Bagaimana saya bisa menyalakan IC melalui Ethernet?

11

Saya sedang mencari cara untuk menyalakan sebuah Sirkuit Terpadu kecil hanya menggunakan daya yang disediakan oleh outlet ethernet kamar saya. Apakah itu mungkin?

Saya sudah googled dan saya menemukan bahwa voltase yang disediakannya adalah antara 2v dan 3v. Karena ini bukan tegangan DC, tapi AC acak, saya percaya bahwa tidak mungkin menyalakan IC tanpa harus menggunakan semacam AD Conversor atau rangkaian pendeteksi puncak sederhana untuk menjaga tegangan.

Apakah aku salah? Apakah Anda punya saran untuk kasus itu?

Luis
sumber
6
Nah, ada standar PoE (Power over Ethernet). Mungkin lihat itu?
Rev1.0
1
"Apa IC" atau lebih spesifik "apa konsumsi daya" akan menjadi pertanyaan yang agak kritis.
Chris Stratton
1
Dikembalikan ke judul asli tanpa batasan untuk memulung yang dikenakan oleh suntingan pihak ke-3. Terserah Luis untuk mengklarifikasi apakah PoE mau atau tidak akan menjadi pilihan sekarang karena kemungkinan telah dinaikkan.
Chris Stratton
@ Chris - Itu tidak benar. Referensi OP: (1) AC, (2) tegangan data bukan tegangan PoE. PoE adalah alternatif dari premis pertanyaan dan disarankan oleh semua orang dalam peran ini (mis. "Sudahkah Anda mempertimbangkan ...")
DrFriedParts
@ Rev1.0 PoE bukan pilihan yang lebih baik dalam kasus saya karena saya bekerja dengan jaringan standar yang ada di gedung biasa. Terimakasih Meskipun!
Luis

Jawaban:

14

Anda menggambarkan menggunakan konsep yang disebut "Pemanenan Energi," tetapi Anda mencoba menggunakan pasangan data port ethernet sebagai sumber energi Anda.

Perbarui: Baiklah, mari kualifikasi ini sedikit ...

Meskipun sangat menarik (saya melakukan pekerjaan master saya di bidang ini), apa yang Anda uraikan tidak akan bekerja dengan baik dalam praktik karena sejumlah alasan:

  1. Semua versi Ethernet melalui kabel twisted pair menentukan transmisi data diferensial untuk setiap pasangan dengan trafo kopling. Itu berarti tidak ada jalur daya DC. Anda memiliki pergerakan saat ini di kedua arah melalui transformator isolasi. Anda perlu sirkuit untuk mengubahnya dan mengkondisikannya. Banyak daya yang akan Anda peroleh akan lebih dari dikonsumsi dalam daya diam konversi Anda dan sirkuit pengkondisian. Akan ada sangat sedikit, jika ada, yang tersisa untuk beban.

  2. Jalur ini hanya aktif ketika data dikirimkan kepada Anda (atau disiarkan). Kecuali jika Anda membuat lingkungan terstruktur di mana Anda mengontrol jaringan, data (daya dalam skema Anda) tidak akan dapat diandalkan.

  3. Jika Anda dapat mengontrol jaringan, cukup instal catu daya Power-Over-Ethernet di antara sakelar jaringan dan perangkat Anda. Sumber daya PoE menambah daya DC (-48V) ke pasangan tembaga yang tidak digunakan dalam kabel kategori 5 (10bT, 100bTx). Ia bahkan dapat bekerja dengan Gigabit Ethernet sekarang dengan mengendarai data di atas pasangan daya (sehingga berfungsi ganda). Sesederhana itu. Mengapa repot-repot memanen?

Eksperimen desain

Berikut ini adalah chip antarmuka Ethernet ( CP2200 ) yang umum dari Silicon Labs. masukkan deskripsi gambar di sini

Ini abstraksi:

masukkan deskripsi gambar di sini

  • Impedansi karakteristik sistem kabel adalah sekitar 100 Ohm (itulah sebabnya Anda melihat resistor terminasi 100 Ohm pada gambar Lab Silikon).

  • Arus keluaran puncak transmisi nominal dari CP2200 adalah 15mA (halaman 9). Perlu dicatat bahwa ada chip arus tinggi yang tersedia, bahkan yang memiliki keluaran arus yang dapat diprogram (seperti DP83223).

  • Pada efisiensi puncak (impedansi yang cocok), beban harus sama dengan 100 Ohm pada frekuensi transmisi.

  • Sistem trasmission menggunakan transformator step-up 1: 2.5

Memaksimalkan Transfer Daya:

Di ujung lain (output dari jack jaringan), arus puncak maksimum adalah 6mA (dari 15mA / 2.5). Ini dikirim ke beban ideal 100 Ohm untuk mencapai kekuatan instan maksimum P = I ^ 2 R = 3,6 mW atau sekitar 2,5 mW, rms (tidak buruk! Dan 10x lebih tinggi dari perkiraan awal saya).

Untuk output maksimum 15mA, tahap output pemancar menambahkan sekitar 120 Ohm dalam resistansi sumber.

