技術頻道

娓娓工業(yè)
您現(xiàn)在的位置: 中國傳動網 > 技術頻道 > 技術百科 > 面向以太網電源的高功率設計分析

面向以太網電源的高功率設計分析

時間:2008-09-03 10:49:00來源:fenghy

導語:?針對以太網電源(PoE)的IEEE 802.3af標準規(guī)定將直流電源與10/100/1000 Mbps數(shù)據(jù)一起傳輸,從而為以太網帶來了新的面貌。
針對以太網電源(PoE)的IEEE 802.3af標準規(guī)定將直流電源與10/100/1000 Mbps數(shù)據(jù)一起傳輸,從而為以太網帶來了新的面貌。其中,PoE帶來了一系列獨特的問題,對于許多具備設計以太網設備經驗的工程師來說,他們并不熟悉針對這些問題的新的思維方式。PoE現(xiàn)在常用于VoIP 電話、無線接入點和安全攝像機。隨著PoE的發(fā)展,有必要增強對該標準的了解以使新的應用成為可能。 通過回顧標準可見,PoE鏈接容許受電設備(PD)從供電設備(PSE)吸取最多12.95W的功率。PoE鏈接或端口受到PSE的控制,PSE通過在上電前的檢測和分類,可以識別 PD并監(jiān)測該端口(ICUT、ILIM和斷開)。PSE承擔了大部分PoE的負擔,它必須檢測PoE并無縫地斷開電源,以避免損壞原有的設備。如果PSE 不能充分地執(zhí)行分類、供電和監(jiān)測等功能,那么,就可能出現(xiàn)間歇性故障并造成供電不穩(wěn)定。PSE不能控制一切;當它提供電源的時候,它相信PD是符合標準的,并以無振蕩的方式打開電源,從而避免吸取比要求更多的功率。因為兩類設備都必須協(xié)作,所以,PD和PSE設計工程師要從兩設備的觀點出發(fā)考慮設計問題。 新興應用需要更大的功率 13W對于基本功能IP電話是足夠的,但是,對于電動攝像機、多點無線接入和大屏幕彩色顯示器等應用,功率卻嚴重不足。IEEE目前正在制訂更大功率的標準,稱為PoE+(官方稱為IEEE 802.3at)將與目前可用的 802.3af設備共存。由新標準定義的最終功率級別還沒有確定,但是,到目前為止,很可能我們將看到30W的兩對供電系統(tǒng)和60W的4對供電系統(tǒng)。 IEEE 802.3at委員會已經下達了令人畏縮的任務,要定義一種安全、更大功率、后向兼容并與現(xiàn)已部署的802.3af設備互通的全球標準。因為編寫這種規(guī)范的復雜性很高,我們預期從現(xiàn)在開始算起,一到兩年內不可能看到最終規(guī)范。 雖然典型的CAT 5電纜有四對雙絞線,但是, 802.3af標準僅僅容許其中兩對線在給定時間內傳送電流。一種選擇是容許第三和第四對線傳送額外的電流,從而使可用功率翻一番。第二種選擇是提大電流的限制,容許相同的線對傳送更大的功率。這些技術都已經出現(xiàn)在專用的PoE系統(tǒng)之中。然而,每一種方法都有缺點,使在它們之間作出選擇更為復雜。 實現(xiàn)準標準大功率PSE 在過渡時期,有些應用需要大功率,等待新標準的到來顯然是不現(xiàn)實的。為此,有幾種解決方案。下列是構建在符合基本802.3af標準之上的電路(翻譯注釋: complaint應該是compliant),圖1a所示PSE電路采用LTC4258,圖1b所示PD電路采用LTC4257。如果該應用需要斷開交流,在PSE電路中可以用LTC4259取代;如果應用要集成開關調整器,在PD電路中可以采用LTC4267取代。
圖1a:采用LTC4258實現(xiàn)的符合基本802.3af標準的PSE電路
圖1b:采用LTC4257實現(xiàn)的符合基本802.3af標準的PD電路
