Energiemanagement
PoE mit dreifacher Leistung
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Implementierung von -60-W-/90-W-PoE-Systemen
Die modernen PoE-Systeme erfordern zukünftig sowohl die Verfügbarkeit von Stromversorgungen, die in der Lage sind, 60 W oder gar 90 W Leistung zu liefern, als auch effektive technische Lösungen, die Gerätehersteller in ihre neuen Entwicklungen übernehmen können.
Um die oben genannten Anforderungen für die PoE-Versorgung von Verbrauchern mit diesen höheren Leistungsaufnahmen erfüllen zu können, ist ein System zur Verwaltung der gesamten Energie erforderlich, das nicht nur hocheffiziente ICs zur Stromwandlung bereitstellt, sondern auch den Gesamtwirkungsgrad des Systems im Auge behält. Ziel ist dabei eine dynamische Kontrolle der Ausgangsleistung durch das Überwachen der Umgebung, die wirklich effiziente Systementwicklungen ermöglicht und die nicht einfach nur Unterbaugruppen zur Stromwandlung sind. Darüber hinaus werden bei einem solchen Ansatz die Emissionen systematisch an der Quelle minimiert.
Bei der Implementierung von 60-W-/90-W-PoE am PD müssen eine Reihe wichtiger Faktoren berücksichtigt werden:
- Stromwandlung mit mehreren Leitungen, die für die Bereitstellung der erforderlichen Spannungen für Subsysteme wie LED-Hintergrundbeleuchtung konfigurierbar sind.
- Energieüberwachung in Echtzeit, beispielsweise die Messung der Eingangsleistung und die kontinuierliche Überwachung des Systemzustands.
- Stromwandlung mit hohem Wirkungsgrad, darunter die Verwaltung geringer Lasten, ultra-niedrige Leistung im Standby- und Sleep-Modus.
- Schnelle, dynamische Systemreaktion und Ablaufsteuerung, darunter die Möglichkeit zum schnellen Wechsel der Betriebsart der Geräte vom Dauerbetrieb zum diskontinuierlichen Betrieb sowie zum schnellen Herunterfahren in und Aufwachen aus dem Standby- und Sleep-Modus; flexible Ablaufsteuerung zur Optimierung des Anfahrens der Stromversorgung mit mehreren Versorgungsspannungen.
- Digitale Leistungssteuerung wie Spannungsbegrenzung zur Verwaltung der Stromaufnahme unter wechselnden Leistungsanforderungen mit Verwaltung der Anforderungen im Standby- und Sleep-Modus.
- Hochwirksame EMI-Kontrolle und -Dämpfung zur Minimierung von Störausstrahlungen und Leitungsrauschen der Stromversorgungen.
Wie aus dieser Liste ersichtlich ist, nutzt ein intelligentes Energiemanagement die Möglichkeit der Kommunikation zwischen PSE und PDs aus, um das Netzwerk mit größtmöglicher Effizienz zu betreiben. Dies erfordert die Integration einer großen Anzahl von Funktionen, darunter Stromumformung, Isolierung, Kommunikations- und Steuerfunktionen. Es werden zunehmend integrierte System-On-Chip- (SoC)-Lösungen verfügbar, die in der Lage sind, alle oder zumindest die meisten dieser Anforderungen zu erfüllen. Ohne eine solche SoC-Lösung würden PoE-Verbraucher mit höherem Strombedarf weitaus mehr Bauteile, beispielsweise zwei oder drei ICs zur Energieverwaltung, mehrere Optokoppler sowie herkömmliche Transformatoren, erfordern. Neben den höheren Bauteilkosten, dem Platzbedarf auf der Platine und der höheren Entwicklungskomplexität sind diese Ansätze anfällig für Shoot-Through-Probleme und Verluste aufgrund von Gleichrichterdioden und deren Speicherladungen.
Beispielsweise hat Akros Silicon eine Lösung für 60 W entwickelt, die nur mit zwei Bauteilen auskommt: einem AS1860-SoC und einem externen FET. Darüber hinaus ermöglicht der AS1860 durch die Integration der firmeneigenen digitalen GreenEdge-Isolierungstechnologie die Implementierung vieler fortschrittlicher Diagnose- und Hochspannungs-Telemetriefunktionen, die den Bedienern eine Fernverwaltung des Energiebedarfs ermöglicht, was wiederum zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Energieeffizienz beiträgt.
PSE/PD-Interoperabilität
Das IEEE hat eine Arbeitsgruppe zur Schaffung eines neuen PoE-Standards für die wachsende Anzahl von Geräten mit höheren Leistungsaufnahmen eingerichtet. In der Zwischenzeit ist es für Entwickler wichtig zu wissen, dass die Interoperabilität zwischen PSE- und PD-Systemen sichergestellt ist. In diesem Wissen arbeitet Akros hinsichtlich der Interoperabilität eng mit Broadcom, dem führenden Hersteller von PoE-Stromversorgungen, zusammen. Die Interoperabilität zwischen dem Controller BCM59111 von Broadcom und dem AS1860 von Akros Silicon (Bild 4) wurde im November 2012 auf der electronica demonstriert. Interoperabilität ist ein Schlüsselfaktor für ein intelligentes Energiemanagement. Die Kommunikation zwischen der Energieverwaltung der PSE und den PDs liefert Informationen, beispielsweise über spontane Lastanforderungen, Kabelverluste, den Systemstatus oder sonstige Betriebsdaten. Der AS1860 SoC vereint I/O-Funktionen, einen integrierten A/D-Umsetzer und eine digitale Onboard-Isolierung zur nahtlosen Datenkommunikation mit der PSE.
Wachsende Anforderungen, neue Herausforderungen
Mit zunehmenden Ethernet-Bandbreiten wird sich die Anzahl von Geräten, die PoE erfordern, ebenfalls erhöhen. Bei den Bandbreiten, die IPTVs, POS Terminals und ähnliche Geräte unterstützen, wird die Notwendigkeit der Verwaltung des gesamten Energiebedarfs des Systems sogar noch wichtiger. Die Leistungsanforderungen für Stromversorgungen lassen sich effektiv verwalten, indem die an die Verbraucher gelieferte Energie an eine Vielzahl unterschiedlicher Betriebsbedingungen angepasst wird. Die PDs müssen diese Informationen in Echtzeit an den Steuereingängen der PSE bereitstellen. Der Ansatz der Verwaltung des gesamten Energiebedarfs kann ein flexibles, kostengünstiges Mittel für die neuen - und wachsenden - Anforderungen von PoE-Systemen darstellen.
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Elie Antoun |
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ist seit 2013 Präsident und CEO bei Akros Silicon und kann auf 30 Jahre Berufserfahrung in der Halbleiterindustrie zurückschauen. Von April 2011 bis Dezember 2012 Präsident und CEO von AccelOps., einem Software-Start-up mit einer Echtzeit-Multi-Domain-Überwachungslösung für Netzwerkinfrastrukturen und Datenzentren. Davor war Antoun CEO von MediSens, Genesis Microchip (von STMicro übernommen), Pixim und MediaQ (von Nvidia übernommen). In seiner beruflichen Laufbahn hatte er den Posten des Executive Vice President des Geschäftsbereichs Verbraucherprodukte bei der LSI Logic Corporation inne und war Präsident von LSI Logic KK (Japan). |
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