Ethernet гальваническая развязка: Развязка гальваническая Ethernet — что это такое?

Самодельная гальваническая развязка, в простонародии – грозозащита / Хабр

Во время сборки гальванической развязки меня посетила мысль написать о процессе и результатах этой эпопеи.

Кому интересно прошу под хабракат.

Все началось с того что старый провайдер интернета «поднадоел» (тарифы, служба поддержки и т.п.) и я решил его сменить на другого провайдера. В процессе прокладки кабеля оказалось, что он будет проходить по крыше, под открытым небом (оборудование нового провайдера в первом подъезде, я живу во втором), а это обыкновенная витая пара (UTP) к тому же облегченный вариант. Две пары вместо положенных четырех и всё это без экрана (все равно используются только две пары, так что без разницы). Мне вариант лапша на крыше по умолчанию не очень понравился, альтернативой был экранированный кабель для наружной прокладки по той же крыше по 3 грн./метр, а этих метров 30 и не факт что его потом не украдут. Я все-таки согласился на вариант по умолчанию, если провайдеру плевать на защиту своего оборудования, то мне тем более, лишь бы интернет работал, с защитой своего оборудования я что-нибудь придумаю.

И занялся я поиском малозатратной защиты, в итоге наткнулся на этот замечательный пост, где прекрасно описаны все угрозы, которые могут влиять на кабель и оборудование.

Я попытался повторить трансформатор с деревянным сердечником, мои попытки не увенчались успехом, линк не заработал хотя индикаторы моргали, как и обычно. В итоге купил фабричную грозозащиту, поставил и немного успокоился.

Воздушные трансформаторы собственного изготовления, готовое устройство не заработало

Меня заинтересовала идея гальванической развязки, я начал искать различные варианты реализации. В результате нашел сайт где в посте «как сделать транс (кратенько)» (в других постах есть поясняющие схемы, фотографии) нашел инструкцию по изготовлению трансформатора на ферритовом кольце.

Я опишу моменты изготовления, чтобы внести большую ясность в понимание написанного в оригинале (с моей точки зрения):

1. Берем одну витую пару из кабеля UTP длиной 1,5 м.
2. Складываем пополам и скручиваем равномерно, чтоб получился четырехжильный симметричный провод. Нужно смотреть, чтоб проводники одного цвета располагались напротив друг друга.
3. Берем ферритовое кольцо размером приблизительно (некритично) 30Х8Х8 мм желательно высокочастотные (можно брать любое), острые грани обрабатываем наждачной бумагой (удобнее надфилем). Ферритовые кольца у меня были от корпусов CoolerMaster (идут в комплекте, для уменьшения наводок в проводах от передней панели) размеры 28Х16Х7 мм, их я и взял.

Ферритовые кольца от корпусов CoolerMaster

4. Складываем пополам полученный ранее четырехжильный провод, и равномерно натягивая два конца, наматываем их вместе рядом (параллельно) на ферритовое кольцо до заполнения в один слой. У меня получилось на данном кольце 8 пар витков.

5. Проверяем чтобы в паре было одинаковое количество витков и обрезаем лишние концы проводов, оставив по 30 мм.
6. В каждом четырехжильном проводе соединить провода одного цвета вместе (они напротив друг друга). Каждый четырехжильный провод, 1-й и 2-й, превращается в симметричную линию, где: провод А (пара одного цвета) и провод Б (пара другого цвета).
7. Начало провода А первой линии соединить с концом провода А второй линии.
8. Начало провода Б второй линии соединить с концом провода Б первой линии.

Готовый трансформатор

В итоге получился симметричный широкополосный трансформатор со средними точками, согласован, входное и выходное волновое сопротивление около 100 Ом и напряжение пробоя изоляции намного больше, чем в разделительных трансформаторах сетевых карт.

Для изготовления гальванической развязки нужно изготовить два таких трансформатора:

Думаю, все помнят, какие пары используются для передачи данных на скорости 100 Мбит, так что привожу картинку собранного устройства (сперва «на соплях» для проверки):

Устройство заработало сразу, после чего начал собирать всю конструкцию на деревянной палочке от мороженого (первое, что попалось на глаза) с помощью термопистолета:

Между этапами я проверял на работоспособность, чтобы исключить возможность ошибки. Здесь я укоротил проводники для компактности:

Вот места соединения крупным планом, если кому интересно:

И наконец-то готовое устройство (извините за непривлекательный вид, из-за клея — своего рода изоляция):

Гальваническая развязка у меня включена по такой схеме: провайдер –> купленная грозозащита –> самодельная гальваническая развязка –> роутер –> компьютер. Длина линии от провайдера где-то 50-60 метров. Разъемы были позаимствованы из нерабочих сетевых плат. Ухудшений в плане снижения скорости, увеличения времени отклика не замечено.

