Está describiendo el uso de un concepto llamado "Recolección de energía", pero está tratando de utilizar los pares de datos del puerto ethernet como fuente de energía.
Actualización: Bueno, califiquemos esto un poco ...
Si bien es extremadamente interesante (hice mi trabajo de maestría en esta área), lo que está describiendo simplemente no funcionará bien en la práctica por varias razones:
Todas las versiones de Ethernet sobre cable de par trenzado especifican la transmisión diferencial de datos sobre cada par con acoplamiento de transformador. Eso significa que no hay una ruta de alimentación de CC. Tiene corriente que se mueve en ambas direcciones a través de un transformador de aislamiento. Necesitará circuitos para convertirlo y acondicionarlo. Gran parte del poder que adquirirás será más que consumido en el poder inactivo de tus circuitos de conversión y acondicionamiento. Habrá muy poco, si es que queda algo, para la carga.
La línea solo está activa cuando se le envían datos (o se transmiten). A menos que esté creando un entorno estructurado donde controle la red, los datos (potencia en su esquema) no serán confiables.
Si puede controlar la red, simplemente instale una fuente de alimentación Power-Over-Ethernet entre el conmutador de red y su dispositivo. Una fuente de alimentación PoE agrega alimentación de CC (-48 V) a los pares de cobre que de otro modo no se utilizarían en el cable de categoría 5 (10bT, 100bTx). Incluso puede funcionar con Gigabit Ethernet ahora montando datos en la parte superior del par de potencia (por lo que sirve para dos propósitos). Es así de simple. ¿Por qué molestarse con la cosecha?
Experimento de diseño
Aquí hay un chip de interfaz Ethernet común ( CP2200 ) de Silicon Labs.
Aquí hay una abstracción:
La impedancia característica del sistema de cable es de aproximadamente 100 ohmios (razón por la cual se ve la resistencia de terminación de 100 ohmios en la figura de Silicon Labs).
La corriente de salida nominal máxima de transmisión del CP2200 es de 15 mA (página 9). Cabe señalar que hay chips de alta corriente disponibles, incluso aquellos con salida de corriente programable (como DP83223).
En la eficiencia máxima (impedancia coincidente) la carga debe presentar el equivalente de 100 ohmios a la frecuencia de transmisión.
El sistema de transmisión utiliza un transformador elevador 1: 2.5
Maximizando la transferencia de energía:
En el otro extremo (la salida del conector de red), la corriente máxima máxima es de 6 mA (de 15 mA / 2,5). Se entrega en una carga ideal de 100 ohmios para alcanzar una potencia instantánea máxima de P = I ^ 2 R = 3.6mW o aproximadamente 2.5mW, rms (¡no está mal! Y 10 veces más que mi estimación original).
Para una salida máxima de 15 mA, la etapa de salida del transmisor agrega aproximadamente 120 ohmios en resistencia de fuente.
- Trabajando hacia atrás, tiene 200 ohmios en el lado remoto del transformador
- La relación de 2.5 vueltas resulta en una transformación de impedancia a 32 ohmios aparentes en el lado primario (del transmisor) del transformador.
- Eso es 480mV en el devanado primario.
- El transformador lo incrementa 2.5X a 1.2V en el secundario.
- La mitad del voltaje se pierde con la impedancia del cable, lo que resulta en un pico de 0.6V a la carga ideal.
Eso es P = V ^ 2 / R = 3.6mW. Cumple con la expectativa ideal, así que estamos bien.
Aquí está el problema en la práctica:
Desafortunadamente, la entrega de energía no es la historia total. Ahora tienes que poder usarlo.
Es bipolar, por lo que debe rectificar, eliminar la ondulación y (posiblemente) aumentar (o convertir / regular). Simplemente no hay mucha tensión por encima de esto.
Está trabajando con 0.6V y necesita transitar dos diodos en el rectificador de puente completo. Incluso usando tipos de diodos de baja caída hacia adelante, todavía está mirando alrededor de 0.3V (por diodo). Eso significa que el voltaje disponible (y, por lo tanto, la potencia) para usar en su carga es básicamente nada.
Arquitecturas rectificadoras alternativas
Existen otros enfoques para la cosecha además del puente de diodos, por lo que no es imposible, pero es muy poco práctico hacerlo.
Por ejemplo, podría usar un rectificador de media onda (la mayoría de las etiquetas RFID que miré hacen esto) para eliminar uno de los diodos (pero pierde la mitad de la forma de onda).
En este caso, obtienes
- 0.3V, pico * 6mA (ideal) = 1.8mW (pico) = 1.27mW (rms)
- Con solo la mitad del ciclo generando, se reduce a aproximadamente 640uW (microvatios)
- Luego tiene que reducir su ciclo de trabajo de transmisión (el porcentaje de tiempo que mantiene activo el transmisor)
... y eso es máximo. Si cambia su carga de exactamente 6 mA, obtendrá una menor eficiencia y, por lo tanto, una potencia de salida mucho menor de lo que esperaría debido al desajuste de impedancia que esto presenta.
El diseño del rectificador de recolección es un área de investigación activa y hay formas más eficientes de usar un solo diodo. Si realmente está comprometido con esto, responda y buscaré algunas citas / ideas para usted.