Cum să optimizezi designul transformatorului pentru sursa de alimentare PoE

Cum să optimizezi designul transformatorului pentru sursa de alimentare PoE

·

Power over Ethernet - Tehnologia de alimentare cu energie se referă la o modalitate prin care PSE (echipamentul de alimentare) transmite energie către PD (dispozitiv de alimentare) prin cabluri de rețea. Aplicațiile tipice, de exemplu, iau comutatorul PSE ca nucleu, conectează numeroase dispozitive PD, cum ar fi puncte de acces, telefoane IP și camere IP, prin cabluri de rețea, iar PSE finalizează transmiterea semnalului și a energiei către PD.

Sursa de alimentare PoE are următoarele avantaje:

• Instalare și extindere ușoară: Semnalul și alimentarea sunt transmise prin cabluri de rețea și nu este necesară nicio interfață de alimentare în jurul dispozitivului PD

• Gestionare de la distanță: UN dispozitiv PSE alimentează mai multe dispozitive PD pentru gestionarea alimentării de la distanță

• Cost redus: linia de semnal și linia de alimentare sunt integrate într-una singură, eliminând cablul de alimentare, astfel încât cablul de rețea nu este doar purtătorul de transmitere a semnalului, ci preia și rolul de transmisie a energiei, astfel încât costul cablajului este redus

• Compatibilitate bună: protocolul PoE unificat asigură compatibilitatea dispozitivelor PD cu orice PSE la scară globală

În ceea ce privește arhitectura circuitului, PSE-ul din stânga transmite DC 44-57V la PD, în timp ce PD-ul din dreapta convertește sursa de alimentare în electricitatea necesară printr-un circuit coborâtor. PSE-ul și PD-ul sunt conectate printr-un port RJ45 și un cablu cu pereche răsucită de 100 m.

Conform diferitelor scenarii de aplicare a energiei electrice, IEEE a publicat standardele IEEE 802.3AF, IEEE 802.3AT și IEEE 802.3BT pentru sursele de alimentare Ethernet. În special, standardul IEEE 802.3BT a fost lansat în 2019, care îmbunătățește considerabil puterea sursei de alimentare PoE. PSE furnizează o putere de 90W, iar PD primește 71W după 100 de metri de cablu de rețea. Acest nivel de putere de clasa 8 este aplicat în principal în sistemul de alimentare al stațiilor de bază mici. În plus, standardele 802.3BT sunt compatibile cu versiunile anterioare ale standardelor 802.3AF și 802.3AT. Atunci când PD 802.3BT este conectat la PSE 802.3AF și 802.3AT de consum redus de energie, acesta va funcționa în stare de consum redus de energie, adică „degradat”.

În acest proces, PD-ul cu putere mai mică este conectat la PSE-ul cu putere mai mare, fără a se produce nicio deteriorare a dispozitivului. Următorul proces de handshake se experimentează în principal atunci când PSE-ul furnizează energie PD-ului:

Arhitectura aplicației de alimentare

DC/DC are scheme izolate și neizolate. Pentru alimentarea cu energie POE izolată, aceasta este împărțită în topologii forward și flyback, inclusiv PSR (feedback pe partea primară) și SSR (feedback pe partea secundară). Sunt analizate următoarele topologii:

În arhitectura circuitului echipamentelor de descărcare de tensiune (PD), sunt importanți în principal trei parametri: dimensiunea, eficiența și compatibilitatea electromagnetică (EMC). Atunci, cum se corelează cerințele echipamentelor PD cu cerințele de proiectare a transformatoarelor?

Optimizați dimensiunea

• Punctul de proiectare 1: transformator de reducere a frecvenței înalte de dimensiuni reduse

Într-o placă de circuit, se poate observa că volumul mare este reprezentat de transformator, așadar reducerea dimensiunii transformatorului poate economisi dimensiunea plăcii. Frecvența înaltă poate reduce dimensiunea transformatorului și transmisia puterii transformatorului, astfel încât frecvența de la 200 KHZ -> 300 KHZ -> 500 KHZ poate reduce volumul transformatorului.

• Punctul de proiectare 2: Modul de operare CCM reduce dimensiunea dispozitivului

• Punctul de design 3: Feedback lateral original pentru reducerea dimensiunii

Creșterea eficienței

EMC măsoară interferențele cauzate de sursele de zgomot pe dispozitivele sensibile, inclusiv componentele de conducție și radiație. Pe de o parte, sursele de interferență ar trebui reduse, iar căile de cuplare ar trebui optimizate, pe de altă parte.

Pentru a reduce EMI-urile, sursa de zgomot din circuit trebuie confirmată mai întâi. Sursa de zgomot poate fi împărțită în sursă de zgomot de conducție și sursă de zgomot de radiație. Sursa de zgomot condus este, în general, zgomotul de joasă frecvență în limita a 30 MHz, produs de schimbarea câmpului electric. Sursa de zgomot conductiv este în principal aceea că acțiunea de comutare a tubului de alimentare va duce la mutația tensiunii la nivel de sursă MOS, ceea ce va face ca transformatorul să transfere mutația de tensiune către partea secundară. Îmbunătățirea rezistenței de comandă a MOS poate reduce viteza de comutare, dar pierderile de comandă vor crește. Se pot adăuga circuite de absorbție pentru a reduce oscilațiile de înaltă frecvență. Parametrii de parazit ai transformatorului au o influență mare asupra EMI-urilor, de exemplu, Cp-ul transformatorului (câmpul electric al înfășurării primare) afectează vârfurile de tensiune și ondulația curentului.

Sursa de zgomot radiat este zgomotul peste 30M, care reprezintă interferența câmpului magnetic spațial. Aceasta este compusă dintr-o buclă de curent de înaltă frecvență. Bucla de înaltă frecvență se referă la bucla primară și bucla secundară a transformatorului.