Neues Power-over-Ethernet-Modul für Raspberry PI 3 B+ liefert jetzt 2,5 A

| Autor: Margit Kuther

PoE-HAT für Raspberry Pi 3 B+: links ein Ausschnitt der alten, rechts die neue, optimierte Variante.
PoE-HAT für Raspberry Pi 3 B+: links ein Ausschnitt der alten, rechts die neue, optimierte Variante. (Bild: Raspberrypi.org)

Raspberry Pi 3 B+ unterstützt als erstes Modell Power over Ethernet, kann also via Ethernet-Kabel mit Strom versorgt werden und booten. Doch das erforderliche erste Zusatzmodul PoE-HAT konnte nicht die spezifizierte Leistung liefern. Wir verraten, woran Sie das verbesserte erkennen.

Insbesondere für Embedded-, Kommunikations- und IoT-Projekte ist Raspberry Pi 3 B+ mit seiner Funktionalität Power over Ethernet (PoE) interessant. Denn bei PoE wird die Stromversorgung über die Ethernet-Schnittstelle abgewickelt. Anwender sparen sich so beim Raspberry Pi 3 B+ nicht nur die externe Stromversorgung, sondern können RPi dank PoE und PXE (Preboot Execution Environment) auch ohne SD-Karte nutzen. Allerdings benötigt Raspberry Pi 3 hierfür zwingend eine PoE-Zusatzplatine.

Obgleich bereits bei der Einführung des Raspberry Pi 3 B+ im März 2018 angekündigt, war das offizielle Zusatzmodul für Raspberry Pi 3 B+, das PoE-HAT (Hardware Attached on Top) der Raspberry Pi Foundation, bis dato kaum erhältlich. Der Grund lag in einem Problem des ersten PoE-HATs: Beim Betreiben bestimmter Raspberry-Pi-Geräte über das PoE-HAT war es nicht möglich, den vollen Nennstrom von den USB-Ports zu beziehen (weitere Details siehe im Abschnitt „Probleme mit dem ersten PoE-HAT“ weiter unten im Beitrag). Die Foundation bringt jetzt eine überarbeitete Variante des PoE-HATs auf den Markt, die etwa über Farnell zu beziehen ist.

Raspberry Pi und PoE-HAT

In Verbindung mit dem PoE-HAT lässt sich Raspberry Pi 3 B+ an 802.3af-konformen PoE-Einspeisungen (Injektor), -Switches oder -Routern betreiben. Denn der Standard IEEE 802.3af PoE ermöglicht es, bis zu 12,5 W Leistung über die verdrillten Paare in einem Ethernet-Kabel zu liefern, ohne die Datenübertragung zu beeinträchtigen. Das Raspberry-Pi-Board selbst stellt eine PoE-fähige Ethernet-Buchse und Schutzkomponenten für den Stromkreis zur Verfügung; die Elektronik zur Leistungsregulierung, die zu teuer und sperrig wäre, um sie auf dem Mainboard zu integrieren, befindet sich auf dem separaten PoE-HAT.

Das PoE-HAT macht aus 48 V, die bei Power over Ethernet (PoE) zusätzlich zu den Daten auf den Netzwerkkabeln anliegen, die vom Raspberry Pi benötigten 5 V. Der Raspberry Pi 3 Model B+ führt dazu über einen neuen vier PIN Header die benötigten Leitungen von der LAN-Buchse direkt für HATs heraus.

Übrigens, Raspberry Pi 3 B+ ist das einzige RPi-Modell, das sich für PoE eignet. Das jüngste Modell Raspberry Pi 3 A+, erschienen im November 2018 ist ungeeignet, da er über keinen LAN-Anschluss verfügt.

Die wichtigsten Eigenschaften des PoE-HATs

  • Power-over-Ethernet-802.3af-konform
  • Power-over-Ethernet-Boot (PXE-Boot)
  • Gerät der Klasse 2
  • Vollständig isoliertes Schaltnetzteil (SMPS)
  • 36 - 56 V Eingangsspannung
  • 5 V Ausgangsspannung
  • Stromversorgung von bis zu 2,5 A
  • Lüftersteuerung
  • Plug-and-Play-Kompatibilität mit Raspberry Pi 3B+

Lesertipp: Weiteres Zubehör zum Raspberry Pi finden Sie im Beitrag: Das beliebteste Raspberry-Pi-Zubehör für Entwickler.

Probleme mit dem ersten PoE-HAT

Beim Betreiben bestimmter Raspberry-Pi-Geräte über die ersten PoE-HATs war es nicht möglich, den vollen Nennstrom von den USB-Ports zu beziehen. Denn, so die Raspberry Pi Foundation, „unser 5-V-USB-Ausgang, bezeichnet als VBUS, wird über einen Strombegrenzungs-Switch gespeist. Dieser wurde entwickelt, um das System zu schützen, indem er Kurzschluss-, Überstrom- oder Rückspannungsereignisse erkennt und als Reaktion darauf die USB-Ports trennt. Unser Strombegrenzungsschalter ist auf eine Grenze von etwas mehr als 1 A eingestellt.

Trotz der Fähigkeit des PoE-HATs bis zu 2,5 A zu liefern, deuteten die Experimente, die wir als Reaktion auf die Berichte durchführten, darauf hin, dass bei der Verwendung zur Versorgung einiger Boards die USB-Versorgung bei einem viel niedrigeren Strom ausfallen würde. Mäuse und Tastaturen funktionierten gut, aber Geräte mit höherem Strombedarf wie drahtlose Dongles und Festplatten würden ausfallen. Deshalb nahmen wir das PoE-HAT vom Markt.“ (Leser, die sich für die Fehlerdetails interessieren, finden diese auf der Seite der Raspberry Pi Foundation.

Glücklicherweise, so die Foundation weiter, „erwies sich dieser Fehler als leicht zu beheben. Wir haben einen L-C-Filter entwickelt, um den Ausgangsstrom aus dem HAT weiter zu glätten. Der Filter besteht aus einer kleinen zusätzlichen Eingangs- und Ausgangskapazität und einer 4,7-µH-Induktivität (die so gewählt wurde, dass sie einen geeigneten Nennstrom und Gleichstromwiderstand aufweist) sowie einem 330-mΩ-Widerstand parallel zur Dämpfung.

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