PoE供電中的變壓器設(shè)計(jì)如何去優(yōu)化

Power over Ethernet—以太網(wǎng)供電技術(shù)，是指供電設(shè)備PSE（Power souring Equipment）通過網(wǎng)線向受電設(shè)備PD（Power Device）傳輸功率的一種方式。典型應(yīng)用例如以PSE交換機(jī)作為核心，通過網(wǎng)線連接眾多PD設(shè)備如Access Point、IP Phone和 IP Camera等，PSE完成對(duì)PD的信號(hào)及功率傳輸。

PoE供電具有如下優(yōu)點(diǎn)：? 安裝擴(kuò)展便捷：網(wǎng)線傳輸信號(hào)和功率，PD設(shè)備周圍無需配電源接口? 遠(yuǎn)程管理：一個(gè)PSE設(shè)備為多個(gè)PD設(shè)備提供電力，便于遠(yuǎn)程電源管理? 低成本：信號(hào)線和功率線合二為一，省去一根電源線，所以網(wǎng)線不僅是信號(hào)傳輸?shù)妮d體，也承擔(dān)的功率傳輸?shù)淖饔?，因此布線成本降低? 兼容性好：不受各國(guó)的電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的限制，統(tǒng)一的PoE協(xié)議保障PD設(shè)備可以在全球范圍內(nèi)與任一PSE相兼容

一、PoE供電說明

從電路架構(gòu)看，左邊的PSE將直流44-57V傳輸?shù)絇D，右邊的PD搭配降壓電路將電源轉(zhuǎn)換為需要的電。PSE和PD之間通過RJ45接口和長(zhǎng)達(dá)100m的雙絞線進(jìn)行連接。

電氣電子工程協(xié)會(huì)根據(jù)不同的功率應(yīng)用場(chǎng)景，發(fā)布了IEEE 802.3af、IEEE 802.3at和

IEEE802.3bt 3個(gè)以太網(wǎng)供電標(biāo)準(zhǔn)。特別是2019年IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，將PoE供電的功率大大提高，PSE提供90W的功率，經(jīng)過100米網(wǎng)線后，PD的接收功率達(dá)到71W，該class 8功率等級(jí)主要應(yīng)用在小基站供電系統(tǒng)中。并且，802.3bt標(biāo)準(zhǔn)向下兼容802.3af和802.3at標(biāo)準(zhǔn)；802.3bt的PD連接至低功率的802.3af和802.3at的PSE時(shí)，會(huì)工作在低功率狀態(tài)，即“降級(jí)”。

在這一過程中，較低功率的PD連接至較高功率的PSE，設(shè)備沒有發(fā)生損壞，主要是在PSE給PD供電經(jīng)歷如下握手過程：

圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

二、PoE供電應(yīng)用架構(gòu)

DC/DC有隔離式方案和非隔離式方案，下面針對(duì)隔離式POE供電有分為正激拓?fù)浜头醇ね負(fù)?，其中又分為PSR（原邊反饋）和SSR（副邊反饋），下面對(duì)各類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析：

圖片來源于網(wǎng)絡(luò)，圖表來源于順絡(luò)內(nèi)部

三、PoE供電功率變壓器

在PD設(shè)備的電路架構(gòu)中，主要關(guān)注3個(gè)參數(shù)：尺寸、效率以及EMC。那么PD設(shè)備的要求和變壓器的設(shè)計(jì)要求如何連接起來。

//3.1 優(yōu)化尺寸

? 設(shè)計(jì)要點(diǎn)1：變壓器高頻化減小尺寸在一個(gè)電路板子，可以看到體積做大的就是變壓器，那么減小變壓器尺寸就能節(jié)約板子大小。高頻化能減小變壓器尺寸，變壓器功率傳輸，所以頻率從200 KHZ -》300 KHZ -》500KHZ，能減小變壓器體積。? 設(shè)計(jì)要點(diǎn)2：CCM工作模式減小器件尺寸? 設(shè)計(jì)要點(diǎn)3：原邊反饋減小尺寸

圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

3.2提高效率

EMC衡量的是噪聲源對(duì)敏感設(shè)備產(chǎn)生的干擾，包括傳導(dǎo)和輻射組成，一方面要減小干擾源，另一方面就是要優(yōu)化耦合路徑。

為了減小EMI，首先要確認(rèn)電路中的噪聲來源，噪聲源分為傳導(dǎo)噪聲源和輻射噪聲源。傳導(dǎo)噪聲源一般是30MHZ以內(nèi)的低頻噪聲，由電場(chǎng)的變化產(chǎn)生；傳導(dǎo)噪聲源主要是功率管的開關(guān)動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致MOS源級(jí)電壓產(chǎn)生突變，會(huì)導(dǎo)致變壓器將電壓的突變傳遞到副邊，提高M(jìn)OS的驅(qū)動(dòng)電阻能夠降低開關(guān)速度，但是驅(qū)動(dòng)損耗會(huì)上升；或者增加吸收電路，減小高頻振蕩。變壓器的雜散參數(shù)對(duì)EMI影響較大，比如變壓器Cp（原邊繞組電場(chǎng)）就影響電壓尖峰和電流紋波。

輻射噪聲源則是30M以上的噪聲，是空間磁場(chǎng)的干擾，由高頻的電流環(huán)路組成，高頻環(huán)路是指變壓器原邊環(huán)路和副邊環(huán)路，PCB layout時(shí)候要減小環(huán)路路徑，減小噪聲，或者加并聯(lián)小的電容。

3.3 順絡(luò)電子變壓器

順絡(luò)電子擁有強(qiáng)大的變壓器設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，在PoE供電的變壓器設(shè)計(jì)中，從尺寸，效率以及EMC角度全面優(yōu)化變壓器的設(shè)計(jì)，滿足客戶的定制化需求。順絡(luò)電子擁有變壓器全自動(dòng)化產(chǎn)線，保證產(chǎn)品的可靠性和一致性，交貨周期短，歡迎下單。

編輯：jq