Як оптимізувати конструкцію трансформатора для блоку живлення PoE

Як оптимізувати конструкцію трансформатора для блоку живлення PoE

·

Живлення через Ethernet – технологія живлення стосується способу передачі живлення PSE (обладнання для видачі живлення) до PD (пристрою живлення) через мережеві кабелі. Типові застосування, наприклад, включають використання комутатора PSE як ядра, підключення численних пристроїв PD, таких як точка доступу, IP-телефон та IP-камера, через мережеві кабелі, а PSE виконує передачу сигналу та живлення до PD.

Блок живлення PoE має такі переваги:

• Легке встановлення та розширення: Сигнал і живлення передаються через мережеві кабелі, і навколо пристрою PD не потрібен інтерфейс живлення

• Дистанційне керування: ОДИН пристрій PSE забезпечує живлення кількох пристроїв PD для дистанційного керування живленням

• Низька вартість: сигнальна лінія та лінія живлення об'єднані в одну, що дозволяє уникнути використання силового кабелю, тому мережевий кабель є не лише носієм сигналу, але й виконує роль передачі енергії, що зменшує вартість проводки

• Гарна сумісність: уніфікований протокол PoE гарантує, що пристрої PD можуть бути сумісними з будь-яким PSE у глобальному масштабі

Що стосується схеми, PSE ліворуч передає постійну напругу 44-57 В до PD, тоді як PD праворуч перетворює джерело живлення на необхідну електроенергію за допомогою понижувальної схеми. PSE та PD з'єднані через порт RJ45 та 100-метровий кабель витої пари.

Відповідно до різних сценаріїв застосування живлення, IEEE опублікував стандарти живлення Ethernet IEEE 802.3AF, IEEE 802.3AT та IEEE 802.3BT. Зокрема, стандарт IEEE 802.3BT був випущений у 2019 році, що значно покращує потужність джерела живлення PoE. PSE забезпечує потужність 90 Вт, а PD отримує 71 Вт після 100 метрів мережевого кабелю. Цей рівень потужності класу 8 в основному застосовується в системах живлення невеликих базових станцій. Крім того, стандарти 802.3BT зворотно сумісні зі стандартами 802.3AF та 802.3AT. Коли PD 802.3BT підключено до PSE з низьким енергоспоживанням 802.3AF та 802.3AT, він працюватиме в стані низького енергоспоживання, тобто "зниженого".

У цьому процесі PD з меншою потужністю підключається до PSE з більшою потужністю, і пристрій не пошкоджується. Наступний процес квитування в основному відбувається, коли PSE подає живлення на PD:

Архітектура застосування блоку живлення

DC/DC має ізольовані та неізольовані схеми. Ізольоване живлення POE поділяється на топології прямого та зворотного типу, включаючи PSR (зворотний зв'язок з первинної сторони) та SSR (зворотний зв'язок з вторинної сторони). Аналізуються такі топології:

У схемотехніці обладнання для частинного розряду враховуються три основні параметри: розмір, ефективність та електромагнітна сумісність. Як же тоді пов'язати вимоги до обладнання для частинного розряду з вимогами до конструкції трансформатора?

Оптимізуйте розмір

• Пункт проектування 1: трансформаторне зниження високої частоти малого розміру

На друкованій платі видно, що великий об'єм займає трансформатор, тому зменшення розміру трансформатора може заощадити розмір плати. Висока частота може зменшити розмір трансформатора та передачу потужності трансформатора, тому частота від 200 кГц -> 300 кГц -> 500 кГц може зменшити об'єм трансформатора.

• Точка проектування 2: режим роботи CCM зменшує розмір пристрою

• Пункт проектування 3: Оригінальний бічний зворотний зв'язок для зменшення розміру

Підвищення ефективності

ЕМС вимірює перешкоди, спричинені джерелами шуму на чутливих пристроях, включаючи компоненти провідності та випромінювання. З одного боку, джерела перешкод повинні бути зменшені, а з іншого боку, шляхи зв'язку повинні бути оптимізовані.

Щоб зменшити електромагнітні перешкоди (ЕМП), спочатку слід визначити джерело шуму в колі. Джерела шуму можна розділити на джерело шуму провідності та джерело шуму випромінювання. Джерелом кондуктивного шуму, як правило, є низькочастотний шум у діапазоні 30 МГц, який виникає внаслідок зміни електричного поля. Джерелом кондуктивного шуму головним чином є те, що перемикання силової лампи призводить до зміни напруги джерела МОН-транзистора, що призводить до перенесення зміни напруги трансформатором на вторинну обмотку. Покращення опору керування МОН-транзистором може зменшити швидкість перемикання, але втрати на керування збільшаться. Або ж додавання схем поглинання дозволяє зменшити високочастотні коливання. Параметри розсіювання трансформатора мають великий вплив на ЕМІ, наприклад, Cp трансформатора (електричне поле первинної обмотки) впливає на піки напруги та пульсації струму.

Джерелом випромінюваного шуму є шум понад 30 МОм, який є перешкодою просторового магнітного поля. Він складається з високочастотної петлі струму. Високочастотна петля стосується первинної та вторинної обмоток трансформатора.