大功率工作 下列電路例子展示了實現(xiàn)大功率工作的幾種辦法。注意:在下面的一些PSE電路中,通道4被用于描述電路的變化,但是,也可以采用任何其它通道。 兩對大電流方案 通過簡單地改變傳感器電阻的數(shù)值(圖1a中的RS1到RS4),就可以增加PSE的功率級別。RSn被設為0.5Ω,符合802.3af標準的規(guī)定 (375mA ICUT, 425mA ILIM)。例如,將RSn減小到0.25Ω,就可以把電流限制增加一倍(750mA ICUT, 850mA ILIM)。當采用短電纜時,這就可以把PD功率增加一倍;如果電纜較長,其損耗就會增加,從而把傳遞給PD的功率限制為小于原來的兩倍。
圖2a:雙電流大功率、符合802.3af標準的PSE
注意,LTC4258也采用傳感器電阻來檢測直流的斷路。把該電阻的數(shù)值減少到0.25Ω,直流斷路門限就可以增加一倍,技術上就不符合標準的要求。其它 802.3af參數(shù)就不受影響:檢測和分類仍然符合標準的要求;而交流斷路門限(僅僅對LTC4259)不受傳感器電阻變化的影響。因為所提高的直流門限存在斷開非常低功率的802.3af PD的風險,盡管這種風險比較小;對于具備802.3af PD的互通性,推薦采用交流斷路。 要改變每個通道的其它兩個元件,以處理額外的電流。典型情況下,MOSFET Q4要用較大的器件取代,以在電流限制期間承受更大的功率。在這種應用中,采用D2PAK封裝的IRF530類器件就足夠了。此外,也要指定PoE數(shù)據(jù)磁性模塊以承載更高的電流。幾家磁性元件供應商最近推出了具有足夠電流能力的器件。 通過增加兩個新元件,我們可以在符合802.3af的工作和大功率條件兩者之間進行切換。在這種情形下,RS4要設置為原始的 0.5Ω數(shù)值,并要選擇RS4B,以便RS4 II RS4B提供期望的更大電流。把RS4B設置為0.5Ω(與RS4的數(shù)值相同),就可以把大功率模式設置為802.3af的功率電平的兩倍。 當Q4B關閉的時候,端口工作在符合802.3af標準的模式。打開Q4B開關,端口就工作在大電流模式。這種切換可以在任何時間進行:在檢測/分類之前;在檢測/分類之后,但是要在端口上電之前;或在供電之后。注意,Q4B可以采用低壓 MOSFET,因為僅僅Q4的漏極具有高端口電壓。Q4B要選擇導通電阻非常低的MOSFET,以防止在更大電流限制中精度不夠。例如, IRLML2502就是采用SOT-23封裝的一種合適的器件。 對PD的改變稍微復雜一些(圖2b),因為內部的MOSFET被預先配置為工作在375mA限制電流。然而,添加受PWRGD引腳控制的外部無源器件,就容許工作在大電流模式;與此同時,維持完整的802.3af檢測和分類特征,且限制瞬間峰值電流。
圖2b:兩對大功率PD
四對小電流方案 為了增加傳遞到PD的功率,另外一種技術是在CAT-5電纜中為所有四對線供電。圖4a所示為四對PSE電路,其中每一對都具有標準的802.3af電源。對傳感器電阻的數(shù)值不需要作出變更。
圖3a:四對802.3af電源
四對PD電路是最大的變化(圖4b)?,F(xiàn)在需要采用兩個LTC4257器件,電源電路必須具備足夠的智能,以便把從每一個通道吸取的電流限制在 802.3af規(guī)范容許的范圍之內。要做到這一點,就要平衡從每一對線吸取的電流或平衡從每一對線吸取的功率,直到它接近(但是不超過)ICUT極限,然后,才從其它線對吸取電流。這種電路可能相當復雜,不同的設計之間差異也很大。
圖3b:四對小電流PD
