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Bild 1: Applikationsbeispiel PoE-Midspan mit Multiport-Hybrid-Ausgang, 16 Ports mit 15,4 W und acht Ports mit 30 W. (Bild: Schukat)

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Bild 1: Applikationsbeispiel PoE-Midspan mit Multiport-Hybrid-Ausgang, 16 Ports mit 15,4 W und acht Ports mit 30 W. Schukat

Die Stromversorgung von Endgeräten über eine Ethernet-Schnittstelle bietet entscheidende Vorteile. Dank Power-over-Ethernet (PoE) entfällt die Notwendigkeit für einen extra Stromanschluss sowie zusätzliche Steckernetzteile für jedes einzelne Endgerät im Netzwerk. Damit kann die bestehende Netzwerkverkabelung mit Twisted-Pair weiterhin genutzt werden und netzwerkfähige Endgeräte in einer Installation lassen sich nur über die eigentlichen Datenleitungen mit Strom versorgen. Durch den Verzicht auf separate stromführende Kabel reduzieren sich Störanfälligkeit, Installationsaufwand und somit auch die Kosten. Bei beengten Installationsbedingungen sind angeschlossene Endgeräte ohne zweites Kabel außerdem besser zu erreichen.

Folglich wächst die Nachfrage nach PoE-Lösungen, da mit der Weiterentwicklung des PoE-Standards immer mehr Möglichkeiten entstehen. Insbesondere die geplante Ratifizierung des neuen dritten Standards POE++ im ersten Quartal 2018 wird es erlauben, Netzteile mit noch höheren Leistungen für vielfältige Anwendungen zu verwenden.

Erster PoE-Standard

Nach IEEE802.3af, dem ersten PoE-Standard, hält jeder Port eines Energieversorgers (PSE, Power Sourcing Equipment) eine Leistung von 15,4 W bereit. Der Standard nennt zudem eine maximale Leistungsaufnahme von 12,95 W für ein PD (Powered Device, deutsch betriebenes Gerät). Dieser Wert ergibt sich nach Abzug möglicher Leitungsverluste über die Kabellänge, die mit 100 Metern spezifiziert ist. Um die Ströme über die Twisted-Pair-Kabel (Kabel mit paarweise verdrillten Adernpaaren) möglichst gering zu halten, liegt die POE-Spannung zwischen 44 und maximal 57 V. Ein wichtiger Punkt besteht darin, nicht PoE-fähige Geräte auf keinen Fall zu beschädigen oder zu zerstören. Deshalb ist eine Abstimmung von PSE und PD erforderlich. Erst wenn die PoE-Eignung und die Leistungsklasse des Geräts erkannt wurden, stellt das Netzteil die entsprechende Leistung zur Verfügung. Dabei kommen freie, nicht zur Datenübertragung genutzte Adernpaare zur Energieversorgung zum Einsatz.

Mehr Leistung mit PoE Plus

Mit der zweiten Fassung des POE-Standards IEEE802.3at, auch PoE Plus genannt, konnten ab 2009 bereits 30 W elektrische Leistung je Port bereitgestellt werden. Dennoch deckte dieser Wert nicht den Leistungsbedarf vieler POE-Applikationen ab. Er versperrte als limitierender Faktor nach wie vor den PoE-Produkten den Weg in verschiedene Applikationen. Mangels neuer Standards konstruierten Hersteller wie Phihong auch Power-over-Ethernet-Stromversorgungen außerhalb des definierten Standards, die deutlich höhere Leistungen boten. Auf Basis des POE+ entwickelten sie bereits mit den sogenannten Ultra-POEs Produkte mit 60 bis 80 W und mit den Mega-POEs Produkte mit maximal 95 W pro Port. Aufgrund der höheren Leistungen und der Datenraten, die im Laufe der Zeit anstiegen, werden die Daten und die Energieversorgung über gemeinsame Leitungspaare übertragen. Das POE-Endgerät (PD) übernimmt dabei die Entkopplung von Daten und Strom.

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Bild 2: Single-Port-PoE-Netzteil von Phihong POE15M-1AF. Schukat

Bereits seit einiger Zeit bot ein ähnlicher Standard der Consumerelektronik zur Übertragung von unter anderem HD-Video und Power, der HD Base T Alliance (PoH), höhere Leistungen. Seit 2013 wird an einem neuen PoE-Standard gearbeitet, mit dessen Ratifizierung im ersten Quartal 2018 zu rechnen ist. Durch die Nutzung aller vier Adernpaare zur Energieübertragung ermöglicht der Standard IEEE802.3bt beziehungsweise POE++ bis zu 90 W pro Port. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Standard auch konform mit den Selv-Kriterien (Safety Extra Low Voltage) und der LPS (Limited Power Source) nach IEC60950-1 ist. Durch die standardisierte Leistungserhöhung lässt sich nun über die in das Netzwerk integrierbaren POE-Netzteile, auch als Midspans beziehungsweise Injektoren bezeichnet, ein breites Leistungsspektrum abdecken. Damit ergeben sich immer mehr Anwendungsmöglichkeiten in IT und industriellen Applikationen.

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Vergleich der drei PoE-Standards und ihrer Eigenschaften. Schukat

Auch das Thema LED-Beleuchtung über PoE gewinnt an Bedeutung. Die Leistung des neuen Standards und die PoE-Spannung von maximal 57 V reichen aus, um unterschiedliche LED-Applikationen zu adressieren. Denn künftig wird eine Leuchte mehr sein als ein reiner Beleuchtungskörper. Ausgestattet mit Sensorik, stellt sie ein zentrales Element des Internet of Things dar und überträgt die sensorisch ermittelten Daten an das Gebäudemanagement. Power over Ethernet kann damit sowohl die LED-Leuchte als auch die Sensoren mit Energie versorgen und zusätzlich die gesammelten Daten an den Empfänger übermitteln.

Steigende Nachfrage nach PoE-Lösungen

Nicht nur in Großbritannien und Skandinavien wird bereits viel mit Power over Ethernet gearbeitet, auch in anderen Regionen wächst die Nachfrage nach PoE-Lösungen. Denn mit der Weiterentwicklung der PoE-Standards ergeben sich zahlreiche neue Möglichkeiten. Ein Unternehmen, das sich bereits früh mit dem Thema Daten- und Energieübertragung über die Twisted-Pair-Ethernet-Leitungen beschäftigt hat und seit 1999 an der Etablierung eines Standards mitwirkt, heißt Phihong. Der Hersteller von PoE-Netzteilen ist eines der Gründungsmitglieder des IEEE-Ausschusses (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Dieser erarbeitete den ersten PoE-Standard IEEE802.3af und verabschiedete ihn schließlich im Jahr 2003. Von dem Zeitpunkt an verkaufte Phihong seine ersten PoE-Produkte, die einem Standard folgen, und hat inzwischen eine breite Palette an PoE-Netzteilen als Single-Port- oder Multiport-Lösung entwickelt. Mit den Multiport Midspans lassen sich aktuell maximal 806 W PoE-Gesamtleistung erreichen. Durch seine Mitgliedschaft im Ausschuss IEEE802.3bt konnte Phihong bereits sehr früh erste Netzteile nach dem neuen Standard bauen und führt diese nun unter POE60U-1BT und POE90U-1BT. Schukat baut derzeit in enger Zusammenarbeit mit Phihong sein PoE-Portfolio aus und bietet ab Lager die gängigsten Single-Port-Injektoren sowie Multiport-Netzteile als Desktop- oder 19-Zoll-Rackvariante an.

Frank Stocker

Field Application Engineer Power Supplies, Schukat

(ah)

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