新しいIEEE 802.3bt Power over Ethernet (PoE) 規格は、ゲームチェンジャーです。最大90 Wのサポートにより、PoEは幅広い高電力アプリケーションに適用できるようになりました。スマート ビルディングでは、産業機器、照明、カメラ、キオスク、モニター、スキャナー、さらには小型ワークステーションなど、さまざまなタイプのスマート デバイスが採用されており、それぞれ電力要件が異なります (図1を参照)。現在では、これらすべてのデバイスの電力と接続のニーズを単一のテクノロジーで満たすことができます。
図1: IEEE 802.3bt Power over Ethernetの高電力レベルにより、幅広い新しいアプリケーションとユースケースが可能になり、これらすべてのデバイスの電力と接続のニーズを単一のテクノロジーで満たすことができます。
PoEは、高出力のスマートビルディング、産業、照明アプリケーションに多くの利点をもたらします。いずれにしてもネットワーク接続を実行するアプリケーションの場合、PoEにより追加の電源ケーブルを配線する必要がなくなります。これにより、インストールが簡素化され、CAPEXが削減され、OPEXも削減されます。さらに、PoEはバックアップ電源を集中化します。これにより、建物全体のコンセントにデバイスが差し込まれている場合には不可能な、停電時でも継続的な動作が可能になります。
さらに、PoEはスマート照明などの新しいアプリケーションにインテリジェンスをもたらす手段を提供します。高度な画像システムと組み合わせた大型デジタルサイネージなど、より大規模なシステムに電力を供給することが可能になりました。
高出力、高効率
この表は、PoEの15Wから30W、そして90Wへの進化を示しています。
表1は、PoEが15 Wから30 W、そして90 Wへと進化したことを示しています。稼働電力の問題は、効率が100% にならないことです。表1には、ケーブル長が100 mの場合の最悪のケーブル損失も示されています。アプリケーション、使用中のデバイス、および使用するケーブルによっては、実際の損失は大幅に低くなる可能性があります。たとえば、最近のスマート ビルディングのケース スタディ1では、相対的なケーブル損失はわずか2.68% で、予測される最悪の効率15 ～ 20% を大幅に下回っています (図2を参照)。
図2：最近のスマートビルディングのケーススタディ2では、相対ケーブル損失はわずか2.68％で、予測される最悪のケースの効率15～20％を大幅に下回っています。
標準の3つの段階により、さまざまなアプリケーションの電力要件を効率的に満たすことができます。この規格は下位互換性があるため、802.3af (15.4 W) および802.3at (30 W) で動作するように構築されたデバイスは、802.3bt (90 W) に接続できます。この下位互換性により、802.3btは802.3afおよび802.atに基づくPoEネットワークに大きなメリットをもたらすことができます。
802.3btの90 W機能により、ユーザーはPoEアプリケーションを統合する際の柔軟性が向上します。ポートからすべてのデバイスに電力を供給できるため、デバイスのインストールと管理が簡素化されます。さらに、特定のデバイスに必要な電力が30 Wのみの場合、利用可能な余剰電力 (つまり60 W) を別のポートにルーティングできます。このような柔軟性により、人為的ミス（十分な電力を供給できないスイッチにデバイスを接続するなど）が発生する可能性が減り、インフラストラクチャの信頼性とコスト効率が向上します。
802.3btのもう1つの重要な利点は、PoEネットワークに過負荷をかけるデバイスを接続しているかどうかをユーザーがそれほど心配する必要がないことです。この余分な容量は、さらなる安心感につながります。
この追加の余裕は、製品設計者にとっても恩恵となるでしょう。チェーンを通じて供給される電力が増えるため、設計者は電力予算をより柔軟に管理できるようになります。これにより、機能性が向上し、パフォーマンスが向上し、接続できるデバイスが増えます。
最後に、802.3btではShort Maintain Power Signature (Short MPS) が導入されています。Short MPSは、低い待機電力を必要とする照明アプリケーション向けに設計されています。受電デバイスが最小電流を維持している限り、電源への接続をアクティブに保つことができます。受電デバイスがより多くの電力を引き出す準備ができたら、すでに割り当てられている電力割り当てを使用するか、使用可能なプールから新しい割り当てを要求することで、すぐに電力を引き出すことができます。
