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PoE(Power over Ethernet) 입문

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2003년 6월 PoE(Power over Ethernet)용 IEEE 표준의 공개로 인터넷 프로토콜(IP) 디바이스가 수혜를 입게 되었다. 약 13W의 전력과 특정 용도의 디바이스에 필요한 데이터를 통합시킴으로써, 진입 장벽이 낮아져 비용 면에서 실현 불가능했던 것이 가능하게 되었다. IP 카메라, 무선 액세스 포인트 또는 IP 폰과 같은 디바이스를 위한 인프라 설치가 펀치 블록(punch block)에 선을 연결하는 것처럼 간단해졌다. 이 글은 POE의 기초를 쉽고 간결하게 다루고자 한다.
글_ 마이클 맥코맥, Business Development Manager – PoE, 텍사스 인스트루먼트
PoE 하드웨어는 이더넷 링크(Ethernet link)에 전력을 공급하는 장비와 그 전력을 이용하는 디바이스의 두 가지 영역으로 구분된다. PSE(Power sourcing equipment)는 링크에 전력을 공급하는 장비의 명칭이다. PD(Powered device)는 이더넷 링크에 제공되는 전력을 이용하는 디바이스를 일컫는 단순한 명칭이다. PSE와 PD는 상징적으로는 연결되어 있지만, 별개로 보는 것이 타당하다.
얼핏 보면 PoE는 매우 단순한 기술로 보인다. 일반 전화는 백 년이 넘는 시간동안 동일한 배선으로 전력과 데이터를 공급해 왔다. 하지만, 누군가 전력을 가할 생각을 하기 전에 이미 이더넷을 이용한 거대한 설치 기반이 존재하고 있었다. 만약 기존의 이더넷 선에 전력을 가했다면, 배치된 모든 장비들이 손상되거나 파손되었을 것이다. 이러한 위험을 방지하기 위해, 표준을 만든 TF 팀은 전력을 받을 수 있는 디바이스를 검출하는 절차를 개발하였다.
그 검출 과정은 링크에 전력이 가해지기 전에 PSE에 의해 이루어진다. PSE는 적어도 두 저전압 및 저전류 레벨을 이용하여 링크를 검사하고, 25KΩ 저항 슬로프인 PD 고유 신호를 찾는다. 이 신호는 2.8V~10V이어야 하며, 5mA 이상의 전류가 공급되면 안된다. 표준에서는 단 두 테스트 프로브만이 요구되지만, 특정 조건에서는 무효 신호가 유효한 것으로 나타날 수도 있다. 현재 가장 바람직한 방식은 표준이 허용하고 있는 세 개 또는 네 개의 별도 프로브 신호를 이용하는 것이다.
PSE가 PD를 성공적으로 검출하면, 링크에 전력을 공급하게 된다. PSE가 링크에 전력을 공급할 경우, 400ms 내에 전력 공급이 이루어져야 하며, 그렇지 않을 경우 다시 검출 과정을 반복해야 한다. 일단 링크에 전력이 공급되고 나면, PSE는 링크에 과전류 현상이 없는 지, PD가 여전히 전력을 필요로 하는 지를 감시해야 한다. 과전류는 케이블이나 PD의 오류를 거의 정확히 감지한다. 그렇지만 사용자가 PD에 별도의 전원공급 디바이스를 부착하였거나 링크로부터 PD를 분리하였기 때문에 PD가 더 이상 전력을 필요로 하지 않을 수 있다. PoE는 PD의 “분리”와 “전력 불필요” 상황의 차이점을 구분하지 못한다. 그렇다 하더라도, 그 결과는 동일하며 전력은 PSE로 인해 포트로부터 제거된다.
PD에 대한 전력 공급을 검출하는 것 외에도, PSE는 ‘분류(classification)’ 과정을 통해 PD가 필요로 하는 전력량을 파악하기 위한 신호를 PD에 보낼 수 있다. 필수 사양은 아니지만, 대부분의 PD는 그 전력을 1/4, 1/2 또는 전체 전력 디바이스로 대략의 유용한 분류 정보를 제공한다. PSE는 이 정보를 이용하여 그 전원 공급을 효율적으로 할당한다.
케이블의 PD 측에서도 상황은 거의 동일하다. PD가 2.7V~10.1V 범위의 입력 전압을 검출할 때, 25KΩ에 해당하는 부하를 연결해야 한다. PD 입력이 14.5V~20.5V일 경우, PD는 일정한 전류 부하를 연결할 수 있으며, 이는 PD가 소비할 전력량을 나타낸다. 전류 부하를 통하여 이 분류 정보를 보고하는 것은 선택사항임을 유의하자. 그러나 현재 출시되어 있는 모든 통합 PD IC는 이 기능을 지원하고 있으며, 이는 보고에 유용한 정보이다. 일단 입력 포트 전압이 36V~42V에 이르면, PD 전원 공급이 켜지게 된다. 입력이 36V~30V로 떨어지게 되면 PD 전원 공급이 꺼지게 된다. PSE와는 달리, PD는 상태의 순서를 따르지 않아도 된다. PD는 전적으로 전압으로 구동되는 기능이다.
실제 애플리케이션과 이를 설계하는 엔지니어들은 서지(surge) 방지, 잡음 내성(noise immunity) 및 복사 스펙트럼(radiated spectrum)과 같은 문제에 유의해야 한다.
IEEE 사양에는 일부 격리 요구사항이 포함되어 있지만, 이를 최종 장비가 의도하는 시장의 안전 요구사항과 혼동하지 않아야 한다. 이러한 요구사항들은 IEEE PoE 사양의 적용범위를 크게 벗어나며 여타 규제 및 요구사항에 맞춰져 있다. 한가지 주목할 만한 예외는 IEEE 사양에서는 PSE가 제한 전원(Limited Power Source)에 대한 IEC 60950의 요구사항을 충족해야 한다는 점이다.
현재 출시되어 있는 집적회로를 이용하면, 하드웨어 설계자들은 여기 설명되어 있는 모든 세부적인 IEEE 사양으로부터 자유로워질 수 있다. 이 글은 설계자들이 새로운 애플리케이션의 구현에 필요한 PoE 기술을 보다 쉽게 받아들일 수 있도록 하는 충분한 정보를 제공하고 있다.
저자 소개
마이클 맥코맥(Michael McCormack)은 TI의 PoE 제품 비즈니스 개발 총괄 책임자이다. 마이클은 제품 관련 업무 외에도 IEEE 표준 802.3af 초안의 편집자였으며, 현재 IEEE PoE 표준을 개정하는 P802.3at TF 팀에서 활약하고 있다.
참고 문헌
• IEEE PoE 표준 사양 참고: http://standards.ieee.org/getieee802/802.3.html
• PoE 솔루션에 관한 추가 정보: www.ti.com/poe

