ฉันจะจ่ายพลังงานให้กับ IC ผ่าน Ethernet ได้อย่างไร

ฉันกำลังมองหาวิธีทำให้วงจรรวมขนาดเล็กที่ใช้พลังงานจากเต้ารับอีเธอร์เน็ตของห้องของฉันเท่านั้น เป็นไปได้ไหม

ฉัน googled และฉันพบว่าแรงดันไฟฟ้าที่มีให้นั้นอยู่ระหว่าง 2v ถึง 3v เนื่องจากไม่ใช่แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง แต่เป็น AC แบบสุ่มฉันเชื่อว่ามันเป็นไปไม่ได้ที่จะจ่ายไฟให้กับ IC โดยไม่ต้องใช้ตัวแปลง AD หรือวงจรตัวตรวจจับจุดสูงสุดเพื่อรักษาแรงดัน

ฉันผิดหรือเปล่า? คุณมีคำแนะนำสำหรับกรณีนี้หรือไม่?

คุณกำลังอธิบายโดยใช้แนวคิดที่ชื่อว่า "Energy Harvesting" แต่คุณกำลังพยายามใช้คู่ข้อมูลของพอร์ตอีเธอร์เน็ตเป็นแหล่งพลังงานของคุณ

อัปเดต: เอาล่ะมาดูกันหน่อย ...

ในขณะที่น่าสนใจอย่างยิ่ง (ฉันปริญญาโทของฉันทำงานในพื้นที่นี้) สิ่งที่คุณกำลังอธิบายเพียงแค่จะไม่ทำงานได้ดีในทางปฏิบัติด้วยเหตุผลหลายประการ:

1. อีเธอร์เน็ตทุกรุ่นผ่านสายคู่บิดระบุการส่งข้อมูลที่แตกต่างกันในแต่ละคู่พร้อมคัปปลิ้งหม้อแปลง นั่นหมายความว่าไม่มีเส้นทางไฟฟ้ากระแสตรง คุณมีการเคลื่อนที่ในปัจจุบันทั้งสองทิศทางผ่านหม้อแปลงแยก คุณจะต้องใช้วงจรในการแปลงสภาพ พลังงานจำนวนมากที่คุณจะได้รับจะได้รับมากกว่าการบริโภคในพลังงานที่นิ่งสงบของวงจรการแปลงและการปรับสภาพของคุณ จะมีน้อยมากถ้ามีอะไรเหลืออยู่สำหรับการโหลด

2. สายใช้งานได้ก็ต่อเมื่อข้อมูลถูกส่งถึงคุณ (หรือออกอากาศ) หากคุณไม่ได้สร้างสภาพแวดล้อมที่มีโครงสร้างที่คุณควบคุมเครือข่ายข้อมูล (กำลังไฟในระบบของคุณ) จะไม่น่าเชื่อถือ

3. หากคุณสามารถควบคุมเครือข่ายได้เพียงติดตั้งPower-Over-Ethernet -supply ระหว่างสวิตช์เครือข่ายและอุปกรณ์ของคุณ แหล่งพลังงาน PoE เพิ่ม DC power (-48V) ให้กับคู่ทองแดงที่ไม่ได้ใช้ในสายประเภท 5 (10bT, 100bTx) สามารถใช้งานกับ Gigabit Ethernet ได้ในขณะนี้โดยขี่ข้อมูลที่อยู่ด้านบนของพาวเวอร์คู่ มันง่ายมาก ทำไมต้องกังวลกับการเก็บเกี่ยว

การออกแบบการทดลอง

นี่คือชิปเชื่อมต่อ Ethernet ทั่วไป ( CP2200 ) จาก Silicon Labs

นี่คือสิ่งที่เป็นนามธรรม:

• อิมพีแดนซ์ที่เป็นลักษณะเฉพาะของระบบสายเคเบิลคือประมาณ100 โอห์ม (ซึ่งเป็นสาเหตุที่คุณเห็นตัวต้านทานการเลิกจ้าง 100 โอห์มในรูปที่ Silicon Labs)

• กระแสไฟสูงสุดในการส่งสัญญาณออกเล็กน้อยของ CP2200 คือ 15mA (หน้า 9) ควรสังเกตว่ามีชิปในปัจจุบันที่มีอยู่สูงแม้จะมีชิปที่มีเอาต์พุตปัจจุบันที่สามารถตั้งโปรแกรมได้ (เช่น DP83223)

• ที่ประสิทธิภาพสูงสุด (จับคู่อิมพีแดนซ์) โหลดจะต้องแสดง 100 โอห์มที่ความถี่การส่ง

