 30 bis 45 W an jeden PD-Knoten liefern können. Die beiden parallelen Stromquellen stehen anschließend über zwei Diodenbrücken als Eingangsstromquellen für das Energiemanagement des PD zur Verfügung (Bild 3).

Dieses Stromversorgungssystem erweitert die Auswahl von Geräten, die zum Netzwerk hinzugefügt werden können, beträchtlich. Die PSE hat nun Geräte zu versorgen, deren Leistungsaufnahmen sich von nur einigen Watt (IP-Telefone, Zugangskontrollknoten usw.) über mittlere Leistungen (IP-Überwachungskameras, WLAN Access Points usw.) bis hin zu hohen Leistungen wie bei IPTVs, Point-of-Sale Terminals (POS) und Thin-Client-Computern erstrecken. Bei diesem breiten Spektrum an Leistungsaufnahmen wird es für Entwickler umso wichtiger, die von der PSE an jeden Knoten gelieferte Ausgangsleistung verwalten zu können. Dabei sind unter anderem folgende Fragen zu berücksichtigen:

  • Welche maximale Leistung ist an einem jeden Knoten des Netzwerks erforderlich?
  • Wie hoch sind die Energieverluste in den Kabeln zu einem jeden Knoten?
  • Arbeitet das PD im Dauerbetrieb oder kann es auch gelegentlich in den Standby-Modus versetzt werden?

Sofern die PSE dauerhaft die maximale Leistung an jedem Knoten bereitstellen muss, muss diese erheblich größer ausgelegt werden, als dies unter den meisten Betriebsbedingungen erforderlich wäre. Die Möglichkeit, für jedes PD die erforderliche Leistung bereitstellen zu können, und dies ausschließlich zur erforderlichen Zeit, hat zwei Vorteile: Zum einen kann die Größe der PSE-Stromversorgung verringert und zum anderen näher im Bereich ihres maximalen Wirkungsgrades betrieben werden.

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1. PoE mit dreifacher Leistung
2. Implementierung von -60-W-/90-W-PoE-Systemen

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