PoE güç kaynağı için transformatör tasarımını nasıl optimize edebilirsiniz?

PoE güç kaynağı için transformatör tasarımını nasıl optimize edebilirsiniz?

·

Ethernet Üzerinden Güç (Power over Ethernet) - Güç kaynağı teknolojisi, PSE'nin (Güç Kaynağı Ekipmanı) ağ kabloları aracılığıyla PD'ye (Güç Cihazı) güç iletme yöntemini ifade eder. Tipik uygulamalarda, örneğin, PSE anahtarı çekirdek olarak alınır, Erişim Noktası, IP Telefon ve IP Kamera gibi çok sayıda PD cihazı ağ kabloları aracılığıyla bağlanır ve PSE, sinyal ve güç iletimini PD'ye tamamlar.

PoE güç kaynağının aşağıdaki avantajları vardır:

• Kolay kurulum ve genişletme: Sinyal ve güç, ağ kabloları üzerinden iletilir ve PD cihazının çevresinde herhangi bir güç arayüzüne gerek yoktur.

• Uzaktan yönetim: Tek bir PSE cihazı, uzaktan güç yönetimi için birden fazla PD cihazına güç sağlar.

• Düşük maliyet: Sinyal hattı ve güç hattı tek bir hatta entegre edilmiştir, böylece güç kablosuna gerek kalmaz; ağ kablosu sadece sinyal iletimini değil, aynı zamanda güç iletimini de üstlenir, bu da kablolama maliyetini düşürür.

• İyi uyumluluk: Birleşik PoE protokolü, PD cihazlarının küresel ölçekte herhangi bir PSE ile uyumlu olmasını sağlar.

Devre mimarisi açısından, soldaki PSE, 44-57V DC'yi PD'ye iletirken, sağdaki PD ise güç kaynağını bir düşürücü devre ile gerekli elektriğe dönüştürür. PSE ve PD, bir RJ45 portu ve 100 metrelik bükümlü çift kablo ile bağlanmıştır.

Farklı güç uygulama senaryolarına göre, IEEE tarafından IEEE 802.3AF, IEEE 802.3AT ve IEEE 802.3BT Ethernet güç kaynağı standartları yayınlanmıştır. Özellikle, 2019 yılında yayınlanan IEEE 802.3BT standardı, PoE güç kaynağının gücünü önemli ölçüde iyileştirmiştir. PSE 90W güç sağlarken, PD 100 metrelik ağ kablosundan sonra 71W güç alır. Bu 8. sınıf güç seviyesi, esas olarak küçük baz istasyonlarının güç kaynağı sisteminde kullanılır. Ayrıca, 802.3BT standartları 802.3AF ve 802.3AT standartlarıyla geriye dönük uyumludur. 802.3BT PD, düşük güçlü 802.3AF ve 802.3AT PSE'ye bağlandığında, düşük güç durumunda, yani "azaltılmış" olarak çalışacaktır.

Bu süreçte, daha düşük güce sahip PD, daha yüksek güce sahip PSE'ye bağlanır ve cihazda herhangi bir hasar meydana gelmez. PSE, PD'ye güç sağladığında esas olarak aşağıdaki bağlantı kurma süreci yaşanır:

Güç Kaynağı Uygulama Mimarisi

DC/DC devrelerinde izole ve izole olmayan şemalar bulunur. İzole POE güç kaynağı için, PSR (birincil taraf geri beslemesi) ve SSR (ikincil taraf geri beslemesi) dahil olmak üzere ileri ve geri beslemeli topolojilere ayrılır. Aşağıdaki topolojiler analiz edilmiştir:

Kısmi deşarj (PD) ekipmanının devre mimarisinde esas olarak üç parametre önemlidir: boyut, verimlilik ve elektromanyetik uyumluluk (EMC). Peki, PD ekipmanının gereksinimleri ile transformatör tasarım gereksinimleri nasıl birbirine bağlanır?

Boyutu optimize edin

• Tasarım noktası 1: transformatörün yüksek frekans azaltımı ve küçük boyutu

Bir devre kartında, büyük hacmin transformatörden kaynaklandığını görebilirsiniz; bu nedenle transformatörün boyutunu küçültmek, kartın boyutundan tasarruf sağlayabilir. Yüksek frekans, transformatör boyutunu ve transformatör güç iletimini azaltabilir; bu nedenle frekans 200 kHz -> 300 kHz -> 500 kHz'e düşürüldüğünde transformatör hacmi küçültülebilir.

• Tasarım noktası 2: CCM çalışma modu cihaz boyutunu küçültür

• Tasarım noktası 3: Boyutu küçültmek için orijinal yan geri bildirim

Verimliliği Artırın

EMC, iletim ve radyasyon bileşenleri de dahil olmak üzere, gürültü kaynaklarının hassas cihazlar üzerinde yarattığı paraziti ölçer. Bir yandan parazit kaynakları azaltılmalı, diğer yandan da bağlantı yolları optimize edilmelidir.

EMI'yi azaltmak için öncelikle devredeki gürültü kaynağının belirlenmesi gerekir. Gürültü kaynağı, iletim gürültüsü kaynağı ve radyasyon gürültüsü kaynağı olarak ikiye ayrılabilir. İletim gürültüsü kaynağı genellikle 30 MHz'in altındaki düşük frekanslı gürültüdür ve elektrik alanındaki değişimden kaynaklanır. İletim gürültüsü kaynağı ise esas olarak güç transistörünün anahtarlama hareketinin MOS kaynak seviyesi voltajında ​​değişikliğe yol açması ve bu değişikliğin transformatör tarafından ikincil tarafa aktarılmasıdır. MOS'un sürüş direncini artırmak anahtarlama hızını düşürebilir, ancak sürüş kaybı artacaktır. Veya yüksek frekanslı salınımları azaltmak için soğurma devreleri eklenebilir. Transformatörün istenmeyen parametreleri EMI üzerinde büyük etkiye sahiptir; örneğin, transformatörün Cp'si (birincil sargı elektrik alanı) voltaj yükselmelerini ve akım dalgalanmasını etkiler.

Yayılan gürültü kaynağı, uzay manyetik alanının girişiminden kaynaklanan 30M'nin üzerindeki gürültüdür. Yüksek frekanslı akım döngüsünden oluşur. Yüksek frekanslı döngü, transformatörün birincil taraf döngüsü ve ikincil taraf döngüsünü ifade eder.