Устройство было сделано и установлено в январе 2013 года. От прямого попадания молнии, скорее всего не защитит, а от наводок и статики вполне. Так что спокойно жду грозового лета.

Update 21.07.2013:
Вот уже прошло полгода, а гальваническая развязка как работала, так и работает, несмотря на то, что было несколько крупных гроз (самые ближайшие молнии «лупили» в радиусе где-то 500 метров). Связь с оборудованием провайдера за все это время не терялась. Так что устройство удалось и исправно выполняет свою функцию, несмотря на не особо привлекательный внешний вид.

Update 09.05.2019:
Спустя почти 6 лет я нашёл эту штуковину у себя под столом, я про нее просто забыл – значит она работает! За это время я успел снова отключиться от этого провайдера во второй раз. Спросите, как – просто моего нового провайдера снова купил этот провайдер. Было много гроз в летнее время – все нипочём. Как работало, так и работает. Никакого негативного влияния на работу сети за все это время замечено не было.

серия гнезд RJ45 с интегрированным трансформатором от TE Connectivity

12 января 2013

Передача цифрового потока данных между узлами ЛВС на значительные расстояние сопровождается воздействием различного рода помех и защита от них является первостепенной задачей при построении канала передачи. Очевидно, что существенную часть помех можно устранить за счет передачи сигнала в дифференциальном виде по витой паре. В этом случае, наводки от внешних полей будут создавать синфазную помеху (помеху общего типа) хорошо подавляемую дифференциальным приемником. Осуществив гальваническую, в общем случае — трансформаторную, развязку приемника сигнала от источника можно устранить помехи, связанные с наличием замкнутых «земляных» петель.

Гальваническая развязка, помимо устранения синфазной составляющей помехи (за счет исключения из цепи замкнутых контуров общего провода), выполняет еще одну не менее важную функцию — обеспечение электрического барьера с высоким рабочим напряжением изоляции, поскольку устройства ЛВС могут быть теоретически подключены к разным питающим сетям между которыми может быть высокий потенциал либо переменная составляющая значительного уровня.

Компания TE Connectivity производит широкий спектр развязывающих трансформаторов (Discrete Ethernet Magnetics) для сетей Ethernet, используемых не только для устранения проблем описанных выше, но и позволяющих обеспечить согласование уровней трансивера (приемника и передатчика) с уровнем физической среды передачи сигнала (витой пары).

Все это становится особенно критично при больших расстояниях прокладываемых сетей.

Отдельные трансформаторы при проектировании устройств Ethernet в настоящий момент используются довольно редко. Как правило, в изделие закладываются гнезда с уже встроенными развязывающими трансформаторами. Использование такой конструкции позволяет уменьшить конечные размеры площади занимаемой конструкцией на печатной плате, что немаловажно в портативных приложениях.

10 Base-T Ethernet

10/100 Base-T Ethernet

Gigabit Ethernet

10/100 Power over Ethernet

Розетки, предлагаемые TE Connectivity (стандартные гнезда RJ45 в конфигурации 8P8C), имеют штыревые выводы и могут устанавливаться относительно печатной платы как горизонтально так и вертикально. Для защиты от электромагнитных помех гнезда имеют экранирующую металлическую оболочку. Если есть необходимость в индикации состояния связи в сети Ethernet, можно выбрать разъемы со встроенными светодиодами.

Также можно выбрать расположение фиксатора вилки в разъеме — сверху или снизу.

По скоростям работы можно выделить несколько подгрупп — 10/100 Мбит/с и 1000 Мбит/с (1 Гбит/с), а также их расширенные версии, поддерживающие технологию PoE, позволяющую передавать данные и электропитание удаленному устройству одновременно по одной витой паре. Трансформаторы, используемые в гнездах, являются симметричными, поэтому они поддерживают функцию Auto-MDIX, позволяющую автоматически выбирать режим работы по прямой либо перекрестной обжимке витой пары.

