從以太網(wǎng)供電（PoE）獲得更大功率的方法

PoE藉由以太網(wǎng)聯(lián)機來(lái)傳輸電源。在PoE供電網(wǎng)絡(luò )中，由供電端設備(PSE)提供電源，在以太網(wǎng)絡(luò )聯(lián)機產(chǎn)生44～57V的輸出電壓；在以太網(wǎng)聯(lián)機的另一端，受電端設備(PD)會(huì )消耗這些功率。雖然目前正在定義較高功率的以太網(wǎng)絡(luò )供電標準，不過(guò)現在受電端設備可用的功率，在單一以太網(wǎng)聯(lián)機的情況下限制在13W左右。遺憾的是，這樣的功率往往不足以支持復雜的應用，因此某些高功率的受電端設備，需要將多個(gè)連接埠的功率轉換為可用電壓，并與48V輸入電壓的電流隔離。目前有多種技術(shù)，可由多重輸入來(lái)源提供隔離的功率轉換。

以太網(wǎng)供電(PoE)已經(jīng)是一種普遍的概念，并被應用于網(wǎng)絡(luò )電話(huà)、保全監控系統、收款機等產(chǎn)品。

下降法

DC/DC并聯(lián)電源普遍使用的一項技術(shù)，就是所謂的下降法。如果并聯(lián)電源的輸出電壓降低，負載電流升高，并聯(lián)電源將會(huì )分享電流。這種方式不需要在電源之間通訊，也不會(huì )出現單一錯誤失效的情形，而且需要的附加零件非常少。如果使用電流模式控制，只需要限制控制回路的直流電增益，就能產(chǎn)生與負載電流的增減成正比的輸出電壓下降。

遺憾的是，下降分享方式并非十分精確。如果將這些電源以并聯(lián)方式連接，在沒(méi)有負載的情況下，一般會(huì )由輸出最高的電源調節輸出電壓。如果電源使用如圖1所示的二極管調節，最低輸出的電源將不會(huì )輸出任何電流。隨著(zhù)負載電流增加，輸出電壓開(kāi)始下降，由具有最高輸出電壓的電源提供所有電流，直到輸出值下降至5.25V，之后輸出第二高的電源開(kāi)始提供電流。以上述假設的最差情況公差來(lái)看，在最低輸出電壓電源開(kāi)始作用之前，第一個(gè)電源已提供70%左右的輸出功率，這種現象并不理想，因為不夠可靠，不過(guò)在某些狀況下可能可以接受。隨著(zhù)負載電流進(jìn)一步增加，第一個(gè)電源可能到達極限，之后由剩余的兩個(gè)電源負責增加電流，從而達到全功率操作。

具有同步整流功能的電源架構，可以讓電源供應或吸入輸出電流，這對于此種控制方法會(huì )造成很大的問(wèn)題。在極端的情況下，單一電源可能會(huì )試圖調節高電流端與低電流端。如果在沒(méi)有負載時(shí)發(fā)生這種情況，有些電源會(huì )供應電流至輸出，同時(shí)有些電源則會(huì )由輸出端吸入電流，這樣會(huì )從某個(gè)電源獲得功率，再饋電至第二個(gè)電源，而不會(huì )將功率傳送至負載；因此建議在零安培時(shí)停用同步整流。

交錯式返馳

平衡多重輸入功率的另一項技術(shù)為交錯法。交錯法和下降法一樣，它針對每個(gè)輸入使用不同的功率級，并將電源供應至一個(gè)共同輸出。和下降法不同之處，在于交錯功率級(或稱(chēng)相位)共享一個(gè)通用的一次側(primary side)控制器，這種方式可以降低成本，每個(gè)功率級也可在反相位(out of phase)時(shí)同步。同步可以降低輸出電容器的漣波電流，因此可使用較小的輸出濾波器。在交錯法中，所有功率輸入必須共享同一回路，因此在某些應用中無(wú)法使用這種方法。

圖1：推挽式控制器驅動(dòng)交錯式返馳。

許多脈寬調變(PWM)控制器專(zhuān)門(mén)針對交錯法進(jìn)行設計，如果只需要兩種相位，可以使用推挽式控制器(push-pull controller)執行交錯法，以大幅降低成本。圖1為二相位交錯式返馳電源，使用類(lèi)似UCC2808的推挽式控制器，這種芯片會(huì )限制每個(gè)相位的負載周期至50%，并將兩個(gè)功率級以180度的反相位方式進(jìn)行轉換。這種推挽式控制器使用峰值電流模式控制，可以讓兩種相位保持在接近相同的峰值電流值。在非連續返馳中，每個(gè)相位的輸出功率，與初級峰值電流的平方值成正比，因此可自然平衡由兩個(gè)輸入電源獲得的功率。這種技術(shù)可以使兩個(gè)輸入電源的功率差距縮減到5%以?xún)?。初級金氧半?chǎng)效晶體管(MOSFET)的切換延遲是造成不均衡狀態(tài)的主要原因，在兩個(gè)輸入電壓不相等時(shí)情況最糟。由控制器所提供的峰值電流限制，會(huì )限制由二個(gè)輸入端獲得的最大功率，而負載周期箝位會(huì )在欠壓與失效狀況下限制輸入電流。

使用二次側負載分享控制器來(lái)分享功率

在多個(gè)輸入間分享功率的第三種方式，是透過(guò)二次側負載分享芯片來(lái)實(shí)現。采用這種方式，具有遠程感測能力的獨立電源，不管數量多寡，均可共享同一輸出。負載分享芯片常與電源模塊共享，請參考圖2的范例。一個(gè)分流電阻被用來(lái)測量每個(gè)轉換器所供應的電流。因為公差與寄生阻抗，其中一個(gè)電源將供應較多的電流，此電源會(huì )作為主電源，并將在負載分享(LS)總線(xiàn)上設定電壓，從屬單元使用此負載分享總線(xiàn)電壓作為輸入參考，以控制自己的輸出電流。如果要調整從屬單元，可以在從屬轉換器的遠程感測導線(xiàn)上注入電壓，這樣可從主電源控制負載的輸出電壓，保持良好的負載調節。使用這種主/從方式，可以產(chǎn)生非常好的電流分享準確度，一般來(lái)說(shuō)在完全負載時(shí)優(yōu)于3%。

圖2：UCC39002負載分享控制器可以并聯(lián)獨立電源。