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PoE - 经济高效的供电方式

以太网供电 (PoE) 除了支持两个设备之间的数据通信外,还支持以太网交换机/集线器通过现有的 LAN 线缆为远程设备供电。如果没有 PoE,任何远程设备都需要独立供电。通常,设备电源来自交直流适配器或设备内部的板级器件。这不仅增加了成本,还需要将设备放在交流电源附近。

世界各地的不同安全规范、交流电压和墙壁插头使设备安装变得更加复杂。PoE 通过直接从位于以太网交换机或中跨式集线器内的电源供应设备 (PSE) 向受电设备 (PD) 提供低压直流电源来避免这些问题,并消除了交流电源的复杂性。

为确保所有设备都得到保护,以及设备在连接后正确工作,IEEE 制定了通用标准 (IEEE802.3af)。该标准指定了 PSE 和 PD 的电源要求,以及两者之间的通信协议 - 无论制造商或配置如何。

传统以太网供电

在 IEEE802.3af 于 2003 年获得首次批准时,12.95 W 的功率限制对 IP 电话而言是足够的。网络摄像头最初是以太网供电标准支持的最普遍应用。

但是,WLAN 应用的普及激发了开发人员和营销人员的创造力,他们创造出耗电量更大的衍生设备,如视频 IP 电话、多通道 WLAN 接入点(如即将推出的 MIMO 标准 IEEE802.11n 中的接入点)以及平移倾斜变焦式 IP 摄像头。

所有这些设备通常需要 13 W 至 30 W 的电能 - 高于通常可用的 13 W。

增强以太网供电能力

2004 年 12 月,IEEE802 成立了 PoEPlus 小组,专门研究市场需求和可能的技术解决方案,以满足更高功率应用的需求,同时保持与原始标准的向后兼容性。2005 年 9 月,该小组提出并批准了 IEEE802.3at 的以太网供电能力增强目标(具有约束力)。主要目标之一是在允许的情况下向 PD 提供最大功率(不超过实际限制,至少 30 W)。

转换器拓扑选择:反激与正激

反激或正激转换器拓扑通常用在受电设备直流到直流转换器中,具体取决于 PD 的电压和电流要求。

反激拓扑

(参见图 1)
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图 1.

反激拓扑

好处:

输出电流 <6 A,成本最低。

何时使用:

通常用于大于 2.5 V 的输出电压。推荐用于多输出电压 (>12 V) 和需要最低成本的应用场合。

优点:

  • 输出与输入隔离
  • 无需输出电感器

缺点:

  • 更高的输出纹波电流会因更高的峰值电流和 rms 电流导致更高的输出电容器成本和中等效率。

 

正激拓扑

(参见图 2)
Forward-topology-eaton-power-over-ethernet-poe-app-notes.jpg

图 2.

正激拓扑

好处:

输出电流 >6 A,成本最低。

何时使用:

通常用于小于 12 V 的输出电压。推荐用于多输出电压 (<2.5 V) 和需要最高效率的应用场合。

优点:

  • 低输出纹波电流导致较低的输出电容器成本
  • 较低的峰值电流和 rms 电流可以利用同步整流,从而提高效率
  • 隔离输出

缺点:

  • 需要额外的元器件,包括输出储能电感器和额外的整流装置(二极管或 MOSFET)

伊顿符合 RoHS 标准的 PoE 可配置变压器系列可与多家 IC 制造商的各种 PWM 控制器一起使用,并提供利用反激或正激转换器拓扑的 PD 供电解决方案。

反激和正激直流到直流转换器解决了 PoE 标准的隔离要求。正激和反激开关拓扑可以使用伊顿 PoE 变压器将 PD 的 PoE 接口与其电路的其余部分隔离,同时降低 PoE 输入电压,以便为 PD 电路供电。

伊顿的反激 PoE 变压器(图 3)支持电源转换器中的 1500 Vac 隔离(0.1 A 下的反馈电压为 11 V)。这些变压器提供 4 W、7 W 和 13 W 的功率,接受 29.5 V 至 60 V 的输入电压(使用标称 250 kHz 的开关频率)。

伊顿的 PoE 变压器采用分离的初级绕组和二级绕组,以尽量减小漏电感(漏电感是一个绕组与另一个绕组的不完美磁连接造成的结果)。这些变压器允许多种输出变化。3.3 V 和 5 V PoE 变压器支持三个输出,而 12 V 变压器支持两个输出。这三种变压器都具有并联绕组(输出电压相同)。

这些变压器允许:

  •  将绕组独立用于隔离电路
  •  并联使用绕组以产生更高电流
  •  串联连接绕组以产生更高电压
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图 3.

伊顿 4 W 至 13 W 反激变压器

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图 4.

伊顿 26 W 正激转换器变压器

伊顿还提供用于正激转换器的变压器(图 4),它们提供同步整流支持、1500 Vac 隔离、隔离反馈电压和高达 26 W 的功率。这些变压器接受 29.5 V 至 60 V 的输入电压(使用标称 300 kHz 的开关频率)。

这些元器件在 -40 °C 至 +85 °C 的环境温度下工作,最高工作温度为 +125 °C。

伊顿 Versa-Pac 产品线提供 500 多种实用电感或变压器配置。在 PoE 变压器系列(带 VER 后缀的装置)中也采用了相同的用户可配置概念。并联连接绕组提高了电流承载能力,而串联连接则提高了输出电压。这些装置在电压和电流组合数量方面提供了比这个标准的现成变压器系列更大的灵活性。

典型的 PoE/PD 可配置变压器应用

  • 适用于符合 IEEE 802.3af 标准的以太网供电应用
  • UPS、VoiP 电话、无线 LAN 接入点、蓝牙接入点、网络摄像头、建筑门禁系统
  • 零售信息点系统
  • 售货机/游戏机

反激变压器 - 4、7 和 13 瓦

Flyback Transformer - 4, 7 & 13 Wattseaton-power-over-ethernet-poe-app-notes-3.jpg

尺寸 - mm

  A 最大 B 参考 C 最大 D 参考 E 参考 F 参考 G 参考 H 参考 I 参考 J K L 参考 M 最大 N O
尺寸 1 17.1 16.0 22.3 0.7 8.4 3.0 0.1 0.4 14.49 1.79 3.43 16.88 23.74 2.54 0.75
尺寸 2 18.0 18.0 24.6 0.7 10.0 3.3 0.1 0.4 14.25 1.75 3.43 19.14 26.0 2.5 0.75
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有关完整的产品信息和所有可用电感器值的列表,请访问 www.eaton.com/electronics

正激变压器 - 26 瓦

Forward Transformers - 26 Watts eaton-power-over-ethernet-poe-app-notes-4.jpg

尺寸 (mm)

A 最大 B 参考 C 最大 D 参考 E 参考 F 参考 G 参考 H 参考 I 参考 J K L 参考 M 最大 N O
21.5 22.0 28.5 0.7 10.8 2.95 0.1 0.4 17.25 2.25 3.15 23.2 29.5 3.0 0.75

 

有关完整的产品信息和所有可用电感器值的列表,请访问 www.eaton.com/electronics。 
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