四對技術(four-pair technique)的優(yōu)點是利用了電纜中的所有導線,最大限度地減少了總的電纜阻抗及長電纜所產生的功率損耗。任何利用標準電流的大功率技術也完全接近符合802.3af標準,因為僅僅采用信號對或備用對就能夠符合標準的要求。主要缺點是復雜性高,價格昂貴。PSE的每一個端口需要兩個通道的控制器芯片,將端口密度減少了一半;而PD需要兩個通道和附加的電流平衡電路,以確保從每一對線吸取的電流不超過最大值。此外,如果只有信號對具有連續(xù)性,四對技術就不管用,正如在一些CAT-3建筑安裝中看到的那樣。 因為四對線方案的成本昂貴且復雜性高,在中等功率級別,人們寧愿采用兩對大電流技術。只有當PD功率上升到35W以上,四對系統(tǒng)才最為適用。 四對大電流方案 把大電流電路與四對連接結合起來,可以沿著電纜比其它任何技術傳遞更多的功率。四對大電流容許沿著100米的CAT-5電纜向PD傳遞50W的功率,如果電纜長度縮短的話,所傳遞的功率要更大。盡管這種方案存在所有以前方案的缺點,但是,所傳輸?shù)墓β蕝s最大。對于50W以上的功率,長的電纜很快會出現(xiàn)“阻抗匹配”問題,在此,電纜所消耗的功率比傳輸給PD的功率還要大。如果縮短電纜的長度,就可以進一步增加電流,其數(shù)值最終受限于RJ45連接器、磁性元件的偏置電流和CAT-5電纜中溫度上升的程度。極大功率(>50W)電路只應該用于由同一供應商指定整個解決方案的系統(tǒng)之中。 分類:何時適用大功率 特別情況下,如果不采用上述電路,一種辦法就是確定何時把大功率施加在線路上。在正常情形下,所有技術都將成功地為符合802.3af標準的PD供電。雙門限電路需要從PD獲取一些信息以了解何時切換門限;而四對方案需要了解何時才適合切換到第二組導線。IEEE 802.3at委員會正在努力解決這些問題,但是,還沒有確定最終方案。在過渡時期,需要采用特殊的方案來識別大功率PD。 802.3af定義了不使用的類(第四類),看起來就像為大功率PD特制的;LTC4258/59 PSE芯片和LTC4257/67 PD芯片都支持第四類。幸運的是,第四類PD如果插入標準的 802.3af PSE之中的話,它就可以采用第三類限制電流供電;而如果它試圖吸取更大的功率,它就會重復地打開和關閉。第四類可以被用作為連接了大功率PD的“報警”信號,但是,建議在傳輸更大功率之前,先發(fā)出一個附加的握手信號。理想情況下,大功率PD應該從大功率PSE接收某種信號,確認“工作在大功率模式”是可接受的。如果沒有收到握手信號,PD就應該向用戶發(fā)出某種信號,表示它插入了錯誤類型的PSE。

標簽:

點贊

分享到:

上一篇:焊接機器人系統(tǒng)中的電源電路分析

下一篇:微能WIN-V63矢量控制變頻器在...

中國傳動網版權與免責聲明:凡本網注明[來源:中國傳動網]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權均為中國傳動網(m.u63ivq3.com)獨家所有。如需轉載請與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網站或個人轉載使用時須注明來源“中國傳動網”,違反者本網將追究其法律責任。

本網轉載并注明其他來源的稿件,均來自互聯(lián)網或業(yè)內投稿人士,版權屬于原版權人。轉載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負版權法律責任。

相關資訊

網站簡介|會員服務|聯(lián)系方式|幫助信息|版權信息|網站地圖|友情鏈接|法律支持|意見反饋|sitemap

傳動網-工業(yè)自動化與智能制造的全媒體“互聯(lián)網+”創(chuàng)新服務平臺

網站客服服務咨詢采購咨詢媒體合作

Chuandong.com Copyright ?2005 - 2024 ,All Rights Reserved 深圳市奧美大唐廣告有限公司 版權所有
粵ICP備 14004826號 | 營業(yè)執(zhí)照證書 | 不良信息舉報中心 | 粵公網安備 44030402000946號