PoE + USB + Flyback (HLK-PM03 Derivat) – Masseführung / EMV-Frage, wer hat sowas schon mal gemessen?

[M. M. (blackcow)]

Hallo Leute,

ich hab hier grad ein kleines Projekt am laufen, das über Power over 
Ethernet (802.3af) versorgt wird, und auf der Sekundärseite hängt ein 
chinesischer Flyback-Klon von HLK-PM03, also so ein typischer 
vergossener DC/DC-Wandler, bei mir mit 48 V → 5 V/1 A (laut Datenblatt).

Dahinter hängt ein kleiner MCU-Controller (CH32V203), bisschen 
Peripherie, ein USB-Interface zum PC, paar LEDs, und ein Analogteil für 
Strommessung. Das ganze soll irgendwann in ein Gehäuse rein und 
vielleicht CE-getestet werden, aber das ist Zukunftsmusik.

Jetzt zum eigentlichen Punkt, ich bin mir grad nicht sicher, wie ich die 
Masseführung auf der Sekundärseite am besten mache.
Ich hab drei Varianten probiert:

Sternförmig: alle Masseleitungen (MCU, USB, Analogteil) sternförmig von 
einem Punkt hinterm DC/DC-Elko weg.

Durchgeschleift: einfach eine breite Kupferschiene GND unter allem, und 
an jeder Station ein 100nF + 10µF.

Mit Ferrit-Trennung: GND_USB getrennt über 120 Ω@100 MHz Ferrit, und 1nF 
rüber auf GND_MAIN.

Das Problem: Wenn ich das Oszi an D+ / D− halte (natürlich mit 
Schleifenleitung kurz), sehe ich Gleichtaktanteile mit etwa 200 mVpp bei 
250 kHz, also genau die Schaltfrequenz vom Flyback.
Datenübertragung läuft zwar, aber ab und zu spinnt der PC beim 
Verbinden, oder meldet „Unbekanntes Gerät“, wenn gleichzeitig meine 
LED-PWM läuft (~20 kHz, 200 mA).

Ich weiß dass das jetzt wieder Diskussionen gibt („Masse ist Masse“ vs. 
„Masseführung ist alles“ usw.), aber ich frag ganz konkret:
Hat jemand praktisch gemessen, ob sternförmig was bringt bei galvanisch 
getrennten PoE-Systemen mit USB-Ausgang?

Weil theoretisch dürfte das ja keinen Unterschied machen, solange die 
Rückströme im selben Bereich fließen, aber in der Praxis scheint es doch 
einen zu geben.
Das Gehäuse ist übrigens Aluminium, noch nicht geerdet (PE liegt aktuell 
nur auf RJ45-Shield über 1nF).

Messwerte (grob):
-Ripple auf 5 V: 40 mVpp
-Ripple an CH32-VDD: 25 mVpp
-Ripple auf USB-5V: 35 mVpp
-Common-Mode-Anteil auf D+/D−: 150 … 200 mVpp
-USB-Leitungslänge: 40 cm
-RJ45-Kabel: 10 m Cat5e

Ich überlege auch, vor den USB-Datenleitungen noch einen CM-Choke (WE 
744232471) reinzusetzen, aber ich hab keine Lust, da unnötig Geld 
reinzuwerfen, wenn’s nur am Layout liegt.

Hat da jemand Erfahrungswerte, ob sternförmige Masse bei USB + PoE 
Kombination was bringt, oder ist das alles Esoterik?
Vielleicht hat ja auch jemand Fotos von funktionierenden Layouts mit 
ähnlicher Kombi.

