Kako optimizirati zasnovo transformatorja za PoE napajanje

Kako optimizirati zasnovo transformatorja za PoE napajanje

·

Napajanje prek Etherneta – Tehnologija napajanja se nanaša na način, s katerim PSE (oprema za napajanje) prenaša napajanje do PD (napajalne naprave) prek omrežnih kablov. Tipične aplikacije, na primer, vzamejo stikalo PSE kot jedro, povežejo številne PD naprave, kot so dostopna točka, IP telefon in IP kamera, prek omrežnih kablov, PSE pa zaključi prenos signala in napajanja do PD.

Napajalnik PoE ima naslednje prednosti:

• Enostavna namestitev in razširitev: Signal in napajanje se prenašata prek omrežnih kablov in okoli naprave PD ni potreben napajalni vmesnik

• Oddaljeno upravljanje: ENA naprava PSE napaja več naprav PD za oddaljeno upravljanje napajanja

• Nizki stroški: signalni in daljnovodni vod sta integrirana v enega, brez napajalnega kabla, zato omrežni kabel ni le nosilec prenosa signala, temveč prevzame tudi vlogo prenosa energije, s čimer se zmanjšajo stroški ožičenja

• Dobra združljivost: enoten protokol PoE zagotavlja, da so naprave PD lahko združljive s katerim koli PSE na svetovni ravni

Kar zadeva arhitekturo vezja, PSE na levi prenaša enosmerno napetost 44–57 V do PD, medtem ko PD na desni pretvarja napajanje v potrebno elektriko s pomočjo zniževalnega vezja. PSE in PD sta povezana prek vrat RJ45 in 100 m dolgega zasukanega parica.

Glede na različne scenarije uporabe napajanja je IEEE objavil standarde za napajanje Ethernet IEEE 802.3AF, IEEE 802.3AT in IEEE 802.3BT. Zlasti standard IEEE 802.3BT, izdan leta 2019, močno izboljša moč napajanja PoE. PSE zagotavlja 90 W moči, PD pa po 100 metrih omrežnega kabla prejme 71 W. Ta raven moči razreda 8 se uporablja predvsem v napajalnih sistemih majhnih baznih postaj. Poleg tega so standardi 802.3BT nazaj združljivi s standardoma 802.3AF in 802.3AT. Ko je 802.3BT PD priključen na nizkoenergijski PSE 802.3AF in 802.3AT, bo deloval v stanju nizke porabe, torej v "degradiranem" stanju.

Pri tem postopku se PD z nižjo močjo poveže z PSE z višjo močjo, pri čemer se naprava ne poškoduje. Naslednji postopek rokovanja se v glavnem izvaja, ko PSE napaja PD:

Arhitektura aplikacije za napajanje

DC/DC ima izolirane in neizolirane sheme. Pri izoliranem napajanju POE se deli na topologijo naprej in nazaj, vključno s PSR (primarna povratna zanka) in SSR (sekundarna povratna zanka). Analizirane so naslednje topologije:

Pri arhitekturi vezja opreme za PD so pomembni predvsem trije parametri: velikost, učinkovitost in elektromagnetna združljivost. Kako torej povezati zahteve opreme za PD in zahteve glede zasnove transformatorja?

Optimizirajte velikost

• 1. točka načrtovanja: zmanjšanje visoke frekvence transformatorja majhne velikosti

Na tiskanem vezju lahko vidite, da je transformator velik del plošče, zato lahko zmanjšanje velikosti transformatorja prihrani velikost plošče. Visoka frekvenca lahko zmanjša velikost transformatorja in prenos moči transformatorja, zato lahko frekvenca od 200 kHz -> 300 kHz -> 500 kHz zmanjša prostornino transformatorja.

• 2. točka načrtovanja: način delovanja CCM zmanjša velikost naprave

• 3. točka zasnove: Izvirna stranska povratna zanka za zmanjšanje velikosti

Povečajte učinkovitost

EMC meri motnje, ki jih povzročajo viri šuma na občutljivih napravah, vključno s prevodnimi in sevalnimi komponentami. Po eni strani je treba zmanjšati vire motenj, po drugi strani pa optimizirati sklopne poti.

Da bi zmanjšali elektromagnetne motnje (EMI), je treba najprej preveriti vir šuma v vezju. Vir šuma lahko razdelimo na vir prevodnega šuma in vir sevalnega šuma. Vir prevodnega šuma je običajno nizkofrekvenčni šum znotraj 30 MHz, ki ga povzroča sprememba električnega polja. Vir prevodnega šuma je predvsem posledica preklopnega delovanja napajalne cevi, ki povzroči spremembo napetosti na izvoru MOS tranzistorja, zaradi česar transformator prenese spremembo napetosti na sekundarno stran. Izboljšanje upornosti pogona MOS tranzistorja lahko zmanjša hitrost preklopa, vendar se povečajo izgube zaradi pogona. Lahko pa se dodajo absorpcijska vezja za zmanjšanje visokofrekvenčnih nihanj. Parametri razprševanja transformatorja imajo velik vpliv na EMI, na primer Cp (električno polje primarnega navitja transformatorja) vpliva na napetostne konice in valovanje toka.

Vir sevanega šuma je šum nad 30 M, ki je posledica motenj prostorskega magnetnega polja. Sestavljen je iz visokofrekvenčne tokovne zanke. Visokofrekvenčna zanka se nanaša na primarno in sekundarno stransko zanko transformatorja.