以太網(wǎng)供電應用中可用設備功率的估算

許多現有的以太網(wǎng)設備都從采用墻上適配器電源轉向采用新推出的 IEEE 802.3af 以太網(wǎng)供電 (PoE) 標準。過(guò)去采用墻上適配器時(shí)，電源系統效率不算是大問(wèn)題，但采用 PoE 情況卻有所改變。功能電路開(kāi)始從 10W 范圍汲取電能的應用需要嚴格控制用電。
　　一旦執行 802.3af 標準要求的功能，首先，我們將確定可用的凈功率。其次，我們將介紹常見(jiàn) DC/DC 轉換器的建模方法，計算出應用電路可用的功率，并將給出兩種拓撲范例進(jìn)行比較。建模過(guò)程使設計人員能在設計最初的電路前明確拓撲方式與技術(shù)問(wèn)題。
　　PoE 前端損耗
　　圖 1 給出了基本的結構圖，顯示了電源設備 (PSE) 通過(guò)DC/DC 轉換器與應用電路的互連。相關(guān)計算得出了表 1 所示的結果，計算中假定 PSE 輸出（最低 44V）通過(guò) 20Ω 線(xiàn)纜連接至 PD。PD 前端帶有變壓器（總共 1Ω，中心抽頭兩側各 0.5Ω）、全波網(wǎng)橋以及串連 1Ω 開(kāi)關(guān) (FET) 的熱插拔控制器（即 PD 控制器）。

表 1 PoE 配電與前端損耗分析

　　PD 功能電路最大可用功率為 12.16 W。802.3af 標準規定的線(xiàn)纜損耗在最糟糕情況下為 2.45 W，而輸入二極管橋路決定著(zhù)前端額外損耗為 0.78 W。

圖 1，基本 PoE 結構圖

　　功率轉換級建模
　　簡(jiǎn)單建模技術(shù)幫助設計人員在進(jìn)行實(shí)際設計前了解不同拓撲與技術(shù)選擇的效果。簡(jiǎn)單的效率假定可提供快速定性結果，可進(jìn)行拓撲比較與優(yōu)化。最終結果可能與假定的相比沒(méi)有什么偏差，因此設計人員始終應規定可用功率低于上述結果，留有一些余量。
　　首先，我們不妨來(lái)看看一個(gè)單級轉換器至一個(gè)輸出電壓的基線(xiàn)。效率達 90% 的 3.3V 單輸出轉換器將產(chǎn)生 0.9×12.16 = 10.9W 的可用輸出功率。盡管 90% 的效率可能偏于樂(lè )觀(guān)，但它確實(shí)提供了一個(gè)與其它拓撲進(jìn)行比較的基線(xiàn)。
　　其次，我們將估計更復雜電源提供的輸出功率。我們用簡(jiǎn)單建模技術(shù)來(lái)研究每個(gè)穩壓器的拓撲與技術(shù)如何影響輸出功率。我們假定電流為 0.2A、2A、0.25A、0.25A 時(shí)，輸出電壓分別為 +5V、3.3V 、2.5V、1.8V。這樣合計得到的合理功率為 9.6W。
　　圖 2 顯示了兩種可能的電源架構與技術(shù)選擇。拓撲 1 說(shuō)明了現有設備設計的調整情況，其 12V 墻上適配器用 48V 至 12V 的前端替代。拓撲 2 試圖使可用功率最大化。

圖 2，兩種電源拓撲選擇方案