EuroWire May 2015

Article technique

Alimentation en CC mesuré et simulé de câbles de transmission de données pour systèmes PoE Par Stephen W Simms, Brand-Rex Ltd

Résumé La demande croissante de niveaux de puissance plus élevés dans les systèmes d’alimentation par Ethernet PoE ( Power over Ethernet ) est mise en évidence par la variété de produits non standardisés actuellement disponibles sur le marché qui fournissent des niveaux de puissance supérieurs à ceux indiqués dans la norme IEEE 802.3at. Si d’un côté des niveaux de puissance plus élevés permettent d’utiliser les systèmes PoE dans un champ d’application plus étendu, de l’autre, ils augmentent également le risque de performance. Compte tenu de la croissance de la demande de majeure puissance et du fait que les installations utilisant la technologie PoE diffèrent considérable- ment en termes de configuration et d’environnement, il est préférable d’atténuer le risque en utilisant la simulation numérique. Cette étude présente la simulation numérique et la vérification expérimentale des propriétés thermiques des câbles de transmission des données avec l’alimentation en CC utilisés dans les applications PoE. Introduction La fourniture de CC à des terminaux le long du même circuit électrique pour la transmission de signaux de CA a été utilisée avec succès pendant plusieurs années, par exemple pour les téléphones et pour le matériel audio. La technique employée pour permettre cette fonctionnalité est généralement connue comme “alimentation fantôme”.

En ce qui concerne Ethernet, cette technique permet de transmettre de l’énergie électrique de l’équipement de source d’alimentation PSE ( Power Sourcing Equipment ) au dispositif alimenté PD ( Powered Device ) sur la même paire de conducteurs utilisée pour les données. L’alimentation en CC s’applique à la prise centrale du transformateur de couplage de signaux sans empêcher la transmission de données. Cela permet d’employer la technologie PoE dans des systèmes 1000BASE-T, qui utilisent les quatre paires pour la transmission des données. La norme IEEE 802.3at, approuvée en 2009, établissait les paramètres de système requis pour les installations du Type 1 (PoE) et du Type 2 (PoE+) [1] . La norme établit les valeurs maximales nominales de courant en CC à 0,35A et 0,60A par paire, respectivement pour le Type 1 et le Type 2. Un certain nombre des applications les plus communes qui utilisent la technologie PoE comprennent des points d’accès LAN sans fil, des téléphones VoIP et des caméras réseau. En appliquant le courant électrique à un conducteur, ce dernier produit de l’énergie thermique, un effet connu comme chauffage par effet Joule. En ce qui concerne les câbles et les composants Ethernet, cet effet de chauffage est inquiétant du fait de l’augmentation de l’atténuation qui a un effet limitatif sur la longueur de la connexion. Cette préoccupation est majeure dans le cas de câbles ayant une résistance supérieure par rapport aux câbles traditionnels, comme par exemple les câbles conducteurs revêtus de cuivre (CCA) [2] et ceux de cuivre plein d’un diamètre inférieur (26AWG). En 2009, le sous-comité 46C de l’IEC a proposé une méthode d’essai (46C/906/

Paires excitées

Revêtement LSZH

Air

Sonde

Cu

Polyoléfine

AI/PET tape

▲ ▲ Figure 1 : Configuration de la simulation avec COMSOL Multiphysics NP) appelée “Proposition pour la mesure du réchauffage de câbles de transmission de données au moyen de courant” [3] . Le but de cette étude consiste à obtenir une forte corrélation entre la simulation et la méthode proposée en ce qui concerne l’alimentation en CC de câbles Ethernet pour les applications PoE. L’article a également pour but d’effectuer une comparaison entre l’augmentation de température causée par l’alimentation en CC du câble CCA et les câbles qui présentent des conducteurs de cuivre plein.

Modélisation numérique

Un modèle 2-D a été réalisé en utilisant COMSOL Multiphysics 4.4, un paquet de programmes employant la méthode des éléments finis (FEM) [4] .

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Mai 2015