注目すべき点: 他のテクノロジーはPoEの基準に達していません。たとえば、USBはケーブルの長さによって非常に制限されており、再ドライバが必要になります。PoEはUSBに比べて実装がはるかに簡単です。
受電装置インターフェースコントローラ
図3：NCP1095およびNCP1096 PoE給電デバイスインターフェースコントローラは、業界をリードするパフォーマンスと効率を提供します
ON SemiconductorはPoEテクノロジーのリーダーであり、802.3btを市場に投入した最初の企業の1つです (図3を参照)。NCP1095 PoE受電デバイス インターフェイス コントローラは、802.3bt、802.3af、および802.3atに準拠しており (下位互換性あり)、最大90 Wの電力を供給できます。高電力アプリケーションをサポートするために内部に70 mΩ のパス トランジスタがあり、外部センス抵抗とFETが必要です。NCP1096 PoE受電デバイス インターフェイス コントローラも下位互換性があり、最大100 Wの電力を供給できます (下記参照)。ホットスワップFETとセンス抵抗器の両方が統合されています。
どちらのデバイスも自動分類 (Autoclass) をサポートしており、電源供給装置は接続された各受電デバイス (PD) に効率的に電力を割り当てることができます。たとえば、デバイスは、より多くの電力を取得するか、電力をプールに戻すために、特定の電力レベルを動的に要求できます。Autoclassを使用すると、電源は要求された電力よりも低い電力を割り当てることができ、より多くのデバイスに対応できます。
NCP1095とNCP1096は、市場にある802.3btデバイスの中で最も高い電力定格も提供します。通常、システムは定格電力しか供給できません。802.3btの場合は90 Wで、最悪の場合、電力供給は71.3 Wになります。NCP1095およびNCP1096を使用すると、システムは100 W (最大電力定格など) を供給できるため、ケーブルの端で供給される電力は可能な限り90 Wに近くなります。
ON SemiconductorはPoEインターフェース コントローラだけを提供しているわけではありません。世界クラスの電力システムを構築するために必要な周辺コンポーネントをすべて提供します。設計を加速するために、ON Semiconductorは、スイッチング電源、絶縁型/非絶縁型LEDドライバ、セキュリティ カメラなど、幅広いアプリケーション向けの完全なリファレンス デザインも提供しています。これらは、電力、保護、相互接続性を提供する完全なソリューションです。たとえば、図4はスマート照明コントローラのブロック図を示しています。
図4: Power over Ethernetに基づくスマート照明コントローラのブロック図
開発者が設計をすぐに開始できるように、ON SemiconductorはNCP1095/NCP1096評価ボードを提供しています。このEVBにより、開発者は早期の設計とプロトタイピングを開始できるだけでなく、設計プロセスの早い段階で電力効率に重点を置く方法も提供されます。EVB自体は非常に効率的な設計です。たとえば、最悪のテスト条件（クラス8のフルパワー71.3 W、最低電圧41.1 VDCで動作、受電デバイス入力の最大電流1.73 A）では、EVBは99.20% の効率で動作します。
802.3btは、スマート ビルディング、産業機器、照明アプリケーションなど、まったく新しいクラスのアプリケーションへの道を開きます。802.3btは90 Wの能力を備え、接続された電力供給の業界における新しい標準を確立します。設計者は、より柔軟に高性能デバイスを導入できるようになり、より信頼性が高くコスト効率の高いインフラストラクチャを実現できます。
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1 「Power over Ethernet – ケーブル損失」、Ethernet Alliance、2017年6月
2 「Power over Ethernet – ケーブル損失」、Ethernet Alliance、2017年6月