Как определить, какой трансформатор PoE лучше: обратный или прямой?

May 25, 2023

Трансформатор — это электрическое оборудование, которое изменило определение силовой электроники, электроснабжения, конструкции светодиодного освещения, а теперь и сектора беспроводных локальных сетей, известного как Power-over-Ethernet (PoE). При выборе следующего проекта на основе PoE следует учитывать два типа топологии трансформатора: прямоходовую и обратноходовую.

PoE — это достаточно новый метод подачи питания без поиска розетки на 120 В или ближайшего автоматического выключателя для подачи питания на низковольтные устройства. Когда этот метод был представлен, разработчики могли генерировать мощность менее 5 Вт через PoE. Теперь есть способ обеспечить мощность PoE до 100 Вт.

При проектировании оборудования в ИТ-залах необходимо учитывать множество факторов. Одна из проблем, с которыми сталкиваются инженеры, — откуда брать энергию. А если имеется только среднее напряжение (например, 480 В), достаточно ли места для установки понижающего трансформатора для получения низковольтного источника питания?

Сопоставьте эти вопросы с нормами электробезопасности, строительными нормами и стоимостью оборудования, и проектировщик может столкнуться с рядом ограничений при создании полнофункциональной системы в общих помещениях данных.

Именно это делает PoE привлекательной идеей для таких проектов. Он подает низковольтное питание постоянного тока непосредственно на устройство и устраняет сложность поиска источников питания переменного тока.

Метод PoE обеспечивает необходимую мощность для устройств, оснащенных IP-видеотелефонами; многоканальные точки доступа к беспроводной локальной сети; и многонаправленные IP-камеры.

Существует два типа трансформаторов PoE, которые широко обсуждаются при использовании в преобразователях постоянного тока: обратноходовая и прямая топологии. Прямые и обратные трансформаторы могут изолировать интерфейс питаемого устройства от остальной части его схемы, одновременно снижая входное напряжение PoE для питания цепей PD.

Для конструкций с выходным напряжением более 2,5 В наиболее полезным вариантом может оказаться трансформатор на основе обратноходового преобразователя. Обратноходовой трансформатор представляет собой связанную катушку индуктивности с сердечником с зазором; это означает, что во время каждого рабочего цикла входное напряжение подается на первичную обмотку.

Как только переключатель, биполярный транзистор или МОП-транзистор открывается и закрывается, энергия, накопленная в зазоре сердечника, перетекает во вторичные обмотки трансформатора, передавая мощность на сторону нагрузки. Недостатком обратноходовых преобразователей являются искажения, возникающие из-за более высоких пульсаций выходного тока. Требуемый фильтр увеличивает стоимость конструкции.

Для силовых конструкций, которым обычно требуется выходное напряжение менее 12 В, прямым трансформатором PoE может оказаться выгодным выбором. Разница между обратноходовым и прямым трансформатором заключается в дополнительных дискретных компонентах. Поскольку обратноходовой трансформатор может накапливать энергию, для достижения тех же результатов необходимы выходной фильтр, индуктивность накопления энергии и дополнительное выпрямительное устройство (например, диод).

Как обратный, так и прямой трансформаторы рассчитаны на несколько выходных напряжений; однако в обратноходовых трансформаторах возникает много нежелательных шумов из-за больших пульсаций тока. Для достижения той же выходной мощности, что и у прямого трансформатора, в конструкцию необходимо будет добавить более крупные дискретные компоненты, такие как катушки индуктивности и конденсаторы.

Ни один трансформатор по своей сути не превосходит другой. Как и в случае с большинством принципов проектирования, выбор инженера между обратноходовой или прямой топологией во многом будет зависеть от применения и размера печатной платы.

В качестве примера растущей индустрии трансформаторов можно привести недавно компанию Bel Fuse, ведущего производителя в области сетевых технологий, телекоммуникаций и высокоскоростной передачи данных, анонсировавшую новую серию трансформаторов для поверхностного монтажа, получившую название SPoE.

SPoE компании Bel Fuse использует метод обратного хода. Компания утверждает, что это устройство полезно для плат высокой плотности. Благодаря печатным платам высокой плотности дизайнеры могут использовать обе стороны платы, что позволяет добавлять дополнительные компоненты.