• Экономия площади печатной платы
• Повышенная защита от ЭМП
• Поддержка все доступных микросхем физического уровня PHY
• Соответствие телекоммуникационным стандартам: IEEE 802.3 и ANSI X3.263

Материалы

•   Mag45 Integrated Magnetics (1.87 Мб)
•   Mag45 Power over Ethernet (0.46 Мб)

•••

Товары

org/Product» data-pid=»Xmg4″> org/Product» data-pid=»XmQF»> org/Product» data-pid=»CMT2″> org/Product» data-pid=»YQhS»> org/Product» data-pid=»CxSr»>

Наименование
1-1840710-3 [63] (TE)
1-1840710-3 (TE)   Con 1-1840710-3 (TE)
1-6605834-1 (BELFUSE)   1-6605834-1 (TE)
1-6605834-1 (STEWART)   1-6605834-1 (TE)
1-6605834-1 (TE)   1-6605834-1 (BELFUSE)
1368398-2 (TE)
1368458-2 (TE)
1840408-6 (BELFUSE)   1840408-6 (TE)
1840408-6 (TE)
2-1840408-6 (BELFUSE)   2-1840408-6 (TE)
2-1840408-6 (TE)   2-1840408-6 (BELFUSE)
5-6605308-1 (TE)
5-6605308-1 (BELFUSE)   5-6605308-1 (TE)
5-6605758-1 (BELFUSE)   5-6605758-1 (TE)
5-6605758-1 (BELPOWER)   5-6605758-1 (TE)
5-6605758-1 (STEWART)   5-6605758-1 (TE)
5-6605761-1 (BELFUSE)   5-6605761-1 (TE)
5-6605761-1 (TE)
5-6610084-1 (TE)
6605444-6 (TE)
6605444-6 (BELFUSE)   6605444-6 (TE)
6605444-6 (STEWART)   6605444-6 (TE)
6605814-6 (TE)
6605814-6 (BELFUSE)   6605814-6 (TE)
6605834-1 (TE)
6620004-1 (TE)

Нужна гальваническая развязка

PoE? — Обмен стека электротехники

Задавать вопрос

спросил 2 года 11 месяцев назад

Изменено 11 месяцев назад

Просмотрено 1к раз

\$\начало группы\$

В настоящее время я разрабатываю проект светодиода с батарейным питанием, который будет заряжаться и/или работать через 25 Вт PoE+. В моем текущем проекте я использую обратноходовой преобразователь для преобразования 48 В в 12 В и для создания гальванической развязки. В целях оптимизации я действительно хотел бы выкинуть этот громоздкий и дорогой обратноходовой трансформатор и заменить его неизолированным преобразователем постоянного тока в постоянный. Однако во всех эталонных проектах PoE PD мощностью более 25 Вт, которые я видел у производителей микросхем, они всегда используют изолированные преобразователи.

Мой продукт имеет пластиковый корпус, не заземлен и не подключен ни к какому другому заземленному устройству. Только в случае механического повреждения (например, треснувший корпус) 48V подвергается воздействию окружающей среды.

Еще одной проблемой может быть микросхема встроенного зарядного устройства, которая понижает напряжение 12 В от обратноходового преобразователя PoE для зарядки 2S Li-Ion Pack. Микросхема имеет максимальное входное напряжение 24 В, поэтому в случае отказа неизолированного DC/DC на микросхему зарядного устройства будет подано напряжение 48 В, что приведет к ее повреждению.

Я уже читал другой пост об изолированном и неизолированном PoE, но так и не пришел к какому-то выводу для своего проекта.

• Есть ли что-то, что я упустил, почему изолированный преобразователь PoE по-прежнему необходим или является лучшим выбором для моего приложения?
• Если да, не могли бы вы привести пример для этого случая сбоя?
• Я не встречал ни одного стандарта, согласно которому PoE с более высокой мощностью требует гальванической развязки. Я ошибаюсь в этом?

• изоляция
• ПОЭ

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Если это только для личного проекта, то, вероятно, все будет в порядке.