TI, 13W 이하 설계의 최적화를 위한 PoE 컨트롤러 출시
TI는 IEEE 802.3af 규격 애플리케이션의 요구사항을 충족시키기 위해 맞춤 설계된 온보드 DC/DC 컨버터를 갖춘 13W PoE Powered Device(이하 PD) 컨트롤러 TPS23753을 출시했다. 이를 통해 TI는 PoE 제품군 라인을 더욱 확장하게 되었다. 이번에 출시된 고집적 디바이스를 통해 IP 폰, IP 보안 카메라, 무선 액세스 포인트, 보안 카드 리더기, RFID 스캐너 등 다양한 PoE 애플리케이션의 시스템 설계와 소형화가 용이하다.
TPS23753은 플라이백 토폴로지를 포함한 절연형(isolated) DC/DC 스위칭 토폴로지에 최적화되어 있다. TPS23753은 PoE를 사용할 수 없는 경우에도, 광범위한 로컬 전원공급장치로 동작이 가능하다. 12V~57V의 범위에서 동작하며, 또한 12V의 로컬 전원 공급장치가 9.5V로 강하되는 것까지 고려하여 동작하게 되어있다. 이는 80%의 듀티(duty) 사이클과 전류 슬로프 보상에 의해 12V 어댑터에 대한 출력 정류기(rectifier) 스트레스를 감소시킴으로써 DC/DC가 이 범위 내에서의 동작을 가능하게 한다.
로컬 전원 공급장치 설계를 용이하게 하기 위해, TPS23753은 PoE와 로컬 전원이 모두 사용 가능할 때 설계자가 사용할 전원을 선택할 수 있도록 어댑터 우선순위 프로그래밍 기능을 갖추고 있다. 이 기능으로 외부 부품을 사용하지 않게 됨으로써 설계가 용이해지고 시스템 크기도 감소된다.
TPS23753은 PoE PD 컨트롤러 및 PSE(Power Sourcing Equipment) 솔루션 부문의 TI의 광범위한 포트폴리오 상에서 구축되었다. 설계자들은 기존에 출시된 TPS23750과 더불어, TPS23753을 사용하여 TI가 공급하는 가장 최적화된 PD 프론트 엔드에 통합형 DC/DC 컨버터를 추가할 수 있다. TPS23750은 비절연형, 벅(buck)을 포함해 추가적인 DC/DC 토폴로지를 원하는 설계자들을 위한 최적의 선택이다(www.ti.com/tps23750-pr 참조). 고전력 PoE 애플리케이션의 경우, TPS2376-H는 이더넷으로 전원을 공급받는 디바이스 중에서 표준 이더넷 케이블을 통해 두 배의 전력을 가져올 수 있는 업계 최초의 26W PoE PD 컨트롤러이다.
아이씨엔 매거진 2008년 09월호

