Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Multimetr FlukeMultimetr Fluke
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia

p.kaczmarek2 28 Jul 2021 01:06 4893 22
  • Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Witajcie moi drodzy.
    Przedstawię tutaj wnętrze zasilacza Passive Power over Ethernet UBI-POE-15-8 (wyjście 15V, 0.8A piny + 4,5 piny -7,8). Narysuję jego schemat, a potem pokażę jak można łatwo zmodyfikować jego układ (blok z napięciem odniesienia TL431) tak by uzyskać nieco inne napięcie wyjściowe.

    Co to jest PoE?
    PoE, czyli Power over Ethernet, jest to standard przesyłania zasilania dla urządzeń poprzez kabel Ethernetowy. Normalnie jak mamy urządzenie podłączone do sieci LAN to musimy osobno mu podciągnąć zasilanie, a PoE pozwala nam uprościć to podłączenie i zasilić urządzenie tym samym przewodem który zapewnia mu łączność z siecią.
    Są różne wersje PoE, ale w dużym skrócie PoE korzysta z faktu, że nie zawsze wykorzystuje się wszystkie żyły ze skrętki do przesyłania pakietów. Na przykład w standardzie 10Base-T używa się tylko dwie pary z czterech par skrętki, więc na dwóch wolnych można puścić zasilanie.

    Zasilacz UBI-POE-15-8
    Zasilacz z tematu oferuje tzw. pasywne POE, napięcie 15V (nie 45+V itp), bez negocjacji.
    Garść informacji od producenta:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Dodatkowe broszury itp:
    poe15_..pdf Download (107.61 kB)
    Zasilacz wpina się między dwa przewody Ethernetowe, oczywiście RJ45, kabel zasilający ma wtyk 'koniczynka'/EC-C5:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia

    Teardown zasilacza UBI-POE-15-8
    Obudowa jest bardzo solidnie sklejona. Nie miałem innego wyjścia, musiałem użyć extola:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Przy takim otwieraniu trzeba uważać by nie uszkodzić elementów.
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Zasilacz wygląda na flyback ze sprzężeniem zwrotnym na transoptorze i TL431. Osobno jest układ scalony i osobno klucz (tutaj MOSFET).
    Spód PCB. Kontroler zasilacza jest zamontowany powierzchniowo:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Główny kontroler zasilacza ma oznaczenie HsP35 ale nie znalazłem jego noty katalogowej. Ale z forum circuitsonline.net już ktoś go szukał:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Wierzch. Widać nieco większe zabezpieczenia przed przepięciami i EMI niż w najtańszych produkcjach.
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Bezpiecznik:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Złącze TECX TU-333:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Filtr przeciwko zakłóceniom, UU9.8-30 M1, tzw. common mode choke:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Warystor TVR07471:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Mostek prostowniczy, DB105G:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Transoptor PC817 łączący stronę wtórną i pierwotną (do sprzężenia zwrotnego, transoptor by zapewnić separacje), dość mocno tu powiązany z TL431.
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Już po stronie wtórnej. TL431, tzw. "regulowana dioda Zenera".
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Idea działania TL431 w pigułce:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Charakterystyczny kondensator Y łączący stronę wtórną i pierwotną przetwornicy, BS1 T4KV:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Standardy/certyfikaty tego kondensatora (nie można tu dać pierwszego lepszego, choć niektórzy najtańsi producenci tak robią i stwarzają zagrożenie):
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Kluczem jest tutaj P4NK60ZFP:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Po stronie wtórnej są dwa kondensatory, jest dławik, widać że zadbano o filtrację wyjścia DC (zdjęcie wykonane po wylutowaniu złącz Ethernet):
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Bez złącz:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Gniazda tu to oczywiście nie 'magjack', nie mają zintegrowanego transformatora separającego sygnał, tylko samo złącze po prostu. Odpowiednie piny są ze sobą połączone na płytce.

    Wydajność prądowa zasilacza
    Dla zasady sprawdziłem krótko wydajność prądową tego zasilacza ze sztucznym obciążeniem LD35. O dziwo jest ona znacznie większa niż podawana przez producenta, można pobrać znacznie więcej niż te 0.8A, ale wtedy zasilacz dość mocno się grzeje. Dopiero później (tj. po przekroczeniu 1.85A) włącza się ochrona przeciwprzeciążeniowa. To jest moim zdaniem minus, bo zbyt mocne grzanie się tego zasilacza może mu znacznie zaszkodzić.
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia

