Vous décrivez l'utilisation d'un concept appelé "Energy Harvesting", mais vous essayez d'utiliser les paires de données du port Ethernet comme source d'énergie.
Mise à jour: Eh bien, qualifions cela un peu ...
Bien que extrêmement intéressant (j'ai fait travailler mes maîtres dans ce domaine), ce que vous décrivez ne fonctionnera tout simplement pas bien dans la pratique pour un certain nombre de raisons:
Toutes les versions d'Ethernet sur câble à paire torsadée spécifient une transmission de données différentielle sur chaque paire avec couplage de transformateur. Cela signifie qu'il n'y a pas de chemin d'alimentation CC. Vous avez du courant se déplaçant dans les deux sens à travers un transformateur d'isolement. Vous aurez besoin de circuits pour le convertir et le conditionner. Une grande partie de la puissance que vous acquerrez sera plus que consommée dans la puissance de repos de vos circuits de conversion et de conditionnement. Il ne restera que très peu, voire rien, pour la charge.
La ligne n'est active que lorsque des données vous sont envoyées (ou diffusées). À moins que vous ne créiez un environnement structuré où vous contrôlez le réseau, les données (puissance dans votre schéma) ne seront pas fiables.
Si vous pouvez contrôler le réseau, installez simplement une alimentation Power-Over-Ethernet entre le commutateur réseau et votre appareil. Une source d'alimentation PoE ajoute une alimentation CC (-48 V) aux paires de cuivre par ailleurs non utilisées dans le câble de catégorie 5 (10bT, 100bTx). Il peut même fonctionner avec Gigabit Ethernet maintenant en chevauchant des données au-dessus de la paire d'alimentation (il sert donc à deux fins). C'est si simple. Pourquoi s'embêter avec la récolte?
Expérience de conception
Voici une puce d'interface Ethernet commune ( CP2200 ) de Silicon Labs.
Voici une abstraction:
L'impédance caractéristique du système de câbles est d'environ 100 ohms (c'est pourquoi vous voyez la résistance de terminaison de 100 ohms sur la figure de Silicon Labs).
Le courant nominal de sortie de transmission de crête du CP2200 est de 15 mA (page 9). Il convient de noter qu'il existe des puces à courant élevé, même celles avec une sortie de courant programmable (comme le DP83223).
À une efficacité maximale (impédance adaptée), la charge doit présenter l'équivalent de 100 Ohms à la fréquence de transmission.
Le système de transmission utilise un transformateur élévateur 1: 2,5
Maximiser le transfert de puissance:
À l'autre extrémité (la sortie de la prise réseau), le courant de crête maximal est de 6 mA (à partir de 15 mA / 2,5). Il est livré dans une charge idéale de 100 Ohms pour atteindre une puissance instantanée maximale de P = I ^ 2 R = 3,6 mW ou environ 2,5 mW, efficace (pas mal! Et 10 fois plus élevé que mon estimation d'origine).
Pour une sortie maximale de 15 mA, l'étage de sortie de l'émetteur ajoute environ 120 Ohms de résistance de source.
- En travaillant en arrière, vous avez 200 Ohms sur le côté distant du transformateur
- Le rapport de 2,5 tours entraîne une transformation d'impédance à un 32 Ohms apparent sur le côté primaire (de l'émetteur) du transformateur.
- C'est 480mV sur l'enroulement primaire.
- Le transformateur l'augmente de 2,5X à 1,2V sur le secondaire.
- La moitié de la tension est perdue à l'impédance du câble, ce qui entraîne un pic de 0,6 V à la charge idéale.
C'est P = V ^ 2 / R = 3,6 mW. Cela correspond à l'attente idéale, donc nous sommes bons.
Voici le problème dans la pratique:
Malheureusement, la fourniture d'électricité n'est pas l'histoire totale. Vous devez maintenant pouvoir l'utiliser.
Il est bipolaire, vous devez donc rectifier, dé-onduler et (éventuellement) augmenter (ou autrement convertir / réguler). Il n'y a tout simplement pas beaucoup de surcharge pour cela.
Vous travaillez avec 0,6 V et vous devez faire transiter deux diodes dans le redresseur à pont complet. Même en utilisant des types de diodes à faible chute vers l'avant, vous regardez toujours environ 0,3 V (par diode). Cela signifie que la tension disponible (et donc la puissance) à utiliser dans votre charge n'est pratiquement rien.
Architectures de redresseurs alternatifs
Il existe d'autres approches de la récolte en plus du pont de diodes, donc ce n'est pas impossible, mais il est très difficile de le faire.
Par exemple, vous pouvez utiliser un redresseur demi-onde (la plupart des étiquettes RFID que j'ai examinées le font) pour éliminer l'une des diodes (mais vous perdez la moitié de la forme d'onde).
Dans ce cas, vous obtenez
- 0,3 V, crête * 6 mA (idéal) = 1,8 mW (crête) = 1,27 mW (valeur efficace)
- Avec seulement la moitié du cycle généré, vous êtes à environ 640uW (micro-Watts)
- Ensuite, vous devez déclasser votre cycle de service de transmission (le pourcentage de temps pendant lequel vous maintenez l'émetteur actif)
... et c'est maximum. Si vous modifiez votre charge à partir d'exactement 6mA, vous obtiendrez une efficacité réduite et donc une puissance de sortie beaucoup moins importante que celle à laquelle vous vous attendriez autrement en raison du décalage d'impédance que cela introduit.
La conception de redresseurs de récolte est un domaine de recherche active et il existe des moyens plus efficaces d'utiliser une seule diode. Si vous êtes vraiment déterminé à poursuivre, répondez et je vais trouver des citations / idées pour vous.