Smarte Lichtlösungen PoE für die LED-Beleuchtung

Bild 1: Ein Querschnitt des CAT5e-Ethernet-Kabels ISTPHCH5MRD von Panduit für Industrieanwendungen zeigt vier verdrillte Leiterpaare aus Kupferdraht (24 AWG). Das Kabel ist mit widerstandsfähigem Schaumklebeband vor Druckbeanspruchungen geschützt
Bild 1: Ein Querschnitt des CAT5e-Ethernet-Kabels ISTPHCH5MRD von Panduit für Industrieanwendungen zeigt vier verdrillte Leiterpaare aus Kupferdraht (24 AWG). Das Kabel ist mit widerstandsfähigem Schaumklebeband vor Druckbeanspruchungen geschützt

Wie entwickelt man das passende Power-over-Ethernet-System für intelligente LED-Beleuchtungen? Die Experten von Digi-Key erklären die Grundlagen von PoE und worauf es bei der Konzeption von PoE in LED-Beleuchtungen ankommt.

Von Rich Miron, Applications Engineer bei Digi-Key Electronics

Power over Ethernet (PoE) erlaubt es auf bequeme und praktische Weise, über ein und dasselbe Kabel sowohl eine Verbindung zum Netzwerk herzustellen als auch Strom zu übertragen. Die Weiterentwicklung bringt für die Entwickler jedoch Probleme hinsichtlich der Aufwärts- und Abwärtskompatibilität sowie der Auswahl der passenden Konfiguration, des richtigen Kabels und der geeigneten Schnittstellen-ICs mit sich. Diese ICs müssen nicht nur die Kernfunktionalität von PoE bieten, sondern auch die aktuellsten Funktionen für eine sichere Stromversorgung.

Hinsichtlich der Kompatibilität muss sowohl beim Upgrade eines kabelgebundenen Ethernet-Netzwerks als auch beim Aufbau eines neuen PoE-Systems zwischen einem der zwei bestehenden Standards 802.3af und 802.3at bzw. dem Entwurfsstandard 802.3bt gewählt werden. Die Auswahl des Standards kann abhängig vom zur Verfügung stehenden Budget und vom Strombedarf getroffen werden. Es ist jedoch ratsam, auch künftige Kapazitätsanforderungen zu berücksichtigen, ohne dabei die Abwärtskompatibilität zu vernachlässigen. Außerdem muss der Entwickler entscheiden, welche PoE-Konfiguration für das Zielsystem angemessen ist. Eventuell sind die Konfigurationsmöglichkeiten bei einem Upgrade auf PoE für bestehende Netzwerke mit älteren Ethernet-Kabeln begrenzt.

Die Wahl des Standards und der Topologie spielt zusammen mit der Umgebung ebenfalls eine entscheidende Rolle bei der Wahl der zu verwendenden Kabel. Entscheidet man sich für das falsche Kabel, kann dies den Stromfluss im System beschränken sowie die künftige Erweiterbarkeit beeinträchtigen.

Die Entwicklung von PoE

PoE-Lösungen vereinfachen die Konnektivität, indem sie über das CAT5e-Kabel sowohl die Versorgung mit Strom als auch die 100/1000BASE-T-Ethernet-Kommunikation ermöglichen. Dies hat keinerlei Auswirkungen auf die Ethernet-Kommunikation über Twisted-Pair-Kabel. Die Entwickler sparen dadurch Zeit beim Design sowie Ausgaben für zusätzliche Kabel. PoE bietet außerdem den Vorteil einer zentralen Energieversorgung mit einem für alle Ethernet-Knoten problemlosen Power-Management. Dies ermöglicht auch eine einfach zu verwaltende Backup-Stromversorgung für alle angeschlossenen Systeme.

Mit der zunehmenden Verbreitung von PoE-Anwendungen hat der IEEE-Normenausschuss neue, leistungsstärkere Versionen des Standards eingeführt, die vom ursprünglichen Standard IEEE 802.3af aus dem Jahr 2003 mit 15 Watt am Anschluss bis hin zum Standard 802.3at (auch als PoE+ bezeichnet) aus dem Jahr 2009 mit 25 Watt am Ausgang reichen. Das aktuellste Update, der PoE-Standard 802.3bt, soll 2018 eingeführt werden und liefert bis zu 100 Watt an jedem Anschluss.

Jeder Standard ist zu vorherigen PoE-Standards abwärtskompatibel. Da der Wirkungsgrad ein entscheidendes Kriterium darstellt, geben die PoE-Standards außerdem die zulässige Verlustleistung bei der Übertragung über das geschirmte Twisted-Pair-CAT5e-Kabel an.

Kabelüberlegungen für PoE

Für PoE wird an das CAT5-Kabel eine Differenzspannung von 48 Volt angelegt. Diese Spannung kann ohne Beeinträchtigung der Datenkommunikation an die Datenpaare angelegt werden, über die die Ethernet-Daten übertragen werden. Alternativ verfügen CAT5e-Kabel über zwei Reservepaare, sodass die 48 Volt an dieses Paar angelegt werden können, wodurch die Stromversorgung vereinfacht wird. In Fabriken oder Gebäuden kommen bevorzugt indus­trielle CAT5e-Kabel zum Einsatz, da sie rauen Umgebungen standhalten und widerstandsfähig gegenüber zufallenden Türen, Zugbeanspruchung oder Verbiegen sind.

Ein gutes Beispiel für ein CAT5e-Kabel ist das modulare CAT5e-Ethernet-Kabel ISTPHCH5MRD von Panduit (Bild 1). Dieses Kabel bietet vier verdrillte Leiterpaare und erfüllt die geltenden PoE-Standards IEEE 802.3af/at, inklusive Minimierung von Leistungsverlusten aufgrund langer Übertragungswege. Diese CAT5e-Kabel sind schwer entflammbar, resistent gegenüber Lösungsmitteln und halten Verdrehen, Drücken sowie anderen rauen Beanspruchungen stand, wodurch sie für anspruchsvolle Industrieanwendungen geeignet sind.