PoE Klemme

Die Preise für Switche mit PoE-Ausgängen fallen und fallen. 8xPoE mit einem Netgear GS110TP-200EUS ProSafe kosteten 2015 unter 140€. Da kann man schon schnell mal ein paar Netzteile für Telefon, WebCam etc. entfallen lassen. Interessant ist dies aber auch für Bastelkomponenten a la Arduino Ethernet oder RaspberryPI, die per Ethernet-Kabel angeschlossen werden. Nicht alle können von Hause aus auch per PoE versorgt werden.

PoE auf dem Kabel

Ein Ethernet-Kabel besteht aus 8 Adern, bei denen immer zwei paarweise verdrillt sind. 1-2, 3-6, 4-5, 7-8 sind die paare von denen 100MBit nur die Adern 1-2 und 3-6 nutzen. Gigabit benutzt alle 4 Paare. Allerdings werden die Signale hier nicht mit absoluten Spannungen sondern als Spanungsunterschiede übertragen, d.h. in den Adern läuft der Strom quasi einmal rechts und einmal links rum. So einen "Stromschleife" ist robust gegen Einkopplungen und Störungen, weil solche Fremdspannungen durch die Nähe der Leitungen (verdrillt) auf beide Adern auflaufen und daher sich die Ströme bzw. Differenz-Spannungen sich neutralisieren.

Wenn aber der Spannungslevel selbst nicht für die Datenübertragung relevant ist, dann kann man auf einer Leitung ja auch eine Gleichspannung auflegen. Dann pendelt die Spannung zwischen zwei Adern nicht zwischen +/- 0 Volt, sondern eben zwischen +/- 48Volt. Auf auf dem Client müssen dann natürlich elektronische Komponenten den Wechselspannungsanteil wieder abspalten und der Datenverarbeitung zuführen.

48 Volt ist natürlich eine ungewöhnlich hohe Spannung. Sie ist aber mit Absicht gewählt, da die übertragene Leistung ja das Produkt aus Spannung und Strom ist. Je höher die Spannung, desto höher die übertragbare Leistung bei gleichem Strom. Die maximale Stromstärke ist aber durch die Leitungsdicke und vor allem die Steckverbinder vorgegeben. Bei einem zu hohen Strom könnten ja die Kontakte sprichwörtlich "verschweißen". Mit 48V bleibt man aber unter der Grenze, ab der es für Menschen gefährlich wird.

Allerdings liefert der Switch natürlich nicht sofort die volle Leistung. Er muss ja sicherstellen, dass auf der anderen Seite zum einen ein Client ist, der diese "Falschspannung" verträgt und auch aus Energiesparüberlegungen muss ein Switch haushalten. Daher wird die PoE-Eignung erst über ein Protokoll ermittelt. Der Switch legt dazu eine kleine unschädliche Spannung (2,7-10,1V) auf die Adern und misst den Strom. Ein PoE-Client hat einen 25kOhm Wiederstand, der so erkannt werden kann. Erst wenn so klar ist, dass der Client "irgendetwas" mit PoE unterstützt, legt der Switch eine höhere Spannung (14,5-20,5V) an. Das reicht dem Client um soweit aufzuwachen und dem Switch eine Rückmeldung zu geben, welche PoE-Klasse er unterstützt.

Auch auf der Seite des Switch muss natürlich eine entsprechende Logik sein, die diese Protokoll versteht und auch die unterschiedlichen Spannungen erzeugen kann.

PoE Client

Es ist also sicher nicht damit getan, über ein paar Spulen und Kondensatoren einfach eine Spannung abzugreifen. für Selbstbauer bedeutet dies aber, dass sie die PoE-Lieferung des Switches nur mit einer entsprechenden Logik verwenden können.

Zum Glück gibt es auch hier schon "fertige" Module, die recht einfach in eigenen Schaltungen verwendet werden könnten.

