Kaip optimizuoti transformatoriaus dizainą PoE maitinimo šaltiniui

Kaip optimizuoti transformatoriaus dizainą PoE maitinimo šaltiniui

·

Maitinimas per Ethernet – maitinimo technologija – tai būdas, kuriuo PSE (maitinimo įranga) perduoda energiją į PD (maitinimo įrenginį) tinklo kabeliais. Pavyzdžiui, tipiškose taikymo srityse PSE jungiklis naudojamas kaip pagrindas, prie kurio tinklo kabeliais prijungiami įvairūs PD įrenginiai, pvz., prieigos taškai, IP telefonai ir IP kameros, o PSE užbaigia signalo ir energijos perdavimą į PD.

„PoE“ maitinimo šaltinis turi šiuos privalumus:

• Paprastas montavimas ir išplėtimas: signalas ir maitinimas perduodami tinklo kabeliais, todėl aplink PD įrenginį nereikia maitinimo sąsajos.

• Nuotolinis valdymas: VIENAS PSE įrenginys tiekia energiją keliems PD įrenginiams, kad būtų galima nuotoliniu būdu valdyti energiją

• Maža kaina: signalo linija ir maitinimo linija yra integruotos į vieną, nenaudojant maitinimo kabelio, todėl tinklo kabelis yra ne tik signalo perdavimo nešėjas, bet ir atlieka energijos perdavimo vaidmenį, todėl sumažėja laidų tiesimo kaina.

• Geras suderinamumas: vieningas PoE protokolas užtikrina, kad PD įrenginiai gali būti suderinami su bet kuriuo PSE pasauliniu mastu

Kalbant apie grandinės architektūrą, kairėje esantis PSE perduoda 44–57 V nuolatinę įtampą į PD, o dešinėje esantis PD žemesnės įtampos grandine konvertuoja maitinimo šaltinį į reikiamą elektros energiją. PSE ir PD yra sujungti per RJ45 prievadą ir 100 m ilgio susuktos poros kabelį.

Atsižvelgiant į skirtingus maitinimo taikymo scenarijus, IEEE paskelbė IEEE 802.3AF, IEEE 802.3AT ir IEEE 802.3BT Ethernet maitinimo šaltinių standartus. Visų pirma, 2019 m. išleistas IEEE 802.3BT standartas gerokai pagerina PoE maitinimo šaltinių galią. PSE tiekia 90 W galią, o PD gauna 71 W po 100 metrų tinklo kabelio. Šis 8 klasės galios lygis daugiausia naudojamas mažų bazinių stočių maitinimo sistemose. Be to, 802.3BT standartai yra suderinami su 802.3AF ir 802.3AT standartais. Kai 802.3BT PD prijungiamas prie mažos galios 802.3AF ir 802.3AT PSE, jis veiks mažos galios būsenoje, t. y. „sumažėjusios galios“.

Šio proceso metu mažesnės galios PD prijungiamas prie didesnės galios PSE, ir įrenginys nepažeidžiamas. Toks pasisveikinimo procesas dažniausiai vyksta, kai PSE tiekia maitinimą PD:

Maitinimo šaltinio taikymo architektūra

DC/DC turi izoliuotas ir neizoliuotas schemas. Izoliuotas POE maitinimo šaltinis skirstomas į tiesiogines ir atgalines topologijas, įskaitant PSR (pirminės pusės grįžtamąjį ryšį) ir SSR (antrinės pusės grįžtamąjį ryšį). Analizuojamos šios topologijos:

PD įrangos grandinės architektūroje daugiausia dėmesio skiriama trims parametrams: dydžiui, efektyvumui ir elektromagnetiniam suderinamumui. Taigi, kaip susieti PD įrangos reikalavimus su transformatoriaus projektavimo reikalavimais?

Optimizuokite dydį

• 1 projektavimo punktas: transformatoriaus aukšto dažnio mažinimas, mažas dydis

Grandinės plokštėje matyti, kad didelę dalį užima transformatorius, todėl sumažinus transformatoriaus dydį galima sutaupyti plokštės dydžio. Aukštas dažnis gali sumažinti transformatoriaus dydį ir transformatoriaus galios perdavimą, todėl dažnis nuo 200 kHz iki 300 kHz iki 500 kHz gali sumažinti transformatoriaus tūrį.

• 2-as projektavimo punktas: CCM veikimo režimas sumažina įrenginio dydį

• 3-ias dizaino punktas: originalus šoninis grįžtamasis ryšys, siekiant sumažinti dydį

Padidinkite efektyvumą

EMC matuoja trikdžius, kuriuos sukelia triukšmo šaltiniai jautriems įrenginiams, įskaitant laidumo ir spinduliuotės komponentus. Viena vertus, trikdžių šaltiniai turėtų būti sumažinti, kita vertus, optimizuoti ryšio keliai.

Norint sumažinti elektromagnetinius trikdžius (EMI), pirmiausia reikia nustatyti grandinės triukšmo šaltinį. Triukšmo šaltinį galima suskirstyti į laidumo triukšmo šaltinį ir spinduliuotės triukšmo šaltinį. Laidumo triukšmo šaltinis paprastai yra žemo dažnio triukšmas iki 30 MHz, kurį sukelia elektrinio lauko pokyčiai. Laidumo triukšmo šaltinis daugiausia yra maitinimo lempos perjungimo veiksmas, dėl kurio pasikeičia MOS šaltinio lygio įtampa, o tai priverčia transformatorių perduoti įtampos pokytį į antrinę pusę. Padidinus MOS varomąją varžą, galima sumažinti perjungimo greitį, tačiau padidės varomieji nuostoliai. Arba galima pridėti sugerties grandines, kad sumažėtų aukšto dažnio virpesiai. Transformatoriaus klaidžiojantys parametrai turi didelę įtaką EMI, pavyzdžiui, transformatoriaus Cp (pirminės apvijos elektrinis laukas) veikia įtampos šuolius ir srovės pulsaciją.

Spinduliuojamas triukšmo šaltinis yra triukšmas, viršijantis 30 M, t. y. erdvės magnetinio lauko trukdžiai. Jį sudaro aukšto dažnio srovės kilpa. Aukšto dažnio kilpa reiškia transformatoriaus pirminę ir antrinę kilpas.