如何最大限度地提高 PoE 和電信電源的效率

以太網(wǎng)供電PoE (Power over Ethernet) 是指在現(xiàn)有的以太網(wǎng)布線基礎(chǔ)架構(gòu)下， 除了能夠保證為基于以太網(wǎng)的終端設(shè)備(如IP 電話機(jī)、無(wú)線局域網(wǎng)接入點(diǎn)A P、安全網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等) 傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)， 不作任何改動(dòng)就同時(shí)可以為此類設(shè)備提供直流供電的能力。PoE 系統(tǒng)主要包括供電設(shè)備( Power SourceEquipment， PSE) 和用電設(shè)備(Powered Device， PD)兩部分， 兩者基于IEEE2802.3af 標(biāo)準(zhǔn)確定有關(guān)用電設(shè)備PD 的連接情況、設(shè)備類型、功耗級(jí)別等信息聯(lián)系， 并以這些信息為根據(jù)控制供電設(shè)備PSE 通過(guò)以太網(wǎng)級(jí)向用電設(shè)備PD 供電。

供電設(shè)備PSE 通常和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備結(jié)合在一起， 主要進(jìn)行PD 設(shè)備的信息檢測(cè)、控制和監(jiān)測(cè)供電狀況。供電設(shè)備可以用兩種方式進(jìn)行供電： 中跨方式(M idspan) ， 在交換機(jī)外部加一個(gè)擴(kuò)展設(shè)備， 將從交換機(jī)來(lái)的以太網(wǎng)線接入該設(shè)備， 保持原有信號(hào)線對(duì)不變，該設(shè)備通過(guò)雙絞線中未使用的備用線對(duì)給用電設(shè)備供電; 端跨方式(Endspan) ， 將供電控制電路集成到以太網(wǎng)交換機(jī)中， 在以太網(wǎng)供電控制電路的控制下， 供電既可以從以太網(wǎng)端口隔離變壓器的中芯抽頭， 也可以從備用線對(duì)注入到以太網(wǎng)的信號(hào)線對(duì)中， 對(duì)終端用電設(shè)備供電。

IEEE-802.3af 標(biāo)準(zhǔn)中定義了設(shè)計(jì)PoE 網(wǎng)絡(luò)時(shí)必須遵循的參數(shù)， 包括： 操作電壓為48V DC， 波動(dòng)范圍可以在44～ 57V 之間; 由PSE 產(chǎn)生的電流在350～400mA 之間， 以確保以太網(wǎng)電纜不會(huì)由于其自身的阻抗而導(dǎo)致過(guò)熱。因此PSE 在其端口輸出的最大功率是15.4W。考慮到電纜損耗， 受電端設(shè)備PD 所能獲得的最大的功率為12.95W。同時(shí)， IEEE-802.3af 標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)可選的供電分級(jí)機(jī)制， 以方便對(duì)用電設(shè)備消耗功率的控制和管理

在以太網(wǎng)供電 (PoE) 應(yīng)用中，由于輸入功率有限，因此高效率是首要考慮因素。低功率系統(tǒng)限制為 13W，而高功率系統(tǒng)限制為 25.5W。通常需要更高功率水平(高達(dá) 200W)的電信電源出于熱原因也需要高效率。在正激轉(zhuǎn)換器中采用有源復(fù)位可實(shí)現(xiàn)非常高的效率，同時(shí)仍使用單端拓?fù)洹?

首先，有源鉗位重新捕獲變壓器的泄漏能量，防止該能量被耗散。更重要的是，主動(dòng)復(fù)位以適合它們采用自驅(qū)動(dòng)同步整流器的方式調(diào)節(jié)變壓器的繞組電壓波形。

有源鉗位正激轉(zhuǎn)換器的正確設(shè)計(jì)需要仔細(xì)選擇變壓器匝數(shù)比和電感，以及適當(dāng)設(shè)置開(kāi)關(guān)延遲。將開(kāi)關(guān)延遲設(shè)置得太短會(huì)導(dǎo)致同步整流器的交叉導(dǎo)通，從而增加損耗并降低效率。延遲過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致同步整流器上的體二極管過(guò)度導(dǎo)通。與體二極管反向恢復(fù)相關(guān)的損耗可能與交叉?zhèn)鲗?dǎo)引起的損耗一樣嚴(yán)重。

超過(guò) 5V 的輸出電壓通常需要一些額外的調(diào)節(jié)電路來(lái)保護(hù)同步整流器的柵極。圖 1 顯示了這種調(diào)節(jié)電路的一個(gè)示例。齊納二極管 D8 限制了柵極電壓。Q6 允許更高的電流為柵極充電。D7 提供了一個(gè)低阻抗路徑來(lái)快速關(guān)閉同步整流器。

圖 1.超過(guò) 5V 的輸出電壓需要柵極驅(qū)動(dòng)電路來(lái)保護(hù)柵極。