Aus einem der PDF-Dokumente habe ich mal das Prinzip-Bild zur Verdeutlichung heran gezogen


Quelle: http://ardx.org/datasheet/ARPO-01-DATASHEET.pdf

Hier ist gut zu sehen, das entweder über 4-5, 7-8 mit PoE gearbeitet wird oder mit Überträgern die Versorgungsspannung mit auf die Datenleitungen 1-2, 3-6 überlagert werden. Entsprechend sehen z.B. Adapter für Arduino-Boards aus:

 

Auf der linken Seite sind die Anschlüsse, die zur Netzwerkbuche gehen und auf der anderen Seite die Ausgänge mit der Spannungsversorgung. Und natürlich

"Falsches PoE", Power over RJ45

Wenn Sie auf diversen Plattformen nach PoE suchen, dann finden sich auch "falsche" Adapter, die sich aufgrund des geringen Preises von unter 10 Euro, teilweise sogar unter 5 Euro erkennen lassen:

Dies kein keine intelligenten Adapter sondern rein elektrische Steckverbinder, die sich den Umstand zu nutze machen, dass bei einem 10/100 MBit nur die Adern 1-2 und 3-6 genutzt werden und der Rest brach liegt. Sie schleifen die per Steckverbinder vom Netzteil bereitgestellte Versorgung über die "freien Leitungen" 4-5,7-8" in das LAN-Kabel mit ein und auf der anderen Seite leiten Sie das Signal wieder aus. Das funktioniert sogar super, da es nur eine rein elektrische Verlängerung ist und Sie das Originalnetzteil des Endgeräts beim Hub/Switch anschließen und beim Client selbst keine Steckdose mehr brauchen. Beachten Sie aber:

  • Kein Gigabit
    Da die Adern 4-5,7-8 nicht mehr verbunden sind, können Sie auf diesem Link maximal 100 Megabit nutzen
  • Keine Stromstärkenüberwachung
    Keine Elektronik überwacht die Stromstärken und meist kommen keine 48V zum Einsatz. Bei einfachem PoE werden 15,4Watt bei 48Volt übertragen. Es fließ daher ein Strom von ca. 330mA. Wenn Sie so eine WebCam mit vielleicht 12V Netzteil verlängert anschließen wollen, dann sollten dennoch nicht mehr als 330mA fließen oder 3,6 Watt. Das ist nicht mehr viel, zumal aufgrund der Leitung auch Verluste vorhanden sind. Bei höheren Strömen kann die Spannung am Ziel deutlich unter der gelieferten Netzteilspannung sein.
  • Keine Fremdgerät an dieser Dose
    Die meisten Netzwerkkarten etc. haben Übertrager im Signalweg, um Fremdspannungen, Stromschleifen etc. zu unterbinden. Es sollte daher nicht passieren. Dennoch können Sie natürlich nicht sicher sein, dass alle Endgerät, die mal eben schnell an so einem Kabel irrtümlich angeschlossen werden, auch damit umgehen können.

Insofern sind diese kleinen Adapter nur für kleine Lasten und statische Umgebungen geeignet, bei denen zwei nicht genutzte Adernpaare einer Netzwerkverkabelung als Stromversorgung missbraucht werden. Und das funktioniert auch nur, wenn die Patch-Verbindung durchgängig mit allen acht Adern belegt ist und sich die Daten-Adern nicht in die Quere kommen. Alle "Günstig"-Adapter, die ich bislang gesehen habe, haben die Adern 1,2,3,6 durchgereicht und 4,5,7,8 für die Versorgung genutzt. Ein ans analoge Telefon angeschlossenes Endgerät nutzt aber ebenfalls 4,5 und ISDN belegt sogar 3,4,5,6. Hier kommt es ganz sicher zu Überschneidungen. für 10/100 Megabit Geräte ist es aber eine mögliche Option ein Netzwerkgerät in der Ferne zu speisen, auch wenn es kein PoE versteht.

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