Chciałem zasilić mały układ scalony, wykorzystując jedynie moc zapewnianą przez gniazdo ethernetowe mojego pokoju. Czy to w ogóle możliwe?
Znalazłem google i przekonałem się, że napięcie, które zapewnia, wynosi od 2 do 3 V. Ponieważ nie jest to napięcie stałe, ale losowe, uważam, że nie byłoby możliwe zasilenie układu scalonego bez konieczności użycia jakiegoś konwertera AD lub prostego obwodu detektora szczytowego w celu utrzymania napięcia.
Czy się mylę? Czy masz jakieś rady w tej sprawie?
Odpowiedzi:
Opisujesz za pomocą koncepcji o nazwie „Zbieranie energii”, ale próbujesz użyć par danych portu Ethernet jako źródła energii.
Aktualizacja: Cóż, zakwalifikujmy to trochę ...
Choć niezwykle interesujące (zrobiłem, że moi mistrzowie pracowali w tym obszarze), to, co opisujesz, po prostu nie zadziała dobrze w praktyce z wielu powodów:
Wszystkie wersje kabla Ethernet za pomocą skrętki określają różnicową transmisję danych przez każdą parę ze sprzęgłem transformatorowym. Oznacza to, że nie ma ścieżki zasilania prądem stałym. Prąd porusza się w obu kierunkach przez transformator izolujący. Będziesz potrzebował obwodów do konwersji i kondycjonowania. Wiele mocy, którą zdobędziesz, będzie więcej niż zużyte w mocy spoczynkowej twoich obwodów konwersji i kondycjonowania. Do załadunku pozostanie bardzo niewiele.
Linia jest aktywna tylko wtedy, gdy dane są przesyłane do Ciebie (lub rozgłaszane). O ile nie tworzysz ustrukturyzowanego środowiska, w którym kontrolujesz sieć, dane (moc w twoim schemacie) będą zawodne.
Jeśli możesz kontrolować sieć, po prostu zainstaluj zasilacz Power-Over-Ethernet pomiędzy przełącznikiem sieciowym a urządzeniem. Źródło zasilania PoE dodaje moc prądu stałego (-48 V) do niewykorzystanych par miedzi w kablu kategorii 5 (10bT, 100bTx). Może teraz nawet współpracować z Gigabit Ethernet, przesyłając dane nad parą zasilającą (dzięki czemu służy podwójnym celom). To takie proste. Po co męczyć się ze zbiorami?
Eksperyment projektowania
Oto wspólny układ interfejsu Ethernet ( CP2200 ) firmy Silicon Labs.
Oto abstrakcja:
Charakterystyczna impedancja systemu kablowego wynosi około 100 omów (dlatego widzisz rezystor końcowy 100 omów na rysunku Silicon Labs).
Nominalny szczytowy prąd wyjściowy transmisji CP2200 wynosi 15 mA (strona 9). Należy zauważyć, że dostępne są układy wysokoprądowe, nawet te z programowalnym wyjściem prądowym (takie jak DP83223).
Przy szczytowej wydajności (dopasowanej impedancji) obciążenie musi stanowić równowartość 100 omów przy częstotliwości transmisji.
System transmisji wykorzystuje transformator podwyższający 1: 2,5
Maksymalizacja transferu mocy:
Na drugim końcu (wyjście gniazda sieciowego) maksymalny prąd szczytowy wynosi 6 mA (od 15 mA / 2,5). Jest dostarczany z idealnym obciążeniem 100 omów, aby osiągnąć maksymalną chwilową moc P = I ^ 2 R = 3,6 mW lub około 2,5 mW, rms (nieźle! I 10 razy więcej niż pierwotnie szacowałem).
Dla maksymalnej mocy wyjściowej 15 mA stopień wyjściowy nadajnika dodaje około 120 omów rezystancji źródła.
To P = V ^ 2 / R = 3,6 mW. Odpowiada idealnym oczekiwaniom, więc jesteśmy dobrzy.
Oto problem w praktyce:
Niestety dostarczanie energii nie jest całkowitą historią. Teraz musisz być w stanie z niego korzystać.
Jest dwubiegunowy, więc musisz sprostować, usunąć zmarszczki i (ewentualnie) zwiększyć (lub w inny sposób przekonwertować / uregulować). Po prostu nie ma w tym za dużo napięcia.
Pracujesz z 0,6 V i musisz przepuścić dwie diody w prostowniku z pełnym mostkiem. Nawet używając diod o niskim napięciu do przodu, nadal patrzysz na około 0,3 V (na diodę). Oznacza to, że dostępne napięcie (a zatem moc), które można zastosować w swoim obciążeniu, jest w zasadzie niczym.
Alternatywne architektury prostowników
Istnieją inne podejścia do zbiorów oprócz mostka diodowego, więc nie jest to niemożliwe, ale jest to bardzo niepraktyczne.
Na przykład możesz użyć prostownika półfalowego (większość tagów RFID, na które patrzyłem, aby to zrobić), aby wyeliminować jedną z diod (ale tracisz połowę kształtu fali).
W takim przypadku masz
... i to jest maksimum. Jeśli zmienisz obciążenie z dokładnie 6 mA, uzyskasz zmniejszoną wydajność, a tym samym znacznie mniejszą moc wyjściową, niż można by oczekiwać w wyniku niedopasowania impedancji, które to wprowadza.
Projektowanie prostowników żniwnych jest obszarem aktywnych badań i istnieją bardziej wydajne sposoby użycia pojedynczej diody. Jeśli naprawdę jesteś zaangażowany w realizację tego, odpowiedz, a ja znajdę dla Ciebie kilka cytatów / pomysłów.
źródło