利用以太網(wǎng)為工業(yè)市場(chǎng)供電

　　為工業(yè)以太網(wǎng)器件供電需要解決工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)應用的幾個(gè)特定問(wèn)題。

　　標準以太網(wǎng)與工業(yè)以太網(wǎng)之間最大的區別在于拓撲結構，如圖1所示。標準以太網(wǎng)為星形拓撲，而工業(yè)以太網(wǎng)則包含線(xiàn)形、樹(shù)形和環(huán)形等多種不同的拓撲結構。

　　圖 1：兩種類(lèi)型的以太網(wǎng)拓撲結構

　　除拓撲結構以外，工廠(chǎng)自動(dòng)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(cháng)時(shí)間，但首個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)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(huán)形拓撲或單雙絞線(xiàn)的替代產(chǎn)品之前，先介紹一下何為EtherCAT P。

　　介紹EtherCAT P：用于電源和EtherCAT的一根電纜

　　隨著(zhù)全球范圍內越來(lái)越多的工廠(chǎng)采用以太網(wǎng)進(jìn)行連接，人們也就愈發(fā)需要優(yōu)化過(guò)程邊緣的配電。一個(gè)自然而然的選擇方案便是重新使用以太網(wǎng)供電(PoE)技術(shù)為以太網(wǎng)連接設備供電。PoE技術(shù)的優(yōu)勢在于它使用相同的電線(xiàn)進(jìn)行電力和數據傳輸，從而節省了安裝和總接線(xiàn)成本，如圖2中工廠(chǎng)自動(dòng)化系統示例所示。為此，PoE電源通過(guò)將48伏連接到一對以太網(wǎng)變壓器的中心抽頭以及與另一對相類(lèi)似的返回路徑的方式，耦合到數據線(xiàn)中。然后，電源會(huì )在具有類(lèi)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(shí)將高端感測技術(shù)引入可移動(dòng)機器人頭部

　　但是對于采用線(xiàn)形拓撲結構的工業(yè)以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)，以太網(wǎng)通信的25MHz工作頻率可用于電源輸出，因此可以在發(fā)射端耦合輸出。在這種情況下，發(fā)射器將會(huì )受到來(lái)自接收器通道通信標準的噪聲的干擾。

　　為此，EtherCAT P(對EtherCAT的擴展)采用了一個(gè)簡(jiǎn)單的電感電容(LC)濾波器，以確保在進(jìn)入電源樹(shù)之前能夠阻止100BASE-T發(fā)出的25MHz信號。

　　PoE與EtherCAT P之間的另一不同之處在于，PoE只提供一個(gè)48V電源電壓，而EtherCAT P提供兩個(gè)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(對于803.2bt Type 4來(lái)說(shuō))，而EtherCAT P每個(gè)電壓軌可提供24V x 3A ≥72W的功率。

　　這兩種技術(shù)之間的重大區別在于，使用PoE時(shí)，你需要兩個(gè)半導體在供電設備(PSE)和受電設備(PD)之間進(jìn)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(lái)了兩大優(yōu)勢：全功率僅在建立有效連接時(shí)才可用，并且支持PoE的設備可以連接至非PoE設備，而不會(huì )對其造成損壞。

　　采用EtherCAT P時(shí)，你只需標準的無(wú)源組件即可將功率耦合，而無(wú)需使用額外的半導體。這就意味著(zhù)數據線(xiàn)上始終存在24伏電源。但最大功率必須限制在PSE內部。

　　表1：兩種以太網(wǎng)技術(shù)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(shí)現方式。該參考設計符合官方“EtherCAT和EtherCAT P從站實(shí)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，所有要求均基于TI的半導體。

　　對于EtherCAT通信，該參考設計可以通過(guò)以太網(wǎng)電路連接至支持EtherCAT的通信平臺，如AMIC110工業(yè)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(gè)參考設計，將EtherCAT從站連接至第二個(gè)參考設計，以獲得完整的EtherCAT P演示系統。為便于評估，還可以將可選的5V/12V降壓模塊安裝到電路板上。