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[導讀]POE (Power Over Ethernet)指的是在現(xiàn)有的以太網(wǎng)Cat.5布線基礎(chǔ)架構(gòu)不作任何改動的情況下,在為一些基于IP的終端(如IP電話機、無線局域網(wǎng)接入點AP、網(wǎng)絡攝像機等)傳輸數(shù)據(jù)信號的同時,還能為此類設備提供直流供電的技術(shù)。POE技術(shù)能在確?,F(xiàn)有結(jié)構(gòu)化布線安全的同時保證現(xiàn)有網(wǎng)絡的正常運作,最大限度地降低成本。IEEE 802.3af標準是基于以太網(wǎng)供電系統(tǒng)POE的新標準,它在IEEE 802.3的基礎(chǔ)上增加了通過網(wǎng)線直接供電的相關(guān)標準,是現(xiàn)有以太網(wǎng)標準的擴展,也是第一個關(guān)于電源分配的國際標準。為了在新的產(chǎn)品應用中奪取和保持市場占有率,降低PoE受電設備(PD)中電源級所占用的成本而同時不犧牲可靠性是至關(guān)重要的。

POE (Power Over Ethernet)指的是在現(xiàn)有的以太網(wǎng)Cat.5布線基礎(chǔ)架構(gòu)不作任何改動的情況下,在為一些基于IP的終端(如IP電話機、無線局域網(wǎng)接入點AP、網(wǎng)絡攝像機等)傳輸數(shù)據(jù)信號的同時,還能為此類設備提供直流供電的技術(shù)。POE技術(shù)能在確?,F(xiàn)有結(jié)構(gòu)化布線安全的同時保證現(xiàn)有網(wǎng)絡的正常運作,最大限度地降低成本。IEEE 802.3af標準是基于以太網(wǎng)供電系統(tǒng)POE的新標準,它在IEEE 802.3的基礎(chǔ)上增加了通過網(wǎng)線直接供電的相關(guān)標準,是現(xiàn)有以太網(wǎng)標準的擴展,也是第一個關(guān)于電源分配的國際標準。為了在新的產(chǎn)品應用中奪取和保持市場占有率,降低PoE受電設備(PD)中電源級所占用的成本而同時不犧牲可靠性是至關(guān)重要的。

反激式是以太網(wǎng)供電 (PoE) 受電設備 (PD) 設計中最常用的隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器,可為無線接入點、IP 電話和安全攝像頭等許多基于以太網(wǎng)的產(chǎn)品提供高達 25.5W 的功率。

1 顯示了一個簡單的反激式功率級。當初級開關(guān)打開時,反激式首先對磁化電感充電并將能量存儲在電源變壓器的氣隙中。當初級開關(guān)關(guān)閉時,勵磁電感使電壓反向并使二極管正向偏置,從而將能量輸送到負載。

在預算內(nèi)最大限度地提高 PoE PD 效率 

1:反激式轉(zhuǎn)換器功率級

使用反激式的好處是它的簡單性和易于設計,這使其成為一種低成本的解決方案。然而,由于高峰值和 RMS 電流,反激中的 MOSFET 和輸出整流二極管具有高傳導損耗,從而導致效率相對較低。適用于 POE 應用的4 類成本優(yōu)化反激式轉(zhuǎn)換器 TI 設計參考設計(PMP6812) 演示了如何在低成本、簡單的二極管整流反激式解決方案中使用TPS23754 PoE PD,以在 25W 下實現(xiàn) 86% 的效率。請注意,參考設計具有 12V 輸出,其效率將高于 5V 輸出。相比之下,5V 輸出二極管整流反激在此功率范圍內(nèi)可產(chǎn)生約 80% 的效率。

TPS23754和TPS23756設備具有以太網(wǎng)供電(PoE)組合。電源-設備(PD)接口和電流模式DC-DC控制器,專為隔離轉(zhuǎn)換器優(yōu)化。PoE接口支持IEEE 802.3at標準。
TPS23754和TPS23756支持多種輸入電壓O型環(huán)選項,包括最高電壓、外部適配器首選項和PoE首選項。這些功能允許設計者確定在所有條件下哪個電源將承載負載。
PoE接口具有新的擴展硬件分類,這是根據(jù)IEEE 802 3at與大功率中跨電源設備(PSE)兼容所必需的。檢測特征引腳也可用于強制PoE電源斷電??墒褂脝蝹€電阻器將分類編程為任何定義類型。
DC-DC控制器具有兩個具有可編程死區(qū)時間的互補柵極驅(qū)動器,這簡化了有源箝位正激變換器的設計或高效反激拓撲的優(yōu)化柵極驅(qū)動器。如果需要單個MOSFET拓撲,可以禁用第二個柵極驅(qū)動器??刂破鬟€具有內(nèi)部軟啟動、自舉啟動源、電流模式補償和78%的最大占空比。一個可編程和同步振蕩器允許設計優(yōu)化的效率,并簡化了控制器的使用,以升級現(xiàn)有的電源設計。精確的可編程消隱(具有默認周期)簡化了通常的電流檢測濾波器設計權(quán)衡。
TPS23754裝置具有15-V轉(zhuǎn)換器啟動,而TPS23756裝置具有9-V轉(zhuǎn)換器啟動。TPS23754-1將PPD引腳替換為無連接,以增加引腳間距。

在同步反激式轉(zhuǎn)換器中,二極管被低 RDSon MOSFET(圖 1 中的 S同步)取代,以顯著降低傳導損耗,從而大大提高效率,這是大功率 PoE 應用所需要的。同步反激的常見實現(xiàn)是一種自驅(qū)動拓撲,它向電源變壓器添加一個繞組以生成同步柵極驅(qū)動信號。例如,TPS23751EVM是一種自驅(qū)動同步反激式 PoE PD 解決方案,它使用TPS23751 25W 時實現(xiàn) 90% 的轉(zhuǎn)換器效率。

隨著具有特殊功能(例如,安全攝像頭的傾斜、平移和縮放)的 PoE 設備變得越來越復雜,傳輸?shù)?PoE PD 的功率(盡可能多的功率)必須轉(zhuǎn)換為負載的功率。因此,任何額外的效率百分比都是可取的。

無需切換(雙關(guān)語)到有源鉗位正激轉(zhuǎn)換器等不同的拓撲結(jié)構(gòu),驅(qū)動同步反激式是一種可行的解決方案。DC/DC 控制器的柵極驅(qū)動信號(很多時候位于 PoE PD IC 內(nèi)部)不是在反激變壓器上使用額外繞組,而是通過柵極驅(qū)動變壓器驅(qū)動同步 FET?,F(xiàn)在,您可以消除自驅(qū)動方法中存在的直通損失量。結(jié)果是整體上更高效的反激式設計。

適用于 PoE PD 應用的4 類高效驅(qū)動反激式轉(zhuǎn)換器 (5V/5A) TI Designs 參考設計(TIDA-00617) 是一種驅(qū)動同步反激式 PoE PD 解決方案,它使用 TPS23751 在 25W 下實現(xiàn) 93% 的轉(zhuǎn)換器效率。

在預算內(nèi)最大限度地提高 PoE PD 效率 

2:在 PoE PD 應用中實現(xiàn)的三種反激式拓撲的相對效率

2 顯示了三種不同反激配置的 4 類功率水平的相對效率。



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