IEEE 802.3bt PoE 표준 활용 시 필독 사항 ②

[테크월드=선연수 기자]

▷ 'IEEE 802.3bt PoE 표준 활용 시 필독 사항 ①'과 이어지는 기사입니다.

PD 쪽 관련 잠재적 문제점과 설계자로서 가능한 해결방법/완화방법

IEEE 802.3bt 표준은 “PD는 케이블에 물리적으로 연결된 지점으로 규정하고 있다. 전압 보정 회로에 의한 손실, 전력 공급 비효율성, 외부 부지로부터 내부 회로를 분리하는 작업 등의 특성들과 PI 연결 기기 이후 회로에 의해 발생하는 기타 특성들은 규정되지 않았다. PD에 정의된 한계치들은 PI에 규정되어 있고, 달리 기술하지 않는 한 PD의 내부 어느 지점에도 규정되어 있지 않다”고 기술하고 있다. 다음의 내용은 설계자들이 아주 튼튼한 설계를 구성하기 위해 반드시 고려해야 할 부분이다.

1) PSE와 PD 간 채널 내 다른 디바이스들(다이오드, 변압기 등)로 인해 발생하는 전류의 불균형에 주의해야 한다[그림 3]. 설계자가 이런 불균형을 인지하고 있으면 여러 창의적인 방법을 활용해 이를 완화할 수 있다. 이는 설계 구성에 따라 달라질 수 있으며, 잘 확립된 몇 가지의 관련 규칙을 활용해, 대량의 전류를 흐르게 하는 넓은 그라운드 리턴과 좋은 그라운드 플래인을 사용할 수 있다.

2) 이더넷 케이블의 페어-투-페어 불균형 문제가 있다. 이는 케이블 공급사들이 검사를 거의 하지 않거나, 설계자들에게 한 쌍에서 다른 한 쌍으로의 불균형에 대한 내용을 공유하지 않고, 보통 한 쌍 내에서의 불균형만을 기술해 공급하는 부분이다.

3) 케이블 발열에 주의해야 한다. 일반적으로 케이블의 발열에 관한 데이터는 많으나, 설계자는 온도 상승을 관리해야만 한다. IEEE 태스크포스는 온도 상승 정도를 섭씨 10도 미만으로 한정하기로 결정했다. 그들은 모든 케이블 컨덕터에 300mA 전류를 사용했고, 이는 불균형이 없는 100m 길이의 케이블 끝마다 51W의 전류가 도달되는 것과 마찬가지다. 설계자들은 I2R 손실을 줄이기 위해 저항값이 낮은 케이블을 사용하거나, 각 묶음에서 케이블을 더 적게 가져다 쓰거나, 각 케이블 묶음 내에서 부분적으로만 전원을 공급하는 등 여러 가지 해결 방법을 사용해 볼 수 있다.

주어진 어떤 케이블에서 전력 손실(발열)이 있는지를 확인하는 정확한 방법은, 상시 전원 싱크를 전력부하로 사용하고 전압원을 투입되는 공급량으로 사용하는 것이다.

어떤 케이블 발열 연구는 케이블 묶음들을 2.0A로 설정해 검사한다. 만약 24AWG 케이블이 사용된다면 그 케이블의 전력밀도는 164mW/m가 된다. 전력밀도란 단위길이당 케이블의 전력손실을 말한다[수식 1]. Rch는 저항력이 24 AWG인 고체 구리로서 20oC에 맞춰진 상태를 기준으로 한다[그림 4].

[수식 1] 164 mW/m = ((2.0A)2x 4.09 ohms)/100m)

4) PD에 전달되는 전력량(PD는 상시 전력 부하 상태)과 PSE 전력 출력량과의 관계는 비선형 관계다. 모든 PD는 전력 필요량이 각각 다르며, PD에 더 많은 전류 수요가 있다는 것은 IR 손실과 케이블 내 더 높은 전압 감소가 일어났다는 것을 의미한다. PD에 필요한 전압보다 낮은 전압을 받았다는 것은 더 많은 전류를 요구한다는 신호다. 나중에 밝혀진 바와 같이 더 낮은 전류에서 더 높은 PD 전압을 사용하면 이런 영향을 안정시킬 수 있다. 안전을 위해서는 PSE 전압을 최대치인 57V보다 낮게 유지해야 한다.

PD 검사

만약 제조사가 데모보드나 참고할 설계도면을 가지고 있다면 애플리케이션에 반드시 활용해야 한다. 보드는 해당 구성에서 최고의 성능을 보여주기 위해 라우팅과 접지 기술을 적합하게 적용해 신중히 만들어진다. 아트워크를 위한 거버(Gerber) 파일은 보통 제조사로부터 쉽게 구할 수 있다. 설계 시 이런 자원들을 활용해 보는 것이 좋으며, 이를 통해 최종 설계에 대한 검사횟수가 지나치게 많아지는 것을 제한할 수 있다.

실제 시스템을 검사하는 것뿐만 아니라, 설계 생산 검사에서도 활용할 수 있는 리치 테크놀로지(Reach Technology)의 PoE5 100 W PoE 테스터 제품이나 RT-PoE5 IEEE 802.3bt Power-over-Ethernet PSE 프로덕션 테스터 제품 등 여러 솔루션이 존재한다. 뉴햄프셔 대학교(The University of New Hampshire)의 상호운용성 연구실(InterOperability Laboratory)은 PoE 인증 검사를 위해 사용되는 독점적인 제3자 검사 시설이다. 사이포스 테크놀로지스(Sifos Technologies)는 IEEE 802.3bt PoE 4쌍의 검사를 지원하는 소형 파워싱크 애널라이저(PowerSync Analyzer) 제품을 새롭게 출시했다. 언급한 솔루션들을 활용해 탄탄한 시스템을 구축할 수 있다.

결론

이 글은 PoE와 IEEE 802.3bt 표준이 다루는 내용을 설명하기 위해 작성됐다. 글을 통해 PD와 PSE 용어정의, 그리고 PD와 PSE가 적정한 신호와 전력을 전송하는 경우 각각의 강점과 한계점을 이해했기를 바란다. 관련 표준과 함께 PoE 시스템에서 훨씬 향상된 성능을 보이는 것도 이해에 도움이 됐길 바란다.

핵심은 설계자들이 IEEE 802.3bt 표준 덕에, PD로 훨씬 더 높은 고전력을 공급할 수 있게 해주고 더욱 다양한 에너지 옵션을 제공한다는 점이다.

아울러 무선 네트워크 시대에서 유선 네트워크를 계속 사용하는 이유를 보안유지, 향상된 예측가능성, 신뢰성 때문이라고 설명했다. 현재 광범위하게 활용되는 유선 네트워크 인프라는 무선 네트워크보다 주변환경의 방해를 훨씬 덜 받으며, 낮은 시스템 비용과 더 나은 서비스 품질을 보장한다.

802.3bt PD를 설계할 때 고려해야 할 중요한 몇 가지 사항들도 살펴봤다. 이를 통해 잠재적인 위험을 방지하고 설계된 최종 시스템을 신뢰할 수 있도록 하며, 802.3bt PD가 잘 설계됐는지 확인하기 위한 적절한 검사방법과 관련한 정보까지 살펴봤다.

글: 라일리 벡(Riley Beck) 온세미컨덕터 제품 마케팅 매니저

자료제공: 온세미컨덕터

- 이 글은 테크월드가 발행하는 월간 <EPNC 電子部品> 2020년 4월 호에 게재된 기사입니다.

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