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힐셔, 산업용사물인터넷 지원 netIOT 활용방안 제시

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힐셔 netIOT

산업용 통신 솔루션 선두업체인 힐셔(Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH)는 11월 2일(금), 인터컨티넨탈 서울 코엑스에서 기자 간담회를 개최하여 힐셔의 혁신적인 netIOT 전략 및 netIOT 인터페이스의 다양한 솔루션을 활용한 IoT 기술 활성화 방안에 대해 소개하는 자리를 가졌다.

힐셔 netIOT

netIOT

힐셔 프로덕트 매니저인 크리스토프 훙어(Christof Hunger)는 “IoT 시장이 성장함에 따라 설비 제조업체들은 필드 디바이스의 정보를 기반으로 예방적 유지보수, 상태 모니터링과 같은 새로운 클라우드 기반의 부가가치 서비스를 구현하고자 한다”며 “힐셔는 디바이스 제조업체들이 힐셔의 netIOT 인터페이스 솔루션을 이용해서 산업용 이더넷, 트랜스페어런트 이더넷(Transparent Ethernet)과 함께 OPC UA 서버 및 MQTT 클라이언트 기능을 쉽게 추가할 수 있도록 더욱 집중하였고, 힐셔 솔루션을 통해 고객들이 스마트 팩토리를 구축하는데 도움이 되길 바란다.” 라고 말했다.

인더스트리 4.0과 IIoT는 4차 산업혁명으로 센서에서 클라우드까지 지속적인 통신을 요구한다. 힐셔는 이를 산업용 클라우드 통신이라 칭하고 고객들이 Industry 4.0, 스마트팩토리 및 IoT를 구현하도록 돕기 위해서 힐셔 netIOT 제품군이라는 솔루션을 구축하고, 지속적으로 프로모션을 진행하고 있다. netIOT는 netIOT 서비스(Service), netIOT 엣지(Edge), netIOT 인터페이스(Interface)와 같이 총 3개의 영역으로 구분된다. 특히 netIOT 인터페이스는 IoT 기능을 갖는 netX기반의 통신제품으로 netIC IOT와 같은 모듈형 제품을 생산 및 공급하고 있다.

힐셔 넷프록시

netPROXY

 

netIC IOT는 필드 디바이스용 지능형 멀티 프로토콜 모듈로 하나의 하드웨어만으로 모든 Real-Time Ethernet 슬레이브 프로토콜을 지원한다. OEM 고객들은 엔지니어링 툴을 이용하여 고객 어플리케이션 소프트웨어에서 한번만 개발하면 되는 고객 디바이스용 프로토콜 독립형 객체 모델을 생성한다. 네트워크 프로토콜 변경은 툴 내에서 ‘Build Process’를 통해 전적으로 진행되기 때문에 어플리케이션에 필요한 네트워크 별 조정이 없으며 OEM은 정확히 하나의 하드웨어와 소프트웨어 설계로 진정한 멀티 프로토콜 디바이스를 구현할 수 있다.

힐셔코리아 원일민 지사장은 “스마트 팩토리의 구축에 있어 가장 중요한 포인트는 IT영역과 OT영역의 연결에 있다”고 언급하며, “힐셔는 netIOT를 통해 시스템 설치시 발생할 수 있는 리스크를 최소화시킬 수 있게 하고자 한다. 기존OT영역의 사용자들이 IT영역으로 데이터를 전송하거나 클라우드에 연결함에 있어서 사용자의 실수나 의도치 않은 수고를 덜어줄 수 있는 제품과 서비스를 지원하고 있어 시스템 설계나 설치시 발생할 수 있는 오류나 리스크를 최소화 시켜준다”고 덧붙혔다.

힐셔 netIOT 제품에 대한 자세한 설명은 홈페이지 https://www.hilscher.com/products/product-groups/industrial-internet-industry-40/ 에서 확인할 수 있다.

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[포토] PTC, 3D CAD에 증강현실 접목해 디지털 트윈 현실화

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'2018 코리아 CAD 서밋'에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다.

