如何設計以太網供電係統
發布時間:2012-11-25 責任編輯:Lynnjiao
【導讀】由於通過以太網獲得供電的電子設備無需依靠交流電,而且係統的整體成本也較低,因此 PoE 解決方案很快便大受市場歡迎。以網絡電話為例,采用不中斷電源供應 (UPS) 技術可以保證供電更穩定可靠,不易出現浪湧電流、盜電、電力中斷等情況。此外,世界各地都普遍采用 RJ-45 連接器,因此各地的 PoE 設備可以兼容。
采用 PoE 技術的電子設備不但具有管理上的靈活,而且還具備遠程通、斷電能力。 但以太網集線器的供電量以及以太網電纜的電流傳輸量畢竟有限。為確保兩者不出現過載,國際電子電氣工程師協會(IEEE) 特別為需要通過以太網獲得供電的負載製定 802.3af PoE 技術標準,確保有關負載的電氣特性符合標準要求。
Sat Mar 10 2007

圖1:利用CAT-5電纜饋電
符合 IEEE 標準的用電設備操作模式
供電設備 (PSE) 可以利用特征檢測功能,測量電纜阻抗的大小,以確定用電設備 (PD) 是否已連接。供電設備可以根據其內部設定作出判斷,若阻抗的測量值介於23.75kΩ ~ 26.25kΩ,便可斷定已連接用電設備。PoE設備的操作模式次序見圖2。

圖2:PoE設備的操作模式次序
若電壓超過 23V,供電設備執行欠壓鎖定 (UVLO) gongneng,yifangchuxianbulixiangdetezhengdianzu,quebaoyongdianshebeidedianyashengzhizuigaozhizhihou,caiweishurudianrongqichongdianyijijiangshuchudianyawendingzaizhidingdefanweinei。ciwai,yongdianshebeiyekejiangyouguanqiyongdianjibiedeziliaozhijietongzhigongdianshebei。qianyasuodingyidanjiechuzhihou,kongzhiqidejiekoudianlubianhuiweifuzaidianrongchongdian。zhegefuzaidianrongshizhuanweikaiguanmoshidianyuangongyingershedeshurudianrong。weilequebaochongdianguochengbuhuishikong,zhugonglvchangxiaoyingjingtiguandedianliuguidingbukechaoguo 450mA ,並且浪湧限流值可另外設定。
但由於許多新一代 PoE 設備所需的供電量往往超過目前的規定標準,因此 LM5072 芯片設有特別的功能,容許芯片利用輔助電源提供的供電,而且最高電流可以設定為 800mA,使供電可高達 25W。
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適用於 PoE 供電係統的典型DC/DC轉換器設計
從線路布局的角度看,反激式轉換器非常適合於 PoE 供gong電dian係xi統tong,而er事shi實shi上shang反fan激ji式shi轉zhuan換huan器qi也ye最zui受shou歡huan迎ying。反fan激ji式shi轉zhuan換huan器qi不bu但dan設she計ji極ji為wei簡jian單dan,而er且qie兼jian顧gu了le成cheng本ben和he效xiao率lv,適shi用yong於yu隔ge離li式shi的de多duo輸shu出chu供gong電dian係xi統tong,可ke為wei典dian型xing的de應ying用yong提ti供gong低di至zhi幾jiW、高至 20W ~ 30W的輸出功率。
雖然進行低功率操作時,反激式轉換器通常都采用非連續導電模式 (DCM),但連續導電模式 (CCM) 的效率最高,因為以某一輸出功率為基準作比較,初級線圈場效應晶體管的均方根 (RMS) 電流較小。一般來說,采用非連續導電模式操作有兩個理由,其一是可以采用較小的變壓器,此外,又可將控製傳送函數的右半平麵零 (right half plane zero) 移到足夠高的高頻區,以便將不利影響減至最小。
至於PoE供電係統的供電量及輸入電壓範圍,我們隻要作出幾個簡單的運算,便可得出以下的結論 :youbanpingmianlingchuyuzugougaodegaopinqunei,yincibuhuigouchengrenhewenti。yilianxudaodianmoshiweililaishuo,fanjishizhuanhuanqideyoubanpingmianlingdepinlvxiaxiankeyiliyongyixiagongshijisuan :
在上述公式中,Vin為輸入電壓、D為初級線圈場效應晶體管的占空比、Iin 為平均輸入電流,而L則為變壓器的磁化電感。上述應用實例若采用連續導電模式操作,變壓器的磁化電感值一般均設定為100mH。若最低輸入電壓為26V、最高輸入電流為360mA,而初級線圈場效應晶體管的相關占空比數值為0.4,若根據以上的數值運算,右半平麵零無論在任何操作情況都會處於64kHz的頻率下限。對大部分PoE設備來說,這個頻率下限對反饋補償器的設計隻會有微不足道的影響。
由於LM5070、LM5071及 LM5072等幾款控製器是高度集成的電路,因此供電係統隻需添加極少的外置元件,便符合IEEE802.3af 標準的要求。圖 3 是 PoE 供電係統的典型應用電路圖,圖中的電路采用LM5072 芯片。這是一款內置 100V PoE 用電設備接口並可支持後備電源的 PWM 控製器。采用 LM5072 芯片的好處是用電設備在選擇供電來源方麵有較大的靈活性,例如不同配置的用電設備都可利用後備電源的供電,其中包括交流電。

圖3:采用LM5072控製器的PoE供電係統的典型應用電路圖
以采用連續模式反激式轉換器的電路布局為例,采用快速 PWM dianliumoshikongzhiqihuijiaoweilixiang,yinweizheyangbudankeyikongzhijixianzhishurudianliudeliuliang,erqiehaikewendingtongyidianludeshuchudianya。ciwai,womenyeketiaojiegonglvjingtiguandezhankongbi,yibiankongzhixianlujidianliudeshuntaixiangying。zhankongbidedaxiaoqujueyushuchudianyadewuchajijuchiboxing,erliangzhedouqujueyuliuruwaizhidianliuchuangandianzudechujixianquandiangandianliu。
womenkejiangdianliuchuanganxinhaoyuneibucankaodianyajiayibijiao,yibianweimeiyizhouqishedingxianliuzhi。womenyekeweidianliuxieboxinhaotigongneibuxielvbuchang,yibianjiejuezhankongbichaoguo 50% 時分諧波振蕩所產生的內部不穩定問題。
反激式連續導電模式不但設計簡單、成本較低,而且還可發揮極高的效率,是 PoE 設備普遍采用的設計方案。
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