Power-Tipp Hohe Leistung über die Zweidraht-Leitung übertragen

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Single Pair Power over Ethernet (SPoE) ist eine Art von PoE. Damit lassen sich Daten und Leistung bis zu 52 W über eine Entfernung bis 1.000 m über eine einfache Zweidraht-Leitung übertragen. Das spricht für die Lösung im Industrieumfeld.

Elektrische Energie über weite Strecken z.B. innerhalb einer Fabrik zu übertragen, ist keine einfache Aufgabe. Natürlich kann ein Elektriker einen Netzanschluss zu jedem beliebigen Ort in einer Fertigungsanlage führen. Das ist jedoch aufwändig und teuer.

Als Alternative steht seit vielen Jahren Power over Ethernet (PoE) zur Verfügung. Hier können bis zu 71 W an ein Gerät abgeben werden (Entfernung bis zu 100 m). Power over Ethernet verwendet Twisted-Pair-Kabel ab Cat.-5 und wird in vielen Anwendungen verwendet, bei welchen bereits Ethernet-Leitungen verbaut sind.

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Als neue Möglichkeit gibt es eine Art von PoE auch für Zweidraht-Leitungen unter dem Namen Single Pair Power over Ethernet (SPoE). Damit lässt sich bis zu 52 W und eine Entfernung von bis zu 1 km über eine einfache Zweidraht-Leitung übertragen. In vielen Industrieanlagen sind bereits Zweidraht-Leitungen für 4- bis 20-mA-Anwendungen verbaut. Diese können einfach für SPoE verwendet werden. Falls keine entsprechende Leitung vorhanden ist, lässt sie sich sehr einfach auch ohne die Hilfe eines Elektrikers verlegen.

Neben der Leistungsübertragung ist bei SPoE vorgesehen, dass auch Daten, ähnlich wie bei PoE übertragen werden. In Bild 1 entsprechend mit den T1L PHY Blöcken dargestellt.

SPoE: das sind die Vorteile

Warum also sollte man die SPoE-Technik verwenden, um nur Energie ohne Daten zu übertragen? SPoE ist eine über den IEEE standardisierte Technik, welche mit unterschiedlichen Herstellern von SPoE-Hardware kompatibel ist, umfassende Systemtelemetrie bereitstellt. um den Zustand der Energieübertragung zu überwachen, Fehler erkennt sowie Überspannungsschutz und eine Isolation gegen Masseschleifen bietet.

Eine SPoE-Lösung benötigt einen PSE-Controller (Power Sourcing Equipment), also eine Schaltung, die elektrische Energie auf der Zweidraht-Leitung überträgt, sowie einen PD Controller (Powered Device), welcher die Energie von der Zweidraht-Leitung empfängt. Bild 1 zeigt eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Neben dieser sind auch Sternverbindungen sowie verkettete Verschaltungen möglich.

Häufig sind die PSE Controller für mehrere Kanäle (Leitungen) ausgelegt. Der LTC4396-1 beispielsweise kann bis zu fünf Verbraucher mit Energie versorgen. Jede dieser Versorgungsleitungen kann bis zu 1000 m lang sein.

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Bild 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer PD-Empfängerschaltung. Die Energie kommt aus der Zweidraht-Leitung. Die PD-Schaltung kümmert sich um die Klassifizierung und das Überwachen der Leitungsübertragung. Die Klassifizierung legt fest, bei welcher Leistungsklasse die Energieübertragung stattfinden soll. Falls das betriebene elektrische Gerät eine andere Spannung als 24 oder 55 V benötigt, kommt ein zusätzlicher DC/DC-Wandler zum Einsatz.

Der Unterschied zwischen SPoE und PoDL

Neben SPoE gibt es auch den Begriff Power over Dataline (PoDL). Die beiden Technologien sind sich sehr ähnlich. Während SPoE mit Spannungen von 24 oder 55 V arbeitet und Entfernungen bis zu 1000 m Entfernung überbrücken kann, wird PoDL in Systemen mit geringeren Abständen von 15 oder 40 m und mit Spannungen von 12; 24 oder 48 V betrieben. PoDL wird hauptsächlich in Automobilen und ähnlichen Anwendungen wie beispielsweise Baumaschinen verwendet. SPoE ist für den Einsatz in industriellen Bereichen konzipiert. (kr)

* Frederik Dostal ist Field Application Engineer für Power Management bei Analog Devices in München.

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