So optimieren Sie das Transformatordesign für die PoE-Stromversorgung

So optimieren Sie das Transformatordesign für die PoE-Stromversorgung

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Power over Ethernet - Die Stromversorgungstechnologie bezieht sich auf eine Möglichkeit für PSE (Power Souring Equipment), Strom über Netzwerkkabel an PD (Power Device) zu übertragen. Typische Anwendungen nehmen beispielsweise einen PSE-Switch als Kern, verbinden zahlreiche PD-Geräte wie Access Point, IP-Telefon und IP-Kamera über Netzwerkkabel, und PSE vervollständigt die Signal- und Leistungsübertragung an PD.

Die PoE-Stromversorgung hat folgende Vorteile:

• Einfache Installation und Erweiterung: Signal und Strom werden über Netzwerkkabel übertragen, und es ist keine Stromschnittstelle um das PD-Gerät herum erforderlich

• Remote-Management: EIN PSE-Gerät versorgt mehrere PD-Geräte für Remote-Power-Management mit Strom

• Niedrige Kosten: Die Signalleitung und die Stromleitung sind in einem integriert, wobei ein Stromkabel weggelassen wird, sodass das Netzwerkkabel nicht nur Träger der Signalübertragung ist, sondern auch die Rolle der Stromübertragung übernimmt, wodurch der Verkabelungsaufwand reduziert wird

• Gute Kompatibilität: Das einheitliche PoE-Protokoll stellt sicher, dass PD-Geräte mit jedem PSE auf globaler Ebene kompatibel sind

In Bezug auf die Schaltungsarchitektur überträgt PSE auf der linken Seite DC 44–57 V an PD, während PD auf der rechten Seite die Stromversorgung mit einer Abwärtsschaltung in den erforderlichen Strom umwandelt.  PSE und PD sind über einen RJ45-Port und ein 100 m langes Twisted-Pair-Kabel verbunden. 

Gemäß unterschiedlichen Stromversorgungsanwendungsszenarien werden IEEE 802.3AF-, IEEE 802.3AT- und IEEE 802.3BT-Ethernet-Stromversorgungsstandards von IEEE veröffentlicht. Insbesondere wurde 2019 der IEEE 802.3BT-Standard veröffentlicht, der die Leistung der PoE-Stromversorgung erheblich verbessert. PSE liefert 90 W Leistung und PD erhält 71 W nach 100 Metern Netzwerkkabel. Diese Leistungsstufe der Klasse 8 wird hauptsächlich im Stromversorgungssystem kleiner Basisstationen verwendet. Darüber hinaus sind die 802.3BT-Standards abwärtskompatibel mit den Standards 802.3AF und 802.3AT. Wenn das 802.3BT PD mit dem Low-Power-802.3AF- und 802.3AT-PSE verbunden ist, arbeitet es im Low-Power-Zustand, d. h. „degraded“.

Dabei wird PD mit geringerer Leistung mit PSE mit höherer Leistung verbunden und es entsteht kein Schaden am Gerät. Der folgende Handshake-Prozess wird hauptsächlich erlebt, wenn PSE Strom an PD liefert:

Architektur der Stromversorgungsanwendung

DC/DC hat isolierte und nicht isolierte Schemata. Für die isolierte POE-Stromversorgung ist sie in Vorwärts- und Flyback-Topologien unterteilt, einschließlich PSR (Primärseiten-Feedback) und SSR (Sekundärseiten-Feedback). Folgende Topologien werden analysiert: 

Bei der Schaltungsarchitektur von PD-Geräten kommt es hauptsächlich auf drei Parameter an: Größe, Effizienz und EMV. Wie verbindet man dann die Anforderungen an PD-Geräte und Anforderungen an das Transformatordesign?

Optimieren Sie die Größe

• Auslegungspunkt 1: Trafo-Hochfrequenzreduzierung klein

In einer Leiterplatte können Sie sehen, dass das große Volumen der Transformator ist. Wenn Sie also die Größe des Transformators reduzieren, können Sie die Größe der Platine einsparen. Hochfrequenz kann die Transformatorgröße und die Transformatorleistungsübertragung reduzieren, also Frequenz von 200 KHZ ->300 kHz ->500 KHZ können die Lautstärke des Transformators reduzieren.

• Designpunkt 2: CCM-Betriebsart reduziert Gerätegröße

• Designpunkt 3: Originalseitiges Feedback zur Größenreduzierung

Effizienz erhöhen

EMC misst die Interferenz, die durch Rauschquellen an empfindlichen Geräten verursacht wird, einschließlich Leitungs- und Strahlungskomponenten. Einerseits sollen Störquellen reduziert und andererseits Koppelpfade optimiert werden.

Um EMI zu reduzieren, sollte zuerst die Rauschquelle in der Schaltung bestätigt werden. Die Rauschquelle kann in Leitungsrauschquelle und Strahlungsrauschquelle unterteilt werden. Die leitungsgebundene Rauschquelle ist im Allgemeinen das niederfrequente Rauschen innerhalb von 30 MHz, das durch die Änderung des elektrischen Felds erzeugt wird. Die leitende Rauschquelle besteht hauptsächlich darin, dass der Schaltvorgang der Leistungsröhre zu einer Mutation der MOS-Quellspannung führt, was dazu führt, dass der Transformator die Spannungsmutation auf die Sekundärseite überträgt. Die Verbesserung des Treiberwiderstands von MOS kann die Schaltgeschwindigkeit verringern, aber der Treiberverlust wird zunehmen. Oder fügen Sie Absorptionskreise hinzu, um hochfrequente Schwingungen zu reduzieren. Die Streuparameter des Transformators haben einen großen Einfluss auf die EMI, zum Beispiel beeinflusst der Transformator Cp (elektrisches Feld der Primärwicklung) Spannungsspitzen und Stromwelligkeit.

Die abgestrahlte Rauschquelle ist das Rauschen über 30 M, das die Interferenz des Weltraummagnetfelds ist. Es besteht aus der Hochfrequenzstromschleife. Die Hochfrequenzschleife bezieht sich auf die primärseitige Schleife und die sekundärseitige Schleife des Transformators.

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