• ระบบ trasmission ใช้หม้อแปลงขนาด 1: 2.5

การเพิ่มกำลังงานสูงสุด:

ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง (เอาต์พุตของแจ็คเครือข่าย) กระแสสูงสุดสูงสุดคือ 6mA (จาก 15mA / 2.5) มันถูกส่งไปยังโหลดที่สมบูรณ์แบบ 100 โอห์มเพื่อให้ได้พลังงานสูงสุดทันทีที่ P = I ^ 2 R = 3.6mW หรือประมาณ 2.5mW, rms (ไม่เลว! และสูงกว่าที่ฉันคาดไว้ 10 เท่า)

สำหรับเอาต์พุตสูงสุด 15mA เวทีส่งออกของเครื่องส่งสัญญาณจะเพิ่มความต้านทานแหล่งจ่ายประมาณ 120 โอห์ม

1. ทำงานย้อนหลังคุณมี 200 Ohms ที่ด้านไกลของหม้อแปลง
2. อัตราส่วนการหมุน 2.5 ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนอิมพีแดนซ์เป็น 32 โอห์มทางด้านหลัก (ของเครื่องส่ง) ของหม้อแปลง
3. นั่นคือ480mVจากการพันรอบแรก
4. หม้อแปลงจะทำหน้าที่เพิ่มขึ้น 2.5X ถึง 1.2V บนตัวรอง
5. แรงดันไฟฟ้าครึ่งหนึ่งสูญเสียไปกับอิมพีแดนซ์ของสายเคเบิลทำให้มีแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ 0.6V ถึงโหลดในอุดมคติ

นั่นคือ P = V ^ 2 / R = 3.6mW มันตรงกับความคาดหวังในอุดมคติดังนั้นเราจึงดี

นี่คือปัญหาในทางปฏิบัติ:

น่าเสียดายที่การส่งมอบพลังงานไม่ใช่เรื่องทั้งหมด ตอนนี้คุณต้องสามารถใช้งานได้

มันเป็นไบโพลาร์ดังนั้นคุณต้องแก้ไข, ระลอกคลื่นและ (อาจ) การเพิ่มระดับขั้น (หรืออาจแปลง / ควบคุม) มีค่าใช้จ่ายแรงดันไฟฟ้าไม่มากสำหรับเรื่องนี้

คุณกำลังทำงานกับ 0.6V และคุณจำเป็นต้องขนส่งสองไดโอดในวงจรเรียงกระแสเต็มสะพาน แม้จะใช้ไดโอดแบบดรอปดาวน์ต่ำคุณยังคงมองหาประมาณ 0.3V (ต่อไดโอด) นั่นหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าที่มีอยู่ (และพลังงาน) สำหรับคุณที่จะใช้ในการโหลดของคุณนั้นเป็นอะไร

สถาปัตยกรรมวงจรเรียงกระแสสำรอง

มีวิธีอื่นในการเก็บเกี่ยวนอกเหนือจากไดโอดบริดจ์ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ แต่เป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำเช่นนี้

ตัวอย่างเช่นคุณสามารถใช้วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น (แท็ก RFID ส่วนใหญ่ที่ฉันทำเช่นนี้) เพื่อกำจัดไดโอดตัวใดตัวหนึ่ง (แต่คุณสูญเสียรูปคลื่นครึ่งหนึ่ง)

ในกรณีนี้คุณจะได้รับ

• 0.3V, สูงสุด * 6mA (เหมาะ) = 1.8mW (สูงสุด) = 1.27mW (rms)
• เพียงครึ่งเดียวของรอบการสร้างคุณลงไปประมาณ 640uW (ไมโครวัตต์)
• จากนั้นคุณจะต้องแยกแยะตามรอบหน้าที่การส่งของคุณ (ร้อยละของเวลาที่คุณใช้งานตัวส่งสัญญาณ)

... และนั่นคือสูงสุด หากคุณเปลี่ยนโหลดของคุณออกไปจาก 6mA อย่างแน่นอนคุณจะได้รับประสิทธิภาพที่ลดลงและดังนั้นการส่งออกพลังงานที่น้อยกว่าที่คุณคาดหวังอย่างอื่นเนื่องจากความต้านทานไม่ตรงกันที่แนะนำนี้

การออกแบบวงจรเรียงกระแสการเก็บเกี่ยวเป็นพื้นที่ของการวิจัยเชิงรุกและมีวิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการใช้ไดโอดเดี่ยว หากคุณมุ่งมั่นที่จะทำสิ่งนี้จริงๆให้ตอบกลับและฉันจะไปหาข้อมูลอ้างอิง / แนวคิดสำหรับคุณ