Проводка Ethernet должна быть изолирована, поскольку кабели проходят через здания и к другим зданиям Каждая сторона здания может иметь напряжение, отличающееся на много вольт от другой стороны. Различные здания могут иметь еще большую разницу в потенциале на территории. Отсутствие изоляции может привести к взрыву устройств с обеих сторон.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Похоже, требуется изоляция: http://embeddedpowerlabs.com/Downloads/APEC_2006_PoE_Electrical_Isolation_Requirements.pdf

Эта электрическая изоляция должна выдержать по крайней мере одно из следующих испытаний на электрическую прочность:

а) 1500 В среднеквадратичного значения в установившемся режиме при частоте 50–60 Гц в течение 60 секунд, как указано в подпункте 6.2 IEC 609.50-1:2001

Ссылка IEEE

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Пока устройство не подключается ни к чему другому и не заземляется через корпус, изоляция не должна быть проблемой.

Я думаю, что этот другой ответ, вероятно, то, что вы ищете.

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

. Изоляция

— Всегда ли для подачи питания через Ethernet должны использоваться изолированные преобразователи постоянного тока в постоянный?

\$\начало группы\$

Я изучаю возможности создания дешевого устройства Ethernet, которое будет получать питание через Ethernet с использованием технологии PoE. Я наткнулся на эту статью, в которой показаны общие блок-схемы:

Оглядываясь вокруг, я всегда обнаруживаю, что преобразователи постоянного тока, используемые в приложениях PoE, изолированы. Я пытаюсь понять, всегда ли это необходимо. Если предположить, что кабель PoE RJ45 будет единственным кабелем, подключенным к моему устройству, есть ли у меня какая-либо причина изолировать его от входного напряжения? Это также предполагает, что линии данных уже изолированы, поэтому единственным потенциалом без изоляции являются линии питания.

Редактировать:

Чтобы уточнить: я все еще хочу, чтобы линии TX и RX оставались изолированными через трансформаторы. Я просто хочу пропустить изоляцию части постоянного тока (только мост Гретца, объемный конденсатор и преобразователь постоянного тока без изоляции). Я не возражаю против того, чтобы не соответствовать стандарту здесь. Что касается защиты, я бы оставил ее отключенной.

• питание
• изоляция
• poe

\$\конечная группа\$

8

\$\начало группы\$

Если вы хотите назвать это PoE, вам нужно придерживаться IEEE 802.3af-2003 или IEEE 802.3at-2009.

Эти стандарты требуют изоляции. Этот ответ мог бы закончиться здесь: нет, вы не можете построить устройство PoE без изоляции.

Это также предполагает, что линии данных уже изолированы, поэтому единственным потенциалом без изоляции являются линии питания.

У вас также будет экран в кабеле Ethernet. С какого конца вы собираетесь это изолировать? Оба? Тогда не очень разумный щит.

Кроме того, при работе с Ethernet вам в любом случае понадобятся магниты (==трансформаторы), поэтому приобретите один с центральными ответвлениями на стороне кабеля — никаких дополнительных усилий, в любом случае, в основном каждый трансформатор Ethernet. Таким образом, без преобразователя постоянного тока в постоянный, который изолирует регулируемое напряжение от напряжения в линии, вы привязываете логику данных вашего устройства к колеблющемуся зашумленному напряжению, которое не обязательно находится в какой-либо фиксированной связи с сигналами данных.

Так что, правда, не надо.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

У меня нет под рукой спецификации, но я сделал несколько проектов PoE. Насколько я помню, спецификация изоляции PoE должна соответствовать требованиям безопасности и избегать контуров заземления. Если ваше устройство потребляет 48 В постоянного тока и использует его в полностью закрытом непроводящем корпусе без других кабелей, то изоляция питания 1500 В переменного тока (обычно реализуемая с помощью обратноходовой цепи) не требуется.

Как уже отмечалось, для пар данных RX и TX потребуется собственный импульсный трансформатор с номиналом PoE, так как приемопередатчик Ethernet также ожидает его. Не забывайте, что мощность PoE может подаваться либо на пары TX/RX, либо на две другие запасные пары, поэтому для совместимости вам понадобятся два моста.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Не упоминается в другом месте. Вполне возможно даже, что два разных устройства питаются по более длинным кабелям в одном здании, а затем могут иметь общее заземление через некоторые общие сигнальные кабели.

Использование проводов малого диаметра для POE и привода 48 В предполагает падение напряжения на кабелях.