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德州儀器:利用以太網為工業市場供電

(本欄目內容由 美通社亞洲 提供)

北京2018年11月30日電 /美通社/ -- 近日德州儀器 Matt Chevrier發布了一篇標題為《利用以太網為工業市場供電》的博文。以下是文章全文:

為工業以太網器件供電需要解決工業以太網和工業應用的幾個特定問題。

標准以太網與工業以太網之間最大的區別在於拓撲結構,如圖1所示。標准以太網為星形拓撲,而工業以太網則包含線形、樹形和環形等多種不同的拓撲結構。

圖 1:兩種類型的以太網拓撲結構(左為標准以太網拓撲結構;右為工業以太網拓撲結構)


圖 1:兩種類型的以太網拓撲結構(左為標准以太網拓撲結構;右為工業以太網拓撲結構)

除拓撲結構以外,工廠自動化設備的工作電壓為24伏,而電信設備的供電電壓為48伏。雖然這兩種不同的版本已存在很長時間,但首個工業以太網供電解決方案最近才新鮮出爐,那就是:EtherCAT P。本篇博文將在討論1000BASE-T和/或環形拓撲或單雙絞線的替代產品之前,先介紹一下何為EtherCAT P。

介紹EtherCAT P:用於電源和EtherCAT的一根電纜

隨著全球范圍內越來越多的工廠采用以太網進行連接,人們也就愈發需要優化過程邊緣的配電。一個自然而然的選擇方案便是重新使用以太網供電(PoE)技術為以太網連接設備供電。PoE技術的優勢在於它使用相同的電線進行電力和數據傳輸,從而節省了安裝和總接線成本,如圖2中工廠自動化系統示例所示。為此,PoE電源通過將48伏連接到一對以太網變壓器的中心抽頭以及與另一對相類似的返回路徑的方式,耦合到數據線中。然後,電源會在具有類似拓撲結構的設備上去解耦。

圖 2:利用EtherCAT P可以減少電纜數量,同時將高端感測技術引入可移動機器人頭部


圖 2:利用EtherCAT P可以減少電纜數量,同時將高端感測技術引入可移動機器人頭部

但是對於采用線形拓撲結構的工業以太網來說,以太網通信的25MHz工作頻率可用於電源輸出,因此可以在發射端耦合輸出。在這種情況下,發射器將會受到來自接收器通道通信標准的噪聲的干擾。

為此,EtherCAT P(對EtherCAT的擴展)采用了一個簡單的電感電容(LC)濾波器,以確保在進入電源樹之前能夠阻止100BASE-T發出的25MHz信號。

PoE與EtherCAT P之間的另一不同之處在於,PoE只提供一個48V電源電壓,而EtherCAT P提供兩個獨立而又彼此分離的24V電壓軌,如表1所示。就功率而言,PoE可以提供71瓦的功率(對於803.2bt Type 4來說,而EtherCAT P每個電壓軌可提供24V x 3A≥72W的功率。

這兩種技術之間的重大區別在於,使用PoE時,你需要兩個半導體在供電設備(PSE)和受電設備(PD)之間進行識別。PD內的芯片還需要負責設置最大功率限制。這就帶來了兩大優勢:全功率僅在建立有效連接時才可用,並且支持PoE的設備可以連接至非PoE設備,而不會對其造成損壞。

采用EtherCAT P時,你只需標准的無源組件即可將功率耦合,而無需使用額外的半導體。這就意味著數據線上始終存在24伏電源。但最大功率必須限制在PSE內部。

PoE

EtherCAT P

電源電壓

48伏

2*24(Us和Up,彼此相隔離)

PD上可用的功率

803.2bt Type 4的功率高達71W

2x72w(2x24V,3A)

電源前的識別

拓撲結構

點對點

星形、線形和樹形

1:兩種以太網技術的主要參數

EtherCAT P單根電纜供電和EtherCAT參考設計展示了EtherCAT P PSE在電源輸入耦合-輸出耦合電路中的實現方式。該參考設計符合官方“EtherCAT和EtherCAT P從站實施指南”中提出的所有要求,其中包括反向極性保護、流入電流限制、連續電流限制等功能,所有要求均基於TI的半導體。

對於EtherCAT通信,該參考設計可以通過以太網電路連接至支持EtherCAT的通信平台,如AMIC110工業通信引擎(ICE)。為展示電力傳輸功能,你可以使用一根EtherCAT P電纜連接兩塊設計板。還可以將EtherCAT主站連接至第一個參考設計,將EtherCAT從站連接至第二個參考設計,以獲得完整的EtherCAT P演示系統。為便於評估,還可以將可選的5V/12V降壓模塊安裝到電路板上。

德州仪器