[M. M. (blackcow)]

+48V (PoE)
         |
        [EMV-Filter]
         |
       +--+--------------------+
       |                      |
     [HLK-Flyback]         RJ45 Shield
       |                      |
      +5V                    1nF
       |                      |
       +--------+-------------+
       |        |             |
   +---+--+   +--+---+    +---+----+
   | MCU  |   | USB  |    | Analog |
   |CH32V |   |Port  |    |Stuff   |
   +---+--+   +--+---+    +---+----+
       |        |             |
      GND_MCU  GND_USB       GND_ANA
       |        |             |
       +---[Ferrit]---+-------+
                      |
                   GND_MAIN

[Mod: pre-Tags eingefügt]

[Gerd E. (robberknight)]

M. M. schrieb:
> das über Power over
> Ethernet (802.3af) versorgt wird, und auf der Sekundärseite hängt ein
> chinesischer Flyback-Klon von HLK-PM03, also so ein typischer
> vergossener DC/DC-Wandler, bei mir mit 48 V → 5 V/1 A (laut Datenblatt).

Da werd ich jetzt noch nicht so ganz schlau daraus. Wie ist das PoE 
genau implementiert? Dein Flyback-Klon kann doch höchstwahrscheinlich 
kein PoE aushandeln.

Normalerweise brauchst Du einen Controller der das PoE aushandelt. Eine 
gängige Variante dafür ist ein Modul was sowohl das Aushandeln als auch 
die Spannungswandlung (bei Dir z.B. auf 5V) übernimmt. Silvertel wäre 
z.B. ein gängiger Hersteller solcher Module.

Oder willst Du Pfusch-PoE machen ohne Controller und Aushandlung nach 
802.3af oder 802.3at? Dann brauchst Du Dir aber auch über Messwerte, EMV 
etc. keine Gedanken zu machen weil Du Dich ja sowieso nicht an Standards 
hälst und die Zuverlässigkeit egal ist.

[M. M. (blackcow)]

Okay, danke erstmal.

Also ja, das PoE ist bei mir jetzt nicht „voll normgerecht“, ich leg 
einfach 48 V über die freien Adernpaare (also Mode B glaub ich?).
Kein extra PD-Controller drin, der HLK-Klotz nimmt die 48 V direkt und 
macht halt seine 5 V draus. Getrennt ist’s galvanisch, also kein 
komplett wilder Pfusch.

Mir ging’s weniger um das ganze Aushandeln nach 802.3, sondern eher 
darum, ob diese Gleichtakt-Geschichten auf der Sekundärseite eher vom 
Wandler kommen oder vom Rest drumrum (USB, LED-PWM, usw.).
Der Plan ist schon, später mal ein richtiges PoE-Modul (z. B. Silvertel 
oder so) zu nehmen – aber jetzt wollte ich erstmal gucken, wie’s sich 
verhält, wenn man’s einfach mal „so“ probiert.

Ich weiß, dass das nicht ganz nach Vorschrift ist, aber es läuft ja 
stabil und nix raucht ab, also für Testzwecke dachte ich passt das.

[Gerd E. (robberknight)]

M. M. schrieb:
> Ich weiß, dass das nicht ganz nach Vorschrift ist, aber es läuft ja
> stabil und nix raucht ab, also für Testzwecke dachte ich passt das.

Ja, das meinte ich. Für Testzwecke von einem Einzelstück bei Dir mag das 
laufen. Aber dann musst Du Dir auch um EMV etc. keine großen Gedanken 
machen.

Problematisch bei Pfusch-PoE ist immer das Einstecken bei leeren 
Kondensatoren im Gerät. Nimm also 90m Verlegeleitung + 2x 5m Patchkabel, 
so wie es für Ethernet maximal vorgesehen ist. Dann steck das 
Ethernet-Kabel 100 mal langsam ein, so dass es an den Kontakten in der 
Buchse zu prellen kommt. Dann wieder ausstecken und warten bis die 
Kondensatoren leer sind. Durch das Prellen entsteht Überspannung und die 
können viele von den Pfusch-Lösungen nicht sauber ab.

Auch unter Volllast das Ethernetkabel langsam (=mit Prellen) ausstecken 
kann zu Problemen führen.