    Schemat zasilacza UBI-POE-15-8
    Schemat narysowałem wedle połączeń z płytki, nazwy elementów zgadzają sie z płytką, wartości rezystorów są podane w kodzie SMD:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Typowy zasilacz impulsowy w topologii flyback. Na wejściu są zabezpieczenia przed przepięciami oraz zakłóceniami EMI (by przetwornica nie zakłócała innych urządzeń w sieci, nie "siała" mówiąc potocznie). Regulacja napięcia brana poprzez sprzężenie zwrotne ze strony wtórnej (TL431 zapewnia precyzyjne napięcie odniesienia, transoptor separacje). Po stronie pierwotnej mamy osobno kontroler przetwornicy i osobno tranzystor MOSFET typu N jako klucz. Pomiar prądu odbywa się poprzez pin CS na rezystorach R1A i R1B o bardzo małej rezystancji, to tzw. boczniki. Dodatkowe uzwojenie z diodą D4 i rezystorem R12 służy do zasilania kontrolera przetwornicy (na starcie przetwornicy zasilany jest on przez R2B i R2A, bo jakoś przetwornica musi wystartować).
    "Dziwna" kombinacja elementów równolegle do uzwojenia pierwotnego (D2, R3A, R3B, R4, C4) to gasik (ang. snubber), do gaszenia szpil/pików napięcia. Po stronie wtórnej jest dioda prostownicza (raczej jest tam jakaś schottky, już nie sprawdzałem jaka, ze względu na mniejszy spadek napięcia), filtr, dioda LED standby i elementy od sprzężenia, czyli blok z TL431. Bardzo dobrze wyjaśnia go ta prezentacja od On Semiconductor: The TL431 in the Control of Switching Power Supplies
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Dla zainteresowanych szczegółami zostawiam ją w załączniku:
    TL431_TND..-D.PDF Download (581.18 kB)

    Schematy podobnych zasilaczy
    Schemat zasilacza Ubiquiti rysowałem "z płytki" bez wylutowywania elementów więc mogłem popełnić jakieś błędy. Z tego powodu warto rozważyć schematy podobnych zasilaczy.
    RT7737 - Programmable Burst Switching Green Mode/Burst Mode Level Flyback Controller:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Bardzo podobny schemat, aż można by pomyśleć, że może przetwornica z tematu jest na RT7737. Wszystkie piny sterownika się zgadzają, pin 3 Burst z rezystorem Rbs też przypomina to co jest u mnie na płytce. Podłączenie TL431 i transoptora też się zgadza. Pomocnicze uzwojenie (tylko w celu zasilania RT7737) też tak jak na zasilaczu z tematu.
    UCC28704 - High-Efficiency Off-Line CV and CC Flyback Controller with Primary-Side Regulation (PSR):
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Podobny układ, ale z regulacją/sprzężeniem zwrotnym ze strony pierwotnej (PSR) poprzez (na rysunku) Rs1 i Rs2. Ten pin 6 VS to Voltage Sense, nie masa. Polecam porównać sobie ten schemat ze schematami z transoptorem i zobaczyć jakie są różnice.
    NCP1200 - PWM Current-Mode Controller for Low-Power Universal Off-Line Supplies
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Podobny schemat (i to z filtrem EMI w takim miejscu gdzie bym się go spodziewał, nie za mostkiem Greatza), z tą różnicą, że nie ma tu wcale trzeciego uzwojenia (pomocniczego uzwojenia) po stronie pierwotnej, który normalnie służy do zasilania kontrolera przetwornicy. Tutaj NCP1200 bierze zasilanie bezpośrednio z +325V (mniej więcej) poprzez pin 8, HV. Warto też zwrócić uwagę, że kondensator od zasilania na pinie VCC nie jest nigdzie zewnętrznie podłączony. To dlatego, że odpowiedni układ zasilania jest wewnątrz NCP1200.

    Modyfikacja napięcia wyjściowego
    Pora spróbować zmodyfikować zasilacz tak, by na wyjściu było 12V zamiast 15V.
    W dużym uproszczeniu, napięcie te określa m. in. dzielnik napięcia przy TL431. Przeliczymy jego wartość i zmienimy jeden rezystor.
    UWAGA: Ta metoda pozwala zmienić napięcie wyjściowe tylko w pewnym stopniu, jak przesadzimy to możemy uszkodzić zasilacz.
    Mamy już schemat, na początek policzymy jakiego napięcia oczekujemy na wejściu TL431 (tylko w ramach pokazania, jak to działa):
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Skoro na wyjściu jest 15V, a dzielnik rezystorowy jest jak na schemacie, to na ref TL431 powinno być około... 4.3/(22.1+4.3)*15V = 2.44V
    (swoją drogą to oczywiście jest Vref z noty katalogowej TL431 i tego nie trzeba liczyć, ale warto pokazać, że to rzeczywiście ma miejsce...)
    Sprawdźmy, czy mamy rację:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Tak, obliczenia się potwierdzają.
    Teraz trzeba odpowiedzieć na pytanie - jak trzeba zmienić ten dzielnik rezystorowy by mieć na wyjściu zasilacza 12V?
    Załóżmy, że chcemy zmienić rezystor 22.1k na inny.
    Rozwiązujemy równanie: 4.3/(R+4.3)*12=2.44
    Wychodzi około 16.85k.
    Pod ręką miałem tylko rezystor 15k, więc taki użyłem.
    Wylutowany SMD rezystor:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Nowy rezystor:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Pora sprawdzić czy działa. Oczywiście też z obciążeniem:
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia
    Po modyfikacji przetwornica działa poprawnie i zapewnia 11.1V (a byłoby i 12V, jakby lepiej dobrać rezystor, dać taki jaki wyszedł z obliczeń...)

