Power over Ethernet im LAN, Teil 2

Tipps zur Planung energieeffizienter Netzwerke mit PoE

Energieeffizienz verstehen und maximieren

Die Effizienz von PoE-Systemen wird durch Multiplikation des Wirkungsgrades der Stromversorgung mit dem Wirkungsgrad der PSE-Schaltung, dem Channel-Wirkungsgrad (einschließlich Kabel, Patchfeld und Steckverbinder), dem PD-Wirkungsgrad und dem DC/DC-Wirkungsgrad des PDs berechnet. Diese Faktoren erfassen die gesamte Stromversorgungskette, von der Stromumwandlung (100 bis 240 VAC auf 44 bis 57 VDC) am Ausgang des PoE PSE-Gerätes, über die Bereitstellung am Verbraucher mit 37 VDC und weiter über die Umwandlung auf die verschiedenen benötigten Spannungen (5 V, 3,3 V, 2,5 V, 1,2 V, 0,9 V und so weiter).

Die Energieeffizienz lässt sich durch Minimierung von Systemverlusten verbessern. Auf der PD-Seite kann wenig ausgerichtet werden, da man vom Worst-Case Leistungsverlust, das heißt von einer Umwandlung der gesamten 57 VDC auf die jeweils kleinste Spannung ausgehen muss. Doch auf der PSE-Seite gibt es schon einfach durch Auswahl der optimalen Ausgangsspannung ausreichend Spielraum zur Effizienzsteigerung.

Nehmen wir einen Verbraucher gemäß IEEE802.3at, der eine Leistung von 25,5 Watt benötigt und an ein 90 Meter langes Cat5-Kabel mit einem Leitungswiderstand von 12,5 Ohm angeschlossen ist. Der PSE-Widerstand beträgt 0,65 Ohm, der PD-Widerstand 0,58 Ohm. In diesem Beispiel würde eine PSE-Stromversorgung mit einer garantierten Mindestspannung von 50,4 V eine Stromstärke von 600 mA erfordern und einen Wirkungsgrad von 84 Prozent aufweisen, während eine garantierte Mindestspannung von 54,8 V eine Stromstärke von 534 mA mit einem Wirkungsgrad von 87 Prozent zur Folge hätte. Der Wert vom 54,8 V wurde gewählt, um die Implementierung einer Stromversorgung mit einer Nennspannung zu ermöglichen, bei der eine +/-2-Prozent-Regelung nicht die vom Standard IEEE802.3 maximal zulässige Spannung von 57 V überschreitet.

Wenn man sowohl für die DC/DC-Stufe des Verbrauchers als auch für die AC/DC-Stufe der PSE-Stromversorgung einen Wirkungsgrad von 90 Prozent annimmt, beträgt die Gesamteffizienz des Systems bei der 54,8-V-Lösung und voller IEEE802.3at-Last 70,5 Prozent (90 Prozent x 90 Prozent x 87 Prozent). Dieses Ergebnis steht in starkem Kontrast zum Wirkungsgrad von 50 bis 70 Prozent bei maximaler Last für ein typisches AC-Steckernetzteil.