  1. Bekerja mundur Anda memiliki 200 Ohm di sisi jauh transformator
  2. Rasio 2,5 putaran menghasilkan transformasi impedansi menjadi 32 Ohm pada sisi utama (pemancar) transformator.
  3. Itu 480mV pada belitan utama.
  4. Langkah transformator naik 2,5X ke 1,2V pada sekunder.
  5. Setengah dari tegangan hilang karena impedansi kabel yang menghasilkan puncak 0,6V ke beban ideal.

Itu P = V ^ 2 / R = 3,6 mW. Ini sesuai dengan harapan ideal jadi kami baik-baik saja.

Inilah Masalah dalam Praktek:

Sayangnya, pengiriman daya bukanlah keseluruhan cerita. Sekarang Anda harus dapat menggunakannya.

Ini bipolar sehingga Anda perlu memperbaiki, menghapus riak, dan (mungkin) meningkatkan (atau mengkonversi / mengatur). Hanya saja tidak banyak overhead tegangan untuk ini.

Anda bekerja dengan 0.6V dan Anda perlu transit dua dioda di penyearah jembatan penuh. Bahkan menggunakan tipe dioda drop maju rendah, Anda masih melihat sekitar 0,3V (per dioda). Itu berarti tegangan yang tersedia (dan karenanya daya) untuk Anda gunakan pada beban Anda pada dasarnya tidak ada.

Arsitektur Penyearah Alternatif

Ada beberapa pendekatan lain untuk memanen selain jembatan dioda, jadi bukan tidak mungkin, tetapi sangat tidak praktis untuk melakukan ini.

Misalnya, Anda bisa menggunakan penyearah setengah gelombang (sebagian besar tag RFID yang saya lihat lakukan ini) untuk menghilangkan salah satu dioda (tetapi Anda kehilangan setengah bentuk gelombang).

Dalam hal ini, Anda dapatkan

  • 0.3V, puncak * 6mA (ideal) = 1.8mW (puncak) = 1.27mW (rms)
  • Dengan hanya setengah siklus menghasilkan Anda turun menjadi sekitar 640uW (mikro-Watt)
  • Maka Anda harus menurunkan oleh siklus tugas transmisi Anda (persentase waktu Anda menjaga pemancar aktif)

... dan itu maksimum. Jika Anda mengubah beban jauh dari tepat 6mA, Anda akan mendapatkan penurunan efisiensi dan oleh karena itu jauh lebih sedikit output daya yang Anda harapkan karena ketidakcocokan impedansi yang diperkenalkan ini.

Desain pemanenan rectifier adalah bidang penelitian aktif dan ada cara yang lebih efisien untuk menggunakan dioda tunggal. Jika Anda benar-benar berkomitmen untuk mengejar ini, balas dan saya akan mencari beberapa kutipan / ide untuk Anda.

DrFriedParts
sumber
3
RFID berfungsi dengan alasan dasar yang sama dengan PoE: by design. Kekuatan medan radio dalam aplikasi RFID pasif pada umumnya tidak dipilih oleh persyaratan untuk kekebalan noise tetapi untuk memberi daya pada tag RFID.
MSalters
1
@Luis - Ini bukan benar-benar 100 Ohm dalam arti resistor (Google "Teori Jalur Transmisi"). Ini adalah efek kabel pada sinyal pada 10MHz (atau 100MHz). Sinyal RF sedikit berbeda dalam perilaku (ada beberapa peringatan lebih yang kami sampaikan ketika mengajar DC di tingkat pengantar) daripada yang disiratkan oleh pertanyaan Anda. Jika Anda tidak menggunakan kabel ethernet, daya yang tersedia untuk perangkat Anda sebenarnya akan lebih kecil dari yang diperkirakan di atas ... kecuali jika Anda menjaga keseluruhan sistem kabel menjadi kurang dari 15cm.
DrFriedParts
1
@Luis - Saya juga akan menambahkan bahwa tegangan yang Anda butuhkan saat memuat (tidak masuk akal) tidak penting. Yang Anda pedulikan adalah daya (kali tegangan) karena (dengan beberapa kerugian) Anda dapat mengubah arus menjadi tegangan dengan berbagai rangkaian. Dengan asumsi konverter yang sempurna, 1W dapat dinyatakan sebagai 1A @ 1V, atau 0,5A @ 2V ... lihat?
DrFriedParts
1
@Luis - Keren! Senang bisa membantu. 15cm adalah total jarak antara pemancar dan penerima. Anda harus memasukkan semua jarak yang relevan (sehingga kabel di dinding antara jack dan switch Ethernet juga diperhitungkan).
DrFriedParts
2
@Luis - Saya akan mulai dengan transformator lain: di depan penyearah, setelah jack. Coba rasio kenaikan step-up 1:10. Ini sepertinya tidak menghasilkan banyak daya, tetapi Anda harus melihat apa yang bisa Anda dapatkan darinya. Mungkin Anda bisa memanen dari beberapa port secara paralel.
DrFriedParts