    Podsumowanie
    Na pierwszy rzut oka ktoś niedoświadczony mógłby odnieść wrażenie, że zasilacz PoE to jakaś tajemnicza skrzyneczka z dziwną elektroniką, ale nic bardziej mylnego. W środku UBI-POE-15-8 jest po prostu zwykły zasilacz impulsowy z wyjściem podpiętym do odpowiednich pinów gniazda RJ45 (a pozostałe piny RJ45 są przeprowadzone przez PCB) i nic więcej.
    W tym przypadku zasilacz był z TL431, co wykorzystałem do demonstracji prostej modyfikacji napięcia wyjściowego, ale równie dobrze zasilacz ze środka mógłby być inaczej zrealizowany, są też przecież układy pod PSR (Primary Side Regulation), choć jest ona raczej mniej dokładna.
    Co do samego zasilacza - jedynie mnie zaniepokoiło trochę to, że można z niego pobrać znacznie więcej prądu niż się powinno wedle jego specyfikacji, a skutkuje to jego nadmiernym grzaniem (a nie wyłączeniem się), co raczej nie jest pożądane. Ochrona przeciwko przeciążeniu powinna załączać się wcześniej.
    Do tematu załączam noty katalogowe powiązanych elementów ze środka tego zasilacza.

    Cool! Ranking DIY
    Ethernet jednoparowy (SPE) - rozwiązania w przemyśle. Szkolenie 29.09.2021r. g. 11.00 Zarejestruj się za darmo
    About Author
    p.kaczmarek2
    Level 25  
    Offline 
  • Multimetr FlukeMultimetr Fluke
  • Multimetr FlukeMultimetr Fluke
  • #4
    jarekm27
    Level 18  
    Tłucze młoteczkiem dookoła aż zgrzewy popękają.
  • #6
    p.kaczmarek2
    Level 25  
  • #8
    Sareph
    Level 23  
    p.kaczmarek2 wrote:
    Na pierwszy rzut oka ktoś niedoświadczony mógłby odnieść wrażenie, że zasilacz PoE to jakaś tajemnicza skrzyneczka z dziwną elektroniką, ale nic bardziej mylnego.
    To po prostu ten zasilacz PoE taki jest, ale jakby to był zasilacz z prawdziwym PoE, to to by byla skrzyneczka z kontrolerem i inna dziwna elektronika i transformatorami eth i by działała pewnie i na 1Gbit. O większej liczbie zabezpieczeń nie wspominając. ;)
  • #9
    p.kaczmarek2
    Level 25  
    Sareph wrote:
    zasilacz z prawdziwym PoE, to to by byla skrzyneczka z kontrolerem i inna dziwna elektronika i transformatorami eth i by działała pewnie i na 1Gbit. O większej liczbie zabezpieczeń nie wspominając. ;)


    Jak mi wpadnie w ręce jakiś lepszy (najlepiej uszkodzony) bądź ktoś będzie wyrzucał to z chęcią też zrobię teardown i analizę płytki.
  • #10
    dj_volt
    Level 23  
    Ja otwieram zasilacze nożem, ostrze wkładam w zgrzew i delikatnie opukuję gumowym młotkiem. Do ponownego zamknięcia używam kilku kropel cyjanoakrylu.
    Jestem pod wrażeniem. Szczegółowy opis, dane katalogowe oraz zrysowany schemat układu na podstawie płytki.
    Szacun!
  • #12
    szym86
    Level 11  
    Używam zestaw PoE od TP-link (injector i splitter) i nie potrafię zrozumieć czemu pierwsze zasilane jest z zasilacza 48V, natomiast drugie ma na wyjściu tylko 12V/1A.
    Router który mam na dachu i go zasilam akceptuje napięcie w przedziale 10-56V.
    Wszystko działa jak należy ale ta wymuszona konwersja z 48V na 12V jest w moim przypadku niepotrzebna.
  • #13
    automobilklub
    Level 16  
    A jest też sposób na otwieranie takich obudów bez użycia narzędzi...
    Odrobina benzyny bezołowiowej (taką używam i działa) do szczeliny zgrzewu. Trochę poczekać i obudowa sama się otwiera!
  • #14
    tomiok
    Level 33  
    Sareph wrote:
    To po prostu ten zasilacz PoE taki jest, ale jakby to był zasilacz z prawdziwym PoE, ...

