Você está descrevendo o uso de um conceito chamado "Coleta de energia", mas está tentando usar os pares de dados da porta Ethernet como fonte de energia.
Atualização: Bem, vamos qualificar isso um pouco ...
Embora extremamente interessante (fiz meus mestres trabalharem nessa área), o que você está descrevendo simplesmente não funcionará bem na prática por vários motivos:
Todas as versões de Ethernet sobre cabo de par trançado especificam transmissão de dados diferencial sobre cada par com acoplamento de transformador. Isso significa que não há caminho de energia DC. Você tem corrente se movendo nas duas direções através de um transformador de isolamento. Você precisará de circuitos para convertê-lo e condicioná-lo. Muita energia que você adquirirá será mais do que consumida na energia inativa de seus circuitos de conversão e condicionamento. Restará muito pouco, se é que existe alguma coisa, para a carga.
A linha está ativa apenas quando os dados estão sendo enviados a você (ou transmitidos). A menos que você esteja criando um ambiente estruturado no qual controla a rede, os dados (energia em seu esquema) não serão confiáveis.
Se você pode controlar a rede, basta instalar uma fonte de alimentação Power-Over-Ethernet entre o comutador de rede e o dispositivo. Uma fonte de energia PoE adiciona energia CC (-48V) aos pares de cobre não utilizados no cabo da categoria 5 (10bT, 100bTx). Agora, ele pode até funcionar com Gigabit Ethernet, montando dados na parte superior do par de energia (para servir a propósitos duplos). É simples assim. Por que se preocupar com a colheita?
Experiência de Design
Aqui está um chip de interface Ethernet comum ( CP2200 ) da Silicon Labs.
Aqui está uma abstração:
A impedância característica do sistema de cabos é de cerca de 100 Ohms (é por isso que você vê o resistor de terminação de 100 Ohm na figura do Silicon Labs).
A corrente de saída de transmissão de pico nominal do CP2200 é 15mA (página 9). Deve-se notar que existem chips de alta corrente disponíveis, mesmo aqueles com saída de corrente programável (como DP83223).
No pico de eficiência (impedância correspondente), a carga deve apresentar o equivalente a 100 Ohms na frequência de transmissão.
O sistema de transmissão usa um transformador de 1: 2,5
Maximizando a transferência de energia:
Na outra extremidade (a saída da tomada de rede), a corrente máxima de pico é de 6mA (de 15mA / 2,5). Ele é entregue em uma carga ideal de 100 Ohms para atingir uma potência instantânea máxima de P = I ^ 2 R = 3,6mW ou cerca de 2,5mW, rms (nada mal! E 10x acima da minha estimativa original).
Para uma saída máxima de 15 mA, o estágio de saída do transmissor adiciona cerca de 120 Ohms na resistência da fonte.
- Trabalhando para trás, você tem 200 Ohms no lado remoto do transformador
- A relação de 2,5 voltas resulta em uma transformação de impedância em 32 Ohms aparentes no lado primário (do transmissor) do transformador.
- Isso é 480mV no enrolamento primário.
- O transformador aumenta de 2,5X para 1,2V no secundário.
- Metade da tensão é perdida na impedância do cabo, resultando em um pico de 0,6V para a carga ideal.
Isso é P = V ^ 2 / R = 3,6mW. Combina com a expectativa ideal, por isso estamos bem.
Aqui está o problema na prática:
Infelizmente, a entrega de energia não é a história total. Agora você precisa poder usá-lo.
É bipolar, então você precisa retificar, desacoplar e (possivelmente) intensificar (ou converter / regular). Simplesmente não há muita sobrecarga de tensão para isso.
Você está trabalhando com 0,6V e precisa transportar dois diodos no retificador de ponte completa. Mesmo usando tipos de diodo de baixa queda direta, você ainda está olhando em torno de 0,3V (por diodo). Isso significa que a tensão disponível (e, portanto, energia) para você usar em sua carga é basicamente nada.
Arquiteturas de retificador alternativas
Existem outras abordagens para a colheita além da ponte de diodos, por isso não é impossível, mas é altamente impraticável fazer isso.
Por exemplo, você pode usar um retificador de meia onda (a maioria das etiquetas RFID que eu vi fazer isso) para eliminar um dos diodos (mas você perde metade da forma de onda).
Nesse caso, você obtém
- 0,3V, pico * 6mA (ideal) = 1,8mW (pico) = 1,27mW (rms)
- Com apenas metade do ciclo gerando, você reduz para 640uW (micro-Watts)
- Então você deve reduzir o seu ciclo de trabalho de transmissão (a porcentagem de tempo em que você mantém o transmissor ativo)
... e isso é o máximo. Se você mudar sua carga de exatamente 6mA, obterá uma eficiência reduzida e, portanto, muito menos potência que você esperaria devido à incompatibilidade de impedância que isso introduz.
A coleta do projeto do retificador é uma área de pesquisa ativa e existem maneiras mais eficientes de usar um único diodo. Se você realmente está comprometido com isso, responda e eu irei encontrar algumas citações / idéias para você.