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PoE電源のトランス設計を最適化する方法

PoE電源のトランス設計を最適化する方法

Power over Ethernet-電源技術とは、PSE(電源装置)がネットワークケーブルを介して電力をPD(電源装置)に送信する方法を指します。たとえば、一般的なアプリケーションでは、PSEスイッチをコアとして使用し、アクセスポイント、IP電話、IPカメラなどの多数のPDデバイスをネットワークケーブルで接続し、PSEがPDへの信号と電力の伝送を完了します。


12月 28, 2021
PoE電源のトランス設計を最適化する方法

PoE電源のトランス設計を最適化する方法

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Power over Ethernet-電源技術とは、PSE(電源装置)がネットワークケーブルを介して電力をPD(電源装置)に送信する方法を指します。たとえば、一般的なアプリケーションでは、PSEスイッチをコアとして使用し、アクセスポイント、IP電話、IPカメラなどの多数のPDデバイスをネットワークケーブルで接続し、PSEがPDへの信号と電力の伝送を完了します。

 

PoE電源には次の利点があります。

 

•簡単な設置と拡張:信号と電力はネットワークケーブルを介して送信され、PDデバイスの周囲に電源インターフェイスは必要ありません

 

•リモート管理:1つのPSEデバイスが、リモート電源管理のために複数のPDデバイスに電力を供給します

 

•低コスト:信号線と電力線が1つに統合され、電源ケーブルが不要になるため、ネットワークケーブルは信号伝送のキャリアであるだけでなく、電力伝送の役割も担うため、配線コストが削減されます。

 

•優れた互換性:統合されたPoEプロトコルにより、PDデバイスはグローバル規模で任意のPSEと互換性があります。

 

回路アーキテクチャに関しては、左側のPSEはDC 44-57VをPDに送信し、右側のPDは降圧回路を使用して電源を必要な電力に変換します。  PSEとPDは、RJ45ポートと100mツイストペアケーブルを介して接続されます。 

 

 

さまざまな電力アプリケーションシナリオに従って、IEEE 802.3AF、IEEE 802.3AT、およびIEEE802.3BTイーサネット電源規格がIEEEによって公開されています。特に、IEEE 802.3BT規格は2019年にリリースされ、PoE電源の電力を大幅に改善しています。 PSEは90Wの電力を供給し、PDは100メートルのネットワークケーブルの後で71Wを受け取ります。このクラス8の電力レベルは、主に小規模基地局の電源システムに適用されます。さらに、802.3BT標準は、802.3AFおよび802.3AT標準と下位互換性があります。 802.3BT PDが低電力802.3AFおよび802.3ATPSEに接続されている場合、低電力状態、つまり「劣化」で動作します。

 

このプロセスでは、低電力のPDが高電力のPSEに接続され、デバイスに損傷は発生しません。次のハンドシェイクプロセスは、主にPSEがPDに電力を供給するときに発生します。

 

 

電源アプリケーションアーキテクチャ

DC / DCには、絶縁型と非絶縁型のスキームがあります。絶縁型POE電源の場合、PSR(一次側フィードバック)とSSR(二次側フィードバック)を含むフォワードトポロジとフライバックトポロジに分けられます。次のトポロジが分析されます。 

 

PD機器の回路アーキテクチャでは、サイズ、効率、EMCの3つのパラメータが主に関係しています。それでは、PD機器の要件と変圧器の設計要件をどのように結び付けるのでしょうか。

 

 

サイズを最適化する

•設計ポイント1:トランス高周波低減小型サイズ

 

回路基板では、大容量がトランスであることがわかりますので、トランスのサイズを小さくすると、ボードのサイズを節約できます。高周波は変圧器のサイズと変圧器の送電を減らすことができるので、周波数は200KHZから->300KHZ->500KHZは変圧器の容積を減らすことができます。

 

•設計ポイント2:CCM動作モードはデバイスサイズを縮小します

 

•設計ポイント3:サイズを縮小するための元のサイドフィードバック

 

 

効率を上げる

 

EMCは、伝導および放射コンポーネントを含む、敏感なデバイスのノイズ源によって引き起こされる干渉を測定します。一方では、干渉源を減らし、他方では結合経路を最適化する必要があります。

 

EMIを低減するために、回路内のノイズ源を最初に確認する必要があります。ノイズ源は、伝導ノイズ源と放射ノイズ源に分けることができます。伝導ノイズ源は一般に30MHz以内の低周波ノイズであり、電界の変化によって発生します。導電性ノイズ源は主に、電源管のスイッチング動作がMOSソースレベルの電圧の変化を引き起こし、それによって変圧器が電圧変化を2次側に転送することです。 MOSの駆動抵抗を改善すると、スイッチング速度が低下する可能性がありますが、駆動損失は増加します。または、吸収回路を追加して高周波発振を低減します。変圧器の漂遊パラメータはEMIに大きな影響を及ぼします。たとえば、変圧器のCp(一次巻線電界)は電圧スパイクと電流リップルに影響を与えます。

 

放射ノイズ源は、空間磁場の干渉である30Mを超えるノイズです。高周波電流ループで構成されています。高周波ループとは、トランスの一次側ループと二次側ループを指します。

 

 

 


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