    To jest zasilacz z prawdziwym PoE.

    Sareph wrote:
    ...i by działała pewnie i na 1Gbit. ...

    Zanim coś takiego napiszesz, pomyśl choć chwilkę.

    Skoro jest przekazywane po jednym kablu sygnał+ zasilanie,
    to wykorzystując 2 pary na zasilanie,
    do przesyłu sygnałów z portu PoE pozostają tylko 2 pary.

    Widziałeś gdzieś specyfikację przesyłania 1Gb/s po 2 parach (4 żyłach)?
    Zarobisz fortunę, jak to opatentujesz.
    Ale może jest coś nowego, czego nie znam.

    Na wielu urządzeniach jest napisane 1Gb/s, ale to jest szybkość do "pudełka" a dalej na złączu PoE i tak jest tylko 100Mb/s.

    Więc przy pojedynczym porcie (tak jak w tym przypadku) 1Gb/s nic nie wnosi.
    Co innego, jak to jest switch na kilka portów PoE.
    Wówczas 1Gb/s się przydaje do zsumowania sygnałów z portów 100Mb/s, i przesłania razem dalej już z większą szybkością.
  • #15
    Sareph
    Level 23  
    tomiok wrote:
    To jest prawdziwy zasilacz.
    Ale nie spełnia żadnego ze standardów PoE. Tylko tak zwany "pasywne PoE", które nigdy standardem nie było. I jest także niebezpieczne, bo podłączenie urządzenia non-PoE do takie go zasilacza spali transformator separujący. Wciąż jednak, ma to swoje zastosowanie.

    tomiok wrote:
    Skoro jest przekazywane po jednym kablu zasilanie (wykorzystując 2 pary), do przesyłu sygnałów z portu PoE pozostają tylko 2 pary.
    W tym przypadku. Ale...

    tomiok wrote:
    Zarobisz fortunę, jak to opatentujesz. Ale może jest coś nowego, czego nie znam.

    ... po prostu nie wiesz o czym mówisz. I żeby było ciekawiej, to nawet nie jest nowość i istnieje w standardzie od samego jego początku. Weźmy sobie pierwszy wynik z google:

    Wnętrze zasilacza PoE, rysowanie jego schematu i modyfikacja napięcia wyjścia

    I jak to możliwe?

    A żeby było zabawniej istnieje standard PoE umożliwiający zasilanie 4 parami jednocześnie (802.3bt). ;)
  • #16
    tomiok
    Level 33  
    Widzę rysunek chyba z Dipola.

    Pisałem o pasywnych rozwiązaniach.
    Bez transformatorów, które umożliwiają przesłanie napięcia razem z danymi.

    PS. @p.kaczmarek2 - Dzięki za chęci, i poświęcenie czasu na ten temat. :-)
  • #17
    Sareph
    Level 23  
    tomiok wrote:
    Widzę rysunek chyba z Dipola.
    To też był pierwszy wynik z google.

    tomiok wrote:
    Pisałem o pasywnych rozwiązaniach.
    To dobrze, ze teraz o tym mówisz. Po drodze zmieniłeś też post, no ale to nawet lepiej.

    tomiok wrote:
    To jest zasilacz z prawdziwym PoE.
    Prawdziwe PoE to by być mogło, gdyby było czymś jak SPI, które jest "de facto standardem". Ale PoE faktycznie ma standard, który go opisuje (i nawet nie jeden) i moim zdaniem ciężko mówić o zasilaczach, które nie spełniają żadnego z nich jako o "prawdziwe PoE". No ale co tam kto lubi.
  • #19
    Tomek515
    Level 22  
    Ten sam model działał u mnie zamontowany pod dachem gdzie temperatury są skrajnie ekstremalne zimą i latem. Zakończył służbę sprawny :D
  • #20
    p.kaczmarek2
    Level 25  
  • #21
    siewcu
    Level 34  
    Popraw temat, ponieważ nie jest to zasilacz PoE - to zwykły zasilacz wysyłający prąd wolnymi żyłami, nazywa się też to pasywnym PoE. Nie jest to związane z żadnym standardem i urządzeń innego producenta niż Ubiquiti może się tym nie dać zasilić. Pomijam już to, że PoE pracuje na napięciu ok. 48V... W razie gdyby kogoś to interesowało, polecam zapoznać się ze specyfikacją standardów 802.3at/802.3af.
  • #22
    zgierzman
    Level 29  
  • #23
    janchar
    Level 13  
    automobilklub wrote:

    Odrobina benzyny bezołowiowej (taką używam i działa) do szczeliny zgrzewu. Trochę poczekać i obudowa sama się otwiera!


    To mnie zainteresowało. Będę musiał koniecznie spróbować.