'2018 코리아 CAD 서밋'에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다.

(사진. PTC 코리아)


PTC코리아가 10월 18일 개최한 ‘2018 코리아 CAD 서밋’에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다. PTC의 3D CAD 소프트웨어 크레오(Creo®) 5.0은 디지털 트윈 솔루션을 현실화한 세계 최초이자 유일한 기술로 제품의 면면에 증강현실을 적용하여 물리적 세계와 디지털 세계를 연결한다. (사진. PTC 코리아)

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2016 스마트테크쇼, 6월 8~10일 코엑스서 개최

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인공지능 시대를 전망하고 사람을 위한 스마트 기술을 소개하는 ‘2016 스마트테크쇼(Smart Tech Show 2016)’가 6월 8일부터 10일까지 코엑스에서 개최된다. 

본 행사는 ‘Smart Tech for Human’라는 슬로건 아래, ▲드론/로봇 ▲가상/증강현실 ▲에듀테크 ▲스마트 모빌리티 ▲리테일테크 ▲3D프린팅 등 주요 이슈를 선정하여 국내 대표 스마트 기술 컨퍼런스 및 전시회를 개최하며, 관련 산업 간의 시너지를 창출할 수 있는 비즈니스의 장을 마련한다. KT, LG전자, ADT 시큐리티, 프로차일드, 한국과학기술원, 경북대학교 산학협력단 등 각 분야별 주요 기업·기관 125개사 400부스 규모로 이루어질 예정이다. 

유통과 IT산업의 융합을 위한 자리로 스마트 기기 체험과 첨단 리테일 솔루션을 접목한 리테일&테크 특별관이 구성되어 IT/유통산업 관계자를 대상으로 앞으로의 IT 리테일샵이 나아갈 방향을 제시한다. 더불어 한국마이크로소프트와 SGA임베디드 주최로 ‘스마트 리테일에 최적화된 MS IoT 솔루션 세미나’를 개최하여 리테일에 스마트한 혁신을 가져올 솔루션을 소개하는 자리를 마련한다. 

◇인공지능 시대, 일자리 전망 콘퍼런스 개최 

본 전시회와 더불어 ‘인공지능 시대의 일자리 창출과 직업능력 개발’을 주제로 분야별 전문가를 초빙하는 전문 콘퍼런스가 6월 8일과 9일 이틀간 열린다. 

첫째 날은 IBM 김연주 상무와 국내 대표 뇌공학자인 카이스트 정재승 교수의 기조강연과 핀란드 미래학자 마르쿠 윌레니우스(Markku wilenius) 교수의 특별강연을 시작으로 스마트기술의 산업과 일자리에 대해 블록체인OS 박창기 대표와 한국직업능력개발원 김영생 박사의 강연이 이어질 예정이다. 

둘째 날은 ‘새로운 일자리 창출 엔진으로서의 VR 그리고 교육훈련 플랫폼으로서의 가능성’에 대한 한국VR산업협회 현대원 회장의 발표와 ‘에듀테크가 가져올 교육의 혁명적 변화를 주제’로 휴넷 조영탁 대표의 기조연설 후에 스타트업 케이스 스터디를 통해 스마트시대에서 일하기 위한 우리의 성공 전략을 짚어볼 예정이다. 

◇드론에 스마트 기술의 미래를 담다 

드론 관련 신기술 촉진과 국내 드론산업 활성화를 목적으로 6월 대규모 드론 이벤트가 열린다. 드론톤은 우수한 엔지니어와 창의적인 메이커들이 드론 관련 기술을 뽐내는 자리로, 4인 1조로 팀을 꾸려 드론을 직접 제작하고 완성된 기체로 드론 게임을 진행하여 완성도와 비행능력을 종합하여 우승자를 가리게 된다. 

드론 조작에 능숙한 유저라면 도전해 볼 만한 대회도 있다. 다양한 장애물 통과 미션을 통해 드론 실력자를 가리는 ‘드론챌린지’가 9일 개최된다. 우승자에게는 최신 스마트 모빌리티가 수여되며, 참가를 원하는 이는 한국FPV협회 홈페이지를 통해 신청 가능하다. 

그밖에 스마트카, O2O, 핀테크 등 분야별로 이루어지는 테크니컬 세미나와 국내 대표 엑셀러레이터간 의 공동 데모데이를 통해 참가기업과 바이어 간의 비즈니스 기회를 마련한다. 

본 행사는 홈페이지에서 온라인 사전등록 시 무료로 관람할 수 있다.

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