¿Cómo Power over Ethernet combina los núcleos para enviar energía a distancias más largas?

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Disculpe si esto es una pregunta n00b demasiado, estoy luchando por comprender los términos básicos de EE para mi proyecto.

En mi aplicación, ejecuto 20 vatios en un solo cable AWG-24 a 5 voltios. Esto funciona bien si el cable es de < 10 pies de largo; más de 10 pies y mi aplicación falla; Los LEDs dejan de mostrar el color adecuado. Según los que me han precedido, esto se debe a una "caída de voltaje".

Me gustaría entender por qué algo como Power over Ethernet (PoE) puede enviar 20 vatios a cientos de pies pero mi aplicación no puede usar un solo cable AWG-24. Mi intención es rodar mi propia solución aprovechando el conocimiento incorporado en PoE.

Supongamos que un sistema PoE utiliza un cable Cat5e. Al abrir este cable Cat5e, se revela que está formado por 4 pares (¿núcleos?) De cables AWG-24. ¡El mismo AWG-24 que usa mi aplicación! Entiendo que el truco de PoE para enviar 20 vatios de tal distancia es que aumenta de 5 a 48 voltios. Se rumorea que aumentar la tensión significa que puede enviar energía a distancias más largas.

Espera aunque. He escuchado que hay algo que se llama la ley de Ohm [1] que dice que si aumentas el voltaje, debes disminuir la corriente [2] o la resistencia.

Dado que los cables AWG-24 universalmente tienen la misma resistencia, ¡la corriente debe bajar en PoE! Sin embargo, PoE todavía puede entregar 20 vatios a cientos de pies de distancia, por lo que debe estar ocurriendo algún tipo de "combinación" de trucos.

¿Qué es este engaño? ¿Hay algún tipo de caja negra que toma como entrada el cable N (48 voltios, corriente M) y emite un cable (5 voltios, corriente NM)?

Gracias, amabilidad, comunidad de expertos, por cualquier ayuda que pueda ofrecerme en mi esfuerzo.

  1. ¿Es la ley de Ohm lo que me molestó antes? Voltaje caído porque la resistencia aumenta a medida que aumenta la distancia?

  2. Mi comprensión es que los vatios que ansío desesperadamente están compuestos de voltios y amperios, y un amplificador es una forma de medir la corriente. ¡Tantas etiquetas maravillosas!

pregunta mbac32768

3 respuestas

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POE normalmente usa 48V, por lo que 20W serían menos de 0.5A compartidos en múltiples cables de 24 AWG.
Para su sistema de 5V, 20W dibuja 4A, por lo que obtiene una caída excesiva en el cable.

Ahora considera tu cable 24AWG. Tiene una resistencia por metro que puede encontrar en muchas fuentes, aquí uno.
Dado que en este cuadro, un solo cable tiene aproximadamente 0.0842 ohmios / metro, aproximadamente 0.25 ohmios para 10 pies. Pero debe considerar la resistencia del bucle, por lo que su valor de R del cable es de 0.5 ohmios. Suponiendo que podría pasar 4 A a través de este bucle, se caería 4 * 0.5 = 2 V al hacerlo.

    
respondido por el stark
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Digamos que su dispositivo usa 20W de potencia. Si lo alimenta desde 5V, necesita una corriente de 4A para obtener 10W (5V * 4A = 10W). Esto sería bastante difícil de transportar a través de los cables delgados de UTP.

Sin embargo, si aumenta el voltaje a 48V (PoE estándar), ahora solo necesita 417mA para obtener 10W (48V * 0.417A = 20W). Esto es mucho más fácil de transportar.

Además, PoE usa varios cables en paralelo, generalmente un par para positivo y un par para negativo.

Según la Ley de Ohm (V = R * I), la caída de voltaje es proporcional a la resistencia y la corriente. Entonces, cuando usa un voltaje más alto para la misma potencia, necesita una corriente más baja, lo que resulta en una menor caída de voltaje. Además, la caída de voltaje es una parte aún más baja del voltaje total, lo que resulta en una mayor eficiencia. Por ejemplo, digamos que la resistencia del cable es 2ohm:

Desea 5V, 4A al final del cable, lo que significa que la caída de voltaje es 4A * 2ohm = 8V. Por lo tanto, su fuente de alimentación debe ser (5 + 8 = 13V). 2oW alimenta su dispositivo y 32W (8V * 4A) calienta el cable, lo que resulta en una eficiencia de aproximadamente 38% (20W / (20W + 32W)). Si usa 50V, ahora solo necesita 0.4A, esto da como resultado una caída de 0.8V en el cable, por lo que su fuente de alimentación debe ser de 50.8V y solo se pierden 0.32W como calor en el cable, lo que resulta en una eficiencia del 98%. / p>

Esta es la razón por la que las líneas eléctricas de larga distancia utilizan cientos de miles y, en algunos casos, un poco más de un millón de voltios.

    
respondido por el Pentium100
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Eche un vistazo más de cerca a la Ley de Ohm y los derivados:

I = E / R, E = I * R, R = E / I

P = E * I

Necesitas 20W a 5V. Esto significa que necesita 4A de corriente (I = P / E)

El problema con su alimentación de energía es que está experimentando una caída de voltaje excesiva debido a la resistencia de los cables (E = I * R), y mientras comienza con 5 V, termina con algo menos.

También puedes obtener 20W usando 10V y 2A. O 20V y 1A. O 48V y 0.41666 ... Amperios. A 0.4A, la caída de voltaje a través de los cables será aproximadamente 1/10 de caída cuando intentaste enviar 4A.

POE utiliza el alto voltaje para reducir la corriente requerida, y luego usa un regulador de conmutación en el extremo de la carga para reducir eficientemente ese alto voltaje a lo que necesita el equipo. Los reguladores de conmutación suelen ser eficientes en un 90% (o mejores), por lo que con 48V POE, la corriente real enviada a través del cable será ligeramente mayor, para compensar tanto la pérdida del regulador como la caída de voltaje en los cables. Aun así, la corriente (y la caída de voltaje) será lo suficientemente baja como para que la energía se pueda enviar a través de los cables delgados. POE se utiliza para enviar hasta 25W a través de cables de longitud razonable.

    
respondido por el Paul Elliott

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