PoE Power over Ethernet für Raspberry Pi und andere 5V Verbraucher

In letzter Zeit haben mich häufiger Fragen zu Power over Ethernet (PoE) im Zusammenhang mit einem Raspberry Pi erreicht. Um hier etwas Licht ins Dunkle zu bringen, habe ich mich dazu entschlossen, einen kleinen Artikel zu diesem Thema zu erstellen. PoE wird schon seit längerer Zeit im gewerblichen Umfeld genutzt um z.B. IP-Telefone oder Router mit Energie zu versorgen. Der große Vorteil dabei ist, dass nur ein Kabel für Daten und Energie genutzt werden kann. So können auch schwer zugängliche Orte mit Strom und Daten versorgt werden. Dabei kann dann auf bereits vorhandene Infrastruktur (CAT-Kabel) zurück gegriffen werden. Dieser Vorteil kann natürlich auch Zuhause genutzt werden. Die Hardware – PoE Injektoren oder Switche, die PoE fähig sind, sind mittlerweile sehr erschwinglich geworden, sodass diese Technik auch im Consumerumfeld genutzt werden kann.

Wie funktioniert diese Technik

Es gibt aktuell 3 Standards für PoE IEEE 802.2af hier können 12,95 Watt genutzt werden, beim IEEE 802.3at können schon 21,9 Watt genutzt werden und beim neusten Standard IEEE802.3bt sind es 70 bis 100 Watt je nach verbauter Leitung. Da die Twisted-Pair Adern nicht für höhe Strome ausgelegt sind, wurde bei PoE ein höheres Spannungslevel gewählt, damit die nötige Energie trotzdem übertragen werden kann. Hier ist man bewusst im Bereich der Schutzkleinspannung geblieben. Die Spannung liegt im Mittel bei ca. 48V.

Mit den verfügbaren 12 Watt arbeiten auch die meisten Webcams, IP Telefone und Router. Pro Kabel kann immer nur ein Verbraucher versorgt werden. Es muss somit jeder Verbraucher sternförmig an ein PoE-fähiges Switch angeschlossen werden. Sollte dies nicht möglich sein, gibt es auch aktive Injektoren, die dafür sorgen, dass hinter einen Switch ohne PoE die Energie eingespeist wird.

Die Injektoren können auch unabhängig für einzelne Verbraucher verbaut werden. Sollte es nur wenige Verbraucher in einem Netzwerk geben, die über PoE angebunden werden sollen, kann diese Lösung günstiger sein als direkt ein PoE fähiges Switch zu kaufen.

Wie kann ich einen Raspberry Pi mit 5V versorgen?

Wir haben gerade gelernt, dass PoE im Standard mit 48V Spannung arbeitet. Doch wie ist das mit Geräten zu vereinbaren, die nur eine 5V Spannungsversorgung benötigen? Hierfür gibt es zwei Möglichkeiten. Da der Raspberry von Haus aus nicht für PoE geeignet ist, wird ein zusätzliches Modul benötigt, welches aus 48V, 5V und den Netzwerk-Datenstrom bereitstellt.

Hier kann z.B. dieses Gerät verwendet werden. Das PoE Kabel wird in das Modul gesteckt. Dort wird dann die Spannung von 48V in 5V gewandelt und über die GPIO-Pins in den Raspberry gespeist. Das Netzwerksignal erhalt der Pi dann über die zweite Ethernet-Schnittstelle, die ebenfalls auf dem Modul verbaut ist. Mit diesem Zusatzmodul kann der Raspberry Pi ohne Probleme in ein bestehendes PoE-Netzwerk integriert werden.

Eine andere, etwas günstigere Möglichkeit ist es, einen PoE Converter zu verwenden, der aus der 48V PoE Spannung 5V wandelt. Diese können dann direkt über einen microUSB Stecker zur Versorgung von 5V Verbraucher wie z.B. einen Tinkerboard, einem Raspberry Pi oder anderen mini-Computer verwendet werden.

Der Converter bekommt über den Netzwerkanschluss Daten und die 48V Spannungsversorgung (nach IEEE 802.3af Standard). Im Gehäuse wir die Spannung von 48V auf 5V gewandelt und der Datenstrom wird separiert. Auf der Ausgangsseite werden dann die 5V über einen microUSB Stecker bereitgestellt. Das Datensignal kann wie gewohnt über den RJ45 Stecker zum Pi geführt werden.

Es stehen 2,4A bei 5V zur Verfügung. Dadurch können auch leistungshungrigere Geräte damit versorgt werden. Dieses Gerät setzt natürlich einen PoE Switch vorraus, der die 48V zur Verfügung stellt. Es kann wie oben schon beschrieben, immer nur ein Verbraucher pro Port angeschlossen werden.

Wenn Ihr bereits eine vorhandene PoE Infrastruktur habt, dann ist dies eine sehr günstige Möglichkeit 5V Verbraucher zu speisen.