由于通過以太網(wǎng)獲得供電的電子設備無需依靠交流電,而且系統(tǒng)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(wǎng)絡電話為例,采用不中斷電源供應 (UPS) 技術(shù)可以保證供電更穩(wěn)定可靠,,不易出現(xiàn)浪涌電流、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(shù)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(wǎng)集線器的供電量以及以太網(wǎng)電纜的電流傳輸量畢竟有限。為確保兩者不出現(xiàn)過載,,國際電子電氣工程師協(xié)會(IEEE) 特別為需要通過以太網(wǎng)獲得供電的負載制定 802.3af PoE 技術(shù)標準,,確保有關(guān)負載的電氣特性符合標準要求。
Sat Mar 10 2007
符合 IEEE 標準的用電設備操作模式
2003年6月IEEE通過采納有關(guān)PoE產(chǎn)品的技術(shù)標準,。IEEE802.3af標準規(guī)定舊式和PoE設備都必須
同樣獲得安全可靠的供電,原有的電纜網(wǎng)絡須繼續(xù)保留,,而饋電時不會令傳送的信號出現(xiàn)衰減或錯誤,。IEEE 還規(guī)定必須采用標準的第5e類 (CAT-5e) 以太網(wǎng)電纜,而且必須利用電纜內(nèi)四對雙絞銅導線中的兩對傳送48V直流電(見圖1),。供電量分為4個級別,,最低供電量為每端口4W,而最高的供電量則為每端口15.4W,。
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(jù)其內(nèi)部設定作出判斷,,若阻抗的測量值介于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,。
若電壓超過 23V,,供電設備執(zhí)行欠壓鎖定 (UVLO) 功能,,以防出現(xiàn)不理想的特征電阻,,確保用電設備的電壓升至最高值之后,才為輸入電容器充電以及將輸出電壓穩(wěn)定在指定的范圍內(nèi),。此外,,用電設備也可將有關(guān)其用電級別的資料直接通知供電設備。欠壓鎖定一旦解除之后,,控制器的接口電路便會為負載電容充電,。這個負載電容是專為開關(guān)模式電源供應而設的輸入電容。為了確保充電過程不會失控,,主功率場效應晶體管的電流規(guī)定不可超過 450mA ,,并且浪涌限流值可另外設定。
但由于許多新一代 PoE 設備所需的供電量往往超過目前的規(guī)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,。
適用于 PoE 供電系統(tǒng)的典型DC/DC轉(zhuǎn)換器設計
從線路布局的角度看,反激式轉(zhuǎn)換器非常適合于 PoE 供電系統(tǒng),,而事實上反激式轉(zhuǎn)換器也最受歡迎,。反激式轉(zhuǎn)換器不但設計極為簡單,而且兼顧了成本和效率,,適用于隔離式的多輸出供電系統(tǒng),,可為典型的應用提供低至幾W、高至 20W ~ 30W的輸出功率,。
雖然進行低功率操作時,,反激式轉(zhuǎn)換器通常都采用非連續(xù)導電模式 (DCM),但連續(xù)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(xù)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,,又可將控制傳送函數(shù)的右半平面零 (right half plane zero) 移到足夠高的高頻區(qū),,以便將不利影響減至最小。
至于PoE供電系統(tǒng)的供電量及輸入電壓范圍,,我們只要作出幾個簡單的運算,,便可得出以下的結(jié)論 :右半平面零處于足夠高的高頻區(qū)內(nèi),,因此不會構(gòu)成任何問題,。以連續(xù)導電模式為例來說,,反激式轉(zhuǎn)換器的右半平面零的頻率下限可以利用以下公式計算 :
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(xù)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(guān)占空比數(shù)值為0.4,若根據(jù)以上的數(shù)值運算,,右半平面零無論在任何操作情況都會處于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只會有微不足道的影響,。
由于LM5070,、LM5071及 LM5072等幾款控制器是高度集成的電路,因此供電系統(tǒng)只需添加極少的外置元件,,便符合IEEE802.3af 標準的要求,。圖 3 是 PoE 供電系統(tǒng)的典型應用電路圖,圖中的電路采用LM5072 芯片,。這是一款內(nèi)置 100V PoE 用電設備接口并可支持后備電源的 PWM 控制器,。采用 LM5072 芯片的好處是用電設備在選擇供電來源方面有較大的靈活性,例如不同配置的用電設備都可利用后備電源的供電,,其中包括交流電,。
以采用連續(xù)模式反激式轉(zhuǎn)換器的電路布局為例,,采用快速 PWM 電流模式控制器會較為理想,,因為這樣不但可以控制及限制輸入電流的流量,而且還可穩(wěn)定同一電路的輸出電壓,。此外,,我們也可調(diào)節(jié)功率晶體管的占空比,以便控制線路及電流的瞬態(tài)響應,。占空比的大小取決于輸出電壓的誤差及鋸齒波形,,而兩者都取決于流入外置電流傳感電阻的初級線圈電感電流。
我們可將電流傳感信號與內(nèi)部參考電壓加以比較,,以便為每一周期設定限流值,。我們也可為電流斜波信號提供內(nèi)部斜率補償,以便解決占空比超過 50% 時分諧波振蕩所產(chǎn)生的內(nèi)部不穩(wěn)定問題,。
結(jié)論
反激式連續(xù)導電模式不但設計簡單,、成本較低,,而且還可發(fā)揮極高的效率,是 PoE 設備普遍采用的設計方案,。