Stai descrivendo usando un concetto chiamato "Energy Harvesting", ma stai cercando di usare le coppie di dati della porta Ethernet come fonte di energia.
Aggiornamento: Bene, qualifichiamo un po '...
Sebbene estremamente interessante (ho fatto lavorare i miei maestri in quest'area), quello che stai descrivendo semplicemente non funzionerà bene in pratica per una serie di motivi:
Tutte le versioni di cavo Ethernet su doppino intrecciato specificano la trasmissione differenziale dei dati su ciascuna coppia con accoppiamento del trasformatore. Ciò significa che non esiste un percorso di alimentazione CC. La corrente si muove in entrambe le direzioni attraverso un trasformatore di isolamento. Avrai bisogno di circuiti per convertirli e condizionarli. Gran parte del potere che acquisirai sarà più che consumato nel potere quiescente dei tuoi circuiti di conversione e condizionamento. Rimarrà molto poco, se non altro, per il carico.
La linea è attiva solo quando i dati ti vengono inviati (o trasmessi). A meno che tu non stia creando un ambiente strutturato in cui controlli la rete, i dati (potenza nel tuo schema) saranno inaffidabili.
Se riesci a controllare la rete, installa un alimentatore Power-Over-Ethernet tra lo switch di rete e il dispositivo. Una fonte di alimentazione PoE aggiunge alimentazione CC (-48 V) alle coppie di rame altrimenti inutilizzate nel cavo di categoria 5 (10bT, 100bTx). Ora può persino funzionare con Gigabit Ethernet guidando i dati nella parte superiore della coppia di alimentazione (quindi ha un duplice scopo). È così semplice. Perché preoccuparsi della raccolta?
Esperimento di progettazione
Ecco un chip di interfaccia Ethernet comune ( CP2200 ) di Silicon Labs.
Ecco un'astrazione:
L'impedenza caratteristica del sistema via cavo è di circa 100 Ohm (motivo per cui si vede la resistenza di terminazione 100 Ohm nella figura di Silicon Labs).
La corrente di uscita nominale di trasmissione di picco del CP2200 è 15mA (pagina 9). Va notato che sono disponibili chip ad alta corrente, anche quelli con uscita di corrente programmabile (come DP83223).
Alla massima efficienza (impedenza adattata) il carico deve presentare l'equivalente di 100 Ohm alla frequenza di trasmissione.
Il sistema di trasmissione utilizza un trasformatore step-up 1: 2.5
Massimizzare il trasferimento di potenza:
All'altra estremità (uscita del jack di rete), la corrente di picco massima è 6 mA (da 15 mA / 2,5). Viene consegnato in un carico ideale di 100 Ohm per raggiungere una potenza istantanea massima di P = I ^ 2 R = 3,6mW o circa 2,5mW, valore efficace (non male! E 10 volte superiore alla mia stima originale).
Per un'uscita massima di 15 mA, lo stadio di uscita del trasmettitore aggiunge circa 120 Ohm nella resistenza della sorgente.
- Lavorando all'indietro si hanno 200 Ohm sul lato remoto del trasformatore
- Il rapporto di 2,5 giri provoca una trasformazione di impedenza a 32 Ohm apparenti sul lato primario (del trasmettitore) del trasformatore.
- Sono 480 mV sull'avvolgimento primario.
- Il trasformatore aumenta di 2,5X a 1,2V sul secondario.
- La metà della tensione viene persa per l'impedenza del cavo con conseguente picco di 0,6 V per il carico ideale.
Questo è P = V ^ 2 / R = 3.6mW. Corrisponde alle aspettative ideali, quindi siamo a posto.
Ecco il problema in pratica:
Sfortunatamente, la fornitura di energia non è la storia totale. Ora devi essere in grado di usarlo.
È bipolare, quindi è necessario rettificare, de-ripple e (possibilmente) intensificare (o altrimenti convertire / regolare). Non c'è molto sovraccarico di tensione per questo.
Lavori con 0,6 V e devi transitare due diodi nel raddrizzatore a ponte intero. Anche usando tipi di diodi a caduta bassa in avanti, si stanno ancora osservando circa 0,3 V (per diodo). Ciò significa che la tensione disponibile (e quindi la potenza) da utilizzare nel carico non è praticamente nulla.
Architetture di raddrizzatori alternativi
Esistono altri approcci alla raccolta oltre al ponte a diodi, quindi non è impossibile, ma è altamente poco pratico farlo.
Ad esempio, potresti usare un raddrizzatore a semionda (la maggior parte dei tag RFID che ho visto fare questo) per eliminare uno dei diodi (ma perdi metà della forma d'onda).
In questo caso, ottieni
- 0,3 V, picco * 6 mA (ideale) = 1,8 mW (picco) = 1,27 mW (rms)
- Con solo metà del ciclo che genera sei a circa 640uW (micro-Watt)
- Quindi devi declassare dal tuo ciclo di lavoro di trasmissione (la percentuale di tempo in cui stai mantenendo il trasmettitore attivo)
... e questo è massimo. Se si modifica il proprio carico a partire da esattamente 6 mA, si otterrà una riduzione dell'efficienza e quindi una potenza molto inferiore rispetto a quella che ci si aspetterebbe altrimenti a causa della mancata corrispondenza dell'impedenza che ciò introduce.
La raccolta del design del raddrizzatore è un'area di ricerca attiva e ci sono modi più efficienti per utilizzare un singolo diodo. Se sei davvero impegnato a perseguire questo, rispondi e andrò a trovare alcune citazioni / idee per te.